JP2014138040A - はんだペーストの塗布構造 - Google Patents

Abstract

【課題】一対のランドに各々はんだペーストを塗布した塗布構造を用いて電子部品を一対のランドに接合する際に、セルフアライメント効果を損なうことなく、はんだボールの発生を抑制できるようにする。
【解決手段】基板４の実装面４ａに間隔をあけて形成された一対のランド５Ａ，５Ｂに各々はんだペースト１Ａ，１Ｂを塗布したはんだペースト１の塗布構造であって、各はんだペースト１Ａ，１Ｂの平面輪郭が該はんだペースト１Ａ，１Ｂの周縁から内側に窪む凹部７を有すると共に、一対のはんだペースト１Ａ，１Ｂの前記凹部７が互いに対向し、前記はんだペースト１Ａ，１Ｂが塗布される前記ランド５Ａ，５Ｂの塗布面６が、前記凹部７に囲まれて前記はんだペースト１Ａ，１Ｂが溶融した際に流れ込む流入領域６ａを有するはんだペースト１の塗布構造を提供する。
【選択図】図１

Description

この発明は、はんだペーストの塗布構造に関する。

従来より、例えば特許文献１のように、一対の電極を備える表面実装用の電子部品（例えばセラミックコンデンサ等）を基板に実装する際には、はじめに、基板の実装面に形成された一対のランド（ソルダランド）全体に印刷等によりはんだペーストを塗布した上で、電子部品の各電極が各ランド上のはんだペーストに接触するように電子部品を基板上に配置する。その後、リフロー工程を実施することで、電子部品が基板にはんだ付け（接合）される。

特許文献１には、各ランドの平面輪郭に凹入部を形成し、凹入部が相反する向きに位置するように一対のランドを配列した構成が開示されており、この構成によって、セルフアライメント効果の向上を図っている。なお、セルフアライメント効果とは、電子部品を基板上に配置した状態において電子部品が一対のランドに対して多少ずれていても、リフロー工程においてはんだペーストが溶融することで、この溶融はんだの表面張力によって電子部品が引っ張られて位置補正される効果である。

特開２００３−２３４５６７号公報

しかしながら、上記従来の構成では、例えば図８，９に示すように、リフロー工程において電子部品２を基板４にはんだ付けする際には、溶融はんだが一対のランド１０５，１０５間に飛散し、飛散した溶融はんだは一対のランド１０５，１０５間において「はんだボール１００」として基板４上に残る。特に、図示例のように一対のランド１０５，１０５及びこれに塗布されるはんだペースト１０１が平面視矩形状に形成され、一対のはんだペースト１０１，１０１の辺同士が対向している場合には、一対のランド１０５，１０５間に飛散する溶融はんだの飛散量が多くなるため、一対のランド１０５，１０５間においてはんだボール１００が結合し、一対のランド１０５，１０５がはんだによって電気接続されてしまう虞がある。

本発明は、上述した事情に鑑みたものであって、リフロー工程におけるセルフアライメント効果を損なうことなく、はんだボールの発生を抑制できるはんだペーストの塗布構造を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明のはんだペーストの塗布構造は、基板の実装面に間隔をあけて形成された一対のランドに各々はんだペーストを塗布したはんだペーストの塗布構造であって、各はんだペーストの平面輪郭が該はんだペーストの周縁から内側に窪む凹部を有すると共に、一対のはんだペーストの前記凹部が互いに対向し、前記はんだペーストが塗布される前記ランドの塗布面が、前記凹部に囲まれて前記はんだペーストが溶融した際に流れ込む流入領域を有することを特徴とする。

そして、前記はんだペーストの塗布構造では、前記ランドの前記流入領域に、前記ランドの塗布面から該ランドの厚さ方向に窪むと共に前記一対のランドの配列方向に延びる流入溝が形成されていると好ましい。

また、前記はんだペーストの塗布構造では、一対の前記ランドの前記流入領域のうち互いに対向する部分に、互いに離れる方向に窪む窪み部が形成されると共に、窪み部の底部から互いに近づく方向に突出する突起部が形成されているとよい。

