JP2004304098A - プリント基板のリフロー方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のリフロー方法は、１００〜１５０℃で予備加熱した後、ピーク温度まで急加熱してプリント基板のはんだ付けを行うものであったが、プリント基板を従来のリフロー方法ではんだ付けすると、はんだ付け部周辺に微小ボールが発生したり電子部品がはんだ付け部から位置ずれしたりする問題があった。本発明はこれらの問題が発生しないリフロー方法である。
【解決手段】本発明は、ソルダペーストが塗布されたプリント基板を１００℃以下からピーク温度までを略一定の加熱速度で加熱してソルダペーストを溶融させることによりプリント基板のはんだ付けを行うリフロー方法である。本発明に使用して好適な加熱速度は０．５〜２．０℃／秒である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、ソルダペーストが塗布されたプリント基板に電子部品を搭載した後、リフロー炉で加熱してはんだ付けを行うリフロー方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器のはんだ付け方法としては、鏝付け法、フロー法、リフロー法がある。鏝付け法は、はんだ付け部一箇所毎にはんだ付けするため大量生産に即しない。フロー法は、プリント基板のはんだ付け面全体を溶融したはんだに浸漬するため多数箇所のはんだ付けが一度の処理で行えるという生産性に優れたものであるが、不要箇所にはんだが付着したり、隣接するはんだ付け部にはんだが跨って付着するブリッジを発生させたりする問題があった。リフロー法は、プリント基板の必要箇所だけにソルダペーストを塗布し、リフロー炉のような加熱装置で加熱するだけで多数箇所のはんだ付けができ、しかも不要箇所へのはんだの付着やブリッジの発生がないという生産性と信頼性に優れたはんだ付けが行えるものである。
【０００３】
リフロー法に用いるソルダペーストは、はんだ粉末とペースト状フラックスを混練して粘調性のあるペースト状にしたものである。このソルダペーストに用いるフラックスは、松脂、活性剤、チキソ剤等の固形成分を溶剤で溶解してペースト状にしてある。ソルダペーストをプリント基板に塗布後、該塗布部に電子部品を搭載させてからリフロー炉で加熱すると、先ずフラックス中の溶剤が蒸発し、次いで固形成分である松脂、チキソ剤、活性剤が溶融してはんだ付け部全域に広がる。はんだ付け部に広がったフラックスは、松脂中のアビエチン酸や活性剤の作用により、はんだ付け部に付着していた酸化物を還元除去して清浄にする。そしてさらにリフロー炉内の温度が上昇して、はんだ粉の溶融温度以上になると、はんだ粉が溶融して清浄化されたはんだ付け部に濡れ広がる。
【０００４】
ところで従来のプリント基板のリフロー方法は、図３に示しようにプリント基板をリフロー炉の予備加熱ゾーンで１００〜１５０℃の予備加熱温度に１〜２分間加熱保持し、その後、ピーク温度まで３℃／秒以上の加熱速度で急速に昇温させるという加熱を行っていた。このピーク温度とは、ソルダペーストのはんだ粉の液相線温度よりも高い温度、一般には液相線温度＋２０〜５０℃である。従って、ソルダペーストのはんだ粉としてＰｂ−６３Ｓｎはんだ（共晶温度：１８３℃）を使用する場合、ピーク温度は２００〜２３０℃となる。
【０００５】
従来のリフロー方法においてプリント基板を予備加熱ゾーンで長い時間の予備加熱を行うのは、電子部品やプリント基板を熱損傷から護るためである。つまりリフロー炉でプリント基板を高温のピーク温度まで一気に急加熱すると、電子部品やプリント基板が熱損傷したり、機能劣化したりするからである。さらに従来のリフロー方法で予備加熱を行う理由は、ソルダペーストの飛散を防止するためでもある。即ち、はんだ付け部に塗布されたソルダペーストを急速に加熱すると、ソルダペースト中の溶剤が突沸してソルダペーストを飛散させて不必要な箇所に付着させるからである。