JP6024200B2 - 表面実装基板への電子部品実装方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品を表面実装基板に表面実装する表面実装基板への電子部品実装方法に関する。

この種の表面実装基板では、リード線部を有しない抵抗、コンデンサ等のチップ部品を表面実装基板にリフロー半田付けする場合には、表面実装基板に熱歪みなどによる表面実装基板とチップ部品との変位のギャップを緩和するために、チップ下の半田高さすなわちスタンドオフ高さを高くすることが行われている。
このスタンドオフ高さを確保するために、従来、端面電極を有するチップ部品などの基板表面実装部品の、それぞれ端面電極に沿って半田がぬれ上がることを防止するように、端面電極の全部または一部を半田でぬれない材料でカバーするようにした半田ぬれ上がり抑制構造を設けることが知られている（特許文献１参照）。

特開２００５−２５１９０４号公報

ところで、上記特許文献１に記載された従来例にあっては、基板表面実装部品の端面電極に半田のぬれ上がりを抑制するカバー等の半田ぬれ上がり抑制構造を設けるようにしている。
しかしながら、上記従来例では、基板表面実装部品の端面電極に半田ぬれ上がり抑制構造を設ける必要があり、工数が増加するという未解決の課題がある。
また、基板表面実装部品の端面電極への半田のぬれ上がりは抑制することができるが、スタンドオフ高さは、半田ペーストの塗布量によっても左右され、一定のスタンドオフ高さを確保することができないという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、チップ部品のスタンドオフ高さを正確に設定することができる表面実装基板への電子部品実装方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る表面実装基板への電子部品実装方法の第１の態様は、電子部品を実装する一対のランドを含む配線パターンを形成した表面実装基板の実装面に厚膜コーティング装置によってレジストを塗布して厚膜レジスト層を形成する工程と、形成した厚膜レジスト層をプリキュアする工程と、該厚膜レジスト層の前記電子部品下となる前記一対のランドの対向面側の内側領域を露光領域とし、他の領域を非露光領域とするマスクを使用して露光する工程と、前記非露光領域の厚膜レジスト層をエッチング除去し、前記内側領域に厚膜レジスト層を形成する工程と、前記厚膜レジスト層をポストキュアする工程と、前記一対のランドにおける前記内側領域を除く領域にソルダーペーストを印刷する工程と、前記ソルダーペースト上に前記電子部品を載置してリフロー半田付けを行う工程とを備えている。

この第１の態様によると、両端に電極部を有するチップ部品を実装する一対のランドの内側領域に厚膜コーティング装置によって例えば写真現像型液状ソルダーレジスト、写真現像型ドライソルダーレジスト等のレジストを使用して厚膜レジスト層を形成し、この厚膜レジスト層を除くランド上にソルダーペーストを印刷してからリフロー半田付けを行うことにより、一対のランドと電子部品との間に一定距離のスタンドオフ高さを確保する。

また、本発明に係る表面実装基板への電子部品実装方法の第２の態様は、前記レジストがフィラーを混入したレジストで構成されている。
この第２の態様によると、レジストにフィラーが混入されているので、フィラーによる形状維持効果を発揮して厚い厚膜レジスト層を形成することができる。
また、本発明に係る表面実装基板への電子部品実装方法は、前記厚膜コーティング装置が、カーテンコータ、スプレーコータ及びスクリーン印刷機の何れか一つで構成されている。

この第３の態様によると、厚膜コーティング装置をカーテンコータ、スプレーコータ、又はスクリーン印刷機で構成することにより、厚膜レジスト層の厚みを高精度で調整することができる。特に、カーテンコータ又はスプレーコータを使用する場合には、表面実装基板を載置したコンベヤの搬送速度を制御することにより、厚膜レジスト層の厚みを高精度で調整することができる。

