(57)【要約】【課題】熱膨張係数の大きい回路基板であっても、大型の電子部品の電極周辺にも大きな半田フィレットを形成して半田クラックを発生させない電子部品の半田付け方法を提供すること。【解決手段】回路基板２に設けられたランド部３と電子部品１の電極部１１とをクリーム半田４を用いて半田付けする電子部品の半田付け方法であって、前記ランド部３上に前記クリーム半田４を塗布するとともに、前記ランド部３の周辺に前記クリーム半田４が塗布されてなる余剰半田部４２を設け、前記ランド部３上に前記電子部品１を実装しリフロー炉に投入することで、前記ランド部３と前記電子部品１の前記電極部１１との間に、前記余剰半田部４２を含む前記クリーム半田４によって半田フィレット４１を形成するものである。【選択図】  図２
2004303862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板に設けられたランド部と電子部品の電極部とをクリーム半田を用いて半田付けする電子部品の半田付け方法であって、
前記ランド部上に前記クリーム半田を配設するとともに、前記ランド部の周辺に前記クリーム半田が配設されてなる余剰半田部を設け、前記ランド部上に前記電子部品を実装しリフロー炉に投入することで、前記ランド部と前記電子部品の前記電極部との間に、前記余剰半田部を含む前記クリーム半田によって半田フィレットを形成してなることを特徴とする電子部品の半田付け方法。
【請求項２】
開口窓を有するマスク部材を用意し、前記クリーム半田を前記開口窓を介して前記ランド部及び前記余剰半田部を形成する前記ランド部の周辺に配設することを特徴とする請求項１に記載の電子部品の半田付け方法。
【請求項３】
前記マスク部材は、矩形状からなる前記ランド部の少なくとも三辺に前記余剰半田部を形成することのできる前記開口窓を有してなることを特徴とする請求項２に記載の電子部品の半田付け方法。
【請求項４】
前記マスク部材は、前記クリーム半田の塗布量を調整する塗布量調整部を前記開口窓に備えてなることを特徴とする請求項２もしくは請求項３に記載の電子部品の半田付け方法。
【請求項５】
前記マスク部材は、前記ランド部の面積に対して前記開口窓の面積を１．５倍以上に形成してなることを特徴とする請求項２から請求項４の何れかに記載の電子部品の半田付け方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を回路基板に半田付けする電子部品の半田付け方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品を回路基板に表面実装する場合には、まず、回路基板にプリント配線された多数のランド（ランド部）にクリーム半田を塗布する。次に、ランドに塗布したクリーム半田の上に表面実装用の抵抗、コンデンサ、ＩＣなどの電子部品（チップ部品）を載せて、リフロー炉で加熱処理することにより電子部品を回路基板に半田付けする。
【０００３】
電子部品を回路基板に半田付けする電子部品の半田付け方法に関する改善方法がいろいろ提案されている。（例えば、特許文献１、２、３、４参照）
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−８１９３号公報
【特許文献２】
特開２００２−１８５１１６号公報
【特許文献３】
特開２００１−３２０１６０号公報
【特許文献４】
特開２００１−１０２７３５号公報
【０００５】
ランドにクリーム半田を塗布する際には、回路基板上に形成したランドとメタルマスク（マスク部材）に形成した開口窓とが一致するように、回路基板の上にメタルマスクを重ね合わせる。
【０００６】
次に、メタルマスクの上にクリーム半田をデスペンサーなどで供給して、スキージをメタルマスクの上で摺動させ、メタルマスクの開口窓にクリーム半田を充填する。
【０００７】
次に、回路基板とメタルマスクとを引き離すと、回路基板上に形成したランドにクリーム半田が印刷された状態になる。
【０００８】
回路基板に表面実装する電子部品は、極小チップや大型チップなど各種のチップ部品があり、極小チップに必要な半田量は少なくて良いが、大型チップに必要な半田量は多く必要である。この場合、半田量を多くするには、ランド及びメタルマスクの開口窓を大きくして半田量を増やしたり、メタルマスクの板厚を厚くしたり、メタルマスクを複数重ね合わせて半田量を増やしている。また、極小チップの半田量が多すぎる場合には、メタルマスクにハーフエッチングをして半田量を減らす方法が用いられている。
