JPH11111904A - 半田印刷基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半田が予定された量だけ正確に基板上に付着
すると共に、従来のような基板上に残る半田ペーストの
ダレ、にじみや量不足等の種々の印刷不良、或いはいわ
ゆるブリッジ現象によるショート等の問題を確実に防止
できる半田印刷基板の製造方法を提供する。 【解決手段】 印刷用スクリーン２８の透孔２７を基板
２２上の所定位置に位置合わせして印刷用スクリーン２
８を基板２２上に固定し、リフロー加熱によりペースト
状態から溶融状態に状態変化可能な半田ペースト２９を
スクリーン印刷法により印刷用スクリーン２８の透孔２
７内に充填させ、印刷用スクリーン２８を基板２２上に
固定したまま半田ペースト２９をリフロー加熱してペー
スト状態から溶融状態に状態変化させ、溶融状態となっ
た半田を冷却して固体状態に状態変化させ、印刷用スク
リーン２８を基板２２上から剥離させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばＢＧＡ（Ｂ
ａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）パッケージ等の基板の
ように、ＬＳＩ等のチップ電子部品のようなマザー基板
に直接搭載しない電子部品を中継して搭載してそれをマ
ザー基板に搭載するのに用いる中継基板のような基板に
関し、特にその基板の上にスクリーン印刷法により半田
ペーストを付着させて製造する半田印刷基板の製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の半田印刷基板の製造方法として
は、例えば上記ＢＧＡパッケージの中継基板の製造方法
として、図７ないし図９に示すようなものがある。すな
わち同図に示すＢＧＡパッケージＢは、図７に示すよう
に、一方の面にモールド樹脂５１で被覆した半導体素子
５０を搭載する中継基板５２と、この中継基板５２の他
方の面に、図８に示すように縦横に整列状態に取り付け
られると共に、図９に示すように、ボンディングワイヤ
５３や導体リード５４を介して半導体素子５０と電気的
に接続される複数の半田ボール５５を設けることにより
完成するものである。

【０００３】このようなＢＧＡパッケージＢの中継基板
５２に、複数の半田ボール５５を設けるためには、従来
は、図１０に示すような方法で行われている。すなわ
ち、図１０（ａ）に示すように、予め中継基板５２の一
方の面にモールド樹脂５１で被覆した半導体素子５０、
ボンディングワイヤ５３、導体リード５４等を装着す
る。

【０００４】そして、中継基板５２の他方の面に、図１
０（ｂ）に示すように、複数の半田ボール５５を形成す
る位置に複数の透孔５７を形成した印刷用スクリーン５
８を位置決めして固定し、各透孔５７内にスクリーン印
刷法で、練り歯磨き状の半田ペースト５９を転動ローラ
ーにより転圧をかけながら押し込んで充填し、半田ペー
スト５９をその粘着力により中継基板５２上に一時的に
固着させる。

【０００５】そして印刷用スクリーン５８を中継基板５
２から剥離して取り除くことによって、図１０（ｃ）に
示すように、リフロー前の未整形の半田ペースト塊６０
が中継基板５２の面に固着して形成される。

【０００６】その後図１０（ｄ）に示すように、モール
ド樹脂５１や中継基板５２を介して半田ペースト塊６０
を加熱することによりリフロー、すなわち加熱により半
田ペースト塊６０をペースト状態から溶融状態に状態変
化させてほぼ半球状に整形し、この整形してできた半田
ボール５５を中継基板５２の面に溶着して固定すること
によって、ＢＧＡパッケージＢを完成させることができ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の半田印刷基板の製造方法においては、半田
ペースト５９の印刷後に印刷用スクリーン５８を中継基
板５２から剥離する際に、中継基板５２上に残る半田ペ
ースト塊６０の量が各位置毎に均一にならなければいけ
ないのに、半田ペースト５９の一部が印刷用スクリーン
５８の透孔５７の側壁面に付着して持って行かれ、図１
１（ａ）に示すように、それらの量が各位置毎に異なっ
て不均一となってしまい、言い換えれば、各位置毎に残
る半田ペースト塊６０の量が予定された量とは異なる量
に変化してしまうという問題があった。

【０００８】また、図１１（ｂ）に示すように中継基板
５２上に残る半田ペースト塊６０がダレて不整形となっ
たり、図１１（ｃ）に示すように半田ペースト塊６０の
周りににじみが出来たり、或いは図１１（ｄ）に示すよ
うに半田ペースト塊６０が、印刷用スクリーン５８の透
孔５７の目詰まり等により中継基板５２上に少ししか付
着しなかったりというような、種々の印刷不良が起こる
という問題があった。

