(57)【要約】【課題】メイン基板へのサブ基板と実装部品の搭載を行う工程を一度で行う基板実装方法を提供する。【解決手段】メイン基板の対応する位置にサブ基板を搭載するステップと、メイン基板とサブ基板を半田付けする半田印刷と、メイン基板とサブ基板に実装部品を搭載するための半田印刷と、を同時にするためのメタルマスクをセットして半田印刷をするステップと、メタルマスクを取り外し、メイン基板とサブ基板に搭載する実装部品を配置するステップと、実装部品が搭載されたメイン基板とサブ基板をリフローするステップと、有する基板実装方法である。【選択図】      図１
2008159637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メイン基板の対応する位置にサブ基板を搭載するステップと、
前記メイン基板と前記サブ基板を半田付けする半田印刷と、前記メイン基板と前記サブ基板に実装部品を搭載するための半田印刷と、を同時にするためのメタルマスクをセットして半田印刷するステップと、
前記メタルマスクを取り外し、前記メイン基板と前記サブ基板に搭載する実装部品を配置するステップと、
前記実装部品が搭載された前記メイン基板と前記サブ基板をリフローするステップと、
を行うことを特徴とする基板実装方法。
【請求項２】
前記サブ基板に位置決め部を設けるとともに、前記メイン基板にも前記サブ基板に対応する位置決め部を設け、前記サブ基板の位置決め部と前記メイン基板の位置決め部を合わせて位置だしをすることを特徴とする請求項１に記載の基板実装方法。
【請求項３】
前記サブ基板の位置決め部と前記メイン基板の位置決め部は凹凸機構であることを特徴とする請求項２に記載の基板実装方法。
【請求項４】
前記サブ基板の位置決め部と前記メイン基板の位置決め部は、前記サブ基板と前記メイン基板に凹部を設け、前記サブ基板とメイン基板に対応して合わさる凹部に位置決め部品を挟むことを特徴とする請求項２に記載の基板実装方法。
【請求項５】
前記サブ基板と前記メイン基板の半田印刷面を同じ向きにし、重ならないように配置するバックアッププレートに前記メイン基板と前記サブ基板をセットするステップと、
前記メイン基板と前記サブ基板に実装部品を搭載するための半田印刷と、を同時にするためのメタルマスクをセットして半田印刷するステップと、
前記半田印刷された前記メイン基板の対応する位置に、前記半田印刷された前記サブ基板を搭載するとともに、前記メイン基板と前記サブ基板に実装部品を搭載するステップと、
前記実装部品が搭載された前記メイン基板と前記サブ基板をリフローするステップと、
を行うことを特徴とする基板実装方法。
【請求項６】
前記バックアッププレートに前記サブ基板の位置決めをするガイドを設けることを特徴とする請求項５に記載の基板実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント配線基板への部品を実装する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プリント配線板（以降基板）実装分野において、実装部品の機能モジュール化が進んでおり、モジュール用基板（以降サブ基板）上に部品を半田付けし形成されている（一次実装）。その後、別の制御用基板（以降メイン基板）などに、サブ基板とともに他の能動部品、受動部品が同じ工程で再度半田付けされている（二次実装）。
【０００３】
図５は上記説明した従来の基板実装方法により組み立てられた基板の断面図である。図５はメイン基板５１にサブ基板５２とともに実装部品５３を搭載した図である。
前述のとおり、機能モジュールであるサブ基板５２の組立工程にはクリーム半田が使用されており、半田付けの際にリフロー炉に１回投入される。その後、二次実装する際、面実装部品５３（能動・受動部品など）を配線パターン５４に搭載し、上記サブ基板５２とともに再度リフロー炉に投入されるため、２度の熱衝撃を受ける。そのため、サブ基板５２に実装された実装部品５３の電極５６と配線パターン５４の半田接合界面に形成される合金層の厚さが、１回のみリフロー炉へ投入した場合より厚くなり、信頼性が低下するという問題がある。
