JP3691972B2 - パッドへのはんだ付着方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はパッドへのはんだ付着方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
プリント配線板(基板)の配線パターン上にはんだレジストによる保護絶縁層を形成し、この保護絶縁層の開口部に露出させたパッドに、印刷法などにより電子部品などの電極やリードを接合するための導体ペースト(はんだペースト)を供給している。
【0003】
開口部内に充填されたはんだペーストは、基板を連続炉中で加熱することによりリフローされ、パッドに付着される。
このパッドに付着されるはんだは、通常予備はんだと称され、比較的低融点のはんだ(共晶はんだ)が用いられる。実装されるベアチップ等の電子部品側には比較的高融点のはんだバンプが形成されており、上記の予備はんだを介して基板に接合される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで昨今は半導体チップなどの電子部品の高密度化が進行し、パッドのピッチが250μm以下となり、パッド径も100μm程度と極めて小さくなっている。したがって、保護絶縁層の開口部も縮小され、そのためパッドへの予備はんだの形成が困難になってきている。
【0005】
発明者等が検討したところ、保護絶縁層の開口部の開口径が小さくなってきていることから、開口部内に充填されたはんだペーストが、溶融時に表面張力で球形となり(図6)、パッドに濡れにくく、したがって十分な量の予備はんだの形成が行えないことが判明した。
はんだペーストの量を多くすればする程、予想に反して十分な予備はんだの形成が行えないことも判明した。
【0006】
本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、濡れ性よく予備はんだを形成できるパッドへのはんだ付着方法を提供するにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため次の構成を備える。
すなわち、本発明に係るパッドへのはんだ付着方法では、はんだペーストを、基板の保護絶縁層に囲まれたパッドに供給してリフロー加熱することによりパッド上にはんだを付着するはんだ付着方法において、はんだペーストを複数回に分けて供給し、1回目のはんだ供給量Bを、パッドを囲む保護絶縁層の開口部の開口半径をA、パッド表面から保護絶縁層表面までの開口部の深さをtとしたとき、
式:
【数2】
を満足する量のはんだペーストをパッドに供給してリフロー加熱し、次いで2回目以降のはんだペーストの供給とリフロー加熱を行ってパッド上に必要量の予備はんだを形成することを特徴とする。
【0008】
前記リフロー加熱時、リフロー炉内で基板を加熱する際、基板温度がはんだの融点より約7℃低い温度から約7℃高い温度となる昇温領域で、基板の昇温速度を14℃/分〜17℃/分となるように調整すると共に、基板を主として基板の下面側から加熱するようにすると好適である。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
〔第1の実施の形態〕
まず図1に示すように、プリント配線基板10の保護絶縁層(ソルダーレジスト層)12に形成された開口部14内に、印刷マスクを用いた印刷法または転写スタンプを用いた転写法により、導体ペースト(はんだペースト)16を充填する。18はパッドである。
【0010】
はんだペースト16は、任意のはんだを粒径25μm以下の球形に加工した微細なソルダーボール16aを高活性のフラックスでペースト状に練ったものである。
【0011】
開口部14の開口径は100μm以下であるから、粒径25μm以下の微細なソルダーボール16aとはいえ、開口部14に対して図示のようにかなり大きなものとなる。
【0012】
上記のように開口部14内に充填したはんだペースト16をリフロー炉内で窒素雰囲気中でリフロー加熱し、予備はんだに形成する。
発明者等は、従来においては、リフロー炉内では基板の表面側からの加熱量が多く、したがって、はんだペースト16の表面側のソルダーボール16aが加熱されて溶融し、その表面張力が奥側のソルダーボール16aに作用して、奥側のソルダーボール16aを抱き込むような状態となり、したがって奥側のソルダーボール16aが溶融してパッド18を濡らす前に、全体が球形になってしまい、パッド18に付着しにくい(図6)ことに想到した。
【0013】
そこで、本実施の形態では、基板10の加熱を主として基板10の下面側から行うようにした。
すなわちリフロー炉内で、基板10の下面側を加熱するヒータを多くし、開口部14内に充填されたはんだペースト16中の開口部14奥側のソルダーボール16aも溶融するようにする。好ましくは、開口部14の入口側のソルダーボール16aよりも奥側のソルダーボール16aの方が早く溶融するようにする。
【0014】
