JP2011181663A - はんだ印刷用マスク - Google Patents

Abstract

【課題】 ペースト状のはんだを基板に転写するのに使われるはんだ印刷用マスクに関する。電子部品を基板に実装する際に、電子部品の端子間でのショート欠陥或いはパッドと電子部品との未接合欠陥等を防ぐことを目的としている。
【解決手段】 はんだ印刷用マスクは、複数のパッドが形成された基板にペースト状のはんだを供給するための複数の開口を備えている。開口は全周を囲む筒状部を有していて、筒状部はパッドと対向する面に、他の開口とは独立して設けられているものである。筒状部の外寸法はパッドよりも小さくてもよい。また、筒状部の内寸法はパッドよりも大きくしてもよい。
【選択図】 図１

Description

この発明は、電子部品を基板に実装する際に使われるはんだ印刷用マスクに関する。

最近の電子機器の製造工程では、パッドが形成されたプリント配線板にクリームはんだを印刷し、電子部品を搭載後、クリームはんだを加熱溶融してパッドと電子部品を接合するという手順が踏まれる。クリームはんだをプリント基板に印刷する際、クリームはんだの転写にはんだ印刷用マスクが使われる。クリームはんだが滲んだ状態で塗布された場合、プリント配線板を加熱すると、溶融したクリームはんだは、隣接するパッドの開口部間で互いに接続して、はんだブリッジが形成される。特許文献１が開示するはんだ印刷用マスクは、プリント配線板と対向する面にクリームはんだの滲みを防止するための遮蔽壁が設けられている。遮蔽壁は、プリント配線板側に突出していて、マスク開口部を囲んでいる。

はんだ印刷用マスクに設けられる遮蔽壁の厚さは、ソルダーレジストやシンボルプリント印刷の厚さと同等である。ソルダーレジストやシンボルプリント印刷の厚さと遮蔽壁の高さによりマスクとパッドの間に隙間が発生する。この隙間から、マスクに配置した孔の周囲にクリームはんだが滲み出し、パッド周辺に印刷されたクリームはんだが部分的に凝集して、はんだボールが発生する。加熱によりはんだが溶融した状態では、このはんだボールは流動するので、電子部品の端子間でショート欠陥が発生する。

はんだ印刷用マスクの孔はプリント配線板に配置されたパッドに対応する位置に開口されている。この孔にスキージを用いてクリームはんだを充填しても、孔径が小さくなるとはんだはパッドまで到達しにくくなる。この場合、はんだ転写量不足による電子部品との未接合欠陥が発生する。

特開２００８−１２４２８２

本発明は、以上のような課題を鑑みて考案された。はんだ印刷用マスクを用いて電子部品を基板に実装する際に、パッドと電子部品との未接合欠陥や電子部品の端子間でのショート欠陥等を防ぐことを目的としている。

本発明に係わるはんだ印刷用マスクは、複数のパッドが形成されている基板にペースト状のはんだを供給するための複数の開口を備えたはんだ印刷用マスクであって、開口は全周を囲む筒状部を有していて、筒状部はパッドと対向する面に他の開口とは独立して設けられているものである。

この発明により、充填したクリームはんだはマスクに配置した開口を通してパッドにまで到達するようになる。その結果、クリームはんだの転写不足が解消され、電子部品との未接合欠陥の発生が無くなる。また、クリームはんだの滲みも発生せず、パッド間でのショート欠陥を抑制できる効果が得られる。

本発明の実施の形態１にかかわるプリント配線板とマスクの関係を示す断面図である。 本発明にかかわるパッドと開口の関係を表した図である。 マスクの製造方法を示す断面図である。 マスクの別の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態２にかかわるプリント配線板とマスクの関係を示す断面図である。 本発明の実施の形態３にかかわるプリント配線板とマスクの関係を示す断面図である。

実施の形態１．
図１〜図４に基づいて本発明の実施の形態１を説明する。図１に示す断面図は、はんだ印刷用に使われるマスク１がプリント配線板２０に対向配置されている状態を表している。この状態で、ペースト状のクリームはんだをスキージを用いてプリント配線板２０に印刷する。マスク１は、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３０１といったステンレス等の金属薄板から形成されることが多い。マスク１には、筒状のポスト３を有する開口２が穿設されている。ポスト３は、プリント配線板２０に向かって凸に設けられている。開口２の内寸法は、マスク１の上面（下端）からポスト３の先端まで、マスクの厚さ方向に一定である。

