JPH0821770B2 - 表面実装はんだ接合の方法，装置及び製品 - Google Patents

表面実装はんだ接合の方法，装置及び製品

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JPH0821770B2 JP5520277A JP52027793A JPH0821770B2 JP H0821770 B2 JPH0821770 B2 JP H0821770B2 JP 5520277 A JP5520277 A JP 5520277A JP 52027793 A JP52027793 A JP 52027793A JP H0821770 B2 JPH0821770 B2 JP H0821770B2
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、その表面実装デバイス（SMD）のパッド
上に成形されたはんだ堆積を有するプリント回路板（PC
B）又はハイブリッド回路板と、成形はんだ堆積自体と
及びその製造のための装置と方法とに関する。
背景情報 SMD部品を基板に組込んだ後、リフローソルダリング
によって電気的且つ機械的にその基板を構成部品に接続
するような方法においてPCBに選択的にはんだを塗布す
るために種々の方法が知られている。
特に、従来技術では、はんだペーストを使うスクリー
ン印刷又はステンシル印刷によってはんだをPCBの選択
された領域に塗布する方法が用いられている。これらの
選択領域、即ちパッドは、通常は、結果として金属間化
合相の成長を伴うはんだの薄層だけを残して平坦化され
た熱風はんだであり、リフロー又はウェーブソルダリン
グ中適切な接合を形成するのに不適当なSMDはんだパッ
ドのぬれを防ぎ、且つ結果としてそれに基づくはんだ接
続に関しては機械的熱的に低い負荷容量を生ずるもので
ある。
あるいは、銅パッドは、銅の酸化を防ぎ、そこへのは
んだの付着を助長する変色防止材で処理されていてもよ
い。結局、この変色防止材は加熱後に燃えきってしま
う。
この方法は、今日、一般に使用されているが、これに
関連して多くの問題がある。これらの問題は、スクリー
ン印刷に関連した投資コスト、摩耗、穴埋め、準備時間
及び調整といった問題；及び、これらの高価なはんだペ
ーストの使用に関連した問題、例えばチキソトロピーの
変化、リフローの加熱時間を引き延ばすペーストの残り
かす、バブルの生成、ペーストの酸化、微粒状化及びそ
の類に起因する光電式位置識別及び分解能の問題、だけ
ではなく；多分より重要なことは、はんだが“バンプ”
になること、即ち、はんだは多少なりとも凸状断面形状
をしており、このことがはんだの位置合わせを困難に
し、再加工の一因となることである。図１参照、ここで
（１）ははんだマスク、（２）ははんだ、（３）は積層
板、（４）はパッドである。
その他の在来法としては、準備された（その上にはん
だレジストを塗布された）PCBをはんだ槽に浸して引上
げるはんだの浸し付けがある。引上げて冷却後、PCBの
金属化領域にははんだが堆積されるが、“バンプ”が生
じるばかりでなく、はんだの堆積の高さもしばしば変動
する。
1991年９月24日、Friedrich等に対して発行された米
国特許No.5,051,339、いわゆる“OPTIPAD"処理は、これ
らの欠点の幾つかの克服を試みたものである。これは浸
し付け処理であり、従ってはんだの堆積にははんだ以外
の異成分は存在しない。その処理は、PCBの上にパッド
が露出されたはんだマスクをかぶせ、それに、多分厚さ
5mil（0.125mm）の暫定的写真撮像可能層を積み重ねて
被はんだ付けパッド以外の全ての部分が覆われるよう露
光・現像し、そのようにして作成されたPCBを溶融はん
だに浸し、次いで、その基板を閉鎖された固有の環境に
おき、それによってはんだが凝固して平坦化するまでは
んだをその位置に保持する操作から成る。
暫定層を剥離すれば、その後に平坦化された0.125mm
高の柱状はんだが残る。市販されていない高価な装置を
必要とする上に、この処理には２つの大きな問題があ
る：（１）費用のかかる暫定コーティングが溶融はんだ
に触れると、広範囲に固まり、はんだを鈍化・酸化させ
るのみならず恒久マスクを侵すという別の影響を持つカ
セイソーダで剥すときでさえ除去することが困難であ
り；（２）0.125mmのはんだマスクが剥されると柱状の
はんだが残るが、細かいピッチでそれらの部品を組み込
む時ぶつかり合い、広い範囲にわたって短絡を起こす。
それらの柱状の高さを減らす目的でマスクの厚さを減ら
す試みは、何れも硬化度を増大させ、剥離操作をさらに
困難なものにすることになる。
他所では、溶融はんだをパッドウエルにスクリーニン
グすることによりこの製法を改良している。溶融はんだ
のスクリーニングは、熱劣化と同様の問題があるばかり
か、加えて、多分金属間化合相の生成及び酸化に起因し
て保管寿命を短縮するはんだ鈍化という重大な問題があ
る。
上述の'399特許に加えて、他に２つの関連刊行物があ
る；“予め形成された固形はんだ堆積を使用する信頼性
