JP2001358446A - 実装構造体および電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】鉛フリーはんだを用いてリフロー・リフロー、
または、リフロー・フローの実装において、部品の耐熱
性の範囲内で高信頼ではんだ接合でき、また、リサイク
ル性も考慮された環境に優しい実装構造体及び電子機器
を提供することにある。 【解決手段】電子部品を配線基板の片面（Ａ面）にＳｎ
−（０．０１〜４．０ｗｔ％）Ａｇはんだを用いてリフ
ローで表面接続実装し、電子部品を前記配線基板の他面
（Ｂ面）にＳｎ−（０．０１〜２．０ｗｔ％）Ｃｕはん
だを用いてフローで接続実装して構成することを特徴と
する実装構造体および実装方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品を配線基
板に鉛フリーはんだを用いてＡ面リフローはんだ付け・
Ｂ面リフローはんだ付け、または、Ａ面リフローはんだ
付け・Ｂ面フローはんだ付けにより組み立てられた実装
構造体および電子機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来はＳｎ−Ｐｂ共晶はんだ（融点：１
８３℃、６３ｗｔ％Ｓｎ−３７ｗｔ％Ｐｂ、以下Ｓｎ−
３７Ｐｂのように、はんだ組成中のＳｎの割合）、及び
この組成近傍のＳｎ−Ｐｂはんだ、または、これに少量
のＡｇ等を加えたはんだを用いて電子部品実装が行われ
てきた。これらのはんだは、各種の優れた特性から、Ａ
面リフロー・Ｂ面リフローはんだ付け、または、Ａ面リ
フロー・Ｂ面フローはんだ付けの実装においても、プロ
セス、信頼性等での問題点は少なく、また、部品の耐熱
性も、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだのはんだ付け温度を基準に設
計されていて、はんだ付け行程に耐えられるものになっ
ている。

【０００３】しかし、近年、鉛を含まないはんだ、及
び、はんだ付けプロセスの構築が必要となっている。

【０００４】鉛フリーはんだとしては、特開平８−２１
５８８０号公報（従来技術１）や特開平１０−１９３１
６９号公報（従来技術２）が知られている。

【０００５】従来技術１には、Ｓｎ残部、Ａｇ０．５〜
３．５重量％、Ｃｕ０．５〜２．０重量％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。

【０００６】また、従来技術２には、１重量％以上５重
量％以下のＡｇと、それぞれ０．１重量％以上１４重量
％以下および０．１重量％以上１０重量％以下で両者の
合計が１５重量％以下のＢｉおよびＩｎと、０．１重量
％以上２重量％以下のＣｕとを含み、残部がＳｎと不可
避不純物とからなり、Ｓｎ−Ａｇ系はんだ合金の融点を
さらにさ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
質とを兼ね備えた鉛フリーはんだ合金が記載されてい
る。

【０００７】

【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、基板の両面に実装できること、即
ち、片面（Ａ面）をリフローソルダリングではんだ付け
し、他面（Ｂ面）をリフローソルダリング、或いは、フ
ローソルダリング等ではんだ付けする両面実装が必要で
ある。この時Ｂ面の、リフローソルダリング、或いはフ
ローソルダリング時に基板は大きく反るため、Ａ面のリ
フロソルダリングされたはんだ継ぎ手は引き剥がしの力
を受ける。また、リフローソルダリングされたＡ面の温
度も上昇し、Ｂ面のはんだ付けプロセスが適切でないと
接続部のはんだは溶融し、リフローはんだ付け継ぎ手が
はずれてしまう不良が発生する。従って、Ａ面のリフロ
ソルダリングされたはんだ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。このよう
に、Ａ面リフロー・Ｂ面リフロー、或いはＡ面リフロー
・Ｂ面フローの両面実装の設計においては、リフロー単
独、フロー単独の実装の場合より後行程の影響を受ける
ため最適な解の幅が狭く、難しい。しかしながら、上記
従来技術１や２では、回路基板の片面のみの実装におい
ては有効であるが、我々が必要とする上記の両面実装に
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考慮されていない。

