JP2006066811A - はんだ印刷用マスク、部品実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 コネクタ、ＱＦＰ、ＳＯＰ、ＢＧＡなどリード端子にバラツキが存在する部品と、小型部品（０．６ｍｍ×０．３ｍｍ、０．３ｍｍピッチＣＳＰ 等）が混在するような部品の双方に適切なはんだバンプを形成する。
【解決手段】 電極２１を有したプリント基板２の上に、開口部１１０ａ及び開口部１１０ｂを有した金属製の第１の層、開口部１２０ａを有した第２の層からなるはんだ印刷用マスク１を、第２の層１２とプリント基板２とが密着するように配置し、第１の層１１側からはんだペースト４を供給し、スキージング治具でスキージングを実施し、高さの異なるはんだバンプ２２ａ、はんだバンプ２２ｂを形成する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、はんだ印刷用マスクに係り、特に高さ方向の異なるはんだバンプを形成するはんだ印刷用マスクに関する。

プリント基板の実装密度の向上に伴い、形状、寸法などが揃った微細なはんだバンプの形成が求められている。

上記問題を解決するために、ペーストが通過し、ペーストバンプを形成する開口を備えたスクリーン版であって、剛性な第１の金属層、樹脂系の接着剤層および第２の金属層とから成り、かつ第１の金属層の開口に対して接着剤層および第２の金属層の開口が縮径していることを特徴とするスクリーン版を用いて緻密で一定形状のバンプを容易に形成する手法などが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−２８６９３６号公報（５頁、図１参照）

しかしながら、コネクタ、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）、ＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ Ｏｕｔ ｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ）、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）などリード端子にバラツキが存在する部品は、相当のはんだ量が必要であるため、はんだ印刷に用いられるメタルマスクはある程度の厚さが必要となる。一方、小型部品（０．６ｍｍ×０．３ｍｍ、０．３ｍｍピッチＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）等）が混在するような部品は、開口が小さいため、コネクタ等のばらつきが存在する部品と同様な厚さ（高さ）のはんだを形成してしまうと、アスペクト比（厚さ／開口幅）が高くなり印刷が不安定となってしまう。この場合、両者の問題を同時に解決するには、高さ方向（厚さ）が異なる複数のはんだバンプを適正に形成する必要がある。

そこで、本発明は上記問題を解決するためになされたもので、コネクタ、ＱＦＰ、ＳＯＰ、ＢＧＡなどリード端子にバラツキが存在する部品と、小型部品（０．６ｍｍ×０．３ｍｍ、０．３ｍｍピッチＣＳＰ 等）が混在するような部品の双方に適切なはんだバンプを形成するためのはんだ印刷用マスク及び、部品実装方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明のはんだ印刷用マスクは、複数の開口部を有した金属製の第１の層と、前記複数のうちの一部の開口部の周囲を覆うことで開口部を有し、前記第１の金属層の１の表面に積層された樹脂性の第２の層とを有することを特徴としている。

また、本発明の部品の実装方法は、複数の電極および配線パターンを備えたプリント配線板の上に、前記電極に対応する位置に開口部を有した金属製の第１の層、及び前記電極の一部に対応し、前記第１の層の開口部の周囲を覆うことで開口部を有して前記第１の金属層の１の表面に積層された樹脂性の第２の層からなるはんだ印刷用マスクを、前記第２の層と前記プリント配線板とが密着するように配置する工程と、前記はんだ印刷用マスクの前記第１層側からはんだペーストを供給する工程と、前記供給されたはんだペーストを所定の工具を用いてスキージングし、はんだバンプを形成する工程と、前記はんだバンプが形成された前記電極上に表面実装部品を実装する工程と、前記表面実装部品が実装されたプリント配線板をリフロー加熱する工程と、を備えたことを特徴としている。

更に、本発明の別の部品実装方法は、複数の電極および配線パターンを備えた第１のプリント配線板の内、一部の電極に対応する位置に、少なくともこの一部の電極に対応する位置に電極を有し、かつ柔軟性のある第２のプリント配線板を実装する工程と、前記電極に対応する位置に開口部を有した金属製の第１の層、及び少なくとも前記第１のプリント配線板の電極のうち、前記第２のプリント配線板が実装された電極に対応し、前記第１の層の開口部の周囲を覆うことで開口部を有して前記第１の金属層の１の表面に積層された樹脂性の第２の層からなるはんだ印刷用マスクを、少なくとも、前記第２の層と前記第２のプリント配線板の一部とが密着するように配置する工程と、前記はんだ印刷用マスクの前記第１層側からはんだペーストを供給する工程と、前記供給されたはんだペーストを所定の工具を用いてスキージングし、はんだバンプを形成する工程と、前記はんだバンプが形成された前記電極上に表面実装部品を実装する工程と、前記表面実装部品が実装されたプリント配線板をリフロー加熱する工程とを備えたことを特徴としている。

