JP2005311398A - 電子部品の実装方法および実装構造体、メタルマスク - Google Patents

Abstract

【課題】 リフロー工程によるはんだボールの発生を抑制する。
【解決手段】 電子部品１のはんだ付けを行うための電子部品の実装方法において、電子部品１の各電極２がそれぞれ搭載されるプリント配線基板１５の一組のランド１４に対応する一組の開口部１２が設けられ各開口部１２の互いに対向する端部側が三角形状をなすホームベース形に形成されたメタルマスク１３をプリント配線基板１５上に配置するステップと、Ｐｂを含まないＳｎ−Ｚｎ系のはんだペーストを開口部１２に充填するステップと、プリント配線基板１５上からメタルマスク１３を取り除くステップと、はんだペースト上に電子部品１の電極２を接触させてプリント配線基板１５上に電子部品１を搭載するステップと、リフローにより電子部品１のはんだ付けを行うステップとを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、各種の電子部品をはんだ付けによりプリント配線基板（以下、ＰＣＢ）に実装するための電子部品の実装方法に関し、特に、リフロー式はんだ付け方法を用いてＰＣＢに電子部品を実装するための電子部品の実装方法、および実装構造体に関する。

従来から、電子部品をプリント配線基板（Printed Circuit Board：以下ＰＣＢと略す。）に実装するためにはんだ付けが用いられている。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の両面を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。

先ず、ＰＣＢのランド部分だけ孔のあい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）等の表面実装部品を搭載する（ステップ１０２）。そして、表面実装部品を搭載した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表面実装部品の電極と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）。

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）。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）。

図３は、はんだペースト印刷工程の概要を示す図である。図３（ａ）に示すように、ＰＣＢ１５の上には、ＰＣＢ１５のランド１４に対応する位置に、ランド１４と同寸大となるように予め設けられた開口部１２を有するメタルマスク１３が施されている。この工程では、メタルマスク１３上ではんだ１１を印刷スキージ１０により回転、移動させる。すると、図３（ｂ）に示すように、メタルマスク１３の開口部１２には、はんだ１１が充填される。図３（ｃ）に示すように、はんだ１１が充填された後、メタルマスク１３は、ＰＣＢ１５から取り除かれる。

上記で説明した従来の電子部品の実装方法では、はんだ１１としてＳｎ（すず）−Ｐｂ（鉛）系はんだ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。

このＰｂフリーはんだとしては、Ｓｎ−Ａｇ（銀）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方法及び設備をそのまま使用するのは困難であった。特に、一般的な電子部品の耐熱温度は約２３０℃程度であるため、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。そのため、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。

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（亜鉛）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。

ここで、搭載する電子部品として、１６０８サイズ（０．８ｍｍ×１．６ｍｍ）から５７５０サイズ（５．７ｍｍ×５ｍｍ）等のリードレスのチップ部品や、タンタルコンデンサ等のＬ型リード部品を搭載する場合を考える。

前述のように、従来、メタルマスク１３の開口部１２は、ランド１４と同寸大となっているため、上述のような電子部品を搭載すると、はんだ１１の一部はランド１４外に押し出されるようになる。そして、図２R>２のステップ１０３に示すリフロー工程において、押し出されたはんだ１１の一部は、ランド１４に吸収されず、はんだボールとなる。このはんだボールは、ＰＣＢ１５の故障の原因の１つである。そして、前述のＰｂフリーのＳｎ−Ｚｎ系はんだは、Ｐｂを含有するはんだペーストよりもぬれ性が悪く、はんだボールが発生しやすくなっており、はんだボールの発生を防ぐ対策が必要であるという問題があった。

以上述べたように、はんだペーストとしてＰｂフリーのＳｎ−Ｚｎ系はんだを用い、リードレスのチップ部品や、Ｌ型リードの部品を搭載すると、はんだペーストの一部はランド外に押し出される。リフロー工程において、押し出されたはんだペーストの一部は、はんだボールとなり、ＰＣＢの故障の原因になってしまうという問題があった。

そこで、本発明は、リフロー工程によるはんだボールの発生を抑制することができる電子部品の実装方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の電子部品の実装方法では、電子部品のはんだ付けを行うための電子部品の実装方法において、前記電子部品の各電極がそれぞれ搭載されるプリント配線基板の一組のランド部に対応する一組の開口部が設けられ該各開口部の互いに対向する端部側が三角形状をなすホームベース形に形成されたメタルマスクを前記プリント配線基板上に配置するステップと、Ｐｂを含まないＳｎ−Ｚｎ系のはんだペーストを前記開口部に充填するステップと、前記プリント配線基板上から前記メタルマスクを取り除くステップと、前記はんだペースト上に前記電子部品の電極を接触させて前記プリント配線基板上に前記電子部品を搭載するステップと、リフローにより前記電子部品のはんだ付けを行うステップとを有することを特徴とする。

