JP2009104883A - はんだペースト、電気基板、及び電気基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】隣接する導通部が電気的に接続してショートするのを抑制することができるはんだペースト、電気基板、及び電気基板の製造方法を得る。
【解決手段】隣接する夫々の導通部の間が狭い場合は、はんだペースト１０の塗布範囲がばらつくことで、導通部同士が電気的に接続してショートすることが考えられる。しかし、隣接す導通部の間に、磁力によって磁性体粉末１６が集められる。磁性体粉末１６は、磁性部１６Ａを絶縁層１６Ｂで覆うことで構成されている。つまり、隣接する導通部３４同士の間が狭い場合でも、磁性体粉末１６の絶縁層１６Ｂにより、隣接する導通部３４が電気的に接続してショートするのを抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、はんだペースト、電気基板、及び電気基板の製造方法に関する。

特許文献１に記載のはんだペーストは、熱硬化性のポリマ部材と、このポリマ部材の中に分散され、銅から形成される粒状の導電部材とを含んで構成されている。

そして、基板の端子と電子部品の端子を電気的に接続する場合は、このはんだペーストを接続する端子間に塗布し、さらに、加熱することで熱硬化性のポリマ部材を硬化させる。

これにより、ポリマ部材の中に分散された導電部材の位置が固定され、基板の端子と電子部品の端子をこの導電部材を通して導通させることができるようになっている。
特開平１１−４５６１８号公報

しかしながら、基板の端子及び電子部品の端子が複数個有り、基板の端子と電子部品の端子をつなぐ夫々の導電部材で構成された導通部の間が狭い場合は、はんだペーストの塗布範囲がばらつくことで、隣接する導通部が電気的に接続してショートすることが考えられる。

本発明は、上記事実を考慮して、隣接する導通部が電気的に接続してショートするのを抑制することが課題である。

本発明の請求項１に係るはんだペーストは、フラックスと、前記フラックスの中に分散されたはんだ粉末と、前記はんだ粉末と同様に、前記フラックスの中に分散された磁性体粉末と、を備えたはんだペーストにおいて、前記磁性体粉末は、粉末状の磁性部と、前記磁性部を覆う絶縁層と、を含んで構成されることを特徴とする。

上記構成のはんだペーストによれば、はんだ粉末と磁性体粉末が、フラックスの中に分散されている。

このはんだペーストを使用して、例えば、基板の端子と電子部品の端子を電気的に接続する場合は、はんだペーストを基板の端子と電子部品の端子の間に塗布する。磁石の磁力を利用して、基板の端子と電子部品の端子をつなぐ夫々の導通部の間に磁性体粉末を集める。さらに、はんだペーストを加熱することで、はんだ粉末を溶かして、基板の端子と電子部品の端子を導通部で電気的に接続する。

ここで、隣接する導通部同士の間が狭い場合は、はんだペーストの塗布範囲がばらつくことで、隣接する導通部同士が電気的に接続してショートすることが考えられる。

しかし、前述したように、隣接する導通部の間に磁性体粉末が集められている。そして、磁性体粉末は、磁性部を絶縁層で覆うことで構成されている。つまり、磁性体粉末の絶縁層により、隣接する導通部が電気的に接続してショートするのを抑制することができる。

本発明の請求項２に係るはんだペーストは、請求項１に記載において、前記磁性体粉末の粉径と前記はんだ粉末の粉径が同じことを特徴とする。

上記構成によれば、磁性体粉末の粉径とはんだ粉末の粉径が同じであるため、フラックスの中に磁性体粉末とはんだ粉末を均等に分散させることができる。

本発明の請求項３に係るはんだペーストは、請求項１に記載において、前記磁性体粉末の粉径が前記はんだ粉末の粉径より小さいことを特徴とする。

上記構成によれば、磁性体粉末の粉径がはんだ粉末の粉径より小さいため、基板の端子と電子部品の端子をつなぐ夫々の導通部の間が狭い場合でも、隣接する導通部の間に磁性体粉末を集めることができる。

本発明の請求項４に係るはんだペーストは、請求項１から３何れか１項に記載において、前記磁性部の材質は鉄であることを特徴とする。

上記構成によれば、磁性体粉末を構成する磁性部の材質は鉄である。このように、安価で汎用性のある材料を使用することで、はんだペーストを安価な構成とすることができる。

本発明の請求項５に係るはんだペーストは、請求項１から４何れか１項に記載において、前記絶縁層の材質はエポキシ樹脂であることを特徴とする。

上記構成によれば、磁性体粉末を構成する絶縁層の材質はエポキシ樹脂である。このように、高耐熱、高絶縁のエポキシ樹脂を材料とすることで、磁性体粉末は、隣接する導電部の間を確実に絶縁することができる。