のあるリフローはんだ付け技術、パート２−組立て製
法”と題するシーメンスのW.J.Maiwaldの論文、及び
“…パート１−プリント回路製造製法”と題するデュポ
ンのM.Weinholdの関連論文。
この“SIPAD"（シーメンス）製法は、はんだペースト
を恒久はんだマスクを用いて基板上に塗布し、ペースト
を融解し、丸いバンプ状のはんだ堆積を熱的／機械的処
理で平坦化するものである。図２参照、ここで（５）は
加圧板である。PCBに普通に用いられる通常の多層プレ
スで実行できるとはいえ、高度に専門家された装置も必
要となる。しかし、この方式のプレスの圧盤はPCB自体
に接触し、積層板に熱的ショックを与え、その上、しば
しばはんだマスクを焼損して機械的損傷を与えることが
ある。更に、はんだは、圧縮される時、極めて薄いフィ
ルム又は箔状になって横にはみ出る。この問題はフィル
ムを除去する種々の技術によって解決できるが、広範囲
にわたり且つ費用のかかる再加工を要することになり、
また、このようにしてはみ出した微細なはんだの溶滴は
結局はんだボールになってしまう。
はんだの“ウィッキング”は、横方向か上方の何れか
の筈なので、“SIPAD"製法に対する注文としては，細か
いピッチで最大密度を達成するためには、パッドを設計
変更し引き延ばす必要がある。組織化された会社はそれ
らの設計を変更できるがほとんどの会社は不可能であ
る。上方へのウィッキングは望ましい；横方向はよくな
い。
これら両製法で処理しようとした主なる問題は： １− はんだのはみ出し及びその結果としてのはんだの
架橋に起因する断線及び短絡； ２− 搭載密度が低く且つ大幅な設計変更無しで高ピン
密度のはんだ付けができないこと； ３− 上に列挙された問題のみならず、スクリーン印刷
は既にその分解能限界に達しているということ、印刷後
ペーストの断面を維持できないこと、リフローされたは
んだ接合内に埋もれたＸ線検査によって始めて観察可能
な欠陥があり、これらの欠陥は完全に蒸発するペースト
成分の欠如に起因しており、その結果として、はんだ接
合の引きはがし強さの低い且つ高活性フラックスを必要
とするはんだペースト印刷； ４− 所要の堆積形状を達成すること； ５− 微細ピッチ部品の配置を困難にし、許容範囲をこ
える公差を生じる“バンプ”、即ち、メニスカスの存
在； ６− はんだボール； ７− はんだ接合の保管寿命、保存時間の短いこと； ８− 薄すぎる堆積による不十分なはんだ結合性； ９− 不明確なはんだギャップ； 10− はんだ堆積及びはんだギャップを定量化・標準化
できないこと； 11− はんだ付け後の歩留り（標準適用時の一時歩留り
は60−70％で推移し、一方多くの微細ピッチの場合では
わずかに10％であり；再加工は広い範囲にわたる）；及
び 12− 基板及びはんだ接合の総費用と品質。
“SIPAD"製法では、“OPTIPAD"の柱状物にではなく、
被はんだ付けウエルにはんだを適用する；この発明では
両方に適用する。これらの両新規製法では、はんだのバ
ンプを平坦化するために熱い金属板をPCB表面に直接接
触させるので、現開発段階においては工業上の生産性が
制限されてきた。
この発明の目的は、上に提起された諸問題を解決する
ことにあり、それは下記に開示されるようにメッシュの
採用により実現された。
発明の開示 この発明は、プリント回路板又はハイブリッド回路板
の表面実装パッド上にはんだ堆積を有する前記回路板に
関し、並びに、堆積板又は恒久はんだマスクの架橋及び
劣化を起こさずに、はんだパッドのx,y,z方向内に正確
に成形・包含されるようなはんだ堆積そのものに関す
る。このはんだ堆積は限定された３次元ウエルで形成さ
れ、所要の断面と明確なはんだギャップを有する。形成
前のはんだが固形はんだであるか又ははんだペーストで
あるかは重要ではない。パッド上の所定の位置にはんだ
を付着した回路板の表面にメッシュを配置し、そのメッ
シュの反対側の堅いか又はしなやかな表面上にやや陽圧
を加え、そしてこの系を液体又は気体の熱伝達流体によ
ってはんだをリフローするのに丁度より高温にかけ、そ
の後、基板を冷却してはんだを凝固させれば、上記特性
を有する製品となる。発明は又、このはんだ堆積を形成
するための方法及び装置にも関する。
前記はんだ堆積は、前記プリント回路板を、マスクと
密着して、おもり又は蝶番付き印刷用鉄枠上に張られた
第１の圧縮表面としてのメッシュ材で覆い、均一な圧縮
を加えるために後者に第２の圧縮表面を合体させ、前記
の圧縮されたプリント回路板を前記はんだ堆積を十分溶
融できるよう上昇させた温度で均一に加熱し、圧縮した
まま冷却し、前記の冷却されたプリント回路板をメッシ
ュ材と第２の圧縮表面との間から取出すことにより形成
され、それにより従って、はんだ堆積は最も望ましい形
状に形成され；その最上面にはメッシュ輪郭の網目模様
が刻まれる。
両方の圧縮表面は、平坦化はんだを形成中、例えば、
位置合わせ精度が維持されるように構成・配置されたお
もり付き鉄枠上に張られたメッシュ材そのものであって
よい。
この発明はまた、はんだをブロックステンシル印刷で
堆積することを特徴とするはんだ堆積そのものも包含す
