(57)【要約】【課題】簡易な工程により、装置内部品の小型化やこれに伴う部品形状の複雑化に対応して、リフロー処理本来の高い生産性を確保し得る電子機器回路装置の製造方法を提供する。【解決手段】表面２１及び裏面２２の両面間の肉厚が不均等な金属ベース２０の表面２１に回路パターンを形成して成る回路基板３１に対して、はんだ付け処理により電子部品３２を実装して電子機器回路装置を製造するために、表面２１と裏面２２とから成る肉厚の異なる回路基板表面領域ごとに融点が異なるはんだをそれぞれ離隔して添加する工程と、電子部品３２を載置する工程とから成る第１段階と、この第１段階の回路基板３１を有する金属ベース２０に対して加熱を行う第２段階と、この第２段階で加熱した金属ベース２０を冷却する第３段階とを行う。融点の異なるはんだの替りに、同融点のはんだの添加量を増減させて添加しても良い。【選択図】図３
2004319734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表裏両面間の肉厚が不均等な金属ベースの表面に回路パターンを形成して成る回路基板に対して、
昇温特性の異なる前記回路基板表面領域ごとに温度特性が異なるはんだをそれぞれ離隔して添加する工程と、
前記電子部品を載置する工程と、
から成る第１段階と、
該第１段階の回路基板を有する金属ベースに対して加熱を行う第２段階と、
該第２段階で加熱した金属ベースを冷却する第３段階とを備える、
ことを特徴とする電子機器回路装置の製造方法。
【請求項２】
前記はんだの温度特性として融点を用い、前記第１段階で、前記昇温速度の異なる表面領域ごとに融点の異なるはんだをそれぞれ離隔して添加することを特徴とする請求項１に記載の電子機器回路装置の製造方法。
【請求項３】
前記はんだの温度特性として熱容量を用い、前記第１段階で、前記昇温速度の異なる表面領域ごとに熱容量の異なる同融点のはんだをそれぞれ離隔して添加することを特徴とする請求項１に記載の電子機器回路装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器回路装置を製造する方法に関し、特に、平坦表面直下の肉厚を不均等に形成した回路基板に対し、リフロー炉によるはんだ付け処理を用いて上記装置を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回路基板上に電子部品を実装する際に多用されるはんだ付け処理は、電子機器回路装置の製造技術に重要であり、放熱フィンの片面側に回路部分を実装する際などに用いられる。（例えば、特許文献１。）
【０００３】
また、回路基板上では多様な電子部品が大量に実装可能であるのが理想的であり、このため、熱容量の異なる多岐の部品をはんだ付け処理の対象とする傾向が強い。そして、このような多種類の電子部品への対応を考慮するものとして、特許文献２及び３に示すリフロー処理方法が開示されている。
【０００４】
リフロー処理方法は、高い生産性ではんだ付け処理を行うもので、例えば、図１に示すような搬入口１と搬出口２とを連通させて設けたリフロー炉３を用いるのが一般的である。リフロー炉３の内部は、搬入口１から搬出口２への搬送を可能とするベルトコンベア等の搬送路４と、この搬送路４を挟んで対向する上部及び下部ヒータ５、６とが設けられている。リフロー炉３を用いて、回路基板上に電子部品８を実装するに際しては、あらかじめ、リフロー炉３の外部において、ベース７上の絶縁体物質７ａに銅箔等の導電性物質を貼り付けたものに対して、エッチング加工等を行って回路基板８を形成し、この回路基板８上で電子部品９の載置部分にクリームはんだを添加する。そして、電子部品９を載置した状態の回路基板８を、搬送路４により搬入口１から搬出口２方向へ搬送させ、この搬送中に、上下ヒータ５、６により加熱する。ヒータ５、６の加熱により基板８上に添加したクリームはんだは融点に達して溶融し、その後、回路基板８を搬出口２から搬出すると基板８の除冷に伴ってはんだが固化し、最終的に電子部品９が回路基板８に固着して、その実装作業が終了する。
【０００５】
このようなリフローはんだ処理は、旧来のはんだごてを用いる直接装着作業に比べ、生産性が格段に高く大量生産が可能なことから、回路基板上への電子部品の実装工程に多用される。
【０００６】
そして、昇温特性の異なる電子部品間でのはんだ付け処理の進行のばらつき及びこのばらつきに伴う部品品質の劣化を防止するため、特許文献２に示すものは、熱容量の異なる電子部品に応じて、加熱手段（近赤外線ヒータと遠赤外線ヒータ）を選択し、また、特許文献３のものは、予備加熱や本加熱などの加熱工程ごとにはんだ付け処理対象物の搬送速度を相異させている。
