JP4318619B2 - 剥離発生判定方法およびフロー半田付け装置 - Google Patents

Description

本発明は、予め表面実装型電子部品がリフロー半田付けによって実装されたプリント配線板に挿入実装型電子部品をフロー半田付けにて実装する際に、実装済みの表面実装型電子部品の接合用電極とプリント配線板の接合用電極とを接合する半田接合部（以下、単に「表面実装型電子部品の半田接合部」とも称する。）に剥離が生じるか否かを判定する剥離発生判定方法に関する。

また、本発明は、予め表面実装型電子部品がリフロー半田付けによって実装されたプリント配線板に挿入実装型電子部品をフロー半田付けにて実装するフロー半田付け装置に関する。

近年、環境保護の観点から、鉛フリー化技術が鋭意研究されており、電子部品のプリント配線板への実装用の半田から鉛が除外されたいわゆる鉛フリー半田が徐々に適用され始めている。しかしながら、半田濡れ性を確保するために接合用電極の表面に施されるめっきには、依然として鉛入りのめっきが使用されている場合が多く、この意味において完全な鉛フリー化は依然として十分には実現にされていない。したがって、完全な鉛フリー化への移行の過渡期である現在においては、これら鉛入りめっきが施された接合用電極を有する電子部品を、鉛フリー半田を用いてプリント配線板に実装せざるを得ないケースが多く存在している。

プリント配線板への実装方法としては、様々な手法が存在する。その一つに、予めプリント配線板に表面実装型の電子部品を半田付けしておき、その後、表面実装型電子部品が実装されたプリント配線板に挿入実装型電子部品を半田付けする実装方法がある。ここで、表面実装型電子部品の実装には、いわゆるリフロー半田付けが利用され、挿入実装型電子部品の実装には、いわゆるフロー半田付けが利用される。

リフロー半田付けは、プリント配線板の表面に位置する接合用電極上に塗布された半田ペーストに、表面実装型電子部品の接合用電極が接触するように表面実装型電子部品を載置し、この状態でプリント配線板をリフロー炉に投入することによって半田付けを行なう半田付け手法である。これに対し、フロー半田付けは、プリント配線板に設けられたスルーホールに挿入実装型電子部品の接合用電極を表面側から挿し込み、溶融した半田をこの部分にプリント配線板の裏面側から接触させて半田付けを行なう半田付け手法である。

図８は、リフロー半田付け後における表面実装型電子部品の半田接合部の構成を示す模式断面図である。図８に示すように、リフロー半田付けによって形成される半田接合部３１は、プリント配線板１０の表面に設けられた接合用電極１１と、表面実装型電子部品２０の接合用電極２１との間に形成され、これらプリント配線板１０の接合用電極１１と表面実装型電子部品２０の接合用電極２１との間の電気的な導通を担っている。

上述したリフロー／フロー半田付け混載実装を行なった場合には、既にリフロー半田付けによって実装された表面実装型電子部品の半田接合部が、フロー半田付け時において再溶融する現象が生じる。また、フロー半田付け時においては、加熱によってプリント配線板に大きな反りが生じる場合が多い。このため、再溶融した半田接合部にこの反りによる力が加わった場合には、その部分において剥離が生じるという問題がある。この剥離は、程度が小さい場合には製品の長期信頼性に影響を与えるおそれが高く、程度が大きい場合には初期段階において電気的な導通不良を招来することになる。この剥離の問題は、鉛入りめっきが施された接合用電極を有する表面実装型電子部品を用いた場合に特に顕著に現れるものであり、このまま放置することはできず、何らかの対策を施すことが必要である。

上記剥離は、表面実装型電子部品の接合用電極に施されためっきに含まれる鉛成分が、再溶融によって半田接合部の界面に偏析するために生じるものであると考えられる。すなわち、融点の高い鉛フリー半田はリフロー半田付け後に最も早く凝固し始めるが、半田中に溶け出した鉛成分のうちスズと接触している部分の鉛は融点が非常に低いため、半田接合部のうちの最後に凝固する部分（図８において示す領域Ｂ）に寄り集まり易く、この部分において偏析し易くなるため、再加熱の際にこの鉛が偏析した部分においてのみ溶融が生じ、プリント配線板を片側のみ加熱するフロー半田付けによるバイメタル効果によってプリント配線板に反りが生じた場合に、この反りに伴って生じる力がこの偏析部分に集中して剥離が発生するものと考えられる。