【０００４】
特許文献１によれば、構成の簡略化、小型化及び低コスト化を図るとともに、ノイズ防止、低損失化及び信頼性向上を図る提案がされている。例えば、第一のプリント基板２に第二のプリント基板３を接続するに際し、第一のプリント基板２の上面２ｕに複数の第一の接続用パターン４ａ、４ｂ・・・を設けるとともに、第二のプリント基板３の下面３ｄに第一の接続用パターン４ａ、４ｂ・・・に対面する複数の第二の接続用パターン５ａ、５ｂ・・・を設け、第一の接続用パターン４ａ・・・と第二の接続用パターン５ａ・・・をクリーム半田を用いてリフローにより半田付けをしている。
【０００５】
また、特許文献２によれば、複数の回路基板を電気的および機械的に接続する方法において、主たる回路基板と従たる回路基板とを同一平面上に並べて互いに隣接する側端に跨って接着剤を塗布し仮接着する工程と、前記回路基板の側端に互いに隣接し合うパットを跨ぎこのパット上に導通用チップを載せ半田付けする工程とにより回路基板を接続する方法が提案されている。
【０００６】
特許文献３によれば、基板を２段重ねて実装を行う基板の位置決め固定方法において、２枚の基板を半田付けして導通をとるときに、相互の基板の位置決めと固定をかねた複数のカシメピンにより２枚の基板カシメ固定すること基板位置決め固定方法が提案されている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１〜３ではメイン基板にサブ基板を搭載する製造工程について考慮されているが、実装部品のリフロー炉への投入回数（半田付け工程）による実装部品への熱の影響について記載はなく、配線パターンと実装部品電極との半田接合界面の合金層の形成を最小限に抑え、高信頼性の確保が難しいという問題がある。
【特許文献１】特開平０７−０６６５４７号公報
【特許文献２】特開平０２−２１６８９１号公報
【特許文献３】特開昭６２−２６０３９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたものであり、メイン基板へのサブ基板と実装部品の搭載を行う工程を一度で行う基板実装方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の態様のひとつであるメイン基板の対応する位置にサブ基板を搭載するステップと、前記メイン基板と前記サブ基板を半田付けする半田印刷と、前記メイン基板と前記サブ基板に実装部品を搭載するための半田印刷を同時にするためのメタルマスクをセットし、半田印刷をするステップと、前記メタルマスクを取り外し、前記メイン基板と前記サブ基板に搭載する実装部品を配置するステップと、前記実装部品が搭載された前記メイン基板と前記サブ基板をリフローするステップと、を行うことを特徴とする。
【００１０】
好ましくは、前記サブ基板に位置決め部を設けるとともに、前記メイン基板にも前記サブ基板に対応する位置決め部を設け、前記サブ基板の位置決め部と前記メイン基板の位置決め部を合わせて位置だしをしてもよい。
【００１１】
好ましくは、前記サブ基板の位置決め部と前記メイン基板の位置決め部は凹凸機構であってもよい。
好ましくは、前記サブ基板の位置決め部と前記メイン基板の位置決め部は、前記サブ基板と前記メイン基板に凹部を設け、前記サブ基板とメイン基板に対応して合わさる凹部に位置決め部品を挟んでもよい。
【００１２】
好ましくは、前記サブ基板と前記メイン基板の半田印刷面を同じ向きにし、重ならないように配置するバックアッププレートに前記メイン基板と前記サブ基板をセットするステップと、前記メイン基板と前記サブ基板に実装部品を搭載するための半田印刷を同時にするためのメタルマスクをセットし、半田印刷をするステップと、前記半田印刷された前記メイン基板の対応する位置に、前記半田印刷された前記サブ基板を搭載するとともに、前記メイン基板と前記サブ基板に実装部品を搭載するステップと、前記実装部品が搭載された前記メイン基板と前記サブ基板をリフローするステップと、を行うことを特徴とする。
