JP2005064379A - Wiring board and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ピン挿入部品と表面実装部品とを混載した配線基板、およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a wiring board in which a pin insertion component and a surface mounting component are mixedly mounted, and a manufacturing method thereof.
この種の配線基板を廉価に製造するためには、配線パターンが片面にのみ形成される、いわゆる片面基板の採用が不可欠となる。その場合、例えば図6に示したように、表面実装部品22は片面基板1の図示しない配線パターンが設けられた面に位置し、ピン13をピン穴に嵌挿することで片面基板1に固定されるピン挿入部品12はその反対側に位置することになる。
In order to inexpensively manufacture this type of wiring board, it is indispensable to adopt a so-called single-sided board in which a wiring pattern is formed only on one side. In this case, for example, as shown in FIG. 6, the
その製造工程としては、例えば図7に例示したように表面実装部品22をボンド2により片面基板1の配線パターン側である半田面側に仮止めし、次にピン挿入部品12のピン13を片面基板1のピン穴に挿入してピン挿入部品12をその反対側に仮止めする。続いて、半田面側にフラックスを塗布して溶融半田3Aが貯留された半田槽3に浸漬し、ピン挿入部品12と表面実装部品22とを同時に片面基板1に半田付けして実装する。
As the manufacturing process, for example, as illustrated in FIG. 7, the
しかし、上記製造方法においては、
1)専用のボンド塗布装置が必要になる。
汎用のボンド塗布装置では、表面実装する部品の実装精度・強度が不安定になり、また、高速実装する生産ラインに対応することができない。
2)専用のフラックス塗布装置が必要になる。
汎用のフラックス塗布装置では、多用な形状の表面実装部品の要部にフラックスを塗布することができないため、半田付け品質がばらつく。
3)表面実装部品の半田付け部に気泡が発生し、半田不良となり易い。
半田槽への浸漬時にフラックスより発生するガスは、ピン挿入部品ではピン穴を通って上方に抜けるが、表面実装部品ではガスが抜ける穴がないため、表面実装部品の近傍に滞留して半田不良を引き起こし易い。
4)溶融半田に浸漬される表面実装部品が鉛フリー半田の溶融温度に耐えられない。
鉛公害を廃絶するため、鉛入り半田から鉛フリー半田に切り換わりつつある。しかし、鉛フリー半田では鉛入り半田より半田槽の温度は20〜50℃も高くする必要があり、溶融半田に浸漬される表面実装部品の選択肢が狭まる(使用不能な部品もある)。
などと云った問題点があった。
However, in the above manufacturing method,
1) A dedicated bond coating device is required.
In general-purpose bond coating apparatuses, the mounting accuracy and strength of parts to be surface-mounted are unstable, and cannot be applied to a production line for high-speed mounting.
2) A dedicated flux application device is required.
In a general-purpose flux coating apparatus, the flux cannot be applied to the main part of the surface mount component having various shapes, so that the soldering quality varies.
3) Air bubbles are generated in the soldered portion of the surface mount component, and solder failure is likely to occur.
The gas generated from the flux when immersed in the solder bath passes upward through the pin hole in the pin insertion part, but there is no hole through which the gas escapes in the surface mount part. It is easy to cause.
4) Surface mount components immersed in molten solder cannot withstand the melting temperature of lead-free solder.
In order to eliminate lead pollution, lead-containing solder is being switched to lead-free solder. However, in the case of lead-free solder, the temperature of the solder bath needs to be 20 to 50 ° C. higher than that of lead-containing solder, and the options for surface-mounted components immersed in molten solder are narrowed (some components cannot be used).
There was a problem such as.
