(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱したツールにより電子部品のリードを押圧して回路基板の電極上に半田付けする工程において、加熱したツールの平坦な押圧面に対して電子部品のリード及び回路基板の電極は傾いた状態であり、電子部品のリードはツールの平坦な押圧面の端辺に線接触して加熱押圧されることを特徴とする半田付け方法。
【請求項２】
加熱したツールにより電子部品のリードを押圧して回路基板の電極上に半田付けする工程において、加熱したツールの押圧接触面に対して電子部品のリード及び回路基板の電極は傾いた状態であり、電子部品のリードは線接触によるツールの押圧部により加熱され、回路基板の電極上に形成された半田は加熱された電子部品のリードを介して加熱溶融され、ツール及び電子部品押さえによる押圧により電子部品のリードが回路基板上で溶融した半田内に沈みこみ、電子部品のリードの沈みこみにより溶融した半田が電子部品のリード側面より盛り上がり、リード上面に盛り上がった半田がツールとリード間に形成された隙間に毛細管現象により吸いこまれ、リード表面に濡れ広がることを特徴とする半田付け方法。
【請求項３】
加熱したツールにより電子部品を押圧して回路基板上に半田付けする工程において、水平に置かれた電子部品及び回路基板の被押圧部に対し、加熱されたツールの下方向への押圧により、電子部品の被押圧部とツールの押圧部を面接触させて加熱し、ツールの押圧状態を保持したまま電子部品及び回路基板の被押圧部又はツールを傾けることにより、ツールの押圧面に対して前記被押圧部が傾斜を持つようにして、電子部品の被押圧部とツールの押圧部を線接触させることを特徴とする半田付け方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回路基板上へ電子部品を半田付けする方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半田付け方法においては特開昭６３−１０６５７４号公報及び特開昭６３−１０６５７５号公報に記載されているものが知られている。図７を用いて従来の半田付け方法を説明する。図７は半田８を形成した電極９を持つ回路基板５に対し、リード３とポリイミド４とＩＣチップ１０とバンプ１１と封止樹脂１２より構成される電子部品１５を半田付けする工程を示している。図７（ａ）に示す工程では、回路基板５上の電極９と電子部品１５上のリード３を位置合わせ後重ね合わせ、フラックス７をリード３及び半田８上に塗布する。次に、図７（ｂ）の工程にて、回路基板５と電子部品１５を密着させるため、電子部品押さえ２でポリイミド４を押圧する。次に加熱されたツール１でリード３を押圧し、半田８を溶融しながらリード３を半田８の中に沈みこませる。リード３が溶融された半田８の中に沈みこむと、リード３の側面より溶融された半田８はリード３の上面に濡れ広がる。しかしツール１による被押圧部分には半田８が濡れ広がることができず、リード３上でツール１が接触していない部分にのみ半田８が濡れ上がる。次に、電子部品押さえ２で電子部品１５を押圧している状態を保持しながらツール１を上昇させ、溶融している半田８の冷却による凝固を待ち、半田８が十分凝固した後電子部品押さえ２を上昇させる。最終的に半田付け状態は図７（ｃ）のように構成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のような半田付け方法では、リード３上のツール１による被押圧接触部分には半田８が濡れ広がらず、半田付け検査において目視による半田付け状態の確認が非常に困難であった。また、リード３のＩＣチップ１０側と逆側の先端部が上方に屈曲している場合、電子部品押さえ２はＩＣチップ１０側の先端部のみを押さえているためリード３の押圧保持力が十分でなく、半田８が溶融状態のままツール１が上昇し、リード３が元のように上方に屈曲後半田８が凝固することによる半田付け不良が発生することがあった。また、フラックス７の塗布工程において、フラックス７が必要とされる半田８とリード３の接合部に塗布する際、液体フラックスが回路基板５と封止樹脂１２の隙間に流出し、フラックス７の還元力不足により半田８の十分な溶融を得ることができないという不良も発生することがあった。また、ツール１の輻射熱及びその熱伝導により、ツール１近傍にある弱耐熱部品の温度が上昇し、破壊される不良がある。これらの課題を解決するために、本発明は弱耐熱性部品の近傍で高温に加熱されたツールを用いて、目視検査の容易な半田付け方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本願の請求項１記載の発明は、加熱したツールにより電子部品のリードを押圧して回路基板の電極上に半田付けする工程において、加熱したツールの平坦な押圧面に対して電子部品のリード及び回路基板の電極は傾いた状態であり、電子部品のリードはツールの平坦な押圧面の端辺に線接触して加熱押圧されることを特徴とする。本発明によればツールの平坦な押圧面と電子部品のリードとの間の傾きによる隙間に、溶融した半田が毛細管現象により流れ込み、電子部品のリード上に半田が濡れ広がった目視検査の容易な半田接合を得ることができる、という作用を有する。
【０００５】
