JP4660145B2 - はんだ印刷方法、はんだペースト - Google Patents

Description

本発明は、はんだ印刷方法に係り、特にはんだペーストを効率よく使用するはんだ印刷方法に関する。

従来から、電子機器は小型化が図られているが、それに伴って電子機器の回路基板へ実装する電子部品をできるだけ高密度に行なう必要性が増している。そして、電子部品を高密度に実装するのに、回路基板の表面に所定のパターンの電極（パッド）を形成し、その上にはんだペーストをスクリーン印刷し、さらにその上に電子部品の電極を位置合わせした後、はんだペーストを加熱してはんだ付けするという方法が採られている。

従来のはんだ印刷は、表面に所定パターンのパッドを形成した回路基板の上に、パッドに合わせてマスク開口部を形成した印刷マスクを位置合わせして被せ、その上をスキージで抑えつけ、スキージを所定の方向へ移動させる。

しかしながら、このような従来の方法では、実装電子部品のファインピッチ化に伴い、微細マスク開口部のようにマスク開口部のサイズが小さくなってくると、マスク開口部にはんだペーストが入り込みにくくなってくる。その結果、回路基板から印刷マスクを引き離した後に、パッド上に十分な量のはんだが転写されないという問題点があった。

そこで、微細マスク開口部のようなサイズの小さいマスク開口部でもはんだペーストが十分に入り込むようにするため、回路基板を覆う印刷マスクの表面にスキージを押し当て、該スキージを移動させて前記印刷マスクの表面側に供給されたはんだペーストを前記印刷マスクのマスク開口部を通して前記回路基板に印刷するはんだ印刷機において、前記スキージの移動方向前方に、スキージと平行な回転軸を有し、はんだペーストのローリング方向と反対の方向に回転する回転ローラを設けるはんだ印刷方法などが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−２３９９５５号公報（４頁、図１）

上述のように、実装電子部品のファインピッチ化に伴い、微細なマスク開口部においてもパッド上に十分な量のはんだが転写されることが望まれる。

しかし、上記特許文献１では、はんだ印刷機に回転ローラを配するものであるため、印刷領域の非常に近い部分に駆動モータを配置することが考えられ、この駆動モータからの熱の発生により、はんだペーストの劣化が促進される可能性が高い。また、新たにモータ等を配置するため、その分印刷機自体のコストが高くなるという問題があった。

そこで、本発明は上記問題を解決するためになされたもので、従来のはんだ印刷機をそのまま用いて、はんだペーストの残量が少なくなっても高品質な印刷ができるはんだ印刷方法及びはんだペーストを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のはんだ印刷方法は、所望のパターンの開口部が形成されたマスクを介してスキージの移動によりはんだペーストをプリント基板上に塗布するはんだ印刷方法において、前記はんだペーストに前記開口部より大きな径を有する球状の部材を混入して前記スキージを移動させることを特徴としている。

また、本発明のはんだペーストは、所望のパターンの開口部が形成されたマスクを介したスキージの移動により行なわれるはんだ印刷に用いられるはんだペーストにおいて、前記開口部より大きな径を有した球状の部材が配合されていることを特徴としている。

従来のはんだ印刷機をそのまま用いて、はんだペーストの残量が少なくなっても高品質なはんだ印刷ができる。

以下に、本発明によるはんだ印刷方法を説明する。図１は、本発明によるはんだ印刷方法を示した図である。

まず、図１（ａ）に示すように電極（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ）と、配線パターン（不図示）を有するプリント配線基板１を用意する。ここで、電極や配線パターンは例えば銅（Ｃｕ）等の導体であり、単層基板の場合はプリント配線基板１の斜線部は例えばガラスエポキシ樹脂等の絶縁体である。但し、例えば板厚１．６ｍｍの６層のプリント配線基板のような斜線部に導体と絶縁体が複数積層された多層板であっても良い。更に、プリント配線基板１はポリイミド等を用いた柔軟性（フレキシブル性）のあるプリント配線基板であっても良い。

次に、図１（ｂ）に示すように、電極（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ）に対向する位置に開口部（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ）を有したはんだ印刷用のマスク２を用意し、これをプリント配線基板１の上に配置する。ここでマスク２は例えば板厚０．２ｍｍのステンレス等の金属製若しくは耐熱性を有する樹脂である。また、上記開口部は、例えばステンレス鋼にレーザ光を照射して開口部を形成するレーザ法や、メッキを利用するアディティブ法等の手法で形成されたものである。

