JP2022096004A - プリント配線基板の製造方法及びプリント配線基板 - Google Patents

プリント配線基板の製造方法及びプリント配線基板 Download PDF

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Abstract

【課題】 高密度実装用に微細加工されたメタルマスクを用いたはんだペーストの塗布工程において、塗布不良の発生を抑えるプリント配線基板を提供する。【解決手段】 プリント配線基板の製造方法であって、導体からなる配線部が形成された基板表面に、配線部のランド及びシンボルマークの領域を非被覆部としてソルダレジスト層を形成するソルダレジスト層形成工程と、シンボルマークの領域に、ソルダレジスト層の厚み以下の絶縁インク層を形成する絶縁インク層形成工程とを含むことを特徴とする。【選択図】図1

Description

本発明は、プリント配線基板の製造方法及びプリント配線基板に関する。
一般的な表面実装型のプリント配線基板は、図8に示すプリント配線基板100のように、基材101の表面に設けられた導体からなる配線部102を覆うようにソルダレジスト層103が形成されている。このソルダレジスト層103は、配線部102の酸化防止や外部環境からの保護、また、電子部品を実装する際に不要な部分へのはんだ付着を防止するために設けられている。ソルダレジスト層103の材質は、通常、プリント配線基板100の反りを抑制するために、硬化後も体積収縮の小さなエポキシ系の樹脂が用いられる。ソルダレジスト層103の形成方法としては、孔版印刷の一種であるスクリーン印刷により形成する印刷法と、感光性を付与した樹脂をプリント配線基板100全面に印刷あるいはフィルム状の感光性樹脂を貼着した後に紫外線で感光させて非感光部分を除去する写真法がある。
また、プリント配線基板100にはシンボルマーク104が設けられている。シンボルマーク104は、実装される電子部品の番号や型格の略号、位置、大きさ、極性などを示す図形、矢印を表している。一般的にシンボルマーク104はソルダレジスト層103の上に非導電性の絶縁インクをシルク印刷やインクジェット印刷等の印刷法により形成される。このようなシンボルマーク104を形成することにより、プリント配線基板100への部品実装及び修理を容易に行うことが可能になる。
プリント配線基板100の表面実装工程では、表面に形成した配線部102の露出部であるランド105(電極)と電子部品の端子とをはんだ付けにより電気的に接続して回路を形成する。ランド105と電子部品の接続は、ランド105の位置が型抜きされたメタルマスクをプリント配線基板の上に載せてはんだペーストを塗布し、塗布したはんだペーストの上に電子部品を載置した後、リフロー炉に入れて加熱してはんだペーストを溶融させ、プリント基板と電子部品を接合させて完了する。
一方、上記プリント配線基板の設計においては、近年、プリント配線基板の小型化が進み、これに伴い電気部品の高密度実装の要求が高まっている。ここで、実装が高密度になるほどソルダレジスト層の上に付されたシンボルマークの形成がプリント配線基板の品質に影響を与えることが分かってきた。
一般的に、形成したシンボルマークの絶縁インク層の膜厚は15μm程度であり、プリント配線基板表面で絶縁インクが付された部分と付されていない部分では、絶縁インク層の膜厚による高低差が生じる。比較的低密度の実装で大型のプリント配線基板では、絶縁インク層の高低差はそれほど問題になることはないが、高密度に微細化されたメタルマスクを用いてはんだペーストを塗布する場合、メタルマスクの開口部202が非常に微小なため、小さな高低差でもはんだペーストの塗布量不足や未塗布を起こす可能性があり、結果的に電子部品の実装信頼性の低下を招くことが分かってきた。
以下に、メタルマスクを用いたはんだペーストの塗布工程において、はんだペーストの塗布量不足が発生する機序の一例を図9に示す。はんだペースト204の塗布は、まず、プリント基板100のランド105に対応する位置に、メタルマスク201の開口部202を合わせてプリント配線基板100の上から密着させる(図9(A))。
