(57)【要約】【課題】リフロープロセスによりピン挿入部品をはんだ付けする際において、はんだ供給量を確保することで、良好で高品質なはんだ付けが行え、実装の信頼性を向上させることができる。【解決手段】ピン構造１０は、ピン挿入部品１に装着可能なピン本体１１と、ピン本体１１の軸方向の所定位置でピン本体１１を中心とする径方向に突出した状態で軸支されたプレート１２と、プレート１２のピン挿入部品１側と反対側の下面１２ａにフラックス材１４を介して一体的に設けられたはんだ１３とを備えている。プレート１２およびはんだ１３は、ピン本体１１をスルーホール３に挿入させた状態で、ピン挿入部品１とプリント配線板２との間に配置するようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピン挿入部品をプリント配線板に実装する際に、該プリント配線板のスルーホールに挿通させてはんだ接合するためのピン挿入部品のピン構造であって、
前記ピン挿入部品に装着可能なピン本体と、
該ピン本体の軸方向の所定位置で前記ピン本体を中心とする径方向に突出した状態で軸支されたプレートと、
該プレートの前記ピン挿入部品側と反対側の下面に粘着層を介して一体的に設けられたはんだと、
を備え、
前記プレートおよび前記はんだは、前記ピン本体を前記スルーホールに挿入させた状態で、前記ピン挿入部品と前記プリント配線板との間に配置されていることを特徴とするピン挿入部品のピン構造。
【請求項２】
前記粘着層は、フラックス材であることを特徴とする請求項１に記載のピン挿入部品のピン構造。
【請求項３】
前記プレートには、下方に延びる突起が設けられ、
該突起の下端は、前記はんだの下面より下方に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載のピン挿入部品のピン構造。
【請求項４】
前記はんだは、平面視で一部が開いた略Ｕ字形状をなし、そのＵ字形状の開口から前記ピン本体に嵌合された構成であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のピン挿入部品のピン構造。
【請求項５】
前記はんだは、線状のはんだを前記ピン本体に巻き付けられた構成であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のピン挿入部品のピン構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、はんだ供給量を確保し接合信頼性を向上するためのピン挿入部品のピン構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子部品の実装方法として、部品のリードに直接、配線をはんだ付けする方法に代わり、リード部品のリード端子またはピン挿入部品のピンをプリント配線板のスルーホールへ挿入し、そのスルーホールの反対側、つまりプリント配線板の裏面から突出したリードまたはピンにはんだを吹き付け、一括してフローはんだ付けするようになっている。さらに、基板表面の任意の電極上にはんだペーストを印刷し、部品搭載とリフローはんだ付けを行なう表面実装工法が主流となっている。
【０００３】
ところが、表面実装化できないような大型の部品や挿抜のため十分な接合強度が必要となる部品などのピン挿入部品が表面実装部品と混在する場合がある。このようなときは、表面実装部品とピン挿入部品とをそれぞれ別工程とし、表面実装後、個別にピン挿入部品を搭載しフローはんだ付け、または個別にピン挿入部品を手作業ではんだ付けするものであるが、リフローはんだ付けと、フローはんだ付けまたはリフローはんだ付け手作業によるはんだ付けといった２つの製造ラインを有することはコストの増大につながる。そこで、リフローはんだ付けによりピン挿入部品の実装を行う技術が、例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
特許文献１は、スルーホールに挿通させたコネクタピンに、プリント配線板のコネクタとは反対側の位置にリングはんだを挿入した後、座金を挿入し、はんだが座金でプリント配線板へ押圧された形ではんだ付けすることにより、スルーホールよりはみ出たピン上にはんだが濡れ広がり、ピンの断面サイズが変わることでピンがスルーホールからはみ出た部分をコネクタとして使用できなくなることを防止するとともに、はんだ供給を確保したコネクタ実装方法について開示したものである。
【０００５】
ところで、上述したようなリフロープロセスによるピン挿入部品の実装においては、適切な量のはんだを供給する必要があり、はんだ接合に必要なはんだ量を算出して、はんだペーストの印刷量を決定している。そして、印刷マスクを用いて、はんだペーストをスルーホールランド上に印刷することで、はんだペースト印刷用マスクの開口面積とマスク厚から算出される量のはんだペーストがプリント配線板上に印刷されるとともに、スルーホール内部へスルーホール径に相関した一定量のはんだペーストが確保される。このことから、印刷供給によるはんだ量が事前に推測でき、必要なはんだ量に対しての増減はプリント配線板上にスルーホールのランド径をはみ出して印刷するいわゆるオーバープリントによる印刷方法を採用することによりマスク開口面積により調整しているのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２５４２６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の電子部品の表面実装工法では、以下のような問題があった。
