(57)【要約】      （修正有）【課題】リフローはんだ付けによる電子部品がフローはんだ付けする噴流はんだの熱によって生じる再溶融剥離の抑止を実現する。【解決手段】プリント配線板の表面に搭載されている表面実装部品１０２の真下及び周囲はんだ面側にフローの噴流波の熱を断熱する材料１０６を塗布する。断熱材料１０６にはシルクを用いて粒子系の材料を混ぜ表面を荒らす。断熱効果を上げ、表面へのフローによる温度上昇を抑止する。【効果】電子部品をプリント配線板に搭載する場合において、はんだ付け方法によりはんだ付けを行なう際に、生じる再溶融剥離と呼ばれる現象の発生を抑止することができる【選択図】  図４
2004158655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品が搭載されてリフローはんだ付けされる第１の面と、前記第１の面に搭載された少なくとも一部の電子部品がフローはんだ付けされる第２の面とを有するプリント配線板において、
前記第２の面のうち、前記第１の面の前記リフローはんだ付けされる電子部品が搭載される位置と対応する位置に、断熱材料が形成されることを特徴とするプリント配線板。
【請求項２】
第１、第２の面を有するプリント配線板に電子部品を搭載する電子部品の搭載方法であって、
前記第１の面の所定の位置に断熱材料を形成するステップと、
前記第２の面のうち、前記第１の面の所定の位置に対応する位置に第１の電子部品と、他の位置に第２の電子部品を搭載するステップと、
前記第２の面において前記第１の電子部品をリフローはんだ付けするステップと、
前記第１の面において前記第２の電子部品をフローはんだ付けするステップとを有することを特徴とする電子部品の搭載方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リフローはんだ付け方法によりはんだ付けが行なわれた表面実装部品が、挿入部品をフローはんだ付け方法によりはんだ付けが行なわれる際に噴流波の熱により生じる再溶融剥離を抑止するプリント配線板及び電子部品の搭載方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】プリント配線板に電子部品を載せ、電子部品の電極やリード線をプリント配線板の回路パターンにはんだ付けを行なうことにより電気的接続と機械的接続を実現する。
【０００３】
一般に、電子部品をプリント配線板にはんだ付けを行なう方法としては、搭載すべき電子部品の種類や用途に応じて種々の方法が選択できる。
【０００４】
表面実装部品と挿入部品が混在している場合のはんだ付け方法としては、リフローはんだ付け方法とフローはんだ付け方法が用いられる。
【０００５】
図１を用いてリフローはんだ付け方法を説明する。
【０００６】
図１は、リフローはんだ付け方法により表面実装部品１００４をプリント配線板１００１に搭載する処理過程を示している。
【０００７】
まず、プリント配線板１００１のＣｕランド（電極）１００２上にはんだ１００３をあらかじめ印刷する。
【０００８】
次に、表面実装部品１００４を印刷されたはんだ１００３に載せる。
【０００９】
最後に、表面実装備品１００４を載せたプリント配線板１００１をリフロー炉に運搬し、リフローはんだ付けを行なう。なお、表面実装部品１００５は、リフローはんだ付けが行なわれた状態を示している。
【００１０】
図２を用いてフローはんだ付け方法を説明する。
【００１１】
図２は、フローはんだ付け方法により挿入部品１１０１をプリント配線板１００１に搭載する処理過程を示している。
【００１２】
まず、既にリフローはんだ付け方法により搭載された表面実装部品１００５を載せたプリント配線板のスルーホールに、挿入部品１１０１のリード線を挿入し、プリント配線板１００１に載せる。
【００１３】
次に、挿入部品１１０１が載せられたプリント配線板１００１を搬送コンベア１１０５に載せ、フロー装置１１０２に搬送する。
【００１４】
最後に、溶融はんだが貯留されるはんだ槽１１０３から、はんだの噴流波１１０４によりフローはんだ付けを行なう。なお、挿入部品１１０６は、フローはんだ付けが行なわれた状態を示している。
【００１５】
一方、はんだ付けに使用する接続用はんだは、低融点、低コスト及び接続信頼性等の観点から、Ｓｎ（すず）−Ｐｂ（鉛）共晶はんだが従来から用いられていた。
【００１６】
ところが、鉛の溶出に起因する環境問題の配慮から、鉛を使用しない鉛フリーはんだとその接合技術の開発が進められている。
【００１７】