【０００９】さらに、上記のように中継基板５２上に残
る半田ペースト塊６０の量が各位置毎に異なって不均一
となることと関連して、半田ペースト塊６０がリフロー
用の加熱により溶融した際に、図１２に示すように、隣
合う半田ペースト塊６０同士がくっついてしまうブリッ
ジ現象が生じることがある。すると、給電時に通電して
はいけない端子間でショート（短絡）が生じるという問
題があった。

【００１０】そこで本発明は、上記問題点に鑑みて、半
田が予定された量だけ正確に基板上に付着すると共に、
従来のような基板上に残る半田ペーストのダレ、にじみ
や量不足等の種々の印刷不良、或いはいわゆるブリッジ
現象によるショート等の問題を確実に防止できる半田印
刷基板の製造方法を提供することを課題とするものであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明による半田印刷基板の製造方法は、印刷用ス
クリーンの透孔を基板上の所定位置に位置合わせして前
記印刷用スクリーンを前記基板上に固定し、リフロー加
熱によりペースト状態から溶融状態に状態変化可能な半
田ペーストをスクリーン印刷法により前記印刷用スクリ
ーンの透孔内に充填させ、前記印刷用スクリーンを前記
基板上に固定したまま半田ペーストをリフロー加熱して
ペースト状態から溶融状態に状態変化させ、前記溶融状
態となった半田を冷却して固体状態に状態変化させ、前
記印刷用スクリーンを前記基板上から剥離させることを
特徴としたものである。

【００１２】このような半田印刷基板の製造方法によれ
ば、印刷用スクリーンを基板上に固定したまま半田ペー
ストをリフロー加熱してペースト状態から溶融状態に状
態変化させ、この溶融状態となった半田を冷却して固体
状態に状態変化させ、それから印刷用スクリーンを基板
から剥離させるようにしたため、印刷スクリーンの透孔
内の半田ペーストは一体的に固体化するので、半田を透
孔内の雌型形状とほぼ完全に同一の雄型形状に形成する
ことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面に基づいて具体的に説明する。図１ないし図６
は、本発明による半田印刷基板の製造方法の第１の実施
の形態に係るＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａ
ｙ）パッケージＡの製造方法を説明するために参照する
図である。

【００１４】図１においてＢＧＡパッケージＡは、一方
（図中下方）の面に半導体素子２０、ボンディングワイ
ヤ２３や導体リード２４を搭載すると共に、これらをモ
ールド樹脂２１で被覆した中継基板２２（基板）を有し
ている。このようなＢＧＡパッケージＡは、中継基板２
２の他方（図中上方）の面に、上記ボンディングワイヤ
２３や導体リード２４を介して半導体素子２０と電気的
に接続される、複数の半田ボールを設けることにより完
成する。

【００１５】このようなＢＧＡパッケージＡは、それら
の半田ボールをリフロー加熱により溶融して中継基板２
２をマザー基板（ＰＷＢ、プリントワイヤーボード）の
プリントパターンに接続することにより、マザー基板に
装着することができる。装着方法としては、チップ部品
自動装着機により行うことができる。チップ部品とは、
例えば抵抗、コンデンサー等の電子部品のことである。

【００１６】以下に、このようなＢＧＡパッケージＡの
中継基板２２に複数の半田ボールを設ける方法について
説明する。まず図２に示すように、予め一方の面上にモ
ールド樹脂２１で被覆した、半導体素子２０、ボンディ
ングワイヤ２３、導体リード２４等を搭載した中継基板
２２の、他方の面上に、複数の半田ボールを形成する位
置に複数の透孔２７を開口した印刷用スクリーン２８を
位置決めして、図示しない手段により印刷用スクリーン
２８を中継基板２２に固定する。

【００１７】このとき用いる印刷用スクリーン２８はス
テンレススチール製で、その透孔２７の形成方法として
は、エッチング液で腐食させて透孔２７を開口するエッ
チング方式を用いるのではなく、メッキによって透孔２
７を開口形成するアディティブ方式が用いられる。

【００１８】次に、図３に示すように、印刷用スクリー
ン２８の各透孔２７内に、スクリーン印刷法で練り歯磨
き状の半田ペースト２９を、転動ローラー３２により転
圧をかけながら押し込んで充填させる。

【００１９】次に、印刷用スクリーン２８の上から転動
ローラー３２及び残った半田ペースト２９を除去する
が、図４に示すように、印刷用スクリーン２８はそのま
ま中継基板２２上に固定した状態にして、その状態のま
ま半田ペースト２９を印刷用スクリーン２８及びＢＧＡ
パッケージＡと共にリフロー加熱する。すると半田ペー
スト２９は練り歯磨き状態から溶融状態の半田に状態変
化する。

