(57)【要約】【課題】用途に応じて要求される所望の組成を有する合金およびこの合金からなる半田インクを、あらかじめ準備する手間を不要とし、印刷時において自由に組成を調整することにより、種々の半田パターンを基板上に作製することができる方法を提供する。【解決手段】インクジェット印刷により、基板上に半田パターンを形成する方法であって、二種以上の金属ペーストを、それぞれ独立に基板上に噴射する工程を有し、該金属ペーストが噴射された領域における、それぞれの金属ペーストの噴射量により、形成される半田パターンの半田組成を調整する、基板上への半田パターン形成方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェット印刷により、基板上に半田パターンを形成する方法であって、
二種以上の金属ペーストを、それぞれ独立に基板上に噴射する工程、を有し、
該金属ペーストが噴射された領域における、それぞれの金属ペーストの噴射量により、形成される半田パターンの半田組成を調整する、基板上への半田パターン形成方法。
【請求項２】
貯蔵タンク、噴射ノズル、および該ノズルと貯蔵タンクを結ぶラインを備えたインクジェット印刷機により、基板上に半田パターンを形成する方法であって、
前記貯蔵タンクに独立に貯蔵された二種以上の金属ペーストを、前記噴射ノズルに至る前記ライン中にて所定の割合で混合し、該混合された二種以上の金属ペーストを、前記噴射ノズルより基板上に噴射する工程を有する、基板上への半田パターンの形成方法。
【請求項３】
前記金属ペーストが、金ペースト、錫ペースト、銀ペースト、ビスマスペースト、インジウムペースト、銅ペースト、および、これらの混合物からなる群から選ばれる、請求項１または２に記載の基板上への半田パターン形成方法。
【請求項４】
前記金属ペーストとして、さらに、汎用の半田ペーストを使用する、請求項１〜３のいすれかに記載の基板上への半田パターン形成方法。
【請求項５】
前記金属ペーストが、金属ナノ粒子を含有する金属ナノペーストである、請求項１〜４のいずれかに記載の基板上への半田パターン形成方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の方法により、基板上に半田パターンを形成する工程、
基板上の所定位置に電子部品を配置する工程、
半田パターンを半田の融点以上に加熱する工程、
を有する、電子部品実装基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上への半田パターン形成方法に関する。より詳しくは、電子部品をマウントするための配線基板上に、インクジェット印刷により半田パターンを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品を配線基板上にマウントする場合、電子部品の電極部と基板の配線パターン部とを接続する方法として、リフロー半田による半田付けが行われている。このリフロー半田付けにおいては、まず、配線基板上の配線パターン部におけるパッドあるいはランド上に、半田を供給する。そして、電子部品をパッドあるいはランド上に適切に配置し、基板を熱処理することによって、電子部品の電極部と配線パターン部とを接続する。従来、このリフロー半田付けにおいて、パッドあるいはランド上に半田を供給する方法として、メタルマスクを使用して、クリーム半田をスクリーン印刷法により供給する方法が採用されていた。
【０００３】
近年、電子機器の小型化に伴って、これに搭載される配線基板についても、小型化および高集積化が求められている。これにより、配線基板上のパッドおよびランドの大きさが小さくなり、よって、これらのパッドおよびランド上への半田の供給については、更なる精密性が求められていた。また、電子機器の多様化に伴って、搭載される配線基板についても多様なものが求められ、同一品種の配線基板を大量に生産する方式から、多品種少量生産の方式に移り変わっている。
【０００４】
しかし、上記のスクリーン印刷法において、半田の精密印刷を試みた場合、精密な印刷パターンに対応してメタルマスクの開口部が微細なものになり、この開口部中にクリーム半田が残留し、版抜けせずに基板に印刷できない等の問題が生じた。このように、上記のスクリーン印刷は、精密印刷には不向きであった。また、印刷パターンごとにメタルマスクを交換する等の作業が必要であるため、多品種少量生産には不向きな方法であった。