そこで、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだの代替材料とされた鉛フリーはんだは、Ｓｎをベースとし、Ａｇ（銀）、Ｂｉ（ビスマス）、Ｉｎ（インジウム）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）等を添加した合金が用いられるようになっている。
【００１８】
しかし、従来のＳｎ−Ｐｂ共晶はんだと同一の性質を実現するものはなく、濡れ性や融点の問題等がある。特に、これらの鉛フリーはんだを用いてフローはんだ付け方法により挿入部品をプリント配線板に搭載する場合、フローはんだ付けを行なう際に、フローはんだの噴流波の熱による再溶融剥離と呼ばれる現象が発生する。
【００１９】
図３を用いて、再溶融剥離と呼ばれる現象を説明する。
【００２０】
図３は、再溶融剥離と呼ばれる現象を示している。
【００２１】
図３に示すように、フローはんだの噴流波１１０４の熱は、プリント配線板１００１の裏面からプリント配線板内部を通してプリント配線板の表面に伝わる。そして、噴流波１１０４の熱がプリント配線板の表面に到達するときの温度は、はんだ１００３の融点に近い温度となる。そのため、既にリフローはんだ付け方法によりはんだ付けが行なわれた表面実装部品１００５とプリント配線板１００１との接続部はんだ１００３が再溶融し、またははんだ１００３の組成が劣化する現象が生じる。
【００２２】
このような現象に起因する問題、例えば電気的接続信頼性が損なわれる問題等を解決するために、はんだ付けが行なわれないプリント配線板の部分に専用冶具を設け、フローはんだの噴流波の熱を遮断する技術がある。
【００２３】
また、フローはんだ付け方法によりはんだ付けを行なう際に、既にリフローはんだ付けが行なわれたプリント配線板の表面を冷却する冷却装置を設け、プリント配線板の表面温度の上昇を抑止する技術がある。これらの技術は、例えば特開２００１−１４４４２４号公報に開示されている。
【特許文献１】
特開２００１−１４４４２４号公報。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した前者の技術では、専用冶具を設けることにより大幅なコスト上昇につながる可能性がある。一方、後者の技術では、装置全体が大型化し、省スペース化が図れない。さらに、冷風を創出するための消費電力が必要となり、コストの観点からも好ましくない。
【００２５】
本発明は、フローはんだ付け方法によりはんだ付けを行なう際の噴流波の熱によって、既にはんだ付けが行なわれた表面実装部品とプリント配線板との接続部はんだの再溶融や組成の劣化を抑止することを目的とする。
【００２６】
また、多様な電子部品を搭載する場合でも、安価で接続信頼性の高いプリント配線板を提供することを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、プリント配線板の裏面のうち、プリント配線板の表面に表面実装部品を搭載すべき位置に対応する位置に、断熱材料が形成されるプリント配線板を提供する。
【００２８】
本発明は、プリント配線板の裏面のうち、プリント配線板の表面に表面実装部品を搭載すべき位置に対応する位置に、断熱材料を形成するステップを含む電子部品の搭載方法を提供する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図４から図１４を用いて、本発明の第１実施の形態を説明する。
【００３０】
図４は、本発明の第１実施の形態の基本構成図を示している。
【００３１】
まず、プリント配線板１０１の裏面の所定の位置に断熱材料を形成する。ここで、所定の位置とは、プリント配線板１０１の裏面のうち、プリント配線板１０１の表面に搭載すべき表面実装部品１０２の搭載位置に対応する位置である。なお、プリント配線板１０１の裏面のうち、プリント配線板１０１の表面に搭載すべき表面実装部品１０２の搭載位置に対応する位置およびその周囲とすることも可能である。
【００３２】
次に、プリント配線板１０１の表面のうち、上述断熱材料が形成されたプリント配線板の裏面の所定の位置に対応する位置に表面実装部品と、プリント配線板１０１の表面における他の位置に挿入部品を搭載する。ここで、他の位置とは、挿入部品を搭載するために、挿入部品のリード線が挿入されるプリント配線板１０１のスルーホールが存在する位置である。なお、Ｃｕランド１０４上に、はんだ１０７をあらかじめ印刷してある。
【００３３】
次に、プリント配線板１０１の表面において、搭載された表面実装部品をリフローはんだ付けする。
【００３４】
