JP2015066734A

JP2015066734A - はんだペーストの供給方法

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Publication number: JP2015066734A
Application number: JP2013201364A
Authority: JP
Inventors: 洋松岡; Hiroshi Matsuoka; 裕希百川; Yuki Momokawa
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2015-04-13
Anticipated expiration: 2033-09-27
Also published as: JP6369000B2

Abstract

【課題】メタルマスクの微細開口に、最適な量のはんだ量を供給することができるはんだペーストの供給方法を提供する。
【解決手段】一方の面に凹部が形成され、前記凹部にメッシュ開口を有するメッシュが設けられたメタルマスクの他方の面を基板に重ねる工程と、前記メタルマスクの上面に、前記メッシュ開口の径を越える粒径と前記メッシュ開口の径未満の粒径との少なくとも２種類以上の粒径のはんだ粒のはんだペーストをスキージングし、前記メタルマスクの前記凹部に形成された第１の開口に前記メッシュ開口の径未満の粒径のはんだ粒を供給させ、前記メタルマスクの前記凹部以外に形成された第２の開口に前記はんだ粒を供給する工程と、を有するはんだペーストの供給方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、はんだペーストの供給方法に関する。

近年、電子部品の小型化が進み、プリント配線板上に小型部品と大型部品の混載が増加している。このため、それぞれのサイズの部品に応じて、はんだペーストが適切な供給量となるプリント配線板にはんだペーストを供給する方法が求められている。

従来、プリント配線板にはんだペーストを供給する方法として、スクリーン印刷による方法が広く普及している。小型部品と大型部品が実装される場合、図４（ａ）に示すように、従来のスクリーン印刷では段付きのメタルマスク１００が用いられる。プリント配線基板２００の電極６００上に対応させて微細開口７００、微細開口７００より穴の径が大きい開口７０１が設けられたメタルマスク１００をプリント配線基板２００上に重ね合わせる。メタルマスク１００上のはんだペースト５００をスキージ４００によって塗布する。はんだペースト５００を微細開口７００、開口７０１に充填させる。これにより、図４（ｂ）に示すように、メタルマスク１００とプリント配線基板２００とを離すことにより、微細開口７００、開口７０１に充填されたはんだペースト５００を、プリント配線基板２００上に転写して印刷する方法である（特許文献１）。

特開２０１３−１６１８７１号公報

しかしながら、例えば特許文献１に記載した従来のスクリーン印刷の方法では、一方の開口に適したある一定の粒径範囲のはんだペーストのみ用いて印刷する。このため、図４（ｂ）に示すように、例えば、開口７０１に適したはんだペースト、つまりはんだペーストの粒径が大きい場合、メタルマスクの微細開口７００には、最適な量のはんだペーストを供給できないことがあった。よって、メタルマスクの微細開口７００のはんだペーストの量にばらつきが発生する。一方、微細開口７００に適したはんだペースト、つまりはんだペーストの粒径が小さい場合、メタルマスクの開口７０１には、粒径の小さいはんだペーストが多量に供給される。このため、はんだの表面面積が増加するため、大気リフローにおいてはんだ表面の酸化膜の除去がうまく行えず未溶融などが発生し、はんだペーストの溶融後、電子部品の実装信頼性が悪化する影響があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、メタルマスクの微細開口及び開口の双方に、最適な量のはんだ粒を供給することができるはんだペーストの供給方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、一方の面に凹部が形成され、前記凹部にメッシュ開口を有するメッシュが設けられたメタルマスクの他方の面を基板に重ねる工程と、前記メタルマスクの上面に、前記メッシュ開口の径を越える粒径と前記メッシュ開口の径未満の粒径との少なくとも２種類以上の粒径のはんだ粒のはんだペーストをスキージングし、前記メタルマスクの前記凹部に形成された第１の開口に前記メッシュ開口の径未満の粒径のはんだ粒を供給させ、前記メタルマスクの前記凹部以外に形成された第２の開口に前記はんだ粒を供給する工程と、を有するはんだペーストの供給方法である。

以上説明したように、本発明によれば、所定の粒径未満のはんだ粒のみを通過させるため、所定の粒径未満の径のメッシュ開口を持ったメッシュを配することにより、メタルマスクの微細開口に適した粒径のはんだペーストを供給することができる。よって、従来の手法に比べて，微細開口と開口の各々に対応した粒径のはんだ粒の最適な量を供給することが可能となり、はんだ粒の溶融後の電子部品の実装信頼性を向上させることが可能となる。