【０００５】
そこで、多品種少量生産に対応することができ、精密印刷に対応することができる方法として、インクジェット方式を採用して、半田の精密印刷を行うことが試みられており、特許文献１には、インクジェット方式を用いることができる接合用半田材料が記載されている。
【特許文献１】特開２００５−１６１３４１
【０００６】
特許文献１の接合用半田材料を使用した場合は、所望の合金を遠心噴霧法等により微粒子化して、これを添加剤と共に溶媒に分散させて、半田インクとしている。ここで、合金とは、金属元素に、一種類以上の金属元素を意識的に添加することによって構成される物質であり、主要成分金属元素の数により二元合金、三元合金、四元合金と呼ばれる。これらの合金としては、その成分元素の種類、および、成分元素の配合比率により、無数の合金が存在する。そして、現実に、種々の用途により、膨大な種類の合金が要求されている。
【０００７】
しかし、特許文献１の接合用半田材料を使用してインクジェット印刷により半田パターンを形成する等の従来の方法においては、まず、用途によって要求される合金を作製して、この合金を遠心噴霧法等により微粒子化して、半田インクとしており、要求される合金それぞれに対応した半田インクを作製するという手間が存在していた。つまり、種々の用途により要求される膨大な数の合金のそれぞれに対応して、合金を作製し、微粒子化して半田インクを作成するという作業を繰り返して行う必要があった。
【０００８】
そこで、本発明は、用途に応じて要求される所望の組成を有する合金およびこの合金からなる半田インクを、あらかじめ準備する手間を不要とし、印刷時において自由に組成を調整することにより、種々の半田パターンを基板上に作製することができる方法を提供することを課題とする。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【００１０】
第一の本発明は、インクジェット印刷により、基板（６０）上に半田パターンを形成する方法であって、二種以上の金属ペースト（２１〜２６）を、それぞれ独立に基板上に噴射する工程、を有し、該金属ペーストが噴射された領域（６５）における、それぞれの金属ペーストの噴射量により形成される半田パターンの半田組成を調整する、基板上への半田パターン形成方法である。
【００１１】
第二の本発明は、貯蔵タンク（１１〜１６）、噴射ノズル（４０）、および該ノズルと貯蔵タンクを結ぶライン（３１〜３６）を備えたインクジェット印刷機により、基板（６０）上に半田パターンを形成する方法であって、貯蔵タンクに独立に貯蔵された二種以上の金属ペースト（２１〜２６）を、噴射ノズルに至る前記ライン中にて所定の割合で混合し、該混合された二種以上の金属ペーストを、噴射ノズルより基板上に噴射する工程を有する、基板上への半田パターンの形成方法である。
【００１２】
上記第一および第二の本発明において、金属ペーストは、金ペースト（２１）、錫ペースト（２２）、銀ペースト（２３）、ビスマスペースト（２４）、インジウムペースト（２５）、銅ペースト（２６）、および、これらの混合物からなる群から選ばれるものであることが好ましい。これらの金属ペーストを組み合わせて使用して、インクジェット印刷することによって、大多数の用途に対応することができる種々の組成を有する半田パターンを、基板上に形成することができる。また、金属ペーストの混合物を配備することもでき、この場合は、貯蔵タンク、ライン、噴射ノズルの数を減らすことができる。
【００１３】
上記第一および第二の本発明において、金属ペーストとして、さらに、汎用の半田ペースト（２７）を使用することができる。このようにして、使用頻度が高い汎用の半田ペーストを噴射できるように配備しておくことによって、同一組成の半田パターンが要求された場合は、この半田ペーストを噴射すればよく、簡易な方法により対応することができる。
【００１４】
上記第一および第二の本発明において、金属ペーストは、金属ナノ粒子を含有する金属ナノペーストであることが好ましい。粒径が小さい金属ナノ粒子を使用することによって、金属ペーストをインクジェット印刷に好適な粘度とすることができ、また、インクジェット印刷機のノズルの目詰まりを防ぐことができる。
