JP2007194319A - はんだ付け用マスクおよびはんだ付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 マスキングテープをはんだ付け面に貼り付けてフローはんだからの熱を遮蔽するように構成していたので、マスキングテープの粘着剤が溶融はんだの熱により溶融して、基板のはんだ付け面に付着し、はんだ付け性が悪化することがあった。また、マスキングテープの貼り付け作業に手間がかかって、量産工程では現実的に実施が困難であった。
【解決手段】 はんだ付け用マスク１１は、フローはんだ付け部を通過するプリント実装基板１の、一側面１ａおよび他側面１ｂの少なくとも一方に近接配置され、基板面の一部を遮蔽する遮蔽部１１ａを有する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、フローはんだ処理を行う際に、基板に実装される実装部品の温度上昇を抑制するためのはんだ付け用マスクおよびはんだ付け方法関する。

両面実装プリント基板においては、例えば基板の一面に面実装型の実装部品（ＳＭＤ）をリフローはんだ付けした後に、基板の他面に面実装型の実装部品（ＳＭＤ）を仮固定するとともに基板の一面側からリード線付き実装部品（ＴＨＤ）のリードを挿入して、基板の他面にフローはんだ処理を施すことにより、実装部品を基板両面に実装することが行われる。
このように、実装部品を基板の一側面に実装した後に他側面に実装する場合、基板や実装部品を、はんだ付けを行うのに適した一定範囲内の温度に加熱する必要があるため、該基板や実装部品を、フローはんだ槽の溶融はんだや該フローはんだ槽に設けられたヒータにより加熱している。

しかし、プリヒートによる基板等の加熱温度によっては、基板に実装されている実装部品の温度が、フローはんだ付け時に該実装部品の耐熱温度を超えてしまう場合がある。特に、実装部品の耐熱温度が低かったり、熱容量が小さかったりした場合には、耐熱温度を超えて実装部品の特性が劣化する恐れが高くなる。
また、既に一側面に実装されている実装部品のはんだ付け部が、はんだが溶融する温度にまで加熱されてしまう場合がある。

そこで、このような問題を解消すべく、フローはんだ処理を行う際に、処理を行う側の基板面の必要箇所にマスキングテープを貼り付けて、該マスキングテープにより基板面に接触する、フローはんだ付け部における溶融はんだからの熱を遮って、実装部品のはんだが再溶融したり、実装部品が必要な温度範囲を超えた温度にまで加熱されてしまったりすることを防止する技術が考案されている。
例えは、特許文献１に示すように、熱伝導層を有したマスキングテープをプリント基板のはんだ付け面に貼り付けることで、既に実装された実装部品のはんだ付け部が溶解することを防いでいる。
実開平５−４８３７６号公報

前述のごとく、マスキングテープをはんだ付け面に貼り付けて溶融はんだからの熱を遮蔽するように構成した場合、該マスキングテープの粘着剤が溶融はんだからの熱により軟化または溶融してマスキングテープからはみ出したり、マスキングテープ自体が剥れたりして、基板のはんだ付け面に付着することがある。マスキングテープや該マスキングテープからはみ出した粘着剤がはんだ付け面に付着すると、該はんだ付け面のはんだ付け性が悪化して、実装した部品にはんだ付け不良が発生したり、該実装部品におけるはんだ付け部の信頼性が低下したりすることとなる。
また、前記マスキングテープは、フローはんだ処理を行うプリント基板毎にそれぞれ貼り付けていく必要があり、さらには、一度基板に貼り付けてフローはんだ処理を行ったマスキングテープを繰り返し使用することができないため、貼り付け作業に手間がかかるとともに高いコストがかかってしまい、多くのプリント基板を処理する量産工程では現実的に実施することが困難であった。

