JP2010219241A - 電子部品のはんだ付け方法及び電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】ボイドの残留量を抑制しつつはんだの濡れ性が向上した電子部品のはんだ付け方法及び電子部品を提供することを課題とする。
【解決手段】電子部品のはんだ付け方法は、プリント基板３０の基板電極上３６ａ〜３６ｃに半田５６ａ〜５６ｃを供給し、基板電極３６ａ〜３６ｃと基板電極３６ａ〜３６ｃに実装される電子部品１０の部品電極１６ａ〜１６ｃとの間に、電子部品１０が、熱による溶融性を有するはんだチップ７０によって一辺側が支持され、該一辺側との対向片側が、プリント基板３０に直接支持された状態で電子部品１０をプリント基板３０に搭載し、半田５６ａ〜５６ｃと半田チップ７０を加熱する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品のはんだ付け方法及び電子部品に関する。

半田を用いて電子部品をプリント基板に実装する方法が知られている。特許文献１、２には、半田にボイドが残留することを抑制する技術が開示されている。特に、特許文献１には、融点の高い半田チップを融点の低いはんだ箔より厚くして電子部品の両側を支えた状態で、はんだ付けする技術が記載されている。一方、特許文献２には、基板に半田ペースト上に融点が互いに異なる半田チップにて電子部品の両側を支えた状態で、リフロー加熱を行う技術が記載されている。このように、特許文献１、２によると、基板電極に供給された半田と電子部品とが接触するまでの間に、基板電極に供給された半田からボイドが排出され、供給半田にボイドが残留することが抑制される。

特開平８−２９３６７０号公報 特開２０００−６８６３７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の実装方法により半田を加熱すると、はんだチップが溶解して基板電極に供給された半田と電子部品とが接触するまでの間に、プリント基板の基板電極上に供給された半田に含まれるフラックスが蒸発する恐れがある。フラックスが蒸発すると、半田の濡れ性が低下して接合不良を起こす恐れがある。
また、特許文献２に記載の実装方法では、電子部品の両側を支える半田チップの融点が互いに異なり、リフロー加熱により電子部品は一時的に傾いた状態となる。しかし、半田チップの融点が互いにことなるため、両半田チップ融解の間には必ずタイムラグが発生し、その間にフラックスが蒸発し、半田の濡れ性が低下して接合不良を起こす恐れがある。

そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、ボイドの残留量を抑制しつつ半田の濡れ性が向上した電子部品のはんだ付け方法及び電子部品を提供することを目的とする。

本明細書に開示の電子部品のはんだ付け方法は、プリント基板の基板電極上に半田を供給し、前記基板電極と前記基板電極に実装される電子部品の部品電極との間に、前記電子部品が、熱による溶融性を有する部品保持材によって一辺側を支持され、該一辺側との対向辺側が、前記プリント基板に直接支持された状態で電子部品を前記プリント基板に搭載し、前記半田と前記部品保持部材を加熱する。

加熱によって半田は溶解し、溶解前の状態よりも表面積が増大する。半田の表面積が大きくなることにより、半田の一部に部品電極が接触する。これにより、半田に含まれるフラックスが部品電極に広がる。これにより、半田の濡れ性が向上する。

本明細書に開示の電子部品は、プリント基板に実装される電子部品であって、電子部品本体と、前記電子部品本体に設けられた部品電極と、前記電子部品電極上に設けられ、熱による溶融性を有し、前記プリント基板に対して前記電子部品の一辺を支持するための部品保持部材と、を備えている。

ボイドの残留量を抑制しつつ半田の濡れ性が向上した電子部品のはんだ付け方法及び電子部品を提供する。

電子部品のはんだ付け方法の説明図である。 電子部品のはんだ付け方法の説明図である。 電子部品のはんだ付け方法の説明図である。 比較例に係る電子部品のはんだ付け方法の説明図である。 変形例に係る電子部品の製造方法の説明図である。 変形例に係る電子部品の製造方法の説明図である。 変形例に係る電子部品の製造方法の説明図である。 実験条件の説明図である。 電子部品ユニットのＸ線写真である。 電子部品ユニットのＸ線写真である。 電子部品ユニットのＸ線写真である。 変形例に係るプリント基板の説明図である。

