JP3655743B2 - フィルム基板への電子部品半田付け方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルム基板に対する電子部品の半田付けを安定した品質で行い得るようにしたフィルム基板への電子部品半田付け方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話等の携帯用電子機器の小型化、軽量化等の要求を満たすためには、電子回路を構成する基板にポリイミドフィルム等を用いたフィルム基板の採用が不可欠となっている。
【０００３】
フィルム基板はその薄さやカール癖が生じやすいことから基板固定ステージ上に、その周辺部を基板固定ステージに設けられたホルダで挟み込み、平面状態が保たれるようにして電子部品実装が行われる。電子部品実装は、クリーム半田が塗布された半田付けランド上に電子部品を配置した状態のフィルム基板に対し、熱線輻射による加熱により電子部品を半田付けランドに半田付けすることによって完了する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フィルム基板は加熱による変形が大きく、また、厚さが薄いために加熱された熱が基板固定ステージに放熱されてしまう度合いが大きく、フィルム基板に電子部品を実装するための半田付けに次のような課題を有していた。
【０００５】
即ち、半田付け面積、半田付け部位の熱容量、電子部品の耐熱性等が異なる複数の電子部品を混載したフィルム基板を全体加熱して半田付けする場合に、全ての半田付けが均等になされるようにするために、最も半田付けしにくい部位に合わせて高い加熱温度を設定すると、フィルム基板に熱変形が生じる。また、ベアＩＣ等の耐熱性の低い電子部品に悪影響を及ぼす。そこで、加熱条件が同等な範囲だけを加熱する局部加熱により半田付けを行うことができるが、ここでもフィルム基板から基板固定ステージに放熱する度合いがフィルム基板の部位によって異なるため、各半田付け部分の半田付けが均等になされるようにするために高い加熱温度を設定するとフィルム基板の変形をまねくことになり、半田付けのための温度制御が困難である。
【０００６】
本発明は上記従来技術の課題に鑑みて創案されたもので、その目的とするところは、フィルム基板に対する電子部品の半田付けを安定した品質で行い得るようにしたフィルム基板への電子部品半田付け方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本願の第１発明は、クリーム半田が塗布された半田付けランド上に電子部品が配置された状態のフィルム基板を基板固定ステージ上に配置して、加熱により電子部品を半田付けランドに半田付けするフィルム基板への電子部品半田付け方法において、半田付けする所定領域に対面する位置に凹部を設け、この凹部の周囲でフィルム基板を真空吸着により基板固定ステージ上に密着固定して凹部を封止した状態で半田付けすることを特徴とする。
【０００８】
このフィルム基板に対する半田付け方法によれば、フィルム基板は基板固定ステージに真空吸着により全面が密着固定されるので、半田付けのための加熱による熱変形を抑制することができ、半田付け領域の下部は基板固定ステージに接触しないので、半田付け部位から基板固定ステージへの放熱が少なくなり、領域内の各半田付け部位の温度上昇を均等にして良好な半田付けを行うことができる。また、凹部内の空気の温度上昇により半田付け部位が効率よく加熱される。
【０００９】
真空吸着によりフィルム基板を密着固定するための吸着部位は、フィルム基板上に形成された導体箔の存在しない位置になるようにして吸着することにより、基板固定ステージに対する密着度が高くなる吸着部位を熱伝導率の大きい導体箔から離すことによって、半田付けのための熱が基板固定ステージに放熱されてしまうことが抑えられ、各半田付け部位の温度上昇のばらつきが防止される。
【００１０】
また、真空吸着によりフィルム基板を密着固定するための吸着部位をフィルム基板上の耐熱性の低い部分に設けて吸着することにより、半田付けのための熱を基板固定ステージに放熱して、耐熱性の低い部分の温度上昇を抑えることができる。
【００１１】
凹部の外周位置は、フィルム基板に形成された半田付けランドの端から１〜３ｍｍ離れた位置になるようにすることにより、基板固定ステージへの放熱を少なくすることができる。
【００１２】