【００１３】
好ましくは、前記バックアッププレートに前記サブ基板の位置決めをするガイドを設けてもよい。
このように部品実装前のサブ基板（モジュール用基板）を、二次実装用基板上に搭載し、その後、クリーム半田印刷をする。こうすることにより、二次実装基板上全ての部品が、１回のみのリフロー炉投入回数となる。また、この印刷工程を成しえるために、二次実装上に搭載するモジュール用基板が、半田印刷工程で精度良く印刷できるよう搭載し位置決めすべく物理的工夫を施している。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によればリフロー炉への投入を１回のみで実装が完了するため、半田接合界面の合金層形成が最小限に抑えられより高い信頼性が見込める。また、サブ基板と実装部品を一挙に搭載するため、製造工程数の短縮も実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細を説明する。
（原理説明）
図１の各Ａ〜Ｇはメイン基板１にサブ基板２と実装部品３を搭載するときの工程を示したフロー図である。図１はメイン基板１とサブ基板２の断面図を示している。
【００１６】
メイン基板１は多層基板または単層の基板であり、配線パターン４（単層、多層基板）と配線パターン５（多層基板）を備えている。
サブ基板２は配線パターン７（信号ライン、電源ライン、グランドライン）と、配線パターン７と接続されている電極６（金属）とを備えている（接続されていない電極もある）。ここで、サブ基板２は多層基板でも両面基板でもよい。また、電極６は図１ではサブ基板２の側壁面に設けているが、電極６は側壁面になくてもよい。
【００１７】
実装部品３は、例えば三端子レギュレータ、トランジスタ、電解コンデンサ、ＩＣチップ、抵抗などの面実装部品全般である。
次に、組み立て工程について説明する。
【００１８】
ステップＳ１では、図１のＡ（断面図：側面方向）に示すようにメイン基板１上の配線パターン４に対応する位置にサブ基板２を搭載する準備をする。
ステップＳ２では、図１のＢ（断面図：側面方向）に示すようにメイン基板１にサブ基板２を配置する。
【００１９】
ステップＳ３では図１のＣ（断面図：側面方向）に示すようにメタルマスク８をメイン基板１とサブ基板２にセットする。メタルマスク８の構成は、メイン基板１側の配線パターン４に半田印刷する部分とサブ基板２側の配線パターン７に半田印刷する部分に分かれている。サブ基板２側に半田印刷するメタルマスク８の厚みはサブ基板２の高さに基づいて形成されている。
【００２０】
ステップＳ４では図１のＤ（断面図：側面方向）に示すようにメタルマスク８の開口穴９からクリーム半田などの接合材料１０を対応する配線パターン４、７に印刷する。ここで、サブ基板２の側壁面の電極６と配線パターン４に跨って印刷されるクリーム半田１０により、サブ基板２はメイン基板１に固定される。
【００２１】
ステップＳ５では、図１のＥ（断面図：側面方向）に示すようにメタルマスク８を取り外す。このとき、メタルマスク８を取り外してもサブ基板２はクリーム半田１０の粘着によりメイン基板１に付いたまま残すことができる。
【００２２】
ステップＳ６では、メイン基板１とサブ基板２に搭載する実装部品３を搭載する。ここで、サブ基板２の側壁面に設けられた複数の電極６にもクリーム半田１０が印刷される。
ステップＳ７では、図１のＦ（断面図：側面方向）に示すように実装部品が搭載されたメイン基板１とサブ基板２をリフロー炉に投入する。
【００２３】
上記方法により、一度のリフローで全ての部品実装を完了できるため、各実装部品の半田接合界面の合金層の厚さを最小限にできる。つまり、何度も熱衝撃（リフロー）が加わらないことで合金層が複数層形成されないため接合部の信頼性が向上する。
【００２４】
（実施例１）
図２ではサブ基板２に位置決めを設けるとともに、メイン基板１にもサブ基板２に対応する位置決め部を設け、サブ基板２の位置決め部２１とメイン基板１の位置決め部２２を嵌合させて位置だしをする。
