JPS63107191A - はんだペースト回路板に塗布する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は多、αはんだペースト塗布（＋ｍｕｌｔｉ−ｐ
ｏｉｎｔｓｏｌｄｅｒ　　Ｐａ５ｔ　　ａｐｐｌｉｃａ
ｔｉｏｎ）に関し、そして更に詳細には回路板へのはん
だペースト塗布に関する。

従来の技術及び発明が解決しようとする問題点構成要素
と回路パターンとの間に作られるべき接続数は着しく増
加してきた。構成要素の表面取付は多数の接続位置にお
いてはんだベースＦの配置を必要とする。１９８４年１
２　Ｊｑ　１３日出願の、本出願人の係属中の特許出願
第６８１，２６５号は、はんだペーストがプレート内の
穴内に満たされ、ペーストがそれから穴内を往復運動す
るピンによって穴から回路板上に押出されるはんだペー
スト用アプリケータについで記載している。

この装置は同時に多数の位置にはんだペーストの塗布を
可能にしたが、各々の位置にデポジットしたペースト量
にがなりの変化があるようである。

デボジション（ｃｌｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）の変化は回路
板上の位置によって生ずることがある。それはまた板に
よって特定の位置に生ずることがある。余分なはんだペ
ースト及び不十分なはんだペーストは双方とも、はんだ
が融解されるとき不十分な接合を生ずることがある。不
完全な接続を（１１正するための回路板の再加工は処理
した回路板の２５％まで達することがある。

問題点を解決するための手段 本発明は不十分な接合部の数を非常に低い数に減少する
ことが可能である。本発明は特定の物理的特性を有して
いる厳密に制御されたはんだペーストの使用及び規定の
寸法特性を有している穴、又は空洞の使用にある。一般
的に、本発明によれば、はんだ対全ペーストとの比、粘
度特性、及びペースト内のはんだの特定な物理的特性の
如き、あるパラメータをもっているはんだペーストが、
必要な量のはんだを有しているはんだペーストをデポジ
ットしたスポットの大きさを与えるために、好ましい直
径／深さ比を有している空洞内に満たされる。

はんだペーストの周期的検査が実施されることができる
。１つの検査方法ははんだペーストがデボノットされる
白色セラミック基体を提供し、そして各々の位置にはん
だボール（ｓｏｌｄｅｒ　　ｂａｌｌ）を形成するため
にはんだペーストを融解することによる。それから基体
が走査され、そして各々のはんだボールの大きさが測定
される。また、各々のはんだボールの位置が決定され、
そしてこれ等の結果の双方が基準と比較される。はんだ
ペーストスポットの異なる大きさ及びはんだボールは異
なる位置に生成されることができる。

実施例 本発明は添付図面と共に、実施例によるいくつかの実施
態様の以下の説明によって容易に理解されるであろう。

第１図は１表面上に形成された回路パターン１１を有し
ている回路板１０の部分を例示している。

回路パターンは板の１表面又は両表面上にあることがで
きる。同様に構成要素は１表面又は両表面上に取付けら
れることができる。いくかの構成要素が板及び回路パタ
ーン内の穴を通過するリード線によって取付けられるこ
とがでトる。他の構成要素は、構成要素上の接触領域が
回路上の接点パッド（ｃｏｎｔａｃｔ　　ｐａｄ）に接
触して、そしてそれらにはんだ付けされて表面に取付け
られることができる。

はんだ接続位置にはんだペーストのドツト（ｄａｔ）を
位置づけするのが望ましい。このようなドツトが第１図
の１２及び１３に示されている。いくつかのドツト１２
は回路パターン上に位置づけされており、そして他のド
ツト１３は回路板内の穴に位置づけされており、これ等
の穴は第１図に見られる表面上にそれ等の周りに環状の
接触領域又はパッドを有しているが、めっきした貫通穴
を経て回路板の他の表面上の回路パターンに接続してい
る。

第２図及び第３図において、第１のプレート１５及び第
２のプレート１６を有している２部分のダイか反転した
位置で示されている。複数の穴１７がプレート１５内に
形成されており、そして複数のピン１８がプレート１６
内に取付けられていて、ピン１８は各々の穴１７に整合
し、且つそれ等の中に滑り込んでいる。第２図において
、第１図のプレート１５はピン１８が引っ込んだ位置に
ある充填、即ち装填状態にある。ｔｊＳ３図において、
穴１７及びピン１８によって形成された空洞がはんだペ
ースト１９で満たされて示されている。プレート１６は
プレート１５に対して往復動して、第３図で矢印によっ
て示された如く、はんだペーストを押し、プレート１６
は〃イド２ｏ上を滑動し、ばね２１によって、ｔｌＳ３
図における如き、引っ込んだ位置にバイアスされている
。プレート１５から離れるプレート１６の運動はストッ
プ部材２２によって制限される。

