JP2004096042A

JP2004096042A - 回路基板上への接続材料の供給方法及び供給装置

Info

Publication number: JP2004096042A
Application number: JP2002258767A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Sotozono; 外薗　洋昭
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2002-09-04
Filing date: 2002-09-04
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】はんだ付け品質を向上させ、且つはんだペーストの塗布時間を短縮できる、回路基板上へのはんだペーストの供給方法及び供給装置を提供する。
【解決手段】ディスペンサ３のはんだペースト吐出口の一部または全部をメタルマスク２の上面に接触させた状態またはその上面から数μｍ　以下の間隔に保った状態で、その高さを調節することなくディスペンサ３を移動させられるプリント回路板１の領域に限定された小面積のメタルマスク２を用い、メタルマスク２との高さ関係を上記の状態に調節した後、その高さ関係を調節することなく、ディスペンサ３を矢印の方向に移動させて、メタルマスク２の所定の開口部２１の全てにディスペンサ３ではんだペーストを充填する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子部品を回路基板へ接続するのに際し、回路基板の電極上へはんだペースト等の接続材料を供給する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品を回路基板へ接続するのに際し、リフロー加熱工法及びフロー加熱工法によって大部分の電子部品が接続されるが、耐熱性に問題がある電子部品、例えばアルミ電解コンデンサやフィルムコンデンサ、ＱＦＰ、一部のコネクタ等、は接続されないで残され、後工程で接続される。これらの部品には、電解質を使用しているために耐熱温度が低いものや、はんだの鉛フリー化に伴うはんだ付け温度の上昇に対応できていないために耐熱性不十分になったもの等が含まれる。後工程での接続方法としては、はんだ鏝による接触式はんだ付け法や、光ビームや熱風等による非接触式はんだ付け法がある。これらの方法では、接続材料として糸はんだやはんだペーストが利用され、糸はんだは、はんだ付け時に接合部に直接に接触供給され、はんだペーストは、ディスペンサによって所定の電極上に塗布供給された後、熱処理される。
【０００３】
このような糸はんだの直接供給またははんだペーストの塗布供給においては、対象となる電子部品が小型化して微細ピッチになってくると、電極部へのはんだ供給量の制御が難しくなって供給量が不安定となり、はんだ付け時にはんだブリッジ不良を起こしたり、また、ディスペンサの先端部のノズル形状が細くなることによって、はんだペーストの目詰まりが発生し易くなり、はんだ付け時に未はんだ不良を起こしたりして、はんだ付け品質の低下を招いている。更に、ディスペンサを使用した場合に、電極毎にディスペンサが昇降動作を繰り返すため、電極の数が多くなると、はんだペーストの塗布時間が大幅に増大し、タクトタイムの遅れを発生させる等の問題もある。
【０００４】
なお、はんだペーストを回路基板の電極上に供給する他の方法として、回路基板の電極に対応する開口部を形成されたマスクを、対応する電極に開口部を合わせて回路基板上に載せ、ディスペンサを前記開口部上を横切るように移動させて、前記ディスペンサから吐出されるはんだペーストを前記電極上に塗布するという方法が、特開平７−２９７５３４号公報に示されている。
【０００５】
この方法では、電極毎にディスペンサを昇降動作させる必要がなく、また、特に、はんだペーストの描く軌跡の線幅を、ディスペンサの横切る方向と垂直な方向の開口部の幅より狭くすることにより、はんだペーストのマスク開口部からの抜け性が良好になり、はんだペーストの微細なパターンの形成が可能となっている。しかしながら、この方法では、ディスペンサのノズル先端とマスクとの間にギャップがあり、且つ移動時にははんだペーストを連続的に吐出するため、マスク表面にもはんだペーストが供給されてマスク表面にはんだペーストが残存し、且つマスク開口部の端部で電極上のはんだペーストとマスク表面上のはんだペーストとがつながる。