また、図8に示したように、チップ化印刷配線基板4に複数の図示しないスルーホールを設け、そのチップ化印刷配線基板4の裏面の端部に、スルーホールに対応する複数のパット5を形成し、そのパット5とスルーホールとを導体パターン6で接続した状態で、スルーホールにピン挿入部品であるディップ部品7のピンを挿入して半田槽に浸漬し、チップ化印刷配線基板4にピン挿入部品のディップ部品7を搭載し、そのディップ部品7が搭載されたチップ化印刷基板4を搭載するチップ部品搭載用基板8の所要部に、チップ部品搭載用穴8Aを開設し、その周囲にチップ化印刷配線基板4に形成したパット5に対応するパット5Aを設けた状態で、図示しないピン挿入部品と他の全ての表面実装部品を搭載して、半田リフローにより一工程で接着して、ピン挿入部品と表面実装部品と混載した基板を製造するようにした技術も周知である(特許文献1)。
Further, as shown in FIG. 8, a plurality of through holes (not shown) are provided in the chipped printed wiring board 4, and a plurality of pads 5 corresponding to the through holes are formed on the back end of the chipped printed wiring board 4. In the state where the pad 5 and the through hole are connected by the
図8に提案された基板の製造方法によれば、製造工数の減少と、部品実装時の作業能率の改善とが図れると記載されている。 According to the board manufacturing method proposed in FIG. 8, it is described that the number of manufacturing steps can be reduced and the work efficiency at the time of component mounting can be improved.
しかし、特許文献1に提案された基板の製造方法においては、チップ部品搭載用基板にチップ化印刷配線基板を載置する工程が、実際には大変な作業になると云った問題点がある。すなわち、チップ部品搭載用基板に対し、通常はチップ化印刷配線基板が極めて小さいために、その位置決め載置を高精度で行うことが困難であった。
However, the substrate manufacturing method proposed in
加えて、1枚のチップ部品搭載用基板に1枚のチップ化印刷配線基板を搭載するだけでも大変な作業であるのに、1枚のチップ部品搭載用基板に大きさ・形状の異なる複数のチップ化印刷配線基板を搭載するときには、その作業を機械化することは資金効率の面から困難であるので、人手に頼ることになるが、1枚のチップ部品搭載用基板に多数のチップ化印刷配線基板を人手によって搭載する作業は困難を極めるだけでなく、そのような作業環境下で製造した基板は品質が磐石なものではなくなると云った問題点があった。 In addition, even if only one chip printed wiring board is mounted on one chip component mounting board, it is a difficult task, but a single chip component mounting board has a plurality of different sizes and shapes. When mounting a chip printed wiring board, it is difficult to mechanize the work from the viewpoint of financial efficiency, so it depends on human beings, but many chip printed wirings are mounted on one chip component mounting board. The work of manually mounting a substrate is not only extremely difficult, but there is a problem that the quality of a substrate manufactured in such a working environment is not so high.
そのため、ピン挿入部品と表面実装部品とが混載された基板が簡単に、且つ、廉価に製造できるようにする必要があり、それが解決すべき課題であった。 Therefore, it is necessary to make it possible to easily and inexpensively manufacture a substrate on which a pin insertion component and a surface mounting component are mixedly mounted, which is a problem to be solved.
本発明は、ピン挿入部品回避穴が開設されて片面に表面実装部品が半田ペーストにより仮止めされた表面実装部品用片面基板に、表面実装部品回避穴が開設されて片面にピン挿入部品が嵌挿半田付けされたピン挿入部品用片面基板を重ねてリフロー炉に挿入し、加熱・冷却して表面実装部品を表面実装部品用片面基板に半田付けすると共に、ピン挿入部品用片面基板と表面実装部品用片面基板とを半田付け一体化することを最も主要な特徴とする。 In the present invention, a surface-mounted component avoidance hole is opened and a pin insertion component is fitted on one side of a single-sided substrate for surface-mount component where a surface insertion component is temporarily fixed with solder paste on one side. The soldered single-sided board for pin insertion parts is stacked and inserted into a reflow furnace, heated and cooled to solder the surface-mounted parts to the single-sided board for surface-mounted parts, and the single-sided board for pin insertion parts and surface mounting The most important feature is that the component single-sided board is integrated by soldering.
