(57)【要約】【課題】マスク治具のマスク部と回路基板との間の隙間を低減することにより、マスクされた領域にはんだが流入することを防止する。【解決手段】マスク治具１は、回路基板９１の下面を覆うマスク部１１、回路基板９１を下面側から保持する枠部１２、および、回路基板９１をマスク部１１に向けて付勢された状態で固定する固定具１３を備える。マスク部１１の底面部１１１には、回路基板９１のはんだ接触領域９１１と重なる領域に開口１１２が形成される。マスク治具１では、開口１１２の周囲の開口側壁部１１３の上端部に回路基板９１と接する弾性樹脂部材１４が設けられており、回路基板９１にマスク治具１が取り付けられる際には、弾性樹脂部材１４が弾性変形しつつ回路基板９１の下面に密着する。その結果、開口側壁部１１３と回路基板９１との間の隙間が低減され、開口１１２に流入した溶融はんだがマスク領域に流入することを防止することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融したはんだを回路基板に接触させることによりはんだを回路基板に付与する際に前記回路基板の一部をマスクするマスク治具であって、
回路基板の一の主面に対向し、前記回路基板のうちはんだに接触させる領域と重なる領域に開口が形成されたマスク部と、
前記マスク部の前記回路基板側において前記開口の周囲に沿って設けられ、前記回路基板と接する弾性樹脂部材と、
前記回路基板を前記マスク部に向けて付勢された状態で固定する固定手段と、
を備えることを特徴とするマスク治具。
【請求項２】
請求項１に記載のマスク治具であって、
前記弾性樹脂部材が、前記回路基板に対して粘着性を有することを特徴とするマスク治具。
【請求項３】
請求項１または２に記載のマスク治具であって、
前記弾性樹脂部材の耐熱温度が２２０℃以上であることを特徴とするマスク治具。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のマスク治具であって、
前記弾性樹脂部材が、シリコン系エラストマーまたはフッ素系エラストマーを含む樹脂により形成されることを特徴とするマスク治具。
【請求項５】
請求項４に記載のマスク治具であって、
前記弾性樹脂部材が、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン２元共重合樹脂、フッ化ビニリデン−四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン３元共重合樹脂、および、フッ化ビニリデン−パーフルオロメチルビニルエーテル２元共重合樹脂のうちの少なくともいずれか１つを含む樹脂にて形成されることを特徴とするマスク治具。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載のマスク治具であって、
前記マスク部に形成されている全ての開口の全周に前記弾性樹脂部材が設けられることを特徴とするマスク治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融したはんだを回路基板に付与する際に回路基板の一部をマスクするマスク治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、回路基板に電子部品を実装する方法の１つとして、回路基板の表面に配置された電子部品のリード部をスルーホールを介して回路基板の裏面側に突出させ、回路基板の裏面を溶融はんだの噴流やはんだ槽に貯溜されている溶融はんだに接触させることにより、リード部を回路基板の電極に接合するとともに電子部品を回路基板に固着する方法が用いられている。
【０００３】
このようなはんだ付けの工程（いわゆる、フローはんだ付け工程）では、回路基板の裏面に溶融はんだと接触させることが好ましくない領域が存在する場合、当該領域をマスクするマスク治具が利用される。マスク治具としては、例えば、特許文献１および特許文献２に開示されるように、回路基板の溶融はんだに接触させるべき領域に対応する開口を有し、回路基板に裏面側から取り付けられることにより、回路基板の裏面において当該開口に重なる領域以外の領域をマスクする。
【特許文献１】特開平８−２４２２７６号公報
【特許文献２】特開平９−１９９８２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、マスク治具を回路基板に取り付けた場合、特許文献２にも開示されているように、マスク治具の開口の周囲等において、マスク治具と回路基板との間に隙間が形成されることがある。このようにマスク治具と回路基板との間に隙間がある状態ではんだ付けを行った場合であっても、通常は隙間に流入した溶融はんだが急速に冷却されて当該隙間において固化するため、マスクされた領域に溶融はんだが流入する可能性はさほど高くはない。
【０００５】
しかしながら、仮に、マスクされた領域に溶融はんだが流入したとすると、回路基板の本来溶融はんだに接触させるべきではない領域においてはんだボールが形成され、回路基板がショートしてしまう恐れがある。そして、ショートした回路基板にはリペアを施す必要があるため、回路基板の生産性が低下するとともに生産コストが増大してしまう。
【０００６】
