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発明の名称 パッド用はんだの平坦化方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−125168
公開日 平成6年(1994)5月6日
出願番号 特願平4−272655
出願日 平成4年(1992)10月12日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 本田 美智晴 / 佐藤 勲 / 吉見 健二 / 森永 賢一郎
要約 目的
プリント基板はんだ付けパッド上に溶融はんだによって半円弧状にコートされたはんだメタライズを平坦かつ粗面化し、部品リードの搭載,加圧・加熱時にすべらなくするための方法を提供することにある。

構成
プリント基板用はんだ付けパッド上にコートされたはんだ上にパッド幅に見合うローラで連続的に押圧を加えて、平坦化する。
特許請求の範囲
【請求項1】プリント基板用はんだ付けパッド上にコートされたはんだ上を、パッド長に見合う幅の粗面ローラで連続的に押圧し、平坦化するとともに該表面を粗面にすることを特徴とした、パッド用はんだの平坦化方法。
【請求項2】請求項1において、ローラが対向する2辺のパッドに整合すべく2つのローラでもって構成されていることを特徴とする、パッド用はんだの平坦化方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】電子機器の高密度,小形,高性能化に対してもっともドライビングフォースとなっているのはLSIパッケージの多ピン,狭ピッチ化である。本発明はこのようなLSIパッケージのはんだ付けを行うプリント基板の、微細面積を有するはんだ付けを確実にし、特に部品交換時の作業性を好適にする方法に関する。
【0002】
【従来の技術】上記はんだ付けパッドのメタライズ方法は、多様な方法が用いられてきた。例えば(1)はんだの電気めっき(2)溶融はんだに浸漬して、これを引き上げながら熱風を吹き付ける方法(はんだレベラー)(3)無電解めっき方法(4)はんだペースト印刷後のリフロー(5)蒸着等はんだ供給方法は多く、それぞれ実用化上の利点・欠点を有しながら実用化されている。
【0003】しかるに、上記の方法を微細パッド上のメタライズ、特に所定厚さを有する微細量のはんだ供給方法として利用する場合には、前述の多くの方法について、その断面形状が図1のように半円弧状になることによる実用上の悪影響が顕著である。一般に部品リード形状が平坦で、これを搭載する場合に、搭載時の押し圧によってリードがはんだ上を滑ってしまい、ブリッジを生じるだけでなく接続そのものが困難になり、さらにこの部品を除去,再作業しなければならない等の欠陥が明らかになった。特に最近はリードを直接に加圧・加熱するはんだ付け方法の実用化が重要であるが、せっかく搭載機を高性能化しても、リードを介してはんだを加圧するめ、せっかく高精度に搭載したリードがすべってしまう問題点の解決が急務である。特に部品交換作業の目的には、他の部品が周辺にはんだ付けされていて、また基板の裏面にも部品がはんだ付けされている場合にもパッド上をリードがすべることなく、確実に部品をはんだ付けしなければならない。
【0004】図2にすべりによるリードの位置ずれ状態の例を示す。このパッド上はんだ1の半円弧状形状の曲率は、パッドの幅が狭く、はんだ厚さが厚いほど顕著なことは明らかである。この理由は、前述の多くの方法がはんだを厚く、かつ一度は溶融するために、表面張力によってその断面形状が円弧状になってしまう、物理科学的現象によるためである。したがってその円弧状断面を平坦化するには、必然的に他の方法を付加すべきである。その一例として特公平3−81319号公報(配線基板の修復方法)は、はんだの溶融温度に達しない温度に加熱したツールではんだを加圧して平滑化しようとするものである。しかしながら本方法では先端の温度制御機構を有する加熱ツールが必要であり、またはんだの軟化を期待しているとは言え加圧力もそれほど小さくならない欠点を有している。またこの後にさらに部品を搭載して本加熱してはんだ付けするのであるが、最近の部品はパッドが微細化し、基板から剥離する危険性が増加しているため、該方法のように加熱回数を増すことは好ましくない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記の欠点を避けるためには、はんだを室温で機械的に押しつぶす方法が有力であり、圧延やプレス方法の利用が容易に推定される。