上記課題を解決するはんだ付け用マスクおよびはんだ付け方法は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載のごとく、はんだ付け用マスクは、フローはんだ付け部を通過する基板の、一側面および他側面の少なくとも一方に近接配置され、基板面の一部を遮蔽する遮蔽領域を有する。
これにより、基板のプリヒート時、およびはんだ付け時に、該遮蔽領域にて遮蔽した部分の基板面の温度上昇を抑えることができ、遮蔽領域にて遮蔽した部分の基板面に実装される実装部品の特性劣化や、既に実装済みの実装部品のハンダ付け部におけるはんだが再溶融することを防止できる。
特に、はんだ付け用マスクは基板の下方または上方に近接配置するだけであるので、基板面にマスキングテープを貼り付けた場合のように、粘着剤等がはんだ付け面に付着することがなく、はんだ付け性を悪化させることもない。

また、請求項２記載のごとく、前記はんだ付け用マスクの遮蔽領域にて遮蔽される基板面の反対側面には、実装部品が実装されている。
これにより、前記遮蔽領域の反対側面に実装される実装部品を、はんだ付け用マスクの遮蔽領域により、ヒータおよび溶融はんだの熱から遮蔽することができ、容易に該実装部品の温度上昇を抑えることができる。

また、請求項３記載のごとく、前記はんだ付け用マスクの遮蔽領域が、基板のはんだ付け用マスク配置側面に実装される実装部品を覆う。
これにより、例えばフローはんだ付けを行う側の面に、既に実装済みの実装部品があった場合でも該実装部品を遮蔽領域にて覆い、該実装部品の温度上昇を抑制することができる。

また、請求項４記載のごとく、前記はんだ付け用マスクは板状部材にて構成される。
これにより、はんだ付けマスクを、基板の下方または上方に近接配置するだけの簡単な作業で、遮蔽領域により基板の一側面または他側面における必要な箇所を一括して遮蔽することができるので、マスキングが必要な箇所の個々にマスキングテープを貼り付けていくような面倒な作業は必要でなく、マスキング作業の手間を大幅に減少させることができ、量産工程での対応を容易に実現することができる。

また、請求項５記載のごとく、前記はんだ付け用マスクは、前記基板を搬送するための搬送トレイに支持されている。
これにより、はんだ付け用マスクを支持する部材を別途設ける必要がなく、簡単な設備で基板のマスキングを行うことができる。

また、請求項６記載のごとく、前記はんだ付け用マスクは、前記基板を搬送するための搬送トレイに一体的に形成されていることを特徴とする。
これにより、設備の部品点数を減らすことができ、さらに生産性の向上や低コスト化を図ることができる。

また、請求項７記載のごとく、基板の一側面および他側面の少なくとも一方に、基板面の一部を遮蔽する遮蔽領域を有したはんだ付け用マスクを近接配置した状態で、該基板を、フローはんだ付け部に通過させる、はんだ付け方法。
これにより、基板のプリヒート時、およびはんだ付け時に、該遮蔽領域にて遮蔽した部分の基板面の温度上昇を抑えることができ、遮蔽領域にて遮蔽した部分の基板面に実装される実装部品の特性劣化や、既に実装済みの実装部品のハンダ付け部におけるはんだが再溶融することを防止できる。
特に、はんだ付け用マスクを基板の下方または上方に近接配置するだけであるので、基板面にマスキングテープを貼り付けた場合のように、粘着剤等がはんだ付け面に付着することがなく、はんだ付け性を悪化させることもない。

本発明によれば、前記遮蔽領域にて遮蔽した部分の基板面の温度上昇を抑えることができ、遮蔽領域にて遮蔽した部分の基板面に実装される実装部品の特性劣化や、既に実装済みの実装部品のハンダ付け部におけるはんだが再溶融することを防止できる。
また、基板面にマスキングテープを貼り付けた場合のように、粘着剤等がはんだ付け面に付着することがなく、はんだ付け性を悪化させることもない。

