(57)【要約】【課題】  リフローはんだ付けによるはんだ特性を評価する。【解決手段】  互いに平行に並ぶ一対のランドパターン３ａ，３ｂが複数配列されたパターン領域４ａ〜４ｑを複数設けて、各パターン領域４ａ〜４ｑ毎に一対のランドパターン３ａ，３ｂのランド幅Ｓ及びギャップ幅Ｇを段階的に変えたプリント配線基板２上に、はんだペーストを印刷により塗布することによって、一対のランドパターン４ａ，４ｂの間を結ぶはんだブリッジ５を形成し、このはんだブリッジ５を加熱溶融させた後に、冷却固化した当該はんだブリッジ５の状態を観察する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行に並ぶ一対のランドパターンが複数配列されたパターン領域を複数設けて、各パターン領域毎に上記一対のランドパターンのランド幅及びギャップ幅を段階的に変えたプリント配線基板上に、はんだペーストを印刷により塗布することによって、上記一対のランドパターンの間を結ぶはんだブリッジが形成されることを特徴とするはんだ付け試験評価板。
【請求項２】
互いに平行に並ぶ一対のランドパターンが複数配列されたパターン領域を複数設けて、各パターン領域毎に上記一対のランドパターンのランド幅及びギャップ幅を段階的に変えたプリント配線基板上に、はんだペーストを印刷により塗布することによって、上記一対のランドパターンの間を結ぶはんだブリッジを形成し、このはんだブリッジを加熱溶融させた後に、冷却固化した当該はんだブリッジの状態を観察することを特徴とするはんだ付け試験評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リフローはんだ付け時のはんだ特性を評価するためのはんだ付け試験評価板及びはんだ付け試験評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器では、小型化及び高機能化の要求に応えるため、電子回路を構成する半導体素子やチップ部品等の電子部品を小型化し、プリント配線基板上に高密度実装することが行われている。また、プリント配線基板では、実装される半導体素子の高集積化による配線数の増加に伴って、導体パターンを微細化し、その間隔を狭くすることが行われている。
【０００３】
このような高密度実装を実現するためには、プリント配線基板上に電子部品を正確にはんだ付けする必要があり、例えば、電子部品をプリント配線基板上に表面実装する際に用いられるリフローはんだ付け処理では、先ず、プリント配線基板の表面に形成された電極となるランドパターン上に、スクリーン印刷によってはんだペーストを塗布する。そして、このはんだペーストが塗布されたランドパターンに電子部品のリードを位置合わせし、はんだペーストを加熱溶融（リフロー）させる。これにより、冷却固化したはんだによって電子部品のリードがプリント配線基板のランドパターンに接続されることになる。
【０００４】
ところで、このようなリフローはんだ付け処理では、例えばはんだの種類や、ポストフラックスの種類、はんだ付け温度、はんだ付け時間等の処理条件を確定したり、ランドパターンの表面状態や、酸化防止のプリフラックス等のプリント配線基板の条件を確定する上で、使用されるはんだペーストの特性、特にランドパターンに対するはんだペーストのぬれ性や、印刷スクリーンに対するはんだペーストのぬけ性といったはんだ特性を予め評価しておくことが重要である。
【０００５】
従来、このようなはんだ特性を評価するための試験評価方法としては、ＪＩＳＺ３２８４「ソルダーレジスト」に準拠した方法があるが、例えば銅板の研磨や、はんだペーストの盛り方、基板のはんだ槽からの引き上げ方といった作業者によって影響される部分が多くあり、必ずしも正しい評価ができるわけではなかった。また、得られた結果からは４段階に分けた評価しか行われていないため、はんだの比較や管理を行う上で必ずしも良い方法ではなかった。
【０００６】