図１〜３は、電子部品のはんだ付け方法の説明図である。図１Ａに示すように、電子部品ユニットは、プリント基板３０と後述する電子部品１０とを含む。プリント基板３０は、基板本体３２、基板本体３２の上面に設けられた基板電極３６ａ〜３６ｃを含む。基板本体３２は、硬質のプリント配線板であり、所定のパターニングが施されている。基板電極３６ａ〜３６ｃは、基板本体３２に設けられたパターンと電気的に接続されている。基板本体３２の中央部に基板電極３６ａが設けられており、基板電極３６ｂ、３６ｃは、中央部よりも基板本体３２の縁側に設けられている。基板電極３６ａの表面の面積は、基板電極３６ｂ又は基板電極３６ｃの表面の面積よりも大きい。

第１半田を供給する工程について説明する。図１Ｂに示すように、基板電極３６ａ〜３６ｃの上面に半田５６ａ〜５６ｃを塗布する。半田５６ａ〜５６ｃは例えばペースト状である。半田５６ａ内には、ボイドＢが混入している。半田５６ａ〜５６ｃの塗布方法は、スクリーン印刷、又はノズル等を用いてもよい。半田５６ａ〜５６ｃは、粉末半田とフラックスとを混合したものである。フラックス中には、活性剤、増粘剤、チクソ剤、溶剤などの成分が含まれる。半田５６ａ〜５６ｃは、鉛フリー半田である。

第２半田を供給する工程について説明する。図１Ｃに示すように、基板電極３６ｃの上面に、半田チップ７０を配置する。尚、半田チップ７０の融点は、半田５６ａ〜５６ｃの融点よりも高い。半田チップ７０の高さは、半田５６ａ〜５６ｃの高さよりも大きい。尚、半田チップ７０は、半田５６ａ上においてもよい。その際には、基板本体３２の中央部よりも縁側に配置する。なお、半田チップ７０には、フラックスが含まれていなくても良い。

次に、プリント基板３０上に電子部品１０を配置する工程について説明する。図２Ａに示すように、プリント基板３０上に電子部品１０を配置する。電子部品１０は、樹脂１２、半導体チップ１４、基板１５、部品電極１６ａ〜１６ｃを含む。樹脂１２、半導体チップ１４及び基板１５は、部品本体に相当する。電子部品１０は、略矩形状に形成されている。基板１５の上面に半導体チップ１４が実装されている。半導体チップ１４周囲は樹脂１２により封止されている。基板１５の下面に、部品電極１６ａ〜１６ｃが設けられている。部品電極１６ａ〜１６ｃは、基板１５に設けられた配線パターンと電気的に接続されている。基板１５の中央部に部品電極１６ａが設けられており、部品電極１６ｂ、１６ｃは、中央部よりも基板１５の縁側に設けられている。部品電極１６ａの表面の面積は、部品電極１６ｂ又は部品電極１６ｃの表面の面積よりも大きい。

半田チップ７０の上に部品電極１６ｃが配置されるようにして、プリント基板３０上に電子部品１０を配置する。半田５６ｂ上には部品電極１６ｂが配置される。このように半田チップ７０を用いて、電子部品１０をプリント基板３０に対して傾いた状態で配置する。半田チップ７０を、プリント基板３０の中央部よりも縁側であり、電子部品１０の中央部よりも縁側に配置することにより、プリント基板３０上に電子部品１０を傾いた状態で配置することができる。半田チップ７０は、電子部品１０の一辺側を支える部品保持部材に相当する。半田チップ７０は、熱による溶融性を有している。また、半田チップ７０により支持される男子部品１０の一辺側との対向片側は、プリント基板３０に支持される。

この状態では、ペースト状の半田５６ｂ内に部品電極１６ｂが若干沈んだ状態となる。また、部品電極１６ａの一部が加熱前から半田５６ａに接触している。

次に、半田５６ａ〜５６ｃ、半田チップ７０を加熱する工程について説明する。電子部品１０がプリント基板３０に対して傾いて配置された状態のまま、電子部品１０、プリント基板３０をリフロー炉内へ搬送して加熱する。これにより、半田５６ａ〜５６ｃ、半田チップ７０は加熱される。

リフロー炉により加熱が開始されると、半田チップ７０よりも先に半田５６ａ〜５６ｃが溶解し始める。半田５６ａ〜５６ｃの融点は、半田チップ７０の融点よりも低いからである。半田５６ａ、５６ｂが溶解すると、図２Ｂに示すように、半田５６ａ、５６ｂのフラックスＦが部品電極１６ａ、１６ｂに付着する。

更に継続して加熱すると、図２Ｃに示すように、フラックスＦが部品電極１６ａの面全体に広がっていく。フラックスＦが部品電極１６ａの全体に広がっていくことにより、半田５６ａの濡れ性が向上する。

