(57)【要約】【課題】特に、融点が高い鉛フリー半田のリフロー半田付け工程における半田付け不良を低減する。【解決手段】電子部品実装工程１２１において電子部品を実装された印刷配線基板１３１に対して、液体塗布工程１３１ではスプレーノズル１３３で塗布液１３４を噴霧する。後工程のリフロー半田工程１４１では塗布された塗布液１３４がクリー厶半田に速やかに熱を伝えるので、少なくとも塗布液を塗布した部分を速やかに、どの部分も均一に暖め、不良の無い均一な半田付けを可能にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
印刷配線基板実装において、部品実装工程と半田リフロー工程との間に液体を塗布する工程を入れたことを特徴とする半田付け方法。
【請求項２】
前記液体はフラックスあるいは半田クリームと相溶性のある液体であることを特徴とする請求項１記載の半田付け方法。
【請求項３】
前記液体はアルコール、水等蒸発後残滓が残らない液体であることを特徴とする請求項１記載の半田付け方法。
【請求項４】
前記液体はブリント基板の特定の部分だけに塗布するようにしたことを特徴とする請求項１記載の半田付け方法。
【請求項５】
少なくとも塗布液を納めた液体タンクと、塗布液を給送するポンプと、塗布液を噴霧するスプレー部と、塗布液を搬送する管体等とを備えた半田付けのための液体塗布装置。
【請求項６】
特定部分塗布のため、複数のスプレーノズルと不要部分への塗布を防ぐ塗布マスキングテンプレートとを設けた請求項５記載の半田付けのための液体塗布装置。
【請求項７】
さらに塗布液の回収のためのバキューム及ぴ冷却液化装置を備えた請求項５記載の半田付けのための液体塗布装置。
【請求項８】
プリヒートの前工程としてリフロー炉と一体化した請求項５から７に記載の半田付けのための液体塗布装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明はＩＣ、チップ部品などの電子部品を高密度実装した印刷配線基板の半田付け方法及びその液体塗布装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来より印刷配線基板にＩＣや電子部品を高密度実装する場合、図８の従来の高密度印刷配線基板の半田付け方法に示すように、クリーム半田印刷工程１０１で印刷配線基板にクリーム半田をメタル版等で印刷、接着剤塗布工程１１１で電子部品固定のための接着剤を塗布し、電子部品実装工程１２１でＩＣ、チップ抵抗、チップコンデンサ等の電子部品を実装した後、リフロー半田工程１４１でリフロー炉を通しての半田付けを行い、実装基板１５０を完成するという手順が一般的である。【０００３】  しかしながら近年環境に関する意識の高まりにより、鉛フリーの半田が要求され、従来の鉛を主成分とした半田（共晶半田：融点１８０数度）に代わる鉛フリー半田が使用されるに至った（たとえば特許文献１の特開２００２−１５８４３３号公報、非特許文献１、２など）。
【特許文献１】  特開２００２−１５８４３３号公報
【特許文献２】  特開２００１−１１４７４７号公報
【非特許文献１】  「鉛フリー半田対応への取り組み」（利昌工業株式会社、ＲＩＳＨＯ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｎｅｗｓ平成１２年１１月１０日）
【非特許文献２】  「鉛フリー半田対応強制対流式Ｎ２リフロー装置」（ＹＡＭＡＴＯ  ＷＯＲＫＳ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，２０００）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  鉛フリー半田としてはＳｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ−Ｂｉ系等々を各社が開発しているが、何れも融点が２２０℃程度と高くなり半田付けが難しくなっている（非特許文献１、２参照）。【０００５】  図４にリフロー炉の一般的な温度カーブを示す。部品の耐熱温度（約２４０℃）の関係からグラフに示すような温度プロファイルが必要である。ここで共晶半田の場合は１８０℃の融点以上の温度にＴ１時間（５０〜７０ｓｅｃ）さらされ、融点以上の温度に十分な時間だけさらされるが、それより４０℃高温の融点を持つ鉛フリー半田（融点が２２０℃の場合）は融点以上の温度にＴ２時間（２０〜４０ｓｅｃ）しかさらされず、溶融条件が非常に不利で、より高精度の半田技術を要求され、種々の条件によっては十分半田が溶融しない場合が多かった。