JP2008130941A - 基板実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】凹部を備える基板を利用して大型部品の実装と他の面実装部品の実装を同じ工程で行い、半田付け箇所のより高い信頼性を確保する基板実装方法を提供する。
【解決手段】孔部に凸部を備えており、凹部と対応する凸部の側壁面と孔部の側壁面とが連続平面上にあるメタルマスクを多層基板にセットするステップと、メタルマスクをセットした多層基板にクリーム半田を印刷するときに、多層基板の配線パターンに印刷するとともに、凹部の側壁面から底面部に沿って形成される配線パターンにもクリーム半田を印刷するステップと、メタルマスクを多層基板から取り外すステップと、多層基板に面実装部品を搭載するときに、凹部に搭載する面実装部品もともに実装するステップと、面実装部品を搭載した多層基板をリフローするステップとを行う基板実装方法である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プリント配線基板への部品実装技術に関する。

近年、プリント配線板（以下基板）実装分野において、抵抗器、セラミックコンデンサなどの中・小型表面実装部品の更なる小型化（微細化）が進んでいるが、トランス、大容量コンデンサなどの大型部品の中・小型化はそれほど進んでいない。そのため、一度に実装する部品サイズ差が拡大し、部品実装の難易度が高くなってきている。

従来、図３のＡ（工程１）に示すように、面実装部品３５（コンデンサ）、３６（ＩＣチップ：ＢＧＡパッケージ）、３７（抵抗素子など）を同一基板３１（多層基板）の配線パターン３２（信号線、電源ライン、グランドライン）に半田付けする際、まずクリーム半田印刷法でクリーム半田を印刷した後、面実装部品３５〜３７を実装する。この時、半田印刷に使用するメタルマスクの厚みは、微細部品の実装品質最優先で選定し、薄めのものを使用するため、大型部品の電極部には、半田量が不足ぎみとなる。そのため、図３Ｂ（工程２）に示すように後工程でより高い信頼性を確保するため半田ごて３８などにより半田３９を半田３３にさらに追加している。

このように工程２では大型部品３５に対して何度も熱を加えてしまうため部品の品質を保つことが困難になるとともに、追加半田付け工程が必要であるという問題がある。
また、従来方法の工程２では、半田ごて３８が届く個所（隣接部品が密集していない個所）にしか追加半田ができない。また、そのような個所に半田付けできたとしても、イモ半田、ブリッジなどの品質不良発生の懸念が残る。

特許文献１は、搭載用基板とこの搭載用基板の１つの主面に形成された複数の凹部と、この複数の凹部の各々の底面に設けられた複数のパッドと、この複数のパッドの各々に設けられた半田と、それぞれが電極を有し複数の凹部に対応して設けられ、電極が対応する凹部のパッドと半田により接続された複数の電子部品とを含み、複数の凹部の各々は対応する電子部品を搭載するために必要な半田量に応じた深さを有する構造である。このような構造により、複数の電子部品の各々に応じて所望の量の半田を供給することができる電子部品の実装構造、搭載用基板および電子部品の実装方法を提案されている。また、搭載用基板の側面に設けられるコネクタの選択の幅が狭まらない電子部品の実装構造、搭載用基板および電子部品の実装方法も提案されている。

特許文献２では、基板上に厚みの異なる導電性厚膜を形成して裏面に凸部を持つメタルマスクによってクリーム半田を印刷する。すると厚膜の薄い部分には厚く、厚膜の厚い部分には薄くクリーム半田が印刷される。厚膜の厚さを制御することにより電子部品ごとに最適量のクリーム半田を供給できるので高品質な実装が可能となる。タンタルコンデンサ等の従来部品と０．３ｍｍピッチＱＦＰ部品とを一括印刷，一括リフローによって高品質に実装することができるプリント基板及びこの基板に半田印刷するメタルマスクを提案されている。

しかしながら、上記特許文献１〜２では複数の電子部品の各々に所望の量の半田を供給することができる実装構造が開示されているが、大型部品を基板に実装することが考慮されていない。また、特許文献１〜２のように配線された電極に大型部品を実装することは従来のような半田ごてなどによる半田付けをしないため機械的な接合強度を保つことが困難である。特に凹部を有する基板の場合に、凹部に大型部品を実装してより高い信頼性を確保することができないという問題がある。
特開平１１−１４５５７８号公報 特開平０６−１９６８５０号公報

