JP2008243998A - プリント基板の反り矯正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】新規な構成にて、片面に部品をリフローはんだ付実装したプリント基板における反りを確実に矯正することができるプリント基板の反り矯正方法を提供する。
【解決手段】片面に部品５１をリフローはんだ付実装したプリント基板５０を、吸引機能を備え、且つ上面１１が平坦な加熱ブロック１０に、部品実装面が上面となる状態で載せてプリント基板５０の樹脂のガラス転移点温度を超える温度まで加熱する。加熱を継続した状態で、プリント基板５０の部品実装面を、耐熱性を有する空気漏れ防止用柔軟材２０で覆い、プリント基板５０の下面より吸引することによりプリント基板５０を平坦化して保持する。加熱を停止してガラス転移点温度を下回るまで温度が下がったところで、プリント基板５０の下面からの吸引を解除する。
【選択図】図３

Description

本発明は、プリント基板の反り矯正方法に関するものである。

プリント基板の両面に部品を実装するためにリフローはんだ付技術が用いられている。このリフローはんだ付工程において、プリント基板の片面へのはんだペーストの印刷および部品装着し、その後、はんだ材の溶融温度以上にプリント基板を加熱するが、その際、プリント基板材料（樹脂）のガラス転移点温度を超える温度に達する。

この場合、リフロー工程でプリント基板の樹脂が軟化するため、部品荷重及びプリント基板の自重により、また、基板製造時に基板内部に蓄積された残留応力がリフロー時の加熱により開放されることで基板反りが発生する。

その後、このプリント基板は裏面へのはんだペーストの印刷および部品装着され、２回目のリフローはんだ付を実施する。
しかし、１回目のリフローはんだ付終了後、反りが大きい基板をリフローはんだ付する場合、この反りによりはんだ印刷不良、はんだ不濡れ等の不良の原因となるため、反り量の多い基板は廃却するという問題があった。

このような不具合を避ける方法として、リフロー中の基板反りを抑制するための反り修正冶具を適用する方法が知られているが、その効果は十分とは言えなかった。また、特許文献１においてはベース台に植立配置した支持ピンで反りのあるプリント基板の下面を支持し、プリント基板の上面を上ベース板に植立配置したピンで押圧してプリント基板を平坦に挟持した後に、プリント基板を加熱炉に入れてプリント基板をガラス転移点温度に加熱し所定時間保持し、その後冷却するようにしている。このピン支持方式の場合には、プリント基板の平坦度が不足しやすい。
特開平５−４１５７７号公報

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、新規な構成にて、片面に部品をリフローはんだ付実装したプリント基板における反りを確実に矯正することができるプリント基板の反り矯正方法を提供することにある。

請求項１に記載の発明においては、片面に部品をリフローはんだ付実装したプリント基板を、吸引機能を備え、且つ上面が平坦な加熱ブロックに、部品実装面が上面となる状態で載せて前記プリント基板の樹脂のガラス転移点温度を超える温度まで加熱する第１工程と、前記加熱を継続した状態で、前記プリント基板の部品実装面を、耐熱性を有する空気漏れ防止用柔軟材で覆い、プリント基板の下面より吸引することによりプリント基板を平坦化して保持する第２工程と、前記加熱を停止してガラス転移点温度を下回るまで温度が下がったところで、プリント基板の下面からの吸引を解除する第３工程と、を有することを要旨とする。

請求項１の発明によれば、プリント基板の反りの発生は、プリント基板のガラス転移点温度を超える温度域にて内部応力のバランスの消失や外部応力負荷により生ずることを考慮して、１回目のリフローはんだ付終了後に、上面が平坦な加熱ブロックにプリント基板を載せてプリント基板をガラス転移点温度を超える温度に加熱・吸引し、且つ、吸引をプリント基板のガラス転移点温度を下回る温度となるまで継続することで、プリント基板の反りを矯正することができる。

このようにして、片面に部品をリフローはんだ付実装したプリント基板における反りを確実に矯正することができる。
請求項２に記載のように、請求項１にプリント基板の反り矯正方法において、前記プリント基板の部品実装面を空気漏れ防止用柔軟材で覆い、プリント基板の下面より吸引する際に、前記空気漏れ防止用柔軟材の上から空気漏れ防止用柔軟材を前記プリント基板側に加圧すると、空気漏れを確実に防止することができる。