次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。

図１には、本はんだ付け用マスクが適用されるプリント実装基板の一実施形態を示している。図１におけるプリント実装基板１は両面実装基板に構成されており、
一側面１ａに面実装型の実装部品（ＳＭＤ）２ａ、およびリード線付き実装部品（ＴＨＤ）３が実装され、他側面１ｂに面実装型の実装部品（ＳＭＤ）２ｂが実装されている。

各実装部品２ａ・２ｂ・３をプリント実装基板１に実装する際には、例えば、まず面実装型の実装部品２ａをリフローはんだ付け等により一側面１ａに実装した後、他側面１ｂに面実装型の実装部品２ｂを仮固定するとともにリード線付き実装部品３を一側面２ａ側から挿入した状態で、該他側面１ｂにフローはんだ付け処理（噴流はんだ付け処理）を行い、面実装型の実装部品２ｂおよびリード線付き実装部品３の実装が行われる。

プリント実装基板１の他側面１ｂにフローはんだ付け処理を行う場合、フローはんだ槽内を搬送されるプリント実装基板１は、図２、図３に示すように、搬送トレイ１２に装着された状態で搬送されるが、搬送トレイ１２に装着されるプリント実装基板１の下方には、はんだ付け用マスクとなるマスクプレート１１が配置されている。

前記マスクプレート１１は板状部材にて構成されており、枠部１１ｂと遮蔽部１１ａとを備えている。
また、前記搬送トレイ１２においては、開口部１２ａの周囲に係止ガイド１２ｂが形成されており、該係止ガイド１２ｂ上にマスクプレート１１の枠部１１ｂが載置され、さらに該マスクプレート１１上にプリント実装基板１が載置されている。

マスクプレート１１の上方にプリント実装基板１が載置された状態では、プリント実装基板１の一側面１ａに実装された実装部品２ａのうち、マスクプレート１１にて遮蔽したい実装部品２ａの下方に遮蔽部１１ａが位置している。
つまり、図４に示すように、プリント実装基板１の一側面１ａに実装されている面実装型の実装部品２ａの下方にはマスクプレート１１の遮蔽部１１ａが配置されており、他側面１ｂに仮固定されている面実装型の実装部品２ｂ、および一側面１ａ側からリード線を挿入しているリード線付き実装部品３の部分には遮蔽部１１ａが配置されておらず、該実装部品２ｂ・３は搬送トレイ１２の開口部１２ａに臨んでいる。

このように、搬送トレイ１２に装着されたプリント実装基板１の下方にはマスクプレート１１が配置されており、図５に示すように、プリント実装基板１がフローはんだ槽５内を搬送されるときには、マスクプレート１１がプリント実装基板１の下方に近接配置された状態となっている。
ここで、マスクプレート１１をプリント実装基板１の下方に近接配置するとは、該マスクプレート１１をプリント実装基板１に対して、若干の間隙を設けて配置することをいうが、マスクプレート１１をプリント実装基板１の他側面１ｂに当接させた状態で配置することも含む。

図５に示すフローはんだ槽５内においては、右方から左方へ向ってプリント実装基板１が搬送されるように構成されており、搬送経路の上流側（図５における右方）から下流側（図５における左方）へ向って順に、ヒータ６、１次フローはんだ付け部７、および２次フローはんだ付け部８が配置されている。
そして、フローはんだ付け処理を行う場合、フローはんだ槽５内に侵入したプリント実装基板１は、まずヒータ６によりプリヒートされ、はんだ付けを行うのに適した温度となるように加熱される。
プリヒートされたプリント実装基板１は、次に１次フローはんだ付け部７にて１次はんだ付け処理が行われ、その後２次フローはんだ付け部８にて２次はんだ付け処理が行われて、フローはんだ付け処理が終了する。