【０００７】
【特許文献１】
実開平５−８７９５６号公報（第５〜９頁、図１及び２）
【０００８】
【特許文献２】
特開平８−６４９５４号公報（第４〜１３頁、図１、６及び７）
【０００９】
【特許文献３】
特開２０００−１８３５１１号公報（第３〜６頁、図１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように特許文献１に示すものは、多種類の電子部品の実装工程ごとにはんだ付け処理や耐熱性接着剤により接合を行うため工程が煩雑になり生産性に難点がある。
【００１１】
また、この欠点を補うはずのリフロー処理による特許文献２及び３のはんだ付け方法も、工程が複雑であるため、これがタクトタイムの長期化要因となり、生産性の向上には限界がある。
【００１２】
さらに、近年の電子機器回路装置は、小型化及び軽量化の進展が顕著であり、例えば、モータ装置においては、モータ部と制御基板部とを一体構成するなどの工夫が為されている。
【００１３】
これに伴い、回路装置設計上の制約が多くなり、例えば、特許文献１のものの放熱フィンは占有スペースが大きいためそのままで搭載することは歓迎されない。また、基板部の形状の複雑化が避けられず、このため、特許文献２及び３のはんだ付け処理を行っても、実装する電子部品より格段に大きな熱容量を有する基板部内に熱容量の偏りが生じ、電子部品ごとに行ったはずの対応の効果が減殺されてしまう。即ち、電子部品を実装する表面領域直下の基板部の熱容量が異なることにより、はんだ添加部分での昇温不足に起因して融点温度への到達遅延が生じてはんだ処理が確実に行われなかったり、その逆に、局所的に所期以上の過熱を招いて電子部品の劣損が生じたりするおそれがある。
【００１４】
本発明は、上記問題点に鑑み、簡易な工程により、装置内部品の小型化やこれに伴う部品形状の複雑化に対応して、リフロー処理本来の高い生産性を確保し得る電子機器回路装置の製造方法を提供することを課題としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、表裏両面間の肉厚が不均等な金属ベースの表面に回路パターンを形成して成る回路基板に対して、はんだ付け処理により電子部品を実装して電子機器回路装置を製造するために、昇温特性の異なる回路基板表面領域ごとに温度特性が異なるはんだをそれぞれ離隔して添加する工程と、電子部品を載置する工程とを第１段階として行うものとする。
【００１６】
これによれば、第１段階において、基板表面領域ごとにその昇温特性に応じたはんだを添加することにより、第１段階の金属ベースに対して加熱を行うその後の第２段階を経る際に昇温速度差が生じても、これに伴って生じる、はんだ付け処理進行の相異を解消することができる。
【００１７】
例えば、はんだの温度特性としてその融点に着目し、第１段階において、昇温速度の異なる表面領域ごとに融点の異なるはんだをそれぞれ離隔して添加する。即ち、昇温速度の大きい表面領域で高い融点のはんだを用い、昇温速度の小さい領域で低い融点のはんだを用いることにより、はんだ添加部分がほぼ同時期にそれぞれ融点に到達し、この結果、基板上のはんだ付けのタイミングが揃うことになる。
【００１８】
また、例えば、はんだの温度特性としてその熱容量に着目し、第１段階において、昇温速度の異なる表面領域ごとに熱容量の異なる同融点のはんだをそれぞれ離隔して添加する。即ち、昇温速度の大きい表面領域で大きい熱容量のはんだを用い、昇温速度の小さい領域で小さい熱容量のはんだを用いることにより、やはり、はんだ添加部分がほぼ同時期にそれぞれ融点に到達し、この結果、基板上のはんだ付けのタイミングが揃うことになる。
【００１９】
さらに、第２段階で加熱した金属ベースに対し、大気中に放置したり低温恒温槽へ搬入したりするなどして冷却を行う第３段階を経るものとする。これにより、上記したようなタイミングの揃った状態ではんだ付けを終了することができる。
【００２０】
