(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に形成されたパッド列を構成する各パッド上にはんだプリコート層を転写するはんだ転写方法であって、
前記はんだプリコート層をはんだキャリアに保持する工程と、
前記はんだキャリアのはんだ保持面を前記基板側に対向させ、前記はんだプリコート層を前記各パッドに重ね合わせる工程と、
前記はんだキャリアの前記はんだ保持面の裏側から開口を有する押さえ治具を重ね合わせて、開口内に前記パッド列を包囲すると共に前記パッド列の周囲を押さえ付けた状態で、前記はんだプリコート層をリフローする工程と、
を含むことを特徴とするはんだ転写方法。
【請求項２】
前記押さえ治具は、１つの部品実装部に属する複数のパッド列を包囲するような箇所に載置されることを特徴とする請求項１に記載のはんだ転写方法。
【請求項３】
基板の表面に形成されたパッド列を構成する各パッド上にはんだプリコート層を転写するはんだ転写方法であって、
板材をざぐり加工によって肉薄部及び肉厚の押さえ部が形成された押さえ部付きはんだキャリアの肉薄部に、前記はんだプリコート層を保持する工程と、
前記肉薄部のはんだ保持面を前記基板側に対向させ、前記はんだプリコート層を前記各パッドに重ね合わせて、前記肉薄部で前記パッド列を包囲すると共に前記押さえ部により前記パッド列の周囲を押さえ付けた状態で、前記はんだプリコート層をリフローする工程と、
を含むことを特徴とするはんだ転写方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板にあるパッド上にはんだキャリアを用いてはんだプリコート層を転写する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ファインな基板においてパッド列を構成する各パッド上にはんだプリコート層を形成する方法として、いわゆるはんだキャリアを用いたはんだ転写方法が知られている。その一例を図９，図１０に基づいて簡単に説明する。
【０００３】
まず、基板４１にＴＣＰ（Tape carrier package）等のような表面実装部品を実装するためのパッド４２を形成した後、そのパッド４２の形成領域のみを露出させるようにしてソルダーレジスト４３を設ける。次いで、あらかじめフラックス塗布を行った後、片側面にはんだプリコート層４４が保持されているはんだキャリア４５を下向きにして基板４１に重ね合わせる。そして、はんだキャリア４５上に押さえ治具４６を載せて荷重をかけることで、はんだキャリア４５の水平化を図る。この治具４６としては、図９に示されるように、ガラスや金属等からなるベタ板が一般的に使用される。さらに、この状態でリフローすることによりはんだプリコート層４４を溶融させ、各パッド４２上にはんだプリコート層４４を付着させる。この後、基板４１を冷却したうえではんだキャリア４５を除去することにより、一連の工程が完了する。そして、このようなはんだ転写方法は、狭ピッチな基板４１におけるはんだプリコート層４４の形成に有効であると考えられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の従来技術には以下のような問題がある。
パッド４２に対応する部分がベタ状の押さえ治具４６によって上側から押さえられると、熱がはんだキャリア４５側に伝導しにくくなり、パッド４２の部分が他の部分よりも低温になりやすい。よって、パッド４２の部分において充分なはんだ溶融温度を確保すべく、全体的にリフロー温度を高く設定する必要性がある。しかし、そのような温度制御をすると、ＴＣＰ実装用のパッド４２以外の部位にあるパッドに施された金めっきが酸化してポーラスになる、基板４１に反りが生じやすくなる等、基板４１がダメージを受けてしまう。また、かかる温度制御自体も難しい。
【０００５】
また、ベタ状である従来の押さえ治具４６を用いたとしても、はんだキャリア４５をリフロー時に確実に水平化することが難しい。それに加え、パッド４２に対応する部分に荷重がかかりすぎることではんだプリコート層４４が押し潰され、このことがはんだブリッジＢ1 の発生原因となっている（図１０参照）。従って、狭ピッチになるほどプリント配線板の歩留まりが低下する等の問題が起こっている。
【０００６】
