JP2001168519A - 混載実装構造体及び混載実装方法並びに電子機器 - Google Patents
混載実装構造体及び混載実装方法並びに電子機器Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 鉛フリーはんだを用いたリフロー・フローの
混載実装において、部品の耐熱性の範囲内ではんだ付け
でき、フローはんだ付け時にリフローはんだ付部の剥離
を起こさないようにする。 【解決手段】 基板２のＡ面で、リフローはんだ付けに
よって電子部品３ａ，３ｂを表面接続実装し、次いで、
基板２のＢ面で、フローはんだ付けにより、Ａ面側の電
子部品６ａのリード１０を電極７にフローはんだ付けし
て接続実装する。ここで、Ａ面側でリフローはんだ付け
に用いるはんだ５は、Ｓｎ−（１．５〜３．５ｗｔ％）
Ａｇ−（０．２〜０．８ｗｔ％）Ｃｕ−（０〜４ｗｔ
％）Ｉｎ−（０〜２ｗｔ％）Ｂｉの組成で構成される鉛
フリーはんだであり、また、Ｂ面側でフローはんだ付け
に用いるはんだ８は、Ｓｎ−（０〜３．５ｗｔ％）Ａｇ
−（０．２〜０．８ｗｔ％）Ｃｕの組成で構成される鉛
フリーはんだを用いる。
混載実装において、部品の耐熱性の範囲内ではんだ付け
でき、フローはんだ付け時にリフローはんだ付部の剥離
を起こさないようにする。 【解決手段】 基板２のＡ面で、リフローはんだ付けに
よって電子部品３ａ，３ｂを表面接続実装し、次いで、
基板２のＢ面で、フローはんだ付けにより、Ａ面側の電
子部品６ａのリード１０を電極７にフローはんだ付けし
て接続実装する。ここで、Ａ面側でリフローはんだ付け
に用いるはんだ５は、Ｓｎ−（１．５〜３．５ｗｔ％）
Ａｇ−（０．２〜０．８ｗｔ％）Ｃｕ−（０〜４ｗｔ
％）Ｉｎ−（０〜２ｗｔ％）Ｂｉの組成で構成される鉛
フリーはんだであり、また、Ｂ面側でフローはんだ付け
に用いるはんだ８は、Ｓｎ−（０〜３．５ｗｔ％）Ａｇ
−（０．２〜０．８ｗｔ％）Ｃｕの組成で構成される鉛
フリーはんだを用いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品を配線基
板に、鉛フリーはんだを用いることにより、リフローは
んだ付けとフローはんだ付けとで組み立てられた混載実
装構造体及び混載実装方法並びに電子機器に関する。
板に、鉛フリーはんだを用いることにより、リフローは
んだ付けとフローはんだ付けとで組み立てられた混載実
装構造体及び混載実装方法並びに電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだ（融点：１
８３℃）を用いて電子部品実装が行なわれてきた。かか
るはんだの各種の優れた特性から、配線基板の一方の面
にリフローソルダリング（はんだ付け部に予めはんだ層
を設けておき、これらはんだ付け部のはんだ層を突き合
わせ、これらはんだ層を加熱溶融させることにより、は
んだ付けを行なうこと。リフローはんだ付けともいう）
で電子部品を接続実装し、次に、他方の面にフローソル
ダリング（はんだ付け部を溶融したはんだに接触もしく
は浸漬させてはんだ付けを行なうこと。フローはんだ付
けともいう）で電子部品を接続実装する、いわゆる混載
実装（以下、かかる混載実装を、リフロー・フローの混
載実装という）においても、プロセスや信頼性などでの
問題点は少なく、また、部品の耐熱性も、Ｓｎ−Ｐｂ共
晶はんだのはんだ付け温度に耐えられるものになってい
る。
８３℃）を用いて電子部品実装が行なわれてきた。かか
るはんだの各種の優れた特性から、配線基板の一方の面
にリフローソルダリング（はんだ付け部に予めはんだ層
を設けておき、これらはんだ付け部のはんだ層を突き合
わせ、これらはんだ層を加熱溶融させることにより、は
んだ付けを行なうこと。リフローはんだ付けともいう）
で電子部品を接続実装し、次に、他方の面にフローソル
ダリング（はんだ付け部を溶融したはんだに接触もしく
は浸漬させてはんだ付けを行なうこと。フローはんだ付
けともいう）で電子部品を接続実装する、いわゆる混載
実装（以下、かかる混載実装を、リフロー・フローの混
載実装という）においても、プロセスや信頼性などでの
問題点は少なく、また、部品の耐熱性も、Ｓｎ−Ｐｂ共
晶はんだのはんだ付け温度に耐えられるものになってい
る。
【０００３】鉛を使用しない鉛フリーはんだとしては、
特開平８−２１５８８０号公報（以下、従来技術１とい
う）及び特開平１０−１９３１６９号公報（以下、従来
技術２という）に記載のものが知られている。
特開平８−２１５８８０号公報（以下、従来技術１とい
う）及び特開平１０−１９３１６９号公報（以下、従来
技術２という）に記載のものが知られている。
【０００４】従来技術１には、Ｓｎ残部、Ａｇ（０．５
〜３．５ｗｔ（重量）％）、Ｃｕ（０．５〜２．０ｗｔ
％）からなり、溶融温度を低くでき、ぬれ及び機械的強
度の良好な鉛フリーはんだが記載されている。
〜３．５ｗｔ（重量）％）、Ｃｕ（０．５〜２．０ｗｔ
％）からなり、溶融温度を低くでき、ぬれ及び機械的強
度の良好な鉛フリーはんだが記載されている。
【０００５】また、従来技術２には、１ｗｔ％以上５ｗ
ｔ％以下のＡｇと、夫々０．１ｗｔ％以上１４ｗｔ％以
下及び０．１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下で両者の合計が
１５ｗｔ％以下のＢｉ及びＩｎと、０．１ｗｔ％以上２
ｗｔ％以下のＣｕとを含んで、残部がＳｎと不可避不純
物とからなる鉛フリーはんだ合金が記載されている。こ
れは、Ｓｎ−Ａｇ系はんだ合金の融点をさらに下げると
ともにコストの上昇を抑え、良好な濡れ性と、室温はも
とより高温下においても良好な機械的性質とを兼ね備え
たものである。
ｔ％以下のＡｇと、夫々０．１ｗｔ％以上１４ｗｔ％以
下及び０．１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下で両者の合計が
１５ｗｔ％以下のＢｉ及びＩｎと、０．１ｗｔ％以上２
ｗｔ％以下のＣｕとを含んで、残部がＳｎと不可避不純
物とからなる鉛フリーはんだ合金が記載されている。こ
れは、Ｓｎ−Ａｇ系はんだ合金の融点をさらに下げると
ともにコストの上昇を抑え、良好な濡れ性と、室温はも
とより高温下においても良好な機械的性質とを兼ね備え
たものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、電子部品を
高密度実装する場合、配線基板の両面に実装できるこ
と、即ち、この配線基板の一方の面（Ａ面）をリフロー
ソルダリングではんだ付けし、他方の面（Ｂ面）をフロ
ーソルダリングなどではんだ付けするリフロー・フロー
の混載実装が必須になっている。この場合、フローソル
ダリング時に基板は大きく反るが、Ａ面のリフローソル
ダリング継ぎ手を溶融させないことが高信頼性を確保す
るために必要である。
高密度実装する場合、配線基板の両面に実装できるこ
と、即ち、この配線基板の一方の面（Ａ面）をリフロー
ソルダリングではんだ付けし、他方の面（Ｂ面）をフロ
ーソルダリングなどではんだ付けするリフロー・フロー
の混載実装が必須になっている。この場合、フローソル
ダリング時に基板は大きく反るが、Ａ面のリフローソル
ダリング継ぎ手を溶融させないことが高信頼性を確保す
るために必要である。
【０００７】さらに、この混載実装においては、多ピン
のＬＳＩ（Large Scale Integration）端子を高密度で
接続したり（狭ピッチ接続）、不良の電子部品やなん
らかの理由で壊れた電子部品を取り外し、新たな電子部
品を再取り付けする作業（リペア作業）を、隣接の部
品のはんだによる接続部を溶融させることなく、かつ、
これら隣接の部品に熱影響を及ぼすことなく、行なうが
ことできることなどが混載実装の必要条件である。
のＬＳＩ（Large Scale Integration）端子を高密度で
接続したり（狭ピッチ接続）、不良の電子部品やなん
らかの理由で壊れた電子部品を取り外し、新たな電子部
品を再取り付けする作業（リペア作業）を、隣接の部
品のはんだによる接続部を溶融させることなく、かつ、
これら隣接の部品に熱影響を及ぼすことなく、行なうが
ことできることなどが混載実装の必要条件である。
【０００８】しかしながら、上記従来技術１，２は、回
路基板の片面のみの実装においては有効であるが、上記
の混載実装における要求に対応できる鉛フリーのはんだ
材料及びはんだ付け方法について配慮されていない。
路基板の片面のみの実装においては有効であるが、上記
の混載実装における要求に対応できる鉛フリーのはんだ
材料及びはんだ付け方法について配慮されていない。
【０００９】本発明の目的は、かかる問題点を解消し、
鉛フリーはんだを用いて最も厳しい実装プロセスである
リフロー・フローの混載実装を高信頼度で実現できるよ
うにした混載実装構造体及び混載実装方法並びに電子機
器を提供することにある。
鉛フリーはんだを用いて最も厳しい実装プロセスである
リフロー・フローの混載実装を高信頼度で実現できるよ
うにした混載実装構造体及び混載実装方法並びに電子機
器を提供することにある。
【００１０】本発明の他の目的は、鉛フリーはんだを用
いて最も厳しい実装プロセスであるリフロー・フローの
混載実装において、部品の耐熱性の範囲内ではんだ接合
でき、フローソルダリング時の配線基板の反りに対して
も、リフローソルダリング継ぎ手が剥離を起こさない高
信頼度ではんだ接合を可能にした混載実装構造体及び混
載実装方法並びに電子機器を提供することにある。
いて最も厳しい実装プロセスであるリフロー・フローの
混載実装において、部品の耐熱性の範囲内ではんだ接合
でき、フローソルダリング時の配線基板の反りに対して
も、リフローソルダリング継ぎ手が剥離を起こさない高
信頼度ではんだ接合を可能にした混載実装構造体及び混
載実装方法並びに電子機器を提供することにある。
【００１１】本発明のさらに他の目的は、鉛フリーはん
だを用いて最も厳しい実装プロセスであるリフロー・フ
ローの混載実装において、接続部の熱疲労特性として、
信頼性の評価条件としては厳しい部類に入る−５５〜１
２５℃などの温度サイクル試験条件に対しても、保証で
きる継手を有する混載実装構造体及び混載実装方法並び
に電子機器を提供することにある。
だを用いて最も厳しい実装プロセスであるリフロー・フ
ローの混載実装において、接続部の熱疲労特性として、
信頼性の評価条件としては厳しい部類に入る−５５〜１
２５℃などの温度サイクル試験条件に対しても、保証で
きる継手を有する混載実装構造体及び混載実装方法並び
に電子機器を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による混載実装構造体は、電子部品を配線基
板の一方の面に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、あるいはこれにＩ
ｎ，Ｂｉのうち１種以上を添加した鉛フリーはんだを用
いて、リフローソルダリングで表面接続実装し、他の電
子部品を該配線基板の他方の面に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕの
３元系で構成される鉛フリーはんだを用いて、フローソ
ルダリングで接続実装して構成するものである。
に、本発明による混載実装構造体は、電子部品を配線基