このため、このマスクを繰り返し用いてはんだペーストを塗布する場合には、残存するはんだペーストを除去する工程が必要となり、これによってタクトタイムの遅れが発生するという問題があるとともに、マスクを回路基板から離す時に、マスク開口部の端部でつながっているはんだペーストを、電極上のはんだペーストとマスク表面上のはんだペーストとに分離するようにして切り離すことになるため、はんだペーストのマスク開口部からの抜け性の問題は残っている。また、ディスペンサの先端のノズル形状をマスク開口部のサイズに合わせて小さくすることが必要であり、はんだペーストの目詰まりが発生し易くなることも問題である。更に、この方法は、回路基板全体に対応したマスクを用いる構成であり、後工程で接続される特定部品のための局所的なはんだペースト供給に対応する構成とはなっていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記の問題点を解決するためのものであり、後工程におけるはんだ付け等において、はんだ付け等の接続品質を向上させ、且つはんだペースト等の接続材料の塗布時間を短縮できる、回路基板上へのはんだペースト等の接続材料の供給方法及び供給装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、回路基板の電極に対応する開口部を形成されたマスクを、対応する電極に開口部を位置合わせして回路基板上に載せて、マスクの開口部に接続材料を充填した後に、マスクを回路基板上から離すことによって、回路基板の電極上に接続材料を供給する、回路基板上への接続材料の供給方法であって、前記接続材料の供給手段としてディスペンサを用い、前記マスクとして、ディスペンサの接続材料吐出口の一部または全部をマスクの上面に接触させた状態またはマスクの上面から数μｍ　以下の間隔に保った状態で、ディスペンサの高さを調節することなくディスペンサを移動させることができる回路基板の領域に限定されたマスクを用い、ディスペンサの接続材料吐出口の一部または全部をマスクの上面に接触させた状態またはマスクの上面から数μｍ　以下の間隔に保った状態で、ディスペンサの高さを調節しないで、マスクの所定の開口部の全部にディスペンサで接続材料を充填する。
【０００８】
マスクとして、ディスペンサの接続材料吐出口の一部または全部をマスクの上面に接触させた状態またはマスクの上面から数μｍ　以下の間隔に保った状態で、ディスペンサの高さを調節することなくディスペンサを移動させることができる回路基板の領域に限定されたマスクを用い、同じ状態でディスペンサの高さを調節しないで、マスクの所定の開口部の全部にディスペンサで接続材料を充填するので、１つのマスクを用いた接続材料の充填作業は、ディスペンサの昇降を伴わないマスク面内移動で実行できる。しかも、ディスペンサの接続材料吐出口がマスクに接触またはマスクから数μｍ　以下の距離にあるので、ディスペンサによって供給される接続材料はマスクの開口部内だけに供給され、ディスペンサの接続材料吐出口をマスクの開口部のサイズに合わせて小さくする必要がなく、マスクの開口部に選択的に且つ確実に接続材料が充填され、接続材料がマスクの上面に残存することは殆どない。
【０００９】
請求項２の発明は、回路基板の電極に対応する開口部を形成されたマスクを、対応する電極に開口部を位置合わせして回路基板上に載せて、マスクの開口部に接続材料を充填した後に、マスクを回路基板上から離すことによって、回路基板の電極上に接続材料を供給する、回路基板上への接続材料の供給装置であって、前記接続材料の供給手段であるディスペンサと、ディスペンサの高さを調節する高さ調節手段と、ディスペンサの接続材料吐出口の一部または全部をマスクの上面に接触させた状態またはマスクの上面から数μｍ　以下の間隔に保った状態で、ディスペンサの高さを調節することなくディスペンサを移動させることができる回路基板の領域に限定されたマスクと、回路基板上にマスクを位置決めして保持するマスク位置決め・保持手段と、マスクに対してディスペンサを相対的に移動させる移動手段と、を備えている。
【００１０】
