JP2000223830A - プリント配線板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リフロー温度が適正であるか否かを容易に判
断でき、リフロー温度管理の簡易化を図ることができる
プリント配線板を提供すること。 【解決手段】 リフロー温度の下限温度（例えば２１０
℃）に対して示温特性を有する第１の示温部材４ａと、
リフロー温度の上限温度（例えば２４０℃）以上に対し
て示温特性を有する第２の示温部材４ｂとからなるリフ
ローチェッカー４１、４２、４３を設け、プリント配線
板１の表面が適正な温度範囲でリフローされたか否かを
判断できるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リフロー半田付け
により電子部品が半田付けされるプリント配線板に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、リフロー炉を用いてプリント配線
板に電子部品を半田付けする表面実装の分野において
は、通常、プリント配線板上のランド部に半田粉とフラ
ックスを混合しクリーム状にしたソルダーペーストを印
刷し、その上に表面実装用電子部品を搭載し、リフロー
炉で加熱して上記半田粉を溶融し、プリント配線板と電
子部品を半田付けしている。

【０００３】プリント配線板は、例えば片面銅張り積層
板では図６に示すように、絶縁基板２の片面に銅箔２１
を付着し（図６Ａ）、その上にエッチングレジスト２２
を塗布したのち公知のリソグラフィ技術およびエッチン
グ技術によりパターニングして導体部（ランド部）２１
を形成し（図６Ｂ及びＣ）、次いでエッチングレジスト
２２を除去して導体部２１以外の領域にソルダーレジス
ト２３をスクリーン印刷法で形成し（図６Ｄ及びＥ）、
最後にプリント配線板上の所定領域にシルク（認識マー
ク）２４を印刷することにより形成される。

【０００４】絶縁基板２は、例えば紙やガラス布などを
基材としてフェノール、エポキシなどの樹脂を含浸させ
て加熱、加圧して積層化したのち硬化処理して成るもの
である。又、シルク２４は、メーカー名、基板名（Ａ０
０１等）、ＵＬマーク、部品の名称（ＩＣ、Ｃ（コンデ
ンサ）、Ｔｒ（トランジスタ）、Ｄｉ（ダイオード）、
ＣＮ（コネクタ）等）とその取付位置（ＩＣ１ピン位
置、Ｄｉ極性等）を表示する。

【０００５】電子部品の実装は、例えば図７で示すよう
に、プリント配線板の導体部２１にソルダーペースト２
５をスクリーン印刷法により形成したのち（図７Ａ）、
必要に応じて部品仮止め用の接着材２６を塗布してソル
ダーペースト２５上に電子部品３の電極部を搭載し（図
７Ｂ及びＣ）、この状態でリフロー炉へ供給してソルダ
ーペースト２５を溶融することにより半田フィレット２
５Ａを形成し、電子部品３と導体部２１との間を半田付
けする。

【０００６】図４Ａは、一般的なリフロー炉５の装置構
成の概要を示しており、入口側からプリヒートゾーン５
Ａ、リフローゾーン５Ｂ及び冷却ゾーン５Ｃの３つの領
域を有する。プリヒートゾーン５Ａは、基板上のソルダ
ーペースト中の溶剤を蒸発させ、ソルダーペーストのだ
れを防止するとともに、搭載部品に対する熱衝撃を和ら
げる。リフローゾーン５Ｂは、ソルダーペーストを溶融
し、半田付けを行う。冷却ゾーン５Ｃは半田付け後の基
板や部品に対する熱損傷を軽減させ、溶融半田を速やか
に凝固させる。

【０００７】プリヒートゾーン５Ａにはヒータ６Ａ及び
空気循環用のファン７Ａがそれぞれ３基ずつコンベア９
による基板搬送方向に配置され、内部が例えば１３０℃
から１６０℃の温度に管理される。リフローゾーン５Ｂ
にはヒータ６Ｂ及び空気循環用のファン７Ｂがそれぞれ
２基ずつ基板搬送方向に配置され、内部が例えば２１０
℃から２４０℃の温度範囲に管理される。冷却ゾーン５
Ｃには製品を強制空冷する冷却用のファン８が配置され
ている。図４Ｂは、リフロー炉５内の各ゾーンの温度分
布、すなわち温度プロファイルを示している。

【０００８】リフロー炉５を用いて半田付けを行う表面
実装において、基板の加熱プロファイル（リフロープロ
ファイル）は半田付け品質に係る重要な要素である。こ
のリフロー炉５での加熱温度に関し、最低温度は半田粉
の融点、最高温度は電子部品の限界温度、フラックスの
活性限界温度、金属の酸化等により決定され、設定温度
の範囲は制限される。