【０００８】一方、これらのはんだは、鉛を含まない高
信頼なはんだ材料に変えるだけでなく、最終的に、回収
された使用済みの電気製品から、様々な材料を有効に再
利用（マテリアルリサイクル）することも重要である。
従って、電気製品は、再利用しやすい材料で予め製造す
ることが重要である。特に電子部品が接続された配線基
板は、近年の軽薄短小化の流れにより、非常に微細で、
また、様々な材料による複雑な複合体であるから、これ
をそれぞれの素材に戻して再利用するためには、設計時
にマテリアルリサイクル性を十分に考慮して材料選定を
しなくてはならない。このため、接続に用いるはんだと
しては、分離しやすい材料を用い、それをなるべく単純
な系で用いることが望ましい。また、はんだ付けする電
子部品の電極には、保存性、濡れ性を確保するためには
んだめっき等の表面処理がされているが、この表面処理
ははんだ継ぎ手の信頼性に大きな影響を及ぼす。従っ
て、部品電極の表面処理は、高信頼性の接続部が得ら
れ、且つはんだも含めてリサイクルしやすい材料である
必要がある。また、ＢＧＡ（Ball Grid Array）、ＣＳ
Ｐ(Chip Scale Package)等ではんだボールを電極に用い
る場合であっても、高信頼な接続部が得られ、且つ、リ
サイクル性も考慮されなくてはならない。

【０００９】従って、本発明の目的は、Ａ面リフロー・
Ｂ面リフロー、或いは、Ａ面リフロー・Ｂ面フローの実
装を高信頼度で実現できるようにした実装構造体および
電子機器を提供することにある。さらには、最終的なマ
テリアルリサイクル性も考慮されたはんだ材料を用いて
実装構造体および電子機器を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、電子部品を配線基板の片面（Ａ面）にＳ
ｎ−Ｃｕはんだを用いてリフローで表面接続実装し、電
子部品を前記配線基板の他面（Ｂ面）にＳｎ−Ａｇはん
だを用いてフローで接続実装して構成する。

【００１１】また、本発明は、電子部品を配線基板の片
面（Ａ面）にＳｎ−Ｃｕはんだを用いてリフローで表面
接続実装し、電子部品を前記配線基板の他面（Ｂ面）に
Ｓｎ−Ａｇはんだを用いてリフローで接続実装して構成
する。

【００１２】また、本発明は、電子部品を配線基板の片
面（Ａ面）にＳｎ−Ａｇはんだを用いてリフローで表面
接続実装し、電子部品を前記配線基板の他面（Ｂ面）に
Ｓｎ−Ｃｕはんだを用いてフローで接続実装して構成す
る。

【００１３】また、本発明は、前記実装構造体におい
て、前記Ｓｎ−Ａｇはんだを、Ｓｎ−（０．０１〜４．
０ｗｔ％）Ａｇの組成で構成する。

【００１４】また、本発明は、前記実装構造体におい
て、前記Ｓｎ−Ｃｕはんだを、Ｓｎ−（０．０１〜２．
０ｗｔ％）Ｃｕの組成で構成する。

【００１５】より好ましくは、片面（Ａ面）をＳｎ−
（０．０１〜２．０ｗｔ％）Ｃｕはんだを用いてリフロ
ーで表面実装後、他面（Ｂ面）をＳｎ−（０．０１〜
４．０ｗｔ％）Ａｇを用いてフローソルダリングするこ
とによって解決される。また、片面（Ａ面）をＳｎ−
（０．０１〜２．０ｗｔ％）Ｃｕはんだを用いてリフロ
ーで表面実装後、他面（Ｂ面）をＳｎ−（０．０１〜
４．０ｗｔ％）Ａｇを用いてリフローソルダリングする
ことによって、解決される。また、片面（Ａ面）をＳｎ
−（０．０１〜４．０ｗｔ％）Ａｇはんだを用いてリフ
ローで表面実装後、他面（Ｂ面）をＳｎ−（０．０１〜
２．０ｗｔ％）Ｃｕを用いてフローソルダリングするこ
とによって、解決される。

【００１６】また、本発明は、電子部品を配線基板の片
面（Ａ面）にＳｎ−Ｃｕはんだを用いてリフローで表面
接続実装し、電子部品を前記配線基板の他面（Ｂ面）に
Ｓｎ−Ｃｕはんだを用いてリフロー、または、フローで
接続実装して構成することを特徴とする実装構造体、及
び実装方法である。この時のＳｎ−Ｃｕはんだは、Ｓｎ
−（０．０１〜２．０ｗｔ％）Ｃｕの組成で構成する。

【００１７】また、より好ましくは、片面（Ａ面）をＳ
ｎ−（０．０１〜２．０ｗｔ％）Ｃｕはんだを用いてリ
フローで表面実装後、他面（Ｂ面）をＳｎ−（０．０１
〜２．０ｗｔ％）Ｃｕを用いてリフロー、または、フロ
ーソルダリングすることによって解決される。