また、下記特許文献１には、はんだのぬれ性を評価するためのランドパターンを設けて、このランドパターン上に形成されたはんだペーストのぬれ広がり性からはんだのぬれ性を評価するはんだ付けテスト評価板が記載されている。しかしながら、従来のようなＳｎ−Ｐｂ共晶はんだの場合には、ぬれ広がり易い特性を有しているため、このようなはんだ付けテスト評価板を用いて比較を容易に行うことができるものの、現在開発が進められているＰｂ成分を無くした鉛フリーはんだの場合には、ぬれ広がり難い特性を有しているため、このようなはんだ付けテスト評価板を用いて比較を容易に行うことは困難である。
【０００７】
また、下記特許文献２には、ぬれ力とぬれ時間からはんだのぬれ性を測定するペースト特性試験機が記載されているが、高価なため、安価且つ誰にでも正しい評価が可能な再現性に優れた評価方法の確立が求められている。
【０００８】
また、従来のはんだのぬけ性に対する評価方法では、秤を用いて重さで表していたため、微妙なはんだ量の変化を重さで捉えることができず、さらに、生産中に観察する場合も、ラインから抜き取って秤に乗せる必要があるため、大変面倒であった。
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−２５６７２２号公報
【特許文献２】特開平８−１５１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、リフローはんだ付けによるはんだ特性を容易に判断することができ、安価且つ再現性に優れたはんだ付け試験評価板を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、そのようなはんだ付け試験評価板を用いることによって、リフローはんだ付けによるはんだ特性を容易且つ正確に判断することを可能としたはんだ付け試験評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的を達成するために、本発明に係るはんだ付け試験評価板は、互いに平行に並ぶ一対のランドパターンが複数配列されたパターン領域を複数設けて、各パターン領域毎に一対のランドパターンのランド幅及びギャップ幅を段階的に変えたプリント配線基板上に、はんだペーストを印刷により塗布することによって、一対のランドパターンの間を結ぶはんだブリッジが形成されることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明に係るはんだ付け試験評価方法は、互いに平行に並ぶ一対のランドパターンが複数配列されたパターン領域を複数設けて、各パターン領域毎に一対のランドパターンのランド幅及びギャップ幅を段階的に変えたプリント配線基板上に、はんだペーストを印刷により塗布することによって、一対のランドパターンの間を結ぶはんだブリッジを形成し、このはんだブリッジを加熱溶融させた後に、冷却固化した当該はんだブリッジの状態を観察することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によれば、安価で簡便な構成を有する上記はんだ付け試験評価板を用いて、リフローはんだ付けによるはんだ特性を容易に判断することが可能であり、再現性に優れた且つ信頼性の高いはんだ特性の評価が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を適用したはんだ付け試験評価板及びはんだ付け試験評価方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
先ず、図１に示す本発明を適用したはんだ付け試験評価板１について説明する。
【００１７】
このはんだ付け試験評価板１は、例えば厚さ０．５〜２．０ｍｍ程度のガラスエポキシ樹脂からなる矩形状のプリント配線基板２を有し、このプリント配線基板２の表面には、互いに平行に並ぶ一対のランドパターン３ａ，３ｂが複数配列されたパターン領域４ａ〜４ｑが設けている。
【００１８】
一対のランドパターン３ａ，３ｂは、図２に示すように、矩形状の銅箔からなり、所定の長さで互いに平行に並んで形成されている。また、各パターン領域４ａ〜４ｑには、これら一対のランドパターン３ａ，３ｂが縦方向と横方向に等間隔に並んで設けられている。なお、ここでは、図１に示すように、各パターン領域４ａ〜４ｑ毎に一対のランドパターン３ａ，３ｂが縦方向と横方向に４つずつ（合計１６×２個）並んで設けられている。
【００１９】
