リフロ用治具及びリフロ加熱方法

【課題】簡単な構成でありながら、使い勝手がよく、リフロ加熱時の基板の反りを防止することができる技術を提供する。
【解決手段】リフロ用治具１０は、電子部品が搭載された基板を収容する収容部２１を有する治具本体２０と、治具本体２０の収容部２１に形成され、基板が収容部２１に収容された状態で、基板に搭載された電子部品が治具本体２０に接触することを回避する貫通孔２２と、基板が収容部２１に収容された状態で、基板の収容部２１とは反対側の面と接触して配置される板部材３０と、板部材３０に形成され、基板が収容部２１に収容された状態で、基板に搭載された電子部品が板部材３０に接触することを回避する貫通孔３２と、治具本体２０と板部材３０とを固定するネジ４１とを備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リフロ用治具及びリフロ加熱方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板上に半田ペーストを塗布（印刷）し、その上に電子部品を配置し、所定の加熱条件に基づいてリフロ加熱することにより、基板に電子部品を実装するリフロ方式の表面実装技術が知られている。
【０００３】
しかし、電子部品が搭載された基板を、リフロ加熱を行う装置（リフロ装置）にそのまま投入した場合、リフロ加熱を行った後には、加熱によって基板に反りが発生してしまうという問題がある。
このように、リフロ加熱によって基板に大きな反りが発生すると、最終的な製品の品質に悪影響を及ぼす場合がある。
【０００４】
そこで、リフロ加熱によって基板に反りが発生することを回避するために、Ｕ字形状の固定治具を４つ用意し、４つの固定治具を土台となるプレートの４つの開口部に嵌合させ、固定治具の弾性力を利用しつつ、プレートと固定治具との間に基板を挟み込んで基板を固定するリフロ用治具が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１の技術によれば、４つの固定治具によって基板の４辺を押さえつけながらリフロ加熱を行うので、リフロ加熱を行った場合であっても、加熱による基板の反りを最小限に抑えることができると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２６６１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述した特許文献１の技術は、以下のような問題がある。
（１）リフロ加熱時には、基板の反りを防止するために、基板の４辺を押さえつける必要があるため、４つの固定治具が必要となり、多数の部品を使用しなければならないという問題がある。
（２）基板の固定に際しては、固定治具の弾性力を利用しているため、固定治具の取り付けや取り外しには、それなりの力を要するという問題がある。このため、特許文献１の技術では、固定治具をプレートに固定する際には、固定治具固定用具を使用しており、固定治具をプレートから取り外す際には、固定治具開放用具を使用しており、作業性がよくない上に使用する部品点数もさらに増加するという問題がある。
（３）特許文献１の固定治具は、Ｕ字形状の複雑な形状であるため、固定治具自体を製造しにくいという問題がある。
【０００８】
そこで本発明は、簡単な構成でありながら、使い勝手がよく、リフロ加熱時の基板の反りを防止することができる技術の提供を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明のリフロ用治具は、電子部品が搭載された基板を収容する収容部を有する治具本体と、前記治具本体の収容部に形成され、前記基板が収容部に収容された状態で、前記基板に搭載された電子部品が前記治具本体に接触することを回避する本体側接触回避部と、前記基板が収容部に収容された状態で、前記基板の前記収容部とは反対側の面の少なくとも一部と接触して配置される板部材と、前記板部材に形成され、前記基板が収容部に収容された状態で、前記基板に搭載された電子部品が前記板部材に接触することを回避する板部材側接触回避部と、前記治具本体と前記板部材とを固定する固定部材とを備える。
【００１０】
また、本発明のリフロ用治具は、電子部品が搭載された基板を収容する収容部を有する治具本体と、前記治具本体の収容部に形成され、前記基板が収容部に収容された状態で、前記基板に搭載された電子部品が前記治具本体に接触することを回避する本体側接触回避部と、前記基板が収容部に収容された状態で、前記基板の前記収容部とは反対側の面の少なくとも一部と接触して配置される板部材と、前記治具本体と前記板部材とを固定する固定部材とを備える。
【００１１】