【００１８】さらに、本発明は、電子部品を配線基板の
片面（Ａ面）にＳｎ−Ａｇはんだを用いてリフローで表
面接続実装し、電子部品を前記配線基板の他面（Ｂ面）
にＳｎ−Ａｇはんだを用いてリフローまたはフローで接
続実装して構成する。この時のＳｎ−Ａｇはんだは、Ｓ
ｎ−（０．０１〜４．０ｗｔ％）Ａｇの組成で構成す
る。

【００１９】また、より好ましくは、片面（Ａ面）をＳ
ｎ−（０．０１〜４．０ｗｔ％）Ａｇはんだを用いてリ
フローで表面実装後、他面（Ｂ面）をＳｎ−（０．０１
〜４．０ｗｔ％）Ａｇを用いてリフローまたは、フロー
ソルダリングすることによって解決される。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明に係る鉛フリーはんだ接続
構造の実装構造体および電子機器の実施の形態について
図面を用いて説明する。

【００２１】（実施の形態１）本発明に係る鉛フリーは
んだ接続構造の実装構造体並びにそれを備えた電子機器
について図１を用いて説明する。鉛フリーはんだ接続構
造の実装構造体１０としては、耐熱性が最大２６０℃程
度であるガラスエポキシ等の配線基板１１のＡ面には、
ＱＦＰ(Quad Flat Package)−ＬＳＩ１２ａのリード１
８ａ、チップ部品１２ｂの電極１８ｂ、ＴＳＯＰ（Thin
Small Outline Package）−ＬＳＩのリード、ＳＯＰ(S
mall Outline Package)の電極等が配線基板１１の電極
パッド１３にＳｎ−Ａｇはんだ、あるいはＳｎ−Ｃｕは
んだを用いたリフローソルダリング１４で表面実装接続
される。また、ＢＧＡ部品１２ｃの電極２１も配線基板
１１の電極パッド１３にＳｎ−Ａｇはんだ、或いはＳｎ
−Ｃｕはんだを用いてリフローソルダリングで表面実装
接続される。この時の、ＢＧＡ部品１２ｃの電極２１に
予め接続されていたはんだボールは新たに供給されたＳ
ｎ−Ａｇはんだ、あるいはＳｎ−Ｃｕはんだと接続され
て電極２０を形成している。

【００２２】この後、Ｂ面からフローはんだ付けされる
リード部品１５ａのリード１９がＡ面側から挿入孔に挿
入される。つぎに、配線基板１１のＢ面には、電極１６
にリード部品１５ａのリード１９ａやチップ部品１５ｂ
の電極１９ｂ等がＳｎ−Ａｇはんだ、或いはＳｎ−Ｃｕ
はんだを用いてフローソルダリング１７で実装接続され
る構造体である。

【００２３】以上のような係る鉛フリーはんだ接続構造
体１０は、ＬＳＩ等の部品１２を、ガラスエポキシ等の
配線基板１１のＡ面にＳｎ−Ａｇはんだ、あるいはＳｎ
−Ｃｕはんだを用いたリフローソルダリング１４で接続
実装し、その後リード部品やチップ部品１５を、ガラス
エポキシ等の配線基板１１のＢ面にＳｎ−Ａｇはんだ、
あるいは、Ｓｎ−Ｃｕはんだを用いたフローソルダリン
グ１７で接続実装して構成される。

【００２４】なお、上記説明では、電子部品が実装され
る配線基板１１として、耐熱性が低いこと、基板が反り
やすい点から、最適な接続が得られる条件範囲がせまい
ガラスエポキシ基板の場合について説明したが、エポキ
シ樹脂部を改良し、耐熱性を向上させたガラスエポキシ
基板でも同様である。また、メタルコア基板を用いれ
ば、熱伝導性が向上するため、はんだ付け時間が少なく
てなり、部品への熱ダメージを削減できる。また、熱膨
張係数も小さくなるので、接続信頼性も向上する。セラ
ミック基板の場合には耐熱性も優れ、反りも少ないの
で、熱疲労、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
ミック基板等にも十分適用することができる。

【００２５】（実施の形態２）本発明に係る鉛フリーは
んだ接続構造の実装構造体並びにそれを備えた別の電子
機器について図２を用いて説明する。鉛フリーはんだ接
続構造の実装構造体３０としては、耐熱性を向上させた
ガラスエポキシ等の配線基板３１のＡ面には、ＱＦＰ−
ＬＳＩ３２ａのリード４１ａ、チップ部品３２ｂの電極
４１ｂ、ＴＳＯＰ−ＬＳＩのリード、ＳＯＰの電極等が
配線基板３１の電極パッド３３にＳｎ−Ｃｕはんだを用
いたリフローソルダリング３４で表面実装接続される。
また、ＢＧＡ部品３２ｃの電極３５も配線基板３１の電
極パッド３３にＳｎ−Ｃｕはんだを用いてリフローソル
ダリングで表面実装接続される。この時の、ＢＧＡ部品
３２ｃの電極３５に予め形成されていたはんだボールは
Ｓｎ−Ｃｕはんだと接続されて電極３６を形成してい
る。つぎに、配線基板３１のＢ面には、電極３７にリー
ド部品３８ａのリード３９ａやチップ部品３８ｂの電極
３９ｂ等がＳｎ−Ａｇはんだ、或いはＳｎ−Ｃｕはんだ
を用いてリフローソルダリング４０で実装接続される構
造体である。