【００２０】印刷用スクリーン２８にはステンレススチ
ールが用いられているので、リフロー加熱温度が１５０
℃〜２２０℃位になっても透孔２７の形状や大きさが変
化することはなく、このように耐熱性の点で問題となる
ことはない。またこの印刷用スクリーン２８を支持する
支持フレームとの間の連結部にも耐熱性のある接着剤を
用いることにより、この連結部においても耐熱性の点で
問題となることはない。

【００２１】次に、印刷用スクリーン２８を中継基板２
２上から剥離させないで上記溶融状態となった半田を冷
却させると、半田は溶融状態から固体状態に状態変化す
る。それから印刷用スクリーン２８を中継基板２２上か
ら剥離させると、図５に示すように半田ボール２５が中
継基板２２上に付着した状態で残る。

【００２２】印刷用スクリーン２８の透孔２７は前述の
ようにアディティブ方式により形成されるので、前記エ
ッチング方式による透孔のようにバリが出来ることはな
く、透孔２７の開口部は平滑になるので、印刷用スクリ
ーン２８の透孔２７は半田ボール２５から容易に離脱
（版離れ）することができる。

【００２３】また、上記のようなステンレススチール製
の印刷用スクリーン２８を用いることにより、印刷用ス
クリーン２８の上・下面及びその開口部には、半田付け
しようとする母材の表層部中に半田中の錫（Ｓｎ）が拡
散することによって作られる、いわゆる合金層が出来な
いため、この点からもリフロー加熱後容易に半田ボール
２５から印刷用スクリーン２８は離脱することができ
る。

【００２４】また、従来のような生ペースト状態の半田
ペースト塊６０は長期保存に耐えることができないのに
対し、本発明の実施の形態に係るＢＧＡパッケージＡの
半田ボール２５は固体状態なので長期保存に耐えること
ができる。このため、いわゆるマルチ生産における次工
程待ちの無駄を無くすことができる。

【００２５】すなわち、例えば、スクリーン印刷を行う
第１工程、チップ部品を自動装着させる高速自動装着機
を用いて行う第２工程、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ
ｐａｃｋａｇｅ）やＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ Ｏｕｔｌｉｎ
ｅ ｐａｃｋａｇｅ）等のリード部品を自動装着させる
低速自動装着機を用いて行う第３工程、リフロー炉によ
りリフロー加熱を行う第４工程等を、順次行う実装工程
ラインを想定し、上記第１工程にかかる時間が４５秒、
第２工程にかかる時間が６０秒、第３工程にかかる時間
が１２０秒だとすると、第２工程より第３工程の方が倍
の時間がかかるため、第２工程終了後に次工程（第３工
程）待ちの無駄な時間が生じてしまう。

【００２６】そこで、上記第１〜第４工程を順番通りに
行わずに、各々の工程を個別に順不同に適宜行うことに
より、上記次工程待ちの無駄な時間が生じるのを防止す
ることができるマルチ生産方式が考えられるが、本発明
の半田印刷基板の製造方法によれば、上記実施の形態の
ＢＧＡパッケージＡのように半田ボール２５は長期保存
に耐えることができるので、上記マルチ生産方式の実現
に大きく寄与することができる。

【００２７】ＢＧＡパッケージＡをマザー基板に搭載す
る場合は再びリフローの加熱を行うが、その際には半田
ボール２５にフラックスを塗ることにより、不純物を除
去して半田ボール２５と接続する相手方のマザー基板の
プリントパターンとの接続性を向上させることができ
る。

【００２８】フラックスには活性化フラックス、非活性
化フラックス、水溶性フラックス、有機酸系フラック
ス、無機系フラックス等の種類が有り、半田ペーストと
の混ぜ合わせや、上記のようにリフロー加熱による半田
付け時に、半田ボールにフラックスを塗ること等により
使用するものである。

【００２９】上記のようにして中継基板２２上に付着し
た半田ボール２５は、印刷用スクリーン２８の透孔２７
内で全く一体的に固体化するので、図６に示すように、
角部や周部がほとんど欠けない状態で残り、半田ボール
２５を印刷用スクリーン２８の透孔２７内の雌型形状と
ほぼ完全に同一の雄型形状に形成することができる。

【００３０】このため、半田が予定された量だけ正確に
基板上に付着すると共に、従来のような基板上に残る半
田ペーストのダレ、にじみや量不足等の種々の印刷不
良、或いはいわゆるブリッジ現象によるショート等の問
題を確実に防止することができる。

【００３１】このように半田が予定された量だけ正確に
基板上に付着することができるため、微細ピッチ（超フ
ァインピッチ）、微細サイズの印刷パターンのスクリー
ン印刷も可能となる。