本発明の電子部品の実装方法では、電子部品の各電極がそれぞれ搭載されるプリント配線基板の一組のランド部に対応する一組の開口部が設けられ、これら各開口部の互いに対向する端部側が三角形状をなすホームベース形に形成されたメタルマスクを用いる。これによって、電子部品を搭載した際にランド部からはんだペーストが押し出されることが抑えられる。そのため、本発明の電子部品の実装方法では、リフロー工程によるはんだボールの発生を抑制することができる。

また、本発明の他の電子部品の実装方法で用いる前記メタルマスクの前記開口部は、前記電子部品の前記電極に対応する領域だけが前記三角形状に形成されている。

本発明の他の電子部品の実装方法では、開口部の、電子部品の電極に対応する領域だけが三角形状に形成されているメタルマスクを用いる。つまり、ランド部に形成されたはんだペーストの、電極の下側に対応する部分の縁部だけをランド部の縁部よりも内側とする。こうすることによって、はんだペーストの総量を著しく少なくすることなく、部品を搭載するステップの際にランド部から押し出されるはんだペーストの量を少なくすることができる。そのため、本発明の電子部品の実装方法では、Ｐｂを含まないＳｎ−Ｚｎ系のぬれ性が悪いはんだを用いても、はんだ付け強度を確保したまま、リフロー工程によるはんだボールの発生を抑制することができる。

以上述べたように、本発明の電子部品の実装方法では、電子部品の各電極がそれぞれ搭載されるプリント配線基板の一組のランド部に対応する一組の開口部が設けられ、これら各開口部の互いに対向する端部側が三角形状をなすホームベース形に形成されたメタルマスクを用いる。これによって、電子部品を搭載した際にランド部からはんだペーストが押し出されることが抑えられる。そのため、本実施形態の電子部品の実装方法では、リフロー工程によるはんだボールの発生を抑制することができる。

また、開口部の、電子部品の電極に対応する領域だけが三角形状に形成されているメタルマスクを用いることによって、はんだペーストの総量を著しく少なくすることなく、電子部品を搭載するステップの際にランド部から押し出されるはんだペーストの量を少なくすることができる。そのため、本発明の電子部品の実装方法では、Ｐｂを含まないＳｎ−Ｚｎ系のぬれ性が悪いはんだを用いても、はんだ付け強度を確保したまま、リフロー工程によるはんだボールの発生を抑制することができる。

次に、本発明の一実施形態の電子部品の実装方法を図面を参照して詳細に説明する。本実施形態の電子部品の実装方法で用いられるはんだペーストは、ＰｂフリーのＳｎ−Ｚｎ系のはんだである。また、実装される電子部品は、リードレスのチップ部品であるとする。

図１は、本実施形態の電子部品の実装方法を用いて作成される実装構造体の構造を示す断面図および上面図である。図１に示すように、ＰＣＢ１５のランド１４上には、はんだ１１が塗布されており、そのうえに、電極２を有する電子部品１が搭載されている。また、ＰＣＢ１５のランド１４の形状は、長方形となっているのに対し、充填されたはんだ１１の形状、すなわちメタルマスク１３の開口部１２の形状は、電子部品１側に凸となるホームベース形となっている。このように、本実施形態の電子部品の実装方法では、メタルマスク１３の開口部１２の縁部をランド１４の縁部よりも内側となるようにメタルマスク１３の開口部１２を設ける。こうすることによって、電子部品１を搭載する際にランド１４からはんだ１１が押し出されないようになる。そのため、本実施形態の電子部品の実装方法では、リフロー工程によるはんだボールの発生を抑制することができる。

また、メタルマスク１３の開口部１２のホームベース形の凸部の領域は、電子部品１の電極２とＰＣＢ１５との間に挟まれる領域となっている。つまり、本実施形態の電子部品の実装方法では、電極２の下側となる開口部１２の縁部をランド１４の縁部よりも内側となるように開口部１２を設ける。こうすることによって、はんだペーストの総量を著しく少なくすることなく、電子部品１を搭載するステップの際にランド部から押し出されるはんだペーストの量を少なくすることができる。そのため、本実施形態の電子部品の実装方法では、ぬれ性の悪いＳｎ−Ｚｎ系はんだを用いても、はんだ付け強度を確保したまま、リフロー工程によるはんだボールの発生を抑制することができる。