本願の請求項２記載の発明は、加熱したツールにより電子部品のリードを押圧して回路基板の電極上に半田付けする工程において、加熱したツールの押圧接触面に対して電子部品のリード及び回路基板の電極は傾いた状態であり、電子部品のリードは線接触によるツールの押圧部により加熱され、回路基板の電極上に形成された半田は加熱された電子部品のリードを介して加熱溶融され、ツール及び電子部品押さえによる押圧により電子部品のリードが回路基板上で溶融した半田内に沈みこみ、電子部品のリードの沈みこみにより溶融した半田が電子部品のリード側面より盛り上がり、リード上面に盛り上がった半田がツールとリード間に形成された隙間に毛細管現象により吸いこまれ、リード表面に濡れ広がることを特徴とする半田付け方法に係るものであり、電子部品押さえにより電子部品のリードと回路基板の電極間を密着させ、回路基板上の半田を電子部品のリード表面に安定的に盛り上げる作用を有するとともに、ツールとこれに線接触するリードとの間の傾きによる隙間に、溶融した半田が毛細管現象により流れ込み、電子部品のリード上に半田が濡れ広がった目視検査の容易な半田接合を得ることができる、という作用を有する。
【０００６】
本願の請求項３記載の発明は、加熱したツールにより電子部品を押圧して回路基板上に半田付けする工程において、水平に置かれた電子部品及び回路基板の被押圧部に対し、加熱されたツールの下方向への押圧により、電子部品の被押圧部とツールの押圧部を面接触させて加熱し、ツールの押圧状態を保持したまま電子部品及び回路基板の被押圧部又はツールを傾けることにより、ツールの押圧面に対して前記被押圧部が傾斜を持つようにして、電子部品の被押圧部とツールの押圧部を線接触させることを特徴とする半田付け方法に係るものであり、加熱されたツールと電子部品の被押圧部との面接触により回路基板上の半田への安定した熱伝導による半田溶融作用を有するとともに、ツールにより電子部品の被押圧部を回路基板上に押圧した状態のままツール又は前記被押圧部に傾きを与え、面接触から線接触に移行することにより、ツールの押圧部と電子部品の被押圧部間に隙間が形成され、この隙間に毛細管現象により半田が濡れ広がる作用を有する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１に示すように、液晶パネル１４の周囲の電子部品１５は、電子部品押さえ２にて回路基板５上に押圧保持されながら高温に加熱されたツール１の押圧により回路基板５上に半田付けされる。このツール１は鉛直方向に上下動し、その下面である押圧面は水平に形成されている。
【００１３】
図２に本発明の半田付け方法の詳細な断面図を工程順に示す。図２（ａ）に示すように、回路基板５は傾斜を設けたステージ６上に固定され、電子部品１５はリード３とポリイミド４とＩＣチップ１０とバンプ１１と封止樹脂１２より構成されている。回路基板５の電極９上に形成された半田８上に液体フラックス７を塗布するが、このとき電極９の周囲に設けた凸部１３がフラックス７の流出を防止する。この凸部１３はシルク印刷によって形成され、フラックスダムの役割を果たす。次に、回路基板５の電極９上に電子部品１５の一部であるリード３を位置合わせし、リード３上から再度フラックス７を塗布する。
【００１４】
尚、本実施の形態では前記の通り液体フラックス７を２回塗布するが、１回のみの塗布でも良好な半田付けを得ることができる。
【００１５】
次に、電子部品押さえ２で電子部品１５の一部であるポリイミド４を押圧した後、高温に加熱されたツール１を下方向に降下させリード３を押圧する。半田材料に融点１８３℃の共晶半田を使用する場合、ツール１の温度は半田付け時に半田部最高温度が２５０℃〜３２０℃になるように設定すると好適である。
【００１６】
次工程より図２（ｂ）を用いて説明する。リード３に線接触したツール１からの熱伝導によりリード３が加熱される。リード３の温度が上昇するとリード３から半田８に熱が伝導され半田８の温度が上昇する。半田８の温度がある一定の温度を超えると半田８は溶融する。半田８が溶融するとリード３はツール１及び電子部品押さえ２の押圧力により半田８の中に沈みこむ。半田８の中にリード３が沈みこむことにより、溶融した半田８はリード３の側面からリード３の表面に濡れ上がる。リード３表面に濡れ上がった半田８は毛細管現象によりツール１とリード３間に形成されている隙間に吸いこまれ、リード３の大部分に濡れ広がる。
【００１７】
この状態でツール１のみ上昇させ、半田８が冷却し凝固した後電子部品押さえ２を上昇させ、半田付け工程を終了する。
【００１８】
図２（ｃ）にリード３が電極９に半田付けされた状態を示す。リード３のほぼ全面に半田８が濡れ広がるため、半田付けされている状態が上方からの目視検査で簡易に確認することができる。
【００１９】
本発明の半田付け方法では、電子部品押さえ２が重要であるが、本発明の電子部品押さえ２は弱耐熱性部品の近傍にて半田付けを行うことも可能にする構造となっている。本発明の電子部品押さえ２について図３を参照しながら説明する。
【００２０】
液晶パネル１４中の液晶は弱耐熱性であり高温になると不良を発生することがある。本実施の形態では、ヒータ１６にて高温に熱されたツール１からの輻射熱による液晶パネル１４の温度上昇を防ぐため、ツール１と液晶パネル１４との間に電子部品押さえ２を配置する構成を採用した。また、電子部品押さえ２の温度上昇を抑制する目的で、電子部品押さえ２のツール１に対向する表面に輻射熱を反射する反射板２１を設けた。反射板２１はさらに、半田付け部分の温度を安定させる効果も有している。
