JP2008066344A - 多層基板と金属接合材料の印刷方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多層基板のキャビティ構造部分に効率よく半田を塗布することができる多層基板への半田塗布とその方法を提供する。
【解決手段】部品面または半田面から中層まで貫通する凹部を設けた多層基板への金属接合材料の印刷方法であって、多層基板に、金属接合材料を多層基板の部品面または半田面の表面上の配線に金属接合材料を印刷するための孔部とマスク部を設けるとともに、凹部の高さ（深さ）と略同じであり、少なくとも凹部開口部から側面を経て底部に設けられた対象とする配線に金属接合材料を付着させるための前記凹部内と勘合する凸部を設けたメタルマスクをセットする工程と、多層基板にセットしたメタルマスクに金属接合材料を塗り込む工程と、メタルマスクを取り除く工程とを行う多層基板への金属接合材料の印刷方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プリント配線板への表面実装に係り、特に多層プリント配線板（多層基板）への高密度部品実装の技術に関する。

近年、プリント配線板（以下基板）実装分野において、部品実装表面が凹凸構造の基板（キャビティ構造基板）が、カメラレンズまわりや車載用途などで使用されている。その実装方法は、例えば、図８に示す基板１の凹部（キャビティ構造部分）に部品７をはめ込み、基板１上のランド４や他の部品８の電極１４などとのワイヤボンディング接続個所と、リフローによる半田接続個所１５とが存在する混載実装が主流である。しかし、ワイヤボンディング接続にはセカンドリード部分を設けなければならないため、その周辺への部品設計が制限され、更なる高密度化が困難である。

そこで特許文献１〜５には、上記のような問題に対して高密度化を図るためワイヤボンディング接続を用いない技術が提案されている。
特許文献１によれば、小型で背の低い基板にＳＭＤ部品を搭載した状態を実現するため、基板のＳＭＤタイプ部品が配置される位置に、基板にＳＭＤタイプ部品の落とし込める凹部を設け、その凹部の側壁の部分のＳＭＤタイプ部品の端子部に対応する部分に導体を設置して、ＳＭＤタイプ部品の端子部と基板の凹部の内部側面導体を半田にて接続して、基板の厚みの中にＳＭＤタイプ部品を包含する提案がされている。

特許文献２によれば、基板の小型化と電子部品素子の実装密度を高めるために、電子部品素子を搭載する、表面に露出形成した凹部または内部に形成した空隙部を有するプリント配線板にあって、その凹部または空隙部の側面部に層間接続用回路を設けるか、または表面に露出形成した凹部または内部に形成した空隙部を有するプリント配線板にあって、その凹部または空隙部の側面部に電子部品素子の接続用端子を設ける提案がされている。

また、特許文献３、４、５にも基板の凹部に部品を配置した提案がされている。
しかしながら、特許文献１〜５に提案されている方法では高密度化が望めるが、凹部分への半田塗布方法が記載されていない。また、従来の半田塗布方法では、全半田付け箇所を一度に塗布する方法ではなかったため、凹部分の底部に再度半田を塗布するなどの作業が発生し、部品実装前準備の工程数が多いという問題がある。
特開平０８−１３０３５６号公報 特開２００２−３１９７４５号公報 特開平０２−２２４２９３号公報 特開平０９−１９９８２４号公報 特開昭６２−２６２４９０号公報

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたものであり、多層基板のキャビティ構造部分に効率よく半田を塗布することができる多層基板への半田塗布とその方法を提供することを目的とする。

本発明の態様のひとつである部品面または半田面から中層まで貫通する凹部を設けた多層基板であって、前記凹部の開口部から側面を経て底部に設けられた配線に金属接合材料を付着させる構造とする。

好ましくは、前記金属接合材料は、部品面または半田面の表面から前記凹部の前記側面に配設される前記配線に付着させ、または前記側面を経て前記底部に配設される前記配線に付着させてもよい。