【００２６】以上のようなはんだ接続構造体３０は、Ｌ
ＳＩ等の部品３２を、ガラスエポキシ等の配線基板３１
のＡ面に３Ｓｎ−Ｃｕはんだを用いたリフローソルダリ
ング３４で接続実装し、その後ＬＳＩ等の部品やチップ
部品３８を、ガラスエポキシ等の配線基板３１のＢ面に
Ｓｎ−Ａｇはんだ、あるいは、Ｓｎ−Ｃｕはんだを用い
たリフローソルダリング４０で接続実装して構成され
る。尚、配線基板３１のＢ面のリフローソルダリング４
０がＳｎ−Ａｇはんだの場合には、Ａ面のリフローソル
ダリング３４はＳｎ−Ａｇはんだでも良い。

【００２７】次に、このような実施の形態をとる理由を
説明する。

【００２８】まず初めに、図１の様に、配線基板１１の
Ａ面をリフローはんだ付けし、その後、Ｂ面からフロー
はんだ付けを行う場合について説明する。まず、フロー
はんだ付けに適するはんだ材料としてはＳｎ−（０．０
１〜２．０ｗｔ％）Ｃｕ、或いは、Ｓｎ−（０．０１〜
４．０ｗｔ％）Ａｇが望ましい。理由は次の通りであ
る。例えばＳｎ−ＢｉはんだやＳｎ−Ａｇ−Ｂｉはんだ
のようにＢｉがはんだ中にあると、はんだが硬くなり、
接続強度も小さくなる。また、フローはんだ付けの凝固
時に、フィレットリフティングといわれる不良（一度Ｃ
ｕ電極に濡れたはんだが、凝固中に、凝固収縮、接続強
度の問題から、はんだ部分が持ち上がってクラックが生
じる不良）が発生し易く、高信頼な接続部が得られな
い。Ｉｎ入りはんだについては、Ｉｎは希少金属で高価
であるため、コストが問題となり、また酸化もしやす
い。Ｚｎ入りはんだは、融点が下がり、基板、部品への
熱ダメージは小さいが、Ｚｎは酸化しやすく、濡れ性が
確保できず、やはり高信頼な接続部は得られない。ま
た、リサイクル性も良くない。この他、ＧｅやＮｉ、Ｓ
ｂ、Ｓｅ等の様々な微小元素を添加したはんだは、マテ
リアルリサイクルの点から、環境への負荷が大きくなる
と言える。但し、接続信頼性だけを考慮すると、Ｇｅや
Ｎｉ、Ｓｂ、Ｓｅ等の様々な微小元素を添加しても問題
はない。

【００２９】この他、鉛のないはんだとして提案されて
いるはんだとしてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕのはんだがあるが、
３元系では、最終的の処分する場合の環境負荷は、やは
りＳｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇの２元系より大きい。また、
はんだ浴の管理が２元系より複雑となる。