板の一方の面に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、あるいはこれにＩ
ｎ，Ｂｉのうち１種以上を添加した鉛フリーはんだを用
いて、リフローソルダリングで表面接続実装し、他の電
子部品を該配線基板の他方の面に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕの
３元系で構成される鉛フリーはんだを用いて、フローソ
ルダリングで接続実装して構成するものである。
【００１３】また、本発明による混載実装構造体は、前
記Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕの３元系で構成される鉛フリーはん
だを、Ｓｎ−（０〜３．５ｗｔ％）Ａｇ−（０．２〜
０．８ｗｔ％）Ｃｕの組成で構成するものであり、ま
た、前記Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、あるいはこれにＩｎ，Ｂｉ
のうち１種以上を添加した鉛フリーはんだを、 Ｓｎ−（１．５〜３．５ｗｔ％）Ａｇ−（０．２〜０．
８ｗｔ％）Ｃｕ−（０〜４ｗｔ％）Ｉｎ−（０〜２ｗｔ
％）Ｂｉ の組成で構成するものである。
記Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕの３元系で構成される鉛フリーはん
だを、Ｓｎ−（０〜３．５ｗｔ％）Ａｇ−（０．２〜
０．８ｗｔ％）Ｃｕの組成で構成するものであり、ま
た、前記Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、あるいはこれにＩｎ，Ｂｉ
のうち１種以上を添加した鉛フリーはんだを、 Ｓｎ−（１．５〜３．５ｗｔ％）Ａｇ−（０．２〜０．
８ｗｔ％）Ｃｕ−（０〜４ｗｔ％）Ｉｎ−（０〜２ｗｔ
％）Ｂｉ の組成で構成するものである。
【００１４】本発明による電子機器は、上記の混載実装
構造体を備えた構成をなすものである。
構造体を備えた構成をなすものである。
【００１５】本発明による混載実装方法は、電子部品を
配線基板の一方の面に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、あるいはこ
れにＩｎ，Ｂｉのうち１種以上を添加した鉛フリーはん
だを用いて、リフローソルダリングで表面接続実装し、
その後、他の電子部品を該配線基板の他方の面に、Ｓｎ
−Ａｇ−Ｃｕの３元系で構成される鉛フリーはんだを用
いて、フローソルダリングで接続実装するものである。
配線基板の一方の面に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、あるいはこ
れにＩｎ，Ｂｉのうち１種以上を添加した鉛フリーはん
だを用いて、リフローソルダリングで表面接続実装し、
その後、他の電子部品を該配線基板の他方の面に、Ｓｎ
−Ａｇ−Ｃｕの３元系で構成される鉛フリーはんだを用
いて、フローソルダリングで接続実装するものである。
【００１６】また、本発明による混載実装方法は、電子
部品を配線基板の一方の第１の面にＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ、
あるいはこれにＩｎ，Ｂｉのうち１種以上を添加した鉛
フリーはんだを用いて、リフローソルダリングで表面接
続実装し、その後、他の電子部品を該配線基板の該第１
の面とは反対側の第２の面に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕの３元
系で構成される鉛フリーはんだを用いて、該第１の面で
のはんだ付け継手の温度をそのはんだの固相線温度以下
に保ってフローソルダリングで接続実装するものであ
る。
部品を配線基板の一方の第１の面にＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ、
あるいはこれにＩｎ，Ｂｉのうち１種以上を添加した鉛
フリーはんだを用いて、リフローソルダリングで表面接
続実装し、その後、他の電子部品を該配線基板の該第１
の面とは反対側の第２の面に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕの３元
系で構成される鉛フリーはんだを用いて、該第１の面で
のはんだ付け継手の温度をそのはんだの固相線温度以下
に保ってフローソルダリングで接続実装するものであ
る。
【００１７】また、本発明による混載実装方法は、上記
フローソルダリングで接続実装するために用いられるＳ
ｎ−Ａｇ−Ｃｕの３元系で構成される鉛フリーはんだ
を、 Ｓｎ−（０〜３．５ｗｔ％）Ａｇ−（０．２〜０．８ｗ
ｔ％）Ｃｕ の組成のはんだとするものである。
フローソルダリングで接続実装するために用いられるＳ
ｎ−Ａｇ−Ｃｕの３元系で構成される鉛フリーはんだ
を、 Ｓｎ−（０〜３．５ｗｔ％）Ａｇ−（０．２〜０．８ｗ
ｔ％）Ｃｕ の組成のはんだとするものである。
【００１８】また、本発明による混載実装方法は、上記
リフローソルダリングで接続実装するために用いられる
Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、あるいはこれにＩｎ，Ｂｉのうち１
種以上を添加した鉛フリーはんだを、 Ｓｎ−（１．５〜３．５ｗｔ％）Ａｇ−（０．２〜０．
８ｗｔ％）Ｃｕ−（０〜４ｗｔ％）Ｉｎ−（０〜２ｗｔ
％）Ｂｉ の組成のはんだとするものである。
リフローソルダリングで接続実装するために用いられる
Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、あるいはこれにＩｎ，Ｂｉのうち１
種以上を添加した鉛フリーはんだを、 Ｓｎ−（１．５〜３．５ｗｔ％）Ａｇ−（０．２〜０．
８ｗｔ％）Ｃｕ−（０〜４ｗｔ％）Ｉｎ−（０〜２ｗｔ
％）Ｂｉ の組成のはんだとするものである。
【００１９】以上のように、電子部品を配線基板の一方
の面に、 Ｓｎ−（１．５〜３．５ｗｔ％）Ａｇ−（０．２〜０．
８ｗｔ％）Ｃｕ−（０〜４ｗｔ％）Ｉｎ−（０〜２ｗｔ
％）Ｂｉ の組成のはんだを用いて、リフローソルダリングで表面
実装し、しかる後、他の電子部品を該配線基板の他方の
面に、 Ｓｎ−（０〜３．５ｗｔ％）Ａｇ−（０．２〜０．８ｗ
ｔ％）Ｃｕ の組成のハンダを用いて、フローソルダリングで接続実
装しているので、混載実装を高信頼度で実現できる。こ
の際、配線基板の上記一方の面のリフローソルダリング
はんだ付け継ぎ手部の温度は、この配線基板の他方の面
をフローソルダリングはんだ付けする際に、そのはんだ
の固相線温度以下に保って混載実装を行なうものであ
る。
の面に、 Ｓｎ−（１．５〜３．５ｗｔ％）Ａｇ−（０．２〜０．
８ｗｔ％）Ｃｕ−（０〜４ｗｔ％）Ｉｎ−（０〜２ｗｔ
％）Ｂｉ の組成のはんだを用いて、リフローソルダリングで表面
実装し、しかる後、他の電子部品を該配線基板の他方の
面に、 Ｓｎ−（０〜３．５ｗｔ％）Ａｇ−（０．２〜０．８ｗ
ｔ％）Ｃｕ の組成のハンダを用いて、フローソルダリングで接続実
装しているので、混載実装を高信頼度で実現できる。こ
の際、配線基板の上記一方の面のリフローソルダリング
はんだ付け継ぎ手部の温度は、この配線基板の他方の面
をフローソルダリングはんだ付けする際に、そのはんだ
の固相線温度以下に保って混載実装を行なうものであ
る。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
より説明する。図１は電子機器などに用いられる本発明
による混載実装構造体の一実施形態を示す構成図であっ
て、１は混載実装構造体、２は配線基板、３ａはＱＦＰ
−ＬＳＩ、３ｂはＳＯＰ−ＬＳＩ、４は電極パッド、５
はリフローソルダリングによるはんだ付け継ぎ手（リフ
ローはんだ付け継ぎ手）、６ａはリード部品、６ｂはチ
ップ部品、７は電極、８はフローソルダリングによるは
んだ付け継ぎ手（フローはんだ付け継ぎ手）、９，１０
はリードである。
より説明する。図１は電子機器などに用いられる本発明
による混載実装構造体の一実施形態を示す構成図であっ
て、１は混載実装構造体、２は配線基板、３ａはＱＦＰ
−ＬＳＩ、３ｂはＳＯＰ−ＬＳＩ、４は電極パッド、５
はリフローソルダリングによるはんだ付け継ぎ手（リフ
ローはんだ付け継ぎ手）、６ａはリード部品、６ｂはチ
ップ部品、７は電極、８はフローソルダリングによるは
んだ付け継ぎ手（フローはんだ付け継ぎ手）、９，１０
はリードである。
【００２１】同図において、この実施形態として示す鉛
フリーはんだによる接続構造の混載実装構造体１は、配
線基板２の一方の面（以下、Ａ面という）に４方向にリ
ード９を持つＱＦＰ−ＬＳＩ３ａや２方向にリード９を
持つＳＯＰ−ＬＳＩ３ｂ，リード部品６ａが実装され、
また、他方の面（以下、Ｂ面という）にチップ部品６ｂ
が実装されているものとする。
フリーはんだによる接続構造の混載実装構造体１は、配
線基板２の一方の面（以下、Ａ面という）に４方向にリ
ード９を持つＱＦＰ−ＬＳＩ３ａや２方向にリード９を
持つＳＯＰ−ＬＳＩ３ｂ，リード部品６ａが実装され、
また、他方の面（以下、Ｂ面という）にチップ部品６ｂ
が実装されているものとする。
【００２２】配線基板２は耐熱性が最大２６０℃程度の
ガラスエポキシなどからなっており、この配線基板２の
Ａ面には、耐熱性が最大２４０℃であるＱＦＰ(Quad Fl
at Package)−ＬＳＩ３ａのリード９やＳＯＰ(Small Ou
t−line Package)−ＬＳＩ３ｂのリード９，図示しない
ＴＳＯＰ(Thin Small Out−line Package)−ＬＳＩのリ
ード，図示しないチップ部品の電極などが、このＡ面に
設けられた電極パッド４にＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ、あるいは
これにＩｎ，Ｂｉのうち１種以上を添加した鉛フリーは
んだを用いたリフローソルダリングによるはんだ付け継
ぎ手、即ち、リフローはんだ付け継ぎ手５により、表面
実装接続される。
ガラスエポキシなどからなっており、この配線基板２の
Ａ面には、耐熱性が最大２４０℃であるＱＦＰ(Quad Fl
at Package)−ＬＳＩ３ａのリード９やＳＯＰ(Small Ou
t−line Package)−ＬＳＩ３ｂのリード９，図示しない
ＴＳＯＰ(Thin Small Out−line Package)−ＬＳＩのリ
ード，図示しないチップ部品の電極などが、このＡ面に
設けられた電極パッド４にＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ、あるいは
これにＩｎ，Ｂｉのうち１種以上を添加した鉛フリーは
んだを用いたリフローソルダリングによるはんだ付け継
ぎ手、即ち、リフローはんだ付け継ぎ手５により、表面
実装接続される。
【００２３】一方、この配線基板２のＢ面には、リード
部品６ａのリード１０が接続される電極７やチップ部品
６ｂが接続されている電極７が予め設けられており、配
線基板２と電極７を通して貫通する挿入孔が設けられて
いる。ここで、リード部品６ａは、配線基板２のＡ面側
に配置されるものであるが、そのリード１０は電極７に
接続されるものである。
部品６ａのリード１０が接続される電極７やチップ部品
６ｂが接続されている電極７が予め設けられており、配
線基板２と電極７を通して貫通する挿入孔が設けられて
いる。ここで、リード部品６ａは、配線基板２のＡ面側