【０００９】
なお、半田量が少な過ぎた場合には、半田部にクラックが発生することがあり、熱膨張係数が大きな回路基板を使用した場合には、特に通常よりも多めの半田量でないと半田部にクラックが発生し易い。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半田量を多くするために、ランド及びメタルマスクの開口窓を共に大きくして半田量を増やした場合、ランドの面積が大きいため、ランド上において電子部品の電極部周辺に大きな半田フィレットを形成することができない。
【００１１】
また、メタルマスクの板厚を厚くして半田量を増やす方法では、極小チップに対する半田量が過剰になってしまう。
【００１２】
また、メタルマスクを複数重ね合わせて半田量を増やす方法は、メタルマスクの重ね合わせ精度が必要で作業性が悪いなどの生産性が良くない問題がある。
【００１３】
更に、極小チップの半田量を減らすために、メタルマスクにハーフエッチングを行う方法では、メタルマスク版上に凹凸が発生してクリーム半田の印刷性を阻害する。
【００１４】
本発明は、前記従来の課題を解決するために、熱膨張係数の大きい回路基板であっても、大型の電子部品の電極周辺に大きな半田フィレットを形成して半田クラックを発生させない電子部品の半田付け方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、回路基板に設けられたランド部と電子部品の電極部とをクリーム半田を用いて半田付けする電子部品の半田付け方法であって、前記ランド部上に前記クリーム半田を塗布するとともに、前記ランド部の周辺に前記クリーム半田が塗布されてなる余剰半田部を設け、前記ランド部上に前記電子部品を実装しリフロー炉に投入することで、前記ランド部と前記電子部品の前記電極部との間に、前記余剰半田部を含む前記クリーム半田によって半田フィレットを形成するものである。
【００１６】
また、開口窓を有するマスク部材を用意し、前記クリーム半田を前記開口窓を介して前記ランド部及び前記余剰半田部を形成する前記ランド部の周辺に配設ものである。
【００１７】
また、前記マスク部材は、矩形状からなる前記ランド部の少なくとも三辺に前記余剰半田部を形成することのできる前記開口窓を有したものである。
【００１８】
また、前記マスク部材は、前記クリーム半田の塗布量を調整する塗布量調整部を前記開口窓に備えたものである。
【００１９】
また、前記マスク部材は、前記ランド部の面積に対して前記開口窓の面積を１．５倍以上に形成したものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の電子部品の半田付け方法は、回路基板に設けられたランド部と電子部品の電極部とをクリーム半田を用いて半田付けする電子部品の半田付け方法であって、前記ランド部上に前記クリーム半田を塗布するとともに、前記ランド部の周辺に前記クリーム半田が塗布されてなる余剰半田部を設け、前記ランド部上に前記電子部品を実装しリフロー炉に投入することで、前記ランド部と前記電子部品の前記電極部との間に、前記余剰半田部を含む前記クリーム半田によって半田フィレットを形成するものである。このように構成することにより、ランド部の周辺に塗布されたクリーム半田の余剰半田部は、加熱処理により溶融状態になりランド部に引き寄せられて、ランド部の上で電子部品の電極部周辺に大きな半田フィレットを形成する。これにより、半田強度が強くなり、熱膨張率の大きい回路基板であっても、大型の電子部品の電極部周辺にも大きな半田フィレットを形成することができ、半田クラックが発生しない電子部品の半田付け方法を提供することができる。
【００２１】
また、本発明の電子部品の半田付け方法は、開口窓を有するマスク部材を用意し、前記クリーム半田を前記開口窓を介して前記ランド部及び前記余剰半田部を形成する前記ランド部の周辺に配設するものである。このように構成することにより、必要な余剰半田部を容易に形成することができる。
【００２２】
