JP2009010257A - はんだ印刷方法と、そのためのマスクと、はんだ印刷した基板 - Google Patents

Abstract

【課題】プリント基板のランドによって印刷するはんだ量を調整することを可能にする。
【解決手段】プリント基板１０の基板部１１の表面には、厚みの異なる複数のランド部１２が形成されている。ランド部１２のうち、最も厚みの薄いランド１８とほぼ同一の厚みのレジスト膜２０が形成される。レジスト膜２０の表面には、ランド部１２に対応する開口部３２を有するマスク３０が密着される。マスク３０がレジスト膜２０の表面に密着されると、レジスト膜２０よりも厚みの厚いランド１４，１６は、開口３４，３６にそれぞれ収容される。マスク３０の上面から開口部３２にはんだペースト４２が注入される。
【選択図】 図７

Description

本発明は、はんだ印刷方法に関する。特に、基板表面に形成されている複数のランドにはんだを印刷する際に、印刷するはんだの厚みをランドによって調整することができるはんだ印刷方法に関する。また、そのためのマスクと、はんだ印刷した基板にも関する。

基板に電子部品をはんだ付けすることが多い。基板に電子部品をはんだ付けするために基板表面に導電性のランドを形成しておくことが多い。ランドの上端面にはんだを印刷し、その上に電子部品を載置し、それらを加熱してから冷却することによって、ランドの上端面に電子部品をはんだ付けする。
電子部品をはんだ付けするために必要なはんだの厚みは、電子部品やランドの上端面のサイズ等によって異なる。過剰な厚みのはんだを印刷すると、隣り合うランドの上端面に印刷されたはんだ同士がブリッジしたり、サイドボールが発生し易くなる。一方、必要な厚みに満たない厚みのはんだを印刷すると、確実にはんだ付けすることができなくなる。
基板表面に複数個のランドが形成されており、必要とされるはんだの厚みがランドによって異なることがある。この要請に応えることができるはんだ印刷方法が、特許文献１に開示されている。

図１４は、特許文献１のはんだ印刷方法によって、ランドの上端面にはんだを印刷する前の基板１００とマスク１１０を示す縦断面図である。マスク１１０は、基板１００上に戴置されている。基板１００は、その表面にランド１０２，１０４が形成されており、ランド形成部以外はレジスト膜１０６で被覆されている。ランド１０２とランド１０４は同一の厚みで形成されている。レジスト膜１０６は、ランド１０２，１０４と同一の厚みで形成されている。ランド１０２の上端面にははんだを薄く印刷し、ランド１０４の上端面にははんだを厚く印刷することが求められている。はんだを厚く印刷したいランド１０４の周囲に、突起部１０８が配置されている。突起部１０８は、レジスト膜１０６の表面に形成されている。
マスク１１０には、ランド１０２に対応する開口１１２と、ランド１０４に対応する開口１０４が形成されている。マスク１１０を基板１００に戴置すると、突起部１０８によってマスク１１０が変形する。これにより、ランド１０４の上端面から開口１１４の上端までの距離は、ランド１０２の上端面から開口１１２の上端までの距離よりも長くなる。図１４に示すように、マスク１１０の上面からはんだを印刷すると、ランド１０４の上端面に印刷されたはんだ１２４の厚みは、ランド１０２の上端面に印刷されたはんだ１２２の厚みよりも厚くなる。特許文献１のはんだ印刷方法では、ランドの上端面のはんだの厚みを厚くしたいランドの周囲に突起部を配置する。これにより、マスク１１０の上端とランド１０４の上端面との距離をマスク１１０の厚みよりも長くすることによって、ランド１０４の上端面に印刷されるはんだの厚みを調整する。

特開平１０−２７０８３７号公報

上記した特許文献１の技術では、マスク１１０の変形の影響を受けない位置に、ランド１０２を配置する必要がある。そのため、隣り合うランド間の間隔が、マスクの変形能力によって制約されてしまう。ランドを密集して配置することが難しい。

