JP4251458B2 - チップ部品の実装方法及び回路基板 - Google Patents

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Description

本発明は、チップ部品の実装方法及び回路基板に関する。
セラミックコンデンサチップ、半導体チップなどのチップ部品を回路基板にはんだ付けする方法として、次のようなプレソルダリング(pre-soldering)工法が知られている。
まず、回路基板のランド端子上にはんだペーストを印刷する。次に、はんだペースト上にチップ部品を載せない状態でリフロー炉に通炉することにより、はんだペーストに含まれるはんだ成分を溶融させ、ランド端子に付着したはんだ付着物を得る。
その後、チップ部品を載せるのに適した形状となるように、はんだ付着物をフラットニングツール(特許文献1参照)などで平坦化する。そして、平坦化されたはんだ付着物にフラックスを塗布した後、その上にチップ部品を載置する。この状態でリフロー炉に通炉することにより、はんだ付着物を溶融させ、チップ部品をはんだ付けする。
特開平11−87431号公報
フラックスは、はんだの、溶融に伴う酸化を防止するという重要な役割を担う。従来のプレソルダリング工法では、フラックスをはんだ付着物の表面全体に行き渡らせるため、フラックスを厚く塗布せざるを得ない。すなわち、チップ部品を載せた状態では、はんだ付着物とチップ部品との間に存在するフラックスの膜厚が大きくなる。このため、リフロー炉に通炉すると、チップ部品がフラックスの影響で浮き上がり、チップ部品の位置ずれが生じる可能性がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、チップ部品を実装する際の位置ずれを防止できるチップ部品の実装方法及び回路基板を提供することを目的とする。
<チップ部品の実装方法>
上述した課題を解決するため、本発明に係るチップ部品の実装方法では、まず、回路基板のランド端子上に付着したはんだ付着物を平坦化し、前記平坦化されたはんだ付着物にフラックスを塗布する。その後、チップ部品を、前記フラックスを介してはんだ付着物の上に載せられた態様で配置する。そして、前記はんだ付着物の平坦化と同時に、または、前記はんだ付着物の平坦化の後で前記フラックスの塗布の前に、はんだ付着物の表面に凹溝を形成する。
上述したように、本発明に係るチップ部品の実装方法では、回路基板のランド端子上に付着したはんだ付着物を平坦化し、平坦化されたはんだ付着物にフラックスを塗布した後、チップ部品を、フラックスを介してはんだ付着物の上に載せられた態様で配置する。従って、この状態で、リフロー炉に通炉するなど、周知の熱処理を施すことにより、はんだ付着物を溶融させ、チップ部品をはんだ付けする基本的な作用を得ることができる。
本発明は、はんだ付着物の平坦化と同時に、または、はんだ付着物の平坦化の後でフラックスの塗布の前に、はんだ付着物の表面に凹溝を形成することを特徴としている。凹溝は、はんだ付着物の表面において、必要なフラックスを保持するための領域として機能する。従って、はんだ付着物に対するフラックスの塗布量を抑えても、すなわち、フラックスを薄く塗布しても、はんだの酸化を防止するというフラックスの役割を損なうことはない。よって、チップ部品を載せた状態で、はんだ付着物とチップ部品との間に存在するフラックスの膜厚を小さくすることができるから、リフロー炉に通炉するなどの熱処理の際、フラックスの影響によるチップ部品の位置ずれを防止することができる。
また、出願人が研究したところ、チップ部品の位置ずれを回避するには、熱処理の際、フラックスに含まれる溶剤の突沸を回避することも重要であることがわかった。
本発明のように、はんだ付着物の表面に凹溝を形成した構造によれば、はんだ付着物に対するフラックスの接触面積が大きくなる。従って、熱処理の際、フラックスに含まれる溶剤を、安定にかつ均一に蒸発させることができ、溶剤の突沸によるチップ部品の位置ずれやチップ立ちを回避することができる。
