JP2020035848A - プリント配線板及びソルダーレジストの形成方法 - Google Patents

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Kenichi Saito
賢一 齋藤
久志 齋藤
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久志 齋藤
敦 北井
Atsushi Kitai
敦 北井
正裕 沖野
Masahiro Okino
正裕 沖野
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Abstract

【目的】電子部品の接合不良を生じさせることなく、ソルダーレジストの多層化による耐湿性及び絶縁性の向上を図ることが可能なプリント配線板及びソルダーレジストの形成方法を提供することを目的とする。【構成】本発明においては、基板表面における複数の部品パッド各々の形成領域を除く領域を覆うようにソルダーレジストを形成するにあたり、複数の部品パッドのうちで単一の電子部品の2つの外部接続端子との接合用に設けられている、互いに隣接する2つの部品パッド間に形成されているソルダーレジストの膜厚を、当該部品パッド間以外の領域に形成されているソルダーレジストの膜厚よりも薄くする。【選択図】図2

Description

本発明は、電子部品が実装されるプリント配線板、特にソルダーレジストが形成されたプリント配線板、及びソルダーレジストの形成方法に関するものである。
プリント配線板の表面には、半田付けが不要となる領域、例えば電子部品が半田付けされる部品パッドを除く領域にソルダーレジストが塗布されている。
また、近年、ソルダーレジストを2度塗りしてソルダーレジストの膜を2層化したプリント配線板が提案されている(例えば、特許文献1参照)。このプリント配線板では、2度塗りにより、2つのソルダーレジスト膜の各々に形成されるピンホール同士がずれることを利用して、耐湿性及び絶縁性を高めている。
特開平3−230594号公報
ところで、上記したようなソルダーレジストの2度塗りによると、形成後のソルダーレジストの膜厚が部品パッドの高さよりも厚くなる場合がある。
図1Aは、ソルダーレジストが2度塗りされた従来のプリント配線板の一部を示す断面図である。
図1Aにおいて、基板11の表面には、電子部品の配線を担う配線パターンとしての銅パターン12、及び電子部品の外部接続端子が接合される部品パッド13a及び13bが形成されている。尚、部品パッド13a及び13bは、1つの電子部品に設けられている2つの外部接続端子に夫々接合されるパッドである。
更に、基板11の表面上において、部品パッド13a及び13bを夫々囲む領域ARa及びARbを除く領域を覆うように、第1のソルダーレジスト膜14が形成されており、第1のソルダーレジスト膜14上に第2のソルダーレジスト膜15が積層されている。
尚、図1Aに示すように、ソルダーレジスト膜14及び15からなるソルダーレジストの膜厚h0は、部品パッド13a及び13bにおける基板11の表面からの高さh1よりも厚い。よって、部品パッド13a及び13bに接合される電子部品が、例えばチップ部品、或いはパッケージ底面に外部接続端子が形成されている半導体ICである場合には、以下のような問題が生じる。例えば、図1Bに示すように、部品パッド13a及び13bにチップ部品20を接合する場合、その外部接続端子Taが部品パッド13aに半田付けされ、外部接続端子Tbが部品パッド13bに半田付けされる。
すなわち、先ず、部品パッド13a及び13bの上面に、クリーム半田をソルダーレジスト膜15の上面より高い位置まで塗布する。次に、部品パッド13a及び13bの上方からチップ部品20を基板11の方向に向けて押し込む。この際、部品パッド13a及び13b間には、当該部品パッド13a及び13bの高さよりも膜厚が厚いソルダーレジスト膜15が存在する。よって、チップ部品20はソルダーレジスト膜15の上面の位置で留まる。そして、クリーム半田を熔解することで、図1Bに示すように、熔解した半田SDによって部品パッド13a(13b)と外部接続端子Ta(Tb)とが接合される。