本発明は上述した事情を鑑みてなされたものであり、印刷するはんだの厚みをランドによって調整することができ、しかも密集して配置されているランドの上端面にはんだ印刷できる技術を提供することを目的とする。

本発明は、基板表面に形成されている複数のランドにはんだを印刷する際に、印刷するはんだの厚みをランドによって調整することができる方法に関する。上記課題を解決するために、本発明のはんだ印刷方法は、はんだを厚く印刷するランドの厚みを薄く調整し、はんだを薄く印刷するランドの厚みを厚く調整し、ランド形成部以外の基板表面に、少なくともランドの上端面が露出する膜厚のレジスト膜が形成された基板を用意する工程と、複数のランドに対応する複数の開口を有しており、マスクをレジスト膜の表面に密着させたときにレジスト膜の表面から突出している部分のランドが開口内に収容されるとともに、厚みが最も厚いランドの上端面が開口内に留まる厚みのマスクをレジスト膜の表面に密着させる工程と、マスクの開口にはんだを注入する工程を備えている。

このはんだ印刷方法では、はんだを厚く印刷するランドの厚みを薄く調整し、はんだを薄く印刷するランドの厚みを厚く調整した基板を用いる。この印刷方法では、マスクをレジスト膜の表面に密着させたときにレジスト膜の表面から突出している部分のランドが、対応するマスクの開口内に収容される。また、厚みが最も厚いランドの上端面でも開口内に留まっている。この構成によると、厚みの厚いランドでは、ランドの上端面とマスクの開口の上端との距離が短くなり、厚みの薄いランドでは、ランドの上端面とマスクの開口の上端との距離が長くなる。マスクの開口にはんだを注入すると、ランドの上端面には、ランドの上端面とマスクの開口の上端との距離と等しい厚みのはんだが印刷される。したがって、ランドの厚みによって、ランドの上端面に印刷するはんだの厚みを調整することできる。このはんだ印刷方法によれば、マスクを変形させる必要がなく、隣り合うランド間の間隔がランドの上端面に印刷するはんだの厚みによって制限されない。高密度に配置されているランド群の上端面にはんだを印刷することができる。

上記のはんだ印刷方法は、最も薄いランドの厚みとレジスト膜の厚みの関係に、特に制約されない。最も薄いランドでもレジスト膜よりも厚い場合、全部のランドがレジスト膜の表面上に突出する。マスクのすべての開口がランドの挿入を許容するものであれば、上記の印刷方法を実施することができる。
最も薄いランドの厚みとレジスト膜の膜厚がほぼ等しいことがある。この場合、最も薄いランドはレジスト膜の表面上に突出しておらず、ランドの挿入を許容する開口を設ける必要はない。厚みが最も薄いランドに対応する開口を、対応するランドの上端面の周縁をマスクが被覆するサイズと形状とすることができる。
この構成によれば、薄いランドの上端面に印刷されたはんだが、ランドの上端面から漏れだすことを防止することができる。

本発明で実現された基板は、表面に厚みの異なる複数のランドが形成されており、ランド形成部以外の基板表面が少なくともランドの上端面が露出する膜厚のレジスト膜で覆われており、厚みの薄いランドに厚みの厚いはんだが付着しており、厚みの厚いランドに厚みの薄いはんだが付着していることを特徴とする。
この基板では、ランドの上端面のはんだの厚みが、そのランドにおいて必要とされる厚みに調整されている。そのため、ランドの上端面に電子部品をはんだ付けする際に、ブリッジやサイドボールやはんだ不良等の発生を低減することができる。