さらに、前記はんだペーストの塗布構造では、一対の前記はんだペーストの前記平面輪郭が、前記凹部の両側部から前記実装面に沿って前記一対のランドの配列方向に直交する方向に延びる直線部を有するとよい。

また、前記はんだペーストの塗布構造では、各はんだペーストの平面輪郭の角部が丸みを帯びているとよい。

本発明によれば、リフロー工程におけるセルフアライメント効果を損なうことなく、はんだボールの発生を抑制することができる。

本発明の第一実施形態に係るはんだペーストの塗布構造を示す概略平面図である。 図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。 図１のＣ−Ｃ矢視断面図である。 図１〜３に示すはんだペーストの塗布構造において得られるセルフアライメント効果を説明する概略平面図である。 図１〜３に示すはんだペーストの塗布構造を利用して電子部品を基板にはんだ付けした状態を示す概略断面図である。 本発明の第二実施形態に係るはんだペーストの塗布構造を示しており、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）に示すランドの斜視図である。 本発明の第三実施形態に係るはんだペーストの塗布構造を示す概略平面図である。 従来のはんだペースト構造の一例を示す概略平面図である。 図８のＤ−Ｄ矢視断面図である。

〔第一実施形態〕
以下、図１〜５を参照して本発明の第一実施形態について説明する。
図１〜３に示すように、この実施形態に係るはんだペースト１の塗布構造は、両端に電極３Ａ，３Ｂを備える表面実装用の電子部品２（例えばセラミックコンデンサ）を基板４に実装するための構造であり、基板４の実装面４ａに間隔をあけて形成された一対のランド５Ａ，５Ｂに、各々はんだペースト１（１Ａ，１Ｂ）を塗布して構成されている。
本実施形態では、各ランド５Ａ，５Ｂが平面視矩形状に形成されている。また、平面視した一対のランド５Ａ，５Ｂの一辺は、互いに平行するように対向している。

はんだペースト１Ａ，１Ｂは、各ランド５Ａ，５Ｂの塗布面６に塗布されている。そして、各はんだペースト１Ａ，１Ｂの平面輪郭は、はんだペースト１Ａ，１Ｂの周縁から内側に窪む凹部７を有している。一対のはんだペースト１Ａ，１Ｂの凹部７は互いに対向している。
本実施形態では、各はんだペースト１Ａ，１Ｂが平面視矩形状に形成された上で、前述した凹部７が平面視した各はんだペースト１Ａ，１Ｂの一辺の中央部分に形成されている。言い換えれば、本実施形態では、各はんだペースト１Ａ，１Ｂの平面輪郭が、凹部７の両側部から基板４の実装面４ａに沿って、一対のランド５Ａ，５Ｂの配列方向（Ｘ軸方向）に直交する方向（各ランド５Ａ，５Ｂの幅方向・Ｙ軸方向）に延びる直線部８を有する。

また、本実施形態では、はんだペースト１Ａ，１Ｂの平面輪郭の角部が丸みを帯びている。図示例では、平面視矩形状とされたはんだペースト１Ａ，１Ｂの四つの角部、凹部７と直線部８との各角部、及び、凹部７内の角部が、それぞれ丸みを帯びている。
さらに、本実施形態では、平面視矩形状に形成されたはんだペースト１Ａ，１Ｂの各辺が、ランド５Ａ，５Ｂの各辺に平行している。
以上のようにはんだペースト１Ａ，１Ｂが各ランド５Ａ，５Ｂの塗布面６に塗布された状態では、各ランド５Ａ，５Ｂの塗布面６が、はんだペースト１Ａ，１Ｂの凹部７に囲まれてはんだペースト１Ａ，１Ｂが溶融した際に流れ込む流入領域６ａを有する。

以上のように構成されるはんだペースト１の塗布構造を利用して、電子部品２を基板４に実装する際には、図１〜３あるいは図４に示すように、電子部品２の一対の電極３Ａ，３Ｂが一対のはんだペースト１Ａ，１Ｂに接触するように電子部品２を基板４上に配した上で、はんだペースト１Ａ，１Ｂを溶かすリフロー工程を実施すればよい。
なお、リフロー工程においては、溶融した各はんだペースト１Ａ，１Ｂ（溶融はんだ）が各ランド５Ａ，５Ｂの塗布面６の流入領域６ａに流れ込む。また、リフロー工程においては、溶融はんだは各電極３Ａ，３Ｂの下面９ａや側面９ｂに濡れ広がるため、リフロー工程後に冷却すると、例えば図５に示すように、各電極３Ａ，３Ｂの下面９ａ及び側面９ｂが各はんだフィレット１０Ａ，１０Ｂを介して各ランド５Ａ，５Ｂに接合されることになる。