次に、メタルマスク201上にはんだペースト204を盛り付け、スキージ205を矢印206の方向に移動してはんだペースト204をメタルマスク201の開口部202に塗り込む(図9(B)、(C))。なお、このメタルマスク201をプリント配線基板100に密着させた状態では、シンボルマーク104が最外層となるため、シンボルマーク104の膜厚分の凸部によりメタルマスク201はソルダレジスト層103と密着することなく、メタルマスク201がシンボルマーク104の最上部の高さに載置されることとなる。
ここで、本来はんだペースト204の塗布量は、ソルダレジスト層103にメタルマスク201が密着することを前提に設定される。しかしながら、図9(B)に示すように、メタルマスク201がソルダレジスト層103に密着しない状態で印刷した場合、開口部202からランド105までの距離が大きくなるため、はんだペースト204がランド105上に十分に塗布されないという問題が発生することがある(図9(C)、(D))。そして、このような状態で電子部品を実装した場合には適正にはんだ付けがなされない場合がある。
このような問題に対して、これまでにシンボルマークがメタルマスクに悪影響を与えないようにするプリント配線基板が提案されている(例えば、特許文献1、2を参照)。
実開昭62-8669号公報 特開2011-119522号公報
特許文献1の提案によると、ソルダレジストをコーティングする際にシンボルマークの形状部分をコーティングせずに抜き文字とし、基材表面を露出させた状態にしている。そして、これによりプリント配線基板表面の突起を低減できるとしている。しかしながら、例えば、基板表面の配線部上にシンボルマークが配置されている場合、配線部が露出するため導体が酸化したり短絡する虞がある。
また、特許文献2の提案によると、ソルダレジストを完全に硬化させない状態で、シンボルマークの凹型を形成するための加圧治具を用いて加圧し、ソルダレジスト上にシンボルマーク形状の陥没を形成させることで、シンボルマークの厚みに起因する問題を回避するとしている。しかしながら、この提案では、シンボルマークの形状の加圧治具を新たに製作する必要があり、また、ソルダレジストの形成工程における硬化状態の管理が煩雑となるため、従来法に比べ製造コストが増大するという問題がある。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、高密度実装用に微細加工されたメタルマスクを用いるはんだペーストの塗布工程において、シンボルマークの膜厚に起因する表面の凸部の発生を低減して、はんだペーストの塗布状態を安定させることができ、電子部品の実装信頼性を向上させることが可能なプリント配線基板の製造方法及びプリント配線基板を提供することを課題とするものである。
本発明によれば、以下に示すプリント配線基板の製造方法及びプリント配線基板が提供される。
第1に、本発明のプリント配線基板の製造方法は、導体からなる配線部が形成された基板表面に、前記配線部のランド及びシンボルマークの領域を非被覆部としてソルダレジスト層を形成するソルダレジスト層形成工程と、
前記シンボルマークの領域に、前記ソルダレジスト層の厚み以下の絶縁インク層を形成する絶縁インク層形成工程とを含むことを特徴とするプリント配線基板の製造方法。
第2に、前記第1の発明のプリント配線基板の製造方法において、前記絶縁インク層をシルク印刷、インクジェット印刷、フォトマスク法のいずれかの方法により形成することが好ましい。
第3に、前記第1又は第2の発明のプリント配線基板の製造方法において、前記ソルダレジスト層をフォトマスク法により形成することが好ましい。
第4に、本発明のプリント配線基板は、導体からなる配線部が形成された基板表面に、前記配線部のランドとシンボルマークの領域を除くソルダレジスト層が形成されており、前記シンボルマークの領域に、前記ソルダレジスト層の厚み以下の絶縁インク層が形成されていることを特徴とする。
第5に、前記第4に記載のプリント配線基板は、電子部品が実装されていることが好ましい。
本発明のプリント配線基板の製造方法によれば、ソルダレジスト層とシンボルマークの絶縁インク層が形成されたプリント配線板において、シンボルマークの絶縁インク層の膜厚に起因する表面凸部を低減できるため、メタルマスクの密着性を向上させることができ、はんだペーストの塗布不良を低減し、歩留まりを改善させることができる。
また、本発明のプリント配線基板によれば、シンボルマークの視認性が良好であるため、電子部品の実装、検査等の作業性を向上させることができる。また、電子部品のはんだ付けが確実に行われるため、信頼性の高いプリント配線基板とすることができる。