【００２５】
図２のサブ基板２の位置決め部２１は、サブ基板２の底面（メイン基板１と向き合う面）に凸部を設けている。メイン基板１のサブ基板２を搭載する面には上記凸部が嵌合するような凹構造の位置決め部２２を備えている。
【００２６】
サブ基板２の位置決め部２１は金属材料などによりボンディング形成する。メイン基板１の位置決め部２２は、配線パターンを形成するさいにメイン基板１上に開口穴を設け、金属材料でその開口穴をめっきした構造である。本例では凹部に配線パターンのようにめっきされているが特にめっきをしなくてもよい。
【００２７】
次に、組み立て工程について説明する。
ステップＳ２１では、図２のＡ（断面図：側面方向）に示すようにメイン基板１（位置決め部２２を備える）上の配線パターン４の対応する位置にサブ基板２（位置決め部２１を備える）を搭載する準備をする。
【００２８】
ステップＳ２２では、図１のＢ（断面図：側面方向）に示すようにメイン基板１にサブ基板２を配置する。このとき、サブ基板２の位置決め部２１の凸部とメイン基板１の対応する位置決め部２２の凹部を嵌合させる。
【００２９】
ステップＳ２３では図１のＣ（断面図：側面方向）に示すようにメタルマスク８をメイン基板１とサブ基板２にセットする。
ステップＳ２４では図１のＤ（断面図：側面方向）に示すようにメタルマスク８の開口穴９からクリーム半田などの接合材料１０を対応する配線パターン４、７に印刷する。ここで、図１同様サブ基板２の側壁面の電極６と配線パターン４に跨って印刷されるクリーム半田１０により、サブ基板２はメイン基板１に固定される。
【００３０】
ステップＳ２５では、図１のＥ（断面図：側面方向）に示すようにメタルマスク８を取り外す。このとき、メタルマスク８を取り外してもサブ基板２はクリーム半田の粘着と凹凸部分（位置決め部２１、２２）によりメイン基板１に付いたまま残る。
【００３１】
ステップＳ２６では、メイン基板１とサブ基板２に搭載する実装部品３を搭載する。ここで、サブ基板２の側壁面に設けられた複数の電極６にもクリーム半田が印刷される。
ステップＳ２７では、図１のＦ（断面図：側面方向）に示すように実装部品が搭載されたメイン基板１とサブ基板２をリフロー炉に投入する。
【００３２】
上記方法により、一度のリフローで全ての部品実装を完了できるため、各実装部品の半田接合界面の合金層の厚さを最小限にできる。つまり、何度も熱衝撃（リフロー）が加わらないことで合金層が複数層形成されないため接合部の信頼性が向上する。
【００３３】
図３は位置決め部２１、２２の嵌合方法を示す図である。図３のＡは図２に示した図と逆に、サブ基板２側に位置決め部として凹部３１を設けている。また、メイン基板１に位置決め部３２として凸部３２を設けている。このように位置決め部３１、３２を設けることで位置決めをしてもよい。
【００３４】
図３のＢに示す位置決め部３３は、図２と図３のＡと異なりボンディング以外で形成された凸部である。サブ基板２の位置決め部３３は配線パターンや基板を加工するなどして形成する。メイン基板１の位置決め部３４も配線パターンを形成するさいにメイン基板１上に開口穴を設け、金属材料でその開口穴をめっきした構造である。本例では凹部に配線パターンのようにめっきされているが特にめっきをしなくてもよい。
【００３５】
同様に図３のＣは、図３のＢと逆に位置決め部３５、３６を設けたものである。サブ基板２側に位置決め部として凹部３５を設けている。また、メイン基板１に位置決め部として凸部３６を設けている。
【００３６】
図３のＤの位置決め部は凹部３７、３８を設けたものである。メイン基板１とサブ基板２の位置決め部３７、３８は、配線パターンを形成するさいにメイン基板１とサブ基板２上に開口穴を設け、金属材料でその開口穴をめっきした構造である。本例では凹部に配線パターンのようにめっきされているが特にめっきをしなくてもよい。そして、この凹部３７、３８にボール３９を挟み込もことで位置決めをする構成である。なお、ボール３９（位置決め部品）は球状に限定するものではなく、位置決めができればよい。
