JPH0936533A

JPH0936533A - はんだプリコート基板の作製方法、およびその方法を用いた実装工程、ならびに実装基板

Info

Publication number: JPH0936533A
Application number: JP7181967A
Authority: JP
Inventors: Yohei Kurashima; 羊平倉島
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1995-07-18
Filing date: 1995-07-18
Publication date: 1997-02-07

Abstract

(57)【要約】【目的】既存の設備で、高品質かつ非常に安価なはん
だプリコート基板を作製する。【構成】ソルダペーストをスクリーン印刷して実装部
品のはんだ付け部にはんだを供給し、リフローによりは
んだを基板にプリコートするプリコート基板の作製方法
において、円形状にしたスクリーン印刷のプリコート部
ステンシル開口部６を、基板１の各パッド５に対応させ
て千鳥状に配置し、固相温度と液相温度に温度差を有す
るはんだ材料により構成したソルダペーストをスクリー
ン印刷し、不活性雰囲気においてリフローして、はんだ
プリコートを作製する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は基板の実装に関するもの
であり、特にＳＭＴ（表面実装技術）と呼ばれる表面実
装部品を基板にはんだ付けすることに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、実装基板の軽薄短小化、高機能化
に伴い、基板実装の高密度化は、大きく進展している。
その要求に応えるべく、使用される実装部品は、ＱＦ
Ｐ、ＴＣＰに代表される狭ピッチの表面実装部品（ＳＭ
Ｄ）が多く採用されており、そのピッチは、０．５ｍｍ
から０．３ｍｍ以下レベルまで微細化が進んでいる。Ｓ
ＭＴでの基板実装は、一般的には、「ソルダペースト印
刷→部品搭載→リフロー」の工程であり、はんだの供給
は、ソルダペーストの印刷により行っているが、ソルダ
ペーストの印刷は、微小パターン対応のため難しくなっ
てきており、ソルダペーストによるはんだ供給は限界に
来ている。そのため、狭ピッチが求められるところで
は、あらかじめはんだがプリコートされたものを使用し
ており、はんだプリコート技術が求められている。その
中で各種のプリコートが提案されており、電解はんだメ
ッキ（はんだ剥離法による）、無電解メッキ（ビームソ
ルダー）、化学反応を利用したもの（スーパーソルダ
ー）、はんだ粒子を使用したもの（スーパージャフィッ
ト法：ＳＪ法）等の手法が提案されている。ここで、ス
ーパージャフィット法によるはんだプリコート作製方法
については、エレクトロニクス実装技術１９９４．９
（Ｖｏｌ．１０Ｎｏ．９）号に、無電解はんだメッキに
はんだプリコート作製方法については、電子材料１９９
２年１０月号（他のプリコート方法との比較図有り）に
記載があるが、はんだプリコートを化学的な処理等の特
別な処理により行っている。

【０００３】また、一方で、ソルダペースト印刷により
プリコートを作製する方法も、日立テクノショープログ
ラム「はんだペースト法の新しい応用」（平成６年１１
月）に示すように提案されている。この方法は、プリコ
ート作製専用に、「ソルダペースト印刷→リフロー」を
行うもので、ステンシル厚を薄くし、印刷性を向上させ
て、基板のパッドの形状にプリコート部分にのみはんだ
を供給している。ここで使用するソルダペースト印刷機
は、印刷精度向上の為に、版離れ制御機構などの最新機
構を導入したものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、かかる従来法
によって行うプリコートの作製は、液処理を有するため
実装組立メーカーで生成することが難しいために基板メ
ーカーに頼らざるを得ず、製造費が高いという課題を有
していた。また、特定のメーカーを通す為に、リードタ
イムがかかるという課題を有していた。

【０００５】また、ソルダペースト印刷法によりプリコ
ートを作製する場合でも、高価な印刷機を導入せねばな
らず、量産では基板表面処理等の変動要因が多いため量
産安定性について課題を有していた。