ベース基材４はプリント配線板２０のベースとなる基板材料である。パッド５にはクリームはんだが転写される。パッド５と配線パターン６ａ、６ｂは、リソグラフィで得られ、高さが揃っている。ソルダーレジスト７はベース基材４の特定領域に施される耐熱性被覆材料で、クリームはんだを塗布する際にこの特定領域にはんだが付着しないようにカバーする樹脂である。配線パターン６ａ、６ｂはソルダーレジスト７で被覆されているが、電子部品が接合されるパッド５にはソルダーレジスト７は塗布されていない。ベース基材４には、パッド５、配線パターン６、ソルダーレジスト７、シンボルプリント８が配置されていて、プリント配線板２０を構成している。

シンボルプリント８は、ソルダーレジスト７の上部に、特定の文字をプリント配線板用語で印刷したものである。文字は、部品Ｎｏ、極性、ピンＮｏ等を表していて、プリント配線板２０の最上面に印刷される。クリームはんだ印刷用のマスク１はシンボルプリント８に接触する。シンボルプリント８が無いプリント配線板２０の場合、マスク１はソルダーレジスト７に接するため、ポスト３の高さはソルダーレジスト７の厚さのみにする必要がある。

開口２はマスク１をプリント配線板２０に設定した際、パッド５の上に来るように穿設されている。ポスト３の高さは、ソルダーレジスト７とシンボルプリント８の厚さを加算した厚さ以上とし、少なくともパッド５とポスト３との隙間ははんだの粒子径（例えば２０μｍ）以下にする。これにより、スキージングにより開口２を充満したクリームはんだは、マスク１に配置した開口２から僅かにしか吐出しない場合でも確実にパッド５に接触する。マスク１をプリント配線板２０から離すことで、パッド５上にクリームはんだのパターンを転写できる。一般的にソルダーレジスト７とシンボルプリント８の厚さを加算した厚さは５〜５０μｍであり、ポスト３の高さをこれと同等以上の高さにする。

マスク１とパッド５の間に隙間があると、この隙間から、マスク１に配置した開口２の周囲にクリームはんだが滲み出す。パッド５の周辺に印刷されたクリームはんだは部分的に凝集し、はんだボールを発生させる。加熱によりはんだが溶融した状態になるとこのはんだボールは流動し、電子部品の端子間でショート欠陥が発生する。本実施の形態にかかわるマスクでは、マスク１とパッド５に隙間が生じないので、電子部品の端子間でショート欠陥を防止できる。

開口２の内寸法は、マスク１の上面（下端）からポスト３の先端まで一定であることが好ましい。開口２の内寸法が、マスクの厚さ方向に一定であると、開口２の内側に、突出しているところ或いはへこんでいるところがない。特許文献１のように遮断壁をマスクの開口部から少し内側に後退したところに形成すると、遮断壁ははんだの吹き溜まりとして作用する。クリームはんだを開口に充填する際、この吹き溜まりにはんだが取られるので、はんだとパッドの接触が不十分になる。吹き溜まりに残ったはんだは、拭き取りにくいので清掃が不完全になるが、本願に係わるマスクは、清掃が容易である。

また、開口２に半田が途中で吹き溜まる所がなくなると、マスク１をプリント配線板２０から剥がしたとき、開口２の内側に充填したクリームはんだやポスト３で囲まれたクリームはんだが、途中で、或いはポスト３のエッジで、切れることがなくなり、電子部品との未接合欠陥が減少する。

図２は、実施の形態１〜３に係わる平面図で、ポスト３と、パッド５と、配線パターン６の関係を一枚の図にまとめて提示している。プリント配線板２０の上にマスク１が間隔をあけて配置されている。マスク１には３種類の形態のポスト３が形成されている。上段が実施の形態１に、中段が実施の形態２に、下段が実施の形態３にそれぞれ対応する。プリント配線板２０には図１と同様に配線パターン６ａ、６ｂが設けられている。下段では配線パターン６ａとパッド５の間は引き出し線１４で接続されている。開口２は、マスク１に複数個設けられている。開口２の全周を囲む筒状のポスト３は、周囲のポストおよび開口とは互いに無関係に独立している。独立しているため、隣接する開口部間に設けられる遮断壁とは異なり、隣接する開口と無関係にポスト３の高さ、厚み、形状を設計できる。

