JP2018006465A - プリント配線板の製造方法、及びスクリーン印刷用マスク - Google Patents

Abstract

【課題】ボイドを低減すると共に、実装不良を抑制する。
【解決手段】基板１１の一面に等間隔に配列された複数のランド１２を形成する。複数のランド１２にはんだペースト１５を塗布する際、夫々、ランド１２の一部と、ランド１２の外側に跨る様にはんだペースト１５を塗布する。複数のランド１２に対応する位置に電子部品１６の電極１７を合わせて、はんだペースト１５に電子部品１６を載せる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント配線板の製造方法、及びスクリーン印刷用マスクに関するものである。

電子部品を基板に実装する工法として、表面実装技術（ＳＭＴ：Surface Mount Technology）がある。ＳＭＴでは、基板上にはんだペーストを印刷し、その上に部品を載せてから熱を加えてはんだ付けを行なう。実装面積を縮小し、高密度実装を可能にするための表面実装部品のパッケージとして、ＬＧＡ（Land Grid Array）や、ＢＧＡ（Ball Grid Array）といった形態がある。このパッケージはパッケージの周囲にピンがなく、はんだボールを電極とするため、はんだ量が多く、はんだ付けの際に、一般的なチップ部品と比較してボイドが発生しやすい。特許文献１では、はんだペーストを基板上の電極パッドからずらして印刷し、はんだ溶融時の濡れ性を利用したセルフアライメントによって、はんだを電極パッドに流動させることで、ボイドを低減することを提案している。

特開２０１５−１１８９８８号公報

はんだペーストを正規の位置からずらして印刷し、部品も正規の位置からずらしてはんだペーストの上に載せると、ボイドは低減できても、部品が正規の位置まで戻らずに実装不良になる可能性がある。
本発明の課題は、ボイドを低減すると共に、実装不良を抑制することである。

本発明の一態様に係るプリント配線板の製造方法は、複数のランドが形成された基板に対し、はんだペーストを複数あるランドの各々についてランドの一部と、ランドの外側に跨る様に塗布する工程と、複数のランドの各々の中心と、複数のランドの各々に対応した電子部品の電極の中心が重なる様に、はんだペースト上に電子部品を載せる工程と、を含む。

本発明によれば、ランドの一部と、ランドの外側に跨る様に塗布したはんだペーストは、溶融するとセルフアライメントによってランド上へと流動することになり、この流動によってボイドを排出することができる。

プリント配線板の製造方法を示す断面図である。 基板及びマスクの平面図である。 基板及びマスクの平面図である。 ボイド低減の効果を説明するグラフである。 比較例１におけるプリント配線板の製造方法を示す断面図である。 比較例１における基板及びマスクの平面図である。 比較例１における基板及びマスクの平面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図面は模式的なものであって、現実のものとは異なる場合がある。また、以下の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであり、構成を下記のものに特定するものでない。すなわち、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

《第１実施形態》
《構成》
図１は、プリント配線板の製造方法を示す断面図である。
図２及び図３は、基板及びマスクの平面図である。
先ず、図１の（ａ）に示すように、基板１１の上面に、導体からなり、等間隔に配列された複数のランド１２を形成する。図２の（ａ）は、基板全体からＢＧＡやＬＧＡ部品が実装される部分だけを示した基板１１である。基板１１は平面視で正方形であり、ランド１２は円形である。ランド１２は、行方向（横）及び列方向（縦）の双方に、距離Ｄｐの間隔で、等間隔に配列されている。

