格子状電極配列型部品を実装したプリント回路板の製造方法、及び格子状電極配列型部品を実装したプリント回路板
【課題】格子状電極配列型部品をプリント配線板へ実装する際に発生するはんだボイドを低減する。
【解決手段】格子状電極配列型部品を実装するためのプリント配線板の表面に銅箔パッドを設け、銅箔パッドに開口部を設け、裏面にも銅箔パッドを設け、プリント配線板の表面の開口部を含む表面にはんだペースト印刷を行い、はんだペースト印刷面に格子状電極配列型部品を載置し、リフロー熱風ではんだペーストを溶かしてプリント配線板と格子状電極配列型部品とをはんだ接続する。
【解決手段】格子状電極配列型部品を実装するためのプリント配線板の表面に銅箔パッドを設け、銅箔パッドに開口部を設け、裏面にも銅箔パッドを設け、プリント配線板の表面の開口部を含む表面にはんだペースト印刷を行い、はんだペースト印刷面に格子状電極配列型部品を載置し、リフロー熱風ではんだペーストを溶かしてプリント配線板と格子状電極配列型部品とをはんだ接続する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＢＧＡ（Ball Grid Array），ＬＧＡ（Land Grid Array），ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded Package）などの部品電極が部品底面に格子アレイ状に配列された格子状電極配列型部品を実装したプリント回路板の製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＱＦＰ（Quad Flat Package）の様な部品電極が周囲に配列されている部品をプリント配線板に実装する場合、プリント配線板の表面に部品電極接続用パッドを設け、パッドの上部にはんだペーストを塗布し、はんだペーストの上部に部品電極を自動部品搭載機で位置決め搭載し、未溶融のはんだペーストで部品を仮固定している。その後、遠赤外線や熱風等によるコンベア式はんだリフロー装置によりはんだペーストを溶かし、部品とプリント配線板をはんだ接続してプリント回路板を製作していた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２００７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、格子状電極配列型部品をプリント配線板へ実装する際に、はんだ接続部に発生する、はんだボイドを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を解決するために、本発明の実施態様は、格子状電極配列型部品を実装するためのプリント配線板の表面に銅箔パッドを設け、銅箔パッドに開口部を設け、裏面にも銅箔パッドを設け、プリント配線板の表面の開口部を含む表面にはんだペースト印刷を行い、はんだペースト印刷面に格子状電極配列型部品を載置し、リフロー熱風ではんだペーストを溶かしてプリント配線板と格子状電極配列型部品とをはんだ接続する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、はんだリフロー時に発生するガスや余剰はんだを排出することができるので、はんだボイド発生を低減し、格子状電極配列型部品のはんだ接続の信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】格子状電極配列型部品を実装するプリント配線板の構成図である。
【図２】ＬＧＡ部品の電極配列面を示す平面図である。
【図３】ＱＦＮ部品の電極配列面を示す平面図である。
【図４】格子状電極配列型部品の実装手順を示したフローチャートである。
【図５】格子状電極配列型部品の実装手順を示した実装工程フロー図である。
【図６】格子状電極配列型部品を実装した後のプリント回路板の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例】
【０００９】
図１は、格子状電極配列型部品を実装するプリント配線板１００の構成図であり、図１（ａ）は、接続パッド面を表す平面図、図１（ｂ）は、Ａ−Ａ′断面図である。格子状電極配列型部品の部品電極とはんだ接続する表面銅箔パッド１０１ａ、はんだ接続時に発生する余剰はんだを固着させる目的として、裏面銅箔パッド１０１ｂ、はんだ接続時に発生するガスの排出を目的として、表面銅箔パッド１０１ａと裏面銅箔パッド１０１ｂのほぼ中央に非スルーホール１０２と呼ぶ開口部を設ける。また、はんだ付け接続が必要ない部分に基板はんだレジスト１０３を塗布し、プリント配線板１００が構成されている。
