JPH11121914A

JPH11121914A - マスキング樹脂の塗布方法とその装置

Info

Publication number: JPH11121914A
Application number: JP28650197A
Authority: JP
Inventors: Teru Fujii; 輝藤井; Takamichi Suzuki; 高道鈴木; Hitoshi Soda; 均曽田; Atsushi Ikegame; 厚池亀
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-10-20
Filing date: 1997-10-20
Publication date: 1999-04-30

Abstract

(57)【要約】【課題】高密度実装化が進む回路基板において、両面実
装基板の組立て工程には、ソルダリング時の高温溶融は
んだから部品を保護するためのカバー製作と取付け作業
があり、また後付け部品のためのスルーホールなど、事
前に耐熱テープでマスキングする作業がある。部品保護
作業は高価な部品保護カバーを使用しているが、多機種
少量生産品が対象であることから汎用性がなく、この合
理化が望まれ、また、マスキングテープの貼付け作業及
び剥離作業は、工数が大きく熟練者に頼っているため、
この自動化が望まれており、本発明の目的は、これらの
合理化・自動化を実現することで、課題は多機種少量生
産品への対応である。【解決手段】上記目的は、マスキング材として高粘度で
断熱効果の高い剥離形樹脂を用い、デイスペンサ塗布方
式で対応した。部品保護に対しては、ソルダリング後に
樹脂を除去しなければならず、樹脂の剥離性のよいマス
キング方法が要求され、これには同系２種類の粘度の樹
脂を使い分けた塗布方法と、樹脂の硬化度合いの適正化
を図って解決した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回路基板のはんだ
接続技術に関わり、ウエイブソルダリングやリフローソ
ルダリング工程で、回路基板上の部品保護を目的とした
マスキング方法と、後付け部品の実装箇所をマスキング
する方法、及びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】回路基板の部品実装には、ソルダリング
工程の前処理として、後付け部品の実装箇所をマスキン
グする作業がある。これは面付け部品、挿入部品、構造
部品を数回に分けて実装する過程で、はんだに浸したく
ない箇所をテープなどでマスキングするものである。こ
の作業は、多機種少量生産が自動化のネックとなってお
り、どのメーカも熟練者による人手作業に頼っている。
一時は、自動テープ貼付機が開発されて使用された時期
もあったが、現在は多機種少量に合わず使用されていな
い。

【０００３】また、マスキング作業には、テープを使用
した平坦面での処置の他に、すでに実装済み部品のソル
ダリング時のヒートショックによるパッケージのクラッ
クを防止する目的で、金属板やガラスエポキシなどを用
いてカバーする作業も含まれる。

【０００４】この保護カバーは、高価で汎用性がなく、
多機種少量生産には適さないことから、この作業の改善
と自動化が望まれていた。しかし、この作業も自動化の
例はない。

【０００５】そこで、本発明に近い技術として、特開平
7-202411号公報が挙げられるが、これは断熱機能をもた
せた保護カバー方式とそのジグ構造で、今回の出願内容
とは異なる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】部品保護に関しては、
汎用性のない保護カバーを用いた従来方式の延長上で
は、多機種少量生産品を対象とした自動化は非常に困難
で、技術的にも経済的にも不適当である。そこで自動化
の主眼は、保護カバー及びそれに付随するジグを用いな
いで、多機種少量生産に対応する方法を得ることであ
る。

【０００７】平坦面のマスキングに関しては、従来のテ
ープ貼付方式は、ソルダリング時の加熱で、テープの粘
着材が基板に残る欠点があり、この粘着材の除去が作業
工数の大部分を占めている。また、無洗浄化の傾向の中
で、この粘着材の除去が自動化のネックになっていた。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、マスキング
材として、高粘度の剥離形樹脂を用いることで対応でき
る。部品保護は、ソルダリング時のヒートショックで、
パッケージにクラックが入るのを防止するため、樹脂は
断熱効果の高いものを用いる。また、部品のリード間で
のブリッジを防止するための、リード部分のマスキング
は、リードの下部まで樹脂が浸透しないように高粘度樹
脂を用いる。

