(57)【要約】  プリント配線板（４５）に部品を実装するはんだ付けする場合に、部品がはんだ付けされたプリント基板を、高酸素濃度酸素雰囲気中で加熱し、接合部（１０９、１１１〜１１４）の表面に酸化膜（３１〜３９）を形成することにより、プリント配線板のリフロ時にプリント配線板の表面にはんだ付けされた部品の落下、位置ずれ、プリント配線板からの浮きを防止した。
2008015731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント配線板に部品をはんだ付けするはんだ付け方法において、
前記部品を前記プリント配線板にはんだ付けする工程と、
前記部品がはんだ付けされたプリント基板を、高濃度酸素雰囲気中で加熱し、前記部品と前記プリント配線板とのはんだ接合部表面に酸化膜を形成する工程と、を有することを特徴とする、はんだ付け方法。
【請求項２】
前記はんだ付け方法において、
前記はんだ付け工程は、低濃度酸素雰囲気中で前記部品が搭載された前記プリント配線板を加熱することを特徴とする、請求項１に記載のはんだ付け方法。
【請求項３】
前記はんだ付け方法において、
前記低濃度酸素雰囲気は、窒素ガス雰囲気であることを特徴とする、請求項２に記載のはんだ付け方法。
【請求項４】
プリント配線板に部品をはんだ付けするはんだ付け方法において、
前記プリント配線板上にはんだを塗布する工程と、
前記はんだ上に部品を搭載する工程と、
前記部品が搭載されたプリント配線板を、低濃度酸素雰囲気中ではんだ溶融温度以下の温度にて加熱する工程と、
前記プリント配線板を、低濃度酸素雰囲気中ではんだ溶融温度異常の温度にて加熱する工程と、
前記プリント配線板を、高濃度酸素雰囲気中で加熱する工程と、を備えたことを特徴とするはんだ付け方法。
【請求項５】
プリント配線板の両面に部品を実装する部品実装方法において、
前記プリント配線板の第一の面に、部品をはんだ付けする工程と、
前記部品がはんだ付けされたプリント配線板を、高濃度酸素雰囲気中で加熱する工程と、
前記プリント配線板の第二の面に、部品をはんだ付けする工程と、を備えたことを特徴とする部品実装方法。
【請求項６】
前記部品実装方法において、
前記はんだ付け工程は、不活性雰囲気下で行われることを特徴とする、請求項５に記載の部品実装方法。
【請求項７】
プリント配線板上に部品をはんだ付けするはんだ付け装置において、
部品が設置されたプリント配線板を不活性雰囲気下で加熱して、前記部品のはんだ付けを行う第一の加熱部と、
前記はんだ付けされたプリント基板を、高濃度酸素雰囲気中で加熱する第二の加熱部と、を備えたことを特徴とする、はんだ付け装置。
【請求項８】
前記はんだ付け装置において、
前記第一の加熱部と、前記第二の加熱部との間に、前記不活性雰囲気と前記高濃度酸素雰囲気との混合を防ぐガス仕切りゾーンが更に設けられたことを特徴とする、請求項７に記載のはんだ付け装置。
【請求項９】
前記はんだ付け装置において、
前記ガス仕切りゾーンでガスが排気されることを特徴とする、請求項８に記載のはんだ付け装置。
【請求項１０】
プリント配線板上に部品をはんだ付けするはんだ付け装置において、
部品が設置されたプリント配線板を不活性雰囲気下で加熱して、前記部品のはんだ付けを行う加熱部と、
前記加熱部から搬送されたプリント基板に、高濃度酸素ガスを吹き付ける吹きつけ部と、を備えたことを特徴とする、はんだ付け装置。
【請求項１１】
部品が搭載されたプリント配線板の製造方法において、
不活性雰囲気あるいは低濃度酸素雰囲気中で、前記プリント配線板に部品をはんだ付けする工程と、
前記部品がはんだ付けされた後のプリント基板を、高濃度酸素雰囲気中で加熱し、はんだ接合部の表面に酸化膜を形成する工程と、を有することを特徴とするプリント配線板の製造方法。
【請求項１２】
前記プリント配線板の製造方法において、
低濃度酸素雰囲気は、酸素濃度が２０００ＰＰＭ以下であることを特徴とする、請求項１１に記載のプリント配線板の製造方法。
【請求項１３】
前記プリント配線板の製造方法において、
前記高濃度酸素雰囲気は、酸素濃度が２０％以上であることを特徴とする、請求項１１に記載のプリント配線板の製造方法。
【請求項１４】
はんだ付けされた部品が搭載されるプリント配線板の製造方法において、
前記プリント配線板の第一の面上に部品を搭載する工程と、
前記第一の面に部品が搭載されたプリント配線板を、低濃度酸素雰囲気中ではんだ溶融温度以上の温度にて加熱する工程と、
前記プリント配線板を、高濃度酸素雰囲気中で加熱する工程と、
前記プリント配線板の第二の面上に部品を搭載する工程と、
前記第二の面に部品が搭載されたプリント配線板を、低濃度酸素雰囲気中ではんだ溶融温度以上の温度にて加熱する工程と、を備えたことを特徴とするプリント配線板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプリント配線板に部品を実装するはんだ付け方法及び装置に関し、より詳細には、第１の表面にはんだ付けされた部品が裏面についた状態で２回目のリフロ時に裏面の部品の落下を防止するプリント配線板の両面に部品を実装するはんだ付け方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は従来のプリント配線板の両面に部品を実装するはんだ付け方法及び装置を説明するためのプリント配線板の断面図である。図１において、１０１は両面の必要箇所に予めはんだが塗布されるプリント配線板（ＰＣＢ）、１０２〜１０７はリフロはんだ付けによりリード線を含めたはんだ接合部に接続された部品、１０８はＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）、１０９ははんだの塊であるバンプ、１１１〜１２２はリード線を含めたはんだ接合部、１２３〜１２６は接着剤、１０１１はＰＣＢ１０１の第一の面、１０１２はＰＣＢ１０１の第二の面である。部品としては、大型ＩＣまたはモジュール等の重量部品がある。【０００３】
従来のリフロソルダリングプロセスでは一般的に、（１）ＰＣＢへのはんだペースト印刷、（２）ＰＣＢへの接着剤塗布、（３）ＰＣＢへの部品搭載、（４）リフロソルダリング、（５）自動外観検査の工程が行われる。１回目のリフロではＰＣＢの第一の面１０１１への部品装着が行われ、上記工程中の（１）、（２）、（３）、（４）の工程が行われる。２回目のリフロでは、ＰＣＢの第二の面１０１２への部品装着が、第一の面１０１１への部品装着に続いて行われ、（１）、（３）、（４）の工程が行われる。そして、ＰＣＢ上に部品が装着された後に両面をまとめて（５）の工程が行われる。プリント回路板の完成体としては図１に示すようになる。【０００４】
上記（４）のリフロソルダリングの工程は、リフロ加熱装置により、１２０℃〜１６０℃の予備加熱ゾーンと２０５℃〜２３５℃の本加熱ゾーンにおける、二段階の加熱が行われる。その場合、プリント基板の導体部および部品の電極部分への良好なはんだ濡れ広がり（フィレット形成）を確保することが接合の信頼性を保つために必要である。また、良好なフィレット形成のためと、自動外観検査の検出精度を保つために、窒素ガス等を用いた不活性ガス雰囲気（酸素濃度２０００ＰＰＭ以下）により、はんだ接合する必要がある。【０００５】
