電子部品の実装方法、電子部品の取り外し方法及び配線板

【課題】電子部品の多極化・大型化等により表面実装用のはんだ部分の平坦性は劣化する傾向にあり、また電極部の酸化等もあって、高品質・高信頼性なはんだ接合を得ることが難しい。
【解決手段】印刷配線板１にはんだ接続用の導体２を形成した貫通スルーホール３を設ける。貫通スルーホール３は底面電極部品５の電極部６の配置に対向するように位置を同じくして設ける。印刷配線板１のソルダレジスト４は、底面電極部品５を実装する側は、スルーホールランド（部品側）８の領域を確保するように形成し、一方、底面電極部品５を実装しないスルーホールランド（裏面側）２１は、貫通スルーホール３の開口径と同一な径を持つソルダレジスト４として形成する。はんだ槽９にて噴流させた溶融はんだ１０を印刷配線板１の下面へ接触させることにより、貫通スルーホール２の内部へはんだを誘導することで、はんだ接合を行う。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、底面電極を有する電子部品を印刷配線板へ実装する実装方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
底面電極を有する電子部品を印刷配線板へ表面実装はんだ付けする工法は、はんだごてを用いた手はんだ付けができない。このため、通常、クリームはんだを印刷した基板に電子部品を搭載し、リフロー加熱によりはんだ接合を行うという工法が用いられる。この際、電子部品の電極の平坦度に不ぞろいがあると、搭載した電子部品の電極とクリームはんだとが非接触のままリフロー加熱されるため接合不良が生じる。この対策として、従来、はんだ付けの前準備として電子部品の平坦度の不ぞろいを均一にした後、はんだ付けを行うことが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−５５０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のような前準備は量産基板組立において多くの処理時間を要する。また電子部品の多極化・大型化により電子部品の平坦性が無くなる傾向にあり、必要とされる平坦性を確保することが困難となっている。
また、底面電極部品の実装において高品質・高信頼性のはんだ接合を得るには、電子部品や印刷配線板の平坦性のほか、底面電極部の清浄性を保つことが重要である。底面電極部は電子部品の製造・試験プロセスにおいて、例えば高温バーンインなどの影響を受け、酸化等の汚染が生じる。このことから高品質・高信頼性なはんだ接合を得ることが難しい。
また、電子部品の多極化、小型化により、印刷配線板の表面実装パッド上へ供給できるはんだが少なくなっており、リフロー加熱による一般的な底面電極部品のはんだ接合では、接合信頼性へ影響を及ぼすスタンドオフ高さ（電子部品と印刷配線板とのクリアランス）を確保することが困難となっている。
【０００５】
この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、底面電極部品や印刷配線板の平坦性に左右されずに、高品質・高信頼性なはんだ接合が可能な実装方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の底面電極を有する電子部品の実装方法は、電子部品の電極と、配線板の一面にあって前記電極と対向する位置に設けられた電極（スルーホールランド）とをはんだ接合する電子部品の実装方法であって、前記配線板の電極位置に貫通スルーホールを穿設し、前記電子部品の電極と前記配線板の電極とを位置合わせした後に、前記配線板の他の一面から前記貫通スルーホール内部を通して溶融はんだを供給し、前記電子部品の電極と前記配線板の電極とをはんだ接合する。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、スルーホール内部から溶融はんだが基板上面より高い位置まで噴出するため、底面電極部品や印刷配線板の平坦性に左右されずに、高品質・高信頼性なはんだ接合が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る底面電極を有する電子部品の印刷配線板への実装方法を説明するためのモデル図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る印刷配線板の断面構造を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１における部品を搭載する工程での効果の一例を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１における実装工程を説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態１におけるはんだ付け工程の説明とその効果の一例を説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態１におけるはんだ付け工程による効果の一例を説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態２におけるはんだ付け工程を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態３における底面電極部品のリペア工程を説明する図である。