好ましくは、前記接合材料はクリーム半田であってもよい。
上記構成にすることにより金属接合材料（クリーム半田など）を基板表面上の配線と、凹部側面や底部に一度に塗布することによりクリーム半田印刷工程数の短縮もすることができる。また、ワイヤボンディング工法が不要となることから、周辺部の設計に制限を与えていた同工法接続個所（セカンドリード部）も不要となり、更なる高密度実装化が可能となる。

本発明である部品面または半田面から中層まで貫通する凹部を設けた多層基板への金属接合材料の印刷方法であって、前記多層基板に、金属接合材料を多層基板の前記部品面または前記半田面の表面上の配線に前記金属接合材料を印刷するための孔部とマスク部を設けるとともに、前記凹部の高さと略同じであり、少なくとも前記凹部開口部から側面を経て底部に設けられた対象とする配線に前記金属接合材料を付着させるための前記凹部内に勘合する凸部を設けたメタルマスクをセットする工程と、前記多層基板にセットした前記メタルマスクに金属接合材料を塗り込む工程と、前記メタルマスクを取り除く工程と、を特徴とする。

上記により金属接合材料（クリーム半田など）を基板表面上の配線と、凹部側面と底部の配線に一度に塗布することによりクリーム半田印刷工程数の短縮もすることができる。
また、本発明である部品面または半田面から中層まで貫通する凹部を設けた多層基板への金属接合材料の印刷方法であって、前記多層基板に、金属接合材料を多層基板の前記部品面または前記半田面の表面上の配線に印刷するための孔部とマスク部を設けるとともに、前記凹部の側面に前記金属接合材料が垂れて付着する前記凹部側面印刷用孔部を設けたメタルマスクをセットする工程と、前記多層基板にセットした前記メタルマスクに金属接合材料を塗り込む工程と、前記メタルマスクを取り除く工程と、を特徴とする。

上記により金属接合材料（クリーム半田など）を基板表面上の配線と、凹部側面の配線に塗布することによりクリーム半田印刷工程数の短縮もすることができる。

本発明によれば、金属接合材料を基板表面上の配線から凹部側面と底部に一度に塗布することにより工程の短縮もすることができる。またこの実装方法により高密度実装ができる。

以下図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細を説明する。
（基本構造）
図１は本発明である多層基板に半田を塗布したときの原理構造を示す図である。例えば、図１（ａ）、（ｂ）に示すように金属接合材料（クリーム半田、導電性ペーストなど）を塗布する。その後、図１（ｃ）に面実装部品を実装する。本例では多層基板の部品面から第１層１、第２層２、第３層３としている。また、半田面まで複数の層を有する場合もあるがここでは省略している。さらに、本例では第１層１の上面から第２層２の上面に、凹部６の第１層壁面を沿うように配線４を設けている。そして、このような構成の多層基板にクリーム半田５（金属接合材料）を塗布する。このとき、凹部６の配線４上にクリーム半田５が図１（ａ）に示す形状になるように塗布する。また、図１（ｂ）に示す形状に塗布する。その後、図１（ｃ）に示すように面実装部品７、８を実装する。

また、図２に示すように各層間に配線１０（例えば銅配線）や、配線４がビア９によって接続されている。また、第１層１の部品面と第２層２の上面（第１層底面）に配線４（例えば銅配線）を設けてもよい。

また、面実装部品７、８は部品本体の両端に電極部を設けた構成である。本例では、一般的に部品面に実装する面実装部品８と、多層基板の凹部６（キャビティ部）に収納される面実装部品７とを分けて示している。なお、凹部６は多層基板の部品面または半田面から中層まで貫通していてもよい。
（実施例１）
（メタルマスクの説明）
上記多層基板（キャビティ構造基板）の凹部６にクリーム半田５を塗布する際は、通常であれば、最初に第１層の部品面の表層のみ（凹部６の底部および側面（壁面）以外）にメタルマスクの孔部１１とマスク部１２を使用してクリーム半田５を塗布している。その後、凹部６底部にディスペンサなどによりクリーム半田５を適量塗布した後、凹部内に続いて、第１層の部品面に部品を実装する。

