JP2009194205A

JP2009194205A - プリント配線板及びはんだ付け方法

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Publication number: JP2009194205A
Application number: JP2008034402A
Authority: JP
Inventors: Makoto Ito; 真伊藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2009-08-27

Abstract

【課題】リフロー工程で信頼性の高いはんだの接合を得るためにはんだ量を増やしたときにマンハッタン現象が発生するのを防ぐ。
【解決手段】プリント配線板１は、電子部品２の端子部２ａをはんだ接合するための複数のランド１０を有する。各ランド１０は、はんだフィレットを形成するはんだ保持部１１及びはんだ誘導部１２を備え、はんだ誘導部１２は、はんだと合金を形成する領域１２ａと、はんだと合金を形成しない領域１２ｂとで形成される櫛歯形状を有する。ランド１０にクリームはんだ３を印刷し、電子部品２をランド１０の上に搭載し、リフローによりはんだを溶融させると、櫛型のはんだ誘導部１２のはんだがはんだ保持部１１に引き寄せられて、充分な量のはんだフィレットが形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品をリフローはんだ付けによって実装するプリント配線板及びはんだ付け方法に関するものである。詳しくは、プリント配線板のランドに供給したはんだの上に電子部品を搭載し、リフローにより部品端子とランドをはんだ接合するプリント配線板及びはんだ付け方法に関するものである。

電子部品のはんだ付けには、溶融はんだ槽と搬送装置を組み合わせた装置によるフローはんだ付けや、クリームはんだを印刷し搬送装置をもつ高温炉ではんだを溶融するリフローはんだ付け等のはんだ付け方法がある。電子部品の実装形態、接続形状、部品耐熱性等の各種条件から、最適なはんだ付け方法を選定し、これらのはんだ付け技術の組み合わせにより実装は行なわれる。

図１１（ａ）に示すように、電子部品１０２の端子と、プリント配線板１０１上のランド１１０との間のはんだ接合部１０３ａの接合強度は、電子部品１０２の端子の金属部分とランド１１０との間に、充分なはんだ合金組織がむらなく形成されることで得られる。

フローはんだの場合は、金属表面とランド間にはんだ濡れ性があれば電子部品とランド間に容易にはんだ合金組織を形成することができ、充分な強度を得られる。一方、リフローはんだ付けの場合、クリームはんだは、その印刷性を維持するために、はんだ粒子と容積比５０％程度の大量のフラックス成分を含み、そのため、必要となるはんだ体積に対し約２倍量のクリームはんだの供給が必要となる。

そこで、リフローはんだ付けの場合のクリームはんだ供給方法として、特許文献１に開示されたように、ランドより大きな開口部を持つメタルマスクを使ってクリームはんだを印刷して供給はんだを増やす方法が提案されている。

また、特許文献２に開示されたように、異なる形状のメタルマスク２版を組み合わせて、はんだ量の必要な部分にはクリームはんだの厚い印刷をする方法も知られている。さらに、特許文献３には、はんだ量が必要な部分に印刷されたクリームはんだの上に、バルク状のはんだを搭載する方法などが提案されている。

特開平５−１７７９６５号公報特開平５−３０９８１９号公報特開平６−２７５９４４号公報

しかしながら、小さなチップ部品を実装する場合、図１１（ｂ）に示すように、印刷されたクリームはんだ１０３のランド１１０へ凝集する力が小さくなり、ランド１１０上の溶融はんだのつながりが途切れてしまう。そのため、はんだ付けに関わらない孤立したはんだ１０３ｅがランド１１０の外周部にボール状に形成され、回路の短絡などの不具合をもたらす可能性が高くなる。

また、従来技術のようにランドに供給するはんだを直接増やす方法をとると、はんだによる界面張力による部品端子へのモーメントが増加する。そのため、チップがビルのように立ち並んでしまうマンハッタン現象が起こり易くなり、実装不良を多発する可能性がある。

本発明は、はんだ付けに関わらない孤立したはんだがプリントは配線板上にボール状に形成されることとマンハッタン現象を抑制し、はんだ接合に必要なはんだ量を確保できるプリント配線板及びはんだ付け方法を提供することにある。