以下、上述した実装方法の作用についてさらに具体的に説明する。
電子部品２を基板４上に配した状態において、例えば図１〜３に示すように、電子部品２が一対のはんだペースト１Ａ，１Ｂに対して正しい位置（電子部品２が実装されるべき位置）に配されている場合には、電子部品２の各電極３Ａ，３Ｂが各はんだペースト１Ａ，１Ｂの凹部７（流入領域６ａ）上に重なる。その後、リフロー工程を実施すると、溶融はんだが各ランド５Ａ，５Ｂの流入領域６ａに流れ込むため、電子部品２の各電極３Ａ，３Ｂの下面９ａと各ランド５Ａ，５Ｂとの間にはんだフィレット１０Ａ，１０Ｂを良好に形成することができる（図５参照）。

さらに、図５のように、はんだフィレット１０Ａ，１０Ｂが電子部品２の各電極３Ａ，３Ｂと各ランド５Ａ，５Ｂとの間において良好に形成されることに伴い、各電極３Ａ，３Ｂと各ランド５Ａ，５Ｂとの間において外部に露出するはんだフィレット１０Ａ，１０Ｂの表面が、表面張力によってはんだフィレット１０Ａ，１０Ｂの内方に湾曲した形状（バックフィレット１１Ａ，１１Ｂ）を呈する。このバックフィレット１１Ａ，１１Ｂが形成されることで、はんだフィレット１０Ａ，１０Ｂによる各電極３Ａ，３Ｂと各ランド５Ａ，５Ｂとの接合強度が向上する。

また、本実施形態の塗布構造では、電子部品２を基板４上に配した状態において、例えば図４に示すように、電子部品２が一対のはんだペースト１Ａ，１Ｂに対して一対のランド５Ａ，５Ｂの配列方向（Ｘ軸方向）や各ランド５Ａ，５Ｂの幅方向（Ｙ軸方向）にずれている場合でも、一対の電極３Ａ，３Ｂを一対のランド５Ａ，５Ｂに接触させることができる。したがって、リフロー工程において溶融はんだが各ランド５Ａ，５Ｂの流入領域６ａに流れ込む（例えば矢印Ａ１，Ａ２で示す方向に流れ込む）ことで、セルフアライメント効果を得ることができ、電子部品２を正しい位置（図１参照）に配することができる。

特に、本実施形態の塗布構造では、リフロー工程において溶融はんだが各ランド５Ａ，５Ｂの流入領域６ａに流れ込むことで、各ランド５Ａ，５Ｂの幅方向（Ｙ軸方向）内側に向かう強い流れ（図４において矢印Ａ１で示す流れ）が生じるため、各ランド５Ａ，５Ｂの幅方向（Ｙ軸方向）のセルフアライメント効果の向上を図ることができる。
なお、上記のように電子部品２がずれて配されても、前述したように電子部品２の各電極３Ａ，３Ｂと各ランド５Ａ，５Ｂとの間にはんだフィレット１０Ａ，１０Ｂを良好に形成することができる（図５参照）。

そして、本実施形態のはんだペースト１の塗布構造では、各はんだペースト１Ａ，１Ｂが凹部７を有することで、一対のはんだペースト１Ａ，１Ｂのうち相互に対向する部分の量が少なくなるため、リフロー工程において一対のランド５Ａ，５Ｂ間に飛散する溶融はんだの量を抑制できる。すなわち、一対のランド５Ａ，５Ｂ間にはんだボール（図８，９参照）が発生することを抑えて、一対のランド５Ａ，５Ｂがはんだによって電気接続されてしまうことを防止できる。
以上のことから、本実施形態のはんだペースト１の塗布構造によれば、リフロー工程におけるセルフアライメント効果を損なうことなく、はんだボールの発生を抑制することができる。

