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JP2002359461A - 電子部品の実装方法および実装構造体、メタルマスク - Google Patents

電子部品の実装方法および実装構造体、メタルマスク

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Publication number
JP2002359461A
JP2002359461A JP2001166908A JP2001166908A JP2002359461A JP 2002359461 A JP2002359461 A JP 2002359461A JP 2001166908 A JP2001166908 A JP 2001166908A JP 2001166908 A JP2001166908 A JP 2001166908A JP 2002359461 A JP2002359461 A JP 2002359461A
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JP
Japan
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electronic component
solder
edge
opening
land
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Application number
JP2001166908A
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Hiroshi Sakai
浩 酒井
Motoharu Suzuki
元治 鈴木
Makoto Igarashi
誠 五十嵐
Akihiro Tanaka
昭広 田中
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Priority to TW091111426A priority patent/TW535477B/zh
Priority to KR10-2002-0030400A priority patent/KR100488222B1/ko
Priority to US10/157,012 priority patent/US7013557B2/en
Priority to CN02121683A priority patent/CN1392760A/zh
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 リフロー工程によるはんだボールの発生を抑
制する。 【解決手段】 電極２の下側では、はんだ１１の縁部、
すなわちメタルマスクの開口部の縁部をランド１４の縁
部よりも内側となるようにメタルマスクの開口部を形成
する。こうすることによって、はんだペーストの総量を
著しく少なくすることなく、電子部品１を搭載する際に
ランド１４から押し出されるはんだペーストの量を少な
くすることができる。そのため、ぬれ性の悪いＳｎ−Ｚ
ｎ系のはんだを用いても、はんだ付け強度を確保したま
ま、リフロー工程によるはんだボールの発生を抑制する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種の電子部品を
はんだ付けによりプリント配線基板（以下、ＰＣＢ）に
実装するための電子部品の実装方法に関し、特に、リフ
ロー式はんだ付け方法を用いてＰＣＢに電子部品を実装
するための電子部品の実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、電子部品をプリント配線基板
（Printed Circuit Board：以下ＰＣＢと略す。）に実
装するためにはんだ付けが用いられている。電子部品を
はんだを用いて実装するための電子部品の実装方法の一
例を図２を参照して以下に説明する。ここでは、ＰＣＢ
の両面をそれぞれリフローによりはんだ付けを行う両面
リフローの場合を用いて説明する。
【０００３】先ず、ＰＣＢのランド部分だけ孔のあいた
メタルマスクを用いてはんだペーストのランドへの印刷
を行う（ステップ１０１）。次に、印刷したはんだペー
ストの上にチップ部品、ＱＦＰ（Quad Flat Packag
e）、ＳＯＰ（Small Outline Package）等の表面実装部
品を搭載する（ステップ１０２）。そして、表面実装部
品を搭載したＰＣＢを、高温のリフロー炉内を通過させ
ることによりはんだペーストを融解させて表面実装部品
の電極とＰＣＢのランドとのはんだ付けを行う（ステッ
プ１０３）。ここまでの工程によりＰＣＢの片面の実装
が終了するため、ＰＣＢを反転して未だ部品の実装が行
われていない面を上に向ける（ステップ１０４）。
【０００４】次に、ステップ１０１、１０２と同様の工
程によりはんだペーストの印刷（ステップ１０５）、部
品の搭載（ステップ１０６）を行った後に、リードを有
する部品のスルーホール（Ｔ／Ｈ）への挿入を行う（ス