【０００９】ところが、部品を搭載したプリント配線板
は、部品分布状況の疎密（部品搭載密度）で表面温度が
場所により異なるため、リフロー炉５内の雰囲気温度と
実際のプリント配線板表面の温度とが同一であるとは限
らない。つまり、部品を多く搭載した領域をリフローす
る場合には表面温度が低くなり、逆に部品が少ない領域
では表面温度が高くなる。リフロー炉５には通常、温調
器が装備されているが（図示略）、炉内の雰囲気温度、
ヒータ温度の調整用であり、部品を搭載した実際のプリ
ント配線板表面の温度は知ることができない。

【００１０】したがって、リフロー炉５の温度設定は、
実際にリフローするプリント配線板で測定しながら調整
しなければならない。このとき、プリント配線板上にお
いて最高温度時点で最も高温となる場所と最も低温とな
る場所を測定する必要がある。また、プリント配線板の
種類（部品搭載数や搭載部品の種類）が異なればその温
度プロファイルも異なるため、リフロー炉の設定は上記
プリント配線板の種類毎に行わなければならない。

【００１１】かかる状況から従来では、部品を搭載した
プリント配線板の表面温度測定を主として熱電対固定法
で行っている。これは図５に示すように、プリント配線
板１１の測温箇所に熱電対１０を固定し、リフロー炉５
を通過するときの温度変化をペンレコーダ１２等で記録
することによって表面温度を知る方法である。この方法
では、部品を搭載したプリント配線板数枚を代表として
リフロー炉５の設定時に行われ、一度温度設定したリフ
ロー炉はその後も変動がないと仮定して、リフロー炉５
の温度条件管理のみで製品の量産に入る。

【００１２】しかしながら、装置故障による炉内温度の
上昇又は低下、基板供給過多による炉内温度低下などと
いった何らかの異常が起こっても、リフロー炉通過直後
の個々の製品の異常を検知することは不可能であり、半
田付け品質異常として後工程で確認されるまで、適正な
リフロー温度範囲から変化したリフロープロファイルで
量産され続けることになってしまう。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の問題に
鑑みてなされ、リフロー温度が適正であるか否かを容易
に判断でき、リフロー温度管理の簡易化を図ることがで
きるプリント配線板を提供することを課題とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するに
当たり、本発明は、少なくとも、リフロー温度の下限温
度に対して示温特性を有する第１の示温部材と、上記リ
フロー温度の上限温度以上に対して示温特性を有する第
２の示温部材とを備えたプリント配線板を構成すること
により、プリント配線板の表面が適正な温度範囲でリフ
ローされたか否かを知ることができるようにしている。

【００１５】すなわち、第１の示温部材が変色していな
ければリフロー温度の下限温度にまでプリント配線板表
面が加熱されなかったことがわかり、リフロー温度が低
いと判断することができる。また、第２の示温部材が変
色していればリフロー温度の上限温度以上にプリント配
線板表面が加熱されたことがわかり、リフロー温度が高
いと判断することができる。

【００１６】したがって本発明により、常に適正なプロ
ファイルによるリフローが可能となり、半田付け品質の
安定化を図ることができるとともに、リフローの温度管
理の簡易化を図ることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１８】図１は、本発明の実施の形態によるプリン
ト配線板を示している。プリント配線板１の表面には、
半導体チップパッケージ部品、抵抗、コンデンサ部品な
どの複数の電子部品３が搭載されている。

【００１９】本実施の形態によるプリント配線板１は、
第１の示温部材４ａと第２の示温部材４ｂとから成るリ
フローチェッカー４１、４２、４３を備えている。第１
の示温部材４ａは、リフロー温度の下限温度（例えば２
１０℃）に対して示温特性を有する示温塗料から成り、
第２の示温部材４ｂはリフロー温度の上限温度（例えば
２４０℃）以上の温度に対して示温特性を有する示温塗
料から成る。リフローチェッカー４１、４２、４３はこ
れら第１、第２の示温部材４ａ、４ｂを１組として、そ
れぞれ図１に示す位置に配置されている。

【００２０】すなわち、プリント配線板１上に搭載され
る電子部品３の分布状況は、図１においてプリント配線
板１の左半分の領域よりも右半分の領域の方が搭載され
る部品数が多い。そこで本実施の形態では、搭載部品数
の多い右半分の領域にリフローチェッカー４１を設け、
部品搭載数の少ない左半分の領域に、部品の種類（大き
さ）毎にリフローチェッカー４２、４３を設けている。

【００２１】プリント配線板１上に搭載される部品数の
疎密でリフローチェッカーを振り分けたのは、部品数の
疎密により吸収される熱量が異なり、そのためプリント
配線板１の表面温度が異なってくるからである。また、
左半分の領域に２つのリフローチェッカー４２、４３を
設けたのは、同じような部品搭載密度であっても、部品
の種類（色や大きさ等）により熱容量が異なり、そのた
めプリント配線板１の表面温度が異なってくるからであ
る。

