説明

両面同時リフロー半田付け方法

【課題】基板と電子部品の間に粘性液体を塗布し両面同時に半田付けする両面同時リフロー半田付け方法を提供する。
【解決手段】基板電極が形成されているプリント基板の一方の面に、半田ペーストを塗布する段階と、前記プリント基板を反転して、基板電極が形成されているプリント基板の他方の面に、半田ペーストを塗布する段階と、前記プリント基板の他方の面において、前記基板電極が形成されておらず、かつ、電子部品を搭載する場所に、粘性液体を塗布する段階と、前記プリント基板の他方の面において、前記電子部品を搭載する段階と、前記プリント基板を反転して、前記プリント基板の一方の面に、電子部品を搭載する段階と、リフロー炉において前記プリント基板の両面を加熱して両面同時に半田付けする段階を具備する両面同時リフロー半田付け方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、基板と電子部品の間に粘性液体を塗布し両面同時に半田付けする両面同時リフロー半田付け方法に関する。
【背景技術】
【0002】
電子部品を基板に半田付けする方法においては、半田ペースト(半田粉とフラックス)を塗布して電子部品を搭載後、加熱し半田付けするリフロー半田付け方法がある。この方法は、電子部品を基板両面に配置する際に、表面、裏面で、別々に工程を繰り返す必要があるためコストアップ要因となっていた。さらに、2度目の加熱を行うことから、先に半田付けしてあった半田が再溶融し、半田付け不良を起こす可能性があった。
【0003】
これに対し、特許文献1には、上記問題点を解決するため2度の半田付けを1度で完了する両面半田付けが開示されている。この技術では、裏面電子部品落下の防止策として接着剤が使用されているが、接着剤塗布工程、接着剤硬化工程がさらに追加する必要がある。更に、裏面の半田供給には先に電子部品が固定化されていることによりマスク印刷を用いることが出来ず、ディスペンサを採用する必要があるため、生産性の低下、多種対応が困難という問題があった。
【0004】
また、特許文献2にも、裏面電子部品落下の防止策として接着剤を使用した両面半田付けが開示されている。この場合は、クリーム半田(半田ペースト)を用いず、半田メッキや半田レベラー法で行うもので、半田付け方法自体が、そもそも異なるものであった。
特許文献1、2のものは、いずれも、接着剤により固化するので、半田付け性能に悪影響を及ぼす可能性がある。このような接着剤による悪影響としては、一例として、セルフアライメント(溶融半田の表面張力により、電子部品搭載位置ズレなどを適正位置へ補正すること)効果の阻害や半田濡れ不良などが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平6−181382号公報
【特許文献2】特開平9−8446号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、上記問題に鑑み、基板と電子部品の間に粘性液体を塗布し両面同時に半田付けする両面同時リフロー半田付け方法を提供するものである。
本発明は、従来行ってきた2度の加熱工程を必要とする半田付けを、1度の加熱で半田付けすることを課題とするとともに、電子部品と基板との間に、毛細管力(表面張力)によって、電子部品を基板側へ吸引保持する粘性液体を設け、半田付け完了まで裏面の電子部品の落下を防止し、上記問題点を解決するものである。
ここで、粘性液体とは、塗布工程からほぼ加熱終了するまで固化することなく、液体の状態を維持して、表面張力を有する液体をさしている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、請求項1の発明は、基板電極(6)が形成されているプリント基板(1)の一方の面に、半田ペースト(2)を塗布する段階と、前記プリント基板(1)を反転して、基板電極(6’)が形成されているプリント基板(1)の他方の面に、半田ペースト(2)を塗布する段階と、前記プリント基板(1)の他方の面において、前記基板電極(6’)が形成されておらず、かつ、電子部品(3)を搭載する場所に、粘性液体(4)を塗布する段階と、前記プリント基板(1)の他方の面において、前記電子部品(3)を搭載する段階と、前記プリント基板(1)を反転して、前記プリント基板(1)の一方の面に、電子部品(3’)を搭載する段階と、リフロー炉において、前記プリント基板(1)の両面を加熱して、両面同時に半田付けする段階を具備する両面同時リフロー半田付け方法である。
