JP5233803B2 - 両面同時リフロー半田付け方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板と電子部品の間に粘性液体を塗布し両面同時に半田付けする両面同時リフロー半田付け方法に関する。

電子部品を基板に半田付けする方法においては、半田ペースト(半田粉とフラックス）を塗布して電子部品を搭載後、加熱し半田付けするリフロー半田付け方法がある。この方法は、電子部品を基板両面に配置する際に、表面、裏面で、別々に工程を繰り返す必要があるためコストアップ要因となっていた。さらに、２度目の加熱を行うことから、先に半田付けしてあった半田が再溶融し、半田付け不良を起こす可能性があった。

これに対し、特許文献１には、上記問題点を解決するため２度の半田付けを１度で完了する両面半田付けが開示されている。この技術では、裏面電子部品落下の防止策として接着剤が使用されているが、接着剤塗布工程、接着剤硬化工程がさらに追加する必要がある。更に、裏面の半田供給には先に電子部品が固定化されていることによりマスク印刷を用いることが出来ず、ディスペンサを採用する必要があるため、生産性の低下、多種対応が困難という問題があった。

また、特許文献２にも、裏面電子部品落下の防止策として接着剤を使用した両面半田付けが開示されている。この場合は、クリーム半田（半田ペースト）を用いず、半田メッキや半田レベラー法で行うもので、半田付け方法自体が、そもそも異なるものであった。
特許文献１、２のものは、いずれも、接着剤により固化するので、半田付け性能に悪影響を及ぼす可能性がある。このような接着剤による悪影響としては、一例として、セルフアライメント（溶融半田の表面張力により、電子部品搭載位置ズレなどを適正位置へ補正すること）効果の阻害や半田濡れ不良などが考えられる。

特開平６−１８１３８２号公報 特開平９−８４４６号公報

本発明は、上記問題に鑑み、基板と電子部品の間に粘性液体を塗布し両面同時に半田付けする両面同時リフロー半田付け方法を提供するものである。
本発明は、従来行ってきた２度の加熱工程を必要とする半田付けを、１度の加熱で半田付けすることを課題とするとともに、電子部品と基板との間に、毛細管力（表面張力）によって、電子部品を基板側へ吸引保持する粘性液体を設け、半田付け完了まで裏面の電子部品の落下を防止し、上記問題点を解決するものである。
ここで、粘性液体とは、塗布工程からほぼ加熱終了するまで固化することなく、液体の状態を維持して、表面張力を有する液体をさしている。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、基板電極（６）が形成されているプリント基板（１）の一方の面に、半田ペースト（２）を塗布する段階と、前記プリント基板（１）を反転して、基板電極（６’）が形成されているプリント基板（１）の他方の面に、半田ペースト（２）を塗布する段階と、前記プリント基板（１）の他方の面において、前記基板電極（６’）が形成されておらず、かつ、電子部品（３）を搭載する場所に、塗布されて加熱終了するまで固化することなく、液体の状態を維持して、表面張力を有する液体（４）を塗布する段階と、前記プリント基板（１）の他方の面において、前記電子部品（３）を搭載する段階と、前記プリント基板（１）を反転して、前記プリント基板（１）の一方の面に、電子部品（３’）を搭載する段階と、リフロー炉において、前記プリント基板（１）の両面を加熱して、両面同時に１度の加熱で半田付けする段階を具備し、前記プリント基板（１）の他方の面、又は、前記電子部品（３）において、前記液体（４）を塗布する場所には、液漏れ防止パターン（７）が設けられており、前記液漏れ防止パターン（７）は、電極パターン、又は、シルクパターンのいずれか、若しくは、それらの組み合わせからなる両面同時リフロー半田付け方法である。

これにより、電子部品とプリント基板との間に、粘性液体の毛細管力（表面張力）によって、電子部品を基板側へ吸引保持して、半田付け完了まで裏面の電子部品の落下を防止することができる。これまで２度の工程を必要としていた半田付けを１度の工程で完了させることが可能となる。また、半田付け完了まで電子部品は基板側へ吸引保持されているだけなので、溶融半田の表面張力により、電子部品搭載位置ズレなどを適正位置へ補正するセルフアライメント効果が期待できる。

また、加熱時にその液体の流動性の上昇もしくは沸騰による液体の漏れ出しが起こりにくくなり、高品質を維持することができる。

請求項１に記載の発明において、前記リフロー炉が固定式にしてもよい。これにより、部品種によってはプリント板との間に十分な粘性液体を配置できない場合でも、部品落下を防止することが出来る。

なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。

本発明の比較技術の電子部品を基板に半田付けする方法の説明図である。 本発明の第１実施形態の電子部品を基板に半田付けする方法の説明図である。 本発明の第１実施形態の電子部品を粘性液体で保持する状況の詳細図である。 本発明の別の実施形態の電子部品を粘性液体で保持する状況の詳細図である。 本発明の第１実施形態の説明図である。 本発明の第１実施形態の説明図で、（ａ）は、中央に電極パターンを設けたもの、（ｂ）は、参考例である中央にくぼみを設けたもの、（ｃ）は、囲い２重シルクパターンを設けたもの、（ｄ）は、中央に２重シルクパターンを設けたもの、（ｅ）は、囲いシルクパターンを設けたもの、（ｆ）は、電極にある所にシルクパターンを設けたもの、（ｇ）は、電極パターン中にシルクパターンを設けたもの、（ｈ）は、電極のない所にシルクパターンを設けたものである。 ベルト搬送式リフロー炉と固定式リフロー炉を比較した実験結果例を示す図である。

（第１実施態様）
以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。本発明の各実施形態が、本発明の比較技術に対しても同一構成の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

図１は、本発明の比較技術の電子部品を基板に半田付けする方法の説明図である。
図１に示すように、プリント基板１の表面、裏面には、基板電極６、６’が形成されている。裏面の電子部品を搭載する場所には、マスク印刷で半田ペースト２が塗布されている。その上に電子部品３'が実装された後、リフロー炉で加熱して半田付けを行う。次に、表面も同様にマスク印刷で半田ペースト２が塗布された後、電子部品３が実装された後、リフロー炉で加熱して半田付けを行う。このように、電子部品を基板両面に配置する際に、表面、裏面で、別々に同じ工程を経る必要があり、製造ラインに沿ってそれぞれ設備(印刷機、マウンター、リフロー炉)を必要していた。また、先に半田付けしてあった半田が、２度目の加熱により再溶融し、半田付け不良を起こす可能性があった。

以下に、このような問題を解決した本発明の第１実施形態を説明する。
図２は、本発明の第１実施形態の電子部品を基板に半田付けする方法の説明図である。
図２に示すように、プリント基板１の表面、裏面には、基板電極６、６’が形成されている。まず、表面の電子部品を搭載する場所には、マスク印刷で半田ペースト２を塗布する。次に、裏面にも同様に、半田ペーストを印刷する。裏面において、半田ペースト２１、２２が塗布された部分のほぼ中間部に粘性流体４をディスペンサ（図示せず）で塗布する。なお、ディスペンサを用いずマスク印刷中に粘性液体を所定箇所に注入しても良い。半田ペースト２１、２２の上にリード電極５が来るように電子部品３を実装して、粘性液体４の表面張力で保持する。

次に、電子部品３は粘性液体４の表面張力で保持されているので、基板を反転しても落下しないようになっている。ここで、図３は、本発明の第１実施形態の電子部品を粘性液体で保持する状況の詳細図である。
粘性流体の一例としては、半田ペースト中のフラックスや半田ペーストが挙げられる。その他、塗布工程からほぼ加熱終了するまで固化することなく、液体の状態を維持して表面張力を有する液体なら、適宜選択することができる。
プリント基板１を反転したら、表面のほうにも電子部品３を実装し、その後、ベルト搬送式や固定式などのリフロー炉に通して加熱工程に入り、半田付けを行う。プリント基板１と電子部品３が半田２によって固定される際に、粘性液体４の表面張力（毛細管力）により部品を吸引し、半田２が溶融するまでの間、電子部品４の保持をアシストする。

本実施態様によれば、１度の加熱で半田付けするとともに、電子部品３とプリント基板１との間に、粘性液体４の表面張力によって、電子部品を基板側へ吸引保持して、半田付け完了まで裏面の電子部品の落下を防止することができる。
したがって、プリント基板１の両面に電子部品３の半田付けを行うことにおいて、電子部品３とプリント基板１の間(ランドパターン外)に粘性液体を配置することによって、これまで２度の工程を必要としていた半田付けを１度の工程で完了させることが可能となる。今回用いる粘性液体は、塗布工程から加熱終了まで固化することなく液体の状態を維持するものである。このため、接着剤による場合と異なり、溶融半田の表面張力により、電子部品搭載位置ズレなどを適正位置へ補正するセルフアライメント効果が期待できる。

