WO2006067827A1 - はんだプリコート方法および電子機器用ワーク - Google Patents

Abstract

【課題】プリント基板、チップ部品、ウエハー等の電子機器用ワークのはんだ付け部に予めはんだを付着させておくプリコート法としては、めっき法、ホットレベラー法、ソルダペースト法、はんだボール法等がある。これら従来のプリコート法では、はんだ付け部へのはんだの付着が均一にならなかったり、はんだが完全に付着しなかったり、さらには多大な設備と手間がかかったりするものであった。本発明は、均一塗布ができ、不良が発生しないばかりでなく、簡単な設備でプリコートができるという方法およびはんだが均一に付着しているワークを提供することにある。 【解決手段】本発明は、支持体に塗布した粘着剤の上に粉末はんだを多めに散布し、その後、粘着剤に粘着されていない余剰の粉末はんだを除去する。そして粉末はんだ散布面をフラックスが塗布されたワークに圧力をかけて重ね合わせてから、加熱してはんだ付け部だけにはんだを付着させる。

Description

明 細 書

はんだプリコート方法および電子機器用ワーク

技術分野

[0001] 本発明は、電子機器用ワークのはんだ付け部分に予めはんだを付着させるはんだ プリコート法およびワークのはんだ付け部にはんだがプリコートされた電子機器用ヮ ークに関する。

背景技術

[0002] 一般にプリント基板、チップ部品、ウェハー素子、 BGA、 CSPのような集積回路部品 等の電子機器用ワーク（以下、単にワークという）をはんだ付けするには、はんだ付け 部を噴流している溶融はんだに接触させるフロー法と、ワークのはんだ付け部にソル ダペーストを塗布した後、該ワークをリフロー炉のような加熱装置で加熱するリフロー 法がある。

[0003] フロー法は、電子部品が搭載されたプリント基板に液状フラックスを塗布し、フラック スを乾燥させてから噴流している溶融はんだに接触させてはんだ付けを行うものであ る。し力しながらこのフロー法は、はんだ付け部が非常に小さいと、溶融はんだが付 着しにくいば力りでなぐたとえはんだが付着しても付着量がばらついて、その後の信 頼性に問題となる。し力もフロー法ではワークにフラックスを塗布するフラクサ一、フラ ックスを乾燥させるとともに予備加熱を行うプリヒーター、はんだを溶融させて噴流さ せるはんだ槽等の大掛力りな設備が必要となる。

[0004] リフロー法は、プリント基板のはんだ付け部と一致したところに穴が穿設されたマスク をプリント基板の上に載置し、さらにマスクの上にソルダペーストを置いて該ソルダぺ 一ストをスキージで搔き均すことにより、マスクの孔にソルダペーストを充填する。そし てマスクを除去してはんだ付け部にソルダペーストを塗布する。これをリフロー炉のよ うな加熱装置で加熱してソルダペーストを溶融させることによりはんだ付けを行うもの である。このリフロー法では、ある程度微小なはんだ付け部でもはんだを付着させるこ とはできる力 やはり付着量のばらつきは存在していた。またリフロー法では、ワーク に合わせたマスクを準備しなければならず、またワークが微小な場合は、マスクの孔 とワークのはんだ付け部を一致させるのに多大な手間が力かるものであった。しかもリ フロー法では、ソルダペーストを印刷塗布する装置が必ず必要であり、該装置が高価 であるば力りでなく設置箇所の確保も必要となるものであった。

[0005] これらフロー法ゃリフロー法の問題に鑑み、近時ではワークのはんだ付け部に予め はんだを付着させておくという「はんだプリコート」が採用されるようになってきた。はん だプリコートを得る方法としては、めっき法 (特許文献 1)、ホットレベラ一法 (特許文献 2)、ソルダペースト法 (特許文献 3)、はんだボール法 (特許文献 4)等がある。

特許文献 1：特開平 9— 167883号公報

特許文献 2：特開平 11 54890号公報

特許文献 3：特開平 8— 307047号公報

特許文献 4:特開平 8— 340174号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] ところではんだプリコートを得るめっき法は、ワークをめつき液に浸漬して、ワークのは んだ付け部にはんだを析出させるものである力 このめつき法では、如何なる組成の はんだでも得ることができないという制約のあるものであった。つまりめつき法は、メッ キ液の種類が限定されるため所望の組成のはんだをプリコートすることができなかつ た。まためつき法は、めっき液の処理に多大な設備が必要となるため、イニシャルコス トが高価となる問題もあった。さらにまためつき法ではワークのはんだ付け部に必要量 のはんだ、すなわちはんだ付けができる程度の量のはんだを付着させることも困難で めつに。