しかも、凹溝は、熱処理の際、はんだ付着物と、チップ部品とに挟まれた領域で溶剤を蒸発させるための通路として機能する。この点からみても、凹溝は、溶剤の突沸によるチップ部品の位置ずれやチップ立ちを回避するのに効果的である。
好ましくは、凹溝を、はんだ付着物の表面上で連続して延び、一端がはんだ付着物の端縁に達する態様で形成する。
一つの実施態様では、凹溝は、回路基板上に設定されたチップ部品実装領域でみて、チップ部品実装領域の中央部から外周部にいくほど凹溝の溝深さが大きくなる態様で形成される。
もう一つの実施態様では、凹溝は、回路基板上に設定されたチップ部品実装領域でみて、チップ部品実装領域の中央部から外周部にいくほど凹溝の本数が大きくなる態様で形成される。
<回路基板>
本発明に係る回路基板は、ランド端子と、はんだ付着物とを備える。前記ランド端子は、回路基板の基板面に形成され、前記はんだ付着物は、前記ランド端子の表面に付着され、前記はんだ付着物の表面に凹溝が形成されている。
上述した本発明に係る回路基板では、ランド端子が基板面に形成されている。更に、はんだ付着物がランド端子の表面に付着されている。従って、はんだ付着物にフラックスを塗布した後、チップ部品を、フラックスを介してはんだ付着物の上に載せられた態様で配置すればよい。この状態でリフロー炉に通炉するなどの熱処理を施すことにより、はんだ付着物を溶融させ、チップ部品を回路基板のランド端子にはんだ付けする基本的な作用を得ることができる。
本発明に係る回路基板は、はんだ付着物の表面に凹溝が形成されていることを特徴としている。以下の説明では、チップ部品の実装方法について述べたのと同様な説明を含む。凹溝は、はんだ付着物の表面において、必要なフラックスを保持するための領域として機能する。従って、はんだ付着物に対するフラックスの塗布量を抑えても、すなわち、フラックスを薄く塗布しても、はんだの酸化を防止するというフラックスの役割を損なうことはない。よって、チップ部品を載せた状態で、はんだ付着物とチップ部品との間に存在するフラックスの膜厚を小さくすることができるから、リフロー炉に通炉するなどの熱処理の際、フラックスの影響によるチップ部品の位置ずれを防止することができる。
更に、はんだ付着物の表面に凹溝を形成した構造によれば、はんだ付着物に対するフラックスの接触面積が大きくなる。従って、熱処理の際、フラックスに含まれる溶剤を、安定にかつ均一に蒸発させることができ、溶剤の突沸によるチップ部品の位置ずれやチップ立ちを回避することができる。
しかも、凹溝は、熱処理の際、はんだ付着物と、チップ部品とに挟まれた領域で溶剤を蒸発させるための通路として機能する。この点からみても、凹溝は、溶剤の突沸によるチップ部品の位置ずれやチップ立ちを回避するのに効果的である。
好ましくは、凹溝は、はんだ付着物の表面上で連続して延び、一端がはんだ付着物の端縁に達する態様で形成されている。
一つの実施態様では、凹溝は、回路基板の基板面に設定されたチップ部品実装領域でみて、チップ部品実装領域の中央部から外周部にいくほど凹溝の溝深さが大きくなる態様で形成されている。
もう一つの実施態様では、凹溝は、回路基板の基板面に設定されたチップ部品実装領域でみて、チップ部品実装領域の中央部から外周部にいくほど凹溝の本数が大きくなる態様で形成されている。
以上述べたように、本発明によれば、チップ部品を実装する際の位置ずれを防止できるチップ部品の実装方法及び回路基板を提供することができる。
図1は、本発明に係るチップ部品の実装方法の一実施形態で用いられる回路基板を示す図である。図には、回路基板1の断面が表れている。回路基板1は、有機樹脂などの電気絶縁材料から構成され、厚さ方向Zで定められる厚みを有する平板形状となっている。回路基板1の基板面11には、チップ部品を実装するための領域S1(以下チップ部品実装領域と称する)が設定されている。図示のチップ部品実装領域S1は、セラミックコンデンサチップのための領域であり、長さ方向X及び幅方向Yで定義される長方形状となっている。
回路基板1は、ランド端子21と、レジスト膜25とを備えている。ランド端子21は、Cuなどの導電金属材料から構成されており、回路基板1の基板面11において長さ方向Xでみたチップ部品実装領域S1の両端側に配置されている。