即ち、上記の第１乃至第３に亘る段階を経ることにより、基板上のそれぞれのはんだ添加部分においてはんだ付けのタイミングを揃えることができるので、タクトタイムの長期化を防ぎ、効率良く電子機器回路装置を製造することが可能になる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図２（ａ）は、本発明に用いる金属ベース２０の裏面を表す概観図である。図２（ｂ）の側面図に示すように、金属ベース２０の表裏両面のうち、表面２１は基板回路の形成のため平坦面形状であり、裏面２２はモータとの直結を想定した凹凸形状となっており、金属ベース２０そのものがモータハウジングの一部として兼用される。即ち、図２（ａ）の正面図や図２（ｃ）の斜視図に示されるように、金属ベース２０の裏面２２には、モータ用軸受部２３やケーブル穴部２４や取付け用ブラケット２５などが設けられて起伏の多い複雑形状となっている。また、上記した金属ベース２０の平坦表面２１上の基板回路は、この表面２１上に熱可塑性の絶縁シートを介して被覆した銅材料等の導電材料に対してエッチング加工などを行い、これにより回路パターンを形成して得られる。
【００２２】
上記の金属ベース２０を用いる本発明の工程図を図３に示す。本工程の第１段階で、裏面２２に複雑形状を有する金属ベース２０の平坦表面２１上に絶縁シート３０を介して形成した基板回路３１の接合予定部分に、公知の印刷法によりクリームはんだ（図示せず）の印刷を行い、さらに、この接合予定部分にＩＣリードやリード端子あるいはチップ部品などの電子部品３２を載置する。この際に、金属ベース２０の表面２１直下の肉厚が比較的大きい部分には、低融点材質のはんだＬを印刷により添加し、肉厚が比較的小さい部分には高融点材質のはんだＨを印刷する。
【００２３】
なお、はんだＨ及びＬの印刷による添加時に、はんだＨとＬとが接触していると、その後のはんだ溶融時にはんだ同士が混在し、それぞれの添加部分で所期のはんだ温度特性を得ることが難しくなる。このため、表面２１上へのはんだ添加の際は、はんだＨ及びＬによる各添加部分を互いに充分離隔する必要がある。
【００２４】
また、はんだの融点は、はんだ中の金属配合量を調整することにより上昇及び下降させることできる。即ち、例えば、スズ、ビスマス、鉛の３金属を配合した三元系はんだの場合、鉛金属の配合量を増減することで融点の変更が可能となる。このようにして、上記した高融点はんだＨ及び低融点はんだＬが容易に得られる。
【００２５】
そして、この状態で金属ベース２０を、公知の搬送手段により搬入口３３ａを介して、リフロー炉３３内部の通電加熱したホットプレート３４上に搬送して、基板回路３１上のクリームはんだが溶融できるようにリフロー炉３３内部の加熱（例えば１８０〜２３０℃）を行い、これを第２段階とする。
【００２６】
このとき、表面２１直下の肉厚の大きい部分は、熱容量が大きいため、肉厚の小さい部分より昇温速度が遅くなるが、上記したように大肉厚部分に低融点はんだＬを、小肉厚部分に高融点はんだＨを、それぞれ添加しているので、それぞれのはんだが溶融するタイミングを揃えることができる。
【００２７】
また、上記のように表面２１直下の肉厚に応じて融点の異なるはんだを添加する替りに、同融点のはんだを用い、肉厚に応じてこのはんだの添加量を相異させるようにしても良い。即ち、大肉厚部分に少量のはんだを添加し、小肉厚部分に多量のはんだをそれぞれ添加すると、小添加量のはんだ部分は熱容量が小さく、大添加量のはんだ部分は熱容量が大きいため、やはり、はんだが溶融するタイミングを揃えることができる。
【００２８】
なお、上記いずれの場合も、はんだの溶融を左右する熱容量を考慮するにあたって、電子部品３２の影響を取り入れていない。これは、金属ベース２０と電子部品３２とで格段の体積格差があり、全体の熱容量に占める電子部品３２の影響は限定的に留まるからである。このため、熱容量の大小は実質的に金属ベース２０の肉厚に依存するものとした。
【００２９】
ところで、本第２段階においてホットプレート３４を加熱手段として用いるのは、金属ベース２０の表面２１上に添加したそれぞれのはんだへの熱量供給を、熱容量の異なる金属ベース２０の肉厚方向に行うためである。さらに、表面２１上に載置した電子部品３２に対して、従来例（例えば、図１及び特許文献２）に示すように直接の熱照射が行われてこれが劣損するのを避けるためでもある。即ち、金属ベース２０の裏面に対する下部からの加熱手段であれば、コイルヒータや赤外線放射ヒータを用いても良い。なお、上部からのヒータや炉中雰囲気全体を加熱するリフロー炉を用いる場合、電子部品３２を覆うカバー（図示せず）を回路基板３１上に載置することで、電子部品３２の劣損を防ぐことが可能となる。
【００３０】
そして、それぞれのはんだを溶融させた後に、金属ベース２０を搬出口３３ｂからリフロー炉３３の外部に搬出させる。そして、第３段階として冷却することによりはんだを固化させて回路基板３１上に各電子部品３２を固着させる。
【００３１】