【００３２】なお、前記実施の形態では半田ボール２５
の形状、大きさが皆同じとなるＢＧＡパッケージについ
て説明したが、半田ボール２５の形状、大きさが皆同じ
でない、ＢＧＡパッケージ以外の基板についても本発明
は適用することができる。

【００３３】また、前記実施の形態においては印刷用ス
クリーン２８にステンレススチールを用いた場合につい
て説明したが、その他、ポリイミド素材等、リフロー加
熱により寸法や形状が変化しない耐熱性を有する材料で
あれば、どのような材料を用いてもよい。

【００３４】以上、本発明の実施の形態について具体的
に述べてきたが、本発明は上記の実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の技術的思想に基づいて、その
他にも各種の変更が可能なものである。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
印刷用スクリーンの透孔内の半田ペーストは一体的に固
体化するので、半田はその透孔内の雌型形状とほぼ完全
に同一の雄型形状に形成されるため、半田が予定された
量だけ正確に基板上に付着すると共に、従来のような基
板上に残る半田ペーストのダレ、にじみや量不足等の種
々の印刷不良、或いはいわゆるブリッジ現象によるショ
ート等の問題を確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半田印刷基板の製造方法の第１の
実施の形態に係るＢＧＡパッケージＡを示す図であり、
図１（ａ）はその一部断面側面図、図１（ｂ）はその斜
視図である。

【図２】ＢＧＡパッケージＡの製造方法の一工程を示す
一部断面側面図である。

【図３】ＢＧＡパッケージＡの製造方法の一工程を示す
一部断面側面図である。

【図４】ＢＧＡパッケージＡの製造方法の一工程を示す
一部断面側面図である。

【図５】完成したＢＧＡパッケージＡを示す図であり、
図５（ａ）はその一部断面側面図、図５（ｂ）は図５
（ａ）に示すＢＧＡパッケージＡの上面図である。

【図６】個々の半田ボール２５を示す図であり、図６
（ａ）はその側面図、図６（ｂ）はその上面図である。

【図７】従来のＢＧＡパッケージＢを半導体素子５０側
から見た斜視図である。

【図８】従来のＢＧＡパッケージＢを半田ボール５５側
から見た斜視図である。

【図９】従来のＢＧＡパッケージＢを示す一部断面側面
図である。

【図１０】従来のＢＧＡパッケージＢの中継基板５２上
に半田ボール５５を形成する方法を図１０（ａ）〜
（ｄ）の順に示す一部断面側面図である。

【図１１】従来のＢＧＡパッケージＢの中継基板５２上
に形成した半田ペースト塊６０を示す図であり、図１１
（ａ）は印刷不良により大きさが均一でない半田ペース
ト塊６０の側面図、図１１（ｂ）〜（ｄ）は各種の印刷
不良に係る半田ペースト塊６０の上面図である。

【図１２】印刷不良によるブリッジ現象を一部に生じて
いる複数の半田ペースト塊６０の上面図である。

【符号の説明】

２０…半導体素子、２１…モールド樹脂、２２…中継基
板、２３…ボンディングワイヤ、２４…導体リード、２
５…半田ボール、２７…透孔、２８…印刷用スクリー
ン、２９…半田ペースト、３２…転動ローラー、５０…
半導体素子、５１…モールド樹脂、５２…中継基板、５
３…ボンディングワイヤ、５４…導体リード、５５…半
田ボール、５７…透孔、５８…印刷用スクリーン、５９
…半田ペースト、６０…半田ペースト塊

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 印刷用スクリーンの透孔を基板上の所定
   位置に位置合わせして前記印刷用スクリーンを前記基板
   上に固定し、 リフロー加熱によりペースト状態から溶融状態に状態変
   化可能な半田ペーストをスクリーン印刷法により前記印
   刷用スクリーンの透孔内に充填させ、 前記印刷用スクリーンを前記基板上に固定したまま半田
   ペーストをリフロー加熱してペースト状態から溶融状態
   に状態変化させ、 前記印刷用スクリーンを前記基板上に固定したまま前記
   溶融状態となった半田を冷却して固体状態に状態変化さ
   せ、 半田が固体状態に状態変化したら前記印刷用スクリーン
   を前記基板上から剥離させることを特徴とする半田印刷
   基板の製造方法。
2. 【請求項２】 前記印刷用スクリーンをステンレススチ
   ールにより形成したことを特徴とする請求項１に記載の
   半田印刷基板の製造方法。
3. 【請求項３】 前記印刷用スクリーンの透孔をメッキに
   よるアディティブ方式により平滑に形成したことを特徴
   とする請求項１に記載の半田印刷基板の製造方法。