(57)【要約】【課題】  半田ボールの発生を押さえ、しかも、電子部品の搭載位置がずれたり、クリーム半田の印刷位置がずれたりする場合でも、プリント基板に対する電子部品の接合強度を保つ。【解決手段】  プリント基板５上にメタルマスク１を重ね合わせ、プリント基板に四角形状に形成した一対の部品ランド６，６上に、頂部が対向配置されるＷ形状のクリーム半田１０を印刷により塗布する工程と、電子部品Ｗをその両端の電極Ｗａが一対の部品ランド上のクリーム半田に対してそれぞれ重なるように、プリント基板に搭載する工程と、プリント基板に搭載した電子部品をプリント基板ごとリフロー炉に装入セットして加温することにより、電子部品の半田付けを行う工程とを備える。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント基板にそれぞれ四角形状に形成された一対の部品ランド上に、電子部品の電極を半田付けするためのクリーム半田を印刷する一対の開口部を備えるメタルマスクにおいて、
前記プリント基板に重ね合わされた際に、前記一対の部品ランドのうち、内側両隅角部及び内側中間部を除く領域を露出させるように、前記一対の開口部が形成されていることを特徴とするメタルマスク。
【請求項２】
前記一対の開口部の互いに対向する内側縁部が、頂部を対向配置されるように、それぞれＷ形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のメタルマスク。
【請求項３】
前記一対の開口部のＷ形状に形成されたＷ形状開口部の基端部同士の距離が前記電子部品の長さと等しく設定されていることを特徴とする請求項２記載のメタルマスク。
【請求項４】
前記Ｗ形状開口部の頂部が円弧状に形成されていることを特徴とする請求項３記載のメタルマスク。
【請求項５】
プリント基板上に請求項１〜４のいずれかに記載のメタルマスクを重ね合わせ、前記プリント基板に四角形状に形成した一対の部品ランド上の、内側両隅角部及び内側中間部をそれぞれ除く領域に、クリーム半田を印刷により塗布する工程と、
前記電子部品を、その両端の電極が前記一対の部品ランド上のクリーム半田に対してそれぞれ重なるように、前記プリント基板に搭載する工程と、
前記プリント基板に搭載した電子部品をプリント基板ごとリフロー炉に装入セットして加温することにより、前記電子部品の半田付けを行う工程とを備えることを特徴とする電子部品の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタルマスク及びメタルマスクを使用した電子部品の実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チップコンデンサまたはチップ抵抗器等のように本体部の左右両端部に電極を備えるチップ型の電子部品を、プリント基板に実装する方法として、従来、プリント基板上に重ね合わせたメタルマスクの開口部を利用して、プリント基板の一対の部品ランド上にクリーム半田を印刷により塗布し、次いで、電子部品をその両端の電極が部品ランド上のクリーム半田に対して重なるようにプリント基板に搭載し、次いで、プリント基板に搭載した電子部品をプリント基板ごとリフロー炉に装入セットして加温することにより、電子部品の半田付けを行う方法が知られている。
このような電子部品の実装方法においては、プリント基板に形成した部品ランド上に、クリーム半田を、部品ランドとほぼ同一形状の四角形状となるように塗布するのが一般的であった。しかしながら、この場合、クリーム半田上に電子部品を搭載したとき、クリーム半田が電子部品の側面からはみ出し、このはみ出した余剰のクリーム半田が、リフロー炉で加熱処理を行うときに、電極に付着せず、半田ボールとなって残る。この半田ボールが、振動などによってプリント基板から外れた場合、例えば、他の電子部品の電極ピン間に当たってそれら電極ピン同士をショートさせてしまうという問題を引き起こしていた。
【０００３】
このような問題に対処するものとして、特許文献１に、一対の部品ランド上に、クリーム半田を、内側両隅角部をアール状に除いて角部が円弧状となるように、塗布することが提案されている。
また、特許文献２に、図１０に示すように、一対の部品ランド１００上に、内側両隅角部を３角形状に除いて全体が略ホームベース状となるように、クリーム半田１０１を塗布することが提案されている。
また、特許文献３に、図１１に示すように、一対の部品ランド１００上に、内側両隅角部を３角形状に除きしかも内側端部も除いて、全体が略ホームベース状でかつ部品ランド１００の外側にそれぞれ寄った状態で、クリーム半田１０１を塗布することが提案されている。なお、図１０，図１１において、符号１０２はクリーム半田未塗布部分、Ｗは電子部品、Ｗａは電子部品の電極をそれぞれ示す。
【特許文献１】特開平７−２７３４４１号公報
【特許文献２】特開平５−１２１８６８号公報
【特許文献３】特開２０００−９１７３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記した従来の電子部品の実装方法には、以下の問題がある。