最後に、プリント配線板１０１の裏面において、挿入部品をフローはんだ付けするする。
【００３５】
ここで、本実施の形態では、表面実装部品１０２とは、表面実装技術で搭載するように作られた電子部品である。例えば、ＱＦＰやＳＯＰ等がある。また、パッケージの下部に、アレイ状にはんだなどのボール状の端子を設けたＢＧＡやＣＳＰ等がある。さらに、電気抵抗、コンデンサ、コイルなどのチップ部品等がある。
【００３６】
挿入部品１０３とは、プリント配線板のスルーホールに電子部品の端子のリード線が挿入され、はんだ付けが行なわれることによって、プリント配線板に搭載される電子部品である。
【００３７】
断熱材料１０６とは、プリント配線板の製造時において、プリント配線板上の文字や記号を表示するのに用いられるシルクである。シルクの材質としては、アクリレイト系樹脂、有機溶剤系、エポキシ硬化剤、着色顔料、耐湿顔料等がある。
【００３８】
断熱材料１０６をプリント配線板１０１の裏面に形成する方法としては、パネルの表面上に置いたスクリーン版を通して、インクをスキージによって押し出して印刷する方法を用いる。
【００３９】
スクリーン版とは、ポリエステル繊維またはステンレスの細線を織った粗い目のスクリーンを金属または木の枠に張り、印刷に必要なパターン部分を抜き取ってある版である。
【００４０】
図５および図６を用いて本実施の形態の断熱材料１０６とするシルクの用途及び機能を説明する。
【００４１】
図５は、プリント配線板の製造時に使用されるシルクの一般的用途及び機能を示している。
【００４２】
一般に、図５に示すように、プリント配線板上にシルク印刷を用いて文字や記号（例：ＡＢＣ）などを表示する。
【００４３】
図６は、本実施の形態におけるシルクの用途及び機能を示している
本実施の形態では、図６に示すように、文字や記号の表示に用いられるシルクからなる断熱材料１０６をプリント配線板１０１の裏面に印刷し、形成する。
【００４４】
このように、まず、シルクからなる断熱材料１０６をプリント配線板１０１の裏面にある所定の位置に形成する。つぎに、表面実装部品１０２をプリント配線板１０１の表面に搭載し、挿入部品１０３をプリント配線板１０１の裏面に搭載する。最後に、プリント配線板１０１の表面において表面実装部品１０２にリフローはんだ付けしてから、プリント配線板１０１の裏面においてフローはんだ付けを行なう。
【００４５】
一方、シルクからなら断熱材料１０６をプリント配線板１０１の裏面にある所定の位置に形成し、次に表面実装部品１０２をプリント配線板１０１に搭載し、リフローはんだ付けをし、最後に挿入部品１０３をプリント配線板１０１に搭載し、フローはんだすることも可能である。
【００４６】
図７は、本実施の形態のプリント配線板１０１の表面図を示している。
【００４７】
プリント配線板の表面２０１には、表面実装部品１０２及び挿入部品１０３が搭載されている。
【００４８】
図８は、本実施の形態のプリント配線板１０１の裏面図を示している。
【００４９】
プリント配線板の裏面のうち、プリント配線板の表面２０１に搭載される表面実装部品１０２の搭載位置に対応する位置にシルクからなる断熱材料１０６が形成されている。
【００５０】
図９は、シルクからなる断熱材料１０６が形成されているプリント配線板１０１における熱の流れを示している。
【００５１】
図９に示すように、シルクからなる断熱材料１０６（以下、断熱材料１０６をいう。）がプリント配線板１０１の裏面３０１に形成されている。
【００５２】
このように、断熱材料１０６を形成することは、断熱材料１０６を形成しない場合における噴流波５０１の熱がプリント配線板１０１を通して表面実装部品１０２に到達する温度を低減することが可能である。
【００５３】
図１０〜図１２を用いて、本実施の形態の断熱効果を説明する。
【００５４】
図１０は、４層板からなるプリント配線板１０１の断面図を示している。
【００５５】
プリント配線板１０１は、樹脂７０１と表面銅箔、裏面銅箔及び内層銅箔（以下、銅箔をいう。）７０２から構成されている。
【００５６】
図１１は、４層板からなるプリント配線板における熱流速の説明図である。
【００５７】
図１１において、樹脂７０１は図１０に示した３層の樹脂７０１のそれぞれの厚さを合計した厚さＬ１を持つ樹脂層である。また、銅箔７０２は図１０に示した４層の銅箔７０２のそれぞれの厚さを合計した厚さＬ２を持つ銅箔層である。
【００５８】
ここで、プリント配線板の裏面の温度、すなわち噴流波５０１の温度に等しい温度をＴ１とする。樹脂７０１と銅箔７０２との境界温度をＴ２とする。プリント配線板の表面温度をＴ３とする。また、樹脂７０１の熱伝導率をλ１とする。銅箔７０２の熱伝導率をλ２とする。