この剥離現象を防止する対策としては、フロー半田付け時において、個々のプリント配線板に反り抑制用のキャリア治具を取付けたり、既に実装された表面実装型電子部品にヒートシンクブロックを設けて局所的に冷却を行なったりすることが有効である。しかしながら、これらの対策を採用した場合には、製造工程が煩雑化するといった問題が生じるばかりでなく、上記リフロー／フロー半田付け混載実装を行なうすべてのワークに対してキャリヤ治具やヒートシンクブロックを準備する必要があり、製造コストを極端に圧迫してしまう問題が生じる。

また、上記剥離現象を防止する他の対策として、非特許文献１に記載の対策がある。この非特許文献１に記載される対策は、リフロー半田付けによって半田付けされた表面実装型電子部品が位置する部分のプリント配線板の裏面に耐熱性のマスキングテープを貼付することにより、フロー半田付け時における半田接合部への入熱を抑制し、この半田接合部の温度を融点以下に維持するものである。しかしながら、このマスキングテープを用いた対策を採用した場合には、上述のキャリヤ治具やヒートシンクブロックを用いた対策を採用した場合に比べて比較的廉価に実施できるメリットはあるものの、マスキングテープが貼付された部分のすべてがフロー半田付け時における挿入実装型電子部品の実装禁止領域となってしまうため、実装面積に大きな制約が生じるという問題が生じる。

さらに、上記マスキングテープを用いた対策と同等の効果が得られる対策として、フロー半田付け時の加熱時間を短縮することにより、半田接合部への入熱量を制限することが考えられる。しかしながら、フロー半田付け時の加熱時間を短縮する対策を採用した場合には、フロー半田付けにおける挿入実装型電子部品の半田接合部に対する入熱量不足が生じ易く、この部分における実装不良（たとえば、ブリッジの発生や未半田接合部の発生、いわゆるツノの発生等）が多発する問題が生じる。また、スルーホールへの半田の這い上がり不足も生じ易く、フロー半田付けによる半田接合部の信頼性の低下も懸念される。

現状のリフロー／フロー半田付け混載実装においては、フロー半田付け時において、実装済みの表面実装型電子部品の半田接合部に剥離が生じないように、鉛入りめっきが接合用電極部に施された表面実装型電子部品を含むすべてのワークに対して上述のいずれかの剥離対策が実施されており、種々の問題を引き起こす結果となっていた。このように、現状知られている剥離対策はいずれも大量生産に適した解決技術ではなく、生産者の立場からするとその実施は可能な限り必要最小限に抑制したいのが実情である。
百川裕希、他３名、"鉛フリーはんだのリフロー、フロー複合プロセスにおけるＱＦＰフィレット剥離現象"、第８回エレクトロニクスにおけるマイクロ接合・実装技術シンポジウム論文集、平成１４年１月３１日−２月１日、ｐ．３４５−３５０

上述したように、リフロー／フロー半田付け混載実装を行なう場合には、やみくもに表面実装型電子部品の半田接合部における剥離対策を実施するのではなく、その実施を必要最小限に抑えたいという要求がある。しかしながら、剥離が発生するか否かは大量生産を開始してはじめて分かるものであり、大量生産を開始する前段階において剥離が発生するか否かの判定を行い、この判定結果に基づいて選択的に剥離対策を実施するという試みはなされていなかった。

したがって、本発明は、上述の問題点を解決すべくなされたものであり、フロー半田付け時に、既に実装済みの表面実装型電子部品の半田接合部に剥離が生じるか否かの判定が可能な剥離発生判定方法を提供することにより、これによって剥離対策が必要かどうかの見極めを可能にすることを目的とする。

