(57)【要約】      （修正有）【課題】実装部品と基板とのハンダ接合部にボイドがほとんどない実装部品を表面実装する方法の提供、および検査で発見されたハンダボール部にボイドを有する実装品に対して簡便にボイドを除去し、修理する方法の提供。【解決手段】（１）ハンダを用いて基板４に実装部品１を表面実装する方法において、基板と実装部品とを立てた状態で、リフロー炉で加熱処理することにより溶融したハンダボール２中に存在するボイドを除去した後に、ハンダボールを冷却・固化させる。（２）基板４に実装部品１を表面実装してなる実装品で、ハンダボール部２にボイドを有する実装品を、立てた状態で、リフロー炉で加熱処理することによりハンダボール中に存在するボイドを除去した後に、ハンダボールを冷却・固化させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンダを用いて基板に実装部品を表面実装する方法において、基板と実装部品とを、立てた状態で、リフロー炉で加熱処理することにより溶融したハンダボール中に存在するボイドを除去した後に、ハンダボールを冷却・固化させることを特徴とする実装部品を表面実装する方法。
【請求項２】
実装部品が、ＢＧＡまたはＣＳＰであることを特徴とする請求項１記載の実装部品を表面実装する方法。
【請求項３】
加熱処理温度が、ハンダの融点温度＋２０℃〜ハンダの融点温度＋６０℃の範囲であることを特徴とする請求項１〜２記載の実装部品を表面実装する方法。
【請求項４】
ハンダが、クリームハンダであることを特徴とする請求項１〜３記載の実装部品を表面実装する方法。
【請求項５】
リフロー工程を、実装部品および基板に振動を与えつつハンダを溶解させることを特徴とする請求項１〜４記載の実装部品を表面実装する方法。
【請求項６】
振動が超音波による振動であることを特徴とする請求項５記載の実装部品を表面実装する方法。
【請求項７】
基板に実装部品を表面実装した実装品で、ハンダボール部にボイドを有する実装品を、立てた状態で、リフロー炉で加熱処理することによりハンダボール中に存在するボイドを除去した後に、ハンダボールを冷却・固化させることを特徴とする実装品の修理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ハンダを用いて基板に実装部品を表面実装する方法に関する。更に詳しくは、ハンダ接合部のボイドによる欠陥が改善された基板に実装部品を表面実装する方法、およびハンダ接合部にボイドがある基板に実装部品が表面実装された実装品の修理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路に代表される電子装置は、小型化、高集積化が進んでいる。この高密度化技術の一つとして基板に実装部品を立体的に積み重ねて実装することが行われている。
【０００３】
このような実装技術は、最近は実装部品本体の底部からの端子が出ているＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｃａｌｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）やＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）といったエリアアレイ実装、更にファインピッチ化されたＦＢＧＡ（Ｆｉｎｅ  ｐｉｔｃｈ  Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）実装へと進んでいる。
【０００４】
これらの電子装置では、基板上に設けられた配線パターン上にフラックスを塗布した後、ＣＳＰ，ＢＧＡ等の実装部品を配置し、リフロー炉にて熱を加え、ハンダボールを溶かして配線パターンに接続する方法が用いられている。
【０００５】
上記した従来の実装部品の実装方法においては、ハンダボール上部に実装部品があるため、リフロー処理を施す際に、塗布されたフラックスが、ハンダボール内に入り気化することで生じたガスの抜け道が塞がれ、リフロー処理後のハンダボール内にボイドが発生するという可能性があった。本発明者らが調査した結果、上記エリアアレイ実装やベアチップ実装において、ハンダの接合部においてかなりの割合のボイドがあり、このため、接合部に亀裂が発生する等の問題があることが分かった。
