JP2011096875A - 表面実装部品のはんだ印刷方法およびメタルマスク - Google Patents

Abstract

【課題】表面実装部品のリフローはんだ付け工程における、はんだボールの発生を抑制する。すなわち、はんだ印刷工程に用いられるメタルマスクにおいて、部品電極内側端部よりも内側にはんだ付け領域が存在するランドに対して、開口部の一部を削除（狭小）することで、はんだボールの抑制を図るとともに、部品電極下部でのはんだフィレット（バックフィレット）の形成を確保した実装プリント配線板を提供する。
【解決手段】はんだ印刷工程に用いられるメタルマスク５の開口部５−２を、ランド４に対して一部を削除（狭小）することで、表面実装部品のリフローはんだ付け工程におけるはんだボールの抑制を図る。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面実装部品（電子部品）のはんだ付け方法に関し、より詳細には、リフローはんだ付けの前段階で行うプリント配線基板上の実装部品装着部分であるランド（パッド）へのはんだ印刷方法およびそれに用いるメタルマスクに関する。

従来より、表面実装部品をプリント配線基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ、以下ＰＣＢと略す）にリフローにより実装するはんだ付けが行われている。リフローによりはんだ付けを行う工程について図３を参照して説明する。

図３において、先ずＰＣＢのランドに対応させて、はんだ印刷する部分にだけ孔を明けたメタルマスクを用いて、はんだペーストをランドに付着させる（ステップ１０１）。このはんだ付着は通常、後に説明するようにはんだペーストをはんだ印刷することで行う。

続いて、印刷したはんだの上に表面実装部品（チップ部品）をチップマウンターなどで搭載する（ステップ１０２）。そして、表面実装部品が搭載されたＰＣＢを、使用するはんだの融点を超えた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部とＰＣＢのランドとのはんだ付けを行い（ステップ１０３）、工程の終了となる。

次に図４を参照して、はんだペーストをＰＣＢのランド部に印刷する概略工程を説明する。先ず図４（ａ）に示すようにＰＣＢ３の上に表面実装部品の電極部に対応した寸法のランド４が形成されており、それが初期状態となる。次に図４（ｂ）に示すように、ランド４に対してはんだペーストを付着させるために予め定めた大きさ、形状の開口部５−１が設けてあるメタルマスク５をＰＣＢ３（ないしランド４）と接触対向状態とする。その状態を維持したまま、ペースト状のはんだ６をメタルマスク５のＰＣＢ３と反対の面の端部に載せ、印刷スキージ７をメタルマスク５の開口部に向けＰＣＢ上を移動させて（スキージングして）、全ての開口部にペースト状のはんだ６を充填する（図４（ｃ）参照）。

その後、図４（ｄ）の上向き矢印に示すように、メタルマスク５をＰＣＢ３から引き離す（分離する）と、図４（ｅ）に示すように、ＰＣＢ３のランド４にはメタルマスク５の開口部５−１を通過した大きさ、形状のはんだが印刷されて残り、はんだ印刷完了となる。

ここで、図３に示したように、印刷されたはんだ６に対して後工程（ステップ１０２）にて電子部品が搭載された後、リフロー工程（ステップ１０３）で加熱することで、表面実装部品１とＰＣＢ３とのはんだ接合を完了するが、このときのはんだ接続信頼性を確保するためには、表面実装部品１の電極部２の下部へもはんだフィレット（バックフィレット）を形成させることが重要であり、そのためにＰＣＢ３上のランド４の縦横寸法は、図５（ａ）および同図（ｂ）にそれぞれＢ寸法（本発明では表面実装部品１の軸方向であるこの方向を縦方向と定義する）、Ｄ寸法（本発明では表面実装部品１の幅方向であるこの方向を横方向と定義する）として示すように、ランド４と表面実装部品１の電極部２間に適切なはんだフィレットが形成されるように表面実装部品１の電極部２の縦横寸法を超える大きさに設定される。
よって、表面実装部品１の両電極部２、２に対応し組みとなるランド４、４間のＥ寸法は、表面実装部品１の両電極部２、２間の寸法Ａに対して、製造誤差範囲（製造公差範囲）を超えて狭く設定されることが望ましい。

