半田付け方法および半田付け装置

【課題】部品の厚さの影響を受けることなく基材の下面に部品を確実に半田付けすることができる半田付け方法および半田付け装置を提供する。
【解決手段】電子部品１１の上に溶融前の柱状半田５０を載置するとともに、溶融前の柱状半田５０の上に基板１０を、基板１０の下面１０ｂが基材接触部材としての台座３０の第１の凹部３２の底面３２ａから離間する状態で載置する。そして、柱状半田５０を溶融させることにより基板１０を下動させて基板１０の下面１０ｂを台座３０の第１の凹部３２の底面３２ａに接触させるとともに溶融させた半田の表面張力によって電子部品１１を基板１０の下面１０ｂ側に持ち上げて基板１０の下面１０ｂに電子部品１１を半田付けする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半田付け方法および半田付け装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１において、平板状部材を実装用基材上に接着するための平板状部材の実装方法が開示されている。詳しくは、図１３に示すように、平板状部材１０３の実装用治具（載置台）１００は、平板状部材１０３及び実装用基材１０５を載置する２つの凹部１０１，１０２を備えている。第一凹部１０１は、実装用基材１０５をフェイスダウン姿勢で載置する開口を有している。第一凹部１０１の底部に開口する第二凹部１０２は、フェイスダウン姿勢の平板状部材１０３と平板状部材１０３上に載置した接着部材１０４とを、実装用基材１０５の接着位置に位置決めして載置する開口と平板状部材１０３の厚さより実装時の接着部材１０４の厚さ分だけ深い深さを有する。そして、第二凹部１０２にフェイスダウン姿勢で平板状部材１０３を載置し、平板状部材１０３上に接着部材１０４を載置し、第一凹部１０１に実装用基材１０５を載置する。次に、実装用基材１０５及び平板状部材１０３を載置した実装用治具１００を加熱することにより、接着部材１０４を溶融させ、平板状部材１０３を実装用基材１０５に接着する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−９３２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、平板状部材１０３の厚さ寸法のばらつきに対応できなかった。また、対応するためには第二凹部１０２について深さが異なる実装用治具（載置台）１００を多数用意する必要がある。
【０００５】
一方、図１４に示す手法を用いることが考えられる。図１４（ａ）において、治具１１０の上面に形成した凹部１１１に電子部品１１２と半田１１３を載せるとともに治具１１０の上面に基板１１４を、半田１１３との間に空隙ＡＧができる状態で配置する。そして、加熱により半田１１３が溶融したときに、図１４（ｂ）に示すように、半田１１３ａの凝集により基板１１４に半田１１３ａが接触し、半田１１３ａの表面張力によって図１４（ｃ）に示すように電子部品１１２が持ち上げられて基板１１４の下面１１４ａに電子部品１１２を半田付けする。
【０００６】
ところが、電子部品１１２の位置決め用の治具１１０の寸法が決まっているため電子部品１１２の寸法公差が大きいと、うまく接合できない場合がある。これは、半田１１３と基板１１４との間の隙間の寸法Ｌ１０（図１４（ａ）参照）が変動するため、半田１１３と基板１１４との間の隙間の寸法Ｌ１０が溶融した半田１１３ａの高さＨ（図１４（ｂ）参照）よりも大きいときには持ち上げ力が働かずに半田付けされない場合や、隙間の寸法Ｌ１０がゼロ未満となり、押し付け状態になって半田１１３ａがはみ出す場合がある。
【０００７】
特に、半導体素子に比べてその他の電子部品は寸法公差が大きく、隙間の寸法Ｌ１０よりも電子部品１１２の厚さの寸法の公差が大きい。そのため、基板１１４の下面１１４ａでの半田付けが困難となる。
【０００８】
本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は、部品の厚さの影響を受けることなく基材の下面に部品を確実に半田付けすることができる半田付け方法および半田付け装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明では、基材の下面に部品を半田付けする半田付け方法であって、前記部品の上に溶融前の半田を載置するとともに、当該溶融前の半田の上に前記基材を、前記基材の下面が基材接触部材から離間する状態で載置する第１工程と、前記半田を溶融させることにより前記基材を下動させて前記基材の下面を前記基材接触部材に接触させるとともに溶融させた半田の表面張力によって前記部品を前記基材の下面側に持ち上げる第２工程と、を有することを要旨とする。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、第１工程において、部品の上に溶融前の半田が載置されるとともに、溶融前の半田の上に基材が、基材の下面が基材接触部材から離間する状態で載置される。第２工程において、半田を溶融させることにより基材が下動されて基材の下面が基材接触部材に接触させられるとともに溶融させた半田の表面張力によって部品が基材の下面側に持ち上げられる。