【００３０】以上の理由から、上記Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−
Ａｇを選定した。

【００３１】次に組成範囲について説明する。Ｓｎ−Ａ
ｇはんだの上限を４ｗｔ％としたのは、４ｗｔ％を越え
ると、Ａｇ３Ｓｎの初晶が出やすいためである。Ａｇ−
Ｓｎの２元系の状態図では、Ａｇが３．５ｗｔ％が共晶
であり、理論上はＳｎ−３．５ｗｔ％ＡｇでＳｎとＡｇ
３Ｓｎが層状になった共晶組織を示し、Ａｇ量が３．５
ｗｔ％を越えた時点からＡｇ３Ｓｎの初晶が析出する。
しかし、この系では、共晶点が純Ｓｎに近く、Ａｇ量が
Ｓｎ量と比べて極端に少ないため、Ａｇ３Ｓｎの生成が
間に合わず、実際のはんだ付け行程における冷却速度で
は、図３のようにＳｎの初晶が析出し、このＳｎ晶の周
りにＳｎとＡｇ３Ｓｎの細かい共晶組織をとった組織と
なる。このような組成のはんだでは、応力、歪みが負荷
された場合に、Ｓｎ晶の周りのＳｎとＡｇ３Ｓｎの細か
い共晶組織の部分は変形しないが、Ｓｎ晶内ですべり変
形を起こして応力緩和でき、接続部の実使用時での変形
に柔軟に対応できるため、Ｓｎの初晶が析出する範囲で
は高信頼な接続部を得ることができる。はんだ中のＡｇ
量が増していくと、Ａｇ３Ｓｎの初晶が析出することが
できるようになり、Ａｇ量が４ｗｔ％でＳｎの初晶が析
出しなくなる。逆にＡｇ３Ｓｎの初晶が析出し、大きく
成長すると、このＡｇ３Ｓｎは針状で金属間化合物なの
で硬いため、はんだの変形がしにくくなる。また、この
Ａｇ３Ｓｎに沿って破壊が進展するようになり、接続部
の信頼性が低下する。従って、接続部に発生する熱歪み
に柔軟に対応することができるＳｎの初晶が析出する範
囲の上限として４ｗｔ％とした。また、Ａｇ量が４ｗｔ
％を越えると、融点も上昇して、はんだ付けしにくくな
る。

【００３２】Ｓｎ−Ｃｕはんだの上限を２ｗｔ％とした
のも、Ｓｎ−Ａｇの場合とほぼ同様の理由である。Ｃｕ
量が２ｗｔ％を越えると、Ｃｕ６Ｓｎ５の初晶が出やす
いためである。Ｃｕ−Ｓｎの２元系の状態図では、Ｃｕ
が０．９ｗｔ％が共晶であり、本来はＣｕ量が０．９ｗ
ｔ％を越えた時点からＣｕ６Ｓｎ５の初晶が析出する
が、この場合も共晶点が純Ｓｎに近く、実際のはんだ付
け行程における冷却速度では、Ｓｎ−０．９ｗｔ％では
ＳｎとＣｕ６Ｓｎ５による共晶にならず、Ｓｎの初晶が
析出する。Ｓｎの初晶が析出しにくくなり、Ｃｕ６Ｓｎ
５が析出し始めるのは、通常のはんだ付けにおける冷却
速度では２ｗｔ％であるため、Ｃｕ量の上限を２ｗｔ％
とした。また、Ｃｕ量が２ｗｔ％を越えると、融点も上
昇して、はんだ付けしにくくなる。

【００３３】また、下限をそれぞれ０．０１ｗｔ％とし
たのは、Ｓｎのみでは変形が大きなりすぎ、例えばクリ
ープ特性等に問題を生じるためである。

【００３４】以上の様に、接続部の信頼性の観点から、
フローはんだ付けで高信頼な接続部が得られるＳｎ−Ａ
ｇ、Ｓｎ−Ｃｕの組成を決めた。しかし、更にマテリア
ルリサイクル性について考慮すると、Ｓｎ−Ａｇでは配
線基板に通常用いられるＣｕ電極からＣｕが溶け込み、
接続部はＳｎ−Ａｇ−Ｃｕの３元系になり、最終的に３
つの金属に分離する必要があるが、Ｓｎ−Ｃｕはんだで
あれば、Ｃｕ電極からＣｕが混入したとしても、２元素
であるため、マテリアルリサイクル性は変わらない。従
って、Ｓｎ−Ｃｕ系の方が、更に環境に優しいと言え
る。

【００３５】次に、上記組成のＳｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕ
はんだを用いてＢ面をフローはんだ付けする場合の、Ａ
面側に予めリフローはんだ付けしておくはんだ組成につ
いて説明する。

