JPH0637442A - 微細ピッチへの半田付け装置及びその方法 - Google Patents

微細ピッチへの半田付け装置及びその方法

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 あらかじめ定められた量の半田を、微細ピッ
チ導線へ正確に付けることができることを目的とする。 【構成】 ダイレクト・チップ・アタッチメント（ＤＣ
Ａ）やフリップチップに適している微細ピッチ導線へ、
正確な量の半田を付けるための方式及び装置であり、加
熱したプラテンを用いて、回路基盤上の複数のランドを
覆っている半田へ加圧する。一実施例では、複数のラン
ドの位置に対応するように孔の開いたマスクを通して、
ペースト状半田がスクリーニングされる。他の実施例で
は、半田箔のウェッブが、複数の微細ピッチランドの上
に正確に位置合わせされる。各実施例において、加熱し
たプラテンには、複数の微細ピッチランド領域のサイズ
及び形状に対応する活動要素が最低一個は付いている。
第三の実施例では、半田付けをされるランドに対応す
る、個々のプラテンを用いている。 【効果】 本発明の装置と方式により、あらかじめ定め
られた量の半田を、微細ピッチ導線へ正確に付けること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は回路基盤上に電子部品を
実装するための半田付けに関するものであり、より具体
的には、チップを直接実装するためのフットプリントで
構成される微細ピッチランドへの半田付けに関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術には、回路基盤への半田（ペ
ーストもしくはウェッブボーンフィルム）付けのブロー
ド問題対策が数多く含まれている。従来技術には、フッ
トプリント内の個々のランドに対応する孔のあいたマス
クを通して、ペーストをスクリーニングする方式があ
る。
【０００３】米国特許第４、８３２、２５５号に見られ
るように、加熱された相互に可動な装置を用いて、基盤
上の伝導性に合わせてかぶせた半田のウェッブボーンフ
ィルムに、制御可能な加熱及び加圧をする方式も知られ
ている。この特許では、ウェッブにスプロケット穴を開
けて、他のサイトへの半田付けのためのウェッブ先送り
を容易にしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】プリント回路のサイズ
減少にともなって、正確で反復可能なプリント回路作成
技術の必要が高まっている。ますます細くなる導線の間
のピッチが小さくなるに連れ、電子部品を接続するラン
ドパターンもしくはフットプリントを構成するサイト
は、ますます縮小されていく。ランドにのみ半田付けを
する事が望ましい。そうでなければ、”ブリッジング”
が生じてしまうからである。更に、この方式は、回路基
盤への”ダイレクト・チップ・アタッチメント（ＤＣ
Ａ）”を考慮に入れている。フリップチップ、ＤＣＡ、
及びその他の表面実装システムの場合は、フットプリン
トパターンは、長方形とは全く違った配置を取ることが
しばしばある。いくつかの表面実装型部品と同様に、チ
ップの輪郭の内側の領域で、出力信号間の接続をする必
要が出てくる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、ブリッジング
の生じない微細ピッチランドへの半田付け技術を提供す
るものであり、半田を吸着しない加熱したプラテンを使
用して、簡単で信頼性が高く歩留まりの高い方法で半田
をランドへ付ける。
【０００６】本発明の第一の特徴は、半田ペーストがマ
スクを通してスクリーニングされることである。マスク
には孔があいていて、各々の孔は、複数のランド上にま
たがるような寸法と配置になっている。加熱したプラテ
ンは、マスクの孔に対応するサイズと形状の要素（１個
もしくは複数個）を備えるように配置されている。プラ
テンがスクリーンされた半田に接触してリフローさせ、
半田を回路のランドへ粘着させる。
【０００７】本発明の第二の特徴は、回路基盤上のフッ