【０００６】
従来、このハンダ形状評価は、実際に実装部品を基板に表面実装した後、目視或いはＸ線写真等を用いて評価を行なっていた。不良が発生した場合には、ハンダを剥離して実装部品、および／または、ハンダボールを取り替え、再びリフロー処理を行なった後に実装品の評価を行う、これをハンダ形状が適正となるまで繰り返し行なう必要があった。このため、ハンダ不良品の修理に多大な時間と費用を要するという問題点があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、実装部品と基板とのハンダ接合部にボイドがほとんどない実装部品を表面実装する方法を提供することを目的としている。さらに本発明は検査で発見されたハンダボール部にボイドを有する実装品に対して簡便にボイドを除去し、修理する方法をも提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、ハンダを用いて基板に実装部品を表面実装する方法において、基板と実装部品とを立てた状態で、リフロー炉で加熱処理することにより溶融したハンダボール中に存在するボイドを除去した後に、ハンダボールを冷却・固化させることを特徴とする実装部品を表面実装する方法である。
【０００９】
実装部品は、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）またはＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｃａｌｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）であることが好ましい。
【００１０】
加熱処理温度は、ハンダの融点温度＋２０℃〜ハンダの融点温度＋６０℃の範囲で行うことが好ましい。
【００１１】
ハンダは、クリームハンダにも適用できる。
【００１２】
リフロー工程を、実装部品および基板に振動を与えつつハンダを溶解させることが好ましい。
【００１３】
振動は、超音波による振動であることが好ましい。
【００１４】
本発明の他の発明は、基板に実装部品を表面実装してなる実装品で、ハンダボール部にボイドを有する実装品を、立てた状態で、リフロー炉で加熱処理することによりハンダボール中に存在するボイドを除去した後に、ハンダボールを冷却・固化させることを特徴とする実装品の修理方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明につき詳しく説明する。
本発明における基板とは、半導体等の実装品が実装される板である。この基板には低線膨張係数、高い剛性、耐熱性が要求される。例えば、紙フェノール積層板やガラス繊維／エポキシ樹脂積層板、ガラス繊維強化ポリイミド樹脂板、ガラス繊維強化ポリアミド・イミド樹脂板等が用いられる。
【００１６】
本発明における実装部品とは、基板に実装されるＩＣ、ＬＳＩ、ＶＬＳＩ，ＵＬＳＩ等の集積回路等をいう。実装部品は、ＣＳＰやＢＧＡ等のような底面端子引出タイプの実装部品であることが好ましい。
【００１７】
本発明におけるハンダボールとは、例えばＰｂ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ｚｎ、Ｐｂ−Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ等の組成の低融点で溶融する金属の直径が１０〜８００μｍ、好ましくは５０〜５００μｍの球状物をいう。ハンダとしては、クリームハンダを用いる場合にも適用できる。クリームハンダとは、公知のごとくハンダの粉末、フラックス剤、およびカルナバろう等のチクソ剤等が混合されたクリーム状物である。
【００１８】
ハンダクリームは、接合する金属面を清浄にするためのフラックス剤を、好ましくは５〜１５％程度含有している。フラックス剤とは、松脂、溶剤及び活性剤を含有するハンダの接着性を向上するための補助材料で、金属表面の酸化物を除去する役割を果たす。ハンダ工程において、フラックス中の揮発成分がハンダの金属内に入りボイドを形成すると考えられる。