なお、本実施形態の電子部品の実装方法では、メタルマスク１３の開口部１２の形状がホームベース型となっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、メタルマスク１３の開口部１２の縁部が、ランド１４の縁部よりも内側となっていれば、メタルマスク１３の開口部１２の形状は、どのような形状であってもよい。

また、本実施形態の電子部品の実装方法では、電子部品がリードレスのチップであるとしたが、タンタルコンデンサ等のＬ型リードを有する電子部品であってもよい。そして、本実施形態の電子部品の実装方法では、はんだペーストとしてＳｎ−Ｚｎ系はんだを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、他のはんだペーストを用いる際にも適用でき、特に、ぬれ性が悪いはんだペーストを用いる際に有効となる。

本発明の一実施形態の電子部品の実装方法を用いて作成される実装構造体の構造を示す断面図および上面図である。 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。 はんだペースト印刷工程の概要を示す図である。

符号の説明

１ 電子部品
２ 電極
１０ 印刷スキージ
１１ はんだ
１２ 開口部
１３ メタルマスク
１４ ランド
１５ ＰＣＢ（プリント配線基板）
１０１〜１０９ ステップ

Claims (12)

1. 電子部品のはんだ付けを行うための電子部品の実装方法において、
   前記電子部品の各電極がそれぞれ搭載されるプリント配線基板の一組のランド部に対応する一組の開口部が設けられ、該各開口部の互いに対向する端部側が三角形状をなすホームベース形に形成されたメタルマスクを前記プリント配線基板上に配置するステップと、
   Ｐｂを含まないＳｎ−Ｚｎ系のはんだペーストを前記開口部に充填するステップと、
   前記プリント配線基板上から前記メタルマスクを取り除くステップと、
   前記はんだペースト上に前記電子部品の電極を接触させて前記プリント配線基板上に前記電子部品を搭載するステップと、
   リフローにより前記電子部品のはんだ付けを行うステップとを有することを特徴とする電子部品の実装方法。
2. 前記開口部は、前記電子部品の前記電極に対応する領域だけが前記三角形状に形成されている請求項１に記載の電子部品の実装方法。
3. 前記電子部品は、リードレスのチップである請求項１または２に記載の電子部品の実装方法。
4. 前記電子部品は、Ｌ型リードを有する部品である請求項１または２に記載の電子部品の実装方法。
5. 表面にランド部が設けられ、該ランド部の上に、Ｐｂを含まないＳｎ−Ｚｎ系のはんだペーストが印刷されたプリント配線基板と、該プリント配線基板に実装される電子部品とを有する実装構造体において、
   前記電子部品の各電極がそれぞれ搭載される一組の前記ランド部の上に形成された一組の前記はんだペーストは、互いに対向する端部側が三角形状をなすホームベース形に形成されていることを特徴とする実装構造体。
6. 前記はんだペーストは、前記電子部品の前記電極に対応する領域だけが前記三角形状に形成されている請求項５に記載の実装構造体。
7. 前記電子部品は、リードレスのチップである請求項５または６に記載の実装構造体。
8. 前記電子部品は、Ｌ型リードを有する部品である請求項５または６に記載の実装構造体。
9. プリント配線基板に電子部品を実装する際に用いられ、前記プリント配線基板のランド部に対応する部分にＰｂを含まないＳｎ−Ｚｎ系のはんだペーストを充填するための開口部が設けられているメタルマスクにおいて、
   前記電子部品の各電極がそれぞれ搭載される一組の前記ランド部に対応する一組の前記開口部は、互いに対向する端部側が三角形状をなすホームベース形に形成されていることを特徴とするメタルマスク。
10. 前記開口部は、前記電子部品の前記電極に対応する領域だけが前記三角形状に形成されている請求項９に記載のメタルマスク。
11. プリント配線基板上にはんだペーストを印刷するための印刷方法において、
    前記電子部品の各電極がそれぞれ搭載されるプリント配線基板の一組のランド部に対応する一組の開口部が設けられ、該各開口部の互いに対向する端部側が三角形状をなすホームベース形に形成されたメタルマスクを前記プリント配線基板上に配置するステップと、
    Ｐｂを含まないＳｎ−Ｚｎ系のはんだペーストを前記開口部に充填するステップと、
    前記プリント配線基板上から前記メタルマスクを取り除くステップとを有することを特徴とする印刷方法。
12. 前記開口部は、前記電子部品の前記電極に対応する領域だけが前記三角形状に形成されている請求項１１に記載の印刷方法。

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