【００１５】
第三の本発明は、上記第一および第二の本発明の方法により、基板（６０）上に半田パターンを形成する工程、基板上の所定位置に電子部品を配置する工程、半田パターンを半田の融点以上に加熱する工程を有する、電子部品実装基板の製造方法である。第三の発明においては、上記した第一および第二の発明の利点を有すると共に、多品種少量生産に対応することができ、また、微細な半田パターンが形成され、高集積化された電子部品実装基板を製造することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の基板上への半田パターンの形成方法によると、インクジェット印刷によって、二種以上の金属ペースト（２１〜２６）を、それぞれ独立に、あるいは、事前にライン３０中にて混合した金属ペースト混合物として、基板（６０）上に噴霧することにより、種々の組成を有する半田パターンを基板上に作製することができる。これにより、用途に応じた組成の半田インクをあらかじめ用意する手間が不要となる。また、インクジェット印刷を採用しているため、微細パターンの形成が可能であり、多品種少量生産に対応することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
＜インクジェット印刷＞
第一の本発明および第二の本発明は、共に、インクジェット印刷により、基板上に半田パターンを形成する。図１は、インクジェット印刷機の機構を示す概念図である。図示した形態においては、インクジェット印刷機は、貯蔵タンク１０、ライン３０、噴射ノズル４０、インク制御部分５２、５４、５６を備えた構成となっている。インクジェット印刷機の作用としては、貯蔵タンク１０中のインク２０が、不図示の供給ポンプによってライン３０を通って噴射ノズル４０に送られる。そしてこのインク２０が噴射ノズル４０から液柱状に噴射される。液柱状のインクは、電歪素子５２の振動により一定の大きさのインク粒子とされ、帯電電極５４にて印刷される位置に対応する電圧に帯電される。そして、帯電されたインク粒子は、偏向電極５６間を通過する際に、帯電量に対応した偏向を受け、印刷対象物６２に到達し、印刷される。
【００１８】
インクジェット印刷は、従来の半田パターン形成において採用されていたスクリーン印刷に比べて、精密な印刷を行うことができる。また、半田パターンごとにメタルマスク等のスクリーンを作製したり、交換したりする作業が不要であるので、インクジェット印刷は、多品種少量生産に適した印刷方法である。本発明の方法は、インクジェット方式の印刷機構を備えた装置であれば特に限定されず種々の装置に適用することができる。インクジェット印刷の印字方式は、サーマルインクジェット方式であっても、ピエゾ方式であってもよく、特に限定されない。また、本発明の方法によって、半田パターンが形成される基板としては、基板上に配線パターンが形成され、その上に電子部品を搭載するものであれば、特に限定なく採用することができる。基板の構造は、片面基板、両面基板、または、多層基板というどのような構造であってもよく、基板材料についても特に限定されない。
【００１９】
＜第一の本発明＞
第一の本発明の方法における、金属ペーストの噴射の様子を図２および図３に概念的に示した。図２は、金属ペーストとして、単一金属の金属ペースト２１〜２６を用いた形態であり、図３は、金属ペーストとして、単一金属の金属ペースト２１〜２６に、汎用の半田ペースト２７を組み合わせた形態である。なお、図１および図２においては、ライン、金属ペースト、貯蔵タンクについて、一部のみを表示して、他を省略してある。
【００２０】
第一の本発明においては、上記のインクジェット印刷の方式により、二種以上の金属ペースト２１〜２６が、独立して基板６０上に噴射され、これにより半田ペーストが形成される。第一の本発明の方法において使用するインクジェット印刷機としては、二種類以上の金属ペースト２１〜２６のそれぞれに対応する貯蔵タンク１１〜１６、金属ペーストを送るライン３１〜３６、および噴射ノズル４１〜４６を備えている。
【００２１】
