(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数のパターンが並列して設置されたプリント配線板にはんだをコートする方法において、プリント配線板をはんだ槽の溶融はんだに浸漬してパターンにはんだメッキを行い、次いで該プリント配線板のパターンにソルダペーストを塗布した後、該ソルダペーストを部品を搭載せず加熱溶融することによりパターンに予めはんだを付着させたはんだコートとすることを特徴とするプリント配線板のはんだコート方法。
【請求項２】
前記はんだ槽でのはんだメッキは、溶融はんだに超音波を付加したはんだ槽で行うことを特徴とする請求項１記載のプリント配線板のはんだコート方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント基板、特にＱＦＰやＳＯＰのような面実装部品を搭載するプリント基板のパターンにはんだをコートする方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器に使用する電子部品には、長いリードを有するディスクリート部品と、本体の端部がリードとなっていたり本体から多数の短いリードが突出したりした面実装部品とがある。ディスクリート部品をはんだ付けするプリント基板のはんだ付け部をランドといい、面実装部品をはんだ付けする部分をパターンという。
【０００３】
ディスクリート部品とプリント基板のはんだ付けは、長いリードをランドに穿設された穴に挿入した後、プリント基板の下面にフラックス塗布、予備加熱を行ってから、はんだ槽の溶融はんだに接触させるという浸漬法によって行う。この浸漬法では、ランド間が狭いとランド間にはんだが跨がって付着するというブリッジを形成することがあった。
【０００４】
面実装部品とプリント基板のはんだ付けは、はんだ粉とフラックスから成るソルダペーストが用いられていた。ソルダペーストによる面実装部品とプリント基板のはんだ付けは、先ずプリント基板のパターンにソルダペーストを印刷塗布する。この印刷は、プリント基板のはんだ付け部であるパターンと同一箇所に穴が穿設されたメタルマスクを該メタルマスクの穴とパターンが一致するようにしてプリント基板上に重ね合わせる。そしてメタルマスクの上にソルダペーストを置き、メタルマスク上のソルダペーストをスキージで掻いてメタルマスクの穴にソルダペーストを充填する。その後メタルマスクを上方に持ち上げると、ソルダペーストがプリント基板のパターンに付着する。このようにしてソルダペーストが印刷塗布されたプリント基板のパターン上に面実装部品を搭載し、ソルダペーストの粘着力で面実装部品を仮固定してから該プリント基板をリフロー炉のような加熱装置で加熱し、ソルダペーストを溶融させてはんだ付けするものである。
【０００５】
ところで近時の電子機器が軽薄短小となってきていることから、面実装部品も小型となってきており、リード間隔が非常に狭くなっている。たとえばＱＦＰではリード間隔が０．３ｍｍ以下という所謂ファインピッチというものも出現してきている。
【０００６】
このようなファインピッチの面実装部品をソルダペーストではんだ付けすると、はんだが隣接したリード間にブリッジを形成してしまうことがあった。電子部品のはんだ付け部にブリッジが形成されると、電子機器の機能が全く損なわれて商品価値がなくなってしまう。
【０００７】
ブリッジは、ファインピッチの電子部品のはんだ付けにもかかわらず、ソルダペーストの塗布量が多いことに起因している。つまりソルダペーストの塗布量を多くするのは、面実装部品のリードとプリント基板のパターンとの接合部に充分にはんだを供給することにより、信頼性を向上させるためである。接合部へのはんだの充分な供給は、特に熱サイクルによる金属疲労防止に効果がある。熱サイクルによる金属疲労とは、電子機器使用時にコンデンサーやトランスから発熱して電子機器のケース内の温度が上がり、使用を中止したときに温度が下がるが、この昇温と降温の繰り返しではんだ付け部が熱膨張・収縮してはんだが金属疲労を起こしてしまうものである。
【０００８】
確かにはんだ付け部に多量のはんだが付着していれば金属疲労が少なくなり、はんだの割れや剥離等という事故は起こりにくくなる。しかしながらファインピッチのパターンにソルダペーストを多量に塗布すると前述のように、はんだ付け時にブリッジを形成してしまうという問題があった。