近年、回路基板に形成されるパターンは高精細化されているため、マスクされた領域に流入する溶融はんだが僅かな量であっても、回路基板の品質が低下してしまい、歩留まりも低下してしまう。また、はんだ付け作業の作業性向上等のためにマスク治具の薄型化が行われているが、薄型のマスク治具は溶融はんだとの接触により急加熱されて熱変形しやすく、マスク治具と回路基板との間の隙間が拡大した場合には、マスクされた領域に溶融はんだが流入しやすくなってしまう。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、マスク治具のマスク部と回路基板との間の隙間を低減することにより、マスクされた領域にはんだが流入することを防止することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、溶融したはんだを回路基板に接触させることによりはんだを回路基板に付与する際に前記回路基板の一部をマスクするマスク治具であって、回路基板の一の主面に対向し、前記回路基板のうちはんだに接触させる領域と重なる領域に開口が形成されたマスク部と、前記マスク部の前記回路基板側において前記開口の周囲に沿って設けられ、前記回路基板と接する弾性樹脂部材と、前記回路基板を前記マスク部に向けて付勢された状態で固定する固定手段とを備える。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のマスク治具であって、前記弾性樹脂部材が、前記回路基板に対して粘着性を有する。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のマスク治具であって、前記弾性樹脂部材の耐熱温度が２２０℃以上である。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のマスク治具であって、前記弾性樹脂部材が、シリコン系エラストマーまたはフッ素系エラストマーを含む樹脂により形成される。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のマスク治具であって、前記弾性樹脂部材が、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン２元共重合樹脂、フッ化ビニリデン−四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン３元共重合樹脂、および、フッ化ビニリデン−パーフルオロメチルビニルエーテル２元共重合樹脂のうちの少なくともいずれか１つを含む樹脂にて形成される。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載のマスク治具であって、前記マスク部に形成されている全ての開口の全周に前記弾性樹脂部材が設けられる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、マスク部と回路基板との間の隙間を低減することにより、マスクされた領域にはんだが流入することを防止することができる。請求項２の発明では、回路基板をより確実に固定することができる。請求項３の発明では、鉛フリーはんだによるはんだ付けに使用することができる。請求項６の発明では、より確実にはんだの流入を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の一の実施の形態に係るマスク治具１の構成を示す平面図である。マスク治具１は、電子部品のフローはんだ付けによる実装時に回路基板に取り付けられる治具であり、溶融したはんだを回路基板に接触させることによりはんだを回路基板に付与する際に回路基板の一部をマスクする。図２は、マスク治具１を図１中に示すＡ−Ａの位置で切断した断面図である。図２では、マスク治具１に回路基板９１が取り付けられた状態を示す。以下の説明では、便宜上、図２中における回路基板９１側を上側、マスク治具１側を下側として説明するが、上下方向は必ずしも重力方向と完全に一致する必要はない。マスク治具１の上下方向の高さは、約２．５ｍｍとされる。
【００１６】
図２に示すように、回路基板９１の上側の主面（以下、「上面」という。）上には、フローはんだ付けにより実装されるべき電子部品９２が取り付けられており、電子部品９２のリード部９２１が回路基板９１に設けられたスルーホールを介して回路基板９１の下面側に突出している。電子部品９２が実装される際には、回路基板９１の下面のリード部９２１が突出している領域９１１を溶融はんだに接触させることにより、リード部９２１が回路基板９１の下面側の電極に接合されるとともに電子部品９２が回路基板９１に固着される。以下、回路基板９１の下面のうち溶融はんだに接触させる領域９１１を「はんだ接触領域９１１」という。なお、図２では、図示の都合上、回路基板９１に実装される多数の電子部品のうち、フローはんだ付けにより実装される一部の電子部品９２のみを描いている。
【００１７】
図１および図２に示すように、マスク治具１は、回路基板９１の下側の主面（以下、「下面」という。）を覆う（すなわち、マスクする）マスク部１１、回路基板９１の全周において下面側から回路基板９１を保持する枠部１２、および、枠部１２上に枠部１２の上面に沿って回転自在に設けられるとともに回路基板９１をマスク部１１に向けて付勢された状態で固定する複数（本実施の形態では、８つ）の固定具１３を備える。
【００１８】