第一実施形態におけるはんだペースト５の供給方法を示す図である。第一実施形態におけるはんだ粒１０とはんだ粒１１の大きさを示した図である。第二実施形態におけるはんだペースト５Ａの供給方法を示す図である。従来のはんだペースト５００の供給方法を示す図である。

（第一実施形態）
以下、第一実施形態について図面を用いて説明する。図１、図２において視覚的に理解しやすいように、メタルマスク１やプリント配線基板２の厚さ、はんだペーストの粒径など、誇張して描いている。
図１は、本発明の第一実施形態におけるはんだペースト５の供給方法を示す図である。図１に示すように、メタルマスク１は、薄膜部１ａと厚膜部１ｂと凹部１ｃとを備えている。凹部１ｃは、プリント配線基板２の接触する面の反対のメタルマスク１の面に設けられている。薄膜部１ａは、スキージ面８に凹部１ｃが存在する領域である。薄膜部１ａには、プリント配線基板２の電極６ａ上に対応させて微細開口（第１の開口）７１が開けられている。厚膜部１ｂは、スキージ面８に凹部１ｃが存在しない領域である。厚膜部１ｂには、プリント配線基板２の電極６ｂ上に対応させて微細開口７１より径が大きい開口（第２の開口）７２が開けられている。なお、微細開口７１は小型部品を実装する電極６ａにはんだペースト５を供給するためのメタルマスク１の開口である。一方、開口７２は大型部品を実装する電極６ｂにはんだペースト５を供給するためのメタルマスク１の開口である。

メッシュ３は、予めメタルマスク１の凹部１ｃに配置されている。例えば、メッシュ３の材質は、ステンレス等の金属である。メッシュ３の厚さは、メタルマスク１の凹部１ｃの深さと同程度である。例えば、厚膜部１ｂの深さ１３０μm、薄膜部１ａの深さ８０μmの場合、凹部１ｃの深さは５０μmとなるため、線径Φ２５μm程度のメッシュ３を使用すればよい。また、メッシュ３を厚み方向に圧縮したカレンダータイプを用いる場合にも、圧縮後のメッシュ３の厚さが５０μm程度のものを用いればよい。メッシュ３の開口（以下「メッシュ開口３００」とする。）のサイズは、はんだ粒１０、１１（後述）の粒径により決定される。
上述したように、メタルマスク１の凹部１ｃにメッシュ３を配置することで、スキージ４がスキージ面８と凹部１ｃ間の段差に引っ掛かることなく摺動可能となる。これにより、メタルマスク１の凹部１ｃのエッジに近い部分にメタルマスク１の微細開口７１がある場合でも、メタルマスク１の凹部１ｃの中央付近と変わらない印刷性が確保できる。

はんだペースト５は、はんだ粒１０とはんだ粒１１の２種類のはんだ粒を混合したはんだペーストである。また、はんだペースト５は、はんだ粒の粒径分布のピークが２つ存在するはんだペーストでも良い。
図２は、はんだ粒１０とはんだ粒１１の大きさを示した図である。
図２に示すように、はんだ粒１０は、例えば通常用いられる２５〜３８μm（粒径分布がＩＰＣ規格におけるＴｙｐｅ４に相当）程度の粒径のはんだ粉末である。はんだ粒１１は、はんだ粒１１は、例えば５〜１５μm（粒径分布がＩＰＣ規格におけるＴｙｐｅ６に相当）程度の粒径のはんだ粉末である。
メッシュ開口３００は、はんだ粒１０の粒径未満であり、且つはんだ粒１１の粒径を越えた穴径を有している。よって、メッシュ開口３００の穴径は、例えば２０μm程度である。

スキージ４は、メタルマスク１の微細開口７１と開口７２にはんだペースト５を刷り込む、また余分なはんだペースト５を掻き取るものであり、例えばステンレス製やゴム製のヘラである。