レジスト膜25は、回路基板1の基板面11においてランド端子21の周囲の領域に付着されている。詳しくは、レジスト膜25は、開口部251を有しており、開口部251を通してランド端子21の表面が露出されている。更に、レジスト膜25の開口部251の縁が、ランド端子21の上に部分的に重なっていることが好ましい。
次に図2に示すように、ランド端子21の表面にはんだペースト31を印刷する。具体的には、開口部を備えたマスク61を用意し、マスク61を、その開口部がレジスト膜25の開口部251(図1参照)に重なる態様で配置する。そして、マスク61にはんだペースト31を載せ、マスク61の上でスキージ63を矢印A2の方向に摺動させる。
はんだペースト31は、はんだ成分と、フラックスとを混合することにより調製することができる。はんだ成分としては、例えばSn/Ag/Cu系を用いることができる。フラックスは、はんだペーストの印刷の際、はんだペーストの流動性を確保する機能を担うと共に、後で述べる熱処理の際、はんだの酸化を防止する機能を担う。
図2に示した工程の後、回路基板1に、リフロー炉に通炉するなどの熱処理を施す。この熱処理は、はんだペースト31上にチップ部品を載せない状態で行う。
このような熱処理によって、はんだペースト31に含まれるはんだ成分が合金化し、図3に示すように、ランド端子21に付着したはんだ付着物33が得られる。はんだ付着物33は、厚さ方向Zに平行な断面で見て、丸い形状または尖った形状で得られる。フラックス35は、熱処理の際にはんだ成分から分離され、はんだ付着物33の表面に付着する。
この後、はんだ付着物33に付着したフラックス35を洗浄液などで溶かし、はんだ付着物33の表面からフラックス35を除去する。
次に図4に示すように、はんだ付着物33を平坦化する。ここで、平坦化とは、はんだ付着物33を、その上にチップ部品を載せるのに適した形状、すなわち、厚さ方向Zに平行な断面で見て、平らな形状に近づける加工を指す。図示実施形態では、フラットニングツール7の面71を、はんだ付着物33の表面に当てる。更に、矢印A4に示されるように、フラットニングツール7の面71ではんだ付着物33に圧力をかけ、はんだ付着物33を押し潰す。
図5は、図4に示した工程の後の回路基板1の状態を示す断面図、図6は、図5に示した回路基板1においてはんだ付着物33の表面を、厚み方向Zからみた平面図である。図4を参照して説明した平坦化工程により、図5及び図6に示すように、平坦化されたはんだ付着物33が得られる。平坦化されたはんだ付着物33の寸法について一例を挙げると、長さ寸法(長さ方向Xでみた寸法)が200μm、幅寸法(幅方向Yでみた寸法)が1000μm、厚さ寸法(厚さ方向Zでみた寸法)が20μmである。
更に図示実施形態では、はんだ付着物33を平坦化するのと同時に、はんだ付着物33の表面に凹溝41、43を形成している(図5及び図6参照)。具体的には、フラットニングツール7の面71には凸条73が備えられており(図4参照)、凸条73によって、平坦化と同時に凹溝41、43を形成することができる。
図6を参照すると、凹溝41は、はんだ付着物33の表面上で幅方向Yに連続して延び、両端が、はんだ付着物33の幅方向Yの両端縁に達する態様で形成されている。同様に、凹溝43は、はんだ付着物33の表面上で長さ方向Xに連続して延び、はんだ付着物33の長さ方向Xの両端縁に達する態様で形成されている。凹溝41、43の寸法について述べると、溝幅は、例えば5μmから180μmまでの範囲内に、一例を挙げると10μmに設定することができる。また、溝深さは、例えば5μmから20μmまでの範囲内に、一例を挙げると10μmに設定することができる。
また、凹溝41、43間の配置関係について述べると、凹溝41、43は、はんだ付着物33の表面において、例えば、長さ方向X及び幅方向Yに沿い格子状に形成されている。具体的には、凹溝41は、幅方向Yに延び、かつ、長さ方向Xの間隔を互いに隔てた態様で形成されている。凹溝43は、長さ方向Xに延び、かつ、幅方向Yの間隔を互いに隔てた態様で形成されており、凹溝41と交わる。
