JP2655129B2

JP2655129B2 - プリント配線板の製造方法

Info

Publication number: JP2655129B2
Application number: JP9016195A
Authority: JP
Inventors: 孝一廣澤
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-03-23
Filing date: 1995-03-23
Publication date: 1997-09-17
Anticipated expiration: 2012-09-17
Also published as: JPH08264926A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリント配線板の製造
方法に関し、特に表面実装に適したはんだをパッド上に
有するプリント配線板の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のプリント配線板の製造は、プリン
ト配線板上に表面実装部品を実装するためには、はんだ
を予備供給してリフローを行うことが一般的であり、は
んだの予備供給には大別すれば、２種類の方法がある。
一つの方法は、あらかじめプリント配線板（以下ＰＷＢ
と省略する）の所望のパッド上に電解あるいは無電解め
っきによりはんだを析出させ、これをフュージングと呼
ばれる溶融処理（高温のオイル等に浸漬してはんだめっ
きを一度溶融させて錫と鉛の合金化を完全にする）を行
ってはんだ層を形成する方法である。

【０００３】また、もう一つの方法は、クリームはんだ
と呼ばれるはんだ粉とフラックス（活性フラックスまた
はポストフラックスとも呼ばれる）を練り込んだペース
トをスクリーン印刷等の方法にて印刷し、これを用いて
リフローはんだ付けを行う方法である。前者の方法によ
れば、はんだの量はパッド等のめっき面積と厚さにより
コントロールするものであり、後者の方法によれば同じ
く印刷厚さと印刷面積でコントロールするものである。

【０００４】ここで、一般的に行われているはんだペー
ストを印刷する工法についての従来技術（例えば、特開
昭６０−１４８１９０）について説明する。はんだペー
ストを印刷する方法の場合には、はんだの比較的少なく
て良い部品のパッドにたいして適しているメタルマスク
の厚さと、比較的大量のはんだを供給する部品のパッド
に対して適しているメタルマスクの厚さは当然異なる。
はんだ量のコントロールは、上述のようにパッドの面積
でも可能であるが、これとて部品側の“足”の大きさが
決まっておりパッドの面積単独では十分にコントロール
できない。

【０００５】このような不揃いなはんだ量をコントロー
ルするために、従来技術（例えば、特開昭６０−１４８
１９０）には、印刷を２回にわけて実施する方法が述べ
られている。それによれば、まず比較的薄いメタルマス
ク（スクリーン）を用いて、まず少量の塗布が必要な部
分に印刷・塗布を行う。次いで、メタルマスクを交換
し、厚めのメタルマスクに上記塗布が行われた部分を逃
げるように凹加工がなされたものを使用して比較的大量
なはんだペースト塗布を行う。このときには、上記凹部
で前に印刷されたペーストをつぶしたり、ずらしたりし
ないため、部品およびパッドの大きさに適した量のはん
だペーストが印刷できる。

【０００６】尚、さらに数回繰り返すことにより、数種
の量に可変することができることはもちろんである。た
だし、その場合でも現実的には少量から多量の順で印刷
することになる。この方法の場合、現在の技術水準では
少ないものでは５μｍ〜１０μｍの厚さ、多いものでは
数十μｍ程度のはんだ供給が可能である（共晶高活性
（ハロゲン含有）タイプのはんだペーストによる）。

【０００７】また、めっきによりはんだを析出させる工
法には、次の２種がある。電解めっきによりはんだを析
出させる方法では、理論上は無限大まで析出可能である
が、現実的には３０μｍ程度が実用上の限界となってい
る。これは、はんだめっきはパッド上のみでなくサイド
から析出もするので、となりのパッドとの距離が少なく
なるという問題点や析出直後のはんだは柔らかいため、
ハンドリングでキズつきやすく、欠落を生じることなど
があるためである。