本発明は、表面実装部品を基板の片面に半田付けにより固定して実装する従来確立された表面実装部品搭載基板の製造技術と、ピン挿入部品を基板の片面に嵌挿半田付けして固定実装する従来確立されたピン挿入部品搭載基板の製造技術とを併用して、表面実装部品とピン挿入部品とを混載する片面基板を製造する製造方法であるので、本発明により製造する基板の品質は従来技術により製造した基板の品質と同等である。 In the present invention, a surface-mount component mounting substrate manufacturing technology for mounting a surface-mount component on one side of a substrate by soldering and mounting, and a pin-inserted component on one side of the substrate, soldering and mounting Since this is a manufacturing method for manufacturing a single-sided substrate in which a surface mounting component and a pin insertion component are mixedly mounted in combination with a conventional technology for manufacturing a pin insertion component mounting substrate, the quality of the substrate manufactured according to the present invention is It is equivalent to the quality of the substrate manufactured by the prior art.
しかも、製造時に表面実装部品が溶融半田槽に浸漬されることがないので、溶融温度の高い鉛フリー半田を用いた部品の実装が制約を受けることなく実行できる。 Moreover, since the surface-mounted component is not immersed in the molten solder tank during manufacturing, mounting of the component using lead-free solder having a high melting temperature can be performed without any restrictions.
また、表面実装部品用片面基板にはピン挿入部品回避穴が開設され、ピン挿入部品用片面基板には表面実装部品回避穴が開設されて、表面実装部品用片面基板とピン挿入部品用片面基板とを一体化するときに、表面実装部品用片面基板の表面実装部品とピン挿入部品用片面基板のピン挿入部品とが干渉しない構造となっているので、設計の自由度が高い。 In addition, a pin insertion component avoidance hole is established in the single-sided substrate for surface mount components, and a surface mount component avoidance hole is established in the single-sided substrate for pin insertion components. Since the surface mounting component of the single-sided substrate for surface mounting components and the pin insertion component of the single-sided substrate for pin insertion components do not interfere with each other, the degree of freedom in design is high.
また、直交する2方向それぞれにおいて同一寸法となる部位があるように表面実装部品用片面基板とピン挿入部品用片面基板とを設ける発明においては、対応する各辺を重ねるだけで、表面実装部品用片面基板とピン挿入部品用片面基板との位置合せが行える。 Further, in the invention in which the single-sided board for surface mounting components and the single-sided board for pin insertion components are provided so that there are parts having the same dimensions in each of the two orthogonal directions, it is only necessary to overlap the corresponding sides for the surface mounting component. The single-sided board and the single-sided board for pin insertion parts can be aligned.
また、表面実装部品用片面基板の配線パターン端部とピン挿入部品用片面基板の配線パターン端部とが接合されて表面実装部品用片面基板とピン挿入部品用片面基板とが一体化される発明においては、表面実装部品用片面基板とピン挿入部品用片面基板とを接合するだけの部材を使用することがないので、コストの削減が図れる。 Further, the invention is such that the single-sided substrate for surface-mounting component and the single-sided substrate for pin insertion component are integrated by joining the wiring pattern end of the single-sided substrate for surface-mounting component and the wiring pattern end of the single-sided substrate for pin insertion component. In this case, it is not necessary to use a member that only joins the single-sided substrate for surface mounting components and the single-sided substrate for pin insertion components, so that the cost can be reduced.
