(57)【要約】      （修正有）【課題】熱容量が大きく異なる電子部品同士を一度にリフローはんだ付けすること が可能な大型電子部品のリフローはんだ付け方法を提供すること。【解決手段】  リフロー炉の中を通過させて上下に配置された加熱ヒータによって加熱し、プリ ント基板１０に搭載した熱容量の異なる大小複数の電子部品を同時にはんだ付けし て表面実装するための大型電子部品のリフローはんだ付け方法であって、プリント 基板１０には、搭載した大型電子部品１のリード端子４を接続するはんだ部５に対 応して形成した貫通穴１１に熱伝導部材１２を埋め込み、リフロー炉内への送り込 みに際して当該プリント基板１０の裏面にはリード端子４に沿ってヒートシンク６ を取り付けるようにした。【選択図】図５
2006120866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リフロー炉の中を通過させて上下に配置された加熱ヒータによって加熱し、プリント基板に搭載した熱容量の異なる大小複数の電子部品を同時にはんだ付けして表面実装するための大型電子部品のリフローはんだ付け方法において、
前記プリント基板には、搭載した大型電子部品のリード端子を接続するはんだ部に対応して形成した貫通穴に熱伝導部材を埋め込み、リフロー炉内への送り込みに際して当該プリント基板の裏面には前記リード端子に沿ってヒートシンクを取り付けるようにしたことを特徴とする大型電子部品のリフローはんだ付け方法。
【請求項２】
請求項１に記載する大型電子部品のリフローはんだ付け方法において、
前記熱伝導部材及びヒートシンクが銅で形成されたものであることを特徴とする大型電子部品のリフローはんだ付け方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する大型電子部品のリフローはんだ付け方法において、
前記プリント基板に形成された貫通穴は、前記はんだ部の領域に対応して前記リード端子に沿って複数列形成されたものであることを特徴とする大型電子部品のリフローはんだ付け方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載する大型電子部品のリフローはんだ付け方法において、
前記ヒートシンクは、前記貫通穴に対してはめ込み可能な突起を有し、その突起を貫通穴に挿入することにより装着可能にしたものであることを特徴とする大型電子部品のリフローはんだ付け方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載する大型電子部品のリフローはんだ付け方法において、
前記大型電子部品は、その本体表面が黒色に施されたものであることを特徴とする大型電子部品のリフローはんだ付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大型のアルミ電解コンデンサなどを基板へ実装するためのリフローはんだ付け方法に関し、特に、大型電子部品が他の電子部品に比べて熱容量が大きい場合に起こり得るはんだ溶融のバラツキを抑えた大型電子部品のリフローはんだ付け方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品をプリント基板上に実装する場合、例えばリフローはんだによってプリント基板への表面実装が行われる。ここで、図６は、プリント基板に搭載した電子部品のはんだ付けを行うためのリフロー炉を示した模式図である。このリフロー炉１００は、上下に熱風や遠赤外線などで加熱する加熱ヒータ１１０が配置され、その間を通過するコンベア１２０が設けられている。そして、コンベア１２０上には電子部品（図示せず）を搭載したプリント基板１０が載せられ、そのプリント基板１０がリフロー炉１００内を一定時間かけて通過するようになっている。プリント基板１０がリフロー炉１００内を送られる間、プリント基板１０に搭載された電子部品は、はんだ部が上下の加熱ヒータ１１０の熱によって温度が上昇して溶融する。そして、その後、溶融したはんだが固化してはんだ付けが完了する。
【０００３】
