JP2005203693A - 接続シートおよび実装部品の実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高密度実装に対応することができ、かつ、接合信頼性に優れた半田を含む実装部品の実装方法を提供する。
【解決手段】 実装部品の実装方法は、プリント配線板１に形成された電極３に表面実装部品８を結合する実装部品の実装方法であって、プリント配線板１に形成された電極３に接続シート４を配置する工程と、接続シート４に実装部品電極９が接触するように、表面実装部品８をプリント配線板１に対して配置する工程と、接続シート４を溶融させる工程とを含む。接続シート４は、半田シート１０の表面に粘着性を有するフラックスフィルム２０が形成されたものを用いる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、実装部品を配線板に取付けるための半田シートを備える接続シートおよび実装部品の実装方法に関する。

電子機器の小型化や高機能化に伴って、プリント配線板などの配線板においては多層化や高密度化が行われている。このような配線板に対して、電子部品などの表面実装部品を実装する際には、一般的にソルダペーストを用いた半田供給法によって、電極同士の結合が行なわれている。

ソルダペーストは流動体であり、配線板に形成された電極の上部にソルダペーストを配置する際には、開口部が形成されたメタルマスクが用いられる。メタルマスクの開口部は、ソルダペーストが配置される電極の形状に沿って形成されている。

はじめに、配線板の電極が形成されている面の上部に、メタルマスクを配置する。次に、メタルマスクの上部にソルダペーストを配置する。次に、平板状のスキージを移動させることによって、ソルダペーストを移動させながらメタルマスクに形成された開口部にソルダペーストを充填する。この後に、メタルマスクを配線板から引き離すことによって、ソルダペーストがプリント配線板に形成されている電極の上面に配置される。このように、配線板の電極上にソルダペーストを印刷する。

次に、配線板に形成された電極の上面に、印刷されたソルダペーストを介して電子部品などの実装部品を配置する。この後に、たとえばリフロー工程のような適当な加熱方法によってソルダペーストを溶融させ、ソルダペーストの中に含まれるフラックス成分の活性作用により、実装部品の電極と配線板の電極とを半田によって結合固定する。このように、配線板に実装部品を実装する。

一方で、特開平９−８３１２２号公報においては、ソルダペーストを必要としない半田ペーストの供給方法が開示されている。この方法においては、フィレット形成に必要な体積の半田プレートを基板上のフットプリント上に搭載後、さらに半田プレート上に表面実装部品を搭載する。表面実装部品を基板に搭載した後、リフローすることにより半田付けを行なうものである。

または、同公報においては、ソルダペーストを供給する場合に、回転プロペラを内蔵し、印刷面積に対応した出口穴を設けたソルダペースト容器にソルダペーストを貯蔵しておき、回転プロペラを回転させることにより、ソルダペーストを出口穴から基板上のフットプリント上に押出すようにする方法が開示されている。または、基板上のレジスト表面よりフットプリント表面を低くして、フットプリントによる凹部分にソルダペーストを塗布する方法が開示されている。
特開平９−８３１２２号公報

ソルダペーストの印刷により半田を供給する方法においては、実装部品の大きさが小さくなるに伴って、実装部品に対応する配線板の電極が小さくなると、ソルダペーストを充填するためのメタルマスクの開口部が微細化する。このため、メタルマスクを配線板から引き離す際にソルダペーストが開口部から完全に抜けずに、ソルダペーストの一部が開口部に付いたままメタルマスクが配線板から離される。この結果、配線板の電極に配置されるソルダペーストの量が不十分になる。配線板の電極に配置されるソルダペーストの量が不十分である場合には、実装部品と配線板との接合に用いられるソルダペーストの絶対量が少なくなってしまい、接合部の信頼性に欠けるという問題があった。

メタルマスクを配線板から引き離す際にソルダペーストが開口部から完全に抜けるようにするため、メタルマスクの厚さを薄くすると、メタルマスクの厚さが薄くなった分、配線板に供給するソルダペーストの量も減少してしまい、結合部の信頼性に欠けるという問題があった。

また、配線板の主表面における実装部品同士の間隔が小さくなると、配線板の電極に供給されたソルダペーストが、表面実装部品を搭載する際に配線板の電極からはみ出してしまい、この結果、隣接する他の実装部品の電極と電気的に接合してしまうおそれがあった。すなわち、隣接する実装部品同士がブリッジする危険性があった。