[0007] ホットェアーレべラー法は、ワークを溶融はんだ中に浸漬し、溶融はんだから取り出し たところでワークにホットエアーを吹付けて余剰のはんだを吹き飛ばすものである。こ のホットエアー法は、ホットエアーを調整することによりはんだ付着量の調整はできる 力 はんだ付着量が大きくばらつくという問題があった。

[0008] ソルダペースト法とは、前述リフロー法同様、はんだ付け部と一致したところに孔が穿 設されたマスクを用い、ワークのはんだ付け部とマスクの孔を一致させてから、該マス ク上にソルダペーストを置いてスキージで搔き均し、その後、マスクを除去してからヮ ークを加熱することにより、ソルダペーストを溶融させてワークのはんだ付け部にはん だを付着させるものである。ところでソルダペースト法では、ワークのはんだ付け部が 微小となると、はんだ付け部とマスクの孔とを一致させることが非常に困難となり、往 々にしてソルダペーストがはんだ付け部に塗布されないことがある。またソルダペース ト法では、マスクの微小な孔へのソルダペーストの充填や、充填後のソルダペースト がはんだ付け部に塗布されな ヽと 、う問題もあった。

[0009] はんだボール法は、吸着治具ではんだボールを吸着し、ワークのはんだ付け部に搭 載後、ワークをリフロー炉のような加熱装置で加熱して、はんだボールを溶融させるこ とによりはんだプリコートを得る方法である。このはんだボール法は、一定の大きさの はんだボールが入手できればはんだ付着量を均一にできる力 該はんだボール法 は、はんだバンプのように円形のプリコートしか形成できな！、と！ヽぅ形状が限られたも のであった。また、はんだボール法は事前に所定の大きさのはんだボールを準備し ておかなければならな 、が、このはんだボールの製造には多大な手間と装置が必要 となるため、高価となるものであった。さらにまたはんだボール法は、吸着治具ではん だボールを吸着後、吸着孔カもエアーを噴出させて、はんだボールをリリースするこ とによりワークのはんだ付け部にはんだボールを搭載する力 吸着治具ではんだボ ールを吸着するときに、静電気で一つの孔に複数のはんだボールが吸着されたり、 或いはワーク上でのはんだボールのリリース時に、吸着孔から噴出されるエアーの勢 いではんだボールが吹き飛ばされてワークのはんだ付け部にはんだボールが搭載さ れな力つたりするという問題があった。

[0010] 本発明は、従来のプリコート法の問題に鑑み発明したもので、微小なはんだ付け部 に限らず大きなはんだ付け部でも均一にはんだを付着させることができ、し力も高価 な設備を必要とせず、如何なる組成のはんだでも付着させることができと ヽぅはんだ プリコートの方法およびはんだが均一に付着したワークを提供することにある。 課題を解決するための手段

[0011] 本発明者らは、粘着性を有するところに粉状物を散布すると、粉状物の最下部の一 層だけが粘着剤に付着すること、そして粉末はんだがはんだ付け部接していると溶 融したはんだは粘着剤からはんだ付け部に移動して付着するが、溶融したはんだの 近傍にはんだ付け部が存在しないと溶融はんだは移動しにくくなることを見い出し本 発明を完成させた。

[0012] 本発明は、

A.支持体上に粘着剤を塗布する工程；

B.支持体の粘着剤上に粉末はんだを隙間なく散布して粉末はんだの一層を粘着剤 に粘着させる工程；

C.支持体の粘着剤に粘着されていない粉末はんだを除去する工程；

D.ワークのはんだ付け面にフラックスを塗布する工程；

E.支持体の粉末はんだ部分とワークのフラックス塗布面を、圧力をかけて重ね合わせ る工程；

F.支持体とワークが重ね合わせられたものを粉末はんだの溶融温度以上に加熱して ワークのはんだ付け部に溶融はんだを付着させる工程；

G.ワークのはんだ付け部に溶融はんだが付着したならば、ワークを冷却して溶融は んだを固化させ、し力る後、支持体を除去する工程；

H.ワークのはんだ付け部以外の箇所に付着したはんだを除去する工程； 力もなることを特徴とするはんだプリコート方法である。

[0013] またもう一つの発明は、支持体の粘着剤に付着させた粉末はんだとワークのはんだ 付け部とを重ねあわせ、該粉末はんだを溶融させてはんだ付け部と一致したところに あるはんだだけをワークのはんだ付け部に付着させたことを特徴とする電子機器用ヮ ークである。