本発明のプリント配線基板の製造方法の一実施形態を示した概略説明図である。 本実施形態のプリント配線基板に、シルク印刷法によりシンボルマークを印刷する一連の工程を示す概略説明図である。 本実施形態のプリント配線基板に、インクジェット法によりシンボルマークを印刷する一連の工程を示す概略説明図である。 本実施形態のプリント配線基板に、フォトマスク法によりシンボルマークを印刷する一連の工程を示す概略説明図である。 本発明のプリント配線基板の一実施形態を示した概略断面斜視図である。 本発明のプリント配線基板の表面拡大写真である。 本実施形態のプリント配線基板に、はんだペーストを塗布する一連の工程を示す概略説明図である。 従来法におけるプリント配線基板の一例を示す概略断面図である。 従来法におけるプリント配線基板に、はんだペーストを塗布する一連の工程を示す概略説明図である。
以下、本発明に係るプリント配線基板の製造方法の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
図1は、本発明のプリント配線基板の製造方法の一実施形態を示した概略説明図である。本発明のプリント配線基板10の製造方法は、導体からなる配線部12が形成された基材11表面に、配線部12のランド15及びシンボルマークの領域を非被覆部としてソルダレジスト層13を形成するソルダレジスト層形成工程と、シンボルマークの領域に、ソルダレジスト層13の厚み以下の絶縁インク層14を形成する絶縁インク層形成工程とを含む。なお、本発明で用いるシンボルマークの用語は、文字、図形、模様、符号、標章などを含む広い概念として使用している。
まず、基材11の表面に銅等の導体からなる配線部12を形成する(図1(A))。配線部12の形成は通常公知の方法により行うことができ、具体的には、例えば、配線部12とする銅箔を残す部分にエッチングレジストをシルク印刷し、エッチングによりエッチングレジスト印刷を施した部分以外の銅箔を除去した後、残った部分のエッチングレジストを剥離することにより形成することができる。
(ソルダレジスト層形成工程)
次に、ソルダレジスト層形成工程を行う(図1(B))。ソルダレジスト層13は、パターン間の絶縁とはんだ付け工程で余分な部分にはんだを付着させないために設けるものである。本発明のプリント配線基板10の製造方法におけるソルダレジスト層形成工程では、少なくとも配線部12のランド15とシンボルマークの領域を非被覆部としてソルダレジスト層13を形成する。なお、シンボルマークの領域に配線部12が掛る場合には、ソルダレジスト層形成工程においては、その部分の配線部12が露出した状態となる。
ソルダレジスト層13の形成は、従来公知の方法で形成することができ、例えば、フィルム状ソルダレジストや液状ソルダレジストを用いた方法を例示することができる。フィルム状ソルダレジストを用いた方法は、フィルム状のソルダレジストをラミネーターで基板上に貼り付けることによりソルダレジスト層を成形する方法である。液状ソルダレジストを用いた方法は、液体のソルダレジストをスクリーン印刷やスプレー法等により基板上に塗布し、その後オーブンでソルダレジストを硬化させて成形させる方法である。
(絶縁インク層形成工程)
次に、絶縁インク層形成工程を行う(図1(C))。絶縁インク層形成工程では、ソルダレジスト層13における型抜き状態のシンボルマークの領域に、ソルダレジスト層13の厚み以下の絶縁インク層14を形成する。なお、本発明において、ソルダレジスト層13の厚み以下の絶縁インク層14とは、全ての部分において絶縁インク層14の厚みがソルダレジスト層13の厚み以下という意味ではなく、プリント配線基板10の断面において、絶縁インク層14の高さがソルダレジスト層13高さを越えないという意味である。また、絶縁インク層14の殆どの領域がソルダレジスト層13の厚み以下であって、ソルダレジスト層13とメタルマスクの密着に悪影響を及ぼさない程度の凸部の発生は許容される。
絶縁インク層14の形成方法は、上記条件を満足できる方法であれば特に限定されるものではないが、シルク印刷法、インクジェット印刷法、フォトマスク法のいずれかの方法により形成することが好ましい。