る。
前記第１のはんだ堆積によって、はんだのはみ出しも
なく且つはんだ付けされた接続部を短絡させずに、部品
上の第２のはんだ堆積と接合させることが可能となる。
在来の方法及び製品の問題点は殆ど解決されている。
いくつかの有益な効果としては：（１）ブロックステン
シル印刷を用いることにより、はんだペーストの印刷並
びにそれに関連したすべての問題の排除；（２）はんだ
ギャップの明確化；（３）はんだバンプが除去される； （４）フラックスを保持する上でより適している最上
面では，はんだ堆積が最適化される；（５）実際上、短
絡無し；（６）はんだボール無し；（７）今や標準化は
んだ接合が可能；（８）極めて高い１次歩留り；及び
（９）何等新規投資を要しない標準装置の利用。
メッシュ及び均一加熱を用いることにより、温度滞留
時間が短く、圧縮圧力は僅かである。天然油又は合成油
又は空気のような熱伝達流体により、全ての表面は、同
時に同温度で接触し、それに続いて積層板の熱分解が生
ずることはなく、従ってどんな部品を搭載したプリント
回路板も熱劣化を起こすことはない。
平坦化製法で、基板はさらに１回はんだ付けされる；
基板が熱を受けなければ受けない程よい。正常なはんだ
付け技術では、基板に何等の機械的応力も加えないが、
これの従来技術は及ぼすに違いなく；この発明では極め
て希である。
この発明の特徴は、元のはんだ堆積がどのように付け
られようと、例えば、電気めっき、浸し付け、はんだペ
ーストのスクリーン印刷、又はどんな方法によろうと関
係なく、熱伝達流体／メッシュ技術がうまく使えるとい
うことである。それが固形はんだ、はんだペースト、は
んだクリーム又ははんだパウダーであれ、はんだがある
限り成就する。
さらに、熱伝達流体には、表面とメッシュを形成され
たはんだから分離する性質がある。
メッシュを使用する利点は、そこではメッシュ材はス
テンレス鋼、プラスチック、ガラス布、化学研摩された
スクリーン、化学研摩された板又はレーザ加工された板
から成る群から選択され、従来技術と比べて： １− バルブ用の溝があり、放出ガスを蒸発できるこ
と； ２− 溶融はんだをメッシュ内で上下に移動させること
によりパッドのほぼ周辺の範囲内でx,y,及びｚ方向には
んだ堆積を含めること； ３− バンプを作らずにはんだ堆積を形成すること； ４− はみ出させずにウエルをはんだで満たすこと； ５− パッドのほとんど周辺まで溶融はんだを入れるこ
とによりパッドサイズをやや増やし、それによってSMD
を配置するための目標をより容易に定めること； ６− 組立に先立ち完全に平坦なものより粘度のあるフ
ラックスをパッドに入れることができ、メッシュの網目
模様が形成された固形はんだの最上部に刻まれ；それは
平坦でないので、部品の付着を改善できること； ７− 厚さ、線径及び織り目と同様、メッシュ数を約60
−300（292−53ミクロン指示の標準ふるい）のメッシュ
カウントに合わせて変化できること。60メッシュスクリ
ーンは接地面に応用でき、一方、230メッシュ（74ミク
ロン）は0.5又は1.25mm（20又は50mil）ピッチにより適
している。
８− 不規則ながら、それでも最適性能を発揮するパッ
ド形状を創ること； ９− はんだ又はペースト用型又は鋳型として使われて
おり、極端な高容積のはんださえ捕獲できる。それ故、
はみ出しを吹き飛ばしたり、又は（多分、恒久はんだマ
スク損傷し広範囲に再加工を要する）比較的堅いナイロ
ンの剛毛ブラシによる洗浄の必要性はなくなる。箔が形
成される現象はメッシュを適当に選べば排除される。
10− より厚い（100ミクロン）又は取外し可能（125ミ
クロン）はんだマスクの必要性がないこと； 11− 基盤がプリント回路板の積層板か又はセラミック
のハイブリッド回路板であろうが、又は他のはんだが適
用されようが、温度、僅かの圧力及び熱伝達流体の環境
にその基盤が耐え得る限り、その機能を発揮すること、 である。
この発明の１実施態様において、“バンプ”は、又は
はんだ堆積の表面がどのような形状であろうと、手動装
置でばね板だけの圧力によりメッシュに接触する…これ
らのばねはハンドルのロック及びアンロックによって作
動され、このことによってそれらより下位で流体が循環
され；従って、流体が存在しない場合（この場合は比較
的高い接触圧で極めて熱い金属に密着するため熱ショッ
クを受けるのが普通）と違って迅速且つ密接な熱伝達が
可能となる。圧縮された回路板が高温に保持されるサイ
クル時間は、２−５分位でよい。
取付け治具は図面に示されている。そのシステムは自
動化に勿論適っている。
バンプがはみ出る時、そのバンプは、メッシュ開口部
のサイズと形状及び織り目に関連した形状となる。部品
が（例えば、粘着性の又は“粘りのある”フラックス
で）配置されると、その基板はリフロー（不活性ガス、
熱風、IR又はその類は何でも）にかけられ；今はメッシ
ュで制御された形状をしているはんだは、基板の上には
め出、従って、典型的には、はんだが、又は、すずであ
る金属のリード線に届き、そしてその表面をぬらす。
プレート上にかかる圧力が不均一でも、それらが平面