図４は、本発明の別の実施形態の電子部品を粘性液体で保持する状況の詳細図である。この実施形態では、粘性液体４が２箇所に塗布されている。このように電子部品３の形状に応じて、複数個所に塗布しても良い。

プリント基板１と電子部品３の間に液体（粘性液体４）を配置するため、加熱時にその液体の流動性の上昇等による液体の漏れ出しが起こる恐れがあった。このようなことが起きると、部品を保持する力が働かなくなり部品が落下してしまう可能性や、液体の漏れ出しにより、ランドパターン外に異物が存在することで不良判定される可能性を否定することができなかった。本実施形態では、液体の漏れ出しという点に着目し、プリント基板１又は電子部品３の少なくともどちらか一方に、液漏れ防止パターンを形成することにより、上記のような恐れを解決するものである。

本実施形態ではさらに、粘性液体４が漏れ出さないように、あらかじめ、粘性液体４を塗布するプリント基板１の場所に、液漏れ防止パターンを形成している。図５は、本発明の第１実施形態の説明図である。プリント基板１に基板電極６（６’）が形成されており、電気部品３が実装される中央部に、液漏れ防止パターン７が形成されている。この液漏れ防止パターン７に粘性液体４が塗布されれば、粘性液体４は漏れ出しが防止される。

液漏れ防止パターンとしては、まず第１に、基板に印刷した電極パターンが挙げられる。電極パターンを形成することで凹部ができるため液体を池の中に留めておくのと同じ状況を作り出すことができる。その他、基板面にできた凹凸部、基板に形成された印字等のシルクパターンなどが含まればかりでなく、これらを組み合わせてもよい。すなわち、電極パターン、シルクパターン、又は、機械的な凹凸等によって凸部で囲んだものや内部を凹部としたものなどで、粘性液体が漏れ出さないようにしたものをさしている。

図６は、本発明の第１実施形態の説明図で、（ａ）は、中央に電極パターンを設けたもの、（ｂ）は、参考例である中央にくぼみを設けたもの、（ｃ）は、囲い２重シルクパターンを設けたもの、（ｄ）は、中央に２重シルクパターンを設けたもの、（ｅ）は、囲いシルクパターンを設けたもの、（ｆ）は、電極にある所にシルクパターンを設けたもの、（ｇ）は、電極パターン中にシルクパターンを設けたもの、（ｈ）は、電極のない所にシルクパターンを設けたものである。電極のない所にシルクパターンを設けると、経験的に液体の漏れ出しは抑制されることが確認されているので、部品種によっては電極側にパターンが必要ない場合の実施形態である。これらに限らず、その他にも、様々な変形態様が考えられる。

（その他の実施態様）
部品種によってはプリント板との間に十分な粘性液体を配置できない場合がある。その場合、部品落下の恐れがあるが、リフロー炉をベルト搬送式から固定式へ変更することで部品落下を防止することが出来る。図７は、ベルト搬送式リフロー炉と固定式リフロー炉を比較した実験結果例を示す図である。

１ プリント基板
２ 半田ペースト
３、３’ 電子部品
４ 粘性液体
６、６’ 基板電極
７ 液漏れ防止パターン

Claims (1)

1. 基板電極（６）が形成されているプリント基板（１）の一方の面に、半田ペースト（２）を塗布する段階と、
   前記プリント基板（１）を反転して、基板電極（６’）が形成されているプリント基板（１）の他方の面に、半田ペースト（２）を塗布する段階と、
   前記プリント基板（１）の他方の面において、前記基板電極（６’）が形成されておらず、かつ、電子部品（３）を搭載する場所に、塗布されて加熱終了するまで固化することなく、液体の状態を維持して、表面張力を有する液体（４）を塗布する段階と、
   前記プリント基板（１）の他方の面において、前記電子部品（３）を搭載する段階と、
   前記プリント基板（１）を反転して、前記プリント基板（１）の一方の面に、電子部品（３’）を搭載する段階と、
   リフロー炉において、前記プリント基板（１）の両面を加熱して、両面同時に１度の加熱で半田付けする段階を具備し、
   前記プリント基板（１）の他方の面、又は、前記電子部品（３）において、前記液体（４）を塗布する場所には、液漏れ防止パターン（７）が設けられており、
   前記液漏れ防止パターン（７）は、電極パターン、又は、シルクパターンのいずれか、若しくは、それらの組み合わせからなる両面同時リフロー半田付け方法。

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