JP2015119122A - 半田付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プリント基板の配線パターンが密集している所に、複数のリード端子を有する実装部品をフロー半田付けする場合でも、良好な半田上がりの状態が得られる半田付け方法を提供する。【解決手段】本発明の半田付け方法は、複数のスルーホールを有するとともに前記複数のスルーホールが設けられたスルーホール形成領域を挟んでその外側にそれぞれダミースルーホールを有するプリント基板に、前記複数のスルーホールに対応した複数のリード端子を有する実装部品と前記ダミースルーホールに対応したダミー端子を有するダミー部品とを熱伝導体で挟持した状態で配置する部品配置工程と、前記プリント基板と前記実装部品と前記ダミー部品とをフロー半田付けにより半田付けするフロー半田工程と、からなる。【選択図】図４

Description

本発明は両面または多層のプリント基板にフロー半田付けする半田付け方法に関するものである。

従来より、プリント基板に複数のスルーホールを設け、そのスルーホールに実装部品のリード端子を挿入し、その後、加熱溶融された半田を貯留した半田プールに、そのリード端子の先端が突出しているプリント基板の裏面側を接触させるフロー半田工程によりリード端子をプリント基板に半田付けする方法が知られている。

この方法では、溶融半田がプリント基板の裏面側から、スルーホールの内部を毛細管現象により表面側まで上昇し、プリント基板の部品面及び半田面のランドと部品のリード端子との半田付けが行われる。
なお、この半田が上昇する状態を半田上がりという。

プリント基板では、表面に銅箔が設けられた基板を必要な配線を形成するようにエッチング処理を行い、配線パターンを形成するが、配線の必要が無いような所は、そのままエッチングを行わずに銅箔を残し、グランド端子を設ける部分に利用したりすることが行われる。

このような広い範囲で銅箔が残留しているようなパターン部分をベタパターンという。
銅箔は熱伝導率が高く、ベタパターンが形成されていると、そのベタパターンの部分が放熱部となってしまうため、上述のようなフロー半田工程において、プリント基板が温まりにくく、このため半田上りの途中で半田が冷却固化してしまうことがある。

このようなことが起こると、プリント基板の表面に半田が十分に到達せず、プリント基板の表面の配線パターンとリード端子との電気的な接続不良が起きたり、電気的に接続できていたとしても、十分に半田が盛られていない状態であるため固定強度が低く、使用中に実装部品が外れるといった不良要因となる。

そこで、従来、スルーホールの近傍位置に、スルーホールとは別にプリント基板を貫通させたビアホールを複数個設け、そのビアホール内にも加熱溶融された半田を侵入させるようにし、その浸入した半田の熱でスルーホールを温め、良好な半田上がりを実現する方法が、特許文献１に開示されている。

特開２００３−６９２０２号公報。

プリント基板上の配線密度が低い、例えば、ベタパターンが設けられているような部分には、ビアホールを設けるスペースがあるので特許文献１のような方法が適用できる。

一方、複数のリード端子を有する電気コネクタや複数のリード端子を有するインテリジェントパワーモジュール(ＩＰＭ)のような実装部品を実装するプリント基板の場合、その複数のリード端子のそれぞれに対応した配線パターンが密に存在するため、自由にビアホールのような貫通孔を形成することが困難である。

なお、インテリジェントパワーモジュール(ＩＰＭ)とは、小基板上にパワー素子の駆動回路や保護回路が集積されたモジュールであり、実装用の大型のプリント基板に半田付けされるような、一般的に狭ピッチのリード端子を多数備えたモジュールのことである。

また、ビアホールを設けることを前提に配線パターンを形成することも可能であるが、この場合、ビアホールを避けるように配線パターンを形成しなければならないため、配線が複雑になり、配線パターンの形成に手間がかかるという問題がある。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、プリント基板の配線パターンが密集している所に、複数のリード端子を有する実装部品をフロー半田付けする場合でも、良好な半田上がりの状態が得られる半田付け方法を提供することを目的としている。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、以下の構成によって把握される。
本発明の半田付け方法は、複数のスルーホールを有するとともに前記複数のスルーホールが設けられたスルーホール形成領域を挟んでその外側にそれぞれダミースルーホールを有するプリント基板に、前記複数のスルーホールに対応した複数のリード端子を有する実装部品と前記ダミースルーホールに対応したダミー端子を有するダミー部品とを熱伝導体で挟持した状態で配置する部品配置工程と、前記プリント基板と前記実装部品と前記ダミー部品とをフロー半田付けにより半田付けするフロー半田工程と、からなる。

