JP2002118357A - プリント配線基板 - Google Patents

プリント配線基板

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JP2002118357A
JP2002118357A JP2000307419A JP2000307419A JP2002118357A JP 2002118357 A JP2002118357 A JP 2002118357A JP 2000307419 A JP2000307419 A JP 2000307419A JP 2000307419 A JP2000307419 A JP 2000307419A JP 2002118357 A JP2002118357 A JP 2002118357A
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Satoshi Kuwazaki
聡 桑崎
Tsutomu Sakatsu
務 坂津
Hiroshi Kobayashi
寛史 小林
Hideaki Okura
秀章 大倉
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 融点の高い鉛フリーはんだでリフロー接続す
るプロセスにおいて、部品の赤外線吸収量や熱容量の差
によって生じる温度差を抑制し、部品や基板への熱ダメ
ージの少ないプリント配線基板を提供する。 【解決手段】 ガラスエポキシ樹脂プリント配線基板等
の作製工程で、ソルダーレジスト1の塗布前に、熱容量
の大きい電子部品が搭載される電極2の周辺に赤外線吸
収率の高い黒色顔料等を塗布して赤外線高吸収層3を形
成する。その後、ソルダーレジスト1を塗布する。接続
部周辺の温度が上昇しにくい電子部品が搭載される電極
2周辺に赤外線吸収率の高い材料層3を形成すること
で、接続部周辺の温度のみを上昇させ、部品への熱ダメ
ージを低く抑えながら鉛フリーはんだ等の高融点はんだ
のリフローに対応する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体や電子機器
の接続・実装技術、具体的にはプリント配線基板に関す
る。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】一般
に、赤外線加熱装置によりはんだを溶融して回路基板上
に電子部品を接続するリフロー方式においては、基板上
の部品に温度バラツキが生じる。これは、部品の材質や
サイズの違いにより赤外線吸収量や熱容量が異なるため
である。このため、基板のサイズや部品のサイズ/数に
もよるが、リフロー工程において一番温度が高い部品と
低い部品ではピーク温度で20〜40℃前後の温度差が
生じる。通常、リフロー工程の温度条件は一番温度が低
い部品の接続部がはんだ溶融温度以上になり、一番温度
の高い部品が部品耐熱温度以下になるように設定する。
はんだ材が共晶はんだ(Sn63−Pb37)の場合は
融点が183℃なので、一番温度の低い部品の接続部ピ
ーク温度が190〜200℃になるように条件を設定し
てやると一番温度が高い部品の温度は高い場合で約24
0℃まで上昇する。
【0003】近年、廃棄されたプリント回路基板から酸
性雨等によりはんだ中の鉛が溶け出し土壌を通じて地下
水を汚染することが問題となってきている。鉛の毒性に
ついては、体内に吸収されると脳の成長を阻害し、知能
の発達に影響を及ぼすとうい報告が米国でなされてい
る。環境汚染防止の観点から共晶はんだに替えて鉛を含
まない鉛フリーはんだを採用していく動きが各メーカー
でとられている。鉛フリーはんだは共晶はんだより機械
的強度が高いという利点がある一方で、融点が高いため
(Sn−Ag系、Sn−Ag−Cu系で220℃前後)
リフロー温度条件を共晶はんだより高く設定する必要が
ある。このため、基板や部品の耐熱温度以上に温度が上
昇したり、接続部の温度が融点まで上がらずはんだが未
溶融で接続不良が発生することが懸念される。特に、機
器の高機能化に伴い、大型パッケージ部品(QFP、B
GA)から小型チップ部品まで様々な種類の部品が基板
上に搭載される場合に問題になると予想されている。