本発明のプリント配線板は、電子部品をはんだ付けするための複数のランドを有するプリント配線板において、各ランドは、前記電子部品との間にはんだフィレットを形成するはんだ保持部と、前記はんだ保持部の外側から前記はんだ保持部にはんだを誘導するために、前記はんだ保持部の外周部から突出する複数の櫛歯状の突出部を備えたはんだ誘導部と、を有することを特徴とする。

本発明のはんだ付け方法は、プリント配線板の、はんだ保持部及び櫛歯状の突出部を備えたはんだ誘導部を有するランドに、はんだを供給する工程と、前記ランドに対応するように電子部品を配置し、加熱することではんだを溶融させ、前記はんだ誘導部に供給されたはんだを前記はんだ保持部に誘導して、前記はんだ保持部に供給されたはんだとともに前記電子部品と前記はんだ保持部との間にはんだフィレットを形成する工程と、を有することを特徴とする。

はんだ誘導部に供給されたはんだは、加熱によって櫛歯状の突出部を伝ってはんだ保持部に引き寄せられ、はんだ保持部に供給されたはんだとともにはんだフィレットを形成するため、はんだボールの発生を抑えることができる。

マンハッタン現象による実装不良の発生を軽減し、信頼性の高いはんだ付け方法を提供することができる。

本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すように、プリント配線板１に実装される電子部品２は、複数のランド１０に供給されたクリームはんだ（はんだ）３によってプリント配線板１にはんだ付けされる。各ランド１０は、電子部品２の端子部２ａに対向するように配置され、電子部品２の端子部２ａの側面２ｂより外側に広く、はんだフィレットを形成できる大きさを有するはんだ保持部１１と、はんだ保持部１１の外周部に接続されたはんだ誘導部１２を有する。はんだ誘導部１２は、はんだ保持部１１の外周部から突出する複数の櫛歯状の突出部である、はんだと合金を形成する（はんだに対して濡れ性を持つ）領域１２ａと、はんだと合金を形成しない領域１２ｂとを有する。

図１〜３は実施例１を示す。

図１（ａ）に示すように、プリント配線板１に搭載する実装部品である電子部品２は、角型形状のチップ部品である。電子部品２の端子部２ａに対向するはんだ付け用のランド１０は、電子部品２の端子部２ａの側面２ｂより外側に広く、図３に示すはんだフィレット４を形成できる大きさを有するはんだ保持部１１を備える。さらに、ランド１０のはんだ保持部１１に接続させて、はんだと合金を形成する領域１２ａと、はんだと合金を形成しない領域１２ｂが交互に配設されたはんだ誘導部１２を設ける。

不図示の印刷版等を用いて、図１（ｂ）に示すように、ランド１０のはんだ保持部１１とはんだ誘導部１２に一様にクリームはんだ３を供給し、各ランド１０に電子部品２の端子部２ａを対向させて搭載する。

図２（ａ）、（ｂ）は、はんだ誘導部１２のはんだと合金を形成する領域１２ａに供給されたクリームはんだ３と、はんだと合金を形成しない領域１２ｂに供給されたクリームはんだ３をそれぞれ断面で示すものである。

電子部品２が搭載されたプリント配線板１をリフロー加熱すると、ランド１０のはんだ保持部１１にあるクリームはんだ３が溶融し、電子部品２の端子部２ａとこれに対向したランド１０のはんだ保持部１１がクリ−ムはんだ３によりはんだ接合する。また、はんだ誘導部１２にあるクリームはんだ３が溶融すると、はんだと合金を形成する領域１２ａを伝って電子部品２の端子部２ａの垂直な側面２ｂとランド１０のはんだ保持部１１に挟まれた空間に移動する。そして、はんだ保持部１１上のクリームはんだ３とともに、はんだフィレット４（図３参照）を形成する。