特許文献１に記載された電子部品の実装方法では、一対の部品ランド上に、クリーム半田を、内側両隅角部をアール状に除いて塗布しているものの、まだまだ、クリーム半田の塗布量が多く、クリーム半田上に電極が重なるように電子部品を搭載するとき、クリーム半田が電子部品Ｗの側面からはみ出すこととなり、所望の半田ボールの減少効果が得られないという問題がある。
【０００５】
また、特許文献２に記載された電子部品の実装方法では、図１０に示すように、部品ランド１００の内側両隅角部にクリーム半田１０１が塗布されない広い未塗布部分１０２があるため、クリーム半田１０１上に電子部品Ｗを搭載するとき、誤って電子部品Ｗを正規の位置から斜めにずらして搭載した際に（図１０（ｂ）参照）、電子部品Ｗの電極Ｗａがクリーム半田１０１の塗布された部分に全く重ならず、仮に、重なったとしてもその重なる部分の面積が極めて小さく、リフロー時において、このように正規の位置からずれたまま電子部品Ｗがプリント基板に半田付けされることとなる。この場合、半田付けされる部分が狭小であるため、電子部品Ｗのプリント基板への接合強度が弱くなるという問題がでてくる。
これを避けるには、部品ランド１００の内側両隅角部のクリーム半田未塗布部分１０２を狭くすればよいが、この場合、図１２に示すように、電子部品搭載時にクリーム半田１０１が荷重を受けて押しつぶされながら、その一部が電子部品Ｗの側面からはみ出すこととなり、結局、半田ボール１０３を形成してしまう。このため、所望の半田ボールの減少効果が得られなくなる。
【０００６】
特許文献３に記載された電子部品の実装方法では、図１１に示すように、部品ランド１００の内側両隅角部及び内側端部にクリーム半田１０１が塗布されない未塗布部分１０２があるため、電子部品Ｗをクリーム半田１０１上に電子部品Ｗを搭載するとき、図１１（ｂ）に示すように、誤って電子部品Ｗを正規の位置に対して斜めに搭載した際に、電極Ｗａがクリーム半田１０１の塗布された部分に重なりにくく、電子部品Ｗのプリント基板への接合強度が弱くなるという問題がある。また、一対の部品ランド１００上に、クリーム半田１０１を印刷するとき、図１１（ｃ）に示すように、電子部品Ｗの長さ方向に印刷ずれが生じた際に、電子部品Ｗの電極Ｗａが、クリーム半田１０１の塗布された部分に全く重ならず、電子部品Ｗをプリント基板に接合できないという問題がある。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、半田ボールの発生を押さえることができ、また、電子部品の搭載位置がずれたりクリーム半田の印刷位置がずれたりする場合でも、電子部品のプリント基板への強い接合強度を確保できるメタルマスク及び電子部品の実装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】
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するために、以下の構成を採用した。
すなわち、本発明にかかるメタルマスクは、プリント基板にそれぞれ四角形状に形成された一対の部品ランド上に、電子部品の電極を半田付けするためのクリーム半田を印刷する一対の開口部を備えるメタルマスクにおいて、前記プリント基板に重ね合わされた際に、前記一対の部品ランドのうち、内側両隅角部及び内側中間部を除く領域を露出させるように、前記一対の開口部が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、メタルマスクにより印刷されるクリーム半田が、一対の部品ランドの内側両隅角部及び内側中間部の双方を除いた他の領域に塗布されることとなり、クリーム半田の未塗布部分が拡がるため、この未塗布部分が、電子部品を搭載したときに余剰のクリーム半田を吸収し、部品ランドからはみ出るクリーム半田量を極力押さえることができる。この結果、半田ボールの発生を押さえることができる。また、メタルマスクにより印刷されるクリーム半田が、一対の部品ランドの内側両隅角部及び内側中間部の双方を除いた他の領域に塗布されることとなって、クリーム半田の塗布部分の内側縁部には左右にそれぞれ少なくとも一つの頂部が形成される。このため、電子部品搭載時に位置ずれが生じた場合、あるいはクリーム半田印刷時に印刷ずれが生じた場合であっても、クリーム半田の塗布部分の内側縁部の頂部と電子部品の電極とが重なる可能性が高く、この結果、電子部品のプリント基板への接合強度を高く確保することができる。
【００１０】
本発明にかかるメタルマスクは、前記一対の開口部の互いに対向する内側縁部が、頂部を対向配置されるように、それぞれＷ形状に形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、メタルマスクにより印刷されるクリーム半田も、頂部を対向配置されたＷ形状に形成されるため、部品ランドに対する所要長さを確保しつつ、クリーム半田の未塗布部分を広く確保することができる。
【００１１】