以下に、シルク印刷法、インクジェット印刷法、フォトマスク法の各々により絶縁インク層14を形成する一連の工程を図2~図4を用いて説明する。なお、図2~図4に示すプリント配線基板10に関しては、配線部12とその直下の基材11、ソルダレジスト層13のみを図示しており、その他の構成物であるスルーホールやビアホール、基材11下の他の配線層やパターン等は省略している。
(シルク印刷法)
シルク印刷法を用いた絶縁インク層14の形成工程を図2(A)~(D)に示す。まず、基材11上に配線部12とソルダレジスト層13が形成されたプリント配線基板10上にシルクスクリーン30を密着させ、シルクスクリーン30の開口部33にスキージ35によって絶縁インク14を供給し、直下のプリント配線基板10上にシンボルマークとなる絶縁インク層14の形状を転写印刷する。
なお、本実施形態では、ソルダレジスト層13と基材露出部16の境界であるエッジ(縁部)18にシルクスクリーン30の底面が接触した箇所から絶縁インク14が流れ込む(図2(B))。具体的には、スキージ35によって導入された絶縁インク14は、ソルダレジスト層13と基材露出部16の境界であるエッジ18に絶縁インク14が付着して、液絡部38を形成する。
液絡部38が形成されると、絶縁インク14は重力と表面張力により基材露出部16に流れ込み、基材露出部16に扇状に広がる。そして、広がる先のエッジ18が堰堤となり、基材露出部16の縁に沿うように絶縁インク14が充填される。なお、絶縁インク14をより広範囲に広げるために、絶縁インク14は粘度が10Pa・s以下のものを用いるのが好ましい。
なお、通常のシルク印刷法で形成する絶縁インク14の膜厚は15μm程度であり、この厚さはソルダレジスト層13の膜厚と同程度か若しくは小さい。このため、仮にシルクスクリーン30の開口部33に導入された絶縁インク14が全て基材露出部16に流れ込んでも、絶縁インク層14はプリント配線基板10表面の凸部とはならない。さらに、本実施形態では、絶縁インク14が液絡部38から流れ込む量は限定的であり、また、シルクスクリーン30の開口部33に導入された絶縁インク14の全量が基材露出部16に転写されない場合もあるため、絶縁インク14の一部は開口部33に係止する。このため、転写印刷された絶縁インク層14の膜厚はさらに薄くなる。これにより、プリント配線基板10表面の凸部は低減し、絶縁インク層14の直上に電子部品が実装されたときに、電子部品が凸部によって傾くことがなく、端子の浮きによるはんだ不良を防止できるため、信頼性の高いプリント配線基板10とすることができ、絶縁インク14の使用量が低減されるため印刷コストを低く抑えることができる。
なお、開口部33に残された絶縁インク14は、熱や光による硬化処理を行わない限り流動性を保つため、繰り返し印刷を行っても印刷の品質に悪影響を与えることはない。また、広い範囲の塗布が必要となる大型のシンボルマークについては、シルクスクリーン10の開口部33の底面が直接基材露出部16に接触するため、塗り潰すのに十分な量の絶縁インク14が供給される。仮に、開口部33の絶縁インク14の全量が転写印刷され、ソルダレジスト層13の膜厚を超えたとしても、局所的な突起とはならないため、後工程のはんだペースト24の塗布工程においてメタルマスク21の密着を妨げるような問題とはならない。
上記液絡部は、必ずしもエッジ18の稜線全体で形成されるわけではなく、例えば、直下に表面導体12が存在するようなソルダレジスト層13の表面が基材11に対して高い部位で形成されやすい。通常のシルク印刷法では、約0.15mm程度の版ズレが生じる場合があるため、シルクスクリーン10の開口部33の形状は、印刷対象のシンボルマークと同じ形状でも、開口部33とエッジ18が接触する部分が必ず発生し、その部分で液絡部38が形成される。
この液絡部38が形成する数を変えることで、絶縁インク層14の膜厚を調整することも可能である。例えば、シルクスクリーン30の開口部33の形状を印刷しようとするシンボルマークに対し、正のオフセット(文字を太らせる)をとった場合には、液絡部の数は増加する。逆に負のオフセット(文字を痩せさせる)をとった場合には、液絡部38の数は減少する。前記オフセットの量は、±0.15mmの範囲以内にするのが好ましい。
