JP2004048003A

JP2004048003A - はんだペースト印刷方法およびはんだペースト印刷装置

Info

Publication number: JP2004048003A
Application number: JP2003184460A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sakai; 酒井　浩; Motoharu Suzuki; 鈴木　元治; Makoto Igarashi; 五十嵐　誠; Akihiro Tanaka; 田中　昭広
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2003-06-27
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】はんだペースト印刷工程中にはんだペーストが増粘することを抑える。
【解決手段】はんだペースト印刷装置１は、プリント配線基板５のランド６に対応する開口１０ａを有する印刷用マスク１０と、プリント配線基板５上の所定の位置に位置決めした状態で載置されたマスク１０の上に載せた、はんだ材料としてＳｎ−Ｚｎ系はんだを含むはんだペースト１１を、マスク１０の一側端から他側端に向けてローリングさせるスキージ１２とを有している。はんだペースト印刷装置１は、はんだペースト１１を取り囲む印刷空間１ａ内の雰囲気中に含まれる水分量を所定の値以下に維持するための水分量管理手段２をさらに有している。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線パターンが形成された基板上にはんだペーストを印刷するための、はんだペースト印刷方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電子部品をプリント配線基板（ＰＣＢ）に実装するためにはんだ付けが用いられている。このように、電子部品をはんだを用いて実装するための電子部品の実装方法の一例を図２を参照して以下に説明する。ここでは、ＰＣＢの両面に対してそれぞれリフローによりはんだ付けを行う両面リフローの場合を用いて説明する。
【０００３】
先ず、ＰＣＢのランド部に対応する箇所にだけ開口が設けられたメタルマスクを用いてはんだペーストのランドへの印刷を行う（ステップ１０１）。次に、印刷したはんだペーストの上に、チップ部品、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ　Ｆｌａｔ　Ｐａｃｋａｇｅ）、ＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ　Ｏｕｔｌｉｎｅ　Ｐａｃｋａｇｅ）等の電子部品の接続端子（リード等）が載るようにして、電子部品をＰＣＢ上に搭載する（ステップ１０２）。そして、電子部品を搭載したＰＣＢを、高温のリフロー炉内を通過させることによりはんだペーストを融解させて電子部品の電極とＰＣＢのランドとのはんだ付けを行う（ステップ１０３）。ここまでの工程によりＰＣＢの片面の実装が終了するため、ＰＣＢを反転して未だ部品の実装が行われていない面を上に向ける（ステップ１０４）。
【０００４】
次に、ステップ１０１、１０２と同様の工程によりはんだペーストの印刷（ステップ１０５）、部品の搭載（ステップ１０６）を行った後に、リードを有する部品のスルーホール（Ｔ／Ｈ）への挿入を行う（ステップ１０７）。そして、ステップ１０３の工程と同様にしてＰＣＢをリフロー炉内を通過させて部品のはんだ付けを行う（ステップ１０８）。
【０００５】
最後に、リフロー炉の高温に耐えることができない部品を手はんだ付けして電子部品のＰＣＢへの実装が終了する（ステップ１０９）。
【０００６】
上記で説明した従来の電子部品の実装方法では、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだを含むはんだペーストが一般的に使用されてきた。しかし、このＳｎ−Ｐｂ系はんだには毒性を有する重金属であるＰｂが含まれているため、使用後の電子機器が適切に廃棄されない場合には、地球環境に悪影響を及ぼすという問題を有していた。そのため、近年では、このような問題を解決して環境汚染を未然に防ぐためにＰｂを含まないＰｂフリーはんだの使用が望まれている。
【０００７】