また、本発明は、上記剥離発生判定方法の実施に適したフロー半田付け装置を提供することを目的とする。

本発明に基づく剥離発生判定方法は、予め表面実装型電子部品がリフロー半田付けによって実装されたプリント配線板に、溶融半田を供給することによって挿入実装型電子部品をフロー半田付けにて実装する際に、上記実装済みの表面実装型電子部品の接合用電極と上記プリント配線板の接合用電極とを接合する半田接合部に剥離が生じるか否かを判定するものであって、上記プリント配線板に上記溶融半田を供給した状態において、上記プリント配線板に生じる反り量（ｘ）を計測し、計測された該反り量（ｘ）と上記実装済みの表面実装型電子部品のサイズ（Ｌ）との関係から、上記半田接合部に剥離が生じるか否かを判定するものである。

本発明に基づくフロー半田付け装置は、プリント配線板に挿入実装型電子部品をフロー半田付けにて実装するものであって、上記挿入実装型電子部品を挿入させた状態における上記プリント配線板に半田噴流を接触させることにより、上記プリント配線板に溶融半田を供給する溶融半田供給手段と、上記溶融半田が付着した状態における上記プリント配線板の反り量を計測する反り量計測手段と、上記反り量計測手段によって計測された反り量（ｘ）と、予め上記プリント配線板に実装されている表面実装型電子部品のサイズ（Ｌ）とに基づき、上記表面実装型電子部品の接合用電極と上記プリント配線板の接合用電極とを接合する半田接合部に剥離が生じるか否かを判定する判定手段とを備える。

本発明によれば、フロー半田付け時に既に実装済みの表面実装型電子部品の半田接合部に剥離が生じるか否かの判定を行なうことが可能になるため、剥離が生じるおそれがあると判定されたワークに対してのみ剥離対策を選択的に行なえばよく、剥離が生じないと判定されたワークに対しては不必要な剥離対策を講じなくて済むようになる。したがって、剥離の発生を未然に防止しつつ、製造コストを大幅に削減することができる。

上述のように、表面実装型電子部品をリフロー半田付けによって実装した後に挿入実装型電子部品をフロー半田付けによって実装するリフロー／フロー半田付け混載実装を行なった場合には、リフロー半田付けによって実装された表面実装型電子部品の接合用電極とプリント配線板の接合用電極とを接合する半田接合部がフロー半田付け時の加熱によって再溶融し、この再溶融した半田接合部に加熱によって生じるプリント配線板の反りによる力が加わることにより、その部分において剥離が発生するおそれがある。

このような表面実装型電子部品の半田接合部における剥離は、リフロー／フロー半田付け混載実装が行なわれるすべてのワークに対して生じるものではなく、フロー半田付け時において、表面実装型電子部品の半田接合部が再溶融する温度以上に加熱が実施され、かつ当該半田接合部に大きな変位が生じた場合にのみ発生するものである。

そこで、本発明者は、表面実装型電子部品の半田接合部に生じる変位量に着目することにより、フロー半田付け時に、既に実装済みの表面実装型電子部品の半田接合部に剥離が生じるか否かを判定することが可能になることを見出し、本発明を完成させるに至った。以下においては、まず、フロー半田付け時における表面実装型電子部品の半田接合部の変位量と基板の反り量との関係について説明する。

図１は、同一サイズの表面実装型電子部品が実装されたプリント配線板に反り量の差が生じた場合における表面実装型電子部品の半田接合部に生じる変位量の差について説明するための模式図である。また、図２は、異なるサイズの表面実装型電子部品が実装されたプリント配線板に同一の反り量が生じた場合における表面実装型電子部品の半田接合部に生じる変位量の差について説明するための模式図である。

図１に示すように、同一サイズの表面実装型電子部品２０ａが実装されたプリント配線板１０であっても、プリント配線板１０に生じる反り量の差によって表面実装型電子部品２０ａの半田接合部３１に生じる変位量に差が生じる。具体的には、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、プリント配線板１０の反り量が小さい場合の半田接合部３１の変位量をｄ₁とし、プリント配線板１０の反り量が大きい場合の半田接合部３１の変位量をｄ₂とした場合には、半田接合部３１における変位量の大小関係は ｄ₁＜ｄ₂ となる。このため、プリント配線板１０の反り量が大きければ大きい程、表面実装型電子部品２０ａの半田接合部３１の変位量が増大することが理解される。

