(57)【要約】  【課題】  本発明の目的は、はんだ付け工程における生産性を低下させたり、回路基板にはんだ付けされる電子部品により多くの熱負荷を与える恐れも少なく、またはんだの濡れ性をも損なわず、例えばスルーホール内のはんだ内にボイドが発生するといったはんだ不良を起し難い回路基板への電子部品のはんだ付け方法を提供することにある。  【解決手段】  本発明の回路基板への電子部品のはんだ付け方法は、回路基板１８のスルーホール３に電子部品１７のリード１７ａを挿入し、スルーホール３とリード１７ａとをはんだ付けする方法が、スルーホール３に電子部品１７のリード１７ａを挿入した状態で回路基板１８の下面全面を同時に、噴流式はんだ槽７内で上方に噴き上げられている溶融はんだ８に接触させる工程を有することを特徴とするものである。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板のスルーホールに電子部品のリードを挿入し前記スルーホールとリードとをはんだ付けする回路基板への電子部品のはんだ付け方法において、該回路基板への電子部品のはんだ付け方法は、前記スルーホールに電子部品のリードを挿入した状態で前記回路基板の下面全面を同時に噴流式はんだ槽内で上方に噴き上げられている溶融はんだに接触させる工程を有することを特徴とする回路基板への電子部品のはんだ付け方法。
【請求項２】
前記回路基板は、絶縁層の内部に金属層を有するメタルコア回路基板であることを特徴とする請求項１記載の回路基板への電子部品のはんだ付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板に電子部品をはんだ付けする方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から回路基板に各種電子部品をはんだ付けにより実装する方法として、例えば特許文献１に記載された方法が知られている。
この方法は、まずクリームはんだを基板上に印刷し、チップ部品（表面実装型電子部品）をそのはんだ上に載せ、リフロー炉にて加熱して、片面のはんだ付けを行う。次に反対面のチップ部品を載せる部分に接着剤等を塗付し、その上にチップ部品を載せ、リフロー炉にて加熱し仮止めする。その後リード部品（スルーホールにリードを挿入してはんだ付けする型の電子部品）を載せ、フラックスを塗付し、これを予備加熱等の前処理工程から順に噴流式はんだ槽に導き、噴流式はんだ槽下部に設けられたノズルから上方に向かって噴き上げられている溶融はんだにこの回路基板下面を一端から他端に向けて順次接触させ、例えばスルーホール内に必要なはんだを供給し、電子部品を回路基板にはんだ付けするものである。
【０００３】
図５、図６は前述した噴流式はんだ槽７を具体的に示したもので、図５は噴流式はんだ槽７の平面図、図６は図５のＢ−Ｂ断面図を示している。
図５、図６が示すように、この噴流式はんだ槽７は、溶融はんだ８が貯えられている噴流式はんだ槽本体９内にはんだノズル装置１０を有していて、このはんだノズル装置１０のほぼ中央に設けられたはんだノズル１５を介して、ポンプ１１の力で溶融はんだ８を上方に向かって噴き上げるようになっている。
【０００４】
噴き上げられた溶融はんだ８は、図６が示すようにはんだノズル装置１０の流し面１４上を矢印１６が示す方向に流れ、その液面頂部が、図６の図に向かって左から右方向に矢印に従って搬送されている二点鎖線で示す回路基板１８の下面の一部に接触し、付着する。そして回路基板１８に付着しなかった残りの溶融はんだ８は流し面１４上を流れ落ち、噴流式はんだ槽本体９に戻る。以下この動作を繰り返す。
ここで符号１７は、回路基板１８に仮止めされている電子部品を示している。
ところで特許文献１には記載がないが、上述したような噴流式はんだ槽はチップ部品の影になる部分をはんだ付けする一次噴流式はんだ槽と、その後、はんだのフィレットの形状を整える二次噴流式はんだ槽とに分かれている。
【０００５】
【特許文献１】特開平０５−２８５６４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで図６が示すように、この特許文献１が示す方法の場合、溶融はんだ８は噴流式はんだ槽７上を搬送されている回路基板１８の下面全面に一挙に同時接触するのではなく、図に向かって回路基板１８の右端下面から順に、接触部が左端下面へと移動するように溶融はんだ８の液面頂部と接触する。