次に、図１（ｃ）に示すように、配置されたマスク２の上にはんだペースト３を塗布する。ここでは、市販の後述する成分を有した公知のはんだペーストを適量塗布する。

次に、図１（ｄ）に示すように、はんだペースト３の周囲に印刷補助部材４を散布する。ここで、印刷補助部材４とは、後述するようにはんだペースト３をプリント配線基板１に効率よく印刷（転写）するための部材であり、その大きさは上述した開口部（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ）の中で一番大きな開口部の大きさよりも更に大きい方が好ましい。但し、その形状は、図１（ｄ）に示したような球体であっても良いし、後述するような多面体であっても良い（図６（ａ）参照）。また、印刷補助部材４の材質は、後述するはんだ粉末を構成するはんだ合金と同質であっても良いし、他の金属であっても良い。また、耐熱性を有すればプラスチックなどの樹脂材でも良いし、更にはウレタンゴム等のゴム材であっても良い。

図３は、印刷補助部材４が開口部よりも小さい場合におけるはんだ印刷を実施した図である。図３（ａ）は、プリント配線基板１全体を示した図であり、図３（ｂ）は、はんだペースト３を中心として一部を拡大した図である。

上述したように、印刷補助部材４の大きさはどの開口部よりも大きい方が好ましい。その理由は、仮に印刷補助部材４が開口部よりも小さい径を有する球体であるとすると、図３に示したように実際にはんだ印刷を行うと、開口部に印刷補助部材４が入り込んでしまい、後述するような本発明の効果が得られにくくなるからである。

また、印刷補助部材４の散布は、図１（ｄ）に示したように、単数よりも複数の印刷補助部材４を散布することが好ましい。また、散布の場所は、はんだペースト３の周囲だけに限らず、はんだペースト３の上に直接載るような散布であっても良い。

次に、図１（ｅ）に示すように、スキージ５を用いて所定方向（図１では矢印Ａの方向）にはんだペーストの印刷を行なう。ここで、スキージ５の先端は、マスク２に接触させ、かつマスク２とスキージ５とは、移動方向に対して所定の鋭角を構成させて移動させる。これにより、図１（ｆ）に示すように開口部にはんだペーストが逐次印刷（転写）されていく。

次に、全ての開口部にはんだ印刷が完了した時点で、マスク２を取り外すと、図１（ｇ）に示すように、電極（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ）上にはんだペースト３が印刷されたプリント配線基板１が完成する。

以上が本発明のはんだペーストの印刷方法であるが、上述の印刷方法を用いることにより、以下のような現象が生じる。

図２は、開口部２０ｄにはんだペースト３が印刷される様子を示した図である。図２（ａ）は、プリント配線基板１全体を示した図であり、図２（ｂ）は、はんだペースト３を中心として一部を拡大した図である。

図２に示したように、はんだペースト３に印刷補助部材４を散布してスキージ５を移動することで、はんだペースト３の中に印刷補助部材４が混入し、印刷補助部材４（図２では１つの印刷補助部材である印刷補助部材４ａのみを表示）が回転移動を始める。

図２を例にとると、スキージ５は左側（Ａ方向）に移動し、このスキージ５の移動に伴って、印刷補助部材４ａは反時計方向（Ｂ方向）に回転を始める。この印刷補助部材４ａの回転に伴って、スキージ５の先端部分とマスク２との間に介在するはんだペースト３は印刷補助部材４ａとは逆の時計方向（Ｃ方向）に回転する。このはんだペースト３のＣ方向の回転により、ペースト状であるはんだペースト３は、開口部２０ｄの中に確実に入り込むことになる。

一方、図４には印刷補助部材４を散布しない場合のはんだペースト３の様子を示している。図４（ａ）は、プリント配線基板１全体を示した図であり、図４（ｂ）は、はんだペースト３を中心として一部を拡大した図である。

図４に示したように、印刷補助部材４が混入されないはんだペースト３は、スキージ５の移動により、図４（ｂ）に示したように反時計方向（Ｄ方向）に回転する。本発明では、図２（ｂ）に示すように、スキージ５の先端部分のはんだがＣ方向の回転が生じるため、従来よりもはんだペースト３を開口部へ押し込む力が増すこととなる。従って、開口部２０ｄには従来よりも確実にはんだペースト３が入り込むこととなる。

図５は、はんだ印刷においてかすれが生じる場合のはんだ量を示した図であり、図５（ａ）は、印刷補助部材４を使用しない場合の従来の印刷方法であり、図５（ｂ）は印刷補助部材４を使用した本発明の印刷方法の場合を示している。