発明の効果

[0014] 本発明によれば、ワークのはんだ付け部には必ずはんだが定量付着すると!/、う信頼 性に優れ、し力もワークが微小であっても未はんだのような不良がなぐまた如何なる 組成のはんだでもはんだ付け部に付着させることができ、さらには印刷法に使用する マスクやはんだボール法に使用する吸着治具のようにワークのはんだ付け部に対応 した治具を準備する必要もな 、と 、う簡便さを有して 、る。そして本発明の電子機器 用ワークは、はんだ付け部に定量のはんだが均一に付着しているため、該ワークと他 のワークとをはんだ付けしたときに、強固な接合となる。 発明を実施するための最良の形態

[0015] 本発明に使用する支持体は、粉末はんだの融点以上に加熱されても形状を保つ耐 熱性があり、しカゝも溶融はんだが付着しにくい材料が適している。本発明に使用して 好適な支持体は、アルミニウム、ステンレスのような金属や、ポリイミド榭脂、ガラスェ ポキシ複合材などのプラスチック類、複合材類である。

[0016] 支持体に塗布する粘着剤は、基本的には粉末はんだを一層粘着して固定する役目 とともに加熱圧着時、部材表面の凹凸に追従して粉末はんだをはんだ付け部に密着 させるものである。本発明に使用する粘着剤としては、常温で粘着力がある粘着剤と 加温によって粘着力が発現するホットメルト型粘着剤力 選択できる。粘着層の厚さ は膜厚約 1 μ m以上 50 m未満が好都合であるがこの厚さには特に拘らない。

[0017] 本発明では、支持体に塗布した粘着剤上に粉末はんだを隙間なく散布した後、粘 着剤で粘着されていない粉末はんだを除去するが、この除去方法としては、毛先の 柔らかいブラシで軽く掃き均したり、弱い圧縮空気で吹き飛ばしたり、或いは支持体 を逆さまに引っくり返して軽く振動を与えたりする。このとき粘着剤で付着している一 層の粉末はんだまで除去しな 、ように注意しなければならな 、。

[0018] 本発明に使用する粉末はんだは、求めるはんだ膜厚によって選択される。即ち、薄 いはんだ膜を望む場合は細力ゝ!、粉末を選び、厚いはんだ膜の場合は大き!、粉末を 選ぶ。粉末はんだは経済的な面からは安価に入手できるアトマイズ法などによって得 られる粉末はんだを篩目の選択によって分級し使用することが望ましい。

[0019] 本発明に使用するフラックスは、ワークのはんだ付け部に必要な量が存在し、レジスト 面など非はんだ付け部には極力少なくすることが望ましい。一般的にワークのはんだ 付け部はレジストのトップ面より低くなつているため、ワーク全面にフラックス塗布後、 ゴムブレードのようなものでレジスト表面のフラックスをはんだ付け部に搔き落すと、は んだ付け部にフラックスが必ず塗布されるため、溶融したはんだははんだ付け部にス ムーズに接合するとともに、レジスト部分では溶融はんだが停滞することになり、高精 細なはんだ付け部ではブリッジが発生しない。

[0020] 本発明では、ワークのはんだ付け面にフラックスを塗布後、該ワークと粉末はんだを 粘着させた支持体とを重ね合わせた後、圧着する。このときの加圧力は、ワークの表 面形状とワーク面積および圧着精度により変えるが、 1平方センチメートル当たり 1- ユートン以上が好まし 、。またワークと支持体を重ね合わせたものを加熱するときの加 熱温度は、好ましくは粉末はんだの融点以上である。

[0021] 粉末が溶融した後、直ちに冷却を行い支持体を除去すると、ワークのはんだ付け部 にはんだが形成される。し力しながら、はんだ付け部以外のレジスト面などにも余剰 のはんだが存在しており、このままでははんだ付け部間がブリッジとなったり、絶縁抵 抗が低下するため、余剰はんだを除去する。余剰はんだの除去は如何なる方法でも よいが、洗浄による除去が適している。ここで洗浄を行うと、はんだ付け部に存在して いるフラックス残渣も同時に除去できるため、さらに信頼性が向上する。そしてさらに はんだ付け部に付着したはんだの形状を整えるのであれば、再度はんだ付け部にフ ラックスを塗布してから、はんだの溶融温度以上に加熱し、冷却する工程を加えても よい。

