(57)【要約】  【課題】  ガラスエポキシ基板等の有機基板の両面に、ＬＳＩ、チップ部品等の電子部品を、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系鉛フリーはんだを用いて、ねれ性を著しく低下させることなく、所望の接続強度でもってはんだ付けして接続部の信頼性を向上させた鉛フリーはんだを用いた実装構造体およびそれを用いた実装方法を提供することにある。  【解決手段】  本発明は、電子部品を、有機基板の第１面および第２面からなる両面の各々に、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを０〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによってリフローはんだ付けすることを特徴とする。【選択図】  図１
2004363618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを０〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによって有機基板の第１面および第２面からなる両面の各々に接続して構成したことを特徴とする鉛フリーはんだを用いた実装構造体。
【請求項２】
第１面における鉛フリーはんだの固相線温度が、第２面における鉛フリーはんだの液相線温度以上である鉛フリーはんだによって有機基板の第１面および第２面からなる両面の各々に電子部品を接続して構成したことを特徴とする鉛フリーはんだを用いた実装構造体。
【請求項３】
電子部品を、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを０〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有し、第１面における鉛フリーはんだの固相線温度が、第２面における鉛フリーはんだの液相線温度以上である鉛フリーはんだによって有機基板の第１面および第２面からなる両面の各々に接続して構成したことを特徴とする鉛フリーはんだを用いた実装構造体。
【請求項４】
電子部品を、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを０〜３ｍａｓｓ％または５０〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによって有機基板の第１面に接続して構成し、
電子部品を前記第１面と反対の第２面側から、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを０〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによって有機基板に接続して構成したことを特徴とする鉛フリーはんだを用いた実装構造体。
【請求項５】
電子部品を、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを３〜５０ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによって有機基板の第１面に接続して構成し、
装着された電子部品の電極を、前記第１面と反対の第２面側から、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを３〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有し、液相線温度が前記第１面における鉛フリーはんだの固相線温度以下の鉛フリーはんだによって有機基板に接続して構成したことを特徴とする鉛フリーはんだを用いた実装構造体。
【請求項６】
電子部品を、有機基板の第１面および第２面からなる両面の各々に、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを０〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによってリフローはんだ付けすることを特徴とする鉛フリーはんだを用いた実装方法。  
【請求項７】
電子部品を、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを０〜３ｍａｓｓ％または５０〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによって有機基板の第１面にリフローはんだ付けするリフローはんだ付け工程と、
電子部品を、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを０〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによって有機基板の第１面の反対の第２面側からフローはんだ付けするフローはんだ付け工程とを有することを特徴とする鉛フリーはんだを用いた実装方法。
【請求項８】
電子部品を、鉛フリーはんだによって有機基板の第１面にリフローはんだ付けするリフローはんだ付け工程と、
装着された電子部品の電極に対して、液相線温度が前記第１面における鉛フリーはんだの固相線温度以下の鉛フリーはんだによって有機基板の第１面の反対の第２面側からフローはんだ付けするフローはんだ付け工程とを有することを特徴とする鉛フリーはんだを用いた実装方法。
【請求項９】
電子部品を、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを３〜５０ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによって有機基板の第１面にリフローはんだ付けするリフローはんだ付け工程と、
装着された電子部品の電極に対して、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを３〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有し、液相線温度が前記第１面における鉛フリーはんだの固相線温度以下の鉛フリーはんだによって有機基板の第１面の反対の第２面側からフローはんだ付けするフローはんだ付け工程とを有することを特徴とする鉛フリーはんだを用いた実装方法。
【請求項１０】
電子部品を、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを０〜３ｍａｓｓ％または５０〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによって有機基板の第１面および該第１面の反対の第２面にリフローはんだ付けするリフローはんだ付け工程と、
第２面への電子部品をカバーで保護し、装着された電子部品の電極に対して、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを０〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによって有機基板の第２面側からフローはんだ付けするフローはんだ付け工程とを有することを特徴とする鉛フリーはんだを用いた実装方法。
【請求項１１】
電子部品を、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを０〜３ｍａｓｓ％または５０〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによって有機基板の第２面にリフローはんだ付けし、更に電子部品を、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを３〜５０ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによって前記第２面と反対の第１面にリフローはんだ付けするリフローはんだ付け工程と、