【0008】
これにより、電子部品とプリント基板との間に、粘性液体の毛細管力(表面張力)によって、電子部品を基板側へ吸引保持して、半田付け完了まで裏面の電子部品の落下を防止することができる。これまで2度の工程を必要としていた半田付けを1度の工程で完了させることが可能となる。また、半田付け完了まで電子部品は基板側へ吸引保持されているだけなので、溶融半田の表面張力により、電子部品搭載位置ズレなどを適正位置へ補正するセルフアライメント効果が期待できる。
【0009】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記粘性液体(4)は、塗布されて加熱終了するまで固化することなく、液体の状態を維持して表面張力を有する液体であることを特徴とする。
【0010】
請求項3の発明は、請求項1の発明において、前記粘性液体(4)は、半田ペースト中のフラックス、又は、半田ペーストであることを特徴とする。
【0011】
請求項4の発明は、請求項1から3のいずれか1項に記載の発明において、前記プリント基板(1)の他方の面、又は、前記電子部品(3)において、前記粘性液体(4)を塗布する場所には、液漏れ防止パターン(7)が設けられていることを特徴とする。これにより、加熱時にその液体の流動性の上昇もしくは沸騰による液体の漏れ出しが起こりにくくなり、高品質を維持することができる。
【0012】
請求項5の発明は、請求項4の発明において、前記液漏れ防止パターン(7)は、電極パターン、シルクパターン、又は、くぼみのいずれか、若しくは、それらの組み合わせからなることを特徴とする。
【0013】
請求項6の発明は、請求項1から5のいずれか1項に記載の発明において、前記リフロー炉が固定式であることを特徴とする。これにより、部品種によってはプリント板との間に十分な粘性液体を配置できない場合でも、部品落下を防止することが出来る。
【0014】
なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明の比較技術の電子部品を基板に半田付けする方法の説明図である。
【図2】本発明の第1実施形態の電子部品を基板に半田付けする方法の説明図である。
【図3】本発明の第1実施形態の電子部品を粘性液体で保持する状況の詳細図である。
【図4】本発明の別の実施形態の電子部品を粘性液体で保持する状況の詳細図である。
【図5】本発明の第2実施形態の説明図である。
【図6】本発明の第2実施形態の変形態様の説明図で、(a)は、中央に電極パターンを設けたもの、(b)は、中央にくぼみを設けたもの、(c)は、囲い2重シルクパターンを設けたもの、(d)は、中央に2重シルクパターンを設けたもの、(e)は、囲いシルクパターンを設けたもの、(f)は、電極にある所にシルクパターンを設けたもの、(g)は、電極パターン中にシルクパターンを設けたもの、(h)は、電極のない所にシルクパターンを設けたものである。
【図7】ベルト搬送式リフロー炉と固定式リフロー炉を比較した実験結果例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
(第1実施態様)
以下、図面を参照して、本発明の第1実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。本発明の各実施形態が、本発明の比較技術に対しても同一構成の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
【0017】
図1は、本発明の比較技術の電子部品を基板に半田付けする方法の説明図である。
図1に示すように、プリント基板1の表面、裏面には、基板電極6、6’が形成されている。裏面の電子部品を搭載する場所には、マスク印刷で半田ペースト2が塗布されている。その上に電子部品3'が実装された後、リフロー炉で加熱して半田付けを行う。次に、表面も同様にマスク印刷で半田ペースト2が塗布された後、電子部品3が実装された後、リフロー炉で加熱して半田付けを行う。このように、電子部品を基板両面に配置する際に、表面、裏面で、別々に同じ工程を経る必要があり、製造ラインに沿ってそれぞれ設備(印刷機、マウンター、リフロー炉)を必要していた。また、先に半田付けしてあった半田が、2度目の加熱により再溶融し、半田付け不良を起こす可能性があった。