このような格子状の凹溝41、43は、フラットニングツール7の面71に格子状に設けられた凸条73によって形成することができる。
また、図6を参照すると、チップ部品実装領域S1は、中央部S11と、中央部S11を囲むように設定される外周部S12とを含んでいる。一つの実施形態では、幅方向Yに延びる凹溝41は、チップ部品実装領域S1の中央部S11から外周部S12にいくほど、凹溝41の溝深さd1(図5参照)が大きくなる態様で形成される。凹溝41の溝深さd1は、連続的に大きくなるとは限らず、段階的に大きくなってもよい。例えば、チップ部品実装領域S1の中央部S11で凹溝41の溝深さd1を第1の値に設定し、外周部S12で、凹溝41の溝深さd1を第1の値よりも大きい第2の値に設定してもよい。長さ方向Xに延びる凹溝43についても同様である。
もう一つの実施形態では、図7に示すように、長さ方向Xに延びる凹溝43は、チップ部品実装領域S1の中央部S11から外周部S12にいくほど、凹溝43の本数が大きくなる態様で形成される。詳しくは、幅方向Yでみて、凹溝43の本数密度が、チップ部品実装領域S1の中央部S11から外周部S12にいくほど、大きくなる。凹溝43の本数密度は、連続的に大きくなるとは限らず、段階的に大きくなってもよい。また、図示と異なり、幅方向Yに延びる凹溝41についても同様な態様としてもよい。
また、図示実施形態の場合、はんだ付着物33を平坦化するのと同時に、はんだ付着物33の表面に凹溝41、43を形成する工程が採用されているが(図4及び図5参照)、かような工程と異なり、はんだ付着物を平坦化した後に、はんだ付着物の表面に凹溝を形成する工程を採用してもよい。
次に図8に示すように、はんだ付着物33の表面にフラックス37を塗布する。具体的には、開口部を備えたマスク65を用意し、マスク65を、その開口部の内側にはんだ付着物33を位置させる態様で配置する。そして、マスク65にフラックス37を載せ、マスク65の上でスキージ67を矢印A6の方向に摺動させる。
ここで用いられるフラックス37は、先のはんだペースト31(図2参照)に含まれているフラックスと同様な構成であってもよいし、異なった構成でもよい。フラックス37は、はんだ付着物33の上にチップ部品を載せる際、チップ部品を粘着力で保持する機能を担うと共に、その後の熱処理の際、はんだの酸化を防止する機能を担う。このようなフラックス37の例としては、水溶性フラックスを挙げることができる。
また、はんだ付着物33に対するフラックス37の塗布量は、マスク65の厚さT3によって制御することができる。例えば、マスク65の厚さT3を小さくすることにより、フラックス37の塗布量を抑える、すなわち、フラックス37を薄く塗布することができる。
次に図9に示すように、回路基板1にチップ部品5を、厚さ方向Zに垂直な平面で見てチップ部品実装領域S1に重なるように配置する。具体的には、チップ部品5を、フラックス37を介してはんだ付着物33の上に載せられた態様で配置する。チップ部品5は、はんだ付着物33及びレジスト膜25の上でフラックス37の粘着力により保持される。
また、図示のチップ部品5は、セラミック基体51と、セラミック基体51の長手方向に平行な両側面に形成された端子電極53とを備えている。チップ部品5は、セラミック基体51の長手方向が回路基板1の幅方向Yに一致する態様で回路基板1に配置される。
図9に示した工程の後、回路基板1にチップ部品5を載せた状態で、リフロー炉に通炉するなどの熱処理を施す。これにより、はんだ付着物33が溶融し、図10に示すように、チップ部品5の端子電極53が、はんだ34を介してランド端子21に接合される。
上述したチップ部品の実装方法では、図4及び図5に示すように、回路基板1のランド端子21上に付着したはんだ付着物33を平坦化する。次に、図8に示すように、平坦化されたはんだ付着物33にフラックス37を塗布する。その後、図9に示すように、チップ部品5を、フラックス37を介してはんだ付着物33の上に載せられた態様で配置する。この状態でリフロー炉に通炉するなどの熱処理を施すことにより、はんだ付着物33を溶融させ、図10に示すように、チップ部品5をはんだ付けする基本的な作用を得ることができる。