【図９】本発明の実施の形態４における底面電極部品の実装方法を説明する図である。
【図１０】本発明の実施の形態５における底面電極部品の実装方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。
図１は、実施の形態１に係る底面電極を有する電子部品（以下、底面電極部品という）の印刷配線板への実装方法を説明するためのモデル図である。
図１に示すように、底面電極部品の印刷配線板への実装において、印刷配線板１に穿設されたはんだ接続用の貫通スルーホール３と底面電極部品５の電極部６とは、位置を同じく対向するように配置されている。
印刷配線板１と底面電極部品５とを電気的に接続する継ぎ手は、印刷配線板１のスルーホールランド（部品側）８から貫通スルーホール３内へ充填した連続するはんだにより構成される。
【００１０】
図２は底面電極部品５を実装する印刷配線板１の断面構造を示した図である。印刷配線板１には、はんだ接続用の貫通スルーホール３が底面電極部品５の電極部６に対抗する位置に穿設されている。貫通スルーホール３にはめっき工程によりめっきが施される。より詳しくは、貫通スルーホール３のめっき工程によって、貫通スルーホールの孔内のめっきであるスルーホールめっき（孔内）２０と、底面電極部品５を実装する表面側に形成されたランド部にあたるスルーホールランド（部品側）８と、底面電極部品５を実装しない裏面側に形成されたスルーホールランド（裏面側）２１が形成される。
印刷配線板１のソルダレジスト４は、底面電極部品５を搭載するスルーホールランド（部品側）８周囲に形成されている。ソルダレジスト４により、はんだがスルーホールランド（部品側）８の周囲にぬれ広がって付着することを防止できる。一方、底面電極部品５を搭載しない側では、貫通スルーホール３の孔径とほぼ同じ寸法のソルダレジスト４で覆われ、スルーホールめっき（裏面側）２１がはんだにぬれないようにされている。
【００１１】
印刷配線板１をこのような構造とすることにより、印刷配線板１と底面電極部品５とを電気的に接続するはんだ継ぎ手は、ソルダレジスト４によりはんだの流れる領域が制限される。
一方、底面電極部品５を実装しない印刷配線板１の裏面側では、スルーホールめっき（裏面側）２１を覆うように形成されたソルダレジスト４により、はんだはぬれ広がらない。
【００１２】
以下に、底面電極を有する電子部品の実装方法と検査方法、及び電子部品のリペア方法について、図を用いて説明する。
【００１３】
まず、図３に示すように、印刷配線板１に設けた貫通スルーホール３と位置を同じくして対向する電極部を有する底面電極部品５を印刷配線板１上に搭載する。搭載する底面電極部品５は、貫通スルーホールの中心位置と電極部の中心位置がほぼ同じになるように印刷配線板１上へ搭載する。その方法は、電極部６をカメラにより画像認識し位置補正する機能を有する表面実装部品実装機や、貫通スルーホール３と電極部６をハーフミラーにより合成し、位置補正するような機能を有する実装機などを用いて搭載する。搭載方法を制限するものではなく、また底面電極部品の電極先端が半球状である場合、図３に示すように、貫通スルーホール部３のくぼみに電極部６をはめ合わせることで、貫通スルーホール３や電極部６の位置誤差による実装ズレを、現物にて調整することが可能であり、実装機を利用しなくとも手作業で実施できる。
【００１４】
その後、はんだ接合部の酸化物などのはんだ付け阻害成分を取り除くためのフラックス剤を、印刷配線板１の貫通スルーホール３や電極部６へ塗る。フラックス剤の塗布方法はスプレー塗布や発泡でもよく、印刷配線板１の貫通スルーホール３や電極部６へフラックス剤が付着できればよい。印刷配線板１の貫通スルーホール３と底面電極部品５の電極部６に、同時にフラックス剤を塗布できない場合は、底面電極部品５を搭載する前に、印刷配線板１の貫通スルーホール３と底面電極部品５の電極部６を別々にフラックス剤塗布してもよい。
【００１５】
次に、はんだ付け方法について図４を用いて説明する。また図５に、はんだ付け方法の例を示す。