テップ１０７）。そして、ステップ１０３の工程と同様
にしてＰＣＢをリフロー炉内を通過させて部品のはんだ
付けを行う（ステップ１０８）。最後に、リフロー炉の
高温に耐えることができない部品を手はんだ付けして電
子部品のＰＣＢへの実装が終了する（ステップ１０
９）。
【０００５】図３は、はんだペースト印刷工程の概要を
示す図である。図３（ａ）に示すように、ＰＣＢ１５の
上には、ＰＣＢ１５のランド１４に対応する位置に、ラ
ンド１４と同寸大となるように予め設けられた開口部１
２を有するメタルマスク１３が施されている。この工程
では、メタルマスク１３上ではんだ１１を印刷スキージ
１０により回転、移動させる。すると、図３（ｂ）に示
すように、メタルマスク１３の開口部１２には、はんだ
１１が充填される。図３（ｃ）に示すように、はんだ１
１が充填された後、メタルマスク１３は、ＰＣＢ１５か
ら取り除かれる。
【０００６】上記で説明した従来の電子部品の実装方法
では、はんだ１１としてＳｎ（すず）−Ｐｂ（鉛）系は
んだが一般的に使用されてきた。しかし、このＳｎ−Ｐ
ｂ系はんだには毒性を有する重金属であるＰｂが含まれ
ているため、使用後の電子機器が適切に廃棄されない場
合には、地球環境に悪影響を及ぼすという問題を有して
いた。そのため、近年では、このような問題を解決して
環境汚染を未然に防ぐためにＰｂを含まないＰｂフリー
はんだの使用が望まれている。
【０００７】このＰｂフリーはんだとしては、Ｓｎ−Ａ
ｇ（銀）系はんだが広く知られている。このＳｎ−Ａｇ
系はんだはＡｇの特性が安定しているため、Ｓｎ−Ｐｂ
系はんだの代わりとして電子部品の実装のために使用し
ても従来と同程度の信頼性を確保することができる。し
かし、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだの融点が約１８３℃程度であ
るのに対して、Ｓｎ−Ａｇ系はんだの融点は２２０℃程
度と高くなってしまう。そのため、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだ
を使用していた実装方法及び設備をそのまま使用するの
は困難であった。特に、一般的な電子部品の耐熱温度は
約２３０℃程度であるため、融点が２２０℃にもなるＳ
ｎ−Ａｇ系はんだをリフロー炉内で融解してはんだ付け
を行った場合、電子部品の温度は場合によっては２４０
℃以上にもなってしまう場合もあり得る。そのため、Ｓ
ｎ−Ａｇ系はんだを用いて電子部品の実装を行おうとし
た場合には、使用する各種の電子部品の耐熱温度を上げ
なければならないという問題が発生する。
【０００８】このような融点が高いＳｎ−Ａｇ系はんだ
とは別のＰｂフリーはんだとして、Ｓｎ−Ｚｎ（亜鉛）
系はんだがある。このＳｎ−Ｚｎ系はんだの融点は１９
７℃程度であるため、このＳｎ−Ｚｎ系はんだを用いて
電子部品の実装を行えば、従来の設備、電子部品をその
まま使用することができる。
【０００９】ここで、搭載する電子部品として、１６０
８サイズ（０．８ｍｍ×１．６ｍｍ）から５７５０サイ
ズ（５．７ｍｍ×５ｍｍ）等のリードレスのチップ部品
や、タンタルコンデンサ等のＬ型リード部品を搭載する
場合を考える。
【００１０】前述のように、従来、メタルマスク１３の
開口部１２は、ランド１４と同寸大となっているため、
上述のような電子部品を搭載すると、はんだ１１の一部
はランド１４外に押し出されるようになる。そして、図
２のステップ１０３に示すリフロー工程において、押し
出されたはんだ１１の一部は、ランド１４に吸収され
ず、はんだボールとなる。このはんだボールは、ＰＣＢ
１５の故障の原因の１つである。そして、前述のＰｂフ
リーのＳｎ−Ｚｎ系はんだは、Ｐｂを含有するはんだペ
ーストよりもぬれ性が悪く、はんだボールが発生しやす
くなっており、はんだボールの発生を防ぐ対策が必要で
あるという問題があった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、は
んだペーストとしてＰｂフリーのＳｎ−Ｚｎ系はんだを
用い、リードレスのチップ部品や、Ｌ型リードの部品を
搭載すると、はんだペーストの一部はランド外に押し出
される。リフロー工程において、押し出されたはんだペ
ーストの一部は、はんだボールとなり、ＰＣＢの故障の
原因になってしまうという問題があった。
【００１２】本発明は、リフロー工程によるはんだボー
ルの発生を抑制することができる電子部品の実装方法を
提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の電子部品の実装方法では、プリント配線基
板のランド部に対応するメタルマスクに開口部を設け、
前記メタルマスクを前記プリント配線基板上に施し、は
んだペーストを前記開口部に充填したうえで前記メタル
マスクを取り除くステップと、前記はんだペースト上に
電子部品の電極を接触させて前記プリント配線基板上に
前記電子部品を搭載するステップと、リフローにより前
記電子部品のはんだ付けを行うステップとを有する、電
子部品の実装方法において、前記メタルマスクの前記開