に配置されるものであるが、そのリード１０は電極７に
接続されるものである。
【００２４】そこで、配線基板２の上記Ａ面側の実装が
終了すると、このＢ面でフローはんだ付け（上記のフロ
ーソルダリングによるもので、はんだ付け部を溶融した
はんだに接触もしくは浸漬させて行なうはんだ付け）さ
れるべきリード部品６ａのリード１０がＡ面側から貫通
した配線基板２の挿入孔に挿入されている電極７の挿入
孔に挿入され、このリード１０の先端部がこの電極７か
ら突出した状態に設定される。次に、かかる状態で、Ｓ
ｎ−Ａｇ−Ｃｕの３元系の鉛フリーはんだを用いてフロ
ーソルダリングによるはんだ付け継ぎ手、即ち、フロー
はんだ付け継ぎ手８により、電極７にリード部品６ａの
リード１０が実装接続される。このとき、チップ部品６
ｂが接続される電極７にはんだ層のフローはんだ付け継
ぎ手８が形成されることになり、かかるはんだ層を用い
てフローソルダリング（即ち、フローはんだ付け）でチ
ップ部品６ｂが電極７に実装接続される。
終了すると、このＢ面でフローはんだ付け（上記のフロ
ーソルダリングによるもので、はんだ付け部を溶融した
はんだに接触もしくは浸漬させて行なうはんだ付け）さ
れるべきリード部品６ａのリード１０がＡ面側から貫通
した配線基板２の挿入孔に挿入されている電極７の挿入
孔に挿入され、このリード１０の先端部がこの電極７か
ら突出した状態に設定される。次に、かかる状態で、Ｓ
ｎ−Ａｇ−Ｃｕの３元系の鉛フリーはんだを用いてフロ
ーソルダリングによるはんだ付け継ぎ手、即ち、フロー
はんだ付け継ぎ手８により、電極７にリード部品６ａの
リード１０が実装接続される。このとき、チップ部品６
ｂが接続される電極７にはんだ層のフローはんだ付け継
ぎ手８が形成されることになり、かかるはんだ層を用い
てフローソルダリング（即ち、フローはんだ付け）でチ
ップ部品６ｂが電極７に実装接続される。
【００２５】以上のようにして、鉛フリーはんだによる
この実施形態のリフロー・フローの混載実装構造体が形
成され、各種の電子機器に用いられるものであるが、こ
の実施形態は、ＬＳＩなどの電子部品３（ＱＦＰ−ＬＳ
Ｉ３ａやＳＯＰ−ＬＳＩ３ｂなど）をガラスエポキシな
どの配線基板２のＡ面に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、あるいは
これにＩｎ，Ｂｉのうち１種以上を添加した鉛フリーは
んだを用いたリフローはんだ付け継ぎ手５で、接続実装
し、その後、リード部品６ａやチップ部品６ｂをガラス
エポキシなどの配線基板２のＢ面に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ
の３元系の鉛フリーはんだを用いたフローはんだ付け継
ぎ手８で接続実装して構成されるものである。
この実施形態のリフロー・フローの混載実装構造体が形
成され、各種の電子機器に用いられるものであるが、こ
の実施形態は、ＬＳＩなどの電子部品３（ＱＦＰ−ＬＳ
Ｉ３ａやＳＯＰ−ＬＳＩ３ｂなど）をガラスエポキシな
どの配線基板２のＡ面に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、あるいは
これにＩｎ，Ｂｉのうち１種以上を添加した鉛フリーは
んだを用いたリフローはんだ付け継ぎ手５で、接続実装
し、その後、リード部品６ａやチップ部品６ｂをガラス
エポキシなどの配線基板２のＢ面に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ
の３元系の鉛フリーはんだを用いたフローはんだ付け継
ぎ手８で接続実装して構成されるものである。
【００２６】なお、上記説明では、電子部品が実装され
る配線基板２として、耐熱性が低いこと、かつ反り易い
ことから、最適な接続が得られる条件範囲が狭いガラス
エポキシ基板の場合を例としたが、セラミック基板の場
合には、耐熱性も優れ、かつ反りも少ないので、熱疲労
や配線基板の反りによる部品接続部の剥離の問題がガラ
スエポキシ基板の場合より少なくなるため、セラミック
基板などにも充分適用することができる。
る配線基板２として、耐熱性が低いこと、かつ反り易い
ことから、最適な接続が得られる条件範囲が狭いガラス
エポキシ基板の場合を例としたが、セラミック基板の場
合には、耐熱性も優れ、かつ反りも少ないので、熱疲労
や配線基板の反りによる部品接続部の剥離の問題がガラ
スエポキシ基板の場合より少なくなるため、セラミック
基板などにも充分適用することができる。
【００２７】まず、ガラスエポキシなどからなる配線基
板２のＢ面のフローはんだ付けプロセスに用いるはんだ
の組成は、Ｓｎ−（０〜３．５ｗｔ％）Ａｇ−（０．２
〜０．８ｗｔ％）Ｃｕであり、Ｂｉを含まないＳｎ−Ａ
ｇ−Ｃｕの３元系の鉛フリーはんだを選択した。これ
は、Ｂｉを添加したはんだでは、フローはんだ付け温度
を低くすることができ、配線基板２及び電子部品３の耐
熱性の点から有利であるが、フローはんだ付け時に電極
パッド７としてのＣｕパッドからフィレットが剥がれる
リフトオフ現象が起こってしまう。その原因は、Ｂｉを
含んだはんだでは、溶融温度に幅があるため、Ｂｉの偏
析が起こり易いこと、接続強度が弱いことなどがあるた
めである。
板２のＢ面のフローはんだ付けプロセスに用いるはんだ
の組成は、Ｓｎ−（０〜３．５ｗｔ％）Ａｇ−（０．２
〜０．８ｗｔ％）Ｃｕであり、Ｂｉを含まないＳｎ−Ａ
ｇ−Ｃｕの３元系の鉛フリーはんだを選択した。これ
は、Ｂｉを添加したはんだでは、フローはんだ付け温度
を低くすることができ、配線基板２及び電子部品３の耐
熱性の点から有利であるが、フローはんだ付け時に電極
パッド７としてのＣｕパッドからフィレットが剥がれる
リフトオフ現象が起こってしまう。その原因は、Ｂｉを
含んだはんだでは、溶融温度に幅があるため、Ｂｉの偏
析が起こり易いこと、接続強度が弱いことなどがあるた
めである。
【００２８】そこで、リフトオフによる欠陥を防止する
ためには、冷却速度を速くすることが考えられるが、こ
れを実際のプロセスで行なうためには、特別な冷却装置
を備えたフローはんだ付け装置が必要となり、また、様
々な配線基板１１の厚さ及び様々な熱容量の電子部品を
搭載した実装基板で確実に冷却速度を制御することは難
しい。
ためには、冷却速度を速くすることが考えられるが、こ
れを実際のプロセスで行なうためには、特別な冷却装置
を備えたフローはんだ付け装置が必要となり、また、様
々な配線基板１１の厚さ及び様々な熱容量の電子部品を
搭載した実装基板で確実に冷却速度を制御することは難
しい。
【００２９】このために、フローはんだ付けのためのは
んだを、Ｂｉを含まないＳｎ−Ａｇ−Ｃｕの３元系の鉛
フリーはんだとしたものである。このＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ
の３元系の鉛フリーはんだの組成範囲としては、Ａｇの
添加量は、Ａｇ3Ｓｎの初晶が発生しない範囲として、
３．５ｗｔ％までとし、Ｃｕの添加量は、０．８ｗｔ％
を越えると、伸びが低下してくるため、上限を０．８ｗ
ｔ％とした。また、若干Ｃｕが含まれることにより、Ｃ
ｕパットやＣｕリードなどをはんだ付け対象とする場
合、Ｃｕの食われ防止に効果があるため、Ｃｕの添加量
の下限を０．２ｗｔ％とした。かかるはんだ組成を用い
ることにより、フローはんだ付け面のリフトオフ欠陥を
防ぐことができる。
んだを、Ｂｉを含まないＳｎ−Ａｇ−Ｃｕの３元系の鉛
フリーはんだとしたものである。このＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ
の３元系の鉛フリーはんだの組成範囲としては、Ａｇの
添加量は、Ａｇ3Ｓｎの初晶が発生しない範囲として、
３．５ｗｔ％までとし、Ｃｕの添加量は、０．８ｗｔ％
を越えると、伸びが低下してくるため、上限を０．８ｗ
ｔ％とした。また、若干Ｃｕが含まれることにより、Ｃ
ｕパットやＣｕリードなどをはんだ付け対象とする場
合、Ｃｕの食われ防止に効果があるため、Ｃｕの添加量
の下限を０．２ｗｔ％とした。かかるはんだ組成を用い
ることにより、フローはんだ付け面のリフトオフ欠陥を
防ぐことができる。
【００３０】しかし、上記のはんだの組成範囲では、融
点が約２１５℃〜２３０℃となるが、配線基板２内の温
度の不均一な分布を考慮すると、フローはんだ付け面は
電子部品３の耐熱温度である約２４０℃まで加熱されな
ければならない。さらに、フローはんだ付けでは、加熱
時間が短いため、場合によっては、２５０℃付近までの
加熱が必要とされる。
点が約２１５℃〜２３０℃となるが、配線基板２内の温
度の不均一な分布を考慮すると、フローはんだ付け面は
電子部品３の耐熱温度である約２４０℃まで加熱されな
ければならない。さらに、フローはんだ付けでは、加熱
時間が短いため、場合によっては、２５０℃付近までの
加熱が必要とされる。
【００３１】従って、配線基板２のＡ面のリフローはん
だ付け継ぎ手５は、このフローはんだ付けプロセスに初
期的に耐えられ、かつ使用時の耐熱疲労特性も充分確保
できるはんだ組成でなくてはならない。
だ付け継ぎ手５は、このフローはんだ付けプロセスに初
期的に耐えられ、かつ使用時の耐熱疲労特性も充分確保
できるはんだ組成でなくてはならない。
【００３２】次に、上記の制約を考え、Ａ面のリフロー
はんだ付けに用いる鉛フリーはんだの組成の実施例につ
いて説明する。
はんだ付けに用いる鉛フリーはんだの組成の実施例につ
いて説明する。
【００３３】鉛フリーはんだを用いたリフローはんだ付
けにおいては、高温に曝される時間がフローはんだ付け
と比較して長く、冷却速度も遅いため、基板１１や電子
部品３の耐熱性が問題となってくる。現状の基板１１や
電子部品３の耐熱性を損なわないためには、（ａ）電子
部品３の表面の温度を最高ほぼ２４０℃以下とする必要
がある。また、鉛フリーはんだとして、Ｓｎ−Ａｇの２
元系やＳｎ−Ａｇ−Ｃｕの３元系が考えられるが、液相
線温度からこれらが正常にぬれるためには、（ｂ）接続
温度として、Ｓｎ−Ａｇの２元系の鉛フリーはんだで
は、最低２２５℃、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕの３元系の鉛フリ
ーはんだでは、最低２２０℃が必要である。
けにおいては、高温に曝される時間がフローはんだ付け
と比較して長く、冷却速度も遅いため、基板１１や電子
部品３の耐熱性が問題となってくる。現状の基板１１や
電子部品３の耐熱性を損なわないためには、（ａ）電子
部品３の表面の温度を最高ほぼ２４０℃以下とする必要
がある。また、鉛フリーはんだとして、Ｓｎ−Ａｇの２
元系やＳｎ−Ａｇ−Ｃｕの３元系が考えられるが、液相
線温度からこれらが正常にぬれるためには、（ｂ）接続
温度として、Ｓｎ−Ａｇの２元系の鉛フリーはんだで
は、最低２２５℃、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕの３元系の鉛フリ
ーはんだでは、最低２２０℃が必要である。
【００３４】リフロー炉として、炉内温度のばらつきが
少ない強制対流型のものを用いても、約３００ｍｍ角レ
ベルの大型の配線基板２上の継ぎ手部の温度のばらつき
は約１０〜１５℃であるため、最高部の温度を２４０℃
とすると、あるはんだ付け継ぎ手では、２２５℃程度に
なる可能性があり、ぬれを確保できる最低のレベルとな
る。従って、部材の耐熱性が確保でき、または、炉内の