また、図２に示すように、プリント配線板１０に同一の反り量が生じた場合であっても、実装済み表面実装型電子部品のサイズによって半田接合部における変位量に差が生じる。具体的には、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、小型の表面実装型電子部品２０ｂが実装されている場合の半田接合部３１の変位量をｄ₃とし、大型の表面実装型電子部品２０ｃが実装されている場合の半田接合部３１の変位量をｄ₄とした場合には、半田接合部３１における変位量の大小関係は ｄ₃＜ｄ₄ となる。このため、表面実装型電子部品のサイズが大きければ大きい程、表面実装型電子部品の半田接合部３１の変位量が増大することが理解される。

このように、表面実装型電子部品の半田接合部の変位量は、プリント配線板に生じる反り量や実装済みの表面実装型電子部品のサイズに依存する。ここで、表面実装型電子部品の半田接合部における変位量が大きくなれば大きくなる程、半田接合部に加わる力は大きくなるため、剥離はより生じ易くなるものと考えられる。したがって、表面実装型電子部品の半田接合部に生じる変位量に着目することにより、フロー半田付け時に表面実装型電子部品の半田接合部に剥離が生じるおそれがあるか否かの判定を行なうことが可能になるため、大量生産を開始する前段階において、剥離対策を施す必要があるかどうかを見極めることが可能になる。

以下においては、本発明の一実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。

図３は、本発明の一実施の形態におけるフロー半田付け装置の構成を示す概略構成図である。図４は、本実施の形態におけるフロー半田付け装置をプリント配線板の搬送方向における上流側から見た場合の概略構成図である。

図３に示すように、本実施の形態におけるフロー半田付け装置１は、プリント配線板１０を保持して図中矢印Ａ方向に搬送するコンベア２と、コンベア２によって搬送されるプリント配線板１０の下面にフラックスを吹き付けるフラクサー３と、フラックスが吹き付けられたプリント配線板１０を予備加熱するプリヒータ４と、予備加熱されたプリント配線板１０に半田噴流を接触させることにより、プリント配線板１０の下面に溶融半田３０を供給する溶融半田供給手段としての半田供給部５と、溶融半田３０が付着した状態におけるプリント配線板１０の反り量を計測する反り量計測手段としての非接触式変位計６と、非接触式変位計６にて検知された情報を処理し、表面実装型電子部品の半田接合部に剥離が生じるか否かを判定する判定手段としてのデータ処理装置７とを備える。なお、本実施の形態におけるフロー半田付け装置１は、既にリフロー半田付けによって表面実装型電子部品２０が実装されたプリント配線板１０を対象に、新たに挿入実装型電子部品２５ａ，２５ｂのフロー半田付けを行なうことを目的とするものである（図４参照）。

本実施の形態におけるフロー半田付け装置１においては、非接触式変位計６が半田供給部５の上方に設置されており、コンベア２によって搬送されるプリント配線板１０が最も高温に加熱されるタイミングである溶融半田３０の供給後において、プリント配線板１０の変位量を計測することにより、プリント配線板の反り量が算出されるように構成されている。図４に示すように、プリント配線板１０は、プリント配線板１０の搬送方向と交差する方向における両端部をコンベア２によって両側から挟持されて拘束・保持されているため、非接触式変位計６は、反りによる変位量が最大となる、プリント配線板１０の搬送方向と直交する方向におけるプリント配線板１０の中央部にその照準が合わされている。

データ処理装置７は、非接触式変位計６において計測されたプリント配線板１０の変位量からプリント配線板１０の反り量を算出する。データ処理装置７においては、コンベア２によって拘束・保持されたプリント配線板１０の両端部の高さ方向における位置を基準として設定し、この基準の位置からフロー半田付け時の加熱によって上述のプリント配線板１０の中央部がどの程度高さ方向において変位したかを算出することにより、反り量が導かれる。なお、上述のように、本実施の形態におけるフロー半田付け装置１においては、プリント配線板１０の搬送方向と交差する方向における両端部がコンベア２によって拘束・保持されているため、プリント配線板１０の搬送方向と平行な方向においてはプリント配線板１０に大きな反りは生じない。したがって、既に実装されている表面実装型電子部品２０の半田接合部３１における剥離の発生の有無の判定を行なう際には、フロー半田付け時の加熱によって最も大きな反りが生じるプリント配線板１０の搬送方向と直交する方向における反り量のみを考慮すれば足りる。