【０００６】さらに、プリコートの品質については、各
種提案されている方法が立ち上がりの状況におかれてお
り、未知数である。

【０００７】本発明は、このような課題を解決し、既存
の設備で、非常に安価にはんだプリコート基板を作製を
することができるはんだプリコート基板の作製方法、お
よびその方法を用いた実装工程、ならびに実装基板を提
供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、従来の実装
ラインを用いて、隣合うパッドとの接続回避を配慮しな
がらはんだを微小量印刷し、濡れ広がり特性の優れる条
件ではんだ溶融し、パッド全面にプリコートを作製する
ことで達成されるが、本発明のはんだプリコート基板の
作製方法、およびその方法を用いた実装工程、ならびに
実装基板は、下記のような特徴による。

【０００９】請求項１記載のはんだプリコート基板の作
製方法は、ソルダペーストをスクリーン印刷して実装部
品のはんだ付け部にはんだを供給し、リフローによりは
んだを基板にプリコートするプリコート基板の作製方法
において、ソルダペーストが固相温度と液相温度に温度
差を有するはんだ材料であり、スクリーン印刷のプリコ
ート部ステンシル開口部が、基板の各パッドに対応して
千鳥状に配置され、開口形状が円形状であることを特徴
とする。

【００１０】請求項２記載のはんだプリコート基板の作
製方法は、請求項１記載の特徴点に加え、はんだ材料が
低融点はんだであることを特徴とし、請求項３記載のは
んだプリコート基板の製造方法は、ステンシルの開口幅
がプリコートピッチと同一以上であることを特徴とす
る。

【００１１】請求項４記載のはんだプリコート基板の作
製方法は、ソルダペーストをスクリーン印刷して実装部
品のはんだ付け部にはんだを供給し、リフローによりは
んだを基板にプリコートするプリコート基板の作製方法
において、固相温度と液相温度に温度差を有するはんだ
材料により構成したソルダペーストをスクリーン印刷
し、不活性雰囲気においてリフローすることを特徴とす
る。

【００１２】請求項５記載の実装工程は、実装部品を表
面実装技術によりはんだ付けする工程において、固相温
度と液相温度に温度差を有するはんだ材料により構成し
たソルダペーストをスクリーン印刷し、不活性雰囲気に
おいてリフローする工程を、他の実装部品の表面実装技
術によるはんだ付けと同一工程で流動させることを特徴
とする。

【００１３】請求項６記載の実装基板は、実装部品を実
装するために櫛歯状に配列された実装基板のパッド形状
において、隣合うパッドが互い違いにパッド長手方向に
ずれて配列されていることを特徴とする。

【００１４】請求項７記載の実装基板は、実装部品を実
装するために櫛歯状に配列された実装基板のパッド上の
ソルダーレジスト形状において、パッドまわりのレジス
トパターンが交互にパッドの端部を被覆していることを
特徴とする。

【００１５】

【実施例】以下に本発明の一実施例を図面を用いて詳細
に説明する。

【００１６】図１に、本発明における一実施例のプリコ
ート基板作製方法の構成を示す。実装部品をはんだ付け
するはんだ付け部に、ソルダペーストをスクリーン印刷
法により供給する。基板１、ステンシル２の位置合わせ
を行ない、スキージ４によりソルダペースト３を印刷す
る。ここで使用するソルダペースト３は、ビスマス入り
の低融点はんだを用いている。基板１とステンシル２の
詳細を図２に示す。基板１には、くしば状のパッド５を
設ける（図２（ａ））。スクリーン印刷時に使用するス
テンシル２の、はんだプリコートを行う基板形状１′の
パッド５に対応した部分５′には、開口形状が円形状
で、交互に千鳥配置された開口部６を使用している（図
２（ｂ））。パッド５形状に合わせて、千鳥状にステン
シル２の開口部６の形状を設計するものである。基板形
状１′のパッド５に対応した部分５′と、円形状で交互
に千鳥配置した開口部６の拡大したものを図３に示す。
開口部６が円形状である事により、印刷時のソルダペー
ストが抜け易く良好な印刷品質をえることができる。ま
た、後記するが、同一量のはんだを印刷する場合、円形
状であるため、長方形のパッド形状に比較し、最小開口
幅が広くなるため、印刷の容易性も増すことになる。印
刷後、ソルダペーストは、基板１のパッド５に千鳥上に
供給される。