更に、図4及び図5を参照して説明したように、はんだ付着物33を平坦化するだけでなく、はんだ付着物33の表面に凹溝41、43を形成する。チップ部品5を載せた状態(図9参照)で熱処理を施す際、凹溝41、43は、はんだ付着物33の表面で必要なフラックス37を保持するための領域として機能する。従って、図8に示すように、マスク65の厚さT3を小さくすることにより、はんだ付着物33に対するフラックス37の塗布量を抑える、すなわち、フラックス37を薄く塗布しても、熱処理に伴うはんだの酸化を防止するというフラックス37の役割を損なうことはない。
よって、図9に示すように、チップ部品5を載せた状態で、はんだ付着物33とチップ部品5との間に存在するフラックス37の膜厚T5を小さくすることができ、その後の熱処理の際、フラックス37の影響によるチップ部品5の位置ずれを防止することができる。
更に、はんだ付着物33の表面に凹溝41、43を形成した構造によれば、チップ部品5を載せた状態で、はんだ付着物33に対するフラックス37の接触面積が大きくなる(図9参照)。従って、熱処理の際、フラックス37に含まれる溶剤を、安定にかつ均一に蒸発させることができ、溶剤の突沸によるチップ部品5の位置ずれやチップ立ちを回避することができる。
しかも、凹溝41、43は、熱処理の際、はんだ付着物33と、チップ部品5とに挟まれた領域で溶剤を蒸発させるための通路として機能する(図9参照)。この点からみても、凹溝41、43は、溶剤の突沸によるチップ部品5の位置ずれやチップ立ちを回避するのに効果的である。
更に、図6を参照して説明したように、凹溝41は、はんだ付着物33の表面上で連続して延び、一端がはんだ付着物33の端縁に達する態様で形成されている。かかる態様の凹溝41は、はんだ付着物33と、チップ部品5とに挟まれた領域で過剰なフラックス37を排出するための通路として適している(図9参照)。また、熱処理の際、フラックス37に含まれる溶剤を蒸発させるための通路としても適している。従って、チップ部品5の位置ずれやチップ立ちを防止するのに役立つ。凹溝43についても同様である。
また、出願人が研究したところ、チップ部品5の位置ずれやチップ立ちを生じさせる力は、チップ部品実装領域S1の中央部S11から外周部S12(図6参照)にいくほど大きい傾向があることがわかった。
一つの実施形態では、幅方向Yに延びる凹溝41は、チップ部品実装領域S1の中央部S11から外周部S12にいくほど、凹溝41の溝深さd1(図5参照)が大きくなる態様で形成される。かかる態様によれば、チップ部品の外周にフラックス37が多く存在し、チップ部品の近傍には必要最小限のフラックスが供給されることになるので、フラックスが急激に揮発した場合でも、チップ部品5の位置ずれやチップ立ちを低減することができる。長さ方向Xに延びる凹溝43についても同様である。
もう一つの実施形態では、図7に示すように、長さ方向Xに延びる凹溝43は、チップ部品実装領域S1の中央部S11から外周部S12にいくほど、凹溝43の本数が大きくなる態様で形成される。かかる態様によっても、チップ部品の外周にフラックス37が多く存在し、チップ部品の近傍には必要最小限のフラックスが供給されることになるので、フラックスが急激に揮発した場合でも、チップ部品5の位置ずれやチップ立ちを低減することができる。幅方向Yに延びる凹溝41についても同様である。
また、出願人が研究したところ、セラミック基体51の長手方向に平行な両側面に端子電極53を形成するチップ部品構造(図9参照)の場合、セラミック基体の長手方向に垂直な両端面に端子電極を形成する通常のチップ部品構造に比べて、対向する端子電極間の距離が短くなり、チップ部品の位置ずれやチップ立ちが生じ易いという問題がある。従って、はんだ付着物33の表面に凹溝41、42を形成した構造は特に有効となる。
