JP2013098213A - 両面実装基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一度のリフロー工程で両面実装基板の表面および裏面に電子部品を接合させることができる両面実装基板の製造方法を提供する。
【解決手段】両面実装基板の製造方法において、基板９の裏面に接合される電子部品３，５の形状および電極との接合箇所に応じて形成された凹部７、およびリフロー工程中に蒸発するフラックスを外部へ排出する貫通穴２を有する治具１に電子部品３，５を嵌め込むステップと、電子部品３，５を嵌め込んだ治具１上に基板９を載せるステップと、基板９の表面の所定の位置に電子部品３，５を載せるステップと、基板９および電子部品３，５上に、凹部７、および貫通穴２を有する治具１３を載せるステップと、治具１、基板９、および治具１３を固定するステップと、治具１と治具１３で挟持された基板２を傾斜させた状態で、リフロー炉に通すステップとを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、治具を用いた両面実装基板の製造方法に関し、特に、両面実装基板の表面および裏面への電子部品の実装時の部品の劣化防止に関するものである。

電子部品を両面実装基板の表面および裏面にはんだ付けする製造方法として、これまでは次に示す方法がなされてきた。

まず、基板表面側の電極上に微細はんだ粒とフラックスからなるはんだペーストを塗布した後、電子部品を搭載する。パッケージ部品などの大型の電子部品の搭載箇所には、基板側の一部に熱硬化型接着剤を塗布しておく。

その後、リフロー炉を用いてはんだを溶融・凝固させて基板と電子部品を電気的および物理的に接合させる。この際、大型の電子部品は、はんだによる接合以外に熱硬化接着剤によっても基板と接着される。

次に、表面に電子部品を接合した状態の基板を反転し、基板裏面側の電極上にはんだペーストを塗布後、電子部品を搭載する。ただし、表面側と違い、大型の電子部品搭載箇所に熱硬化型接着剤を塗布しない。

その後、基板裏面側を上に向けた状態でリフロー炉を用いてはんだを溶融・凝固させて基板と電子部品を電気的および物理的に接合させることで両面実装基板が完成する。このとき、事前に接合してあった基板表面側のはんだも溶融状態になるが、大型の電子部品は熱硬化型接着剤で接着されているため落下しない。チップコンデンサ等、小型の電子部品は、はんだの表面張力により保持され、落下しない。

しかしながら、従来の両面実装基板の製造方法では、両面実装基板の表面と裏面に電子部品を接合するのに二度のリフロー工程を要するためコストアップ要因となっている。

また、一度目のリフロー工程で接合した両面実装基板、電子部品およびはんだ接合部は余計な熱にさらされるため、基板、および電子部品はその分劣化が進行することになる。

そこで、従来では、特開平１０−１２９９２号公報（特許文献１）に記載されているような、電子部品を収容する凹部が形成されている治具を用いて電子部品が基板から落下するのを防ぐことで基板表裏面に電子部品を一括接合する製造方法が開示されている。

また、特開２０１０−２４５１２６号公報（特許文献２）に記載されているような、粘性液体を用いて電子部品が基板から落下するのを防ぐことで基板表裏面に電子部品を一括接合する製造方法が開示されている。

特開平１０−１２９９２号公報 特開２０１０−２４５１２６号公報

しかしながら、特許文献１の製造方法では電子部品を接合する際、リフロー工程の際にはんだペースト中のフラックスが蒸発し、生じたガスが基板、電子部品、およびはんだ接合部に溜まり、このガスが熱により膨張しようとして高圧化し、電子部品が基板上の電極から浮いたり、ずれることで電子部品の接合不良を生じる可能性がある。また、基板上に形成されている電気配線に付着して腐食の原因になる。

また、特許文献２の製造方法ではリフロー工程中に加熱された粘性液体の粘度が下がるため、大型で重い電子部品が基板から落下する可能性がある。

そこで、本発明の目的は、一度のリフロー工程で両面実装基板の表面および裏面に電子部品を接合させることができる両面実装基板の製造方法を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、代表的なものの概要は、基板上の表面および裏面に形成された電極にはんだペーストを塗布するステップと、基板の裏面に接合される電子部品の形状および電極との接合箇所に応じて形成された凹部、およびリフロー工程中に蒸発するフラックスを外部へ排出する貫通穴を有する治具Ａに電子部品を嵌め込むステップと、電子部品を嵌め込んだ治具Ａ上に、電子部品が基板の裏面の所定の位置となるように基板を載せるステップと、基板の表面の所定の位置に電子部品を載せるステップと、基板および電子部品上に、基板の表面に接続される電子部品の形状および電極への接合箇所に応じて形成された凹部、およびリフロー工程中に蒸発するフラックスを外部へ排出するための貫通穴を有する治具Ｂを載せるステップと、治具Ａ、基板、および治具Ｂを固定するステップと、治具Ａと治具Ｂで挟持された基板を傾斜させた状態で、リフロー炉に通し、はんだペーストを溶融・凝固させ、基板の表面および裏面の電子部品をはんだ付けするステップとを有するものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。