本発明で用いるマスクは、基板表面に形成されている複数のランドにはんだを印刷する際に用いる。このマスクは、複数のランドに対応する複数の開口を有しているとともに、マスクをレジスト膜の表面に密着させたときに厚みが最も厚いランドの上端面が前記開口内に留まる厚みを有している。そして、このマスクでは、レジスト膜の表面から突出する部分を持つランドに対応する開口が、対応するランドの挿入を許容するサイズと形状を有しており、レジスト膜の表面から突出する部分を持たないランドに対応する開口が、対応するランドの上端面の周縁をマスクが被覆するサイズと形状を有していることを特徴とする。
このマスクは、上記したはんだ印刷方法に好適に用いることができる。特に、最も薄いランドの厚みとレジスト膜の膜厚がほぼ等しい場合に、好適に用いることができる。

本発明によると、隣り合うランド間の距離が制約されない。厚みの異なるランド群が密集して配置されていても、各ランドの上端面にはんだ印刷することができる。これにより基板の小型化が可能となる。

下記に記載のの実施例の主要な特徴を列記する。
（形態１） レジスト膜の表面から突出する部分を持つランドに対応する開口は、ランドの側面と開口の内周面との間隔が、その全周に亘っておよそ５０μｍとなるサイズと形状で形成されている。
（形態２） はんだを注入する工程は、マスクの上面の一方の端に付与されたはんだペーストを、スキージによってマスクの他方の端まで引き伸ばすことによってなされる。

本発明を具現化した実施例に係るはんだ印刷方法を図面を参照して説明する。まず、本発明のはんだ印刷方法によって、はんだが印刷されるプリント基板を図１，２を参照して説明する。図１は、プリント基板１０の平面図である。図２は、図１のII−II断面図である。図１に示すように、プリント基板１０は、基板部１１とランド部１２を備えている。基板部１１は、矩形状の平板である。基板部１１の表面には、ランド部１２が形成されている。ランド部１２は、上方から見たときのサイズと形状が異なる３種類のランド１４，１６，１８を有している。ランド部１２は、銅等の導電性材料で形成されている。図２に示すように、各ランド１４，１６，１８は、その厚みが異なっている。ランド１６が最も厚く、ランド１８が最も薄い。ランド部１２は、基板部１１の下面に配設された電気配線（図示省略）と接続されている。図３に示すように、プリント基板１０の表面には、レジスト膜２０が形成される。レジスト膜２０は、基板部１１の表面のランド部１２以外の面上に形成されている。各ランド部１２とそれに隣り合うレジスト膜２０との間には、隙間が形成されている。レジスト膜２０の厚みは、ランド１８の厚みと同一である。

次に、プリント基板１０にはんだを印刷する方法を図面を参照して説明する。図４は、はんだ印刷方法の手順を示すフローチャートである。まず、図３に示すプリント基板１０を用意して、はんだを印刷する装置（図示省略）にセットする（ステップＳ１２）。装置にセットされたプリント基板１０のレジスト膜２０の表面にマスク３０を戴置する（ステップＳ１４）。

図５に示すように、マスク３０は、均一な厚みを持つ矩形状の平板である。マスク３０には、開口部３２が形成されている。開口部３２は、マスク３０をプリント基板１０に戴置した状態（図６参照）で、各ランド１４，１６，１８に対応する位置にそれぞれ開口３４，３６，３８が形成されている。開口３４の形状は、ランド１４の上端面の周縁の形状に相似している。開口３４のサイズは、ランド１４の上端面の周縁のサイズよりも大きい。開口３４は、マスク３０がプリント基板１０に戴置された状態で、開口３４の内周面とランド１４の側面との間隔が開口３４の内周面の全周に亘って５０μｍとなるサイズで形成されているが好ましい。なお、開口３４の内周面とランド１４の側面との間隔が５０μｍ以下であってもよい。
開口３６の形状は、ランド１６の上端面の周縁の形状に相似している。開口３６の半径は、ランド１６の上端面の周縁の半径よりも大きい。開口３６の半径は、ランド１６の半径よりも５０μｍだけ長いことが好ましい。なお、開口３６の半径は、ランド１６の半径と比較して、その差が５０μｍ以下であってもよい。
開口３８は、マスク３０がランド１８の上端面の周縁に接触して被覆するサイズと形状を有している。