また、ソルダレジスト層13の形成に際し、高解像度のフォトマスク法によりシンボルマーク形状の非被覆領域を形成させておくことにより、比較的解像度の低いシルク印刷法でも、ソルダレジスト層13の非被覆領域に絶縁インクを流し込むことでフォトマスク法と同等の解像度となり、シンボルマークの視認性が向上する。なお、エッジ18に形成された液絡部38は滲みとして跡が残るが、重力及び表面張力によって基材露出部16に絶縁インク14のほとんどが下流の基材露出部16に流れるため、液絡部38(滲み)の絶縁インク14の膜厚は5μm以下となる。このため、液絡部38の膜厚が次のはんだペースト24の塗布工程で塗布不良を生じさせるほどメタルマスク21の密着を妨げることはない。また、液絡部の滲みは、直下のソルダレジスト層13が透ける程度の厚さであるため、この滲みが絶縁インク層14の認識性を著しく阻害することはない。
(インクジェット印刷法)
インクジェット印刷法を用いた絶縁インク層14の形成工程を図3(A)、(B)に示す。インクジェット法では、プリント配線基板10の基材露出部16上に絶縁インク14を直接塗布する。塗布に用いられるインクジェットヘッド40の解像度は絶縁インク層14の形成条件に応じて適宜決定できるが、通常、300dpi程度の解像度が考慮される。絶縁インク14を微小液滴にして吹き付けることで厚さが20μm程度の被膜を形成することができる。インクジェットヘッド40は、主走査及び副走査方向に複数回移動させながらプリント配線基板10の片面全域の対象部分に対して印刷を行う。
印刷しようとするシンボルマークに対し、負のオフセット(文字を痩せさせる)をとることで印字ズレによる絶縁インク14のはみ出しによる滲みが低減させることができる。オフセットの量は、-0.15~0mmの範囲以内にするのが好ましく、印刷範囲が基板露出部16の縁から離れていても、液滴となったそれぞれの絶縁インク14が落下点から同心円状に広がるため、基板露出部16の縁に沿うように絶縁インク14が充填される。なお、絶縁インク14が十分に広がるためには、絶縁インク14は粘度が10Pa・s以下のものを用いるのが好ましい。
また、ソルダレジスト層13の形成に際し、高解像度のフォトマスク法によりシンボルマーク形状の非被覆領域を形成させておくことにより、解像度の低いインクジェットヘッドを用いても、ソルダレジスト層13の非被覆領域に絶縁インクを充填することで高解像度とすることができ、シンボルマークの視認性を向上させることができる。
インクジェット印刷による絶縁インク層14の膜厚は、ソルダレジスト層13よりも小さくなる。シルク印刷法と同様に、プリント配線基板10表面に形成される凸部が低減されるため、絶縁インク層14の直上に電子部品が実装されても、電子部品が突起によって傾くことがなく、端子の浮きによるはんだ不良が防止できる。
(フォトマスク法)
フォトマスク法を用いた絶縁インク層14の形成工程を図4(A)~(D)に示す。フォトマスク法には、液状の絶縁インクをプリント配線基板10の全面に塗布する方法(カーテンスプレー法等)と、ドライフィルムと呼ばれるフィルム状の絶縁フィルムを真空プレスによりプリント配線基板10の全面に密着する等の方法がある。以下に、ドライフィルムを用いた工程を図4を用いて説明する。
まず、プリント配線基板10全面をドライフィルム51aを真空プレスを用いて密着させる(図4(A)、(B))。その後、光透過基板61及び遮光被膜62からなるフォトマスク板60をプリント配線基板10の直上に設置し、絶縁被膜51aにフォトマスク板60の上部から照射光65(紫外線)を照射する(図4(C))。これにより、絶縁被膜51aは感光して耐薬品性を有する絶縁被膜51bが形成される。その後、感光していない絶縁被膜51aを剥離処理によって除去することにより絶縁被膜51bが絶縁インク層14として形成される(図4(D))。
剥離処理後の絶縁インク層14には、縁の一部にソルダレジスト層13表面よりも突起した形状55が生じる場合がある。しかしながら、この突起はソルダレジスト層13表面に対して5μm程度と小さく、また、シンボルマークの縁に沿って線上に形成されるため、後工程のはんだペースト24の塗布に使用するメタルマスク21の密着を妨げることはない。絶縁インク層14の周囲の突起が小さくなる要因は、絶縁被膜51aのコーティングの際、絶縁被膜がソルダレジスト層13のエッジ18で膜厚が極端に薄くなる性質があるためである。
前述のようにフォトマスク法による絶縁インク層14の形成は、シルク印刷法及びインクジェット印刷法と同様に、プリント配線基板10表面の凸部が低減されるため、絶縁インク層14の直上に電子部品が実装されても、電子部品が突起によって傾くことなく端子の浮きによるはんだ不良を防ぐ他、滲みや擦れのない高品質の絶縁インク層14を安定的に形成することができる。