次に、基板１１にはんだペースト１５を塗布する工程について説明する。まず、図１の（ｂ）に示すように、ランド１２の上面に、スクリーン印刷用のマスク１３を載せる。マスク１３は、図２（ｂ）に示す様に、複数のランド１２の各々に対応する位置に対してマスク１３の中心Ｐから外側に向けてずらした位置に、複数の開口部１４を備える。ランド１２の位置は点線で示している。開口部１４はランド１２と同一形状である。具体的には、マスク１３の中心Ｐを通過し基板１１を縦に分割する線Ｌｘまたは、横に分割するＬｙに隔てられた一対の開口部だけが、距離Ｄ１の間隔（第一の間隔）で設けられ、それ以外の開口部が、距離Ｄ１よりも小さく、且つ距離Ｄｐと等しい距離Ｄ２の間隔（第二の間隔）で等間隔に設けられている。なお、図示を伴う実施例としてはＬｘ及びＬｙの各々にで、隔てられた一対の開口部の間の距離が、それ以外より大きいと規定しているが、これに限ることなく、ＬｘまたはＬｙのどちらか一方について上記距離関係になっていても同様な効果が得られる。
また、複数の開口部１４の縦一列毎にその中心を通る仮想線は線Ｌｙと平行であり、また、横一列毎にその中心を通る仮想線は線Ｌｘと平行となっている。

図３の（ａ）は、基板１１上にあるランド１２の上面にマスク１３を載せた状態の平面図である。開口部１４は、ランド１２に対応する正規の位置からずらしてあるため、開口部１４には、ランド１２、及び基板１１が見えている。
はんだペースト１５を基板１１上に塗布する工程について説明する。まず、図示しない印刷機のスキージを使い、マスク１３の開口部１４を介して、はんだペースト１５を塗布してから（スクリーン印刷）、図１（ｃ）に示すように、マスク１３を基板１１上から離す。はんだペースト１５は、各ランド１２の一部と、各ランド１２の夫々の外側に跨る様に塗布される。すなわち一つの開口部１４から供給されるはんだペーストのうち、一部がランド１２の上面に塗布され、残りが基板１１の上面に塗布される。図３の（ｂ）は、マスク１３を基板１１上から離した状態の平面図である。はんだペースト１５を、ランド１２に対応する正規の位置からずらして塗布してあるため、ランド１２の一部が見えている。

次にはんだペースト１５の塗布工程に続く電子部品の実装工程について説明する。図１の（ｄ）に示すように、複数のランド１２の各々の中心と、複数のランド１２の各々に対応した電子部品１６の各電極１７の中心が重なるように、はんだペースト１５の上に電子部品１６を載せる。
次に、リフローによってはんだペースト１５を溶融させる。溶融したはんだ１８は、図１の（ｅ）に示すように、セルフアライメントによって正規の位置へと流動することにより、各ランド１２と電子部品１６の各電極１７とが接合される。
上記がプリント配線基板の製造方法である。

《作用効果》
次に、実施形態の作用効果について説明する。
先ず、ボイド１９が発生するメカニズムについて説明する。
リフローに先立ち基板、はんだペースト、電子部品等を予備加熱するプリヒート、及びリフロー時には、はんだペースト１５に含まれるフラックス等が気化し、ガスが発生する。気化したガスは、体積が膨張するため、溶融したはんだ１８から排出されるものもあるが、溶融時間やはんだ形状によっては排出しきれないものもあり、この排出しきれなかったガスがボイド１９となる。

ボイド１９が発生しやすい条件は、溶融時間が短い、はんだ付けの面積が大きい、気化したガスが排出されにくい形状である、セルフアライメントがしにくい等がある。気化したガスが排出されにくい形状とは、ＬＧＡ（Land Grid Array）や、ＢＧＡ（Ball Grid Array）のように、電子部品の電極が高密度に配置されていたり、各はんだの上下が部品や基板で覆われている形状である。

次に、ボイド１９を排出できるメカニズムについて説明する。
溶融したはんだ１８は、ランド１２及び電極１７に引き寄せられ流動する。この流動時に、溶融したはんだ１８が撹拌され、気化したガスが溶融したはんだ１８の空気に触れる表面から排出されるため、ボイド１９の滞留が抑制される。従って、溶融したはんだ１８の空気に触れる表面の面積が大きくなる程、ガスの排出が促進され、ボイド１９は減少する。

本発明の実施形態では、前述の通り、はんだペースト１５をランド１２と電極１７とずらした位置に塗布する。その後、加熱によって溶融したはんだ１８は、まずランド１２又は電極１７のいずれかに引き寄せられる。このときの溶融したはんだ１８の状態を横方向から観測すると、加熱前には矩形状であったものが、引き寄せにより平行四辺形状に引き伸ばされる。これによりはんだ１８の空気に触れる表面の面積が大きくなり、気化したガスの排出が促進される。