本発明に係る表面実装基板への電子部品実装方法の第４の態様は、電子部品を実装する一対のランドを含む配線パターンを形成した表面実装基板の実装面にドライフィルムフォトレジストをラミネートして厚膜レジスト層を形成する工程と、形成した厚膜レジスト層の前記電子部品下となる前記一対のランドの対向面側の内側領域を露光領域とし、他の領域を非露光領域とするマスクを使用して露光する工程と、前記非露光領域の厚膜レジスト層を現像除去し、前記内側領域に厚膜レジスト層を形成する工程と、前記厚膜レジスト層をポストキュアする工程と、前記一対のランドにおける前記内側領域を除く領域にソルダーペーストを印刷する工程と、前記ソルダーペースト上に前記電子部品を載置してリフロー半田付けを行う工程とを備えている。

この第４の態様によると、ドライフィルムフォトレジストを使用して、実装基板上の部品下となる一対のランドの内側領域に厚膜レジスト層を形成するので、高価な塗布装置を使用することなく厚膜レジスト層を正確且つ容易に形成することができる。

本発明によれば、表面実装基板に形成した一対のランド上の内側領域に厚膜コーティング装置でレジストを塗布するか又はドライフィルムフォトレジストを使用して厚膜レジスト層を形成し、この厚膜レジスト層を形成したランドの外側領域にソルダーペーストを印刷してからリフロー半田付けを行うので、厚膜レジスト層で電子部品及びランド間のスタンドオフ高さを正確に確保することができる。

本発明に係る表面実装基板を示す断面図である。 本発明に係る表面実装基板への電子部品実装方法を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る表面実装基板を示す断面図、図２は本発明による電子部品実装方法を示す説明図である。
図中、１は例えば電磁接触器の電磁石ユニットを駆動する駆動回路を構成する電子部品を表面実装した１枚の基材で形成された表面実装基板である。この表面実装基板１は、表面に形成された配線パターン上のランド２に、例えば整流ダイオード、ショットキダイオード、電界効果トランジスタ等の半導体部品でなる大型部品３がリフロー半田付けされているとともに、他の一対のランド４ａ，４ｂに抵抗、コンデンサ、コイル等のチップ部品５がリフロー半田付けされている。

ここで、大型部品３の実装面及びランド２には互いに対向する全面に半田層６が形成されている。この半田層６は、大型部品の側面にぬれ上がり部６ａ，６ｂが形成されている。
これに対して、チップ部品５のランド４ａ，４ｂには、チップ部品５の下側に対向し、且つ両ランド４ａ，４ｂの対向面側の内側領域７ａ，７ｂに厚膜レジスト層８ａ，８ｂが形成され、両ランド４ａ，４ｂの内側領域７ａ，７ｂとは反対側の外側領域９ａ，９ｂに半田層１０ａ，１０ｂが形成されている。これら半田層１０ａ，１０ｂは、チップ部品５の両端の電極部５ａ及び５ｂ側にぬれ上がり部１１ａ，１１ｂが形成されている。

そして、表面実装基板１に大型部品３を表面実装するには、後述するようにリフロー半田付けを行うことにより、容易に実装することができる。
これに対して、表面実装基板１にチップ部品５を表面実装するには、先ず、図２（ａ）に示すように、例えば銅箔でなる配線パターンを形成することにより、大型部品３及びチップ部品５を実装するランド２及び４ａ，４ｂを形成した表面実装基板１を用意する。

次いで、図２（ｂ）に示すように、表面実装基板１上に、実装面に例えばカーテンコータ及びスプレーコータの何れか一方で構成される厚膜コーティング装置によって一般的な感光性樹脂組成物でなる写真現像型液状ソルダーレジストを塗布して厚膜レジスト層２１を形成する。ここで、厚膜コーティング装置では、レジストを吐出するコーティング部に対向するコンベヤ上に表面実装基板１を載置し、コンベヤの搬送速度を調整することにより、所望厚さ（例えば１００μｍ）の厚膜レジスト層２１を形成する。なお、厚膜レジスト層２１を形成するには、スクリーン印刷機を使用して写真現像型液状ソルダーレジストをスクリーン印刷により形成するようにしてもよい。

次いで、厚膜レジスト層２１を形成した表面実装基例えば８０℃程度で２０〜３０分加熱するプリキュアを行う。
次いで、図２（ｃ）に示すように、ネガフィルム等のマスクを使用して紫外線を照射する露光を行う。ここで、ランド４ａ，４ｂの内側領域７ａ及び７ｂについては紫外線を照射する露光領域としてレジストを硬化させ、その他の領域には紫外線の照射を遮断して非露光領域とし、レジストの硬化を抑制する。