【００１１】
これにより、部品の厚さがばらついても溶融前の半田の上端が基材の下面に接触し、また、溶融前の半田の下端が部品に接触しているので、部品の厚さの影響を受けることなく基材の下面に部品が確実に半田付けされる。
【００１２】
請求項２に記載のように、請求項１に記載の半田付け方法において、前記基材の下面および上面に部品を同時に半田付けするとよい。
請求項３に記載のように、請求項１または２に記載の半田付け方法において、前記溶融前の半田は柱状半田であるとよい。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、基材の下面に部品を半田付けする半田付け装置であって、上面に、前記基材が配置される第１の凹部が形成されるとともに、前記第１の凹部の底面に、前記部品が配置される第２の凹部が形成され、溶融前の半田の下端が前記部品の上面に接触するとともに前記溶融前の半田の上端が前記基材の下面に接触し、かつ、前記基材の下面が前記第１の凹部の底面と離間する状態で配置される台座と、前記半田を溶融させることにより前記基材を下動させて前記基材の下面を前記第１の凹部の底面に接触させるとともに溶融させた半田の表面張力によって前記部品を基材の下面側に持ち上げるための加熱手段と、を備えたことを要旨とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、台座において第１の凹部に基材が配置されるとともに第２の凹部に部品が配置され、溶融前の半田の下端が部品の上面に接触するとともに溶融前の半田の上端が基材の下面に接触し、かつ、基材の下面が第１の凹部の底面と離間する状態で配置される。加熱手段によって半田を溶融させることにより基材が下動して基材の下面が第１の凹部の底面に接触するとともに溶融させた半田の表面張力によって部品が基材の下面側に持ち上げられる。これにより、部品の厚さの影響を受けることなく基材の下面に部品が確実に半田付けされる。
【００１５】
請求項５に記載のように、請求項４に記載の半田付け装置において、前記溶融前の半田は柱状半田であるとよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、部品の厚さの影響を受けることなく基材の下面に部品を確実に半田付けすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態における半田付け装置の分解図。
【図２】実施形態における半田付け方法を説明するための断面図。
【図３】実施形態における半田付け方法を説明するための断面図。
【図４】実施形態における半田付け方法を説明するための断面図。
【図５】実施形態における半田付け方法を説明するための断面図。
【図６】実施形態における半田付け方法を説明するための断面図。
【図７】実施形態における半田付け方法を説明するための断面図。
【図８】実施形態における半田付け方法を説明するための断面図。
【図９】実施形態における半田付け方法を説明するための断面図。
【図１０】別例の半田付け装置の断面図。
【図１１】別例の半田付け装置の断面図。
【図１２】別例の半田付け装置の断面図。
【図１３】背景技術における平板状部材の実装方法を説明するための断面図。
【図１４】（ａ），（ｂ），（ｃ）は半田付け方法を説明するための断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１には、本実施形態における半田付け装置２０の分解図を示す。図２〜図５は本実施形態における半田付け方法を説明するための断面図である。半田付け装置２０を用いて、図６に示すように基材としての基板１０の下面１０ｂに電子部品１１を半田付けすることができる。つまり、基板１０における上面１０ａの表面に対し裏面となる下面１０ｂに電子部品１１が半田付けされる。
【００１９】
図１に示すように、半田付け装置２０は、電子部品半田付け用治具としての台座（ブロック）３０と、加熱手段としてのヒートプレート４０とを備えている。台座３０は上面３０ａに第１の凹部３２が形成されている。第１の凹部３２の内部には基板１０を配置することができるとともに第１の凹部３２の内部において基板１０が上下に移動できるようになっている。第１の凹部３２の底面３２ａが基板１０の下面１０ｂの接触面となる。
【００２０】
台座３０の第１の凹部３２の底面３２ａには第２の凹部３３が形成されている。第２の凹部３３の内部には電子部品１１を配置することができるとともに第２の凹部３３の内部において電子部品１１が上下に移動できるようになっている。第２の凹部３３の底面３３ａが電子部品１１の載置面となる。