コネクタ、ＱＦＰ、ＳＯＰ、ＢＧＡなどリード端子にバラツキが存在する部品と、小型部品（０．６ｍｍ×０．３ｍｍ、０．３ｍｍピッチＣＳＰ 等）が混在するような部品の双方に適切なはんだバンプを形成することができる。

（第１の実施の形態）
以下に、本発明による第１の実施の形態であるはんだ印刷用マスクを説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態であるはんだ印刷用マスクを示した図である。図１では、左側に斜視図を示し、右側に断面図を示している。また、斜視図は厚さ方向を省略して示している。

図１に示したように、本発明の第１の実施の形態であるはんだ印刷用マスク１は、金属製の第１の層１１と、この第１の層１１の一方の面に積層された樹脂製の第２の層１２とから構成されている。

ここで、第１の層１１は、複数の開口部１１０を有している。この開口部は、後述するプリント基板２上の電極２１にはんだバンプを形成するためのものであり、電極２１に相当する位置に複数の開口部１１０が設けられている。尚、図１では、複数の開口部１１０は、２つの開口部（開口部１１０ａと開口部１１０ｂ）のみを示している。ここで、開口部１１０ａは、コネクタ、ＱＦＰ、ＳＯＰ、ＢＧＡなどのいわゆるリード端子にバラツキが存在するために、このばらつきをはんだで吸収するためのはんだバンプを形成するための開口部である。一方、開口部１１０ｂは、０．６ｍｍ×０．３ｍｍや０．３ｍｍピッチＣＳＰ等のいわゆる小型部品用のはんだバンプを形成するための開口部である。

また、第２の層１２は、複数の開口部１２０を有している（但し、図１では、１個のみの開口部１２０ａを示している）。この開口部１２０は、後述するプリント基板２上の電極２１の中でも特にコネクタ、ＱＦＰ、ＳＯＰ、ＢＧＡなどのはんだバンプを形成するためのものである。従って、開口部１２０は、第２の層１２の中でも、第１の層１１上に積層した際に、開口部１１０ａに対応する位置に設けられている。

つまり、開口部１２０は、開口部１１０の全てに対応して設けられるのではなく、後述する電子部品２３ａが実装される電極２１ａに対応する位置にのみ、その開口部１１０ａの周囲を覆うように開口部１２０が設けられることとなる。従って、開口部１１０ａに対応して開口部１２０が設けられるため、以後、理解容易の為に、開口部１２０を開口部１２０ａと表現する場合もある。

次に、上述したはんだ印刷用マスク１の製造方法を説明する。図２は、はんだ印刷用マスクの製造方法を示した図である。図２では、左側に斜視図を示し、右側に断面図を示している。

はんだ印刷用マスク１を製造するには、まず、図２（ａ）に示すように、例えば厚さ０．１３ｍｍ〜０．１５ｍｍ程度の母材となる第１の層１１を用意し、この第１の層１１にドリル加工等の手法により、開口部１１０を設ける。この第１の層１１は、例えば、ＳＵＳ等の金属製のものであり、開口部１１０の大きさは例えば０．５ｍｍ×０．５ｍｍの正方形等である。

ここで、図２では、簡単のために開口部１１０は、開口部１１０ａと開口部１１０ｂの２つのみを示しているが、後述するプリント基板２の電極数に応じて開口部１１０の数は増減することはもちろんである。

また、図２に示した開口部１１０ａは、コネクタ、ＱＦＰ、ＳＯＰ、ＢＧＡなどのいわゆるリード端子にバラツキが存在するために、このばらつきをはんだで吸収するためのはんだバンプを形成する開口部であり、開口部１１０ｂは０．６ｍｍ×０．３ｍｍや０．３ｍｍピッチＣＳＰ等のいわゆる小型部品用のはんだバンプを形成するための開口部である。

次に、図２（ｂ）に示すように、第１の層１１の一方の面の必要箇所に例えば厚さ０．１３ｍｍ〜０．１５ｍｍの樹脂製の第２の層１２を貼り付ける。この第２の層１２の貼り付けは、所定の接着剤を用いて貼り付けても良いし、第２の層１２自体の接着成分を利用して圧着しても良い。

