JP2004319735A - 電子機器回路装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な工程により、装置内部品の小型化やこれに伴う部品形状の複雑化に対応して、リフロー処理本来の高い生産性を確保し得る電子機器回路装置の製造方法を提供する。
【解決手段】表面及び裏面の両面間の肉厚が不均等な金属ベース２０の表面に回路パターンを形成して成る回路基板４１に対して、はんだ付け処理により電子部品４２を実装して電子機器回路装置を製造するために、はんだを添加する工程と、電子部品４２を載置する工程と、裏面に嵌合する形状の型部材を裏面に嵌合させる工程とから成る第１段階と、この第１段階で型部材３０との嵌合状態にした金属ベース２０に対して加熱を行う第２段階と、この第２段階で加熱した金属ベース２０を冷却する第３段階とを行う。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器回路装置を製造する方法に関し、特に、平坦表面直下の肉厚を不均等に形成した回路基板に対し、リフロー炉によるはんだ付け処理を用いて上記装置を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回路基板上に電子部品を実装する際に多用されるはんだ付け処理は、電子機器回路装置の製造技術に重要であり、放熱フィンの片面側に回路部分を実装する際などに用いられる。（例えば、特許文献１。）
【０００３】
また、回路基板上では多様な電子部品が大量に実装可能であるのが理想的であり、このため、熱容量の異なる多岐の部品をはんだ付け処理の対象とする傾向が強い。そして、このような多種類の電子部品への対応を考慮するものとして、特許文献２及び３に示すリフロー処理方法が開示されている。
【０００４】
リフロー処理方法は、高い生産性ではんだ付け処理を行うもので、例えば、図１に示すような搬入口１と搬出口２とを連通させて設けたリフロー炉３を用いるのが一般的である。リフロー炉３の内部は、搬入口１から搬出口２への搬送を可能とするベルトコンベア等の搬送路４と、この搬送路４を挟んで対向する上部及び下部ヒータ５、６とが設けられている。リフロー炉３を用いて、回路基板上に電子部品８を実装するに際しては、あらかじめ、リフロー炉３の外部において、ベース７上の絶縁体物質７ａに銅箔等の導電性物質を貼り付けたものに対して、エッチング加工等を行って回路基板８を形成し、この回路基板８上で電子部品９の載置部分にクリームはんだを添加する。そして、電子部品９を載置した状態の回路基板８を、搬送路４により搬入口１から搬出口２方向へ搬送させ、この搬送中に、上下ヒータ５、６により加熱する。ヒータ５、６の加熱により基板８上に添加したクリームはんだは融点に達して溶融し、その後、回路基板８を搬出口２から搬出すると基板８の除冷に伴ってはんだが固化し、最終的に電子部品９が回路基板８に固着して、その実装作業が終了する。
【０００５】
このようなリフローはんだ処理は、旧来のはんだごてを用いる直接装着作業に比べ、生産性が格段に高く大量生産が可能なことから、回路基板上への電子部品の実装工程に多用される。
【０００６】
そして、昇温特性の異なる電子部品間でのはんだ付け処理の進行のばらつき及びこのばらつきに伴う部品品質の劣化を防止するため、特許文献２に示すものは、熱容量の異なる電子部品に応じて、加熱手段（近赤外線ヒータと遠赤外線ヒータ）を選択し、また、特許文献３のものは、予備加熱や本加熱などの加熱工程ごとにはんだ付け処理対象物の搬送速度を相異させている。
【０００７】
【特許文献１】
実開平５−８７９５６号公報（第５〜９頁、図１及び２）
【特許文献２】
特開平８−６４９５４号公報（第４〜１３頁、図１、６及び７）
【特許文献３】
特開２０００−１８３５１１号公報（第３〜６頁、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように特許文献１に示すものは、多種類の電子部品の実装工程ごとにはんだ付け処理や耐熱性接着剤により接合を行うため工程が煩雑になり生産性に難点がある。
【０００９】
また、この欠点を補うはずのリフロー処理による特許文献２及び３のはんだ付け方法も、工程が複雑であるため、これがタクトタイムの長期化要因となり、生産性の向上には限界がある。
【００１０】
さらに、近年の電子機器回路装置は、小型化及び軽量化の進展が顕著であり、例えば、モータ装置においては、モータ部と制御基板部とを一体構成するなどの工夫が為されている。
【００１１】