本発明のメタルマスクは、図２（ａ）に示すように通常のメタルマスクの構造とは異なり、凹部６（深さ）の高さと略同じでかつ、凹部６底面と側面の配線４（ランド）に最適なクリーム半田５を塗布できるように、孔部１１の間にマスク部１２に突設した凸部１３を設ける。凸部１３は凹部６の高さと略同じであり、少なくとも凹部６開口部（上部）から側面を経て底部に設けられた対象とする配線にクリーム半田５を付着させる。図２（ｃ）に示すようにクリーム半田５を底部配線４上の全ての部分に塗布しなくてもよく、部分的に塗布してもよい。

ここで、最適な塗布量とは実装部品を実装したときに少なくとも他の配線部分（異なる信号ラインや電源ライン）にクリーム半田５が流れない量である。また、リフロー時に同様にクリーム半田５が他の配線部分に流れない量である。

この凸部１３を設けることにより一度（１工程）によりクリーム半田の塗布を完了することが可能となる。（その後、部品を実装する。）
（半田塗布工程の説明）
面実装部品を実装する場合のクリーム半田５をメタルマスクを利用して塗布する工程について説明する。

図２に製造工程を示す。本工程図は多層基板（キャビティ構造基板）に部品実装が完了するまでについて示したものである。
ステップＳ１１では多層基板が部品実装装置にセットされる（図２（ａ）参照）。ここで本多層基板について詳細な説明はしないが図１で説明した基板と類似した構成である。また、多層基板上に配線された配線４のランド部などに実装部品に合わせて製作された本発明のメタルマスクをセットする。

ステップＳ１２（半田塗布工程）では図２（ｂ）に示すように、第１層１に実装部品を収納する凹部にクリーム半田５の印刷を行う。第１層１の表面配線４から凹部６側面の配線４と第２層２の上面（第１層１の底面）の配線４に跨ってクリーム半田５を塗布する。

ステップＳ１３（メタルマスク除去工程）では図２（ｃ）に示すように、本発明のメタルマスクを上方に持ち上げてメタルマスクを外す。
ステップＳ１４（部品実装工程）では図２（ｄ）に示すように実装部品の実装を行う。ここで、ステップＳ１４では、一般的なチップ抵抗の形状とチップコンデンサの形状の面実装部品を用いて説明したが、部品の種類は実装可能であれば限定されるものではない。

次に、ステップＳ１５では図２（ｅ）に示すようにリフローして半田付けを完了する。
上記構成により、従来よりも高密度実装化が可能となるとともに、凹部についても一度にクリーム半田を塗布できるため、部品実装するための製造工程数の短縮が実現できるようになる。
（実施例２）
次に、実施例２のメタルマスクの構造と半田塗布の工程について説明する。

実施例２のメタルマスクの構造を図３に示す。多層基板の凹部６の両端部と側面の配線４にクリーム半田が塗布できる用にメタルマスクに孔部１１（凹部側面印刷用孔部）を設ける。

孔部１１は、例えば多層基板の第１層の表面から凹部６側面を介し底部に配線されている配線４上に開けられる。
次に、図３（ａ）に示すように、上記構造のメタルマスクを多層基板にセットしてクリーム半田５の印刷を行う。

すると図３（ｂ）に示したようにクリーム半田５が垂れて凹部６側面の配線４に付着する。
その後、実施例１と同様に実装部品を実装し、リフローして半田付けが完了する。

なお、本実施例では凹部６の側面にクリーム半田５が付着しているが、底部までクリーム半田５が付着するように孔部１１を製作してもよい。
上記実施例１、２の印刷塗布法では、メタルマスクを使用する全ての印刷方法を含み、スキージ法、圧入法などメタルマスク内への半田充填方法は限定しない。
（変形例）
図４に示すようにディスペンス方法によりクリーム半田を塗布し凹部６開口部の両端部表面から側面を介し底部に配設される配線４にクリーム半田を塗布してもよい。