温度ばらつきを低減した条件では、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕの
３元系の鉛フリーはんだをリフローはんだ付けに用いる
ことができるが、耐熱性の悪い部品や部品の熱容量の差
が大きく、配線基板２内の温度ばらつきが大きい場合に
は、高信頼性を確保できる他のはんだが必要である。
少ない強制対流型のものを用いても、約３００ｍｍ角レ
ベルの大型の配線基板２上の継ぎ手部の温度のばらつき
は約１０〜１５℃であるため、最高部の温度を２４０℃
とすると、あるはんだ付け継ぎ手では、２２５℃程度に
なる可能性があり、ぬれを確保できる最低のレベルとな
る。従って、部材の耐熱性が確保でき、または、炉内の
温度ばらつきを低減した条件では、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕの
３元系の鉛フリーはんだをリフローはんだ付けに用いる
ことができるが、耐熱性の悪い部品や部品の熱容量の差
が大きく、配線基板２内の温度ばらつきが大きい場合に
は、高信頼性を確保できる他のはんだが必要である。
【００３５】このため、リフロー温度を下げる必要があ
り、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系にＢｉを添加したＳｎ−Ａｇ−
Ｂｉ−Ｃｕの４元系の鉛フリーはんだを検討した。
り、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系にＢｉを添加したＳｎ−Ａｇ−
Ｂｉ−Ｃｕの４元系の鉛フリーはんだを検討した。
【００３６】はんだ中のＡｇ，Ｃｕの濃度を夫々３ｗｔ
％，０．７ｗｔ％に固定し、Ｂｉを添加したときの融点
を図２に示すが、Ｂｉの添加量が３ｗｔ％では、液相線
温度が２１６℃、Ｂｉ添加量が５ｗｔ％では、液相線温
度は２１３℃まで下がり、部品の耐熱温度や炉内温度の
ばらつきなどを考慮すると、リフローはんだ付けが容易
になってくる。Ｂｉを６ｗｔ％以上添加すると、さらに
融点が下がるので、リフローはんだ付けはさらに容易に
なる。
％，０．７ｗｔ％に固定し、Ｂｉを添加したときの融点
を図２に示すが、Ｂｉの添加量が３ｗｔ％では、液相線
温度が２１６℃、Ｂｉ添加量が５ｗｔ％では、液相線温
度は２１３℃まで下がり、部品の耐熱温度や炉内温度の
ばらつきなどを考慮すると、リフローはんだ付けが容易
になってくる。Ｂｉを６ｗｔ％以上添加すると、さらに
融点が下がるので、リフローはんだ付けはさらに容易に
なる。
【００３７】しかし、Ｂｉの添加量が多くなると、次の
ような問題を引き起こすことがわかった。
ような問題を引き起こすことがわかった。
【００３８】第１の問題は、Ｂｉの添加量が約５ｗｔ％
以上に増加すると、材料の伸び特性が、図３に示したよ
うに、低下してしまうことである。はんだ材料の伸び特
性が低下すると、接続時あるいは使用時に、リフローは
んだ付け継ぎ手５に発生する熱応力を緩和できなくな
り、信頼性を大幅に低下させる。
以上に増加すると、材料の伸び特性が、図３に示したよ
うに、低下してしまうことである。はんだ材料の伸び特
性が低下すると、接続時あるいは使用時に、リフローは
んだ付け継ぎ手５に発生する熱応力を緩和できなくな
り、信頼性を大幅に低下させる。
【００３９】第２の問題は、Ｂｉの添加量が約５ｗｔ％
以上に多くなると、接合界面の強度（ピール強度）が低
下してしまうことである。ＬＳＩのリードとして一般的
に用いられている４２ＡｌｌｏｙリードフレームにＳｎ
メッキを施したリード、及び配線基板２の電極材料とし
て用いられているＣｕに対して、Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−
０．７ｗｔ％Ｃｕの組成のはんだにＢｉを添加したとき
の接合界面の強度（垂直方向のピール強度）を夫々図４
及び図５に示すが、Ｂｉの量が増えるに従って接続強度
が低下していることがわかる。
以上に多くなると、接合界面の強度（ピール強度）が低
下してしまうことである。ＬＳＩのリードとして一般的
に用いられている４２ＡｌｌｏｙリードフレームにＳｎ
メッキを施したリード、及び配線基板２の電極材料とし
て用いられているＣｕに対して、Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−
０．７ｗｔ％Ｃｕの組成のはんだにＢｉを添加したとき
の接合界面の強度（垂直方向のピール強度）を夫々図４
及び図５に示すが、Ｂｉの量が増えるに従って接続強度
が低下していることがわかる。
【００４０】このような強度低下は、特に、現在よく用
いられているＳｎ−１０ｗｔ％Ｐｂでメッキされた４２
Ａｌｌｏｙリードに対して顕著になる。この結果を図６
に示すが、Ｂｉが２ｗｔ％添加されても、界面強度が大
幅に低下することが分かる。この強度低下の原因は、Ｂ
ｉの偏析によるものと考えられる。特に、Ｐｂ入りメタ
ライズの場合の強度低下は、はんだ中のＢｉやＳｎとメ
ッキ膜中から混入したＰｂとがＳｎ−Ｐｂ−Ｂｉ低温相
（９７℃）を形成することに起因すると考えられる。
いられているＳｎ−１０ｗｔ％Ｐｂでメッキされた４２
Ａｌｌｏｙリードに対して顕著になる。この結果を図６
に示すが、Ｂｉが２ｗｔ％添加されても、界面強度が大
幅に低下することが分かる。この強度低下の原因は、Ｂ
ｉの偏析によるものと考えられる。特に、Ｐｂ入りメタ
ライズの場合の強度低下は、はんだ中のＢｉやＳｎとメ
ッキ膜中から混入したＰｂとがＳｎ−Ｐｂ−Ｂｉ低温相
（９７℃）を形成することに起因すると考えられる。
【００４１】図７は図６に示した強度評価サンプルの接
続部のＤＳＣ（示差走査熱量測定：differential scann
ing calorimetry）測定結果（温度（℃）とヒートフロ
ー（mcal/sec）との関係）を示すものである。但し、図
７（ａ）はＢｉの添加量が０ｗｔ％、図７（ｂ）はＢｉ
の添加量が４ｗｔ％、図７（ｃ）はＢｉの添加量が７ｗ
ｔ％の場合を夫々示し、Ａｇ，Ｃｕの添加量を、上記の
ように、一定としている。
続部のＤＳＣ（示差走査熱量測定：differential scann
ing calorimetry）測定結果（温度（℃）とヒートフロ
ー（mcal/sec）との関係）を示すものである。但し、図
７（ａ）はＢｉの添加量が０ｗｔ％、図７（ｂ）はＢｉ
の添加量が４ｗｔ％、図７（ｃ）はＢｉの添加量が７ｗ
ｔ％の場合を夫々示し、Ａｇ，Ｃｕの添加量を、上記の
ように、一定としている。
【００４２】はんだ中のＢｉ量が約４ｗｔ％までは、図
７（ａ），（ｂ）に示すように、１８０℃付近まで溶融
に伴う吸熱ピークは見られないが、Ｂｉが約７ｗｔ％に
なると、図７（ｃ）に示すように、低温相が見られるこ
とになる。このような低温相の形成は、実使用環境での
劣化を早めることになる。
７（ａ），（ｂ）に示すように、１８０℃付近まで溶融
に伴う吸熱ピークは見られないが、Ｂｉが約７ｗｔ％に
なると、図７（ｃ）に示すように、低温相が見られるこ
とになる。このような低温相の形成は、実使用環境での
劣化を早めることになる。
【００４３】第３の問題は、このように接続強度の弱い
リフローはんだ付け継ぎ手５は、電子部品３の大きさに
よっては、配線基板２のＢ面でのフローはんだ付け時の
配線基板２の反りに耐えきれず、剥離破壊を起こしてし
まうことである。この例を次に示す。
リフローはんだ付け継ぎ手５は、電子部品３の大きさに
よっては、配線基板２のＢ面でのフローはんだ付け時の
配線基板２の反りに耐えきれず、剥離破壊を起こしてし
まうことである。この例を次に示す。
【００４４】Ｓｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕ−５Ｂｉはんだ
（融点：２０４〜２１３℃）で配線基板２のＡ面に大型
のＱＦＰ−ＬＳＩ（リード：４２ＡｌｌｏｙにＳｎメッ
キ）をリフローはんだ付けし、次に、Ｂ面に、Ｓｎ−３
Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ（融点：２１８℃）を用いて、
２５０℃でフローはんだ付けを行なった。Ｓｎ−３Ａｇ
−０．７Ｃｕ−５Ｂｉはんだによるリフローはんだ付け
プロセス後、即ち、フローはんだ付け前のＬＳＩのリフ
ローはんだ付け継ぎ手１４の強度は、４５°方向のピー
ル試験によると、Ｓｎ−Ｐｂ共晶とほぼ同じであり、充
分な強度を有していた。また、−５５〜１２５℃の温度
サイクル試験を行なっても、ＱＦＰ−ＬＳＩ３ａのリフ
ローはんだ付け継ぎ手５では、１０００サイクルを充分
クリアできるレベルであった。しかし、このリフローは
んだ付け継ぎ手１４は、フローはんだ付け後、剥離を起
こした。この原因を調べるため、フローソルダリングの
プロセス（以下、フロープロセスという）時に剥離した
リフローはんだ付け継ぎ手１４の破面についてＥＤＸ
（エネルギー分散形Ｘ線分析法：energy dispersiveX-r
ay spectroscopy）分析を行なった結果、破壊場所はリ
ード９とはんだ１４との界面であって、図８に示すよう
に、界面（分析箇所Ａ）には、Ｂｉが４６ｗｔ％とはん
だ中の添加率（５ｗｔ％）に比べて、大量に含まれてい
ることが分かった。
（融点：２０４〜２１３℃）で配線基板２のＡ面に大型
のＱＦＰ−ＬＳＩ（リード：４２ＡｌｌｏｙにＳｎメッ
キ）をリフローはんだ付けし、次に、Ｂ面に、Ｓｎ−３
Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ（融点：２１８℃）を用いて、
２５０℃でフローはんだ付けを行なった。Ｓｎ−３Ａｇ
−０．７Ｃｕ−５Ｂｉはんだによるリフローはんだ付け
プロセス後、即ち、フローはんだ付け前のＬＳＩのリフ
ローはんだ付け継ぎ手１４の強度は、４５°方向のピー
ル試験によると、Ｓｎ−Ｐｂ共晶とほぼ同じであり、充
分な強度を有していた。また、−５５〜１２５℃の温度
サイクル試験を行なっても、ＱＦＰ−ＬＳＩ３ａのリフ
ローはんだ付け継ぎ手５では、１０００サイクルを充分
クリアできるレベルであった。しかし、このリフローは
んだ付け継ぎ手１４は、フローはんだ付け後、剥離を起
こした。この原因を調べるため、フローソルダリングの
プロセス（以下、フロープロセスという）時に剥離した
リフローはんだ付け継ぎ手１４の破面についてＥＤＸ
（エネルギー分散形Ｘ線分析法：energy dispersiveX-r
ay spectroscopy）分析を行なった結果、破壊場所はリ
ード９とはんだ１４との界面であって、図８に示すよう
に、界面（分析箇所Ａ）には、Ｂｉが４６ｗｔ％とはん
だ中の添加率（５ｗｔ％）に比べて、大量に含まれてい
ることが分かった。
【００４５】このことからして、この接合界面において
は、フロープロセス時に固相線の２０４℃近くまで上昇
し、さらに、配線基板２の反りも加わるため、界面に沿
ってＢｉが偏析（濃度の増加）して接続強度が低下し、
この場合、剥離を起こしたものと考えられる。さらに、
Ｂｉの添加量の多いはんだでは、フロープロセス時にリ
フローはんだ付け継ぎ手５の再溶融が起り、かかる現象
がさらに顕著になる。
は、フロープロセス時に固相線の２０４℃近くまで上昇
し、さらに、配線基板２の反りも加わるため、界面に沿
ってＢｉが偏析（濃度の増加）して接続強度が低下し、
この場合、剥離を起こしたものと考えられる。さらに、
Ｂｉの添加量の多いはんだでは、フロープロセス時にリ
フローはんだ付け継ぎ手５の再溶融が起り、かかる現象