ところで、ソルダーレジスト膜15の膜厚h0は、部品パッド13a(13b)の高さh1に比べて厚い。よって、チップ部品20の外部接続端子Ta(Tb)と部品パッド13a(13b)との間には、図1Bに示すように(h0−h1)の隙間GAができる。この隙間GAにより、外部接続端子Ta(Tb)及び部品パッド13a(13b)間には、良好な接合性が保証される適正な膜厚よりも厚いクリーム半田の膜が形成される。
しかし、クリーム半田が熔解することによる体積の減少により、ソルダーレジスト膜15にチップ部品20が沈み込むのが妨げられ、外部接続端子Ta(Tb)と部品パッド13a(13b)の間の半田SDの膜厚が適正な膜厚よりも薄くなり、半田の接合不良が生じる虞があった。
また、前述したようにチップ部品20を基板11の方向に向けて押し込む際に、部品パッド13a及び13b間のソルダーレジスト膜15の上面にチップ部品20の底面が当たり、水平バランスを崩した状態でチップ部品20が固定される場合がある。この際、部品パッド13a及び13bの各々に留まるクリーム半田の膜厚に差が生じるので、半田の接合不良が生じる虞がある。また、最悪の場合、チップ部品20が、いわゆるチップ立ちした状態で実装される虞があった。
そこで、本発明は、電子部品の接合不良を生じさせることなく、ソルダーレジスタの多層化による耐湿性及び絶縁性の向上を図ることが可能なプリント配線板及びソルダーレジストの形成方法を提供することを目的とする。
本発明に係るプリント配線板は、電子部品が実装されるプリント配線板であって、基板と、前記基板の表面に設けられている複数の部品パッドと、前記基板の表面における前記複数の部品パッド各々の形成領域を除く領域を覆うように形成されているソルダーレジストと、を有し、前記複数の部品パッドは、各々が前記電子部品の2つ以上の外部接続端子の各々と接合するように設けられている一組の部品パッドを含み、前記一組の部品パッドのうちの隣接する2つの部品パッドの間の領域であるパッド間領域に形成されている前記ソルダーレジストの膜厚が、前記パッド間領域以外の領域に形成されている前記ソルダーレジストの膜厚よりも薄い。
また、本発明に係るソルダーレジストの形成方法は、 電子部品の外部接続端子を接合するための複数の部品パッドが形成されている基板にソルダーレジストを形成するソルダーレジストの形成方法であって、前記基板の表面において前記複数の部品パッド各々の形成領域を除く領域を覆うようにソルダーレジストを形成するソルダーレジスト形成工程と、前記複数の部品パッドのうちで、各々が前記電子部品の2つ以上の外部接続端子の各々と接合するように設けられている一組の部品パッドのうちの隣接する2つの部品パッドの間の領域であるパッド間領域に形成されている前記ソルダーレジストの膜厚を、前記パッド間領域以外の領域に形成されている前記ソルダーレジストの膜厚よりも薄くする調整工程と、を含む。
本発明に係るプリント配線板では、単一の電子部品の2つの外部接続端子を接合する為に設けられている互いに隣接する2つの部品パッド間に形成されているソルダーレジストの膜厚が、それ以外の領域に形成されているソルダーレジストの膜厚よりも薄い。
よって、電子部品の実装工程において、電子部品をクリーム半田を介して部品パッドに押し込む際に、この電子部品の底面が部品パッド間に形成されているソルダーレジストに当たることを防ぐことができる。これにより、電子部品の水平バランスを崩すことなく、当該電子部品を確実に実装することが可能となる。
更に、電子部品をクリーム半田を介して押し込んだ際に、電子部品の外部接続端子と、部品パッドとの間の間隔を狭めることができるので、クリーム半田の熔解後に半田の体積が減少しても、外部接続端子の表面の広い範囲に半田を行きわたらせることが可能となる。
よって、本発明に係るプリント配線板によれば、電子部品の接合不良を生じさせることなく、ソルダーレジストの多層化による耐湿性及び絶縁性の向上を図ることが可能となる。