ここで、第２の層１２は、複数の開口部１２０を有している（但し、図２（ｂ）では、１個のみの開口部１２０ａを示している）。この開口部１２０ａは、後述するプリント基板２上の電極２１の中でも特にコネクタ、ＱＦＰ、ＳＯＰ、ＢＧＡなどのバンプを形成するためのものである。

従って、上述した必要箇所とは、第１の層１１上に積層した際に、開口部１１０ａに対応する位置を意味している。つまり、開口部１２０ａは、開口部１１０の全てに対応して設けられるのではなく、後述する電子部品２３ａが実装される電極２１ａに対応する位置にのみ、その開口部１１０ａの周囲を覆うように開口部１２０が設けられることとなる。

以上の工程を経ることで、開口部１１０ａと開口部１２０ａとからなる開口部と、開口部１１０ｂのみからなる開口部を有したはんだ印刷用マスク１が製造できることとなる。

ところで、このはんだ印刷用マスク１は、図３に示すような方法で製造しても良い。

図３は、はんだ印刷用マスクの別の製造方法を示した図である。図３においても、図２と同様に、左側に斜視図を示し、右側に断面図を示している。

まず、図３（ａ）に示すように、母材となる未だ開口部１１０を有していない第１の層１１を用意する。そして、この第１の層１１の一方の面に、未だ開口部１２０を有していない第２の層１２を積層する。この第１の層１１及び第２の層１２の材質や厚さ、接続方法は上記図２の場合と同様である。

次に、図３（ｂ）に示すように、ドリル加工等の手法により、開口部を設ける。ここでは、第１の層１１においては、図２と同様に、開口部１１０ａと開口部１１０ｂが設けられることとなる一方、第２の層１２においては、図２では設けられなかった開口部１１０ａに相当する位置に開口部１２０（ここでは、「開口部１２０ｂ」と示す）が設けられることとなる。

次に、エッチングを行うことで図３（ｃ）に示すように、第２の層１２の不要な部分を除去する。このエッチングは、必要箇所にマスキングを行う公知のエッチング手法を用いることで樹脂製である不要な第２の層１２の領域を除去するものである。

以上の工程を経ることによっても、開口部１１０ａと開口部１２０ａとからなる開口部と、開口部１１０ｂのみからなる開口部を有したはんだ印刷用マスク１が製造できることとなる
次に、上述したはんだ印刷用マスク１を利用した部品の実装方法を説明する。図４〜図６は、はんだ印刷用マスク１を利用した部品の実装方法を説明する図である。

図４（ａ）に示すように、はんだ印刷用マスク１を利用した部品の実装方法は、大きく分けて、はんだ印刷工程Ｓ１と、部品実装工程Ｓ２と、リフロー工程Ｓ３の３つの工程から成る。

はんだ印刷工程Ｓ１は、図４（ｂ）に示すように、更にマスク配置工程Ｓ１１と、印刷実行工程Ｓ１２と、印刷完了工程Ｓ１３の３つの工程から成り、この順に実行される。

ここで、マスク配置工程Ｓ１１とは、プリント基板２にはんだ印刷用マスク１を配置する工程である。プリント基板２は、複数の電極２１と図示せぬ配線パターンを有しているが、図４（ｂ）では簡単のために、電極２１は、コネクタ、ＱＦＰ、ＳＯＰ、ＢＧＡなどのいわゆるリード端子用の電極２１ａと、０．６ｍｍ×０．３ｍｍや０．３ｍｍピッチＣＳＰ等のいわゆる小型部品用の電極２１ｂとの合計２つの電極のみを図示している。

また、はんだ印刷用マスク１の配置は図４（ｂ）に示したように、はんだ印刷用マスク１において、第２の層１２を有した面をプリント基板２に対向するように配置する。そして、電極２１ａに対しては開口部１１０ａや開口部１２０ａが設けられている開口部が対向するように配置し、電極２１ｂには、開口部１１０ｂが設けられている開口部が対向するように配置する。従って、はんだ印刷用マスク１は予め電極２１ａや電極２１ｂの位置を把握してこれに対向するように開口部１１０ａ、開口部１１０ｂが設けられたはんだ印刷用マスク１となっている必要がある。