接触している限り特に重大な意味を持たない。平面圧縮
可能な表面は、金属、プラスチック、ガラス及びゴムか
ら成る群から選択される。メッシュ材と平面圧縮可能な
表面の間にゴム状の変形し易い材料を１枚置けば、性能
は僅かばかり改善される。しかし、メッシュ自体が平面
圧縮可能な表面である場合は、ゴム状シートは不要であ
り、はんだはマスクをぬらさないので、余分のはんだボ
ールは、メッシュ上面を通って上に出る。
ばね圧は極めて小さく；使用されるばねは、手で容易
に圧縮でき；圧縮し過ぎるとはみ出しを生ずる。圧縮操
作は、軟化されたはんだを形成させるのに丁度良い圧力
で行われる。あるいは、もし必要なら、電気機械式、空
圧式又は水圧式駆動系によって、この僅かの圧力を変化
させて種々の形状を持つ部品番号に適合させてもよい。
この発明の概念は、はんだ容積をメッシュに押し込
め、それによって、ウエルにはんだが不足しないよう、
上方並びに下方への割り込みを助長する一方、横方向へ
のはみ出しを防ぎながらはんだの移動を制御することに
ある。はんだの拡散が抑えられ、はんだボールができ
ず、ウエルは満たされ、低容積のはんだの堆積が最適化
され、さらにこの全ては、低温に迅速且つ均一にさらし
て行われ、従ってマスク及び基板の劣化が避けられる。
その後、はんだは最も望ましい形状に形成される。
今日の組立操作は、はんだペーストの塗布以外は完全
に自動化されている。はんだペーストそのものは、本
来、系内に約10−50％の溶媒担体と共に保持されている
はんだ球から成る。ペーストは比較的保管寿命が短く、
取扱い上深刻な問題となる。多くの部品はウェイブ条件
に適合できない故、ウェイブソルダリングは解決にはな
らない。さらに、従来のウェイブソルダリングは、リー
ド線が真正面に波に面すると“シャドウ”を生じ、その
ため二重はんだ付けを採用しない限り部品のはんだ付け
が困難となる。この発明は、はんだがウェイブか、バー
又はレーザ技術によって塗布されているかどうかには無
関係である。
典型的な従来の製法では、はんだペーストは凸凹の面
にスクリーニングされ、ピックアンドプレイス機によっ
て部品が配置され、バンプと接触するとその機械は停止
する。しかし、低ピッチ搭載では、はんだペーストの堆
積は、側方に転移して他のバンプに接触し回路を短絡す
る。現在組立工場で使われているスクリーニング装置
は、基板を取扱う時はそのエッジを掴み、その背面（部
品付き）をスクリーニングすることができる。上述のよ
うにすれば、全体の操作は大幅に簡略化され、製品はよ
り良好に仕上げられる。
組立からペーストを排除すれば、その自動化特性によ
って生産性が大幅に改善され、ペースト塗布が省かれ
る。脱ガスの原因となりそしてはんだボールを作るペー
スト中の不純物は既に取除かれているので、リフローは
高速化且つ簡略化される。
この製法は、はんだボール及び余剰はんだのはみ出し
を排除するのみならず、その余剰はんだを表面実装部品
と噛み合うようより望ましい形状に成形することまで行
う。さらに、ウエルは満たされ、脱ガスは何れも抑えら
れ、そしてはんだが少しあればその量を最大限に利用し
て形成が行われる。加えて、現在使われている基板の設
計、即ち、陸地形、はんだマスク又はステンシルのアー
トワーク等を変更する必要はなく；方法及び装置は現行
の地形に自ら適応する。
この研究により、熱伝達流体（これらの例では熱い合
成油又は空気）を使い、且つ種々の加圧及び補助プレー
ト（ここで補助“プレート”とは、加圧プレートとPCB
との間の高分子又はゴムの中間面）を置換して、このざ
らざらした金属接触を緩和しようと努めた。図３は、PC
Bのサンドイッチを入れるのに（熱伝達流体のタンク内
で）使われるこの発明の１つの治具の略図である。ここ
で（６）はばね、（７）はステンレス鋼製棒、（８）は
締め付けナット、（９）はアルミニウム加圧プレート、
（10）はばねを熱伝達流体の外に保つシム、及び（11）
と（12）はPCBサンドイッチを受ける開口部である。図
４は閉鎖後のこの発明のPCBサンドイッチの断面の略図
であり、図５は開放位置でのサンドイッチの断面であ
る。これらの図を説明すると、（15）はギャップ、即
ち、はんだダムを要しないパッド間の開放領域、（２）
はんだ、（１）恒久マスク、（４）パッド、（３）積層
板、（14）メッシュ、（13）ゴムシート及び（９）アル
ミニウム平坦プレートである。
これより、発明の製造法及びその価値ある利点を次の
実施例を参照して説明する。
Ｂ− これらの実験では、温度は:232,218,207及び199
℃、（450,425,405及び390゜Ｆ）と変化させた。はんだ
の軟化点から207゜Ｆまでの温度が適当である。高温度
は、はんだ、はんだペースト、はんだクリーム又ははん
だパウダーを軟化するのに十分な約188−216℃（370−4
20゜Ｆ）の間で保持してよい。
Ｃ− 滞留時間は、1,2,3,4,及び５分間隔で変えた。標
準1.6mm（0.064in.）より厚い基板、即ち3.125mm（0.12
5in.）まででは最大限４−５分を要するとはいえ、必要
とされたのは全て２−３分と思われた。これらの実験は