次に、本実施形態のスクリーン印刷のはんだペースト５の供給方法を説明する。
図１（ａ）に示すように、メタルマスク１の微細開口７１、開口７２とその微細開口７１、開口７２に対応したプリント配線基板２の電極６ａ、６ｂが一致するように、メタルマスク１をプリント配線基板２上に重ね合わせる。メタルマスク１をプリント配線基板２上に重ね合わせると、メタルマスク１をプリント配線基板２に接触させた状態でスキージ４を摺動させる。これにより、微細開口７１と開口７２と凹部１ｃとにはんだペースト５を充填する。

メッシュ３が設置してある凹部１ｃにはんだペースト５を充填した場合、はんだ粒１０は、粒径がメッシュ開口３００より大きいため、メッシュ開口３００を透過することができない。よって、はんだ粒１０は、微細開口７１に充填されることなく、スキージ４により掻き取られる。一方、はんだ粒１１は、粒径がメッシュ開口３００より小さいため、メッシュ開口３００を通過することができる。よって、はんだ粒１１は、微細開口７１に充填される。なお、凹部１ｃに充填したはんだペースト５が押し出されて微細開口７１に充填されるため、微細開口７１にはんだペースト５が充填されるまで、何度か繰り返しスキージ４を摺動させて印刷を実施しても良い。
厚膜部１ｂの開口７２にはんだペースト５を充填した場合、はんだ粒１０とはんだ粒１１が開口７２に充填される。
最後に、図１（ｂ）に示すように、メタルマスク１とプリント配線基板２とを引き離し、版離れさせる。これにより、プリント配線基板２の表面に所望の量のはんだペースト５が転写される。電子部品をプリント配線基板２に実装するには、例えば電子部品をはんだペースト５上に載せて加熱装置にてリフローを行う。これより、はんだペースト５が溶けて、電子部品をはんだ付けすることで、電子部品をプリント配線基板２に実装する。

上述したように、本実施形態によれば、はんだ粒１１のみを通過するようなメッシュ３をメタルマスク１の凹部１ｃに配することにより、メタルマスク１の微細開口７１に効率的にはんだ粒１１のみを供給することができる。よって、従来の手法に比べて，微細開口７１に最適なはんだ量を供給することが可能となり、溶融後の電子部品の実装信頼性を向上させることが可能となる。

（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態のはんだペースト５Ａの供給方法について説明する。図３は、本発明の第二実施形態のはんだペースト５Ａの供給方法を示す図である。なお、図３において、図１と同様の構成には同一の符号を付してある。以下、構成及び動作が第一実施形態と異なる点を説明する。また、図３において視覚的に理解しやすいように、メタルマスク１やプリント配線基板２の厚さ、はんだペースト５Ａの粒径など、誇張して描いている。

第一実施形態では、はんだペースト５は、粒径の異なるはんだ粒１０とはんだ粒１１の２種類のはんだ粒を混合したはんだペーストであるであるが、第二実施形態では、はんだペースト５Ａは、はんだ粒１０Ａとはんだ粒１１Ａの２種類のはんだ粒を混合したはんだペーストである。
はんだ粒１０Ａは、はんだ粒１１Ａと組成（例えば融点）の異なるはんだ粒である。例えば、はんだ粒１０Ａの融点は１３８℃、はんだ粒１１Ａの融点は２１０℃である。はんだ粒１０Ａは粒径が大きく、はんだ粒１１Ａは粒径が小さい。また、はんだ粒１０Ａは、例えばＳｎＢｉ系のはんだ粒である。はんだ粒１１Ａは、例えばＳｎＡｇＣｕ系のはんだ粒である。
本実施形態のスクリーン印刷のはんだペーストの供給方法は、第一実施形態と同様となるため説明は省略する。

