(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を半田付けしようとする部材に半田ペーストを供給し、その後、リフロー加熱することにより前記半田ペーストを溶融させて前記電子部品を前記部材に半田付けする方法において、
融点が互いに異なる半田材であって、前記部材に供給された前記半田ペースト中の半田よりも融点が高く且つ高さが前記半田ペーストの厚さよりも高い半田材によって前記電子部品の両側を支え、この状態で前記リフロー加熱を行って、前記半田ペースト中の前記半田が溶融し、その後に前記電子部品の両側を支えた前記半田材のうち低融点側の前記半田材が溶融し、最後に高融点側の前記半田材が溶融するようにしたことを特徴とする電子部品の半田付け方法。
【請求項２】
前記リフロー加熱はリフロー炉にて行い、前記電子部品の両側を支えた前記融点が互いに異なる前記半田材のうち低融点側の前記半田材の方が先に前記リフロー炉内に侵入することを特徴とする請求項１記載の電子部品の半田付け方法。
【請求項３】
前記電子部品の両側を支えた前記融点が互いに異なる前記半田材の融点温度の差は、１０〜３０℃であることを特徴とする請求項１または２記載の電子部品の半田付け方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品をリフロー半田付けによって半田付けする方法に係り、特にリフロー半田付け時に半田ペーストから発生する蒸気がボイドとして残ることを防止しようとしたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半田付け部にボイドが残留することを防止する技術として特開昭６３−３００５１９号公報に開示されたものがある。これは、半導体チップを半田付けによってヒートシンクにダイボンディングしてなる半導体装置において、ダイボンディング面を、その縁部よりも中央部ほど隆起した傾斜面として形成するというものである。
【０００３】
このようにすれば、半導体チップとダイボンディング面との間に介装された半田の厚みは、ダイボンディング面の中央部から縁部側にいくほど厚くなる。このため、ダイボンディング作業時における半田の溶融および凝固は、まず、ダイボンディング面の中央部付近から始まり、その縁部へと徐々に進んで行くことになる。このため、半導体チップとヒートシンクとの間に存在していた空気は順次押し出されて外部に放出されることとなり、半導体チップとヒートシンクとの間の隙間に存在する空気がボイドとして半田付け部に残留することを防止できるというものである。
【０００４】
また、特開平８−２９３６７０号公報には、回路基板に電子部品を半田付けする場合、回路基板の上に、半田箔と、この半田箔よりも融点が高く且つ高さが高い４個の半田チップとを置き、半田チップにて電子部品の四隅を支え、この状態で加熱を行うことが記載されている。
【０００５】
これによれば、加熱が行われると、まず半田箔が溶融し、このとき半田箔から発生する蒸気は半田チップによって確保されている空間から外部に逃げ出る。その後、半田チップが溶融し、電子部品が基板に半田付けされるため、蒸気がボイドとして半田付け部に残留することがない、というものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、リフロー半田付けによって電子部品を回路基板に実装する場合、従来では、まず、回路基板に半田ペーストをスクリーン印刷或いはノズル等により塗布し、その後、半田ペーストの塗布部に電子部品を搭載し、そして、リフロー半田付けを行う。
【０００７】
上記半田ペーストは、粉末半田とフラックスとを混練したもので、そのフラックス中には、ロジン、活性剤、増粘剤、チクソ剤、溶剤などの様々な成分が含まれている。このため、リフロー半田付け時に、半田ペーストが加熱されると、フラックス中の低沸点の成分が蒸発し、半田付け部にいわゆるボイドとして残留するという問題を生ずる。特に、電子部品がパワートランジスタのような比較的大きな半田付け面積をもったものでは、リフロー半田付け時に発生した蒸気は電子部品と基板との間から抜け出し難く、ボイドとして残留する傾向が高い。
【０００８】