トプリントの上に合わせた半田フィルムに接触するの
に、半田を吸着しない加熱したプラテンを用いることで
ある。加熱したプラテンは往復動作可能で、半田をのせ
るフットプリントのサイトから構成される複数のランド
を覆っている領域の寸法と形状に対応しているような、
活動要素を持つ。
【０００８】本発明の第三の特徴は、先に述べた、半田
を吸着しないプラテンが、複数の個々のプラテンから構
成されていることである。この個々のプラテンは、１個
以上のフットプリントに関連するランドの一部もしくは
全部に対応するように、配置されている。
【０００９】本発明の装置と方式により、あらかじめ定
められた量の半田を、微細ピッチ導線へ正確に付けるこ
とができる。本発明を自動化されたアッセンブリに適用
することは、容易である。更に、本発明によれば、使用
されなかった半田を再利用することができる。
【００１０】本発明の利点の一部は、基盤表面張力の効
果と、半田と伝導性ランド間の引力の効果とに起因する
と思われる。
【００１１】
【実施例】図１は、回路基盤２の一部を示す平面図であ
る。基盤２の表面には銅のランド４がある。ランド４
は、一般に、幅が約４ｍｉｌ（約０．１ミリメートル）
で、その中心から隣接するランドの中心までは１２ｍｉ
ｌ（約０．３ミリメートル）離れるように配置されてい
る。レジスト６が基盤２の表面のほとんどを覆ってい
る。このレジスト６に開いている孔８により、ランド４
が露出していて、ここへ半田付けをしなくてはならな
い。これらの孔の大きさは、一般的に、約１０×６ｍｉ
ｌ（約０．２５×０．１５ミリメートル）である。実装
するチップの形状により、より大きいもしくはより小さ
い孔が必要になる。
【００１２】図２は、図１の中の基盤２の断面図であ
る。レジスト６と銅のランド４も示されている。型板２
０に開いている孔２２は、半田をのせるべき銅ランド４
の全てが露出されるような大きさと配置を取っている。
ゴムローラー３４が矢印３８の方向へ動いていくと、孔
２２とマスク２０を通して半田ペースト３０がのせられ
る。
【００１３】図３には、半田３０がのせられマスク２０
が取り去られた後のアッセンブリが示してある。プラテ
ン５０は、半田を吸着しない材質で出来ている。またこ
のプラテンは、半田３０に加熱・加圧できるように加熱
されていて、矢印６０の方向へ移動可能である。図１及
び３を参照してわかるように、本発明の技術の操作は、
次のステップから構成される。まず、基盤上で銅ランド
と高さが同一になるように、レジストを施す。次いで、
適切な寸法のマスクの孔から半田を刷り込む。続いて、
半田を吸着しないプラテンで、半田をリフローするのに
十分な熱と圧力を加える。マスク２０の孔２２は、ｍｉ
ｌ単位で、対応するランドの個数とピッチを掛け合わせ
た程度となるだろう。
【００１４】加熱したプラテン５０が降下して半田３０
に接触し、半田３０を融解するのに十分な時間そのまま
接触している。この所用時間は、半田の組成の関数で表
される。共晶混合物組成の半田には、０．５秒が最適な
時間であることが、判明した。次いで、半田を吸着しな
いプラテンが上昇し、従来の洗浄技術を用いて、残留フ
ラックスや半田粒子が除去される。
【００１５】この分野の技術者ならば、半田を吸着しな
い刃をもつプラテンは、どんな孔の配置にも対応して設
計できることが分かるであろう。例として、マスク２０
の孔２２は、１個のフットプリント全体に対応するもの
でも、複数のフットプリントに対応するものでもよい。
さらに、半田を吸着しないプラテン５０は、ランドとラ
ンドの間に対応するノコギリ状の刃もしくは溝を持って
いても良い。また、複数の分肢を持つこともできる。
【００１６】直径．００７２インチ（約０．０１８ミリ
メートル）のパッドの周囲に厚さ．００２５ｍｉｌ（約
０．００６４ミリメートル）のマスクを置き、６３／３
７スズ・鉛半田クリームを用いると、得られる半田の高
さの平均は２．６ｍｉｌ（０．００６６ミリメートル）
であることが分かった。必要ならば、次のステップで半
田を吸着しないプラテンを使用して、ランド４にのって
いる複数の半田を確認することができる。