実施の形態１に係わるポスト３を配置したマスク１は図３（ａ）〜図３（ｄ）に示す方法で得られる。図３（ａ）はステンレス合金等の金属板９に例えばＣＯ２レーザやエッチング、或いはパンチングやドリル加工で孔１０を形成した状態を表している。その後、図３（ｂ）のようにめっきレジスト１１をフォトリソグラフィで所望の位置に形成し、図３（ｃ）のように金属めっき１２（例えばＮｉ合金）をポスト３が所望の高さになる厚さまでめっきする。その後めっきレジスト１１を剥離除去することで図３（ｄ）に示すポスト３を配置したマスク１が得られる。この方法で得られるマスク１は、開口２の内寸法が先端から下端までマスク１の厚さ方向に一定である。金属板９は金属層１５で片面が被覆され、開口２の内側も金属層１５で被覆され、ポスト３と繋がっている。

図４（ａ）〜図４（ｄ）はマスク１の別の制作方法を示している。図４（ａ）ではステンレス合金等の金属板９にＣＯ２レーザ等で孔１０を形成している。図４（ｂ）のように金属めっき（例えばＮｉ合金）１２をポスト３が所望の高さになる厚さまで全面にめっきする。その後図４（ｃ）のようにエッチングレジスト１３をフォトリソグラフィで所望の位置に形成する。エッチング液（例えば塩化第二鉄）でウェットエッチング後、レジスト１３を剥離除去すれば、図４（ｄ）に示すポスト３を配置したマスク１が得られる。

実施の形態２．
図５は実施の形態２に係わるマスクを示す断面図である。マスク１に設けられているポスト３の内寸法は、パッド５の外寸法よりも大きく取られている。開口２の形状は、ここでは方形であるが、パッド５が円柱状であれば円形にすることができる。実施の形態２に関わるパッドとポストの関係を表すのが、図２の中段に示された平面図である。ポスト３はパッド５の上面に接触するのではなく、パッド５の周辺のベース基材４にまで達している。この場合も実施の形態１と同様の効果が得られる。

実施の形態３．
図６は実施の形態３に係わるマスクを示す図である。配線パターン６ａとパッド５の間は引き出し線１４で接続されている。実施の形態３に関わるパッドとポストの関係を表すのが、図２の下段に示された平面図である。引き出し配線１４の上部にポスト３の先端が接触するように高さを一部変更して切り欠き１５を設けることで実施形態１と同様の効果を奏する。

１ マスク、２ 開口、３ ポスト、４ ベース基材、５ パッド、６ パターン、７ ソルダーレジスト、８ シンボルプリント、９ 金属板、１０ 加工孔、１１ めっきレジスト、１２ 金属めっき、１３ エッチングレジスト、１４ 引き出し配線、１５ 切り欠き、２０ プリント配線板

Claims (8)

1. 複数のパッドが形成されている基板にペースト状のはんだを供給するための複数の開口を備えたはんだ印刷用マスクであって、前記開口は全周を囲む筒状部を有していて、前記筒状部は前記パッドと対向する面に他の開口とは独立して設けられていることを特徴とするはんだ印刷用マスク。
2. 開口の内寸法は厚さ方向に一定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. 筒状部の外寸法はパッドよりも小さい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。
4. 筒状部の内寸法はパッドよりも大きい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。
5. 筒状部の先端が、一部切り欠かれていることを特徴とする請求項４に記載のはんだ印刷用マスク。
6. 筒状部の高さは５ミクロンメートル以上、５０ミクロンメートル以下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。
7. 筒状部の高さは、ソルダーレジストとシンボルプリントの厚さを加算した厚さ以上とし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。
8. 金属板に筒状部を有する複数の開口が形成されてなるはんだ印刷用マスクであって、前記筒状部は前記金属板の片側の面に他の開口とは独立して設けられていて、前記開口の内寸法は前記金属板の厚さ方向に一定であることを特徴とするはんだ印刷用マスク。

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