すなわち、代表的なものによって得られる効果は、一度のリフロー工程で両面実装基板の表面および裏面に電子部品を接合させることができるため、電子部品の劣化を抑えることができ、また、リフロー工程を短ＴＡＴ（Ｔｕｒｎ Ａｒｏｕｎｄ Ｔｉｍｅ）化できる。

また、治具により電子部品を保持することで、小型でチップ状の電子部品の一方の電極が高さ方向に持ち上がるチップ立ち現象（マンハッタン現象）を抑制でき、また、はんだ接合部の傾きを抑制できる。

本発明の実施の形態１に係る両面実装基板の製造方法による手順を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る両面実装基板の製造方法による手順を示す図である。 発明の実施の形態１に係る両面実装基板の製造方法による治具の固定方法の具体例を示す図である。 発明の実施の形態１に係る両面実装基板の製造方法による治具の固定方法の具体例を示す図である。 発明の実施の形態１に係る両面実装基板の製造方法による治具の固定方法の具体例を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る両面実装基板の製造方法で使用する治具を説明するための図である。 本発明の実施の形態３に係る両面実装基板の製造方法で使用する治具を説明するための図である。 発明の実施の形態３に係る両面実装基板の製造方法で使用する治具によるリフロー工程の概略図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態１）
図１および図２により、本発明の実施の形態１に係る両面実装基板の製造方法について説明する。図１および図２は本発明の実施の形態１に係る両面実装基板の製造方法による手順を示す図であり、電子部品の搭載部分の断面図を示している。

まず、図１（ａ）に示すように、両面実装基板の裏面（Ｂ面）側に接合する部品の形状、および接合位置に応じて形成された凹部７、および蒸発したフラックスを外部へ排出するための貫通穴２を有する治具Ａ１にパッケージ部品３、およびチップ状電子部品５などの電子部品を収容する。

そして、図１（ｂ）に示すように、基板の両面にマスクを用いた印刷プロセスあるいはシリンジを用いた塗布プロセスにより電極１１上にはんだペースト８を形成した両面実装基板９を、収容された電子部品と接するように載せる。このとき、両面実装基板９上のはんだペースト８が形成された電極１１とパッケージ部品３のリード４、およびチップ状電子部品５の電極６が所定の位置で接するようにする。

次に、図１（ｃ）に示すように両面実装基板９の表面（Ａ面）側上にパッケージ部品３、およびチップ状電子部品５などの電子部品を搭載する。このとき、両面実装基板９上のはんだペースト８が形成された電極１１とパッケージ部品３のリード４、およびチップ状電子部品５の電極６が所定の位置で接するようにし、両面実装基板の表面（Ａ面）側に接合する部品の形状、および接合位置に応じて形成された凹部７、および蒸発したフラックスを外部へ排出するための貫通穴２を有する治具Ｂ１３を、パッケージ部品３およびチップ状電子部品５を収容するように載せる。

治具Ａ１および治具Ｂ１３の貫通穴２は、図１（ｃ）に示すように、一方向に傾斜して形成されており、治具Ａ１および治具Ｂ１３で挟持された両面実装基板９を傾斜させると、貫通穴２が上方向に向くようになっている。

次に、治具Ａ１および治具Ｂ１３で両面実装基板９を挟持した状態を保つように固定される。

次に、図２（ａ）に示すように、治具Ａ１および治具Ｂ１３で挟持された状態の両面実装基板９を、治具Ａ１および治具Ｂ１３に形成されている貫通穴２が上方向を向くように傾斜させた状態でリフロー炉１２に通し、加熱することではんだペースト８のフラックスを活性化させ、良好なはんだ接合を阻害する接合面の酸化物を還元し、はんだが溶融して両面実装基板９上の電極１１とパッケージ部品３のリード４、およびチップ状電子部品５の電極６に濡れ広がり、冷却され、溶融したはんだが凝固することで、図２（ｂ）に示すように接合完了となる。

なお、図２（ａ）では、治具Ａ１および治具Ｂ１３で挟持された状態の両面実装基板９を垂直にした例を示しているが、貫通穴２により、はんだペースト８から蒸発したフラックスが外部へ排出できる状態であれば、垂直に限らずある程度傾斜させるだけでも可能である。

