JPH1154909A - スルーホール用ペースト充填方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ペースト充填条件や状態が、スルーホールの
アスペクト比やペースト物性等に依存しないようにし
て、スルーホールにペーストを完全に、かつ、充填量バ
ラツキも少なく充填可能とする。 【解決手段】 内部がペースト２４の入った加圧チャン
バー２３となっているペースト収容容器２０と、該ペー
スト収容容器２０の上部開口に設けられていて基板２２
側のスルーホール配置に対応した開口部を持つペースト
マスク２５と、ペーストマスク２５上に配置された基板
２２の上面に密着する上面マスク４５と、前記加圧チャ
ンバー内のペーストを加圧する手段とを備えた構成であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック基板や
プリント配線基板等のスルーホール内部に導電性あるい
は絶縁性ペーストを充填するためのスルーホール用ペー
スト充填方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の表面実装型電子部品は、チップ部
品の小型化、パッケージの多ピン化、微細配線技術等の
向上により、高密度実装対応への要求が強い。このよう
な要求に対応するために、セラミック基板やプリント配
線基板上の回路パターンを、スルーホールによって接続
する多層配線技術を用いたパッケージが製品化されてい
る。また、スルーホール上へも直接電子部品を搭載する
方法等で、更なる高密度対応や基板面積の縮小が図られ
ている。

【０００３】基板に形成されたスルーホール上へ直接電
子部品を搭載するためには、スルーホール内部空間に、
導電性あるいは絶縁性の物質を充填した後、スルーホー
ル上に導体ランドを形成する必要がある。

【０００４】基板に形成されたスルーホールにペースト
を充填する方法として、図４のようなスクリーンメッシ
ュ版又はメタルマスク版を用いたスクリーン印刷法が一
般的であり、これを第１従来例として説明する。図４に
おいて、１はテーブル、２はスルーホールを形成した基
板であり、基板上に重ねられたスクリーン（スクリーン
メッシュ版又はメタルマスク版）３上に設けたペースト
４をスキージ５で塗り広げることで基板２に形成された
スルーホールにペーストを充填している。

【０００５】また、別の方法として図５のようなペース
ト加圧法が提案されており、これを第２従来例として説
明する。図５において、１１はテーブル、１２はスルー
ホールを形成した基板であり、基板１２に対向して、上
方に加圧チャンバー１３が上下シリンダ１７で昇降自在
に設けられ、加圧チャンバー１３の下向き開口がペース
トマスク１５で覆われている。また、加圧チャンバー１
３内はラバーシート１６で隔離され、ラバーシート１６
の下側とペーストマスク１５間にペースト１４が設けら
れている。

【０００６】この場合、上下シリンダ１７で加圧チャン
バー１３及びペーストマスク１５を下降させてペースト
マスク１５を基板１２に対接、密着させ、加圧チャンバ
ー１３のラバーシート１６上側の内部空間に、空気又は
不活性ガス等を注入してラバーシート１６上面を加圧す
る。ラバーシート１６に押されたペースト１４がペース
トマスク１５を通り、基板１２の上面側（スルーホール
上端側）から各スルーホールにペースト１４が充填され
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、第１従来例
のスクリーン印刷法を用いて、スルーホールにペースト
を充填する場合、スルーホールの形状、特にアスペクト
比（スルーホールの深さ／孔径）やペーストの物性（粘
度、レオロジー）等の要因で印刷条件が大きく変動し、
ペーストの充填状態が不安定になり易い。ときには充填
するための印刷適正範囲が極端に制限され、充填不足や
著しい生産性の低下を招く場合もある。

【０００８】特に、アスペクト比が３以上のスルーホー
ルに、スクリーン印刷法でペーストを完全に充填するこ
とは、事実上困難であることが通説である。また、アス
ペクト比やペースト物性は、製品設計、製品特性上簡単
には変更や調整できないことも、スクリーン印刷法の適
応範囲を狭くしているのが現状である。