ところで、プリント基板１０にに搭載される電子部品の大きさやそれに伴う熱容量はそれぞれ相違し、リフロー炉１００内での加熱中、同一基板上ではんだ部の温度にばらつきが生じる。例えば、大型のアルミ電解コンデンサは部品本体の熱容量が大きいため、はんだ付けの対象となるリードへ加わる熱が部品下面とプリント基板１０との接触面を通じて部品本体へ吸収され、リード部分の温度が上昇しにくくなる。すなわち、大型のアルミ電解コンデンサの下面は、全面がプリント基板１０と接触あるいは近接しており、その接触面を介してはんだ部に加わる熱がアルミ電解コンデンサのボディに奪われ、はんだ部の温度上昇を妨げていた。
【０００４】
そのため大型のアルミ電解コンデンサを実装するには、リフロー炉１００内の加熱ヒータ１１０による加熱量を大きくする必要となるが、そうした場合には逆に、熱容量の小さい部品が過加熱状態となってしまい、熱に弱い部品は破損や特性劣化を起こしてしまう危険があった。その一方で熱量が十分でないと、前述したように熱容量の大きな大型の電子部品に関しては、はんだ部の温度が融点まで上昇せずに溶接不良を起こしてしまうことになる。
【０００５】
そこで、下記特許文献１乃至３では、リフローはんだ工程における熱容量の違いによる問題に対し、次のような方法がとられていた。
特許文献１では、熱容量の大きな大型アルミ電解コンデンサに関し、その外装構造の熱吸収性を良くするため、輻射熱に対する熱吸収性が高くなるようにアルミケースの表面を黒色に施している。これにより熱容量の異なる部品間で生じる溶融時間のバラツキを多少でも是正するようにしている。
一方、特許文献１、２では熱容量の大きい部品のはんだペーストや塗装剤が溶融しにくい点に着目し、熱吸収率を高めるために黒色のはんだペーストや塗装剤を使用している。これにより、熱容量が大きい電子部品では、そのはんだ部の温度が上昇しにくい状態であってもはんだペーストや塗装剤が熱を吸収しやすいようにしている。
【特許文献１】特開昭６１−２８８４９２号公報（第２−３頁、図１）
【特許文献２】特開昭６２−１６０７９１号公報（第２−３頁、図１）
【特許文献３】特開昭６３−１８０９７０号公報（第４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、車載用ＥＣＵには、自動車の安全性の向上を図るため、衝突直後などの非通電時のバックアップ用として大型のアルミ電解コンデンサが搭載され、特にエアバック用ＥＣＵなどでは従来の約１３倍もの大きさのアルミ電解コンデンサが使用される。従って、前述した特許文献１乃至３に記載の発明における課題と同様に、同一の基盤に搭載される電子部品との熱容量の差が大きいため、リフローはんだ工程において溶接不良が起こり得る問題がある。
【０００７】
この点、前記特許文献１乃至３に記載された発明によって課題解決方法が記載されているが、他の電子部品との熱容量が約１０倍以上も異なるような大型の電子部品では、同時にリフローはんだを行うには十分ではなかった。すなわち、外装部分を単に黒色にしたり、それに加えてはんだペーストを黒色にするだけでは、大型の電子部品と小型の電気部品との間で熱容量の差を補うには至らず、従来の課題、つまり加熱しすぎれば熱容量の小さな電子部品に破損が生じたり特性劣化が生じ、その一方で、加熱が十分でなければ大型の電子部品のはんだ付けに不良が発生してしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、熱容量が大きく異なる電子部品同士を一度にリフローはんだ付けすることが可能な大型電子部品のリフローはんだ付け方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、リフロー炉の中を通過させて上下に配置された加熱ヒータによって加熱し、プリント基板に搭載した熱容量の異なる大小複数の電子部品を同時にはんだ付けして表面実装するための大型電子部品のリフローはんだ付け方法において、前記プリント基板には、搭載した大型電子部品のリード端子を接続するはんだ部に対応して形成した貫通穴に熱伝導部材を埋め込み、リフロー炉内への送り込みに際して当該プリント基板の裏面には前記リード端子に沿ってヒートシンクを取り付けるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、前記熱伝導部材及びヒートシンクが銅で形成されたものであることを特徴とする。
また、本発明は、前記プリント基板に形成された貫通穴が、前記はんだ部の領域に対応して前記リード端子に沿って複数列形成されたものであることを特徴とする。