両面搭載のプリント配線板（ＰＣＢ）においては、部品は基板の片面毎にリフロによりはんだ付けされる。即ち、最初にＰＣＢ１０１の第一の面１０１１を上に向けて、部品に接続されたはんだ接合部１１１、１１２、１１３、１１４をＰＣＢ１０１の第一の面１０１１にリフロによりはんだ付けする。その後に第一の面１０１１を図示のように下に向け、ＰＣＢ１０１の第二の面１０１２を上に向けて、部品１０４〜１０７のはんだ接合部１１５〜１２２をＰＣＢ１０１の第二の面１０１２に２回目のリフロによりはんだ付けする。この２回目リフロ時の再加熱によって一回目のリフロにより取り付けられた部品を固着しているはんだ接合部のはんだが溶融する。１回目のリフロによりはんだ接合部１１１〜１１４をＰＣＢ１０１の第一の面１０１１にはんだ付けした部品１０２、１０３の重量が、はんだ接合部１１１〜１１４における溶融したはんだの表面張力を超えると、２回目のリフロ中に部品１０２、１０３が落下するという問題がある。同様に、ＢＧＡ１０８とプリント配線板１０１との間のはんだの塊であるバンプ１０９も、２回目のリフロ中に溶融し、部品１０８の重量がバンプ１０９における溶融したはんだの表面張力を超えると、２回目のリフロ中に部品１０８が落下するという問題がある。【０００６】
従来は、２回目のリフロ時のこれら部品の落下防止のために、１回目のリフロによってＰＣＢ１０１に取り付けられた部品１０２、１０３、１０８の下（図示では部品１０２、１０３、１０８とＰＣＢ１０１との間）に対応するＰＣＢ１０１の位置に接着剤１２３〜１２６を塗布するプロセスを増設し、接着剤１２３〜１２６によって部品１０２、１０３、１０８をＰＣＢ１０１上に固定していた。【０００７】
特許文献１には、リフロはんだ付けの本加熱中に大気雰囲気ではんだ付けを行うことによりはんだ付け部の表面に酸化膜を形成して、２回目のリフロはんだ付け時に部品の落下を防止することが記載されている。【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３７３５７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、ボディ裏面全面に電極が有るＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）形状部品が増加してきている。更に、部品が搭載される基板が高密度化し、部品間のスペースが狭ピッチとなってきているため、接着剤塗布スペースの確保が困難になりつつある。【００１０】
また、接着剤塗布のために１工程が増えるため、プリント回路板の製造コストがアップする。さらに、部品の不都合などの理由により、一度基板上に搭載された部品の交換をするいわゆるリワーク時には、はんだを溶融する必要があるが、接着剤を再溶融させることが出来ないために、リワークを行うことが困難となり、接着剤を削り取る以外に部品交換を行う方法がない。このため、高価なプリント回路板を廃棄せざるを得ない場合があるという課題があった。【００１１】
また、特許文献１に記載のように、本加熱時に大気雰囲気中ではんだ付けを行うことにより酸化膜を形成する手法では、はんだ接合部と部品との電気的接続部が酸化するので、はんだの濡れ性が悪くなる。更に、はんだの濡れ性が悪くなることによって、例えはんだ接合部と部品との電気的接続が確立していても、外観検査時にリード線浮き障害と誤判定してしまう割合が多くなる。この点を図２により詳述する。【００１２】
図２は、リード線とこのリード線に塗布されるはんだ濡れ広がり部（フィレット形成部）を含むはんだ接合部を示す図である。図２において、２１はリード線、２２〜２４はフィレット形成部、２５〜２７はカラーライト方式によるフィレットの３次元構造を検査する自動外観検査によるフィレット形成部の傾斜の度合いを示す図である。カラーライト方式では、傾斜の大きい部分は例えば青色で示され、傾斜の少ない平坦部は例えば赤色で示される。【００１３】
図２（Ａ）のフィレット２２の３次元構造２５において、２５１はフィレット２２の平坦部を示す赤色部分、２５２はフィレット２２のやや傾斜した部分を示す黄色部分、２５３はフィレット２２のさらに傾斜の度合いが大きくなった緑色部分、２５４はフィレット２２の最も傾斜の大きい部分を示す青色部分である。【００１４】
図２（Ｂ）のフィレット２３の３次元構造２６において、２６１はフィレット２３の平坦部を示す赤色部分、２６２はフィレット２３のやや傾斜した部分を示す黄色部分、２６３はフィレット２３のさらに傾斜の度合いが大きくなった緑色部分、２６４はフィレット２３の最も傾斜の大きい部分を示す青色部分である。【００１５】
図２（Ｃ）のフィレット２４の３次元構造２７において、２７１はフィレット２４の平坦部を示す赤色部分、２７２はフィレット２４のやや傾斜した部分を示す黄色部分、２７３はフィレット２４のさらに傾斜の度合いが大きくなった緑色部分、２７４はフィレット２４の最も傾斜の大きい部分を示す青色部分である。【００１６】
リード線２１は例えば図１におけるＬ型のはんだ接合部１１１のプリント配線板１０１に接する部分である。フィレット２２〜２４はこのリード線２１とプリント配線板上の配線部分とを接続するはんだである。【００１７】
図２（Ａ）はリード線２１にはんだのフィレット２２が良好に接続されている様子を示す図である。この場合、自動外観検査では図２（Ａ）の右側に示すように、はんだのフィレット２２の図示右側部分のリード線２１に接触する点線の円で示した部分の傾斜が大きく示され、良好なはんだ付けがなされていることが分かる。【００１８】
これに対し、はんだ付けを大気雰囲気中で行った場合には、図２（Ｂ）に示されるように、はんだの濡れ拡がり性が悪くなるなど、はんだ付けの信頼性に影響を与える可能性が出てくる。また、図２（Ｂ）の２６に示されたフィレット２３とリード線２１とが接触する部分の傾斜が小さく且つ平坦であると判断されてしまうため、仮にフィレット２３とリード線２１との間の接続が確立されていたとしても、リード線浮き障害などの接続不良と誤判定してしまう可能性が高くなる。【００１９】
一方、図２（Ｃ）の例では、フィレット２４とリード線２１とは互いに接続されていない。ここで、自動外観検査によってフィレット形状を判別しようとすると、図２（Ｃ）の２７のような検査結果が得られるが、図２（Ｂ）の検査結果である２６と、図２（Ｃ）の検査結果である２７とは互いに区別が付けにくい。そのため、図２（Ｃ）の状態を確実に接続不良と判別するためには、図２（Ｂ）の状態も接続不良と誤判定せざるを得なくなる。【００２０】
このように、特許文献１に記載の大気雰囲気ではんだ付けを行う手法では、はんだ接合の信頼性が悪く且つ検査精度も悪くなる。ここで、自動外観検査で図２（Ｂ）の状態を良品と判断するようにしてしまうと、はんだ接合部の短期断線または検査見逃しによる重大事故等につながるおそれがある。このため、図２（Ｂ）の状態を不良品と判定しているが、実際にはフィレット２２とリード線２１との電気的接続がなされている良品であるにもかかわらず不良品（嘘報率が高くなる）とされ、真の不良検査のため人間の目にて実施する最終確認工数が増加する。通信機器等の高い信頼性が要求される機器においては、はんだ濡れ広がり性と、はんだ接合の不具合部を検出する精度の確保は必須であるが、特許文献１に記載の手法ではこれらを確保できないという課題がある。【００２１】