また、データ処理装置７には記憶装置が内蔵されており、プリント配線板１０に既に実装されている表面実装型電子部品２０のサイズ情報や位置情報およびプリント配線板１０のサイズ情報等が予め入力されている。データ処理装置７は、算出された反り量と既にプリント配線板１０に実装されている表面実装型電子部品２０のサイズとの関係に基づき、実装済みの表面実装型電子部品２０の半田接合部３１に剥離が生じるか否かを判定する。このデータ処理装置７による判定結果は、たとえば図示しない表示部等の報知手段によって使用者に報知される。なお、データ処理装置７において行なわれる具体的な判断については、以降において示す本実施の形態における剥離発生判定方法に準じて行なわれる。

以下においては、上記構成のフロー半田付け装置において実現される本実施の形態における剥離発生判定方法について詳細に説明する。図５は、本実施の形態における剥離発生判定方法において、プリント配線板の反り量がどのように計測されるかを説明するための模式図である。また、図６は、本実施の形態における剥離発生判定方法において、計測された反り量に基づいてプリント配線板の近似曲率半径がどのように算出されるかを説明するための模式図である。さらに、図７は、本実施の形態における剥離発生判定方法において、算出されたプリント配線板の近似曲率半径に基づいて半田接合部に剥離が発生する最小剥離発生電子部品サイズがどのように算出されるかを説明するための模式図である。

まず、図５を参照して、反り量の計測方法について説明する。本実施の形態におけるフロー半田付け装置１にあっては、上述の非接触式変位計６の出力値に基づき、データ処理装置７によってプリント配線板１０の反り量が算出される。図５においては、コンベア２によって搬送されるプリント配線板１０が非接触式変位計６の直下を通過する間に得られる非接触式変位計６の計測波形の具体例を示している。ここで、図５においては、横軸を時間軸とし、縦軸に非接触式変位計６の出力値をとっている。図中に示す矢印Ｔは、１枚のプリント配線板１０が非接触式変位計６の直下を通過するのに要する時間を表わしている。なお、図中符号１４で示される直線は、基準高さ（すなわち、プリント配線板１０の搬送方向と交差する方向におけるプリント配線板１０の両端部の高さ）における非接触式変位計６の出力値を示している。

プリント配線板１０の表面には、図４においても示したように、リフロー半田付けによって表面実装型電子部品２０が既に実装されており、また、フロー半田付けによって実装される挿入実装型電子部品２５ａ，２５ｂも載置されている。このため、図５に示す非接触式変位計６によって得られる計測波形１２には、プリント配線板１０の表面の変位量を示す成分のみならず、プリント配線板１０の表面上に位置する電子部品の変位量を示す成分１３も含まれている。そこで、データ処理装置７においては、内蔵された記憶装置に入力されている電子部品の実装情報から非接触式変位計の計測データに干渉する電子部品の座標を読み取り、その部分におけるデータを除外することによって、プリント配線板１０における反り量が算出される。このプリント配線板１０の反り量は、図中において矢印ｓで示されるデータ値の差から算出される。

次に、図６を参照して、プリント配線板の近似曲率半径の算出方法について説明する。本実施の形態におけるフロー半田付け装置１にあっては、計測されたプリント配線板１０の反り量に基づいて、データ処理装置７によってプリント配線板１０の近似曲率半径が算出される。図６においては、プリント配線板１０の基準高さを直線１５によって表わしている。このプリント配線板１０の基準高さとプリント配線板１０の中央部における高さとの差が、計測されたプリント配線板１０の反り量（ｘ）に相当する。図６に示すように、プリント配線板１０の近似曲率半径（ｒ）は、上述のプリント配線板１０の反り量（ｘ）と、プリント配線板１０の搬送方向における幅（ｗ）とによって、幾何学的に下記の式（１）によって計算される。なお、上述したように、プリント配線板１０の幅（ｗ）に関する情報は、データ処理装置７に内蔵される記憶装置に予め入力されているものを用いる。