また、本発明の電子部品の半田付け方法は、前記マスク部材が、矩形状からなる前記ランド部の少なくとも三辺に前記余剰半田部を形成することのできる前記開口窓を有するものである。このように構成することにより、余剰半田部を形成しないランド部の一辺側に電子部品を載置することで、電子部品の底面に半田が多過ぎるような状態を防止することができる。余剰半田部を形成したランド部の一辺側に電子部品を載置した場合には、電子部品の底面に半田が多くなり過ぎて、余分な半田が外側に流れて他の回路などと導通して半田ブリッジなどの半田不良を発生させる恐れがあるが、このような恐れを解消することができる。
【００２３】
また、本発明の電子部品の半田付け方法は、前記マスク部材が、前記クリーム半田の塗布量を調整する塗布量調整部を前記開口窓に備えるものである。このように構成することにより、塗布量調整部が当接したランド部側（ランド部の一辺）に電子部品を載置することで、電子部品の底面の半田量を適量にコントロールすることができる。
【００２４】
また、本発明の電子部品の半田付け方法は、前記マスク部材が、前記ランド部の面積に対して前記開口窓の面積を１．５倍以上に形成されたものである。このように構成することにより、ランド部の外側に塗布されたクリーム半田は、加熱処理により溶融状態になりランド部に引き寄せられて、ランド部の上で電子部品の電極部周辺に大きな半田フィレットを形成することができ、半田クラックの発生を防止することができる。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の一実施例に係わる電子部品を回路基板に半田付けする半田付け方法について、図１〜図５を参照して説明する。
【００２６】
抵抗、コンデンサー、ＩＣなどの電子部品（チップ部品）１を回路基板２に表面実装するには、まず、回路基板２にプリント配線された多数のランド（ランド部）３にクリーム半田４を塗布するために、回路基板２上に形成された矩形状のランド３とメタルマスク（マスク部材）５に形成された開口窓６との位置関係を、図１及び図４（ａ）に図示したように、ランド３の左端に開口窓６の左端がほぼ一致するようにし、ランド３の左端以外の外側三方向に広く開口した開口窓６が配設されるようにして、回路基板２上のランド３に対してメタルマスク５を重ね合わせる。
【００２７】
次に、メタルマスク５の上にクリーム半田４をデスペンサーなどで供給して、スキージをメタルマスク５の上で摺動させ、メタルマスク５の開口窓６にクリーム半田４を充填する。そして、回路基板２とメタルマスク５とを引き離すと、図２に示すように、ランド３上にクリーム半田４が塗布されると共に、ランド３の外側三方向（ランド３の周辺）にクリーム半田４が塗布されてなる余剰半田部４２が形成される。
【００２８】
次に、図２に図示したように、回路基板２上のランド３に印刷したクリーム半田４の上に表面実装用の電子部品１を載置する。
【００２９】
次に、これをリフロー炉で加熱処理することにより、図３に図示したように、電子部品１を回路基板２に半田付けする。この際、クリーム半田４は加熱されたことにより、溶融状態になり、ランド３の三方向外側の余剰半田部４２を含むクリーム半田４はランド３に引き寄せられて、ランド３の上で電子部品１の電極部１１周辺に大きな半田フィレット４１を形成する。これにより、半田強度が強くなり、熱膨張率の大きい回路基板であっても、大型の電子部品の電極部周辺にも大きな半田フィレットを形成することができ、半田クラックが発生しないものとなる。
【００３０】
なお、ランド３を形成した回路基板２は、図示していないがランド３を形成した部分以外の表面部分にはソルダーレジスト（絶縁膜）が備えられている。
【００３１】
本願発明者は、熱膨張係数の大きい回路基板に大型の電子部品を、従来のように同じ面積のランドと開口窓に設定して半田付けして、これに冷熱サイクルによる耐久性試験を行った結果、多数の半田クラックが発生した。この半田クラックを防止するために、種々の実験検討を行った結果について以下に説明する。
【００３２】
発明者の種々の実験結果から、回路基板２上のランド３の面積よりメタルマスク５に形成する開口窓６の面積を大きくすることで、電子部品１の電極部１１周辺に大きな半田フィレット４１が形成でき、半田クラックの防止対策として非常に効果があることが判明した。