本発明の目的は、上記従来技術における課題に鑑み、部品のはんだ付け後にはんだ接合部上に酸化膜を形成することにより、重量部品の落下および部品位置ずれや浮きを無くし、且つ、高品質で高検査精度を可能にした、プリント配線板の両面に部品を実装するはんだ付け方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様により、プリント配線板に部品をはんだ付けするはんだ付け方法において、部品をプリント配線板にはんだ付けする工程と、部品がはんだ付けされたプリント基板を、高濃度酸素雰囲気中で加熱し、部品とプリント配線板とのはんだ接合部表面に酸化膜を形成する工程と、を有することを特徴とする、はんだ付け方法が提供される。
上記第１の態様において、はんだ付け工程は、低濃度酸素雰囲気中で部品が搭載されたプリント配線板を加熱することが好ましい。
さらに、低濃度酸素雰囲気は、窒素ガス雰囲気であることが好ましい。【００２３】
本発明の第２の態様により、プリント配線板に部品をはんだ付けするはんだ付け方法において、プリント配線板上にはんだを塗布する工程と、はんだ上に部品を搭載する工程と、部品が搭載されたプリント配線板を、低濃度酸素雰囲気中ではんだ溶融温度以下の温度にて加熱する工程と、プリント配線板を、低濃度酸素雰囲気中ではんだ溶融温度異常の温度にて加熱する工程と、プリント配線板を、高濃度酸素雰囲気中で加熱する工程と、を備えたことを特徴とするはんだ付け方法が提供される。【００２４】
本発明の第３の態様により、プリント配線板の両面に部品を実装する部品実装方法において、プリント配線板の第一の面に、部品をはんだ付けする工程と、部品がはんだ付けされたプリント配線板を、高濃度酸素雰囲気中で加熱する工程と、プリント配線板の第二の面に、部品をはんだ付けする工程と、を備えたことを特徴とする部品実装方法が提供される。
上記第３の態様において、はんだ付け工程は、不活性雰囲気下で行われることが好ましい。【００２５】
本発明の第４の態様により、プリント配線板上に部品をはんだ付けするはんだ付け装置において、部品が設置されたプリント配線板を不活性雰囲気下で加熱して、部品のはんだ付けを行う第一の加熱部と、はんだ付けされたプリント基板を、高濃度酸素雰囲気中で加熱する第二の加熱部と、を備えたことを特徴とする、はんだ付け装置が提供される。
上記第４の態様において、第一の加熱部と、第二の加熱部との間に、不活性雰囲気と高濃度酸素雰囲気との混合を防ぐガス仕切りゾーンが更に設けられていることが好ましい。
さらに、ガス仕切りゾーンでガスが排気されることが好ましい。【００２６】
本発明の第５の態様により、プリント配線板上に部品をはんだ付けするはんだ付け装置において、部品が設置されたプリント配線板を不活性雰囲気下で加熱して、部品のはんだ付けを行う加熱部と、加熱部から搬送されたプリント基板に、高濃度酸素ガスを吹き付ける吹きつけ部と、を備えたことを特徴とする、はんだ付け装置が提供される。【００２７】
本発明の第６の態様により、部品が搭載されたプリント配線板の製造方法において、不活性雰囲気あるいは低濃度酸素雰囲気中で、プリント配線板に部品をはんだ付けする工程と、部品がはんだ付けされた後のプリント基板を、高濃度酸素雰囲気中で加熱し、はんだ接合部の表面に酸化膜を形成する工程と、を有することを特徴とするプリント配線板の製造方法が提供される。
上記第６の態様において、低濃度酸素雰囲気は、酸素濃度が２０００ＰＰＭ以下であることが好ましい。
上記第６の態様において、高濃度酸素雰囲気は、酸素濃度が２０％以上であることが好ましい。【００２８】
本発明の第７の態様により、はんだ付けされた部品が搭載されるプリント配線板の製造方法において、プリント配線板の第一の面上に部品を搭載する工程と、第一の面に部品が搭載されたプリント配線板を、低濃度酸素雰囲気中ではんだ溶融温度以上の温度にて加熱する工程と、プリント配線板を、高濃度酸素雰囲気中で加熱する工程と、プリント配線板の第二の面上に部品を搭載する工程と、第二の面に部品が搭載されたプリント配線板を、低濃度酸素雰囲気中ではんだ溶融温度以上の温度にて加熱する工程と、を備えたことを特徴とするプリント配線板の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００２９】
本発明により、はんだ接合部表面に高酸素濃度雰囲気中で酸化膜を形成したことにより、酸化膜による溶融ペーストの表面張力増加効果と流動性低下作用により、溶融ペーストによる部品固着力を増加させることが出来るため、重量部品の落下および部品位置ずれやはんだ接合部のプリント配線板からの浮きを、接着剤を用いることなく安価で効率よく防止できる。【００３０】
また、本発明によれば、部品のはんだ付けを、酸化膜の形成に先立ち、低酸素雰囲気で行うことにより、はんだ付けの信頼性と、自動外観検査による検査の精度を維持できるプリント配線板に部品を実装するはんだ付け方法及び装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来のプリント配線板の両面に部品を実装するはんだ付け方法及び装置を説明するためのプリント基板の断面図である。
【図２】リード線とこのリード線に塗布されるはんだ濡れ広がり部（フィレット形成部）とを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態によるプリント配線板の両面に部品を実装するはんだ付け方法及び装置を説明するためのプリント基板の断面図である。
【図４】本発明の実施例１による、プリント配線板の両面に部品を実装するはんだ付け装置（リフロソルダリング装置）の構成を示すブロック図である。
【図５】図４に示したリフロソルダリング装置４０によるリフロソルダリングプロセスを説明するフローチャートである。
【図６】本発明の実施例２による、プリント配線板の両面に部品を実装するはんだ付け装置（リフロソルダリング装置）の構成を示すブロック図である。
【図７】図６に示したリフロソルダリング装置６０およびパイプ６１によるリフロソルダリングプロセスを説明するフローチャートである。
【図８】本発明の実施例１または２におけるフィレット部分に酸化膜が形成された様子を示す図である。
【図９】プリント配線板の加熱温度と酸素濃度と、形成される酸化膜厚との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００３２】
３１〜３９    酸化膜
４０    リフロソルダリング装置
４１    予備加熱部
４２    本加熱部
４３    ガス仕切りゾーン
４４    酸化膜形成部
４５    プリント配線板
６０    リフロソルダリング装置
６１    パイプ
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下に本発明の実施例を図面により詳述する。
図３は本発明の実施の形態によるプリント配線板の両面に部品を実装するはんだ付け方法及び装置を説明するためのプリント基板の断面図である。図３において、図１と同一部分には同一の参照番号を付してあり、ここでは説明を省略する。図３において図１と異なる部分は、図１に示した接着剤１０２、１０２、１２５及び１２６が存在しないこと、及びリード線を含めたはんだ接合部１１１、１１２、１１３、１１４、とはんだの塊であるバンプ１０９の上からＰＣＢ１０１の表面にかけて酸化膜３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３９が覆っていることである。これらの酸化膜ではんだ接合部やバンプを覆ったことにより、２回目のリフロー時でも、部品１０２、１０３、１０９の落下や、位置ずれや、リード線の基板からの浮き状態を防止できる。