請求項３に記載のように、請求項１にプリント基板の反り矯正方法において、前記空気漏れ防止用柔軟材は、フィルム材よりなると、柔軟性に優れたものとなり、空気漏れを防止する上で好ましいものとなる。

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プリント基板の反り矯正装置の全体構成を示す。図１において、加熱ブロック１０は、上面１１が平坦となっている。加熱ブロック１０は、ステンレス材よりなる。加熱ブロック１０の上面１１にはプリント基板５０が搭載される。加熱ブロック１０には吸引孔１２が形成され、吸引孔１２の一端は上面１１に開口し、他端は側面に開口している。詳しくは、吸引孔１２は、横方向に延びる横孔１２ａと、縦方向に延びる縦孔１２ｂからなり、横孔１２ａは加熱ブロック１０の側面に開口し、縦孔１２ｂは横孔１２ａに連通し加熱ブロック１０の上面１１に開口している。加熱ブロック１０の上面１１において縦孔１２ｂが多数、均一に点在して開口している。吸引孔１２には吸引装置１３が接続され、吸引装置１３を駆動することにより加熱ブロック１０の上面１１のプリント基板５０を吸引することができるようになっている（プリント基板５０の下面より吸引することができるようになっている）。吸引装置１３として真空ポンプを挙げることができる。

また、加熱ブロック１０の下面には加熱装置１４が設けられている。加熱装置１４により加熱ブロック１０を加熱することができるようになっている。
一方、加熱ブロック１０の上方において柔軟材２０が位置しており、柔軟材２０はプリント基板５０より大きいサイズである。柔軟材２０は、耐熱性を有し、且つ、適度に柔らかく、吸引装置１３にてプリント基板５０の下面から吸引した時にプリント基板５０に形成されたスルーホールやビアホールを通して空気が漏れるのを防止する空気漏れ防止用部材（空気を遮断する部材）として機能する。このような柔軟材２０としてシリコンゴムを挙げることができる。この柔軟材２０をプリント基板５０の上に配置することができるようになっている。

柔軟材２０には加圧装置としてのウェイト（重り）２１が設けられ、プリント基板５０の上に柔軟材２０を配置した状態でウェイト２１により下方に押し当てて加圧することができるようになっている。

次に、このように構成した反り矯正装置を用いたプリント基板の反り矯正方法について説明する。
図４は加熱・加圧・吸引についてのタイムチャートである。

図２に示すように、加熱ブロック１０の上面１１に、片面に部品５１をリフローはんだ付実装したプリント基板５０を、部品実装面が上になるようにして載せる。このプリント基板５０は、片面に部品を実装すべく１回目のリフローはんだ付を終了したものであって、反っている。つまり、１回目のリフロー工程でプリント基板の樹脂が軟化するため、部品荷重及びプリント基板の自重により、また、基板製造時に基板内部に蓄積された残留応力がリフロー時の加熱により開放されることで基板が反っている。

ここで、プリント基板５０の片面にリフローはんだ付実装した部品５１に関して、図２ではチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）とチップコンデンサを例示している。部品５１としては、他にも、例えば、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）やチップ抵抗等を挙げることができる。

そして、図４においてｔ１〜ｔ２の期間において、反ったプリント基板５０を、該基板５０を構成する樹脂のガラス転移点温度Ｔ１を超える温度まで加熱する。詳しくは、はんだ材の融点（はんだ溶融温度）Ｔ２未満の温度まで加熱する。

このようにして、第１工程として、片面に部品５１をリフローはんだ付実装したプリント基板５０を、吸引機能を備え、且つ上面１１が平坦な加熱ブロック１０に、部品実装面が上面となる状態で載せてプリント基板５０の樹脂のガラス転移点温度Ｔ１を超える温度まで加熱する。

プリント基板５０の樹脂のガラス転移点温度Ｔ１について言及すると、ガラスエポキシ樹脂を用いたときにおいてガラス転移点温度Ｔ１は１４０℃である。はんだ溶融温度Ｔ２について言及すると、錫・鉛共晶はんだを用いた場合には１８３℃であり、代表的なＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の鉛フリーはんだを用いた場合には２２０℃である。

