(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルム基板の部品実装面に形成されたランド上の所定の箇所にクリームはんだを塗布する工程と、前記クリームはんだに接するように電子部品を配置する工程と、前記フィルム基板をステージ上に配する工程と、前記フィルム基板の部品実装面に対向して配された熱源により前記フィルム基板を加熱して前記クリームはんだを溶融固化させて、前記電子部品を前記フィルム基板上に実装する工程とを具備し、前記フィルム基板の加熱に先だって、前記フィルム基板のはんだ付けしようとする箇所に対応した箇所に開口部を有する遮蔽マスクを、前記フィルム基板と前記熱源の間に配することを特徴とし、前記遮蔽マスクが、前記開口部の周縁部またはその近傍にフィルム基板側に突出した基板押さえ部を備え、前記基板押さえ部が筒状である、電子部品実装方法。
【請求項２】
フィルム基板の部品実装面に形成されたランド上の所定の箇所にクリームはんだを塗布する工程と、前記クリームはんだに接するように電子部品を配置する工程と、前記フィルム基板をステージ上に配する工程と、前記フィルム基板の部品実装面に対向して配された熱源により前記フィルム基板を加熱して前記クリームはんだを溶融固化させて、前記電子部品を前記フィルム基板上に実装する工程とを具備する電子部品実装方法において、前記フィルム基板の加熱に先だって、前記フィルム基板と前記熱源の間に配される遮蔽マスクであって、
前記フィルム基板のはんだ付けしようとする箇所に対応した箇所に開口部を有し、前記開口部の周縁部またはその近傍にフィルム基板側に突出した基板押さえ部を備え、前記基板押さえ部が筒状である、遮蔽マスク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルム基板に電子部品をはんだ付けする電子部品実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話をはじめとする携帯用電子機器の小型化、軽量化等の要求を満たすため、電子回路用の基板としてポリイミド等からなるフィルム基板の採用が不可欠となっている。
従来、フィルム基板は薄くまたカール癖（反り）が生じやすいことから、フィルム基板上に電子部品を実装する際には、その周辺部をホルダで挟み込んでステージ上にその平面が平坦に保たれるよう固定していた。
【０００３】
電子部品をフィルム基板上に実装する方法としては、従来より基板のランド上にクリームはんだを塗布させそれに接するように電子部品を配置した後、クリームはんだを輻射熱により溶融し、次いで固化させて電子部品を固定する方法が一般的である。
【０００４】
しかしながら、フィルム基板に電子部品を実装するには、以下のような問題点があった。
種々の電子部品を複数混載したフィルム基板の全体を加熱して電子部品のすべてを同時にはんだ付けしようとすると、電子部品の熱容量が異なるために基板全体を均一に加熱することは困難である。したがって、最もはんだ付けし難い部位すなわち熱容量が最も大きい部位に合わせた条件でフィルム基板を加熱する必要があり、結果としてその他の部位は過度に加熱されることになる。過度な加熱は、ＩＣ等の耐熱温度が低い電子部品の破壊を招く。この傾向は、通常の回路基板に用いられるセラミックス基板や銅張積層板と比べて薄く外部に熱が逃げやすいフィルム基板を用いた場合に特に顕著である。また、フィルム基板は熱により変形しやすいという問題点もある。
【０００５】
この問題を解決するために、フィルム基板の加熱上限温度が同等な部位だけを局部的に加熱してはんだ付けする方法が提案されている。しかし、この方法によっても、フィルム基板からステージへの放熱の程度がフィルム基板の部位によって異なるため、均一に加熱するのは困難である。それぞれの部位を充分に加熱し、すべてのはんだ付けが正常になされるようにするには、放熱の程度が大きい部位に合わせて加える熱量を大きくする必要があるが、その一方で加熱によるフィルム基板の変形を防ぐ必要もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の問題点を解決し、フィルム基板上に電子部品を安定してはんだ付けすることができる電子部品の実装方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子部品実装方法は、フィルム基板のはんだ付けしようとする部位だけが輻射熱線に曝されるように、そのほかの部分を遮蔽マスクによって保護し、はんだ付け部を集中的に加熱して電子部品を実装するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の電子部品実装方法は、フィルム基板の部品実装面に形成されたランド上の所定の箇所にクリームはんだを塗布する工程と、フィルム基板上に塗布されたクリームはんだに接するように電子部品を配置する工程と、フィルム基板をステージ上に配する工程と、フィルム基板の部品実装面に対向して配された熱源によりフィルム基板を加熱して、クリームはんだを溶融させ、次いで固化させて電子部品をフィルム基板上に実装する工程とを具備し、フィルム基板の加熱に先だって、フィルム基板のはんだ付けしようとする箇所に対応した箇所に開口部を有する遮蔽マスクを、フィルム基板と前記熱源の間に配する。
このようにして、フィルム基板の熱に弱い部位を遮蔽マスクによって熱源から遮蔽し保護することで、はんだ付け部のみを集中的に加熱することができる。
【０００９】
同じ遮蔽マスクを用いて一定周期で繰り返し熱輻射によってはんだ付けする場合、遮蔽マスクの熱容量がはんだ付けに影響する。すなわち、熱容量の大きい遮蔽マスクでは、はんだ付けを繰り返すにつれて予熱によって加熱時の基板温度が高くなるため、同一条件で加熱してもはんだ付け部の温度を上昇させてしまう恐れがある。
そこで、本発明の好ましい態様においては、銅、真鍮、アルミニウム等の比熱が小さく熱伝導性が高い材料からなる遮蔽マスクを用いる。これにより、繰り返しはんだ付けを行っても遮蔽マスクの温度上昇を抑制できるため、はんだ付け部の温度上昇を抑制することができる。
また、遮蔽マスクを薄くすることによっても、その熱容量を小さくすることができる。
本発明の他の好ましい態様においては、遮蔽マスクの厚さは２ｍｍ以下である。これにより、遮蔽マスクの開口部の壁面で反射した熱線により生じるはんだ付け部内の温度分布のバラツキを抑制することも可能になる。
【００１０】
本発明のさらに他の好ましい態様において、遮蔽マスクがその表面に熱源からの熱線を反射するための反射膜を有する。
使用する光源の波長域での反射率が高い材料で遮蔽マスク表面を被覆すると、遮蔽マスクの温度上昇を効果的に抑制でき、はんだ付け部の温度上昇を抑制することができる。反射膜は、たとえば金からなる。反射膜は、たとえば厚さが均一な膜を安定して形成できるメッキにより形成する。また、物理蒸着法や化学蒸着法を用いてもよい。これらのいずれの方法によっても、母材が表面に露出することなく表面に均一に反射膜を形成するためには、形成する反射膜の厚さを０．１μｍ以上とすることが好ましい。
【００１１】
本発明において、遮蔽マスクは、その開口部の周縁またはその近傍にフィルム基板側に突出した基板押さえ部を有する。
遮蔽マスクの開口部の周縁またはその近傍に、基板側に突出した基板押さえ部を設け、基板加熱時にフィルム基板のはんだ付け部の周囲を押圧するようにすると、加熱によるフィルム基板の変形を抑えることができる。
この基板押さえ部を遮蔽マスク開口部の周辺に壁状に設けると、フィルム基板を急激に加熱してもはんだ付け部以外へのフラックスの飛散を抑制することができる。また、フィルム基板と基板を固定するステージとの密着性を高めることができるので、基板の端部からフラックスが基板内部に浸透して基板が汚染されることを防止することができる。
【００１２】
本発明のさらに他の好ましい態様において、遮蔽マスクによりフィルム基板に形成されたスルーホールおよびその開口部に形成されたランドを覆った後、フィルム基板を加熱する。
急激にフィルム基板を加熱して電子部品をはんだ付けする場合、クリームはんだ中のフラックスが飛散してスルーホールに入り込み、基板の裏面や基板を固定するステージを汚染する恐れがある。そこで、スルーホールやその開口部に形成されたランドを覆うように遮蔽マスクを配する。これにより、基板裏面やステージが汚染されたり、はんだ付け後、基板がステージからはずれにくくなることを防止することができる。
なお、本発明は、フィルム基板に限らず、セラミックス基板や銅張積層板等の他の回路基板への電子部品の実装にも有用である。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の好ましい実施例をより詳細に説明する。
【００１４】
《参考例１》
本参考例における電子部品実装時の状態を図１に示す。