第１のプレート１５は第２図及び第３図における如く、
反転状態においてはんだペーストを満たした空洞を有す
る。アプリケータはひっくり返しに回転されて、プレー
ト１５は底部プレートとなる。これが第４図に示されて
いる。

１つの特定のピン１８の作動が第５図乃至第８図に例示
されている。また、薄いシート又は層のテフロン（商標
）２５がプレート１５の底部表面に取付けられている変
更が第５図、第６図及び第７図に示されている。この材
料は、穴を形成するために穿孔されると、ドリルが除去
されるときに、穴がテーパーとなり、それは伸びたとき
ピンの端の周りにシールを提供するという特徴を有して
いる。

第５図で明らかな如く、アプリケータの下部プレート１
５は回路板２６の上方の小さい距離に位置づけされてい
る。第６図において、ピン１８は部分的に押下げられて
、前部のデポジットしたはんだペースト１９を回路板の
方に押している。ピンは殆んど回路教に接触するまで移
動して、ペーストを１７図における如く、板上に落す。

ピンが引込むに従って、ペーストは第８図の４１の如く
、小さい点（ｐｉｐ）又はネックをもった生球形状に引
き一ヒげられる。

生ずる問題は回路板がゆがめられているか、又はさもな
くば平でないということである。また、板の厚さが変化
することがある。板の全頂部表面が常に所定の位置にあ
るのを保ａ比するために、版は２つのセットのレール、
頂部レール２９と底部レール３０との開を移動される。

レールは２つの平行な径路を延びており、板をそれ等の
縁で支持している。ペーストデボジション位置において
、底部レールは気体ラム（ｒａｍ）　３１による如く、
上方に動かされることができる。これは板の頂部表面を
頂部レール２９に対して押し、そして板が平らであり、
且つその頂部平面が基準位置にあるのを保証する。便宜
上、はんだ分配機の下の底部レール３０の部分のみが可
動に作られる必要があるはんだペーストは多数の特徴を
有しており、これ等が適用において問題を生ずる。はん
だペーストは、粒子の金属の形の固形物と、非常に粘性
の流体であるが、流体である溶剤との混合物である。

ペーストは、それが移動される速度および圧力を＠界以
下の剪断速度（ｓｈｅａｒ　　ｒａｔｅ）に維持するこ
とによってのみ良好に空洞を満すように移動せしめられ
ることができる。満たす速度、又は剪断速度が増加する
に従って、空洞は、僅かな割合の金属を含んだ溶剤で主
として満たされる状態に達することが可能である。、′
ｉ＆大剪大連断速度属粒子の物理的特性によって変化さ
れる。金属及び溶剤混合物への添加物はまたペーストの
特性に影響を与える。

また接触点（ｃｏｎｔａｃｔ　　ｐｏｉｎｔ）に必要な
はんだ量に関する必要要件があり、そしてまたはんだ量
に対する公差に関してかなり狭い限界がある。また満た
されるべき穴又は空洞の物理的大きさはかなり重要であ
る。直径に比較して深い穴は満すのが困難であり、そし
てまた高剪断速度を生じて、金属に比較して多すぎる溶
剤を含んでいるペーストとなることもある。

最大ペーストと最小ペーストとの間の比は約２＝１であ
り、最小は良好な接合を形成するためのペーストの実際
量である。この実際の量は通常よく知られており、大部
分は構成要素の大きさに左右される。接合部に提供され
るはんだの量は構成要素と板取付パッドとの間に０．０
０１インチ（２５ミクロン）のイヤツブを与え、且つ構
成要素端子金属化部又はｖｔ成要素リード線の端の上の
方約％はんだすみ肉（ｆｉｌｌｅｔ）が視覚によりみと
められる（ｖｉｓｕａｌ　　ｓｈｏｗｉｎｇ）のに十分
でなければならない。この最小では、ペーストの最大量
はこの約２倍である。最小より少ないと、不完全なはん
だ接合の可能性、例えば最小ラップ接合及びすみ肉強さ
と共に構成要素を取付パッドから離しておかない。はん
だが多すぎると種々の問題を生ずることがある。１つは
「ブックエンディング（ｂｏｏｋｅｎｄｉＢ）ｊと呼ば
れ、この場合はんだは構成要素の頂部の端及びその頂部
に亘って延びる。これは凝固中及び次のサービス中熱の
不釣合によって接合部の失敗を生ずることがある。過剰
のはんだはまた構成要素の下ｔこ溶剤の入り込むことが
あり、そして容易に除去されることができない。また、
構成要素の１端における多すぎるはんだは表面張力によ
って地端の持上げを生ずることがある（トンブストニン
グ（ｔｏｍｂｓｔｏｎ　ｉＢ）と呼ばれている）。