【００１９】
本発明における実装品とは、基板上に実装部品がハンダで固着されてなる製品をいう。
【００２０】
本発明の基板に実装部品を表面実装する方法の１例を、工程を追って説明する。本発明の方法では、まず基板または実装部品のいずれかまたは両方にハンダクリームを塗布する。ハンダクリームは、好ましくは印刷機を用いて基板上にマスクを張り、パターン状に塗布する。このときの塗布量はハンダの量が適当な量になるよう調整すべきである。量が多すぎるとハンダが加熱処理工程で流れるという問題があり、少なすぎると両者の接着性が不良となる。
【００２１】
ＢＧＡ、ＣＳＰにおいては、まず基板上にフラックスを印刷工程により塗布し、その後、塗布された基板にハンダボールを有するＢＧＡ、ＣＳＰの実装部品を押し付け、フラックスを介してフリップチップパッド端部にハンダボールを仮付けする。次にチップが仮付けされた実装部品基板を、リフロー炉内に装入し、所定温度でリフロー処理を施す。本発明では、この加熱リフロー処理を立てた状態で行う。
【００２２】
本発明で基板／実装部品を立てるとは、水平面に対して角度を持たせる状態をいう。図１のように垂直させる状態のみでなく図２のように斜めに据える状態も含む。このような水平面に対する角度は３０度以上、好ましくは４５度以上、特に好ましくは９０度（直立）である。基板／実装部品をこのような状態とすることにより溶融中のハンダからガスが逃げやすくする。
【００２３】
本発明においては、基板／実装部品を立てた状態で溶融するのは、全工程立てた状態にある必要はなく、一部の工程、例えば、溶融工程の後半、ハンダが溶融した後に立ててもよい。また、角度は一定でなくてもよく、水平の状態からある角度に、ある角度から別の角度に経時的に変えてもよい。ハンダの偏在を防ぐためには、工程の途中で、例えば右方向を挙げていたのを下げる等、基板／実装部品の立てる方向を反対方向に変える等いわゆるスイングさせてもよい。
【００２４】
本発明の方法においては、ハンダ内のボイドが抜けるよう一定時間以上立てた状態でいることが必要である。例えば５秒〜５分、好ましくは１０秒〜２分程度とすることが好ましい。
【００２５】
上記加熱工程において、基板／実装部品を保持できない場合は、角度を４５度以下とし、実装部品をハンダ付け位置に置くことにより実装部品が脱落するという問題は発生しないが、必要であればハンダ付け面をボンド等による仮固定をしておいてもよい。また工程中なんらかの治具により基板と実装部品とを挟んでいてもよい。
【００２６】
ハンダの加熱溶融によるボイドの除去の操作は、振動を与えつつ行うことがハンダ中の気泡が抜けやすいため好ましい。振動としては、超音波、低周波等による微振動が好ましい。
【００２７】
本発明においてリフロー炉とは、基板／実装部品ハンダを加熱溶融するために用いられる炉である。リフロー炉はバッチ式の加熱炉であっても、連続式のトンネル炉であってもよい。処理の効率からは連続式のトンネル炉が好ましい。炉の雰囲気は空気でもよいが、ハンダ等の酸化を防ぐためには窒素雰囲気とすることが好ましい。また、減圧下のリフローがより好ましい。
【００２８】
リフロー工程におけるリフロー炉の加熱方式は、赤外線輻射加熱方式であってもよいし、熱風加熱方式であってもよい。また、その他の方式であってもよい。また処理温度は、ハンダが溶融する温度以上であって、ハンダ表面の酸化が顕著に進まない、かつ基板や実装部品が熱で損傷しない温度範囲であることが必要で、とくに、ハンダの融点温度＋２０℃〜ハンダの融点温度＋６０℃の範囲であることが好ましい。
【００２９】
上記リフロー炉で溶融したハンダによってハンダ付けされた基板／実装部品は、続く冷却工程で溶融ハンダを固化した後に取り出して製品とするか、更に次工程に運ばれた後に製品となる。
【００３０】
本発明の方法は、また、基板に実装部品を表面実装した実装品で、ハンダボール部にボイドを有する実装品を、立てた状態で、リフロー炉で加熱処理することにより、ハンダボール中に存在するボイドを除去した後にハンダボールを冷却・固化させる実装不良品の修理方法にも係る。
【００３１】