上記の特許文献１に開示された方法によると、ソルダペーストを用いなくても、良好な半田付けが行なえ、さらに、半田シートの厚さを自由に選択できるため、接合部への半田供給量を多くでき、接合部の信頼性にも優れる。

しかし、この方法においては、半田シートにフラックスを塗布しなければならないため、作業工程が煩雑になるという問題があった。また、半田シートに塗布したフラックスが、配線板の電極の表面上から流れ出して、他の部分に付着してしまうことがあり、結合信頼性に問題があった。

本発明の目的は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、高密度実装に対応することができ、かつ、接合信頼性に優れた半田を含む接続シートおよび実装部品の実装方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に基づく接続シートは、半田シートと、上記半田シートの表面に形成され、粘着性を有するフラックスフィルムとを備える。

また、上記目的を達成するため、本発明に基づく実装部品の実装方法は、配線板に形成された電極に実装部品を結合する実装部品の実装方法であって、上記配線板に形成された電極に接続シートを配置する工程と、上記接続シートに上記実装部品の電極が接触するように、上記実装部品を上記配線板に対して配置する工程と、上記接続シートを溶融させる工程とを含み、上記接続シートとして、半田シートの表面に粘着性を有するフラックスフィルムが形成されたものを用いる。

本発明によれば、高密度実装に対応することができ、かつ、接合信頼性に優れた接続シートおよび実装部品の実装方法を提供することができる。

（実施の形態１）
図１から図４を参照して、本発明に基づく実施の形態１における接続シートおよび実装部品の実装方法について説明する。

図１は、本発明に基づく接続シートの概略斜視図である。本発明に基づく接続シート４は、半田シート１０を備え、半田シート１０の表面に、粘着性を有するフラックスフィルム２０が形成されている。本実施の形態における接続シート４は、半田シート１０の互いに対向する表裏の主表面にフラックスフィルム２０が形成されている。フラックスフィルム２０は、半田付けに必要な活性剤が含まれたシートである。また、フラックスフィルム２０は、接着剤の成分となる樹脂成分を含み、粘着性を有するように形成されている。接続シート４は、接合される電極の形状に沿って形成されている。接続シート４の半田シート１０の厚さは、表面実装部品をプリント配線板に接続するときに、適切な半田の量となるように調整されている。

図２は、本実施の形態における実装部品の実装方法の第１工程を説明する概略断面図である。接続シート４は、配線板としてのプリント配線板１の主表面に形成された電極３の平面形状に沿うように形成されている。図１においては、プリント配線板１の主表面に形成された２つの電極３に対して、それぞれの電極３の幅より小さい幅の接続シート４が形成されている。

実装部品の実装においては、まず、図２に示すように、プリント配線板１の表面に形成された電極３の表面に接続シート４を接着する。接続シート４の表裏に形成されたフラックスフィルム２０のうち一方のフラックスフィルム２０が、プリント配線板１に形成された電極３に接触するように配置する。フラックスフィルム２０が接着性を有するため、接続シート４は電極３の主表面に固定される。

次に、図３に示すように、接続シート４に実装部品としての表面実装部品８を配置する。接続シート４の表裏に形成されたフラックスフィルム２０のうち他方のフラックスフィルム２０と実装部品電極９とが接触するように、表面実装部品８を接続シート４に対して固定する。このとき、フラックスフィルム２０は、粘着性を有するため、表面実装部品８は接続シート４に接着固定される。このように、半田シート１０の表面に粘着性を有するフラックスフィルム２０が形成された接続シート４を用いることによって、電極３、半田シート１０および表面実装部品８を一体化することができ、半田シート１０を溶融する際の位置ずれを防止できる。また、フラックスフィルム２０が粘着性を有するため、フラックスが配線板の電極上から流れ出して、他の部分に付着することを防止できる。

次に、図４に示すように、リフローを行なうことによって接続シート４を溶融させ、半田シート１０の表裏に形成されたフラックスフィルムの作用により、実装部品電極９とプリント配線板１の電極３とを接合する。接合においては、接続シート４が溶融することにより、半田フィレット１６が形成される。接続シート４のフラックスフィルム２０には、半田付けに必要な活性剤が含有されているため、結合力の強い半田付けを行なうことができる。