第２面への電子部品をカバーで保護し、装着された電子部品の電極に対して、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを３〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによって有機基板の第２面側からフローはんだ付けするフローはんだ付け工程とを有することを特徴とする鉛フリーはんだを用いた実装方法。
【請求項１２】
電子部品を、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを３〜５０ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによって有機基板の第２面にリフローはんだ付けし、更に電子部品を、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを０〜３ｍａｓｓ％または５０〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによって前記第２面と反対の第１面にリフローはんだ付けするリフローはんだ付け工程と、
第２面への電子部品をカバーで保護し、装着された電子部品の電極に対して、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを３〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有し、液相線温度が前記第１面へのリフロー用鉛フリーはんだの固相線温度以上の鉛フリーはんだによって有機基板の第２面側からフローはんだ付けするフローはんだ付け工程とを有することを特徴とする鉛フリーはんだを用いた実装方法。
【請求項１３】
電子部品を、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを３〜５０ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによって有機基板の第１面および該第１面の反対の第２面にリフローはんだ付けするフローはんだ付け工程と、
第２面への電子部品をカバーで保護し、装着された電子部品の電極に対して、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを３〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有し、液相線温度が前記第１面へのリフロー用鉛フリーはんだの固相線温度以上の鉛フリーはんだによって有機基板の第２面側からフローはんだ付けするフローはんだ付け工程とを有することを特徴とする鉛フリーはんだを用いた実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＳＩ、部品等の電子部品を、Ｓｎ−Ａｇ−（ＢｉまたはＣｕ若しくはＩｎ等）の３元系鉛フリーはんだを用いてリフロー又は／及びフローはんだ付けして有機基板に接続して構成する鉛フリーはんだを用いた実装構造体およびそれを用いた実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に使用されているプリント基板材質はガラスエポキシ製である。ガラスエポキシ基板の耐熱温度はリフロー炉を用いた場合、通常２２０℃〜２３５℃である。これに使用する接続用はんだは、Ｓｎ−３７ｍａｓｓ％Ｐｂ（以下Ｓｎ−３７Ｐｂと略す）共晶はんだ（融点１８３℃）、若しくは共晶近傍の組成のはんだが使用されており、融点は１８３℃付近であるので汎用されているガラスエポキシ基板の耐熱温度以下で充分な接続がなされてきた。また、高温での信頼性は最高１５０℃まで保証できた。しかし、最近米国では電子部品廃棄物が野ざらしに放置され、この中のプリント基板上のはんだに含まれる鉛（以下Ｐｂと記す）が酸性雨と容易に反応して地下水に溶出し、飲料水に使用されると人体に悪影響を及ぼすことが公表されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで、このＳｎ−Ｐｂ系はんだに代わるＰｂフリーはんだ合金としてＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ３元系をベースとしたものが有力候補としてクローズアップされている。その理由には、既にＰｂフリーはんだでは、２元系まで拡張して組成が検討された上で、Ｓｎ−３．５ｍａｓｓ％Ａｇ（融点２２１℃）、Ｓｎ−５ｍａｓｓ％Ｓｂ（融点１９９℃）などが使用実績があるが、Ｓｎ−３７Ｐｂと比較して融点が高すぎるため、ガラスエポキシ基板のはんだ付けには使用が困難であるということ、また、Ｓｎ−９ｍａｓｓ％Ｚｎ（融点１９９℃）は融点は下がるがはんだ表面が著しく酸化されやすくＣｕ、Ｎｉ等の電極に対するねれ性がＳｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｓｂ系はんだに比較して著しく低下するため使用が困難であるということ、Ｓｎ−５８ｍａｓｓ％Ｂｉ（融点１３８℃）は材料自体が硬く脆いため信頼性に問題があり使用が困難であるということ、Ｓｎ−５２ｍａｓｓ％Ｉｎ（融点１１７℃）はＳｎ−３７Ｐｂと比較して融点が低すぎるため、接続部高温強度が低下すること、が問題となるが、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ３元系まで拡張すれば、前記の２元系の場合よりも融点を１８３℃（Ｓｎ−３７Ｐｂの融点）に近づけることができるためである。
【０００４】
ところが、この３元系において融点を１８３℃に近いものを探索すると、完全な共晶組成を得ることは出来ず、１８３℃より低い固相線温度と１８３℃より高い液相線温度を持った（固液共存温度を持った）組成となってしまう。そのため、リフローはんだ付けにより部品を接続した後、フローはんだ付けする際、接続された部品は一般的には、ガラスエポキシ基板と熱容量が異なるため、リフローまたはフローはんだ付け後、基板の自然空冷による冷却時に、部品と基板で温度の下がり方が異なり、接続部はんだ内に大きな温度勾配ができてしまう。そのため、はんだの凝固の際、広い固液共存温度幅を持ったはんだの場合、温度の高いほうへ低融点の相（Ｂｉが多く含まれた硬くて脆い相）を偏析させ、凝固を完了した後のリフローはんだ付け部品の接続強度低下を起こしやすい。従って、広い固液共存温度幅を持ったはんだでリフローはんだ付けした後リフローまたはフローはんだ付けする場合、リフロー用のはんだは液相がでないようにしなくてはならない。
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、ガラスエポキシ基板等の有機基板の両面に、ＬＳＩ、チップ部品等の電子部品を、Ｓｎ−Ａｇ−（Ｂｉおよび／または（Ｃｕ若しくはＩｎ等））系鉛フリーはんだを用いて、ねれ性を著しく低下させることなく、所望の接続強度でもってはんだ付けして接続部の信頼性を向上させた鉛フリーはんだを用いた実装構造体を提供することにある。
【０００５】
また、本発明の他の目的は、ガラスエポキシ基板等の有機基板の両面に、ＬＳＩ、チップ部品等の電子部品を、Ｓｎ−Ａｇ−（Ｂｉおよび／または（Ｃｕ若しくはＩｎ等））系鉛フリーはんだを用いて、ねれ性を著しく低下させることなく、所望の接続強度でもってはんだ付けして接続部の信頼性を向上させることができるようにした鉛フリーはんだを用いた実装方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、電子部品を、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを０〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによって有機基板の第１面および第２面からなる両面の各々に接続して構成したことを特徴とする鉛フリーはんだを用いた実装構造体である。