また、本実施形態の塗布構造によれば、各はんだペースト１Ａ，１Ｂの平面輪郭が、凹部７の両側部から各ランド５Ａ，５Ｂの幅方向（Ｙ軸方向）に延びる直線部８を有するため、電子部品２を基板４上に配した状態で一対のはんだペースト１Ａ，１Ｂに対する一対の電極３Ａ，３ＢのＹ軸方向へのずれ量が大きくても、確実に各電極３Ａ，３Ｂを各はんだペースト１Ａ，１Ｂに接触させることができる。すなわち、直線部８が無い場合（例えば平面視円形のはんだペーストに凹部７を形成した場合）と比較して、セルフアライメント効果をより確実に得ることができる。

また、本実施形態の塗布構造では、角部が丸みを帯びているはんだペースト１を各ランド５Ａ，５Ｂ上に形成しているため、例えスクリーン印刷であってもはんだペースト１を高い精度で各ランド５Ａ，５Ｂ上に形成できる。
具体的に説明すれば、スクリーン印刷によりはんだペースト１を各ランド５Ａ，５Ｂ上に形成する際には、はんだペースト１の平面視形状に対応する開口部を有するマスク（不図示）を基板４上に配した上で、マスクの開口部に充填されるようにはんだペースト１を塗布し、最後に、マスクを基板４から剥がす。
ここで、はんだペースト１の角部（マスク開口部の角部）が尖っている場合には、マスクを基板４から剥がす際に、はんだペースト１の一部がマスク開口部の角部に残ってしまい、各ランド５Ａ，５Ｂ上におけるはんだペースト１の形状が損なわれる。これに対し、本実施形態では、はんだペースト１の角部（マスク開口部の角部）が丸みを帯びているため、マスクを基板４から剥がす際にはんだペースト１がマスク開口部の角部に残ることを防止できるため、はんだペースト１の形状を高い精度で保つことができる。

〔第二実施形態〕
次に、図６を参照して本発明の第二実施形態について説明する。
この実施形態では、第一実施形態の塗布構造と比較して、ランドの形状のみが異なっており、その他の構成については、第一実施形態と同様である。本実施形態では、第一実施形態と同様の構成については同一符号を付す等して、その説明を省略する。

図６に示すように、本実施形態の塗布構造では、第一実施形態と同様に、各ランド１５Ａ，１５Ｂが平面視矩形状に形成され、一対のランド１５Ａ，１５Ｂの一辺が互いに平行するように対向している。また、各ランド１５Ａ，１５Ｂには、凹部７を有するはんだペースト１Ａ，１Ｂが形成されており、これによって、各ランド１５Ａ，１５Ｂの塗布面１６が、はんだペースト１Ａ，１Ｂの凹部７に囲まれてはんだペースト１Ａ，１Ｂが溶融した際に流れ込む流入領域１６ａを有する。
そして、本実施形態では、各ランド１５Ａ，１５Ｂの流入領域に、ランド１５Ａ，１５Ｂの塗布面１６からランド１５Ａ，１５Ｂの厚さ方向（Ｚ軸負方向）に窪むと共に一対のランド１５Ａ，１５Ｂの配列方向（Ｘ軸方向）に延びる流入溝１７が形成されている。

なお、図示例では、流入溝１７の延在方向（Ｘ軸方向）の端部が、各ランド１５Ａ，１５Ｂの周縁のうち互いに対向する部分（一辺）に開口しているが、例えば開口していなくてもよい。
また、流入溝１７の平面視形状は、図示例のものに限らず、例えば流入溝１７の平面輪郭がはんだペースト１Ａ，１Ｂの凹部７に沿う形状とされてもよい。言い換えれば、流入溝１７は、例えば各ランド１５Ａ，１５Ｂの流入領域１６ａ全体に形成されてもよい。