また、はんだが溶融するはんだの融点付近の昇温速度を緩やかになるように設定する。
共晶はんだの場合の融点は183℃である。
この前後約7℃の領域、すなわち基板10の温度が約176℃〜190℃の温度領域の昇温時間を約1分程度と長くする。基板10温度は熱電対で計測する。
【0015】
図4は基板温度プロファイルを示す。t1(176℃)〜t2(190℃)の温度領域を1分間程度の長時間をかけて昇温する。この昇温レートは14℃/分〜17℃/分が好ましい。最終的にはt3(210℃以上)まで加熱して確実にはんだを溶融させる。
【0016】
上記のように、はんだの融点前後の昇温速度を緩やかに設定することで、確実に基板10下面側の温度が表面側の温度より早く上昇し、開口部14内の奥側のソルダーボール16aが溶融してパッド18に付着し(図2)、次いで全体のソルダーボール16aが溶融して、図3に示すように、パッド18に全面に付着した予備はんだ20が得られる。
なお従来は、リフロー加熱の融点付近の昇温時間が10秒〜20秒程度と短い。
【0017】
上記のように、一旦はんだがパッド18に付着したら、図6のようなパッドから分離した球状となることはない。
【0018】
〔第2の実施の形態)
次にはんだの供給量について検討する。発明者等は、前記のように保護絶縁層の開口部が小さくなるにつれ、はんだの濡れ性が悪くなることから、はんだ量を多くすることを試みたが、逆に多くすると球形になってしまうことを見いだした。
【0019】
はんだが球形になると、図6のように、球形になったはんだがパッド18に接触せず、ためにパッド18に付着しないことになるのである。
そこで、はんだの供給量(体積)を、例え球形になったとしてもパッド18に接触する量、すなわち、球形のはんだが開口部14内に入り込んでパッド18に接触する条件を検討した。
【0020】
図5に示すように、開口部14の開口径を2A、パッド18表面から保護絶縁層12の表面までの開口部14の深さをtとしたとき、球22が、パッド18に接触する条件は、はんだの体積Bが、
式
【数3】
で表される量以下であることがわかる。
なおはんだの体積Bは、はんだペースト中のソルダーボールの体積である。はんだペースト中のソルダーボールの体積ははんだペーストの組成から計算できる。
【0021】
はんだの体積Bが上記より大きいと、図6に示すようにパッド18に接触しないことになる。
【0022】
そこで、はんだ量を上記式で表される量(推定最大はんだ量)よりも少ないようにしてはんだの濡れ性を試験した結果を表1に示す。
【表1】
【0023】
表1から明らかなように、はんだ供給量が推定最大はんだ量(Bmax)に近くなると濡れ不良が発生するようになる。
したがって、はんだの供給量を上記式で表される量以下になるようにする。
【0024】
なお、はんだペーストを複数回に分けて供給して必要量の予備はんだを得る場合には、1回目のはんだ供給量を上記式で表される量より小さくする。2回目以降のはんだペースト供給の場合には、1回目の供給によりはんだがパッドに付着しているので、はんだの濡れ性は良好となる。
【0025】
上記のように、はんだの供給量を制限すると共に、前記第1の実施形態におけるリフロー加熱条件を併用すると一層はんだの濡れ性が向上する。
【0026】
また、一定のはんだ付性を得るために、はんだの供給量(B)が決まっているときは、保護絶縁層の開口部の開口半径A、およびパッド表面から保護絶縁層の表面までの開口部の深さtを、式:
【数4】
を満足するように、プリント配線基板10の設計を行うようにする。
これにより、パッド18に密着した必要量の予備はんだ20を確保できる。
【0027】
【発明の効果】
本発明によれば、1回目のはんだ供給量を上記式で表される量よりも小さくすることによって、2回目以降のはんだペースト供給の場合に、1回目の供給によりはんだがパッドに付着しているので、はんだの濡れ性が良好となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 はんだペーストをパッドに供給した状態の説明図、
【図2】 開口部奥側のソルダーボールが溶融した状態の説明図、
【図3】 予備はんだが形成された状態の説明図、
【図4】 基板温度プロファイルを示すグラフ、
【図5】 はんだの球体がパッドに接触している状態を示す説明図、
【図6】 はんだが球状になって分離した状況を示す説明図である。
【符号の説明】
10 プリント配線基板
12 保護絶縁層
14 開口部
16 はんだペースト
16a ソルダーボール
18 パッド
20 予備はんだ
Claims (2)
- 前記リフロー加熱時、リフロー炉内で基板を加熱する際、基板温度がはんだの融点より約7℃低い温度から約7℃高い温度となる昇温領域で、基板の昇温速度を14℃/分〜17℃/分となるように調整すると共に、基板を主として基板の下面側から加熱することを特徴とする請求項1記載のパッドへのはんだ付着方法。
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