【０００７】
また本発明は、第１面における鉛フリーはんだの固相線温度が、第２面における鉛フリーはんだの液相線温度以上である鉛フリーはんだによって有機基板の第１面および第２面からなる両面の各々に電子部品を接続して構成したことを特徴とする鉛フリーはんだを用いた実装構造体である。
【０００８】
また本発明は、電子部品を、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを０〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有し、第１面における鉛フリーはんだの固相線温度が、第２面における鉛フリーはんだの液相線温度以上である鉛フリーはんだによって有機基板の第１面および第２面からなる両面の各々に接続して構成したことを特徴とする鉛フリーはんだを用いた実装構造体である。
【０００９】
また本発明は、電子部品を、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを０〜３ｍａｓｓ％または５０〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによって有機基板の第１面に接続して構成し、電子部品を前記第１面と反対の第２面側から、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを０〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによって有機基板に接続して構成したことを特徴とする鉛フリーはんだを用いた実装構造体である。
【００１０】
また本発明は、電子部品を、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを３〜５０ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによって有機基板の第１面に接続して構成し、装着された電子部品の電極を、前記第１面と反対の第２面側から、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを３〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有し、液相線温度が前記第１面における鉛フリーはんだの固相線温度以下の鉛フリーはんだによって有機基板に接続して構成したことを特徴とする鉛フリーはんだを用いた実装構造体である。
また本発明は、電子部品を、有機基板の第１面および第２面からなる両面の各々に、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを０〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによってリフローはんだ付けすることを特徴とする鉛フリーはんだを用いた実装方法である。
また本発明は、電子部品を、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを０〜３ｍａｓｓ％または５０〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによって有機基板の第１面にリフローはんだ付けするリフローはんだ付け工程と、電子部品を、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを０〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによって有機基板の第１面の反対の第２面側からフローはんだ付けするフローはんだ付け工程とを有することを特徴とする鉛フリーはんだを用いた実装方法である。
【００１１】
また本発明は、電子部品を、鉛フリーはんだによって有機基板の第１面にリフローはんだ付けするリフローはんだ付け工程と、装着された電子部品の電極に対して、液相線温度が前記第１面における鉛フリーはんだの固相線温度以下の鉛フリーはんだによって有機基板の第１面の反対の第２面側からフローはんだ付けするフローはんだ付け工程とを有することを特徴とする鉛フリーはんだを用いた実装方法である。
【００１２】
また本発明は、電子部品を、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを３〜５０ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによって有機基板の第１面にリフローはんだ付けするリフローはんだ付け工程と、装着された電子部品の電極に対して、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを３〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有し、液相線温度が前記第１面における鉛フリーはんだの固相線温度以下の鉛フリーはんだによって有機基板の第１面の反対の第２面側からフローはんだ付けするフローはんだ付け工程とを有することを特徴とする鉛フリーはんだを用いた実装方法である。
【００１３】
また本発明は、電子部品を、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを０〜３ｍａｓｓ％または５０〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによって有機基板の第１面および該第１面の反対の第２面にリフローはんだ付けするリフローはんだ付け工程と、第２面への電子部品をカバーで保護し、装着された電子部品の電極に対して、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを０〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによって有機基板の第２面側からフローはんだ付けするフローはんだ付け工程とを有することを特徴とする鉛フリーはんだを用いた実装方法である。
【００１４】
また本発明は、電子部品を、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを０〜３ｍａｓｓ％または５０〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによって有機基板の第２面にリフローはんだ付けし、更に電子部品を、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを３〜５０ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによって前記第２面と反対の第１面にリフローはんだ付けするリフローはんだ付け工程と、第２面への電子部品をカバーで保護し、装着された電子部品の電極に対して、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを３〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによって有機基板の第２面側からフローはんだ付けするフローはんだ付け工程とを有することを特徴とする鉛フリーはんだを用いた実装方法である。
【００１５】
また本発明は、電子部品を、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを３〜５０ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによって有機基板の第２面にリフローはんだ付けし、更に電子部品を、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを０〜３ｍａｓｓ％または５０〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによって前記第２面と反対の第１面にリフローはんだ付けするリフローはんだ付け工程と、第２面への電子部品をカバーで保護し、装着された電子部品の電極に対して、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを３〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有し、液相線温度が前記第１面へのリフロー用鉛はんだの固相線温度以上の鉛フリーはんだによって有機基板の第２面側からフローはんだ付けするフローはんだ付け工程とを有することを特徴とする鉛フリーはんだを用いた実装方法である。