【０００８】無電解めっきによりはんだを析出させる方
法では、上記の電解めっきによる方法と比較して、リー
ド線等の特別な処置が不要であるという有利な点を有す
る反面、次のような問題点がある。（イ）現在の技術水準では、厚さ１０μｍ程度が限界
である。（ロ）化学的な析出のため、はんだの組成がＰｂリッ
チになりやすい。（ハ）はんだめっき後のフュージングをすぐに行わな
いと錫が酸化してはんだとして溶融しない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来のはんだ層形成および塗布方法においては、いずれ
の方法も下記のような欠点を有しており、多種の部品が
混在しているＰＷＢ等に適した工法が無いという問題点
があった。（イ）はんだをペーストで印刷・塗布して供給する工
法においては、はんだ量のコントロールのために多種の
メタルマスクを組み合わせて使用する必要があるため、
時間もかかりコストも増大する。（ロ）はんだを電解めっきで供給する場合は、パッド
とパッドの間隔が小さくなると厚みを増加させられない
（ブリッジとなる）。（ハ）はんだを無電解めっきにより供給する場合は、
まず厚みが確保できないことに加え、組成のコントロー
ルが難しいことおよびフュージングまでの時間が制限さ
れる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、プリント配線
板の所望の位置にはんだ供給が必要な部分のみを露出さ
せてプリフラックス付着させる工程と、前記プリント配
線板にめっきにより金属を析出させる工程と、前記プリ
ント配線板を加熱する工程と前記プリント配線板を洗浄
する工程を含むことを特徴とするプリント配線板の製造
方法である。

【００１１】また、本発明は、めっきにより析出させる
金属が、共晶はんだであることを特徴とする上記のプリ
ント配線板の製造方法である。また、本発明は、プリフ
ラックスが、テルペン系の樹脂およびその誘電体である
ことを特徴とする上記のプリント配線板の製造方法であ
る。また、本発明は、プリフラックスが、アルキベンゾ
イミダゾール誘電体であることを特徴とする上記のプリ
ント配線板の製造方法である。

【００１２】

【作用】本発明においては、あらかじめはんだ供給が必
要な部分のみを露出させた形状にするために、はんだ処
理でもともと必要であるプリフラックスを用いることに
より、はんだの供給位置と量を選択的にできるというも
のであり、また、不可避的に避けられない加熱処理時
に、そのプリフラックスが悪影響を及ぼすことがないだ
けでなく、はんだの均一な形成に役立ち、さらにわざわ
ざ剥離の工程を必要としないという作用がある。

【００１３】また、本発明においては、プリント配線板
の所望の位置にはんだ供給が必要な部分のみを露出させ
てプリフラックス付着させるもので、プリント配線板に
めっきによる金属の析出は、はんだ供給が必要な部分に
のみ金属が析出されるものである。また、本発明におい
ては、めっきは、電解めっきまたは無電解めっきのいず
れでもよい。

【００１４】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。［実施例１］図１（ａ）〜（ｅ）は、本発明第１の実施
例を示した部分工程断面図で、（ａ）はパッドを形成し
てソルダーレジストを塗布した後を示す図、（ｂ）はプ
リフラックスを塗布した状態を示す図、（ｃ）ははんだ
めっきを施した状態を示す図、（ｄ）はフュージングに
よりレベリングした状態を示す図、及び（ｅ）は洗浄後
の図である。

【００１５】まず、図１（ａ）に示すように、プリント
配線板の基材（２）上に公知の方法で銅のパッド（１）
を形成し、次いで部品実装使用しないパッド、ランドな
どの回路類（８）はソルダーレジスト（３）でカバーす
る。また、後述のはんだ供給をしないパッドで、かつソ
ルダーレジストを塗布したくないパッド（例えば銅を露
出させたままにしておきたいパッドなど）は、そのまま
ソルダーレジストを塗布しないでおく。もちろんパッド
（１）として銅以外の金属パッドでも使える。

【００１６】次いで、このプリント配線板にプリフラッ
クス（４）を塗布する。プリフラックス（４）として
は、次のような条件を満たすものが使用可能である。（イ）水に溶けないものであること。（ロ）活性物質が多量に含まれていないこと。（もし多
量に含まれていても、はんだ供給そのものは可能である
が、はんだめっき液を汚染するという意味で好ましくな
い。）（ハ）適当な粘性である程度の厚みを形成できること。