これに伴い、回路装置設計上の制約が多くなり、例えば、特許文献１のものの放熱フィンは占有スペースが大きいためそのままで搭載することは歓迎されない。また、基板部の形状の複雑化が避けられず、このため、特許文献２及び３のはんだ付け処理を行っても、実装する電子部品より格段に大きな熱容量を有する基板部内に熱容量の偏りが生じ、電子部品ごとに行ったはずの対応の効果が減殺されてしまう。即ち、電子部品を実装する表面領域直下の基板部の熱容量が異なることにより、はんだ添加部分での昇温不足に起因して融点温度への到達遅延が生じてはんだ処理が確実に行われなかったり、その逆に、局所的に所期以上の過熱を招いて電子部品の劣損が生じたりするおそれがある。
【００１２】
本発明は、上記問題点に鑑み、簡易な工程により、装置内部品の小型化やこれに伴う部品形状の複雑化に対応して、リフロー処理本来の高い生産性を確保し得る電子機器回路装置の製造方法を提供することを課題としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、表裏両面間の肉厚が不均等な金属ベースの表面に回路パターンを形成して成る回路基板に対して、はんだ付け処理により電子部品を実装して電子機器回路装置を製造するために、はんだを添加する工程と、電子部品を載置する工程と、金属ベースの裏面に嵌合する形状の型部材をこの裏面に嵌合させる工程とを第１段階として行うものとする。
【００１４】
これによれば、第１段階において、それぞれの凹凸面を接合面として金属ベースと型部材とが嵌合し、これにより型部材と一体化して均等な肉厚を備える基板部形状が形成され、上記した熱容量の偏りが解消される。
【００１５】
このとき、型部材の材質は金属製でも樹脂製でも良いが、熱容量の偏差解消を確実にするため、嵌合する金属ベースと同水準の熱容量を備えるものが望ましい。また、第１段階の各工程、即ち、回路基板上にはんだを添加する工程、基板上に電子部品を載置する工程、金属ベースと型部材とをそれぞれの凹凸で嵌合する工程は、これらの順番を特定する必要はなく適宜変更が可能である。
【００１６】
そして、これに続き、第１段階で型部材との嵌合状態にした金属ベースに対して加熱を行う第２段階を経ることにより、熱容量偏差を生じずに一様の昇温速度で加熱された基板部上ではんだ添加部分がほぼ同時期にその融点に到達し、この結果、基板上のはんだ付けのタイミングが揃うことになる。
【００１７】
さらに、第２段階で加熱した金属ベースに対し、大気中に放置したり低温恒温槽へ搬入したりするなどして冷却を行う第３段階を経るものとする。これにより、上記したようなタイミングの揃った状態ではんだ付けを終了することができる。
【００１８】
即ち、上記の第１乃至第３に亘る段階を経ることにより、基板上のそれぞれのはんだ添加部分においてはんだ付けのタイミングを揃えることができるので、タクトタイムの長期化を防ぎ、効率良く電子機器回路装置を製造することが可能になる。
【００１９】
この場合、上記の第１段階において嵌合させる型部材を、金属ベースより高温とすることにより、型部材と金属ベースとが一体化されて成る基板部分は、第２段階で加熱を行う以前に予備加熱されることになり、第２段階で行う本加熱時間を短縮することができる。即ち、はんだ付け処理の効率はさらに向上する。
【００２０】
また、上記の第１段階で、前記型部材を金属ベース裏面に嵌合させる工程後に、さらに、金属ベースに電子部品用保護カバーを設ける工程を加えることにより、第２段階での加熱時の輻射熱による耐熱限度以上の高温環境を発生要因とする電子部品の劣損が防止される。なお、この保護カバーの設置工程を加えた第１段階も、上記と同じく各工程を特定の順番で行う必要はなく変更可能である。
【００２１】
さらに、第３段階での金属ベース冷却の際、第２段階で用いた型部材と、この型部材より低温であり、且つ、同形の凹凸を有する冷却用型部材とを交換するようにすれば、上記の第１段階において金属ベースより高温の型部材を用いる場合と同様のメカニズムにより金属ベースの冷却効率が向上するため、はんだ付け処理の効率化がさらに進展する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図２（ａ）は、本発明に用いる金属ベース２０の裏面を表す概観図である。図２（ｂ）の側面図に示すように、金属ベース２０の表裏両面のうち、表面２１は平坦面形状であり、裏面２２はモータとの直結を想定した凹凸形状となっており、金属ベース２０そのものがモータハウジングの一部として兼用される。即ち、図２（ａ）の正面図や図２（ｃ）の斜視図に示されるように、金属ベース２０の裏面２２には、モータ用軸受部２３やケーブル穴部２４や取付け用ブラケット２５などが設けられて起伏の多い複雑形状となっている。また、上記した金属ベース２０の平坦表面２１上の基板回路は、この表面２１上に熱可塑性の絶縁シートを介して被覆した銅材料等の導電材料に対してエッチング加工などを行い、これにより回路パターンを形成して得られる。
【００２３】