図６は、図１のII−II断面において、レジスト膜２０の表面にマスク３０が戴置されている状態を示す断面図である。マスク３０は、レジスト膜２０の表面に密着して戴置されている。マスク３０の上面は、最も厚いランド１６の上端面よりも上方に位置している。ランド１６のレジスト膜２０の表面から突出している部分は、開口３６に収容されている。ランド１６の上端面は開口３６の内部に留まっている。ランド１４のレジスト膜２０の表面から突出している部分は、開口３４に収容されている。ランド１４の上端面も開口３４の内部に留まっている。
レジスト膜２０の表面にマスク３０が密着されると、マスク３０の開口部３２にはんだペーストが注入される（ステップＳ１６）。図７に示すように、スキージ５０によってはんだペースト４２をマスク３０の上面の一方の端から他方の端（図７の左端から右端）まで引き伸ばすことによって、開口部３２にはんだペーストを注入する。図８に示すように、開口部３２にはんだが注入されると、ランド部１２の上端面にはんだ４０が付着する。はんだの注入が終了すると、プリント基板１０からマスク３０を取り外して（ステップＳ１８）、はんだ印刷作業を終了する。すると、図９に示すように、ランド部１２の上端面に、厚みの異なるはんだ４０が印刷されている。具体的には、最も厚いランド１６の上端面には、最も薄いはんだ４０が印刷されており、最も薄いランド１８の上端面には、最も厚いはんだ４０が印刷されている。図１０に示すように、はんだが印刷されたプリント基板１０のランド部１２の上端面に電子部品５０がはんだ付けされる。ランド部１２の上端面には、はんだ付けに必要な厚みのはんだが付着している。そのため、電子部品５０をはんだ付けする作業において、はんだの厚みの過不足によるはんだ付けの不良の発生を防止することができる。

上記したはんだ印刷方法では、印刷するはんだの厚みが、各ランド１４，１６，１８の厚みによって調整されている。印刷するはんだの厚みを調整するために、マスクを変形させる必要がない。そのため、ランド１４とランド１６の間隔や、ランド１６とランド１８の間隔を、印刷するはんだの厚みによって調整する必要がない。即ち、印刷するはんだの厚みに因らず、各ランド間の間隔を充分に小さくすることができる。これにより、プリント基板１０を小さくすることができる。
上記したはんだ印刷方法では、一回のはんだ印刷作業によって、厚みの異なるはんだ４０をランド部１２の上端面に印刷することができる。このはんだ印刷方法では、開口部３２に注入されたはんだ４０は、ランド部１２の上端面に達するまで開口部３２の内周面によって案内される。そのため、はんだ４０がランド部１２から漏れでることを防止することができる。
また、ランド１４，１６が開口３４、３６に収容された状態では、開口３４，３６の内周面とランド１４，１６の側面の隙間が、約５０μｍとなる。通常、はんだ印刷方法で用いられるはんだペーストの粒径は、２０〜４０μｍである。さらに、はんだペーストの粘性を考慮すると、５０μｍ程度の隙間に侵入することはない。また、開口３４，３６の内周面とランド１４，１６の側面の隙間は、使用するはんだペーストの粒径やマスク３０をプリント基板１０上に戴置する装置の誤差等によって適宜調整することができる。
また、上記したはんだ印刷方法で用いられるマスク３０は、均一な厚みを持っているため、マスク３０の製作と洗浄を容易に行うことができる。