【0004】これらの問題を解決するために、赤外線加
熱装置によるリフロー工程で発生する部品・基板の温度
差の発生を抑制するための提案がなされている。たとえ
ば特開平08−213723号公報に開示の「回路基
板」と称する技術は、赤外線吸収性の低いチップ部品上
に赤外線吸収性の高い濃色系塗料を塗布し、赤外線吸収
性の高い部品上に赤外線反射性の高いメタリック系の塗
料を塗布することでリフロー時の部品の温度バラツキを
抑制している。また特開平10−335047号公報に
開示の「赤外線ヒータおよびそれを用いたはんだ付け装
置」と称する技術は、赤外線吸収性の高い材料の微粉末
を混入したクリームはんだと赤外線加熱装置を使用し、
プリント配線板と部品の接続を行い、微粉末によりクリ
ームはんだの赤外線吸収量が大きくして基板、部品の温
度を大きく上昇させることなく部品とプリント配線板の
接続を可能としている。
【0005】しかしながら特開平08−213723号
公報に開示の技術では、QFP、BGA等のパッケージ
部品はサイズが大きくて熱容量も大きいため、温度が上
昇しにくく、そのため赤外線吸収量を高くしてやる必要
があるが、パッケージが既に黒色の樹脂で形成されてい
るため適用できない。また特開平10−335047号
公報に開示の技術では、リフロー後にはんだ接続部の周
辺に微粉末が生じるため、洗浄等で取り除いてやる必要
がありコストアップとなる。またクリームはんだ中の微
粉末が表層には表れずにはんだ接続部内に残った場合、
接続部の信頼性低下が懸念される。
【0006】本発明は上記従来の諸問題点にかんがみ、
赤外線加熱装置でプリント配線基板上に電子部品をはん
だで、特に融点の高い鉛フリーはんだでリフロー接続す
るプロセスにおいて、部品の赤外線吸収量や熱容量の差
によって生じる温度差を抑制し、部品や基板への熱ダメ
ージの少ないプリント配線基板を提供することを目的と
する。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係る
プリント配線基板は、上記目的を達成するために、赤外
線吸収率が小さいかまたは熱容量が大きい部品が搭載さ
れる電極周辺に赤外線吸収量が大きい材料層を形成して
なることを特徴とする。
【0008】同請求項2に係るものは、上記目的を達成
するために、請求項1のプリント配線基板において、上
記赤外線吸収量が大きい材料層が黒色塗料層であること
を特徴とする。
【0009】同請求項3に係るものは、上記目的を達成
するために、赤外線吸収率が大きいかまたは熱容量が小
さい部品が搭載される電極周辺に赤外線吸収量が小さい
材料層を形成してなることを特徴とする。
【0010】同請求項4に係るものは、上記目的を達成
するために、請求項3のプリント配線基板において、上
記赤外線吸収量が小さい材料層が白色塗料層であること
を特徴とする。
【0011】同請求項5に係るものは、上記目的を達成
するために、赤外線吸収率が小さいかまたは熱容量が大
きい部品が搭載される電極周辺に赤外線吸収量が大きい
材料層を形成し、赤外線吸収率が大きいかまたは熱容量
が小さい部品が搭載される電極周辺に赤外線吸収量が小
さい材料層を形成してなることを特徴とする。
【0012】同請求項6に係るものは、上記目的を達成
するために、請求項5のプリント配線基板において、上
記赤外線吸収量が大きい材料層が黒色塗料層で、上記赤
外線吸収量が小さい材料層が白色塗料層であることを特
徴とする。
【0013】同請求項7に係るものは、上記目的を達成
するために、請求項6のプリント配線基板において、上
記電極上にクリームはんだを印刷後、電子部品を搭載
し、赤外線加熱装置にて加熱し、その後に冷却してなる
ことを特徴とする。
【0014】同請求項8に係るものは、上記目的を達成
するために、請求項7のプリント配線基板において、上
記はんだが鉛フリーはんだであることを特徴とする。
【0015】同請求項9に係るものは、上記目的を達成
するために、請求項8のプリント配線基板において、上
記鉛フリーはんだがSn−Ag系であることを特徴とす
る。
【0016】同請求項10に係るものは、上記目的を達
成するために、請求項8のプリント配線基板において、
上記鉛フリーはんだがSn−Ag−Cu系であることを