マスクとして、ディスペンサの接続材料吐出口の一部または全部をマスクの上面に接触させた状態またはマスクの上面から数μｍ　以下の間隔に保った状態で、ディスペンサの高さを調節することなくディスペンサを移動させることができる回路基板の領域に限定されたマスクを用いるので、マスク位置決め・保持手段によって回路基板の所定位置にマスクを位置決めして保持し、高さ調節手段でディスペンサをその接続材料吐出口の一部または全部をマスクの上面に接触させた状態またはマスクの上面から数μｍ　以下の間隔に保った状態に設定すれば、ディスペンサの高さを調節しないで、ディスペンサの位置を移動手段で移動させることによって、マスク内の所定の開口部の全部に接続材料を充填できる。しかも、ディスペンサの接続材料吐出口がマスクに接触またはマスクから数μｍ　以下の距離にあるので、ディスペンサによって供給される接続材料はマスクの開口部内だけに供給され、ディスペンサの接続材料吐出口をマスクの開口部のサイズに合わせて小さくする必要がなく、マスクの開口部に選択的に且つ確実に接続材料が充填され、接続材料がマスクの上面に残存することは殆どない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明による回路基板上への接続材料の供給方法及び供給装置の実施の形態について実施例を用いて説明する。
図１は、この発明による回路基板上への接続材料の供給方法及び供給装置の実施例を説明するための概念斜視図であり、図２は、図１のディスペンサ近傍の詳細を示す断面図であり、図３は、実施例のメタルマスクとプリント回路板との関係及びメタルマスクの保持状態を示し、（ａ）はメタルマスクとプリント回路板との関係を示す斜視図であり、（ｂ）はメタルマスクの保持状態を示す断面図である。
【００１２】
この実施例では、マスクとして金属製のものを、回路基板としてプリント回路板を、接続材料としてはんだベーストを使用しているので、マスクをメタルマスク２、回路基板をプリント回路板１、接続材料をはんだペースト７として説明する。
この実施例で使用されるメタルマスク２は、前工程で接続されずに残された電子部品のための電極にはんだペースト７を供給するものであり、且つそのメタルマスクに対応するプリント回路板１の領域内には前工程で接続された電子部品が存在しない、比較的小さな面積のものである。言い換えれば、このメタルマスク２は、前工程で接続された電子部品を避け、後工程で接続される電子部品のための電極だけに限定された小面積のメタルマスクである。そのため、図３に示すように、このメタルマスク２は、プリント回路板１にはんだペーストを供給する開口部２１を備え且つプリント回路板１に接触する領域を、垂直部２２及び保持部２３で保持し、その保持部２３を、前工程で接続された電子部品の高さ以上にプリント回路板１から離し、保持部２３が既に接続された電子部品に接触しないようにしている。
【００１３】
この保持部２３は、図３に示すように、ＸＹＺ駆動装置５に結合されたマスク保持部材４によって保持され、ＸＹＺ駆動装置５が、プリント回路板１の電極１１とメタルマスク２の開口部２１とを位置合わせし、且つ図３（ａ）に矢印で示したように移動させてメタルマスク２をプリント回路板１に接触させる。
マスク保持部材４は、上下一対の保持アーム４１で構成され、その先端部には、図３（ｂ）に示すような一対の突起４２が形成されている。この突起４２がメタルマスク２の保持部２３に形成された一対の固定用孔２４に嵌め合わされ、且つ保持アーム４１がメタルマスク２の保持部２３を挟むことによって、マスク保持部材４はメタルマスク２をしっかりと保持する。
【００１４】
上記のようにメタルマスク２がプリント回路板１上にセットされると、不図示のＸＹＺ駆動装置に結合されたディスペンサ３の吐出口３１が、メタルマスク２に接触するかまたはメタルマスク２から数μｍ　以下の離間距離の高さに調節され、且つ最初にはんだペースト７が充填される開口部に位置合わせされる。この状態ではんだペースト７の供給が開始され、ディスペンサ３は図１に矢印で示した方向に移動して、メタルマスク２の開口部２１に順にはんだペースト７を充填していく。この状態を示したのが図２である。所定の開口部２１の全てにはんだペースト７を充填し終わると、はんだペースト７の供給が止められ、ディスペンサ３は不図示のＸＹＺ駆動装置によってメタルマスク２から離され、次いで、メタルマスク２がＸＹＺ駆動装置５によってプリント回路板１上から離されて、メタルマスク２の開口部２１に充填されたはんだペースト７がプリント回路板１の電極上に供給された状態となる。
【００１５】
同様の工程によって、プリント回路板１の別の位置にはんだペースト７が供給される。その際、必要に応じてメタルマスク２は自動的に交換される。
なお、上記の実施例においては、メタルマスク２に垂直部２２及び保持部２３を備えて、前工程で接続された電子部品と干渉することを避けているが、マスク保持部材側に垂直部を備えて、メタルマスクは平板状のものとし、真空チャック方式や磁気方式等でメタルマスクを保持することも可能である。