そして、これら図２に示す一対のランドパターン３ａ，３ｂのランド幅Ｓ及びギャップ幅Ｇは、各パターン領域毎４ａ〜４ｑに段階的に変えてある。具体的に、図１に示すように、プリント配線基板２の上段に位置する５つのパターン領域４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅのうち、パターン領域４ａには、ランド幅Ｓが０．２０ｍｍ、ギャップ幅Ｇが０．１０ｍｍとなる一対のランドパターン３ａ，３ｂが縦方向と横方向に４つずつ（合計１６×２個）並んで設けられている。パターン領域４ｂには、ランド幅Ｓが０．２５ｍｍ、ギャップ幅Ｇが０．１０ｍｍとなる一対のランドパターン３ａ，３ｂが縦方向と横方向に４つずつ（合計１６×２個）並んで設けられている。パターン領域４ｃには、ランド幅Ｓが０．３０ｍｍ、ギャップ幅Ｇが０．１０ｍｍとなる一対のランドパターン３ａ，３ｂが縦方向と横方向に４つずつ（合計１６×２個）並んで設けられている。パターン領域４ｄには、ランド幅Ｓが０．３５ｍｍ、ギャップ幅Ｇが０．１０ｍｍとなる一対のランドパターン３ａ，３ｂが縦方向と横方向に４つずつ（合計１６×２個）並んで設けられている。パターン領域４ｅには、ランド幅Ｓが０．４０ｍｍ、ギャップ幅Ｇが０．１０ｍｍとなる一対のランドパターン３ａ，３ｂが縦方向と横方向に４つずつ（合計１６×２個）並んで設けられている。
【００２０】
また、プリント配線基板２の中段に位置する５つのパターン領域４ｆ，４ｇ，４ｈ，４ｉ，４ｊのうち、パターン領域４ｆには、ランド幅Ｓが０．２０ｍｍ、ギャップ幅Ｇが０．１５ｍｍとなる一対のランドパターン３ａ，３ｂが縦方向と横方向に４つずつ（合計１６×２個）並んで設けられている。パターン領域４ｇには、ランド幅Ｓが０．２５ｍｍ、ギャップ幅Ｇが０．１５ｍｍとなる一対のランドパターン３ａ，３ｂが縦方向と横方向に４つずつ（合計１６×２個）並んで設けられている。パターン領域４ｈには、ランド幅Ｓが０．３０ｍｍ、ギャップ幅Ｇが０．１５ｍｍとなる一対のランドパターン３ａ，３ｂが縦方向と横方向に４つずつ（合計１６×２個）並んで設けられている。パターン領域４ｉには、ランド幅Ｓが０．３５ｍｍ、ギャップ幅Ｇが０．１５ｍｍとなる一対のランドパターン３ａ，３ｂが縦方向と横方向に４つずつ（合計１６×２個）並んで設けられている。パターン領域４ｊには、ランド幅Ｓが０．４０ｍｍ、ギャップ幅Ｇが０．１５ｍｍとなる一対のランドパターン３ａ，３ｂが縦方向と横方向に４つずつ（合計１６×２個）並んで設けられている。
【００２１】
また、プリント配線基板２の下段に位置する５つのパターン領域４ｋ，４ｍ，４ｎ，４ｐ，４ｑのうち、パターン領域４ｋには、ランド幅Ｓが０．２０ｍｍ、ギャップ幅Ｇが０．２０ｍｍとなる一対のランドパターン３ａ，３ｂが縦方向と横方向に４つずつ（合計１６×２個）並んで設けられている。パターン領域４ｍには、ランド幅Ｓが０．２５ｍｍ、ギャップ幅Ｇが０．２０ｍｍとなる一対のランドパターン３ａ，３ｂが縦方向と横方向に４つずつ（合計１６×２個）並んで設けられている。パターン領域４ｎには、ランド幅Ｓが０．３０ｍｍ、ギャップ幅Ｇが０．２０ｍｍとなる一対のランドパターン３ａ，３ｂが縦方向と横方向に４つずつ（合計１６×２個）並んで設けられている。パターン領域４ｐには、ランド幅Ｓが０．３５ｍｍ、ギャップ幅Ｇが０．２０ｍｍとなる一対のランドパターン３ａ，３ｂが縦方向と横方向に４つずつ（合計１６×２個）並んで設けられている。パターン領域４ｑには、ランド幅Ｓが０．４０ｍｍ、ギャップ幅Ｇが０．２０ｍｍとなる一対のランドパターン３ａ，３ｂが縦方向と横方向に４つずつ（合計１６×２個）並んで設けられている。
【００２２】
また、各パターン領域４ａ〜４ｑの横方向に並ぶ４つのランドパターン３ａ，３ｂ上には、後述するはんだペーストをスクリーン印刷する際に、その印刷スクリーンの開口幅（単位：ｍｍ）を示す０．２、０．３、０．４、０．５の４つの目盛りが振ってある。
【００２３】
なお、このプリント配線基板２の表面には、ランドパターン３ａ，３ｂの酸化防止のために水溶性プリフラックスを塗布してもよい。
【００２４】
次に、上記はんだ付け試験評価板１を用いたはんだ付け試験評価方法について説明する。
【００２５】
