JP2019062000A - スクリーン印刷用マスク、及びプリント配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】ボイドの発生を抑制する。
【解決手段】基板１１に形成された一つのランド１２上で互いに離れた複数の箇所に、はんだペースト１５を塗布する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スクリーン印刷用マスク、及びそれを用いて製造されたプリント配線基板に関するものである。

電子部品を基板に実装する工法として、表面実装技術（ＳＭＴ：Surface Mount Technology）がある。ＳＭＴでは、基板上にはんだペーストを印刷し、その上に部品を載せてから熱を加えてはんだ付けを行なう。実装面積を縮小し、高密度実装を可能にするための表面実装部品のパッケージとして、ＬＧＡ（Land Grid Array）や、ＢＧＡ（Ball Grid Array）といった形態がある。このパッケージはパッケージの底面ではんだ付を行うため、一般的なチップ部品と比較してボイドが発生しやすい。特許文献１では、はんだペーストを基板上の電極パッドからずらして印刷し、はんだ溶融時の濡れ性を利用したセルフアライメントによって、はんだを電極パッドに流動させることで、ボイドを低減することを提案している。

特開２０１５−１１８９８８号公報

はんだの上面は、実装される部品によって覆われるため、ボイドとなるガスは、はんだの側面からしか排出することができない。そのため、はんだをセルフアライメントによって流動させるだけでは、ガスを十分に排出できず、ボイドが発生してしまう可能性がある。
本発明の課題は、ボイドの発生を抑制することである。

本発明の一態様に係るスクリーン印刷用マスクは、基板に形成された１つのランドに対して複数の開口部が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、一つのランド上で互いに離れた複数の箇所に、はんだペーストを塗布するので、ガスが外部に排出される面であるはんだ側面の総面積が増える。これによりボイドの発生を抑制することができる。

プリント配線基板の製造方法を示す断面図である。 基板及びマスクの平面図である。 基板及びマスクの平面図である。 実施例を示す図である。 比較例１を示す図である。 比較例２を示す図である。 変形例を示す図である。 プリント配線基板を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図面は模式的なものであって、現実のものとは異なる場合がある。また、以下の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであり、構成を下記のものに特定するものでない。すなわち、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

《実施形態》
《構成》
図１は、プリント配線基板の製造方法を示す断面図である。
先ず、図１の（ａ）に示すように、基板１１の上面に、導体からなる複数のランド１２を形成する。
次に、図１の（ｂ）に示すように、ランド１２の上面に、スクリーン印刷用のマスク１３を載せる。マスク１３には、一つのランド１２に対して複数の開口部１４が形成されており、少なくとも一つの開口部１４は、ランド１２の一部と、ランド１２における外側の基板１１との双方に跨る位置に形成されている。そして、図示しない印刷機のスキージを使い、マスク１３の開口部１４を介して、はんだペースト１５を塗布する（スクリーン印刷）。

次に、図１（ｃ）に示すように、マスク１３を基板１１上から離すと、一つのランド１２上で互いに離れた複数の箇所に、はんだペースト１５が塗布されている。また、少なくとも一つの箇所では、はんだペースト１５がランド１２上から基板１１上にはみ出すように塗布されている。これにより、はんだペースト１５は、各ランド１２の一部と、各ランド１２の夫々の外側に跨るように塗布される。すなわち一つの開口部１４から供給されるはんだペーストのうち、一部がランド１２の上面に塗布され、残りが基板１１の上面に塗布される。

次に、図１の（ｄ）に示すように、複数のランド１２の各々の中心と、複数のランド１２の各々に対応した電子部品１６の各電極１７の中心が重なるように、はんだペースト１５の上に電子部品１６を載せる。
次に、リフローによってはんだペースト１５を溶融させる。溶融したはんだ１８は、図１の（ｅ）に示すように、セルフアライメントによって正規の位置へと流動することにより、各ランド１２と電子部品１６の各電極１７とが接合される。
上記がプリント配線基板の製造方法である。

次に、基板１１及びマスク１３の具体的な構成について説明する。
図２は、基板及びマスクの平面図である。
図２の（ａ）は、ＢＧＡやＬＧＡ部品が実装される部分だけを示した基板１１であり、平面視で正方形である。基板１１には、複数のランド１２ａ〜１２ｃが形成されている。ランド１２ａは、基板１１の中央に配置され、平面視で正方形である。ランド１２ｂは、ランド１２ａの周囲に配置されると共に、基板１１の各辺と平行な方向に沿って４つずつ並べられており、夫々、平面視で基板１１の各辺と直交する方向に長い長方形である。ランド１２ｃは、ランド１２ａの周囲に配置されると共に、基板１１の四隅に対応する側に配置され、平面視で正方形である。