また、本発明のリフロ用治具は、電子部品が搭載された基板を収容する収容部を有する治具本体と、前記基板が収容部に収容された状態で、前記基板の前記収容部とは反対側の面の少なくとも一部と接触して配置される板部材と、前記板部材に形成され、前記基板が収容部に収容された状態で、前記基板に搭載された電子部品が前記板部材に接触することを回避する板部材側接触回避部と、前記治具本体と前記板部材とを固定する固定部材とを備える。
【００１２】
一方、本発明のリフロ加熱方法は、基板上に半田を形成する半田形成工程と、前記半田上に電子部品を搭載する電子部品搭載工程と、前記電子部品が搭載された前記基板を、請求項１から６のいずれかに記載のリフロ用治具に配置する基板配置工程と、前記基板とともに前記リフロ用治具を加熱することにより、前記基板上の半田を溶かして前記基板と前記電子部品とを結合する加熱工程とを備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡単な構成でありながら、使い勝手がよく、リフロ加熱時の基板の反りを防止することができる技術の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態によるリフロ用治具の構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿うリフロ用治具の概略的な断面図である。
【図３】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿うリフロ用治具の概略的な断面図である。
【図４】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿うリフロ用治具の概略的な断面図である。
【図５】基板の構成を概略的に示す斜視図である。
【図６】リフロ加熱方法について説明する工程図である。
【図７】第２実施形態によるリフロ用治具の構成を概略的に示す斜視図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿うリフロ用治具の概略的な断面図である。
【図９】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿うリフロ用治具の概略的な断面図である。
【図１０】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿うリフロ用治具の概略的な断面図である。
【図１１】第３実施形態によるリフロ用治具の構成を概略的に示す斜視図である。
【図１２】図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿うリフロ用治具の概略的な断面図である。
【図１３】図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿うリフロ用治具の概略的な断面図である。
【図１４】図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿うリフロ用治具の概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態によるリフロ用治具の構成を概略的に示す斜視図である。
図２〜図４は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿うリフロ用治具の概略的な断面図である。
ここで、図２は、基板を挿入する前段階での断面図を示しており、図３は、基板を挿入した段階での断面図を示しており、図４は、基板の上に板部材を重ねた段階での断面図を示している。なお、これらの断面図においては、リフロ用治具の内部構造や各部の配置関係の理解を容易にするため、各部の寸法を誇張して表している。また、以下の断面図についても同様である。
図５は、基板の構成を概略的に示す斜視図である。
【００１６】
〔リフロ用治具〕
図１に示すように、リフロ用治具１０は、リフロ方式の半田付けを行う際に用いられる治具である。リフロ用治具１０は、リフロ加熱を行う際には、半田付けを行う対象となる基板をリフロ用治具１０の内部に収容して、内部に収容した基板とともにリフロ用治具１０ごとリフロ炉に入れて使用する。
【００１７】
〔基板〕
図５に示すように、基板５０は、プリント基板等の回路基板であり、基板５０には図示しない電気回路が形成されている。このため、基板５０の実装面上には図示しない配線パターンが設けられている。
なお、図５には図示されていないが、本実施形態で使用する基板５０は、その両面（表面及び裏面）に、電子部品５１が実装される両面実装タイプの基板である。
【００１８】
〔電子部品〕
電子部品５１は、基板５０の実装面に実装される電子的な要素である。実装される電子部品５１としては、例えば集積回路を有するチップモジュールや、抵抗器、コイル、コンデンサ等を挙げることができる。
【００１９】
〔治具本体〕
図１に示すように、リフロ用治具１０は、治具本体２０を備えている。