また、治具Ａ１および治具Ｂ１３上の貫通穴２は、はんだペースト８から蒸発したフラックスを外部へ排出できる位置に配置されており、例えば、はんだペースト８の近くに配置する、または電子部品部分以外の場所に均等に配置するなど、どのように配置するようにしてもよい。

フラックスはリフロー工程中に蒸発するが、治具Ａ１および治具Ｂ１３に形成された貫通穴２や、治具Ａ１および治具Ｂ１３と両面実装基板９間の隙間から外部へ排出される。

治具Ａ１および治具Ｂ１３に用いる材料としてアルミニウムを主体とする金属、カーボン、およびガラスが考えられる。凹部７の形成は鋳造技術、鍛造技術、切削技術、ドリルあるいはレーザを用いた穴明け技術、ナノインプリント技術のうち、１種以上の技術を用いることで可能となる。

透明なガラスを用いる場合、リフロー炉１２に通す前に各種電子部品と両面実装基板９間の位置がずれているかを検査でき、ずれている場合は両面実装基板９の貫通穴２を利用して修正することができる。

両面実装基板９上に搭載する部品には、ベアチップやＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）接合タイプの電子部品、および電解コンデンサ等、電子部品の種類に制限はない。

次に、図３〜図５により、本発明の実施の形態１に係る両面実装基板の製造方法による治具の固定方法の具体例について説明する。図３〜図５は本発明の実施の形態１に係る両面実装基板の製造方法による治具の固定方法の具体例を示す図である。

なお、図３〜図５において、図１（ｃ）などに示している両面実装基板９上の電極１１、両面実装基板９に接合されている電子部品、治具に形成されている凹部７および貫通穴２は省略して図示している。

図３に示す例では、図１（ｃ）のように両面実装基板９を挟持した治具Ａ１および治具Ｂ１３の端部を治具Ｃ１４のように少なくとも１箇所以上クランプ可能な治具を用いて固定している。

図４に示す例では、治具Ｄ１５、治具Ｆ２０を用いて、治具Ａ１、両面実装基板９、治具Ｂ１３の少なくとも１つ以上の共通箇所を貫通して固定可能な治具を用いて固定している。

治具Ｄ１５にはネジ山が切られていてもよく、その場合は治具Ｆ２０の所定の位置にネジ穴を形成しておく。

図５に示す例では、治具Ｂ１３と、治具Ｂ１３の長さで固定可能な治具Ｅ１６を用いて固定している。

図３〜図５に示すような固定方法で治具が固定された両面実装基板９を、例えば、固定箇所が上下になるようにして、図２に示すようにリフロー炉１２に投入し、両面実装基板９を製造する。

なお、図３〜図５に示す固定方法の内、２つ以上選択し、組み合わせて固定するようにしてもよい。

本実施の形態では、両面実装基板９を２つの治具で挟持して、両面実装基板９上に実装される電子部品を固定し、一度のリフロー工程で両面実装基板の表面および裏面に電子部品を接合させることが可能である。

一度のリフロー工程で両面実装基板の表面および裏面に電子部品を接合させることができるため、電子部品の劣化を抑えることができ、また、リフロー工程を短ＴＡＴ（Ｔｕｒｎ Ａｒｏｕｎｄ Ｔｉｍｅ）化することが可能である。

また、治具により電子部品を保持することで、小型でチップ状の電子部品の一方の電極が高さ方向に持ち上がるチップ立ち現象（マンハッタン現象）を抑制でき、また、はんだ接合部の傾きを抑制することが可能である。

（実施の形態２）
実施の形態２は、実施の形態１において、治具Ａ１および治具Ｂ１３に形成する凹部７を電子部品１個毎に形成しないようにしたものである。

図６により、本発明の実施の形態２に係る両面実装基板の製造方法について説明する。図６は本発明の実施の形態２に係る両面実装基板の製造方法で使用する治具を説明するための図である。

図６に示すように、例えば、複数のチップ状電子部品５などの電子部品１個毎に治具Ａ１および治具Ｂ１３に凹部７を形成していない。両面実装基板９の表面および裏面に接合する電子部品が例えばチップ状電子部品５のような小型で軽量なもので、はんだ接合中に両面実装基板９から落下したり位置ずれすることのない電子部品の場合、この電子部品に対応する凹部７を治具Ａ１および治具Ｂ１３に設ける必要はなく、大型で重く、はんだ接合中に両面実装基板９から落下したり位置ずれする電子部品のみ１個毎に治具Ａ１および治具Ｂ１３に凹部７を形成すればよい。