まず、図４に示すように、予め塗布したフラックス剤の作用を働かせるために、ヒータにより印刷配線板１及び底面電極部品５を加熱する。加熱温度は、用いるフラックス剤の成分や底面電極部品５の耐熱温度により異なるが、印刷配線板１の表面で８０〜１００℃が一般的である。その後、はんだ槽９にて噴流させた溶融はんだ１０を、印刷配線板１の下面へ接触させる。溶融はんだ１０の温度は、用いるはんだ組成により異なるが、ＳｎＰｂ共晶はんだ合金の場合は、融点１８３℃よりも７０℃程度高い２４５〜２６０℃が一般的である。印刷配線板１の下面側の貫通スルーホール３に接触した溶融はんだ１０は、フラックス剤の酸化膜除去機能による表面張力の低下や毛細管現象の作用により、貫通スルーホール３の内部へはんだを誘導させる。貫通スルーホール３の内部を充填した溶融はんだは、印刷配線板１の上面へ到達し噴出する。
【００１６】
その溶融はんだの噴出作用により、電極部６表面がはんだでぬれる。さらに、この実施形態例では、その溶融はんだの噴出作用により、図５に示すような、底面電極部品５の電極部６の凹凸や印刷配線板１の平面度といった平坦性が悪い場合においても、はんだが噴出することにより電極部６へのはんだ接触が可能になる。
【００１７】
さらには、その溶融はんだの噴出作用は、はんだの持つ高い比重との相乗効果により、底面電極部品５を上部方向へ押し上げることができる。一般的には、底面電極部品５はエポキシ樹脂やセラミック（Ａｌ_２Ｏ_３）材質をボディとしており、それぞれの比重はＳｎＰｂ共晶はんだ合金の比重に比べて、１／５〜１／２程度軽い。この作用により、図６に示すようにはんだ接合信頼性に影響を与えるスタンドオフ高さ（底面電極部品５と印刷配線板１とのクリアランス）を従来以上に確保することが可能となる。
【００１８】
さらには、その溶融はんだの噴出作用は、はんだの持つ高い比重との相乗効果により、底面電極部品５を上部方向へ押し上げるが、印刷配線板１の上のスルーホールランド８や貫通スルーホール３などのはんだ接触領域が多い場合は、はんだが凝固するまでの過程で、押し上げた底面電極部品５を逆に押し下げようという作用が働く。これを抑制するためには、印刷配線板１の上のスルーホールランド８や貫通スルーホール３などのはんだ接触領域を小さくする工夫が必要であり、図１に示すソルダレジスト４がその機能を果たす。ソルダレジスト４は、底面電極部品５を搭載する側はスルーホールランド８を確保して、はんだフィレット形成を十分なものとする。一方、底面電極部品５を搭載しない側は、貫通スルーホール３の孔径とほぼ同じ寸法の孔を形成したソルダレジスト４とすることで、はんだの流れる領域の抑制効果を図っている。
【００１９】
また、広く用いられているプラスチック樹脂モールドの本体を持つ、いわゆるプラスチップパッケージＩＣを表面実装リフロー加熱する場合は、部品耐熱温度以上にはんだを溶融させ接合することができない。プラスチックパッケージＩＣの耐熱温度は、その樹脂の種類や半導体ベアチップの接続方法などにより異なるが、２３０〜２４０℃の部品もあり、その際はリフロー加熱のピーク温度を２３０℃未満に抑える必要がある。しかし、その温度では、底面電極部品５の電極部６に強固な酸化膜などのはんだ付け阻害物質が付着している場合は、フラックス剤の作用だけでは酸化膜を除去できず、正常なはんだ接合を得ることができない。これに対して、図４で示すはんだ付け方法は、印刷配線板１の下面から溶融はんだを接触させるため、はんだ温度を部品耐熱温度よりも高くすることが可能であり、電極部の強固な酸化膜をも破り、正常なはんだ付けを実現することが可能である。
【００２０】
実施の形態２．
実施の形態２として、はんだ付け方法とその検査方法を、図７を用いて説明する。はんだ付け方法は、印刷配線板１のスルーホールランド（部品側）８及び貫通スルーホール３内を満たし、通常適正なはんだフィレットを形成できる量のはんだをペースト状はんだ１１で供給し、リフロー加熱によりはんだ接合を行う。はんだ付け後の検査は、印刷配線板１の貫通スルーホール３へのはんだの充填率により、はんだ接合状態の良し悪しを目視判断する検査方法を提供できる。
【００２１】
このはんだ付け方法は、印刷配線板１のスルーホールランド（部品側）８の上のはんだＡと貫通スルーホール３内を満たすはんだＢの双方を形成できる量のはんだを算出し、ペースト状はんだ１１で印刷配線板１の上のスルーホールランド（部品側）８の位置へ供給する。そして、底面電極部品５を、印刷配線板１に設けたはんだ接続用の貫通スルーホール３と、底面電極部品５の電極部６の位置が同じくなるように搭載し、表面実装リフロー全体加熱により、ペースト状はんだ１１を溶融させ、はんだのぬれ作用によりはんだ付けをする。その際、溶融したはんだは、印刷配線板１のスルーホールランド（部品側）８の上だけでなく、貫通スルーホール３の内部へもはんだのぬれ、毛細管現象により、進入しはんだ付けを終える。供給したはんだ量が同一であるので、貫通スルーホール内に充填されたはんだ量も一定の出来栄えを得ることができる。