印刷実行工程Ｓ１２とは図４（ｂ）に示すように、はんだ印刷用マスク１の第２の層１２が積層されていない面である第１の層１１の側から適量のはんだペースト４を塗布し、スキージング治具３で所定方向にスキージングを実行する工程である。この印刷実行工程Ｓ１２では、第１のはんだ充填工程Ｓ１２ａと、第２のはんだ充填工程Ｓ１２ｂとが繰り返し行われることとなる。尚、図４（ｂ）では、簡単のためにプリント基板２には電極２１ａと電極２１ｂとがそれぞれ１個ずつのみ存在し、電極２１ａが存在する側から電極２１ｂが存在する側にスキージングされる様子を示している。従って、図４（ｂ）では第１のはんだ充填工程Ｓ１２ａと、第２のはんだ充填工程Ｓ１２ｂとがそれぞれ１度ずつこの順序に実施されることとなる。

ここで、第１のはんだ充填工程Ｓ１２ａとは、開口部１１０ａ及び開口部１２０ａ上をスキージング治具が通過することにより、電極２１ａ上にはんだペーストが充填される工程である。

また、第２のはんだ充填工程Ｓ１２ｂとは、開口部１１０ｂ上をスキージング治具が通過することにより、電極２１ｂ上にはんだペーストが充填される工程である。但し、開口部１１０ｂの周囲には第２の層１２が積層されていないため、開口部１１０ｂ上をスキージング治具が通過すると、図４（ｂ）に示すように第２の層１２の厚さの分だけ第１の層１１が鉛直方向に弾性変形しながらスキージングされる。

印刷完了工程Ｓ１３とは、上述したマスク配置工程Ｓ１１及び印刷実行工程Ｓ１２を経てプリント基板２上においてはんだバンプの形成が完了する工程である。ここで、電極２１ａには第１の層１１及び第２の層１２に相当する分の厚さを有したはんだバンプ２２ａが形成される。一方、電極２１ｂでは図４（ｂ）に示すように第２の層１２の厚さの分だけ第１の層１１が鉛直方向に弾性変形しながらスキージングされる為、第１の層１１に相当する分の厚さを有したはんだバンプ２２ｂが形成されることとなる。

次に、図５に示す部品実装工程Ｓ２が実施される。この部品実装工程Ｓ２では、マウンタにより、はんだバンプ２２ａが形成された電極２１ａには、コネクタ、ＱＦＰ、ＳＯＰ、ＢＧＡなどのいわゆるリード端子を有した電子部品２３ａが実装される。一方、はんだバンプ２２ｂが形成された電極２１ｂには０．６ｍｍ×０．３ｍｍや０．３ｍｍピッチＣＳＰ等のいわゆる小型部品である電子部品２３ｂが実装される。

次に、図６に示すリフロー工程Ｓ３が実施される。このリフロー工程Ｓ３では、電子部品２３ａ、電子部品２３ｂが実装されたプリント基板２をリフロー炉に入れ、所定の時間と温度の関係を有したプロファイルによりリフロー加熱を行うことで、電子部品２３ａ、電子部品２３ｂとプリント基板２とを接合が実施される。これにより、図６に示す電子部品２３ａ及び電子部品２３ｂが実装されたプリント基板２が製造されることとなる。

以上のようにはんだ印刷用マスク１を用いて部品を実装することで、コネクタ、ＱＦＰ、ＳＯＰ、ＢＧＡなどリード端子にバラツキが存在する部品と、小型部品（０．６ｍｍ×０．３ｍｍ、０．３ｍｍピッチＣＳＰ 等）が混在するような部品の双方に適切なはんだバンプを形成することができ、はんだ印刷を安定させることが可能となる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を図７〜図８を用いて説明する。図７は、はんだ印刷用マスク１を利用した３次元実装方法を説明する図である。

ここで、３次元実装とは、以下のような実装方法である。即ち、図７（ａ）に示すように、予め所定の段差を有して形成されたパレットと呼ばれるＳＵＳ等の剛性の高い台の上に、例えばガラスエポキシ樹脂が積層された剛性のある第１のプリント基板２ａと、ポリイミドが積層された柔軟性のある第２のプリント基板２ｂとをそれぞれの電極同士が電気的に接続するように置く（図７では両者を接合する電極は不図示）。次に、上述したはんだ印刷用マスク１を利用して図７（ｂ）に示すような高さの異なるはんだバンプ（はんだバンプ２２ｂ、はんだバンプ２２ｃ）を形成する。そして、図７（ｃ）に示すように、電子部品（図６では、電子部品２３ｂのみを図示し、電子部品２３ａは不図示）を実装し、リフロー過熱して電子部品の接合と、プリント基板２ａ及びプリント基板２ｂとの接合とを一括して行う。