口部の縁部が、前記ランド部の縁部よりも内側となるよ
うに前記開口部を設けることを特徴とする。
【００１４】本発明の電子部品の実装方法では、開口部
の縁部をランド部の縁部よりも内側とする。こうするこ
とによって、電子部品を搭載した際にランド部からはん
だが押し出されないようになる。そのため、本発明の電
子部品の実装方法では、リフロー工程によるはんだボー
ルの発生を抑制することができる。
【００１５】また、本発明の他の電子部品の実装方法で
は、前記電極と前記プリント配線基板との間に挟まれる
前記開口部の縁部が、前記電極と前記プリント配線基板
との間に挟まれる前記ランド部の縁部よりも内側となる
ように前記開口部を設ける。
【００１６】本発明の電子部品の実装方法では、電極の
下側となる開口部の縁部だけをランド部の縁部よりも内
側とする。こうすることによって、はんだペーストの総
量を著しく少なくすることなく、部品を搭載するステッ
プの際にランド部から押し出されるはんだペーストの量
を少なくすることができる。そのため、本発明の電子部
品の実装方法では、ぬれ性の悪いはんだを用いても、は
んだ付け強度を確保したまま、リフロー工程によるはん
だボールの発生を抑制することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施形態の電子
部品の実装方法を図面を参照して詳細に説明する。本実
施形態の電子部品の実装方法で用いられるはんだペース
トは、ＰｂフリーのＳｎ−Ｚｎ系のはんだである。ま
た、実装される電子部品は、リードレスのチップ部品で
あるとする。
【００１８】図１は、本実施形態の電子部品の実装方法
を用いて作成される実装構造体の構造を示す断面図およ
び上面図である。図１に示すように、ＰＣＢ１５のラン
ド１４上には、はんだ１１が塗布されており、そのうえ
に、電極２を有する電子部品１が搭載されている。ま
た、ＰＣＢ１５のランド１４の形状は、長方形となって
いるのに対し、充填されたはんだ１１の形状、すなわち
メタルマスク１３の開口部１２の形状は、電子部品１側
に凸となるホームベース形となっている。このように、
本実施形態の電子部品の実装方法では、メタルマスク１
３の開口部１２の縁部をランド１４の縁部よりも内側と
なるようにメタルマスク１３の開口部１２を設ける。こ
うすることによって、電子部品１を搭載する際にランド
１４からはんだ１１が押し出されないようになる。その
ため、本実施形態の電子部品の実装方法では、リフロー
工程によるはんだボールの発生を抑制することができ
る。
【００１９】また、メタルマスク１３の開口部１２のホ
ームベース形の凸部の領域は、電子部品１の電極２とＰ
ＣＢ１５との間に挟まれる領域となっている。つまり、
本実施形態の電子部品の実装方法では、電極２の下側と
なる開口部１２の縁部をランド１４の縁部よりも内側と
なるように開口部１２を設ける。こうすることによっ
て、はんだペーストの総量を著しく少なくすることな
く、電子部品１を搭載するステップの際にランド部から
押し出されるはんだペーストの量を少なくすることがで
きる。そのため、本実施形態の電子部品の実装方法で
は、ぬれ性の悪いＳｎ−Ｚｎ系はんだを用いても、はん
だ付け強度を確保したまま、リフロー工程によるはんだ
ボールの発生を抑制することができる。
【００２０】なお、本実施形態の電子部品の実装方法で
は、メタルマスク１３の開口部１２の形状がホームベー
ス型となっているが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、メタルマスク１３の開口部１２の縁部が、ラン
ド１４の縁部よりも内側となっていれば、メタルマスク
１３の開口部１２の形状は、どのような形状であっても
よい。
【００２１】また、本実施形態の電子部品の実装方法で
は、電子部品がリードレスのチップであるとしたが、タ
ンタルコンデンサ等のＬ型リードを有する電子部品であ
ってもよい。そして、本実施形態の電子部品の実装方法
では、はんだペーストとしてＳｎ−Ｚｎ系はんだを用い
たが、本発明はこれに限定されるものではなく、他のは
んだペーストを用いる際にも適用でき、特に、ぬれ性が
悪いはんだペーストを用いる際に有効となる。
【００２２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の電子部品の
実装方法では、メタルマスクの開口部の縁部がランド部
の縁部よりも内側となるように開口部を設ける。こうす
ることによって、電子部品を搭載した際にランド部から
はんだが押し出されないようになる。そのため、本実施
形態の電子部品の実装方法では、リフロー工程によるは
んだボールの発生を抑制することができる。
【００２３】また、電極の下側となる開口部の縁部だけ
をランド部の縁部よりも内側とすることによって、はん
だペーストの総量を著しく少なくすることなく、部品を
搭載するステップの際にランド部から押し出されるはん
だペーストの量を少なくすることができる。そのため、
本発明の電子部品の実装方法では、ぬれ性の悪いはんだ
を用いても、はんだ付け強度を確保したまま、リフロー