このＰｂフリーはんだとしては、Ｓｎ−Ａｇ系はんだが広く知られている。このＳｎ−Ａｇ系はんだはＡｇの特性が安定しているため、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだの代わりとして電子部品の実装のために使用しても従来と同程度の信頼性を確保することができる。しかし、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだの融点が約１８３℃程度であるのに対して、Ｓｎ−Ａｇ系はんだの融点は２２０℃程度と高くなってしまう。そのため、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだを使用していた実装装置や実装方法をそのまま使用するには困難であった。すなわち、融点が２２０℃にもなるＳｎ−Ａｇ系はんだをリフロー炉内で融解してはんだ付けを行った場合、電子部品の温度は場合によっては２４０℃以上にもなってしまう場合もあり得る。しかし一般的な電子部品の耐熱温度は約２３０℃程度であるため、Ｓｎ−Ａｇ系はんだを用いて電子部品の実装を行おうとした場合には、使用する各種の電子部品の耐熱温度を上げなければならないという問題が発生する。
【０００８】
このような融点が高いＳｎ−Ａｇ系はんだとは別のＰｂフリーはんだとして、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだがある。このＳｎ−Ｚｎ系はんだの融点は１９７℃程度であるため、このＳｎ−Ｚｎ系はんだを用いて電子部品の実装を行えば、従来の設備、電子部品をそのまま使用することができる。
【０００９】
しかし、このＳｎ−Ｚｎ系はんだは従来から使用されてきたＳｎ−Ｐｂ系はんだと比較して、Ｚｎが酸化し易い、はんだ濡れ性が悪い等の問題点を有しており、従来の設備、実装方法により電子部品の実装を行ったのでは、従来と同様な信頼性を確保することができない。
【００１０】
ここで、上述したはんだペーストの印刷工程について図３を参照して説明する。
【００１１】
まず、図３（ａ）に示すように、基板２０４上には、各ランド２０３に印刷用マスク２５０の各開口２５０ａがそれぞれ対応するように、印刷用マスク２５０が位置決めされて載置される。つぎに、基板２０４上に載置された印刷用マスク２５０上に所定量のはんだペースト２５１を載せて、図３（ｂ）に示すように、スキージ２５２を用いて印刷用マスク２５０の表面上を一側端から他側端に亘ってはんだペースト２５１をローリングさせる。
【００１２】
はんだペースト２５１は、印刷用マスク２５０の表面上をローリングすることに伴って、スキージ２５１によって各開口２５０ａ内に刷り込まれて、各開口２５０ａ内に充填される。そして、図３（ｃ）に示すように、基板２０４から印刷用マスク２５０を剥離することにより、基板２０４の各ランド２０３上に所定量のはんだペースト２５１がそれぞれ印刷されて、はんだペースト印刷工程が終了する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来から用いられているＳｎ−Ｐｂ系はんだを含むはんだペーストでは、上記のようなはんだペースト印刷工程における雰囲気の温度および湿度が例えば２７℃，６０％と、周囲雰囲気中の水分量が比較的多くはんだペーストが吸湿しやすい環境下においてフラックス成分が変質していたとしても、Ｐｂは比較的安定した金属であり、短時間でフラックス成分と反応して増粘することはなく、はんだペーストの印刷を問題なく行うことができた。
【００１４】
しかしながら、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだを含むはんだペーストの場合には、吸湿により変質したフラックス成分と活性金属であるＺｎとの反応が短時間で進行して、はんだペーストの粘度が上昇してしまう。このようなはんだペーストの劣化は、はんだペースト印刷工程を開始してから約３時間で生じる。
【００１５】
はんだペーストが増粘すると、マスク上でのローリング性が低下し、またスキージへ付着しやすくなる。そのため、スキージによってマスクの開口内にはんだペーストを刷り込む際に開口内にはんだペーストが十分に充填されず、印刷不良を引き起こす可能性がある。したがって、はんだペースト印刷工程を開始してから約３時間後にはんだペーストを新しいものに入れ替える必要があった。
【００１６】