また、図５に示すメタルジェット型半田塗布装置を用いて、凹部６開口部の両端部表面から側面を介し底部に配設される配線４にクリーム半田を塗布してもよい。
さらに、図６に示すクリーム半田を部品の電極部に塗布した後に実装してもよい。

また、図７に示す凹部６開口部の両端の配線４に予めクリーム半田を塗布しておき、部品実装の際に部品の電極面にフラックス（接合材料）を塗布して実装してもよい。
なお、転写、メタルジェット各塗布方法で塗布した半田が、塗布時のバラツキ、半田過多、経時変化により、基板キャビティ構造部底面の同一配線パターン上のランドについてもかまわない。

また、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

半田印刷と部品搭載の基本構造を示した構造図である。 クリーム半田印刷と部品実装の工程略を示す構造図である。 実施例２の半田印刷（印刷直後）と半田印刷後の半田の状態を示した構造図である。 ディスペンス方法による半田塗布を示す構造図である。 メタルジェット方法による半田塗布を示す構造図である。 実装部品の電極に半田を事前塗布して実装部品を実装する場合の構造図である。 実装部品の電極に接合材料を塗布して実装部品を実装する場合の構造図である。 従来のキャビティ構造基板へ部品実装を行う場合の構造図である。

符号の説明

１ 第１層、２ 第２層、３ 第３層
４ 配線（半田付け時使用個所）、５ クリーム半田（半田）、６ 凹部
７ 実装部品（凹部）、８ 実装部品（表面）
９ ビア、１０ 配線（基板内層部）
１１ 孔部、１２ マスク部、１３ 凸部
１４ 実装部品電極部
１５ 配線（ワイヤボンディング時使用個所：セカンドリード部）

Claims (5)

1. 部品面または半田面から中層まで貫通する凹部を設けた多層基板であって、
   前記凹部の開口部から側面を経て底部に設けられた配線に金属接合材料を付着させることを特徴とする多層基板。
2. 前記金属接合材料は、部品面または半田面の表面から前記凹部の前記側面に配設される前記配線に付着させ、または前記側面を経て前記底部に配設される前記配線に付着させることを特徴とする請求項１に記載の多層基板。
3. 前記接合材料はクリーム半田であることを特徴とする請求項１または２に記載の多層基板。
4. 部品面または半田面から中層まで貫通する凹部を設けた多層基板への金属接合材料の印刷方法であって、
   前記多層基板に、金属接合材料を多層基板の前記部品面または前記半田面の表面上の配線に前記金属接合材料を印刷するための孔部とマスク部を設けるとともに、前記凹部の高さ（深さ）と略同じであり、少なくとも前記凹部開口部から側面を経て底部に設けられた対象とする配線に前記金属接合材料を付着させるための前記凹部内に勘合する凸部を設けたメタルマスクをセットする工程と、
   前記多層基板にセットした前記メタルマスクに金属接合材料を塗り込む工程と、
   前記メタルマスクを取り除く工程と、
   を特徴とする多層基板への金属接合材料の印刷方法。
5. 部品面または半田面から中層まで貫通する凹部を設けた多層基板への金属接合材料の印刷方法であって、
   前記多層基板に、金属接合材料を多層基板の前記部品面または前記半田面の表面上の配線に印刷するための孔部とマスク部を設けるとともに、前記凹部の側面に前記金属接合材料が垂れて付着する前記凹部側面印刷用孔部を設けたメタルマスクをセットする工程と、
   前記多層基板にセットした前記メタルマスクに金属接合材料を塗り込む工程と、
   前記メタルマスクを取り除く工程と、
   を特徴とする多層基板への金属接合材料の印刷方法。