このような冷却手段としては、自然冷却の他、低温恒温槽への搬入などの公知手段を用いることができるが、上記したように金属ベース２０の肉厚に対応して熱容量の偏りがあり、特に、大肉厚部分の冷却には比較的長時間を要することになる。このことは、生産性向上の阻害要因となるばかりか、大肉厚部分に固着された電子部品３２の高温状態の長期化をも招くことになり、部品劣損が発生するおそれが生じる。
【００３２】
このため、本実施の形態においては、リフロー炉３３の搬出口３３ｂから金属ベース２０を搬出した後に、直ちに図４に示す型部材４０を取り付けることとした。図４に示すように、型部材４０は、図２のモータ用軸受部２３やケーブル穴部２４や取付け用ブラケット２５の凸部や凹部にそれぞれ対応して嵌合できるように、軸受部用溝４３、ケーブル穴用溝４４、ブラケット用溝４５などが形成されている。また、型部材４０の材質は、金属ベース２０と同等の熱伝導度を有する熱伝導体を用いている。
【００３３】
そして、金属ベース２０よりも低温にした状態で型部材４０を、金属ベース２０に嵌合させ、このようにして冷却を行うことにより第３段階が終了し、本実施の形態の全工程が完了する。
【００３４】
なお、上記本実施の形態においては、金属ベース２０及び型部材４０の材質として、金属または合金を想定しているが、カーボンコンポジット素材やセラミックス等、必要な耐熱性及び熱伝導性を備えるものであれば、金属材料に限定されずに樹脂製のものを用いても良い。さらに、ベース２０に低導電性材料を用いると、上記の熱可塑性絶縁シート３０が不要になり、回路基板３１の構成材料を簡略化する効果が得られる。
【００３５】
また、本実施の形態では、回路基板３１を形成する金属ベース２０の表面２１を平坦面としてクリームはんだ印刷機を用いるものとしたが、表面２１が非平坦面である場合は、えぐれ（スクイーズ）作用により添加精度が低下するおそれがあり、はんだ印刷機の使用が難しくなる。この場合は、シート状はんだを必要な形状に裁断して表面２１上に添加することにより、はんだ印刷法の代替とすることができる。
【００３６】
さらに、本実施の形態では、金属ベース２０の裏面２２をモータハウジングの一部としたが、これは複雑形状の裏面２２の一例として示したに過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。裏面２２の複雑形状を与える例として、ヒートシンクや別の用途の金属ケースを挙げることも可能である。また、金属ベース２０の表面２１についても、基板回路形成用の平坦表面形状のものとしたが、本発明はこれに限定されることない。即ち、表面２１が複雑形状のものであっても、表面２１上のはんだ添加部分直下の肉厚に応じて、はんだＨ及びＬの融点や添加量を調整してその温度特性を変更することにより、同様のリフロー処理を行うことができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の電子機器回路装置の製造方法によれば、基板形状が複雑になっても、基板肉厚が異なる部分などで昇温特性格差の原因となる熱容量の偏りが生じても、これに対応して融点や熱容量などの温度特性が異なるはんだを添加することにより、基板上のはんだ添加部分ではんだ付けのタイミングを揃えることができる。そして、これにより、タクトタイムの長期化を防いだ高効率のリフロー処理を行うことができる。
【００３８】
さらに、リフロー処理後の冷却時に低温の型部材を基板ベース部に嵌合させることにより、はんだ付け処理の効率をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のリフロー処理工程を示す略断面図
【図２】（ａ）本発明において用いる金属ベースの裏面正面図
（ｂ）本発明において用いる金属ベースの側面図
（ｃ）本発明において用いる金属ベースの斜視図
【図３】本発明で用いるリフロー処理工程図
【図４】本発明において用いる型部材の斜視図
【符号の説明】
３  ３３          リフロー炉
５  ６            ヒータ
８  ３１          回路基板
９  ３２          電子部品
２０              金属ベース
２１              表面
２２              裏面
３４              ホットプレート
４０              型部材
Ｈ                高融点はんだ
Ｌ                低融点はんだ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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