また、前述のようにフローはんだ付け処理が行われる際の、プリント実装基板１の他側面１ｂの温度プロファイルは図６に示すようになる。
つまり、フローはんだ槽５内に侵入してヒータ６にてプリヒートされたプリント実装基板１の他側面１ｂは、まず所定の温度Ｔａ℃〜温度Ｔｂ℃の範囲内にまで加熱され、その後１次フローはんだ付け部７および２次フローはんだ付け部８にて、該他側面１ｂに溶融はんだが接触してはんだ付け温度Ｔｃ付近の温度にまで加熱される。

この場合、プリヒート時におけるプリント実装基板１の加熱温度範囲Ｔａ℃〜Ｔｂ℃の設定は、１次フローはんだ付け部７および２次フローはんだ付け部８にてはんだ付けを行う際に、他側面１ｂでのはんだ付けを適切に行うことができるだけの温度（前記温度Ｔｃ）まで、該他側面１ｂの温度が上昇するような温度範囲に設定されている。
前記プリヒート時におけるプリント実装基板１の他側面１ｂの加熱温度範囲Ｔａ℃〜Ｔｂ℃、およびはんだ付け温度Ｔｃは、はんだの種類やはんだ付け条件等によっても異なるが、例えば、温度Ｔａが１２０℃程度、温度Ｔｂが１８０℃程度、温度Ｔｃが２６０℃程度となるように設定される。

従って、プリント実装基板１の下方にマスクプレート１１を設けなかった場合には、プリヒートによるプリント実装基板１の加熱温度によっては、例えばプリント実装基板１の一側面１ａ側に実装されている実装部品２ａの温度が、１次フローはんだ付け部７および２次フローはんだ付け部８でのはんだ付け時に、該実装部品２ａの耐熱温度を超えてしまう場合がある。特に、実装部品２ａの耐熱温度が低かったり、熱容量が小さかったりした場合には、耐熱温度を超えて実装部品２ａの特性が劣化する恐れが高くなる。
また、一側面１ａにおける実装部品２ａのはんだ付け部が、はんだが溶融する温度にまで加熱されてしまう場合がある。

そこで、本実施形態においては、プリント実装基板１の下方にマスクプレート１１を近接配置することで、ヒータ６から実装部品２ａへ伝達される熱を遮蔽して、プリヒートによる実装部品２ａの加熱温度を低下させ、１次フローはんだ付け部７および２次フローはんだ付け部８でのはんだ付け処理時に、その実装部品２ａの加熱温度が、該実装部品２ａの耐熱温度、または実装部品２ａのはんだ付け部のはんだが溶融する温度を超えないようにする等、適切な加熱温度を超えないようにしている。

つまり、図５に示すごとく、プリント実装基板１の下方における、実装部品２ａの実装位置に対応する箇所にマスクプレート１１の遮蔽部１１ａが配置されるように構成することで、ヒータ６からの熱を遮蔽して実装部品２ａの温度上昇を抑えることができる。
また、プリント実装基板１が１次フローはんだ付け部７および２次フローはんだ付け部８を通過する際にも、遮蔽部１１ａにより、該１次フローはんだ付け部７および２次フローはんだ付け部８から噴出される溶融はんだが、他側面１ｂに直接接触しないように遮蔽して、実装部品２ａの温度上昇を抑えることができる。

また、プリヒート時、１次フローはんだ付け部７でのはんだ付け時、および２次フローはんだ付け部８でのはんだ付け時には、プリント実装基板１および実装部品２ａのみならず、該プリント実装基板１の他側面１ｂに実装される実装部品２ｂも同様に加熱されるため、該実装部品２ｂも耐熱温度を超えた温度にまで加熱される恐れがある。

この実装部品２ｂの温度上昇を抑えるために、図５に示すように、プリント実装基板１の上方に前記マスクプレート１１を近接配置することもできる。
つまり、プリント実装基板１の上方に前記マスクプレート１１を近接配置することで、加熱された実装部品２ｂの熱がプリント実装基板１を通じてマスクプレート１１に伝達され、その結果、実装部品２ｂの熱が奪われて温度が低下することとなる。