更に継続して加熱すると、図３Ａに示すように、溶解した半田５６ａの表面張力によって、半田５６ａが部品電極１６ａの面全体に付着する。この際に、複数のボイドＢは、半田５６ａ内で合流し、大きなボイドＢとなる。このボイドＢは、自身の浮力によって部品電極１６ａの面に沿うようにして浮上しつつ、部品電極１６ａの縁側へとゆっくりと移動する。

更に継続して加熱すると、半田チップ７０の大部分が溶解して半田５６ｃと混ざり合う。これにより、図３Ｃに示すように、電子部品１０の自重によって部品電極１６ａが基板電極３６ａに更に接近する。半田５６ａ内のボイドＢは、部品電極１６ａと基板電極３６ａとの間でゆっくりと押しつぶされるようにして半田５６ａの外部へと排出される。また、電子部品１０の自重と半田５６ａ〜５６ｃの表面張力とにより、電子部品１０はプリント基板３０に対して略平行な状態となる。この状態で電子部品１０、プリント基板３０をリフロー炉から排出すると、半田５６ａ〜５６ｃが硬化して、プリント基板３０に対する電子部品１０の実装が完了する。このようにして電子部品ユニットが製造される。

以上のように、上記はんだ付け方法によって、加熱前から部品電極１６ａの一部が半田５６ａに接触しているため、フラックスの完全に蒸発する前にフラックスが接触箇所から濡れ広がっていく。言い換えれば、温度が上がっていくとフラックスは粘度が低下して電子部品を濡れ伝わっていくこととなるため、半田５６ａの濡れ性が向上する。その結果、半田５６ａ内にボイドが残留することが抑制され、良好な半田付け状態を実現できる。

尚、半田チップ７０と対向する基板電極３６ｃは、半田５６ｃおよび半田チップ７０の合計量に相応する面積を有している。これにより、半田５６ｃ及び半田チップ７０が加熱されて溶解しても、基板電極３６ｃから流れ落ちることが防止される。

次に、半田５６ａと部品電極１６ａとが接触しない状態でプリント基板３０に対して斜めに電子部品１０を配置した場合について説明する。このように配置した状態で半田５６ａが加熱すると、半田５６ａが溶解して液体化し、表面積が増大する。半田５６ａの表面積が増大すると、半田５６ａと部品電極１６ａとが最も接近した部分で液状化した半田５６ａの一部と部品電極１６ａの一部とが接触する。これにより、半田５６ａのフラックスＦが部品電極１６ａ全体に広がる。したがって、半田５６ａと部品電極１６ａとが接触していない状態でプリント基板３０上に電子部品１０を配置した場合であっても、半田５６ａの濡れ性が向上する。また、加熱により半田５６ｂ、５６ｃが溶解することにより、電子部品１０の自重によって部品電極１６ｂは半田５６ｂ内に更に沈み、半田チップ７０は半田５６ｃ内に沈む。これにより、加熱前の状態で部品電極１６ａと半田５６ａとが接触していない場合であっても、加熱開始から短時間で部品電極１６ａの一部と半田５６ａの一部とが接触することになる。

次に、比較例の電子部品のはんだ付け方法について説明する。図４Ａに示すように、半田チップ７０を、それぞれ半田５６ａ、５６ｃ上に配置し、電子部品１０をプリント基板３０に対して平行な状態で配置する。この状態において、半田５６ａと部品電極１６ａとは接触していない。次に、この状態で、電子部品１０、プリント基板３０をリフロー炉により加熱する。加熱されると、半田５６ａからフラックス成分が蒸発し始める。この蒸発は、半田５６ａが部品電極１６ａに接触するまで続く。

継続して加熱すると、図４Ｃに示すように、２つの半田チップ７０が溶解して、半田５６ａが部品電極１６ａに接触する。この状態で電子部品１０、プリント基板３０をリフロー炉から排出すると、半田５６ａ〜５６ｃが硬化して、電子部品１０がプリント基板３０に実装される。

このように、半田５６ａが加熱されてから、２つの半田チップ７０が溶解して半田５６ａと部品電極１６ａとが接触するまでの間で、半田５６ａのフラックスＦが蒸発する。このため、上記のはんだ付け方法では半田５６ａの濡れ性は悪化し、半田５６ａによる接合強度が低下する恐れがある。