また、本発明は、前記ヒートシンクが、前記貫通穴に対してはめ込み可能な突起を有し、その突起を貫通穴に挿入することにより装着可能にしたものであることを特徴とする。
更に、本発明は、前記大型電子部品が、その本体表面が黒色に施されたものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る大型電子部品のリフローはんだ付け方法では、熱容量の小さい電子部品とともに熱容量の大きな大型のアルミ電解コンデンサやコイルなどの電子部品を同じプリント基板に搭載し、リフロー炉へ投入してはんだ付けする場合、リフロー炉内の加熱ヒータによって直接プリント基板表面のはんだ部が加熱される他、ヒートシンクを装着したことによってプリント基板裏面からも熱を吸収し、その熱をプリント基板に形成した貫通穴内の熱伝導部材を通して表面のはんだ部へ伝えている。
従って、熱容量の大きな大型電子部品でも同じプリント基板上の小型電子部品と同様にはんだ部を加熱・溶融してはんだ付けすることができ、加熱不足によって大型電子部品においてはんだ付け不良が生じたり、過加熱によって熱に弱い小型電子部品の破損や特性劣化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明に係る大型電子部品のリフローはんだ付け方法について、その一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態では、大型電子部品として車載用ＥＣＵに搭載される大型のアルミ電解コンデンサを例に挙げて説明する。こうした大型のアルミ電解コンデンサは、前述したように、自動車の安全性の向上を図るため、衝突直後などの非通電時のバックアップ用として搭載されるものであり、エアバックＥＣＵなどに用いられるものである。図１は、プリント基板にそのアルミ電解コンデンサを搭載した状態を示した斜視図である。そして、図２はアルミ電解コンデンサの断面図である。
【００１３】
このアルミ電解コンデンサ１は、電解液を含浸させたコンデンサ素子がアルミニウムからなる円柱形状のケース２内に収納され、そのケース２の底部には、プリント基板１０上で起立できるように支持台３が嵌め合わされて一体に形成されている。支持台３は耐熱性を有するものであり、ケース２の底に設けられた封口部を貫通して引き出された一対のリード端子４が横に延びて出ている。
【００１４】
このアルミ電解コンデンサ１の大きさは、ケース２の上面から支持台３の底部までの高さが２７ｍｍであり、円柱形状をしたケース２の直径が１８ｍｍである。これに対して、同じ車載用ＥＣＵとして従来から使用されていたアルミ電解コンデンサは、高さが１０ｍｍでケースの直径が８ｍｍであって、本実施形態のアルミ電解コンデンサ１の熱容量は、そうした従来のアルミ電解コンデンサの約１３倍にもなっている。
そこで、本実施形態では、こうして熱容量の大きくなった大型のアルミ電解コンデンサ１を他の小型電子部品と同じプリント基板１０に同時にリフローはんだできるはんだ付け方法を提供する。
【００１５】
先ず、リフロー炉１００内での輻射熱に対する熱吸収性が高くなるようにケース２を黒色にする。輻射によって受ける熱量を増加させて全体の温度を上げることにより、はんだ部５からコンデンサ本体へ逃げる熱量を減らして、リード端子４を接続させるはんだペーストの温度を上昇しやすくするためである。
また、アルミ電解コンデンサ１は、プリント基板１０上の所定箇所に支持台３によって安定した状態で載せられ、リード端子４の位置に重ねてはんだペーストが塗布される。そして、このはんだ部５においても輻射熱の吸収が良くなるように、黒色のはんだペーストが使用されている。
【００１６】
次に、本実施形態では、アルミ電解コンデンサ１を搭載したプリント基板１０の裏面からも表面のはんだ部５へ熱を供給する構成がとられている。ここで、図３は、リフローはんだ時のプリント基板１０に搭載したアルミ電解コンデンサ１を示した側面図である。
プリント基板１０の表面には、所定箇所に前述したアルミ電解コンデンサ１が配置され、一対のリード端子４が支持台３から対称的に延び、そのリード線４の周りにはんだペーストが塗布されたはんだ部５が設けられている。そして、プリント基板１０の裏面には、そのリード端子４に沿って一対のヒートシンク６が直線上に取り付けられている。
【００１７】