【００２２】
はんだ付け後、貫通スルーホール３の下面から、はんだの充填具合を、目視や拡大鏡により観察可能となる。仮に図７のようにはんだの充填具合が少なかったり、はんだが多かったりしている箇所がある場合は、ペースト状はんだ１１の供給量のばらつきや、電極部６へのはんだのぬれ不具合などの異常があった可能性を示すものである。本実施形態２であれば、非破壊検査装置や電気性能試験などの試験機器を用いることなく、はんだ継ぎ手の目視による観察が出来る利点をもつ。
【００２３】
実施の形態３．
実施の形態３として、部品の取外しと取り付けの作用と効果を、図８を用いて説明する。該当する底面電極部品５を搭載している印刷配線板１の下部より溶融はんだを接触させると、はんだ継ぎ手部のはんだの溶融が開始する。はんだ継ぎ手部のはんだ溶融後、底面電極部品５を吸着ピンセットなどで持ち上げることにより、はんだ継ぎ手部が切断されて、取外しを完了する。
【００２４】
取付けに当っては、実施の形態１でのはんだ付けと同様に行う。通常、取り外した部品を再度使用する場合は、はんだ継ぎ手部のはんだ量が多すぎないように、かつ均一なはんだ量を供給できるように電極部６に付着している余剰はんだ１２を除去するが、貫通スルーホール３でのはんだ量の自己調整ができることから、予め除去する必要はない。
【００２５】
実施の形態４．
実施の形態４による底面電極部品の実装方法は、はんだ付けされる金属電極やはんだバンプの表面に形成される、酸化物や水酸化物の等の酸化膜により、電子部品の電極やはんだバンプの適正なはんだ付けが阻害される、という課題に対処するためのものである。
実施の形態４では、特にコラム表面に１５ｎｍレベルの厚い酸化膜を有する３０４ピン、１．２７ｍｍピッチＣＧＡパッケージをはんだ付けするために、φ０．６ｍｍの貫通スルーホールを有する２．０ｍｍ厚印刷配線板に噴流させた２６０℃の溶融はんだを接触させはんだ付けを行うことを特徴とする。
【００２６】
図９は、実施の形態４におけるＣＧＡパッケージ実装方法を示す正面図である。この実装は、ＣＧＡパッケージ以外の表面実装部品を印刷配線板に実装した後の工程に適用される。
【００２７】
図９において、底面電極部品の実装構造は、貫通スルーホール３を有する印刷配線板１と、電子部品であるＣＧＡパッケージ１３と、はんだ槽９と、溶融はんだ１０によって形成されるはんだ５を備え構成される。ＣＧＡパッケージ１３は、パッケージ内部に電子回路が形成され、パッケージ底面（裏面）に複数個、面配列された円筒状のはんだコラム１４が接合されている。コラム表面は厚い酸化膜１５で覆われている。印刷配線板１は、部品側レジスト４及び溶融はんだ接触側レジスト４が施されている。
なお、図９において、ＣＧＡパッケージ１３以外の搭載部品やはんだ付け装置詳細等は図示していない。
【００２８】
次にＣＧＡパッケージ１３のはんだ付けの流れを説明する。印刷配線板１の上にＣＧＡパッケージ１３を設置する。印刷配線板１の下面に２６０℃の溶融はんだ１０を接触させ、表面張力により貫通スルーホール３の内部へはんだを誘導する。通常用いられる全体加熱方式であるリフロー加熱では、部品耐熱温度、例えば２２０℃を越えないよう加熱温度を設定する。一方、本手法では、印刷配線板１の下面から２６０℃という部品耐熱温度を超えた溶融はんだを接触させることが可能となり、実施の形態１で示したとおり活性化エネルギーの高いはんだがコラム表面に存在する厚い酸化を除去し、良好なはんだフィレットを形成できる。
【００２９】
実施の形態５．
実施の形態５による底面電極部品実装方法は、はんだ付けされる金属電極やはんだバンプのの平坦度が悪いために、電子部品の電極やはんだバンプの適正なはんだ付けが阻害される、という課題に対処するためのものである。
この実施の形態５では、特に０．２５ｍｍのパッケージ平坦度を有する３５ｍｍ角、１．０ｍｍピッチの大型ＣＧＡパッケージをはんだ付けするために、φ０．２ｍｍの貫通スルーホールを有する２．０ｍｍ厚印刷配線板に噴流させた２６０℃の溶融はんだを接触させはんだ付けを行うことを特徴とする。以下、図１０を用いて実施の形態５について説明する。
【００３０】
図１０は、実施の形態５におけるＣＧＡパッケージ実装方法を示す正面図である。この実装は、ＣＧＡパッケージ以外の表面実装部品を印刷配線板に実装した後の工程に適用される。
【００３１】