次に、図７を参照して、実装済み表面実装型電子部品の半田接合部に剥離が発生する最小剥離発生電子部品サイズの算出方法について説明する。本実施の形態におけるフロー半田付け装置１にあっては、データ処理装置７によって算出されたプリント配線板１０の近似曲率半径に基づいて、データ処理装置７によって最小剥離発生電子部品サイズが算出される。この最小剥離発生電子部品サイズの算出には、予め実験的に求めておいた剥離が発生する半田接合部の最小の変位量である剥離発生最小変位量が利用される。

剥離発生最小変位量は、大量生産に使用されるプリント配線板に実際に表面実装型電子部品を実装し、当該表面実装型電子部品の半田接合部を徐々に変位させることによって半田接合部に力を加え、剥離が発生した時点の変位量を読み取ることによって決定される。なお、この剥離発生最小変位量は、材質や厚み等が同一のプリント配線板においてはほぼ一定の値に決定されるが、好ましくは、サンプルを複数作成し、その平均値をとることによって決定する。

図７に示すように、最小剥離発生電子部品サイズ（Ｌ_min）は、上述のプリント配線板１０の近似曲率半径（ｒ）と、予め求められた、フロー半田付け時において半田接合部に剥離が生じる半田接合部の最小変位量である剥離発生最小変位量（ｚ_min）とによって、幾何学的に下記の式（２）によって計算される。

以上によって求められた最小剥離発生電子部品サイズ（Ｌ_min）と、実装済み表面実装型電子部品のサイズ（Ｌ）との大小関係を比較することにより、フロー半田付け時において、既に実装されている表面実装型電子部品の半田接合部に剥離が生じるか否かの判断が行なえるようになる。すなわち、Ｌ ≧ Ｌ_min である場合には、剥離が発生するおそれが高いと判断され、Ｌ ＜ Ｌ_min である場合には、剥離が発生するおそれが低いと判断される。なお、上述の本実施の形態におけるフロー半田付け装置１にあっては、データ処理装置７の記憶装置に実装済み表面実装型電子部品のサイズ（Ｌ）が入力されているので、このデータと最小剥離発生電子部品サイズ（Ｌ_min）とを比較することによって剥離発生の有無が判定され、表示部等に表示される。

以上において説明した本実施の形態における剥離発生判定方法を用いることにより、フロー半田付け時において、実装済みの表面実装型電子部品の半田接合部に剥離が発生するか否かが容易に判断できるようになる。このため、本実施の形態における剥離発生判定方法を用いて、当該ワークに剥離が発生するかどうかを予め確認しておくことにより、大量生産を実施する前段階において、当該ワークにおいて剥離対策を行なう必要があるかどうかを事前に見極めることができるようになる。そのため、やみくもに剥離対策を実施する必要がなくなり、その実施を必要最小限に抑えることが可能なる。したがって、剥離の発生を未然に防止しつつ、製造コストを従来に比して大幅に削減することができる。

また、本実施の形態における剥離発生判定方法によれば、プリント配線板の材質やサイズが決定した時点で、当該プリント配線板に剥離なく実装可能な表面実装型電子部品のサイズを知ることができる。このため、設計段階においてこの点について考慮しておくことにより、大量生産段階において剥離の発生が問題となることがなくなるため、製品における高い信頼性の実現と製造コストの削減との両立が可能となる。

また、本実施の形態におけるフロー半田付け装置は、上述の本実施の形態における剥離発生判定方法の実施に適した装置であり、従来のフロー半田付け装置に、反り量計測手段としての非接触式変位計と、上述の剥離発生判定方法を実施することが可能なデータ処理装置とを新たに付加するだけの簡単な改良によって製作が可能なものである。したがって、このフロー半田付け装置を導入することに伴う設備投資もほとんど必要ない。

なお、本実施の形態における剥離発生判定方法を用いて剥離発生のおそれの有無を判断した結果、剥離の発生のおそれがあると判断された場合には、フロー半田付け時において、実装済み表面実装型電子部品の半田接合部における剥離が発生しないようにするために、何らかの剥離対策を行なう必要がある。この剥離対策としては、上述のキャリア治具を用いた対策やヒートシンクブロックを用いた対策、マスキングテープを用いた対策、加熱時間を短縮する対策など種々の対策が適用可能である。