治具本体２０は、このリフロ用治具１０の土台となる板状の金属製（ステンレス製等）の筐体である。
【００２０】
〔収容部〕
治具本体２０の表面の中央部分には、表面の大部分を占める収容部２１が形成されている。
収容部２１は、電子部品５１が搭載された基板５０を収容して固定する溝であり、この溝は、基板５０の厚みよりも浅い深さを有する（図２及び図３参照）。
【００２１】
このように、収容部２１は、基板５０の厚みよりも浅い深さを有するため、収容部２１に基板５０を配置すると、基板５０の上面部分が収容部２１から出っ張った（はみ出した）状態となる（図３参照）。
したがって、後述する板部材３０を基板５０上に重ねる際には、板部材３０の下面と基板５０の上面とが接触しやすい構造となっている（図４参照）。
【００２２】
ここで、収容部２１の形状は、基板５０の収容性を高めるために、使用する基板５０と略同一の形状とすることが好ましい。
図１に示すように、本実施形態では、収容部２１は、治具本体２０の長手方向に延びた長方形形状の溝である。収容部２１の長辺の両脇には、収容部２１に収容した基板５０を取り出しやすくするための溝が、収容部２１に沿って形成されている。
【００２３】
また、収容部２１には、７つの貫通孔２２が、治具本体２０の長手方向に並んで形成されている。
この貫通孔２２は、基板５０が収容部２１に収容された状態で、基板５０に搭載された電子部品５１が治具本体２０に接触することを回避する本体側接触回避部として機能する（図３参照）。
【００２４】
〔板部材〕
図１に示すように、リフロ用治具１０は、板部材３０を備えている。
板部材３０は、基板５０が収容部２１に収容された状態で、その基板５０の収容部２１とは反対側の面の一部（電子部品５１以外の部分）と接触して配置される金属製の部材である。
また、板部材３０は、その表面の中央部分に、表面の大部分を占める窪み部３１が形成されている。
【００２５】
そして、この窪み部３１には、上述した収容部２１と同様に、７つの貫通孔３２が、板部材３０の長手方向に並んで形成されている。
この貫通孔３２は、基板５０が収容部２１に収容された状態で、基板５０に搭載された電子部品５１が板部材３０に接触することを回避する板部材側接触回避部として機能する（図４参照）。
【００２６】
本実施形態では、治具本体２０の貫通孔２２と、板部材３０の貫通孔３２とは、同一形状の孔の例で説明しているが、それぞれの孔を形成する位置や孔の形状については、特に一致させる必要はなく、使用する基板や電子部品の位置に対応させて形成すればよい。
【００２７】
〔固定部材〕
図１に示すように、板部材３０の周縁部の３箇所（図１中手前側の長辺の端部付近に２箇所、及び図１中奥側の長辺の中央付近に１箇所）と、その３箇所に対応する治具本体２０の周縁部の３箇所とには、ネジ孔４０が形成されている。
そして、このネジ孔４０に、ネジ（固定部材）４１を挿入することにより、治具本体２０と板部材３０とが位置決めされて固定される。
【００２８】
次に、本実施形態によるリフロ加熱方法について説明する。
図６は、リフロ加熱方法について説明する工程図である。
【００２９】
〔半田形成工程；図６中ステップＳ１００参照〕
この工程では、基板５０上に半田を形成する。
具体的には、基板５０上における電子部品５１を半田付けする予定の領域に、半田ペーストを塗布（印刷）する。通常は、孔の開いたステンレス製のメタルマスク上で、へら状のスキージを用いて半田ペーストをメタルマスクにこすりつけることにより、基板５０の必要箇所に一定の厚さで半田ペーストが形成される。これらの作業は、クリーム半田印刷装置で行うことができる。
【００３０】
〔電子部品搭載工程；図６中ステップＳ２００参照〕
この工程では、半田上に電子部品５１を搭載する。
具体的には、基板５０上の半田ペーストを塗布した部分に、所望の電子部品５１を搭載する。電子部品５１の搭載は、小型の電子部品５１から搭載し、大型の電子部品５１は最後に搭載する。これらの作業は、チップマウンタ（表面実装機）で行うことができる。
【００３１】
〔基板配置工程；図６中ステップＳ３００参照〕
この工程では、電子部品５１が搭載された基板５０を、リフロ用治具１０に配置する。
具体的には、図３に示すように、治具本体２０の収容部２１に基板５０を収容し、図４に示すように、基板５０の上に板部材３０を重ね、治具本体２０と板部材３０とにより基板５０を挟み込み、ネジ４１（図１参照）を用いて、治具本体２０と板部材３０とを固定する。
【００３２】
〔加熱工程；図６中ステップＳ４００参照〕
この工程では、基板５０とともにリフロ用治具１０を加熱することにより、基板５０上の半田を溶かして基板５０と電子部品５１とを結合する。
具体的には、リフロ炉の中にリフロ用治具１０を入れ、半田ペーストが溶ける温度まで加熱する。なお、この工程の後は、自然冷却やクーラーによる冷却を行い、これらの工程を経て、基板５０に電子部品５１が表面実装される。