【０００９】第２従来例２のペースト加圧法を用いて、
スルーホール上部からペーストを充填する場合、ペース
トがスルーホールに流れ込む過程で、ペーストは乱流状
態になり易く、また、スルーホールに充填したペースト
中に空隙が残留し易い。さらに、ペースト自重（重力）
によって、ペーストマスク１５からペーストが垂れ易
く、このため、この垂れがスルーホール部分以外の基板
表面を汚す。その上、ラバーシート１６とペーストマス
ク１５間にチャージされているペースト量が不均一であ
るために、スルーホールを有する基板面内でのペースト
充填量バラツキが大きくなり易い。

【００１０】以上の現象は、特に低粘度ペーストを用い
た時に顕著であり、ペースト加圧法におけるペースト粘
度の適応範囲を極端に制限しているのが現状である。

【００１１】そこで本発明は、上記の点に鑑み、ペース
ト充填条件や状態が、スルーホールのアスペクト比やペ
ースト物性等に依存せず、スルーホールにペーストを完
全に、かつ、充填量バラツキも少なく充填可能なスルー
ホール用ペースト充填方法及び装置装置を提供すること
を目的とする。

【００１２】本発明のその他の目的や新規な特徴は後述
の実施の形態において明らかにする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のスルーホール用ペースト充填方法は、内部
がペーストの入った加圧チャンバーとなっているペース
ト収容容器の上部開口に、基板側のスルーホール配置に
対応した開口部を持つペーストマスクを設け、該ペース
トマスク上面に密着配置された前記基板のスルーホール
に、前記加圧チャンバー内のペーストを加圧することで
前記開口部を通して前記スルーホール下端よりペースト
を充填することを特徴としている。

【００１４】本発明のスルーホール用ペースト充填装置
は、内部がペーストの入った加圧チャンバーとなってい
るペースト収容容器と、該ペースト収容容器の上部開口
に設けられていて基板側のスルーホール配置に対応した
開口部を持つペーストマスクと、前記加圧チャンバー内
のペーストを加圧する手段とを備えている。

【００１５】また、前記スルーホール用ペースト充填装
置において、前記ペーストマスク上に密着配置された基
板の上面に密着する上面マスクをさらに備える構成とし
てもよい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るスルーホール
用ペースト充填方法及び装置の実施の形態を図面に従っ
て説明する。

【００１７】図１は本発明の第１の実施の形態を示す。
この図において、２１は固定基台であり、固定基台２１
上にペースト収容容器２０及びこの内部空間である加圧
チャンバー２３に連通する外部ペーストタンク３０が載
置、固定されている。ペースト収容容器２０の上部開口
はペーストマスク２５が張られて覆われており、その上
にスルーホールを多数形成したセラミック、樹脂等の基
板２２（プリント配線基板等）が重ねて配置されるよう
になっている。なお、ペーストマスク２５及び基板２２
を位置合わせして重ねるために、ペースト収容容器２０
の上端面に位置決めピン２６が設けられている。

【００１８】前記固定基台２１を複数本の上下ロッド４
０が垂直に貫通しており、上下ロッド４０の下端部に下
板４１が、上端部に上板４２がそれぞれ固定基台２１に
平行に固着されている。下板４１は固定基台２１に固定
の上下シリンダ（例えば空圧シリンダ）４３で昇降駆動
され、これに伴い上板４２も基板２２に平行に昇降され
る。上板４２の下面には金属製の上面ベース４４が固定
され、この下側平面に上面マスク４５が固定されてい
る。

【００１９】前記ペーストマスク２５及び上面マスク４
５は例えばステンレス等の金属薄板にエッチング等で前
記基板２２のスルーホール位置に一致した穴を有するよ
うにパターニングしたものであり、両者は実質的に同じ
パターンを有するものである。

【００２０】前記外部ペーストタンク３０は内部に加圧
ピストン３１を有し、該加圧ピストン３１は加圧シリン
ダ（空圧又は油圧シリンダ）３２で直接加圧されるよう
になっている。