ヒートシンク６は、プリント基板１０の底面に着脱可能に取り付けられ、図６に示すリフロー炉１００内の下方に配置された加熱ヒータ１１０からの熱を多く吸収できるように受熱面積を大きくとっている。具体的には、図示するように台形形状をした板材であって、熱伝導性のよい銅板で形成されており、その寸法は、厚さが０．３ｍｍ、プリント基板１０の底面に沿った横方向の長さが１３ｍｍであり、左右の縦方向長さがそれぞれ１ｍｍと５ｍｍである。
【００１８】
リフロー炉１００は、図６に示すようにワークを送るコンベア１２０が設けられているが、上下に配置された加熱ヒータ１１０によって効率よく加熱できるように２本のベルトが所定の間隔を空けて平行に配置されている。従って、プリント基板１０は、その両端の数ｍｍだけが２本のベルトにまたがって載せられる。そのため、本実施形態のようにプリント基板１０の裏面に取り付けられたヒートシンク６が下方に突き出ていても、リフロー炉１００内をコンベア１２０で搬送することについて問題はない。
【００１９】
よって、本実施形態ではプリント基板１０裏面からも熱を効率よく吸収し、はんだ部５へとその熱を供給するようにしている。更には、そのヒートシンク６で吸収した熱を裏面側からプリント基板１０を越えて効率良く表面側のはんだ部５へと伝達できるように、図４に示す方法がとられている。図４は、図２のＰ部を拡大して示した、アルミ電解コンデンサ１のはんだ部５部分を示したプリント基板１０の断面図である。
裏面のヒートシンク６で吸収した熱は、樹脂製のプリント基板１０を通して表面のはんだ部５へ効率よく伝達させる必要がある。そこで、本実施形態では、はんだ部５の領域に合わせてプリント基板１０を貫通した複数のスルーホール１１が形成され、更にそのスルーホール１１には熱伝導性の高い銅１２が熱伝導部材として埋め込まれている。
【００２０】
ところで、プリント基板１０の底面に取り付けたヒートシンク６は、はんだ付け工程においてのみ取り付けられ、その後は取り外すため、容易に脱着できるように構成する必要がある。図５は、図４と同じアルミ電解コンデンサ１のはんだ部５の断面図であって、ヒートシンク６を取り付けた状態を示している。ヒートシンク６は、プリント基板１０の裏面に当接する一辺にスルーホール１１に差し込み可能な突起６ａが形成されている。その際、ヒートシンク６で蓄えた熱を効率よくはんだ部５へ伝えられるように、突起６ａｇはスルーホール１１の内壁面に密着するように寸法を合わせて形成されている。
なお、こうしたヒートシンク６は、表面のリード端子４にほぼ重なるように配置されている。そして、ヒートシンク６の両側には、図４に示すように全体に銅１２が埋め込まれたスルーホール１１が複数列設けられている。これは、ヒートシンク６からの熱がはんだ部５全体に伝わるようにする必要があるからである。
【００２１】
本実施形態のリフローはんだ付け方法では、こうしてケース２やはんだ部５を黒色にする他、プリント基板１０に形成したスルーホール１１に銅１２がはめ込まれ、更にリフロー炉１００への投入時には、プリント基板１０の裏面にヒートシンク６が取り付けられる。そして、そのアルミ電解コンデンサ１などを搭載したプリント基板１０は、図６に示すようにコンベア１２０の載せられリフロー炉１００へと送り込まれる。
前述したように、リフロー炉１００内を通るコンベア１２０は２本のベルトであって、アルミ電解コンデンサ１や他の電子部品を搭載したプリント基板１０がベルトに端部だけを載せた状態で搬送される。従って、そのプリント基板１０は、電子部品を搭載した表面だけでなく裏面も開放されており、コンベア１２０を挟んで上下に配置された加熱ヒータ１１０からの熱によって加熱される。
【００２２】
こうしてリフロー炉１００内を送られるプリント基板１０は、アルミ電解コンデンサ１のリード端子４を接続するためのはんだ部５が、上方の加熱ヒータ１１０からの輻射熱によって直接加熱される。このとき、アルミ電解コンデンサ１の黒色のケース２が輻射熱を吸収して温度を保持しているため、はんだ部５の熱がケース２側に奪われないようになっている。すなわち、輻射によってケース２が受ける熱量を増加させることにより、熱が拡散しやすいアルミからなるコンデンサ本体の温度を上げてはんだ部５から逃げる熱量を減らし、そのはんだ部５の温度を上昇するようにしている。
【００２３】