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたものであり、凹部を備える基板を利用して大型部品の実装と他の面実装部品の実装を同じ工程で行い、半田付け箇所のより高い信頼性を確保する基板実装方法を提供することを目的とする。

本発明の態様のひとつである凹部を備える多層基板に面実装部品を実装する基板実装方法であって、孔部に凸部を備えたメタルマスクの前記凸部と多層基板の前記凹部とを嵌合するステップと、前記メタルマスクをセットした前記多層基板にクリーム半田を印刷するときに、前記多層基板の配線パターンに印刷するとともに、前記凹部の側壁面から底面部に沿って形成される配線パターンにもクリーム半田を印刷するステップと、前記メタルマスクを前記多層基板から取り外すステップと、前記多層基板に面実装部品を搭載するときに、前記凹部に搭載する面実装部品もともに実装するステップと、前記面実装部品を搭載した前記多層基板をリフローするステップと、を行うことを特徴とする。

好ましくは、前記凹部の側壁面から底部に沿って形成される配線パターンの面積を調整することでクリーム半田の印刷量を制御し、前記面実装部品と前記多層基板との接合強度を最適にする。

好ましくは、前記凹部の配線パターンは前記多層基板の前記凹部の側壁面を経て底面部にいたるように形成してもよい。

本発明によれば、大型部品を実装する際に、クリーム半田印刷のみよる半田付けが可能になり、後工程での強度確保目的の追加半田工程をなくすことができる。また、より高い信頼性が確保できる基板実装方法を提供することができる。

以下図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細を説明する。
（原理説明）
図１のＡは多層基板１（プリント配線板）の配線パターン３、４（信号線、電源ライン、グランドラインなど）にクリーム半田５、６を、後述するメタルマスクを用いて印刷したことを示す図である。

多層基板１は凹凸基板であり、多層基板１の部品面（表面）または半田面（裏面）に図１のＡ、Ｂに示すような凹部２を配設した構造である。多層基板１の部品面または半田面には配線パターン３、４が配線されている。なお、凹部２は片面だけでなく両面にあってもよい。

凹部２には配線パターン４が配設されている。図１のＡ、Ｂでは凹部２の底面と側壁面に配線パターン４があることを示しており、同図ではＬ形状で示されている。クリーム半田６は、凹部２に設けられた配線パターン４に印刷される。ここで、クリーム半田６は配線パターン４に沿うように印刷される。なお、配線パターン４は多層基板１の表面に伸びていてもよい。

クリーム半田５は、多層基板１の部品面（表面）または半田面（裏面）の表面に配線されている配線パターン３に印刷される。ここで、クリーム半田５、６は一工程で配線パターン３、４に印刷する。

次に、多層基板１に面実装部品８、９、１０を搭載してリフローする。図１のＢでは、面実装部品９はＩＣチップ（ＢＧＡパッケージ）などであり、面実装部品１０は抵抗素子などの部品である。これらの部品は配線パターン３上のクリーム半田５上の位置に搭載される。

面実装部品８は大型の部品である。例えば、図１のＢでは大容量のコンデンサ８を用いているが、コイル、トランスなどでもよく、他の面実装部９、１０などと比べると形状が大きく、部品の電極と配線パターン４を接合すときに半田を多く必要とするような部品である。または、部品の自重が重いような部品である。

また、基板に実装する面実装部品が密集していて半田ごてを使用して追加半田ができないような部品実装状態に配置される部品である。
図１のＢに示す大容量のコンデンサ８を凹部２に搭載し、凹部２の側壁面と底面に沿うように設けられた配線パターン４に半田で接合する場合、接合強度を増すために面実装部品の重さと形状などを考慮して配線パターン４の面積と半田量を決める。

本発明では、配線パターン３に面実装部品を接合するだけの半田付けでなく、凹部２の側壁面の配線パターン４を利用することで配線パターン４の底面部だけのときに比べて接合強度が増す。つまり、側壁面を使うことで半田印刷するための十分な面積を確保することができるようになる。

また、一度でクリーム半田５、６を印刷することができるため、大型部品への追加半田をしなくてよくなる。よって、追加半田をしないで確実に接合できるため、より高い信頼性を確保することができる。