【0018】
以下に、このような問題を解決した本発明の第1実施形態を説明する。
図2は、本発明の第1実施形態の電子部品を基板に半田付けする方法の説明図である。
図2に示すように、プリント基板1の表面、裏面には、基板電極6、6’が形成されている。まず、表面の電子部品を搭載する場所には、マスク印刷で半田ペースト2を塗布する。次に、裏面にも同様に、半田ペーストを印刷する。裏面において、半田ペースト21、22が塗布された部分のほぼ中間部に粘性流体4をディスペンサ(図示せず)で塗布する。なお、ディスペンサを用いずマスク印刷中に粘性液体を所定箇所に注入しても良い。半田ペースト21、22の上にリード電極5が来るように電子部品3を実装して、粘性液体4の表面張力で保持する。
【0019】
次に、電子部品3は粘性液体4の表面張力で保持されているので、基板を反転しても落下しないようになっている。ここで、図3は、本発明の第1実施形態の電子部品を粘性液体で保持する状況の詳細図である。
粘性流体の一例としては、半田ペースト中のフラックスや半田ペーストが挙げられる。その他、塗布工程からほぼ加熱終了するまで固化することなく、液体の状態を維持して表面張力を有する液体なら、適宜選択することができる。
プリント基板1を反転したら、表面のほうにも電子部品3を実装し、その後、ベルト搬送式や固定式などのリフロー炉に通して加熱工程に入り、半田付けを行う。プリント基板1と電子部品3が半田2によって固定される際に、粘性液体4の表面張力(毛細管力)により部品を吸引し、半田2が溶融するまでの間、電子部品4の保持をアシストする。
【0020】
本実施態様によれば、1度の加熱で半田付けするとともに、電子部品3とプリント基板1との間に、粘性液体4の表面張力によって、電子部品を基板側へ吸引保持して、半田付け完了まで裏面の電子部品の落下を防止することができる。
したがって、プリント基板1の両面に電子部品3の半田付けを行うことにおいて、電子部品3とプリント基板1の間(ランドパターン外)に粘性液体を配置することによって、これまで2度の工程を必要としていた半田付けを1度の工程で完了させることが可能となる。今回用いる粘性液体は、塗布工程から加熱終了まで固化することなく液体の状態を維持するものである。このため、接着剤による場合と異なり、溶融半田の表面張力により、電子部品搭載位置ズレなどを適正位置へ補正するセルフアライメント効果が期待できる。
【0021】
図4は、本発明の別の実施形態の電子部品を粘性液体で保持する状況の詳細図である。この実施形態では、粘性液体4が2箇所に塗布されている。このように電子部品3の形状に応じて、複数個所に塗布しても良い。
【0022】
(第2実施態様)
第1実施形態ではプリント基板1と電子部品3の間に液体(粘性液体4)を配置するため、加熱時にその液体の流動性の上昇等による液体の漏れ出しが起こる恐れがあった。このようなことが起きると、部品を保持する力が働かなくなり部品が落下してしまう可能性や、液体の漏れ出しにより、ランドパターン外に異物が存在することで不良判定される可能性を否定することができなかった。
本実施形態では、液体の漏れ出しという点に着目し、プリント基板1又は電子部品3の少なくともどちらか一方に、液漏れ防止パターン(凹凸)を形成することにより、上記のような恐れを解決するものである。
【0023】
すなわち、第2実施形態とは、第1実施形態にさらに、粘性液体4が漏れ出さないように、あらかじめ、粘性液体4を塗布するプリント基板1の場所に、液漏れ防止パターン(凹凸)を形成した実施形態を指している。図5は、本発明の第2実施形態の説明図である。プリント基板1に基板電極6(6’)が形成されており、電気部品3が実装される中央部に、液漏れ防止パターン7が形成されている。この液漏れ防止パターン7に粘性液体4が塗布されれば、粘性液体4は漏れ出しが防止される。
【0024】