【００２２】リフローチェッカー４１、４２、４３を構
成する第１、第２の示温部材４ａ、４ｂは、例えば表１
に示す日油技研工業株式会社製の温度管理用示温材、サ
ーモラベル（商品名）に用いられる示温エレメント（塗
料）が適用可能である。この示温塗料は一度変色すると
元の色に戻らない不可逆性示温材で、特に精製された安
定性のある溶融性顔料の融点を利用したものである。

【００２３】

【表１】

【００２４】本実施の形態では、第１の示温部材４ａと
して品番ＬＩ−２１０に適用される示温塗料を、第２の
示温部材４ｂとして品番ＬＩ−２４０に適用される示温
塗料をそれぞれ用い、後述するように図１に示す位置に
印刷あるいは塗布される。

【００２５】図２Ａ〜Ｇは、プリント配線板１の製造工
程を示す模式図である。本実施の形態ではプリント配線
板１として片面銅張り積層板を用いた例を説明する。

【００２６】紙やガラス布などを基材としてフェノー
ル、エポキシなどの樹脂を含浸させて加熱、加圧し積層
化した絶縁基板２の上面に銅箔２１を形成し（図２
Ａ）、その上にエッチングレジスト２２を塗布したのち
公知のリソグラフィ及びエッチング技術を用いて銅箔２
１を加工し、導体部２１を形成する（図２Ｂ、Ｃ及び
Ｄ）。この導体部２１は、後に塗布されるソルダーペー
スト２５を介して電子部品３と半田付けされるランド部
として構成される。

【００２７】導体部２１の形成後、エッチングレジスト
２２を除去してこれら導体部２１の間を埋めるようにソ
ルダーレジスト２３がスクリーン印刷法により塗布され
（図２Ｅ）、その上に所定の認識マーク（シルク）２４
が印刷される（図２Ｆ）。この後、同じくソルダーレジ
スト２３上にリフローチェッカー４１、４２、４３を構
成する示温塗料４ａ（４ｂ）をスクリーン印刷法で印刷
する（図２Ｇ）。

【００２８】以上の場合はプリント配線板１の形成工程
中に示温部材４ａ、４ｂを形成する方法であるが、以下
に説明するように、プリント配線板１に電子部品３を搭
載する際に示温部材４ａ、４ｂを形成するようにしても
よい。

【００２９】すなわち、図３Ａ〜Ｅを参照して、導体部
２１の上にスクリーン印刷法によりソルダーペースト２
５を供給し（図３Ａ）、また必要であれば部品仮止め用
の接着剤２６を塗布した後（図３Ｂ）、電子部品３の搭
載前（図３Ｄ）に、図示しないディスペンサノズルを用
いて示温塗料４ａ’（４ｂ’）をソルダーレジスト２３
上に塗布する（図３Ｃ）。

【００３０】電子部品３の搭載後、プリント基板１はリ
フロー炉５（図４Ａ参照）へ供給され、ここで所定のリ
フロー処理がなされてソルダーペースト２５を溶融し、
半田フィレット２５Ａとなって電子部品３と導体部２１
とを電気的に接続する（図３Ｅ）。

【００３１】以上より、本実施の形態によれば、電子部
品３を搭載したプリント配線板１がリフロー炉５を通過
した時点で、プリント配線板１の表面のリフローチェッ
カー４１、４２、４３の変色状況を確認するだけで、プ
リント配線板１が適正な温度でリフローされたか否かが
容易に判断できる。

【００３２】例えば、第１の示温部材４ａが変色してい
なければ（このとき当然に第２の示温部材４ｂも変色し
ていない）、リフロー温度の下限温度にまでプリント配
線板１が加熱されなかったことがわかり、リフロー温度
が低いと判断することができる。また、第２の示温部材
４ｂが変色していれば（このとき当然に第１の示温部材
４ａも変色している）、リフロー温度の上限温度以上に
プリント配線板１が加熱されたことがわかり、リフロー
温度が高いと判断することができる。

【００３３】これにより、部品搭載密度の高低、部品の
種類等に関係なく、表面実装プロセスにおけるプリント
配線板１上の温度チェックによる品質の安定化、及び、
リフロー温度管理の簡易化を図ることができる。

【００３４】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発
明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

【００３５】例えば以上の実施の形態では、リフローチ
ェッカー４１、４２、４３として第１、第２の示温部材
４ａ、４ｂの２つの示温部材で構成したが、これに限ら
ず、リフロー温度の下限温度から上限温度の温度範囲で
示温特性を有する示温材料を所定の温度刻みで、１種又
は２種以上設けるようにしてもよい。