また、少なくともフィルム基板に接する表面が熱伝導率の低い材料で形成された基板固定ステージでフィルム基板を密着固定することにより、半田付けのための熱が基板固定ステージに放熱されてしまうことが抑制される。
【００１３】
また、熱線輻射源として加熱光源を採用し、この加熱光源とフィルム基板との間に、半田付けする所定領域の上方に開口部を設けた遮光マスクを配設して半田付けすることにより、高い加熱温度に弱い部分を遮光マスクにより加熱光から遮蔽保護して、半田付け領域を集中的に半田付けすることができる。この遮光マスクの厚さは、２ｍｍ以下とすることにより、遮光マスクに設けた開口部の断面で反射する加熱光により半田付け領域の温度分布に差が生じることを抑制する。
また、本願の第２発明は、クリーム半田が塗布された半田付けランド上に電子部品が配置された状態のフィルム基板を基板固定ステージ上に配置して、加熱により電子部品を半田付けランドに半田付けするフィルム基板への電子部品半田付け方法において、半田付けする所定領域に対面する位置に凹部を設け、この凹部の周囲でフィルム基板を基板固定ステージに固定して凹部を封止した状態で半田付けすることを特徴とする。
上記フィルム基板への電子部品半田付け方法によれば、半田付けする所定領域に対面する位置に凹部を設けた基板固定ステージにフィルム基板を固定すると、半田付け領域の下部は基板固定ステージに接触しないので、半田付け部位から基板固定ステージへの放熱が少なくなり、半田付け領域内の各半田付け部位の温度上昇を均等にして良好な半田付けを行うことができる。また、凹部内の空気の温度上昇により半田付け部位が効率よく加熱される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に係るフィルム基板の基板固定ステージへの固定方法を模式的に示すもので、フィルム基板１は基板固定ステージ２に真空吸着されることにより、基板固定ステージ２上に密着固定されている。このフィルム基板１に電子部品３を実装するために、クリーム半田が塗布された半田付けランド上に電子部品３を配置し、フィルム基板１の上方からの熱線輻射によりクリーム半田を溶融させて電子部品３をフィルム基板１に半田付けする。
【００１６】
このようにフィルム基板１を基板固定ステージ２に真空吸着により密着固定して半田付けする構成は、以下に示す各実施形態に共通する要件であって、フィルム基板１の全面を基板固定ステージ２上に密着させることができるので、加熱による変形の度合いが大きいフィルム基板１の変形は抑えられる。
【００１７】
（実施形態１）
前記基板固定ステージ２によるフィルム基板１の真空吸着は、基板固定ステージ２の表面に開口する複数の吸気穴から吸気することによってなされる。この吸気穴の開設位置は次のように形成することによって、各半田付け部位の温度上昇を均等にして確実な半田付けが行われるようにすることができる。
【００１８】
図２に示すように、前記吸気穴８はフィルム基板１上に形成される半田付けランド１１や配線ライン１２等の導体箔部分（黒地表示した部分）を避けた位置に接するように形成されている。導体箔部分で基板固定ステージ２に吸着させると、熱伝導性の高い導体箔部分の基板固定ステージ２への密着度が高くなるため、基板固定ステージ２へ熱が逃げる度合いが大きくなり、各半田付け部位の温度分布にばらつきが生じるが、このように導体箔部分を避けた絶縁体フィルム（ポリイミド等）部分を吸着することにより、半田付け部位の温度分布を均等にして加熱することができる。
【００１９】
図３は、吸気穴８の開設位置を考慮せず半田付けランド１１の位置にも吸気穴８がある場合（ａ）と、導体箔部分を避けた位置に吸気穴８を設けた場合（ｂ）とについて、それぞれ同一の５か所の半田付け部位の温度上昇を測定した温度分布グラフである。図３（ａ）に示す測定データでは、半田付けランド１１の下部に吸気穴８がある半田付け部位の温度は、他の半田付け部位の温度が半田溶融温度（１８３℃）以上に達しているときにも、基板固定ステージ２に熱が逃げてしまうため半田溶融温度にも温度上昇していない。また、吸気穴８の位置が不適切なため温度分布のばらつきが大きくなっている。一方、図３（ｂ）に示す測定グラフでは、各半田付け部位の温度差が少なく、基板固定ステージ２に逃げる熱が少ないため短時間に所定温度に達し、全ての半田付け部位の温度のばらつきが少なく均等な半田付けがなされる。
【００２０】