すなわち、従来は、ランド上をはみ出して基板上に印刷供給するオーバープリントを採用してはんだ供給量を調整しているが、スルーホールが複数列ある場合にあっては、内側の列にあるスルーホールでは周囲を他のスルーホールに囲まれるため、オーバープリントによるはんだ供給量の調整が不可能となり、内側列ではオーバープリントに必要なはんだ量が不足するという問題があった。
【０００８】
また、オーバープリントが比較的容易と考えられる最外周のスルーホールにおいても、高密度化により隣接する部品用接合パッドの位置が近くなると、オーバープリントが隣接する他の部品の電極に掛かってしまい、オーバープリントができない場合が生じる。
さらに、印刷が可能であっても、リフロー加熱時に溶融したはんだがピンへ濡れ上がり、本来接合に使用されるはずのはんだ量が足りなくなるという不具合が生じていた。
【０００９】
さらにまた、上述した特許文献１では、はんだの濡れ上がりを防ぐとともにはんだを供給する実装方法であるが、部品搭載後にプリント配線板の裏面からはんだや座金を供給する必要がある。そのため、はんだ及び座金の供給のための作業工程が別途必要であり、はんだ付けを個別に行なうことになり、表面実装工程においてピン挿入部品を実装するという本来の目的を達成することはできない。
【００１０】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、リフロープロセスによりピン挿入部品をはんだ付けする際において、はんだ供給量を確保することで、良好で高品質なはんだ付けが行え、実装の信頼性を向上させることができるピン挿入部品のピン構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係るピン挿入部品のピン構造では、ピン挿入部品をプリント配線板に実装する際に、プリント配線板のスルーホールに挿通させてはんだ接合するためのピン挿入部品のピン構造であって、ピン挿入部品に装着可能なピン本体と、ピン本体の軸方向の所定位置で前記ピン本体を中心とする径方向に突出した状態で軸支されたプレートと、プレートの前記ピン挿入部品側と反対側の下面に粘着層を介して一体的に設けられたはんだとを備え、プレートおよびはんだは、ピン本体をスルーホールに挿入させた状態で、ピン挿入部品とプリント配線板との間に配置されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のピン挿入部品のピン構造によれば、リフロープロセスによりピン挿入部品をはんだ付けする際において、プレートが障壁の役割をし、ピン本体へのはんだの漏れ上がりを規制するので、プレートより上方へはんだが濡れ広がらず、ピン本体に設けられるはんだを効果的に且つ十分にプリント配線板のスルーホール内へ供給することができ、そのスルーホール内へのはんだ供給量が減少することを防止することができる。そのため、スルーホールが複数あるプリント配線板であってもオーバープリントを採用することなく、電子部品を確実に実装することができるとともに、はんだ供給量を確保することができ、良好で高品質なはんだ付けが行え、実装の信頼性を向上させることができる。
また、リフロープロセス時において、ピン挿入部品とプリント配線板との間にプレートおよびはんだが設けられ、スペースが形成されているので、加熱による強制対流する加熱エアを流れ易くすることが可能となり、はんだ付け不良を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるピン構造を備えたピン挿入部品の斜視図である。
【図２】ピン挿入部品をプリント配線板に実装する状態を示す側断面図である。
【図３】図１に示すピン構造の側面図である。
【図４】図３に示すピン構造のピン本体を省略した斜視図である。
【図５】図４に示すピン構造の側面図である。
【図６】図４に示すＡ−Ａ線断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）はリフローはんだ付け時の工程を説明する図である。
【図８】第２の実施の形態によるピン構造を備えたピン挿入部品の斜視図であって、図１に対応する図である。
【図９】図８に示すピン構造の側面図である。
【図１０】第３の実施の形態によるピン構造を備えたピン挿入部品の斜視図であって、図１に対応する図である。
【図１１】図１０に示すピン構造の側面図である。
【図１２】第４の実施の形態によるピン構造を示す側面図である。
【図１３】図１２に示す平面図である。
【図１４】第５の実施の形態によるピン構造を備えたピン挿入部品の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の第１の実施の形態によるピン挿入部品のピン構造について、図１乃至図７に基づいて説明する。