【００１７】上記（イ）〜（ハ）のような条件を一応満
たすものとしては、アビエチン酸が主成分の松レジンフ
ラックス、モノテルペンを中心としたテルペン系フラッ
クスなどが挙げられる。本実施例では、テルペン系の樹
脂の一つであるマタタビラクトン（マタタビからの抽出
物質と同等なものを化学的に合成したもの）を主成分と
したプリフラックスを、スクリーン塗布により平面銅上
に１０〜１５μｍの厚さをだすように塗布した。もちろ
んパッドの形状により厚い部分、薄い部分があるが、１
０μｍ以上の厚みを確保できれば後の工程は一応可能で
ある。

【００１８】図１（ｂ）に示すように、パッド（１）上
のはんだを供給したい部分にはプリフラックス（４）を
塗布しない。プリフラックスは、１０μｍ程度の幅にパ
ッド（１）へかぶるのがよく、数μｍ〜３０μｍ程度ま
で効果としてあるが、パッドの幅に対して大きくなると
印刷が困難になる。また、全くなければ広がりに影響す
る。またソルダーレジストで覆われた部分についても印
刷しない。印刷ズレはパッドからはみでないレベルは問
題ないが、大きくずれると面積減となり、出来上がりの
半田厚さに影響する。こうして、はんだを供給する部分
のみが露出するようにする。

【００１９】次いで、図１（ｃ）に示すように、この基
板に電解めっきによりはんだめっきを行う。はんだめっ
き液としては、電解、無電解のいずれも可能だが、めっ
きの厚さの自由度から、本実施例では、表１に示す電解
はんだめっき液を用いた。表１は、はんだめっき液の組
成と条件を示したもので、このような電解はんだめっき
液を用いて、パッド全体になめらかに形成した時に、３
０μｍになるように電流密度と時間を設定した。

【００２０】電気はんだめっきでは、電流が流れて、か
つめっき液中に露出している部分のみにめっきされるた
め、はんだとしては若干もり上がった状況に形成され
る。ここでは、パッドが一部フラックスで覆われている
ので、はんだ（５）はレベリングしたときのことを考慮
して後述のグラフに示すように厚く形成する。はんだペ
ーストの塗布量と出来上がりのはんだ厚さは、ペースト
の種類によるが、あらかじめはんだペースト塗布厚と出
来上がりの半田厚さをグラフにしておき決定するとよ
い。なお、ここでは半田ペーストを例に厚さのコントロ
ールを述べているが、はんだペーストと同様にめっき等
でも厚さのコントロールで行うものである。

【００２１】本実施例では、図４に示すグラフを用いて
決定した。図４は、本発明の実施例を説明するはんだペ
ースト塗布厚と出来上がりの半田厚さの関係を示す図
で、塗布面積１５０μｍ×１．２ｍｍのときについて、
横軸に塗布厚さ、縦軸に半田厚さの関係をを示してい
る。図３には、本発明第１の実施例を説明した平面及び
部分断面図を示す。はんだペーストの塗布量と出来上が
りのはんだ厚さは、あらかじめ図４に示すグラフにして
おくが、このとき重要になるのは、パッドへの塗布面積
である。図３（ａ）のように中央部（１１）に塗布され
た半田が広がって図３（ｂ）に示すフィレット形部（１
２）になる。このときの厚さが所望の厚さになるように
あらかじめ設定するのである。

【００２２】このとき電流を加えない状況で液中に露出
していると、はんだが置換により部分的に析出するの
で、前述のように不要な部分はカバーしておく必要があ
る。次いで、めっきの完了した基板をフュージングす
る。フュージングの仕方としては、本実施例では、ピー
ク温度２３０℃（１０〜２０秒）のエアーリフローを用
いた。もちろんホットオイル、レーザー加熱等でも可能
である。このとき、図１（ｄ）に示すように、プリフラ
ックス（４）は溶融して、はんだのぬれ広がりを助ける
だけでなく、はんだの流動性を一定以下におさえる働き
もあり、近接パッドのブリッジ防止に役立つ。フュージ
ング処理により、はんだ（５）はパッド（１）に安定な
形状にレベリングされ、レベリングされたはんだ（６）
が形成される。

【００２３】次いで、図１（ｅ）に示すように、この基
板を洗浄し、プリフラックス（４）を除去する。最終的
には、パッドの長い方の幅１５０μｍの場合に３２．６
μｍ（中央部）の厚さではんだを供給することができ
た。