要求されている半田パターンの組成に合わせて、単一金属からなる金属ペースト２１〜２６から、二種以上の金属ペーストを選択して、これらの金属ペーストを、基板６０上の半田パターン形成箇所６５に、所望量噴射する。このようにして、選択した金属ペーストの噴射量により、形成される半田パターンの半田組成を調整して、基板６０上に所望の半田パターンを形成することができる。
【００２２】
（金属ペースト２１〜２６）
本発明において使用される金属ペースト２１〜２６としては、従来、基板上にインクジェット印刷によって配線パターンを形成するために使用されていた金属ペーストであれば、制限なく使用することができる。このような金属ペーストとしては、例えば、特開２００２−２９９８３３号公報に記載されている金属ペーストを挙げることができる。
【００２３】
金属ペーストを構成する金属粒子は、要求されている半田パターンの組成によって、適宜選択すればよく、その種類は特に限定されない。一般的に要求される半田を構成する金属成分としては、金、錫、銀、ビスマス、インジウム、および、銅の６種類を主として挙げることができる。本発明の方法においては、図２に示したように、これら６種類の金属からなる６種類の金属ペースト、つまり、金ペースト２１、錫ペースト２２、銀ペースト２３、ビスマスペースト２４、インジウムペースト２５、銅ペースト２６を使用して、それぞれを６つのノズル４１〜４６から噴射して基板６０上に半田パターンを形成するように構成することが好ましい。このような構成とすることにより、一般的に要求される半田の大多数に対応することができる。なお、上記の６種類の金属ペーストのすべてではなく、これらから選択される二種以上の金属ペーストを備えた形態とすることもでき、どの金属ペーストを選択して装備するかは、要求される半田パターンによって適宜選択することができる。また場合によっては、あらかじめ一部の金属ペーストを所定の割合にて混合しておいて、この金属ペースト混合物を噴射する形態とすることもできる。この場合は、噴射ノズル４０、ライン３０、貯蔵タンク１０といった設備を一部省略できるという利点がある。
【００２４】
また、本発明においては、上記の単一金属からなる金属ペーストだけでなく、図３に示したように、これらの金属ペースト２１〜２６と共に、汎用の半田ペースト２７を独立に噴射する構成を備えた形態とすることもできる。このように半田ペーストを組み合わせる構成については、後の実施形態において詳細に説明する。
【００２５】
インクジェット印刷においては、インクがノズルから液柱状に噴出され、これが所定の大きさのインク粒子とされ、このインク粒子が印字物に到達して、印刷が行われる。このような方式であるため、使用する金属ペーストは、ノズルの目詰まりが生じないような粘度である必要があり、その粘度は１００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましい。
【００２６】
上記のように、金属ペーストが所定の粘度を有している必要があること、および、インクジェット印刷機のノズルにおいて、目詰まりが生じないようにすること、の観点から、金属ペーストは、金属ナノ粒子を含有する金属ナノペーストであることが好ましい。具体的には、金属粒子の粒径は１ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましい。また、半田ペーストにおける半田粒子の粒径も、１ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましい。なお、半田ペーストを構成する半田粒子は、遠心噴霧法、ガスアトマイズ法によって、半田合金から製造することができる。
【００２７】
（金属ペースト等の噴射方式）
インクジェット印刷機のノズル４１〜４７からの金属ペースト等２１〜２７の噴射方式としては、二種以上の金属ペースト等２１〜２７を同時に噴射する方式とすることが好ましい。これにより、二種以上の金属ペースト２１〜２６同士、あるいは、金属ペースト２１〜２６と半田ペースト２７とが、相互に混じり合って、所望の組成を有する半田を形成し易くなる。また、二種以上の金属ペースト等２１〜２７を順次噴射する方式とすることもできる。この場合は、形成される半田パターンは、金属ペースト等からなる多層構造となっている。