一方で、プリント基板１０裏面に取り付けられたヒートシンク６が下方の加熱ヒータ１１０による輻射熱によって加熱される。受熱面積の大きいヒートシンク６は十分に加熱され、その熱がスルーホール１１の銅１２を介してはんだ部５へと伝えられる。このとき、ヒートシンク６はスルーホール１１に突起６ａが気密にはめ込まれているため、ヒートシンク６の熱は直接あるいは他のスルーホール１１に埋め込まれた銅１２を介して表面のはんだ部５全体へ伝えられる。ヒートシンク６は受熱面積が大きいため、下方の加熱ヒータ１１０から大量の熱を球種してはんだ部５へと供給している。
【００２４】
そして、プリント基板１０がリフロー炉１００内を搬送される間に小型の電子部品と同様に、大型のアルミ電解コンデンサ１のはんだ部５の温度が上昇してはんだペーストが溶融する。その後、溶融したはんだペーストが固化することによりはんだ付けが完了する。そして、はんだ付けが終了し、アルミ電解コンデンサ１などの電子部品が表面実装されたプリント基板１０からは、裏面のヒートシンク６が取り外される。
【００２５】
よって、本実施形態の大型電子部品のリフローはんだ付け方法では、ケース２を黒色にして熱吸収を良くし、またプリント基板１０裏側からの熱もヒートシンク６とスルーホール１１に埋め込んだ銅１２などによって効率よくはんだ部５へ伝えるようにしたので、熱容量の大きなアルミ電解コンデンサ１のような大型電子部品でも、他の小型電子部品と同じプリント基板１０上で同時にリフローはんだ付けができるようになった。すなわち、加熱不足によって大型電子部品においてはんだ付け不良が生じたり、過加熱によって熱に弱い小型電子部品の破損や特性劣化を防止することができるようになった。
【００２６】
そして、特に本実施形態では、他の電子部品との熱容量が１０倍以上異なる大型の電子部品であっても、プリント基板１０の裏面側加熱ヒータ１１０による熱を有効利用することによって当該効果を得ている。従って、輻射熱に対する熱吸収性をよくするためケース２を黒色にすることは有効であるが、必ずしも必須の構成要件ではない。そのため、大型電子部品のリフローはんだ付け方法には、ケース２を黒色にせずにヒートシンク６とスルーホール１１に銅をはめ込んで行うようにしてもよい。
【００２７】
以上、本発明に係る大型電子部品のリフローはんだ付け方法について一実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態ではヒートシンク６の形状を台形にしたが、形状はこれに限定されることなく三角形や長方形であってもよい。
また、前記実施形態ではプリント基板１０に形成したスルーホール１１は円柱形状に貫通穴が形成されているが、角柱形状にあけられた貫通穴であってもよく、更には、複数の穴ではなく直線状に切り欠いて溝を形成し、そこにヒートシンクや熱伝導部材である銅をはめ込むようにしてもよい。
更に、前記実施形態では大型電子部品の一例としてアルミ電解コンデンサ１を示して説明したが、例えば、電流を増幅させたりノイズをとるための樹脂パッケージングされたコイルなども同じように熱容量が大きいため、本発明のリフローはんだ付け方法が有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】プリント基板に大型のアルミ電解コンデンサを搭載した状態を示した斜視図である。
【図２】大型のアルミ電解コンデンサを示した断面図である。
【図３】リフローはんだ時のプリント基板に搭載したアルミ電解コンデンサを示した側面図である。
【図４】大型のアルミ電解コンデンサを搭載したはんだ部付近を拡大して示したプリント基板の断面図である。
【図５】アルミ電解コンデンサのはんだ部であって、ヒートシンクを取り付けた断面を示した図である。
【図６】プリント基板に搭載した電子部品のはんだ付けを行うためのリフロー炉を示した模式図である。
【符号の説明】
【００２９】
１      アルミ電解コンデンサ
２      ケース
３      支持部
４      リード端子
５      はんだ部
６      ヒートシンク
１０    プリント基板
１１    スルーホール
１２    銅
１００  リフロー炉
１１０  加熱ヒータ
１２０  コンベア
【図１】
2006120866.tif 000003
【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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