そのような寸法でランド４を設定するなかで、従来この電子部品実装基板製造のはんだ印刷工程においては、メタルマスク５の開口部５−１の寸法は印刷対象物であるＰＣＢ３上のランド４に対して１：１（１００％領域）で開口していた。
つまり、電極部２、２の幅方向である横方向については、ランド４がＤ寸法である場合、メタルマスク５−１の開口部は略同寸法であるＤ’寸法とし、電極部２、２相互間である縦方向については、ランド４がＢ寸法である場合、メタルマスク５−１の開口部は略同寸法であるＢ’寸法としていた。
したがって、表面実装部品１の両電極部２、２に対応したはんだ印刷孔となるメタルマスク開口部５−１、５−１間のＥ寸法は、表面実装部品１の両電極部２、２間の寸法Ａに対して、製造誤差範囲（製造公差範囲）を超えて狭く設定されていた。

しかしながら、前述のようなランド設計に対するメタルマスク５の開口部５−１の設計が１：１で形成された場合、正常にはんだ印刷を実施しても、部品搭載時のはんだのつぶれや、はんだ付け加熱中のはんだのダレが誘因となって、図６（ａ）に示すように余剰はんだ９が溶融はんだ凝集作用により表面実装部品１の中央へ凝集し、同図（ｂ）に示すように、はんだ付け完了後にはんだボール１０として発生してしまい易いという問題があった。

この問題の改善の先行技術としては、特許文献１（特開２００５−３１１３９８号公報）がある。

特許文献１については、図７に示すように、ひとつの表面実装部品１についてのランド４、４のメタルマスク開口部が互いに対向する端部を三角形状としたホームベース形状に設計し、ホームベース形状のはんだ印刷を行うことではんだボールを抑制する方法を開示している。

特開２００５−３１１３９８号公報

しかしながら、特許文献１では、はんだ印刷に鋭角部が存在する為、印刷後のはんだの抜け性が悪くなり、供給量が安定しないことが懸念されるという問題が有った。

本発明は、上記問題に鑑み、はんだ印刷工程に用いられるメタルマスク５において、部品電極内側端部よりも内側にはんだ付け領域が存在するランド４に対して、開口部の一部を削除（狭小）することで、はんだボールの抑制を図るとともに、部品電極下部でのはんだフィレット（バックフィレット）の形成を確保した実装プリント配線板を提供することを目的とする。

本発明の表面実装部品のはんだ印刷方法およびメタルマスクのうち、請求項１に記載した方法は、表面実装部品の電極部をプリント配線基板上のランドにはんだ付けで実装する工程の一部としてのメタルマスクを使ったはんだ印刷工程において、前記表面実装部品それぞれの前記電極部のひと組に対応して設定されるひと組の前記ランド上にはんだ印刷を行う際に、前記ランド上のそれぞれに、前記ランドの互いに対向する辺から前記ランドの互いに対向しない辺側に向けて辺と平行なはんだ印刷しない領域を製造公差の範囲を超えて設定した上で、その他部分をはんだ印刷領域としてはんだ印刷することを特徴とする表面実装部品のはんだ印刷方法である。
また、本発明の表面実装部品のはんだ印刷方法およびメタルマスクのうち、請求項２に記載した方法は、ひと組の前記ランド上の前記はんだ印刷領域の最短距離が、前記表面実装部品の前記電極部の最短距離と略同一寸法である請求項１に記載の表面実装部品のはんだ印刷方法である。
さらに、本発明の表面実装部品のはんだ印刷方法およびメタルマスクのうち、請求項３に記載したメタルマスクは、前記はんだ印刷領域をその開口部寸法として有する請求項２に記載のはんだ印刷方法を行うためのメタルマスクである。

本発明によれば、表面実装部品を用いた実装基板製造のはんだ印刷工程において、ひとつの表面実装部品に対応したひと組のランドについて対向するパッド内側方向の一部にメタルマスク開口領域を設けずに、はんだ印刷することで、はんだ供給領域を制御して、はんだ付け後のはんだボールを抑制するとともに、部品電極下部でのはんだフィレット（バックフィレット）の形成を確保した実装ＰＣＢを提供できるという効果がある。

本発明に係るはんだ印刷方法を説明する図で、（ａ）はその側面図、（ｂ）はその平面図である。 本発明に係るはんだ印刷方法を用いて作成される実装構造体の一実施形態を示す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。 表面実装部品をはんだを用いて実装するための実装方法の一例を示すフローチャートである。 従来のはんだ印刷工程を示す図である。 従来のはんだ印刷を行う際に使用するメタルマスク開口部形状とＰＣＢのランド形状の関係を説明するための図で、（ａ）はその側面図、（ｂ）はその平面図である。 表面実装部品のはんだ付け工程で問題となる「はんだボール」発生を説明する図である。 特許文献１に開示された「はんだボール」発生抑制策の一案を示す参考図である。