【実施例１】
【００３４】
図４は本発明の実施例１による、プリント配線板の両面に部品を実装するはんだ付け装置（リフロソルダリング装置）の構成を示すブロック図である。図４において、４０はリフロソルダリング装置、４１は１２０〜１５０°Ｃで予備加熱をする予備加熱部、４２は２０５〜２３５°Ｃではんだを加熱して基板への部品のはんだ付けをする本加熱部、４３はガス仕切りゾーン、４４は酸化膜形成ゾーン、４５はプリント配線板、４６はプリント配線板４５を運搬するベルトコンベアーである。【００３５】
図５は、図４に示したリフロソルダリング装置４０によるリフロソルダリングプロセスを説明するフローチャートである。図５において、ステップ５１にて予備加熱部３１でプリント配線板３５を窒素ガス雰囲気中ではんだ溶融前の温度である１２０〜１５０°Ｃに１回目の予備加熱する。次いでステップ５２にて、本加熱部４２でベルトコンベアー４６により搬送されたプリント配線板４５を窒素ガス雰囲気中ではんだ溶融温度である２０５〜２３５°Ｃで１回目の本加熱をし、部品のはんだ接合部をプリント配線板の配線部にはんだ付けする。次いでステップ５３にてガス仕切りソーン４３にて窒素ガスを排気する。次いでステップ５４にて酸化膜形成ゾーン４４で、酸素濃度約６０〜８０％、温度１５０°Ｃ以上の雰囲気下で、時間３０〜２１０秒の間プリント配線板を維持し、プリント配線板の第１面上に搭載されている部品のリード線とフィレット部分を含むはんだ接合部の上に酸化膜を形成する。【００３６】
予備加熱部４１および本過熱部４２における窒素ガスとしては、例えば、窒素充填による不活性雰囲気を用いることが出来る。この場合の酸素濃度は、１００〜２０００ＰＰＭ程度であることが好ましい。予備加熱および本加熱で用いるガスは、窒素に替えて他の不活性ガスであってもよく、酸素濃度は大気の酸素濃度より低ければよい。【００３７】
予備加熱部４１のプリント配線板４５の入り口、本加熱部４２とガス仕切りゾーン４３との境のプリント配線板４５の出口、酸化膜形成ゾーン４４のプリント配線板４５の入り口及び出口には、ガスの流出を極力避けるために、のれん状の柔らかい素材がそれぞれ設けられており、ラビリンス効果を与えている。【００３８】
酸化膜形成ゾーン４４では高濃度酸素ガスを、液体酸素またはポリイミド中空糸膜などから生成して充填するか、または２０〜１００％の液体酸素を導入しこれをコントロールして酸素濃度約６０〜８０％にすることにより得られる。【００３９】
本加熱部４２と酸化膜形成ゾーン４４との間にガス仕切りゾーン４３を設けている。ガス仕切りゾーン３３は排気されているので、本加熱部４２に充填される窒素と、酸化膜形成ゾーン４４に充填される酸素とが混じることが防止される。このようなガス仕切りゾーン４３を設けることにより、予備加熱部４１および本加熱部４２に高濃度酸素が混入することを防止しているので、はんだ付けの濡れ性が良くなり、自動外観検査における嘘報（良品であるにもかかわらず、不良品と判定してしまうこと）の確率が少なくなる。【００４０】
ステップ５４の処理の終了後は、ステップ５５にてプリント配線板ＰＣＢを反転して２回目のリフロはんだ付けに備える。次いでステップ５６にて２回目の予備加熱を行い、ステップ５７にて２回目の本加熱を行い、ステップ５８にて２回目の排気を行い、ステップ５９にて第二の面に酸化膜を形成する。ステップ５６〜５９はステップ５１〜５４と同じ工程をプリント配線板の第二の面１０１２に対して行うので、ここでは詳細が説明を省略する。第二の面１０１２に対しては、ステップ５９で行われる酸化膜の形成は省略してもよい。
【実施例２】
【００４１】
図６は本発明の実施例２による、プリント配線板の両面に部品を実装するはんだ付け装置（リフロソルダリング装置）の構成を示すブロック図である。図６において、図４と同一部分には同一の参照番号を付してある。本実施例２は、従来から存在する既存設備を用いて簡単に酸化膜をフィレットに形成できる例である。図６において、６０はリフロソルダリング装置、４１は１２０〜１５０°Ｃで予備加熱をする予備加熱部、４２は２０５〜２３５℃ではんだ付けをする本加熱部、４５はプリント配線板、４６はプリント配線板４５を運搬するベルトコンベアー、６１は高濃度酸素をはんだ付けがなされたプリント配線板に吹き付けるためのパイプである。【００４２】
図７は図６に示したリフロソルダリング装置６０およびパイプ６１によるリフロソルダリングプロセスを説明するフローチャートである。図７において、ステップ７１にて予備加熱部４１でプリント配線板４５を窒素ガス雰囲気中ではんだ溶融前の温度である１２０〜１５０℃に予備加熱する。次いでステップ７２にて、本加熱部４２で、プリント配線板４５を窒素ガス雰囲気中ではんだ溶融温度である２０５〜２３５℃で本加熱し、部品のリード線とフィレット部を含むはんだ接合部をプリント配線板の配線部にはんだ付けする。【００４３】
次いでステップ７３にて、リフロソルダリング装置６０から出てきたプリント配線板４５に、パイプ５１から高濃度酸素を直接吹き付け、プリント配線板に形成されたフィレット部分の上に酸化膜を形成する。ここで、リフロソルダリング装置６０の出口の温度が１５０〜１７０℃なので、フィレット部分上への酸化膜形成には、その余熱を利用する。その場合、プリント配線板に吹き付ける酸素ガスの温度が高すぎると、はんだが溶融して酸素ガスによって部品がプリント配線板から吹き飛ばされる可能性がある。このような部品のプリント配線板からの部品吹き飛びを防止するため、パイプ６１から吹き出される酸素ガスの温度ははんだの融点以下である１７０℃程度とする。また、酸素ガスの酸素濃度は８５％以上で実施する。【００４４】
本実施例２においても、予備加熱部４１および本過熱部４２における窒素ガスとしては、例えば、窒素充填による酸素濃度１００〜２０００ＰＰＭの雰囲気がある。予備加熱および本加熱では、窒素に替えて他の不活性ガスであってもよく、酸素濃度は大気の酸素濃度より低ければよい。【００４５】
ステップ７３の処理の終了後は、ステップ７４にてプリント配線板ＰＣＢを反転して２回目のリフロはんだ付けに備える。次いでステップ７５にて２回目の予備加熱を行い、ステップ７６にて２回目の本加熱を行い、ステップ７７にて第二の面に酸素を吹き付けて酸化膜を形成する。ステップ７５〜７７はステップ７１〜７３と同じ工程をプリント配線板の第二の面に対して行うので、ここでは詳細が説明を省略する。本実施例２においても、第２の面に対しては、ステップ７７で行われる酸化膜の形成は省略してもよい。【００４６】
図８は、本発明の実施例１または２におけるフィレット部分に酸化膜が形成された様子を示す図である。図８において、８１は部品のリード線、８２はプリント配線板上に形成された配線用の銅パターン、７３はリフロにより形成されたフィレット部分、７４はプリント配線板の下部を構成するガラスエポキシ基板である。本発明の実施例１または２により、フィレット部分７３を覆うように酸化膜７５が形成される。この酸化膜による溶融ペーストの表面張力の増加効果と流動性低下効果により、２回目のリフロー時に１回目のリフローによりプリント配線板にはんだ付けされた部品が落下したり基板から離れたり位置ずれしたりすることが防止される。【００４７】