本発明の請求項６に係る電気基板は、請求項１〜５の何れか１項に記載のはんだペーストを使って電子部品と基板をはんだ付けしたことを特徴とする。

上記構成によれば、基板の端子と電子部品の端子が、請求項１〜５の何れか１項に記載のはんだペーストによって電気的に接続されている。このため、ショートを抑制することができ、故障の少ない電気基板を得ることができる。

本発明の請求項７に係る電気基板の製造方法は、基板に備えられた端子に請求項１〜５何れか１項に記載のはんだペーストを塗布する工程と、前記はんだペーストに電子部品の端子を当接させる工程と、前記基板の端子と前記電子部品の端子をつなぐ夫々の導通部の間に、磁力を利用して前記はんだペーストに含まれる磁性体粉末を集める工程と、加熱することで、前記はんだペーストに含まれるはんだ粉末を溶かして前記基板の端子と前記電子部品の端子を導通部で電気的に接続する工程と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、先ず、基板に備えられた端子に請求項１〜５何れか１項に記載のはんだペーストを塗布する。

次に、はんだペーストに電子部品の端子を当接させ、さらに、基板の端子と電子部品の端子をつなぐ夫々の導通部の間に、磁力を利用してはんだペーストに含まれる磁性体粉末を集める。

次に、加熱することで、はんだペーストに含まれるはんだ粉末を溶かして基板の端子と電子部品の端子を導通部で電気的に接続する。

このように、請求項１〜５何れか１項に記載のはんだペーストを使用して電気基板を製造することで、夫々の導通部の間のショートを抑制することができ、故障の少ない電気基板を製造することができる。

本発明によれば、隣接する導通部が電気的に接続してショートするのを抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係るはんだペースト１０、このはんだペースト１０を使用した電気基板２０、及びこのはんだペースト１０を使用した電気基板２０の製造方法について図１〜図３に従って説明する。

図１に示されるように、はんだペースト１０は、ペースト状のフラックス１２と、粉末状のはんだ粉末１４、及び粉末状の磁性体粉末１６を含んで構成されている。

このフラックス１２は、ロジン、有機溶媒、粘調剤、及び界面活性剤等より構成され、はんだ粉末が酸化するのを防止するようになっている。また、はんだ粉末１４は、球状とされてフラックス１２の中に分散され、錫（Ｓｎ），亜鉛（Ｚｎ）等を含んで構成されている。さらに、はんだ粉末１４は、加熱されることで溶けて、所定の端子同士を電気的に接続するようになっている。

はんだ粉末１４と同様に、フラックス１２の中には、磁力によって作用する球状の磁性体粉末１６が分散されている。この磁性体粉末１６には、鉄（Ｆｅ）を材料とする球状の磁性部１６Ａが設けられ、さらに、この磁性部１６Ａを覆うように、エポキシ樹脂により形成された膜状の絶縁層１６Ｂが備えられている。そして、この絶縁層１６Ｂの膜厚は、磁性部１６Ａの直径の１／１０とされている。

次に、このはんだペースト１０を使用した電気基板２０（図３（Ｃ）参照）の製造方法について説明する。

先ず、この製造に用いられる部材、及び器具等について説明する。

図２（Ａ）に示されるように、図示せぬ配線パターンが形成された配線基板２２が設けられ、また、この配線基板２２には、半導体等の部品と電気的に接続される複数個のパット部２４が格子状に備えられている。

さらに、図２（Ｃ）に示されるように、このパット部２４と対向するように、下面に、はんだボール２６を格子状に備え、図示せぬ半導体チップが搭載されたＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）パッケージ２８が設けられている。

また、図３（Ａ）に示されるように、断面矩形状の永久磁石３０が、格子状に設けられた磁石プレート３２が設けられており、永久磁石３０の磁石パターンは、磁石プレート３２を配線基板２２の下側に設置した時に、永久磁石３０が、隣接するパット部２４間の下方に配置されるように、永久磁石３０の磁石パターンが決められている。

次に、はんだペースト１０（図１参照）を使用した電気基板２０（図３（Ｃ）参照）の製造方法について各工程に従って説明する。

先ず、図２（Ａ）に示されるように、格子状に配置されたパット部２４を備えた配線基板２２を図示せぬ冶具台に載置する。

次に、図２（Ｂ）に示されるように、メタルマスクを使ったスクリーン印刷により夫々のパット部２４に、はんだペースト１０を印刷する。なお、図２、図３では、製造工程を分かり易くするために、はんだペースト１０に含まれるフラックス１２を省略して記載している。