【０００９】平坦部のマスキングは、電子部品が混在す
る基板上で、プログラミングされた任意の位置に、剥離
形樹脂膜を形成し、はんだの浸入を防ぐ。

【００１０】自動化は、３軸の位置決め機能を有する樹
脂塗布手段と、基板の位置決めと搬送手段と、樹脂塗布
後の硬化手段と、これらを統合制御する制御手段で構成
する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図１なら
びに図１１により説明する。

【００１２】図１はマスキング用樹脂塗布方法の説明
図、図２は本発明の実施例でソルダリングの説明図、図
３から図５は樹脂の塗布例である。

【００１３】図１ならびに図５において、回路基板上で
マスキングを必要とする箇所は、溶融したフロー用高温
はんだ６に浸したくない部品１１や、後付け部品用スル
ーホール３などである。

【００１４】マスキングは、図２ないし図４に示すごと
く部品保護を目的とした場合は、パッケージに対して断
熱効果を図った塗布方法と、リード部分１２に対して
は、後で樹脂の剥離を容易にする塗布方法が要求され
る。また、図５のごとくスルーホール３など、基板の平
坦面のマスキングは、大面積高速塗布が要求される。

【００１５】そこで、剥離形高粘度樹脂を用いたマスキ
ング法は、デスペンサによる塗布方式であるが、大面積
高速処理用大口径ノズルを有するヘッドと、精密小口径
ノズルを有するヘッドの２系列で自動化を図った。

【００１６】その概要は、マスキング工程の対象となる
基板１の機種認識から始まって、部品１１、１３やスル
ーホール３など、マスキング箇所の位置データ３１、位
置制御データ３２、樹脂塗布データ３３、樹脂硬化条件
３４を制御装置３５に取込む。その結果は、ロボット
（図省略）を主駆動源として、高速塗布用ヘッド３６と
精密塗布用ヘッド３７を制御して、それぞれの箇所に応
じたマスキングをおこなう。なお、樹脂塗布後の硬化に
関しては後記する。

【００１７】塗布の具体例として、図３が部品保護用塗
布の断面で、その手順は図４の(Ａ)〜(Ｄ)にそって、最
初にリード部１２に部品１１の上部から見て、額縁状に
高粘度樹脂をデイスペンサで塗布する。実施例では、樹
脂の粘度は200,000〜300,000mPa.s （例：サンノプユ
（株）製塩化ビニール系樹脂型式ＴＣー５８３ーＳ
Ｎ）で、通常の表面実装部品リード（ガルウイング形、
Ｊリード形）においては、リード間に樹脂は浸透せず、
樹脂硬化後の剥離も容易であった。続いてパッケージ表
面は、リード部１２に塗布した樹脂と同質の低粘度材、
実施例は約80,000mPa.s （例：サンノプユ（株）製塩化
ビニール系樹脂型式ＴＣー５８２ーＳＮ）を用い
て、塗布の高速化を図った。つまり、２種類の樹脂を使
い分けた二重構造で、初期の目的を達成した。

【００１８】もう一つの具体例として図５は、後付け挿
入部品用スルーホールを、上から剥離形樹脂でマスキン
グした基板の断面図を示したものである。この種の平坦
部でのマスキングは、塗布面積が大きい場合が多く、高
速処理が必要になる。同一基板上にはすでに搭載済みの
部品も有り、印刷方式での処理ができないため、デイス
ペンサ方式になるが、塗布後の樹脂ダレを防止する中間
クラスの粘度材を用いることで対処できた。実施例は約
80,000mPa.s である。

【００１９】なお、樹脂の塗布に先立ち、基板が位置決
めされると、基板１の反りあるいは歪みを計測し、数箇
所のデータを塗布位置データにフィードバックして、樹
脂塗布厚を常に一定になるように制御することで、信頼
性の高いマスキング工程を維持している。これは、大型
基板には欠かせない機能である。

【００２０】また、樹脂の粘度は温度の影響を強く受け
るため、デイスペンサ・シリンジ（図省略）に断熱テー
プを巻付けて恒温対策とした。対象となるマスキング樹
脂は、比較的高粘度のため、空調設備のある室での使用
には、上記対策で充分耐えることができる。

【００２１】樹脂の供給系は、塗布時の圧力制御と供給
系の圧力制御を、個々のバルブで切替えて圧力干渉を避
け、樹脂の塗布むらを無くして、安定した塗布制御を確
保した。