【０００６】  ここで図中のカーブのｌ６０℃程度の時間Ｑ（６０〜９０ｓｅｃ）はプリヒート時間でありワークを均一に暖めて本半田加熱がより確実に出来るようにするためのものである。【０００７】  鉛フリー半田の難しさは、特にＩＣの内でもＩＣのリードピッチの小さいＳＯＰやＱＦＰという形状において、印刷配線基板のラインでの流し方向、実装密度、電解コンデンサなどの異形状の部品集まり具合等により大幅に変わり、例えばリフロー炉に入る印刷基板の先端部近くに設けられたＩＣリードは充分に半田付けされない場合が多く発生する。【０００８】  具体的な例として、実装されてリフロー半田炉内に入った時の温度の状態は、図７の矢印で示すラインの方向に流れていくと、ＳＯＰやＱＦＰ形状のＩＣリード端子部の温度は、基板の流れ方向、部品の熱容量、密集度、ヒーターの位置、炉内の風の流れ、等によって影響され、結果として図７のＩＣのリード端子の前側のＦ１、Ｆ２部分は、リード端子の後ろ側のＲ１、Ｒ２部分より温度が低くなる。そしてＦ１、Ｆ２の部分の半田付けが不良となりやすい。【０００９】  このＦ１、Ｆ２部分の温度の時間経過を実測したものを図５のＢカーブで示している。Ａカーブは後述する本発明の不良の発生が見られないＲ１，Ｒ２部分の温度カーブである。またＣカーブは基板上面や電解コンデンサの表面温度である。このグラフのカーブが部品の耐熱温度（約２４０℃）を越えると部品不良が発生する。例えば電解コンデンサの場合は劣化が始まる。ここでグラフＢによれば本半田の融点以上の加熱時間がｔ２しかなく、半田溶融が充分でないことがグラフからも読みとれる。【００１０】  参考までに不良の実体を示すと、不良の半困付け部を拡大したのが図６ａであり半田部の中間層に剥離部（クラック）が発生する（低融点金属の濃化現象）。【００１１】  したがって図６ｂのように荷重ダイアルゲージで剥離強度を測定すると、５ｇから２０ｇ程度で剥離するものであった。良品部は５００ｇから８００ｇ程度であるので、その差は歴然である。【００１２】  またこの不良は全ての基板の同じ場所で発生する（全数不良）ので、やり直し作業が大変であった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】  これらの問題を解決するために本発明の半田付け方法は、印刷配線基板実装において、図１に示すように部晶実装工程と半田リフロー工程のと間に液体を塗布する工程を入れたことを特徴とする。【００１４】  この方法において前記液体はフラックスあるいは半田クリームと相溶性のある液体であることを特徴とするものであり、また前記液体はアルコール、水等蒸発後残滓が残らない液体であることを特徴とするものであり、さらに前記液体はブリント基板の特定の部分だけに塗布するようにしたものであってもよい。【００１５】  またこれらの問題を解決するための本発明の液体塗布装置は、少なくとも塗布液を納めた液体タンクと、塗布液を給送するポンプと、塗布液を噴霧するスプレー部と、塗布液を搬送する管体等とを備えたものである。【００１６】  そして、この装置において、特定部分塗布のため、複数のスプレーノズルと不要部分への塗布を防ぐ塗布マスキングテンプレートとを設けてもよい。【００１７】  また、この装置において、塗布液の回収のためのバキューム及び冷却液化装置を備えてもよい。【００１８】  さらに、この装置において、プリヒートの前工程としてリフロー炉と一体化してもよい。
【発明の効果】
【００１９】  本発明は上記の半田付け方法、および上記液体塗布装置によって、リフロー前の半田付け部分が液体でぬれることにより、短時間で半田の融点まで温度が上昇し、十分に加熱されることにより半田付けが確実に行え、半田付け不良を防ぐように作用するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】  以下、図面を用いて本発明の一実施形態について詳細な説明を行う。図１は本発明の一実施形態における半田付け方法の各工程を示す説明図、図２は同じく一実施形態における液体塗布装置の断面図、図３は液体塗布装置による印刷配線基板への液体塗布状況を示す斜視図である。【００２１】  図１において、本実施形態の半田付け方法の工程は、クリーム半田印刷工程１０１、接着剤塗布工程１１１、電子部品実装工程１２１、液体塗布工程１３１、リフロー半田工程１４１よりなり、完成品１５１を得る。