【表１】

【００２４】［実施例２］本発明の第２の実施例につい
て、図２を参照して説明する。図２は、第２の実施例を
示した部分工程断面図である。図２（ａ）に示すよう
に、上記実施例１と同様にプリント配線板の基材（２）
上にパッド（１）及び回路類（８）、ソルダーレジスト
（３）を形成する。次いで、露出してはんだを供給する
パッドをプリフラックスで保護するために、アルカリベ
ンゾイミダゾールを主成分とするプリフラックス（４）
を塗布する。

【００２５】この塗布方法としては、通常イミダゾール
を含む水溶液中にプリント配線板を必要な部分を浸漬す
めことにより形成する。本実施例２では、タムラ製作所
のＷＦＰ−１０６溶液にてアルキルベンゾイミダゾール
の厚さが１５μｍ程度になるように形成した。アルキル
ベンゾイミダゾールは、銅表面にキレートを作って形成
するため、銅表面以外には形成されない（他の金属にも
形成されるが本例では銅のみである）。

【００２６】次いで、図２（ｂ）に示すように、プリン
ト配線板を軽く研磨することにより、ソルダーレジスト
でカバーされていないパッド（１）上のプリフラックス
を除去し、除去された部分を（１０）を形成する。この
タイプのプリフラックスは厚さも薄く、強度も低いこと
から容易に除去できる。次いで、図２（ｃ）に示すよう
に、上記実施例１で説明した表１に示す、はんだめっき
液で、はんだめっきを行う。上記実施例１と同様に、は
んだをレベリングした時に所望な厚みになるような量の
はんだをめっきしてはんだ（５）を形成する。

【００２７】次いで、図２（ｄ）に示すように、上記実
施例１と同じくエアーリフローにてピーク温度２３０
℃、１０秒のリフローにてビュージングを行って、レベ
リングしたはんだ（６）を形成する。最後に、図２
（ｅ）に示すように、温水で洗浄してプリフラックスを
除去する。

【００２８】本実施例２の特徴としては、次のことが挙
げられる。（イ）プリフラックスを精度良く印刷するのはかなり
の技術を要するが、この第２の実施例で述べた「一度析
出させてから研磨で落とす」方法には特段の技術、技能
は有しない。（ロ）ただし、特に限定して１本のパッドのみという
ような研磨はできないため、その時は手作業で研磨除去
する必要がある。（ハ）イミダゾール誘導体は酸に弱いものが多いの
で、使用するイミダゾールを選択する時は、比較的粘性
の高い長鎖の側鎖及び分子量の大きなものを選ばなけれ
ばならない。まためっき液が汚染に強い場合は、厚く等
するという方法もある。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、は
んだ供給を選択的かつ十分な厚さと量を確保して行うた
めに、フュージング時に他の銅部分を保護し、かつフュ
ージング時にはんだの拡散と流動を助けるプリフラック
スによりマスクを行うことにより、はんだを一般的工法
では実現しにくいレベルまで厚く均一につけることがで
きるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第１の実施例を示した部分工程断面図

【図２】本発明第２の実施例を示した部分工程断面図

【図３】本発明第１の実施例を説明した平面及び部分
断面図

【図４】本発明の実施例を説明するはんだペースト塗
布厚と出来上がりの半田厚さを示す図

【符号の説明】

１パッド２基材３ソルダーレジスト４プリフラックス５はんだ６レベリングしたはんだ７溶け出したフラックス８回路類９アルキベンゾイミダゾールを主成分とするプリフラ
ックス１０除去された部分１１中央部１２フィレット形部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】プリント配線板の所望の位置にはんだ供
給が必要な部分のみを露出させてプリフラックス付着さ
せる工程と、前記プリント配線板にめっきにより金属を
析出させる工程と、前記プリント配線板を加熱する工程
と前記プリント配線板を洗浄する工程を含むことを特徴
とするプリント配線板の製造方法。
【請求項２】めっきにより析出させる金属が、共晶は
んだであることを特徴とする請求項１に記載のプリント
配線板の製造方法。
【請求項３】プリフラックスが、テルペン系の樹脂お
よびその誘電体であることを特徴とする請求項１または
２に記載のプリント配線板の製造方法。
【請求項４】プリフラックスが、アルキベンゾイミダ
ゾール誘電体であることを特徴とする請求項１または２
に記載のプリント配線板の製造方法。