【００２２】ここで、マスキング樹脂の塗布と、ソルダ
リング工程の関係を記述する。図６は回路基板組立工程
の一部で、両面実装基板において、「面付け部品搭載」
４１、「リフローはんだ付け」４２の後、「マスキング
樹脂塗布」４３と「樹脂の硬化」４４の工程に入るが、
これは高温溶融はんだから部品を保護するためと、はん
だに浸したくない接続部を覆うためである。この後「後
付け部品組付」４５、「フローはんだ付け」４６と進
み、後付け部品のはんだ付けが終わると、「マスキング
樹脂の剥離」４７で、先に塗布・硬化したマスキング樹
脂２１、２２、２３を剥離して、「検査」４８に回し一
連の工程を完了する。この工程中、「マスキング樹脂塗
布」４３の前に「後付け部品組付」４５を行う場合もあ
る。

【００２３】この過程において、マスキング樹脂剥離後
に、樹脂残さの無いことが条件になるが、これは樹脂の
特性とその塗布方法・硬化方法に左右される。樹脂の特
性に関しては、本発明には含まれないので省略するが、
樹脂を選定するに当たり、適応粘度と、製品への副作用
と、人体への安全性と、廃棄処理法には厳格に取り組ん
だ。そこで、デイスペンサを用いた塗布方法に関しては
前述したが、硬化方法に関して以下に記述する。

【００２４】マスキング樹脂の硬化条件は、樹脂メーカ
が温度と時間を推奨することがある。

【００２５】しかし、用途に応じてはユーザが独自に決
める必要がある。対象とする回路基板は寸法もまちまち
で、塗布量・塗布パターンも千差万別である。そこで硬
化槽への要求は、多機種少量生産に対応して、均一な温
度分布が得られることと、硬化時間の短縮である。

【００２６】本発明の実施例は、熱源に中赤外線波長帯
域のハロゲンランプを用いて、樹脂の硬化時間の短縮を
図った。これは高分子系樹脂の熱吸収率の一番高いとこ
ろが２〜３μｍの中赤外線であることから採用した。図
７より硬化槽５２の構造は、コンベア５１の一部を包み
込む形で、コンベア５１上を流れてくる基板１に対し
て、基板１の面積を充分にカバーする大きさの、熱源集
合体５３が組込まれている。熱源としてのハロゲンラン
プ５４は、複数本が平行配列されるが、硬化槽５２内で
位置決めされる基板１との距離を、硬化槽５２の出入り
口近くで狭く中央部で広くして、被加熱物である基板１
上の熱分布の均一性を高めた。なお、ハロゲンランプ５
４の個々の温度制御も可能にし、基板の多様化に備え
た。

【００２７】本硬化槽による樹脂硬化の温度プロファイ
ルは、図８の熱源をハロゲンランプとした樹脂の温度曲
線で、同じ樹脂でリフロー炉などの熱風による温度曲線
と比較すると、約１/８の時間で設定温度に達してい
る。これは、前述した中赤外線の効果である。温度制御
プログラムは、実施例として図９に示すごとく、150ーC
の温度設定を30秒の温度勾配で制御すると、図１０の温
度特性が得られるという具合である。図中の上限・下限
は、目的に応じた樹脂の硬化度合をプログラミングする
もので、樹脂の塗布厚などの条件を含め、実験的に求め
た。

【００２８】回路基板の必要箇所に、剥離形樹脂による
マスキングが施されると、次の工程で後付け部品が組込
まれ、はんだフロー工程へと進む。ここで回路基板は、
240ーC前後に溶融した噴流式はんだ槽に５〜10秒浸され
ることになり、マスキング樹脂はこれに耐える接着力
と、断熱硬化が要求される。さらに、ソルダリング後に
マスキング樹脂を剥離するが、この時は残さの無い剥離
性が要求される。