このように、粘着性を有するフラックスフィルムが半田シートの表面に形成された接続シートを用いることによって、半田シートにフラックスを塗布する作業が不要になり、作業工程が簡略化する。また、半田シートに塗布したフラックスが配線板において、電極が形成されていない部分に流れることを防止できる。また、ソルダペーストが用いられておらず半田シートが用いられているため、実装部品の高密度実装に対応することができる。さらに、半田シートの厚さを変更することにより、供給する半田の量を最適な量に設定することができるため、半田の量の不足による接合不良や、半田の量が過剰であることによる近接する部品との短絡を防止することができる。すなわち、接合信頼性に優れた接続シートおよび実装部品の実装方法を提供することができる。

本実施の形態における接続シートは、接続シートが半田シートの互いに対向する表裏の主表面にフラックスフィルムが形成されている。この構成を採用することによって、対向する電極同士を容易に接続することができ、接続シートの汎用性が向上する。また、接続シートは、表裏の両方の主表面にフラックスフィルムが形成されている必要は無く、半田シートの表面にフラックスフィルムが形成されていればよい。たとえば、半田シートが直方体に形成され、該直方体の表面のうち、１つの表面にフラックスフィルムが貼り付けられていていもよい。

上記の方法で形成された電子回路基板の接合部について、接合信頼性の試験を行なった。実装部品が接合された電子回路基板を、−４０℃の環境で３０分間配置する工程と１２５℃の環境で３０分間配置する工程とを繰り返す温度サイクル試験に投入した。高温の環境と低温の環境との繰り返しサイクル数は、２０００サイクルで試験を行なった。温度サイクル試験の終了後、電子回路基板を切断して断面を観察した結果、ソルダペーストを印刷して、表面実装部品をプリント配線板に配置した後にリフローを行なう接合方法で得られた接合部と同じ信頼性を得ることができた。

（実施の形態２）
図５から図７を参照して、本発明に基づく実施の形態２における接続シートおよび実装部品の実装方法について説明する。図５から図７は、実装部品の実装方法を説明する概略断面図である。

本実施の形態に用いられる接続シートは、実施の形態１における接続シートと同様である。すなわち、本実施の形態における接続シートは、半田シートの表裏の主表面に粘着性を有するフラックスフィルムが形成されている。

図５に示すように、接続シート４は、表面実装部品８の実装部品電極９の接合面の形状に沿って形成されている。また、半田シート１０の厚さは、表面実装部品をプリント配線板に接続するときに、適切な半田の量となるように形成されている。

本実施の形態における実装部品の実装方法においては、はじめに表面実装部品８に接続シート４を接着する。接続シート４の表裏の主表面のうち一方の主表面に形成されたフラックスフィルム２０が実装部品電極９に接着するように接続シートを配置する。フラックスフィルム２０が粘着性を有するため、接続シート４は実装部品電極９に接着固定される。

次に、図６に示すように、接続シート４が接着された表面実装部品８をプリント配線板１に配置する。接続シート４の表裏の主表面のうち他方の主表面に形成されたフラックスフィルム２０がプリント配線板１に形成された電極３に接触するように、表面実装部品８をプリント配線板１に配置する。

粘着性を有するフラックスフィルムが、半田シートの表裏の主表面に形成されていることによって、プリント配線板１に形成された電極３、接続シート４および表面実装部品８が一体的に固定される。したがって、各部品の位置ずれなどを防止できる。また、フラックスフィルムが粘着性を有するため、フラックスがプリント配線板１に形成された電極３の主表面から流れ出すことを防止できる。

次に、図７に示すように、接続シート４を溶融させ、プリント配線板１の電極３と実装部品電極９とを接合する。本実施の形態においては、リフローを行なうことによって、接続シート４を溶融させている。このとき、フラックスフィルム２０に、半田付けに必要な活性剤が含まれているため、電極３と実装部品電極９とが強く固定される。

このように、実施の形態１においては、先に接続シートを配線板に取付けたが、本実施の形態のように、接続シートを先に実装部品に取付けることもできる。

上記のようにして形成された電子回路基板を、実施の形態１と同様に、−４０℃の環境で３０分間配置する工程と１２５℃の環境で３０分間配置する工程とを２０００サイクル繰返す温度サイクル試験に投入して、接合部の信頼性の試験を行なった。この結果、実施の形態１による実装方法と同様に、ソルダペーストを印刷して表面実装部品をプリント配線板に接合する実装方法と同じ信頼性を確保することができた。