一方、表面実装部品用片面基板とピン挿入部品用片面基板とが、電気配線とは無関係に設けられた接合部において互いに接合されて一体化される発明においては、配線パターンを設計する際の自由度が高くると共に、表面実装部品用片面基板とピン挿入部品用片面基板との接合部を基板の周辺部に設けると、前記接合部を基板中央部に設けたときより接合部の加熱と冷却が速やかに行えるので、製造工程のスピードアップが図れる。 On the other hand, in the invention in which the single-sided substrate for surface mounting components and the single-sided substrate for pin insertion components are joined together at a joint provided independently of the electrical wiring, the freedom in designing the wiring pattern When the joint between the single-sided substrate for surface mounting components and the single-sided substrate for pin insertion components is provided at the periphery of the substrate, the heating and cooling of the joint is greater than when the joint is provided at the center of the substrate. Can be done quickly, so the manufacturing process can be speeded up.
なお、表面実装部品用基板とピン挿入部品用基板とを一体化する工程が必要となるが、表面実装部品用基板に表面実装部品を実装する工程、ピン挿入部品用基板にピン挿入部品を実装する工程は従来装置を使用して行うことが可能であり、特別な装置を作製したり、製造工数が大幅に増加することもないので、製造コストの増大を招くこともない。 In addition, it is necessary to integrate the surface mount component substrate and the pin insertion component substrate, but the step of mounting the surface mount component on the surface mount component substrate, mounting the pin insertion component on the pin insert component substrate This process can be performed using a conventional apparatus, and a special apparatus is not manufactured and the number of manufacturing steps is not significantly increased. Therefore, the manufacturing cost is not increased.
ピン挿入部品回避穴が開設されて片面に表面実装部品が半田ペーストにより仮止めされた表面実装部品用片面基板に表面実装部品回避穴が開設されて片面にピン挿入部品が半田付けにより固定されたピン挿入部品用片面基板を重ねて所定温度に昇温されているリフロー炉に投入し、所定温度に加熱して表面実装部品を表面実装部品用片面基板に半田付けすると共に、表面実装部品用片面基板とピン挿入部品用片面基板とを貼り合わせて一体化する。 A pin insertion component avoidance hole was opened, and a surface mount component avoidance hole was opened on one side of the surface mount component single-sided substrate, where the surface mount component was temporarily fixed on one side by solder paste, and the pin insertion component was fixed on one side by soldering Place the single-sided board for pin insertion parts into a reflow furnace that has been heated to a predetermined temperature, heat it to the specified temperature, and solder the surface-mounted parts to the single-sided board for surface-mounted parts. The substrate and the single-sided substrate for pin insertion parts are bonded together to be integrated.
本発明の一実施例を、図1〜図4に基づいて説明する。先ず、ピン挿入部品用片面基板10に所要のピン挿入部品12を実装する。なお、片面(図面においては下面)に所要の図示しない配線パターンを備えるピン挿入部品用片面基板10は、外形が矩形に形成されており、表面実装部品回避穴11が複数個開設されている。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the required
また、ピン挿入部品用片面基板10には図示しないピン穴が所要部所に多数開設されており、ピン挿入部品12は配線パターンが形成されていない上面側からそのピン13が該当するピン穴に挿し込まれて、配線パターンが形成されていない上面に仮止めされる。
In addition, the pin insertion component single-