【００３６】まず、上記組成範囲のＳｎ−ＣｕをＢ面の
フローはんだ付けに用いた場合には、Ｓｎ−Ａｇはんだ
の場合よりコストが低くなり、特にはんだを大量に用い
るフローはんだ付けには効果的である。また、上記のよ
うに、マテリアルリサイクル性もＳｎ−Ａｇ系に比べて
向上する。この場合のＡ面側のリフローはんだ付け面
は、Ｂ面でのフローはんだ付けにおいて再溶融すると、
部品の位置ずれ、接続部の酸化が起こり、信頼性が低下
するため再溶融させないことが重要である。Ｂ面のフロ
ーはんだ付けにおいては、熱の伝わる方向はフローはん
だ浴に近いＢ面からＡ面であるため、Ａ面の温度は、Ｂ
面の温度より約５０℃低くなる。Ｓｎ−Ｃｕのフローは
んだ付けではピーク温度は、約２６０℃必要であり、Ａ
面では２１０℃程度まで上昇する。従って、リフローは
んだ付けの材料の融点は２１５℃以上が望ましい。そこ
で、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕも考えられるが、製造行程での環
境負荷（ペースト印刷、修正、等の行程でも、廃棄され
るはんだ材料のマテリアルリサイクル性）も考えると、
Ｓｎ−Ａｇはんだが望ましい。組成範囲は、上記のフロ
ーはんだ付けにおいて記述した範囲と同じである。更
に、Ｂ面フローはんだ付け時でのマージンを取るために
は、はんだはＳｎ−Ｃｕが望ましい。組成範囲は上記の
フローはんだ付けにおいて記述したものと同じである。
Ｓｎ−ＣｕをＡ面のリフローはんだ付けに用いれば、最
終的にＡｇの分離が必要なくなり。環境への負荷が小さ
くすることができる。しかし、Ｓｎ−Ｃｕによるリフロ
ーは、はんだ付け温度が高くなるため、配線基板をメタ
ルコア基板、耐熱性を向上させたガラスエポキシ基板等
を用いても良い。また、リフロー炉も、均熱の優れた熱
風循環型のものを用いても良い。

【００３７】これらの接続部の強度は従来のＳｎ−Ｐｂ
と同等以上であり、Ｂ面フロー時の基板の反りにも十分
耐えられる。

【００３８】Ａ面でのフローはんだ付けにおいて、基
板、部品の耐熱性から、Ｓｎ−Ｃｕ系が利用できない場
合にはコストは上昇するが、Ｓｎ−Ａｇを用いればよ
い。この場合のリフローはんだ付けに用いるはんだとし
ては、マージンを多く取るためには上記組成範囲のＳｎ
−Ｃｕが望ましい。しかし、部品、基板の耐熱性が確保
できない場合には、上記組成のＳｎ−Ａｇはんだが望ま
しい。

【００３９】次に、Ａ面リフローはんだ付け、Ｂ面リフ
ローはんだ付けの実装プロセスにおける、はんだ材料に
ついて説明する。Ａ面リフローはんだ付けに適するはん
だとしては、上記のフローはんだ付けに適するはんだ材
料と同じ理由でＳｎ−（０．０１〜４ｗｔ％）Ａｇ、Ｓ
ｎ−（０．０１〜２ｗｔ％）Ｃｕはんだが接続部の信頼
性が高く、且つマテリアルリサイクル性も優れている。
同様に、更にマテリアルリサイクル性を考えると、Ｓｎ
−Ｃｕ系の方が環境負荷が小さくなる。従って、Ａ面の
リフローはんだ付けにＳｎ−Ｃｕを用いると、Ｂ面のリ
フローでは、やはり再溶融しにくいＳｎ−Ａｇ系はんだ
でリフローはんだ付けすることが望ましい。しかし、使
用済みの電気製品からの素材の分離性を考えると、Ｂ面
のリフローはんだ付けにも、Ｓｎ−Ｃｕ系を用いること
が望ましい。Ｓｎ−Ｃｕ系は、融点が高いため、リフロ
ーはんだ付けにより基板、電子部品の耐熱性を確保して
おく必要があり、例えば、メタルコア基板や、耐熱性を
向上させたガラスエポキシ基板を使用すると効果的であ
る。また、均熱性の優れたリフロー炉を用いれば、基
板、部品の耐熱性の範囲内で接続が可能である。また、
Ｂ面のはんだ付けにおいて、Ａ面に熱に弱い部品が実装
されている場合、また重量部品が実装されている場合に
は、冷却板、支持用の治具等を用いても良い。

【００４０】耐熱性の低い部品、基板の場合で、Ｓｎ−
Ｃｕのリフローはんだ付けに耐えられない場合には、Ｓ
ｎ−ＡｇはんだによりＡ面のリフローはんだ付けを行
う。この場合の、Ｂ面のリフローはんだ付けは、上記組
成範囲のＳｎ−Ａｇ系を用いる。Ｂ面のリフローはんだ
付けにおいて、Ａ面に熱に弱い部品が実装されている場
合、また重量部品が実装されている場合には、冷却板、
支持用の治具等を用いても良い。

【００４１】次に、より具体的に部品を基板に実装した
例について説明する。

【００４２】（実施の形態３）２５０ｍｍ×２５０ｍｍ
のガラスエポキシ基板１１のＡ面に、２０８ピンのＱＦ
Ｐ−ＬＳＩ１２ａ、ＳＯＰ−ＬＳＩ１２ｂ、チップ部品
等を、Ｓｎ−３．０ｗｔ％Ａｇの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、
プレヒート温度は１５０±１５℃、継手部温度ｍａｘ２
４０℃で、エア中でリフローした。使用したリフロー炉
は強制循環型の赤外炉である。ＱＦＰ−ＬＳＩリードの
ピッチは０．５ｍｍである。この時、リフローを行った
はんだ接続部は外観上、全く問題はなかった。

