JP4714600B2

JP4714600B2 - リフロー半田付け処理における配線基板の位置決め方法及びリフロー半田付け用配線基板

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Publication number: JP4714600B2
Application number: JP2006056200A
Authority: JP
Inventors: 秀明松野
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2006-03-02
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2026-03-02
Also published as: JP2007234951A

Description

本発明は、メタルマスクを用いたクリーム半田の塗布工程とそれに続くＩＣやチップ等の電子部品等の実装工程後に、リフロー炉における半田の溶融工程とその後の冷却工程を経て、実装された電子部品の半田付けを行うリフロー半田付け処理における配線基板の位置決め方法と、リフロー半田付け処理により電子部品が半田付けされる配線基板とに関するものである。

ＩＣやチップ等の電子部品を配線基板に実装、半田付けする際には、従来より、メタルマスクとスキージを用いたオフセット印刷により配線基板の必要箇所にクリーム半田を塗布した後、Ｘ−Ｙステージ上でチャックを用いて電子部品を配線基板上に実装し、その状態で配線基板をリフロー炉に通して溶融させたクリーム半田を冷却させることで、実装した電子部品を配線基板に半田付けするのが一般的である（例えば特許文献１）。

このようなリフロー半田付けにより電子部品を配線基板に半田付けする際には、図１２に要部の斜視図で示すように、配線基板１上に印刷した位置検出用の位置決めパターン１ａを光学的に読み取って、配線基板１に対するメタルマスク３やチャック（図示せず）の位置決めを行っている。
特開２０００−１３１０９９号公報

上述した位置決めパターン１ａは、その周囲を略正方形状に囲む補強枠パターン１ａ´や導電パターン１ｂと共に、銅箔によって配線基板１上に印刷形成され、また、位置決めパターン１ａについては、その光学的読取性を損ねないように、補強枠パターン１ａ´や導電パターン１ｂのようにレジストでは覆われずに露出される。

そして、メタルマスク３には、配線基板１上にメタルマスク３を重ねても位置決めパターン１ａを読み取れるよう露出させるために、位置決め孔３ａを形成する必要があるので、メタルマスク３に特殊処理を施し位置決め孔３ａを透明部材で埋めて透光窓化でもしない限り、位置決めパターン１ａには、クリーム半田の塗布工程において電子部品の半田付け箇所と共にクリーム半田が塗布されてしまう。

そのため、位置決めパターン１ａの色が銅箔の色（銅色）からクリーム半田の色（銀色）に変わってしまい、光学的読取の認識性が下がってチャックの配線基板に対する位置決めの際の位置決め精度を低下させる恐れがあった。

かといって、位置決めパターンをメタルマスク３の位置決め孔３ａと同様の孔に変えてしまうと、クリーム半田の塗布工程において配線基板１の載置台側にクリーム半田が印刷塗布されてしまい、実用上好ましくない。

本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、位置決め孔の透明窓化等の特殊処理をメタルマスク側に施すことなく、配線基板に対するメタルマスクやチャックの位置決めを支障なく行えるリフロー半田付け処理における配線基板の位置決め方法と、この方法を実施して半田付け処理を行うのに用いて好適な位置決めパターンを有するリフロー半田付け用配線基板とを提供することにある。

前記目的を達成する請求項１記載の本発明は、リフロー半田付け処理における配線基板の位置決め方法に関するものであり、請求項２記載の本発明は、リフロー半田付け用配線基板に関するものである。