本発明にかかるメタルマスクは、前記一対の開口部のＷ形状に形成されたＷ形状開口部の基端部同士の距離が前記電子部品の長さと等しく設定されていることを特徴とする。
この発明によれば、メタルマスクにより印刷されるクリーム半田の塗布部分の対向する頂部間距離は、電子部品の長さよりも必ず短くなる。このため、電子部品搭載時に位置ずれが生じた場合、あるいはクリーム半田印刷時に印刷ずれが生じた場合であっても、クリーム半田の塗布部分の内側縁部の頂部と電子部品の電極とをより確実に重ならせることができる。
【００１２】
本発明にかかるメタルマスクは、前記Ｗ形状開口部の頂部が円弧状に形成されていることを特徴とする。
この発明によれば、Ｗ形状開口部の頂部において、メタルマスクに対するクリーム半田の付着力が弱くなる。したがって、印刷後、メタルマスクをプリント基板から引き剥がすときに、一旦部品ランド上に印刷されたクリーム半田が、メタルマスクに付着したまま部品ランドから除去されるのを防止できる。
【００１３】
本発明にかかる電子部品の実装方法は、プリント基板上に前述したメタルマスクを重ね合わせ、前記プリント基板に四角形状に形成した一対の部品ランド上の、内側両隅角部及び内側中間部をそれぞれ除く領域に、クリーム半田を印刷により塗布する工程と、前記電子部品を、その両端の電極が前記一対の部品ランド上のクリーム半田に対してそれぞれ重なるように、前記プリント基板に搭載する工程と、前記プリント基板に搭載した電子部品をプリント基板ごとリフロー炉に装入セットして加温することにより、前記電子部品の半田付けを行う工程とを備えることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、部品ランド上にクリーム半田の未塗布部分が拡がるため、部品ランドからはみ出るクリーム半田量を極力押さえることができ、このため、半田ボールの発生を押さえることができる。また、このメタルマスクにより印刷されるクリーム半田の塗布部分の内側縁部には左右にそれぞれ少なくとも一つの頂部が形成され、電子部品搭載時に位置ずれが生じた場合、あるいはクリーム半田印刷時に印刷ずれが生じた場合であっても、クリーム半田の塗布部分の内側縁部の頂部と電子部品の電極とが重なる可能性が高く、このため、電子部品の接合強度を高く確保することができる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、部品ランドからはみ出るクリーム半田量を極力押さえることができ、この結果、半田ボールの発生を押さえることができる。また、電子部品搭載時に位置ずれが生じた場合、あるいはクリーム半田印刷時に印刷ずれが生じた場合であっても、クリーム半田の塗布部分の内側縁部の頂部と電子部品の電極とが重なる可能性が高く、電子部品のプリント基板への強い接合強度を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１はメタルマスクの斜視図、図２はメタルマスクの平面図、図３はメタルマスクを使用した電子部品の実装方法の手順を示すフローチャート図、図４は同電子部品の実装方法の手順を示す斜視図である。
【００１７】
図１、４に示すように、メタルマスク１は、プリント基板５にそれぞれ四角形状に形成された一対の部品ランド６，６に電子部品Ｗの電極Ｗａを半田付けするためのクリーム半田１０を印刷するものである。メタルマスク１は一対の開口部２，２を備える。この一対の開口部２，２は、プリント基板５の一対の部品ランド６，６に対応する位置に形成されている。また、メタルマスク１は、例えば、ステンレス鋼あるいはニッケル等の金属によって作られ、その厚さは、８０〜２００μｍ程度に設定される。
【００１８】
一対の開口部２，２は、図２，図４に示すように、メタルマスク１がプリント基板５の正規の位置に重ね合わされた際に、一対の部品ランド６，６のうち、内側両隅角部７及び内側中間部８を除く領域を露出させるように形成されている。一対の開口部２，２は、具体的には、内側のＷ形状開口部３と外側の四角形状開口部４からなっている。ここで、内側、外側とは一対の開口部２，２の配列を基本として呼ぶこととする。また、一対の開口部２，２において、Ｗ形状開口部３の頂点は、互いに対向するように、両開口部２の内側縁部に配置される。
【００１９】
また、図２に示すように、一対の開口部２，２のＷ形状開口部３の基端部３ａ同士の距離Ｌａは、電子部品Ｗの長さＬｂと等しく設定されている。また、四角形状開口部４の１辺の巾寸法Ｈａは、電子部品Ｗの巾寸法Ｈｂ及び部品ランド６の一辺の巾寸法と略等しく設定されている。さらに、Ｗ形状開口部３の凹凸の一辺の高さは、四角形状開口部４の１辺の巾寸法Ｈａの１／４に設定されている。
【００２０】
次に、前記メタルマスク１を使用した電子部品の実装方法について説明する。