本発明によれば、プリント基板の配線パターンが密集している所に、複数のリード端子を有する実装部品をフロー半田付けする場合でも、良好な半田上がりの状態が得られる半田付け方法を提供することができる。

本発明の一実施形態である半田付け方法における作業手順を説明する図である。 本発明の半田付け方法を実施するための実装部品、プリント基板、ダミー部品、熱伝導体の各構造を説明する図であり、(ａ)は半田付け前の状態を示す側面図、(ｂ)は半田付け後の状態を示す側面図である。 図２の(ａ)におけるＥ−Ｅ線断面図である。 フロー半田工程Ｂの半田付けの作用を説明する図で、(ａ)は半田付け前の要部拡大断面図であり、(ｂ)は(ａ)のＧ−Ｇ線方向より見た平面図であり、(ｃ)は半田付け後の要部拡大断面図である。 図２及び図３に示した熱伝導体の取り付け構造とは異なる別の取り付け構造の一例を説明する図で、(ａ)はその正面図であり、(ｂ)は(ａ)に示すＨ−Ｈ線方向より見た平面図であり、(ｃ)は(ａ)に示す矢印Ｉ方向より見た側面図である。 図５に示した取り付け構造の変形例を説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という)を、添付図面に基づいて詳細に説明する。

本発明に係る半田付け方法は、プリント基板に実装部品をフロー半田付けする際、ダミー部品と熱伝導体を使用して行うものであり、その半田付けの手順は図１に示すように、部品配置工程Ａ、フロー半田工程Ｂの順に作業を進める。

図２から図４を参照しながら、具体的な実装部品及びプリント基板、ダミー部品、熱伝導体等の構造を説明するとともに、本発明による半田付け方法についての説明を行うが、図２及び図３に示す実装部品１０及びプリント基板２０、ダミー部品３０、熱伝導体４０の各形状及び構造は、あくまでも一例であり、本発明は、この実施形態に示される形状や構造に限定されるものではない。

図２に示す実装部品１０としては、例えば、外部の電源機器や電子部品と、プリント基板２０上の電子部品に接続されたプリント配線を電気的に接続するための電気コネクタである。
また、図２に示す実装部品１０としては、例えば、小基板上に電子部品が集積されたモジュール部品（インテリジェントパワーモジュール）である。
このような実装部品１０は、図２に示すように部品本体１１（この図では底面だけが見えている）の側面から下方に折り曲げられ、真っ直ぐ下方に向かって延びる導電金属製の複数本(本例では５本)のリード端子１２を有している。

プリント基板２０は、図４に示すように、プリント基板２０の上面（表面）に導電配線パターン２２（以下、単に配線パターン２２ともいう。）が形成された基板である。尚、プリント基板２０は両面または多層基板であるため、配線パターンは上面だけではなく裏面にも存在する。
例えば、プリント基板２０には、セラミック基板、ガラスエポキシ樹脂基板、フェノール樹脂基板といった一般的に使用される絶縁基板を使用することができる。

配線パターン２２は、プリント基板２０の表面に設けられた銅箔上に必要な配線パターンを描くように保護膜（レジスト）を設け、レジストが設けられていない銅箔部分をドライエッチングやウエットエッチングによって除去し、その後、レジストを取り除くことで形成することができる。

また、図４（ａ）に示すように、プリント基板２０には、絶縁基板２１の上面２１Ａから下面２１Ｂまで貫通するようにして、実装部品１０のリード端子１２をそれぞれ挿入するための複数のスルーホール２３が、そのリード端子１２の各々に対応して形成されている。

図２に示すように、複数のスルーホール２３が設けられた領域（以下、「スルーホール形成領域Ｓ」ともいう。）の両側には、そのスルーホール形成領域Ｓを挟んで、その外側のプリント基板２０の位置に、上面２１Ａから下面２１Ｂまで貫通する複数のダミースルーホール２４（図４参照）が形成されている。
本実施形態では、複数のスルーホール２３及びダミースルーホール２４は、直線上に一列に並んだ状態にして形成されている。