がさらに顕著になる。
【００４６】他方、仮にリフロー・フローの混載実装の
プロセスで初期的に剥離などの問題はなかったとして
も、フロープロセス時の熱により、接続界面でＢｉの濃
度が増加すると、電子部品３のリードの剛性が高く、応
力的に厳しいＳＯＰ−ＬＳＩやＴＳＯＰ−ＬＳＩなどで
のリフローはんだ付け継ぎ手１４は、−５５〜１２５℃
の温度サイクル条件では、目標寿命を満たすことができ
ない。即ち、電子部品３中のスイッチのＯＮ，ＯＦＦ動
作に伴う温度サイクルによって劣化し、弱い応力でも破
壊を起こしてしまう接続構造となる。従って、フローは
んだ付けの際には、大型ＬＳＩのＡ面でのリフローはん
だ付け継ぎ手１４の温度が少なくとも固相線温度以下に
保つことが高信頼性を保つ上で重要な条件となる。
プロセスで初期的に剥離などの問題はなかったとして
も、フロープロセス時の熱により、接続界面でＢｉの濃
度が増加すると、電子部品３のリードの剛性が高く、応
力的に厳しいＳＯＰ−ＬＳＩやＴＳＯＰ−ＬＳＩなどで
のリフローはんだ付け継ぎ手１４は、−５５〜１２５℃
の温度サイクル条件では、目標寿命を満たすことができ
ない。即ち、電子部品３中のスイッチのＯＮ，ＯＦＦ動
作に伴う温度サイクルによって劣化し、弱い応力でも破
壊を起こしてしまう接続構造となる。従って、フローは
んだ付けの際には、大型ＬＳＩのＡ面でのリフローはん
だ付け継ぎ手１４の温度が少なくとも固相線温度以下に
保つことが高信頼性を保つ上で重要な条件となる。
【００４７】以上のことからして、Ｂｉの添加量はなる
べく少なくする必要がある。ＢｉのＳｎ−Ａｇ−Ｃｕは
んだのＳｎ晶への固溶限が約１．５ｗｔ％であるため、
それ以上Ｂｉを添加すると、融点は下げられるものの、
固溶できないＢｉが析出して機械的特性、特に、図３に
示したように、信頼性に大きな影響を与える伸びの低下
によって脆化し、かつ、接合界面の強度低下を起こすこ
とになる。
べく少なくする必要がある。ＢｉのＳｎ−Ａｇ−Ｃｕは
んだのＳｎ晶への固溶限が約１．５ｗｔ％であるため、
それ以上Ｂｉを添加すると、融点は下げられるものの、
固溶できないＢｉが析出して機械的特性、特に、図３に
示したように、信頼性に大きな影響を与える伸びの低下
によって脆化し、かつ、接合界面の強度低下を起こすこ
とになる。
【００４８】図９はＳｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕの組成に
Ｂｉを添加したときの引張強度を示すものであるが、Ｂ
ｉの添加量が増加するにつれてはんだの引っ張り強度が
増大し、硬くなっていることがわかる。従って、図３か
ら明らかなように、Ｂｉの添加量が２ｗｔ％までは伸び
の劣化はないため、Ｂｉの添加量が２ｗｔ％まではバル
ク材料の特性は優れていると言え、この添加量の上限値
は２ｗｔ％であることがわかった。
Ｂｉを添加したときの引張強度を示すものであるが、Ｂ
ｉの添加量が増加するにつれてはんだの引っ張り強度が
増大し、硬くなっていることがわかる。従って、図３か
ら明らかなように、Ｂｉの添加量が２ｗｔ％までは伸び
の劣化はないため、Ｂｉの添加量が２ｗｔ％まではバル
ク材料の特性は優れていると言え、この添加量の上限値
は２ｗｔ％であることがわかった。
【００４９】逆に、Ｂｉを僅かでも添加することによ
り、はんだの表面張力が低減し、また、流動性が増加す
るため、狭ピッチリードのＬＳＩに対するブリッジの低
減及びチップ立ちの防止に著しい効果があり、この性質
を利用して歩留まり向上に役立てることができる。
り、はんだの表面張力が低減し、また、流動性が増加す
るため、狭ピッチリードのＬＳＩに対するブリッジの低
減及びチップ立ちの防止に著しい効果があり、この性質
を利用して歩留まり向上に役立てることができる。
【００５０】以上のことから、はんだバルク材の特性と
耐ブリッジ性などの観点から、Ｂｉの添加量として２．
０ｗｔ％が上限であることを見出した。これ以上のＢｉ
の添加量は界面の強度低下につながり、混載実装構造体
１における配線基板２のリフローソルダリングする面用
のはんだとしては適さない。
耐ブリッジ性などの観点から、Ｂｉの添加量として２．
０ｗｔ％が上限であることを見出した。これ以上のＢｉ
の添加量は界面の強度低下につながり、混載実装構造体
１における配線基板２のリフローソルダリングする面用
のはんだとしては適さない。
【００５１】以上はＢｉの添加であったが、同様に、は
んだ付け温度を低くして、かつ高信頼性を確保するた
め、配線基板２のＡ面のリフローはんだ付けに用いる鉛
フリーはんだとして、Ｓｎ−Ａｇ−ＣｕはんだへのＩｎ
添加も検討した。
んだ付け温度を低くして、かつ高信頼性を確保するた
め、配線基板２のＡ面のリフローはんだ付けに用いる鉛
フリーはんだとして、Ｓｎ−Ａｇ−ＣｕはんだへのＩｎ
添加も検討した。
【００５２】まず、Ｉｎ添加による融点への影響につい
てみると、Ｓｎ−３Ａｇ−０．７ＣｕはんだへのＩｎの
添加は、図１０に示すように、Ｂｉに対して示す図２と
同様に、Ｓｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕはんだへのその添加
量の増加とともに融点を低下させる傾向がある。しか
し、図１１に示すように、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだへの
Ｉｎの添加量を増加させても、図３と比較して明らかな
ように、Ｂｉの場合ほど顕著な伸び特性の劣化が起こら
ないことがわかった。また、図１２に示すように、Ｓｎ
メッキを施した４２Ａｌｌｏｙリードに対しても、図４
と比較して明らかなように、Ｂｉの場合ほど顕著なピー
ル強度の低下を起こさないことがわかった。さらに、Ｓ
ｎ−Ａｇ−Ｃｕの３元系はんだに対し、Ｂｉの添加量と
Ｉｎの添加量とをともに変化させた実験を行ない、その
系でも、はんだ付け継ぎ手の機械的な信頼性はＢｉの添
加量で決まり、Ｉｎの添加量は機械的特性をほとんど損
うことがなく、融点を低下される作用をなすことが明ら
かになった。
てみると、Ｓｎ−３Ａｇ−０．７ＣｕはんだへのＩｎの
添加は、図１０に示すように、Ｂｉに対して示す図２と
同様に、Ｓｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕはんだへのその添加
量の増加とともに融点を低下させる傾向がある。しか
し、図１１に示すように、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだへの
Ｉｎの添加量を増加させても、図３と比較して明らかな
ように、Ｂｉの場合ほど顕著な伸び特性の劣化が起こら
ないことがわかった。また、図１２に示すように、Ｓｎ
メッキを施した４２Ａｌｌｏｙリードに対しても、図４
と比較して明らかなように、Ｂｉの場合ほど顕著なピー
ル強度の低下を起こさないことがわかった。さらに、Ｓ
ｎ−Ａｇ−Ｃｕの３元系はんだに対し、Ｂｉの添加量と
Ｉｎの添加量とをともに変化させた実験を行ない、その
系でも、はんだ付け継ぎ手の機械的な信頼性はＢｉの添
加量で決まり、Ｉｎの添加量は機械的特性をほとんど損
うことがなく、融点を低下される作用をなすことが明ら
かになった。
【００５３】次に、Ｂｉの添加範囲を考慮してＩｎ添加
量の詳細な検討を行なった結果について説明する。
量の詳細な検討を行なった結果について説明する。
【００５４】図１３はＳｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕはんだ
を例としたときのＢｉ，Ｉｎの添加量に対する液相線温
度，固相線温度の変化を示す図であって、縦軸は温度、
横軸の左半分は０〜５ｗｔ％のＢｉの添加範囲を、右半
分は０〜５ｗｔ％のＩｎの添加範囲を夫々示している。
を例としたときのＢｉ，Ｉｎの添加量に対する液相線温
度，固相線温度の変化を示す図であって、縦軸は温度、
横軸の左半分は０〜５ｗｔ％のＢｉの添加範囲を、右半
分は０〜５ｗｔ％のＩｎの添加範囲を夫々示している。
【００５５】また、図１４は、図１３と同様のＳｎ−３
Ａｇ−０．７Ｃｕはんだを例とし、Ｂｉ，Ｉｎの添加量
に対する伸びの変化を示す図であって、縦軸は伸びを示
し、横軸は図１３と同様である。
Ａｇ−０．７Ｃｕはんだを例とし、Ｂｉ，Ｉｎの添加量
に対する伸びの変化を示す図であって、縦軸は伸びを示
し、横軸は図１３と同様である。
【００５６】図１３及び図１４では、いずれにおいて
も、Ｓｎ−３Ａｇ−０．７ＣｕはんだでのＢｉの添加量
を２ｗｔ％とし、このときのＩｎの添加量を０〜５ｗｔ
％と変化させたときの液相／固相線温度，伸びの変化を
夫々の図面の右半分に破線で示している。
も、Ｓｎ−３Ａｇ−０．７ＣｕはんだでのＢｉの添加量
を２ｗｔ％とし、このときのＩｎの添加量を０〜５ｗｔ
％と変化させたときの液相／固相線温度，伸びの変化を
夫々の図面の右半分に破線で示している。
【００５７】図１３によると、例えば、Ｓｎ−３Ａｇ−
０．７Ｃｕ−２Ｂｉ−３Ｉｎ（Ｓｎ−３Ａｇ−０．７Ｃ
ｕにＢｉを２ｗｔ％，Ｉｎを３ｗｔ％添加）はんだの融
点がＳｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕ−５Ｂｉはんだのそれに
近く、Ｓｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕ−２Ｂｉはんだのそれ
よりも低いことがわかる。これより、Ｓｎ−３Ａｇ−
０．７Ｃｕ−２Ｂｉ−３Ｉｎはんだのリフロー温度は、
Ｓｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕ−５Ｂｉはんだ並みで可能で
ある。
０．７Ｃｕ−２Ｂｉ−３Ｉｎ（Ｓｎ−３Ａｇ−０．７Ｃ
ｕにＢｉを２ｗｔ％，Ｉｎを３ｗｔ％添加）はんだの融
点がＳｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕ−５Ｂｉはんだのそれに
近く、Ｓｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕ−２Ｂｉはんだのそれ
よりも低いことがわかる。これより、Ｓｎ−３Ａｇ−
０．７Ｃｕ−２Ｂｉ−３Ｉｎはんだのリフロー温度は、
Ｓｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕ−５Ｂｉはんだ並みで可能で
ある。
【００５８】一方、図１４によると、Ｉｎが添加されて
も伸びの劣化はほとんどなく、また、接続強度の劣化も
少ないため、配線基板２の裏面（Ｂ面）のフロープロセ
スでも初期的に充分耐えられ、かつ長期的な熱疲労特性
も問題ない。
も伸びの劣化はほとんどなく、また、接続強度の劣化も
少ないため、配線基板２の裏面（Ｂ面）のフロープロセ
スでも初期的に充分耐えられ、かつ長期的な熱疲労特性
も問題ない。
【００５９】以上のことからして、上記のはんだ組成は
混載実装構造体１における上記課題を解決できるもので
ある。
混載実装構造体１における上記課題を解決できるもので
ある。
【００６０】同様に、Ｂｉの添加量が２ｗｔ％までの範
囲において、Ｉｎの添加量を変化させる実験を行なった
結果、Ｉｎの添加量が４ｗｔ％までの範囲では、配線基
板２の目的とするＡ面のリフローはんだ付け用の鉛フリ
ーはんだ組成が得られることがわかった。これは、Ｉｎ
の添加量が４ｗｔ％以上になると、固相線温度が低くな
り、配線基板２の裏面（Ｂ面）のフローはんだ付けプロ