【００３３】
このように、第１実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）治具本体２０の収容部２１に基板５０を収容し、その上から板部材３０を重ねて配置し、ネジ４１によって治具本体２０と板部材３０とを固定しているので、リフロ加熱時には、板部材３０が基板５０を治具本体２０に押さえつけている状態となる。そして、基板５０を治具本体２０に押さえつけた状態のまま、リフロ加熱を行うこととなるため、基板５０の反りを防止することができる。
【００３４】
（２）治具本体２０と板部材３０とによって基板５０を挟み込み、ネジ４１によって治具本体２０と板部材３０とを固定することができるので、最小限の部品点数によって基板５０の反りを防止することができる。
【００３５】
（３）ネジ４１によって治具本体２０と板部材３０とを固定することができるので、使い勝手がよく、作業性を向上させることができる。
（４）治具本体２０と板部材３０とは、金属製の板状部材に溝等を形成した簡単な構成であるため、治具の形状を複雑なものにすることはなく、簡単な構成でありながら、基板５０の反りを効果的に抑制することができる。
【００３６】
（５）厚みが薄い基板５０や、小型の基板５０であっても、治具本体２０と板部材３０とによって基板５０を挟み込むことにより、基板５０を簡単に固定してリフロ加熱を行うことができる。
（６）収容部２１の深さや貫通孔２２，３２の形状等を適宜変更することにより、様々な形状の基板や複雑に配置された電子部品等にも柔軟に対応することができる。
【００３７】
〔第２実施形態〕
図７は、第２実施形態によるリフロ用治具の構成を概略的に示す斜視図である。
図８〜図１０は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿うリフロ用治具の概略的な断面図である。ここで、図８は、基板を挿入する前段階での断面図を示しており、図９は、基板を挿入した段階での断面図を示しており、図１０は、基板の上に板部材を重ねた段階での断面図を示している。なお、以下の説明では、上述した第１実施形態と共通する事項については、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
【００３８】
図７に示すように、第２実施形態のリフロ用治具１０−２は、第１実施形態のものと比較して、板部材３０−２に貫通孔３２（図１参照）が形成されていない点が異なっている。
また、第１実施形態では、基板５０は、その両面に電子部品５１が実装される両面実装タイプの基板を用いていたが、第２実施形態では、基板５０−２は、片面（裏面）に電子部品５１が実装される片面実装タイプの基板を用いている。
【００３９】
このため、図８に示すように、治具本体２０の断面形状は、第１実施形態のものと同様であるが、図９に示すように、基板５０−２の表面には、電子部品５１が配置されていない。
したがって、図１０に示すように、板部材３０−２には、電子部品５１を避けるための貫通孔３２（図１参照）を形成する必要はなく、板部材３０−２の下面全体で基板５０−２を押さえ込むことができる。
【００４０】
このように、第２実施形態のリフロ用治具１０−２によれば、第１実施形態の効果に加えて、板部材３０−２の下面全体で基板５０−２を押さえ込むことができるため、リフロ加熱時における基板５０−２の反りをより一層防止することができるという格別の効果がある。
【００４１】
〔第３実施形態〕
図１１は、第３実施形態によるリフロ用治具の構成を概略的に示す斜視図である。
図１２〜図１４は、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿うリフロ用治具の概略的な断面図である。ここで、図１２は、基板を挿入する前段階での断面図を示しており、図１３は、基板を挿入した段階での断面図を示しており、図１４は、基板の上に板部材を重ねた段階での断面図を示している。
【００４２】
図１１に示すように、第３実施形態のリフロ用治具１０−３は、第２実施形態とは逆の形態であり、治具本体２０−３の収容部２１に貫通孔２２（図１参照）が形成されていない形態である。
第３実施形態で用いる基板５０−３もまた、第２実施形態で用いる基板５０−２と同様に、片面に電子部品５１が実装される片面実装タイプの基板であるが、第２実施形態で用いる基板５０−２とは逆に、基板５０−３の表面に電子部品５１が実装されるタイプの基板である。
【００４３】
このため、図１２に示すように、治具本体２０−３の断面形状は、第１実施形態のものとは異なり、治具本体２０−３の収容部２１には、第１及び第２実施形態のような貫通孔２２（図２又は図８参照）が形成されていない。
また、図１３に示すように、基板５０−３の表面には電子部品５１が配置されているが、基板５０−３の裏面には電子部品５１が配置されていない。