【００２１】次に、この第１の実施の形態の全体的動作
説明を行う。ペースト収容容器２０内の加圧チャンバー
２３及び外部ペーストタンク３０内に所要量のペースト
２４（導電性あるいは絶縁性）を満たしておく。そし
て、図１の状態から上下シリンダ４３により上面マスク
４５を下降させ、基板２２上にぴったり重ね合わせる。
これにより、基板２２の下面はペーストマスク２５上面
に密着するとともに基板２２の上面は上面マスク４５の
下面に密着する。それから、加圧チャンバー２３に連通
した外部ペーストタンク３０内のペースト２４を、加圧
シリンダ３２で加圧ピストン３１を押し下げることによ
り直接加圧する。その圧力伝達で、加圧チャンバー２３
内のペースト２４は、基板２２のスルーホール配置に対
応したペーストマスク２５の開口部から押し出され、各
スルーホールの下端から充填される。基板２２の各スル
ーホールに下側から充填されたペースト２４はスルーホ
ールの上端に達して上面マスク４５の開口部（スルーホ
ール配置に対応している）に至る。このため、スルーホ
ール内に空隙を残すことなく完全にペースト２４を充填
することができる。なお、シリンダ３２の加圧を停止す
ることで、ペースト２４の充填は停止し、上下シリンダ
４３で上面マスク４５を上昇位置に復帰させることでス
ルーホールにペーストを充填済みの基板２２を取り出す
ことができる。

【００２２】この第１の実施の形態によれば、次の通り
の効果を得ることができる。

【００２３】(1) 基板２２のスルーホールに充填する
ペースト２４を、空気圧又は油圧で全面均等に加圧し、
加圧された加圧チャンバー２３内のペースト２４は、基
板２２の各スルーホールに対向した位置に開口部のある
ペーストマスク２５から射出されてスルーホール内に適
量充填され、基板全面のスルーホールに対して均一で充
填量バラツキの無いペースト充填が可能である。

【００２４】(2) 図５の第２従来例では、基板上面か
らのペースト充填方法であるため、ペースト粘度、ペー
スト自重によるペーストマスクからの垂れが生じ易く、
かつ、充填量バラツキも大きく、流れ込み状態も乱流に
なり易いが、本実施の形態では、下面からのペースト充
填方法であり、充填時のペーストの流れ方を層流状態に
し易く、また、より低粘度ペーストでもペーストマスク
２５からの垂れを防止できる。

【００２５】(3) 基板２２の下面に密着したペースト
マスク２５と実質同一パターンの上面マスク４５が基板
２２上面に密着しているため、各スルーホール内に空隙
を残すことなく、確実にペーストを充填することができ
る。

【００２６】(4) 以上のことから、スルーホールのア
スペクト比や、ペースト物性に依存せず、スルーホール
へのペースト充填を確実に実行可能である。なお、ペー
スト充填量の調整は、ペーストの加圧力と加圧時間の設
定により、任意に調整可能である。

【００２７】図２は本発明の第２の実施の形態を示す。
この場合、加圧チャンバー２３に連通した外部ペースト
タンク３０内のペースト２４を加圧ピストンで押し下げ
る代わりに、外部ペーストタンク３０内に、空気又は不
活性ガス等の加圧流体を注入して、外部ペーストタンク
内部気圧を上昇させるようにしている。この結果、外部
ペーストタンク３０内の内部気圧の上昇により加圧チャ
ンバー２３内のペースト２４は、ペーストマスク２５の
開口部から押し出され、基板２２のスルーホールの下端
から充填される。また、外部ペーストタンク３０内の気
圧を開放することで、ペーストの充填は停止する。

【００２８】なお、その他の構成及び作用効果は前述し
た第１の実施の形態と同様である。

【００２９】図３は本発明の第３の実施の形態を示す。
この場合、外部ペーストタンクは無く、その代わりにペ
ースト収容容器２０内の加圧チャンバー２３をラバーシ
ート５０で上下に分割している。ここでペースト収容容
器２０は、容器本体２０Ａと、該容器本体２０Ａの上端
面にラバーシート５０を挟んで重ねて一体化されたペー
ストスペーサー２０Ｂとからなり、加圧チャンバー２３
の上部はペーストスペーサー２０Ｂとラバーシート５０
とで囲まれたペーストチャージ部２３Ａ、下部は容器本
体２０Ａ内側の流体加圧空間部２３Ｂとなっている。加
圧チャンバー２３下側の流体加圧空間部２３Ｂに、空気
又は不活性ガス等の加圧流体を注入し、流体加圧空間部
２３Ｂの内部気圧を上昇させると、その気圧がラバーシ
ート面を均等加圧し、ラバーシート５０で押された加圧
チャンバー上側のペーストチャージ部２３Ａ内のペース
ト２４が、ペーストマスク２５の開口部から押し出さ
れ、基板２２に形成されたスルーホールの下端から充填
される。