図３は、金属ベース２０の裏面２２を嵌合する形状を有する型部材３０を示す斜視図である。図２のモータ用軸受部２３やケーブル穴部２４や取付け用ブラケット２５の凸部や凹部にそれぞれ対応して嵌合できるように、軸受部用溝３３、ケーブル穴用溝３４、ブラケット用溝３５などが形成されている。そして、型部材３０の材質は、金属ベース２０と同等の熱伝導度を有する熱伝導体を用いる。
【００２４】
上記の金属ベース２０及び型部材３０を用いる本発明の第１態様の工程図を図４に示す。本工程の第１段階で、金属ベース２０の平坦表面２１上に絶縁シート４０を介して形成した基板回路４１の接合予定部分に、公知の印刷法によりクリームはんだ（図示せず）の印刷を行い、さらに、この接合予定部分にＩＣリードやリード端子あるいはチップ部品などの電子部品４２を載置し、そして、これと並行して金属ベース２０の凹凸裏面２２側から凹凸形状の型部材３０を嵌合させる。このようにすることにより、裏面２２が複雑形状であるために生じていた金属ベース２０の肉厚格差が、金属ベース２０と型部材３０とを一体化させた嵌合状態で解消される。
【００２５】
なお、本第１段階で行う、クリームはんだの印刷、電子部品４２の載置、金属ベース２０と型部材３０との嵌合は、特定順序で行う必要はなく、手順の進め易さなどによりその順番を適宜変更することが可能である。
【００２６】
そして、一体化した金属ベース２０と型部材３０とを、公知の搬送手段により搬入口４３ａを介して、リフロー炉４３内部の通電加熱したホットプレート４４上に嵌合状態のまま搬送して、基板回路４１上のクリームはんだが溶融できるようにリフロー炉４３内部の加熱（例えば１８０〜２３０℃）を行い、これを第２段階とする。
【００２７】
ところで、本第２段階においてホットプレート４４を加熱手段として用いるのは、金属ベース２０と型部材３０との一体化により肉厚を均等化させたうえで、これによる良好な熱伝導効果を得るためである。即ち、このためには、加熱手段との全体的な直接接触が効果的となる。
【００２８】
なお、昇温時間の短縮化のために、加熱手段として従来例（例えば、図１及び特許文献２）に示す上下ヒータや赤外線放射ヒータを用いても良い。ただし、上記のように金属ベース２０と型部材３０とを嵌合状態とすると、全体の熱容量が増大しているので、添加したはんだが融点に到達するまでの比較的長時間に亘り、各電子部品４２を高温条件下で待機させることになり、これが原因となって電子部品４２の劣損が生じるおそれがある。このため、上記した上下ヒータや赤外線放射ヒータなどの昇温効果の高い加熱手段を用いる場合は、例えば第１段階での型部材３０嵌合後などに、あらかじめ電子部品４２用保護カバー（図示せず）を回路基板４１側に設けておくことが望ましい。この保護カバーの材質は、金属製でも樹脂製でも良く特に限定されるものではないが、リフロー炉４１の内部温度に対する耐熱性を備えていることが必要である。
【００２９】
そして、はんだを溶融させた後に、金属ベース２０を嵌合状態のまま搬出口４３ｂからリフロー炉４３の外部に搬出させる。そして、第３段階で冷却することによりはんだを固化させて回路基板４１上に各電子部品４２を固着させる。
【００３０】
このような冷却手段としては、自然冷却の他、低温恒温槽への搬入などの公知手段を用いることができるが、型部材３０との嵌合状態のままでは、上記したように全体の熱容量が増大しており、冷却には比較的長時間を要することになる。このことは、生産性向上の阻害要因となるばかりか、電子部品４２の高温状態の長期化をも招くことになり、部品劣損が発生するおそれが生じる。
【００３１】
このため、本態様においては、リフロー炉４３の搬出口４３ｂから嵌合状態の金属ベース２０を搬出した後に、直ちに型部材３０を取り外すこととした。そして、この型部材３０と同形の凹凸形状を有し、且つ、型部材３０及び金属ベース２０よりも低温状態とした代替の型部材４５を、金属ベース２０に嵌合させる。そして、このようにして冷却を行うことにより第３段階が終了し、本態様の全工程が完了する。
【００３２】
次に、金属ベース２０及び型部材３０を用いる本発明の第２態様の工程図を図５に示す。第１態様のものと異なるのは、第１段階において金属ベース２０に嵌合させる際に、あらかじめ型部材５０を金属ベース２０より高温にしておく点である。このようにすることにより、金属ベース２０に対して第２段階で加熱する前に予備加熱が行われることになり、第２段階で行う本加熱時間を短縮することができる。
【００３３】
なお、この際の型部材５０の温度条件は、リフロー炉４３内で加熱されたときと同水準の温度を上限とすると共に、これより２０℃程度低い温度を下限とする温度範囲内であることが望ましい。この条件下では、回路基板４１上の電子部品４２の劣損を生じない良好なはんだ処理を行うことができる。
【００３４】