マスク１３は、図２（ｂ）に示すように、複数のランド１２ａ〜１２ｃの各々に対応する複数の開口部１４ａ〜１４ｃを備える。ランド１２ａ〜１２ｃの位置は点線で示している。ランド１２ａに対応して形成される開口部１４ａは４つ設けられており、夫々、ランド１２ａの一部と、ランド１２ａにおける外側の基板１１との双方に跨る位置に形成されている。４つの開口部１４ａは、ランド１２ａに対して、その対角線に沿って四方にずらして形成されている。

ランド１２ｂに対応して形成される開口部１４ｂは、各ランド１２ｂの長手方向に沿って２つずつ設けられている。基板１１の内側に位置する開口部１４ｂは、全てランド１２ｂの一部と重なる位置に形成され、基板１１の外側に位置する開口部１４ｂは、ランド１２ｂの一部と、ランド１２ｂにおける外側の基板１１との双方に跨る位置に形成されている。基板１１の外側に位置する開口部１４ｂは、ランド１２ｂの長手方向に沿って、基板１１の外側にずらして形成されている。
ランド１２ｃに対応する開口部１４ｃは、一つのランド１２ｃに対して一つずつ設けられている。開口部１４ｃは、ランド１２ｃの一部と、ランド１２ｃにおける外側の基板１１との双方に跨る位置に形成されている。開口部１４ｃは、ランド１２ｃに対して、基板１１の対角線に沿って基板１１の外周側にずらして形成されている。

図３の（ａ）は、基板１１上にあるランド１２の上面にマスク１３を載せた状態の平面図である。開口部１４ａ、基板１１の外側に位置する開口部１４ｂ、開口部１４ｃは、夫々がランド１２ａ〜１２ｃに対応する正規の位置（ランドの真上となる位置）からずらしてあるため、ランド１２ａ〜１２ｃ、及び基板１１が見えている。一方、基板１１の内側に位置する開口部１４ｂは、全てランド１２ｂの一部と重なる位置にあるため、対応するランド１２ｂだけが見えていて、基板１１は見えない。

図３の（ｂ）は、はんだペースト１５を塗布した後に、マスク１３を基板１１上から離した状態の平面図である。一つのランド１２ａ上で互いに離れた４つの箇所に、はんだペースト１５が塗布されており、夫々がランド１２ａ上から基板１１上にはみ出すように塗布されている。同様に、一つのランド１２ｂ上で互いに離れた２つの箇所に、はんだペースト１５が塗布されており、基板１１の外側に位置する側がランド１２ｂ上から基板１１上にはみ出すように塗布されている。なお、一つのランド１２ｃに対しては一つの箇所だけに、はんだペースト１５が塗布されており、ランド１２ｃ上から基板１１上にはみ出すように塗布されている。
図３の（ｂ）は、基板１１上にはんだペースト１５の塗布が完了した状態であり、この後部品の実装工程とリフロー工程を経て、最終的に図８に示すようなプリント配線基板２０が完成する。

《作用効果》
次に、実施形態の作用効果について説明する。
先ず、ボイドが発生するメカニズムについて説明する。
リフローに先立ち基板、はんだペースト、電子部品等を予備加熱するプリヒート、及びリフロー時には、はんだペースト１５に含まれるフラックス等が気化し、ガスが発生する。気化したガスは、体積が膨張するため、溶融したはんだ１８から排出されるものもあるが、溶融時間やはんだ形状によっては排出しきれないものもあり、この排出しきれなかったガスがボイドとなる。

ボイドが発生しやすい条件は、溶融時間が短い、はんだ付けの面積が大きい、気化したガスが排出されにくい形状である、セルフアライメントがしにくい等がある。気化したガスが排出されにくい形状とは、ＬＧＡ（Land Grid Array）や、ＢＧＡ（Ball Grid Array）のように、電子部品の電極が高密度に配置されていたり、各はんだの上下が部品や基板で覆われている形状である。

次に、ボイドの元となるガスを排出できるメカニズムについて説明する。
溶融したはんだ１８は、ランド１２及び電極１７に引き寄せられ流動する。この流動時に、溶融したはんだ１８が撹拌され、気化したガスが溶融したはんだ１８の空気に触れる表面から排出されるため、ガスの滞留が抑制される。溶融したはんだ１８の上面が部品に覆われている場合は、溶融したはんだ１８の側面が、ボイドの元になるガスの逃げ道となる。したがって、溶融したはんだ１８の空気に触れる側面の面積が大きくなる程、ガスの排出が促進され、ボイドは減少する。