そして、請求項１に記載した本発明のリフロー半田付け処理における配線基板の位置決め方法は、マスク部材の半田パターン孔が配線基板の半田付け箇所に重なるように前記配線基板に対して前記マスク部材を位置決めして重ね、前記半田パターン孔から露出する前記半田付け箇所にクリーム半田を塗布する半田塗布工程と、重ねた前記マスク部材が除去された前記配線基板に対して位置決めされたチャックにより移送される電子部品を、前記クリーム半田が塗布された前記半田付け箇所に実装する部品実装工程と、前記配線基板を加熱し、前記電子部品が実装された前記半田付け箇所の前記クリーム半田を溶融させるリフロー工程と、溶融させた前記クリーム半田を冷却固化させて前記電子部品を前記半田付け箇所に半田付けする冷却工程と、前記冷却工程後、前記半田付け箇所を含む前記配線基板の使用部分から、該使用部分に隣接して構成された余白部分を除去する余白除去工程と、を有するリフロー半田付け処理における配線基板の位置決め方法であって、前記半田塗布工程に先立って、前記配線基板に重ねた前記マスク部材に貫設した位置決め孔から前記配線基板の前記使用部分に形成した第１位置決めパターンを露出させることで、前記第１位置決めパターンを基準にして、前記半田パターン孔が前記半田付け箇所に重なるように前記配線基板に対して前記マスク部材を位置決めする第１位置決め工程と、前記半田塗布工程後、前記部品実装工程に先立って、前記配線基板の、前記第１位置決め工程の際に前記マスク部材によりマスクされていた配線基板の前記余白部分に形成した第２位置決めパターンを基準にして、前記電子部品が前記半田付け箇所に実装されるように前記配線基板に対して前記チャックを位置決めする第２位置決め工程と、を備えることを特徴とする。

さらに、請求項２に記載した本発明のリフロー半田付け用配線基板は、半田付け箇所を含む使用部分と、該使用部分に隣接して構成されて重ねたマスク部材によりマスクされ、前記半田付け箇所への電子部品の半田付け後に除去される余白部分とを備え、前記マスク部材の半田パターン孔から露出する前記半田付け箇所に塗布したクリーム半田により、該半田付け箇所にその後実装された電子部品が半田付けされるリフロー半田付け用の配線基板であって、前記使用部分であって、重ねた前記マスク部材の位置決め孔から露出する箇所に形成された第１位置決めパターンと、前記余白部分であって、重ねた前記マスク部材によりマスクされる箇所に形成された第２位置決めパターンとを備えることを特徴とする。

請求項１に記載した本発明のリフロー半田付け処理における配線基板の位置決め方法によれば、
マスク部材の位置決め孔から露出する配線基板の使用部分の第１位置決めパターンには半田塗布工程においてクリーム半田が塗布されるものの、マスク部材によってマスクされる配線基板の余白部分の第２位置決めパターンには半田塗布工程においてクリーム半田が塗布されず、余白部分は冷却工程後に、前記半田付け箇所を含む前記配線基板の使用部分から除去される。

このため、位置決め孔の透明窓化等の特殊処理をマスク部材側に施すことなく配線基板に対するマスク部材の位置決めを第１位置決め工程において行うのに必要な、配線基板の使用部分の第１位置決めパターンが、半田塗布工程におけるクリーム半田の塗布により光学的認識性を落としてしまっても、半田塗布工程においてクリーム半田が塗布されない配線基板の余白部分の第２位置決めパターンの存在により、光学的認識性を落とすことなく配線基板に対するチャックの位置決めを第２位置決め工程において行うことができる。また、冷却工程に続く余白除去工程において配線基板の使用部分から余白部分が除去されても、半田塗布工程においてクリーム半田が塗布される第１位置決めパターンは使用部分側に残り、余白部分として除去されないことから、クリーム半田が固着していない材料として通常の廃棄処理を施して配線基板の余白部分を再利用に供し、配線基板の材料のリサイクル性を向上させることができる。

さらに、請求項２に記載した本発明のリフロー半田付け用配線基板によれば、重ねたマスク部材の半田パターン孔から露出する半田付け箇所にクリーム半田を塗布する際に、マスク部材の位置決め孔から露出する使用部分の第１位置決めパターンにはクリーム半田が塗布されるものの、マスク部材によってマスクされる余白部分の第２位置決めパターンにはクリーム半田が塗布されない。