上記以外の接続シートの構成、作用、効果または実装部品の実装方法については、実施の形態１と同様であるのでここでは説明を繰返さない。

（実施の形態３）
図８から図１６を参照して、本発明に基づく実施の形態３における接続シートおよび実装部品の実装方法について説明する。本実施の形態においては、プリント配線板に対して、実装部品の代わりにＣＳＰ（Chip Size Package）が接合される。

図８に示すように、接続シート５の表裏の主表面のうち一方の主表面に形成された粘着性を有するフラックスフィルム２１がプリント配線板１の主表面に形成された電極３に接触するように、接続シート５をプリント配線板１に貼り付ける。本実施の形態における電極３の平面形状は円形であり直径が０．３ｍｍである。

接続シート５は、半田シート１１の表裏の主表面に、粘着性を有するフラックスフィルム２１が形成されている構成を含む。接続シート５の平面形状は、電極３の平面形状に沿って円形になるように形成されている。

次に、図９に示すように、ＣＳＰ１２に形成された半田ボール１３が、接続シート５の表裏の主表面のうち他方の主表面に形成されたフラックスフィルム２１に接触するように、ＣＳＰ１２を配置する。ＣＳＰ１２に形成された半田ボール１３の位置は、プリント配線板１に形成された電極３の位置に対応するように形成されている。本実施の形態における半田ボール１３のピッチは、０．５ｍｍである。

次に、図１０に示すように、リフローを行なうことによって、接続シートを溶融させ、半田シートの表裏に形成されたフラックスフィルム２０の作用により、ＣＳＰ１２の半田ボール１３とプリント配線板１の電極３との半田付けを行なう。この実装方法を採用することにより、接合力が強く、対象となる電極の外部に半田が流れることを防止しながら、良好な半田ボール接合部１４を形成することができる。すなわち、高密度実装に対応することができ、接合信頼性に優れた接続シートおよび実装部品の実装方法を提供することができる。

本実施の形態における実装部品の実装方法の効果を検証するため、同じ構成を有するＣＳＰを用いて、従来の技術に基づく実装方法でＣＳＰをプリント配線板に取付けた。図１１から図１６に、この試験の説明のための概略断面図を示す。

図１１に示すように、バックアッププレート２２の主表面に、プリント配線板１を配置する。次に、プリント配線板１の上方に、メタルマスク２５を配置する。メタルマスク２５には、プリント配線板１に形成された電極３の位置や形状に対応するように開口部３０が形成されている。この開口部３０が電極３の真上になるように、メタルマスク２５を配置する。メタルマスク２５の上面には、ソルダペースト２６を配置する。平板状のスキージ２７を準備して、スキージ２７の端部がメタルマスク２５の主表面に接触する状態を保ちながら、矢印４０に示すようにスキージ２７を移動させる。

図１２に示すように、スキージ２７を矢印４０に示す向きに移動することによって、開口部３０にソルダペースト２６を充填する。次に、メタルマスク２５を、プリント配線板１から引き離す。メタルマスク２５を引き離すことによって、電極３の主表面の形状に沿ったソルダペースト２６が、電極３の主表面に配置される。

次に、図１３に示すように、ＣＳＰ１２に形成された半田ボール１３が、ソルダペースト２６と接触するように、プリント配線板１の上面にＣＳＰ１２を配置する。

プリント配線板１に形成された電極３の平面形状は円形であり、直径は、上記の実施の形態３における実装方法と同様に０．３ｍｍとした。メタルマスク２５に形成された開口部の平面形状は円形であり、該円の直径が０．３ｍｍ、メタルマスクの厚さが０．１２ｍｍのものを用いた。

最後に、図１４に示すように、リフローを行なうことによって、ソルダペーストを溶融させて、半田ボール接合部１４を形成した。

このようにして得られた電子回路基板の導通チェックを行なった結果、いくつかの電極で、半田接合の不具合が発見された。半田接合の不具合を説明する概略断面図を図１５に示す。

図１５に示すように、半田ボール接合部１４の中には、半田による接合がされていない半田ボール未接合部１５が形成されている。これは、図１２に示した工程において、ソルダペースト２６の配置後にメタルマスク２５を取外す際に、ソルダペースト２６が開口部３０から十分に抜けず、電極３の主表面に配置されるソルダペースト２６の量が不十分になったためと考えられる。