ボイドを有する実装品はＸ線等による検査で検出できる。検査の結果ボイドが多い不良品と判明した実装品を回収し、実装品を立てた状態で、リフロー炉中で再加熱してハンダ中のボイドをハンダの外に放出し、ボイドの少ないハンダボールを有する実装品へと修理することができる。
【００３２】
本発明の修理方法におけるリフロー炉での再加熱の温度、時間、昇温速度、炉、炉内の雰囲気は、上記第一の発明で述べたと同様の条件で行うことができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、加熱リフロー処理中に発生し、ハンダボール中に存在するガスは、溶融したハンダボール中を上部に移動し、大気中に放出される。その結果、ハンダボール内にボイドが発生するのを確実に防止することができる。また、一旦ボイドが発生した不良品であっても本発明のリフロー処理を行なうことによりハンダボール中のガスが抜け、ボイドのない良品とすることができる。
【００３４】
【実施例】
次ぎに実施例を挙げて本発明につき詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に制約されるものではない。
【００３５】
【実施例１】
《試験材料》
次の部材を用いた。
基板：長さＬが２５．０ｍｍ、幅Ｗが２１．０ｍｍ、厚さｔが０．８ｍｍの直方体板形状のものを用い、電極パッドの直径ｄ０  が０．４ｍｍ、Ｎが３６０個のフリップチップパッドが形成されていた。
実装部品：シリコンウェハ
ハンダボール：０．６ｍｍφのＳｎ−Ｐｂ共晶ハンダボール
フラックス：ロジン系
【００３６】
《基板へのフラックスの塗布》
スクリーン印刷法で行った。
【００３７】
《加熱リフロー装置》
以下の装置を用いた。
メーカー：株式会社マルコム
加熱方式：熱風加熱方式
【００３８】
《リフロー試験》
図２のように６０度に保持した状態で次の条件で加熱リフロー処理をした。
昇温速度：４℃／秒
最高温度：２３０℃
最高温度での保持時間：３０秒間
降温速度：３００℃／分
【００３９】
得られた実装製品におけるハンダボールのＸ線写真を図３に示す。ハンダボールにはボイドがほとんどないことが分かる。
【００４０】
【実施例２】
実施例１において、ハンダボールとして０．６ｍｍφのＳｎ−Ｐｂ共晶ハンダボールの代わりに、０．６ｍｍφのＳｎ−Ａｇ（３％）−Ｃｕ（０．５％）ハンダボールを用い、かつ最高温度を２５０℃とする以外は実施例１と同様に行なった。ハンダボールのＸ線写真を撮ったところ同様の結果であった。
【００４１】
【比較例１】
実施例１において、基板／実装部品を水平に置いた状態で、リフロー炉で処理する以外は実施例１と同様に行った。結果を図４に示す。
【００４２】
【実施例３】
携帯電話（機種Ｄ５０２ｉ）４個を分解し、実装基板を取り出した。このうち、ハンダボール部に最もボイドの多い（９０％のハンダボールがボイドを含有）を図１のように垂直に配置した状態で次の条件で加熱リフロー処理をした。
炉：タムラ製作所  窒素雰囲気リフロー装置（ＴＮＳ４０−５０Ｈ）
昇温速度：２．２℃／秒
最高温度：２２０℃、
最高温度での保持時間：１０秒間
降温速度：３００℃／分
【００４３】
処理前のハンダボール部のボイドの状況の写真を図５に、処理後のハンダボール部のボイドの状況の写真を図６に示す。これらの写真から明らかなように、本発明のリフロー処理によって、ボイドは顕著に減少した。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の方法で実装品を表面実装するときの１態様を示した模式図である。
【図２】図１は、本発明の方法で実装品を表面実装するときの他の１態様を示した模式図である。
【図３】図３は、本発明の方法で製造したＢＧＡパッケージのハンダボールの状況を示したＸ線透視画像の１例である。
【図４】図４は、従来の方法で製造したＢＧＡパッケージのハンダボールの状況を示したＸ線透視画像の１例である。
【図５】図５は、本発明の修理方法を行なう前のＢＧＡパッケージのハンダボールの状況を示したＸ線透視画像の１例である。
【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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