【００３３】
回路基板２上のランド３とメタルマスク５に形成した開口窓６との位置関係は、図１及び図４（ａ）に図示したように、ランド３の左端に開口窓６の左端をほぼ合わせ、ランド３の左端の一辺以外の外側三方向は、開口窓６がランド３の端部よりもいずれも大きな形状に設定すると共に、三辺からメタルマスク５までの寸法をほぼ同一寸法とした。ここで、ランド３の左端の一辺外側に開口窓６を設けない理由は、ランド３の左端側には電子部品１が設置されるため、電子部品１の底面に半田が多過ぎると、余分な半田が外側に流れて他の回路などと導通して半田ブリッジなどの半田不良を発生させる恐れがあるためである。
【００３４】
実験は、図１及び図４（ａ）に図示したように、ランド３の形状も開口窓６の形状も四角形（矩形状）とし、ランド３の面積を基準にして開口窓６の面積をランド３の面積と同じ場合から、開口窓６の面積を１．２５倍、１．５倍、１．７５倍、２倍、２．５倍、３倍、４倍、５倍とし、各々サンプル１００個にて実験を行った。
【００３５】
実験は、前述したように電子部品１を回路基板２に半田付けした後、これを所定の冷熱サイクル試験にかけた。
【００３６】
実験結果は、図５に図示したが、両者の面積を同じにして両者を重ね合わせた従来の構成では、１７個（１７％）の半田クラックが発生し、開口窓６を１．２５倍にした場合には９個（９％）の半田クラックが発生し、開口窓６を１．５倍にした場合には１個（１％）の半田クラックが発生し、開口窓６を１．７５倍以上にした場合には全く半田クラックの発生はなかった。
【００３７】
なお、電子部品１の大きさなどの条件にもよるが、開口窓６の面積を５倍以上にすることは、回路基板２の高密度化などを阻害することになり、現実には実施する可能性が低い。
【００３８】
また、ランド３の形状や開口窓６の形状は、いずれも四角形に限定されることはなく、ランド３の一部に開口窓６の一部が重ね合わされていて、開口窓６の面積がランド３の面積より大きい場合に本発明の効果がある。
【００３９】
図４（ｂ）は、前記実施例と異なる代表的な実施例を図示したものである。これは矩形状のランド３の左端側に電子部品１が実装される場合のメタルマスク７を示すものであるが、電子部品１の底面に半田が多くなり過ぎる恐れが有る場合に、半田量を少なくするための構成を示している。メタルマスク７は、ランド３の左端側の一辺に対応する開口窓６の形状を先細り形状、即ちランド３の幅よりも小さく設定し、また、ランド３の上下に位置する二辺の一部分においてもクリーム半田４が塗布されない構成である。ここで、メタルマスク７は、クリーム半田４の塗布量を調整する塗布量調整部８を開口窓９に備えたことになる。
【００４０】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、熱膨張率の大きい回路基板を使用しても、大型の電子部品の電極周辺にも大きな半田フィレットを形成でき、半田クラックが発生しない電子部品の半田付け方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係わる電子部品の半田付け方法の回路基板とメタルマスクとの配置関係を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施例に係わる電子部品の半田付け方法を示す説明図である。（半田溶融前）
【図３】本発明の一実施例に係わる電子部品の半田付け方法を示す説明図である。（半田溶融後）
【図４】本発明の一実施例に係わるランドと開口窓との配置関係を示す説明図である。
【図５】本発明の一実施例に係わる実験結果を示すデータである。
【符号の説明】
１      電子部品
１１      電極部
２      回路基板
３      ランド部
４      クリーム半田
４１      半田フィレット
４２      余剰半田部
５，７      マスク部材
６，９      開口窓
８      塗布量調整部
【図１】
2004303862.tif 000003
【図２】
2004303862.tif 000004
【図３】
2004303862.tif 000005
【図４】
2004303862.tif 000006
【図５】
2004303862.tif 000007