ソルダーレジストが2度塗りされた従来のプリント配線板を示す断面図である。 電子部品を実装した従来のプリント配線板の断面図である。 本発明に係るプリント配線板100の断面図である。 プリント配線板100の基板21の表面の上方からソルダーレジスト除去領域AQを眺めた平面図である。 ソルダーレジストの形成方法及び電子部品の実装方法を示す製造フロー図である。 第1のソルダーレジスト塗布工程でのプリント配線板100の断面模式図である。 第1のマスク露光工程でのプリント配線板100の断面模式図である。 第1の現像工程でのプリント配線板100の断面模式図である。 第2のソルダーレジスト塗布工程でのプリント配線板100の断面模式図である。 第2のマスク露光工程でのプリント配線板100の断面模式図である。 第2の現像工程でのプリント配線板100の断面模式図である。 クリーム半田塗布工程でのプリント配線板100の断面模式図である。 部品実装工程でのプリント配線板100の断面模式図である。 半田溶解工程でのプリント配線板100の断面模式図である。 本発明に係るプリント配線板100の他の断面を表す断面図である。
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
図2は、本発明に係るプリント配線板100の断面を示す断面図である。
図2において、プリント配線板100の土台としての基板21は、例えばフェノール、エポキシなどの絶縁材料から構成されている。
基板21の表面には、電子部品の配線を担う配線パターンとしての銅パターン22、部品パッド23a及び23bを含む複数の部品パッドが形成されている。また、基板21には、当該基板21の表面から裏面に貫通してビア24が形成されている。
基板21の表面に設けられている複数の部品パッドは、実装される電子部品のうちの1の電子部品の2つ以上の外部接続端子の各々と接合するように設けられている一組の部品パッドを含む。
尚、図2に示される2つの部品パッド23a及び23bは、この一組の部品パッドのうちの互いに隣接する部品パッドである。また、部品パッド23a及び23bは、外部接続端子が接合された場合に、部品パッド23a及び23b間の領域がこの外部接続端子を有する電子部品によって覆われるようなパッケージ形状を有する電子部品を接合対象としたパッドである。
更に、基板21の表面には、複数の部品パッド各々の周囲を所定のマージン間隔を隔てて囲む領域を除いた領域を覆う第1のソルダーレジスト膜25が形成されている。例えば図2では、基板21の表面において、部品パッド23aの周囲を囲む領域ARaと、部品パッド23bの周囲を囲む領域ARbとを除いた領域を覆うようにソルダーレジスト膜25が形成されている。
また、ソルダーレジスト膜25上において、上記した領域ARa及びARbと、領域ARa及びARb間の領域と、を含む領域(以下、ソルダーレジスト除去領域AQと称する)を除いた領域に、第2のソルダーレジスト膜26が形成されている。
図3は、基板21の表面の上方、つまり図2に示す白抜き矢印の方向からソルダーレジスト除去領域AQを眺めた平面図である。
図2及び図3に示すように、基板21の表面上におけるソルダーレジスト除去領域AQ内には第2のソルダーレジスト膜26が形成されておらず、第1のソルダーレジスト膜25だけが形成されている。つまり、図2に示すように、部品パッド23aと部品パッド23bとの間の領域であるパッド間領域Apに形成されているソルダーレジストは、ソルダーレジスト膜25だけである。尚、かかるパッド間領域Apに形成されているソルダーレジスト膜25によれば、電子部品を半田付けした際の部品パッド23a及び23b間に生じる半田ブリッジが防止される。
上記した構成により、パッド間領域Apに形成されているソルダーレジスト(25)の膜厚h2は、図2に示すように、2つのソルダーレジストレジスト膜が積層されて構成されたソルダーレジスト(25、26)の膜厚h0よりも薄い。
以下に、ソルダーレジストの形成方法及び電子部品の実装方法について、図4に示す製造フロー及び図5〜図13に示す断面模式図に沿って説明する。尚、図5〜図13に示す断面模式図では、プリント配線板100の両面の内で、部品パッド23a及び23bが形成されている面のみを抜粋して、各工程(S1〜S9)での状態を模式的に表す。
先ず、配線を担う銅パターン22、部品パッド23a及び23b、ビア24が形成されている基板21の表面に液状のソルダーレジストを乗せ、これを図5に示すようにスキージSJで伸ばしながら加圧することで、第1のソルダーレジストSR1を塗布する(ステップS1)。