【００１０】
図２は、ＬＧＡ部品の電極配列面を示す平面図であり、格子状電極配列型部品１０４としてＬＧＡ部品の電極配列面を表している。格子状電極配列型部品１０４の底面に部品電極１０５ａが格子アレイ状に配列されている。格子状電極配列型部品１０４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路部品やＦＰＧＡ部品などの多ピンの高密度電子部品に用いられている。これらは回路の高機能化並列処理による高速化に伴い、益々多ピン化の方向になってきている。
【００１１】
図３は、ＱＦＮ部品の電極配列面を示す平面図である。回路の発熱密度の増大に伴い、応用例として、図３に示すように、半導体チップの裏面にエクスポーズドパッド１０５ｂと呼ぶ比較的大きなパッドを持つ部品が上市されてきた。以下、上記各種格子状電極配列型部品を電気接続するための本発明による安定的なはんだ接続構造を説明する。
【００１２】
図４は、格子状電極配列型部品の実装手順を示したフローチャートである。また、図５は、格子状電極配列型部品の実装手順を示した実装工程フロー図である。図５（ａ）に示すプリント配線板１００は、通常、ガラスエポキシ基材の表裏面に約３５マイクロメートル厚の銅箔が貼り付けられた基材に、必要な部分のみエッチングパターンが形成される。その後、表裏面に導通の必要な個所をドリルで穴あけし、約２５マイクロメートル厚の銅メッキ導通用スルーホールが作成される。また、はんだ付け接続が必要ない部分に基板はんだレジスト１０３が塗布されている。本発明の表面銅箔パッド１０１ａと裏面銅箔パッド１０１ｂとの間にある非スルーホール１０２は導通用には使用しない。
【００１３】
そして、図４のステップ１０６のはんだペースト印刷を行う。対応する図５（ｂ）では、印刷機を使用して表面銅箔パッド１０１ａに、はんだペースト１０９を塗布する。その方法は、例えば、アルミ枠に貼り付けられた０.１２ミリメートルから０.１８ミリメートルの厚さのステンレス板に、予めはんだペースト印刷供給の必要な部分をエッチングした開口部を設け、メタルマスク版としてプリント配線板１００の表面銅箔パッド１０１ａに位置決め密着し、はんだペースト１０９をスキージやテフロン（登録商標）製ヘラ等で一定圧，一定速度で印刷供給する。
【００１４】
次に、図４のステップ１０７の格子状電極配列型部品搭載を行う。対応する図５（ｃ）を参照すると、格子状電極配列型部品１０４の部品電極１０５を、表面銅箔パッド１０１ａへ位置決め搭載する。その方法は、部品をトレー等の容器から１個ずつ真空吸着ヘッドで取り出し、光学系画像処理された基板と部品の位置決めマークの位置関係を自動計算し、真空吸着ヘッドが基板の表面銅箔パッド１０１ａと部品電極１０５とを自動位置決め搭載する。
【００１５】
次に、図４のステップ１０８のはんだリフローを行う。対応する図５（ｄ）では、格子状電極配列型部品１０４とプリント配線板１００を、図示しないリフロー装置による熱風１１０で加熱する。すると、はんだペースト１０９が融点に達して溶けることで、格子状電極配列型部品１０４とプリント配線板１００がはんだ接続される。このはんだ接続の際、はんだペースト１０９が溶ける時に発生するガス１１１は、非スルーホール１０２を経由し、プリント配線板１００の裏側へ排出される。また、余剰はんだ１１２も非スルーホール１０２を経由し、プリント配線板１００の裏面銅箔パッド１０１ｂに固着される。その後、図５（ｅ）に示すように、冷却することで、プリント回路板１１３が完成する。
【００１６】
図６は、格子状電極配列型部品を実装した後のプリント回路板の断面図であり、本発明と従来技術によるプリント回路板１１３を比較するものである。図６（ａ）の従来技術では、はんだペースト１０９が溶ける際に発生するガス１１１が抜けずに溜まってしまい、はんだボイド１１４として残ってしまう。また、はんだ接合領域１１５ａが小さいため接続強度が弱く、はんだ接続の信頼性が問題となる。図６（ｂ）の本発明では、はんだリフロー時に発生したガス１１１が、非スルーホール１０２を経由して、プリント配線板１００の裏側へ排出される。また、余剰はんだ１１２も非スルーホール１０２を経由して、プリント配線板１００の裏面銅箔パッド１０１ｂに固着される。はんだ接合領域１１５ｂは、従来技術のはんだ接合領域１１５ａよりも大きく、接続強度が高まっているので、はんだ接続の信頼性が向上している。非スルーホール１０２は、はんだペースト１０９が溶ける際に発生するガス１１１の排出と、余剰はんだの排出および固着の目的で設けられたものなので、例えば余剰はんだで埋まってしまっても差し支えない。