図１０において、底面電極部品実装構造は、貫通スルーホール３を有する印刷配線板１と、電子部品であるＣＧＡパッケージ１３と、はんだ槽９と、溶融はんだ１０によって形成されるはんだ５を備え構成される。ＣＧＡパッケージ１３は、パッケージ内部に電子回路が形成され、パッケージ底面（裏面）に複数個、面配列された円筒状のはんだコラム１４が接合されている。印刷配線板１は、部品側レジスト４及び溶融はんだ接触側レジスト４が施されており、部品側にはペースト状はんだ１１が印刷されている。
なお、図において、ＣＧＡパッケージ１３以外の搭載部品やはんだ付け装置詳細等は図示していない。
【００３２】
次にＣＧＡパッケージ１３のはんだ付けの流れを説明する。印刷配線板１上に設置したＣＧＡパッケージ１３へ溶融はんだ１０を誘導する方式は、実施の形態４と同様である。通常の表面実装では、ペースト状はんだ１１を印刷し、部品搭載、リフロー加熱を行う。この際、一般的なはんだ印刷厚さは最大でも０．２ｍｍ程度であるが、本事例のようにパッケージ平坦度が０．２５ｍｍの場合、（はんだ印刷厚さ）＜（パッケージ平坦度）となりリフロー加熱時にペースト状はんだ１１とパッケージのはんだコラム１４が非接触となる。この場合、良好なはんだフィレットが形成されない。
【００３３】
そこで図１０に示す手法を用いた場合、溶融はんだ１０は印刷配線板１の上面より１ｍｍ程度噴出し、０．２５ｍｍものパッケージ平坦度を吸収できる。この噴出作用によりパッケージの平坦度に左右されず良好なはんだフィレットを形成できる。
【符号の説明】
【００３４】
１印刷配線板、２導体、３貫通スルーホール、４ソルダレジスト、５底面電極部品、６電極部、７はんだ、８スルーホールランド（部品側）、９はんだ槽、１０溶融はんだ、１１ペースト状はんだ、１２余剰はんだ、１３ＣＧＡパッケージ、１４はんだコラム、１５酸化膜、２０スルーホールめっき（孔内）、２１スルーホールランド（裏面側）。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品の電極と、配線板の一面にあって前記電極と対向する位置に設けられた電極とをはんだ接合する電子部品の実装方法であって、
前記配線板の電極位置に貫通スルーホールを穿設し、
前記電子部品の電極と前記配線板の電極とを位置合わせした後に、前記配線板の他の一面から前記貫通スルーホール内部を通して溶融はんだを供給し、前記電子部品の電極と前記配線板の電極とをはんだ接合することを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項２】
はんだ槽内で溶融された溶融はんだに前記配線板の他の一面を接触させることにより前記貫通スルーホールを介して前記溶融はんだを供給することを特徴とする請求項１記載の電子部品の実装方法。
【請求項３】
前記電子部品の電極は半球状の形状を有し、
半球状の形状を有した前記電子部品の電極を、前記貫通スルーホールの孔位置にはめ合わせることにより、前記電子部品の電極と前記配線板の電極とを位置合わせすることを特徴とする請求項１、２いずれか記載の電子部品の実装方法。
【請求項４】
前記配線板の前記貫通スルーホールの孔内はめっきが施されており、
前記配線板の一面に設けられた前記電極の周囲はソルダレジストで覆われており、かつ、前記配線板の他の一面の前記貫通スルーホールの孔位置の周囲はソルダレジストで覆われていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の電子部品の実装方法。
【請求項５】
電子部品を搭載する一面にあって前記電子部品の電極と対向する位置に、スルーホールランドを備えた配線板であって、
前記スルーホールランドの位置には、孔内がめっき処理された貫通スルーホールが穿設されており、
前記電子部品を搭載する一面の前記スルーホールランドの周囲と、前記電子部品を搭載する一面と対向する他の面の前記貫通スルーホールの周囲とが、ソルダレジストで覆われていることを特徴とする配線板。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか記載の電子部品の実装方法により実装された電子部品を前記配線板から取り外す電子部品の取り外し方法であって、
前記配線板の他の一面をはんだ槽内に接触させることで、はんだ接合された前記電子部品のはんだを溶融した後に、前記電子部品を取り外すことを特徴とする電子部品の取り外し方法。
【請求項７】
電子部品の電極と、前記電極と対向する位置にあって配線板の一面に設けられた電極とを位置合わせしてはんだ接合する電子部品の実装方法であって、
前記配線板の電極位置に貫通スルーホールを穿設し、
前記貫通スルーホール上にペースト状はんだを供給し、前記電子部品の電極と前記配線板の電極とを位置合わせした後に、前記電子部品と前記配線板を加熱して前記電子部品の電極と前記配線板の電極とをはんだ接合することを特徴とする電子部品の実装方法。

【図１】