ついで、加熱を継続した状態で、図３に示すように、プリント基板５０の上面から柔軟材２０（例えばシリコンゴム）を配置するとともにウェイト２１により加圧し、且つ、プリント基板５０の下面から吸引する。この状態を、図４においてｔ２〜ｔ３の期間において保持する。これにより、反ったプリント基板５０が図３に示すごとく平坦化（矯正）される。

このようにして、第２工程として、加熱を継続した状態で、プリント基板５０の部品実装面を、耐熱性を有する空気漏れ防止用柔軟材２０で覆い、プリント基板５０の下面より吸引することによりプリント基板５０を平坦化して保持する。

さらに、図４のｔ３〜ｔ５の期間において加熱を停止して冷却する。このとき、図４のｔ３〜ｔ４の期間において加圧・吸引を継続する。つまり、冷却過程では、反り矯正されたプリント基板５０が樹脂のガラス転移点温度Ｔ１を下回る温度になるまで加圧、吸引を継続し、所定温度に到達した後に加圧、吸引を解除する。

なお、ガラス転移点以上の温度保持時間は、プリント基板５０のランド部が酸化しないような、数十秒〜数分程の時間に設定する。
このようにして、第３工程として、加熱を停止してガラス転移点温度Ｔ１を下回るまで温度が下がったところで、プリント基板５０の下面からの吸引を解除する。

ここで、図４のｔ１〜ｔ２の期間、ｔ２〜ｔ３の期間、ｔ３〜ｔ４の期間、ｔ４〜ｔ５の期間について説明すると、その一例として、ｔ１〜ｔ２の期間は１分程度、ｔ２〜ｔ３の期間は数十秒〜数分程度、ｔ３〜ｔ４の期間は１分程度、ｔ４〜ｔ５の期間は１分程度である。

その後に、平坦となったプリント基板５０を取り出す。
その結果、プリント基板５０の樹脂のガラス転移点温度を上回る温度まで加熱することで、樹脂が軟化するため、プリント基板５０の内部に残留応力を発生させることなく、平坦化（反り矯正）することができ、また平坦化（反り矯正）された状態を維持したままガラス転移点温度を下回る温度まで冷却することで、平坦な状態でプリント基板５０の樹脂が硬くなり、常温時点にて反り矯正された基板を得ることができる。

また、吸引と同時に柔軟材（例えばシリコンゴム）２０、即ち、部品５１の凹凸に追従するような部材を使用することにより、プリント基板５０に形成された多数のスルーホールやビアホール等からプリント基板５０の下面吸引時に空気が漏れることを防止することができる。特に、本実施形態ではプリント基板５０の部品実装面を空気漏れ防止用柔軟材２０で覆い、プリント基板５０の下面より吸引する際に、柔軟材２０の上から柔軟材２０をプリント基板５０側に加圧するようにした。これにより、空気漏れを確実に防止することができる。

以上のように、プリント基板の反りの発生は、プリント基板のガラス転移点温度を超える温度域にて内部応力のバランスの消失や外部応力負荷により生ずることを考慮して、１回目のリフローはんだ付終了後に、上面１１が平坦な加熱ブロック１０にプリント基板５０を載せてプリント基板５０をガラス転移点温度を超える温度に加熱しながら吸引し（反り矯正のための外力負荷を与え）、且つこの吸引（外力負荷の印加）をプリント基板５０のガラス転移点温度を下回る温度となるまで継続することで、プリント基板５０の反りを矯正することができる。

このようにして、片面に部品をリフローはんだ付実装したプリント基板における反りを確実に矯正することができる。より詳しくは、特許文献１のようなピン支持方式ではプリント基板の平坦度が不足しやすいが、本実施形態では十分なプリント基板の平坦度を確保することができる。

これにより、次工程においてプリント基板の裏面へのはんだペースト印刷および部品装着して２回目のリフローはんだ付が実施されるが、プリント基板の平坦度が確保されているため、２回目のリフローはんだ付する際の、はんだ印刷不良やはんだ不濡れ等の不良の原因を取り除くことができる。