上記の方法でシンボルマークの領域に絶縁インク層14を形成することにより、図5に示すように、シンボルマークの領域の絶縁インク層14の高さがソルダレジスト層13の高さ以下に形成されるため、はんだペースト24を適切に塗布することができる。また、図6に示すように、視認性に優れたシンボルマークが形成でき、電子部品の実装、検査等の作業性を向上させることができる。
以下に、本発明に係るプリント配線基板10にはんだペースト24を塗布した場合の状態を図面を用いて説明する。図7(A)~(D)は、シンボルマーク印刷後のプリント配線基板10にはんだペースト24を塗布する一連の工程を示す概略説明図である。
まず、プリント配線基板10の上部表面にメタルマスク21を配設する、この際、導体のランド15部にメタルマスクの開口部22がくるように矢印23の方向に正確に位置合わせを行う(図7(A))。
次に、メタルマスク21の表面にはんだペースト24を盛り付け、スキージを矢印26の方向に移動させて、メタルマスクの開口部22にはんだペースト24を詰めるように塗り込む(図7(B))。この際、本発明に係るプリント配線基板10においては、シンボルマークの絶縁インク層14がソルダレジスト層13の厚み以下に設定され、絶縁インク層14の高さがソルダレジスト層13高さを越えていないため、絶縁インク層14によりメタルマスク21が浮き上がることがなく、メタルマスク21とランド15の間隔を一定にすることができる。そして、これにより、はんだペースト24をランド15表面に正確な厚みで均一に塗布することができる(図7(C))。
次に、この状態でメタルマスク21を矢印の方向に引き上げてプリント配線基板10から離す。これにより、プリント配線基板10のランド15にのみはんだペースト24が正確に塗布される(図7(D))。さらに、この状態でランド15に電子部品の接続端子を載せて加熱することにより電子部品のはんだ付けが確実に行われる。
これにより、はんだペーストの塗布不良による電子部品の接続不良の発生が抑制され、信頼性の高いプリント配線基板とすることができる。
10 プリント配線基板
11 基材
12 配線部
13 ソルダレジスト層
14 絶縁インク層
15 ランド
16 基材露出部
18 エッジ
21 メタルマスク
22 メタルマスクの開口部
24 はんだペースト
25 スキージ
30 シルクスクリーン
33 開口部
35 スキージ
38 液絡部
40 インクジェットヘッド
41 ノズル
51a 絶縁フィルム(非感光)
51b 絶縁フィルム(感光後)
55 剥離処理で生じた突起形状
60 フォトマスク板
61 光透過基板
62 遮光被膜
65 照射光
100 プリント配線基板
101 基材
102 配線部
103 ソルダレジスト
104 シンボルマーク
105 ランド
201 メタルマスク
202 メタルマスクの開口部
204 はんだペースト
205 スキージ
206 スキージの移動方向

Claims (5)

  1. 導体からなる配線部が形成された基板表面に、前記配線部のランド及びシンボルマークの領域を非被覆部としてソルダレジスト層を形成するソルダレジスト層形成工程と、
    前記シンボルマークの領域に、前記ソルダレジスト層の厚み以下の絶縁インク層を形成する絶縁インク層形成工程とを含むことを特徴とするプリント配線基板の製造方法。
  2. 前記絶縁インク層をシルク印刷、インクジェット印刷、フォトマスク法のいずれかの方法により形成することを特徴とする請求項1に記載のプリント配線基板の製造方法。
  3. 前記ソルダレジスト層をフォトマスク法により形成する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基板の製造方法。
  4. 導体からなる配線部が形成された基板表面に、前記配線部のランドとシンボルマークの領域を除くソルダレジスト層が形成されており、前記シンボルマークの領域に、前記ソルダレジスト層の厚み以下の絶縁インク層が形成されていることを特徴とするプリント配線基板。
  5. 電子部品が実装されていることを特徴とする請求項4に記載のプリント配線基板。
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