本実施の形態では、治具Ａ１および治具Ｂ１３に電子部品の１個毎に凹部７を設けないため、治具Ａ１および治具Ｂ１３の製作を簡素化することが可能である。

（実施の形態３）
実施の形態３は、実施の形態１、２において、両面実装基板を挟持する治具の形状をＴ型形状にしたものである。

図７および図８により、発明の実施の形態３に係る両面実装基板の製造方法について説明する。図７は本発明の実施の形態３に係る両面実装基板の製造方法で使用する治具を説明するための図であり、治具の平面図を示しており、凹部７および貫通穴２を省略している。図８は発明の実施の形態３に係る両面実装基板の製造方法で使用する治具によるリフロー工程の概略図である。

図７および図８において、両面実装基板を挟持する治具１７は、Ｔ型形状にしており、このＴ型形状の治具により両面実装基板の表面および裏面を挟持した挟持体１８を、図８に示すように、リフロー炉１２内のベルトコンベア１９により、挟持体１８を傾斜させた状態で支持し、リフロー炉１２内を通過することができるようにしている。

このようにリフロー炉１２内をＴ型形状の治具による挟持体１８を傾斜させて通過させることにより、リフロー炉１２内で容易に挟持体１８を傾斜させることができ、貫通穴２を図２（ａ）のように上向き状態とし、蒸発したフラックスを外部へ効率的に排出させることが可能である。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明は、治具を用いた両面実装基板の製造方法に関し、両面実装基板の表面および裏面への電子部品の接合を１回のリフローで行う製造方法に広く適用可能である。

１、１３、１４、１５、１６、１７、２０…治具、２…貫通穴、３…パッケージ部品、４…リード、５…チップ状電子部品、６…電極、７…凹部、８…はんだペースト、９…両面実装基板、１１…電極、１２…リフロー炉、１８…挟持体、１９…ベルトコンベア。

Claims (8)

1. 基板の表面および裏面に電子部品を接合する両面実装基板の製造方法であって、
   前記基板上の表面および裏面に形成された電極にはんだペーストを塗布するステップと、
   前記基板の裏面に接合される前記電子部品の形状および前記電極との接合箇所に応じて形成された凹部、およびリフロー工程中に蒸発するフラックスを外部へ排出する貫通穴を有する治具Ａに前記電子部品を嵌め込むステップと、
   前記電子部品を嵌め込んだ治具Ａ上に、前記電子部品が前記基板の裏面の所定の位置となるように前記基板を載せるステップと、
   前記基板の表面の所定の位置に前記電子部品を載せるステップと、
   前記基板および前記電子部品上に、前記基板の表面に接続される前記電子部品の形状および前記電極への接合箇所に応じて形成された凹部、およびリフロー工程中に蒸発するフラックスを外部へ排出するための貫通穴を有する治具Ｂを載せるステップと、
   前記治具Ａ、前記基板、および前記治具Ｂを固定するステップと、
   前記治具Ａと前記治具Ｂで挟持された前記基板を傾斜させた状態で、リフロー炉に通し、前記はんだペーストを溶融・凝固させ、前記基板の表面および裏面の前記電子部品をはんだ付けするステップとを有することを特徴とする両面実装基板の製造方法。
2. 請求項１に記載の両面実装基板の製造方法において、
   前記貫通穴は、前記治具Ａおよび前記治具Ｂに複数形成されていることを特徴とする両面実装基板の製造方法。
3. 請求項２に記載の両面実装基板の製造方法において、
   前記基板の表面および裏面の前記貫通穴は、一方向に傾斜して形成されていることを特徴とする両面実装基板の製造方法。
4. 請求項３に記載の両面実装基板の製造方法において、
   前記治具Ａと前記治具Ｂで挟持された前記基板を傾斜させた状態で、前記貫通穴が上方を向いた状態となることを特徴とする両面実装基板の製造方法。
5. 請求項４に記載の両面実装基板の製造方法において、
   前記治具Ａおよび前記治具ＢはＴ型形状をしており、前記Ｔ型形状の左右の端を前記リフロー炉内の２本のベルトコンベアで支持して前記リフロー炉内を通過させることを特徴とする両面実装基板の製造方法。
6. 請求項１に記載の両面実装基板の製造方法において、
   前記治具Ａおよび前記治具Ｂの材質がカーボンまたはアルミニウムを主体とする材料であることを特徴とする両面実装基板の製造方法。
7. 請求項１に記載の両面実装基板の製造方法において、
   前記治具Ａおよび前記治具Ｂの材質が透明なガラスであることを特徴とする両面実装基板の製造方法。
8. 請求項７に記載の両面実装基板の製造方法において、
   前記治具Ａ、前記基板、および前記治具Ｂを固定した状態で、前記電子部品が前記基板上の正しい位置に搭載されていることを確認するステップと、
   前記電子部品の位置がずれている場合、前記治具Ａおよび前記治具Ｂの前記貫通穴を利用して、前記電子部品の位置を修正するステップとを有することを特徴とする両面実装基板の製造方法。

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