図１６に、一部の電極に対して、ソルダペーストが十分に配置されなかった場合の概略断面図を示す。ソルダペースト２６は、ほぼ一定の高さになるように電極３の上面に配置される。これに対して、ソルダペースト２８は、一部がメタルマスクの開口部に付着して、供給が不十分になったため高さが低いものになっている。この状態でＣＳＰが接合されると、図１５に示したように接合部に未接触部が生じる。

このように、従来の技術における実装部品の実装方法においては、接合部において接合不良を生じる場合がある。これに対して、本発明に基づく実装部品の実装方法で製造された電子回路基板の導通試験を行なった結果、すべての接合部において良好な結果が得られた。このように、本発明に基づく実装部品の実装方法においては、接合部における高い接合信頼性を得ることができる。

また、実施の形態１および実施の形態２と同様に、本実施の形態における実装方法で得られた電子回路基板について、温度サイクル試験を行なった。試験においては、実施の形態１と同様に、−４０℃の環境で３０分間配置する工程と１２５℃の環境で３０分間配置する工程とを２０００サイクル繰返す温度サイクル試験に投入して、接合部の信頼性の試験を行なった。この結果、半田に生じるクラックは小さいものであり、後に接続不良が生じることはないという十分な接合信頼性が得られていた。

上記以外の接続シートの構成、作用、効果または実装部品の実装方法については、実施の形態１と同様であるのでここでは説明を繰返さない。

上記のすべての実施の形態においては、接続シートを溶融させるために、リフローを行なっているが、特にこの形態に限られず、ホットプレートや熱風ブローによる加熱、または半田ごてによる加熱によって、接続シートを溶融させても構わない。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

実施の形態１における接続シートの斜視図である。 実施の形態１における実装部品の実装方法の第１工程の説明図である。 実施の形態１における実装部品の実装方法の第２工程の説明図である。 実施の形態１における実装部品の実装方法の第３工程の説明図である。 実施の形態２における実装部品の実装方法の第１工程の説明図である。 実施の形態２における実装部品の実装方法の第２工程の説明図である。 実施の形態２における実装部品の実装方法の第３工程の説明図である。 実施の形態３における実装部品の実装方法の第１工程の説明図である。 実施の形態３における実装部品の実装方法の第２工程の説明図である。 実施の形態３における実装部品の実装方法の第３工程の説明図である。 従来の技術に基づく実装部品の実装方法の第１工程の説明図である。 従来の技術に基づく実装部品の実装方法の第２工程の説明図である。 従来の技術に基づく実装部品の実装方法の第３工程の説明図である。 従来の技術に基づく実装部品の実装方法の第４工程の説明図である。 従来の技術に基づく実装部品の実装方法の不具合を説明する概略断面図である。 従来の技術に基づく実装部品の実装方法の不具合を説明する概略断面図である。

符号の説明

１ プリント配線板、３ 電極、４，５ 接続シート、８ 表面実装部品、９ 実装部品電極、１０，１１ 半田シート、１２ ＣＳＰ、１３ 半田ボール、１４ 半田ボール接合部、１５ 半田ボール未接合部、１６ 半田フィレット、２０，２１ フラックスフィルム、２２ バックアッププレート、２５ メタルマスク、２６，２８ ソルダペースト、２７ スキージ、３０ 開口部、４０ 矢印。

Claims (4)

1. 半田シートと、
   前記半田シートの表面に形成され、粘着性を有するフラックスフィルムと
   を備える、接続シート。
2. 前記半田シートの互いに対向する表裏の主表面に前記フラックスフィルムが形成された、請求項１に記載の接続シート。
3. 配線板に形成された電極に実装部品を結合する実装部品の実装方法であって、
   前記配線板に形成された電極に接続シートを配置する工程と、
   前記接続シートに前記実装部品の電極が接触するように、前記実装部品を前記配線板に対して配置する工程と、
   前記接続シートを溶融させる工程と
   を含み、
   前記接続シートとして、半田シートの表面に粘着性を有するフラックスフィルムが形成されたものを用いる、実装部品の実装方法。
4. 配線板に形成された電極に実装部品を結合する実装部品の実装方法であって、
   前記実装部品の電極に接続シートを配置する工程と、
   前記接続シートが前記配線板に形成された電極に接触するように、前記実装部品を前記配線板に対して配置する工程と、
   前記接続シートを溶融させる工程と
   を含み、
   前記接続シートとして、半田シートの表面に粘着性を有するフラックスフィルムが形成されたものを用いる、実装部品の実装方法。

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