【００１７】
以上述べたように、本発明によれば、格子状電極配列型部品を実装するためのプリント配線板の表面に銅箔パッドを設け、銅箔パッドに開口部を設け、裏面にも銅箔パッドを設け、プリント配線板の表面の開口部を含む表面にはんだペースト印刷を行い、はんだペースト印刷面に格子状電極配列型部品を載置し、リフロー熱風ではんだペーストを溶かしてプリント配線板と格子状電極配列型部品とをはんだ接続するように構成したので、はんだリフロー時に発生するガスや余剰はんだを開口部から排出することができるので、はんだボイド発生を低減し、格子状電極配列型部品のはんだ接続の信頼性の向上を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明によるプリント回路板は、半導体装置を用いた制御基板や電源回路基板に用いることで、信頼性の高い制御信号や電源を産業機械に供給することができる。
【符号の説明】
【００１９】
１００ プリント配線板
１０１ａ 表面銅箔パッド
１０１ｂ 裏面銅箔パッド
１０２ 非スルーホール
１０３ 基板はんだレジスト
１０４ 格子状電極配列型部品
１０５ａ 部品電極
１０５ｂ エクスポーズドパッド
１０９ はんだペースト
１１０ リフロー熱風
１１１ ガス
１１２ 余剰はんだ
１１３ プリント回路板
１１４ はんだボイド
１１５ａ，１１５ｂ はんだ接合領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＢＧＡ（Ball Grid Array），ＬＧＡ（Land Grid Array），ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded Package）などの部品電極が部品底面に格子アレイ状に配列された格子状電極配列型部品を実装したプリント回路板の製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＱＦＰ（Quad Flat Package）の様な部品電極が周囲に配列されている部品をプリント配線板に実装する場合、プリント配線板の表面に部品電極接続用パッドを設け、パッドの上部にはんだペーストを塗布し、はんだペーストの上部に部品電極を自動部品搭載機で位置決め搭載し、未溶融のはんだペーストで部品を仮固定している。その後、遠赤外線や熱風等によるコンベア式はんだリフロー装置によりはんだペーストを溶かし、部品とプリント配線板をはんだ接続してプリント回路板を製作していた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２００７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、格子状電極配列型部品をプリント配線板へ実装する際に、はんだ接続部に発生する、はんだボイドを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を解決するために、本発明の実施態様は、格子状電極配列型部品を実装するためのプリント配線板の表面に銅箔パッドを設け、銅箔パッドに開口部を設け、裏面にも銅箔パッドを設け、プリント配線板の表面の開口部を含む表面にはんだペースト印刷を行い、はんだペースト印刷面に格子状電極配列型部品を載置し、リフロー熱風ではんだペーストを溶かしてプリント配線板と格子状電極配列型部品とをはんだ接続する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、はんだリフロー時に発生するガスや余剰はんだを排出することができるので、はんだボイド発生を低減し、格子状電極配列型部品のはんだ接続の信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】格子状電極配列型部品を実装するプリント配線板の構成図である。
【図２】ＬＧＡ部品の電極配列面を示す平面図である。
【図３】ＱＦＮ部品の電極配列面を示す平面図である。
【図４】格子状電極配列型部品の実装手順を示したフローチャートである。
【図５】格子状電極配列型部品の実装手順を示した実装工程フロー図である。
【図６】格子状電極配列型部品を実装した後のプリント回路板の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例】
【０００９】