このため、マスク部材の半田パターン孔が半田付け箇所に重なるようにするためのマスク部材の位置決めを、位置決め孔の透明窓化等の特殊処理をマスク部材側に施すことなく実現するのに必要な第１位置決めパターンに、重ねたマスク部材の半田パターン孔から露出する半田付け箇所と共にクリーム半田が塗布されて、その光学的認識性が落ちてしまっても、半田付け箇所にクリーム半田を塗布する際に重ねたマスク部材によりマスクされてクリーム半田が塗布されない第２位置決めパターンを基準にして、光学的認識性を落とすことなくチャックの位置決めを行うことができる。また、電子部品が半田付けされた半田付け箇所を含む使用部分から余白部分が除去されても、半田付け箇所と共にクリーム半田が塗布される第１位置決めパターンは使用部分側に残り、余白部分として除去されないことから、クリーム半田が固着していない材料として通常の廃棄処理を施して余白部分を再利用に供し、配線基板の材料のリサイクル性を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施形態に係るリフロー半田付け用配線基板の斜視図であり、図１中図１２で示したのと同一の部材、部分には、図１２で付したものと同一の引用符号を付して説明する。

そして、図１に示す本実施形態の配線基板１は、リフロー半田付け処理の最後に余白部分１ｇを薄肉部１ｈから折り取り除去する余白除去工程を行って、残る使用部分１ｆのみを不図示の装置等に組み込んで利用するように構成されている。

したがって、図２に要部の斜視図で示すように、表面がレジストで覆われた導電パターン１ｂや、表面がレジストで覆われていない半田付け箇所としてのランド１ｃは、全て配線基板１の使用部分１ｆに配置されている。

また、配線基板１の使用部分１ｆにはメタルマスク３（請求項中のマスク部材に相当）の位置決め用の第１位置決めパターン１ｄが、ランド１ｃと同様に表面をレジストで覆わずに、銅箔を露出させることによって形成されている。

一方、薄肉部１ｈを介して使用部分１ｆとつながっている余白部分１ｇには、使用部分１ｆの第１位置決めパターン１ｄに近接して、チャック７（図７参照）の位置決め用の第２位置決めパターン１ｅが、第１位置決めパターン１ｄやランド１ｃと同様に表面をレジストで覆わずに形成されている。

尚、第１位置決めパターン１ｄや第２位置決めパターン１ｅの周囲は、配線基板１のそれらが形成された部分における応力や熱等による変形、反りを防止する目的で、レジストで覆われた銅箔による略正方形状の補強枠パターン１ｄ´，１ｅ´（図４参照）によって囲まれており、同様の目的で、配線基板１の裏面にも、レジストで覆われた銅箔による補強用パターン１ｊが設けられている（図５、図６参照）。

そして、ランド１ｃに対する半田塗布工程において用いられる前記メタルマスク３は、図３に斜視図で示すように、補強用の金属フレーム３Ａに張設されており、図４に要部の拡大斜視図で示すように、位置決め孔３ａと多数の半田パターン孔３ｂとが貫設されている。

前記位置決め孔３ａは、図３に示すように、メタルマスク３の２箇所に貫設されており、これら各位置決め孔３ａや各半田パターン孔３ｂは、図４に示すように、配線基板１の各ランド１ｃに各半田パターン孔３ｂが重なるようにメタルマスク３を配線基板１に重ねた状態で、配線基板１の使用部分１ｆのほぼ対角線上の箇所にそれぞれ形成された２つの第１位置決めパターン１ｄを、対応する各位置決め孔３ａからそれぞれ露出させるように構成されている。

尚、図３に示すように、メタルマスク３は配線基板１に対して十分大きい寸法で形成されており、メタルマスク３を当て付けた状態で、第２位置決めパターン１ｅを含む配線基板１の余白部分１ｇは、図５に拡大断面図で示すように、位置決め孔３ａや半田パターン孔３ｂが貫設されていないメタルマスク３部分によって全て覆われる。

そして、この半田塗布工程によって配線基板１の各ランド１ｃや第１位置決めパターン１ｄには、図６に拡大断面図で示すように、メタルマスク３の各位置決め孔３ａや各半田パターン孔３ｂに不図示のスキージにより充填されたクリーム半田５が、オフセット印刷方式によって転写印刷、塗布されるが、メタルマスク３で覆われる第２位置決めパターン１ｅには、クリーム半田５は塗布されない。