次に、電子部品の変形例について説明する。図５〜７は、変形例に係る電子部品の製造方法の説明図である。図５Ａは、電子部品１０の上面、図５Ｂは、電子部品１０の下面を示している。電子部品１０の下面には、部品電極１６ａ〜１６ｅが設けられている。部品電極１６ｂ〜１６ｅは、それぞれ基板１５の隅に設けられている。尚、図５Ａ、図５Ｂに示した電子部品１０は、図２等に示した電子部品１０と同一のものである。部品電極１６ｂ〜１６ｅは、略同じ大きさである。このような電子部品１０に部品電極１６ｃ、１６ｅ上に、半田チップ７０を設ける場合について説明する。

図６Ａに示すように、電子部品１０の下面にマスク６０を配置する。マスク６０は、部品電極１６ｃ、１６ｅと対応した位置に、孔６６が形成されている。図６Ｂに示すように、電子部品１０の下面にマスク６０を配置した状態で、スキージ９０によりマスク６０上にペースト状の半田５１を塗布する。図６Ｃに示すように、電子部品１０の下面からマスク６０を剥がすと、部品電極１６ｃ、１６ｅ上にのみ半田５１が塗布されている。

次に、図７Ａに示すように、マウンタ８０により半田チップ７０を部品電極１６ｃ、１６ｅに搭載する。図７Ｂに示すように、電子部品１０をリフロー炉内に搬送して半田チップ７０を溶解させる。半田チップ７０が溶解すると半田５１と混ざり合う。次に、電子部品１０をリフロー炉から排出する。図７Ｃに示すように、溶解した半田チップ７０と半田５１とが硬化して、部品電極１６ｃ、１６ｅ上に突出半田７１が形成される。これにより、突出半田７１を有した電子部品１０ａが形成される。

突出半田７１が形成されているので、部品電極１６ａ〜１６ｃを下側にして電子部品１０ａを平面に配置すると、電子部品１０ａは平面に対して傾く。このような電子部品１０ａを用いて、プリント基板３０上に配置することによって、電子部品１０ａをプリント基板３０に対して傾いた状態で配置することができる。尚、この場合、プリント基板３０上に別途半田チップを配置する必要はない。突出半田７１が形成された電子部品１０ａをプリント基板３０に配置して、電子部品１０ａとプリント基板３０とをリフロー炉に搬送加熱することにより、電子部品ユニットが製造される。

次に、ボイドの残留について説明する。ボイドの残留について確認するため、発明者は実験を行った。図８は、実験条件の説明図である。電子部品１０は、短辺が９ｍｍ、長辺が９．５ｍｍである。高さＨが、０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、０．８ｍｍの半田チップ７０をそれぞれ用いて実験した。尚、高さＨが、０．３ｍｍの場合には、基板１５と基板電極３６ａ〜３６ｃの表面とのなす角度θは、１．９１度である。また、高さＨが、０．５ｍｍの場合には、角度θは、３．１８度であり、高さＨ０．８ｍｍの場合には、角度θは、５．１０度であった。

図９〜１１は、電子部品ユニットのＸ線写真である。図９Ａは、半田チップ７０を設けない場合、即ち、基板電極３６ａ等の上に塗布したペースト状の半田のみを用いて電子部品１０を実装した場合でのＸ線写真である。図９Ａに示すように、中央部には複数の大きなボイドＢが残留している。

図９Ｂは、高さＨが０．３ｍｍの半田チップ７０を用いて電子部品１０を実装した場合でのＸ線写真である。図９Ｂに示すように、中央部にはいまだ複数の大きなボイドＢが残留している。尚、図９Ｂ〜１０Ｂでは、電子部品１０の４つの隅のうち、右上と右下の２つの隅のそれぞれに半田チップ７０を配置した。

図１０Ａは、高さＨが０．５ｍｍの半田チップ７０を用いて電子部品１０を実装した場合でのＸ線写真である。半田チップ７０を用いない場合、高さＨが０．３ｍｍの半田チップ７０を用いた場合と比較し、ボイドＢの残留量が大幅に低減されているのがわかる。