【００５９】
従って、熱流速Ｑ／Ｓは、
Ｑ／Ｓ＝（（λ１×λ２）／（（Ｌ１×λ２）＋（Ｌ２×λ１）））×（Ｔ１−Ｔ３）
となる。
【００６０】
ここで、樹脂７０１の厚さＬ１を０．７４７ｍｍとする。銅箔７０２の厚さＬ２を０．２５３ｍｍとする。また、樹脂７０１の熱伝導率λ１は、０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。銅箔７０２の熱伝導率λ２は、３９５Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。はんだの噴流波５０１の温度Ｔ１を２５０℃として、実際に４層板からなるプリント配線板の表面温度Ｔ３を計測すると、表面温度は２１７℃となることがわかった。
【００６１】
従って、４層板からなるプリント配線板１０１における熱流速Ｑ／Ｓは、上述した設定条件を上記熱流速の計算式に代入し、算出することができる。
【００６２】
図１２は、４層板からなるプリント配線板１０１に断熱材料１０６が形成される場合における熱流速の説明図である。
【００６３】
図１２に示すように、図１１に示すプリント配線板１０１に断熱材料１０６が形成されている。
【００６４】
ここで、断熱材料１０６の厚さをＬａとする。断熱材料１０６の熱伝導率をλａとする。噴流波５０１の温度をＴａとする。断熱材料１０６と樹脂７０１との境界温度Ｔｂをとする。
【００６５】
なお、断熱材料１０６が上述のシルクを用いる場合において、熱伝導率λａは、０．２６Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。しかし、熱抵抗等の影響を考慮して、λａを０．１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）として計算する。
【００６６】
ＴａとＴｂとの温度差をΔＴとして、計算式を立てると、
ΔＴ＝（Ｌａ／λａ）×（Ｑ／Ｓ）
である。
【００６７】
次に、上記求めたれた熱流速Ｑ／Ｓを上記ΔＴの算出式に代入し、ΔＴを算出することができる。
【００６８】
ここで、ΔＴは４層板からなるプリント配線板に断熱材料１０６を形成しない場合より、断熱材料１０６を形成する場合におけるプリント配線板の表面温度の低減値である。
【００６９】
上述した算出方法によれば、８層板からなるプリント配線板全体の厚さが１．６ｍｍの場合では、プリント配線板の表面温度が断熱材料１０６を形成しない場合より約１℃低減されることがわかる。また、８層板からなるプリント配線板全体の厚さが１．０ｍｍの場合では、プリント配線板の表面温度は約１．８℃低減されることがわかる。さらに、１０層板からなるのプリント配線板全体の厚さが１．０ｍｍの場合では、プリント配線板の表面温度は約２℃低減される。
【００７０】
従って、プリント配線板の厚さをより薄くし、かつ銅箔層がより多いプリント配線板を用いて、かかるプリント配線板のフローはんだ付けが行なわれる面に断熱材料を形成すれば断熱効果の高いプリント配線板を実現することができる。
【００７１】
このように、本実施の形態では、通常のプリント配線板を製造する工程において使用するシルクからなる断熱材料をフローはんだ付けが行なわれるプリント配線板の面に形成することによって、断熱効果を発揮することができる。よって、専用冶具を設ける必要がなく、フローはんだの熱による表面実装部品が搭載されるプリント配線板の表面が高温となることを回避できる。すなわち、上述した再溶融剥離と呼ばれる現象の発生を抑止することができる。
【００７２】
また、本実施の形態では、プリント配線板に搭載された電子部品への熱によるダメージを抑止でき、接続信頼性の高いプリント配線板を実現することが可能である。
【００７３】
また、本実施の形態では、通常のプリント配線板の製造工程とほぼ同じ工程で、シルクからなる断熱材料が形成されるプリント配線板を作成することができる。よって、表面実装部品が搭載されるプリント配線板の表面を冷却する冷却風を創出するための冷却装置を設ける必要がない。その結果、プリント配線板の製造設備に大きな設備追加や変更が不要となり、上述した再溶融剥離と呼ばれる現象の発生を抑止できるプリント配線板を低コストで作成することができる。
【００７４】
なお、本実施の形態では、プリント配線板上に多様な電子部品の搭載に対しても適用することができる。
【００７５】
図１３を用いて、本発明の第２実施の形態を説明する。
【００７６】
図１３は、粗加工された断熱材料が形成されるプリント配線板における熱の流れを示している。