上記したはんだ印刷方法では、ランド部１２のうち、最も薄いランド１８と同じ厚みのレジスト膜２０を形成している。しかしながら、レジスト膜２０の厚みは、ランド１８の厚みと同一でなくてもよい。図１１に示すように、レジスト膜２０の厚みは、ランド１８の厚みよりも薄くてもよい。マスク３０の開口３６は、マスク３０がランド１８の上端面の周縁を被覆するサイズと形状を持っていてもよい。もしくは、図１２に示すように、開口３２，３４と同様に、ランド１８のレジスト膜２０の表面から突出している部分を挿入することができるサイズと形状を有していてもよい。また、図１３に示すように、レジスト膜２０の厚みは、ランド１８の厚みよりも厚くてもよい。ただし、レジスト膜２０の厚みとランド１８の厚みの差が、はんだペーストが侵入できる最小間隔未満である必要がある。この場合、開口３８は、ランド１８の上端面の周縁を被覆するサイズと形状を有している。図１３では、レジスト膜２０の表面に密着したマスク３０の下面とランド１８の上端面に隙間が形成される。しかしながら、マスク３０の下面とランド１８の上端面に隙間がはんだペーストが侵入する最小間隔未満であるため、ランド１８上からはんだが漏れでることはない。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は、複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

本実施例のはんだ印刷方法で用いられるプリント基板の平面図。 図１のII−II断面図。 レジスト膜が形成されたプリント基板の断面図。 本実施例のはんだ印刷方法の手順を示すフローチャート。 本実施例のはんだ印刷方法で用いられるマスクの平面図。 マスクが戴置されたプリント基板の断面図。 マスクの開口にはんだが注入されているプリント基板の断面図。 マスクの開口にはんだが注入されたプリント基板の断面図。 はんだ印刷方法によってはんだが印刷されたプリント基板の断面図。 電子部品がはんだ付けされたプリント基板の断面図。 本実施例のその他のプリント基板の断面図。 本実施例のその他のプリント基板の断面図。 本実施例のその他のプリント基板の断面図。 はんだ印刷方法の従来技術を示す断面図。 はんだ印刷方法の従来技術を示す断面図。

符号の説明

１０：プリント基板
１１：基板部
１２：ランド部
１４，１６，１８：ランド
２０：レジスト膜
３０：マスク
３２：開口部
３４，３６，３８：開口
４０：はんだ

Claims (4)

1. 基板表面に形成されている複数のランドにはんだを印刷する際に、印刷するはんだの厚みをランドによって調整することができるはんだ印刷方法であって、
   はんだを厚く印刷するランドの厚みを薄く調整し、はんだを薄く印刷するランドの厚みを厚く調整し、ランド形成部以外の基板表面に、少なくともランドの上端面が露出する膜厚のレジスト膜が形成された基板を用意する工程と、
   複数のランドに対応する複数の開口を有しており、マスクをレジスト膜の表面に密着させたときにレジスト膜の表面から突出している部分のランドが前記開口内に収容されるとともに、厚みが最も厚いランドの上端面が前記開口内に留まる厚みのマスクをレジスト膜の表面に密着させる工程と、
   マスクの開口にはんだを注入する工程と、
   を備えているはんだ印刷方法。
2. 前記レジスト膜の厚みを、厚みが最も薄いランドにほぼ等しくし、
   厚みが最も薄いランドに対応する開口を、対応するランドの上端面の周縁をマスクが被覆するサイズと形状とすることを特徴とする請求項１のはんだ印刷方法。
3. 表面に厚みの異なる複数のランドが形成されており、
   ランド形成部以外の基板表面が、少なくともランドの上端面が露出する膜厚のレジスト膜で覆われており、
   厚みの薄いランドに厚みの厚いはんだが付着しており、
   厚みの厚いランドに厚みの薄いはんだが付着していることを特徴とする基板。
4. 基板表面に形成されている複数のランドにはんだを印刷する際に用いるマスクであり、
   複数のランドに対応する複数の開口を有しているとともに、マスクをレジスト膜の表面に密着させたときに厚みが最も厚いランドの上端面が前記開口内に留まる厚みを有しており、
   レジスト膜の表面から突出する部分を持つランドに対応する開口は、対応するランドの挿入を許容するサイズと形状を有しており、
   レジスト膜の表面から突出する部分を持たないランドに対応する開口は、対応するランドの上端面の周縁をマスクが被覆するサイズと形状を有していることを特徴とするマスク。

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