また、はんだペースト印刷工程中に、はんだ材料（特にＺｎ）が周囲雰囲気中に含まれる酸素と反応して酸化すると、濡れ性が悪化し、その結果、電子部品の実装工程ではんだボールを多発させてしまうこととなる。
【００１７】
そこで本発明は、はんだペースト印刷工程中にはんだペーストが増粘することを抑えることができ、また、はんだペースト印刷工程中にはんだが酸化して濡れ性が悪化することを抑えることができる、はんだペースト印刷方法および装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のはんだペースト印刷方法は、プリント配線基板のランド部に対応する開口を有するマスクを前記プリント配線基板上の所定の位置に位置決めした状態で載置する第１の工程と、はんだ材料としてＳｎ−Ｚｎ系はんだを含むはんだペーストを前記マスクの上に載せ、スキージで前記マスクの一側端から他側端に向けてローリングさせることによって、前記開口内に前記はんだペーストを充填する第２の工程と、前記マスクを前記プリント配線基板から剥離する第３の工程とを有する、はんだペースト印刷方法において、少なくとも前記第２の工程中は、前記はんだペーストを取り囲む雰囲気に含まれる水分量を所定の値以下に維持することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明のはんだペースト印刷装置は、プリント配線基板のランド部に対応する開口を有するマスクと、前記プリント配線基板上の所定の位置に位置決めした状態で載置された前記マスクの上に載せた、はんだ材料としてＳｎ−Ｚｎ系はんだを含むはんだペーストを、前記マスクの一側端から他側端に向けてローリングさせるスキージとを有する、はんだペースト印刷装置において、前記はんだペーストを取り囲む雰囲気に含まれる水分量を所定の値以下に維持するための水分量管理手段をさらに有することを特徴とする。
【００２０】
上記本発明によれば、はんだペーストのフラックスが、はんだペースト印刷工程中に周囲雰囲気中の水分と反応して増粘してしまうことが抑えられ、印刷工程中のはんだペーストのローリング性を維持できるとともに、スキージへのはんだペーストの付着を防ぐことができ、印刷不良が生じることを防止することが可能になる。
【００２１】
さらに、前記水分量は１０ｇ／ｍ^３以下である構成とすることが好ましい。
【００２２】
また、前記雰囲気は主としてＮ_２からなる構成とすることにより、空気雰囲気である場合に比べて雰囲気中のＯ_２量を少なくすることができ、はんだ材料が酸化して濡れ性が悪化することを防ぐことが可能になる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、本発明のはんだペースト印刷装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態のはんだペースト印刷装置１は、前工程から送られてきた基板５を収容する、大気雰囲気に対して閉じた印刷空間１ａと、この印刷空間１ａ内に設けられた、開口１０ａが設けられた印刷用マスク１０およびスキージ１２を有するはんだペースト印刷手段とを有している。本実施形態では、印刷空間１ａ内は空気雰囲気になっている。
【００２６】
さらに、本実施形態のはんだペースト印刷装置１は、印刷空間１ａ内の雰囲気中に含まれる水分量を一定の値に維持するための水分量管理手段２を備えている。この水分量管理手段２は例えば除湿器および湿度センサからなり、印刷空間１ａ内の雰囲気中に含まれる水分量（ｇ／ｍ^３）を所定の値以下に維持するように構成されている。
【００２７】
このように構成されたはんだペースト印刷装置１を用いた印刷方法は、以下のように行う。
【００２８】
まず、前工程から送られてきた基板５を、印刷空間１ａ内に収容する。
【００２９】
続いて、図３を参照して説明したように、マスク１０を基板５上の所定の位置に位置決めした状態で載置し（第１の工程）、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだを含むはんだペースト１１をマスク１０の上に載せ、スキージ１２でマスク１０の一側端から他側端に向けてローリングさせることによって、開口１０ａ内にはんだペースト１１を充填し（第２の工程）、マスク１０を基板５から剥離する（第３の工程）ことによって、はんだペースト１１を基板５のランド６上に印刷する。これら第１〜第３の工程が、はんだペーストの印刷工程である。なお、上記の工程における少なくとも第２の工程中は、水分量管理手段２で印刷空間１ａ内の雰囲気中の水分量を一定値に維持する。