まず、図４に示すように、例えば、ガラス布エポキシ基板等によって作られるプリント基板５上にメタルマスク１を、同メタルマスク１の一対の開口部２，２がプリント基板５の一対の部品ランド６，６に合致するように重ね合わせる。次いで、メタルマスク１の一辺にクリーム半田１０を供給し、この供給したクリーム半田１０を印刷用のスキージ１１によりメタルマスク１の一辺から他辺に向けてメタルマスク１の表面上を移動させて、開口部２，２を利用して、部品ランド６上にクリーム半田１０を印刷する（図３におけるステップ１）。
なお、クリーム半田１０としては、Ｓｎ−Ｐｂ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ系−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系等のものが用いられる。また、スキージ１１としては、ゴムあるいは金属製のものが用いられる。
【００２１】
次に、電子部品Ｗを、その両端の電極Ｗａが一対の部品ランド６，６上のクリーム半田１０，１０に対してそれぞれ重なるように、プリント基板５に搭載する（図３におけるステップ２）。
【００２２】
次に、プリント基板５上に搭載した電子部品Ｗをプリント基板５ごとリフロー炉に装入セットして所定温度まで加温する。これにより、部品ランド６上のクリーム半田１０が加熱溶融し、部品ランド６と電極Ｗａとを電気的に接続するように両者の間に隙間なく流れ込む。その後、所定温度まで冷却した際に、クリーム半田が固化し、電子部品Ｗの部品ランド６に対する半田付けが完了する。（図３におけるステップ３）。
【００２３】
次に、プリント基板５の裏面側にも電子部品を実装する場合には、プリント基板５を反転させ、前述したステップ１〜３の工程を繰り返し行い（図３におけるステップ４，５，６）、プリント基板の裏面側にも電子部品を実装する。
その後、プリント基板５上に必要な後付け部品を実装することで（図３におけるステップ７）、プリント基板５への電子部品の実装が完了する。
【００２４】
前述したプリント基板への電子部品の実装方法によれば、メタルマスク１により印刷されるクリーム半田１０が、一対の部品ランド６，６の内側両隅角部７，７及び内側中間部８の双方を除いた他の領域に塗布されて、それぞれ頂部を対向配置されたＷ形状に形成される。
【００２５】
このため、図１０で示した従来の電子部品の実装方法に比べて、クリーム半田１０の未塗布部分が拡がる。この未塗布部分が、電子部品Ｗを搭載したときに、荷重を受けて押しつぶされながら電子部品Ｗの側面からはみ出そうとする余剰クリーム半田を、吸収することとなり（図６において斜線で示すＺ領域が、電子部品搭載時における余剰クリーム半田の移動状況を表す）、部品ランド６からはみ出るクリーム半田量を極力押さえることができる。この結果、半田ボールの発生を極力押さえることができる。
【００２６】
また、メタルマスク１により印刷されるクリーム半田１０は、一対の部品ランド６，６の内側両隅角部及び内側中間部の双方を除いた他の領域に塗布されることとなって、必然的に、クリーム半田１０の塗布部分の内側縁部には左右にそれぞれ頂部１０ａが形成される。しかも、これら頂部１０ａは部品ランド６，６の内側縁部に位置する。このため、図５に示すように、電子部品Ｗの搭載時に位置ずれが生じた場合であっても、クリーム半田１０の塗布部分の内側縁部の頂部１０ａと電子部品Ｗの電極Ｗａとが重なることとなる。この場合、リフロー時における、電子部品の電極Ｗａ及び部品ランド６に対する、溶融したクリーム半田の濡れ性及び表面張力の影響により、電子部品Ｗは、自動的に位置ずれの矯正がなされて正規の位置に戻る。このため、電子部品Ｗのプリント基板５への高い接合強度が得られる。また、前述のことは、クリーム半田印刷時に印刷ずれが生じた場合であっても、同様である。
加えて、メタルマスク１により印刷されるクリーム半田１０では、一対の部品ランド６，６の外側領域に当たる部分においては、未塗布部分が形成されることなく、ほぼ全域に渡って塗布されることとなり、したがって、図４に示すように充分な半田フィレット１４が形成されると同時に、電子部品Ｗのプリント基板５へのより高い接合強度が得られる。
【００２７】
図７は、部品ランド上に印刷されるクリーム半田の形状を、前述の実施の形態に示した如く、頂部が互いに対向するＷ形状に形成した場合、従来技術で説明したように四角形状に形成した場合、並びにホームベース状に形成にした場合それぞれについて、半田ボールの出現頻度を比較したものである。縦軸は半田ボールが出現する頻度を、横軸はどのような形状のクリーム半田を用いたかを表している。
【００２８】
ここでは、Ａはクリーム半田を四角形状に形成したもの、Ｂはクリーム半田をホームベース形状に形成したもの、Ｃは本実施形態で示した、クリーム半田を頂部が互いに対向するＷ形状にしたものを表す。実験は、クリーム半田の材質を換えて各々１２回ずつ行った。
この図から明らかなように、Ａで示すクリーム半田を四角形状に形成したものにおいては、クリーム半田材料としてＰｂを用いた場合、半田ボールの出現はなかったものの、クリーム半田材料としてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕを用いた場合は１２回中１１回、クリーム半田材料としてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉを用いた場合は１２回中１２回半田ボールの出現があった。