このように回路基板１８の下面と溶融はんだ８の液面頂部との接触が回路基板１８の下面の一部に限られ、例えば回路基板１８の移動方向後端下面が溶融はんだ８に接触する状態では、回路基板１８の先端側下面は既に溶融はんだ８の液面頂部から離れ、非接触状態にあるようなはんだ付け方法の場合、内部に金属層を有していない、通常の回路基板に電子部品を実装する場合にはあまり大きな問題にならないが、この回路基板１８が絶縁層の内部に金属板等からなる金属層を有する、いわゆるメタルコア回路基板１８の場合には、以下のような問題があることが次第にわかってきた。
【０００７】
ここで図７は、図６が示すように噴流式はんだ槽７上を矢印方向に搬送されつつあるメタルコア回路基板１８の搬送方向先端部で、その下面がはんだノズル１５から上方に噴き上げられている溶融はんだ８の液面頂部に接触した状態を示している。
図７で符号１は銅、あるいはアルミニウム製の金属板あるいは金属箔からなる金属層、符号２は金属層１を内包する絶縁層、符号３はこの回路基板１８に設けられたスルーホール、そして符号４はソルダーレジストを示している。
【０００８】
因みに、この種のメタルコア回路基板１８の特徴は、この回路基板１８に搭載された電子回路、電子部品１７から放出される熱を金属層１に効率よく伝え、回路基板１８全体の放熱特性を高めたり、回路基板１８全体の均熱化を図ることができる点にあり、その結果、回路基板１８の各回路の細線化が可能で、かつその細い回路に、より大きな電流を流すことができるようになっている。
【０００９】
このようなメタルコア回路基板１８の場合、前述したように実装した電子部品１７から発生する熱の放熱性や基板全体の均熱化に関しては優れた特性を有しているが、逆に、メタルコア回路基板１８上に電子部品１７のリード１７ａをスルーホール３にはんだ付けするような場合には、この特性が災いし、電子部品１７をはんだ付けする際、溶融はんだ８を溶融させている溶融熱が金属層１を介して拡散、放熱され易く、その結果、例えばスルーホール３内での溶融はんだ８の温度が下がり過ぎ、はんだ付け作業に問題を生じさせていた。
【００１０】
具体的には、図７のように、矢印方向に搬送されているメタルコア回路基板１８の右端下面のみ溶融はんだ８の液面頂部に接触しているような状態の場合、溶融はんだ８の熱が、溶融はんだ８とまだ非接触状態にあるメタルコア回路基板１８の左側に金属層１を介して拡散してしまう。その結果、メタルコア回路基板１８の右端下面に接触している溶融はんだ８の温度が下がって、溶融はんだ８の表面張力が高くなったり、粘性が増加するなどして、はんだの濡れ性が低下してしまう。
このように溶融はんだ８の温度が下がってはんだ濡れ性が低下すると、例えばスルーホール３内へのはんだ上がりが悪くなったり、はんだ内にボイドができ易くなってしまう、という問題があった。
【００１１】
特に昨今のように、従来から一般に使用されていた溶融温度（はんだ付け処理温度）の低い共晶はんだ（Ｓｎ−Ｐｂ系）、すなわち鉛を含むはんだに代わって、環境問題等の観点から鉛フリーの無鉛はんだが主流になってくると、この問題はより一層深刻になってきた。
すなわち、溶融温度の低い共晶はんだ（約１８３℃）に比して、無鉛はんだの溶融温度は、例えば一例として（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系）の場合、約２１７℃と高く、例えばフロー炉内のはんだ付け処理温度を約２５５℃とすると、後者の場合には、その差が３８℃程度しかないため、金属層を介してはんだ付け処理のために加えた熱が拡散して、はんだ付け部分の温度が２１７℃以下になってしまう可能性が前者の共晶はんだを用いた場合よりも高くなってしまう。
その結果、特にスルーホール３に電子部品１７のリード１７ａを挿入してはんだ付けを行うような場合には、スルーホール３が金属層１に近接していることもあって、溶融はんだ８の熱が金属層１により奪われ易く、前述したような問題がより起こり易くなってくる。
【００１２】