【００１６】
以上の説明から明らかなように、この発明による回路基板上への接続材料の供給装置の実施例は、ディスペンサの接続材料吐出口の一部または全部をマスクの上面に接触させた状態またはマスクの上面から数μｍ　以下の間隔に保った状態で、ディスペンサの高さを調節することなくディスペンサを移動させることができる回路基板の領域に限定されたマスクと、メタルマスク２の保持手段であるマスク保持部材４と、接続材料としてのはんだペースト７の供給手段であるディスペンサ３と、これを３方向に移動させてこの位置を調節する不図示のＸＹＺ駆動装置と、メタルマスク２を３方向に移動させてこの位置を調節するＸＹＺ駆動装置５と、で構成されている。不図示のＸＹＺ駆動装置のＺ方向調節機構がディスペンサ３の高さ調節手段であり、ＸＹ方向調節機構がメタルマスク２に対してディスペンサ３を相対的に移動させる移動手段である。また、マスク保持部材４とＸＹＺ駆動装置５とを合わせたものが、回路基板上にマスクを位置決めして保持するマスク位置決め・保持手段である。
【００１７】
ディスペンサ３の吐出口３１の高さが、上記のようにメタルマスク２に接触するかまたはメタルマスク２から数μｍ　以下の離間距離の高さに調節されているので、はんだペースト７は開口部２１の内部のみに充填され、メタルマスク２の上面には残留しない。メタルマスク２の上面にはんだペースト７を残留させないための条件は、はんだペースト７の粘度やディスペンサ３の駆動条件によるが、通常の条件の場合には、ディスペンサ３の吐出口３１をメタルマスク２から数μｍ　以下の離間距離に配置することで満たされる。
【００１８】
このようなはんだペースト７の供給方法によれば、１つのメタルマスクによるはんだペースト７の供給においては、ディスペンサ３の昇降動作は１回だけでよく、主な作業時間が水平面での移動時間となる。また、ディスペンサ３の吐出口３１の大きさは、開口部２１の大きさより小さいことを必要条件とはせず、むしろ開口部２１全体を覆う大きさの方が望ましく、従来技術のような、ディスペンサ３のノズル詰まりの問題を生ずる可能性を低減させることができる。
【００１９】
なお、以上の実施例においては、メタルマスク２を使用してプリント回路板１の電極にはんだペースト７を供給する場合を説明したが、この実施例は、金属製ではないマスクやプリント回路板以外の回路基板、はんだペースト以外の接続材料にも、適用可能である。
【００２０】
【発明の効果】
請求項１の発明においては、マスクとして、ディスペンサの接続材料吐出口の一部または全部をマスクの上面に接触させた状態またはマスクの上面から数μｍ　以下の間隔に保った状態で、ディスペンサの高さを調節することなくディスペンサを移動させることができる回路基板の領域に限定されたマスクを用い、同じ状態でディスペンサの高さを調節しないで、マスクの所定の開口部の全部にディスペンサで接続材料を充填するので、１つのマスクを用いた接続材料の充填作業は、ディスペンサの昇降を伴わないマスク面内移動で実行できる。しかも、ディスペンサの接続材料吐出口がマスクに接触またはマスクから数μｍ　以下の距離にあるので、ディスペンサによって供給される接続材料はマスクの開口部内だけに供給される。これにより、ディスペンサの接続材料吐出口をマスクの開口部のサイズに合わせて小さくする必要がなくなるため、接続材料吐出口を大きくしてディスペンサのノズル詰まりの可能性を低減させることができる。また、マスクの開口部に選択的に且つ確実に接続材料が充填され、接続材料がマスクの上面に残存することが殆どないため、同じマスクを繰り返し用いる場合に、マスクの上面に残存した接続材料を除去する工程が不要となるとともに、マスクを回路基板から離す時に、接続材料が電極上の接続材料とマスク表面上の接続材料とに分離するようにして切り離される箇所がなくなり、接続材料のマスク開口部からの抜け性がより良好になるので、より微細な電極パターンに対応した接続材料の形成を行うことができるようになる。
【００２１】
したがって、この発明によれば、後工程におけるはんだ付け等において、はんだ付け等の接続品質を向上させ、且つはんだペースト等の接続材料の塗布時間を短縮できる回路基板上へのはんだペースト等の接続材料の供給方法を提供することができる。