図１および図２に示すように、本第１の実施の形態によるピン挿入部品１は、複数のピン構造１０、１０、…を備えており、プリント配線板２に形成されているスルーホール３に前記ピン構造１０を挿通させて、リングはんだ４とともにリフローはんだ付けすることで、プリント配線板２の所定位置に実装されたものである。
ここで、プリント配線板２の厚さ方向を上下方向とし、その上下方向に沿ってピン挿入部品１側を上側、その反対側を下側とし、さらにピン構造１０の軸線方向を上下方向に向けた状態でそのピン構造１０の中心軸に直交する方向を径方向として、以下説明する。
【００１５】
図２〜図６に示すように、ピン構造１０は、上端１１ａがピン挿入部品１に固定されるはんだ接合用のピン本体１１と、このピン本体１１の軸方向の所定位置でピン本体１１を中心とする径方向に突出した状態で軸支された円盤状のプレート１２と、そのプレート１２の下面１２ａにフラックス材１４（粘着層）を介して一体的に設けられたはんだ１３とを備えて概略構成されている。そして、プレート１２およびはんだ１３は、ピン本体１１をスルーホール３に挿入した状態で、ピン挿入部品１とプリント配線板２との間に位置している（図２参照）。
【００１６】
プレート１２は、平面視でプレート中心位置にピン本体１１に挿通される円孔１２ｂが厚さ方向に貫通した構造をなし、リフロー加熱時においてはんだ１３の濡れ上がりを規制する障壁の機能と、はんだ１３をピン本体１１の軸方向の所定位置に保持する機能とを有している。このプレート１２は、シリコーン、ポリイミド、エポキシ、ＰＰＥ等の適当な弾性を有するとともに高温でも形状を保持することが可能な材料からなり、自身の弾性変形によりピン本体１１に対して固定される構成となっている。
例えば、プレート１２の厚さ寸法を０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍ程度とすることによって、リフローはんだ付け時において、２３０℃以上という温度でもピン本体１１の周囲で形状を保持した状態で、はんだ濡れ上がりを防止するための障壁を構成することができ、好ましい。
【００１７】
はんだ１３は、周囲に配置された他のピン本体１１とショートしないような外形寸法をなし、例えばピン本体１１とスルーホール３との組合せであれば、円筒形状のはんだ１３の形状は外径がφ２．０ｍｍで中央部孔径がφ１．０ｍｍとなり、例えばプリント配線板２の基板厚さが２．０ｍｍの場合において、スルーホール３内のピン周囲隙間の体積と同等のはんだを供給するために必要な円筒形状のはんだ厚さは０．２５ｍｍで十分となり、例えばプレス工法、型押しなどで容易に成形可能な大きさとなる。
【００１８】
また、ピン本体１１の軸上に固定されるはんだ１３の位置は、印刷はんだをピン挿入部品１の筐体、あるいはパッケージ裏面で潰さないようなスペースＳを確保できる高さの位置であり、通常の印刷厚さ０．１ｍｍ〜０．３ｍｍより大きく、実装高さを大きくし過ぎない高さが必要であり、はんだ１３の高さ寸法で例えば０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度の高さを確保できるようなものが好ましい。すなわち、この高さを確保できるようなプレート１２とはんだ１３とからなる形状とすることで、リフローはんだ接合時における強制対流による加熱エアがピン挿入部品１の底面１ａへ流入しやすくなる構造となっている。
【００１９】
はんだ１３をプレート１２に対して接着保持するフラックス材１４には、ロジン（松脂）成分を多く含む材料で、はんだボール搭載用に用いられるような粘着性を有し、溶媒の揮発が大きく乾燥し易く、酸化し易いはんだ１３の表面を保護することが可能な材料が採用されている。
【００２０】
すなわち、本ピン構造１０は、例えば、プレス後にポリイミドフィルムなどに、熱可塑性ポリイミドなどのタック性を有するフラックス材１４で接着した後、ポリイミドフィルムを同様にプレス切断し成形することで上記形状を製造することができる。
【００２１】
次に、ピン挿入部品１をリフロープロセスによるはんだ付けによりプリント配線板２に実装する方法と、ピン構造１０の作用についてについて説明する。
図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、先ずピン構造１０のピン本体１１をプリント配線板２のスルーホール３に予め配置されたリングはんだ４内に挿入させつつ（図７（ａ）および（ｂ））、ピン本体１１の所定位置に設けたはんだ１３をリフローはんだ付けによって加熱させると、この加熱によりはんだ１３が溶融し、重力と表面張力によってピン本体１１の周囲と、その下方に位置するスルーホール３およびスルーホールランドへ濡れ広がり（図７（ｃ））、そのはんだ１３がリングはんだ４に追加供給されるので、良好なはんだ付けが行え、高品質な製造を行うことができる。
【００２２】