次いで、図２（ｄ）に示すように、アルカリ系の現像液でエッチング処理を行って、非露光領域の厚膜レジスト層をエッチング除去し、チップ部品５の下側となる一対のランド４ａ，４ｂの内側領域７ａ，７ｂに厚膜レジスト層８ａ，８ｂを形成する。
次いで、厚膜レジスト層８ａ，８ｂを例えば１５０℃で５０〜６０分程度加熱して完全に硬化させるポストキュアを行う。

次いで、図２（ｅ）に示すように、ランド４ａ，４ｂ上の内側領域７ａ，７ｂを除く外側領域９ａ，９ｂに鉛フリーソルダーペースト２２ａ，２２ｂを例えばスクリーン印刷する。このとき、大型部品３のランド２上にも鉛フリーソルダーペースト２３を印刷する。
次いで、図２（ｆ）に示すように、鉛フリーソルダーペースト２２ａ，２２ｂと厚膜レジスト層８ａ，８ｂとの上部にチップ部品５を載置するとともに、ソルダーペースト２３上に大型部品３を載置してからリフロー半田付けを行って半田層１０ａ，１０ｂ及び６を形成し、表面実装基板１への大型部品３及びチップ部品５の表面実装を完了する。

ここで、リフロー半田付けは、鉛フリーソルダーペースト２３及び２２ａ，２２ｂ上に大型部品３及びチップ部品５を搭載してからリフロー炉で加熱する。このとき、リフロー炉の中では予熱と本加熱とを行う。予熱は、部品への急激な熱衝撃の緩和、フラックスの活性化促進、有機溶剤の気化などを行うために、基板と部品を一般的には１５０℃から１７０℃程度に予熱する。その後、半田が溶ける温度まで、短時間高温にする（一般的には２２０℃から２６０℃）本加熱を行う。この本加熱では、半田成分組成により溶融温度が異なるが、鉛フリー半田の場合高温にする必要がある。その後、大型部品３及びチップ部品を実装した表面実装基板１を冷却して半田層６及び１０ａ，１０ｂを形成する。

そして、大型部品３及びチップ部品５が実装された表面実装基板１は、例えば高電圧・高電流の直流電流路に介挿される電磁接触器に内装され、電磁接触器の電磁石ユニットの励磁コイルの通電を制御する。
このように、上記実施形態によると、カーテンコータやスプレーコータやスクリーン印刷機のような厚膜コーティング装置でチップ部品５の下側となるランド４ａ，４ｂの内側領域７ａ，７ｂに厚膜レジスト層８ａ，８ｂを形成し、ランド４ａ，４ｂの外側領域９ａ，９ｂに鉛フリーソルダーペースト２２ａ，２２ｂを塗布し、これら厚膜レジスト層８ａ，８ｂ及び鉛フリーソルダーペースト２２ａ，２２ｂ上にチップ部品５を載置した状態で、表面実装基板１をリフロー炉にいれてリフロー半田付けを行う。

このため、表面実装基板１をリフロー半田付けしたときに、鉛フリーソルダーペースト２２ａ，２２ｂにぬれ上がりが発生した場合でも、ランド４ａ，４ｂとチップ部品５との間のリフトオフ高さを厚膜レジスト層８ａ，８ｂで確実に確保することができる。
しかも、厚膜レジスト層８ａ，８ｂの形成を、カーテンコータやスプレーコータで構成される厚膜コーティング装置によって行う場合には、表面実装基板１を載置して搬送するコンベアの速度を制御することにより、厚膜レジスト層８ａ，８ｂの厚みを正確に調整することができる。

なお、上記実施形態においては、レジストとして一般的な感光性樹脂組成物を使用した場合について説明した。しかしながら、本発明は、上記構成に限定されるものではなく、レジストとして感光性樹脂組成物にフィラーを混入させてフィラー入り感光性樹脂組成物を適用するようにしてもよい。この場合には、レジストとしてフィラー入り感光性樹脂組成物を適用するので、厚膜レジスト層８ａ，８ｂを形成した場合に、１００μｍ以上の厚膜をだれることなく形状維持した状態で正確に形成することができる。
また、上記実施形態においては、１回の厚膜コーティング処理で厚膜レジスト層２１を形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、膜厚によっては厚膜コーティング処理を複数回繰り返して厚膜レジスト層２１を形成するようにしてもよい。