マスク部１１は、回路基板９１の下面に対向する底面部１１１を備え、底面部１１１には、回路基板９１の４つのはんだ接触領域９１１と重なる領域に４つの開口１１２が形成される。マスク部１１は、また、各開口１１２の全周において底面部１１１から上方（すなわち、回路基板９１に向かう方向）に立設する開口側壁部１１３、および、底面部１１１から上方に立設するとともに底面部１１１の略中央において交差する２つの補強部１１４をさらに備える。
【００１９】
マスク治具１は、４つの開口１１２の周囲を囲む４つの開口側壁部１１３の上端部（すなわち、回路基板９１側の端部）に設けられるとともにマスク治具１に取り付けられた回路基板９１の下面と接する弾性樹脂部材１４をさらに備える。換言すれば、マスク治具１では、弾性樹脂部材１４が、マスク部１１の回路基板９１側において、マスク部１１に形成されている全ての開口１１２の全周に沿って設けられる。マスク治具１では、マスク部１１の補強部１１４の上端部、および、枠部１２の回路基板９１の下面に接する部位にも弾性樹脂部材１４が設けられる。
【００２０】
弾性樹脂部材１４は、好ましくはシリコン系エラストマーまたはフッ素系エラストマーを含む樹脂により形成されており、マスク部１１よりも高い弾性を有するとともに回路基板９１に対して粘着性を有する。シリコン系エラストマーとしては、例えば、ジメチルポリシロキサン、ポリアルキルシロキサン、ポリアルキルアルケニルシロキサン、ポリアルキルアルコキシシロキサン、ポリアルキルフェニルアルコキシシロキサン等が使用可能である。また、フッ素系エラストマーとしては、例えば、好ましくは、化１ないし化３に示すフッ化ビニリデン（ＶＤＦ）−六フッ化プロピレン（ＨＦＰ）２元共重合樹脂、フッ化ビニリデン−四フッ化エチレン（ＴＦＥ）−六フッ化プロピレン３元共重合樹脂、フッ化ビニリデン−パーフルオロメチルビニルエーテル（ＰＭＶＥ）２元共重合樹脂等が用いられる。
【００２１】
【化１】
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【００２２】
【化２】
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【００２３】
【化３】
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【００２４】
弾性樹脂部材１４は上記の材料を主成分として含む樹脂（上記の材料の１つのみからなる場合を含む。）により形成されているため、硬度（ＪＩＳ−Ａ）は通常１０度以上１００度以下となり、回路基板９１に対する粘着力は１０ｇ／ｃｍ２以上２０００ｇ／ｃｍ２以下となる。また、弾性樹脂部材１４の耐熱温度は２２０℃以上（より好ましくは、２４０℃以上）とされる。
【００２５】
次に、回路基板９１に対する電子部品９２の実装の流れについて説明する。電子部品９２が実装される際には、まず、図１に示すように、固定具１３が回路基板９１が取り付けられる領域にかからない位置に予め退避された状態で、回路基板９１がマスク治具１上に載置される。このとき、回路基板９１の下面は、マスク部１１の開口側壁部１１３および補強部１１４の上端部、並びに、枠部１２に設けられた弾性樹脂部材１４に当接する。また、図２に示すように、回路基板９１の下面のはんだ接触領域９１１は、マスク部１１の開口１１２と重なる。
【００２６】
続いて、８つの固定具１３が枠部１２の上面に沿って回転されて回路基板９１の上面の８箇所において回路基板９１に当接することにより、回路基板９１がマスク部１１に付勢された状態でマスク治具１に固定される。マスク治具１では、開口側壁部１１３の上端部等の各部に設けられた弾性樹脂部材１４が、回路基板９１に付勢されることにより僅かに弾性変形しつつ回路基板９１の下面に密着する。
【００２７】
次に、回路基板９１のはんだ接触領域９１１において、回路基板９１上の電極に必要に応じてフラックスが付与された後、回路基板９１がマスク治具１と共に噴流はんだ付け装置へと搬送される。噴流はんだ付け装置では、約２２０℃〜２４０℃に加熱されて溶融状態である鉛フリーはんだが、装置上部の噴出口から上向きに連続的に噴出しており、噴出された溶融はんだは装置内にて循環して再度噴出される。
【００２８】
回路基板９１およびマスク治具１は、噴出口の上方において噴出口から所定の距離だけあけて図２中における右側から左側へと移動し、噴出口から噴出された溶融はんだは、マスク治具１のマスク部１１の底面部１１１の下側に接触する。そして、マスク部１１の開口１１２が噴出口の上方に差しかかると、溶融はんだが開口１１２に下側から流入し、回路基板９１の下面のはんだ接触領域９１１に接触する。これにより、電子部品９２のリード部９２１が挿入された回路基板９１のスルーホールにはんだが充填されるとともにリード部９２１と回路基板９１の電極とがはんだを介して接合される。
【００２９】
その後、回路基板９１およびマスク治具１が噴流はんだ付け装置から搬出され、固定具１３による回路基板９１の固定が解除されてマスク治具１が回路基板９１から取り外されることにより、回路基板９１に対する電子部品９２の実装作業が終了する。
【００３０】
以上に説明したように、マスク治具１では、回路基板９１のはんだ接触領域９１１に重なるマスク部１１の開口１１２の周囲において、開口側壁部１１３の上端部に回路基板９１と接する弾性樹脂部材１４が設けられており、回路基板９１にマスク治具１が取り付けられる際には、回路基板９１がマスク部１１に向けて付勢された状態でマスク治具１に固定される。このため、開口１１２の周囲において弾性樹脂部材１４が弾性変形しつつ回路基板９１の下面に密着し、マスク部１１の開口側壁部１１３と回路基板９１との間に隙間が形成されることが防止され、あるいは、開口側壁部１１３と回路基板９１との間の隙間が低減される。