次に、図6に示すように、基板21の表面において、部品パッド23a及び23bの上面の領域のみをマスクする露光用フィルムPFを用いて、紫外線による露光を行う(ステップS2)。これにより、部品パッド23a及び23bの上面を除く領域に形成されているソルダーレジストSR1が硬化する。尚、硬化した箇所では、ソルダーレジストSR1の膜厚が時間経過につれ薄くなる。
次に、アルカリ性水溶液等によってソルダーレジストSR1を溶解する、いわゆる現像を行う(ステップS3)。これにより、部品パッド23a及び23bの上面に塗布されていたソルダーレジストSR1のみが溶解し、図7に示すように、部品パッド23a及び23bの上面が露出する。尚、部品パッド23a及び23bの上面以外の領域に塗布されていたソルダーレジストSR1は、ステップS2の露光処理によって硬化しているので溶解せず、図7に示すように残留する。
次に、部品パッド23a及び23bの上面及びソルダーレジストSR1の上面に液状のソルダーレジストを乗せ、これを図8に示すようにスキージSJで伸ばしながら加圧することで、第2のソルダーレジストSR2を塗布する(ステップS4)。
次に、基板21の表面において、図9に示すように、部品パッド23a及び23bの上面の領域を含むソルダーレジスト除去領域AQのみをマスクする露光用フィルムPFを用いて、紫外線による露光を行う(ステップS5)。これにより、ソルダーレジスト除去領域AQを除く領域のソルダーレジストSR2が硬化する。
次に、アルカリ性水溶液等によってソルダーレジストSR2を溶解する、いわゆる現像を行う(ステップS6)。これにより、ソルダーレジスト除去領域AQに塗布されていたソルダーレジストSR2のみが除去され、図10に示すように、部品パッド23a及び23bの上面が露出する。更に、部品パッド23aと部品パッド23bとの間のパッド間領域Apに存在するソルダーレジストSR1が露出し、これが図10に示すように第1のソルダーレジスト膜25となる。
つまり、ステップS6により、パッド間領域Apに形成されているソルダーレジスト(SR1)の膜厚を、このパッド間領域Ap以外の領域に形成されているソルダーレジスト(SR1、SR2)の膜厚よりも薄くする調整が行われる。かかる調整の結果、パッド間領域Apに残留したソルダーレジストSR1がソルダーレジスト膜25となる。尚、基板21の表面におけるソルダーレジスト除去領域AQ以外の領域に残留したソルダーレジストSR2が、図10に示すように、第2のソルダーレジスト膜26となる。
要するに、先ず、基板21の表面において、複数の部品パッドの各々を除く領域を覆うように第1のソルダーレジスト(SR1)及び第2のソルダーレジスト(SR2)を形成するソルダーレジスト形成工程(S1〜S4)を行う。そして、単一の電子部品の2つ以上の外部接続端子との接合用に設けられている一組の部品パッドのうちの互いに隣接する2つの部品パッド(23a、23b)間の領域(AP)に形成されているソルダーレジストの膜厚を、この領域(AP)以外の領域に形成されているソルダーレジストの膜厚よりも薄くする調整工程(S5、S6)を行う。
これにより、図2に示すように、ソルダーレジスト除去領域AQ以外の領域に形成されているソルダーレジスト(25、26)の膜厚h0よりも、部品パッド23a及び23b間に存在するソルダーレジスト(25)の膜厚h2が薄くなる。よって、図2に示すように、部品パッド23a及び23bの基板表面からの高さh1よりも、部品パッド23a及び23b間に存在するソルダーレジスト(25)の膜厚h2を薄くすることが可能となる。
上記したステップS1〜S6の実行後、引き続き以下の手順で当該プリント配線板100に電子部品の実装を行う。
先ず、図10に示すプリント配線板100の表面を、図11に示すように、部品パッド23a及び23bの上面に対向した領域のみに開口部を有するメタルマスクMMで覆う。そして、このメタルマスクMMの上面にクリーム半田を乗せ、これを図11に示すようにスキージSJで伸ばしながら下方向に加圧する。これにより、図11に示すように、メタルマスクMMの開口部を介して部品パッド23a及び23b各々の上にクリーム半田CSを塗布する(ステップS7)。
次に、図12に示すように、例えばコンデンサ、抵抗器又はインダクタ等をチップ化したチップ部品としての電子部品30を、マウンタMTの先端部で吸着させる。そして、当該電子部品30の外部接続端子Ta及びTbの位置が夫々部品パッド23a及び23bの真上となる位置から、マウンタMTを下方向に移動させる。これにより、電子部品30の外部接続端子Ta及びTbでクリーム半田CSを押し込むことで、電子部品30を実装する(ステップS8)。