【００１７】図４は、本発明の第二の実施例を示してい
る。ここでは、箔状の半田を使用している。図４では、
半田箔７０の端に穴を開けて、ピンウィール７２及び７
４を用いて新しい半田箔を各ランドのサイトへ位置合わ
せできるようにしている。ピンウィール７２及び７４
は、解説のためにのみ示したものであり、この分野の技
術者ならば、半田箔をランドサイトへ位置合わせしたり
送ったりするには、他のメカニズムを使用しても良いこ
とを、理解戴けるであろう。
【００１８】半田箔７０の長さが、複数のランド４上に
正確に位置決めされてしまえば、本発明の方式の操作
は、上述したものと同様である。加熱されたプラテン５
０が下降し、半田を融解するのに十分な間、半田箔７０
をランド４へ接触させる。次いで、半田を吸着しないプ
ラテン５０が上昇してから、既に述べたとおり、従来の
技術による洗浄を行う。
【００１９】本発明の更に別の実施例を、図５に示す。
この実施例では、プラテン５２に、露出しているランド
４に対応するように配置されたピン状の個々のプラテン
５４が付いている。操作としては、個々のプラテン・ピ
ン５４の付いたプラテンアッセンブリ５２が、半田箔７
０を貫通できる力をかけながら、矢印６２の方向へ下降
する。ピン５４は熱いので、プラテンアッセンブリの下
降により、半田箔７０が露出しているランド４の上へ打
ち抜かれる。
【００２０】ここに選んだ実施例においては、個々のプ
ラテン・ピン５４を用いて半田箔７０から半田を打ち抜
いているが、この個々のプラテン・ピンを、図３の半田
ペーストを使用する実施例に適用してもよい。
【００２１】以上のように本発明を解説してきたので、
本発明は、自動化された製造技術へ適応可能であること
は、この分野の技術者には明白なはずである。図３及び
４の半田を吸着しないプラテン５０に適した材質は、チ
タン及びステンレス鋼である。図５に示した個々のプラ
テンは、保護被膜をつけたアルミニウムで作るのが望ま
しい。ここで取りあげた実施例のいずれにおいても、半
田を吸着しないプラテンには、ランドフットプリントと
同じパタンの活動表面があり、単一のユニットと結合さ
せても、プレス機様の装置と組み合わせてもよい。この
やり方で、複数のフットプリントへ同時に半田付けがな
される。この半田付け方式は、初回の回路組立にもやり
直しにも用いられるが、プラテン及びフットプリントに
関する正確なアラインメントが、この方式にとってクリ
ティカルになることは決してない。
【００２２】さらに、図５の実施例では、アーム６４に
バネが入ることも可能である。これは、半田を吸着しな
いプラテンアッセンブリが半田箔７０をリフローさせる
動作の間、セルフセンタリングを容易にするためであ
る。
【００２３】本発明について、特定の好ましい実施例及
びその修正例を参照して解説したが、本発明の請求範囲
内で、形状や詳細な点に関する様々な変更を加えること
は可能である。
【００２４】
【発明の効果】本発明の装置と方法により、あらかじめ
定められた量の半田を、微細ピッチ導線へ正確に付ける
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】微細ピッチランドを含む回路基盤の平面図であ
る。
【図２】半田ペーストのスクリーニング方式を示す図で
ある。
【図３】半田をランドへリフローするための、加熱した
プラテンを示す図である。
【図４】本発明による、半田箔の付け方を示す図であ
る。
【図５】本発明の他の実施例による、フットプリントサ
イトへ半田箔を付ける装置を示す図である。
【符号の説明】
