説明

プリント配線基板への電子部品の実装方法

【課題】加熱による塑性変形に影響されずに、プリント配線基板へ電子部品を精度良く実装する。
【解決手段】実装用のプリント配線基板1と同じ形状の試験用のプリント配線基板1Tを使用して予め塑性変形係数δを測定しておき、実装用のプリント配線基板1のA面の配線パターン1aに第1の電子部品2-1,2-2を半田付けすることによって塑性変形が生じたときには、初期の位置データXb1,Xb2を塑性変形係数δで補正して、この補正した位置データに基づいてB面の配線パターン1bに第2の電子部品3-1,3-2を実装する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、プリント配線基板への電子部品の実装方法、特に両面プリント配線基板等の熱変形による実装位置ずれ防止技術に関するものである。
【背景技術】
【0002】
例えば、プリント配線基板の表面と裏面に配線パターンを形成し、その両面にそれぞれ電子部品を搭載する両面基板では、設計した配線パターンの寸法に基づいて表面と裏面のそれぞれに対するクリーム半田印刷用のメタルマスクを作製すると共に、マウンター(部品自動搭載機)用の位置データを作成する。そして、表面用のメタルマスクを使用して基板表面にクリーム半田を印刷し、その上にマウンターを使用して電子部品を搭載し、これをリフロー炉に入れて加熱してクリーム半田を溶融させて半田付けを行う。
【0003】
その後、表面に電子部品が実装された基板をリフロー炉から取り出して冷却し、今度は裏面用のメタルマスクを使用して基板の裏面にクリーム半田を印刷する。更に、マウンターを使用して基板の裏面に裏面用の電子部品を搭載し、これをリフロー炉に入れて加熱してクリーム半田を溶融させて半田付けを行う。
【0004】
このとき、裏面用のクリーム半田として、その融点が表面用のクリーム半田の融点より低いものを使用し、リフロー炉の温度を2種類のクリーム半田の融点の中間となるように設定することで、表面に実装済みの電子部品の脱落を防止するようにしている。
【0005】
【特許文献1】特開2007−110095号公報
【特許文献2】特開2007−134569号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、前記両面基板に対する電子部品の実装方法では、次のような問題が有った。
【0007】
例えば、難燃性のガラス布基材エポキシ樹脂を使用して一般的な耐熱性を備えた銅張り積層板であるFR−4基板では、そのガラス転移温度Tgが120〜140℃である。一方、Sn−Ag−Cu半田の半田付け温度は210℃以上となっている。従って、基板の表面にクリーム状のSn−Ag−Cu半田を塗布し、電子部品を搭載して半田付けを行う場合、基板温度がガラス転移温度Tgを超えるまで加熱する必要がある。基板は加熱によって膨張するが、その温度がガラス転移温度Tgを超えると、弾性変形領域を超えて塑性変形が発生する。このため、半田付け後に常温まで冷却しても元の寸法に戻らず、一回り大きなサイズになってしまう。
【0008】
基板の寸法が変化すると、裏面に形成されている配線パターンの寸法も変化してしまい、予め準備しておいた裏面用のメタルマスクや、マウンター用の位置データとの誤差が生ずる。小さい基板の場合は、全体の変形量も少なく許容誤差の範囲内に収まるので問題は無い。しかし、大型の基板の場合は、全体の変形量が大きくなるので、正常に実装できない電子部品が生ずるというおそれがあった。また、基板の内部にICチップ等の電子部品を埋め込んだ電子部品内蔵基板の中間層の基板として使用するプリント配線基板は、厚さが0.1mm程度と薄いので、塑性変形による全体の変形量が大きくなり、大型の基板と同様の問題があった。
【0009】
本発明は、加熱による塑性変形に影響されずに、プリント配線基板へ電子部品を精度良く実装する方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明は、電子部品を搭載するための位置データに基づいて形成された配線パターンを有するプリント配線基板への電子部品の実装を、次のような処理を順次実行することによって行うことを特徴としている。
【0011】
先ず、プリント配線基板と同じ形状の試験用のプリント配線基板をそのガラス転移温度以上に加熱することによって予め塑性変形係数を測定する塑性変形測定処理を行い、次に、実装用のプリント配線基板が塑性変形を生じていないときに、前記位置データに基づいて第1の電子部品を搭載して半田付けする第1の実装処理を行う。更に、前記第1の実装処理によって塑性変形が生じたプリント配線基板に第2の電子部品を搭載するときに、前記塑性変形測定処理で求めた塑性変形係数に基づいて前記位置データを補正し、該補正した位置データに基づいて該第2の電子部品を実装する第2の実装処理を行う。
【発明の効果】
【0012】