なお、前記実施形態は以下のように変更してもよい。
図１では加圧装置としてウェイト２１を用いたが、ウェイト２１に代わり、図５に示す加圧装置３０を用いてもよい。つまり、加圧装置３０は、上下動機構３１とプレート３２を備え、上下動機構３１にてアーム３１ａの先端のプレート３２を下方に押圧することにより、柔軟材２０を加圧してもよい。

また、プリント基板５０の下面吸引時に空気が漏れることを効果的に防止するためには、プリント基板５０の全面を柔軟材２０で完全に覆う必要があるが、上記したように空気の漏れ防止を達成できる最低限の加圧力を付与すればよい。このため、上記したようなシリコンゴム等を加圧する方法に限る必要はなく、空気漏れを防止できる構造（空気を遮断できる構造）であればよいため、図７に示す薄膜状のフィルム６０を用いてもよい。この薄膜状のフィルム６０は、吸引により、プリント基板５０のスルーホールやビアホールの開口部で容易に密着して開口部を塞ぐことができるため、加圧は特には必要としない。具体的には、フィルム６０として、厚さが１００μｍ程度のポリイミド製フィルムを挙げることができる。

詳しい、プリント基板の反り矯正方法（手順）としては、図６を示すように、片面に部品５１をリフローはんだ付実装したプリント基板５０を、吸引機能を備え、且つ上面１１が平坦な加熱ブロック１０に、部品実装面が上面となる状態で載せてプリント基板５０の樹脂のガラス転移点温度Ｔ１を超える温度まで加熱する（第１工程）。そして、図７に示すように、加熱を継続した状態で、プリント基板５０の部品実装面を、耐熱性を有する空気漏れ防止用柔軟材としての薄膜耐熱フィルム６０で覆い、プリント基板５０の下面より吸引することによりプリント基板５０を平坦化して保持する（第２工程）。さらに、加熱を停止してガラス転移点温度Ｔ１を下回るまで温度が下がったところで、プリント基板５０の下面からの吸引を解除して薄膜耐熱フィルム６０を除去する（第３工程）。この場合において、空気漏れ防止用柔軟材（６０）はフィルム材よりなるので、柔軟性に優れたものとなり、加圧することなく空気漏れを防止することができる。

本実施形態におけるプリント基板の反り矯正装置の全体構成図。 作用を説明するためのプリント基板の反り矯正装置の全体構成図。 作用を説明するためのプリント基板の反り矯正装置の全体構成図。 加熱・加圧・吸引についてのタイムチャート。 別例のプリント基板の反り矯正装置の全体構成図。 別例のプリント基板の反り矯正装置の全体構成図。 別例のプリント基板の反り矯正装置の全体構成図。

符号の説明

１０…加熱ブロック、１１…上面、２０…柔軟材、５０…プリント基板、５１…部品、６０…フィルム。

Claims (3)

1. 片面に部品（５１）をリフローはんだ付実装したプリント基板（５０）を、吸引機能を備え、且つ上面（１１）が平坦な加熱ブロック（１０）に、部品実装面が上面となる状態で載せて前記プリント基板（５０）の樹脂のガラス転移点温度（Ｔ１）を超える温度まで加熱する第１工程と、
   前記加熱を継続した状態で、前記プリント基板（５０）の部品実装面を、耐熱性を有する空気漏れ防止用柔軟材（２０，６０）で覆い、プリント基板（５０）の下面より吸引することによりプリント基板（５０）を平坦化して保持する第２工程と、
   前記加熱を停止してガラス転移点温度（Ｔ１）を下回るまで温度が下がったところで、プリント基板（５０）の下面からの吸引を解除する第３工程と、
   を有することを特徴とするプリント基板の反り矯正方法。
2. 前記プリント基板（５０）の部品実装面を空気漏れ防止用柔軟材（２０）で覆い、プリント基板（５０）の下面より吸引する際に、前記空気漏れ防止用柔軟材（２０）の上から空気漏れ防止用柔軟材（２０）を前記プリント基板（５０）側に加圧するようにしたことを特徴とする請求項１にプリント基板の反り矯正方法。
3. 前記空気漏れ防止用柔軟材（６０）は、フィルム材よりなることを特徴とする請求項１にプリント基板の反り矯正方法。

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