ランド１０のはんだ保持部１１に接続されるはんだ誘導部１２は、複数の櫛歯状の突出部であるはんだと合金を形成する領域１２ａと、それらの間のはんだと合金を形成しない領域１２ｂとで形成される。はんだと合金を形成する領域１２ａは、はんだと合金を形成しない領域１２ｂを内包もしくは内接する位置関係にある。

はんだ誘導部１２に供給されたクリ−ムはんだ３は、加熱・溶融されて流動性を増す。そして、はんだと合金を形成しない領域１２ｂの溶融はんだは、界面張力の差により、はんだと合金を形成する領域１２ａに吸い寄せられ、はんだと合金を形成する領域１２ａのはんだとともに、はんだ誘導部１２に接続されたはんだ保持部１１の方へ移動する。この際、印刷により供給されるクリームはんだ３を一様に少なめに設定することで、はんだの接合前にはんだ凝集によりおこるマンハッタン現象を回避することができる。

印刷するはんだ量を減らしたランド１０のはんだ保持部１１に対面した電子部品２の端子部２ａは、リフロー加熱の初期にはんだ保持部１１の上にある少ない量のクリームはんだ３によってはんだ付けされる。前述のように、はんだ誘導部１２のはんだと合金を形成しない領域１２ｂに供給されたクリームはんだ３は、リフローによる加熱で溶融する際、はんだの界面張力の差により、はんだと合金を形成する領域１２ａに吸い寄せられる。はんだと合金を形成する領域１２ａのはんだは、溶融はんだの特性にて、より曲率半径の大きな体積が存在できる場所であるはんだ保持部１１と電子部品２の端子部２ａの側面２ｂに挟まれた空間へ引き寄せられる。

はんだ保持部１１から遠方に供給されたはんだも、櫛型の、はんだと合金を形成する領域１２ａに取り込まれため、プリント配線板上にはんだボールを残留させずに、溶融されたはんだをランド１０のはんだ保持部１１に集めることができる。

はんだ誘導部１２からはんだ保持部１１に流れ込んだ溶融はんだは、はんだ保持部１１と電子部品２の端子部２ａの側面２ｂに挟まれた空間に凝集し、はんだ接合部の断面は、図３に示すような形状になる。このときクリームはんだ３は熱により溶融し、凝集してはんだフィレット４となる。

リフロー加熱によりはんだ誘導部１２からはんだ保持部１１に溶融されたはんだを誘導できるので、電子部品２の端子部２ａの周辺に供給されるクリームはんだ量を少なくすることができ、はんだ溶融初期に発生する可能性が高いマンハッタン現象を抑え、信頼性の高いはんだ付けを行なうことができる。これは、はんだ保持部１１に供給されたはんだにより、はんだ溶融の初期に電子部品２がチップ立ちせず接合され安定した後、はんだ付け部分にはんだ誘導部１２から溶融はんだが移動し凝集することで、はんだ量を確保することができるからである。

このように、従来のクリームはんだの印刷によるはんだ供給法を採用し、リフロー工程でチップ立ちを抑え、はんだボールを発生させずに必要なはんだ量をランドのはんだ保持部に確保し、所望のはんだフィレットを形成することができる。したがって、安価で、信頼性の高いはんだ付けを提供することができる。

なお、この構成でより多くのはんだをランドのはんだ誘導部からはんだ保持部に移動させるためには、はんだ誘導部のはんだと合金を形成する領域の上に残留するはんだを抑制する方法がある。

図４は、実施例１の一変形例を示す。これは、はんだ誘導部１２におけるはんだと合金を形成しない領域１２ｂを、溶融はんだと結合しない樹脂製のソルダーレジスト５で構成する。

図１の構成では、はんだ保持部１１に接続するはんだ誘導部１２の、はんだと合金を形成しない領域１２ｂは感光性ソルダーレジストを用いたフォトリソ技術や、レーザー加工機で形成する方法にて形成される。図４に示すように、はんだ誘導部１２のはんだと合金を形成しない領域１２ｂをソルダーレジスト５で形成すると、リフローによるはんだ溶融時にソルダーレジスト５の溶融はんだをはじく効果で、図１の構成と同様の効果を得ることができる。