半田塗布工程後のランド１ｃに対する部品実装工程において用いられる前記チャック７は、図７に要部の拡大斜視図で示すように、配線基板１を水平面内でＸＹ方向に移動させるＸ−Ｙステージ（図示せず）上に昇降可能に配置されている。

そして、チャック７の真下に配線基板１の所定箇所が位置するホームポジションに配線基板１を位置させた状態で、予めプログラムされた位置制御に従い不図示のＸ−ＹステージをＸＹ方向に移動させてランド１ｃをチャック７の真下に位置させて、チャック７を降下させることで、チャック７にチャッキングされた電子部品９が配線基板１のランド１ｃの部分に実装される。

ちなみに、半田塗布工程において配線基板１に重ねたメタルマスク３の位置決め孔３ａから配線基板１の第１位置決めパターン１ｄが露出しているか否かの確認（第１位置決め工程）や、部品実装工程において配線基板１がホームポジションに位置しているか否かの確認（第２位置決め工程）は、配線基板１の上方から不図示の撮像手段で撮影した画像中の第１位置決めパターン１ｄや第２位置決めパターン１ｅの位置を、画像処理により認識することで行われる。

上述した部品実装工程によって配線基板１のランド１ｃの部分には、図８に要部の拡大斜視図で示すように、電子部品９が実装され、その後に行われるリフロー工程では、図９に説明図で示すように、ヒータ１１ａと均熱用の送風ファン１１ｂとが設置されたリフロー炉１１内を配線基板１に所定の時間をかけて通過させることで、配線基板１の各ランド１ｃや第１位置決めパターン１ｄに塗布されたクリーム半田５が溶融される。

そして、その後の冷却工程において、リフロー炉１１から取り出した配線基板１を自然冷却又は空調空間において調節しながら冷却することで、図１０に拡大断面図で示すように、溶融された各ランド１ｃや第１位置決めパターン１ｄのクリーム半田５が冷却固化され、これにより、図１１に要部の拡大斜視図で示すように、各ランド１ｃに対する電子部品９の半田付けが完了する。

各ランド１ｃに対する電子部品９の半田付けが完了した配線基板１は、冒頭でも説明したように、余白除去工程を経て不図示の装置等に組み込まれる。

以上に説明した本実施形態の配線基板１とそのリフロー半田付け処理によれば、第１位置決め工程において、メタルマスク３の位置決め孔３ａから配線基板１の第１位置決めパターン１ｄを露出するようにメタルマスク３を配線基板１に重ねた状態で、半田塗布工程を行うことで、半田パターン孔３ｂから露出するランド１ｃと共に第１位置決めパターン１ｄ上にクリーム半田が印刷塗布されても、メタルマスク３によって覆われる第２位置決めパターン１ｅ上にはクリーム半田が印刷されない。

このため、続く部品実装工程に先立って第２位置決め工程においてチャック７を配線基板１に対して位置決めする際に、第２位置決めパターン１ｅをクリーム半田の色（銀色）でなく銅箔の色（銅色）のままとして、不図示の撮像手段による撮影画像中から画像処理によって認識する際の認識性（光学的認識性）が落ちないようにし、位置決め孔３ａの透明窓化等の特殊処理をメタルマスク３に施すことなく、配線基板１に対するメタルマスク３やチャック７の位置決めを支障なく行えるようにすることができる。

本発明では、第１位置決めパターン１ｄの位置を本実施形態のように配線基板１の使用部分１ｆとしたことにより、余白除去工程において使用部分１ｆから除去される余白部分１ｇにクリーム半田が固着した第１位置決めパターン１ｄが含まれないので、通常の廃棄処理で余白部分１ｇを配線基板１の材料の再利用に供し、リサイクル性を向上させることができるので、有利である。

さらに、本実施形態では、不図示のＸ−Ｙステージ水平面内における配線基板１のＸＹ方向移動を行い自らは昇降移動のみを行うチャック７を、部品実装工程に先立つ第２位置決め工程において配線基板１に対して位置決めする場合を例に取って説明したが、本発明は、自ら水平面内において配線基板１に対してＸＹ方向に相対移動するチャックを第２位置決め工程において配線基板１に対して位置決めする場合にも、適用可能である。