以下、図面を参照して、本発明を説明する。

図１は、表面実装部品１の電極部２に対応してＰＣＢ３に適切に設けられたランド（パッド）４に対して、本発明のはんだ印刷方法によってはんだ６が印刷された状態と、本発明のはんだ印刷を行うためのメタルマスク５、及びその開口部５−２を示したもので、本発明はこの表面実装部品１のはんだ印刷方法およびメタルマスク９に係るものである。

図１（ａ）は、従来のはんだ印刷寸法を説明した図５（ａ）に対応させて本発明に係るはんだ印刷を示したものである。前述のように図５（ａ）に示す従来のはんだ印刷では、ひと組のパッド４、４の方向（前述のとおり本発明では、表面実装部品１の縦方向と定義）の寸法Ｂに対して、はんだ印刷されるメタルマスク５の開口部寸法は、略同一の寸法Ｂとしていたが、本発明に係るはんだ印刷では図１（ａ）に示すように、従来例と設計的には同一寸法のパッド寸法Ｂに対し、互いに対向するパッド４、４の辺から、対向しない辺（外側）に向けて、平行にそれぞれのパッド４、４上にはんだ印刷しない領域８、８を設けている。このはんだ印刷しない領域８、８は、従来のようにランド４、４に対して１００％領域を印刷する場合において生じる可能性のある製造公差範囲内のはんだ印刷されない領域を超えて設定される。
はんだ印刷しない領域８は、図１（ｂ）に示すように、表面実装部品１縦方向のパッド寸法Ｂに対して行うだけで、表面実装部品の幅方向に対しては行わない。

さらには、パッド４、４の対向する辺から対向しない辺に向けて設けるはんだ印刷しない領域８の寸法を、表面実装部品１の電極間最短寸法Ａと略同一の寸法Ａ’とすると、リフロー工程におけるはんだボール発生を抑制し、リフロー工程完了後のはんだ溶融状態を図２（ａ）に示すように、はんだ６がパッド４上に全体に拡散するとともに、図２（ｂ）に示すように、実装部品１の電極部２、２とパッド４、４間に適切なはんだフィレットが形成された実装構造体１１とすることができる。

よって、はんだ付着（印刷）工程におけるメタルマスク５を、従来の開口部５−１寸法のものから、図１（ａ）に示す本発明のように、ひと組のパッド４、４が対向する辺間は表面実装部品１の電極部２の最短寸法Ａと略同一のＡ’寸法とし、パッド４、４が対向しない辺および表面実装部品１の電極部２、２の幅方向については、それぞれのパッド辺と略同一とした開口部５−２寸法のものに置き換えて図３に示す実装方法を行うことで、はんだボール１０の発生を抑制し表面実装部品１の電極部２の下部へもはんだフィレットが形成された良好な実装構造体１１を得ることができる。

本発明は、表面実装部品のはんだ付け方法に関し、より詳細には、リフローはんだ付けの前段階で行われるプリント配線板の実装部品装着部へのはんだ印刷方法およびそのためのメタルマスク開口部寸法として利用可能である。

１ 表面実装部品（チップ部品）
２ 電極部
３ ＰＣＢ（プリント配線基板）
４ ランド（パッド）
５ メタルマスク
５−１ 開口部
５−２ 開口部
６ はんだ
７ 印刷スキージ
８ はんだ印刷しない領域
９ 余剰はんだ
１０ はんだボール
１１ 実装構造体
１０１ 〜 １０３ ステップ

Claims (3)

1. 表面実装部品の電極部をプリント配線基板上のランドにはんだ付けで実装する工程の一部としてのメタルマスクを使ったはんだ印刷工程において、
   前記表面実装部品それぞれの前記電極部のひと組に対応して設定されるひと組の前記ランド上にはんだ印刷を行う際に、前記ランド上のそれぞれに、前記ランドの互いに対向する辺から前記ランドの互いに対向しない辺側に向けて辺と平行なはんだ印刷しない領域を製造公差の範囲を超えて設定した上で、その他部分をはんだ印刷領域としてはんだ印刷することを特徴とする表面実装部品のはんだ印刷方法。
2. ひと組の前記ランド上の前記はんだ印刷領域の最短距離が、前記表面実装部品の前記電極部の最短距離と略同一寸法である請求項１に記載の表面実装部品のはんだ印刷方法。
3. 前記はんだ印刷領域をその開口部寸法として有する請求項２に記載のはんだ印刷方法を行うためのメタルマスク。

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