次に、図２（Ｃ）に示されるように、ＢＧＡパッケージ２８のはんだボール２６と配線基板２２のパット部２４ではんだペースト１０を挟むように、ＢＧＡパッケージ２８を配線基板２２の上へ載置する。

次に、図３（Ａ）に示されるように、配線基板２２の下側に磁石プレート３２を配置する。磁石プレート３２を配置すると、永久磁石３０の磁力により、パット部２４とはんだボール２６をつなぐ夫々の導通部３４の間に、磁性体粉末１６が集まり、夫々の導通部３４が磁性体粉末１６により分離される。

次に、図３（Ｂ）に示されるように、全体を約２４０℃で加熱（リフロー）する。これにより、はんだ粉末１４と、ＢＧＡパッケージ２８のはんだボール２６が溶けて、はんだボール２６とパット部２４は導通部３４で電気的に接続される。

そして、はんだボール２６とパット部２４が導通部３４で接続された後、全体を冷却する。

次に、図３（Ｃ）に示されるように、冷却後、配線基板２２の下側から磁石プレート３２を除去して、電気基板２０が完成する。

ここで、隣接する夫々の導通部の間が狭い場合は、はんだペーストの塗布範囲がばらつくことで、導通部同士が電気的に接続してショートすることが考えられる。

しかし、前述したように、隣接す導通部３４の間に、磁石プレート３２の磁力によって磁性体粉末１６が集められる。そして、磁性体粉末１６は、磁性部１６Ａを絶縁層１６Ｂで覆うことで構成されている。つまり、隣接する導通部３４同士の間が狭い場合でも、磁性体粉末１６の絶縁層１６Ｂにより、隣接する導通部３４が電気的に接続してショートするのを抑制することができる。

また、全体を加熱することにで、はんだ粉末１４が溶けて一体となって、はんだボール２６とパット部２４を電気的に接続するため、大きな電気をＢＧＡパッケージ２８と配線基板２２の間に流すことができる。

また、磁性体粉末１６の粉径とはんだ粉末１４の粉径を同じにすることで、フラックス１２の中に磁性体粉末１６とはんだ粉末１４を均等に分散させることができる。

また、磁性体粉末１６を構成する磁性部１６Ａの材質は鉄である。つまり、安価で汎用性のある材料を使用することで、はんだペースト１０を安価な構成とすることができる。

また、磁性体粉末１６を構成する絶縁層１６Ｂの材質はエポキシ樹脂である。このように、高耐熱、高絶縁のエポキシ樹脂を材料とすることで、隣接する導通部３４を確実に絶縁することができる。

また、隣接する導通部３４を絶縁することで、ショートを抑制することができ、故障の少ない電気基板２０を製造することができる。

なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、上記実施形態では、絶縁層１６Ｂの膜厚を磁性部１６Ａの直径に対して１／１０としたが、磁性部１６Ａの絶縁状態が保持され、さらに、絶縁層１６Ｂが破損しない膜厚であれば、特に１／１０でなくてもよく、他の膜厚でもよい。

また、上記実施形態では、磁性部１６Ａの材料として鉄（Ｆｅ）を使用したが、ニッケル（Ｎｉ）等の他の磁性体であってもよい。

また、上記実施形態では、磁性部１６Ａの材料として鉄（Ｆｅ）を使用したが、加熱すると磁化しなくなる材料を使用したり、加熱後、磁性部の磁力をイレーサー等で除去してもよい。この場合には、製品となった電気基板にノイズ（磁力）を与えることを防止することができる。

また、上記実施形態では、磁性体粉末１６の粉径について、特に実際の寸法を言及しなかったが、隣接する導通部３４のピッチ（距離）に応じて、磁性体粉末１６の粉径を変えてもよい。この場合には、磁力によって、効率よく、磁性体粉末１６を隣接する導通部３４の間に集めることができる。

次に本発明の第２実施形態に係るはんだペースト５０、このはんだペースト５０を使用した電気基板７０、及びこのはんだペースト５０を使用した電気基板７０の製造方法について図４〜図６に従って説明する。

なお、第１実施形態と同一部材については、同一符号を付してその説明を省略する。

図４に示されるように、この実施形態では第１実施形態のように、磁性体粉末の粉径とはんだ粉末の粉径が同じになっておらず、これに替えて、磁性体粉末５６の粉径が、はんだ粉末５４の粉径より小さくなっている。