また、Ｂで示すクリーム半田をホームベース形状に形成したものにおいては、クリーム半田材料としてＰｂを用いた場合、半田ボールの出現はなかったものの、クリーム半田材料としてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕを用いた場合は１２回中８回、クリーム半田材料としてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉを用いた場合は１２回中１０回半田ボールの出現があった。
一方、Ｃで示すクリーム半田をＷ形状にしたものにおいては、クリーム半田材料としてＰｂを用いた場合、クリーム半田材料としてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕを用いた場合、クリーム半田材料としてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉを用いた場合、いずれにおいても半田ボールの出現はなかった。
これらの結果から、本実施形態の電子部品の実装方法を用いた場合、半田ボールの発生が押さえられることが明らかとなった。
【００２９】
この発明は、前述の実施形態に限られることなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々設計変形可能である。
例えば、前記実施形態では、メタルマスク１の開口部２のＷ形状開口部３において、両側の谷部と中央の谷部の長さを等しくしているが、これに限られることなく、図８（ａ）で示すように、中央の谷部２０に比べて両側の谷部２１を浅くしてもよく、また、図８（ｂ）に示すように、両側の谷部２２に比べて中央部の谷部２３を浅くしてもよく、また、図８（ｃ）に示すように、両側及び中央のそれぞれの谷部２４，２５を共に浅くしてもよく、また、図８（ｄ）に示すように左右の頂部２６，２６を側方へずらしてもよく、また、図８（ｅ）に示すように頂部２７を３個としてもよい。さらに、図８（ｆ）に示すように、頂部２８及び谷部２９の形状を円弧状に形成してもよい。この円弧状することは、また、図８（ｅ）に示すように、頂部が３個あるものに適用してもよい。
【００３０】
また、さらに、前述の実施形態では、部品ランド６及びその上に印刷されるクリーム半田１０の巾寸法を電子部品Ｗの巾寸法と略等しくしているが、これに限られることなく、部品ランド６及びその上に印刷されるクリーム半田１０の巾寸法を電子部品Ｗの巾寸法により大にしてもよい。この場合、図９に示すように、電子部品Ｗの端面のみならず、側面にも半田フィレット１４が形成されることなり、電子部品Ｗの接合強度をより高めることができる。
また、本発明にかかる電子部品の実装方法は、チップ型の電子部品を実装する場合にのみ適用されることなく、他の電子部品を実装する場合においても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態のメタルマスクの斜視図である。
【図２】本発明の実施形態のメタルマスクの平面図である。
【図３】本発明の実施形態の電子部品の実装方法の手順を示すフローチャート図である。
【図４】本発明の実施形態の電子部品の実装方法の手順を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施形態の電子部品の実装方法の作用を説明する平面図である。
【図６】本発明の実施形態の電子部品の実装方法の作用を説明する一部の拡大平面図である。
【図７】本発明の実施形態の電子部品の実装方法と従来の電子部品の実装方法との比較を表す図である。
【図８】本発明の実施形態のメタルマスクの変形例を示す平面図である。
【図９】本発明の実施形態の電子部品の実装方法の他の例を説明する斜視図である。
【図１０】従来の電子部品の実装方法を説明する平面図である。
【図１１】従来の他の電子部品の実装方法を説明する平面図である。
【図１２】従来の電子部品の実装方法の問題を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  メタルマスク  ２  開口部  ３  Ｗ形状開口部  ４  四角形状開口部  ５  プリント基板  ６  部品ランド  ７  内側両隅角部  ８  内側中間部  １０  クリーム半田  
【図１】
2007081086.tif 000003
【図２】
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【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】
2007081086.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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