図９は、プリント配線板の加熱温度と酸素濃度と、形成される酸化膜厚との関係を示すグラフ図である。酸化膜の膜厚管理は、プリント配線板に搭載する部品の重量に応じて行う。即ち、酸化膜の膜厚と、酸化膜が落下を防止できる部品重量との間には相互関係があるため、リフローの対象となるプリント配線板に搭載される部品の最大重量から、形成されるべき酸化膜の必要膜厚を予め定めておく。図９からわかるように、同一酸素濃度の場合には、加熱温度が高いほど生成される酸化膜の膜厚は厚くなる。また、同一膜圧の酸化膜を得る場合には、酸素濃度が高いほど加熱温度は低くて済む。図９に示される酸化膜厚−加熱温度／酸素濃度の関係を予め求めておき、求められた関係から必要とされる参加膜圧を得るための条件を導き出す。【００４８】
上記のように、本発明の実施例１または２により酸化膜をフィレット上に形成すると、外観検査時に酸化膜の表面の艶が無くなり白色化するが、フィレットの物理的３次元形状は従来の低酸素雰囲気中で形勢されたフィレットの形状とさほど変わらないので、外観検査装置のパラメータ設定を変更することで、外観検査が可能である。【００４９】
また、本発明の実施例１または２では、部品とプリント配線板との間に接着剤が介在しないため、部品交換をするためのリワークは、はんだ溶融時に酸化膜が簡単に破壊されるので接着剤が無い場合と同様に簡単にリワークができる。【００５０】
さらに、１回目のリフロ時の基板表面の酸化による２回目リフロへの影響は、現在主流の有機皮膜（耐熱プリラックス）による表面処理、または無機皮膜（はんだリベラ基板）であれば影響は無い。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明により、プリント配線板に部品を実装するはんだ付け方法及び装置において、プリント配線板への部品の装着後に部品の表面に酸化膜を形成する構成としたことにより、重量部品の落下および部品位置ずれやはんだ接合部の浮きを接着剤無しに安価で効率よく防止できる。
【図１】
2008015731.tif 000003
【図２】
2008015731.tif 000004
【図３】
2008015731.tif 000005
【図４】
2008015731.tif 000006
【図５】
2008015731.tif 000007
【図６】
2008015731.tif 000008
【図７】
2008015731.tif 000009
【図８】
2008015731.tif 000010
【図９】
2008015731.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成20年9月25日(2008.9.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント配線板に部品をはんだ付けするはんだ付け方法において、
前記部品を前記プリント配線板にはんだ付けする工程と、
前記部品がはんだ付けされたプリント基板を、高濃度酸素雰囲気中で加熱し、前記部品と前記プリント配線板とのはんだ接合部表面に酸化膜を形成する工程と、を有することを特徴とする、はんだ付け方法。
【請求項２】
前記はんだ付け方法において、
前記はんだ付け工程は、低濃度酸素雰囲気中で前記部品が搭載された前記プリント配線板を加熱することを特徴とする、請求項１に記載のはんだ付け方法。
【請求項３】
前記はんだ付け方法において、
前記低濃度酸素雰囲気は、窒素ガス雰囲気であることを特徴とする、請求項２に記載のはんだ付け方法。
【請求項４】
プリント配線板上に部品をはんだ付けするはんだ付け装置において、
部品が設置されたプリント配線板を不活性雰囲気下で加熱して、前記部品のはんだ付けを行う第一の加熱部と、
前記はんだ付けされたプリント基板を、高濃度酸素雰囲気中で加熱する第二の加熱部と、を備えたことを特徴とする、はんだ付け装置。
【請求項５】
前記はんだ付け装置において、
前記第一の加熱部と、前記第二の加熱部との間に、前記不活性雰囲気と前記高濃度酸素雰囲気との混合を防ぐガス仕切りゾーンが更に設けられたことを特徴とする、請求項４に記載のはんだ付け装置。
【請求項６】
前記はんだ付け装置において、
前記ガス仕切りゾーンでガスが排気されることを特徴とする、請求項５に記載のはんだ付け装置。
【請求項７】
部品が搭載されたプリント配線板の製造方法において、
不活性雰囲気あるいは低濃度酸素雰囲気中で、前記プリント配線板に部品をはんだ付けする工程と、
前記部品がはんだ付けされた後のプリント基板を、高濃度酸素雰囲気中で加熱し、はんだ接合部の表面に酸化膜を形成する工程と、を有することを特徴とするプリント配線板の製造方法。
【請求項８】
前記プリント配線板の製造方法において、
低濃度酸素雰囲気は、酸素濃度が２０００ＰＰＭ以下であることを特徴とする、請求項７に記載のプリント配線板の製造方法。
【請求項９】
前記プリント配線板の製造方法において、
前記高濃度酸素雰囲気は、酸素濃度が２０％以上であることを特徴とする、請求項７に記載のプリント配線板の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプリント配線板に部品を実装するはんだ付け方法及び装置に関し、より詳細には、第１の表面にはんだ付けされた部品が裏面についた状態で２回目のリフロ時に裏面の部品の落下を防止するプリント配線板の両面に部品を実装するはんだ付け方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は従来のプリント配線板の両面に部品を実装するはんだ付け方法及び装置を説明するためのプリント配線板の断面図である。図１において、１０１は両面の必要箇所に予めはんだが塗布されるプリント配線板（ＰＣＢ）、１０２〜１０７はリフロはんだ付けによりリード線を含めたはんだ接合部に接続された部品、１０８はＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）、１０９ははんだの塊であるバンプ、１１１〜１２２はリード線を含めたはんだ接合部、１２３〜１２６は接着剤、１０１１はＰＣＢ１０１の第一の面、１０１２はＰＣＢ１０１の第二の面である。部品としては、大型ＩＣまたはモジュール等の重量部品がある。
【０００３】
従来のリフロソルダリングプロセスでは一般的に、（１）ＰＣＢへのはんだペースト印刷、（２）ＰＣＢへの接着剤塗布、（３）ＰＣＢへの部品搭載、（４）リフロソルダリング、（５）自動外観検査の工程が行われる。１回目のリフロではＰＣＢの第一の面１０１１への部品装着が行われ、上記工程中の（１）、（２）、（３）、（４）の工程が行われる。２回目のリフロでは、ＰＣＢの第二の面１０１２への部品装着が、第一の面１０１１への部品装着に続いて行われ、（１）、（３）、（４）の工程が行われる。そして、ＰＣＢ上に部品が装着された後に両面をまとめて（５）の工程が行われる。プリント回路板の完成体としては図１に示すようになる。
【０００４】
上記（４）のリフロソルダリングの工程は、リフロ加熱装置により、１２０℃〜１６０℃の予備加熱ゾーンと２０５℃〜２３５℃の本加熱ゾーンにおける、二段階の加熱が行われる。その場合、プリント基板の導体部および部品の電極部分への良好なはんだ濡れ広がり（フィレット形成）を確保することが接合の信頼性を保つために必要である。また、良好なフィレット形成のためと、自動外観検査の検出精度を保つために、窒素ガス等を用いた不活性ガス雰囲気（酸素濃度２０００ＰＰＭ以下）により、はんだ接合する必要がある。
【０００５】