特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。まず本発明の原理を説明する。リフ
ロープロセスで加熱手段に使用される赤外線加熱装置か
ら放射される赤外線は材料によって吸収特性が異なる。
黒色系の材料は赤外線の吸収率が高く、白色やメタリッ
ク系の材料は吸収率が低い。この性質を利用し、電子部
品が赤外線の吸収量が少ないかまたは熱容量が大きく接
続部の温度が上昇しにくい場合は、その部品が搭載され
る電極周辺に赤外線吸収率の高い黒色系の材料層を形成
する。これにより、従来と同じリフロー温度設定でも、
接続部周辺は黒色系材料層の赤外線吸収の効果で従来よ
り温度が上昇するので、他の部品への熱によるダメージ
を与えないで高融点の鉛フリーはんだのリフローに対応
できる。逆に、電子部品が赤外線の吸収量が多いかまた
は熱容量が小さく接続部の温度が上昇しやすい場合は、
その部品が搭載されるプリント配線基板上の電極周辺に
赤外線吸収率の低い白色系の材料層を形成する。これに
より、接続部周辺の温度が上昇しにくくなるので、融点
の高い鉛フリーはんだを使用しリフロー温度条件を高く
設定した場合でも温度の過上昇を抑制できるので部品へ
の熱によるダメージを防ぐことができる。
【0018】図1は本発明に係るプリント配線基板の第
1実施形態を示す平面図(A)と断面図(B)である。
例えばガラスエポキシ樹脂プリント配線基板(FR−4
基板)作製工程において、ソルダーレジスト1の塗布前
に、熱容量の大きい電子部品(QFP、BGA等)が搭
載される電極2周辺に赤外線吸収率の高い黒色顔料また
はカーボン微粒子を例えば厚さ15μm前後で塗布して
赤外線高吸収層3を形成する。黒色顔料またはカーボン
微粒子は電極2にかからないよう、電極2との間に例え
ば50〜100μmのクリアランスができるように塗布
する。その後、ソルダーレジスト1を例えば15μm前
後の厚さで塗布する。
【0019】図2は本発明に係るプリント配線基板の第
2実施形態を示す平面図(A)と断面図(B、C)であ
る。例えばガラスエポキシ樹脂プリント配線基板(FR
−4基板)作製工程において、ソルダーレジスト1塗布
前に、熱容量の小さい電子部品(チップ抵抗、チップコ
ンデンサ等)が搭載される電極2周辺に赤外線吸収率の
低い白色塗料、例えばプリント配線板のマーキングに使
用する白色顔料を例えば厚さ15μm前後で塗布して赤
外線低吸収層4を形成する。白色顔料は電極にかからな
いよう、電極2との間に例えば50〜100μmのクリ
アランスができるように塗布する。その後、ソルダーレ
ジスト1を例えば15μm前後の厚さで塗布する。また
は、ソルダーレジスト1の塗布後、電極2との間に例え
ば50〜100μmのクリアランスができるように白色
顔料を塗布してもよい。
【0020】図3は本発明に係るプリント配線基板の一
実施形態を示す平面図(A)と断面図(B)である。例
えばガラスエポキシ樹脂プリント配線基板(FR−4基
板)作製工程において、ソルダーレジスト1塗布前に、
熱容量の大きい電子部品(QFP、BGA等)が搭載さ
れる電極2周辺に赤外線吸収率の高い黒色顔料またはカ
ーボン微粒子を例えば厚さ15μm前後で塗布して赤外
線高吸収層3を形成する。黒色顔料またはカーボン微粒
子は電極2にかからないよう、電極2との間に例えば5
0〜100μmのクリアランスができるように塗布す
る。その後、ソルダーレジスト1を例えば15μm前後
の厚さで塗布する。その後、赤外線吸収率の低い白色塗
料、例えばプリント配線板のマーキングに使用する白色
顔料を例えば厚さ15μm前後で塗布して赤外線低吸収
層4を形成する。白色顔料は電極2にかからないよう、
電極2との間に例えば50〜100μmのクリアランス
ができるように塗布する。
【0021】なお上述のプリント配線板の電極上にメタ
ルマスクによりクリームはんだを印刷し、電子部品を搭
載する。その後、赤外線加熱装置で加熱して冷却を行
い、板上に電子部品を接続してプリント回路基板を得
る。接続部の温度バラツキ、電子部品の温度バラツキが
小さいので、接続信頼性が高く電子部品の熱ダメージの
小さいプリント回路基板となる。
【0022】クリームはんだを鉛フリーはんだとし、接