従来の方法では、図５（ａ）に示したようにある程度まとまった量のはんだペースト３が残っていながらも、印刷のかすれ等が生じるために、この残ったはんだペースト３を廃棄して、新たなはんだペースト３を塗布する（交換する）ことが必要であった。

一方、本発明の印刷方法を用いることで、図５（ｂ）に示したように印刷のかすれが生じるはんだの残量は、従来法の図５（ａ）と比して、残量が少ないことが分かる。即ち、本手法を用いることで、従来よりもはんだペースト３を開口部へ押し込む力が増すため、図５（ａ）と同等の残量があれば、更に図５（ｂ）の状態になるまで継続してはんだ印刷が可能となる。従って、従来廃棄していたはんだペーストの一部を更に印刷に用いることが可能となり、新たなはんだペーストに交換するまでの期間が長くなる。これによりはんだペーストを効率よく利用することが可能となる。

尚、印刷補助部材４の大きさは、例えば１〜５０ｍｍ程度まで考えられる。これは、使用するはんだペースト３の量、はんだペースト３中のはんだ粉末の径のサイズ、マスク２の大きさ、マスク２の開口径や、はんだペースト３中における印刷補助部材４の相対的な位置関係（浮き沈み）等によって大きさを変えることが望ましい。

また、印刷補助部材４の材質は比重と相関があり、使用するはんだペーストのはんだ組成や、フラックス量、はんだペースト３中における印刷補助部材４の相対的な位置関係（浮くか沈むか）により適宜選択することが好ましい。

図６は、印刷補助部材４を示した図である。ここで、図６（ｃ２）は、図６（ｃ１）の一部を拡大した図である。

図６（ｂ）に示したように、印刷補助部材４の表面をゴム材等で覆った印刷補助部材４２や、図６（ｃ）に示したように、印刷補助部材４の表面に数十μｍ程度の溝を設けた印刷補助部材４３を用いることで、はんだペーストとの密着性が向上し、はんだペーストがより少なくなっても、表面にはんだが留まりやすくなり、安定した印刷が可能である。

既述のように、印刷補助部材４の形状としては、図１に示したような球形の他、図６（ａ）の印刷補助部材４１ａや印刷補助部材４１ｂに示したような多面体でも良い。但し、球形の場合は調達がしやすくコストが安いというメリットがある。また、多面体の場合は、はんだペーストとの密着性が向上する点でメリットがある。

尚、１回の印刷だけでは、マスク２の開口部に対して充分はんだペーストを供給することができない場合は、２回印刷しても良い。

以上のような、方法を実現することで従来のはんだ印刷機をそのまま用いて、はんだペーストの残量が少なくなっても高品質な印刷が可能となる。

また、本発明は、従来の印刷機をそのまま用いているため、上述した特許文献１のような印刷機に駆動モータを設ける必要も無く、従って駆動モータによる熱の発生が無く、これに起因するはんだペーストの劣化が少ない。また、従来のはんだ印刷機をそのまま用いているため、使用に掛かるコストインパクトが少なく、１回で投入するはんだペースト当たりの印刷生産枚数が増え、かつはんだペーストの廃棄量が少なくなるため、生産にかかるコスト低減となる。

更に、はんだペーストは酸化することで使用できなくなってしまうが、酸化しにくい印刷補助部材４を用いれば、印刷補助部材４自体のリサイクルが可能となり、この点でもコストメリットがある。

（変形例）
上述したように、本発明のはんだ印刷方法は、はんだペースト３中に印刷補助部材４を混入させることで、印刷補助部材４の回転によりはんだを効率よく使用できることにある。従って、実際にはんだ印刷を行なう際に印刷補助部材４をはんだペースト３に散布するだけでなく、はんだペースト３の中に予め印刷補助部材４を混入させた新たなはんだペースト３'を実現することでも同様の効果が発揮できる。即ち、予めはんだペースト３を混
入させたはんだペースト３'を実現することで、図１（ｄ）のような印刷補助部材４を散
布する工程が経なくても、従来の印刷機をそのまま用いてはんだペーストの残量が少なくなっても高品質な印刷が可能となる効果が発揮できる。

印刷補助部材４を配合したはんだペースト３'は、通常のはんだペーストに印刷補助部
材４を配合したものである。印刷補助部材４の配合量は、はんだペースト３'の全量中に
対して、５〜８０重量％、好ましくは２０〜５０重量％である。