このように、半田ペースト中の低沸点成分が蒸発することによって発生した蒸気は、特開昭６３−３００５１９号公報に開示された構成では、外部に逃がすことはできない。また、特開平８−２９３６７０号公報に開示された構成では、４個の半田チップの融点が同じであるため、その４個の半田チップが同時に溶融し、その結果、電子部品の半田付け面が水平に下がって溶融半田面に接するようになり、このとき空気を巻き込み易く、ボイドとして残留し易くなるというあらたな問題を生ずる。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、電子部品をリフロー半田付けする場合に、その半田付け部にボイドが発生することをより効果的に防止できる電子部品の実装方法を提供するにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、
電子部品を半田付けしようとする部材に半田ペーストを供給し、その後、リフロー加熱することにより前記半田ペーストを溶融させて前記電子部品を前記部材に半田付けする方法において、
融点が互いに異なる半田材であって、前記部材に供給された前記半田ペースト中の半田よりも融点が高く且つ高さが前記半田ペーストの厚さよりも高い半田材によって前記電子部品の両側を支え、この状態で前記リフロー加熱を行って、前記半田ペースト中の前記半田が溶融し、その後に前記電子部品の両側を支えた前記半田材のうち低融点側の前記半田材が溶融し、最後に高融点側の前記半田材が溶融するようにしたことを特徴とするものである。
この場合、前記リフロー加熱はリフロー炉にて行い、前記電子部品の両側を支えた前記融点が互いに異なる前記半田材のうち低融点側の前記半田材の方が先に前記リフロー炉内に侵入するようにすることが好ましい。また、前記電子部品の両側を支えた前記融点が互いに異なる前記半田材の融点温度の差は、１０〜３０℃であることが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、加熱が行われると、まず半田ペーストが溶融し、このとき発生する蒸気は、半田材によって確保されている空間から外部に逃げ出る。次に、半田材のうち、融点の低い側の一方の半田材が溶融し、これに遅れて他方の半田材が溶融するので、電子部品は傾いた状態で溶融半田面に接するようになる。このため、空気は排除され、半田付け部に空気がボイドとして残ることがなくなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を電子部品をセラミック基板にリフロー半田付けによって実装する場合に適用して図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は電子部品を実装した後のセラミック基板（以下、基板）１を示すもので、基板１上の導体２に例えばセラミックコンデンサ３、ＩＣ４、パワートランジスタ５、ターミナル６等が半田７によって接続されている。
【００１４】
これらの電子部品のリフロー半田付けによる実装方法を説明するに、基板１には、図２に示すように、導体２が予め所定の回路パターンで形成されており、第１工程（ペースト塗布工程）では、その導体２上に半田ペースト８をスクリーン印刷手段、ノズル等による供給手段によって塗布する。この場合、半田ペースト８は、１００μｍ程度の厚さで塗布される。
【００１５】
次の第２工程（半田材搭載工程）では、図３および図４に示すように、半田付け面積の比較的大きなパワートランジスタ５を接続する導体２上の半田ペースト８に半田材としての半田チップ９，１０を載せる。この場合、その半田ペースト８が図４に示すように矩形状であったとすると、導体２上の半田ペースト８の一方側の２隅部に半田チップ９を搭載し、他方の側の２隅部に半田チップ１０を搭載する。これら半田チップ９，１０の表面には、粘着材が塗布されており、これにより、半田チップ９，１０を安定的に固定できるようにしている。
【００１６】
ところで、半田ペースト８の両側の半田チップ９，１０は、融点が互いに異なり、半田ペースト８中の半田の融点よりも１０℃〜５０℃程度高い半田によって形成されている。この場合、リフロー炉への基板１の侵入方向が矢印Ａ方向であるとすると、低融点側の半田チップ９は、先にリフロー炉内に侵入する側である図示右側の２隅部に搭載される。また、半田チップ９，１０の高さＨは、互いに同じか、若しくは多少の違い（数十μｍ）はあるが、半田ペースト８の厚さＴよりも高く形成されている。
【００１７】
具体的には、低融点側の半田チップ９は、半田ペースト８中の粉末半田（共晶半田）の融点よりも約２０℃高い半田材料（Ｓｎ７３重量％、Ｐｂ２７重量％  またはＳｎ５６重量％、Ｐｂ４４重量％等）により形成され、高融点側の半田チップ１０は、半田ペースト８中の半田の融点よりも約４０℃高い半田材料（Ｓｎ８２重量％、Ｐｂ１８重量％  またはＳｎ５３重量％、Ｐｂ４７重量％等）により形成されている。なお、半田チップ９，１０の融点の差は、１０℃〜３０℃が好ましい。また、半田チップ９，１０の高さＨは、１５０μｍ程度に形成されている。