【００３６】すなわち、例えば表１に示した示温エレメ
ントで説明すると、２１０℃から２４０℃までの範囲の
リフロー温度に対して示温特性を有する示温エレメント
は、１０℃刻みで品番ＬＩ−２１０からＬＩ−２４０が
用いられ、上述の第１、第２の示温部材４ａ、４ｂのほ
かに２種の示温材料（ＬＩ−２２０、ＬＩ−２３０）が
用いられることになる。この構成により、リフローピー
ク温度をより詳細に知ることができる。なお、当該製品
（温度管理用示温材）をラベルの形態でそのまま使用す
ることも可能であり、一方、当該製品にかかわらず他の
示温エレメントを使用することも勿論可能である。

【００３７】また、以上の実施の形態では、プリント配
線板１として片面銅張り積層板を例にとり説明したが、
これに限らず、両面銅張り積層板や多層基板、フレキシ
ブル基板にも本発明は適用可能である。更に、ディップ
半田付け法を併用したプリント配線板にも本発明は適用
可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のプリント配
線板によれば、以下の効果を奏することができる。

【００３９】すなわち請求項１の発明によれば、プリン
ト配線板の全数に対してリフロー温度を確認できるの
で、常に適正な温度プロファイルによるリフローが可能
となって半田付け品質の安定化を図ることができるとと
もに、リフローの温度管理の簡易化を図ることができ
る。

【００４０】請求項２の発明によれば、部品搭載密度の
高低からプリント配線板の表面温度分布が不均一であっ
ても、その全表面にわたってリフロー温度をチェック
し、全体的に適正なリフローがなされたか否かを判断す
ることができる。

【００４１】請求項３の発明によれば、プリント配線板
が適正な温度範囲でリフローされたか否かを判断できる
だけでなく、当該部位の更なる詳細なリフローピーク温
度を知ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態によるプリント配線板の平
面図である。

【図２】同プリント配線板の製造工程を模式的に示す断
面図で、Ａは絶縁基板上への銅箔の付着工程を、Ｂ、Ｃ
及びＤは銅箔のパターニング工程を、Ｅはソルダーレジ
ストの印刷工程を、Ｆはシルクの印刷工程を、Ｇは本発
明に係る第１（第２）の示温部材（塗料）の印刷工程を
それぞれ示している。

【図３】電子部品の実装工程を模式的に示す断面図で、
Ａはソルダーペーストの印刷工程を、Ｂは部品仮止め用
の接着剤塗布工程を、Ｃは本発明に係る第１（第２）の
示温部材（塗料）の塗布工程を、Ｄ及びＥは電子部品の
半田付け工程をそれぞれ示している。

【図４】Ａはリフロー炉の概略断面図であり、Ｂはリフ
ロー温度プロファイルを示している。

【図５】従来の基板温度プロファイル測定作業を示す概
略図である。

【図６】従来のプリント配線板の製造工程を模式的に示
す断面図で、Ａは絶縁基板上への銅箔の付着工程を、
Ｂ、Ｃ及びＤは銅箔のパターニング工程を、Ｅはソルダ
ーレジストの印刷工程を、Ｆはシルクの印刷工程をそれ
ぞれ示している。

【図７】電子部品の実装工程を模式的に示す断面図で、
Ａはソルダーペーストの印刷工程を、Ｂは部品仮止め用
の接着剤塗布工程を、Ｃ及びＤは電子部品の半田付け工
程をそれぞれ示している。

【符号の説明】

１…プリント配線板、２…絶縁基板、３…電子部品、４
ａ…第１の示温部材、４ｂ…第２の示温部材、５…リフ
ロー炉、２１…銅箔、２２…エッチングレジスト、２３
…ソルダーレジスト、２４…シルク、２５…ソルダーペ
ースト、４１、４２、４３…リフローチェッカー。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ソルダーペーストを介して電子部品が搭
   載される導体部を有し、リフロー炉の内部で前記ソルダ
   ーペーストが溶融されることにより前記電子部品と前記
   導体部とが半田付けされるプリント配線板において、 少なくとも、リフロー温度の下限温度に対して示温特性
   を有する第１の示温部材と、 前記リフロー温度の上限温度以上に対して示温特性を有
   する第２の示温部材とを備えたことを特徴とするプリン
   ト配線板。
2. 【請求項２】 前記第１、第２の示温材料を１組とし
   て、前記電子部品の搭載密度の高い領域と低い領域との
   双方に設けたことを特徴とする請求項１に記載のプリン
   ト配線板。
3. 【請求項３】 前記リフロー温度の下限温度から上限温
   度の温度範囲で示温特性を有する示温材料を所定の温度
   刻みで設けたことを特徴とする請求項１に記載のプリン
   ト配線板。