図５に示すように、はんだ誘導部２２に、複数の細い線状の突出部であるはんだと合金を形成する領域２２ａを設ける。このときはんだと合金を形成しない領域２２ｂは、プリント配線板１の基材でも、はんだと合金を形成しない樹脂などの材質で構成してもよく、プリント配線板１に被覆するソルダーレジストなどのプリント配線板１の構成部材でもかまわない。

通例、線状のはんだと合金を形成する（溶融はんだに濡れる）領域の上にドーム型に安定して存在できるはんだの高さは、線の幅の１５％程度であるのが経験的に知られている。このことから、はんだ誘導部の面積は同じであっても溶融はんだに濡れる領域のそれぞれの幅を小さくできる線状櫛型の構造は、はんだ誘導部に残存するはんだを抑制でき、図１の構成による効果に加えより多くのはんだをはんだ保持部へ供給できる。

たとえば、２本の突出部を有するはんだ誘導部と１０本の突出部を有するはんだ誘導部の総断面積が同じである場合を比較すると、２本のものは幅がそれぞれ１ｍｍで計２ｍｍ、１０本では、線幅がそれぞれ０．２ｍｍで計２ｍｍと同じ面積になる。この上にドーム型に存在できるはんだの断面は、楕円の面積の半分であるπａｂ÷８で表わすことができる。ここでπは円周率、ａは各線幅、ｂは高さである。

これを２本と１０本の櫛型で比較すると、２本の場合は、π（円周率）×１ｍｍ（線幅）×０．１５ｍｍ（高さ）÷８×２（本数）＝０．１１７８ｍｍ^２となる。１０本の場合、π（円周率）×０．１ｍｍ（線幅）×０．０１５ｍｍ（高さ）÷８×１０（本数）＝０．００５９ｍｍ^２となる。

このように、面積が同じであれば細い線で櫛歯状に構成されたはんだ誘導部に残留するはんだ量は約２０倍の差が生まれるのがわかる。

さらなる効果を得るには、はんだと合金を形成する領域とはんだと合金を形成しない領域の面積比率を変える方法もある。

図６は実施例３を示す。実施例１とは、はんだと合金を形成する領域とはんだと合金を形成しない領域の境界の形状が異なる。

ランド１０が、電子部品２の端子部２ａの側面２ｂより外側に広く、はんだフィレットを形成できる大きさのはんだ保持部１１を有する。これに接続するはんだ誘導部３２のはんだと合金を形成する領域３２ａと、はんだと合金を形成しない領域３２ｂとの境界が、曲線や円弧で構成されている。このときはんだと合金を形成しない領域３２ｂは、プリント配線板１の基材でも、溶融はんだに濡れない樹脂などで構成したソルダーレジストでもよい。

はんだ誘導部３２の、はんだと合金を形成する領域３２ａとはんだと合金を形成しない領域３２ｂとの境界形状を円弧等の角のないなだらかな形状にすることにより、はんだにかかる応力の集中を回避することができる。これにより、実施例１の効果に加えてはんだクラックの発生軽減が期待できる。

したがって、はんだ接合の信頼性をより一層向上させることができる。

図７は実施例４を示す。

本実施例では、はんだ誘導部４２を構成するはんだと合金を形成する領域４２ａの幅が、はんだフィレットを形成するはんだ保持部１１から遠ざかるにつれて徐々に狭くなっている。

はんだと合金を形成しない領域４２ｂは、プリント配線板１の基材でも、溶融はんだに濡れない樹脂よりなるソルダーレジストで構成されてもよい。溶融はんだは安定した形状を得るために、溶融表面の曲率半径の大きい溶融はんだが存在できるほうに移動する性質をもつ。そこで、はんだと合金を形成する領域４２ａのはんだ保持部１１に近い部分を広く、遠い先端部分４２ｃを狭くすることで、リフローにより溶融したはんだを、はんだ保持部１１へスムーズに誘導することができる。

図８は実施例５を示す。プリント配線板に搭載される電子部品２の形状が左右で非対称であれば、それに対応して、実施例１と同様のはんだ保持部１１とはんだ誘導部１２を有するランド１０が電子部品２の端子部２ａの数と配置に合わせて非対称に配置される。