ソルダペーストが不必要な箇所に付着し、そこで溶融するとはんだの表面張力で球状となり、そのまま凝固してはんだボールとなる。溶剤の突沸によるソルダペーストの飛散をなくすため、ソルダペーストが塗布されたプリント基板を予備加熱して、その間にソルダペースト中の溶剤を徐々に蒸発させる。するとピーク温度になったときにはソルダペースト中に溶剤がなくなった状態となり、突沸がなくなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来のリフロー方法では、溶剤の突沸以外の原因で微小ボールが発生することがあった。これは予備加熱時のソルダペーストのダレによって起こる現象である。ソルダペーストのダレとは、ソルダペーストを印刷した直後はマスクの穴と同一の印刷形状を保っているが、予備加熱したときに印刷形状が崩れてはんだ付け部から大きくはみ出すことである。ソルダペーストが予備加熱でダレるのは、予備加熱温度が固形成分の大部分を占める松脂の軟化温度よりも少し高いため、長い予備加熱時間の間に松脂が軟化して松脂主成分のフラックスがはんだ付け部以外に流動し、該フラックスの流動にともなってはんだ粉もはんだ付け部以外に流動するからである。そしてはんだ付け部以外の箇所に流動して付着したソルダペーストがピーク温度まで加熱されて溶融すると、微小ボールとなる。このようにして形成されたはんだボールが隣接した導体間にあると、導体間の絶縁抵抗を低下させたり、短絡したりしてプリント基板を組み込んだ電子機器の機能を悪くしてしまう。
【０００７】
また従来のリフロー方法では、はんだ付け後に電子部品が所定の位置からずれてはんだ付けされることがあった。この原因はフラックスの突沸によるものである。従来のリフロー方法では、予備加熱を行うため溶剤はほとんどが蒸発してなくなっていて溶剤の突沸はないが、図３のようにプリント基板が予備加熱温度からピーク温度に急加熱されると、予備加熱で液状となったフラックスがこの急加熱時に突沸し、突沸の勢いでソルダペースト上に搭載された電子部品を位置ずれさせてしまうものである。本発明は、プリント基板をリフロー炉ではんだ付けしたときに微小ボールの発生がなく、しかも電子部品の位置ずれがないというプリント基板のリフロー方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、従来のリフロー方法において微小ボールが発生するのはソルダペーストのダレによるものであり、電子部品が位置ずれするのは予備加熱温度からピーク温度に急加熱されるときにフラックスが突沸するからであることから、長い予備加熱をなくすとともに急加熱をなすことができれば微小ボールの発生や電子部品の位置ずれがなくなることに着目して本発明を完成させた。
【０００９】
本発明は、プリント基板のはんだ付け部にソルダペーストを塗布し、塗布部に電子部品を搭載後、該プリント基板をリフロー炉で加熱してプリント基板と電子部品をはんだ付けするリフロー方法において、プリント基板を１００℃以下の温度からピーク温度までを略一定の加熱速度で加熱することを特徴とするプリント基板のリフロー方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明では、ソルダペーストが塗布されたプリント基板をリフロー炉で加熱するときに、１００℃以下の温度からピーク温度までを略一定の加熱速度で加熱するものであり、１００〜１５０℃に一定時間加熱するという従来のリフロー方法に該当する予備加熱がない。
【００１１】
本発明で１００℃以下の温度からピーク温度まで略一定速度で加熱するのは、フラックス中の松脂が軟化する直前から略一定速度で加熱するとフラックスがダレにくくなるからである。つまり松脂の軟化温度は種類によっても違うが凡そ１００℃以下であり、松脂が軟化する直前から略一定の加熱速度で加熱すると松脂主成分のフラックスがダレにくくなって微小ボールが発生しなくなる。
【００１２】