【００１６】
また本発明は、電子部品を、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを３〜５０ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する鉛フリーはんだによって有機基板の第１面および該第１面の反対の第２面にリフローはんだ付けするリフローはんだ付け工程と、第２面への電子部品をカバーで保護し、装着された電子部品の電極に対して、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを３〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有し、液相線温度が前記第１面へのリフロー用鉛はんだの固相線温度以上の鉛フリーはんだによって有機基板の第２面側からフローはんだ付けするフローはんだ付け工程とを有することを特徴とする鉛フリーはんだを用いた実装方法である。
【００１７】
また本発明は、前記鉛フリーはんだを用いた実装方法において、第２面をリフローはんだ付けするときに、既にリフローはんだ付けされた第１面の鉛フリーはんだ温度が１３６．５℃以下とすることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、前記鉛フリーはんだを用いた実装方法において、第２面側からフローはんだ付けする際、第１面のリフローはんだ付け部に不活性ガスを吹き付けて冷却することを特徴とする。
【００１９】
以上説明したように、前記構成によれば、ガラスエポキシ基板等の有機基板の両面に、ＬＳＩ、チップ部品等の電子部品を、環境汚染を低減する鉛フリーはんだを用いて、ねれ性を著しく低下させることなく、更に融点を約１８３℃に近づけて、脆くもなく、著しく偏析が生じることなく所望の接続強度でもってはんだ付けして接続部の信頼性を向上させることができる。
【００２０】
また、前記構成によれば、ガラスエポキシ基板等の有機基板の両面に、ＬＳＩ、チップ部品等の電子部品を、環境汚染を低減するＳｎ−Ａｇ−（Ｂｉおよび／または（Ｃｕ若しくはＩｎ等））系の鉛フリーはんだを用いて、ねれ性を著しく低下させることなく、更に融点を約１８３℃に近づけて、脆くもなく、著しく偏析が生じることなく所望の接続強度でもってはんだ付けして接続部の信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、接続強度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００２３】
［第１の実施の形態］
本発明に係るＬＳＩやチップ部品等の電子部品をガラスエポキシ等の材質からなる有機基板の両面（第１面、第２面）に鉛フリーはんだを用いてリフローはんだ付けして実装する第１の実施の形態について、図１を用いて説明する。
【００２４】
環境汚染を低減する鉛フリーはんだを用いてリフロー炉によりリフローはんだ付けする際の加熱温度は、ガラスエポキシ等の材質からなる有機基板の耐熱温度の関係から通常２２０℃〜２３５℃程度以下にする必要がある。また、有機基板上に形成されたＣｕ、Ｎｉ等の電極に対してぬれ性を向上させ、更に融点を約１８３℃に近づけて、脆くもなく、著しく偏析が生じることなく所望の接続強度を確保する必要がある。
【００２５】
図１に示す如く、ＬＳＩ３ａやチップ部品３ｂ等の電子部品３を有機基板１の第１面１ａおよび第２面１ｂ共にリフロー用鉛フリーはんだ５ａ、５ｂを組み合わせて実装する有機基板への電子部品の実装において、約２３５℃でリフローするためには、各面リフロー用鉛フリーはんだ５ａ、５ｂの液相線温度を概ね２１５℃以下にする必要がある。図４は、鉛フリーはんだであるＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ３元系において約１８３℃に近い融点を得ることができるＳｎ−Ａｇ、Ａｇ−Ｂｉ２元共晶線に沿ってＢｉ量を変化させたときの固相線温度９、１１、液相線温度１０、１２を示している。９は、鉛フリーはんだであるＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ３元合金系におけるＳｎ−Ａｇ２元共晶線上の固相線温度を示す。１０は、鉛フリーはんだであるＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ３元合金系におけるＳｎ−Ａｇ２元共晶線上の液相線温度を示す。１１は、鉛フリーはんだであるＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ３元合金系におけるＡｇ−Ｂｉ２元共晶線上の固相線温度を示す。１２は、鉛フリーはんだであるＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ３元合金系におけるＡｇ−Ｂｉ２元共晶線上の液相線温度を示す。これによると、Ｂｉ量が０ｍａｓｓ％のとき固相線温度および液相線温度共に約２２１℃となるが、経験的に得られた条件として、２３５℃でリフローするためには、液相線温度を２１５℃以下でなくてはならず、これを満たしてはいない。ところが、Ｓｎ−Ａｇ系に、ＩｎやＣｕを０〜３ｍａｓｓ％添加することで、固相線温度の急落を避けながら液相線温度を約２１５℃以下にすることができる。しかし、Ｂｉ量が概ね６５ｍａｓｓ％を越えるとＢｉの硬くて脆い性質がはんだ材に悪影響を与えるためＢｉ量が０〜６５ｍａｓｓ％の範囲にあるものがリフロー用はんだとして使用することができると考えた。
【００２６】
即ち、第１の実施の形態においては、ＬＳＩやチップ部品等の電子部品３を、有機基板１の両面（第１面１ａおよび第２面１ｂ）に、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを０〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎ等を合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する組成のＳｎ−Ａｇ−（Ｂｉおよび／または（Ｃｕ若しくはＩｎ））の鉛フリーはんだを用いてリフローはんだ付けすることにある。特に、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％を含有させることによって、組織の微細化が図られて機械的性質が変化し、例えばＳｎ−５８ｍａｓｓ％Ｂｉに比べて硬くて脆い性質がなくなり、接続部において所望の信頼性を確保することができる。
【００２７】
なお、ここでは、最初有機基板１の第１面１ａにリフローはんだ付けし、次に有機基板１を反転して第１面１ａを下にし、第２面１ｂにリフローはんだ付けするものとする。この場合において、各面リフロー用鉛フリーはんだ５ａ、５ｂとして、固液相線温度特性が近似するものを用いるとき、第１面１ａに実装される電子部品としてＱＦＰ−ＬＳＩ等のように比較的重いものがある場合にはこの電子部品を接着剤等を用いて有機基板１に固定する必要がある。チップ部品などのような比較的軽いものについては、固定しなくても、落ちてしまうことはない。
【００２８】
また、第１の実施の形態において、第２面をリフローはんだ付けするときに、既にリフローはんだ付けされた第１面の鉛フリーはんだ温度を１３６．５℃以下とすることが望まれる。