なお、ピン挿入部品用片面基板10の図示しない配線パターンが形成されている下面には、導電性金属からなる基板接合用パターン14が設けられている。この基板接合用パターン14は、ピン13がピン穴に嵌挿されて上面に実装されるピン挿入部品12と図示しない配線パターンを介して電気的に接続される。
A
その後、所要のフラックスを塗布し、図示しない半田槽内の溶融半田にピン挿入部品用片面基板10の下面を浸漬してピン挿入部品12のピン13と基板裏面の配線パターンとを接続し、ピン挿入部品12をピン挿入部品用片面基板10の上面に固定・実装する。
Thereafter, a required flux is applied, and the lower surface of the single-
なお、ピン挿入部品用片面基板10の片面(上面)に所要のピン挿入部品12を実装する上記技術は、ピン挿入部品を片面に実装する従来技術と何ら変るものではない。
The above-described technology for mounting the required
一方、表面実装部品用片面基板20にも所要の表面実装部品22を仮止めする。片面(上面)に所要の図示しない配線パターンが形成された表面実装部品用片面基板20は、外形がピン挿入部品用片面基板10と同形に形成されており、この表面実装部品用片面基板20にもピン挿入部品回避穴21が複数個開設されている。
On the other hand, the required
なお、表面実装部品用片面基板20の上面には導電性金属からなる基板接合用パターン23が設けられている。この基板接合用パターン23は、上面に実装される表面実装部品22と図示しない配線パターンを介して電気的に接続される。また、この基板接合用パターン23は、ピン挿入部品用片面基板10の下面に設けられている基板接合用パターン14に相当する部位に設けられている。
A
そして、表面実装部品用片面基板20の図示しない配線パターンが形成された上面に図示しない半田ペースト(細粒化された半田粒を液状物に練り込んで、粘着性を有するペースト状にしたもの)を塗布し、さらにその上に表面実装部品22を載置し、半田ペーストの粘着力により表面実装部品22を表面実装部品用片面基板20の所要部に仮止めする。
Then, a solder paste (not shown) is formed on the upper surface of the single-
上記の表面実装部品用片面基板20の片面(上面)に所要の表面実装部品22を仮止めする技術も、表面実装部品を片面に実装する従来技術と何ら変るものではない。
The technology for temporarily fixing the required
そして、上面に多数の表面実装部品22が仮止めされた表面実装部品用片面基板20の上に、多数のピン挿入部品12が上面に実装されたピン挿入部品用片面基板10を重ね、重ね合わされたピン挿入部品用片面基板10、表面実装部品用片面基板20の例えば各辺中央部分に挟持部材40を嵌合させることで、ピン挿入部品用片面基板10と表面実装部品用片面基板20とは位置合わせされた状態で機械的に一体化される。
Then, the single-
その際、ピン挿入部品用片面基板10には表面実装部品用片面基板20に実装する表面実装部品22に対する表面実装部品回避穴11が開設され、表面実装部品用片面基板20にはピン挿入部品用片面基板10に実装するピン挿入部品12に対するピン挿入部品回避穴21が開設されているので、ピン挿入部品用片面基板10を表面実装部品用片面基板20に重ねても、ピン挿入部品用片面基板10に実装されたピン挿入部品12と表面実装部品用片面基板20に仮止めされた表面実装部品22とが干渉し合うことはない。
At that time, the surface-mounted
また、ピン挿入部品用片面基板10を表面実装部品用片面基板20に重ねたとき、ピン挿入部品用片面基板10の基板接合用パターン14と表面実装部品用片面基板20の基板接合用パターン23とは、表面実装部品用片面基板20に塗布された半田ペーストを介して接する。
Further, when the single-
また、ピン挿入部品用片面基板10と表面実装部品用片面基板20とは外形が同形に形成されているので、対応する辺を一致させて重ね合わせたピン挿入部品用片面基板10、表面実装部品用片面基板20の例えば各辺中央部分に挟持部材40を嵌合させることで、ピン挿入部品用片面基板10と表面実装部品用片面基板20とは位置合わせされた状態で機械的に一体化される。
Moreover, since the outer shape of the single-
また、ピン挿入部品用片面基板10と表面実装部品用片面基板20とは外形が同形に形成されているので、ピン挿入部品用片面基板10を表面実装部品用片面基板20に重ね、平行な2辺の対向する部分に挟持部材40を奥まで嵌め込む操作を行うことでも、ピン挿入部品用片面基板10と表面実装部品用片面基板20との位置合せができる。
In addition, since the outer shape of the single-sided substrate for
そして、4個の挟持部材40により機械的に一体化されたピン挿入部品用片面基板10と表面実装部品用片面基板20とを、図示しないそれ自体は従来周知のリフロー炉に搬入して加熱し、その後冷却することにより、表面実装部品用片面基板20の上面に塗布された半田ペーストによって表面実装部品用片面基板20に仮止めされている表面実装部品22を、半田ペーストの溶融・凝固により表面実装部品用片面基板20に固定し実装する。
Then, the single-sided substrate for
また、この加熱・冷却工程により、ピン挿入部品用片面基板10の基板接合用パターン14と表面実装部品用片面基板20の基板接合用パターン23とが半田ペーストの溶融・凝固によって接合されるので、ピン挿入部品用片面基板10と表面実装部品用片面基板20とは構造的に一体化され、同時にピン挿入部品用片面基板10の図示しない配線パターンと表面実装部品用片面基板20の図示しない配線パターンとの電気的接続もなされる。
Further, by this heating / cooling process, the
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではないので、特許請求の範囲に記載の趣旨から逸脱しない範囲で各種の変形実施が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit described in the claims.