バッチ式システムで実行された。連続処理では、基板を
熱風リフローオーブンで加熱した場合（ここでは空気が
熱伝達媒体である）、市販オーブンの長さによるだけで
はなく、取付具及び圧縮プレートを加熱する必要がある
ので、約20分を要した。
上記を再吟味すれば： １− リフローペーストとはんだを含む“KAPTON"フィ
ルム（デュポン商標製品）では、何れにしろ、はみ出し
並びに金属板、はんだ箔が生成。
２− 恒久62.5ミクロン（2.5mil）8040上の暫定フィル
ム100ミクロン（4mil）“VACREL"8040（ドライフィルム
レジストとして広く使われているデュポン商標製品）に
ついての市販はんだマスク真空ラミネーターでの積層で
は、広範囲のはみ出しが生じ、暫定フィルムの酷い硬化
と気泡発生が起こり剥すことができなかった。
３− プレートで裏打ちされたゴム袋を使う真空積層も
また広範囲な箔生成となり、基板上にゴムかすを残し
た。高温シリコンゴムを適当に選べば、はみ出しではな
く堆積問題が解決される。
４− アルミニウム箔−箔生成及びはんだにしわあり ５− アルミニウムプレート−箔生成及びはんだ上亜鉛
メッキ様半光沢仕上げ；強く研摩されたアルミニウムで
は仕上げ問題解消。
６− ステンレス鋼プレート−箔生成及び強く研摩され
た鋼の微塵がはんだ上にあり；またその熱伝達特性によ
り滞留及び冷却に比較的長時間を要す ７− ガラスプレート−光沢のある反射はんだ面を生
成；現像されるにつれ脱ガス及び箔生成を観察 これらの実験を進行中、流体温度及びサイクル時間が
変更された何等顕著な有用効果はなかった。箔生成があ
るとき、しばしば高水圧スプレーでそれを剥したが、相
変わらず不十分であった。残っているはんだの小粒は、
リフローに際してはんだボールとなり、組立基板上で短
絡を起こす可能性がある。
Ｄ−基板表面を覆うメッシュの使用により、脱ガスか
らのバブル、箔生成、はんだの変色、並びにパッド上の
はんだの過剰又は不足という問題は解消された。上記実
験は全てメッシュを使って繰返し実行され、同一の利得
が得られた。上面及び底面の両方に圧縮媒体としてメッ
シュを使うことにより、この加熱時間が顕著に短縮され
た。図６−図10参照、ここで（14）はメッシュ、（16）
はスクリーン枠、（17）蝶番、（18）掛け金、及び（1
9）PCBである。連続製法においてさえ、メッシュだけを
電気的手段又はレーザ手段又は何らかの手段で加熱すれ
ば、やはりこの時間はさらに短縮できる。これらの結果
はまた、固形はんだ及びはんだペーストのリフローで生
じた固形はんだのみならず、リフローされなかったはん
だペーストからも得られた。
さらに、0.25mm（10mil）ピッチでは効率のいいスク
リーン印刷は少しもできず、製作者は現在の技術段階で
はリード線の約70％を再加工するのが普通である。しか
し、ブロックステンシル印刷によって、低ピッチスクリ
ーン印刷の必要性は完全に排除される。パッドブロック
をはんだでステンシル刷りすることにより、即ち、多数
の短絡回路を創り、次いでこのメッシュ技法でその短絡
を取り除くことにより、余剰はんだはマスクをぬらさな
い故、0.25mmピッチは容易に達成される。
はんだペーストの製造者は、ここ数年にわたり、ペー
ストを改良して微細ピッチの印刷に際しより高い歩留り
が得られるようかなりの努力を重ねてきた。特に、粒子
サイズ15−25ミクロンの範囲のペースト（これはそれら
の出発材料の約４％にすぎない）ではんだを得るため
に、彼らは遠心分離を行っている。その結果、これらの
特別に処理されたペーストのコストは、大幅に上昇し
た。この発明では、はんだペーストの特性に対する応用
技術は省かれ、且つ経済的な旧技術のペーストが現在も
有効に使用し得る。
これらの実験からの結論は下記の通り： １− 平面圧縮プレートだけでは何れも、余剰はんだが
存在する限りはみ出し（箔生成）の原因となる。これら
の実験では、我々の圧縮プレートは、多分、熱い熱伝達
流体の薄層であり、これはメッシュと表面を形成された
はんだから分離する性質を包含している。
２− 理想的状況は、積層板に振動を与えたり、それを
焼いたりせず、又は暫定マスクを硬化せずに、はんだリ
フローに適するように、迅速且つできるだけ熱上昇率を
均一にして、その形成を行うことである…196−207℃
（385−405゜Ｆ）が最適と思われる。サイクル時間は、
通常、２−３分のオーダーであった。
３− 光沢表面を有するリフローされたはんだは、明ら
かに最も望ましく、最適Sn/Pb組成の共融率に何等変化
の無いことを表している。半光沢面は、普通、はんだの
酸化か又はその表面でのPbの濃縮化を意味する。
４− 要求されることは、はみ出しを防ぐ何かであり、
連続平面圧縮プレートではないある物である。メッシュ
を使えば、要求は全て満足される。
図面の簡単な説明 本発明の適用は、これより、例示としてのみ示される
好ましい実施態様を参照して、及び添付図面を参照して
より詳細に説明され、その図面には： 図１ はんだ又ははんだペーストが適用されたリフロー
後の従来技術の略図である。