セスに初期的に耐えられなくなるためである。しかも、
Ｉｎが高価であることから、コストの面やＩｎが酸化さ
れ易いということのため、ペーストの保管性や印刷性な
どの影響が出やすいこと、及び固相線温度が下がってＳ
ｎ−Ｉｎ−Ｐｂ−Ｂｉと考えられる低温相が出やすくな
るため、はんだ組織が不安定になるなどの問題がある。
以上の理由から、Ｉｎの添加量の上限値を４ｗｔ％とし
た。
囲において、Ｉｎの添加量を変化させる実験を行なった
結果、Ｉｎの添加量が４ｗｔ％までの範囲では、配線基
板２の目的とするＡ面のリフローはんだ付け用の鉛フリ
ーはんだ組成が得られることがわかった。これは、Ｉｎ
の添加量が４ｗｔ％以上になると、固相線温度が低くな
り、配線基板２の裏面（Ｂ面）のフローはんだ付けプロ
セスに初期的に耐えられなくなるためである。しかも、
Ｉｎが高価であることから、コストの面やＩｎが酸化さ
れ易いということのため、ペーストの保管性や印刷性な
どの影響が出やすいこと、及び固相線温度が下がってＳ
ｎ−Ｉｎ−Ｐｂ−Ｂｉと考えられる低温相が出やすくな
るため、はんだ組織が不安定になるなどの問題がある。
以上の理由から、Ｉｎの添加量の上限値を４ｗｔ％とし
た。
【００６１】また、Ｃｕの組成範囲は、機械的特性を損
ねないで、Ｓｎ−Ａｇ結晶の融点を数度下げる効果があ
る範囲とした。Ｃｕの添加量は、０．８ｗｔ％を越える
と、図１５に示したように、Ｃｕを添加しないものに比
べて伸びが低下してくるため、Ｃｕの添加量の上限を
０．８ｗｔ％とした。しかも、Ｃｕが若干添加されるこ
とは、ＣｕパットやＣｕリードなどを対象とする場合、
Ｃｕの食われ防止にも効果がある。このため、Ｃｕの添
加量の下限を０．２ｗｔ％とした。
ねないで、Ｓｎ−Ａｇ結晶の融点を数度下げる効果があ
る範囲とした。Ｃｕの添加量は、０．８ｗｔ％を越える
と、図１５に示したように、Ｃｕを添加しないものに比
べて伸びが低下してくるため、Ｃｕの添加量の上限を
０．８ｗｔ％とした。しかも、Ｃｕが若干添加されるこ
とは、ＣｕパットやＣｕリードなどを対象とする場合、
Ｃｕの食われ防止にも効果がある。このため、Ｃｕの添
加量の下限を０．２ｗｔ％とした。
【００６２】Ａｇの添加量については、その添加量を
１．５ｗｔ％以下とすると、融点の上昇と機械的特性の
低下が生ずる。また、その添加量を３．５ｗｔ％以上と
すると、同様に融点の上昇があるとともにＡｇ３Ｓｎの
初晶が大きく成長するため、機械的特性が低下し、さら
には、コスト高にもなる。従って、Ａｇの添加量は１．
５〜３．５ｗｔ％とした。
１．５ｗｔ％以下とすると、融点の上昇と機械的特性の
低下が生ずる。また、その添加量を３．５ｗｔ％以上と
すると、同様に融点の上昇があるとともにＡｇ３Ｓｎの
初晶が大きく成長するため、機械的特性が低下し、さら
には、コスト高にもなる。従って、Ａｇの添加量は１．
５〜３．５ｗｔ％とした。
【００６３】以上からして、配線基板２のＡ面を鉛フリ
ーはんだを用いてリフローはんだ付けし、Ｂ面を鉛フリ
ーはんだを用いてフローはんだ付けする際に、このＡ面
のリフローはんだ付け用の鉛フリーはんだの組成として
は、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、あるいはこれにＩｎ，Ｂｉのう
ち１種以上を添加した Ｓｎ−（１．５〜３．５ｗｔ％）Ａｇ−（０．２〜０．
８ｗｔ％）Ｃｕ−（０〜４ｗｔ％）Ｉｎ−（０〜２ｗｔ
％）Ｂｉ にすることが最適であることを究明することができた。
ーはんだを用いてリフローはんだ付けし、Ｂ面を鉛フリ
ーはんだを用いてフローはんだ付けする際に、このＡ面
のリフローはんだ付け用の鉛フリーはんだの組成として
は、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、あるいはこれにＩｎ，Ｂｉのう
ち１種以上を添加した Ｓｎ−（１．５〜３．５ｗｔ％）Ａｇ−（０．２〜０．
８ｗｔ％）Ｃｕ−（０〜４ｗｔ％）Ｉｎ−（０〜２ｗｔ
％）Ｂｉ にすることが最適であることを究明することができた。
【００６４】従って、図１に示す実施形態としてのリフ
ロー・フローの混載実装構造体１において、配線基板２
のＡ面に対して、上記組成範囲のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ、あ
るいはこれにＩｎ，Ｂｉのうち１種以上を添加した鉛フ
リーはんだを用いてリフローはんだ付けを行ない、次
に、この配線基板２のＢ面に対して、上記組成範囲のＳ
ｎ−Ａｇ−Ｃｕの３元系の鉛フリーはんだを用いてフロ
ーはんだ付けを行なうことにより、配線基板２や電子部
品３，６ａの耐熱性の範囲内で初期的な不良を起さず、
かつ、長期的にも、優れた熱疲労特性を持つという優れ
た効果が得られることになる。
ロー・フローの混載実装構造体１において、配線基板２
のＡ面に対して、上記組成範囲のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ、あ
るいはこれにＩｎ，Ｂｉのうち１種以上を添加した鉛フ
リーはんだを用いてリフローはんだ付けを行ない、次
に、この配線基板２のＢ面に対して、上記組成範囲のＳ
ｎ−Ａｇ−Ｃｕの３元系の鉛フリーはんだを用いてフロ
ーはんだ付けを行なうことにより、配線基板２や電子部
品３，６ａの耐熱性の範囲内で初期的な不良を起さず、
かつ、長期的にも、優れた熱疲労特性を持つという優れ
た効果が得られることになる。
【００６５】次に、図１を用いてリフロー・フロー混載
プロセスの実施例について具体的に説明する。
プロセスの実施例について具体的に説明する。
【００６６】〔実施例１〕配線基板２として２５０ｍｍ
×３００ｍｍのガラスエポキシ基板を用い、この配線基
板２のＡ面に、２０８ピンのＱＦＰ−ＬＳＩ３ａやＳＯ
Ｐ−ＬＳＩ３ｂ，チップ部品６ａなどをリフローはんだ
付けした。この場合、リフローはんだ付けに用いる鉛フ
リーはんだとして、４元系の鉛フリーはんだであるＳｎ
−３Ａｇ−０．７Ｃｕ−５Ｂｉはんだ（融点：２０４〜
２１３℃）を用いたものを比較例とし、また、上記の５
元系の鉛フリーはんだであるＳｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕ
−２Ｂｉ−３Ｉｎはんだ（融点：２０３〜２１２℃）を
用いたものを実施例１とした。なお、これらはんだとし
ては、無洗浄タイプのはんだペースト〔はんだ粒径：平
均３０μｍ、塩素含有量：０．０５ｗｔ％、フラックス
含有量：１０％〕を用い、プレヒート温度を１５０±１
５℃、継ぎ手部温度ｍａｘを２３５℃として、空気中で
リフローはんだ付けした。
×３００ｍｍのガラスエポキシ基板を用い、この配線基
板２のＡ面に、２０８ピンのＱＦＰ−ＬＳＩ３ａやＳＯ
Ｐ−ＬＳＩ３ｂ，チップ部品６ａなどをリフローはんだ
付けした。この場合、リフローはんだ付けに用いる鉛フ
リーはんだとして、４元系の鉛フリーはんだであるＳｎ
−３Ａｇ−０．７Ｃｕ−５Ｂｉはんだ（融点：２０４〜
２１３℃）を用いたものを比較例とし、また、上記の５
元系の鉛フリーはんだであるＳｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕ
−２Ｂｉ−３Ｉｎはんだ（融点：２０３〜２１２℃）を
用いたものを実施例１とした。なお、これらはんだとし
ては、無洗浄タイプのはんだペースト〔はんだ粒径：平
均３０μｍ、塩素含有量：０．０５ｗｔ％、フラックス
含有量：１０％〕を用い、プレヒート温度を１５０±１
５℃、継ぎ手部温度ｍａｘを２３５℃として、空気中で
リフローはんだ付けした。
【００６７】このときの配線基板２の表面温度はｍａｘ
２４３℃（ガラスエポキシ基板の耐熱性：ｍａｘ２６０
℃）、上記の電子部品３，６ａの表面はｍａｘ２３８℃
（部品の耐熱性：ｍａｘ２４０℃）である。使用したリ
フロー炉は、強制循環型の赤外炉である。また、ＱＦＰ
−ＬＳＩ３ａのリードのピッチは０．５ｍｍ，０．４ｍ
ｍである。このとき、リフローはんだ付けを行なったは
んだ接続部（はんだ付け継ぎ手）は、比較例，実施例１
のいずれにおいても、全く問題はなかった。
２４３℃（ガラスエポキシ基板の耐熱性：ｍａｘ２６０
℃）、上記の電子部品３，６ａの表面はｍａｘ２３８℃
（部品の耐熱性：ｍａｘ２４０℃）である。使用したリ
フロー炉は、強制循環型の赤外炉である。また、ＱＦＰ
−ＬＳＩ３ａのリードのピッチは０．５ｍｍ，０．４ｍ
ｍである。このとき、リフローはんだ付けを行なったは
んだ接続部（はんだ付け継ぎ手）は、比較例，実施例１
のいずれにおいても、全く問題はなかった。
【００６８】以上のリフローはんだ付け後、実施例１の
配線基板２のＢ面では、上記の３元系の鉛フリーはんだ
であるＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ（融点：２１８
℃）を用い、また、比較例の配線基板２のＢ面では、２
元系の鉛フリーはんだであるＳｎ−０．７Ｃｕはんだ
（融点：２２７℃）を用いて、夫々ｍａｘ２３５℃〜ｍ
ａｘ２６０℃の範囲でフローはんだ付けを行なった。
配線基板２のＢ面では、上記の３元系の鉛フリーはんだ
であるＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ（融点：２１８
℃）を用い、また、比較例の配線基板２のＢ面では、２
元系の鉛フリーはんだであるＳｎ−０．７Ｃｕはんだ
（融点：２２７℃）を用いて、夫々ｍａｘ２３５℃〜ｍ
ａｘ２６０℃の範囲でフローはんだ付けを行なった。
【００６９】このフローはんだ付けにより、配線基板２
のＡ面をＳｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕ−５Ｂｉはんだでリ
フローはんだ付けした比較例では、ＱＦＰ−ＬＳＩ３ａ
の１辺で剥がれたリード９が見られた。また、剥がれな
かったリード９についても、同一位置のリード継ぎ手が
弱いことが分かった。接合されている近傍のリード継ぎ
手は強いので、配線基板２の反りによってある一定位置
に負担がかかり、そこで集中的に剥離するモードと判断
した。フロー温度を低くして配線基板２のＡ面の温度を
下げた場合についても検討したが、フローはんだ付け面
で溶融不足の箇所がいくつか見られたが、初期的には破
断は見られず、Ａ面のリフローはんだ付け側には問題が
なかった。しかし、リードが短かく、応力的に厳しいＴ
ＳＯＰ−ＬＳＩ（図１で図示せず）は、その後の−５５
〜１２５℃の温度サイクル試験での寿命が、目標として
いる１０００サイクルをクリアできず、５００〜７５０
サイクルで断線した。従って、リフロー・フロー混載プ
ロセスに耐えられず、かつ、寿命でも問題があるので、
配線基板２のＢ面でＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ３元系の鉛フリー
はんだでフローはんだ付けを行なう前に、これとは反対
側のＡ面でＳｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕ−５Ｂｉはんだで
リフローはんだ付けによる接続構造は、混成実装構造体
として良好な性能を得ることが困難であると判断した。
のＡ面をＳｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕ−５Ｂｉはんだでリ
フローはんだ付けした比較例では、ＱＦＰ−ＬＳＩ３ａ