【００３０】
そして、印刷工程を終えた基板５は、電子部品の実装工程およびリフロー工程等の後工程に送られる。
【００３１】
本実施形態では、水分量管理手段２によって、上記印刷工程中における印刷空間１ａ内の雰囲気中の水分量を１０ｇ／ｍ^３以下に維持するようにされている。
水分量が１０ｇ／ｍ^３以下であることを温度と湿度との関係で示せば、例えば１９℃で６０％以下、２３℃で５０％以下、２７℃で４０％以下、３２℃で３０％以下である。
【００３２】
これにより、はんだペースト１１のフラックスが、はんだペースト印刷工程中に周囲雰囲気中の水分と反応して増粘してしまうことが抑えられ、印刷工程中のはんだペースト１１のローリング性を維持できるとともに、スキージ１２へのはんだペースト１１の付着を防ぐことができ、印刷不良が生じることを防止することが可能になる。さらに、従来は印刷工程を開始してから約３時間ではんだペーストの劣化が生じていたが、本実施形態によれば劣化が生じるのが約２４時間後となり、はんだペースト１１の寿命を長くすることができる。
【００３３】
また、本実施形態の印刷装置１において、印刷空間１ａ内をＮ_２雰囲気とし、それに含まれる水分量を１０ｇ／ｍ^３以下に維持するようにしてもよい。
【００３４】
これにより、はんだペースト１１のフラックスが増粘して印刷不良が生じることを防止できることに加えて、印刷空間１ａ内が空気雰囲気である場合に比べて印刷空間１ａ内のＯ_２量を少なくすることができ、はんだ材料（特にＺｎ）が酸化して濡れ性が悪化することを防ぐことが可能になる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、印刷工程中のはんだペーストを取り囲む雰囲気に含まれる水分量を所定の値以下に維持するように構成されているので、はんだペースト印刷工程中にはんだペーストが増粘することを抑えることができる。
【００３６】
さらに、その雰囲気が主としてＮ_２からなる構成とすることにより、はんだペースト印刷工程中にはんだ材料が酸化して濡れ性が悪化することを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のはんだペースト印刷装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】電子部品をはんだを用いて実装するための電子部品の実装方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】はんだペーストの印刷工程を示す図である。
【符号の説明】
１　　はんだペースト印刷装置
１ａ　印刷空間
２　　水分量管理手段
５　　基板
６　　ランド
１０　　印刷用マスク
１０ａ　開口
１１　　はんだペースト
１２　　スキージ

Claims

プリント配線基板のランド部に対応する開口を有するマスクを前記プリント配線基板上の所定の位置に位置決めした状態で載置する第１の工程と、
はんだ材料としてＳｎ−Ｚｎ系はんだを含むはんだペーストを前記マスクの上に載せ、スキージで前記マスクの一側端から他側端に向けてローリングさせることによって、前記開口内に前記はんだペーストを充填する第２の工程と、
前記マスクを前記プリント配線基板から剥離する第３の工程とを有する、はんだペースト印刷方法において、
少なくとも前記第２の工程中は、前記はんだペーストを取り囲む雰囲気に含まれる水分量を所定の値以下に維持することを特徴とする、はんだペースト印刷方法。
前記水分量は１０ｇ／ｍ^３以下である、請求項１に記載のはんだペースト印刷方法。
前記雰囲気は主としてＮ_２からなる、請求項２に記載のはんだペースト印刷方法。
プリント配線基板のランド部に対応する開口を有するマスクと、前記プリント配線基板上の所定の位置に位置決めした状態で載置された前記マスクの上に載せた、はんだ材料としてＳｎ−Ｚｎ系はんだを含むはんだペーストを、前記マスクの一側端から他側端に向けてローリングさせるスキージとを有する、はんだペースト印刷装置において、
前記はんだペーストを取り囲む雰囲気に含まれる水分量を所定の値以下に維持するための水分量管理手段をさらに有することを特徴とする、はんだペースト印刷装置。
前記水分量は１０ｇ／ｍ^３以下である、請求項４に記載のはんだペースト印刷装置。
前記雰囲気は主としてＮ_２からなる、請求項４に記載のはんだペースト印刷装置。