図２ 平坦化後の従来技術の略図である。
図３ PCBを同時に加熱・圧縮するためにこの発明で用
いられる１つの取付具の略図である。
図４ この発明のサンドイッチの閉鎖後の断面図であ
る。
図５ この発明のサンドイッチの閉鎖以前の断面図であ
る。
図６ この発明に用いられる別の取付具の位置にメッシ
ュを有するスクリーンフレーム及び鉄枠の略平面図であ
る。
図７ PCBをセットした図６の側面図である。
図８ PCB無しで押下げられたメッシュの内部透視断面
である。
図９ PCBをセットし、持ち上げられたメッシュ付き鉄
枠の内部透視断面である。
図10 圧縮されPCB表面と接触したメッシュの内部透視
断面である。
発明を実施するための最良の形態 好ましい実施態様の熱伝達流体／メッシュ技法には、
主なる５つの特長がある： １− はんだ溶融より僅かだけ高い温度での均一加熱； ２− 緩やかな加圧； ３− はんだ形成中の積層板、基板及び恒久はんだマス
クの保護； ４− 冷却後固形はんだからメッシュを容易に分離させ
る流体の有するはく離剤特性； ５− 量的変動があってもはんだの適切な形状を維持で
きる能力。
この発明で達成された結果は、遭遇した多くの失敗そ
のものは現行技術で解決されていると考えられるとはい
え、多くの失敗に遭遇した段階的開発プログラムの成果
であった。
最も顕著な開発、即ち、基板表面を覆うメッシュの使
用によって直接的に優れた結果を得た。箔が現出しない
ばかりか、重要なことは、そのメッシュは余剰はんだを
持上げて且つウエルへ流し、結果として最も望ましいは
んだ地形を形成させたことである。
この発明の好ましい実施態様では、その表面実装パッ
ド上に形成されたはんだ堆積を有するプリント回路板に
おいて、前記はんだ堆積は、前記基板をメッシュ材で覆
い；その上にメッシュを有する前記基板を均一圧縮可能
な表面間に置き；圧縮し；前記プリント回路板をはんだ
が溶融する温度に上昇保持された熱伝達流動媒体中の任
意の方位に置き；前記プリント回路板を媒体から取り出
し；前記プリント回路板を圧縮したまま周囲温度まで冷
却し；前記プリント回路板を圧縮表面とメッシュの間か
ら取り出す操作から成る製法によって形成される。
他の実施態様においては、前記はんだ堆積は、前記プ
リント回路板をおもり又は蝶番付き印刷用鉄枠上に張ら
れた第１の圧縮表面としてのメッシュ材で覆い、均一な
圧縮を加えるために後者に第２の圧縮表面を一体化さ
せ、溶融されたはんだを形成する間位置合せ精度が維持
されるよう構成・配置し、前記の圧縮されたプリント回
路板を前記はんだ堆積を十分溶融できるよう上昇させた
温度で均一に加熱し、冷却し、そして前記の冷却された
プリント回路板をメッシュ材と第２の圧縮表面との間か
ら取出すことにより形成される。
さらに他の実施態様では、第２の圧縮表面も、被加熱
質量の少ないメッシュであり、温度滞留時間が短縮され
る。
さらに他の実施態様では、はんだ堆積そのものが、回
路板の表面実装パッド上に形成されたはんだ；前記はん
だに対する加熱手段及びメッシュ手段から成り、はみ出
し及び前記はんだ接続を短絡することなしに部品上に第
２のはんだ堆積と接合が可能である。
この発明のさらに他の実施態様では、スクリーニング
するよりはむしろステンシルによって、精密な位置合せ
を要せずに少なくとも対等の性能を備えた。ステンシル
で、多数のSMDのパッドを囲む十分広い領域にわたって
比較的に均一な厚みのペーストをスクイージする（押し
出す）ことができ；これらのパッドブロックは、１つの
ユニットとしてはんだで覆われてよい。前述のPCBは、
常に一部分のみSMDパッドで装填される。はんだが溶融
すると、余剰分は丸まり、そして、それははんだマスク
をぬらさないので、メッシュから流れ出て高次の同一平
面を持った固形はんだ堆積をほぼ完全に形成する。従っ
て、スクリーン印刷及び位置合せの問題が除かれるのみ
ならず、再加工は同じ手法を使って簡略化され、特殊な
再加工用ツールも何等必要としない。注意しなければな
らないのは、メッシュははんだマスクと密着させ、余分
のはんだをウィックアップさせないようパッド上のはん
だを抑制することである。
この発明を実施せんがための最良の方法は、ブロック
かパッドの何れかの形を有するステンシル又はスクリー
ンによるか、又ははんだペーストを選択的に施して塗布
するかである。片面の場合、鉄枠に張られたメッシュ
は、しかるべく処理された基板の上に置く。僅かの圧力
をかけることができる基板の裏側のプレートでPCBをメ
ッシュに押しつけ、鉄枠の蝶番の付いた上側を閉めて掛
け金をかけ、はんだをリフロー温度に当て、リフロー温
度より低く冷却し、そして基板を取り出す。両面の場
合、基板の裏側のプレートの代わりに、メッシュ付きの
第２のやや小さい鉄枠を上方の鉄枠にはいるように取付
け、両側のメッシュが基板の両側のはんだに抗して同時
に押さえられようにし、基板を加熱、冷却しそして取り
出す。
このメッシュ技術は、微細切断で証明されるように、
ウエルを満たすことになり、優れたはんだ接合の１つで
ある。また、このように形成されたはんだの高さでは、
表面実装部品のぬれを得るのにほとんど圧力を要しな