本発明では、実装用のプリント配線基板と同じ形状の試験用のプリント配線基板を使用して予め塑性変形係数を測定しておき、実装用のプリント配線基板に第1の電子部品を半田付けすることによって塑性変形が生じたときには、初期の位置データを塑性変形係数で補正して、この補正した位置データに基づいて第2の電子部品を実装するようにしている。これにより、半田付け等の加熱による塑性変形に影響されずに、プリント配線基板へ電子部品を精度良く実装することができる、という効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
この発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、次の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかになるであろう。但し、図面は、もっぱら解説のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。
【実施例1】
【0014】
図1は、本発明の実施例を示す電子部品の実装方法の説明図である。
この電子部品の実装方法は、図1(a)に示すように、絶縁基板の表面(A面)と裏面(B面)にそれぞれ配線パターン1a,1bが形成された両面プリント配線基板1に対して、表面に電子部品2-1,2-2を、裏面に電子部品3-1,3-2をそれぞれ実装するものである。
【0015】
ここで、表面の電子部品2-1,2-2の実装位置は、図の左端を基準点Oとして、Xa1,Xa2であり、裏面の電子部品3-1,3-2の実装位置は、図の左端を基準点Oとして、Xb1,Xb2である。そして、配線パターン1a,1bは、これらの電子部品2-1,2-2,3-1,3-2の位置データに基づいた寸法で形成されている。
【0016】
なお、実装する電子部品の数は一例である。また、図にはX方向(例えば、横方向)のみを示しているが、Y方向(縦方向)についても同様である。以下の説明は、X方向についてのみ行うことにする。
【0017】
電子部品の実装に先立ち、図1(b)に示すように、実際に電子部品を搭載する両面プリント配線基板1と同じ材料・寸法で形成されたテスト用の両面プリント配線基板1Tを準備し、この基板1Tを半田付け温度まで加熱した後、常温まで冷却する。そして、加熱前の寸法Lbeforeと、冷却後の寸法Lafterに基づいて、塑性変形係数δ(=冷却後の寸法Lafter/加熱前の寸法Lbefore)を求める。
【0018】
更に、表面の配線パターンの位置データに基づいて、表面用のメタルマスク4aと、マウンター用の表面部品搭載位置データを作成する。更に、裏面の配線パターンの位置データを塑性変形係数δで補正して(即ち、位置データの値に塑性変形係数δを乗算して)補正位置データを算出し、この補正位置データに基づいて裏面用のメタルマスク4bと、マウンター用の裏面部品搭載位置データを作成する。
【0019】
以上のような準備が整った後、先ず、図1(c)に示すように、両面プリント配線基板1の表面の配線パターン1a上に、メタルマスク4aを用いて融点の高いクリーム半田5を印刷する。
【0020】
次に、図1(d)に示すように、配線パターン1a上に印刷されたクリーム半田5の上に、マウンター(図示せず)を使用して電子部品2-1,2-2を搭載する。この時点では、両面プリント配線基板1は加熱前であるので、塑性変形は生じておらず、設計どおりの位置データXa1,Xa2に基づいて所定の位置にクリーム半田5が印刷され、電子部品2-1,2-2が搭載される。
【0021】
次に、電子部品2-1,2-2が搭載された両面プリント配線基板1をリフロー炉に入れて加熱し、クリーム半田5を溶融させてこの電子部品2-1,2-2の半田付けを行う。その後、表面に電子部品2-1,2-2が実装された両面プリント配線基板1をリフロー炉から取り出して冷却する。この結果、両面プリント配線基板1は塑性変形を生じ、図1(e)に示すように、その寸法(基準点Oからの距離)は、塑性変形係数δに比例して増加する。従って、基準点Oから電子部品2-1,2-2までの距離は、それぞれδ・Xa1,δ・Xa2となる。
【0022】
今度は、図1(f)に示すように、リフロー炉から取り出した両面プリント配線基板1の裏面を上にして、裏面の配線パターン1b上に、メタルマスク4bを用いて融点の低いクリーム半田6を印刷する。メタルマスク4bは、リフローによる加熱で生じる塑性変形係数δで補正した位置データに基づいて作製されているので、塑性変形後の配線パターン1bとのずれは生じない。
【0023】
次に、図1(g)に示すように、配線パターン1b上に印刷されたクリーム半田6の上に、マウンターを使用して電子部品3-1,3-2を搭載する。この時点では、両面プリント配線基板1に塑性変形が生じているが、マウンターの裏面部品搭載位置データも、予め塑性変形係数δで補正されているので、電子部品3-1,3-2の搭載位置と配線パターン1bとのずれは生じない。即ち、電子部品3-1,3-2は、基準点Oからそれぞれδ・Xb1,δ・Xb2の距離に搭載される。
【0024】
更に、電子部品3-1,3-2が搭載された両面プリント配線基板1をリフロー炉に入れて加熱し、クリーム半田6を溶融させてこの電子部品3-1,3-2の半田付けを行う。このとき、リフロー炉の温度をクリーム半田5の融点よりも低く、かつクリーム半田6の融点よりも高い値に設定することで、表面に実装済みの電子部品2-1,2-2の脱落を防止する。