（実施例１）
図２は面実装部品に大型部品ある場合でも、半田付け（リフロー工程）を一回で行う面実装部品の実装方法を示すフロー図である。

ステップＳ１ではＡに示すように、メタルマスク２１を凹部２を備える多層基板１にセットする。また、凹部２には配線パターン４が配設されている。凹部２の底面と側壁面に配線パターン４がＬ形状に形成されている。なお、配線パターン４は多層基板１の表面に伸びていてもよい。

ここで、メタルマスク２１は、凸部２２を備えており多層基板１の凹部２に挿入される構造となっている。
また、メタルマスク２１は通常の面実装部品を印刷する際に必要な構造として孔部２３を備えている。また、凸部２２の側壁面は、孔部２３の側壁面と凸部２２の側壁面と連続平面上にある。

ステップＳ２ではクリーム半田５、６を印刷する。多層基板１にセットしたメタルマスク２１にクリーム半田を印刷して、Ｂの状態を形成する。クリーム半田６は、凹部２に設けられた配線パターン４に印刷される。ここで、クリーム半田６は配線パターン４に沿うように印刷される。

また、凹部２の側壁面から底部に沿って形成される配線パターン４の面積を調整することでクリーム半田６の印刷量を制御し、面実装部品８と多層基板１との接合強度を最適にする。

例えば、配線パターン４と面実装部品８の電極を半田で接合する際に、配線パターン４の面積を大きくすれば半田を多く配線パターン４上に塗布できるため、大型部品を実装する場合に接合強度が増すことになる。

ステップＳ３ではＣに示すようにメタルマスク２１を取り外す。
ステップＳ４ではＤに示すように面実装部品８、１０を搭載する。実施例１で説明したように大型部品である面実装部品８（コンデンサなど）を他の面実装部品と同じ工程で行う。大型の面実装部品８は凹部２に挿入するように搭載する。

ステップＳ５ではＥに示すようにリフローして半田付けをし、全ての面実装部品の半田付けを完了する。
このようにすることで、大型部品を実装する際に、クリーム半田印刷のみよる半田付けが可能になり、後工程での強度確保目的の追加半田工程をなくすことができる。

また、より高い信頼性が確保できる基板実装方法を提供することができる。
また、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

本発明のクリーム半田印刷時のクリーム半田の状態と、面実装部品の多層基板へ搭載後リフローした状態を示す図である。 本発明である大型の面実装部品の実装方法を示すフロー図である。 従来の大型部品の実装方法を示すフロー図である。

符号の説明

１ 多層基板、２ 凹部、３、４ 配線パターン、５、６ クリーム半田、
７ 中間層の配線パターン、８、大型の面実装部品、９、１０ 面実装部品、
２１ メタルマスク、２２ 凸部、２３ 孔部、
３１ 多層基板、３２ 配線パターン、３３ 半田、３４ 中間層の配線パターン
３５ 大型の面実装部品、３６、３７ 面実装部品、３８ 半田ごて

Claims (3)

1. 凹部を備える多層基板に面実装部品を実装する基板実装方法であって、
   孔部に凸部を備えたメタルマスクの前記凸部と多層基板の前記凹部とを嵌合するステップと、
   前記メタルマスクをセットした前記多層基板にクリーム半田を印刷するときに、前記多層基板の配線パターンに印刷するとともに、前記凹部の側壁面から底面部に沿って形成される配線パターンにもクリーム半田を印刷するステップと、
   前記メタルマスクを前記多層基板から取り外すステップと、
   前記多層基板に面実装部品を搭載するときに、前記凹部に搭載する面実装部品もともに実装するステップと、
   前記面実装部品を搭載した前記多層基板をリフローするステップと、
   を行うことを特徴とする基板実装方法。
2. 前記凹部の側壁面から底部に沿って形成される配線パターンの面積を調整することでクリーム半田の印刷量を制御し、前記面実装部品と前記多層基板との接合強度を最適にすることを特徴とする請求項１に記載の基板実装方法。
3. 前記凹部の配線パターンは前記多層基板の前記凹部の側壁面を経て底面部にいたるように形成されることを特徴とする請求項１に記載の基板実装方法。