い。ついでながら、基板上にただメッシュを置いて加熱
すれば、はんだが形成され、メッシュ上での僅かの圧力
により顕著に改善される。
取付具に要する加圧は手で容易に達成できる。メッシ
ュと圧縮プレート間にゴムシートを使えば、基板とのそ
の調和性により、さらにすこしばかり改善される。それ
は、はんだが持上り過ぎるのを防ぐことによる低いはん
だ堆積での有利な点であると思われ、また、処理終了時
の基板の取り外しがより簡単になった。上記の全ての実
験において、リフローされるはんだにメッシュを利用す
ることにより同様に優れた結果を得た。
続いて、１つの実験が行われ、ここではスクリーンさ
れたはんだペーストが、リフローされることなく、メッ
シュで覆われ、取付具に配置され、そして圧力下で熱い
熱伝達流体に当てられた。その結果も素晴しいものであ
った。はみ出しが無ったばかりか、はんだは良く形成さ
れ、特に光沢があった。微細切断により、結果が確認さ
れ、はんだがウエルを満たしたことが証明されている。
この実験の効果は重要である。在来法に関してさらに
３つのはんだ付け操作、即ち、各面を別々にリフロー
し、次いでその後のはんだ付けでさらにはんだ付け／形
成を行い部品を付着する操作、の代わりに；今や、もし
両面上のはんだペースト堆積が、初めから同時にリフロ
ー且つ形成されれば、１回だけの追加はんだ付けでよ
い。
さらに観察されたことも記録されるべきである。冷却
は、加熱・圧縮された回路板を段々に低い温度の熱伝達
媒体中に置いて行ってもよいが、リフローされ形成され
た基板は素早く急冷されなければならない。この発明で
は、急速冷却は、大気中で、装填された取付具を加熱さ
れた熱伝達流体から単に取り出すことにより簡単に達成
される。生産用熱処理容器の容量によって様々な急冷が
必要だろうが、これは、温度が連続的に代えられる容器
を使って容易に得ることができる。
急冷は、次の理由から金属学的に必要であることが報
告されている：（ａ）伝えられるところによれば、銅
は、CuとSn−Pb合金…Cu3SnとCu65n5間で２つの中間相
又は中間ゾーンを作り、このゾーンのためはんだ付けは
困難となり、極端な場合は不可能になる；（ｂ）このゾ
ーンの成長は、温度と上昇温度における時間との関数と
して加速する；（ｃ）このゾーンの過剰成長は得られSn
層の延性を減少させる。それ故、短い滞留時間と急速冷
却は主たる目標であり、メッシュを使用するこの発明の
製法は、明らかにこの要請を満足するものである。
この発明は、上に説明されたように構成されているの
で、以下に列挙されるようなこの発明の有益な効果は、
難なく成就される： １− 組立者の作業からはんだペースト印刷の削除； ２− リフローはんだ付け可能PCBの保証； ３− PCBの非常に良好なはんだ付け性； ４− 小さいはんだ組立； ５− はっきりしたはんだギャップ；限定された３次元
ウエルにおけるはんだ、即ち、優れた断面； ６− その上、組立者は100％試験された前はんだ付け
基板を使える、何故なら、はんだ適用によって生ずる欠
陥は、PCBの製作者側で部品に支障無く別々に抑制・排
除・再加工できるからである； ７− はんだペーストの堆積が部品の端子に触れると変
形するという問題は、この方法では存在しない；（部品
は形成された表面に配置でき、自動化装置によって微細
ピッチのフラットパック及びTAB組立が可能となる。） ８− より微細なPCB構成が実行できる； ９− 実際に短絡無し； 10− はんだボール無し； 11− はんだ層が薄すぎるようなことは起こらない； 12− フラックス塗布剤は最適化可能； 13− 配置とソルダリング間の無制限保管寿命；より長
い保証保管時間；中間相成長の削減によるより高い引き
はがし強さの実現； 14− 定量化可能で且つ標準化されたはんだ堆積及びは
んだ接合の可能性； 15− 再作業の相当量の削減を伴うはんだ付け後の歩留
りが一層良いこと；より高い１次歩留り； 16− 基板及びはんだ接合のより良き総合品質；改善さ
れた製品調和；及び 17− より短いSMD組立ラインでの組立におけるより早
いスループットのためコストがより低いこと。
特定実施態様に関するこれまでの説明によって、発明
の一般的性質は十分明かとなり、他所は現在の知識を応
用して、包括的概念から外れることなく様々に応用でき
るよう前述の特定実施態様を容易に変更および／または
採用でき、従って、前述の変更と採用は、開示された実
施態様の同等物の意義及び範囲内に包含されるものと解
すべきであり又解されるものである。ここに採用された
表現及び用語は説明の目的のためであり、制限するため
ではないことを理解すべきである。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】プリント回路板又はハイブリット回路板等
    の基板の表面実装デバイスのパット上にはんだ堆積を形
    成する製造方法において、 ａ）パット上の所定位置にはんだを有する前記基板をメ
    ッシュ材で覆うことと； ｂ）その上にメッシュ材を有する前記基板を均一圧縮可