各部の詳細を説明すると、クリーム半田印刷工程１０１では、印刷配線基板１０２の電子部品実装面１０３を上にして、メタル版１０４を上から圧着してスキージー１０５を一方の端辺から他方の端辺に向けて摺動させてクリーム半田１０６を印刷配線基板１０３上にスクリーン印刷する。すなわち半田付けしたい部分にクリーム半田１０６が適量ずつ付着される。【００２２】  接着剤塗布工程１１１では、前工程を終わった印刷配線基板１１２にＸ−Ｙ移動ロボット１１３の接着剤塗布部１１４から接着剤１１５を、電子部品を実装すべきところに塗布する。【００２３】  電子部品実装工程１２１では、前工程を終わった印刷配線基板１２２にＸ−Ｙ移動ロボット１２３の電子部品チャック部１２４でＩＣ１２５、チップ部品１２６、コンデンサ１２７などを実装する。【００２４】  液体塗布工程１３１では、前工程を終わった印刷配線基板１３２にスプレーノズル１３３で液体１３４を噴霧塗布する。この液体については後述する。【００２５】  リフロー半田工程１４１では前工程を終わった印刷配線基板１４２をリフロー炉１４３のコンベア１４４上に載置し、適度な速度で移送する。その間にヒーター１４５により所定の温度、所定の時間加熱する。このヒーター１４５は複数組配置され、入り口付近は低温に、次第に高温にして図４のような温度プロファイルを得る。そして冷却装置１４６で冷却されて完成品１５１が得られる。ファン孔１４７から炉内に送風して印刷配線基板移送方向と直角方向の温度を均一化する。【００２６】  ここで本発明の特徴である液体塗布工程の原理について説明する。一般的に気体と液体の熱伝導率には大きな差があり、液体は気体の２５倍であると言われている。また熱容量にも差がある。従って実装され、且つ乾燥した印刷配線基板をリフロー炉の中で周囲の熱風（空気）により暖めようとすると時間がかかる。しかし電子部品の耐熱時間の関係より長く熱することは出来ない。場所により加熱時間が不十分な所は充分半田が溶融せず半田付け不良となる。【００２７】  これを解決するには、一つの手段として、乾燥した印刷配線基板と熱風（空気）の間に少しの溶剤や水などの液体を介在させると解決出来る。これは例としてサウナの中で身体が濡れている時と、タオルで拭いて、身体を乾燥させている時の熱さの差を感じてもらうと明自に判るように、熱風と乾燥した物との間に少しの液体を介在させると早く熱が伝わり熱くなる。逆に濡れた衣類を着ていると早く冷えるのを良く体験する。【００２８】  本発明はかかる原理を応用して実装した印刷配線基板をリフロー炉内で、少なくとも塗布液を塗布した部分を速やかに、どの部分も均一に暖め、不良の無い均一な半田付けしようとするものである。【００２９】  ここでは液体塗布とは、刷毛、筆等で液体を手塗りしてもよく、柔らかいローラーで転写してもよく、また図２に示すような液体塗布塗布装置で液体を噴霧・噴射しても良い。図２の液体塗布装置は装置筐体２０１中に塗布液２０２を納めた液体タンク２０３、塗布液２０２を給送するポンブ２０４、塗布液を噴霧するスプレーノズル２０５や不必要なところに塗布液を飛ばさないためのスプレーカバー２０６や飛散した塗布液を回収するバキューム用��バー２０７等を備えたスプレー部２０８、ワークである印刷配線基板２０９を搬送する印刷配線基板搬送コンベア２１０、気化した塗布液を吸引するバキュームファン２１１、気化した塗布液を冷却して液化する冷却装置２１２、液化した塗布液を貯蔵する回収タンク２１３、この液体塗布装置を制御する制御回路２１４等で構成されている。【００３０】  この液体塗布装置による塗布状況を示す図３とともに説明する。塗布液２０２は給送ポンプ２０４でスプレー部２０８に送られ、スプレーノズル２０５で噴霧されて印刷配線基板搬送コンベア２１０上の印刷配線基板２０９に展着する。マスキング用のスプレーカバー２０６やバキューム用カバー２０７は塗布時に不要な液体をまき散らしても不経済であり、環境上問題があるので、不要な所に塗布しないために用いる。さらにマスキングのために印刷配線基板ごとに図示しないテンプレートのような物を用意しても良い。飛散した塗布液はバキュームファン２１１でバキュー厶され、冷却装置２１２で冷却されて回収タンク２１３に回収される。【００３１】  ここで塗布する液体としては、リフロー炉内でクリーム半田や電子部品の状態に影響が少ないものでなければならない。また半田付け後も電子部晶の電気特性や絶縁性や耐久性にも影響があってはならない。また、蒸発後に残滓が残らないものが望ましい。従って、クリーム半田やフラックスと相溶性のある溶剤、たとえばアルコール、特にイソプロピルアルコールや、フラックスの希釈液、また有機溶剤や純度の高い水、等が好ましい。