ダミー部品３０は、図２(ａ)に示すように、プリント基板２０のスルーホール形成領域Ｓの両外側に形成されている複数のダミースルーホール２４に対応して、その両外側に１つずつ、つまり、一対設けている。

各ダミー部品３０は、板状の本体部３１と、その本体部３１を貫通して上下に突き出たダミー端子３２とからなっている。
ダミー端子３２は、後ほど説明するが熱伝導性の良い、例えば金属などからなることが好適である。
一方、本体部３１は、後ほど説明するが、熱伝導率が低く熱が伝わりにくい材料、例えば、絶縁樹脂材料からなることが好適である。

熱伝導体４０は、図３に示すように、リード端子１２及びダミー端子３２の側面を両側から挟むようにして、リード端子１２及びダミー端子３２に取り付けられる熱伝導体４０ａ、４０ｂで構成されている。
各熱伝導体４０ａ、４０ｂの挟み面４１ａ、４１ｂには、リード端子１２及びダミー端子３２に対応した凹溝４２が設けられている。
このため、そのリード端子１２及びダミー端子３２が、各熱伝導体４０ａ、４０ｂによって挟まれた状態では、リード端子１２及びダミー端子３２の外周面が熱伝導体４０に包み込まれ、リード端子１２及びダミー端子３２と熱伝導体４０は接触した状態になっている。

熱伝導体４０の材質は、熱伝導性が高い材料であれば、特に、限定されるものではないが、銅、アルミニウムなどが高い熱伝導率を有しているので好適である。

次に、図１に示した工程手順に従いながら、本発明の半田付け方法について説明を行う。

部品配置工程Ａは、図２（ａ）に示すように、複数のスルーホール２３及びそのスルーホールが形成されたリード端子孔形成領域Ｓを挟んで、その外側に、それぞれダミースルーホール２４が形成されたプリント基板２０と、複数のスルーホール２３に対応した複数のリード端子１２を有する実装部品１０と、ダミースルーホール２４に対応したダミー端子３２を有するダミー部品３０と、熱伝導体４０ａ、４０ｂ（図３参照）とをフロー半田工程Ｂを実施するための状態に配置する工程である。
なお、図４（ａ）に示されるプリント基板２０の下面（裏面）２１Ｂで半田が付着すると困る部分に半田レジストを設けておく。

部品配置工程Ａでは、具体的には、図２（ａ）に示すように、実装部品１０の各リード端子１２を、プリント基板２０の上面(表面)２１Ａ側から対応するスルーホール２３に各々挿入し、かつ、プリント基板２０の上面２１Ａと実装部品１０（部品本体１１）との間に所要量の隙間を設けて、プリント基板２０の上面(表面)２１Ａと実装部品１０とが離間するように実装部品１０をプリント基板２０上に配置する。

同様に、一対のダミー部品３０のダミー端子３２を、プリント基板２０の上面(表面)２１Ａ側から対応するプリント基板２０のダミースルーホール２４に挿入し、各ダミー部品３０の本体部３１をプリント基板２０の上面２１Ａ上に当接した状態で配置する。

このようにしてプリント基板２０上に配置された実装部品１０は、図２(ａ)に示すように、各リード端子１２がプリント基板２０の下面(裏面)２１Ｂから真っ直ぐ下方に向かって所定量突出して配置されている。
また、各ダミー部品３０のダミー端子３２の下端側もプリント基板２０の下面(裏面)２１Ｂから真っ直ぐ下方に向かって所定量突出するように配置されている。

本実施形態では、リード端子１２もダミー端子３２も略同じ長さだけプリント基板２０の下面（裏面）２１Ｂから突出するようにしているが、必ずしも、同じ長さだけ突出している必要はない。
前述したように、本実施形態では、複数のスルーホール２３と複数のダミースルーホール２４は、直線上に一列に並んだ状態にして形成されているので、各リード端子１２及び各ダミー端子３２も同じ直線上に一列に並んだ状態にある。

そして、図２（ａ）に示すように、プリント基板２０と実装部品１０（部品本体１１）との間の位置に熱伝導体４０を取付ける。
具体的には、図３に示すように、複数のリード端子１２及び複数のダミー端子３２の側面を、それぞれ両側から熱伝導体４０ａ、４０ｂで挟み、その一対の熱伝導体４０ａ、４０ｂの両端部分を図示しないクリップ等で挟んで固定し熱伝導体４０ａ、４０ｂが一体の状態となるようにすることで熱伝導体４０が取り付けられた状態とする。