【００１７】次に、図４に示すように、不活性雰囲気で
基板１を加熱し、リフローを行う。ここでは、不活性雰
囲気として、窒素雰囲気を使用している。低融点半田を
用いる事、窒素雰囲気化ではんだ付けを行う事により、
はんだの濡れ性が良くなり、千鳥状に印刷されたソルダ
ペーストが濡れ広がり、パッド全面に均一に濡れる。こ
れにより、安定したはんだプリコートが得られることに
なる。

【００１８】図５に、本発明における一実施例のプリコ
ート基板作製方法による実装工程のフローを示す。ま
ず、細密ピッチ部（はんだプリコート部）については、
通常実装条件でのステンシルを用いて、ステンシル開口
部がパッド個別に対応した千鳥配置の円形状であるソル
ダペースト印刷によりはんだを供給し、その後リフロー
炉を通すことにより、はんだプリコートを作製する。同
時にその他のＳＭＤも流動するが、ＳＭＤについては、
通常工程となんら変わらずに流動させ、はんだ付けを行
う。したがって、通常の実装工程でプリコートが必要な
部分のみはんだプリコートが得られることになる。ここ
で、通常の実装条件とは、「ソルダペースト印刷→部品
搭載→リフロー」からなるＳＭＤをはんだ付けする工程
である。そして、ＳＭＤについては実装し、細密ピッチ
部は、プリコートが作製された後、熱圧着等の個別リフ
ローにより、細密ピッチ部のパッケージ（例えば、ＱＦ
Ｐ、ＴＣＰ）を実装する。以上の工程により、細密ピッ
チに対応した実装工程が完成する。

【００１９】次に、これら各工程での条件について詳し
く記す。

【００２０】本実施例は、プリコートピッチを０．３ｍ
ｍで行っている。ソルダペースト印刷工程では、ステン
シルは厚さ１５０μｍを使用した。これにより、その他
の部品の一括印刷で必要とされるはんだ量を確保するこ
とができる。一般に、細密ピッチ（０．５ｍｍピッチ以
下）でない部品のはんだ必要量は、概算として、（基板
のパッド面積）ｘ（ステンシルの厚みの１５０〜１８０
μｍ）の体積量である。従って、１５０μｍ未満のステ
ンシル厚でははんだ量が少ない。つまり、従来のソルダ
ペースト印刷方式によるプリコート作製では、ステンシ
ル厚を１００μｍ以下にしてはんだ印刷性を容易にして
いるため、他部品のはんだ付けを同時に行うことができ
ないが、前記１５０μｍのステンシル厚では他部品のは
んだ付けが可能となる。

【００２１】通常のパッドの形状に合わせてステンシル
の開口形状を設計しソルダペースト印刷する、線状（パ
ッド形状と同一の開口形状の）印刷と比較して、円形状
印刷の開口幅での優位性を示した計算結果を図６に示
す。図６では、プリコート後の高さが３０μｍになる時
の、円形状での開口幅（開口径）、パッド長さと等しい
開口長での線状での開口幅を計算により求めている。前
提条件として、プリコートの断面積が楕円の半円になる
とし、パッドの幅ｗはピッチＰの半分、後者の線状印刷
について開口長ｌはパッドの長さと等しいとした。円形
状印刷量Ｖｓ、線形状印刷量Ｖｌは、ステンシルの厚み
をｈ、それぞれ開口幅をＢｓ、Ｂｌとして、Ｖｓ＝π・Ｂｓ・Ｂｓ／４・ｈＶｌ＝Ｂｌ・ｌ・ｈで表され、プリコート体積Ｖｐは、プリコート高さをｔ
として、Ｖｐ＝πｔＰ／８・ｈとなる。また、ソルダペースト中のはんだの体積比を５
０％とすると、Ｖｐ＝Ｖｓ／２＝Ｖｌ／２という関係になる。この式から、ピッチＰと開口幅Ｂ
ｓ、Ｂｌの関係を求めたのが図６である。パッド長は２
ｍｍとしている。