遮蔽マスク５は、一辺が６０ｍｍの正方形で厚さが１ｍｍのステンレス鋼板で、その周縁部に高さ２ｍｍの枠部５ｂを有する。また、遮蔽マスク５の表面には長さが２５ｍｍで幅が１０ｍｍの長方形の開口部５ａが形成されている。
フィルム基板１は、厚さが５０μｍのポリイミド製で、その両面には金メッキおよびエッチングにより図２の（ａ）に示すような回路パターンが形成されている。フィルム基板１の上面には電子部品を実装するためのランド１ａが形成されている。ランド１ａには図２の（ｂ）に示すようにクリームはんだ６が塗布されていて、さらにチップコンデンサ、チップ抵抗器等の電子部品３が配されている。
【００１５】
フィルム基板１は、図１に示すように、基板固定ステージ２の上面に配された後、吸気口２ｂにより吸引され、基板固定ステージ２の上面に密着して固定される。熱源４は、基板固定ステージ２上に配されたフィルム基板１を加熱する。
遮蔽マスク５は、はんだ付けしない電子部品３ｂを覆いかつその開口部５ａがはんだ付けしようとする電子部品３ａの上方に位置するように配される。
【００１６】
遮蔽マスク５を隔てて対向して配された熱源４より、フィルム基板１に向けて１５秒間熱線を放射し、そのときのフィルム基板１の温度プロファイルを測定した。なお、フィルム基板１上の、遮蔽マスク５の開口部の周縁から１ｃｍ外側の遮蔽マスク５で覆われている箇所で温度を測定した。
また、比較例として、遮蔽マスク５を用いずに、フィルム基板１を直接熱源４に対向させてフィルム基板１を加熱した。そのときの同箇所における温度プロファイルを同様に測定した。その結果を図３に示す。
図３より明らかなように、遮蔽マスクを用いることにより、フィルム基板の加熱を必要としない箇所に加わる熱を低減することができ、フィルム基板の熱変形を抑制することができる。
【００１７】
《参考例２》
同一の遮蔽マスクを用いて繰り返しはんだ付けを行うと、遮蔽マスク自体が高温になって、その効果が得られにくくなる。そこで、本参考例では、遮蔽マスクの材質について検討する。
厚さ１ｍｍの銅板を用いて参考例１と同様に遮蔽マスク５を作製し、参考例１と同様にはんだ付けを行った。
参考例１の遮蔽マスクの材料に用いたステンレス鋼と比べて、本実施例の遮蔽マスクの材料に用いた銅は熱伝導率が高く、高温時の放熱性が高い。
【００１８】
参考例１のステンレス鋼製遮蔽マスクと本実施例の銅製遮蔽マスクのそれぞれを用いて、１５秒間加熱するはんだ付けを２０秒周期で繰り返した。そのときの本実施例の銅製遮蔽マスク５の温度プロファイルを、図４の（ａ）に示す。あわせて参考例１で用いた遮蔽マスクを用いたときの遮蔽マスクの温度プロファイルを、図４の（ｂ）に示す。
【００１９】
また、このときのはんだ付け部の温度プロファイルを測定した。本参考例の遮蔽マスクを用いたときの結果を図５の（ａ）に、参考例１の遮蔽マスクを用いたときの結果を（ｂ）にそれぞれ示す。
これらの結果より明らかなように、放熱性に優れる銅製の遮蔽マスクを用いることにより、ステンレス鋼製の遮蔽マスクを用いた場合と比べて、繰り返しはんだ付けを行ったときの遮蔽マスク５およびはんだ付け部の温度上昇が抑制される。すなわち、より熱伝導率の高い材料からなる遮蔽マスクを用いることにより、連続したはんだ付けにおいても、はんだ付け部の温度を上昇させずに安定して確実な電子部品の実装が可能になる。
【００２０】
《参考例３》
本参考例では、遮蔽マスクの表面に熱線反射膜を形成することにより、遮蔽マスクの温度上昇を防ぐ方法について説明する。
参考例２で用いたものと同様の銅製の遮蔽マスクの表面にそれぞれ厚さ０．５μｍの金膜をメッキにより形成した。この金膜を備えた遮蔽マスクを用いて、参考例２と同様に繰り返しはんだ付けを行った。そのときの遮蔽マスク５の温度プロファイルを図６の（ａ）に示す。比較として参考例２の遮蔽マスク５の温度プロファイルを図６の（ｂ）に示す。なお、熱源４には波長が０．８〜２．５μｍの近赤外線光源を用いた。また、このときのはんだ付け部の温度プロファイルをそれぞれ測定した。その結果をそれぞれ図７の（ａ）および（ｂ）に示す。
【００２１】
図６および図７より明らかなように、表面に金からなる反射膜を備えた遮蔽マスクを用いることにより遮蔽マスクの温度上昇は抑制され、はんだ付け部分の温度上昇も抑制される。これは、照射された近赤外線を反射膜により反射させることができるためである。このように、遮蔽マスク表面に熱線に対する反射膜を形成することにより、同じ遮蔽マスクを繰り返しはんだ付けに用いてもはんだ付け温度を上昇させず、安定かつ確実なはんだ付けが可能になる。