【0025】
以上のように、本実施例の電子部品の実装方法では、実際に電子部品を搭載する前に、同じ形状の両面プリント配線基板を加熱することによって塑性変形係数を測定しておき、塑性変形後に搭載する電子部品の位置データをその塑性変形係数に基づいて補正し、補正した位置データに基づいてクリーム半田の印刷や電子部品の搭載を行うようにしている。これにより、加熱による塑性変形に影響されずに、プリント配線基板へ電子部品を精度良く実装することができるという利点がある。
【0026】
なお、本発明は、上記実施例に限定されず、種々の変形が可能である。この変形例としては、例えば、次のようなものがある。
(a) 実施例では両面プリント配線基板に対する電子部品の搭載方法を説明したが、例えば、基板の内部に電子部品を埋め込む電子部品内蔵基板の中間層のプリント配線基板に対しても、同様に適用可能である。即ち、電子部品内蔵基板の中間層のプリント配線基板に電子部品を実装する場合は、裏面に対する電子部品の搭載は行わない。しかし、表面の電子部品実装時のリフローにより、プリント配線基板に塑性変形が生ずることは同じである。従って、電子部品の搭載位置や配線パターンは、設計時の位置データからずれることになる。このため、その後、中間層のプリント配線基板に積層する絶縁層や配線層の寸法は、実施例と同様の方法で、この中間層のプリント配線基板の塑性変形係数に基づいて補正しておくことにより、加熱による塑性変形に影響されずに、基板内に電子部品を精度良く埋め込むことが可能になる。
(b) メタルマスク4a,4bを使用して、配線パターン1a,1b上にクリーム半田5,6を印刷し、このクリーム半田5,6を溶融して電子部品2,3を実装しているが、半田バンプが形成された電子部品を搭載することもできる。その場合、メタルマスク4a,4bは不要となり、クリーム半田5,6を印刷する工程も不要となる。
(c) 両面プリント配線基板1の表面に対する電子部品2-1,2-2の実装は、塑性変形を考慮していない当初の位置データに基づいて行い、裏面に対する電子部品3-1,3-2の実装は、予め測定した塑性変形係数δで補正した位置データに基づいて行っているが、電子部品を搭載する前に両面プリント配線基板1を、両面から加圧しつつ半田付け温度以上に加熱し、塑性変形を発生させるようにしても良い。これにより、その後の半田付け処理での塑性変形量が小さくなり、プリント配線基板へ電子部品を精度良く実装することが可能になる。但し、この場合、位置データはすべて塑性変形係数δで補正しておく必要がある。
(d) プリント配線基板に生ずる塑性変形は、半田付けによる加熱に起因するものに限定されない。アニール等の熱処理による塑性変形に対しても同様に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明の実施例を示す電子部品の実装方法の説明図である。
【符号の説明】
【0028】
1 両面プリント配線基板
1a,1b 配線パターン
2,3 電子部品
4a,4b メタルマスク
5,6 クリーム半田

【特許請求の範囲】
【請求項1】
電子部品を搭載するための位置データに基づいて形成された配線パターンを有するプリント配線基板への電子部品の実装方法であって、
前記プリント配線基板と同じ形状の試験用のプリント配線基板をそのガラス転移温度以上に加熱することによって予め塑性変形係数を測定する塑性変形測定処理と、
実装用のプリント配線基板が塑性変形を生じていないときに、前記位置データに基づいて第1の電子部品を搭載して半田付けする第1の実装処理と、
前記第1の実装処理によって塑性変形が生じたプリント配線基板に第2の電子部品を搭載するときに、前記塑性変形測定処理で求めた塑性変形係数に基づいて前記位置データを補正し、該補正した位置データに基づいて該第2の電子部品を実装する第2の実装処理とを、
順次行うことを特徴とするプリント配線基板への電子部品の実装方法。
【請求項2】
電子部品を搭載するための位置データに基づいて形成された配線パターンを有するプリント配線基板に対し、その両面から圧力を加えながら該プリント配線基板をそのガラス転移温度以上に加熱して塑性変形を発生させる処理と、
前記位置データを前記プリント配線基板の塑性変形係数に従って補正し、その補正した位置データに基づいて前記電子部品を前記塑性変形が生じたプリント配線基板に搭載する処理とを、
順次行うことを特徴とするプリント配線基板への電子部品の実装方法。

【図1】
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【公開番号】特開2009−188295(P2009−188295A)
【公開日】平成21年8月20日(2009.8.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−28643(P2008−28643)
【出願日】平成20年2月8日(2008.2.8)
【出願人】(000000295)沖電気工業株式会社 (6,645)
【Fターム(参考)】