この場合、マスクプレート１１の遮蔽部１１ａを、実装部品２ｂの実装位置に対応する箇所に配置することで、実装部品２ｂの温度上昇抑制を効率的に行うことができる。
また、遮蔽部１１ａを、前記リード線付き実装部品３の周囲に配置することで、該実装部品３の熱を該遮蔽部１１ａにより奪って、実装部品３の温度上昇を抑えることができる。
さらに、マスクプレート１１をプリント実装基板１の一側面１ａに当接させることで、プリント実装基板１からマスクプレート１１への熱の伝達効率を向上させることができ、実装部品２ｂ・３の温度上昇抑制を、さらに効率的に行うことが可能となる。

なお、例えばマスクプレート１１をプリント実装基板１の下方に近接配置した場合に、プリヒート時における実装部品２ａの温度を実際に測定してみると、図７に示す第１の実装部品２ａおよび第２の実装部品２ａのように、マスクプレート１１を設けなかった場合の温度に比べて低下させることができた。
この場合の各実装部品２ａの温度低下は、例えば２０℃程度となっている。

また、前述のように、ヒータ６や、１次フローはんだ付け部７および２次フローはんだ付け部８の溶融はんだからの熱を遮蔽して、実装部品２ａ・２ｂ等の温度上昇を抑制するマスクプレート１１は、高温に曝されるため、耐熱性を有した材料にて構成されることが必要となる。
また、マスクプレート１１には、はんだ付けを行う際に用いられるフラックスが付着するため、該フラックスに対する耐薬品性および耐腐食性が求められる。
具体的には、ＳＵＳ、アルミニウム、およびチタン等といった金属材料や、ガラスエポキシ樹脂等といったプリント実装基板１を構成する材料と同じ材料を、マスクプレート１１の構成材料として用いることができる。
また、マスクプレート１１の枠部１１ｂ等、直接溶融はんだに接触しない部位については、耐熱樹脂等を用いることもできる。

また、プリント実装基板１の下方に配置するマスクプレート１１は、図８に示すように構成することもできる。
つまり、プリント実装基板１の他側面１ｂに、既に実装済みの実装部品２ｂがある場合等には、該マスクプレート１１の遮蔽部１１ａにより、実装済みの実装部品２ｂを覆うように構成することで、該実装部品２ｂの温度上昇を抑制することができる。

以上のように、プリント実装基板１の下方および上方にマスクプレート１１を近接配置することで、プリヒート時、および１次フローはんだ付け部７および２次フローはんだ付け部８でのはんだ付け時に、該プリント実装基板１に実装される各実装部品２ａ・２ｂ・３の温度上昇を抑えることができ、該実装部品２ａ・２ｂ・３の特性劣化や、既に実装済みの実装部品２ａ・２ｂ・３のハンダ付け部におけるはんだが再溶融することを防止できる。
マスクプレート１１は、板状部材にて構成され、プリント実装基板１の下方または上方に近接配置または当接配置するだけであるので、基板面にマスキングテープを貼り付けた場合のように、粘着剤等がはんだ付け面に付着することもなく、はんだ付け性を悪化させることもない。

また、プリント実装基板１の下方または上方に近接配置または当接配置するだけで、遮蔽部１１ａによりプリント実装基板１の一側面１ａまたは他側面１ｂにおける必要な箇所を一括して遮蔽することができるので、マスキングが必要な箇所の個々にマスキングテープを貼り付けていくような面倒な作業は必要でなく、マスキング作業の手間を大幅に減少させることができ、量産工程での対応を容易に実現することができる。

また、マスクプレート１１は、前記プリント実装基板１を搬送するための搬送トレイ１２に支持されているので、該マスクプレート１１を支持する部材を別途設ける必要がなく、簡単な設備でプリント実装基板１のマスキングを行うことができる。
さらに、マスクプレート１１は耐熱性および耐腐食性を有しており、繰り返し使用することができるので、コスト削減を図ることができる。
また、プリント実装基板１の使用毎にマスクプレート１１を用意しておけば、その他の設備を変更することなく機種切り換えを行うことができ、大幅な設備変更や加工条件の段取り換え等が必要でないので、生産性の向上を図ることができる。