はんだは所定の割合の金属含有物、典型的に重量で約８
８．５金属及び容積で約５０％を有していなければなら
ない。はんだ金属は直径４５乃至７５μ鎗程度の球の形
である。球の大きさはペーストに必要な金属の容積、所
望の粘度及び剪断速度特性によって決定される。

上記のパラメーター上記に与えられる金属含有量の割合
及び球の大きさ−は粘度範囲、はぼ２０ｏ、ｏｏｏ乃至
６００，０００ｃｐｓの範囲に広い範囲にプリセットし
ている。球の直径及１／添加物の使用を含むペーストの
レオロノ−（物理的特性）を変更することによって、粘
度は約２５０，０００±５０，０００内の範囲に調和さ
せることができる。

粘度は、空洞又は穴を満たす速度に対して限界を設定す
る。約１：１の直径対深さの比がほぼ最小である。これ
は合理的な時間に空洞を満たすために空洞内に実際に材
料を入れること及１「固体（Ｓｏｌｉｄｓ）Ｊ対「液体
」の比率が正しいことを保証することの双方による。「
固体」対「液体」の比率は、充填速度と共に変化し一剪
断の速度と呼ばれている。

空洞直径対空洞床さの最大比はピンの端に付着している
ペーストの量によっである範囲に設定される。この量は
同様にピンのストロークによって変化することができる
。比較的大きな直径では、この変化は実際のデポジット
の重要な部分となることがある。直径対深さの比的２：
１が最大であると見做されている。ピンが引っ込むとき
回路板上のはんだペーストの正しい量を保持するために
、十分な表面張力が存在しないという点で小さいピンで
は問題が生ずることがある。同じ直径の穴又は空洞では
、ピンの直径はペーストスポットの直径に影響を与える
。大きすぎる直径のスポットは隣接する回路の径路又は
接触パッドにブリッジング（ｂｒｉｇｉＢ）を生ずるこ
とがある。薄すぎるスポットを与える大きすぎる直径の
スポットのもつ他の問題は融合の際はんだを正しく合着
することができないことである。空洞の充填に影響を与
える他の特徴は、ペーストが押込まれるとき逃げること
がでさる空洞内の空気の能力である。ピンは穴内におい
て比較的密接なすべりばめである。間隙は空気がピンを
通過して逃げることができるが、はんだペーストはたと
えば表面張力のため、その間隙内に流れないようになっ
ている。

穴又は空洞はステンシルスクリーンを通ってペーストを
絞り出すことによって、即ちスクリーン印刷によって満
たされる。ペーストは、はぼ４５度に、前方に面する構
成要素と下方に面する構成要素との双方を有している前
面（ｌｅａｄｉＢ　　ｆａｃｅ）を有している標準スク
リーン印刷スキージ−（ｓｑｕｅｅｇｅｅ　）によって
空洞上に押出される。スキージーが空洞上を通過する速
度は、上述の如き、充填時間、そしてまた剪断速度なら
びに他のパラメータに影響を与える。１秒当り約５　、
　Ｏａｍの速度が良好であることが判明した。プルック
フィールドヘレバス（Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ　　Ｈｅ１
ｅｐａｔｈ）の［一点（ｓｉｄｌｅｐｏｉｎｔ）Ｊ測定
法が初期の粘度値、例えば、上述の２５０．０００ｃｐ
ｓ±５０ｙ０００ｃｐｓを与えるのに使用される。スキ
ージーの作用の下で、ペーストが動き始めるや否や、こ
れは約２００，０００ｃｐｓと１７０．０００ｃｐｓと
の間に落ちる。粘度は勇断速度と共に変化し、この剪断
速度は「インバースセコンド（ｉｎｖｅｒｓｅ　　５ｅ
ｃｏｎｄ）Ｊ単位で示される。