本発明では、松脂が軟化する前からプリント基板を略一定加熱速度で加熱すればよいのであり、そのためには室温、即ちプリント基板をリフロー炉に入れたときから略一定加熱速度で加熱してもよい。しかしながらプリント基板を室温から略一定の加熱速度で加熱すると、加熱に時間がかかって生産性に問題が生じてくるので、室温から松脂が軟化する直前、即ち１００℃までは急速加熱、例えば３℃／秒以上の加熱速度で加熱してもフラックスがダレることはなく加熱時間を短縮できる。
【００１３】
本発明における略一定の加熱速度とは、加熱時間に対して直線を描くような正確な加熱速度ではなく、加熱時間に対して少し山形を描くようなアバウトな加熱速度である。このように加熱速度が正確な一定速度でなく山形を描くような或る範囲を持った加熱速度であってもソルダペーストのダレや溶融フラックスの突沸を阻止することができる。
【００１４】
本発明における略一定の加熱速度は、０．５〜２．０℃／秒が適当である。該加熱速度が０．５℃／秒よりも遅いとソルダペーストがダレて微小ボールを発生させてしまい、しかもリフロー炉内を通過する時間が長くなって生産性を悪くするばかりでなく、電子部品に対しても熱影響を与えて機能劣化させる恐れが出てくる。しかるに加熱速度が２．０℃／秒よりも早くなると、フラックス中の溶剤の蒸発が急激に起こってソルダペーストを飛散させたり電子部品の位置ずれを起こしたりするようになる。
【００１５】
図１、２は本発明のリフロー方法において、Ｐｂ−６３Ｓｎはんだのソルダペーストを用いたときの温度プロファイルである。図１の温度プロファイルは、室温からピーク温度の２２５℃になるまで１．０℃／秒の加熱速度で加熱したものであり、図２の温度プロファイルは１００℃までを５℃／秒の加熱速度で急加熱し、その後ピーク温度までを１．０℃／秒の加熱速度で加熱したものである。
【００１６】
次に本発明の実施例と従来のリフロー方法である比較例について説明する。パソコンに使用するプリント基板（厚さ１．６ｍｍ、大きさ２６０×１８０ｍｍ）にＰｂ−６３Ｓｎのソルダペーストを印刷塗布し、該塗布部にチップ部品を搭載してからリフロー炉で加熱してはんだ付けの実験を行った。実験は実施例として図１に示すような温度プロファイルを使用した本発明のリフロー方法と、比較例として図３に示すような温度プロファイルを使用した従来のリフロー方法である。その結果、本発明のリフロー方法を用いてはんだ付けを行ったプリント基板には微小ボールの発生や電子部品の位置ずれは皆無であったが、従来のリフロー方法を用いてはんだ付けしたプリント基板には微小はんだボールや電子部品の位置ずれが見られた。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、はんだ付け部周辺に微小ボールを発生させないため導体間の絶縁抵抗の低下や短絡が起こらず、しかもはんだ付け時に電子部品が位置ずれしないことから信頼あるはんだ付け部が得られるという従来のリフロー方法にない優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリフロー方法の実施例に使用する温度プロファイル（室温から一定速度の加熱）
【図２】本発明のリフロー方法の他の実施例使用する温度プロファイル（１００℃まで急加熱）
【図３】従来のリフロー方法に使用する温度プロファイル

Claims (3)

1. プリント基板のはんだ付け部にソルダペーストを塗布し、塗布部に電子部品を搭載後、該プリント基板をリフロー炉で加熱してプリント基板と電子部品をはんだ付けするリフロー方法において、プリント基板を１００℃以下の温度からピーク温度までを略一定の加熱速度で加熱することを特徴とするプリント基板のリフロー方法。
2. 前記加熱速度は、０．５〜２．０℃／秒であることを特徴とする請求項１記載のプリント基板リフロー方法。
3. プリント基板を１００℃までは急加熱し、１００℃からピーク温度までを略一定の加熱速度で加熱することを特徴とする請求項１記載のプリント基板のリフロー方法。

Images