【００２１】
また、ヒートプレート４０は通電により発熱する板状発熱体であり、ヒートプレート４０により台座３０、基板１０等を加熱して柱状半田５０を溶融することができるようになっている。
【００２２】
次に、半田付け方法について説明する。
図２に示すように、台座３０の第２の凹部３３における底面３３ａに電子部品１１を載置する。さらに、電子部品１１の上面における中央部に、溶融前の柱状半田５０を直立した状態で配置する。柱状半田５０は円柱状または角柱状をなす。さらに、台座３０の第１の凹部３２に基板１０を配置する。柱状半田５０の下端５０ａが電子部品１１の上面に接触し、柱状半田５０の上端５０ｂが基板１０の下面１０ｂに接触し、基板１０の下面１０ｂの中央に位置する柱状半田５０で基板１０が支えられている。
【００２３】
詳しくは、半田付けしたい面の面積よりも小さく、かつ厚さ方向には大きな柱状半田５０を半田付け部の中央に搭載する。この柱状半田５０は、狙いの半田付け形状と同じ体積で、半田溶融時に電子部品１１の持ち上げ力が電子部品１１の重さよりも大きくなるような濡れ形状を形成できる投影面積（図３のＡ−Ａ線における面積）の半田である。
【００２４】
このとき、基板１０の下面１０ｂは第１の凹部３２の底面３２ａと離間する状態で配置される。即ち、基板１０の下面１０ｂと第１の凹部３２の底面３２ａとの間には空隙が形成されている。
【００２５】
このようにして、第１工程として、電子部品１１の上に溶融前の柱状半田５０を載置するとともに、溶融前の柱状半田５０の上に基板１０を、基板１０の下面１０ｂが基材接触部材としての台座３０の第１の凹部３２の底面３２ａから離間する状態で載置する。
【００２６】
そして、ヒートプレート４０の作動（通電）によりヒートプレート４０を発熱させ、柱状半田５０を加熱によって溶融させる。これにより、図２の柱状半田５０が溶融することによって図３に示すように流動化した溶融半田５０ｃとなる。溶融させた半田５０ｃにおいては、上下方向の中央がくびれた（絞られた）形状になる。柱状半田５０の溶融により基板１０はその重さにより下動して図４に示すように基板１０の下面１０ｂが第１の凹部３２の底面３２ａに接触する。そして、溶融させた半田５０ｃの表面張力により図５に示すように電子部品１１が基板１０の下面１０ｂ側に持ち上げられる（上動される）。
【００２７】
つまり、加熱し柱状半田５０が溶融すると、電子部品１１と基板１０に対して溶融半田５０ｃが濡れ、液体の溶融半田５０ｃの表面張力により持ち上げ力が発生する。詳しくは、図３において、電子部品１１の持ち上げ力は、半田５０ｃの表面張力、半田５０ｃにおける基板１０の濡れ角度θ、液体の溶融半田５０ｃのメニスカス架橋半径ｒ、基板１０と電子部品１１との距離Ｌ１で決定される。そして、持ち上げ力が電子部品１１の重さよりも大きくなる形状になるように予め準備してあるため、電子部品１１は持ち上げられる。
【００２８】
電子部品１１が持ち上げられることにより、電子部品１１と基板１０の間の距離Ｌ１が小さくなり、それに伴って溶融半田５０ｃが濡れ広がり、最終的には電子部品１１と基板１０が所望の形状で半田付けされる。
【００２９】
このようにして、第２工程として、半田を溶融させることにより基板１０を下動させて基板１０の下面１０ｂを台座３０の第１の凹部３２の底面３２ａに接触させるとともに溶融させた半田の表面張力によって電子部品１１を基板１０の下面１０ｂ側に持ち上げる。
【００３０】
その後、冷却すると、図６に示すように、基板１０の下面１０ｂに電子部品１１が半田５０ｄにより接合される（半田付けされる）。
図７，８，９を用いて電子部品１１の厚さにばらつきがあった場合を説明する。
【００３１】
図２に比べて図７に示すように電子部品１１の厚さがΔｔだけ薄くなった場合において、図２に比べて図７では基板１０がΔｔだけ下方に位置する。そして、加熱によって図８に示すように柱状半田５０を溶融させて、半田５０ｃの表面張力により図９に示すように電子部品１１が持ち上げられる。その後、冷却すると、基板１０の下面１０ｂに電子部品１１が半田付けされる。
【００３２】
このようにして、図２，３，５と図７，８，９を比較すれば、いずれの場合も、加熱時に柱状半田５０は上端５０ｂが基板１０の下面１０ｂと接触するとともに下端５０ａが電子部品１１と接触している。即ち、電子部品１１の厚さにばらつきがあっても半田溶融前の状態において柱状半田５０を基板１０および電子部品１１と接触させることができる。
【００３３】
つまり、電子部品１１の寸法ばらつきに対応でき、また、図１４で説明した基板１１４と半田１１３との間に空隙ＡＧがある手法に比べて、より大きな隙間がある場合（電子部品１１の厚さに大きなばらつきがある場合）に対応できる。これにより、電子部品１１の厚さ寸法のばらつきの許容値が緩くなる。
【００３４】