【００２２】図６に示すように、同一ピッチでの開口幅
を比較すると円状印刷（破線）のほうが線状印刷（実
線）より開口幅が数倍広く、円状印刷の方が開口幅を広
く取れることがわかる。もちろん、線状印刷の場合、パ
ッド長まで開口することはなく、パッド幅も一般的にピ
ッチの半分より長くなる（計算の印刷量よりも多い）た
めはんだの開口幅は広くなるが、０．３ｍｍピッチで５
倍近くの差があり、優位性があることは変わらない。従
って開口幅が広い、円状印刷の方が印刷性が良好であ
る。また、印刷が千鳥になることにより、隣り合うはん
だと接触せず、印刷時のはんだだれや、はんだ溶融時の
はんだだれに対してはんだブリッジが起きにくく、印刷
位置精度のマージンが広くなる。また、開口部の形状を
円形状にすることで、印刷方向による印刷の抜け具合の
違いが少なく、均一に安定してはんだ印刷することがで
きる。ここでの開口形状は円形状であるが、ソルダペー
ストのステンシルへの埋め込み性、ソルダペーストのス
テンシルからの抜け性、印刷の方向性等の印刷性との兼
ね合いにより、図７に示すように開口部の形状は楕円
（ａ）、角に丸みを持たせた形状（ｂ）、トラック形状
（ｃ）でも良い。また、交互の千鳥で説明したが、図８
に示すような３段以上の千鳥でもよい。

【００２３】また、今回、１５０μｍのステンシルで実
験を行なったが、１８０μｍ等の１５０μｍ以上のステ
ンシル厚でも実施できる。ここで、プリコート部をハー
フエッチングにすることにより、プリコート部のステン
シル厚を薄くし、印刷性を向上させることができる。そ
の場合、他部品のはんだ付け時のはんだ必要量を適性化
することが出来る。もちろん、プリコート部のみを作製
する場合は、ステンシル厚を薄くでき、印刷性が向上
し、印刷のマージンはかなり広げられる。

【００２４】上記のようなはんだ印刷条件で、Ｎ２リフ
ローによりはんだをパッド全体に濡れ広がらせた。本実
施例では、ビスマス入りの低融点はんだ、窒素リフロー
を使用している。低融点はんだが固相−液相間の温度差
を有していることから、はんだがじわじわと溶け、濡れ
広がりやすくなっている。同様に、窒素リフローにより
基板等の加熱酸化がなく濡れ広がりやすい。この低融点
はんだ、窒素リフローの効果により、均一なプリコート
を作ることが可能となる。低融点はんだ、窒素リフロー
の組み合わせにより、３倍以上の濡れ広がりが得られて
いる。

【００２５】本実施例では、Ｂｉの３％ないし８％入っ
た低融点はんだを用いたが、固相と液相に温度差を有し
ているはんだ組成であれば使用できる（Ｓｎ・Ｐｂ・Ｉ
ｎ等）。但し、低融点はんだであれば、リフロー時の加
熱温度を通常の温度プロファイルとする事が出来るので
最も適している。Ｂｉ入りの低融点はんだでは、固相と
液相間が、４０℃程度ある。リフロー時の加熱時間にも
よるが、３０℃程度以上の差があると、濡れ広がり性が
良好である。また、窒素雰囲気でのリフローを行った
が、不活性雰囲気かで有れば、良好な濡れ広がりが得ら
れる。ここで、水素などの還元雰囲気ならば一層濡れ広
がり性を良くする事が出来る。

【００２６】本方法でのプリコート品質の測定結果は、
プリコート高さが平均３５μｍ、標準偏差σが３．５μ
ｍであり、プリコート高さが安定している。他のプリコ
ート方法と比較して品質は良好といえる。