また、図９に示すように、マスクプレート１１を、プリント実装基板１を搬送する搬送トレイ１２と一体的に形成することも可能であり、このように構成することで、設備の部品点数を減らすことができ、さらに生産性の向上や低コスト化を図ることができる。
なお、この場合は、マスクプレート１１の枠部１１ｂの機能は、搬送トレイ１２が兼ねることとなる。

また、フローはんだ付け処理を行う場合、プリント実装基板１の進行方向における先端部が１次フローはんだ付け部７や２次フローはんだ付け部８にかかったときに、溶融はんだがプリント実装基板１の一側面１ａ側に乗り上げてしまうことがあるが、マスクプレート１１をプリント実装基板１の一側面１ａの上方に近接配置することにより、該一側面１ａがマスクプレート１１により覆われることとなるので、乗り上げたはんだが一側面１ａの回路パターンにおけるランドやスルーホール、または実装部品２ａの端子等に付着または飛散して、はんだブリッジやはんだボール等の不良を発生することを防止できる。

本はんだ付け用マスクが適用されるプリント実装基板を示す側面断面図である。 下方にマスクプレートが配置され、搬送トレイに装着された状態のプリント実装基板を示す側面断面図である。 搬送トレイにセットされたプリント実装基板を示す平面図である。 プリント実装基板の各実装部品とプリント実装基板の遮蔽部との位置関係を示す平面図である。 マスクプレートをセットした状態でフローはんだ槽内を搬送されるプリント実装基板を示す側面断面図である。 フローはんだ付け処理が行われる際の、プリント実装基板の他側面の温度プロファイルを示す図である。 プリヒート時における、プリント実装基板に実装された実装部品の、マスクプレートによる温度低下の効果を示す図である。 実装部品を覆うように遮蔽部を構成したマスクプレートの例を示す側面断面図である。 マスクプレートと搬送プレートとを一体的に形成した例を示す側面断面図である。

符号の説明

１ プリント実装基板
１ａ 一側面
１ｂ 他側面
２ａ （プリント実装基板の一側面側に実装される）面実装型の実装部品
２ｂ （プリント実装基板の他側面側に実装される）面実装型の実装部品
３ リード線付き実装部品
６ ヒータ
７ １次フローはんだ付け部
８ ２次フローはんだ付け部
１１ マスクプレート
１１ａ 遮蔽部
１２ 搬送トレイ

Claims (7)

1. フローはんだ付け部を通過する基板の、
   一側面および他側面の少なくとも一方に近接配置され、
   基板面の一部を遮蔽する遮蔽領域を有する、
   ことを特徴とするはんだ付け用マスク。
2. 前記はんだ付け用マスクの遮蔽領域にて遮蔽される基板面の反対側面には、実装部品が実装されていることを特徴とする請求項１に記載のはんだ付け用マスク。
3. 前記はんだ付け用マスクの遮蔽領域が、基板のはんだ付け用マスク配置側面に実装される実装部品を覆うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のはんだ付け用マスク。
4. 前記はんだ付け用マスクは板状部材にて構成されることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載のはんだ付け用マスク。
5. 前記はんだ付け用マスクは、前記基板を搬送するための搬送トレイに支持されていることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載のはんだ付け用マスク。
6. 前記はんだ付け用マスクは、前記基板を搬送するための搬送トレイに一体的に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載のはんだ付け用マスク。
7. 基板の一側面および他側面の少なくとも一方に、基板面の一部を遮蔽する遮蔽領域を有したはんだ付け用マスクを近接配置した状態で
   該基板を、フローはんだ付け部に通過させる、
   ことを特徴とするはんだ付け方法。
   
   

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