このように吸着穴８の開設位置では基板固定ステージ２への放熱度が高くなるため、吸気穴８の開設位置は半田付け部位からは離し、熱影響を受けやすい部位には積極的に設けるようにする。フィルム基板１上には各種の電子部品３が実装されるが、中でもベアＩＣのように高温度による影響を受けやすいものも存在する。このような熱影響を受けやすい電子部品や部位がある場合には、それらの下部に吸気穴８を設けるようにすると、放熱度が高まるため温度上昇を抑制することができる。
【００２１】
（実施形態２）
前記基板固定ステージ２は、その形成材料を熱伝導率の小さいもので形成することにより、半田付け部位から基板固定ステージ２に熱が逃げることによる温度分布の差を少なくすることができる。
【００２２】
図４は、基板固定ステージ２の形成材料の熱伝導率ｋを、（ａ）ｋ＝２３６Ｗ／（ｍ・Ｋ）、（ｂ）ｋ＝５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、（ｃ）ｋ＝２Ｗ／（ｍ・Ｋ）のもので形成した場合の各半田付け部位の温度上昇を測定した温度分布グラフである。熱伝導率が高い形成材料（ａ）（ｂ）の場合では、半田付けランド１１の下部や配線ライン１２等の下部に吸気穴８があったり、半田付け部位に近い位置に吸気穴８があると、その半田付け部位の温度は上昇せず、温度分布にばらつきが生じる。一方、熱伝導率の低い形成材料（ｃ）の場合では、加熱された熱が基板固定ステージ２に逃げることが少なくなるので、図示するように、ほぼ均等な温度分布の状態が得られ、各半田付け部位の半田付けは均等に確実になされる。
【００２３】
基板固定ステージ２を形成する温度伝導率の低い形成材料としてガラスが適している。また、フィルム基板１と接する表面だけに熱伝導率が低い材料を形成してもよく、これは金属材料の表面に熱伝導率の低い材料をコーティングすることによって達成される。
【００２４】
（実施形態３）
図５に示すように、基板固定ステージ２ａのフィルム基板１の半田付け領域に対面する位置に凹部７を形成して、フィルム基板１を真空吸着により密着固定すると、前記半田付け領域の下部は基板固定ステージ２ａに接触せず、凹部７の周囲で基板固定ステージ２ａに密着するフィルム基板１により凹部７は封止された状態になる。この構成によりフィルム基板１が熱線輻射により加熱されると、半田付け領域の下部は中空状態のため基板固定ステージ２ａに放熱されず、また、凹部７内の空気の温度が上昇するため、半田付け領域は効率よく温度上昇して速やかに半田付けできるようになる。
【００２５】
前記凹部７の形成は、半田付け領域の半田付けランド１１から１ｍｍ以上離れた位置に凹部７の端部が形成されるようにすると共に、凹部７の周囲にフィルム基板１を密着固定できる吸着スペースを設けて形成する。凹部７上のフィルム基板１の半田付け領域の温度は他の部分より温度上昇が大きいので、凹部７の周囲でフィルム基板１が固定されていないと、熱影響によりフィルム基板に変形を生じさせる恐れがある。
【００２６】
図６は、半田付け領域内の同一の各半田付け部位について、凹部７が形成されていない基板固定ステージ２の場合（ａ）と、凹部７が形成されている場合（ｂ）との温度分布の測定グラフである。凹部７がないと基板固定ステージ２に放熱しやすい部位では温度上昇しないので、半田溶融温度にも達しない半田付け部位が発生し、温度分布に著しい差が生じているが、凹部７により空気層で基板固定ステージ２ａと隔てられている場合では、ほぼ均等な温度上昇により全ての半田付け部位が半田付けに必要な温度以上に達している。
【００２７】
（実施形態４）
図７に示すように、フィルム基板１に実装する電子部品３に熱影響を受けやすいもの、例えば、ベアＩＣ３ｂがチップ部品３ａと共に実装されている場合、図示するように、それぞれの半田付け温度に適合できるように局部加熱するように構成することができる。
【００２８】
チップ部品３ａは電極部の半田付け面積が大きく、従って半田付けランド１１の面積も大きいので、半田付けのための熱容量も大きくなるが、チップ部品３ａは高い温度や長時間の加熱にも耐え得る。しかし、ベアＩＣ２ｂ等の半導体部品は熱影響を受けやすく、その電極面積も小さいので、半田溶融温度をやや越えた程度の温度で速やかに半田付けする必要がある。従って、これらを同時に半田付けのための加熱を加えることは、半田付け不良や熱損傷を生じさせることになる。
【００２９】
そこで、図示するように、近赤外線ランプ等の加熱光源４を熱線輻射源として採用し、この加熱光源４とフィルム基板１との間に遮光マスク５を配設し、この遮光マスク５に半田付け領域にのみ加熱光が照射されるように開口部５ａを設けて、熱影響を受けやすい部分を加熱光の照射から遮断している。前記遮光マスク５の開口部５ａから半田付け領域に入射する加熱光により、半田付け領域の各部位が均等な温度で加熱されるようにするために、遮光マスク５の厚さは２ｍｍ以下とすることが望ましい。遮光マスク５の厚さが増すと、開口部５ａの断面で反射する加熱光の影響が生じて均等な加熱温度が得られない。