【００２７】また、本手法では、はんだ量は印刷量によ
り決定する。つまりステンシル設計、はんだ印刷条件に
よりはんだ量をコントロールすることができる。従来お
よび他の手法では化学的な方法を用いているため、たと
えばはんだ量を多くするためには、パッドに一部膨らみ
を設けること等の基板のパッドの線幅等の制約を受ける
ことになる。その点でも、本発明による方法は、基板パ
ターンの制約がなく大変有効である。最近は、ソルダペ
ースト印刷技術が向上しており、本発明で使用する開口
幅程度では、安定したはんだ量が得られ安い。その点で
もプリコート品質は安定する。また、基板に複数のプリ
コートパターンが有る場合に、プリコート高さを変更さ
せるのもステンシル設計で柔軟に対応できる。

【００２８】また、本発明のプリコート作製方法では、
プリコート部の熱履歴回数を少なくできる。つまり、従
来および他の方法では、基板状態でプリコートを作製す
るため、その後の一般的な両面リフロー工程での熱履歴
を受けることになる。また、プリコートする際にフュー
ジングと呼ばれる熱をかけ、はんだを溶融させて組成を
均一化することが一般的であり、結果的に、局部リフロ
ー前に３回以上の熱履歴を受けることになる。一方、本
発明の方法では、局部リフローの直前の工程でプリコー
トが作製されるので熱履歴を一回にすることができる。
この熱履歴も不活性雰囲気で行われ熱酸化はほとんどな
い。また、はんだの酸化するまでの経過時間の点でも優
位である。この差がはんだ付け時に大きく影響し、本発
明の方法の方が濡れがよいことになる。

【００２９】以上の実施例は０．３ｍｍピッチであるが
同様に０．２５ｍｍピッチ以下でも使用できる。本発明
ではピッチ幅の印刷が可能となればプリコートが可能で
ある。その点で、現状、０．１ｍｍレベルの印刷が可能
となっていることから、０．１ｍｍまでのプリコートが
可能である。

【００３０】プリコート部開口形状について、本発明の
一実施例を図面に基づき説明する。図９に示すように、
０．２５ｍｍピッチ以下のパッドパターン５′では、パ
ッド長とパッド幅の比が大きくなり、円状印刷では充分
なはんだ量が供給しにくくなる。そこで、同一パッドに
ステンシル開口部６を複数設けてソルダペーストを印刷
した。また、図１０に示すようにパッドパターン５′の
２つに対して一つのステンシル開口部６を設け、ソルダ
ペーストを印刷した。印刷時にソルダペーストは印刷ブ
リッジとなり、隣のパッドとつながっているが、リフロ
ー時に隣合うソルダペーストが溶融し、パッドにはんだ
が濡れ広がり、隣合うはんだブリッジが切れていくこと
を確認した。ただし、はんだプリコート高さが３０μｍ
程度まではブリッジが切れるが、それ以上要求する場合
は、ブリッジが切れない可能性もある。

【００３１】また、本発明の一実施例のプリコート作製
を容易にする実装基板のパッド、および、ソルダーレジ
スト設計について、図面に基づき説明する。図１１に示
すように、パッドパターン５′をパッド長手方向に交互
にずらし、パッドの飛び出た部分にソルダペーストを円
形状６に印刷した。このことにより、供給されたソルダ
ペーストは隣のパッドにブリッジすることなくプリコー
トを作製できた。また、図１２に示すように、パッドパ
ターン５′のまわりのソルダーレジストパターン７を、
交互にパッドパターン５′の端部を被覆するように設計
し、パッドパターン５′端部に円形状６にソルダペース
トを印刷し、リフローを行なった。この場合も隣のパッ
ドにブリッジすることなくはんだプリコートを作製でき
た。この２つの方法の様に実装基板の設計をプリコート
しやすいように変更することで確実にはんだブリッジな
しにはんだプリコートを作製できる。

【００３２】以上、実施例では、細密ピッチについて説
明してきたが、もちろん０．５ｍｍピッチ以上の場合
や、他の部品のはんだプリコートとしても本発明による
プリコート方法を活用できる。