しかしながらパッド上の微細はんだであっても、これを単に垂直荷重でのプレスしようとすると、その荷重値は極めて大きく、また実際にプレス法ではプリント基板のパッド配置に即した形状に加工した圧縮型を準備する必要がある。例えば、幅が0.15mmの図1の形状のはんだ上を平滑な面で圧縮し、その荷重を荷重センサ(ロードセル)を用いて測定したが、2kgfでもっても変形が認められなかった。したがって1列に400ケに及ぶパッド列を有する部品用の基板においては、800kgfの荷重が必要なことを意味する。このような荷重をプリント板に加えることは、実用上困難である。
【0006】これを円柱状のローラを用いた圧延法に置き換えると、加圧力が少なくてよいことは一般的に理解の及ぶことである。そこでまず直径80mmで、幅が対抗するパッド列の距離より大きい金属性ローラを用い、5kgfの押し付け荷重を加えながらパッド上を転がして圧延する時に、幅が0.15mm,はんだの最頂部の厚さ30ミクロンの場合について、必要な加圧力を感圧紙((株)富士フィルム社の低圧力用)を用いて測定した。その結果、図3のように一回の加圧で円弧上のはんだの頂部のみがつぶれるに必要な荷重は80〜100kgf/cm2であった。この5kgfの値は、手作業で疲れない程度の押し付け力を想定したものである。はんだを所望の平坦度に一度で平滑化するには、上記加圧力を少なくとも100倍程度の極めて大きな値にしない限り、実現の困難なことがわかった。このような圧力は機械力をもちいれば可能であるが、実用的でない。特に部品を基板の両面に実装した基板について、部品交換作業にこれを適用しようとした場合には、このような大きな荷重を加えることは基板や部品の破壊を招き、実用化は困難である。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、多様なパッド形状について前記の機械的方法の欠陥を改善するために、比較的簡単な方法でもってパッドの円弧状はんだを平坦化する方法を提供するにある。なお本問題の解決には、はんだを一度の加圧操作でもって一度に所望の平坦化することを必要ない。少なくとも5〜10回程度の繰り返しで実現しようとものであるが、それは上記の過度の加圧力を避け、実用に適した方法を提供するためである。すなわちローラ幅をパッド長さに近い値にすることにより、押し圧力を減ずることができ、パッド長さ1.5mmに対して必要な加圧力は上記の5kgfで済むことが確認されている。以下にこの原理を用いた実施例を述べる。
【0008】
【作用】本発明により、手作業程度の低荷重でもってパッド上の半円弧状はんだを能率的に平坦かつ粗面化でき、部品リードの搭載、接続時とその後の加圧・加熱時のすべりを防止し、欠陥のない接続が可能になる。
【0009】
【実施例】本発明の1実施例を図3について説明する。図4のごとく構成したローラは、はんだをコートしたパッド列1に対して、1ケのローラ5を有し、該ローラ5の幅はパッド1の長さと同じかやや大きい程度に構成する。一般には対抗する2列のパッドを有するから、2ケのローラ5を有し、ローラの保持と押圧のために、ローラとは回転自在に取り付けた回転軸受板6の上部に、該回転軸受板6とはさらに回転自在に取り付けた押圧用丸棒7を設けるものとする。この押圧用丸棒7は手作業の作業者が手に握りやすい寸法に構成でき、適切な押圧量でもって押圧,駆動すれば良い。該押圧量はヘッド下部に荷重センサを先端に設ける(図示せず)ことで、制御可能である。また、手作業による押圧,駆動においては、30度程度の傾斜角をもたせることが好ましく、この理由は作業性から見て一般的に承認されることである。ローラの材質は、はんだとはぬれ性の悪いステンレス鋼が好ましい。
【0010】なお構成したローラ表面を粗面化することにより、平坦化作業を能率良くできるとともに、はんだの面を粗面化できるため摩擦抵抗が増す。そこで部品の搭載,加圧・加熱時のすべりを防止できる。さらにこの目的には、ローラを硬質のウレタンゴム等の粘弾性材で構成することも有用である。
【0011】
【発明の効果】本発明によれば、微細ピッチのパッド列の円弧状はんだを平坦化でき、多ピン,狭ピッチの表面実装部品,なかんずくLSIパッケージのリードを高精度で搭載し、また加圧・加熱法によるはんだ付けにおけるすべり防止を解消して、確実なはんだ付けができる。




 

 


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