また石油系やテンペル系溶剤でも可能である。【００３２】  さらに塗布量にもよるが乾燥までの時間等を考慮しなければならないので、ある程度粘度がある塗料、顔料であっても良い。特殊なものは電子部品との相性の実績が無く使いづらいので、上記のようにクリーム半田やフラックスなどと相溶性のある液体が無難である。【００３３】  この発明の基本的な発想に従えば、使用する液体は上記例示されたものに限定されないことは容易に理解できるであろう。リフローの時、クリー厶半田の濡れ性を考えた時、一般的なクリーム半田の場合、その溶剤であるイソプロピールアルコールが良いようである。すなわち、クリー厶半田と相溶性のあるイソプロピールアルコールを用いて、クリーム半田の粘度が下がっても、リフロー炉内で蒸発し、半田溶融による表面張力で、クリーム半田がリード端子に引き寄せられるので実用上問題がない。実験結果からは通常の製造工程では、クリーム半田の溶剤が炉内に入る前から蒸発し、それが半田の濡れ性に影響しているので、クリーム半田と相溶性のあるイソプロピールアルコールを追加して吹きかける事により、半田の濡れ性も改善することが判明した。【００３４】  液体としての水の使用に関しては、特許文献２の特開２００１−１１４７４７号公報にあるような水溶性半田フラックス組成物を用いるときには上記と同様な理由で、相溶性のある水や水をベースとする水溶性樹脂の溶液が用いられるであろう。【００３５】  なお、図では液体塗布装置を独立して設けたが、リフロー炉の前段として図示しないリフロー炉と一体化して設けても良い。【００３６】  また図２では印刷配線基板を印刷配線基板搬送コンベアで搬送するように説明したが、コンベアがなく、印刷配線基板を固定しておいて液体を塗布してもよい。また、所定位置まで搬送して、そこで停止してから塗布してもよい。これは固定のスプレーノズルを用いたり、テンプレートを用いて特定部分だけに塗布するような場合に適したやり方である。【００３７】  また、上記実施形態における液体塗布装置の構成は一例であり、この他にもローラによる転写、手を用いた刷毛による塗布等、いかなる方法であっても、液体を塗布できるものであればよい。【００３８】  さらに、液体塗布工程の前後の工程の詳細は、ここで述べたのは一例であり、適宜変更して実施しても差し支えない。
【産業上の利用可能性】
【００３９】  この様に本発明の方法および装置を用いると、従来の方法であれば、温度上昇は図５のカーブＢのような状態であったものが、本発明によれば液体で濡れることにより早く熱せられてカーブＡのような温度状態となる。【００４０】  このような温度状態になればクリーム半田も充分加熱されて所定のＴ２時間で十分な温度に加熱されて溶融し、剥離などの半田付けの不良が発生しなくなり、品質向上と原価低減という産業上有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における半田付け方法の各工程を示す説明図
【図２】同じく一実施形態における液体塗布装置の断面図
【図３】同じく一実施形態における液体塗布装置による印刷配線基板への液体塗布状況を示す斜視図
【図４】リフロー炉内の温度プロファイルを示す図
【図５】印刷配線基板上の温度状態を示す説明図
【図６】半田付け不良状況を示す図
【図７】従来の半田付け方法における不良発生箇所の説明図
【図８】従来の半田付け方法における各工程を示す説明図
【符号の説明】
１０１  クリーム半田印刷工程
１１１  接着剤塗布工程
１２１  電子部品実装工程
１３１  液体塗布工程
１３３  スプレーノズル
１３４  液体
１４１  リフロー半田工程
１５１  完成品
２０２  塗布液
２０３  タンク
２０４  ポンプ
２０５  スプレーノズル
２０６  スプレーカバー
２０７  バキューム用カバー
２０８  スプレー部
２０９  印刷配線基板
２１０  印刷配線基板搬送コンベア
２１１  バキュームファン
２１２  冷却装置
２１３  回収タンク
２１４  制御回路
【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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