【００３７】
また、位置決め部の凹部の構造は円錐台、楕円錐台、小判形錐台（断面図では台形）である必要はなく、位置決めできる構造であればよい。
上記方法により、一度のリフローで全ての部品実装を完了できるため、各実装部品の半田接合界面の合金層の厚さを最小限にでき、接合部の信頼性が向上する。さらに、位置決め精度を向上させることができる。
【００３８】
（実施例２）
図４はメイン基板１とサブ基板２への半田印刷を先に行い、その後、メイン基板１にサブ基板２を搭載する場合の例である。
【００３９】
ステップＳ４１では、図４のＡ（断面図）に示すようにサブ基板２とメイン基板１の半田印刷面を同じ向きにし、重ならないように配置できるバックアッププレート４１にメイン基板１とサブ基板２をセットする。バックアッププレート４１には、メイン基板１とサブ基板２との高さを調整する機能とともに、サブ基板２の水平方向の位置ずれを抑止するガイド４２がある。
【００４０】
ステップＳ４２では図４のＢ（断面図）に示すようにメイン基板１とサブ基板２の配線パターン４に半田印刷を同時にするためのメタルマスク８をセットし、クリーム半田を印刷する。
【００４１】
ステップＳ４３では図４のＣ（断面図）に示すように半田印刷されたメイン基板１のサブ基板２を搭載するための配線パターン４に、半田印刷されたサブ基板２を搭載する。その後、メイン基板１とサブ基板２に実装部品３も搭載する。バックアッププレート４１上のサブ基板２をメイン基板１に移動する方法は、例えば他の実装部品３を搭載するときと同様な方法で行う。
【００４２】
ステップＳ４４では図４のＤ（断面図）に示すように実装部品が搭載されたメイン基板１とサブ基板２をリフローする。
上記方法により、一度のリフローで全ての部品実装を完了できるため、各実装部品の半田接合界面の合金層の厚さを最小限にできる。つまり、何度も熱衝撃（リフロー）が加わらないことで合金層が複数層形成されないため接合部の信頼性が向上する。
【００４３】
また、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明のメイン基板にサブ基板と実装部品を搭載するフロー図である。
【図２】本発明のメイン基板にサブ基板に位置決め部を設けた場合の、メイン基板にサブ基板と実装部品を搭載するフロー図である。
【図３】位置決めを部の変形例を示す図である。
【図４】バックアッププレートを利用したメイン基板にサブ基板と実装部品を搭載するフロー図である。
【図５】従来のメイン基板にサブ基板と実装部品を搭載するフロー図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  メイン基板、
２  サブ基板、
３  実装部品、
４  配線パターン（単層、多層基板）、
５  配線パターン（多層基板）、
６  電極、
７  配線パターン（信号ライン、電源ライン、グランドライン）、
８  メタルマスク、
９  開口穴、
１０  接合材料（クリーム半田）、
１１  電極、１２  電極、
２１  位置決め部（凸部）、２２  位置決め部（凹部）、
３１  位置決め部（凹部）、３２  位置決め部（凸部）、
３３  位置決め部（凸部）、３４  位置決め部（凹部）、
３５  位置決め部（凹部）、３６  位置決め部（凸部）、
３７  位置決め部（凹部）、３８  位置決め部（凹部）、
３９  位置決め部品（ボール）、
４１  バックアッププレート、４２  ガイド
５１  メイン基板、５２  サブ基板、５３  実装部品、５４  配線パターン、
５５  配線パターン、５６  電極、
【図１】
2008159637.tif 000003
【図２】
2008159637.tif 000004
【図３】
2008159637.tif 000005
【図４】
2008159637.tif 000006
【図５】
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