ペーストの特性はカーブーヒの３つの点によって与えら
れることができ、そして典型的な概略値は１゜５８−１
．２００，０００乃至２３０，０００ポアズ；５ｓ−１
，９０、０００乃至１００，０００ホ７；Ｘ：及び９ｓ
−１，６０，０００乃至７０，０００ポアズである。こ
れ等の値は一定温度に討するものであり、ヘイクコーン
（Ｈａｋｅ　　ｃｏｎｅ）及びプレート粘度計を用いて
得られる。

はんだペーストスポットの大きさは特定の必要要件に対
して板−ヒで変化することができる。従って単一の大き
さのスポットがすべての位置に生成されることができ、
２つの大きさのスポット、あるいは３つの大きさのスポ
ットが生成されることができる。必要なスポットの大き
さは、既述の如く、構成要素の大きさによって変化する
。また多リードの（ＩＩＩｕｔｉ−１ｅａｄｅｄ）ｖｔ
構成要素表面に取付けられるべきであれば、異なるスポ
ットの大きさが同様に必要となる。このような異なる大
きさは、関連する異なるピンの大きさと共にプレート内
の異なる穴の大きさを提供することによって得られるこ
とができる。

種々のはんだ接続のスポットの大きさは自動可視測定装
置（ａｕＬｏａ＋ａｔｅｄ　　ｖｉｅｗｉｎｇａｎｄ　
　ａ＋ｅａｓｕｒｉｎｇ　　ａｐｐａｒａｔｕｓ）によ
って確かめられることができる。このような検査のため
に、基板、例えばセラミック基板が工程を通過され、そ
してはんだペーストはボール階段（ｂａｌｌ　　５ｔａ
ＦＩｅ）のために融解される。基板は、１実施例では、
各々の軸線において１０２４絵素より成る可視領域（ｖ
ｉｅｗ　　ａｒｅａ）を有するＣＣＤカメラによって検
査される。このカメラは基板を連続ステップで走査し、
各々のボールを検出し、そして測定する。これ等の結果
は主基準（ＩＩＩａｓｔｅｒ　　ｄａｔｕＩ＃）と比較
される。従っていかなる欠けているボールら検出され、
そしてまたいかなるボールも所望の範囲以外は落ちる。

規則的なベースでこの検査を実施することによって、そ
れは摩耗による変化、ピンの詰まり、及び他の原因を支
持することができる。これは品質管理を提供する。

首尾一貫した結果を与えるには、振動全防止するために
、はんだの融合中基板の注意深い支持が望ましい。融合
は、酸化を防ぐために窒素で再び満たされた、僅かな真
空下で実施されることがて゛きる。基体は、いかなる残
った溶剤をも除去し、はんだボール（ｓｏｌｄｅｒ　　
ｂａｌｌ）の美観を与えるために融合後清潔にされる。