本発明は上記の課題を解決するためなされたものであり、その目的は、リフロー温度を高く設定する必要がないため基板の受けるダメージが少なく、しかもはんだブリッジが起こりにくいはんだ転写方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、基板の表面に形成されたパッド列を構成する各パッド上にはんだプリコート層を転写するはんだ転写方法であって、前記はんだプリコート層をはんだキャリアに保持する工程と、前記はんだキャリアのはんだ保持面を前記基板側に対向させ、前記はんだプリコート層を前記各パッドに重ね合わせる工程と、前記はんだキャリアの前記はんだ保持面の裏側から開口を有する押さえ治具を重ね合わせて、開口内に前記パッド列を包囲すると共に前記パッド列の周囲を押さえ付けた状態で、前記はんだプリコート層をリフローする工程と、を含むことを特徴とするはんだ転写方法をその要旨とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記押さえ治具は、１つの部品実装部に属する複数のパッド列を包囲するような箇所に載置されるとした。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、基板の表面に形成されたパッド列を構成する各パッド上にはんだプリコート層を転写するはんだ転写方法であって、板材をざぐり加工によって肉薄部及び肉厚の押さえ部が形成された押さえ部付きはんだキャリアの肉薄部に、前記はんだプリコート層を保持する工程と、前記肉薄部のはんだ保持面を前記基板側に対向させ、前記はんだプリコート層を前記各パッドに重ね合わせて、前記肉薄部で前記パッド列を包囲すると共に前記押さえ部により前記パッド列の周囲を押さえ付けた状態で、前記はんだプリコート層をリフローする工程と、を含むことを特徴とするはんだ転写方法をその要旨とする。
以下、本発明の「作用」を説明する。
【００１０】
請求項１，３に記載の発明によると、はんだキャリアのはんだ保持面裏側においてパッドに対応する部分の周囲に押圧力を付加した状態でリフローを行なうことにより、はんだプリコート層が溶融してパッドに転写される。この場合、パッド列に対応する部分には押圧力を付加しないことから、当該部分が押圧手段によって隠れることもなく、熱がはんだキャリア側に確実に伝導する。従って、はんだの溶融温度を確保すべくリフロー温度を高く設定する必要もなくなり、基板の受けるダメージが少なくなる。また、パッド列に対応する部分に押圧力を付加しないこととした結果、リフロー時にはんだプリコート層が押し潰されにくくなり、はんだブリッジが起こりにくくなる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によると、１つの部品実装部に属する複数のパッド列に対して個々に押さえ治具を配置する場合に比べ、確実に作業性が向上する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のはんだ転写方法を具体化した一実施形態を図１〜図６に基づき詳細に説明する。
【００１４】
本実施形態のはんだ転写方法を説明するに先立ち、それに用いられるプリント配線板製造用の基板１、はんだキャリア２、押さえ治具３の構成について説明する。
【００１５】
図１等に示されるように、この基板１は、例えばガラスエポキシやガラスポリイミド等からなる絶縁基材上に、各種の導体パターンを形成してなるものである。同基板１の片側面には１つまたは２つ以上の部品実装部が設けられていて、その部品実装部にはＴＣＰ実装用のパッド列が４つ正方形状をなすように配置されている。各パッド列は、矩形状をした複数のパッド（ここでは０．３mmピッチ）４によってそれぞれ構成されている。前記基板１はソルダーレジスト５によって覆われており、ソルダーレジスト５に設けられた矩形状の開口部６からは前記パッド４が個々の列ごとに露出されている。そして、これらのパッド４上には、後述するはんだ転写方法によりはんだプリコート層７が転写されるようになっている（図５，図６参照）。
【００１６】
本実施形態において使用されるはんだキャリア２は樹脂製可撓性シートであって、前記プリント配線板製造用の基板１と同じ材料であるエポキシやポリイミドからなる。図１等に示されるように、はんだキャリア２のはんだ保持面Ｓ2 には、転写されるべきパッド４の位置に対応するようにはんだプリコート層７が保持されている。なお、本実施形態では共晶はんだが使用されている。