【００３３】

【発明の効果】以上記してきたように、本発明によれ
ば、現状の実装ラインでのはんだプリコート作製が実現
できる。そのため、基板メーカ、プリコートメーカに対
するプリコート費用が発生しない。特に、他の実装部品
のはんだ付け工程と同時にはんだプリコートを達成する
ことができ、費用的にはほとんどゼロでプリコートが得
られることになる。

【００３４】また、高価な最新鋭のソルダペースト印刷
機を導入する必要はなく、既存の設備で充分に安定して
プリコート作製ができる。

【００３５】また、プリコートの高さの品質について
は、ばらつきのない安定した品質が得られる。

【００３６】また、プリコート作製が、局部リフローの
直前の工程で行われることになり、熱履歴が少なく、は
んだの濡れ性が良くはんだ付け品質がよくなる。

【００３７】また、実装基板の設計をプリコートを作製
しやすいようにすることで確実に品質のよいはんだプリ
コートを作製できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における一実施例のプリコート基板作製
方法の構成を示す図である。

【図２】本発明における一実施例の基板のパッドとステ
ンシルの開口形状を説明する図である。

【図３】本発明における一実施例のステンシルの開口部
の図である。

【図４】本発明における一実施例の基板のリフロー工程
を説明する図である。

【図５】本発明における一実施例のはんだプリコート作
製工程を説明する図である。

【図６】本発明における印刷方式の優位性を説明する図
である。

【図７】本発明における一実施例のステンシルの開口形
状を説明する図である。

【図８】本発明における一実施例のステンシルの開口パ
ターンを説明する図である。

【図９】本発明における一実施例のステンシルの開口パ
ターンを説明する図である。

【図１０】本発明における一実施例のステンシルの開口
パターンを説明する図である。

【図１１】本発明における一実施例の実装基板のパッド
パターンおよびステンシルの開口パターンを説明する図
である。

【図１２】本発明における一実施例のソルダーレジスト
パターンおよびステンシルの開口パターンを説明する図
である。

【符号の説明】

１基板１′ 基板形状２ステンシル３ソルダペースト４スキージ５パッド５′ パッド形状６開口部７基板のソルダーレジスト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ソルダペーストをスクリーン印刷して実
装部品のはんだ付け部にはんだを供給し、リフローによ
りはんだを基板にプリコートするプリコート基板の作製
方法において、ソルダペーストが固相温度と液相温度に
温度差を有するはんだ材料であり、スクリーン印刷のプ
リコート部ステンシル開口部が、基板の各パッドに対応
して千鳥状に配置され、開口形状が円形状であることを
特徴とするはんだプリコート基板の作製方法。
【請求項２】前記はんだ材料が、低融点はんだである
ことを特徴とする請求項１記載のはんだプリコート基板
の作製方法。
【請求項３】前記ステンシルの開口幅がプリコートピ
ッチと同一以上であることを特徴とする請求項１記載の
はんだプリコート基板の作製方法。
【請求項４】ソルダペーストをスクリーン印刷して実
装部品のはんだ付け部にはんだを供給し、リフローによ
りはんだを基板にプリコートするプリコート基板の作製
方法において、固相温度と液相温度に温度差を有するは
んだ材料により構成したソルダペーストをスクリーン印
刷し、不活性雰囲気においてリフローすることを特徴と
するはんだプリコート基板の作製方法。
【請求項５】実装部品を表面実装技術によりはんだ付
けする工程において、固相温度と液相温度に温度差を有
するはんだ材料により構成したソルダペーストをスクリ
ーン印刷し、不活性雰囲気においてリフローする工程
を、他の実装部品の表面実装技術によるはんだ付けと同
一工程で流動させることを特徴とする実装工程。
【請求項６】実装部品を実装するために櫛歯状に配列
された実装基板のパッド形状において、隣合うパッドが
互い違いにパッド長手方向にずれて配列されていること
を特徴とする実装基板。
【請求項７】実装部品を実装するために櫛歯状に配列
された実装基板のパッド上のソルダーレジスト形状にお
いて、パッドまわりのレジストパターンが交互に前記パ
ッドの端部を被覆していることを特徴とする実装基板。