両面搭載のプリント配線板（ＰＣＢ）においては、部品は基板の片面毎にリフロによりはんだ付けされる。即ち、最初にＰＣＢ１０１の第一の面１０１１を上に向けて、部品に接続されたはんだ接合部１１１、１１２、１１３、１１４をＰＣＢ１０１の第一の面１０１１にリフロによりはんだ付けする。その後に第一の面１０１１を図示のように下に向け、ＰＣＢ１０１の第二の面１０１２を上に向けて、部品１０４〜１０７のはんだ接合部１１５〜１２２をＰＣＢ１０１の第二の面１０１２に２回目のリフロによりはんだ付けする。この２回目リフロ時の再加熱によって一回目のリフロにより取り付けられた部品を固着しているはんだ接合部のはんだが溶融する。１回目のリフロによりはんだ接合部１１１〜１１４をＰＣＢ１０１の第一の面１０１１にはんだ付けした部品１０２、１０３の重量が、はんだ接合部１１１〜１１４における溶融したはんだの表面張力を超えると、２回目のリフロ中に部品１０２、１０３が落下するという問題がある。同様に、ＢＧＡ１０８とプリント配線板１０１との間のはんだの塊であるバンプ１０９も、２回目のリフロ中に溶融し、部品１０８の重量がバンプ１０９における溶融したはんだの表面張力を超えると、２回目のリフロ中に部品１０８が落下するという問題がある。
【０００６】
従来は、２回目のリフロ時のこれら部品の落下防止のために、１回目のリフロによってＰＣＢ１０１に取り付けられた部品１０２、１０３、１０８の下（図示では部品１０２、１０３、１０８とＰＣＢ１０１との間）に対応するＰＣＢ１０１の位置に接着剤１２３〜１２６を塗布するプロセスを増設し、接着剤１２３〜１２６によって部品１０２、１０３、１０８をＰＣＢ１０１上に固定していた。
【０００７】
特許文献１には、リフロはんだ付けの本加熱中に大気雰囲気ではんだ付けを行うことによりはんだ付け部の表面に酸化膜を形成して、２回目のリフロはんだ付け時に部品の落下を防止することが記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３７３５７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、ボディ裏面全面に電極が有るＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）形状部品が増加してきている。更に、部品が搭載される基板が高密度化し、部品間のスペースが狭ピッチとなってきているため、接着剤塗布スペースの確保が困難になりつつある。
【００１０】
また、接着剤塗布のために１工程が増えるため、プリント回路板の製造コストがアップする。さらに、部品の不都合などの理由により、一度基板上に搭載された部品の交換をするいわゆるリワーク時には、はんだを溶融する必要があるが、接着剤を再溶融させることが出来ないために、リワークを行うことが困難となり、接着剤を削り取る以外に部品交換を行う方法がない。このため、高価なプリント回路板を廃棄せざるを得ない場合があるという課題があった。
【００１１】
また、特許文献１に記載のように、本加熱時に大気雰囲気中ではんだ付けを行うことにより酸化膜を形成する手法では、はんだ接合部と部品との電気的接続部が酸化するので、はんだの濡れ性が悪くなる。更に、はんだの濡れ性が悪くなることによって、例えはんだ接合部と部品との電気的接続が確立していても、外観検査時にリード線浮き障害と誤判定してしまう割合が多くなる。この点を図２により詳述する。
【００１２】
図２は、リード線とこのリード線に塗布されるはんだ濡れ広がり部（フィレット形成部）を含むはんだ接合部を示す図である。図２において、２１はリード線、２２〜２４はフィレット形成部、２５〜２７はカラーライト方式によるフィレットの３次元構造を検査する自動外観検査によるフィレット形成部の傾斜の度合いを示す図である。カラーライト方式では、傾斜の大きい部分は例えば青色で示され、傾斜の少ない平坦部は例えば赤色で示される。
【００１３】
図２（Ａ）のフィレット２２の３次元構造２５において、２５１はフィレット２２の平坦部を示す赤色部分、２５２はフィレット２２のやや傾斜した部分を示す黄色部分、２５３はフィレット２２のさらに傾斜の度合いが大きくなった緑色部分、２５４はフィレット２２の最も傾斜の大きい部分を示す青色部分である。
【００１４】
図２（Ｂ）のフィレット２３の３次元構造２６において、２６１はフィレット２３の平坦部を示す赤色部分、２６２はフィレット２３のやや傾斜した部分を示す黄色部分、２６３はフィレット２３のさらに傾斜の度合いが大きくなった緑色部分、２６４はフィレット２３の最も傾斜の大きい部分を示す青色部分である。
【００１５】
図２（Ｃ）のフィレット２４の３次元構造２７において、２７１はフィレット２４の平坦部を示す赤色部分、２７２はフィレット２４のやや傾斜した部分を示す黄色部分、２７３はフィレット２４のさらに傾斜の度合いが大きくなった緑色部分、２７４はフィレット２４の最も傾斜の大きい部分を示す青色部分である。
【００１６】
リード線２１は例えば図１におけるＬ型のはんだ接合部１１１のプリント配線板１０１に接する部分である。フィレット２２〜２４はこのリード線２１とプリント配線板上の配線部分とを接続するはんだである。
【００１７】
図２（Ａ）はリード線２１にはんだのフィレット２２が良好に接続されている様子を示す図である。この場合、自動外観検査では図２（Ａ）の右側に示すように、はんだのフィレット２２の図示右側部分のリード線２１に接触する点線の円で示した部分の傾斜が大きく示され、良好なはんだ付けがなされていることが分かる。
【００１８】
これに対し、はんだ付けを大気雰囲気中で行った場合には、図２（Ｂ）に示されるように、はんだの濡れ拡がり性が悪くなるなど、はんだ付けの信頼性に影響を与える可能性が出てくる。また、図２（Ｂ）の２６に示されたフィレット２３とリード線２１とが接触する部分の傾斜が小さく且つ平坦であると判断されてしまうため、仮にフィレット２３とリード線２１との間の接続が確立されていたとしても、リード線浮き障害などの接続不良と誤判定してしまう可能性が高くなる。
【００１９】
一方、図２（Ｃ）の例では、フィレット２４とリード線２１とは互いに接続されていない。ここで、自動外観検査によってフィレット形状を判別しようとすると、図２（Ｃ）の２７のような検査結果が得られるが、図２（Ｂ）の検査結果である２６と、図２（Ｃ）の検査結果である２７とは互いに区別が付けにくい。そのため、図２（Ｃ）の状態を確実に接続不良と判別するためには、図２（Ｂ）の状態も接続不良と誤判定せざるを得なくなる。
【００２０】
このように、特許文献１に記載の大気雰囲気ではんだ付けを行う手法では、はんだ接合の信頼性が悪く且つ検査精度も悪くなる。ここで、自動外観検査で図２（Ｂ）の状態を良品と判断するようにしてしまうと、はんだ接合部の短期断線または検査見逃しによる重大事故等につながるおそれがある。このため、図２（Ｂ）の状態を不良品と判定しているが、実際にはフィレット２２とリード線２１との電気的接続がなされている良品であるにもかかわらず不良品（嘘報率が高くなる）とされ、真の不良検査のため人間の目にて実施する最終確認工数が増加する。通信機器等の高い信頼性が要求される機器においては、はんだ濡れ広がり性と、はんだ接合の不具合部を検出する精度の確保は必須であるが、特許文献１に記載の手法ではこれらを確保できないという課題がある。
【００２１】