ここで通常のはんだペーストであるはんだペースト３は、フラックス、およびはんだ粉末を混合したものであり、例えば、プラネタリーミキサー等の公知の装置を用いて配合されたものである。はんだペースト用フラックスの配合量は、通常、はんだペーストの全量中に対して、５〜２０重量％、好ましくは、５〜１５重量％である。フラックス含量が、５重量％未満の場合及び２０重量％を超える場合は、必要なはんだ印刷適性が十分満足することができないので、好ましくない。

はんだ粉末を形成するはんだ合金は、例えばＳｎ−Ｐｂ合金の他、Ｓｎ−Ａｇ系合金やＳｎ−Ｓｂ合金、Ｓｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金等の公知のはんだ合金である。はんだ粉末の形状は、真球、不定形、いずれでも良く、はんだ粉末の粒径は一般に使用されているものであればいずれでも良いが、真球の場合直径２０〜６０μｍのものが、例えば印刷適性等の物性の点から特に好ましい。

一方、はんだペースト３に用いられるフラックスの化合物としては、アビエチン酸、ロジン酸、アジピン酸、セバシン酸、コハク酸、マレイン酸、クエン酸、２，４−ジエチルグルタル酸等の公知のフラックスであり（特開平１０−５０５００６号公報、特開２００４−５８１０４号公報等参照）、上記化合物に、例えば樹脂、溶剤、チキソトロピー性付与剤等通常使用されるものを所定量均一に配合できる方法（例えば、ホモミキサー、混練機、真空撹拌装置、プラネタリーミキサー等の公知の装置を用いた方法）で製造されたものである。配合温度は特に限定されないが、用いる溶剤の沸点より低い温度で、加温して溶解し易くすることが好ましい。また、フラックスには、その効果を妨げない範囲で、必要に応じて、さらに、酸化防止剤、つや消し剤、着色剤、消泡剤、分散安定剤などが添加されていても良い。

このようにはんだペースト３'は、通常のはんだペースト３に印刷補助部材４を配合し
て作成されたものであるが、更に本発明の効果を損なわない範囲において、その他の材料配合することができる。その他の材料としては、例えば、樹脂、溶媒、チキソトロピー性付与剤等の既存のはんだペーストに使用されるものであれば同様に使用できる。

以上のような変形例においても、従来のはんだ印刷機をそのまま用いて、はんだペーストの残量が少なくなっても高品質な印刷が可能となる。

（応用例）
また、本発明は、ペースト状の物質を効率よく印刷できる効果を発揮できるため、上述の方法をはんだペーストだけでなく、導電性接着剤、導電性ペースト、レジストインキ等により実現することで同様な効果が発揮できる。

以上のような応用例においても、従来の印刷機をそのまま用いて、ペースト状の物質を効率よく印刷できる。

本発明によるはんだ印刷方法を示した図。 開口部２０ｄにはんだペースト３が印刷される様子を示した図。 印刷補助部材４が開口部よりも小さい場合におけるはんだ印刷を実施した図。 印刷補助部材４を散布しない場合のはんだペースト３の様子を示した図。 はんだ印刷においてかすれが生じる場合のはんだ量を示した図。 印刷補助部材４を示した図。

符号の説明

１ プリント配線基板
１０ａ 電極
１０ｂ 電極
１０ｃ 電極
１０ｄ 電極
１０ｅ 電極
２ マスク
２０ａ 開口部
２０ｂ 開口部
２０ｃ 開口部
２０ｄ 開口部
２０ｅ 開口部
３ はんだペースト
４ 印刷補助部材
５ スキージ

Claims (6)

1. 所望のパターンの開口部が形成されたマスクを介してスキージの移動によりはんだペーストをプリント基板上に塗布するはんだ印刷方法において、
   前記はんだペーストに前記開口部より大きな径を有する球状の部材を混入して前記スキージを移動させることを特徴とするはんだ印刷方法。
2. 前記球状の部材は、金属またはプラスチックであることを特徴とする請求項１に記載のはんだ印刷方法。
3. 前記球状の部材は、前記はんだペーストのはんだ合金と同じ材質であることを特徴とする請求項１に記載のはんだ印刷方法。
4. 前記球状の部材は、前記はんだペーストに複数個混入させることを特徴とする請求項１に記載のはんだ印刷方法。
5. 前記部材は、多角形であることを特徴とする請求項１に記載のはんだ印刷方法。
6. 所望のパターンの開口部が形成されたマスクを介したスキージの移動により行なわれるはんだ印刷に用いられるはんだペーストにおいて、
   前記開口部より大きな径を有した球状の部材が配合されているはんだペースト。

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