また、本第２態様において、型部材５０と金属ベース２０とを嵌合させるのは、図５のようにリフロー炉４３への搬入前でも良いし、これとは別にリフロー炉４３内部で行っても良い。リフロー炉４３内で嵌合させる場合には、型部材５０は、リフロー炉４３内で加熱されたときと同水準の温度に自動的に合致するため、上記した温度範囲条件の設定及び管理が不要になる。
【００３５】
そして、これら以外は、上記した第１態様と同様の条件で工程を進行させることにより、本第２態様によるはんだ付け処理が完了する。
【００３６】
なお、上記第１及び第２の態様を含む本実施の形態においては、金属ベース２０及び型部材３０、４５、５０の材質として、金属または合金を想定しているが、カーボンコンポジット素材やセラミックス等、必要な耐熱性及び熱伝導性を備えるものであれば、金属材料に限定されずに樹脂製のものを用いても良い。さらに、ベース２０に低導電性材料を用いると、上記の熱可塑性絶縁シート４０が不要になり、回路基板４１の構成材料簡略化に直結する。
【００３７】
また、本実施の形態では、回路基板４１を形成する金属ベース２０の表面２１を平坦面としてクリームはんだ印刷機を用いるものとしたが、表面２１が非平坦面である場合は、えぐれ（スクイーズ）作用により添加精度が低下するおそれがあり、はんだ印刷機の使用が難しくなる。この場合は、シート状はんだを必要な形状に裁断して表面２１上に添加することにより、はんだ印刷法の代替とすることができる。
【００３８】
さらに、本実施の形態では、金属ベース２０の裏面２２をモータハウジングの一部としたが、これは複雑形状の裏面２２の一例として示したに過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。裏面２２の複雑形状を与える例として、ヒートシンクや別の用途の金属ケースを挙げることも可能である。また、金属ベース２０の表面２１についても、基板回路形成用の平坦表面形状のものとしたが、本発明はこれに限定されることない。即ち、表面２１が複雑形状のものであっても、用いる型部材３０、４５、５０の嵌合部側面と反対側の側面部分の形状を、表面２１に対応して再現させたものに形成することにより、同様のリフロー処理を行うことができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の電子機器回路装置の製造方法によれば、基板形状が複雑になってもこの複雑形状に嵌合する型部材を接合させることにより基板部分の肉厚格差を解消することができ、この結果、基板各部分での熱容量格差を解消することができる。
【００４０】
したがって、基板上のはんだ添加部分ではんだ付けのタイミングが揃うことになり、タクトタイムの長期化を防いだ高効率のリフロー処理を行うことができる。
【００４１】
さらに、リフロー処理前にあらかじめ型部材を高温に設定したり、処理後の冷却時に低温の型部材と交換したりすることにより、はんだ付け処理の効率をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のリフロー処理工程を示す略断面図
【図２】（ａ）本発明において用いる金属ベースの裏面正面図
（ｂ）本発明において用いる金属ベースの側面図
（ｃ）本発明において用いる金属ベースの斜視図
【図３】本発明において用いる型部材の斜視図
【図４】本発明の第１態様を示す工程図
【図５】本発明の第２態様を示す工程図
【符号の説明】
３ ４３ リフロー炉
５ ６ ヒータ
８ ４１ 回路基板
９ ４２ 電子部品
２０ 金属ベース
２１ 表面
２２ 裏面
３０ ４５ ５０ 型部材
４４ ホットプレート

Claims (4)

1. 表裏両面間の肉厚が不均等な金属ベースの表面に回路パターンを形成して成る回路基板に、
   はんだを添加する工程と、
   電子部品を載置する工程と、
   前記裏面に嵌合する形状の型部材を該裏面に嵌合させる工程と、
   から成る第１段階と、
   該第１段階で前記型部材との嵌合状態にした金属ベースに対して加熱を行う第２段階と、
   該第２段階で加熱した金属ベースを冷却する第３段階とを備える、
   ことを特徴とする電子機器回路装置の製造方法。
2. 前記第１段階において嵌合させる型部材は、前記金属ベースより高温であることを特徴とする請求項１に記載の電子機器回路装置の製造方法。
3. 前記第１段階で、前記型部材を金属ベース裏面に嵌合させる工程の後に、前記電子部品用保護カバーを前記金属ベースに設ける工程を加えることを特徴とする請求項１または２に記載の電子機器回路装置の製造方法。
4. 前記第３段階は、前記第２段階で用いた型部材と、該型部材より低温で該型部材と同形の凹凸を備えた冷却用型部材とを交換する工程を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子機器回路装置の製造方法。

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