このように、第１の実施の形態で示したように高さが異なるはんだバンプを一括して形成できるため、これを上述の３次元実装に応用することができる。従って、従来は、図８に示すように、予めリフロー加熱して電子部品２３ｂをプリント基板２に実装した剛性のある第１のプリント基板２ａと柔軟性のある第２のプリント基板２ｂとをそれぞれ予め用意しておき、このプリント基板２ａと、プリント基板２ｂとの接合は、別途はんだ接合の処理をしていたが、上述の第２の実施の形態を用いることでリフロー加熱は１回で済むこととなる。

以上のようにはんだ印刷用マスク１を用いて部品を実装することで、コネクタ、ＱＦＰ、ＳＯＰ、ＢＧＡなどリード端子にバラツキが存在する部品と、小型部品（０．６ｍｍ×０．３ｍｍ、０．３ｍｍピッチＣＳＰ 等）が混在するような部品の双方に適切なはんだバンプを形成することができ、はんだ印刷を安定させることが可能となる。また、高さが異なるはんだバンプを一括して形成できるため、３次元実装の製造効率が高まることとなる。

本発明の第１の実施の形態であるはんだ印刷用マスクを示した図。 はんだ印刷用マスクの製造方法を示した図。 はんだ印刷用マスクの別の製造方法を示した図。 はんだ印刷用マスク１を利用した部品の実装方法を説明する図。 はんだ印刷用マスク１を利用した部品の実装方法を説明する図。 はんだ印刷用マスク１を利用した部品の実装方法を説明する図。 はんだ印刷用マスク１を利用した３次元実装方法を説明する図。 従来の３次元実装の工程を示した図。

符号の説明

１ はんだ印刷用マスク
１１ 第１の層
１２ 第２の層
１１０ 開口部
１１０ａ 開口部
１１０ｂ 開口部
１２０ａ 開口部
１２０ｂ 開口部
２ プリント基板
２ａ 第１のプリント基板
２ｂ 第２のプリント基板
３ スキージング治具
４ はんだペースト
２１ 電極
２１ａ 電極
２１ｂ 電極
２２ａ はんだバンプ
２２ｂ はんだバンプ
２３ａ 電子部品
２３ｂ 電子部品

Claims (4)

1. 複数の開口部を有した金属製の第１の層と、
   前記複数のうちの一部の開口部の周囲を覆うことで開口部を有し、前記第１の金属層の１の表面に積層された樹脂性の第２の層と
   を有することを特徴とするはんだ印刷用マスク。
2. 前記第１の層の開口部と、これに対応する前記第２の層の開口部とは、同じ開口面積であることを特徴とする請求項１に記載のはんだ印刷用マスク。
3. 複数の電極および配線パターンを備えたプリント配線板の上に、前記電極に対応する位置に開口部を有した金属製の第１の層、及び前記電極の一部に対応し、前記第１の層の開口部の周囲を覆うことで開口部を有して前記第１の金属層の１の表面に積層された樹脂性の第２の層からなるはんだ印刷用マスクを、前記第２の層と前記プリント配線板とが密着するように配置する工程と、
   前記はんだ印刷用マスクの前記第１層側からはんだペーストを供給する工程と、
   前記供給されたはんだペーストを所定の工具を用いてスキージングし、はんだバンプを形成する工程と、
   前記はんだバンプが形成された前記電極上に表面実装部品を実装する工程と、
   前記表面実装部品が実装されたプリント配線板をリフロー加熱する工程と、
   を備えたことを特徴とする部品実装方法。
4. 複数の電極および配線パターンを備えた第１のプリント配線板の内、一部の電極に対応する位置に、少なくともこの一部の電極に対応する位置に電極を有し、かつ柔軟性のある第２のプリント配線板を実装する工程と、
   前記電極に対応する位置に開口部を有した金属製の第１の層、及び少なくとも前記第１のプリント配線板の電極のうち、前記第２のプリント配線板が実装された電極に対応し、前記第１の層の開口部の周囲を覆うことで開口部を有して前記第１の金属層の１の表面に積層された樹脂性の第２の層からなるはんだ印刷用マスクを、少なくとも、前記第２の層と前記第２のプリント配線板の一部とが密着するように配置する工程と、
   前記はんだ印刷用マスクの前記第１層側からはんだペーストを供給する工程と、
   前記供給されたはんだペーストを所定の工具を用いてスキージングし、はんだバンプを形成する工程と、
   前記はんだバンプが形成された前記電極上に表面実装部品を実装する工程と、
   前記表面実装部品が実装されたプリント配線板をリフロー加熱する工程と、
   を備えたことを特徴とする部品実装方法。

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