次に、電子部品１６に作用する力について説明する。
はんだペースト１５は、複数あるランド１２の各々の中心から基板１１の中心Ｐからランド１２の中心を通る仮想線上に、中心Ｐから離れる方向に向けてずらしてある。続いて加熱によって溶融したはんだ１８は、まず電子部品１６の電極１７に引き寄せられ伸ばされる。このはんだ１８を引き寄せる力の反作用として電子部品１６にははんだ１８側に引き寄せられる力が発生する。しかし、この電子部品１６に作用する力は、基板１１の中心Ｐを境にした他方側の対称な位置にある電極１７に発生する同様な力と相殺することになり、電子部品１６が移動することを抑制できる。したがって、電子部品１６は複数のランド１２に対応する位置に留まるため、実装不良を抑制することができる。

図４は、ボイド低減の効果を説明するグラフである。
ここでは、１１８ピンのＬＧＡを使用し、ランド１２を１.５ｍｍピッチとしている。そして、ずらし量（シフト量）を０ｍｍにした場合、ボイド１９の含有率は約２０％程度であった。一方、ずらし量を縦方向及び横方向の双方に０.２ｍｍずつにした場合、ボイド１９の含有率は約５％程度まで低減した。また、ずらし量を行方向及び列方向の双方に０.３ｍｍずつにした場合、ボイド１９の含有率は約２.５％程度まで低減した。また、ずらし量を行方向及び列方向の双方に０.４ｍｍずつにした場合、ボイド１９の含有率は約２.５％程度のままであった。なお、接合強度、及び信頼性の観点に基づき、ボイドの含有率は、最大３５％以下にする必要があり、推奨は１０％以下、目標は５％以下である。

次に、比較例につて説明する。
［比較例１］
図５は、比較例１におけるプリント配線板の製造方法を示す断面図である。
図６及び図７は、比較例１における基板及びマスクの平面図である。
ここでは、上記の実施形態と異なる点のみを説明し、共通する部分については説明を省略する。この比較例１では、複数のランド１２に対応する正規の位置に、はんだペースト１５を塗布する場合を示している。先ず、図６（ａ）に示すように、ランド１２は距離Ｄｐの間隔で等間隔に配列されており、図６（ｂ）に示すように、開口部１４も距離Ｄｐの間隔で等間隔に配列されており、全てランド１２に対応する位置に配列されている。

したがって、ランド１２の上面にマスク１３を載せると、図７の（ａ）に示すように、開口部１４からランド１２だけが見えている。この状態で、はんだペースト１５を塗布してからマスク１３を剥離すると、図７の（ｂ）に示すように、ランド１２ははんだペースト１５に覆われている。このように、複数のランド１２に対応する正規の位置から、ずらすことなくはんだペースト１５を塗布すると、リフロー時に溶融したはんだ１８の側面の面積が本発明と比較し少なくなり、気化したガスの排出が十分に行われず、図５の（ｅ）に示すように、ボイド１９の含有率が上昇してしまう。

以上、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく実施形態の改変は、当業者にとって自明のことである。

１１ 基板
１２ ランド
１３ マスク
１４ 開口部
１５ はんだペースト
１６ 電子部品
１７ 電極
１８ 溶融したはんだ
１９ ボイド

Claims (2)

1. 複数のランドが形成された基板に対し、はんだペーストを複数あるランドの各々について前記ランドの一部と、前記ランドの外側に跨る様に塗布する工程と、
   前記複数のランドの各々の中心と、前記複数のランドの各々に対応した電子部品の電極の中心が重なる様に、前記はんだペースト上に前記電子部品を載せる工程と、を含むことを特徴とするプリント配線板の製造方法。
2. はんだペーストを塗布するために使用されるスクリーン印刷用マスクであって、
   予め定めた間隔で配列された複数の開口部を備え、
   前記複数の開口部は、 配列の中心を境に隔てられた一対の開口部だけが、第一の間隔で設けられ、前記一対の開口部以外の開口部が、前記第一の間隔よりも小さな第二の間隔で等間隔に設けられることを特徴とするスクリーン印刷用マスク。

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