【００２９】
この第１の実施の形態によれば、通常用いられるガラスエポキシ等の材質からなる有機基板１の耐熱温度以下にして、３元系鉛フリーはんだを用いてリフローはんだ付けすることを可能にすることができ、しかも有機基板１上に形成されたＣｕ、Ｎｉ等の電極に対してぬれ性を向上させ、更に融点を約１８３℃に近づけて、脆くもなく、著しく偏析が生じることなく所望の接続強度を確保することができる。
（実施例１−１）
図１に示す如く、まず、厚さ１．６ｍｍ、縦９０ｍｍ、横１４０ｍｍ、基板面の銅箔厚１８μｍのガラスエポキシ基板１にリードピッチ：０．５ｍｍ、リード幅：０．２ｍｍ、４辺のリード本数：２０８、寸法３２ｍｍ角のＱＦＰ−ＬＳＩ３ａと寸法１．６ｍｍ×３．２ｍｍのチップ部品３ｂを組成Ｓｎ−２．８Ａｇ−１５Ｂｉ−０．５Ｃｕ（単位：ｍａｓｓ％）（固相線温度：約１５５℃、液相線温度：約２０４℃）のはんだペースト５ａ１により基板の第１面１ａに約２２０℃でリフロー接続した。次に、この基板１の第１面１ａを下にして基板１の第２面１ｂにも第１面と同じＱＦＰ−ＬＳＩ３ａとチップ部品３ｂを組成Ｓｎ−２．８Ａｇ−１５Ｂｉ−０．５Ｃｕ（単位：ｍａｓｓ％）（固相線温度：約１５５℃、液相線温度：約２０４℃）のはんだペースト５ｂ１により約２２０℃でリフローはんだ付けした。組成Ｓｎ−２．８Ａｇ−１５Ｂｉ−０．５Ｃｕ（単位：ｍａｓｓ％）のはんだペーストの場合、固相線温度は約１５５℃、液相線温度は約２０４℃となり、液相線温度として２１５℃以下を満足し、２３０℃より１０℃程度低い約２２０℃でリフロー接続をすることができる。この時、第１面１ａの部品の内ＱＦＰ−ＬＳＩ３ａのみ基板１に接着剤で固定したが、比較的軽いチップ部品３ｂは固定しなくても第２面１ｂのリフロー時に部品が落下することはなかった。
その結果、接続後の基板１の両面１ａ、１ｂのＱＦＰ−ＬＳＩ３ａのリードを図５および図６に示す方法で基板面に対して４５°の方向に引っ張り、接続部に破断が起きるまでの引っ張り荷重の最大値（これを４５°ピール強度と呼ぶことにする）を測定し、平均値を出したところ基板両面とも約６Ｎとなり十分な強度が確保されていることがわかった。即ち、第２面１ｂにはんだペースト５ｂ１を用いてリフロー接続する際、第１面１ａにリフロー接続されたはんだペースト５ａ１への影響は少なく、第１面１ａについても十分な接続強度を得ることができた。
【００３０】
なお、図５は、４５°ピール試験装置の全体を示す図である。図６は、４５°ピール試験装置における被試験試料１６を治具１５に取り付ける状態を示した拡大図である。４５°ピール試験装置は、電子部品１８を基板１７にはんだ接続された接続部１９を有する被試験試料１６を４５°傾けて取り付ける治具１５と、該治具１５を矢印で示すように下降させて荷重を付与する荷重付与機構２０と、接続部１９の電子部品側を引掛けるフック１４と、該フック１４に印加される荷重を測定する測定手段１３とによって構成される。なお、治具１５は、被測定部が測定手段１３の真下に来るように調整される。このように構成された４５°ピール試験装置により、接続部における破断が起きるまでの４５°の方向の引っ張り荷重の最大値を測定することが可能となる。
（実施例１−２）
図１に示す如く、まず、厚さ１．６ｍｍ、縦９０ｍｍ、横１４０ｍｍ、基板面の銅箔厚１８μｍのガラスエポキシ基板１にリードピッチ：０．５ｍｍ、リード幅：０．２ｍｍ、４辺のリード本数：２０８、寸法３２ｍｍ角のＱＦＰ−ＬＳＩ３ａと寸法１．６ｍｍ×３．２ｍｍのチップ部品３ｂを組成Ｓｎ−２．８Ａｇ−１５Ｂｉ−０．５Ｃｕ（単位：ｍａｓｓ％）（固相線温度：約１５５℃、液相線温度：約２０４℃）のはんだペースト５ａ１により基板１の第１面１ａに約２２０℃でリフロー接続した。次に、この基板１の第１面１ａを下にし、基板１の第２面１ｂにも第１面と同じＱＦＰ−ＬＳＩ３ａとチップ部品３ｂを組成Ｓｎ−１Ａｇ−５７Ｂｉ（単位：ｍａｓｓ％）（固相線温度：約１３７℃、液相線温度：約１３７℃）のはんだペースト５ｂ２により約１８０℃でリフローはんだ付けした。この実施例の場合、はんだペースト５ｂ２の液相線温度約１３７℃を、はんだペースト５ａ１の固相線温度約１５５℃よりも低くしたことに特徴がある。これにより、電子部品３を基板１の第２面１ｂにはんだペースト５ｂ２によりリフローはんだ付けする際、第１面１ａに施されたはんだペースト５ａ１に加わるリフロー温度を固相線温度約１５５℃の近傍にすることが可能となり、ＱＦＰ−ＬＳＩ等のように比較的重いものでも落下する心配はない。
また、接続後の基板１の両面１ａ、１ｂのＱＦＰ−ＬＳＩのリードの４５°ピール強度を、図５および図６に示す方法で測定し、平均値を出したところ基板両面とも約６Ｎとなり十分な強度が確保されていることがわかった。即ち、はんだペースト５ｂ２の液相線温度約１３７℃を、はんだペースト５ａ１の固相線温度約１５５℃よりも低くしてあるため、第２面１ｂにはんだペースト５ｂ２を用いてリフロー接続する際、第１面１ａにリフロー接続されたはんだペースト５ａ１への影響は実施例１−１に比べてほとんどなく、第２面１ｂは勿論、第１面１ａについても十分な接続強度を得ることができた。
【００３１】
［第２の実施の形態］
本発明に係るＬＳＩやチップ部品等の電子部品をガラスエポキシ等の材質からなる有機基板の表面（第１面）に鉛フリーはんだを用いてリフローはんだ付けし、有機基板の表面（第１面）側より挿入部品を挿入し、裏面（第２面）に鉛フリーはんだを用いてフローはんだ付けを行って実装する第２の実施の形態について、図２を用いて説明する。
【００３２】
環境汚染を低減する鉛フリーはんだを用いてリフロー炉によりリフローはんだ付けする際の加熱温度は、ガラスエポキシ等の材質からなる有機基板の耐熱温度の関係から通常２２０℃〜２３５℃程度以下にする必要がある。図４は、鉛フリーはんだであるＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ３元系において約１８３℃に近い融点を得ることができるＳｎ−Ａｇ、Ａｇ−Ｂｉ２元共晶線に沿ってＢｉ量を変化させたときの固相線温度９、１１、液相線温度１０、１２を示している。これによると、Ｂｉ量が０ｍａｓｓ％のとき固相線温度および液相線温度共に約２２１℃となるが、経験的に得られた条件として、約２３５℃でリフローするためには、液相線温度を２１５℃以下でなくてはならず、これを満たしてはいない。ところが、Ｓｎ−Ａｇ系に、ＩｎやＣｕを０〜３ｍａｓｓ％添加することで、固相線温度の急落を避けながら液相線温度を２１５℃以下にすることができる。しかし、Ｂｉ量が概ね６５ｍａｓｓ％を越えるとＢｉの硬くて脆い性質がはんだ材に悪影響を与えるためＢｉ量が０〜６５ｍａｓｓ％の範囲にあるものがリフロー用はんだとして使用することができると考えた。また、有機基板上に形成されたＣｕ、Ｎｉ等の電極に対してぬれ性を向上させ、更に融点を約１８３℃に近づけて、脆くもなく、著しく偏析が生じることなく所望の接続強度を確保する必要がある。
【００３３】
更に、フローはんだ付けは、溶融はんだが有機基板に接触する時間が数秒と短いけれども、既にはんだ付けされたリフロー面のはんだを保護する必要がある。
【００３４】
図２に示すように、ＬＳＩ３ａやチップ部品３ｂ等の各電子部品３を、有機基板１の表面（第１面）１ａにリフロー用鉛フリーはんだ５ｃを用いてリフローはんだ付けを行い、この有機基板１の第１面側より挿入部品４を挿入し、その裏面（第２面）１ｂに鉛フリーはんだ７ａを用いてフローはんだ付けを行なう混載実装を行なう際、まず第１面１ａへのリフロー用鉛フリーはんだ５ｃに、狭い固液共存温度幅を持ったはんだでリフローはんだ付けした場合、フローはんだ付け時に基板１に加わる熱で、リフローしたはんだが溶融しても、Ｂｉが多く含まれた固くて脆い相の偏析は少なく、部品３の接続強度低下は起こりにくい。そして、リフロー用鉛フリーはんだ５ｃとしてこの条件を満たすのは、Ｓｎを主成分とし、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎ等を合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する組成のＳｎ−Ａｇ−（Ｂｉおよび／または（Ｃｕ若しくはＩｎ））の鉛フリーはんだにおいて、Ｂｉ量が概ね０〜３ｍａｓｓ％の場合と、概ね５０〜６５ｍａｓｓ％の場合であり、このときフロー用はんだ７ａのＢｉ量は０〜６５ｍａｓｓ％とすることができる。