工程によるはんだボールの発生を抑制することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の電子部品の実装方法を用
いて作成される実装構造体の構造を示す断面図および上
面図である。
【図２】電子部品をはんだを用いて実装するための電子
部品の実装方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】はんだペースト印刷工程の概要を示す図であ
る。
【符号の説明】
１ 電子部品 ２ 電極 １０ 印刷スキージ １１ はんだ １２ 開口部 １３ メタルマスク １４ ランド １５ ＰＣＢ １０１〜１０９ ステップ
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 1/18 Ｈ０５Ｋ 1/18 Ｊ // Ｂ２３Ｋ 101:42 Ｂ２３Ｋ 101:42 (72)発明者 五十嵐 誠 新潟県柏崎市大字安田7546番地 新潟日本 電気株式会社内 (72)発明者 田中 昭広 新潟県柏崎市大字安田7546番地 新潟日本 電気株式会社内 Ｆターム(参考） 5E319 AA03 AB05 AC01 BB01 BB05 CC33 CD04 CD29 GG03 GG09 GG15 5E336 AA04 CC32 CC42 CC55 EE03 GG05 GG09

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プリント配線基板のランド部に対応する
    メタルマスクに開口部を設け、前記メタルマスクを前記
    プリント配線基板上に施し、はんだペーストを前記開口
    部に充填したうえで前記メタルマスクを取り除くステッ
    プと、 前記はんだペースト上に電子部品の電極を接触させて前
    記プリント配線基板上に前記電子部品を搭載するステッ
    プと、 リフローにより前記電子部品のはんだ付けを行うステッ
    プとを有する、電子部品の実装方法において、 前記メタルマスクの前記開口部の縁部が、前記ランド部
    の縁部よりも内側となるように前記開口部を設けること
    を特徴とする電子部品の実装方法。
  2. 【請求項２】 前記電極と前記プリント配線基板との間
    に挟まれる前記開口部の縁部が、前記電極と前記プリン
    ト配線基板との間に挟まれる前記ランド部の縁部よりも
    内側となるように前記開口部を設ける請求項１記載の電
    子部品の実装方法。
  3. 【請求項３】 前記はんだペーストは、Ｐｂを含まない
    Ｓｎ−Ｚｎ系のはんだである請求項１または２記載の電
    子部品の実装方法。
  4. 【請求項４】 前記電子部品は、リードレスのチップで
    ある請求項１から３のいずれか１項記載の電子部品の実
    装方法。
  5. 【請求項５】 前記電子部品は、Ｌ型リードを有する部
    品である請求項１から３のいずれか１項記載の電子部品
    の実装方法。
  6. 【請求項６】 表面にランド部が設けられ、該ランド部
    の上にはんだペーストが印刷されたプリント配線基板
    と、該プリント配線基板に実装される電子部品とを有す
    る実装構造体において、 前記はんだペーストの縁部が前記ランド部の縁部よりも
    内側となるように前記はんだペーストが形成されている
    ことを特徴とする実装構造体。
  7. 【請求項７】 前記電極と前記プリント配線基板との間
    に挟まれる前記開口部の縁部が、前記電極と前記プリン
    ト配線基板との間に挟まれる前記ランド部の縁部よりも
    内側となるように前記はんだペーストが形成されている
    請求項６記載の実装構造体。
  8. 【請求項８】 前記はんだペーストは、Ｐｂを含まない
    Ｓｎ−Ｚｎ系のはんだである請求項６または７記載の実
    装構造体。
  9. 【請求項９】 前記電子部品は、リードレスのチップで
    ある請求項６から８のいずれか１項記載の実装構造体。
  10. 【請求項１０】 前記電子部品は、Ｌ型リードを有する
    部品である請求項６から８のいずれか１項記載の実装構
    造体。
  11. 【請求項１１】 プリント配線基板に電子部品を実装す
    る際に用いられ、前記プリント配線基板のランド部に対
    応する部分にはんだペーストを充填するための開口部が
    設けられているメタルマスクにおいて、 前記開口部の縁部が、前記ランド部の縁部よりも内側と
    なるように、前記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。
  12. 【請求項１２】 前記電子部品の電極と前記プリント配
    線基板との間に挟まれる前記開口部の縁部が、前記電極
    と前記プリント配線基板との間に挟まれる前記ランド部
    の縁部よりも内側となるように前記開口部が形成されて
    いることを特徴とする請求項１１記載のメタルマスク。
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