    能な表面の間に置くことと； ｃ）圧縮することと； ｄ）はんだが溶融する高い温度に保持された熱伝達流動
    媒体中において前記の圧縮された基板を任意の方位に置
    くことと； ｅ）前記基板を媒体から取出すことと； ｆ）前記基板を圧縮したままはんだの堆積の軟化点より
    下の温度まで冷却することと； ｇ）前記基板を圧縮表面とメッシュ材との間から取出す
    こと との工程からなることを特徴とするプリント回路板又は
    ハイブリッド回路板の表面実装デバイスのパッド上には
    んだの堆積を形成するための製造方法。
  2. 【請求項２】工程ｄ）からｆ）は、そこにおいてメッシ
    ュ材が ａ）パッドのほぼ周辺の範囲内に溶融はんだを入れるこ
    とと； ｂ）メッシュ内で溶融はんだを上下に移動させること
    と； ｃ）メッシュ材の網み目模様を形成された固形はんだの
    最上部に押しつけることとを保証することを更に特徴と
    する請求項１記載の製造方法。
  3. 【請求項３】プリント回路板又はハイブリット回路板等
    の基板の表面実装デバイスのパット上にはんだ堆積を形
    成するものにおいて、 パッド上に堆積されるはんだは、 ａ）前記基板をメッシュ材で覆うことと； ｂ）その上にメッシュ材を有する前記基板を均一圧縮可
    能な表面の間に置くことと； ｃ）圧縮することと； ｄ）はんだが溶融する高い温度に保持された熱伝達流動
    媒体中において前記の圧縮された基板を任意の方位に置
    くことと； ｅ）前記基板を媒体から取出すことと； ｆ）前記基板を圧縮したまま周囲温度まで冷却すること
    と； ｇ）前記基板を圧縮表面とメッシュ材との間から取出す
    こと との工程から成る製造方法によって形成されることを特
    徴とする、その表面実装デバイスのパッド上に形成され
    たはんだの堆積を有する基板。
  4. 【請求項４】圧縮表面の１つは、軟化されたはんだを形
    成中位置合せ精度が維持されるよう構成・配置されたお
    もり付き鉄枠上に張られたメッシュ材そのものである請
    求項３記載の基板。
  5. 【請求項５】両圧縮表面がメッシュである請求項３記載
    の基板。
  6. 【請求項６】プリント回路板又はハイブリット回路板等
    の基板の表面実装デバイスのパット上にはんだ堆積を形
    成するものにおいて、 ａ）前記基板と； ｂ）この基板の前記表面実装パッド上のはんだの堆積と
    から成り、前記はんだの堆積は、前記基板を、おもり又
    は蝶番付き印刷用鉄枠上に張られた第１の圧縮表面とし
    てのメッシュ材で覆い、均一な圧縮を加えるために後者
    に第２の圧縮表面を合体させ、前記の圧縮された基板を
    前記はんだの堆積を十分溶融できるよう上昇させた温度
    で均一に加熱し、冷却しそして前記冷却基板をメッシュ
    材と第２の圧縮表面との間から取出すことにより形成さ
    れることを特徴とする上面に表面実装パッドを有する基
    板。
  7. 【請求項７】プリント回路板又はハイブリット回路板等
    の基板の表面実装デバイスのパット上にはんだ堆積を形
    成するものにおいて、 ａ）前記基板の表面実装パッド上に堆積されたはんだ
    と； ｂ）前記はんだを軟化させるための加熱手段と； ｃ）前記はんだをはんだパッドのx,y,及びｚ方向内で形
    成し包含するため、前記加熱はんだと圧縮接触するメッ
    シュ手段と から成るはんだ堆積。
  8. 【請求項８】はんだはブロックステンシル印刷によって
    堆積されることを特徴とする請求項７記載のはんだ堆
    積。
  9. 【請求項９】その最上面がメッシュの輪郭で押さえられ
    ることを特徴とする請求項７記載のはんだ堆積。
  10. 【請求項１０】プリント回路板又はハイブリット回路板
    等の基板の表面実装デバイスのパット上にはんだ堆積を
    形成する装置において、 ａ）そのパッド上に形成されるはんだの堆積を有する基
    板と； ｂ）前記はんだの堆積を形成するため前記はんだの堆積
    と接触する前記枠に接続されたメッシュ手段と； ｃ）前記基板を受け且つこの基板をメッシュ手段に押し
    つけるため前記枠と共働する前記平坦手段と； ｄ）前記はんだの堆積をリフローするため前記基板と共
    働する加熱手段と から成り、メッシュ手段は蝶番によって接続された枠と
    結合され且つその上に前記基板を載せている平坦手段と
    留め金で連結されていることを特徴とするメッシュ手段
    を基板と接触させるための装置。
  11. 【請求項１１】その最上面がメッシュ材の輪郭で押しつ
    けられ、従って平坦表面よりフラックスをより多く保持
    できることを特徴とする請求項２の製造方法によって処
    理・形成された、プリント回路板又はハイブリッド回路
    板等の基板の表面実装デバイスのパッド上のはんだの堆
    積。
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