【００３０】なお、その他の構成及び作用効果は前述し
た第１の実施の形態と同様である。

【００３１】この第３の実施の形態の場合、ペーストス
ペーサー２０Ｂを用いてペーストチャージ部２３Ａ内の
ペーストチャージ量の面分布を均一化する（深さを一様
にする）ことで、スルーホール充填量の面バラツキをい
っそう小さくすることができる。

【００３２】なお、第３の実施の形態のラバーシート５
０の目的は、加圧流体の圧力をペーストへ均等に伝達す
ることと、加圧チャンバー２３内をペーストチャージ部
２３Ａと、流体加圧空間部２３Ｂとに分離することにあ
り、ゴムに限らず気密性があって柔軟性又は伸縮性のあ
る材質、例えば樹脂フィルム等でも良い。

【００３３】以上本発明の実施の形態について説明して
きたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記
載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当
業者には自明であろう。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
内部がペーストの入った加圧チャンバーとなっているペ
ースト収容容器の上部開口に、基板側のスルーホール配
置に対応した開口部を持つペーストマスクを設け、該ペ
ーストマスク上面に密着配置された前記基板のスルーホ
ールに、前記加圧チャンバー内のペーストを加圧するこ
とで前記開口部を通して前記スルーホール下端よりペー
ストを充填するようにしたので、基板上面からの充填方
法の場合に問題となったペースト粘度や自重によるペー
ストマスクからの垂れの発生が無く、充填時のペースト
の流れ方を層流状態にして空隙の発生を防止でき、より
低粘度のペーストの充填にも適用可能となる。この結
果、スルーホールのアスペクト比や、ペースト物性に依
存せず、基板側スルーホールへの確実なバラツキの少な
いペースト充填が可能である。

【００３５】また、ペースト充填量の調整は、ペースト
の加圧力と加圧時間の設定により、任意に調整可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスルーホール用ペースト充填方法
及び装置の第１の実施の形態を示す正断面図である。

【図２】同じく第２の実施の形態を示す正断面図であ
る。

【図３】同じく第３の実施の形態を示す正断面図であ
る。

【図４】第１従来例のスクリーン印刷法を示す正断面図
である。

【図５】第２従来例のペースト加圧法を示す正断面図で
ある。

【符号の説明】

１，１１ テーブル ２，１２，２２ 基板 ３ スクリーン ４，１４，２４ ペースト ５ スキージ １３，２３ 加圧チャンバー １５，２５ ペーストマスク １６，５０ ラバーシート １７，４３ 上下シリンダ ２０ ペースト収容容器 ２０Ａ 容器本体 ２０Ｂ ペーストスペーサー ２１ 固定基台 ２６ 位置決めピン ３０ 外部ペーストタンク ３１ 加圧ピストン ３２ 加圧シリンダ ４０ 上下ロッド ４５ 上面マスク

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部がペーストの入った加圧チャンバー
   となっているペースト収容容器の上部開口に、基板側の
   スルーホール配置に対応した開口部を持つペーストマス
   クを設け、該ペーストマスク上面に密着配置された前記
   基板のスルーホールに、前記加圧チャンバー内のペース
   トを加圧することで前記開口部を通して前記スルーホー
   ル下端よりペーストを充填することを特徴とするスルー
   ホール用ペースト充填方法。
2. 【請求項２】 内部がペーストの入った加圧チャンバー
   となっているペースト収容容器と、該ペースト収容容器
   の上部開口に設けられていて基板側のスルーホール配置
   に対応した開口部を持つペーストマスクと、前記加圧チ
   ャンバー内のペーストを加圧する手段とを備えたことを
   特徴とするスルーホール用ペースト充填装置。
3. 【請求項３】 前記ペーストマスク上に密着配置された
   基板の上面に密着する上面マスクをさらに備える請求項
   ２記載のスルーホール用ペースト充填装置。