上記のように、クリップ等で挟んで熱伝導体４０ａ、４０ｂが一体化されていれば、半田付け工程終了後に、このクリップ等を外すだけで簡単に、熱伝導体４０ａ、４０ｂを取り外すことができる。
なお、図３に示すように、この熱伝導体４０ａ、４０ｂを、複数のリード端子１２及び複数のダミー端子３２にそれぞれ共通に取り付けた状態では、複数のリード端子１２及び複数のダミー端子３２のそれぞれの外周面は、それぞれ凹溝４２の内面と接触した状態になる。

上記で説明した部品配置工程Ａの手順は、一例に過ぎず、別の手順で行っても良い。
例えば、実装部品１０の各リード端子１２と一対のダミー部品３０の各ダミー端子３２とを、プリント基板２０の複数のスルーホール２３および複数のダミースルーホール２４に挿通する作業を行う前に、各リード端子１２と各ダミー端子３２とを熱伝導体４０ａ、４０ｂで挟んで固定した状態にしておいて、その後、プリント基板２０の複数のスルーホール２３および複数のダミースルーホール２４に、各リード端子１２と各ダミー端子３２を挿通するようにしても良い。

したがって、部品配置工程Ａは、その手順に関係なく、複数のスルーホール２３を有するとともに複数のスルーホール２３が設けられたスルーホール形成領域Ｓを挟んでその外側にそれぞれダミースルーホール２４を有するプリント基板２０に、複数のスルーホール２３に対応した複数のリード端子１２を有する実装部品１０とダミースルーホール２４に対応したダミー端子３２を有するダミー部品３０とを、熱伝導体４０ａ、４０ｂで挟持した状態で配置する工程である。

フロー半田工程Ｂは、部品配置工程Ａを終えて図２(ａ)に示すような各部品の配置状態で、プリント基板２０の下面(裏面)２１Ｂを下側にして、図示しない溶融状態の半田が貯留されている半田プールに下面(裏面)２１Ｂを浸す工程である。

そうすると、溶融半田が、毛細管現象によってリード端子１２とスルーホール２３との間の隙間を上方に向かって上りはじめる。
このとき、半田プール内の溶融半田の熱が、前述したように、熱伝導率の良い各ダミー端子３２及び各リード端子１２を伝って熱伝導体４０に伝達される。

そして、その熱によって熱伝導体４０の温度が上昇する。
このため、プリント基板２０は、半田プールからの熱で下面（裏面）２１Ｂが加熱されるだけでなく、熱伝導体４０の熱で上面（表面）２１Ａ側も加熱されることになる。

したがって、毛細管現象で半田５０が上昇している途中で半田５０が冷えて固化してしまうことが抑制され、良好な半田上がり状態が実現されるので、図４（ｃ）に示すようなプリント基板２０の上面（表面）２１Ａ側にも、きれいに半田５０が盛られた状態となる。

また、ダミー部品３０のダミー端子３２を熱伝導性の良い金属などで形成し、溶融半田の熱を熱伝導体４０に効率よく伝熱するとともに、ダミー部品３０の本体部３１を熱伝導率が低く熱が伝わりにくい材料、例えば、絶縁樹脂材料で構成するようにすることで伝熱途中での余計な放熱を抑制することができる。

フロー半田工程Ｂでの半田付けが終了したら、プリント基板２０を半田プールより取り出す。その後、部品取り外し工程Ｃとして熱伝導体４０を取り外す。
これにより、実装部品１０の半田付け作業が完了し、図２(ｂ)及び図４(ｃ)に示すプリント基板２０が得られる。

なお、前述したように、プリント基板２０の裏面に半田５０が付着すると困る部分には半田レジストが設けられているので、フロー半田工程Ｂの時に、そのような部位に半田５０が形成されることはない。

上記のような、本実施形態の構成によれば、プリント基板２０の裏面側からだけでなく上面側からも加熱するという状態が実現できる。

また、従来のビアホールを設ける方法のように、リード端子１２の周辺の配線パターンが密集している所に孔を形成する必要がなく、スルーホール形成領域Ｓの外側の配線パターンが密集していない位置に貫通孔を設ければよいので、ダミー端子用の貫通孔（ダミースルーホール２４）を設けるために配線が複雑になることもない。