この問題を解決する方法として、噴流式はんだ槽７内におけるメタルコア回路基板１８の搬送速度を遅くしたり、溶融はんだ８の温度を高くする方法もあるが、搬送速度を遅くすれば生産性は低下するし、またメタルコア回路基板１８が高温に曝される時間がその分長くなり、実装されている各電子部品１７への熱負荷も大きくなってしまう。
また後者のように溶融はんだ８の温度を高くすれば、この場合にも電子部品１７への熱負荷が大きくなって、最悪の場合、電子部品１７が損傷する、という問題がある。
【００１３】
また、前述した噴流式はんだ付け方法の他に、図８が示すように、単に溶融はんだ液槽内に溶融はんだ８を所定液位になるように保持しておき、これに電子部品１７のリード１７ａをスルーホール３内に挿入し、仮止したメタルコア回路基板１８の下面を浸漬し、メタルコア回路基板１８に電子部品１７をはんだ付けする方法もある。
しかしながらこの方法の場合には、例えば溶融はんだ８として、前述したように無鉛はんだを用いた場合には、その溶融温度が共晶はんだよりも高いため、フローはんだ槽のはんだ温度を共晶はんだを用いた場合と同じと仮定すると、どうしても粘性や表面張力が共晶はんだの場合よりも高くなって、その分、毛細管現象が起こり難く、スルーホール３内を溶融はんだ８が上昇し難くなって、すなわちはんだ上がりが悪くなって、メタルコア回路基板１８の上面にはんだフィレットが形成され難い、すなわちはんだ不良が起こり易い、という問題がある。
【００１４】
さらにまた、通常、メタルコア回路基板１８を図８が示すような溶融はんだ液槽に浸漬する工程よりも前に、フラックスを塗付して回路基板表面の表面酸化膜を除去する工程があるが、この工程おける還元反応に伴い発生する水蒸気やガスがメタルコア回路基板１８の下面に付着していたり、スルーホール３内に残留していると、これが図９が示すようにはんだ５内にボイド６を発生させる原因となる、という問題もあった。
【００１５】
そこで本発明の目的は、はんだ付け工程における生産性を低下させたり、回路基板にはんだ付けされる電子部品により多くの熱負荷を与える恐れも少なく、またはんだの濡れ性をも損なわず、例えばスルーホール内のはんだ内にボイドが発生するといったはんだ不良を起し難い回路基板への電子部品のはんだ付け方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記目的を達成すべく本発明の請求項１記載の回路基板への電子部品のはんだ付け方法は、回路基板のスルーホールに電子部品のリードを挿入し前記スルーホールとリードとをはんだ付けする回路基板への電子部品のはんだ付け方法において、該回路基板への電子部品のはんだ付け方法は、前記スルーホールに電子部品のリードを挿入した状態で前記回路基板の下面全面を同時に噴流式はんだ槽内で上方に噴き上げられている溶融はんだに接触させる工程を有することを特徴とするものである。
【００１７】
このようにしてなる請求項１記載の回路基板への電子部品のはんだ付け方法によれば、回路基板が仮にメタルコア回路基板であっても、メタルコア回路基板の下面全面が一挙に同時に噴流式はんだ槽内のはんだノズルから噴き上げられる溶融はんだの液面と接触するため、溶融はんだの熱が回路基板の金属層を介して回路基板全体に放熱されることもなく、その結果、溶融はんだの温度が低下することがないため、はんだ濡れ性が低下することがない。
それ故、従来のごとく溶融はんだの温度が下がり過ぎないように、あえて溶融はんだの温度を高くしたり、回路基板の搬送速度を遅くする必要もなくなる。その結果、回路基板に電子部品をはんだ付けする工程の生産性を落とす恐れもないし、また回路基板に実装される電子部品へのより大きな熱負荷の掛け過ぎも回避できる。またはんだの濡れ性が低下しないため、はんだ不良も起こり難い。
【００１８】