【００２８】
上記の金属ペースト等２１〜２７の噴射によって形成される半田パターンの厚さは、０．５〜１０μｍであることが好ましい。半田パターンの厚さが薄すぎると、電子部品を接合することが難しくなる。また、半田パターンの厚さが厚過ぎると、電子部品との接合工程において、半田がパッドあるいはランドからはみ出てしまい、精密配線することが難しくなる。
【００２９】
＜第二の本発明＞
第二の本発明の方法における、金属ペースト２１〜２６の噴射の様子を図４に概念的に示した。第二の本発明においては、貯蔵タンク１１〜１６、噴射ノズル４０、これらを結ぶライン３１〜３６を備えたインクジェット印刷機を使用して、貯蔵タンク中の金属ペースト２１〜２６をライン中にて混合して、この混合した金属ペースト混合物を噴射ノズル４０から基板６０上に噴射する。
【００３０】
第二の本発明においては、要求されている半田ペーストの組成によって、供給する金属ペーストの種類および量を制御して、ライン中にて所定の組成の金属ペースト混合物を形成し、これを基板６０上に噴射して所望の半田パターンを形成する。第二の本発明においては、あらかじめ金属ペースト２１〜２６を混合してから基板６０上に噴射するので、金属粒子が均一に混合された半田パターンを形成し易く、後に示す電子部品との接合工程において、半田パターンが溶解し易くなるという利点がある。
【００３１】
＜電子部品との接合＞
本発明の方法によって、基板６０上に半田パターンを形成した後、電子部品が基板上に搭載される。その工程としては、まず、電子部品をパッドあるいはランド上の所定位置に配置し、電子部品の電極部等が対応する半田パターンと接した状態において、半田の融点以上に基板６０を加熱する。これにより、半田を溶融させ、その後、基板を冷却することによって、半田を凝固させる。このようにして、電子部品の電極等を半田を介して基板６０上の配線パターンに接合することができる。
【００３２】
以下、形成した半田パターンの溶融機構について説明する。第一の本発明において、二種以上の金属ペーストを同時に噴射した場合、および、第二の本発明において、金属ペースト混合物を噴射した場合、本発明の方法によって形成した半田パターンは、二種以上の金属ペーストの微粒子が混合した状態となっている。この状態では、金属ペースト微粒子が互いに接している部分において、合金が形成されている。従って、基板６０を合金の融点以上に加熱すると、まず、この微粒子間における合金が融解する。そして、ひとたび合金部分が融解すると、他の部分について合金化が進み、金属ペーストのすべてが合金化されることにより、全体が融解する。このようにして、上記した電子部品の接合が行われ、電子部品を実装した基板（以下、「電子部品実装基板」と省略することがある。）が作製される。
【００３３】
また、第一の本発明において、二種以上の金属ペーストを順次噴射し、金属ペーストの多層構造が形成されている場合においては、金属ペースト層が互いに接している層間部分において合金が形成されている。よって、基板６０を加熱すると、上記の機構と同様にして、この合金部分がまず溶解し、そして、他の部分が合金化することにより、全体が溶解する。このように、二種以上の金属ペーストを順次噴射した場合においても、電子部品の接合を行うことができる。
【００３４】
第三の本発明は、上記した第一および第二の本発明により、基板６０上に半田パターンを形成する工程、基板６０上の所定位置に電子部品を配置する工程、および、半田パターンを半田の融点以上に加熱する工程を有する、電子部品実装基板の製造方法である。
【００３５】
以下に本発明の基板上への半田パターンの形成方法の実施形態を示すが、これらはあくまで一例であり、本発明の範囲はこれらの実施形態により限定されるものではない。
【００３６】
＜実施形態１＞
図２に示したインクジェット印刷機を使用した場合において、金（７０質量％）−錫（３０質量％）の半田パターンを基板６０上に形成することが要求された場合は、図２（ａ）に示すように、ノズル４１から、基板６０上の半田パターン形成箇所６５に、７０質量部の金ペースト２１が噴射される。これと同時に、ノズル４２から、基板上の箇所６５に、３０質量部の錫ペースト２２が噴射される。このようにして基板６０上の箇所６５に、金（７０質量％）−錫（３０質量％）の半田パターンを形成することができる。