【００１８】
さて、パワートランジスタ５の半田ペースト８上に半田チップ９，１０を搭載した後の第３工程（電子部品搭載工程）では、図５に示すように、半田チップ９，１０上にパワートランジスタ５を搭載すると共に、他の半田ペースト８上にセラミックコンデンサ３、ＩＣ４、ターミナル６等を搭載する。
【００１９】
その後の第４工程（リフロー加熱工程）では、基板１をリフロー炉内に入れて加熱する。ところで、半田ペースト８は、粉末半田とフラックスとを混練したもので、そのフラックス中には、ロジン、活性剤、増粘剤、チクソ剤、溶剤などの様々な成分を含んでいる。
【００２０】
そして、リフロー炉での加熱により、まず、半田ペースト８中に含まれている上記のような成分のうち、低沸点成分（１５０℃よりも低い温度で蒸発する成分）が蒸発する。また、半田ペースト８中には、吸湿した水分が含まれているが、この水分も蒸発する。このとき、半田チップ９，１０により半田ペースト８とパワートランジスタ５との間には、図６に示すように、空間Ｇが確保されているため、半田ペースト８から蒸発した蒸気は、矢印Ｂで示すように、半田ペースト８とパワートランジスタ５との間の空間Ｇから外部に逃げ出る。なお、上記の低沸点成分とは、ロジンなどの常温固体成分を溶解し、ペースト化するために用いられる溶剤（従って、導体２への印刷後は不要）や、部品粘着性、リフロー特性に影響を与えない成分である。
【００２１】
次いで、図７に示すように、半田ペースト８（粉末半田）が溶融する。その後、半田ペースト８の次に融点の低い半田チップ９が溶融し、最後に半田チップ１０が溶融する。このように、半田チップ９，１０が時間的に前後して溶融するので、半田チップ９の溶融時には、パワートランジスタ５は、一方側が自重により下がって図８に示すように傾いた状態となり、そして、半田チップ１０が溶融する際には、他方が自重により下がって行き、図９に示すように、溶融半田にパワートランジスタ５の接続面全体が接するようになる。
【００２２】
このため、パワートランジスタ５の下面（接続面）は、溶融半田面に対して低融点側の半田チップ９側から高融点側の半田チップ１０側に向かって順次接触してゆくようになるので、溶融半田面との間にある空気は、溶融半田内に巻き込まれることなく、円滑に外部に排除される。従って、パワートランジスタ５の半田付け部にボイドが残ることなく、良好に半田付けできる。
【００２３】
もちろん、パワートランジスタ５以外の他のセラミックコンデンサ３、ＩＣ４、ターミナル６は、半田付け面積が小さいので、半田チップ９，１０のようなものがなくても、リフロー加熱によってボイドを発生させることなく、良好に半田付けできる。
【００２４】
なお、本発明は、上記し勝つ図面に示す実施例に限定されるものではなく、次のような変形或いは拡張が可能である。
半田材は、半田チップ９，１０に代えて、半田ボールであっても良く、その形状は問わない。
半田チップ９，１０は、両側に２個ずつに限られず、３個ずつでも良い。棒状のものでは、１個ずつで済む。
電子部品を半田付けする対象物は基板１に限られない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す実装後の基板の断面図
【図２】基板に半田ペーストを塗布した状態で示す断面図
【図３】半田ペースト上に半田チップを搭載した状態で示す断面図
【図４】半田ペースト上に半田チップを搭載した状態で示す平面図
【図５】電子部品を搭載した状態で示す断面図
【図６】リフロー加熱の初期の状態を説明するための拡大断面図
【図７】リフロー加熱時の半田ペーストが溶融した状態で示す断面図
【図８】一方の半田チップが溶融した状態で示す断面図
【図９】他方の半田チップが溶融した状態で示す断面図
【符号の説明】
図中、１は基板、２は導体、５はパワートランジスタ（電子部品）、８は半田ペースト、９，１０は半田チップ（半田材）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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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