液漏れ防止パターンとしては、まず第1に、基板に印刷した電極パターンが挙げられる。電極パターンを形成することで凹部ができるため液体を池の中に留めておくのと同じ状況を作り出すことができる。その他、基板面にできた凹凸部、基板に形成された印字等のシルクパターンなどが含まればかりでなく、これらを組み合わせてもよい。すなわち、電極パターン、シルクパターン、又は、機械的な凹凸等によって凸部で囲んだものや内部を凹部としたものなどで、粘性液体が漏れ出さないようにしたものをさしている。
【0025】
図6は、本発明の第2実施形態の変形態様の説明図で、(a)は、中央に電極パターンを設けたもの、(b)は、中央にくぼみを設けたもの、(c)は、囲い2重シルクパターンを設けたもの、(d)は、中央に2重シルクパターンを設けたもの、(e)は、囲いシルクパターンを設けたもの、(f)は、電極にある所にシルクパターンを設けたもの、(g)は、電極パターン中にシルクパターンを設けたもの、(h)は、電極のない所にシルクパターンを設けたものである。電極のない所にシルクパターンを設けると、経験的に液体の漏れ出しは抑制されることが確認されているので、部品種によっては電極側にパターンが必要ない場合の実施形態である。これらに限らず、その他にも、様々な変形態様が考えられる。
【0026】
(その他の実施態様)
部品種によってはプリント板との間に十分な粘性液体を配置できない場合がある。その場合、部品落下の恐れがあるが、リフロー炉をベルト搬送式から固定式へ変更することで部品落下を防止することが出来る。図7は、ベルト搬送式リフロー炉と固定式リフロー炉を比較した実験結果例を示す図である。
【符号の説明】
【0027】
1 プリント基板
2 半田ペースト
3、3’ 電子部品
4 粘性液体
6、6’ 基板電極
7 液漏れ防止パターン

【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板電極(6)が形成されているプリント基板(1)の一方の面に、半田ペースト(2)を塗布する段階と、
前記プリント基板(1)を反転して、基板電極(6’)が形成されているプリント基板(1)の他方の面に、半田ペースト(2)を塗布する段階と、
前記プリント基板(1)の他方の面において、前記基板電極(6’)が形成されておらず、かつ、電子部品(3)を搭載する場所に、粘性液体(4)を塗布する段階と、
前記プリント基板(1)の他方の面において、前記電子部品(3)を搭載する段階と、
前記プリント基板(1)を反転して、前記プリント基板(1)の一方の面に、電子部品(3’)を搭載する段階と、
リフロー炉において、前記プリント基板(1)の両面を加熱して、両面同時に半田付けする段階を具備する両面同時リフロー半田付け方法。
【請求項2】
前記粘性液体(4)は、塗布されて加熱終了するまで固化することなく、液体の状態を維持して表面張力を有する液体であることを特徴とする請求項1に記載の両面同時リフロー半田付け方法。
【請求項3】
前記粘性液体(4)は、半田ペースト中のフラックス、又は、半田ペーストであることを特徴とする請求項1に記載の両面同時リフロー半田付け方法。
【請求項4】
前記プリント基板(1)の他方の面、又は、前記電子部品(3)において、前記粘性液体(4)を塗布する場所には、液漏れ防止パターン(7)が設けられていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の両面同時リフロー半田付け方法。
【請求項5】
前記液漏れ防止パターン(7)は、電極パターン、シルクパターン、又は、くぼみのいずれか、若しくは、それらの組み合わせからなることを特徴とする請求項4に記載の両面同時リフロー半田付け方法。
【請求項6】
前記リフロー炉が固定式であることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の両面同時リフロー半田付け方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2010−245126(P2010−245126A)
【公開日】平成22年10月28日(2010.10.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−89487(P2009−89487)
【出願日】平成21年4月1日(2009.4.1)
【出願人】(000004260)株式会社デンソー (27,639)
【Fターム(参考)】