【００２１】
本発明の電子部品押さえ２はまた、電子部品１５を回路基板５に確実に密着させる構造になっている。図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、電子部品押さえ２は可動押さえ部１８と固定押さえ部１９と板バネ部２０とからなる。電子部品押さえ２が電子部品１５を押圧するとき、固定押さえ部１９が電子部品１５の一部を固定押圧すると同時に、可動押さえ部１８が板バネ部２０の弾性により上下に移動するため、電子部品１５のリード３及び回路基板５が傾斜を有する場合でもその傾きに沿って確実に電子部品１５のリード３を押圧することができる。なお、図３に示すように、可動押さえ部１８及び固定押さえ部１９の両者の内側面側に、前記反射板２１、２１が設けられている。
【００２２】
図５及び図６にステージ６の最適傾斜角度を算出するための寸法関係を示す。
【００２３】
図５に示すように、ツール１の押圧幅をＬ１、半田８の膜厚をＨ、ステージ６の傾斜角度をθとする。θの傾斜によりツール１とリード３間に形成される隙間において、溶融半田が毛細管現象により濡れ広がる面積を測定し、所定の面積以上になるθを最適基板傾斜角度として規定した結果、適正な半田濡れ面積を確保できる範囲は式（１）に示す範囲であった。
【００２４】
０＜θ≦ｔａｎ-1（２×Ｈ／Ｌ１）………（１）
また、図６に示すように、ステージ６の傾斜角度θは、厚みＴを持つ封止樹脂１２が回路基板５に接触することでリード３が回路基板５より浮き上がるのを防止するに十分な角度以上である必要がある。前記の規定によるθの最適傾斜角度は、封止樹脂１２の最大厚みＴと、リード３の接合部から封止樹脂１２の最大厚みＴまでの距離Ｌ２から、式（２）に示す計算式より求めることができる。
【００２５】
ｔａｎ-1（Ｔ／Ｌ２）≦θ………（２）
従って、ステージ６の傾斜角度θの最適傾斜範囲は、式（１）及び式（２）を組み合わせた式（３）より決定される。
【００２６】
ｔａｎ-1（Ｔ／Ｌ２）≦θ≦ｔａｎ-1（２×Ｈ／Ｌ１）………（３）
尚、本実施の形態での寸法関係は、Ｈ＝２０μｍ、Ｌ１＝０．７ｍｍ、Ｔ＝０．１ｍｍ、Ｌ２＝２．８ｍｍであり、式（３）に代入すると最適傾斜角度範囲は２．０度≦θ≦３．２度となる。本実施の形態では２．８度を採用し、良好な半田付け状態を得ることができた。
【００２７】
本発明は上記実施形態に示す外、種々の態様に構成することができる。例えば上記実施形態では、半田付けの全工程を通じて、電子部品１５のリード３及び回路基板５の電極９が水平面に対し傾いた状態に配置されているが、これに代え、最初は電子部品１５及び回路基板５の被押圧部（リード、電極）３、９を水平に配して、ツール１の下降による押圧を行って、電子部品１５の被押圧部（リード）３とツール１の押圧部を面接触させて加熱し、次いでツール１の押圧状態を保持したまま電子部品１５及び回路基板５の被押圧部３、９を傾けることにより、ツール１の押圧面に対して前記被押圧部３、９が傾斜を持つようにしてもよい。
【００２８】
あるいは、ツール１の押圧面に対して前記被押圧部３、９が傾斜を持つようにするため、ツール１の方を傾けてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、電子部品と回路基板を確実に密着させ、電子部品の電極上の大部分に半田が濡れ広がる半田付け形状を得ることができるため、信頼度の高い半田接合が得られ、かつ半田付け状態の容易な目視検査が可能になるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の半田付け方法を示す斜視図。
【図２】本発明の一実施形態の半田付け方法の工程を（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す断面図。
【図３】弱耐熱性部品である液晶パネル近傍における半田付け方法を示す断面図。
【図４】傾斜した回路基板に追従する電子部品押さえを示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ断面図、（ｃ）はその正面図。
【図５】ステージの傾斜角度θの寸法関係を示す断面図。
【図６】ステージの傾斜角度θの寸法関係を示す断面図。
【図７】従来の半田付け方法の工程を（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す断面図。
【符号の説明】
１    ツール
２    電子部品押さえ
３    リード
５    回路基板
７    フラックス
８    半田
９    電極
１２  封止樹脂
１３  凸部
１４  液晶パネル
１５  電子部品
１８  可動押さえ部
１９  固定押さえ部
２０  板バネ部
２１  熱反射板
Ｌ１  ツール押圧幅
Ｈ    半田膜厚
Ｔ    封止樹脂厚み
Ｌ２  半田付け部から封止樹脂部までの距離
θ    傾斜角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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