以上、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
本発明に係るチップ部品の実装方法の一実施形態で用いられる回路基板を示す図である。 本発明に係るチップ部品の実装方法の一実施形態に含まれる一つの工程を示す図である。 図2に示した工程の後の工程を示す図である。 図3に示した工程の後の工程を示す図である。 図4に示した工程の後の回路基板の状態を示す断面図である。 図5に示した回路基板においてはんだ付着物の表面を、厚み方向からみた平面図である。 別の実施形態においてはんだ付着物の表面を、厚み方向からみた平面図である。 図4に示した工程の後の工程を示す図である。 図8に示した工程の後の工程を示す図である。 チップ部品が回路基板にはんだ付けされた状態を示す図である。
符号の説明
1 回路基板
21 ランド端子
33 はんだ付着物
37 フラックス
41、42 凹溝
5 チップ部品


Claims (7)

  1. 回路基板のランド端子上に付着したはんだ付着物を平坦化し、
    前記平坦化されたはんだ付着物にフラックスを塗布し、
    その後、チップ部品を、前記フラックスを介してはんだ付着物の上に載せられた態様で配置するチップ部品の実装方法であって、
    前記はんだ付着物の平坦化と同時に、または、前記はんだ付着物の平坦化の後で前記フラックスの塗布の前に、はんだ付着物の表面に凹溝を形成し、
    前記凹溝は、回路基板上に設定されたチップ部品実装領域でみて、チップ部品実装領域の中央部から外周部にいくほど凹溝の溝深さが大きくなる態様で形成される
    チップ部品の実装方法。
  2. 回路基板のランド端子上に付着したはんだ付着物を平坦化し、
    前記平坦化されたはんだ付着物にフラックスを塗布し、
    その後、チップ部品を、前記フラックスを介してはんだ付着物の上に載せられた態様で配置するチップ部品の実装方法であって、
    前記はんだ付着物の平坦化と同時に、または、前記はんだ付着物の平坦化の後で前記フラックスの塗布の前に、はんだ付着物の表面に凹溝を形成し、
    前記凹溝は、回路基板上に設定されたチップ部品実装領域でみて、チップ部品実装領域の中央部から外周部にいくほど凹溝の本数が大きくなる態様で形成される
    チップ部品の実装方法。
  3. 請求項1又は2に記載されたチップ部品の実装方法であって、
    凹溝を、はんだ付着物の表面上で連続して延び、一端がはんだ付着物の端縁に達する態様で形成する
    チップ部品の実装方法。
  4. 請求項1乃至3の何れか一項に記載されたチップ部品の実装方法であって、
    チップ部品は、セラミック基体と、前記セラミック基体においてその長手方向に平行な側面に形成された端子電極とを備えている、
    チップ部品の実装方法。
  5. ランド端子と、はんだ付着物とを備えた回路基板であって、
    前記ランド端子は、回路基板の基板面に形成され、
    前記はんだ付着物は、前記ランド端子の表面に付着され、前記はんだ付着物の表面に凹溝が形成されており、
    前記凹溝は、回路基板の基板面に設定されたチップ部品実装領域でみて、チップ部品実装領域の中央部から外周部にいくほど凹溝の溝深さが大きくなる態様で形成されている、
    回路基板。
  6. ランド端子と、はんだ付着物とを備えた回路基板であって、
    前記ランド端子は、回路基板の基板面に形成され、
    前記はんだ付着物は、前記ランド端子の表面に付着され、前記はんだ付着物の表面に凹溝が形成されており、
    前記凹溝は、回路基板の基板面に設定されたチップ部品実装領域でみて、チップ部品実装領域の中央部から外周部にいくほど凹溝の本数が大きくなる態様で形成されている、
    回路基板。
  7. 請求項5又は6に記載された回路基板であって、
    前記凹溝は、はんだ付着物の表面上で連続して延び、一端がはんだ付着物の端縁に達する態様で形成されている、
    回路基板。
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