【００７７】
図１３に示すように、シルクからなる断熱材料１０６に粒子系の物質を混ぜて、噴流波５０１と接触するシルク１０６の面を粗加工する。粗加工された面を有するシルクからなる断熱材料６０１は、さらに高い断熱効果を発揮することが可能である。
【００７８】
図１３に示すように、噴流波５０１とシルク６０１が有する粗加工された面との間に、空気層６０２ができる。即ち、はんだ自体に表面張力が働くことにより、噴流波５０１の先端部分はおよそ球状になる。その為、粗加工されて凹凸形状となっているシルク６０１の表面全体、例えば凹部には噴流波５０１が接触せず、凹部にもともと存在していた空気が残存して、そのまま空気層６０２が噴流波５０１とシルク６０１との間に形成される。
【００７９】
本実施の形態における断熱効果を説明する。
【００８０】
上述のように、シルクからなる断熱材料１０６に粒子系の物質を混ぜて噴流波５０１と接触する面を粗加工する。粒子の系を５μｍと仮定すれば、空気層の平均の厚さは１．２５μｍとなる。上述した計算方法によって、１０層のプリント配線板の厚さが１．０ｍｍの場合では、プリント配線板の表面温度を約２．７℃低減することができる。なお、空気熱伝導率は０．０２４１Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
【００８１】
このように、粗加工された断熱材料が形成されたプリント配線板は、一層高い断熱効果を発揮することができ、上述した再溶融剥離と呼ばれる現象の発生を抑止することができる。
【００８２】
図１４を用いて、本発明の第３実施の形態を説明する。
【００８３】
図１４は、本発明の第３実施の形態の基本構成図を示している
図１４に示すように、プリント配線板１０１の裏面３０１に、挿入部品１０３に対してフローはんだ付けを行なう部分以外の部分にシルクからなる断熱材料１０６を形成することができる。
【００８４】
このように、本実施の形態は上述した断熱効果を有するプリント配線板を提供することができる。さらに、本実施の形態は、上述したスクリーン版の作成やシルク印刷などを容易に実現することができる。
【００８５】
【発明の効果】
電子部品をプリント配線板に搭載する場合において、はんだ付け方法よりはんだ付けを行なう際に、生じる再溶融剥離と呼ばれる現象の発生を抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】リフローはんだ付け方法による処理過程図。
【図２】フローはんだ付け方法による処理過程図。
【図３】再溶融剥離と呼ばれる現象の説明図。
【図４】本発明の第１実施の形態の基本構成図。
【図５】プリント配線板の製造時に使用されるシルクの一般的用途及び機能図。
【図６】本実施の形態におけるシルクの用途及び機能図。
【図７】プリント配線板の表面図。
【図８】プリント配線板の裏面図。
【図９】断熱材料が形成されるプリント配線板における熱の流れ図。
【図１０】４層のプリント配線板の断面図。
【図１１】４層板からなるプリント配線板における熱流速の説明図。
【図１２】４層板からなるプリント配線板に断熱材料が形成される場合における熱流速の説明図。
【図１３】粗加工された断熱材料が形成されるプリント配線板における熱の流れ図。
【図１４】本発明の第３実施の形態の基本構成図。
【符号の説明】
１０１  プリント配線板
１０２  表面実装部品
１０３  挿入部品
１０４  Ｃｕランド（電極）
１０６  シルクからなる断熱材料
１０７  はんだ
２０１  プリント配線板の表面
３０１  プリント配線板の裏面
５０１  噴流波
６０１  粒子系入りシルクからなる断熱材料
６０２  空気層
７０１  樹脂
７０２  銅箔
【図１】
2004158655.tif 000003
【図２】
2004158655.tif 000004
【図３】
2004158655.tif 000005
【図４】
2004158655.tif 000006
【図５】
2004158655.tif 000007
【図６】
2004158655.tif 000008
【図７】
2004158655.tif 000009
【図８】
2004158655.tif 000010
【図９】
2004158655.tif 000011
【図１０】
2004158655.tif 000012
【図１１】
2004158655.tif 000013
【図１２】
2004158655.tif 000014
【図１３】
2004158655.tif 000015
【図１４】
2004158655.tif 000016