次に、クリーム半田CSを溶解し、その後、凝固させることで、図13に示すように、電子部品30の外部接続端子Ta(Tb)と部品パッド23a(23b)とを、凝固した半田SDで接合する(ステップS9)。
以上のように、図5〜図10に示される一連の工程(S1〜S6)を経て製造されたプリント配線板100では、部品パッド23a及び23b間に存在するソルダーレジスト(25)の膜厚h2が、図2に示すように部品パッド23a及び23bの高さh1より薄い。
よって、その後の図11〜図13に示す一連の工程(S7〜S10)による電子部品30の実装では、電子部品30の底面が部品パッド13a及び13b間に存在するソルダーレジスト(25)に当たることが無い。これにより、電子部品30の水平バランスを崩すことなく、当該電子部品を確実にプリント配線板100に実装することが可能となる。
更に、電子部品30の外部接続端子と、部品パッド(13a、13b)との間にクリーム半田を挟んだ状態で、当該外部接続端子及び部品パッド間の距離を狭めることが可能となる。これにより、クリーム半田の熔解後に半田の体積が減少しても、電子部品30の外部接続端子表面の広い範囲に半田を行き渡らせることが可能となるので、電子部品30を確実に接合することができる。
よって、プリント配線板100によれば、電子部品の接合不良を生じさせることなく、ソルダーレジストの多層化による耐湿性及び絶縁性の向上を図ることが可能となる。
尚、図12及び図13では、電子部品30としてチップ部品を用いて、プリント配線板100への実装方法について説明した。しかしながら、電子部品30としては、例えばQFN(Quad For Non-Lead Package)、DFN(Dual Flatpack No-leaded)、LGA(Land Grid Array)、又はSOT(Small Outline Transistor)等のパッケージ形状を有する半導体デバイスであっても良い。要するに、プリント配線板100に実装する電子部品30としては、少なくとも1つの平坦面を有し、当該平坦面上に外部接続端子としての電極パッドが形成されているものであれば良い。
また、上記実施例では、プリント配線板100として、ソルダーレジストを2度塗りして2層化することで、高耐湿性及び高絶縁性を図るものを採用したが、3層以上に多層化したソルダーレジストが形成されたものでも同様に適用可能である。例えば、ソルダーレジスト25を1層又は2層以上のソルダーレジスト膜で形成し、ソルダーレジスト26を1層以上のソルダーレジスト膜で形成するようにしても良い。つまり、図2に示すパッド間領域APに形成されているソルダーレジスト膜の層数が、パッド間領域AP以外の領域に形成されているソルダーレジスト膜の層数よりも少なければ良いのである。
要するに、基板の表面に設けられている複数の部品パッドと、基板表面における複数の部品パッド各々の形成領域を除く領域を覆うように形成されているソルダーレジストと、を有するプリント配線板100としては、以下の構成を採用したものであれば良い。
つまり、複数の部品パッドは、各々が電子部品のうちの1の電子部品(30)の2つ以上の外部接続端子の各々と接合するように設けられている一組の部品パッドを含む。この際、かかる一組の部品パッドのうちの隣接する2つの部品パッド(23a、23b)間のパッド間領域(AP)に形成されているソルダーレジスト(25)の膜厚が、パッド間領域(AP)以外の領域に形成されているソルダーレジスト(25、26)の膜厚よりも薄い。
尚、電子部品を実装した際に当該電子部品の縁部がソルダーレジストと接触しないように、図14に示すように、部品パッド23a及び23bの周囲を囲むソルダーレジスト26の周縁領域SAを除去しても良い。すなわち、当該周縁領域SAでのソルダーレジストの膜厚を、パッド間領域APと同様に薄くしても良い。
21 基板
22 銅パターン
25、26 ソルダーレジスト膜
23a、23b 部品パッド
30 電子部品
100 プリント配線板

Claims (10)

  1. 電子部品が実装されるプリント配線板であって、
    基板と、