続部のピーク温度が約230℃になるように温度条件を
設定すると、プリント配線板上に形成した赤外線高吸収
層と低吸収層の効果により部品または基板上のピーク温
度の最高が250℃程度に抑えられる。
【0023】鉛フリーはんだ材を比較的高融点であるが
機械的強度の高いSn−Ag系の鉛フリーはんだ材、例
えばSn−Ag3.5(融点221℃)やSn−Ag−
Cu系の鉛フリーはんだ材、例えばSn−Ag3.5−
Cu0.75(融点218〜219℃)に限定してもよ
い。
【0024】
【発明の効果】請求項1のプリント配線基板は、以上説
明してきたように、接続部周辺の温度が上昇しにくい電
子部品が搭載される電極周辺に赤外線吸収率の高い材料
層を形成することで、接続部周辺の温度のみを上昇させ
ることができるので、部品への熱ダメージを低く抑えな
がら鉛フリーはんだ等の高融点はんだのリフローに対応
することができるという効果がある。
【0025】請求項2のプリント配線基板は、以上説明
してきたように、黒色顔料、カーボン粉末を使用するこ
とで、上記請求項1のプリント配線基板と共通の効果に
加え、低コストという効果を得ることができる。
【0026】請求項3のプリント配線基板は、以上説明
してきたように、接続部周辺の温度が上昇しやすい電子
部品が搭載される電極周辺に赤外線吸収率の低い材料層
を形成することで、接続部周辺の温度の上昇を抑えるこ
とができるので、部品の温度上昇も抑えられ、鉛フリー
はんだ等の高融点はんだのリフローに対応することがで
きるという効果がある。
【0027】請求項4のプリント配線基板は、以上説明
してきたように、白色顔料を使用することで、上記請求
項3のプリント配線基板と共通の効果に加え、低コスト
という効果を得ることができる。
【0028】請求項5のプリント配線基板は、以上説明
してきたように、接続部周辺の温度が上昇しにくい電子
部品が搭載される電極周辺に赤外線吸収率の高い材料層
を形成することで、接続部周辺の温度のみを上昇させる
ことができるので、部品への熱ダメージを低く抑えなが
ら鉛フリーはんだ等の高融点はんだのリフローに対応す
ることができ、また接続部周辺の温度が上昇しやすい電
子部品が搭載される電極周辺に赤外線吸収率の低い材料
層を形成することで、接続部周辺の温度の上昇を抑える
ことができるので、部品の温度上昇も抑えられ、鉛フリ
ーはんだ等の高融点はんだのリフローに対応することが
できるという効果がある。
【0029】請求項6のプリント配線基板は、以上説明
してきたように、黒色顔料、カーボン粉末、白色顔料を
使用することで、上記請求項5のプリント配線基板と共
通の効果に加え、低コストという効果を得ることができ
る。
【0030】請求項7のプリント配線基板は、以上説明
してきたように、赤外線吸収率の高い材料と低い材料の
効果で接続部周辺の温度のバラツキを小さくすることが
できるので、鉛フリーはんだ等の高融点はんだのリフロ
ーに対応した接続信頼性が高まるという効果がある。
【0031】請求項8のプリント配線基板は、以上説明
してきたように、鉛フリーはんだを使用することで、上
記請求項7のプリント配線基板と共通の効果に加え、環
境汚染の心配のないものとすることができるという効果
がある。
【0032】請求項9のプリント配線基板は、以上説明
してきたように、Sn−Ag系の鉛はんだを使用するこ
とで、上記請求項7のプリント配線基板と共通の効果に
加え、接合部信頼性の高いものとすることができるとい
う効果がある。
【0033】請求項10のプリント配線基板は、以上説
明してきたように、Sn−Ag−Cu系の鉛はんだを使
用することで、上記請求項7のプリント配線基板と共通
の効果に加え、接合部信頼性の高いものとすることがで
きるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るプリント配線基板の第1実施形態
を示す平面図(A)と断面図(B)である。
【図2】本発明に係るプリント配線基板の第2実施形態
を示す平面図(A)と断面図(B、C)である。
【図3】本発明に係るプリント配線基板の一実施形態を
示す平面図(A)と断面図(B)である。
【符号の説明】