【００３１】
これにより、開口１１２に流入した溶融はんだが、開口側壁部１１３と回路基板９１との間の隙間から、はんだ接触領域９１１の周囲のマスク部１１によりマスクされている領域（以下、「マスク領域」という。）に流入することを防止することができる。その結果、回路基板９１のマスク領域におけるはんだボールの形成が防止され、回路基板９１に対する電子部品９２の実装に関する信頼性を向上することができる。また、はんだボールによる回路基板９１のショート等の不具合が防止されるため、回路基板９１の歩留まりを向上することができるとともに実装作業にかかる工数を削減して生産コストを低減することができる。また、マスク治具１では、マスク部１１に形成されている全て（本実施の形態では、４つ）の開口１１２の全周に弾性樹脂部材１４が設けられることにより、マスク領域へのはんだの流入をより確実に防止することができる。
【００３２】
マスク治具１では、固定具１３により回路基板９１がマスク治具１に対して固定されているが、さらに、回路基板９１に付勢される弾性樹脂部材１４が回路基板９１に対して粘着性を有することにより、回路基板９１をマスク治具１に対してより確実に固定することができる。また、弾性樹脂部材１４がシリコン系エラストマーまたはフッ素系エラストマーを含む樹脂により形成されるため、高温下において繰り返し使用されるマスク治具１において、弾性樹脂部材１４の弾性および粘着性を長期間に亘って維持することができる。特に、高温下における繰り返し使用に対する高耐久性という観点からは、弾性樹脂部材１４がフッ素系エラストマー（特に、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン２元共重合樹脂、フッ化ビニリデン−四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン３元共重合樹脂、または、フッ化ビニリデン−パーフルオロメチルビニルエーテル２元共重合樹脂等）を主成分として含む樹脂により形成されることがより好ましい。
【００３３】
マスク治具１では、弾性樹脂部材１４の耐熱温度が２２０℃以上（より好ましくは、２４０℃以上）とされるため、約２２０℃〜２４０℃に加熱されて使用される鉛フリーはんだによるフローはんだ付け時にも、開口１１２からマスク領域にはんだが流入することを防止することができる。このように、マスク治具１は鉛フリーはんだによるフローはんだ付けに特に好適に使用することができる。なお、マスク治具１が通常のはんだ（すなわち、鉛を含むはんだ）によるフローはんだ付けに利用される場合には、弾性樹脂部材１４の耐熱温度は、はんだの融点である１８３℃以上とされるのみでよい。
【００３４】
また、弾性樹脂部材１４は、実際の溶融はんだの温度よりも過剰に高い耐熱温度を有する必要はないため、弾性樹脂部材１４の耐熱温度は、はんだ付けにおいて十分に耐えられる温度（例えば、２８０℃）を考慮して、３００℃以下とされることが好ましく、より好ましくは、２８０℃以下とされる。
【００３５】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【００３６】
回路基板９１のマスク治具１に対する固定は、必ずしも上述の固定具１３によるものには限定されず、例えば、クランプにより回路基板９１の外周部とマスク治具１の枠部１２とが挟持されてもよく、回路基板９１の上面に当接する板状部材により回路基板９１がマスク部１１に向けて付勢された状態で固定されてもよい。また、枠部１２の内壁面の回路基板９１の外周縁と対向する部位に凹部が設けられ、回路基板９１の外周部が当該凹部に嵌め込まれることにより回路基板９１がマスク治具１に固定されてもよい。この場合、枠部１２が、回路基板９１をマスク部１１に向けて付勢された状態で固定する固定手段となる。
【００３７】
マスク治具１では、必ずしも全ての開口１１２の全周に弾性樹脂部材１４が設けられる必要はなく、例えば、噴流はんだ付け装置に対する回路基板９１の移動方向に垂直な方向に伸びる開口側壁部１１３の上端部にのみ弾性樹脂部材１４が設けられてもよい。この場合であっても、回路基板９１とマスク部１１の開口側壁部１１３との間の隙間が低減されることにより、回路基板９１のマスク領域へのはんだの流入を防止することができる。
【００３８】
回路基板９１の下面のはんだ接触領域９１１に対する溶融はんだの付与は、必ずしも噴流はんだ付け装置により行われる必要はなく、例えば、はんだ槽に貯溜された溶融はんだにマスク治具１が取り付けられた回路基板９１の下面側が接触されることにより行われてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】マスク治具の平面図である。
【図２】マスク治具の断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１    マスク治具
１１    マスク部
１３    固定具
１４    弾性樹脂部材
９１    回路基板
１１２    開口
９１１    はんだ接触領域
【図１】
2006294888.tif 000006
【図２】
2006294888.tif 000007