【０００９】
そこで従来よりファインピッチの電子部品のはんだ付けでは、パターンに予めはんだを付着させたはんだコートではんだ付けすることが行われていた。はんだコートされたプリント基板は、ソルダペーストを使わず、はんだコートの上に直接面実装部品のリードを置き、局部的にボンディング・ツールのようなもので加熱すれば、はんだコートが溶融してリードとパターンをはんだ付けできる。従って、プリント基板のはんだコートは、リードとパターンを完全にはんだ付けができ、しかも金属疲労を起こさない充分なはんだ量が必要である。このはんだ量は、リードピッチが０．２５ｍｍであれば約２５μｍ、０．３ｍｍであれば約３０μｍの厚さが適当な量であるといわれている。
【００１０】
プリント基板のはんだコート方法としては、電解法、浸漬法、リフロー法等がある。電解法とは、はんだの電解液の中でプリント基板に陰極、電極のはんだに陽極を接続して直流電気を通すことによりプリント基板のパターンにはんだを電気メッキする方法であり、浸漬法とは、プリント基板を立てた状態ではんだ槽の溶融はんだに浸漬してパターンにはんだを付着させる方法であり、そしてリフロー法とは、電子部品のリフローはんだ付けと同様にプリント基板のパターンと同一箇所に穴のあいたメタルマスクでパターンにソルダペーストを印刷塗布し、それをリフロー炉で加熱してパターンにはんだを付着させる方法である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
電解法では、パターンにはんだを厚く付着させることができない。電解法でのはんだコートの厚さは精々数μｍ程度であり、到底このはんだ量では面実装部品をはんだ付けできないものである。しかも電解法で得られたはんだコートは、はんだとパターンの銅箔とが金属的な接合となっていないため、はんだ付け時にはんだが完全に濡れないというディウエットとなってしまうことがあった。
【００１２】
浸漬法では、電解法よりもパターンにはんだを厚く付着させることができるが、プリント基板をはんだ槽に浸漬後もやはりプリント基板を立てた状態で引き上げるためパターンに付着したはんだが垂れ落ちて必要なの厚さにすることができないばかりでなく、引き上げ時にパターンの下方に偏って付着してしまうという問題があった。
【００１３】
リフロー法は、メタルマスクの板厚を厚くして穴に充填するソルダペーストの量を多くすれば、パターンへの塗布量は多くなるが、ソルダペーストの溶融時にソルダペーストがだれて隣接したパターンのソルダペーストと融合し、ブリッジを形成してしまうものであった。
【００１４】
本発明は、はんだを所望の厚さだけ付着させることができるにもかかわらず、決してブリッジを発生させないというプリント基板のはんだコート方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、浸漬法での長所とリフロー法での長所、即ち浸漬法ではパターン全てに完全にはんだメッキが行え、リフロー法では偏りのないはんだの付着が行えることを採用してはんだコートを行えば、はんだ付けに必要な充分な厚さのはんだコートが得られ、しかもブリッジも発生しないことに着目して本発明を完成させた。
【００１６】
本発明は、多数のパターンが並列して設置されたプリント基板にはんだをコートする方法において、プリント基板をはんだ槽の溶融はんだに浸漬してパターンにはんだメッキを行い、次いで該プリント基板のパターンにソルダペーストを塗布した後、該ソルダペーストを加熱溶融することを特徴とするプリント基板のはんだコート方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明に使用するはんだ槽は、プリント基板のパターンにはんだを完全に金属的に付着できるものであれば如何なるはんだ槽でもよく、たとえば超音波はんだ槽や噴流はんだ槽、静止はんだ槽等が使用可能である。
【００１８】
またはんだ槽でのはんだメッキ後にパターンに塗布するソルダペーストの粉末はんだは、はんだ槽に投入されたはんだと同一組成のものでもよいが、溶融時にパターン間で切れてブリッジを形成しにくいはんだ、たとえばＰｂ−Ｓｎ−Ｂｉ系のはんだを用いるとブリッジの発生がなくなる。本発明の使用に適したＰｂ−Ｓｎ−Ｂｉ系としてはＰｂ−４６Ｓｎ−８Ｂｉ系である。
【００１９】