の１辺で剥がれたリード９が見られた。また、剥がれな
かったリード９についても、同一位置のリード継ぎ手が
弱いことが分かった。接合されている近傍のリード継ぎ
手は強いので、配線基板２の反りによってある一定位置
に負担がかかり、そこで集中的に剥離するモードと判断
した。フロー温度を低くして配線基板２のＡ面の温度を
下げた場合についても検討したが、フローはんだ付け面
で溶融不足の箇所がいくつか見られたが、初期的には破
断は見られず、Ａ面のリフローはんだ付け側には問題が
なかった。しかし、リードが短かく、応力的に厳しいＴ
ＳＯＰ−ＬＳＩ（図１で図示せず）は、その後の−５５
〜１２５℃の温度サイクル試験での寿命が、目標として
いる１０００サイクルをクリアできず、５００〜７５０
サイクルで断線した。従って、リフロー・フロー混載プ
ロセスに耐えられず、かつ、寿命でも問題があるので、
配線基板２のＢ面でＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ３元系の鉛フリー
はんだでフローはんだ付けを行なう前に、これとは反対
側のＡ面でＳｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕ−５Ｂｉはんだで
リフローはんだ付けによる接続構造は、混成実装構造体
として良好な性能を得ることが困難であると判断した。
【００７０】これに対して、実施例１では、Ｓｎ−Ａｇ
−Ｃｕ−Ｂｉ−Ｉｎの５元系の鉛フリーはんだであるＳ
ｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕ−２Ｂｉ−３Ｉｎはんだで配線
基板２のＡ面をリフローはんだ付けすると、この後のフ
ローはんだ付けでも、フローはんだ付けの条件によら
ず、リードの剥離は起らなかった。さらには、その後の
−５５〜１２５℃の温度サイクル試験でも１０００サイ
クル以上をクリアできた。これより、融点，はんだ付け
温度はＳｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕ−５Ｂｉはんだ並み
で、しかも、高信頼性のはんだ組成を得ることができ
た。
−Ｃｕ−Ｂｉ−Ｉｎの５元系の鉛フリーはんだであるＳ
ｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕ−２Ｂｉ−３Ｉｎはんだで配線
基板２のＡ面をリフローはんだ付けすると、この後のフ
ローはんだ付けでも、フローはんだ付けの条件によら
ず、リードの剥離は起らなかった。さらには、その後の
−５５〜１２５℃の温度サイクル試験でも１０００サイ
クル以上をクリアできた。これより、融点，はんだ付け
温度はＳｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕ−５Ｂｉはんだ並み
で、しかも、高信頼性のはんだ組成を得ることができ
た。
【００７１】また、配線基板２のＡ面のリフローはんだ
付けをＳｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕ−１Ｂｉ−２Ｉｎはん
だで行ない、その後の配線基板２のＢ面のフローはんだ
付けをＳｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕはんだで行ない、上記
と同様の実験を行なったが、この場合でも、初期的及び
長期信頼性の面でも問題がなかった。即ち、Ｓｎ−３Ａ
ｇ−０．７Ｃｕ−１Ｂｉ−２Ｉｎはんだでリフローはん
だ付けした後、Ｓｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕはんだを用
い、２５０℃のはんだ浴温度でかつ１ｍ／ｍｉｎのコン
ベア速度でフローはんだ付けを行なったが、リフローは
んだ付け継ぎ手５が最大１９５℃まで上昇した。これ
は、リフローはんだ付け用のはんだの固相線温度以下で
あり、リフローはんだ付け継ぎ手５を再溶融させず、か
つ、配線基板２の反りに対しても充分な接合界面強度を
確保していることから、混載実装に耐えられる組み合わ
せである。なお、電子部品のリードの表面処理はＳｎ−
１０ｗｔ％Ｐｂメッキであるため、その融点も多少低下
するが、それでも、再溶融現象は起きていなかった。
付けをＳｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕ−１Ｂｉ−２Ｉｎはん
だで行ない、その後の配線基板２のＢ面のフローはんだ
付けをＳｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕはんだで行ない、上記
と同様の実験を行なったが、この場合でも、初期的及び
長期信頼性の面でも問題がなかった。即ち、Ｓｎ−３Ａ
ｇ−０．７Ｃｕ−１Ｂｉ−２Ｉｎはんだでリフローはん
だ付けした後、Ｓｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕはんだを用
い、２５０℃のはんだ浴温度でかつ１ｍ／ｍｉｎのコン
ベア速度でフローはんだ付けを行なったが、リフローは
んだ付け継ぎ手５が最大１９５℃まで上昇した。これ
は、リフローはんだ付け用のはんだの固相線温度以下で
あり、リフローはんだ付け継ぎ手５を再溶融させず、か
つ、配線基板２の反りに対しても充分な接合界面強度を
確保していることから、混載実装に耐えられる組み合わ
せである。なお、電子部品のリードの表面処理はＳｎ−
１０ｗｔ％Ｐｂメッキであるため、その融点も多少低下
するが、それでも、再溶融現象は起きていなかった。
【００７２】さらに、Ｉｎの添加量を多くして融点を下
げたＳｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕ−２Ｂｉ−４Ｉｎはんだ
の場合でも、同様に、プロセス及び信頼性をクリアでき
た。
げたＳｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕ−２Ｂｉ−４Ｉｎはんだ
の場合でも、同様に、プロセス及び信頼性をクリアでき
た。
【００７３】次に、Ｓｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕ−３Ｉｎ
はんだ（融点：２０７〜２１６℃）とＳｎ−３Ａｇ−
０．７Ｃｕはんだとを用いてリフローはんだ付けを行な
った結果を示す。
はんだ（融点：２０７〜２１６℃）とＳｎ−３Ａｇ−
０．７Ｃｕはんだとを用いてリフローはんだ付けを行な
った結果を示す。
【００７４】Ｓｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕ−３Ｉｎはんだ
の継ぎ手の温度はｍａｘ２３６℃であって、耐熱性はク
リアできる。また、Ｓｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕはんだに
よるリフローはんだ付け時の継ぎ手の温度は、従来型の
赤外線リフロー炉ではんだ付けを行なうと、ｍａｘ２４
５℃であって、このときの配線基板２の表面温度はｍａ
ｘ２６５℃であり、基板の耐熱温度を越えていた。ま
た、電子部品３，６などの表面温度もｍａｘ２４５℃と
なり、部品の膨れや異臭が発生した。しかし、炉内の温
度分布を低減した強制対流型のリフロー炉を用いること
により、耐熱性の範囲内でリフロー可能であることを確
認した。従って、これらについて、配線基板２のＢ面の
フローはんだ付けはＳｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕはんだを
用いて行ない、はんだ付け継ぎ手の信頼性評価を行なっ
た。これらのリフロー・フロー混載プロセスでのはんだ
付け継ぎ手の剥がれはなかった。この理由は、Ｂｉが含
まれていないため、接合界面の強度が高いことによるも
のと考える。温度サイクル試験を行なった結果は、両者
とも、−５５〜１２５℃の温度サイクル試験では、１０
００サイクル以上をクリアし、信頼性として充分優れて
いる。
の継ぎ手の温度はｍａｘ２３６℃であって、耐熱性はク
リアできる。また、Ｓｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕはんだに
よるリフローはんだ付け時の継ぎ手の温度は、従来型の
赤外線リフロー炉ではんだ付けを行なうと、ｍａｘ２４
５℃であって、このときの配線基板２の表面温度はｍａ
ｘ２６５℃であり、基板の耐熱温度を越えていた。ま
た、電子部品３，６などの表面温度もｍａｘ２４５℃と
なり、部品の膨れや異臭が発生した。しかし、炉内の温
度分布を低減した強制対流型のリフロー炉を用いること
により、耐熱性の範囲内でリフロー可能であることを確
認した。従って、これらについて、配線基板２のＢ面の
フローはんだ付けはＳｎ−３Ａｇ−０．７Ｃｕはんだを
用いて行ない、はんだ付け継ぎ手の信頼性評価を行なっ
た。これらのリフロー・フロー混載プロセスでのはんだ
付け継ぎ手の剥がれはなかった。この理由は、Ｂｉが含
まれていないため、接合界面の強度が高いことによるも
のと考える。温度サイクル試験を行なった結果は、両者
とも、−５５〜１２５℃の温度サイクル試験では、１０
００サイクル以上をクリアし、信頼性として充分優れて
いる。
【００７５】これらの結果から、本発明に係るＳｎ−Ａ
ｇ−Ｃｕ、あるいはこれにＩｎ、Ｂｉのうち１種以上を
添加した鉛フリーはんだ、即ち、 Ｓｎ−（１．５〜３．５ｗｔ％）Ａｇ−（０．２〜０．
８ｗｔ％）Ｃｕ−（０〜２ｗｔ％）Ｂｉ−（０〜４ｗｔ
％）Ｉｎ は、リフロー・フロー混載実装において、バランスのと
れた優れた組成であることが確認された。なお、リフロ
ー・フロー混載実装のように、始めにリフローはんだ付
けを行ない、その後にフローはんだ付けを行なう場合、
始めに行なうリフローはんだ付け用の材料の方が、その
後のフローはんだ付け用の材料より融点が同じか高いこ
とが従来の方法であったが、本発明においては、リフロ
ーはんだ付け用の材料の方の融点がＢｉ，Ｉｎを添加し
た場合は低くなり、従来と異なる方法である。
ｇ−Ｃｕ、あるいはこれにＩｎ、Ｂｉのうち１種以上を
添加した鉛フリーはんだ、即ち、 Ｓｎ−（１．５〜３．５ｗｔ％）Ａｇ−（０．２〜０．
８ｗｔ％）Ｃｕ−（０〜２ｗｔ％）Ｂｉ−（０〜４ｗｔ
％）Ｉｎ は、リフロー・フロー混載実装において、バランスのと
れた優れた組成であることが確認された。なお、リフロ
ー・フロー混載実装のように、始めにリフローはんだ付
けを行ない、その後にフローはんだ付けを行なう場合、
始めに行なうリフローはんだ付け用の材料の方が、その
後のフローはんだ付け用の材料より融点が同じか高いこ
とが従来の方法であったが、本発明においては、リフロ
ーはんだ付け用の材料の方の融点がＢｉ，Ｉｎを添加し
た場合は低くなり、従来と異なる方法である。
【００７６】また、配線基板２のＡ面のリフローはんだ
付け用のはんだ組成は、混載実装の場合に限らず、リフ
ロー面だけに用いてもよい。
付け用のはんだ組成は、混載実装の場合に限らず、リフ
ロー面だけに用いてもよい。
【００７７】さらに、リフロー・リフロー・フローの混
載実装、またその他の別付け部品があっても、上記組み
合わせで高信頼な実装基板を得ることができる。
載実装、またその他の別付け部品があっても、上記組み
合わせで高信頼な実装基板を得ることができる。
【００７８】さらにまた、階層はんだ付けが必要な場合
には、Ｓｎ−５８Ｂｉはんだ、またはこの周辺の組成に