【００４３】リフローはんだ付け後、Ｂ面に対して、Ｓ
ｎ−０．７５ｗｔ％Ｃｕはんだを用いて、ｍａｘ２５０
℃でフローはんだ付けを行った。このフローはんだ付け
後に温度サイクル試験を行い、接続部の信頼性を評価し
たが、全く問題ないレベルであった。

【００４４】すなわち、Ａ面をＳｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ
はんだによりリフロー接続ていれば、Ｂ面をＳｎ−０．
７５ｗｔ％Ｃｕはんだを用いてフロー接続したとしても
接続部の信頼性は確保することができた。

【００４５】（実施の形態４）また、Ｓｎ−０．７５ｗ
ｔ％Ｃｕのはんだボールを用いたＢＧＡ１２ｃをＳｎ−
３．０ｗｔ％Ａｇのはんだペーストを用いて接続した。
はんだ付け温度は２４０℃であり、接続部は元のＳｎ−
Ｃｕはんだボールと供給したＳｎ−Ａｇは完全に混ざり
合う組成となった。またはんだ付け温度は、更に低い２
３０℃程度でも行った。この場合には、もとのＳｎ−Ｃ
ｕはんだボールと、供給したＳｎ−Ａｇはんだとは完全
に混ざらず、濃度に勾配が生じている状態となった。

【００４６】この基板のＢ面をＳｎ−Ａｇはんだを用い
てフローはんだ付けし、基板全体を温度サイクル試験し
た。この結果、ＢＧＡ接続部２０が、完全に混ざり合っ
ても、また濃度勾配が生じていても、信頼性を確保して
いることを確認できた。

【００４７】すなわち、Ａ面をＳｎ−３．０ｗｔ％Ａｇ
はんだによりリフロー接続ていれば、Ｂ面をＳｎ−Ａｇ
はんだを用いてフロー接続したとしても接続部の信頼性
は確保することができた。特にＳｎ−０．７５ｗｔ％Ｃ
ｕのはんだボールを用いたＢＧＡ１２ｃをＡ面に実装し
た場合であっても、Ｓｎ−Ａｇはんだを用いてフロー接
続した場合の接続部の信頼性は確保することができた。

【００４８】（実施の形態５）Ｓｎ−０．７ｗｔ％Ｃｕ
の表研処理を施したリード４１ａを持つＱＦＰ３２ａ
と、Ｓｎ−０．７５Ｃｕのはんだボールを用いたＢＧＡ
３２ｃをＳｎ−０．７５ｗｔ％Ｃｕのはんだペーストを
用いて接続した。はんだ付けは均熱性の高いリフロー炉
を用いて、はんだ付け温度は２４０℃とした。この基板
のＢ面をＳｎ−Ｃｕはんだを用いてリフローはんだ付け
し、基板全体を温度サイクル試験した。この結果、ＢＧ
Ａ接続部は十分な信頼性を有することを確認できた。こ
の基板では、接続部の組成は全てＳｎ−Ｃｕであり、信
頼性に優れているだけでなく、環境への負荷も小さくす
ることができた。

【００４９】すなわち、Ａ面をＳｎ−０．７５ｗｔ％Ｃ
ｕはんだによりリフロー接続ていれば、Ｂ面をＳｎ−Ｃ
ｕはんだを用いてフロー接続したとしても接続部の信頼
性は確保することができた。特にＳｎ−０．７ｗｔ％Ｃ
ｕの表研処理を施したリード４１ａを持つＱＦＰ３２ａ
や、Ｓｎ−０．７５ｗｔ％Ｃｕのはんだボールを用いた
ＢＧＡ３２ｃをＡ面に実装した場合であっても、Ｓｎ−
Ｃｕはんだを用いてフロー接続した場合の接続部の信頼
性は確保することができた。このようにリードの表面処
理、はんだボール、リフロー用はんだ、フロー用はんだ
にＳｎ-Ｃｕはんだを用いれば、基板のＣｕ電極からの
Ｃｕ成分の漏れ込みがあったとしてもＳｎ−Ｃｕ系のは
んだでしかないので、リサイクル時のはんだの回収率が
向上するとともに再利用もしやすくなる。また、基板電
極からの溶け込みによる成分変化もＳｎとＣｕとの間で
の反応に限られるので、溶け込み後の接続部の信頼性も
確保しやすい。なお、基板電極としてＡｇ系の電極を用
いるのであれば、Ｓｎ−Ａｇはんだを用いることが好ま
しいことは言うまでもない。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、Ａ面リフロー・Ｂ面リ
フロー、或いは、Ａ面リフロー・Ｂ面フローの実装を高
信頼度で実現できる。さらには、最終的なマテリアルリ
サイクル性も考慮されたはんだ材料を用いて実装構造体
および電子機器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実装構造体の一実施の形態を示す
図である。