さらに、上記実施形態においては、写真現像型液状ソルダーレジストを使用して厚膜レジスト層８ａ，８ｂを形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ドライフィルムフォトレジストを使用して厚膜レジスト層８ａ，８ｂを形成するようにしてもよい。この場合には、電子部品を実装する一対のランドを含む配線パターンを形成した表面実装基板の実装面にスタンドオフ高さを確保する所望厚み（例えば１００μｍ程度）のドライフィルムフォトレジストをラミネートして厚膜レジスト層を形成する工程と、形成した厚膜レジスト層の前記電子部品下となるランドの内側領域を露光領域とし、他の領域を非露光領域とするマスクを使用して露光する工程と、前記非露光領域の厚膜レジスト層を現像除去し、前記電子部品下となる前記一対のランドの内側領域に厚膜レジスト層を形成する工程と、前記厚膜レジスト層をポストキュアする工程と、前記ランドの内側領域を除く領域にソルダーペーストを印刷する工程と、前記ソルダーペースト上に前記電子部品を載置してリフロー半田付けを行う工程とを設けるようにすればよい。このように、ドライフィルムフォトレジストを使用すると、高価な塗布装置を使用することなく厚膜レジスト層８ａ，８ｂを正確且つ容易に形成することができる。

１…表面実装基板、２…ランド、３…大型部品、４ａ，４ｂ…ランド、５…チップ部品、６…半田層、６ａ，６ｂ…ぬれ上がり部、７ａ，７ｂ…内側領域、８ａ，８ｂ…厚膜レジスト層、９ａ，９ｂ…外側領域、１０ａ，１０ｂ…半田層、１１ａ，１１ｂ…ぬれ上がり部、２１…厚膜レジスト層、２２ａ，２２ｂ…鉛フリーソルダーペースト

Claims (4)

1. 電子部品を実装する一対のランドを含む配線パターンを形成した表面実装基板の実装面に厚膜コーティング装置によってレジストを塗布して厚膜レジスト層を形成する工程と、
   形成した厚膜レジスト層をプリキュアする工程と、
   該厚膜レジスト層の前記電子部品下となる前記一対のランドの対向面側の内側領域を露光領域とし、他の領域を非露光領域とするマスクを使用して露光する工程と、
   前記非露光領域の厚膜レジスト層をエッチング除去し、前記内側領域に厚膜レジスト層を形成する工程と、
   前記厚膜レジスト層をポストキュアする工程と、
   前記一対のランドにおける前記内側領域を除く領域にソルダーペーストを印刷する工程と、
   前記ソルダーペースト上に前記電子部品を載置してリフロー半田付けを行う工程と
   を備えたことを特徴とする表面実装基板への電子部品実装方法。
2. 前記レジストはフィラーが混入されていることを特徴とする請求項１に記載の表面実装基板への電子部品実装方法。
3. 前記厚膜コーティング装置は、カーテンコータ、スプレーコータ及びスクリーン印刷機の何れか一つで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の表面実装基板への電子部品実装方法。
4. 電子部品を実装する一対のランドを含む配線パターンを形成した表面実装基板の実装面にドライフィルムフォトレジストをラミネートして厚膜レジスト層を形成する工程と、
   形成した厚膜レジスト層の前記電子部品下となる前記一対のランドの対向面側の内側領域を露光領域とし、他の領域を非露光領域とするマスクを使用して露光する工程と、
   前記非露光領域の厚膜レジスト層を現像除去し、前記内側領域に厚膜レジスト層を形成する工程と、
   前記厚膜レジスト層をポストキュアする工程と、
   前記一対のランドにおける前記内側領域を除く領域にソルダーペーストを印刷する工程と、
   前記ソルダーペースト上に前記電子部品を載置してリフロー半田付けを行う工程と
   を備えたことを特徴とする表面実装基板への電子部品実装方法。

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