本発明の目的は、上記従来技術における課題に鑑み、部品のはんだ付け後にはんだ接合部上に酸化膜を形成することにより、重量部品の落下および部品位置ずれや浮きを無くし、且つ、高品質で高検査精度を可能にした、プリント配線板の両面に部品を実装するはんだ付け方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様により、プリント配線板に部品をはんだ付けするはんだ付け方法において、部品をプリント配線板にはんだ付けする工程と、部品がはんだ付けされたプリント基板を、高濃度酸素雰囲気中で加熱し、部品とプリント配線板とのはんだ接合部表面に酸化膜を形成する工程と、を有することを特徴とする、はんだ付け方法が提供される。
上記第１の態様において、はんだ付け工程は、低濃度酸素雰囲気中で部品が搭載されたプリント配線板を加熱することが好ましい。
【００２３】
さらに、低濃度酸素雰囲気は、窒素ガス雰囲気であることが好ましい。
【００２４】
本発明の第２の態様により、プリント配線板上に部品をはんだ付けするはんだ付け装置において、部品が設置されたプリント配線板を不活性雰囲気下で加熱して、部品のはんだ付けを行う第一の加熱部と、はんだ付けされたプリント基板を、高濃度酸素雰囲気中で加熱する第二の加熱部と、を備えたことを特徴とする、はんだ付け装置が提供される。
上記第２の態様において、第一の加熱部と、第二の加熱部との間に、不活性雰囲気と高濃度酸素雰囲気との混合を防ぐガス仕切りゾーンが更に設けられていることが好ましい。
【００２５】
さらに、ガス仕切りゾーンでガスが排気されることが好ましい。
【００２６】
本発明の第３の態様により、部品が搭載されたプリント配線板の製造方法において、不活性雰囲気あるいは低濃度酸素雰囲気中で、プリント配線板に部品をはんだ付けする工程と、部品がはんだ付けされた後のプリント基板を、高濃度酸素雰囲気中で加熱し、はんだ接合部の表面に酸化膜を形成する工程と、を有することを特徴とするプリント配線板の製造方法が提供される。
【００２７】
上記第３の態様において、低濃度酸素雰囲気は、酸素濃度が２０００ＰＰＭ以下であることが好ましい。
【００２８】
上記第３の態様において、高濃度酸素雰囲気は、酸素濃度が２０％以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明により、はんだ接合部表面に高酸素濃度雰囲気中で酸化膜を形成したことにより、酸化膜による溶融ペーストの表面張力増加効果と流動性低下作用により、溶融ペーストによる部品固着力を増加させることが出来るため、重量部品の落下および部品位置ずれやはんだ接合部のプリント配線板からの浮きを、接着剤を用いることなく安価で効率よく防止できる。
【００３０】
また、本発明によれば、部品のはんだ付けを、酸化膜の形成に先立ち、低酸素雰囲気で行うことにより、はんだ付けの信頼性と、自動外観検査による検査の精度を維持できるプリント配線板に部品を実装するはんだ付け方法及び装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に本発明の実施例を図面により詳述する。
図３は本発明の実施の形態によるプリント配線板の両面に部品を実装するはんだ付け方法及び装置を説明するためのプリント基板の断面図である。図３において、図１と同一部分には同一の参照番号を付してあり、ここでは説明を省略する。図３において図１と異なる部分は、図１に示した接着剤１０２、１０２、１２５及び１２６が存在しないこと、及びリード線を含めたはんだ接合部１１１、１１２、１１３、１１４、とはんだの塊であるバンプ１０９の上からＰＣＢ１０１の表面にかけて酸化膜３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３９が覆っていることである。これらの酸化膜ではんだ接合部やバンプを覆ったことにより、２回目のリフロー時でも、部品１０２、１０３、１０９の落下や、位置ずれや、リード線の基板からの浮き状態を防止できる。
【実施例１】
【００３２】
図４は本発明の実施例１による、プリント配線板の両面に部品を実装するはんだ付け装置（リフロソルダリング装置）の構成を示すブロック図である。図４において、４０はリフロソルダリング装置、４１は１２０〜１５０°Ｃで予備加熱をする予備加熱部、４２は２０５〜２３５°Ｃではんだを加熱して基板への部品のはんだ付けをする本加熱部、４３はガス仕切りゾーン、４４は酸化膜形成ゾーン、４５はプリント配線板、４６はプリント配線板４５を運搬するベルトコンベアーである。
【００３３】
図５は、図４に示したリフロソルダリング装置４０によるリフロソルダリングプロセスを説明するフローチャートである。図５において、ステップ５１にて予備加熱部３１でプリント配線板３５を窒素ガス雰囲気中ではんだ溶融前の温度である１２０〜１５０°Ｃに１回目の予備加熱する。次いでステップ５２にて、本加熱部４２でベルトコンベアー４６により搬送されたプリント配線板４５を窒素ガス雰囲気中ではんだ溶融温度である２０５〜２３５°Ｃで１回目の本加熱をし、部品のはんだ接合部をプリント配線板の配線部にはんだ付けする。次いでステップ５３にてガス仕切りソーン４３にて窒素ガスを排気する。次いでステップ５４にて酸化膜形成ゾーン４４で、酸素濃度約６０〜８０％、温度１５０°Ｃ以上の雰囲気下で、時間３０〜２１０秒の間プリント配線板を維持し、プリント配線板の第１面上に搭載されている部品のリード線とフィレット部分を含むはんだ接合部の上に酸化膜を形成する。
【００３４】
予備加熱部４１および本過熱部４２における窒素ガスとしては、例えば、窒素充填による不活性雰囲気を用いることが出来る。この場合の酸素濃度は、１００〜２０００ＰＰＭ程度であることが好ましい。予備加熱および本加熱で用いるガスは、窒素に替えて他の不活性ガスであってもよく、酸素濃度は大気の酸素濃度より低ければよい。
【００３５】
予備加熱部４１のプリント配線板４５の入り口、本加熱部４２とガス仕切りゾーン４３との境のプリント配線板４５の出口、酸化膜形成ゾーン４４のプリント配線板４５の入り口及び出口には、ガスの流出を極力避けるために、のれん状の柔らかい素材がそれぞれ設けられており、ラビリンス効果を与えている。
【００３６】
酸化膜形成ゾーン４４では高濃度酸素ガスを、液体酸素またはポリイミド中空糸膜などから生成して充填するか、または２０〜１００％の液体酸素を導入しこれをコントロールして酸素濃度約６０〜８０％にすることにより得られる。
【００３７】
本加熱部４２と酸化膜形成ゾーン４４との間にガス仕切りゾーン４３を設けている。ガス仕切りゾーン３３は排気されているので、本加熱部４２に充填される窒素と、酸化膜形成ゾーン４４に充填される酸素とが混じることが防止される。このようなガス仕切りゾーン４３を設けることにより、予備加熱部４１および本加熱部４２に高濃度酸素が混入することを防止しているので、はんだ付けの濡れ性が良くなり、自動外観検査における嘘報（良品であるにもかかわらず、不良品と判定してしまうこと）の確率が少なくなる。
【００３８】
ステップ５４の処理の終了後は、ステップ５５にてプリント配線板ＰＣＢを反転して２回目のリフロはんだ付けに備える。次いでステップ５６にて２回目の予備加熱を行い、ステップ５７にて２回目の本加熱を行い、ステップ５８にて２回目の排気を行い、ステップ５９にて第二の面に酸化膜を形成する。ステップ５６〜５９はステップ５１〜５４と同じ工程をプリント配線板の第二の面１０１２に対して行うので、ここでは詳細が説明を省略する。第二の面１０１２に対しては、ステップ５９で行われる酸化膜の形成は省略してもよい。
【実施例２】
【００３９】