本発明が適用されるリフロー半田付け用配線基板の一実施形態を示す斜視図である。図１の配線基板の要部の斜視図である。図２のメタルマスクの全体を示す斜視図である。図２の配線基板に対するメタルマスクの位置決め時の相対位置関係を示す要部の拡大斜視図である。第１位置決め工程において配線基板にメタルマスクを当て付けた状態を示す拡大断面図である。半田塗布工程において配線基板にメタルマスクを当て付けた状態を示す拡大断面図である。図２の配線基板に対するチャックの位置決め時の相対位置関係を示す要部の拡大斜視図である。部品実装工程により部品が実装された状態の配線基板を示す要部の拡大斜視図である。リフロー工程の概略を示す説明図である。冷却工程における配線基板の拡大断面図である。冷却工程により電子部品が半田付けされた配線基板を示す要部の拡大斜視図である。従来の配線基板に対するメタルマスクの位置決め時の相対位置関係を示す要部の拡大斜視図である。

符号の説明

１配線基板（リフロー半田付け用配線基板）
１ｃランド（半田付け箇所）
１ｄ第１位置決めパターン
１ｅ第２位置決めパターン
１ｆ使用部分
１ｇ余白部分
３メタルマスク（マスク部材）
３ａ位置決め孔
３ｂ半田パターン孔
５クリーム半田
７チャック
９電子部品

Claims

マスク部材の半田パターン孔が配線基板の半田付け箇所に重なるように前記配線基板に対して前記マスク部材を位置決めして重ね、前記半田パターン孔から露出する前記半田付け箇所にクリーム半田を塗布する半田塗布工程と、
重ねた前記マスク部材が除去された前記配線基板に対して位置決めされたチャックにより移送される電子部品を、前記クリーム半田が塗布された前記半田付け箇所に実装する部品実装工程と、
前記配線基板を加熱し、前記電子部品が実装された前記半田付け箇所の前記クリーム半田を溶融させるリフロー工程と、
溶融させた前記クリーム半田を冷却固化させて前記電子部品を前記半田付け箇所に半田付けする冷却工程と、
前記冷却工程後、前記半田付け箇所を含む前記配線基板の使用部分から、該使用部分に隣接して構成された余白部分を除去する余白除去工程と、
を有するリフロー半田付け処理における配線基板の位置決め方法であって、
前記半田塗布工程に先立って、前記配線基板に重ねた前記マスク部材に貫設した位置決め孔から前記配線基板の前記使用部分に形成した第１位置決めパターンを露出させることで、前記第１位置決めパターンを基準にして、前記半田パターン孔が前記半田付け箇所に重なるように前記配線基板に対して前記マスク部材を位置決めする第１位置決め工程と、
前記半田塗布工程後、前記部品実装工程に先立って、前記配線基板の、前記第１位置決め工程の際に前記マスク部材によりマスクされていた配線基板の前記余白部分に形成した第２位置決めパターンを基準にして、前記電子部品が前記半田付け箇所に実装されるように前記配線基板に対して前記チャックを位置決めする第２位置決め工程と、
を備えることを特徴とするリフロー半田付け処理における配線基板の位置決め方法。
半田付け箇所を含む使用部分と、該使用部分に隣接して構成されて重ねたマスク部材によりマスクされ、前記半田付け箇所への電子部品の半田付け後に除去される余白部分とを備え、前記マスク部材の半田パターン孔から露出する前記半田付け箇所に塗布したクリーム半田により、該半田付け箇所にその後実装された電子部品が半田付けされるリフロー半田付け用の配線基板であって、
前記使用部分であって、重ねた前記マスク部材の位置決め孔から露出する箇所に形成された第１位置決めパターンと、
前記余白部分であって、重ねた前記マスク部材によりマスクされる箇所に形成された第２位置決めパターンとを備える、
ことを特徴とするリフロー半田付け用配線基板。