【００１７】
樹脂系可撓性シートからなるはんだキャリア２を用いた場合、その厚さは０．０４mm〜０．２５mm、好ましくは０．０６mm〜０．２０mm、より好ましくは０．０８mm〜０．１２mmであることがよい。その理由は次の通りである。前記厚さが０．０４mm未満であると、腰が弱くなることではんだキャリア２に反りが生じやすくなり、作製時にはんだ保持面Ｓ2 にはんだプリコート層７を正確に載せる作業が困難になるからである。逆に、前記厚さが０．２５mmを超えると、熱伝導性が悪くなることで熱がはんだ保持面Ｓ2 側にあるはんだプリコート層７にまで確実に伝導しなくなるおそれがあるからである。また、肉厚化によってはんだキャリア２の腰が強くなると、押圧力の付加により反りを矯正するためには、ある程度大きな押圧力を設定しなければならない。すると、はんだプリコート層７にかかる荷重も増加することになり、好ましくないからである。以上のことから、本実施形態では、具体的には厚さ０．１mmのガラスエポキシ製シートを選択している。
【００１８】
図１等に示されるように、押圧手段としての押さえ治具３は正方形状をした板状物であって、中心部に同じく正方形状の開口８を有している。前記押さえ治具３は、例えば樹脂、金属、セラミックス、ガラス等を材料として作製されることが可能である。ただし、それらの中でも樹脂が材料として最も適している。穴あけ等の加工が簡単であることに加え、安価だからである。従って、本実施形態では、かかる事情に鑑みて厚さ１．６mmのガラスエポキシ基材を選択している。
【００１９】
ところで、押さえ治具３に形成された開口８は、パッド列４つが形成された領域を包囲しうる程度の大きさになっている。従って、押さえ治具３をはんだキャリア２上に重ね合わせたときには、その開口８内に各パッド列が位置した状態ではんだキャリア２の外縁部が押さえ付けられる。このとき、パッド列のちょうど裏側にあたる部分に押さえ治具３は存在しておらず、逆にその部分の周囲には押さえ治具３が存在している。そして、このときはんだキャリア２には、可撓性を有するはんだキャリア２の反りが矯正されうる程度以上の押圧力が付加するようになっている。なお、このような押圧力は、押さえ治具３に加わる重力によってもたらされる。
【００２０】
次に、本実施形態のはんだ転写方法の手順を説明する。
まず、パッド４及びソルダーレジスト５が形成された基板１に、あらかじめフラックスを塗布しておく（図２参照）。次いで、位置合わせを行いながら、前記基板１上にはんだキャリア２を重ね合わせる。このとき、はんだキャリア２のはんだ保持面Ｓ2 側を下向きにして、はんだプリコート層７を基板１側に対向させる（図３，図４参照）。
【００２１】
さらに、このはんだキャリア２のはんだ保持面Ｓ2 の反対側にある裏面Ｓ1 上に前述した押さえ治具３を重ね合わせて荷重をかけることにより、はんだキャリア２の反りを矯正しつつ同はんだキャリア２の水平化を図る。なお、ここでいう水平化とは、基板１とはんだキャリア２とを平行な状態に近づけることをいう。
【００２２】
次に、この状態で基板１、はんだキャリア２及び押さえ治具３をリフロー炉にセットし、所定温度かつ所定時間のリフローを行なう。本実施形態では、基板１におけるパッド列形成部分の表面温度が、ピーク時に２２５±１０℃となるようにリフローの温度を制御した。また、共晶はんだの溶融温度である１８３℃以上の温度が４０±１０秒間続くように、処理時間を設定した。
【００２３】
以上のようなリフロー工程により、はんだプリコート層７を溶融させ、各パッド４上にはんだプリコート層７を付着させる。この後、基板１を自然にまたは強制的に冷却したうえで、はんだキャリア２及び押さえ治具３を除去する。すると、図５に示されるように、転写されたはんだプリコート層７が再び固化し、転写の一連の工程が完了する。なお、上記のリフロー条件ではんだの転写を行ったところ、はんだブリッジの発生率は０．７％という極めて低い値であった。従来のベタ板を用いたはんだ転写方法により同じリフロー条件ではんだの転写を行ったところ、はんだブリッジの発生率は５％という高い値になった。
【００２４】
さて、本実施形態において特徴的な作用効果を以下に列挙する。