２ プリント回路基盤 ４ 銅のランド ６ レジスト ８ （レジストの）孔 ２０ マスク ２２ 孔 ３０ 半田ペースト ３４ ゴムローラー ５０ 半田を吸着しないプラテン ５２ 半田を吸着しないプラテンアッセンブリ ５４ ピン状の個々のプラテン ６４ アーム ７０ 半田箔 ７２ ピンウィール ７４ ピンウィール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エバリット・ウィリアム・メイス アメリカ合衆国78634 テキサス州ハット ー、ボックス 35、ルート １ (72)発明者 イサ・セド・マーモウド アメリカ合衆国13732 ニューヨーク州ア パラチン、グラン・ロード 75 (72)発明者 チャールズ・テイラー・ランドルフ アメリカ合衆国13850 ニューヨーク州ベ スタル、ゲイツ・ロード 3700 (72)発明者 ジョン・リース アメリカ合衆国13760 ニューヨーク州エ ンディコット、ツドー・ドライブ 22 (72)発明者 ガストン・ジーン・セトル アメリカ合衆国78628 テキサス州ジョー ジタウン、エー・ランチ・ロード 702 (72)発明者 フォン・タイ・ツロン アメリカ合衆国78664 テキサス州ラウン ド・ロック、リッジモント・ストリート 1006 (72)発明者 スリニ・バラダラジャン・バサン アメリカ合衆国78753 テキサス州オース チン、ノース・オークス・ドライブ 12001

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】回路基盤上の微細ピッチ伝導性ランドへの
    半田付け方法において、 複数のランドに対応する少なくとも１個の開孔部のある
    型板を通して半田をスクリーニングするステップと、 少なくとも１個ある該開孔部の寸法と形状に確実に対応
    する、半田を吸着しない加熱したプラテンで該半田をリ
    フローさせて、半田を接着させるステップとから構成さ
    れる半田付け方法。
  2. 【請求項２】回路基盤上に近接して配置された伝導性ラ
    ンドへの半田付け方法において、 該ランドの上へ半田箔を合わせてかぶせるステップと、 該半田箔を溶かすのに十分な間、該半田を加熱・加圧す
    ることで、半田を近接して配置された該伝導性ランドへ
    接着させるステップとから構成される半田付け方法。
  3. 【請求項３】上記半田を接着させるステップが、 該ランドと同じ範囲の活動フットプリントの付いてい
    る、半田を吸着しない加熱したプラテンで該半田箔を接
    着させるステップで構成される、 請求項２に記載の半田付け方法。
  4. 【請求項４】上記半田を接着させるステップが、 該ランドの個数及び該ランド間の相対的な配置に対応し
    た、複数の個々のピン状プラテンで該半田箔を接着させ
    るステップで構成される、 請求項２に記載の半田付け方法。
  5. 【請求項５】回路基盤上の複数の微細ピッチ伝導性ラン
    ドへ半田付けする装置であって、 複数の該ランド上へ半田箔片の位置合わせを指示する手
    段と、 少なくとも一個の活動表面領域があり、それが複数の該
    ランドの占める領域に対応するように配置されている１
    個のプラテンと、 該プラテンと該回路基盤間で適切な往復動作をして、該
    プラテンの加える熱と圧力により該半田箔を溶解させる
    手段とから構成される、 前記装置。
  6. 【請求項６】回路基盤上に近接して配置されている伝導
    性ランドへの半田付けする装置において、 複数のランドと半田とをアラインする手段と、 該半田を溶解させるに十分な熱と圧力を該半田へ加える
    手段とから構成される、 前記装置。
  7. 【請求項７】ランドと半田とをアラインする手段が、 巻いてある半田箔を伸ばすための送り及び巻き取り手段
    で構成される、 請求項６に記載の半田付け装置。
  8. 【請求項８】半田への加熱及び加圧の手段が、 複数の該ランドの占める領域と形状が大体一致するフッ
    トプリントの付いた、垂直方向へ往復動作をし、半田を
    吸着しないプラテンで構成される、 請求項６に記載の半田付け装置。
  9. 【請求項９】ランドと半田とをアラインする手段が、 該基盤上で該ランドの組が占める領域の大きさに対応す
    る開孔部が少なくとも一個あるマスクと、 少なくとも一個の該開孔部が該ランドの組の上を覆うよ
    うに該マスクを位置合わせする手段と、 該マスクを通して半田をスクリーニングする手段とから
    構成される、 請求項６に記載の半田付け装置。
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