本発明の実施形態では、図１の（ｃ）に示すように、一つのランド１２上で互いに離れた複数の箇所に、はんだペースト１５を塗布するので、はんだ１５の側面、つまりボイドの元になるガスの逃げ道が増える。したがって、はんだペースト１５を互いに引き離すことで新たに生じた夫々の側面からもガスを排出でき、ボイドの発生をよりいっそう抑制することができる。また、少なくとも一つの箇所では、はんだペースト１５がランド１２上から基板１１上にはみ出すように塗布している。この場合、加熱によって溶融したはんだ１８は、まずランド１２又は電極１７のいずれかに引き寄せられることになり、このときの状態を横方向から観測すると、加熱前には矩形状であったものが、引き寄せにより平行四辺形状に引き伸ばされる。これにより、はんだ１８の空気に触れる表面の面積が大きくなり、気化したガスの排出が促進される。

次に、電子部品１６に作用する力について説明する。
はんだペースト１５は、図３の（ｂ）に示すように、各ランド１２ａ〜１２ｃに対して基板１１の中心Ｐから略放射方向に向けてずらしてある。したがって、加熱によって溶融したはんだ１８は、まず電子部品１６の電極１７に引き寄せられ伸ばされる。このはんだ１８を引き寄せる力の反作用として電子部品１６にははんだ１８側に引き寄せられる力が発生する。しかし、この電子部品１６に作用する力は、基板１１の中心Ｐを境にした他方側の対称な位置にある電極１７に発生する同様な力と相殺することになり、電子部品１６が移動することを抑制できる。したがって、電子部品１６は複数のランド１２に対応する位置に留まるため、実装不良を抑制することができる。

ここで、実施例について説明する。
図４は、実施例を示す図である。
図中の（ａ）は平面視であり、（ｂ）は断面図であり、（ｃ）はボイドの発生状況を示す写真である。ここでは、一つのランド１２上で互いに離れた二つの箇所に、はんだペースト１５を塗布しており、一方の箇所では、はんだペースト１５がランド１２上から基板１１上にはみ出すように塗布されている。はんだペースト１５を二箇所に分割して塗布したことで新たな側面１５ａが生じ、これらの側面１５ａからもガスを排出できるようになる。このような塗布の仕方を、図４の（ｃ）における点線で示す領域で実施した結果、ボイド１９の発生を１％以下に抑制することができた。（１％以下のためボイド１９を目視で確認することはできない。）
尚、ボイドの発生率については日本工業規格ＪＩＳ Ｃ ６１１９１−６を規格として算出している。

次に、比較例につて説明する。
［比較例１］
図５は、比較例１を示す図である。
図中の（ａ）は平面視であり、（ｂ）は断面図であり、（ｃ）はボイドの発生状況を示す写真である。ここでは、ランド１２に対応する正規の位置に、はんだペースト１５を塗布する場合を示している。図５の（ｃ）に示すように、点線で示す領域において、ボイド１９が最大で３０％程度発生した。

［比較例２］
図６は、比較例２を示す図である。
図中の（ａ）は平面視であり、（ｂ）は断面図であり、（ｃ）はボイドの発生状況を示す写真である。ここでは、ランド１２に対応する正規の位置から、ずらして（シフトして）はんだペースト１５を塗布する場合を示している。このような塗布の仕方を、図６の（ｃ）における点線で示す領域で実施した結果、ボイド１９の発生を５％以下に抑制することができた。すなわち、比較例１よりはボイドの発生を抑制できたが、実施例ほどボイドの発生を抑制することはできなかった。

《変形例》
上記の実施形態では、ランド１２ｂに対して、基板１１の内側に塗布するはんだペースト１５を、ランド１２ｂからはみ出さないようにしているが、これに限定されるものではない。基板１１の外側に塗布するはんだペースト１５と同様に、基板１１の内側に塗布するはんだペースト１５も、ランド１２ｂからはみ出すようにしてもよい。
図７は、変形例を示す図である。
このように、基板１１の内側に位置する側もランド１２ｂからはみ出すように塗布すれば、セルフアライメントによって流動する際に、空気に触れる側面の面積が大きくなるため、さらにガスの排出を促進することができる。

以上、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく実施形態の改変は、当業者にとって自明のことである。

１１ 基板
１２ ランド
１３ マスク
１４ 開口部
１５ はんだペースト
１６ 電子部品
１７ 電極
１８ 溶融したはんだ
１９ ボイド
２０ プリント配線基板

Claims (3)

1. 基板に形成されたランドに対して、はんだペーストを塗布するために使用されるスクリーン印刷用マスクであって、
   一つの前記ランドに対して複数の開口部が形成されていることを特徴とするスクリーン印刷用マスク。
2. 前記開口部は、前記ランドの一部と、前記ランドにおける外側の前記基板との双方に跨る位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のスクリーン印刷用マスク。
3. 請求項１又は２に記載のスクリーン印刷用マスクを用いて製造されたプリント配線基板。