[0022] 本発明では、はんだ付け部に付着するはんだ膜厚精度が高い。その理由は支持体 の粘着面に粘着する粉末はんだの量が単位面積当りでバラツキが少な 、ことにある 。従って、支持体とワークとを重ね合わせて圧力をかけたときに、粉末はんだがはん だ付け部と接するため、該粉末はんだが溶融したときにも、はんだ付け部に溶融はん だが必ず接して 、るのではんだ付け部にある定量の粉末はんだが付着し、膜厚精度 が良くなる。はんだ付け部以外のレジスト面に接するはんだ粉末も溶融はするが横方 向への濡れ広がりに対してははんだと濡れな 、粘着層によって抑制される。これによ り高精細なはんだ付け部のパターンに対してもブリッジが発生し難い。

実施例

[0023] 以下、図面に基づいて本発明のプリコート方法を説明する。図 1 (A)— 8 (H)は、本 発明のプリコートを行う工程の説明図である。

[0024] A.支持体上への粘着剤塗布工程；

支持体 1の片面に粘着剤 2を塗布する。

B.粘着剤上に粉末はんだを散布する工程；

支持体 1に塗布した粘着剤 2の上に粘着剤 2が隠れる程度に粉末はんだ 3…を散 布する。 C.余剰粉末はんだを除去する工程；

支持体 1上の粉末はんだをブラシ 4で搔き均して粘着剤 2に粘着されて ヽな 、余剰 の粉末はんだ 3 · · ·を除去する。

D.ワークにフラックスを塗布する工程；

ワーク 5のはんだ付け部 6 · · ·が形成された面にスプレーフラクサ一 7で液状フラック ス 8を塗布する。その後、必要に応じてはんだ付け部以外のレジスト 9のような非はん だ付け部に塗布されたフラックスを除去するようにしてもよ!、。

E.支持体とワークを重ねる工程；

ワーク 5のフラックス塗布面と支持体 1の粉末はんだ粘着面を重ね合わせる。このと き支持体 1の上から図示しないプレス機でワーク 5と支持体 1間に圧力をかけておく。 すると粘着剤は追従性があるため、支持体 1に圧力をかけると、粘着剤 2に粘着され た粉末はんだ 3 · · ·は、ワーク 5のレジスト 9よりも少し凹んだ位置にあるはんだ付け部 6に接するようになる。

F.支持体とワークを加熱する工程；

ワーク 5と支持体 1が重ね合わせられたものを図示しない加熱装置で加熱し、支持 体 1の粘着剤 2に粘着されていた粉末はんだ 3…を溶融させる。このときワーク 5の はんだ付け部 6に接していた粉末はんだは溶融してはんだ付け部 6に濡れ広がるが 、レジスト 9上にあった粉末はんだは溶融してもその場に残る。

G.はんだ固化後、支持体を除去する工程；

ワーク 2のはんだ付け部 6に溶融はんだが付着したならば、ワーク 2と支持体 1を冷 却して溶融はんだを固化させ、はんだ付け部 6にプリコート 10を形成する。その後、 支持体 1を除去 (矢印)する。

H.不要箇所のはんだを除去する工程；

レジスト 9のような不要箇所にはんだが付着したままであると、前述のようにブリッジ や絶縁抵抗低下の原因となるため、不要箇所のはんだを除去する。不要箇所のはん だはフラックス残渣で固着して 、るため、フラックス残渣を溶解できるような洗浄液 11 に浸漬して洗浄する。水溶性フラックスを使用したときは、温水が適しており、榭脂系 フラックスを使用したときはアルコールのような有機溶剤が適して 、る。またはんだ付 け部に付着した形状を整えるため、はんだ付け面にフラックスを塗布して力ゝら再加熱 •冷却を行ってもよい。