1 ソルダーレジスト 2 電極 3 赤外線高吸収層 4 赤外線低吸収層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大倉 秀章 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 Fターム(参考) 5E319 AA03 AB05 AC02 AC20 BB01 BB05 BB08 BB09 CC33 CC45 GG11 5E338 AA01 AA16 BB63 BB75 CC01 CD33 EE01 EE51

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 赤外線吸収率が小さいかまたは熱容量が
    大きい部品が搭載される電極周辺に赤外線吸収量が大き
    い材料層を形成してなることを特徴とするプリント配線
    基板。
  2. 【請求項2】 請求項1のプリント配線基板において、
    上記赤外線吸収量が大きい材料層が黒色塗料層であるこ
    とを特徴とするプリント配線基板。
  3. 【請求項3】 赤外線吸収率が大きいかまたは熱容量が
    小さい部品が搭載される電極周辺に赤外線吸収量が小さ
    い材料層を形成してなることを特徴とするプリント配線
    基板。
  4. 【請求項4】 請求項3のプリント配線基板において、
    上記赤外線吸収量が小さい材料層が白色塗料層であるこ
    とを特徴とするプリント配線基板。
  5. 【請求項5】 赤外線吸収率が小さいかまたは熱容量が
    大きい部品が搭載される電極周辺に赤外線吸収量が大き
    い材料層を形成し、赤外線吸収率が大きいかまたは熱容
    量が小さい部品が搭載される電極周辺に赤外線吸収量が
    小さい材料層を形成してなることを特徴とするプリント
    配線基板。
  6. 【請求項6】 請求項5のプリント配線基板において、
    上記赤外線吸収量が大きい材料層が黒色塗料層で、上記
    赤外線吸収量が小さい材料層が白色塗料層であることを
    特徴とするプリント配線基板。
  7. 【請求項7】 請求項6のプリント配線基板において、
    上記電極上にクリームはんだを印刷後、電子部品を搭載
    し、赤外線加熱装置にて加熱し、その後に冷却してなる
    ことを特徴とするプリント配線基板。
  8. 【請求項8】 請求項7のプリント配線基板において、
    上記はんだが鉛フリーはんだであることを特徴とするプ
    リント配線基板。
  9. 【請求項9】 請求項8のプリント配線基板において、
    上記鉛フリーはんだがSn−Ag系であることを特徴と
    するプリント配線基板。
  10. 【請求項10】 請求項8のプリント配線基板におい
    て、上記鉛フリーはんだがSn−Ag−Cu系であるこ
    とを特徴とするプリント配線基板。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009283595A (ja) * 2008-05-21 2009-12-03 Yazaki Corp 回路基板とそのハンダ付け方法
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KR101439280B1 (ko) * 2007-12-11 2014-09-17 삼성전자주식회사 표면실장소자 및 인쇄회로기판과, 인쇄회로기판 조립체
EP3357308A1 (en) * 2015-10-01 2018-08-08 AT & S Austria Technologie & Systemtechnik Aktiengesellschaft Electronic component carrier for carrying and cooling a heat generating electronic component
US11837554B2 (en) 2020-03-17 2023-12-05 Kioxia Corporation Semiconductor package and semiconductor device

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