【００３５】
一方、第１面１ａへのリフロー用はんだ５ｃに、広い固液共存温度幅を持ったはんだでリフローはんだ付けした場合、つまり、第１面１ａへのリフロー用鉛フリーはんだ５ｃとして、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを０〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎ等を合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する組成のＳｎ−Ａｇ−（Ｂｉおよび／または（Ｃｕ若しくはＩｎ））の鉛フリーはんだにおいて、Ｂｉ量が概ね３〜５０ｍａｓｓ％の場合、フロー用はんだのＢｉ量を３〜６５ｍａｓｓ％の範囲より選び、第１面のリフロー用鉛フリーはんだ５ｃの固相線温度を、第２面のフロー用鉛フリーはんだ７ａの液相線温度以上とすることにより、フローはんだ付け時に基板に加わる熱で、リフローしたはんだ５ｃを溶融させないようにすることができる。
【００３６】
特に、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％を含有させることによって、組織の微細化が図られて機械的性質が変化し、例えばＳｎ−５８ｍａｓｓ％Ｂｉに比べて硬くて脆い性質がなくなり、接続部において所望の信頼性を確保することができる。
【００３７】
なお、この第２の実施の形態において、第２面側からフローはんだ付けする際、第１面のリフローはんだ付け部に不活性ガスを吹き付けて冷却することが好ましい。
【００３８】
以上説明したように、第２の実施の形態によれば、通常用いられるガラスエポキシ等の材質からなる有機基板１の耐熱温度以下にして、上記鉛フリーはんだを用いて片面（第１面）へのリフローはんだ付けと片面（第２面）へのフローはんだ付けとをすることを可能にすることができ、しかも有機基板１上に形成されたＣｕ、Ｎｉ等の電極に対してぬれ性を向上させ、更に融点を約１８３℃に近づけて、脆くもなく、著しく偏析が生じることなく所望の接続強度を確保することができる。
（実施例２−１）
図２に示す如く、まず、厚さ１．６ｍｍ、縦９０ｍｍ、横１４０ｍｍ、基板面の銅箔厚１８μｍのガラスエポキシ基板１にリードピッチ：０．５ｍｍ、リード幅：０．２ｍｍ、４辺のリード本数：２０８、寸法３２ｍｍ角のＱＦＰ−ＬＳＩ３ａと寸法１．６ｍｍ×３．２ｍｍのチップ部品３ｂを組成Ｓｎ−２．８Ａｇ−１５Ｂｉ−０．５Ｃｕ（単位：ｍａｓｓ％）（固相線温度：約１５５℃、液相線温度：約２０４℃）の広い固液共存温度幅を持ったはんだペースト５ｃ１により有機基板１の第１面１ａに約２２０℃でリフロー接続した。次に、この基板１の第１面１ａ側より挿入部品４を挿入し、裏面（第２面）１ｂに約１５０℃にしたＳｎ−１Ａｇ−５７Ｂｉ（単位：ｍａｓｓ％）（固相線温度：約１３７℃、液相線温度：約１３７℃）の噴流はんだを当て、フロー用はんだ７ａ１によるフローはんだ付けを行なった。
その結果、接続後の基板１の第１面１ａのＱＦＰ−ＬＳＩのリードの４５°ピール強度を、図５および図６に示す方法で測定し、平均値を出したところ基板両面とも約６Ｎとなり十分な強度が確保されていることがわかった。即ち、フロー用はんだ７ａ１の液相線温度約１３７℃を、はんだペースト５ｃ１の固相線温度約１５５℃よりも低くしてあるため、第２面１ｂにフロー用はんだ７ａ１を用いてリフロー接続する際、第１面１ａにリフロー接続されたはんだペースト５ｃ１への影響はほとんどなく、第２面１ｂは勿論、第１面１ａについても十分な接続強度を得ることができた。
（実施例２−２）
図２に示す如く、まず、厚さ１．６ｍｍ、縦９０ｍｍ、横１４０ｍｍ、基板面の銅箔厚１８μｍのガラスエポキシ基板１にリードピッチ：０．５ｍｍ、リード幅：０．２ｍｍ、４辺のリード本数：２０８、寸法３２ｍｍ角のＱＦＰ−ＬＳＩ３ａと寸法１．６ｍｍ×３．２ｍｍのチップ部品３ｂを組成Ｓｎ−４Ａｇ−１Ｃｕ（単位：ｍａｓｓ％）（固相線温度：約２１５℃、液相線温度：約２１５℃）の狭い固液共存温度幅を持ったはんだペースト５ｃ２により基板１の第１面１ａに約２３０℃でリフロー接続した。次に、この基板１の第１面１ａ側より挿入部品４を挿入し、裏面（第２面）１ｂに約２１５℃にしたＳｎ−２．８Ａｇ−１５Ｂｉ−０．５Ｃｕ（単位：ｍａｓｓ％）（固相線温度：約１５５℃、液相線温度：約２０４℃）の噴流はんだを当て、フロー用はんだ７ａ２によるフローはんだ付けを行なった。
その結果、接続後の基板１の第１面１ａのＱＦＰ−ＬＳＩのリードの４５°ピール強度を、図５および図６に示す方法で測定し、平均値を出したところ基板両面とも約６Ｎとなり十分な強度が確保されていることがわかった。即ち、第２面１ｂにフロー用はんだ７ａ２を用いてリフロー接続する際、第１面１ａにリフロー接続されたはんだペースト５ｃ２への影響はほとんどなく、第２面１ｂは勿論、第１面１ａについても十分な接続強度を得ることができた。
（実施例２−３）
図２に示す如く、まず、厚さ１．６ｍｍ、縦９０ｍｍ、横１４０ｍｍ、基板面の銅箔厚１８μｍのガラスエポキシ基板１にリードピッチ：０．５ｍｍ、リード幅：０．２ｍｍ、４辺のリード本数：２０８、寸法３２ｍｍ角のＱＦＰ−ＬＳＩ３ａと寸法１．６ｍｍ×３．２ｍｍのチップ部品３ｂを組成Ｓｎ−１Ａｇ−５７Ｂｉ（単位：ｍａｓｓ％）（固相線温度：約１３７℃、液相線温度：約１３７℃）の狭い固液共存温度幅を持ったはんだペースト５ｃ３により基板１の第１面１ａに約１８０℃でリフロー接続した。次に、この基板１の第１面１ａ側より挿入部品４を挿入し、裏面（第２面）１ｂに約２２０℃にしたＳｎ−２．８Ａｇ−１５Ｂｉ−０．５Ｃｕ（単位：ｍａｓｓ％）（固相線温度：約１５５℃、液相線温度：約２０４℃）の噴流はんだを当て、フロー用はんだ７ａ２によるフローはんだ付けを行なった。このとき、フロー用はんだ７ａ２の液相線温度約２０４℃が、はんだペースト５ｃ３の固相線温度約１３７℃よりも著しく高く、裏面（第２面）１ｂに約２２０℃にしたＳｎ−２．８Ａｇ−１５Ｂｉ−０．５Ｃｕ（単位：ｍａｓｓ％）の噴流はんだが当るため、第１面のリフローを行なった接続部のフロー用はんだ５ｃ３は一度完全に溶融後凝固することになった。
その結果、接続後の基板１の第１面１ａのＱＦＰ−ＬＳＩのリードの４５°ピール強度を、図５および図６に示す方法で測定し、平均値を出したところ基板両面とも約６Ｎとなり十分な強度が確保されていることがわかった。即ち、フロー用はんだ７ａ２の液相線温度約２０４℃が、はんだペースト５ｃ３の固相線温度約１３７℃よりも高くなって、第２面１ｂにフロー用はんだ７ａ２を用いてリフロー接続する際、フロー用はんだ５ｃ３は一度完全に溶融後凝固したとしても第２面１ｂは勿論、第１面１ａについても十分な接続強度を得ることができた。
【００３９】
［第３の実施の形態］
本発明に係るＬＳＩやチップ部品等の電子部品をガラスエポキシ等の材質からなる有機基板の表面（第１面）および裏面（第２面）に鉛フリーはんだを用いてリフローはんだ付けし、有機基板の表面（第１面）側より挿入部品を挿入し、裏面（第２面）に鉛フリーはんだを用いてフローはんだ付けを行って実装する第２の実施の形態について、図３を用いて説明する。
【００４０】