また、近赤外線の波長域（０．８〜２．５μｍ）に対する反射率が高い銀を遮蔽マスク５の表面にめっきしても同様の効果が得られた。
【００２２】
《実施例１》
上記参考例のように、フィルム基板を局所的に加熱すると、加熱された箇所が熱により変形しやすい。そこで、本実施例では、局所的な加熱においてフィルム基板の変形を抑えることができる方法について説明する。
本実施例では、図８に示すように、参考例２で用いたものと同様の銅製でその開口部５ａの周縁部に下方に突出した筒部５ｃを備えた遮蔽マスク５を用いた。筒部５ｃは、フィルム基板１上に配置したときにフィルム基板１の上面を下方に押さえつける。これにより加熱時にフィルム基板１を押さえつけることにより、その変形を抑制する。
実際にこの遮蔽マスク５を用いて、参考例２と同様にして繰り返しはんだ付けを行ったところ、フィルム基板の 熱変形は参考例２のフィルム基板のそれよりも小さかった。また、フラックスの吸い込みによる汚染も僅かであった。すなわち、本実施例のように基板押さえ部の形状を筒状にすることにより、基板を加熱する際に、クリームはんだの中に含まれるフラックスが基板押さえ部により隔てられた部位へ飛散するのを抑制する効果も得られる。
【００２３】
《実施例２》
フィルム基板に限らずプリント配線板の多くは、その両面に回路が形成されていて、図９に示すように、両面を電気的に接続するためのスルーホール８が設けられている。スルーホール８はその壁面がめっき処理された貫通孔であるから、このスルーホール８の近傍のランドにクリームはんだを用いて電子部品を実装すると、クリームはんだ中のフラックスが飛散する。飛散したフラックスがスルーホール８を通じて基板裏面に達すると、基板の裏面や基板を固定しているステージを汚染したり、はんだ付け後に基板が基板固定ステージからはずれにくくなることが懸念される。そこで、フィルム基板１の上に電子部品を実装する際に、図９に破線で示すように、基板押さえ部を備えた遮蔽マスクをその開口部５ａの下方にスルーホール８が位置しないように配すると、クリームはんだ中のフラックスが飛散してスルーホール８内に侵入するのを防ぐことができる。
なお、実際の回路設計段階においては、電子部品搭載用のランドの周縁にはスルーホールを設けないことが望まれる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、基板の変形やクリームはんだに含まれるフラックスによる汚染を防いで安定してフィルム基板へ電子部品を実装することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一参考例において、フィルム基板上に電子部品をはんだ付けしている状態を示す縦断面図である。
【図２】同フィルム基板上に電子部品を配置した状態を示す図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は縦断面図である。
【図３】同基板加熱時のフィルム基板の温度プロファイルを示すグラフである。
【図４】本発明の参考例に用いた遮蔽マスクの基板加熱時の温度プロファイルを示すグラフであって、（ａ）は銅製の遮蔽マスクを用いたときを、（ｂ）はステンレス鋼製の遮蔽マスクを用いたときをそれぞれ示す。
【図５】同基板加熱時のはんだ付け部の温度プロファイルを示すグラフであって、（ａ）は銅製の遮蔽マスクを用いたときを、（ｂ）はステンレス鋼製の遮蔽マスクを用いたときをそれぞれ示す。
【図６】本発明の他の参考例に用いた遮蔽マスクの基板加熱時の温度プロファイルを示すグラフであって、（ａ）は熱線反射膜を有する遮蔽マスクを用いたときを、（ｂ）は熱線反射膜を有さない遮蔽マスクを用いたときをそれぞれ示す。
【図７】同はんだ付け部の温度プロファイルを示すグラフであって、（ａ）は熱線反射膜を有する遮蔽マスクを用いたときを、（ｂ）は熱線反射膜を有さない遮蔽マスクを用いたときをそれぞれ示す。
【図８】本発明の実施例において、フィルム基板上に電子部品をはんだ付けしている状態を示す縦断面図である。
【図９】本発明のさらに他の実施例において、フィルム基板上に遮蔽マスクを配置した状態を示す要部の平面図である。
【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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【図９】
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