【００２９】本発明の実施例は、マスキング樹脂は購入
品であるが、多様化した回路基板への適用で、樹脂の塗
布技術、硬化技術ともに当初の目的を達成した。

【００３０】装置概要は図１１の斜視図で、制御装置６
１、基板供給排出部６２、樹脂塗布部６３、樹脂硬化部
６４で構成される。

【００３１】

【発明の効果】本発明は、高密度実装化が進む回路基板
において、両面実装基板の組立工程に含まれるマスキン
グ作業の合理化・自動化を図ったものである。

【００３２】剥離形樹脂を使ったマスキング技術の確立
は、ガラスエポキシあるいは金属板を加工した、部品保
護カバーの製作と取付け作業を排除する合理化へと展開
した。また、人手によるテープの貼付け及び剥離作業の
自動化にも展開し、多機種少量生産品と回路基板の多様
化にも対応したことで、回路基板の生産技術に大きく貢
献するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例で、マスキング用樹脂塗布方
法の説明図である。

【図２】剥離形樹脂によりマスキングされた部品の、ソ
ルダリング時の保護状態である。

【図３】部品保護を目的としたマスキング後の断面図で
ある。

【図４】部品保護を目的としたマスキング樹脂塗布方法
の説明図である。

【図５】平坦部、スルーホールを対象としたマスキング
後の断面図である。

【図６】マスキング及びソルダリング工程のフローチャ
ートを示す。

【図７】ハロゲンランプを熱源としたマスキング樹脂の
硬化槽説明図である。

【図８】マスキング樹脂の硬化特性を示す。

【図９】温度制御プログラムの説明図である。

【図１０】硬化槽の温度特性を示す。

【図１１】マスキング樹脂塗布装置の外観図である。

【符号の説明】

１…基板２…パッド３
…スルーホール１１…面付部品１２…リード１
３…チップ部品２１、２２、２３…マスキング樹脂３１…位置データ３２…位置制御データ３
３…樹脂塗布データ３４…樹脂硬化条件３５…制御装置３
６…高速塗布用ヘッド３７…精密塗布用ヘッド５１…コンベア５２…樹脂硬化槽５
３…熱源固定板５４…ハロゲンランプ

フロントページの続き (72)発明者池亀厚神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地株式会社日立製作所情報通信事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】剥離形樹脂を回路基板上の電子部品に塗布
し、部品のリード部を含むパッケージ全体を覆うように
形成して、加熱硬化し、後処理工程で樹脂を剥離除去す
ることを特徴とした電子部品のマスキング方法。
【請求項２】請求項１において、剥離形樹脂は高粘度材
を用い、部品のパッケージ表面とリード上は、樹脂の塗
布圧をコントロールして使い分け、多ピンリード上は低
圧力で塗布し、リード上面で樹脂膜を形成することを特
徴とした電子部品のマスキング方法。
【請求項３】請求項１において、剥離形樹脂を用いた部
品のマスキングは、リード部に高粘度材、パッケージ表
面部に低粘度材と、２種類の樹脂を塗布して使い分ける
ことを特徴とした電子部品のマスキング方法。
【請求項４】表面実装部品や挿入部品などが混在する回
路基板において、スルーホールや接続パターンなどに、
剥離形樹脂を用いて樹脂膜を描画形成し加熱硬化して、
後処理工程で樹脂膜を剥離除去することを特徴とした回
路基板のマスキング方法。
【請求項５】マスキング樹脂の塗布において、回路基板
の反りあるいは歪みを計測し、塗布位置データにフィー
ドバックして、塗布厚を制御することを特徴とした回路
基板のマスキング方法。
【請求項６】複数種のマスキング樹脂を、複数個のデイ
スペンサの切替え制御で使分けることを特徴としたマス
キング樹脂塗布装置。
【請求項７】マスキング樹脂の供給系において、塗布時
の圧力制御と供給系の圧力制御を、個々のバルブを切り
替えて制御することを特徴とした樹脂の供給方法。
【請求項８】ハロゲンランプを熱源として、設定温度、
温度勾配、樹脂の硬化度合をフィードバック制御で、任
意にプログラミングできることを特徴としたマスキング
樹脂の硬化装置。
【請求項９】熱源用ハロゲンランプを被加熱物（基板）
の上部に複数本配列し、被加熱物との距離を外側で狭
く、中央部で広くし、温度分布の均一化を図ったことを
特徴としたマスキング樹脂の硬化装置。
【請求項１０】基板の供給・排出手段と、マスキング樹
脂塗布手段と、樹脂硬化手段と、樹脂の塗布及び硬化制
御手段を有することを特徴としたマスキング樹脂塗布装
置。