環境汚染を低減する鉛フリーはんだを用いてリフロー炉によりリフローはんだ付けする際の加熱温度は、ガラスエポキシ等の材質からなる有機基板の耐熱温度の関係から通常２２０℃〜２３５℃程度以下にする必要がある。図４は、鉛フリーはんだであるＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ３元系において１８３℃に近い融点を得ることができるＳｎ−Ａｇ、Ａｇ−Ｂｉ２元共晶線に沿ってＢｉ量を変化させたときの固相線温度９、１１、液相線温度１０、１２を示している。これによると、Ｂｉ量が０ｍａｓｓ％のとき固相線温度および液相線温度共に約２２１℃となるが、経験的に得られた条件として、２３５℃でリフローするためには、液相線温度を２１５℃以下でなくてはならず、これを満たしてはいない。ところが、Ｓｎ−Ａｇ系に、ＩｎやＣｕを０〜３ｍａｓｓ％添加することで、固相線温度の急落を避けながら液相線温度を２１５℃以下にすることができる。しかし、Ｂｉ量が概ね６５ｍａｓｓ％を越えるとＢｉの硬くて脆い性質がはんだ材に悪影響を与えるためＢｉ量が０〜６５ｍａｓｓ％の範囲にあるものがリフロー用はんだとして使用することができると考えた。また、有機基板上に形成されたＣｕ、Ｎｉ等の電極に対してぬれ性を向上させ、更に融点を約１８３℃に近づけて、脆くもなく、著しく偏析が生じることなく所望の接続強度を確保する必要がある。
【００４１】
更に、フローはんだ付けは、溶融はんだが有機基板に接触する時間が数秒と短いけれども、既にはんだ付けされたリフロー面のはんだを保護する必要がある。
図３に示す如く、各電子部品３を、有機基板１の裏面（第２面）１ｂにリフロー用鉛フリーはんだ５ｅを用いてリフローはんだ付けを行ない、次に、第１面１ａが下になるように有機基板１を反転させ、電子部品３をその表面（第１面）１ａにもリフロー用鉛フリーはんだ５ｄを用いてリフローはんだ付けを行なう。次に、この有機基板１の第１面側より挿入部品４を挿入し、既に実装された第２面１ｂの電子部品３に溶融はんだがかからないようにカバーで保護する。ついで、第２面１ｂにフロー用鉛フリーはんだ７ｂによりフローはんだ付けを行なう。
【００４２】
第１面１ａと第２面１ｂとに、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを０〜６５ｍａｓｓ％、Ａｇを０．５〜４．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎ等を合計０〜３．０ｍａｓｓ％含有する組成のＳｎ−Ａｇ−（Ｂｉおよび／または（Ｃｕ若しくはＩｎ））の鉛フリーはんだにおいて、狭い固液共存温度幅を持ったはんだ（Ｂｉ量が概ね０〜３ｍａｓｓ％、および概ね５０〜６５ｍａｓｓ％）５ｄ、５ｅでリフローはんだ付けした場合、第２面１ｂのフローはんだ付け時に基板１に加わる
熱で、リフローしたはんだ５ｄ、５ｅが溶融しても、Ｂｉが多く含まれた固くて脆い相の偏析は少なく、部品の接続強度低下は起こりにくい。そして、この条件を満たすのは、Ｂｉ量が概ね０〜３ｍａｓｓ％の場合と、概ね５０〜６５ｍａｓｓ％の場合であり、このときフロー用はんだのＢｉ量は０〜６５ｍａｓｓ％とすることができる。
【００４３】
一方、第１面１ａまたは第２面１ｂへのリフロー用鉛フリーはんだ５ｄ、５ｅの少なくともどちらか一方に、広い固液共存温度幅を持ったはんだ（Ｂｉ量が概ね３〜６５ｍａｓｓ％）を用いてリフローはんだ付けした場合、つまり、少なくともどちらか一方のはんだのＢｉ量が概ね３〜５０ｍａｓｓ％の場合、第２面１ｂへの上記組成のはんだＳｎ−Ａｇ−（Ｂｉおよび／または（Ｃｕ若しくはＩｎ））の鉛フリーはんだにおいて、Ｂｉ量を３〜６５ｍａｓｓ％の範囲より選び、第１面の広い固液共存温度幅を持ったリフロー用鉛フリーはんだ５ｄまたは５ｅの固相線温度を、第２面１ｂへのフローはんだの液相線温度以上にすることによって、フローはんだ付け時に基板に加わる熱で、リフローしたはんだ５ｄ、５ｅを溶融しないようにすることができる。
【００４４】
なお、この第３の実施の形態において、第２面側からフローはんだ付けする際、第１面のリフローはんだ付け部に不活性ガスを吹き付けて冷却することが好ましい。
【００４５】
以上説明したように、第３の実施の形態によれば、通常用いられるガラスエポキシ等の材質からなる有機基板１の耐熱温度以下にして、上記鉛フリーはんだを用いて両面へのリフローはんだ付けと片面へのフローはんだ付けとをすることを可能にすることができ、しかも有機基板１上に形成されたＣｕ、Ｎｉ等の電極に対してぬれ性を向上させ、更に融点を約１８３℃に近づけて、脆くもなく、著しく偏析が生じることなく所望の接続強度を確保することができる。
（実施例３−１）
図３に示す如く、まず、厚さ１．６ｍｍ、縦９０ｍｍ、横１４０ｍｍ、基板面の銅箔厚１８μｍのガラスエポキシ基板１にリードピッチ：０．５ｍｍ、リード幅：０．２ｍｍ、４辺のリード本数：２０８、寸法３２ｍｍ角のＱＦＰ−ＬＳＩ３ａと寸法１．６ｍｍ×３．２ｍｍのチップ部品３ｂを組成Ｓｎ−２．８Ａｇ−１５Ｂｉ−０．５Ｃｕ（単位：ｍａｓｓ％）（固相線温度：約１５５℃、液相線温度：約２０４℃）のはんだペースト５ｅ１により基板１の第２面１ｂに約２２０℃でリフロー接続した。次に、この基板１を反転させて第１面１ａを上にして基板１の第１面１ａにも第２面と同じＱＦＰ−ＬＳＩ３ａとチップ部品３ｂを組成Ｓｎ−２．８Ａｇ−１５Ｂｉ−０．５Ｃｕ（単位：ｍａｓｓ％）（固相線温度：約１５５℃、液相線温度：約２０４℃）のはんだぺースト５ｄ１により約２２０℃でリフローはんだ付けした。このとき、第２面１ｂへの部品３の内比較的重いＱＦＰ−ＬＳＩのみ基板１に接着剤で固定したが、比較的軽いチップ部品は固定しなくても第１面１ａのリフロー時に部品が落下することはなかった。そして、次に、この基板１の第１面側より挿入部品４を挿入し、その裏面（第２面）１ｂの既にリフロー接続された電子部品３に溶融はんだがかからないようにカバー（図示せず）で保護し、第２面１ｂに約１５０℃にしたＳｎ−１Ａｇ−５７Ｂｉ（単位：ｍａｓｓ％）（固相線温度：約１３７℃、液相線温度：約１３７℃）の噴流はんだを当て、フロー用はんだ７ｂ１によりフローはんだ付けを行なった。
【００４６】
この実施例３−１の場合、両面１ａ、１ｂへのリフロー用はんだ５ｄ１、５ｅ１の固相線温度約１５５℃を、第２面１ｂへのフロー用はんだ７ｂ１の液相線温度約１３７℃以上にすることによって、フローはんだ付け時に基板に加わる熱で、リフローしたはんだ５ｄ１、５ｅ１を溶融しないようにすることができる。
その結果、接続後の基板両面のＱＦＰ−ＬＳＩのリードの４５°ピール強度を、図５および図６に示す方法で測定し、平均値を出したところ基板両面とも約６Ｎとなり十分な強度が確保されていることがわかった。即ち、フロー用はんだ７ｂ１の液相線温度約１３７℃を、はんだペースト５ｄ１、５ｅ１の固相線温度約１５５℃よりも低くしてあるため、第２面１ｂにフロー用はんだ７ｂ１を用いてリフロー接続する際、第１面１ａおよび第２面１ｂにリフロー接続されたはんだペースト５ｄ１、５ｅ１への影響はほとんどなく、第２面１ｂは勿論、第１面１ａについても十分な接続強度を得ることができた。
（実施例３−２）
図３に示す如く、まず、厚さ１．６ｍｍ、縦９０ｍｍ、横１４０ｍｍ、基板面の銅箔厚１８μｍのガラスエポキシ基板１にリードピッチ：０．５ｍｍ、リード幅：０．２ｍｍ、４辺のリード本数：２０８、寸法３２ｍｍ角のＱＦＰ−ＬＳＩ３ａと寸法１．６ｍｍ×３．２ｍｍのチップ部品３ｂを組成Ｓｎ−４Ａｇ−１Ｃｕ（単位：ｍａｓｓ％）（固相線温度：約２１５℃、液相線温度：約２１５℃）のはんだペースト５ｅ２により基板１の第２面１ｂに約２３０℃でリフロー接続した。次に、この基板１を反転させて第１面１ａを上にして基板１の第１面１ａにも第２面１ｂと同じＱＦＰ−ＬＳＩ３ａとチップ部品３ｂを組成Ｓｎ−４Ａｇ−１Ｃｕ（単位：ｍａｓｓ％）（固相線温度：約２１５℃、液相線温度：約２１５℃）のはんだぺースト５ｄ２により約２３０℃でリフローはんだ付けした。このとき、第２面１ｂへの部品３の内比較的重いＱＦＰ−ＬＳＩのみ基板１に接着剤で固定したが、比較的軽いチップ部品は固定しなくても第１面のリフロー時に部品が落下することはなかった。そして、次に、この基板の第１面側より挿入部品４を挿入し、その裏面（第２面）１ｂの既にリフロー接続された電子部品３に溶融はんだがかからないようにカバー（図示せず）で保護し、第２面１ｂに約２１５℃にしたＳｎ−２．８Ａｇ−１５Ｂｉ−０．５Ｃｕ（単位：ｍａｓｓ％）（固相線温度：約１５５℃、液相線温度：約２０４℃）の噴流はんだを当て、フロー用はんだ７ｂ２によりフローはんだ付けを行なった。