[0025] 次に上記プリコート方法で以下のようにしてワークにはんだを付着させた。

支持体として 200 m厚さのアルミニウムを使用して片側に 10 m厚さのアクリル系 粘着層を形成した。アトマイズ法によって得た Sn-3Ag-0.5Cuの粉末はんだを下限 5 μ m上限 15 mで分級し、支持体の粘着面に付着させた。このとき粉末はんだは、粘 着剤が隠れる程、充分に散布した。次いで、支持体上に散布された粉末はんだをブ ラシで搔き均した後、さらに弱!、圧縮空気を吹き付けて余剰の粉末はんだを除去し た。この余剰の粉末はんだ除去後の散布面を顕微鏡で観察したところ、粘着剤には 粉末はんだが一層だけ付着していた。はんだプリコートを形成するワークは、外形 30 X 30mmガラスエポキシ基板である。ガラスエポキシ基板には、はんだ付け部となる 電極が 200 mピッチで 3600個形成されており、該電極部近傍にあるレジストは厚さ 力 S25 mである。この電極を有するワークの面上に液状の水溶性フラックスを塗布し 、レジスト上に塗布されたフラックスはゴムブレードで搔き取って電極部にフラックスを 充分に充填した。ゴムブレードで搔き取ったレジストの部分には非常に薄いフラックス だけが残って 、た。支持体の粉末はんだ部分とワークのフラックス塗布面を重ね合わ せた後、プレス機で支持体上に 100Nの圧力をかけてから、 220°Cで 10秒間加熱し 、その後、冷却した。冷却したワーク力 支持体を除去し、ワークを 40°Cの温水で洗 浄してレジスト上に付着していたはんだを除去した。さらに、はんだ付け部に付着した はんだの形状を整えるため、はんだ付け部にフラックスを塗布し、再度はんだの溶融 温度以上に加熱し、冷却を行ってから、温水で洗浄を行った。その結果、ワークの電 極部のみに 30 m± 3 mのはんだプリコートが形成されていた。

図面の簡単な説明

[0026] [図 1]支持体上への粘着剤塗布工程

[図 2]粘着剤上に粉末はんだを散布する工程

[図 3]余剰粉末はんだを除去する工程

[図 4]ワークにフラックスを塗布する工程

[図 5]支持体とワークを重ねる工程 [図 6]支持体とワークを加熱する工程

[図 7]はんだ固化後、支持体を除去する工程

[図 8]不要箇所のはんだを除去する工程

符号の説明

[0027] 1 支持体

2 粘着剤

3 粉末はんだ

5 ワーク

6 はんだ付け部

8 フラックス

9 レジスト

産業上の利用可能性

[0028] 本発明はプリント基板のような比較的大きな電子部品ば力りでなぐ電極が直径 0.

2mm以下のように微小なはんだ付け部を有するウェハや CSP等の配線部又は電極 部にはんだ膜厚精度を高精細にはんだプリコートを形成できる。

Claims

請求の範囲

[1] A.支持体上に粘着剤を塗布する工程；

B.支持体の粘着剤上に粉末はんだを隙間なく散布して粉末はんだの一層を粘着剤 に粘着させる工程；

C.支持体の粘着剤に粘着されていない粉末はんだを除去する工程；

D.ワークのはんだ付け面にフラックスを塗布する工程；

E.支持体の粉末はんだ粘着面とワークのフラックス塗布面を、圧力をかけて重ね合わ せる工程；

F.支持体とワークが重ね合わせられたものを粉末はんだの溶融温度以上に加熱して ワークのはんだ付け部に溶融はんだを付着させる工程；

G.ワークのはんだ付け部に溶融はんだが付着したならば、ワークを冷却して溶融は んだを固化させ、し力る後、支持体を除去する工程；

H.ワークのはんだ付け部以外の箇所に付着したはんだを除去する工程； 力もなることを特徴とするはんだプリコート方法。

[2] 前記粘着剤は、常温もしくは常温以上の温度で粘着性を発現する粘着剤である請求 項 1記載のはんだプリコート方法。

[3] 前記支持体は少なくともはんだ融点以上の耐熱性を有する材料力 選択される請求 項 1記載のはんだプリコート方法。

[4] 前記支持体は、金属類、セラミック類、プラスチック類力 選択されたものである請求 項 1、 3記載のはんだプリコート方法。

[5] 支持体の粘着剤に付着させた粉末はんだとワークのはんだ付け部とを重ねあわせ、 該粉末はんだを溶融させてはんだ付け部と一致したところにあるはんだだけをワーク のはんだ付け部に付着させたことを特徴とする電子機器用ワーク。