【図２】本発明に係る実装構造体の一実施の形態を示す
図である。

【図３】Ｓｎ−３．５Ａｇのはんだ組織を示す写真であ
る。

【符号の説明】

１０…実装構造体、１１…配線基板、１２ａ、１２ｂ、
１２ｃ…電子部品、１３…Ａ面の電極、１４…リフロー
ソルダリングによる接続部、１５ａ…リード部品（電子
部品）、１５ｂ…チップ部品（電子部品）、１６…電
極、１７…フローソルダリングによる接続部、１８ａ…
リード、１８ｂ…チップ部品電極、１９ａ…リード、１
９ｂ…チップ部品電極、２０…ＢＧＡ部品の接続部、２
１…ＢＧＡ部品の電極。３０…実装構造体、３１…配線
基板、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ…Ａ面の電子部品、３３
…Ａ面の電極、３４…リフローソルダリングによる接続
部、３５…ＢＧＡ部品の電極、３６…ＢＧＡ部品の接続
部、３７…Ｂ面の電極、３８ａ、３８ｂ…Ｂ面の電子部
品、３９ａ…リード、３９ｂ…チップ部品の電極、４０
…リフローソルダリングによる接続部、４１ａ…リー
ド、４１ｂ…チップ部品の電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 正英 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 AA01 AC01 BB01 BB08 CC33 GG03

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子部品を配線基板の片面（Ａ面）にＳｎ
   −Ｃｕはんだを用いてリフローで表面接続実装し、電子
   部品を前記配線基板の他面（Ｂ面）にＳｎ−Ａｇはんだ
   を用いてフローで接続実装して構成することを特徴とす
   る実装構造体。
2. 【請求項２】電子部品を配線基板の片面（Ａ面）にＳｎ
   −Ｃｕはんだを用いてリフローで表面接続実装し、電子
   部品を前記配線基板の他面（Ｂ面）にＳｎ−Ａｇはんだ
   を用いてリフローで接続実装して構成することを特徴と
   する実装構造体。
3. 【請求項３】電子部品を配線基板の片面（Ａ面）にＳｎ
   −Ａｇはんだを用いてリフローで表面接続実装し、電子
   部品を前記配線基板の他面（Ｂ面）にＳｎ−Ｃｕはんだ
   を用いてフローで接続実装して構成することを特徴とす
   る実装構造体。
4. 【請求項４】前記Ｓｎ−Ａｇはんだを、Ｓｎ−（０．０
   １〜４．０ｗｔ％）Ａｇの組成で構成することを特徴と
   する請求項１から３のいずれかに記載の実装構造体。
5. 【請求項５】前記Ｓｎ−Ｃｕはんだを、Ｓｎ−（０．０
   １〜２．０ｗｔ％）Ｃｕの組成で構成することを特徴と
   する請求項１から４のいずれかに記載の実装構造体。
6. 【請求項６】電子部品を配線基板の片面（Ａ面）にＳｎ
   −Ｃｕはんだを用いてリフローで表面接続実装し、電子
   部品を前記配線基板の他面（Ｂ面）にＳｎ−Ｃｕはんだ
   を用いてリフロー、またはフローで接続実装して構成す
   ることを特徴とする実装構造体。
7. 【請求項７】前記Ｓｎ−Ｃｕはんだを、Ｓｎ−（０．０
   １〜２．０ｗｔ％）Ｃｕの組成で構成することを特徴と
   する請求項６記載の実装構造体。
8. 【請求項８】電子部品を配線基板の片面（Ａ面）にＳｎ
   −Ａｇはんだを用いてリフローで表面接続実装し、電子
   部品を前記配線基板の他面（Ｂ面）にＳｎ−Ａｇはんだ
   を用いてリフロー、または、フローで接続実装して構成
   することを特徴とする実装構造体。
9. 【請求項９】前記Ｓｎ−Ａｇはんだを、Ｓｎ−（０．０
   １〜４．０ｗｔ％）Ａｇの組成で構成することを特徴と
   する請求項８記載の実装構造体。
10. 【請求項１０】請求項１から９記載の実装構造体を備え
    たことを特徴とする電子機器。