以上のように構成される本実施形態の塗布構造を利用して、電子部品２を基板４に実装する際には、第一実施形態の場合と同様に、電子部品２を基板４上に配した上で、はんだペースト１Ａ，１Ｂを溶かすリフロー工程を実施すればよい。
そして、リフロー工程においては、溶融はんだが各ランド１５Ａ，１５Ｂの流入領域に流れ込み、さらに、流入溝１７に流れ込むため、各ランド１５Ａ，１５Ｂの幅方向（Ｙ軸方向）内側に向かう流れがさらに促進される。また、流入溝１７に流れ込んだ溶融はんだは、流入溝１７の延在方向（Ｘ軸方向）のうち凹部７の開口側（一対のランド１５Ａ，１５Ｂの内側）に向けて流れる。

したがって、本実施形態の塗布構造によれば、第一実施形態と同様の効果を奏するだけではなく、セルフアライメント効果の向上をさらに図ることができる。また、電子部品２の各電極３Ａ，３Ｂと各ランド１５Ａ，１５Ｂとの間のはんだフィレット１０Ａ，１０Ｂ（図５参照）もさらに良好に形成することができる。

〔第三実施形態〕
次に、図７を参照して本発明の第三実施形態について説明する。
この実施形態では、第一、第二実施形態の塗布構造と比較して、ランドの形状のみが異なっており、その他の構成については、第一実施形態と同様である。本実施形態では、第一実施形態と同様の構成については同一符号を付す等して、その説明を省略する。

図７に示すように、本実施形態の塗布構造では、各ランド２５Ａ，２５Ｂの塗布面２６に、第一実施形態と同様のはんだペースト１Ａ，１Ｂが形成されており、これによって、各ランド２５Ａ，２５Ｂの塗布面２６が、はんだペースト１Ａ，１Ｂの凹部７に囲まれてはんだペースト１Ａ，１Ｂが溶融した際に流れ込む流入領域２６ａを有する。
そして、本実施形態では、一対のランド２５Ａ，２５Ｂの流入領域２６ａのうち互いに対向する部分に、実装面４ａに沿って互いに離れる方向に窪む窪み部２７が形成されると共に、窪み部２７の底部から互いに近づく方向に突出する突起部２８が形成されている。

さらに、本実施形態では、一対のランド２５Ａ，２５Ｂが平面視矩形状に形成されると共に、窪み部２７が一対のランド２５Ａ，２５Ｂのうち互いに平行するように対向する一辺の中央部分から窪んで形成されている。すなわち、突起部２８を除く本実施形態のランド２５Ａ，２５Ｂの平面輪郭の形状は、凹部７を有するはんだペースト１Ａ，１Ｂの平面輪郭と比較して、一回り大きい相似形状となっている。ただし、窪み部２７は、図７のように凹部７の底部と窪み部２７の底部とが間隔をあけて位置するように形成されることが好ましい。

また、突起部２８の突出方向の先端は、例えば窪み部２７の開口から外側に突出するように位置してもよいが、図７のように窪み部２７の開口に一致するように位置している、あるいは、窪み部２７の開口よりも内側に位置していると好ましい。
なお、図７のように突起部２８の突出方向の先端が窪み部２７の開口に一致するように位置する構成は、各ランド２５Ａ，２５Ｂの周縁から内側に窪む凹所２９を二つ形成した構成と等しい。この場合、二つの凹所２９，２９の間に位置する各ランド２５Ａ，２５Ｂの部分が前述した突起部２８に対応する。

以上のように構成される本実施形態の塗布構造を利用して、電子部品２を基板４に実装する際には、第一実施形態の場合と同様に、電子部品２を基板４上に配した上で、はんだペースト１Ａ，１Ｂを溶かすリフロー工程を実施すればよい。そして、リフロー工程においては、溶融はんだが各ランド２５Ａ，２５Ｂの流入領域２６ａに流れ込んだ後、さらに、突起部２８の突出方向（一対のランド２５Ａ，２５Ｂの内側）に流れる。
したがって、本実施形態の塗布構造によれば、第一実施形態と同様の効果を奏するだけではなく、電子部品２のセルフアライメント効果の向上をさらに図ることができる。また、電子部品２の各電極３Ａ，３Ｂと各ランド２５Ａ，２５Ｂとの間のはんだフィレット１０Ａ，１０Ｂ（図５参照）もさらに良好に形成することができる。