図１は、格子状電極配列型部品を実装するプリント配線板１００の構成図であり、図１（ａ）は、接続パッド面を表す平面図、図１（ｂ）は、Ａ−Ａ′断面図である。格子状電極配列型部品の部品電極とはんだ接続する表面銅箔パッド１０１ａ、はんだ接続時に発生する余剰はんだを固着させる目的として、裏面銅箔パッド１０１ｂ、はんだ接続時に発生するガスの排出を目的として、表面銅箔パッド１０１ａと裏面銅箔パッド１０１ｂのほぼ中央に非スルーホール１０２と呼ぶ開口部を設ける。また、はんだ付け接続が必要ない部分に基板はんだレジスト１０３を塗布し、プリント配線板１００が構成されている。
【００１０】
図２は、ＬＧＡ部品の電極配列面を示す平面図であり、格子状電極配列型部品１０４としてＬＧＡ部品の電極配列面を表している。格子状電極配列型部品１０４の底面に部品電極１０５ａが格子アレイ状に配列されている。格子状電極配列型部品１０４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路部品やＦＰＧＡ部品などの多ピンの高密度電子部品に用いられている。これらは回路の高機能化並列処理による高速化に伴い、益々多ピン化の方向になってきている。
【００１１】
図３は、ＱＦＮ部品の電極配列面を示す平面図である。回路の発熱密度の増大に伴い、応用例として、図３に示すように、半導体チップの裏面にエクスポーズドパッド１０５ｂと呼ぶ比較的大きなパッドを持つ部品が上市されてきた。以下、上記各種格子状電極配列型部品を電気接続するための本発明による安定的なはんだ接続構造を説明する。
【００１２】
図４は、格子状電極配列型部品の実装手順を示したフローチャートである。また、図５は、格子状電極配列型部品の実装手順を示した実装工程フロー図である。図５（ａ）に示すプリント配線板１００は、通常、ガラスエポキシ基材の表裏面に約３５マイクロメートル厚の銅箔が貼り付けられた基材に、必要な部分のみエッチングパターンが形成される。その後、表裏面に導通の必要な個所をドリルで穴あけし、約２５マイクロメートル厚の銅メッキ導通用スルーホールが作成される。また、はんだ付け接続が必要ない部分に基板はんだレジスト１０３が塗布されている。本発明の表面銅箔パッド１０１ａと裏面銅箔パッド１０１ｂとの間にある非スルーホール１０２は導通用には使用しない。
【００１３】
そして、図４のステップ１０６のはんだペースト印刷を行う。対応する図５（ｂ）では、印刷機を使用して表面銅箔パッド１０１ａに、はんだペースト１０９を塗布する。その方法は、例えば、アルミ枠に貼り付けられた０.１２ミリメートルから０.１８ミリメートルの厚さのステンレス板に、予めはんだペースト印刷供給の必要な部分をエッチングした開口部を設け、メタルマスク版としてプリント配線板１００の表面銅箔パッド１０１ａに位置決め密着し、はんだペースト１０９をスキージやテフロン（登録商標）製ヘラ等で一定圧，一定速度で印刷供給する。
【００１４】
次に、図４のステップ１０７の格子状電極配列型部品搭載を行う。対応する図５（ｃ）を参照すると、格子状電極配列型部品１０４の部品電極１０５を、表面銅箔パッド１０１ａへ位置決め搭載する。その方法は、部品をトレー等の容器から１個ずつ真空吸着ヘッドで取り出し、光学系画像処理された基板と部品の位置決めマークの位置関係を自動計算し、真空吸着ヘッドが基板の表面銅箔パッド１０１ａと部品電極１０５とを自動位置決め搭載する。
【００１５】
次に、図４のステップ１０８のはんだリフローを行う。対応する図５（ｄ）では、格子状電極配列型部品１０４とプリント配線板１００を、図示しないリフロー装置による熱風１１０で加熱する。すると、はんだペースト１０９が融点に達して溶けることで、格子状電極配列型部品１０４とプリント配線板１００がはんだ接続される。このはんだ接続の際、はんだペースト１０９が溶ける時に発生するガス１１１は、非スルーホール１０２を経由し、プリント配線板１００の裏側へ排出される。また、余剰はんだ１１２も非スルーホール１０２を経由し、プリント配線板１００の裏面銅箔パッド１０１ｂに固着される。その後、図５（ｅ）に示すように、冷却することで、プリント回路板１１３が完成する。
【００１６】