次に本実施形態の効果を説明する。
一般的に、小型部品は熱容量が小さく、はんだペーストの供給量は少ない。一方、大型部品は熱容量が大きく、はんだペーストの供給量は多い。よって、小型部品と大型部品を混載した電子部品を同一のプリント配線基板２に実装する工程において、加熱装置にてリフローを行った場合、小型部品は最大温度が高く、大型部品は最大温度が低くなる傾向がある。これより、小型部品の最大耐熱温度が大型部品の最大耐熱温度より低い場合、加熱装置にてリフローを行う条件、つまり加熱温度は、小型部品の最大耐熱温度を基準に設定される必要がある。ただし、小型部品の最大耐熱温度を基準に設定される加熱温度でリフローを行うと、大型部品は熱容量が大きいため、大型部品のはんだ接続部分の温度を十分に上げることができない。よって、はんだペーストの溶融が不十分となり、正常な接続が行うことができない場合が発生する。
しかしながら、上述したように、本実施形態によれば、大型部品が搭載される部分である厚膜部１ｂの開口７２にはんだ粒１０Ａとはんだ粒１１Ａの混合はんだペースト５Ａが供給される。これより、小型部品の最大耐熱温度を基準に設定される加熱温度でリフローを行う場合、融点の低いはんだ粒１０が溶けることにより、融点の高いはんだ粒１１も同時に低い温度で溶かすことができる。よって、加熱しにくい大型部品においても、十分な接続強度を確保することが可能となる。
また、はんだ粒１１Ａのみを通過するようなメッシュ３をメタルマスク１の凹部１ｃに配することにより、メタルマスク１の微細開口７１に効率的にはんだ粒１１Ａのみを供給することができる。よって、従来の手法に比べて，微細開口７１に最適なはんだ量を供給することが可能となり、溶融後の電子部品の実装信頼性を向上させることが可能となる。

これにより、上述した本発明の実施形態において、所定の粒径分布のはんだのみを通過するようなメッシュ３を配することにより、メタルマスク１の微細開口７１に効率的に細かな粒径のはんだペーストのみを供給することができる。よって、従来の手法に比べて，微細開口７１に十分なはんだ量を供給することが可能となり、溶融後の電子部品の実装信頼性を向上させることが可能となる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、メッシュ３による分級をより効果的に行うために、超音波で振動するスキージ４やメタルマスク１を超音波で振動させながらスキージングを行う。これにより、メッシュ３を介してはんだペーストが供給される開口において、より効果的に微細なはんだ粒を充填することが可能となる。

また、上述の実施形態では、粒径の異なる２種類のはんだ粒を混合したはんだペーストを用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、メタルマスク１の開口の大きさに応じて粒径の異なる２種類以上のはんだ粒が混合したはんだペーストを使用しても良い。
また、上述の実施形態では、粒径の異なる２種類の混合したはんだペーストを用いたが、これに限定されるものではなく、例えば１種類のはんだ粒が入ったはんだペーストが複数あり、その複数のはんだペーストの各々のはんだ粒の粒径が互いに異なる複数のはんだペーストを順次用いて、スキージングすることで、メタルマスク１の開口にはんだペーストを供給しても良い。

１、１００メタルマスク
２、２００プリント配線板
３メッシュ
４、４００スキージ
５、５Ａ、５００はんだペースト
１ａ薄膜部
１ｂ厚膜部
１ｃ凹部
１０、１１、１０Ａ、１１Ａ、はんだ粒
６ａ、６ｂ、６００電極
８スキージ面
７１、７００微細開口
７２、７０１開口
３００メッシュ開口

Claims

一方の面に凹部が形成され、前記凹部にメッシュ開口を有するメッシュが設けられたメタルマスクの他方の面を基板に重ねる工程と、
前記メタルマスクの上面に、前記メッシュ開口の径を越える粒径と前記メッシュ開口の径未満の粒径との少なくとも２種類以上の粒径のはんだ粒のはんだペーストをスキージングし、前記メタルマスクの前記凹部に形成された第１の開口に前記メッシュ開口の径未満の粒径のはんだ粒を供給させ、前記メタルマスクの前記凹部以外に形成された第２の開口に前記はんだ粒を供給する工程と、
を有するはんだペーストの供給方法。
前記はんだペーストは、粒径の異なるはんだ粒を混合したはんだペーストである請求項１に記載のはんだペーストの供給方法。
前記はんだペーストは、はんだ粒の粒径が各々異なる複数のはんだペーストであり、前記複数のはんだペーストを順次スキージングする請求項１に記載のはんだペーストの供給方法。
前記はんだペーストは、組成が異なり、且つ粒径の異なるはんだ粒が２種類以上混合したはんだペーストである請求項１に記載のはんだペーストの供給方法。
スキージや前記メタルマスクに超音波で振動を加えることで、前記メッシュによる前記第１の開口及び前記第２の開口のはんだペーストの供給を効果的に行う請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のはんだペーストの供給方法。