本発明では、浸漬法ではんだメッキしたパターンにソルダペーストを塗布する方法は、パターンと同一箇所に穴が穿設されたメタルマスクで各パターン毎に印刷したり、長穴が穿設されたメタルマスクで一文字印刷したりする。一文字印刷とは並列した複数のパターンの一端から他端まで連続して塗布することである。
ソルダペーストの一文字は、横方に一列または二列にして塗布してもよい。ソルダペーストを一文字に塗布するには、パターンの長辺よりも短い幅で、並列したパターンの一端から他端迄の長さに穿設されたメタルマスクを用いて印刷する他にディスペンサーで連続的に吐出塗布することもできる。
【００２０】
【実施例】
実施例１
○プリント基板：０．３ｍｍピッチ、一列に１６パターンが並列したＱＦＰ搭載用、パターンの大きさは０．１５×１．５（ｍｍ）
○はんだ槽：静止はんだ槽、大気中
○はんだ槽のはんだの組成：Ｐｂ−６３Ｓｎ
○メッキ用フラックス：松脂、活性剤をアルコールで溶解
○ソルダペースト：フラックス量は１０．５重量％、粉末はんだの組成はＰｂ−６３Ｓｎ
○メタルマスク：厚さ０．１ｍｍ、パターンと一致した穴が穿設されたマスク
プリント基板にフラックスを塗布してからはんだ槽に浸漬し、はんだ槽からの引き上げ時に圧縮空気を吹き付けて余剰のはんだを除去してパターンにはんだメッキ行った。このときのはんだの付着状態を拡大鏡で観察したところブリッジの発生は皆無であり、またはんだの付着厚さを非接触深度測定機（ユニオン光学社製）で測定したところ１０μｍであった。該はんだメッキされた各パターン上にメタルマスクでソルダペーストを印刷塗布した後、リフロー炉で加熱してソルダペーストを溶融する。冷却後プリント基板を拡大鏡で観察し、付着厚さを非接触深度測定機で測定したところ、ブリッジの発生は皆無であり、はんだの付着厚さは３４μｍであった。
【００２１】
実施例２
○プリント基板：０．３ｍｍピッチ、一列に１６パターンが並列したＱＦＰ搭載用、パターンの大きさは０．１５×１．５（ｍｍ）
○はんだ槽：超音波ホーンを設置した噴流はんだ槽で酸素濃度が５０ｐｐｍの窒  素雰囲気
○はんだ槽の組成：Ｐｂ−６３Ｓｎ
○ソルダペースト：フラックス量は１０．５重量％、粉末はんだの組成はＰｂ−４６Ｓｎ−８Ｂｉ
○メタルマスク：厚さ０．１ｍｍ、並列したパターン全域と同一長の長穴が穿設された一文字印刷用マスク
プリント基板をはんだ槽に浸漬し、パターンにはんだメッキ行った。このときのはんだの付着状態を実体顕微鏡で観察したところブリッジの発生は皆無であり、また付着厚さを非接触深度測定機で測定したところ１４μｍであった。該はんだメッキされたパターン上にメタルマスクでソルダペーストを横方に連続して一列の一文字印刷塗布した後、リフロー炉で加熱してソルダペーストを溶融する。冷却後プリント基板を拡大鏡で観察し、付着厚さを非接触深度測定機で測定したところ、ブリッジの発生は皆無であり、はんだの付着厚さは３２μｍであった。
【００２２】
○比較例１
実施例１と同一のプリント基板、はんだ槽、メッキ用フラックスを用いて浸漬法でプリント基板のパターンにはんだコートを行った。該はんだコートの厚さを非接触深度測定機で測定したところ、引き上げ方向に対して下部となる部分の厚さは２０μｍ、上部となる部分の厚さは１０μｍであり、はんだ量が不足しているばかりでなく、不均一なはんだコートとなっていた。
【００２３】
○比較例２
実施例１と同一のプリント基板、ソルダペーストを用い、パターンと同一箇所に穴が穿設されたメタルマスク（厚さ０．２ｍｍ）で各パターン毎に印刷塗布を行ってから、リフロー炉でソルダペーストを溶融させてはんだコートを行った。冷却後、はんだコート部分を拡大鏡で観察したところ、多数のブリッジが発生していた。またはんだコートの厚さは２２μｍであった。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、所定量のはんだを偏りがなくプリント基板のパターンにコートすることができるため、ＱＦＰやＳＯＰのような面実装部品をはんだ付けするときに未はんだのない確実な接合ができるものである。また本発明で得られたはんだコートは、はんだ量が充分に多くなっていることから、はんだ付け部に熱サイクルを受けてもはんだ付け部が金属疲労を起こしにくく、長期間にわたって剥離やひび割れなどが生じないという信頼性の面で優れたはんだ付け部を形成することができるものである。