以上のごとく本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）半田付け方法として、図２のように電子部品１１上において柱状半田５０により基板１０を支える。このとき、基板１０の下面１０ｂは台座３０の第１の凹部３２の底面３２ａと離間している。そして、図３に示すように柱状半田５０を溶融することによって図５に示すように半田の表面張力により電子部品１１を持ち上げる。これにより、電子部品１１の厚さがばらついても溶融前の半田５０の上端５０ｂが基板１０の下面１０ｂに接触し、また、溶融前の半田５０の下端５０ａが電子部品１１に接触しているので、電子部品１１の厚さの影響を受けることなく基材としての基板１０の下面１０ｂに電子部品１１を確実に半田付けすることができる。即ち、電子部品１１の寸法公差の影響が無くなる。
【００３５】
（２）半田付け装置の構成として、第１の凹部３２および第２の凹部３３が形成された台座３０と、加熱手段としてのヒートプレート４０を備え、台座３０の第２の凹部３３に電子部品１１を配置するとともに第１の凹部３２に基板１０を配置し、かつ、基板１０を電子部品１１の上の柱状半田５０で支え、ヒートプレート４０により柱状半田５０を溶融させて半田の表面張力により電子部品１１を持ち上げる。この装置を用いて上記（１）の半田付け方法を行なうことができる。
【００３６】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○図２に代わり図１０に示すように、溶融前の半田として、上下方向において分割した半田５１，５２，５３を用い、これら半田５１，５２，５３を積層して使用してもよい。
【００３７】
○図２に代わり図１１に示すように、溶融前の半田として、曲げ等の形状加工が施された半田５４を用いてもよい。図１１の場合には板状の半田を半円状に曲げ加工して用いた場合を示している。
【００３８】
○図２に代わり図１２に示すように、一つの電子部品１１の上に複数の柱状半田５７，５８を配置してもよい。
○加熱手段としてヒートプレート４０（通電により発熱する板状発熱体）を用いたが、これに限るものではなく、他にも例えば、高周波誘導加熱装置や、ランプで光や赤外線を加熱すべき箇所に照射して加熱を行う加熱機器や、加熱炉の内部全体を加熱する装置であってもよい。
【００３９】
○図１において仮想線で示すごとく基板１０の上面１０ａに板半田５５を介して電子部品１５を載せて加熱により基板１０の下面１０ｂと同時に上面１０ａの半田付けを行なう場合に適用してもよい。即ち、基板１０の下面１０ｂおよび上面１０ａに部品（１０，１５）を同時に半田付けするようにしてもよい。
【００４０】
○基材は基板１０であったが、これに限るものでなく、基板１０に代わり、例えばヒートシンク等の放熱部材（放熱板）を基材として、この放熱部材に部品を半田付けする場合に適用してもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０…基板、１０ａ…上面、１０ｂ…下面、１１…電子部品、１５…電子部品、２０…半田付け装置、３０…台座、３２…第１の凹部、３２ａ…底面、３３…第２の凹部、４０…ヒートプレート、５０…柱状半田、５１，５２，５３…半田、５４…半田、５７，５８…柱状半田。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の下面に部品を半田付けする半田付け方法であって、
前記部品の上に溶融前の半田を載置するとともに、当該溶融前の半田の上に前記基材を、前記基材の下面が基材接触部材から離間する状態で載置する第１工程と、
前記半田を溶融させることにより前記基材を下動させて前記基材の下面を前記基材接触部材に接触させるとともに溶融させた半田の表面張力によって前記部品を前記基材の下面側に持ち上げる第２工程と、
を有することを特徴とする半田付け方法。
【請求項２】
前記基材の下面および上面に部品を同時に半田付けすることを特徴とする請求項１に記載の半田付け方法。
【請求項３】
前記溶融前の半田は柱状半田であることを特徴とする請求項１または２に記載の半田付け方法。
【請求項４】
基材の下面に部品を半田付けする半田付け装置であって、
上面に、前記基材が配置される第１の凹部が形成されるとともに、前記第１の凹部の底面に、前記部品が配置される第２の凹部が形成され、溶融前の半田の下端が前記部品の上面に接触するとともに前記溶融前の半田の上端が前記基材の下面に接触し、かつ、前記基材の下面が前記第１の凹部の底面と離間する状態で配置される台座と、
前記半田を溶融させることにより前記基材を下動させて前記基材の下面を前記第１の凹部の底面に接触させるとともに溶融させた半田の表面張力によって前記部品を基材の下面側に持ち上げるための加熱手段と、
を備えたことを特徴とする半田付け装置。
【請求項５】
前記溶融前の半田は柱状半田であることを特徴とする請求項４に記載の半田付け装置。

【図１】