また、溶融はんだははんだノズルから所定の速度で噴き上げられているため、フラックスの還元反応に伴い発生する水蒸気やガスが、仮に回路基板の下面やスルーホール内に付着していたとしても、この速度を有する溶融はんだにより洗い流されたり、スルーホール内から回路基板上面側に押し出されたりするため、例えばスルーホール内のはんだ内にボイドを形成する可能性も大幅に低減できる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように本発明によれば、はんだ付け工程の生産性を低下させたり、回路基板にはんだ付けされる電子部品に熱負荷を与え過ぎる恐れも少なく、またはんだの濡れ性をも損なわず、例えばフィレットが形成され難いとかスルーホール内のはんだ内にボイドが発生し易いとかいうはんだ不良も起し難い回路基板への電子部品のはんだ付け方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に本発明の回路基板への電子部品のはんだ付け方法の一実施例を図を用いて詳細に説明する。ここで原則として、図５〜図９における部品と同じものには同一の符号を付している。
図１（ａ）は、回路基板１８としてメタルコア回路基板を用いた場合の実施例を示すもので、図では省略されている搬送レールに載せられて、噴流式はんだ槽７へと、図に向かって左から右に矢印方向に搬送されてきたメタルコア回路基板１８が、図示されていない噴流式はんだ槽７内のはんだノズル１５から矢印方向、すなわち上方に噴出されている溶融はんだ８の液面頂部に、これから接触を開始しようとしている状態を示している。
ここで符号１９は、メタルコア回路基板１８を図示されていない搬送レール上に位置決めするための把持具を示している。
【００２１】
本発明の大きな特徴は、図１（ｂ）が示すように、はんだ付け工程中に、スルーホール３を有するメタルコア回路基板１８の下面全面を同時にはんだノズル１５から噴き上げられる溶融はんだ８の液面に接触させる瞬間を有する点にある。
図２は図１（ｂ）の拡大断面図である。図２が示すように、メタルコア回路基板１８の下面全面が一挙に同時にはんだノズル１５から噴き上げられている溶融はんだ８の液面頂部に接触するため、メタルコア回路基板１８全面が温度的には同一条件になる。それ故、メタルコア回路基板１８全体にわたって温度差がなくなるため、ある部分の溶融はんだ８の熱が、メタルコア回路基板１８の他の部分に金属層１を介して拡散する、ということが理論上なくなる。
【００２２】
その結果、メタルコア回路基板１８の各スルーホール３において、溶融はんだ８の温度が下がり過ぎて、溶融はんだ８の表面張力が高くなったり、粘性が高くなってしまう、という問題が解消される。
よって、溶融はんだ８の濡れ性が低下することがないからスルーホール３内を上昇するはんだ上がり性も低下せず、メタルコア回路基板１８の上面のリード１７ａの周囲に問題のない正常なフィレットを形成することができる。
【００２３】
またメタルコア回路基板１８に接触している溶融はんだ８の温度が低下し過ぎることがないため、従来のようにメタルコア回路基板１８の搬送速度を遅くしたり、予め溶融はんだ８の温度を高くしておく必要もない。
その結果、メタルコア回路基板１８へ電子部品１７をはんだ付けする工程の生産性が低下することもなければ、実装されている電子部品１７に過剰な熱負荷が加えられる事態も回避できる。すなわち電子部品１７の熱劣化を回避することができる。
【００２４】
また図２が示すように、噴流式はんだ槽７にメタルコア回路基板１８を浸漬する工程よりも前の工程で、フラックスによりメタルコア回路基板１８表面の表面酸化膜を除去しているが、この工程で行われている還元反応に伴って発生した水蒸気やガス２０が、仮にメタルコア回路基板１８の下面に付着していたり、スルーホール３内に残留していたとしても、はんだノズル１５から矢印方向に噴出される溶融はんだ８の流れの力によって、これらが洗い流されたり、スルーホール３内を上方に向かって押し上げられたりして追い出され、これら水蒸気やガス２０がはんだ５内にボイド６を発生させる、という問題も大幅に解消できる。
【００２５】
図３は本発明の別の実施例を示すものである。まず図３（ａ）、（ｂ）が示すように、図１の方法と同様に、噴流式はんだ槽７内のはんだノズル１５上に図示しない搬送レールでメタルコア回路基板１８を搬送してきて、まさにメタルコア回路基板１８がはんだノズル１５上に到達したら、図３（ｃ）が示すように、常態よりもより大量の溶融はんだ８をはんだノズル１５からより上方まで噴き上げ、メタルコア回路基板１８の下面全面に同時に溶融はんだ８を噴きつける。
このようにしても前述した図１、図２に示す回路基板への電子部品のはんだ付け方法と同様の効果を得ることができる。
【００２６】