【００３０】
この構成において、図７に仮想線で示すように、半田付け領域に対面する基板固定ステージ２上に凹部７を設けることができ、先に実施形態３で示したように、半田付け領域の下部が基板固定ステージ２に接しないので、放熱が抑制されると共に凹部７内空気の温度上昇を伴って、均等で且つ効率的な半田付けを行うことができる。
【００３１】
以上説明した各実施形態は、それぞれにフィルム基板１に電子部品実装するための半田付けを有効に行うために効果的であるが、適宜各技術を組み合わせて構成することもできる。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、フィルム基板に電子部品を実装するための半田付けを行うに際して、熱変形の大きいフィルム基板の変形抑制し、各半田付け部位の温度上昇のばらつきを抑えて均等で確実な半田付けを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】フィルム基板上に電子部品を半田付けする基本構成を示す模式図。
【図２】基板固定ステージにフィルム基板を真空吸着する吸気穴の位置設定を説明する説明図。
【図３】吸気穴の位置設定を（ａ）は不作為に行った場合、（ｂ）は導体箔部分を避けて開設した場合の各半田付け部位の温度分布を示す温度測定グラフ。
【図４】基板固定ステージの形成材料の熱伝導率が（ａ）（ｂ）の大きい場合と、（ｃ）の小さい場合とで各半田付け部位の温度分布を測定したグラフ。
【図５】半田付け領域に対面する位置に凹部を設けて構成した基板固定ステージの例を示す斜視図。
【図６】（ａ）凹部のない場合と、（ｂ）凹部を設けた場合との各半田付け部位の温度分布を示す測定グラフ。
【図７】遮光マスクにより半田付け領域のみを加熱する構成を示す模式図。
【符号の説明】
１ フィルム基板
２、２ａ 基板固定ステージ
３ 電子部品
４ 加熱光源
５ 遮光マスク
５ａ 開口部
７ 凹部

Claims (8)

1. クリーム半田が塗布された半田付けランド上に電子部品が配置された状態のフィルム基板を基板固定ステージ上に配置して、加熱により電子部品を半田付けランドに半田付けするフィルム基板への電子部品半田付け方法において、
   半田付けする所定領域に対面する位置に凹部を設け、この凹部の周囲でフィルム基板を真空吸着により基板固定ステージ上に密着固定して凹部を封止した状態で半田付けすることを特徴とするフィルム基板への電子部品半田付け方法。
2. 真空吸着によりフィルム基板を密着固定するための吸着部位が、フィルム基板上に形成された導体箔が存在しない位置になるようにして吸着する請求項１記載のフィルム基板への電子部品半田付け方法。
3. 真空吸着によりフィルム基板を密着固定するための吸着部位をフィルム基板上の耐熱性の低い部分に設けて吸着するようにした請求項１記載のフィルム基板への電子部品半田付け方法。
4. 凹部の外周位置が、フィルム基板に形成された半田付けランドの端から１〜３ｍｍ離れた位置になるようにした請求項１記載の電子部品半田付け方法。
5. 少なくともフィルム基板に接する表面が熱伝導率の低い材料で形成された基板固定ステージでフィルム基板を密着固定するようにした請求項１記載のフィルム基板への電子部品半田付け方法。
6. 熱線輻射源として加熱光源を採用し、この加熱光源とフィルム基板との間に、半田付けする所定領域の上方に開口部を設けた遮光マスクを配設して半田付けする請求項１記載のフィルム基板への電子部品半田付け方法。
7. 遮光マスクの厚さが、２ｍｍ以下である請求項６記載のフィルム基板への電子部品半田付け方法。
8. クリーム半田が塗布された半田付けランド上に電子部品が配置された状態のフィルム基板を基板固定ステージ上に配置して、加熱により電子部品を半田付けランドに半田付けするフィルム基板への電子部品半田付け方法において、
   半田付けする所定領域に対面する位置に凹部を設け、この凹部の周囲でフィルム基板を基板固定ステージに固定して凹部を封止した状態で半田付けすることを特徴とするフィルム基板への電子部品半田付け方法。

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