さらに、図５に示されるように、電気基板７０の製造時に、配線基板２２の下側に設置して使用される磁石プレート６２には、永久磁石は設けられておらず、これに替えて、磁性体６０が格子状に設けられている。

詳細には、図６に示されるように、磁石プレート６２には、格子状に配置された磁性体６０が設けられている。さらに、この磁性体６０を磁化させる電磁石用コイル６４が、格子状の磁性体６０に隣接して配置され、また、この電磁石用コイル６４に電力を供給する電源としてのバッテリー６６が備えられている。

さらに、バッテリー６６から電磁石用コイル６４への電力の供給をコントロールするスイッチ６８が設けられている。このスイッチ６８は、バイメタル式のスイッチ６８とされており、雰囲気温度２００℃以上でオンするようになっている。

この構成により、加熱（リフロー）してはんだ粉末５４を溶かす時に、スイッチ６８がオンし、磁性体６０に磁力が発生する。そして、図５に示されるように、夫々の導通部３４の間に、磁性体粉末５６が集まり、夫々の導通部３４が磁性体粉末５６により分離される。

さらに、冷却後は、スイッチ６８がオフし、磁性体６０が磁力を失う。

このように、永久磁石を用いなくても、夫々の導通部３４の間に、磁性体粉末５６が集めることができ、隣接する導通部３４が電気的に接続してショートするのを抑制することができる。

また、前述したように、磁性体粉末５６の粉径がはんだ粉末５４の粉径より小さいため、夫々の導通部３４の間が狭い場合でも、隣接する導通部３４の間に磁性体粉末５６を集めることができる。

また、特に上記実施形態では言及しなかったが、磁石プレート６２を小型化することで、配線基板２２に組み込むことができ、これにより、製造工程で、磁石プレート６２を配線基板２２の下側に設置する手間や磁石プレート６２を除去する手間を省くことができる。

本発明の第１実施形態に係るはんだペーストの構造を示した概念図である。 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）本発明の第１実施形態に係る電気基板の製造工程を示した概念図である。 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）本発明の第１実施形態に係る電気基板の製造工程を示した概念図である。 本発明の第２実施形態に係るはんだペーストの構造を示した概念図である。 本発明の第２実施形態に係る電気基板を示した概念図である。 本発明の第２実施形態に係る磁石プレートを示した概略構成図である。

符号の説明

１０ はんだペースト
１２ フラックス
１４ はんだ粉末
１６ 磁性体粉末
１６Ａ 磁性部
１６Ｂ 絶縁層
２０ 電気基板
２２ 配線基板（基板）
２４ パット部（端子）
２６ はんだボール（端子）
２８ ＢＧＡパッケージ（電子部品）
３４ 導通部
５０ はんだペースト
５４ はんだ粉末
５６ 磁性体粉末
５６Ａ 磁性部
５６Ｂ 絶縁層

Claims (7)

1. フラックスと、
   前記フラックスの中に分散されたはんだ粉末と、
   前記はんだ粉末と同様に、前記フラックスの中に分散された磁性体粉末と、
   を備えたはんだペーストにおいて、
   前記磁性体粉末は、
   粉末状の磁性部と、
   前記磁性部を覆う絶縁層と、
   を含んで構成されることを特徴とするはんだペースト。
2. 前記磁性体粉末の粉径と前記はんだ粉末の粉径が同じことを特徴とする請求項１記載のはんだペースト。
3. 前記磁性体粉末の粉径が前記はんだ粉末の粉径より小さいことを特徴とする請求項１記載のはんだペースト。
4. 前記磁性部の材質は鉄であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載されたはんだペースト。
5. 前記絶縁層の材質はエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載されたはんだペースト。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載のはんだペーストを使って電子部品と基板をはんだ付けしたことを特徴とする電気基板。
7. 基板に備えられた端子に請求項１〜５何れか１項に記載のはんだペーストを塗布する工程と、
   前記はんだペーストに電子部品の端子を当接させる工程と、
   前記基板の端子と前記電子部品の端子をつなぐ夫々の導通部の間に、磁力を利用して前記はんだペーストに含まれる磁性体粉末を集める工程と、
   加熱することで、前記はんだペーストに含まれるはんだ粉末を溶かして前記基板の端子と前記電子部品の端子を導通部で電気的に接続する工程と、
   を備えることを特徴とする電気基板の製造方法。

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