【００３７】
また、顧客が、上記の組成から、金（７０質量％）−錫（２０質量％）−銀（１０質量％）の組成に設計変更した場合は、図２（ｂ）に示すように、ノズル４１から、基板上の箇所６５に、７０質量部の金ペースト２１が噴射される。これと同時に、ノズル４２から、基板上の箇所６５に、２０質量部の錫ペースト２２が噴射される。さらに同時に、ノズル４３から、基板上の箇所６５に、１０質量部の銀ペースト２３が噴射される。このようにして基板６０上の箇所６５に、金（７０質量％）−錫（２０質量％）−銀（１０質量％）の半田パターンを形成することができる。上記のように顧客の要望が変化した場合、本発明の方法を採用したインクジェット印刷機においては、あらかじめ装備してある銀ペースト２３を新たに噴射すると共に、各金属ペースト２１、２２、２３の噴射量を調整することによって、簡便、迅速に新たな組成の半田パターンに対応することができる。
【００３８】
＜実施形態２＞
図３に、本発明の一実施形態として、金、錫、銀、ビスマス、インジウム、および、銅のそれぞれからなる金属ペーストに対応するノズル４１〜４６、および、金（７０質量％）−錫（３０質量％）半田からなる半田ペースト２７に対応するノズル４７を備えたインクジェット印刷機の概念図を示す。
【００３９】
図３に示したインクジェット印刷機を使用した場合において、金（７０質量％）−錫（３０質量％）の半田パターンを形成することが要求された場合は、図３（ａ）に示すように、基板６０上の半田パターン形成箇所６５に、ノズル４７から金−錫半田ペースト２７を噴射して、金（７０質量％）−錫（３０質量％）の半田パターンを形成することができる。
【００４０】
また、顧客が、上記の組成から、金（８０質量％）−錫（２０質量％）の組成に設計変更した場合は、図３（ｂ）に示すように、箇所６５において、金が８０質量％、錫が２０質量％となるように噴射量を調整しつつ、金（７０質量％）−錫（２０質量％）半田ペースト２７、および、金ペースト２１をそれぞれ噴射して、金（８０質量％）−錫（２０質量％）の半田パターンを形成することができる。
【００４１】
このように、使用頻度が高い汎用の半田ペースト２７を噴射できるように配備しておくことによって、同一組成の半田パターンが要求された場合は、この汎用の半田ペースト２７のみを噴射すればよく、簡易な方法により対応することができ、作業上、コスト上において優れた方法とすることができる。また、この半田組成を中心として、組成の変更がされた場合は、他の単一金属ペースト２１〜２６を同時に噴射することによって、半田組成の変更に対して、簡便、迅速に対応することができる。
【００４２】
以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う基板上への半田パターンの形成方法もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】インクジェット印刷機の一般的な機構を示す概念図である。
【図２】第一の本発明の方法において、単一金属からなる金属ペーストを使用した形態における、インクジェット印刷機の概念図である。
【図３】第一の本発明の方法において、半田ペーストを組み合わせた形態における、インクジェット印刷機の概念図である。
【図４】第二の本発明の方法を使用した、インクジェット印刷機の概念図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  貯蔵タンク
１１〜１６  各金属ペーストに対応する貯蔵タンク
２０  金属ペースト
２１〜２６  各金属ペースト
２７  金（７０質量％）−錫（３０質量％）半田ペースト
３０  ライン
３１〜３６  各金属ペーストに対応するライン
４０  噴射ノズル
４１〜４６  各金属ペーストに対応する噴射ノズル
６０  基板
６５  半田パターン形成箇所
【図１】
2007150051.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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