さらに、ダミースルーホール２４は、配線パターンがあまりない所に設けることができるので、必要に応じてダミースルーホール２４の数を増やすことも可能である。
したがって、簡単に、熱伝導体４０に与える熱量を増やすことができる。

本実施形態では、熱伝導体４０を構成している熱伝導体４０ａ、４０ｂの各挟み面４１ａ、４１ｂには、複数のリード端子１２と複数のダミー端子３２を共通に挟んだとき、リード端子１２及びダミー端子３２の外周面との接触面積が増えるように凹溝４２を形成したので、その分、良好に熱伝導体４０に多くの熱を伝導させることが可能になっている。

しかしながら、この形状に限定されるものでは無く、例えば、図５に示すように、挟み面４１ａ、４１ｂに凹溝４２を形成せずに平面状として、リード端子１２とダミー端子３２の各側面を単に両側から挟むようにしてもよい。
このようにすれば、熱伝導体４０の加熱の面では、多少不利になるが、リード端子１２やダミー端子３２の位置に合わせて凹溝４２を形成する必要がないので、その分、リード端子１２やダミー端子３２の配置間隔が異なる場合でも使用できる汎用性の高い熱伝導体４０とすることができる。

また、熱伝導体４０ａ、４０ｂが複数のリード端子１２とダミー端子３２を共通に挟んで固定する方法として、例えば図５に示すように、一般に「ダブルクリップ」の名称で知られているクリップ６１で熱伝導体４０の両端側を挟んで固定するようにしてもよい。
このようなクリップ６１は、クリップ本体６２と、クリップ本体６２の開閉を操作する一対の開閉レバー６３とからなる。

その場合、クリップ６１を止める熱伝導体４０ａ、４０ｂの外側の箇所に、クリップ本体６２の挟持面の形状に倣って上方から下方に向かって傾斜するように形成した座面４３（図５（ｃ）参照）を各々設けておくと、クリップ６１をより安定した状態で取り付けることができる。
なお、図５ではリード端子１２の数を５本、ダミー端子３２の数を２本とした場合である。

座面４３は、クリップ６１を取り付ける箇所だけでなく、例えば、図６に示すように、熱伝導体４０ａ、４０ｂの外側面全体をそれぞれ、クリップ本体６２の挟持面形状に倣って上方から下方に向かって傾斜する断面形にして設けてもよい。
このようにしておけば、クリップ本体６２で熱伝導体４０ａ、４０ｂを安定して挟持することができる。

以上、実施形態に基づいて本発明について説明してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものでは無い。
例えば、上記実施形態ではリード端子１２とダミー端子３２とがプリント基板２０上で一列に並ぶように配置されている場合を説明してきた。
一般にリード端子などの配列は、この形態が多いと考えられるが、一列に並んでいなくても、その配列状態に合わせて熱伝導体の形状を設計すれば、同様の半田付け工程が実施可能である。
また、プリント基板２０にベタパターンがあるような場合であっても、本発明を好適に適用できることは明らかである。
従って、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれものである。

Ａ 部品配置工程
Ｂ フロー半田工程
Ｓ スルーホール形成領域
１０ 実装部品
１１ 部品本体
１２ リード端子
２０ プリント基板
２１ 絶縁基板
２１Ａ 上面(表面)
２１Ｂ 下面(裏面)
２２ 配線パターン（導電配線パターン）
２３ スルーホール
２４ ダミースルーホール
３０ ダミー部品
３１ 本体部
３２ ダミー端子
４０ 熱伝導体
４０ａ、４０ｂ 熱伝導体
４１ａ、４１ｂ 挟み面
４２ 凹溝
４３ 座面
５０ 半田
６１ クリップ
６２ クリップ本体
６３ 開閉レバー

Claims (1)

1. 複数のスルーホールを有するとともに前記複数のスルーホールが設けられたスルーホール形成領域を挟んでその外側にそれぞれダミースルーホールを有するプリント基板に、前記複数のスルーホールに対応した複数のリード端子を有する実装部品と前記ダミースルーホールに対応したダミー端子を有するダミー部品とを熱伝導体で挟持した状態で配置する部品配置工程と、
   前記プリント基板と前記実装部品と前記ダミー部品とをフロー半田付けにより半田付けするフロー半田工程と、からなることを特徴とする半田付け方法。

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