例えば、ピン挿入部品用片面基板10と表面実装部品用片面基板20とは、例えば図5に示したようにピン挿入部品用片面基板10の対角部分に凹み15A、15Bが設けられたときにも、ピン挿入部品用片面基板10の最大長さと表面実装部品用片面基板20の最大長さは一致し、長さ方向と直交する方向の最大幅同士も一致するので、対応する各辺が辺と直交する方向に位置ずれしないようにピン挿入部品用片面基板10を表面実装部品用片面基板20に重ね合わせることで、容易に位置合わせすることができる(図5においては、表面実装部品回避穴11、ピン挿入部品回避穴21は図示していない)。
For example, the single-sided substrate for
したがって、ピン挿入部品用片面基板10と表面実装部品用片面基板20とは、位置合せを容易にするためには、外形形状を完全に一致させる必要はなく、原形が矩形であったとして表現すると、ピン挿入部品用片面基板10、表面実装部品用片面基板20は何れの周辺部に凹みがあっても良いが、ピン挿入部品用片面基板10と表面実装部品用片面基板20とは最大長さと最大幅とが一致するように形成するのが好ましい。
Therefore, the single-sided board for
また、ピン挿入部品用片面基板10と表面実装部品用片面基板20との一体化を、ピン挿入部品12、表面実装部品22と電気的に接続される配線パターンとは無関係にピン挿入部品用片面基板10、表面実装部品用片面基板20それぞれの周辺部に設けた金属接合部同士を半田付けして一体化するようにしても良い。
In addition, the integration of the single-
ピン挿入部品用片面基板10と表面実装部品用片面基板20とを上記のような金属接合部同士を半田付けして一体化するときには、配線パターンを設計する際の自由度が高くると共に、接合部を基板中央部に設けたときより接合部の加熱と冷却が速やかに行えるので、製造工程のスピードアップが図れると云った利点がある。
When the single-sided substrate for
また、ピン挿入部品用片面基板10の基板接合用パターン14および/または表面実装部品用片面基板20の基板接合用パターン23の一部にスルーホールを穿設しても良い。スルーホールを穿設することにより、ピン挿入部品用片面基板10の基板接合用パターン14と表面実装部品用片面基板20の基板接合用パターン23との間にある半田ペーストへの熱伝導率が向上し、リフロー炉の温度を必要以上に上げることなく接合することが可能になる。
Further, a through hole may be formed in a part of the
1 片面基板
2 ボンド
3 半田槽
3A 溶融半田
4 チップ化印刷配線基板
5、5A パット
6 導体パターン
7 ディップ部品
8 チップ部品搭載用基板
8A チップ部品搭載用穴
10 ピン挿入部品用片面基板
11 表面実装部品回避穴
12 ピン挿入部品
13 ピン
14 基板接合用パターン
15A、15B 凹み
20 表面実装部品用片面基板
21 ピン挿入部品回避穴
22 表面実装部品
23 基板接合用パターン
40 挟持部材
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