（イ）このはんだ転写方法では、はんだキャリア２のはんだ保持面Ｓ2 の裏面Ｓ1 側においてパッド列に対応する部分の周囲に押圧力を付加した状態でリフローを行なっている。この場合、パッド列に対応する部分には押さえ治具３の押圧力が付加しないことから、当該部分が押さえ治具３によって隠れることもなく、熱がはんだキャリア２側に確実に伝導する。即ち、基板１上のパッド４及びはんだキャリア２に形成されたはんだプリコート層７の部分の温度と、基板１においてＴＣＰ実装部以外の部位の温度との差が小さくなる。従って、パッド４等の形成部分に充分なはんだ溶融温度を確保すべく、全体的にリフロー温度を高く設定する必要性もなくなる。ゆえに、ＴＣＰ実装部以外の部位にあるパッドに施された金めっきが酸化してポーラスになることも回避され、かつ基板１に反りが生じやすくなることも回避される。よって、熱によって受ける基板１のダメージが極めて少なくなり、品質のよいプリント配線板を得ることができる。また、このはんだ転写方法によると、難しい温度制御が不要になるという利点もある。
【００２５】
（ロ）また、本実施形態では、開口８を有する押さえ治具３を用いているため、パッド４に対応する部分に押圧力が付加されず、リフロー時にはんだプリコート層７が押し潰されにくい。従って、前述した比較試験の結果からも明らかなように、はんだブリッジが起こりにくくなる。
【００２６】
（ハ）このはんだ転写方法では、はんだキャリア２は可撓性を有する樹脂系シートであり、それには押さえ治具３によって同シートの反りが矯正されうる程度以上の荷重が付加される。従って、押さえ治具３の荷重によりはんだキャリア２に撓みが生じ、それによって自身の反りが矯正される結果、はんだキャリア２の確実な水平化が図られるようになっている。このこともはんだブリッジの発生率低減に寄与している。また、このはんだキャリア２は肉薄なシート状であるため、リフロー時において熱がはんだ保持面Ｓ2 側にあるはんだプリコート層７にまで確実に伝導するという利点がある。このことは同一基板１内での温度差の低減につながり、ひいては基板１の受けるダメージの低減にも貢献する。
【００２７】
（ニ）本実施形態のはんだキャリア２は樹脂系であるため、はんだキャリア２の加工が簡単であり、かつ低コスト化にも有利である。しかも、熱膨張係数が基板１とほぼ同程度であることから、基板１側との熱的整合性を向上させることができる。また、はんだキャリア２の厚さを上記の好適範囲に設定したことで、はんだキャリア２の反り、熱伝導性の悪化及び作業性の悪化をいずれも防止することができる。
【００２８】
なお、本発明は上記実施形態に代えて、例えば次のような形態に変更することが可能である。
◎はんだキャリア及び押さえ治具は、前記実施形態のように別体であるばかりでなく、一体であってもよい。例えば、図７に示される別例の押さえ部付きはんだキャリア２１では、樹脂系可撓性シート２４の片側面外縁部に、そのシート２４よりも肉厚であって開口２３を有する板材２２を接着剤等で接合したものとなっている。開口２３がある部分は全体からみると肉薄部２４ａになっていて、そのちょうど裏側（即ちはんだ保持面Ｓ2 側）にははんだプリコート層７が形成されている。従って、それを包囲する板材２２は、シート２４に押圧力を付加する押さえ部としての役割を果たすようになっている。なお、押さえ部である板材２２の製造には、樹脂材料の使用のほか、金属、セラミックス、ガラス等の使用も許容される。
【００２９】
◎図８に示される別例の押さえ部付きはんだキャリア３１のように、１枚の板材に対するざぐり加工によって矩形状のざぐり穴３２が形成された構成であってもよい。このはんだキャリア３１では、板材においてざぐり穴３２がある部分は肉薄部３１ａとなり、その周囲の部分は肉厚の押さえ部３１ｂとなっている。そして、はんだプリコート層７は肉薄部３１ａに形成されている。なお、このはんだキャリア３１の製造には樹脂材料の使用のほか、金属、セラミックス、ガラス等の使用も許容される。
【００３０】
◎押さえ治具３，２１における開口８，２３は、１つの押さえ治具３，２１について１個のみでなくてもよく、また必ずしも正方形状でなくてもよい。例えば、各パッド列の部分に対応すべく４つの長方形状の開口を備えた押さえ治具としてもよい。このことは、押さえ治具３１におけるざぐり穴３２についても同様に適用される。
【００３１】
◎押さえ治具３，２１，３１以外の押圧手段、例えばプレス機等を用いてリフロー時にはんだキャリア２に押圧力を付加することも可能である。ただし、押さえ治具３等を用いたほうが、はんだの転写を簡単にかつ低コストに行うことができる点で優れている。