また、図４はさらに別の実施例を示すもので、この実施例では図３の実施例と異なり、はんだノズル１５からの溶融はんだ８の噴出しは常態のままとし、はんだノズル１５上に到達したメタルコア回路基板１８側をはんだノズル１５から噴出している溶融はんだ８の液面へと下降させ、溶融はんだ８の液面頂部とメタルコア回路基板１８の下面全面とを一挙に同時に接触させるものである。しかる後、メタルコア回路基板１８を上昇させて、溶融はんだ８の液面頂部から離し、搬送レールによって次の工程へと搬送させる。
この回路基板への電子部品のはんだ付け方法によっても、前述した図１〜図３に示す各実施例と同様の効果を得ることができる。
【００２７】
ところで、はんだノズル１５から噴き上げられる溶融はんだ８の液面頂部にメタルコア回路基板１８の下面全面を一挙に、かつ同時に接触させるもっとも確実な方法は、はんだノズル１５の溶融はんだ噴出し口の大きさをメタルコア回路基板１８の大きさとほぼ同じか、あるいはそれより大きくして、搬送されてきたメタルコア回路基板１８がはんだノズル１５の溶融はんだ噴出し口とほぼ一致するか、もしくはメタルコア回路基板１８が溶融はんだ噴出し口にすっぽり収まるように位置決めすることである。このようにすれば前述した本発明の効果を確実に得ることができるので好ましい。
【００２８】
また前記各実施例では回路基板としてメタルコア回路基板を用いているが、本発明の効果はメタルコア回路基板で顕著であるものの、他の回路基板への電子部品のはんだ付け方法にも当然適用でき、同様の効果を得ることもできる。
また、本発明において、回路基板の下面、とは、電子部品本体が実装されている側を上面とし、その反対側、すなわち、電子部品のリードがスルーホール３からわずかに突出している側を下面と定義している。
【００２９】
ところでもし一連のはんだ付けを一次噴流式はんだ槽と二次噴流式はんだ槽とを両方用いて行う場合には、前述した本発明の方法を二次噴流式はんだ槽に適用すればよい。
【００３０】
以上述べたように、本発明によれば、はんだ付け工程の生産性を落としたり、回路基板にはんだ付けされる電子部品に従来以上の熱負荷を加える恐れも少なく、また回路基板のスルーホールにおいてはんだ上がりもよく、さらにはスルーホール内のはんだ内にボイドが発生するといったはんだ不良も起こし難い回路基板への電子部品のはんだ付け方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】（ａ）、（ｂ）は本発明の回路基板への電子部品のはんだ付け方法の一実施例を示す概略図である。
【図２】図１（ｂ）の拡大断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は本発明の回路基板への電子部品のはんだ付け方法の別の実施例を示す概略図である。
【図４】本発明の回路基板への電子部品のはんだ付け方法のさらに別の実施例を示す概略図である。
【図５】従来の回路基板への電子部品のはんだ付け方法を示す噴流式はんだ槽の平面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】図６が示す噴流式はんだ槽上を搬送されつつある回路基板の搬送方向先端部で、その下面の一部が溶融はんだに接触した状態を示す概略図である。
【図８】回路基板への電子部品のはんだ付け方法の別の従来例を示す概略図である。
【図９】図８に示す方法で得られた回路基板の断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  金属層
２  絶縁層
３  スルーホール
５  はんだ
６  ボイド
７  噴流式はんだ槽
８  溶融はんだ
１５  はんだノズル
１７  電子部品
１７ａ  リード
１８  回路基板
【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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【図８】
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【図９】
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