本発明を適用したはんだ付け試験評価方法では、先ず、図３に示すように、はんだ付け試験評価板１の表面にはんだペーストをスクリーン印刷により塗布する。これにより、はんだ付け試験評価板１上には、各パターン領域４ａ〜４ｑの一対のランドパターン３ａ，３ｂの間を結ぶはんだブリッジ５が形成される。なお、ここでは、厚さ０．８〜１．２ｍｍのメタル製の印刷スクリーンを用いている。また、この印刷スクリーンの開口形状は、正方形である。したがって、はんだブリッジ５の形状は、この印刷スクリーンの開口形状に対応して略正方形となる。
【００２６】
また、各パターン領域４ａ〜４ｑの横方向に並ぶ４つのランドパターン３ａ，３ｂ上には、それぞれはんだペーストをスクリーン印刷する際の印刷スクリーンの開口幅（単位：ｍｍ）の違いによって、その大きさ（はんだ量）を段階的に変えたはんだブリッジ５が形成される。
【００２７】
なお、はんだブリッジ５は、はんだ量の影響を受けやすいため、このはんだ量が安定するまで数回程度のテスト印刷を行うことが望ましい。
【００２８】
次に、このはんだブリッジ５が形成されたはんだ付け試験評価板１をリフロー炉内に入れて加熱処理し、はんだブリッジ５を加熱溶融させる。このとき、加熱条件は、使用したはんだペーストの推奨プロファイル内にて実施する。なお、リフロー炉がない場合には、ホットプレート等の簡易な加熱装置を用いて加熱処理を行ってもよいが、温度むらやプリント配線基板２を焦がさないように温度管理に十分注意する。
【００２９】
次に、加熱溶融後に冷却固化したはんだブリッジ５の状態を観察する。このとき、使用したはんだペーストのランドパターン３ａ，３ｂに対するぬれ性によって、はんだブリッジ５の形状が変化する。すなわち、はんだペーストのぬれ性が良い場合には、図４に示すように、加熱溶融時にはんだブリッジ５がぬれ広がることによって、一対のランドパターン３ａ，３ｂ上には、分離したはんだブリッジ５ａ，５ｂが固化する。一方、はんだペーストのぬれ性が悪い場合には、図５に示すように、一対のランドパターン３ａ，３ｂを結ぶはんだブリッジ５ｃが残ったまま固化する。
【００３０】
したがって、このはんだブリッジ５の状態から、一対のランドパターン３ａ，３ｂのランド幅Ｓ及びギャップ幅Ｇを尺度にして、使用したはんだペーストのぬれ性を適切且つ容易に評価することが可能である。また、印刷スクリーンの開口幅を尺度にして、はんだ量の影響も観察することが可能なことから、使用したはんだペーストの印刷スクリーンに対するぬけ性も適切且つ容易に評価することが可能である。
【００３１】
例えば図６に示すパターン領域４のように、横方向に並ぶ４つのランドパターン３ａ，３ｂのうち、印刷スクリーンの開口幅が０．２ｍｍ及び０．３ｍｍとなる位置では、縦方向に並ぶ４つのはんだブリッジ５の何れもが一対のランドパターン３ａ，３ｂに対して良いぬれ性を示したことから、その結果を０ポイントとする。一方、印刷スクリーンの開口幅が０．３ｍｍ及び０．４ｍｍとなる位置では、縦方向に並ぶ４つのはんだブリッジ５のうち、少なくとも１つのはんだブリッジが一対のランドパターン３ａ，３ｂに対して悪いぬれ性を示したことから、その結果を１ポイントとする。そして、これらポイントの合計（ここでは、０＋０＋１＋１＝２ポイント）を、そのパターン領域の点数とし、さらに全てのパターン領域４ａ〜４ｑのポイントを合計したものを、その使用したはんだペーストの点数とする。そして、この点数をもとにはんだペーストの比較や管理を行う。
【００３２】
例えば、図７に示すグラフは、リフロー処理の回数を増やすことによって、上記はんだ付け試験評価板１の表面状態を悪化させたときのはんだブリッジ５ｃの発生回数を測定したものである。
【００３３】
この図７に示す測定結果からは、プリント配線基板２の表面状態が悪化するに従って、はんだブリッジ５ｃの発生回数が増加することがわかる。したがって、このような測定を行うことによって、例えばめっきやプリフラックス等の表面処理剤の種類、厚み等に対するぬれ性の評価を行うことが可能である。
【００３４】
また、図８に示すグラフは、３種類のはんだを用いてぬれ時間に対するはんだブリッジの発生回数を測定したものである。
【００３５】