【００４７】
この実施例３−２の場合、両面１ａ、１ｂへのリフロー用はんだ５ｄ２、５ｅ２の固相線温度約２１５℃を、第２面１ｂへのフロー用はんだ７ｂ２の液相線温度約２０４℃以上にすることによって、フローはんだ付け時に基板に加わる熱で、リフローしたはんだ５ｄ２、５ｅ２を溶融しないようにすることができる。
その結果、接続後の基板両面のＱＦＰ−ＬＳＩのリードの４５°ピール強度を、図５および図６に示す方法で測定し、平均値を出したところ基板両面とも約６Ｎとなり十分な強度が確保されていることがわかった。即ち、フロー用はんだ７ｂ２の液相線温度約２０４℃を、はんだペースト５ｄ２、５ｅ２の固相線温度約２１５℃よりも低くしてあるため、第２面１ｂにフロー用はんだ７ｂ２を用いてリフロー接続する際、第１面１ａおよび第２面１ｂにリフロー接続されたはんだペースト５ｄ２、５ｅ２への影響はほとんどなく、第２面１ｂは勿論、第１面１ａについても十分な接続強度を得ることができた。
（実施例３−３）
図３に示す如く、まず、厚さ１．６ｍｍ、縦９０ｍｍ、横１４０ｍｍ、基板面の銅箔厚１８μｍのガラスエポキシ基板１にリードピッチ：０．５ｍｍ、リード幅：０．２ｍｍ、４辺のリード本数：２０８、寸法３２ｍｍ角のＱＦＰ−ＬＳＩ３ａと寸法１．６ｍｍ×３．２ｍｍのチップ部品３ｂを組成Ｓｎ−４Ａｇ−１Ｃｕ（単位：ｍａｓｓ％）（固相線温度：２１５℃、液相線温度：２１５℃）のはんだペースト５ｅ２により基板１の第２面１ｂに約２３０℃でリフロー接続した。次に、この基板１を反転し、第１面１ａを上にして基板１の第１面１ａにも第２面と同じＱＦＰ−ＬＳＩ３ａとチップ部品３ｂを組成Ｓｎ−２．８Ａｇ−１５Ｂｉ−０．５Ｃｕ（単位：ｍａｓｓ％）（固相線温度：約１５５℃、液相線温度：約２０４℃）のはんだぺースト５ｄ３により約２２０℃でリフローはんだ付けした。このとき、第２面１ｂの部品の内比較的重いＱＦＰ−ＬＳＩ３ａのみ基板１に接着剤で固定したが、比較的軽いチップ部品は固定しなくても第１面１ａへのリフロー時に部品が落下することはなかった。そして次に、この基板１の第１面側より挿入部品４を挿入し、その裏面（第２面）の既にリフロー接続された電子部品３に溶融はんだがかからないようにカバー（図示せず）で保護し、第２面に約１５０℃にしたＳｎ−１Ａｇ−５７Ｂｉ（単位：ｍａｓｓ％）（固相線温度：１３７℃、液相線温度：１３７℃）の噴流はんだを当て、フロー用はんだ７ｂ１によりフローはんだ付けを行なった。
この実施例３−３の場合、第１面１ａへのリフロー用はんだ５ｄ３の固相線温度約１５５℃、および第２面１ｂへのリフロー用はんだ５ｅ２の固相線温度約２１５℃を、第２面１ｂへのフロー用はんだ７ｂ１の液相線温度約１３７℃以上にすることによって、フローはんだ付け時に基板に加わる熱で、リフローしたはんだ５ｄ３、５ｅ２を溶融しないようにすることができる。
その結果、接続後の基板両面のＱＦＰ−ＬＳＩのリードの４５°ピール強度を、図５および図６に示す方法で測定し、平均値を出したところ基板両面とも約６Ｎとなり十分な強度が確保されていることがわかった。即ち、フロー用はんだ７ｂ１の液相線温度約１３７℃を、はんだペースト５ｄ３の固相線温度約１５５℃、およびはんだペースト５ｅ２の固相線温度約２１５℃よりも低くしてあるため、第２面１ｂにフロー用はんだ７ｂ１を用いてリフロー接続する際、第１面１ａおよび第２面１ｂにリフロー接続されたはんだペースト５ｄ３、５ｅ２への影響はほとんどなく、第２面１ｂは勿論、第１面１ａについても十分な接続強度を得ることができた。
【００４８】
以上説明したように本発明は、第１面における鉛フリーはんだの固相線温度が、第２面における鉛フリーはんだの液相線温度以上である鉛フリーはんだによって有機基板の第１面および第２面からなる両面の各々に電子部品を接続して構成することによって両面共に十分な接続強度を得ることができる。
【００４９】
また、本発明は、電子部品を、鉛フリーはんだによって有機基板の第１面にリフローはんだ付けするリフローはんだ付け工程と、装着された電子部品の電極に対して、液相線温度が前記第１面における鉛フリーはんだの固相線温度以下の鉛フリーはんだによって有機基板の第１面の反対の第２面側からフローはんだ付けするフローはんだ付け工程とを有する鉛フリーはんだを用いた実装方法によって両面共に十分な接続強度を得ることができる。
上記実施態様によれば、ガラスエポキシ基板等の有機基板の両面に、ＬＳＩ、チップ部品等の電子部品を、環境汚染を低減する鉛フリーはんだを用いて、ねれ性を著しく低下させることなく、更に融点を約１８３℃に近づけて、脆くもなく、著しく偏析が生じることなく所望の接続強度でもってはんだ付けして接続部の信頼性を向上させることができる効果を奏する。
また、上記実施態様によれば、ガラスエポキシ基板等の有機基板の両面に、ＬＳＩ、チップ部品等の電子部品を、環境汚染を低減するＳｎ−Ａｇ−（Ｂｉおよび／または（Ｃｕ若しくはＩｎ等））系の鉛フリーはんだを用いて、ねれ性を著しく低下させることなく、更に融点を約１８３℃に近づけて、脆くもなく、著しく偏析が生じることなく所望の接続強度でもってはんだ付けして接続部の信頼性を向上させることができる効果を奏する。
【００５０】
また、  上記実施態様によれば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系鉛フリーはんだを用いてガラスエポキシ基板等の有機基板へのＬＳＩ、チップ部品等の電子部品の表面実装とその裏面への表面実装や挿入部品実装を行い、フローはんだ付けの際の部品はずれ、接続部の強度低下を起こさずにリフローはんだ付けとフローはんだ付けとが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る第１面リフローと第２面リフローの組み合わせの鉛フリーはんだを用いた混載実装基板を示す正面図である。
【図２】本発明に係る第１面リフローと第２面フローの組み合わせの鉛フリーはんだを用いた混載実装基板を示す正面図である。
【図３】本発明に係る第１面リフロー、第２面リフロー、第１面フローの組み合わせの鉛フリーはんだを用いた混載実装基板を示す正面図である。
【図４】本発明に係るＳｎ−Ａｇ、Ａｇ−Ｂｉ２元共晶線に沿ったＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ系３元合金の固液相線温度の関係を示す図である。
【図５】４５°ピール試験装置の概略構成を示す図である。
【図６】４５°ピール試験装置における表面実装用部品取り付け部を示す拡大図である。
【符号の説明】
【００５２】
１…有機基板、１ａ…第１面、１ｂ…第２面、３…電子部品、３ａ…ＬＳＩ、３ｂ…チップ部品、４…挿入部品、５ａ〜５ｅ…リフロー用鉛フリーはんだ、７ａ、７ｂ…フロー用鉛フリーはんだ、９…Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ３元合金系におけるＳｎ−Ａｇ２元共晶線上の固相線温度、１０…Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ３元合金系におけるＳｎ−Ａｇ２元共晶線上の液相線温度、１１…Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ３元合金系におけるＡｇ−Ｂｉ２元共晶線上の固相線温度、１２…Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ３元合金系におけるＡｇ−Ｂｉ２元共晶線上の液相線温度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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