図６は、格子状電極配列型部品を実装した後のプリント回路板の断面図であり、本発明と従来技術によるプリント回路板１１３を比較するものである。図６（ａ）の従来技術では、はんだペースト１０９が溶ける際に発生するガス１１１が抜けずに溜まってしまい、はんだボイド１１４として残ってしまう。また、はんだ接合領域１１５ａが小さいため接続強度が弱く、はんだ接続の信頼性が問題となる。図６（ｂ）の本発明では、はんだリフロー時に発生したガス１１１が、非スルーホール１０２を経由して、プリント配線板１００の裏側へ排出される。また、余剰はんだ１１２も非スルーホール１０２を経由して、プリント配線板１００の裏面銅箔パッド１０１ｂに固着される。はんだ接合領域１１５ｂは、従来技術のはんだ接合領域１１５ａよりも大きく、接続強度が高まっているので、はんだ接続の信頼性が向上している。非スルーホール１０２は、はんだペースト１０９が溶ける際に発生するガス１１１の排出と、余剰はんだの排出および固着の目的で設けられたものなので、例えば余剰はんだで埋まってしまっても差し支えない。
【００１７】
以上述べたように、本発明によれば、格子状電極配列型部品を実装するためのプリント配線板の表面に銅箔パッドを設け、銅箔パッドに開口部を設け、裏面にも銅箔パッドを設け、プリント配線板の表面の開口部を含む表面にはんだペースト印刷を行い、はんだペースト印刷面に格子状電極配列型部品を載置し、リフロー熱風ではんだペーストを溶かしてプリント配線板と格子状電極配列型部品とをはんだ接続するように構成したので、はんだリフロー時に発生するガスや余剰はんだを開口部から排出することができるので、はんだボイド発生を低減し、格子状電極配列型部品のはんだ接続の信頼性の向上を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明によるプリント回路板は、半導体装置を用いた制御基板や電源回路基板に用いることで、信頼性の高い制御信号や電源を産業機械に供給することができる。
【符号の説明】
【００１９】
１００ プリント配線板
１０１ａ 表面銅箔パッド
１０１ｂ 裏面銅箔パッド
１０２ 非スルーホール
１０３ 基板はんだレジスト
１０４ 格子状電極配列型部品
１０５ａ 部品電極
１０５ｂ エクスポーズドパッド
１０９ はんだペースト
１１０ リフロー熱風
１１１ ガス
１１２ 余剰はんだ
１１３ プリント回路板
１１４ はんだボイド
１１５ａ，１１５ｂ はんだ接合領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
格子状電極配列型部品を実装するためのプリント配線板の表面に銅箔パッドを設け、該銅箔パッドに開口部を設け、裏面にも銅箔パッドを設け、プリント配線板の表面の開口部を含む表面にはんだペースト印刷を行い、はんだペースト印刷面に格子状電極配列型部品を載置し、リフロー熱風ではんだペーストを溶かしてプリント配線板と格子状電極配列型部品とをはんだ接続することを特徴とする格子状電極配列型部品を実装したプリント回路板の製造方法。
【請求項２】
プリント配線板の格子状電極配列型部品の電極とはんだ接続される表面に銅箔パッドを有し、前記表面に対して裏面に銅箔パッドを有し、前記表面の銅箔パッドと前記裏面の銅箔パッドとの間を貫通する開口部を設け、前記表面の銅箔パッドと前記格子状電極配列型部品の電極との間をはんだ接続したことを特徴とする格子状電極配列型部品を実装したプリント回路板。
【請求項１】
格子状電極配列型部品を実装するためのプリント配線板の表面に銅箔パッドを設け、該銅箔パッドに開口部を設け、裏面にも銅箔パッドを設け、プリント配線板の表面の開口部を含む表面にはんだペースト印刷を行い、はんだペースト印刷面に格子状電極配列型部品を載置し、リフロー熱風ではんだペーストを溶かしてプリント配線板と格子状電極配列型部品とをはんだ接続することを特徴とする格子状電極配列型部品を実装したプリント回路板の製造方法。
【請求項２】
プリント配線板の格子状電極配列型部品の電極とはんだ接続される表面に銅箔パッドを有し、前記表面に対して裏面に銅箔パッドを有し、前記表面の銅箔パッドと前記裏面の銅箔パッドとの間を貫通する開口部を設け、前記表面の銅箔パッドと前記格子状電極配列型部品の電極との間をはんだ接続したことを特徴とする格子状電極配列型部品を実装したプリント回路板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−４９２０５（Ｐ２０１２−４９２０５Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８７７８１（Ｐ２０１０−１８７７８１）
【出願日】平成２２年８月２５日（２０１０．８．２５）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２５日（２０１０．８．２５）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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