図１０Ｂは、高さＨが０．８ｍｍの半田チップ７０を用いて電子部品１０を実装した場合でのＸ線写真である。図９Ｄに示すように、ボイドＢの残留量は更に低減されている。

図１１Ａ、１１Ｂは、電子部品１０の４つの隅のうち、右上の１つの隅にのみ半田チップ７０を配置した場合でのＸ線写真である。図１１Ａは、高さＨが０．３ｍｍの半田チップ７０を用いて電子部品１０をプリント基板３０に実装した場合を示している。多くのボイドＢが混入していることが見てとれる。図１１Ｂは、高さＨが０．８ｍｍの半田チップ７０を用いて電子部品１０をプリント基板３０に実装した場合を示している。図１１Ｂに示すように、若干のボイドＢが混入しているものの、図１１Ａと比較し、ボイドＢの残留量は大幅に低減されている。

以上のように、半田チップ７０を一つだけ用いてもボイドの残留量の低減効果はあった。また、実験結果より、角度θが約３度以上でボイドの残留量の低減効果があった。尚、半田チップ７０を２つ用いた場合において、半田チップ７０を一つだけ用いた場合とくらべて電子部品１０を安定して支持することができる。

次に、変形例に係るプリント基板について説明する。図１２は、変形例に係るプリント基板３０ａの説明図である。図１２に示すように、半田チップ７０と対向する基板電極３６ｃａは、電子部品１０の外形よりもさらに外側に引き伸ばして形成されている。これは、以下の理由による。半田チップ７０の大きさなどによっては、電子部品１０の実装高さが高くなる恐れがある。しかしながら、半田チップ７０と対向する基板電極３６ｃａの大きさを実装される電子部品１０の外形よりも外側に引き伸ばすことにより、溶解した半田チップ７０を電子部品１０の外側に逃すことができる。これにより、電子部品１０の実装高さが大きくなることを防止できる。

以上本発明の好ましい一実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

本実施形態では、半田チップの融点が、半田の融点よりも高い場合について説明したが、半田チップの融点と半田の融点と同じ場合でもよい。半田チップ下の半田に含まれるフラックスが、半田チップに濡れあがるにはある程度の時間が必要だからである。

本実施形態では、半導体チップが樹脂封止された電子部品を例に説明したが、これに限定されない。例えば、半導体チップが樹脂封止されておらず金属のふたで覆われている電子部品であってもよい。

本実施形態では、半田チップを用いたが、それ以外の、熱による溶融性を有した部材により、電子部品の一辺を支えるようにしてもよい。

１０ 電子部品
１６ａ〜１６ｅ 部品電極
３０ プリント基板
３６ａ〜３６ｃ 基板電極
５６ａ〜５６ｃ 半田
７０ 半田チップ
７１ 突出半田

Claims (10)

1. プリント基板の基板電極上に半田を供給し、
   前記基板電極と前記基板電極に実装される電子部品の部品電極との間に、前記電子部品が、熱による溶融性を有する部品保持材によって一辺側を支持され、該一辺側との対向辺側が、前記プリント基板に直接支持された状態で電子部品を前記プリント基板に搭載し、
   前記半田と前記部品保持部材を加熱する、電子部品のはんだ付け方法。
2. 加熱前から前記半田と前記部品電極の一部が接触するとともに、前記部品保持部材により前記プリント基板に対して傾いた状態で搭載される、請求項１の電子部品のはんだ付け方法。
3. 前記部品保持部材の高さは、前記半田の高さよりも大きい、請求項１または２の電子部品のはんだ付け方法。
4. 前記部品保持部材の融点は、前記半田の融点以上である、請求項１ないし３のいずれかの電子部品のはんだ付け方法。
5. 前記半田及び前記部品保持部材のうち少なくとも一方は、鉛フリー半田からなる、請求項１ないし４のいずれかの電子部品のはんだ付け方法。
6. 前記部品保持部材は、前記プリント基板の基板電極上に設けられる、請求項１ないし５のいずれかの電子部品のはんだ付け方法。
7. 前記部品保持部材は、前記電子部品の部品電極上に設けられる、請求項１ないし５のいずれかの電子部品のはんだ付け方法。
8. 前記部品保持部材と対向する前記基板電極は、前記電子部品の外形よりもさらに外側に引き伸ばして形成される、請求項１ないし７のいずれかの電子部品のはんだ付け方法。
9. 前記部品保持部材と対向する前記基板電極は、前記半田および前記部品保持部材の合計量に相応する面積を有する、請求項１ないし８のいずれかの電子部品のはんだ付け方法。
10. プリント基板に実装される電子部品であって、
    電子部品本体と、
    前記電子部品本体に設けられた部品電極と、
    前記電子部品電極上に設けられ、熱による溶融性を有し、前記プリント基板に対して前記電子部品の一辺側を支持するための部品保持部材と、を備えた電子部品。
    
    

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