また、本実施形態の塗布構造では、各はんだペースト１Ａ，１Ｂの凹部７の底部と各ランド２５Ａ，２５Ｂの窪み部２７の底部とが間隔をあけて位置することで、リフロー工程において溶融はんだが流れ込む流入領域２６ａの大きさを十分に確保できる。このため、溶融はんだが各ランド１５Ａ，１５Ｂの幅方向（Ｙ軸方向）内側に向かう流れを十分に得ることができる。したがって、各ランド１５Ａ，１５Ｂに窪み部２７及び突起部２８が形成されていても、各ランド１５Ａ，１５Ｂの幅方向（Ｙ軸方向）のセルフアライメント効果の向上を図ることができる。

なお、上述した第三実施形態の構成は、前述した第二実施形態の構成にも適用可能である。例えば、図６に示す第二実施形態の流入溝１７は、図７に示す突起部２８に形成されてもよい。

以上、実施形態により本発明の詳細を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、各はんだペースト１Ａ，１Ｂの平面視形状は、上記実施形態のものに限らず、少なくとも凹部７を有していれば、例えば円形、三角形等の任意の平面視形状に形成されてよい。特に、各はんだペースト１Ａ，１Ｂの平面輪郭のうち相反する部分（一対のはんだペースト１Ａ，１Ｂの外側部分）は、リフロー工程において電子部品２が一対のランド５Ａ，５Ｂ（１５Ａ，１５Ｂ、２５Ａ，２５Ｂ）の一方において立ち上がる現象（マンハッタン現象、ツームストーン現象）が発生しないようにはんだペースト１Ａ，１Ｂの量が調整されていれば、任意の形状となっていてよい。

ただし、セルフアライメント効果の向上を特に考慮する場合には、はんだペースト１Ａ，１Ｂの平面輪郭は、上記実施形態のように凹部７の両側部からＹ軸方向に延びる直線部８を有することが好ましい。

また、各ランド５Ａ，５Ｂ（１５Ａ，１５Ｂ、２５Ａ，２５Ｂ）の平面視形状も、はんだペースト１Ａ，１Ｂの場合と同様に、上記実施形態のものに限らず、例えば円形、三角形等の任意の平面視形状に形成されてよい。
さらに、ランド５Ａ，５Ｂ（１５Ａ，１５Ｂ、２５Ａ，２５Ｂ）及びはんだペースト１Ａ，１Ｂは、上記実施形態のように互いに相似する平面視形状に形成されることに限らず、例えば互いに異なる平面視形状に形成されてもよい。

１，１Ａ，１Ｂ はんだペースト
２ 電子部品
３Ａ，３Ｂ 電極
４ 基板
４ａ 実装面
５Ａ，５Ｂ，１５Ａ，１５Ｂ，２５Ａ，２５Ｂ ランド
６，１６，２６ 塗布面
６ａ，１６ａ，２６ａ 流入領域
７ 凹部
１７ 流入溝
２７ 窪み部
２８ 突起部

Claims (5)

1. 基板の実装面に間隔をあけて形成された一対のランドに各々はんだペーストを塗布したはんだペーストの塗布構造であって、
   各はんだペーストの平面輪郭が該はんだペーストの周縁から内側に窪む凹部を有すると共に、一対のはんだペーストの前記凹部が互いに対向し、
   前記はんだペーストが塗布される前記ランドの塗布面が、前記凹部に囲まれて前記はんだペーストが溶融した際に流れ込む流入領域を有することを特徴とするはんだペーストの塗布構造。
2. 前記ランドの前記流入領域に、前記ランドの塗布面から該ランドの厚さ方向に窪むと共に前記一対のランドの配列方向に延びる流入溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のはんだペーストの塗布構造。
3. 一対の前記ランドの前記流入領域のうち互いに対向する部分に、互いに離れる方向に窪む窪み部が形成されると共に、窪み部の底部から互いに近づく方向に突出する突起部が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のはんだペーストの塗布構造。
4. 一対の前記はんだペーストの前記平面輪郭が、前記凹部の両側部から前記実装面に沿って前記一対のランドの配列方向に直交する方向に延びる直線部を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のはんだペーストの塗布構造。
5. 各はんだペーストの平面輪郭の角部が丸みを帯びていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のはんだペーストの塗布構造。

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