以下においては、上述の本実施の形態におけるフロー半田付け装置を用いて、上述の本実施の形態における剥離発生判定方法を実施した実施例について説明する。以下に示す本実施例においては、プリント配線板としてサイズや材質の異なるプリント配線板を８種類準備し、それぞれにサイズやリード母材の異なる表面実装型電子部品をリフロー半田付けによって実装し、上述の本実施の形態におけるフロー半田付け装置を用いて上述の剥離発生判定方法を実施して剥離可能性の有無について判定した。また、当該サンプルの全数についてフロー半田付け後に表面実装型電子部品の半田接合部における接合強度試験を行なった。以下に示す表１に、剥離発生判定結果および接合強度試験結果を示す。

表１に示すように、上述の剥離発生判定方法を用いて剥離可能性の有無を判定した結果、プリント配線板Ａ，Ｂ，ＥおよびＦについては剥離可能性無しと判定され、プリント配線板Ｃ，Ｄ，ＧおよびＨについては、剥離可能性有りと判定された。一方、フロー半田付け後における表面実装型電子部品の半田接合部の接合強度試験の結果、プリント配線板Ａ，Ｂ，ＥおよびＦについては剥離による不良は１つも発見されず、プリント配線板Ｃ，Ｄ，ＧおよびＨについては、それぞれ不良率は異なるものの剥離による不良が複数個発見された。

以上の結果から分かるように、実際に剥離が発生したプリント配線板は、本実施の形態における剥離発生判定方法において剥離可能性有りと判定されたものと一致しており、また、剥離が発生しなかったプリント配線板は、剥離可能性無しと判定されたものと一致している。そのため、本実施の形態における剥離発生判定方法が、剥離の発生の有無の判定に非常に有効であることが本実施例からも裏付けられたと判断できる。

上述の一実施の形態においては、表面実装型電子部品としてＱＦＰ（Quad Flat Package）を念頭において説明を行なっている。しかしながら、本発明に基づく剥離発生判定方法が有効に適用可能な表面実装型電子部品としては、上述のＱＦＰに限られず、ベアチップやＢＧＡ（Ball Grid Array）、コネクタ等もその適用対象に挙げられる。しかしながら、これら表面実装型電子部品では、ＱＦＰと実装構造において大きく相違しているため、個々の表面実装型電子部品毎に剥離発生最小変位量を実験的に求めることが必要である。

また、上述の一実施の形態においては、反り量計測手段として赤外線レーザを用いた非接触式変位計を利用することを念頭において説明を行なっているが、他の反り量計測手段を利用することも当然に可能である。しかしながら、フロー半田付け時においてプリント配線板は非常に高温にまで達するため、非接触式の変位計を利用することが望ましい。

このように、今回開示した上記一実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

同一サイズの表面実装型電子部品が実装されたプリント配線板に反り量の差が生じた場合における表面実装型電子部品の半田接合部に生じる変位量の差について説明するための模式図である。 異なるサイズの表面実装型電子部品が実装されたプリント配線板に同一の反り量が生じた場合における表面実装型電子部品の半田接合部に生じる変位量の差について説明するための模式図である。 本発明の一実施の形態におけるフロー半田付け装置の構成を示す概略構成図である。 本発明の一実施の形態におけるフロー半田付け装置をプリント配線板の搬送方向における上流側から見た場合の概略構成図である。 本発明の一実施の形態における剥離発生判定方法において、プリント配線板の反り量がどのように計測されるかを説明するための模式図である。 本発明の一実施の形態における剥離発生判定方法において、計測された反り量に基づいてプリント配線板の近似曲率半径がどのように算出されるかを説明するための模式図である。 本発明の一実施の形態における剥離発生判定方法において、算出されたプリント配線板の近似曲率半径に基づいて半田接合部に剥離が発生する最小剥離発生電子部品サイズがどのように算出されるかを説明するための模式図である。 リフロー半田付け後における表面実装型電子部品の半田接合部の構成を示す模式断面図である。