Ａｇ，Ｃｕなどを少量加えたはんだによる階層接続も可
能である。
には、Ｓｎ−５８Ｂｉはんだ、またはこの周辺の組成に
Ａｇ，Ｃｕなどを少量加えたはんだによる階層接続も可
能である。
【００７９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
鉛フリーはんだを用いて最も厳しい実装プロセスである
リフロー・フローはんだ付けの混載実装を高信頼度で実
現できる効果を奏する。
鉛フリーはんだを用いて最も厳しい実装プロセスである
リフロー・フローはんだ付けの混載実装を高信頼度で実
現できる効果を奏する。
【００８０】また、本発明によれば、鉛フリーはんだを
用いて最も厳しい実装プロセスであるリフロー・フロー
はんだ付けの混載実装において、部品の耐熱性の範囲内
ではんだ接合でき、フローはんだ付け時の基板の反りに
対しても、フローはんだ付け前に行なったリフローはん
だ付けのはんだ継ぎ手が剥離を起こさない、高信頼度で
はんだ接合を可能にすることができる。
用いて最も厳しい実装プロセスであるリフロー・フロー
はんだ付けの混載実装において、部品の耐熱性の範囲内
ではんだ接合でき、フローはんだ付け時の基板の反りに
対しても、フローはんだ付け前に行なったリフローはん
だ付けのはんだ継ぎ手が剥離を起こさない、高信頼度で
はんだ接合を可能にすることができる。
【００８１】さらに、本発明によれば、鉛フリーはんだ
を用いて最も厳しい実装プロセスであるリフロー・フロ
ーはんだ付けの混載実装において、接続部の熱疲労特性
として、−５５〜１２５℃の温度サイクル試験条件に対
しても保証できるはんだ付け継ぎ手を有する混載実装構
造体を実現することができる。
を用いて最も厳しい実装プロセスであるリフロー・フロ
ーはんだ付けの混載実装において、接続部の熱疲労特性
として、−５５〜１２５℃の温度サイクル試験条件に対
しても保証できるはんだ付け継ぎ手を有する混載実装構
造体を実現することができる。
【００８２】さらにまた、本発明によれば、鉛フリーは
んだを用いて最も厳しい実装プロセスであるリフロー・
フローはんだ付けの混載実装において、耐熱疲労特性，
耐クリープ性及び耐高温に優れ、かつ高密度実装に対し
て高歩留まりで実装することが可能となる。
んだを用いて最も厳しい実装プロセスであるリフロー・
フローはんだ付けの混載実装において、耐熱疲労特性，
耐クリープ性及び耐高温に優れ、かつ高密度実装に対し
て高歩留まりで実装することが可能となる。
【図１】本発明による混載実装構造体の一実施形態を示
す構成図である。
す構成図である。
【図２】Ｓｎ−３Ａｇ−０．７ＣｕはんだにＢｉを添加
したときの液相線温度及び固相線温度の変化を示す図で
ある。
したときの液相線温度及び固相線温度の変化を示す図で
ある。
【図３】Ｓｎ−３Ａｇ−０．７ＣｕはんだにＢｉを添加
したときの２０℃における伸びの変化を示す図である。
したときの２０℃における伸びの変化を示す図である。
【図４】Ｓｎ−３Ａｇ−０．７ＣｕはんだにＢｉを添加
したときのＳｎメッキした４２アロイリードとのピール
強度を示す図である。
したときのＳｎメッキした４２アロイリードとのピール
強度を示す図である。
【図５】Ｓｎ−３Ａｇ−０．７ＣｕはんだにＢｉを添加
したときのＣｕに対するピール強度を示す図である。
したときのＣｕに対するピール強度を示す図である。
【図６】Ｓｎ−３Ａｇ−０．７ＣｕはんだにＢｉを添加
したときのＳｎ−１０Ｐｂメッキした４２アロイリード
とのピール強度を示す図である。
したときのＳｎ−１０Ｐｂメッキした４２アロイリード
とのピール強度を示す図である。
【図７】Ｂｉの添加量が異なるＳｎ−３Ａｇ−０．７Ｃ
ｕはんだのＤＳＣ測定結果を示す図である。
ｕはんだのＤＳＣ測定結果を示す図である。
【図８】剥離部のＥＤＸ分析結果を示す図である。
【図９】Ｓｎ−３Ａｇ−０．７ＣｕはんだにＢｉを添加
したときの２０℃における引張強度を示す図である。
したときの２０℃における引張強度を示す図である。
【図１０】Ｓｎ−３Ａｇ−０．７ＣｕはんだにＩｎを添
加したときの固相線温度及び液相線温度を示す図であ
る。
加したときの固相線温度及び液相線温度を示す図であ
る。
【図１１】Ｓｎ−３Ａｇ−０．７ＣｕはんだにＩｎを添
加したときの２０℃における伸びを示す図である。
加したときの２０℃における伸びを示す図である。
【図１２】Ｓｎ−３Ａｇ−０．７ＣｕはんだにＩｎを添
加したときのＳｎメッキした４２アロイリードとのピー
ル強度を示す図である。
加したときのＳｎメッキした４２アロイリードとのピー
ル強度を示す図である。
【図１３】Ｓｎ−３Ａｇ−０．７ＣｕはんだにＢｉとＩ
ｎとを添加したときの固相線温度及び液相線温度並びに
リフロー温度を示す図である。
ｎとを添加したときの固相線温度及び液相線温度並びに
リフロー温度を示す図である。
【図１４】Ｓｎ−３Ａｇ−０．７ＣｕはんだにＢｉとＩ
ｎとを添加したときの２０℃における伸びを示す図であ
る。
ｎとを添加したときの２０℃における伸びを示す図であ
る。
【図１５】Ｓｎ−３ＡｇはんだにＣｕを添加したときの
２０℃における伸びを示す図である。
２０℃における伸びを示す図である。
１ 混載実装構造体 ２ 配線基板 ３ａ ＱＦＰ−ＬＳＩ ３ｂ ＳＯＰ−ＬＳＩ ４ 電極 ５ Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｉｎ−Ｂｉの５元系の鉛フリー
はんだ ６ａ リード部品 ６ｂ チップ部品 ７ 電極 ８ Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕの３元系の鉛フリーはんだ ９，１０ リード
はんだ ６ａ リード部品 ６ｂ チップ部品 ７ 電極 ８ Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕの３元系の鉛フリーはんだ ９，１０ リード
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 25/10 Ｂ２３Ｋ 101:42 25/11 Ｈ０１Ｌ 25/14 Ｚ 25/18 // Ｂ２３Ｋ 101:42 (72)発明者 石田 寿治 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 芹沢 弘二 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 中塚 哲也 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 Ｆターム(参考） 5E319 AA03 AB01 AB05 BB01 CC22 CC33 GG20
Claims (7)
- 【請求項１】 配線基板の一方の面に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃ
ｕ、あるいはこれにＩｎ，Ｂｉのうち１種以上を添加し
た鉛フリーはんだを用い、リフローソルダリングで電子
部品を表面接続実装し、 該配線基板の他の面に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕの３元系で構
成される鉛フリーはんだを用い、フローソルダリングで
他の電子部品を接続実装したことを特徴とする混載実装
構造体。 - 【請求項２】 請求項１において、 Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕの３元系で構成される前記鉛フリーは
んだを、 Ｓｎ−（０〜３．５ｗｔ％）Ａｇ−（０．２〜０．８ｗ
ｔ％）Ｃｕ の組成で構成したことを特徴とする混載実装構造体。 - 【請求項３】 請求項１または２において、 Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、あるいはこれにＩｎ，Ｂｉのうち１
種以上を添加した前記鉛フリーはんだを、 Ｓｎ−（１．５〜３．５ｗｔ％）Ａｇ−（０．２〜０．
８ｗｔ％）Ｃｕ−（０〜４ｗｔ％）Ｉｎ−（０〜２ｗｔ
％）Ｂｉ の組成で構成したことを特徴とする混載実装構造体。 - 【請求項４】 請求項１，２または３記載の混載実装構
造体を備えたことを特徴とする電子機器。 - 【請求項５】 配線基板の一方の面に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃ
ｕ、あるいはこれにＩｎ，Ｂｉのうち１種以上を添加し
た鉛フリーはんだを用い、リフローソルダリングで電子
部品を表面接続実装し、その後、該配線基板の他方の面
に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕの３元系で構成される鉛フリーは
んだを用い、フローソルダリングで他の電子部品を接続
実装することを特徴とする混載実装方法。 - 【請求項６】 請求項５において、 フローソルダリングで接続実装するために用いられるＳ
ｎ−Ａｇ−Ｃｕの３元系で構成される前記鉛フリーはん
だが、 Ｓｎ−（０〜３．５ｗｔ％）Ａｇ−（０．２〜０．８ｗ
ｔ％）Ｃｕ の組成のはんだであることを特徴とする混載実装方法。 - 【請求項７】 請求項５または６において、 リフローソルダリングで接続実装するために用いられる
Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、あるいはこれにＩｎ，Ｂｉのうち１
種以上を添加した前記鉛フリーはんだが、 Ｓｎ−（１．５〜３．５ｗｔ％）Ａｇ−（０．２〜０．
８ｗｔ％）Ｃｕ−（０〜４ｗｔ％）Ｉｎ−（０〜２ｗｔ
％）Ｂｉ の組成のはんだであることを特徴とする混載実装方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34493799A JP3892190B2 (ja) | 1999-12-03 | 1999-12-03 | 混載実装構造体及び混載実装方法並びに電子機器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34493799A JP3892190B2 (ja) | 1999-12-03 | 1999-12-03 | 混載実装構造体及び混載実装方法並びに電子機器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001168519A true JP2001168519A (ja) | 2001-06-22 |
| JP3892190B2 JP3892190B2 (ja) | 2007-03-14 |
Family
ID=18373169
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34493799A Expired - Fee Related JP3892190B2 (ja) | 1999-12-03 | 1999-12-03 | 混載実装構造体及び混載実装方法並びに電子機器 |
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-
1999
- 1999-12-03 JP JP34493799A patent/JP3892190B2/ja not_active Expired - Fee Related
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