    前記基板の表面に設けられている複数の部品パッドと、
    前記基板の表面における前記複数の部品パッド各々の形成領域を除く領域を覆うように形成されているソルダーレジストと、を有し、
    前記複数の部品パッドは、各々が前記電子部品の2つ以上の外部接続端子の各々と接合するように設けられている一組の部品パッドを含み、
    前記一組の部品パッドのうちの隣接する2つの部品パッドの間の領域であるパッド間領域に形成されている前記ソルダーレジストの膜厚が、前記パッド間領域以外の領域に形成されている前記ソルダーレジストの膜厚よりも薄いことを特徴とするプリント配線板。
  2. 前記パッド間領域に形成されている前記ソルダーレジストは、少なくとも1層分のソルダーレジスト膜からなり、
    前記パッド間領域以外に形成されている前記ソルダーレジストは、前記パッド間領域に形成されている前記ソルダーレジストよりも多い数のソルダーレジスト膜が積層されて構成されていることを特徴とする請求項1に記載のプリント配線板。
  3. 前記パッド間領域に形成されている前記ソルダーレジストの膜厚が、前記部品パッドの前記基板の表面からの高さよりも薄いことを特徴とする請求項1又は2に記載のプリント配線板。
  4. 前記2つの部品パッドは、少なくとも1つの平坦面を有し、前記平坦面上に前記外部接続端子としての電極パッドが形成されている部品を前記電子部品として接合する為のパッドであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1に記載のプリント配線板。
  5. 前記2つの部品パッドは、前記外部接続端子が接合された場合に前記パッド間領域が前記電子部品によって覆われるようなパッケージ形状を有する前記電子部品を接合対象としたパッドであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1に記載のプリント配線板。
  6. 前記2つの部品パッドの周囲を囲む前記ソルダーレジストの周縁領域での膜厚を、前記パッド間領域を除く領域に形成されている前記ソルダーレジストの膜厚よりも薄くすることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1に記載のプリント配線板。
  7. 前記電子部品は、コンデンサ、抵抗器又はインダクタをチップ化したチップ部品であることを特徴とする請求項4〜6のいずれか1に記載のプリント配線板。
  8. 前記電子部品は、QFN(Quad For Non-Lead Package)パッケージ、DFN(Dual Flatpack No-leaded)パッケージ、LGA(Land Grid Array)パッケージ、又はSOT(Small Outline Transistor)パッケージを有する半導体デバイスであることを特徴とする請求項4〜6のいずれか1に記載のプリント配線板。
  9. 電子部品の外部接続端子を接合するための複数の部品パッドが形成されている基板にソルダーレジストを形成するソルダーレジストの形成方法であって、
    前記基板の表面において前記複数の部品パッド各々の形成領域を除く領域を覆うようにソルダーレジストを形成するソルダーレジスト形成工程と、
    前記複数の部品パッドのうちで、各々が前記電子部品の2つ以上の外部接続端子の各々と接合するように設けられている一組の部品パッドのうちの隣接する2つの部品パッドの間の領域であるパッド間領域に形成されている前記ソルダーレジストの膜厚を、前記パッド間領域以外の領域に形成されている前記ソルダーレジストの膜厚よりも薄くする調整工程と、を含むことを特徴とするソルダーレジストの形成方法。
  10. 前記ソルダーレジスト形成工程は、
    前記基板の表面において前記複数の部品パッド各々の形成領域を除く領域を覆うように第1のソルダーレジスト膜を形成する第1の形成工程と、
    前記第1のソルダーレジスト膜上に第2のソルダーレジスト膜を形成する第2の形成工程と、を含み、
    前記調整工程では、前記パッド間領域に形成されている前記第2のソルダーレジスト膜を除去することを特徴とする請求項9に記載のソルダーレジストの形成方法。
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