符号の説明

１ フロー半田付け装置、２ コンベア、３ フラクサー、４ プリヒータ、５ 半田供給部、６ 非接触式変位計、７ データ処理装置、１０ プリント配線板、１１ 接合用電極、２０ 表面実装型電子部品、２０ａ （同一サイズの）表面実装型電子部品、２０ｂ 小型の表面実装型電子部品、２０ｃ 大型の表面実装型電子部品、２１ 接合用電極、２５ａ，２５ｂ 挿入実装型電子部品、３０ 溶融半田、３１ 半田接合部。

Claims (4)

1. 予め表面実装型電子部品がリフロー半田付けによって実装されたプリント配線板に、溶融半田を供給することによって挿入実装型電子部品をフロー半田付けにて実装する際に、前記実装済みの表面実装型電子部品の接合用電極と前記プリント配線板の接合用電極とを接合する半田接合部に剥離が生じるか否かを判定する剥離発生判定方法であって、
   前記プリント配線板に前記溶融半田を供給した状態において、前記プリント配線板に生じる反り量（ｘ）を計測し、計測された該反り量（ｘ）と前記実装済みの表面実装型電子部品のサイズ（Ｌ）との関係から、前記半田接合部に剥離が生じるか否かを判定する、剥離発生判定方法。
2. 予め表面実装型電子部品がリフロー半田付けによって実装されたプリント配線板に、溶融半田を供給することによって挿入実装型電子部品をフロー半田付けにて実装する際に、前記実装済みの表面実装型電子部品の接合用電極と前記プリント配線板の接合用電極とを接合する半田接合部に剥離が生じるか否かを判定する剥離発生判定方法であって、
   前記実装済みの表面実装型電子部品のサイズである実装済み電子部品サイズ（Ｌ）を求めるステップと、
   前記プリント配線板に前記溶融半田を供給した状態において、前記プリント配線板に生じる反り量（ｘ）を計測するステップと、
   計測された前記反り量（ｘ）に基づいて、前記プリント配線板の反り形状を近似する近似曲率半径（ｒ）を求めるステップと、
   前記近似曲率半径（ｒ）と、予め求められた、フロー半田付け時において半田接合部に剥離が生じる半田接合部の最小変位量である剥離発生最小変位量（ｚ_min）とを用いて、フロー半田付け時に前記半田接合部に剥離が生じる最小剥離発生電子部品サイズ（Ｌ_min）を求めるステップと、
   前記最小剥離発生電子部品サイズ（Ｌ_min）と、前記実装済み電子部品サイズ（Ｌ）とを比較することにより、前記半田接合部に剥離が生じるか否かを判定するステップとを含む、剥離発生判定方法。
3. プリント配線板に挿入実装型電子部品をフロー半田付けにて実装するフロー半田付け装置であって、
   前記挿入実装型電子部品を挿入させた状態における前記プリント配線板に半田噴流を接触させることにより、前記プリント配線板に溶融半田を供給する溶融半田供給手段と、
   前記溶融半田が付着した状態における前記プリント配線板の反り量を計測する反り量計測手段と、
   前記反り量計測手段によって計測された反り量（ｘ）と、予め前記プリント配線板に実装されている表面実装型電子部品のサイズ（Ｌ）とに基づき、前記表面実装型電子部品の接合用電極と前記プリント配線板の接合用電極とを接合する半田接合部に剥離が生じるか否かを判定する判定手段とを備えた、フロー半田付け装置。
4. 前記判定手段は、前記反り量計測手段によって計測された反り量（ｘ）に基づいて、前記プリント配線板の反り形状を近似する近似曲率半径（ｒ）を求め、該近似曲率半径（ｒ）と、予め求められた、フロー半田付け時において半田接合部に剥離が生じる半田接合部の最小変位量である剥離発生最小変位量（ｚ_min）とを用いて、フロー半田付け時に前記半田接合部に剥離が生じる最小剥離発生電子部品サイズ（Ｌ_min）を求め、該最小剥離発生電子部品サイズ（Ｌ_min）と、前記実装済みの表面実装型電子部品のサイズ（Ｌ）とを比較することにより、前記半田接合部に剥離が生じるか否かを判定する、請求項３に記載のフロー半田付け装置。

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