【００３２】
◎はんだプリコート層７が転写されるべきパッド４は、実施形態にて例示したＴＣＰを実装するためのものに限定されず、例えばＱＦＰ等の半導体パッケージ、フリップチップ、コネクタ等の実装のためのパッドであってもよい。即ち、本発明は各種の表面実装部品を実装するためのパッドについて適用されることができる。
【００３３】
ここで、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想をその効果とともに以下に列挙する。
（１）  請求項１において、前記はんだキャリアに押圧力を付加する押圧手段は、同はんだキャリア上に重ね合わせるようにして載置される押さえ治具であることを特徴とするはんだ転写方法。この方法であると、押圧手段としてプレス機等を用いる場合に比べて簡単にかつ低コストにはんだを転写できる。
【００３４】
（２）  技術的思想１において、前記押さえ治具は少なくとも前記パッド列に対応する箇所に開口を有する板状物であることを特徴とするはんだ転写方法。この方法であると、開口があることでその箇所に位置するパッドに荷重が付加しないようにすることができ、かつ熱を充分に伝達することができる。
【００３５】
（３）  技術的思想２において、前記押さえ治具は、１つの部品実装部に属する複数のパッド列を包囲するような箇所に載置されることを特徴とするはんだ転写方法。この方法であると、１つの部品実装部に属する複数のパッド列に対して個々に押さえ治具を配置する場合に比べ、確実に作業性が向上する。
【００３７】
なお、本明細書中において使用した技術用語を次のように定義する。
「表面実装部品：  ＴＣＰ，ＱＦＰ，ＱＦＪ，ＱＦＮ，ＰＬＣＣ等の半導体パッケージやフリップチップのような能動部品、さらにはコネクタ等の受動部品も含む。」
【００３８】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜３に記載の発明によれば、リフロー温度を高く設定する必要がないため基板の受けるダメージが少なく、しかもはんだブリッジが起こりにくいはんだ転写方法を提供することができる。
【００３９】
請求項２に記載の発明によれば、１つの部品実装部に属する複数のパッド列に対して個々に押さえ治具を配置する場合に比べ、確実に作業性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のはんだ転写方法において使用される基板、はんだキャリア及び押さえ治具の配置関係を示す斜視図。
【図２】基板にパッド列及びソルダーレジストを形成した状態を示す部分概略断面図。
【図３】基板にはんだキャリアと押さえ治具とを重ね合わせるときの様子を示す概略断面図。
【図４】リフロー時の様子を示す概略断面図。
【図５】はんだプリコート層が転写された状態の基板を示す概略断面図。
【図６】はんだプリコート層が転写された状態の基板を示す部分平面図。
【図７】別例のはんだ転写方法において、基板に押さえ部付きはんだキャリアを重ね合わせるときの様子を示す概略断面図。
【図８】別例のはんだ転写方法において、基板に押さえ部付きはんだキャリアを重ね合わせるときの様子を示す概略断面図。
【図９】従来例のはんだ転写方法において、基板にはんだキャリアと押さえ治具とを重ね合わせるときの様子を示す概略断面図。
【図１０】従来方法によりはんだプリコート層が転写された状態の基板を示す部分平面図。
【符号の説明】
１…基板、２…はんだキャリア、４…パッド、７…はんだプリコート層、３１，４１…押さえ部付きはんだキャリア、Ｓ2 …はんだ保持面、Ｓ1 …裏面。
【図１】
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【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】
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【図９】
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【図１０】
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