図９は実施例６を示す。これは、複雑な形状をもつ電子部品２に対応するように構成された複数のランド１０を有し、一部のランド１０は、平行な櫛歯状の突出部からなるはんだ誘導部５２を有し、残りのランド１０は、複数方向へのびる櫛型のはんだ誘導部６２を有する。

はんだ誘導部５２，６２は、はんだ保持部１１に対し自由な位置への接続が可能で、複雑な形状の部品に対応して自由な位置に配置することができる。

図１０は実施例７を示す。本実施例は、はんだ保持部１１の外周部に対して複数方向にはんだ誘導部７２を接続する。これにより、より多くのはんだをはんだ保持部１１に供給することができる。

実施例１によるプリント配線板の主要部を示すもので、（ａ）はランドと電子部品の配置を示す平面図、（ｂ）は（ａ）にクリームはんだを供給した状態を示す平面図である。図１の装置の断面を示すもので、（ａ）は図１のＡーＡ線に沿ってとった断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線に沿ってとった断面図である。実施例１においてはんだフィレットを形成した状態を示す断面図である。実施例１の一変形例を示す図である。実施例２によるプリント配線板の主要部を示すもので、（ａ）はランドと電子部品の配置を示す平面図、（ｂ）は（ａ）にクリームはんだを供給した状態を示す平面図である。実施例３によるプリント配線板の主要部を示すもので、（ａ）はランドと電子部品の配置を示す平面図、（ｂ）は（ａ）にクリームはんだを供給した状態を示す平面図である。実施例４によるプリント配線板の主要部を示すもので、（ａ）はランドと電子部品の配置を示す平面図、（ｂ）は（ａ）にクリームはんだを供給した状態を示す平面図である。実施例５によるプリント配線板の主要部を示すもので、（ａ）はランドと電子部品の配置を示す平面図、（ｂ）は（ａ）にクリームはんだを供給した状態を示す平面図である。実施例６によるプリント配線板の主要部を示すもので、（ａ）はランドと電子部品の配置を示す平面図、（ｂ）は（ａ）にクリームはんだを供給した状態を示す平面図である。実施例７によるプリント配線板の主要部を示すもので、（ａ）はランドと電子部品の配置を示す平面図、（ｂ）は（ａ）にクリームはんだを供給した状態を示す平面図である。一従来例を説明する図である。

符号の説明

１プリント配線板
２電子部品
２ａ端子部
３クリームはんだ
４はんだフィレット
５ソルダーレジスト
１０ランド
１１はんだ保持部
１２、２２、３２、４２、５２、６２、７２はんだ誘導部
１２ａ、２２ａ、３２ａ、４２ａはんだと合金を形成する領域
１２ｂ、２２ｂ、３２ｂ、４２ｂはんだと合金を形成しない領域

Claims

電子部品をはんだ付けするための複数のランドを有するプリント配線板において、
各ランドは、
前記電子部品との間にはんだフィレットを形成するはんだ保持部と、
前記はんだ保持部の外側から前記はんだ保持部にはんだを誘導するために、前記はんだ保持部の外周部から突出する複数の櫛歯状の突出部を備えたはんだ誘導部と、を有することを特徴とするプリント配線板。
前記はんだ誘導部の各突出部の幅が、前記はんだ保持部から遠ざかるにつれて狭くなることを特徴とする請求項１記載のプリント配線板。
前記電子部品はチップ部品であることを特徴とする請求項１又は２記載のプリント配線板。
プリント配線板の、はんだ保持部及び櫛歯状の突出部を備えたはんだ誘導部を有するランドに、はんだを供給する工程と、
前記ランドに対応するように電子部品を配置し、加熱することではんだを溶融させ、前記はんだ誘導部に供給されたはんだを前記はんだ保持部に誘導して、前記はんだ保持部に供給されたはんだとともに前記電子部品と前記はんだ保持部との間にはんだフィレットを形成する工程と、を有することを特徴とするはんだ付け方法。