図６は本発明の実施例２による、プリント配線板の両面に部品を実装するはんだ付け装置（リフロソルダリング装置）の構成を示すブロック図である。図６において、図４と同一部分には同一の参照番号を付してある。本実施例２は、従来から存在する既存設備を用いて簡単に酸化膜をフィレットに形成できる例である。図６において、６０はリフロソルダリング装置、４１は１２０〜１５０°Ｃで予備加熱をする予備加熱部、４２は２０５〜２３５℃ではんだ付けをする本加熱部、４５はプリント配線板、４６はプリント配線板４５を運搬するベルトコンベアー、６１は高濃度酸素をはんだ付けがなされたプリント配線板に吹き付けるためのパイプである。
【００４０】
図７は図６に示したリフロソルダリング装置６０およびパイプ６１によるリフロソルダリングプロセスを説明するフローチャートである。図７において、ステップ７１にて予備加熱部４１でプリント配線板４５を窒素ガス雰囲気中ではんだ溶融前の温度である１２０〜１５０℃に予備加熱する。次いでステップ７２にて、本加熱部４２で、プリント配線板４５を窒素ガス雰囲気中ではんだ溶融温度である２０５〜２３５℃で本加熱し、部品のリード線とフィレット部を含むはんだ接合部をプリント配線板の配線部にはんだ付けする。
【００４１】
次いでステップ７３にて、リフロソルダリング装置６０から出てきたプリント配線板４５に、パイプ５１から高濃度酸素を直接吹き付け、プリント配線板に形成されたフィレット部分の上に酸化膜を形成する。ここで、リフロソルダリング装置６０の出口の温度が１５０〜１７０℃なので、フィレット部分上への酸化膜形成には、その余熱を利用する。その場合、プリント配線板に吹き付ける酸素ガスの温度が高すぎると、はんだが溶融して酸素ガスによって部品がプリント配線板から吹き飛ばされる可能性がある。このような部品のプリント配線板からの部品吹き飛びを防止するため、パイプ６１から吹き出される酸素ガスの温度ははんだの融点以下である１７０℃程度とする。また、酸素ガスの酸素濃度は８５％以上で実施する。
【００４２】
本実施例２においても、予備加熱部４１および本過熱部４２における窒素ガスとしては、例えば、窒素充填による酸素濃度１００〜２０００ＰＰＭの雰囲気がある。予備加熱および本加熱では、窒素に替えて他の不活性ガスであってもよく、酸素濃度は大気の酸素濃度より低ければよい。
【００４３】
ステップ７３の処理の終了後は、ステップ７４にてプリント配線板ＰＣＢを反転して２回目のリフロはんだ付けに備える。次いでステップ７５にて２回目の予備加熱を行い、ステップ７６にて２回目の本加熱を行い、ステップ７７にて第二の面に酸素を吹き付けて酸化膜を形成する。ステップ７５〜７７はステップ７１〜７３と同じ工程をプリント配線板の第二の面に対して行うので、ここでは詳細が説明を省略する。本実施例２においても、第２の面に対しては、ステップ７７で行われる酸化膜の形成は省略してもよい。
【００４４】
図８は、本発明の実施例１または２におけるフィレット部分に酸化膜が形成された様子を示す図である。図８において、８１は部品のリード線、８２はプリント配線板上に形成された配線用の銅パターン、７３はリフロにより形成されたフィレット部分、７４はプリント配線板の下部を構成するガラスエポキシ基板である。本発明の実施例１または２により、フィレット部分７３を覆うように酸化膜７５が形成される。この酸化膜による溶融ペーストの表面張力の増加効果と流動性低下効果により、２回目のリフロー時に１回目のリフローによりプリント配線板にはんだ付けされた部品が落下したり基板から離れたり位置ずれしたりすることが防止される。
【００４５】
図９は、プリント配線板の加熱温度と酸素濃度と、形成される酸化膜厚との関係を示すグラフ図である。酸化膜の膜厚管理は、プリント配線板に搭載する部品の重量に応じて行う。即ち、酸化膜の膜厚と、酸化膜が落下を防止できる部品重量との間には相互関係があるため、リフローの対象となるプリント配線板に搭載される部品の最大重量から、形成されるべき酸化膜の必要膜厚を予め定めておく。図９からわかるように、同一酸素濃度の場合には、加熱温度が高いほど生成される酸化膜の膜厚は厚くなる。また、同一膜圧の酸化膜を得る場合には、酸素濃度が高いほど加熱温度は低くて済む。図９に示される酸化膜厚−加熱温度／酸素濃度の関係を予め求めておき、求められた関係から必要とされる参加膜圧を得るための条件を導き出す。
【００４６】
上記のように、本発明の実施例１または２により酸化膜をフィレット上に形成すると、外観検査時に酸化膜の表面の艶が無くなり白色化するが、フィレットの物理的３次元形状は従来の低酸素雰囲気中で形勢されたフィレットの形状とさほど変わらないので、外観検査装置のパラメータ設定を変更することで、外観検査が可能である。
【００４７】
また、本発明の実施例１または２では、部品とプリント配線板との間に接着剤が介在しないため、部品交換をするためのリワークは、はんだ溶融時に酸化膜が簡単に破壊されるので接着剤が無い場合と同様に簡単にリワークができる。
【００４８】
さらに、１回目のリフロ時の基板表面の酸化による２回目リフロへの影響は、現在主流の有機皮膜（耐熱プリラックス）による表面処理、または無機皮膜（はんだリベラ基板）であれば影響は無い。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明により、プリント配線板に部品を実装するはんだ付け方法及び装置において、プリント配線板への部品の装着後に部品の表面に酸化膜を形成する構成としたことにより、重量部品の落下および部品位置ずれやはんだ接合部の浮きを接着剤無しに安価で効率よく防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】従来のプリント配線板の両面に部品を実装するはんだ付け方法及び装置を説明するためのプリント基板の断面図である。
【図２】リード線とこのリード線に塗布されるはんだ濡れ広がり部（フィレット形成部）とを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態によるプリント配線板の両面に部品を実装するはんだ付け方法及び装置を説明するためのプリント基板の断面図である。
【図４】本発明の実施例１による、プリント配線板の両面に部品を実装するはんだ付け装置（リフロソルダリング装置）の構成を示すブロック図である。
【図５】図４に示したリフロソルダリング装置４０によるリフロソルダリングプロセスを説明するフローチャートである。
【図６】本発明の実施例２による、プリント配線板の両面に部品を実装するはんだ付け装置（リフロソルダリング装置）の構成を示すブロック図である。
【図７】図６に示したリフロソルダリング装置６０およびパイプ６１によるリフロソルダリングプロセスを説明するフローチャートである。
【図８】本発明の実施例１または２におけるフィレット部分に酸化膜が形成された様子を示す図である。
【図９】プリント配線板の加熱温度と酸素濃度と、形成される酸化膜厚との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００５１】
３１〜３９    酸化膜
４０    リフロソルダリング装置
４１    予備加熱部
４２    本加熱部
４３    ガス仕切りゾーン
４４    酸化膜形成部
４５    プリント配線板
６０    リフロソルダリング装置
６１    パイプ
【国際調査報告】
2008015731.tif 000012
2008015731.tif 000013