はんだペースト特性のｍ密な制御と、上記の寸法比内の
空洞を有すること、空洞を満たすために適切な、所定の
剪断速度を使用することとによって、所望の大きさを除
き百万分の５０のスポット以下をもったはんだペースト
スポットを有する回路板を製造することが可能となった
。これ等の所望の大きさ以外に属するものは、構成要素
がはんだ付けされるとき電気的に誤っているという事実
には必ずもならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は回路パターンを示している、回路板の１表面の
１部分の概略的平面図である；第２図は、装填状態にお
ける、アプリケータの１つの形式の横断面である； 第３図ははんだペーストがアプリケータに装填されたと
きの第２図における如き断面である；第４図は充填位置
におけるアプリケータと、塗布位置へのその回転を例示
している； 第５図はアプリケータに対する変更を例示している１つ
のピン及び穴の、第３図における如き断面であり、アプ
リケータは塗布位置にある；第６図は中間塗布位置にお
けるピンを例示している第４図にＢａの断面である； 第７図は回路板に対する全塗布位置におけるピンを例示
している第４図及び第５図に類似の断面である；そして 第８図は回路板から引き上げられているピンを例示して
いる。 １０．２６・・・回路板 １２．１３・・・ドツト １５・・・第１のプレート １６・・・ｔＪｔＪ２のプレート １７・・・穴 １８・◆・ピン １９・・・はんだペースト ２２・・・ストップ部材 ２５・・・テフロン ２９・・・頂部レール ３０・・・底部レール 特許出願人　ノーザン・テレコム・リミテッドＦＩＧ、
　　６ ＦＩＧ、　　７ ＦＩＧ、　　８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の位置において所定量のはんだペーストを回路
   板に塗布する方法において、 プレートの頂部表面から、該プレート内の穴内にはんだ
   ペーストを満たすこと；但し、該はんだペーストは所定
   の物理的特性を有しており、該穴は所定のパターン内に
   あり、そして各々の該穴は所定の寸法特性を有している
   、 該プレートの頂部表面を該回路板の表面の方に、下向き
   方向に提供するために該プレートを旋回すること、 該はんだペーストを該穴から該回路板の該表面上に押出
   すこと、 とを含むことを特徴とする方法。 ２、最小はんだペーストと最大はんだペーストとの間の
   比が２：１であり、該最小ペーストが良好な接合を形成
   する量である特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、該最小ペーストが構成要素と該回路板上の取付パッ
   ドとの間に０．００１インチの間隙を与え、且つ構成要
   素の接続部材上約１／３はんだが視覚によりみとめられ
   る量である特許請求の範囲第３項記載の方法。 ４、該はんだペーストが重量で約８５％と９０％との間
   及び容積で約４８％と５２％との間の金属含有量を有し
   ている特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５、該金属含有量が重量で約８８．５％そして容積で約
   ５０％である特許請求の範囲第４項記載の方法。 ６、該金属が直径４５乃至７５μｍ程度の球の形である
   特許請求の範囲第４項記載の方法。 ７、該はんだペーストが約２００，０００ｃｐｓと６０
   ０，０００ｃｐｓとの間の一点粘度値を有している特許
   請求の範囲第１項記載の方法。 ８、該一点粘度値が約２５０，０００ｃｐｓ±５０，０
   ００ｃｐｓである特許請求の範囲第７項記載の方法。 ９、該穴が約２：１の空洞直径対空洞深さ比を有してい
   る特許請求の範囲第１項記載の方法。 １０、スキージーによってステンシルスクリーンを通り
   該はんだペーストを押出すことを含む特許請求の範囲１
   項記載の方法。 １１、該スキージーが１秒に約５ｃｍの速度で該スクリ
   ーン上を移動する特許請求の範囲第１０項記載の方法。 １２、各該位置に１つのボールの複数のはんだボールを
   形成するために該はんだペーストを融解すること、 該表面を走査し、そして各々のはんだボールの大きさ及
   び位置を決定すること を含む特許請求の範囲第１項記載の方法。 １３、該回路板に白色セラミック基板を代用すること； はんだボールを形成するために該はんだペーストのデボ
   ジション後該はんだペーストを融解すること；各々の該
   はんだボールの大きさ及び相対的位置を測定するために
   該基体を走査することを含む特許請求の範囲第１項記載
   の方法。 １４、回路板の表面上の複数の位置にはんだペーストを
   塗布する装置において、 複数の穴を有しており、該穴が所定のパターンであって
   、且つ各々の穴が規定の寸法特性を有しているプレート
   と； 規定された物理的特性を有しているはんだペーストを該
   プレートの頂部表面から該穴内に満たす手段と； 該プレートを、該回路板の該表面に対して下向きに該頂
   部表面を提供するように、旋回する手段と； 該はんだペーストを該回路板の該表面上に該穴から押出
   す手段と； 該回路板を順次に該穴の充填位置に移動する手段と を具備することを特徴とする装置。 １５、該はんだペーストを該穴内に満たす該手段がステ
   ンシルスクリーンと、該はんだペーストを該スクリーン
   を通り該穴中に押出すスキージーとを含む特許請求の範
   囲第１４項記載の装置。 １６、該はんだを押出す手段が該穴内に往復動に取付け
   られたピンを具備している特許請求の範囲第１４項記載
   の装置。 １７、該回路板の各々の側縁の下に延びており、該回路
   板の方向に延びている底部ガイドレールと、該回路板の
   各々の該側縁の上に位置づけされている支持レールと、 充填位置において該ガイドレールと該支持レールとの間
   に該回路板をクランプするために該ガイドレールを該支
   持レールの方に上方に移動する手段とを含み、 該回路板の該表面が充填中該プレートから所定の距離に
   ある特許請求の範囲第１４項記載の装置。 １８、該はんだペーストを該位置の各々においてボール
   に融解する手段と、各々の該ボールの大きさ及び相対的
   位置を決定するために該はんだボールを走査する手段と
   を含む特許請求の範囲第１４項記載の装置。