【００４４】
したがって、図１４に示すように、治具本体２０−３の収容部２１には、電子部品５１を避けるための貫通孔２２（図１参照）を形成する必要はなく、治具本体２０−３の収容部２１の底面全体で基板５０−３を支えることができる。
【００４５】
このように、第３実施形態のリフロ用治具１０−３によれば、治具本体２０−３の収容部２１の底面全体が基板５０−３の下面と当接するので、基板５０−３の収容が安定し、リフロ加熱時における基板５０−３の反りをより一層防止することができるという有利な効果がある。
【００４６】
本発明は、上述した一実施形態に制約されることなく、各種の変形や置換を伴って実施することができる。
例えば、本体側接触回避部や板部材側接触回避部は、貫通孔の例で説明したが、電子部品を逃げるための凹みを有する凹部であってもよい。電子部品の厚みが薄い場合に有効である。
【００４７】
また、固定部材は、ネジの例で説明したが、治具本体と板部材とを固定できるものであればこれに限定されるものではなく、例えば治具本体と板部材とを上下から挟み込んで固定する部材等であってもよい。
【００４８】
さらに、収容部は、基板の厚みよりも浅い深さを有する溝である例で説明したが、基板の厚みよりも深い深さを有する溝であってもよい。この場合は、収容部に基板を配置しても、基板が収容部の上面から出っ張った状態とならないため、板部材の下面に基板と接触するための凸部や出っ張り等を形成する必要がある。
【００４９】
さらにまた、一実施形態で挙げたリフロ用治具等の構成はいずれも好ましい例示であり、これらを適宜変形して実施可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００５０】
１０，１０−２，１０−３リフロ用治具
２０，２０−３治具本体
２１収容部
２２貫通孔
３０，３０−２板部材
３１窪み部
３２貫通孔
４０ネジ孔
４１ネジ
５０，５０−２，５０−３基板
５１電子部品

【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品が搭載された基板を収容する収容部を有する治具本体と、
前記治具本体の収容部に形成され、前記基板が収容部に収容された状態で、前記基板に搭載された電子部品が前記治具本体に接触することを回避する本体側接触回避部と、
前記基板が収容部に収容された状態で、前記基板の前記収容部とは反対側の面の少なくとも一部と接触して配置される板部材と、
前記板部材に形成され、前記基板が収容部に収容された状態で、前記基板に搭載された電子部品が前記板部材に接触することを回避する板部材側接触回避部と、
前記治具本体と前記板部材とを固定する固定部材と
を備えるリフロ用治具。
【請求項２】
電子部品が搭載された基板を収容する収容部を有する治具本体と、
前記治具本体の収容部に形成され、前記基板が収容部に収容された状態で、前記基板に搭載された電子部品が前記治具本体に接触することを回避する本体側接触回避部と、
前記基板が収容部に収容された状態で、前記基板の前記収容部とは反対側の面の少なくとも一部と接触して配置される板部材と、
前記治具本体と前記板部材とを固定する固定部材と
を備えるリフロ用治具。
【請求項３】
電子部品が搭載された基板を収容する収容部を有する治具本体と、
前記基板が収容部に収容された状態で、前記基板の前記収容部とは反対側の面の少なくとも一部と接触して配置される板部材と、
前記板部材に形成され、前記基板が収容部に収容された状態で、前記基板に搭載された電子部品が前記板部材に接触することを回避する板部材側接触回避部と、
前記治具本体と前記板部材とを固定する固定部材と
を備えるリフロ用治具。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のリフロ用治具において、
前記本体側接触回避部は、
前記治具本体の収容部に形成された貫通孔であることを特徴とするリフロ用治具。
【請求項５】
請求項１又は３に記載のリフロ用治具において、
前記板部材側接触回避部は、
前記板部材に形成された貫通孔であることを特徴とするリフロ用治具。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載のリフロ用治具において、
前記収容部は、
前記基板の厚みよりも浅い深さを有する溝であることを特徴とするリフロ用治具。
【請求項７】
基板上に半田を形成する半田形成工程と、
前記半田上に電子部品を搭載する電子部品搭載工程と、
前記電子部品が搭載された前記基板を、請求項１から６のいずれかに記載のリフロ用治具に配置する基板配置工程と、
前記基板とともに前記リフロ用治具を加熱することにより、前記基板上の半田を溶かして前記基板と前記電子部品とを結合する加熱工程と
を備えるリフロ加熱方法。

【図１】