請求項２の発明においては、マスクとして、ディスペンサの接続材料吐出口の一部または全部をマスクの上面に接触させた状態またはマスクの上面から数μｍ　以下の間隔に保った状態で、ディスペンサの高さを調節することなくディスペンサを移動させることができる回路基板の領域に限定されたマスクを用いるので、マスク位置決め・保持手段によって回路基板の所定位置にマスクを位置決めして保持し、高さ調節手段でディスペンサをその接続材料吐出口の一部または全部をマスクの上面に接触させた状態またはマスクの上面から数μｍ　以下の間隔に保った状態に設定すれば、ディスペンサの高さを調節しないで、ディスペンサの位置を移動手段で移動させることによって、マスク内の所定の開口部の全部に接続材料を充填できる。しかも、ディスペンサの接続材料吐出口がマスクに接触またはマスクから数μｍ　以下の距離にあるので、ディスペンサによって供給される接続材料はマスクの開口部内だけに供給される。これにより、ディスペンサの接続材料吐出口をマスクの開口部のサイズに合わせて小さくする必要がなくなるため、接続材料吐出口を大きくしてディスペンサのノズル詰まりの可能性を低減させることができる。また、マスクの開口部に選択的に且つ確実に接続材料が充填され、接続材料がマスクの上面に残存することが殆どないため、同じマスクを繰り返し用いる場合に、マスクの上面に残存した接続材料を除去する工程が不要となるとともに、マスクを回路基板から離す時に、接続材料が電極上の接続材料とマスク表面上の接続材料とに分離するようにして切り離される箇所がなくなり、接続材料のマスク開口部からの抜け性がより良好になるので、より微細な電極パターンに対応した接続材料の形成を行うことができるようになる。
【００２２】
したがって、この発明によれば、後工程におけるはんだ付け等において、はんだ付け等の接続品質を向上させ、且つはんだペースト等の接続材料の塗布時間を短縮できる回路基板上へのはんだペースト等の接続材料の供給装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による回路基板上への接続材料の供給方法及び供給装置の実施例を説明するための概念斜視図
【図２】図１のディスペンサ近傍の断面図
【図３】実施例のメタルマスクとプリント回路板との関係及びメタルマスクの保持状態を示し、（ａ）はメタルマスクとプリント回路板との関係を示す斜視図、（ｂ）はメタルマスクの保持状態を示す断面図
【符号の説明】
１　プリント回路板
１１　電極
１２　マスク作成可能領域
２　メタルマスク
２１　開口部　　　　　　　　２２　垂直部
２３　保持部　　　　　　　　　２４　固定用孔
３　ディスペンサ
３１　吐出口
４　マスク保持部材
４１　保持アーム　　　　　　４２　突起
５　ＸＹＺ駆動装置
７　はんだペースト

Claims

回路基板の電極に対応する開口部を形成されたマスクを、対応する電極に開口部を位置合わせして回路基板上に載せて、マスクの開口部に接続材料を充填した後に、マスクを回路基板上から離すことによって、回路基板の電極上に接続材料を供給する、回路基板上への接続材料の供給方法であって、
前記接続材料の供給手段としてディスペンサを用い、
前記マスクとして、ディスペンサの接続材料吐出口の一部または全部をマスクの上面に接触させた状態またはマスクの上面から数μｍ　以下の間隔に保った状態で、ディスペンサの高さを調節することなくディスペンサを移動させることができる回路基板の領域に限定されたマスクを用い、
ディスペンサの接続材料吐出口の一部または全部をマスクの上面に接触させた状態またはマスクの上面から数μｍ　以下の間隔に保った状態で、ディスペンサの高さを調節しないで、マスクの所定の開口部の全部にディスペンサで接続材料を充填する、
ことを特徴とする回路基板上への接続材料の供給方法。
回路基板の電極に対応する開口部を形成されたマスクを、対応する電極に開口部を位置合わせして回路基板上に載せて、マスクの開口部に接続材料を充填した後に、マスクを回路基板上から離すことによって、回路基板の電極上に接続材料を供給する、回路基板上への接続材料の供給装置であって、
前記接続材料の供給手段であるディスペンサと、
ディスペンサの高さを調節する高さ調節手段と、
ディスペンサの接続材料吐出口の一部または全部をマスクの上面に接触させた状態またはマスクの上面から数μｍ　以下の間隔に保った状態で、ディスペンサの高さを調節することなくディスペンサを移動させることができる回路基板の領域に限定されたマスクと、
回路基板上にマスクを位置決めして保持するマスク位置決め・保持手段と、
マスクに対してディスペンサを相対的に移動させる移動手段と、
を備えている、
ことを特徴とする回路基板上への接続材料の供給装置。