この図８に示す測定結果からは、２つの関係が限りなく近いことがわかる。これにより、はんだブリッジの発生回数からはんだのぬれ性を正しく評価することができる。なお、ぬれ時間とは、はんだのぬれ性を示す指標の１つであるが、従来の測定には専用の評価設備が必要であったのに対して、本発明では安価且つ容易に同等の評価試験を行うことができる。
【００３６】
また、図９に示すグラフは、印刷時のスキージ条件（圧力及び時間）を変えたときのはんだ量（図９中に示す棒グラフ）とはんだブリッジ（図９中に示す線グラフ）とを比較したものである。
【００３７】
この図９に示す測定結果からは、はんだ量の増減によってはんだブリッジが変化することがわかる。したがって、このはんだ量の増減をはんだブリッジの発生回数から捉えることができるため、印刷スクリーン時のはんだペーストのぬけ性も観察することができる。
【００３８】
以上のように、上記はんだ付け試験評価板１を用いたはんだ付け試験評価方法では、一対のランドパターン３ａ，３ｂの間を結ぶはんだブリッジ５を形成することによって、加熱溶融後のはんだブリッジ５ｃの発生の再現性が高く、信頼性の高い評価が可能である。
【００３９】
また、目視による観察によってはんだブリッジの状態を容易に判断することが可能なことから、誰にでも正しい評価が可能である。
【００４０】
また、従来のようなＳｎ−Ｐｂ共晶はんだに限らず、鉛フリーはんだについても、上記はんだ付けテスト評価板１を用いてはんだ組成の違いによる比較を容易に行うことが可能である。
【００４１】
また、はんだのぬれ性を定量的に表すことが可能なことから、はんだの比較や管理を容易に行うことが可能である。
【００４２】
また、実際のプリント配線基板と同じ条件を上記はんだ付け試験評価板１に盛り込むことが可能なため、はんだペーストのランドパターンに対する相性や、生産中のはんだペーストの経時変化について即座に判断することが可能である。
【００４３】
また、加熱方式や温風等の影響を受けないため、専用の評価設備を必要とせず、既存の加熱装置を利用することが可能なため、安価且つ再現性に優れた評価が可能である。
【００４４】
なお、本発明を適用したはんだ付け試験評価板１は、上記構成に必ずしも限定されるものではなく、例えばパターン領域の数や配置、各パターン領域中における一対のランドパターン３ａ，３ｂの数や、ランド幅Ｓ、ギャップ幅Ｇ、印刷スクリーンの開口幅等について任意に設定することが可能である。
【００４５】
また、本発明を適用したはんだ付け試験評価方法では、上記一対のランドパターン３ａ，３ｂの間を結ぶはんだブリッジ５を形成する場合に限らず、複数本のランドパターン３ａ，３ｂに跨ってはんだブリッジ５を形成し、その加熱溶融後のはんだブリッジ５の状態を観察することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明を適用したはんだ付け試験評価板の一具体例を示す平面図である。
【図２】一対のランドパターンが複数配列されたランド領域を示す平面図である。
【図３】はんだブリッジが形成された状態を示す平面図である。
【図４】はんだブリッジの状態を示す平面図であり、はんだのぬれ性が良い場合を示す図である。
【図５】はんだブリッジの状態を示す平面図であり、はんだのぬれ性が悪い場合を示す図である。
【図６】本発明を適用したはんだ付け試験評価方法を説明するための平面図である。
【図７】リフロー回数とはんだブリッジとの関係を示す特性図である。
【図８】ぬれ時間とはんだブリッジとの関係を示す特性図である。
【図９】スキージ条件とはんだブリッジ及びハンダ量との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  はんだ付け試験評価板、  ２  プリント配線基板、  ３ａ，３ｂ  一対のランドパターン、  ４ａ〜４ｑ  パターン領域、  ５  はんだブリッジ
【図１】
2006024864.tif 000003
【図２】
2006024864.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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