このとき、図７（ｃ）に示すように、プレート１２が障壁の役割をし、ピン本体１１へのはんだ１３の漏れ上がりを規制するので、プレート１２より上方へはんだ１３が濡れ広がらない。そのため、ピン本体１１に設けられるはんだ１３を効果的に且つ十分にスルーホール３内へ供給することができ、そのスルーホール３内へのはんだ供給量が減少することを防止することができる。
【００２３】
また、図２に示すように、ピン本体１１に固定されているプレート１２およびはんだ１３がピン挿入部品１の底面１ａに位置する構成となっているので、ピン構造１０をスルーホール３へ挿入させる際の押込み量を調整することで、ピン挿入部品１の底面１ａとプリント配線板２との間にスペースＳ（図７（ｂ）参照）を確保することができ、リフローはんだ付けの加熱時における強制対流する加熱エアを流れ易くすることができる。これにより、はんだ付け不良を減少させることが可能となる。
【００２４】
さらに、本ピン構造１０では、ピン本体１１の先端１１ｂがスルーホール３から大きく突出しないようにして調整させながら押し込むことにより、プリント配線板２のピン先端１１ｂ側（下方側）へのはんだ１３の濡れ広がりを防ぐことができる。
【００２５】
そして、ピン本体１１の所定位置にプレート１２とはんだ１３とを一体的に設けているので、とくに本実施の形態のようにピン挿入部品１の底面１ａにピン構造１０が装着されている場合にあっては、上述したようにリフローはんだ付け時に十分に加熱することができるとともに、印刷したはんだペーストをつぶさないようにスペースＳを確保することができる。
【００２６】
このように、本実施の形態のピン構造１０では、オーバープリントによる印刷ができず、はんだ量が不足するため従来では不可能であった表面実装工法への適用ができ、表面実装ラインのみでピン挿入部品１を実装することができる効果を奏する。
【００２７】
以上説明したように、本第１の実施の形態によるピン挿入部品のピン構造によれば、リフロープロセスによりピン挿入部品１をはんだ付けする際において、プレート１２が障壁の役割をし、ピン本体１１へのはんだ１３の漏れ上がりを規制するので、プレート１２より上方へはんだ１３が濡れ広がらず、ピン本体１１に設けられるはんだ１３を効果的に且つ十分にプリント配線板２のスルーホール３内へ供給することができ、そのスルーホール３内へのはんだ供給量が減少することを防止することができる。そのため、スルーホール３が複数あるプリント配線板であってもオーバープリントを採用することなく、電子部品を確実に実装することができるとともに、はんだ供給量を確保することができ、良好で高品質なはんだ付けが行え、実装の信頼性を向上させることができる。
また、リフロープロセス時において、ピン挿入部品１とプリント配線板２との間にプレート１２およびはんだ１３が設けられ、スペースＳが形成されているので、加熱による強制対流する加熱エアを流れ易くすることが可能となり、はんだ付け不良を抑制することができる。
【００２８】
次に、本発明の他の実施の形態について図面に基づいて説明するが、上述の第１の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、異なる構成について説明する。
【００２９】
図８および図９に示すように、第２の実施の形態のピン構造２０は、ピン本体２１に設けられるはんだ２３の濡れ上がりの障壁となるプレート２２に、下方に延びる突起２５を設けたものである。なお、ピン本体２１、プレート２２、はんだ２３、フラックス材２４等の構成は、上述した第１の実施の形態の構成と同様であるので、本実施の形態では詳細な説明は省略する。
本ピン構造２０においては、ピン挿入部品１のピン構造２０に取り付け、ピン挿入部品１をプリント配線板２に搭載する際に、突起２５の下面２５ａがプリント配線板２の上面２ａに当接し、ピン挿入部品１がプリント配線板２に対して位置決めされる。つまり、ピン挿入部品１の底面１ａとプリント配線板２との間に突起２５の高さ寸法分のスペースＳを確保することができ、そのスペースＳにおいてリフローはんだ付けによって加熱したエアを流入し易くし、はんだ付けによる不良の発生を低減させることができる。
なお、突起２５の形状、及び寸法は、加熱エアを流入し易くするのであれば本第２の実施の形態の形状に制限されることはない。
【００３０】
また、図１０および図１１に示すように、第３の実施の形態によるピン構造３０では、第１の実施の形態のはんだ１３（図１参照）の形状を変えたものであって、下方から上方に向かうに従って漸次形寸法が大きくなる円錐台状をなすはんだ３３を設けたものである。このはんだ３３は、ピン本体３１の軸方向に対して細く且つ長い形状となっている。これにより、上述した第２の実施の形態（図９参照）と同様に、ピン挿入部品１をプリント配線板２に搭載する際に、はんだ３３の下面３３ａ（図１１）がプリント配線板２の上面２ａに当接し、ピン挿入部品１がプリント配線板２に対して位置決めされる。このとき、ピン挿入部品１の底面１ａとプリント配線板２との間にビーズ状のはんだ３３の高さ方向の寸法分のスペースＳが確保されるので、リフローはんだ付けにおいて加熱したエアが流入し易くなり、はんだ付けによる不良の発生を低減させることができる。
【００３１】
上述した第２、３の実施の形態では、ピン挿入部品１の底面１ａとプリント配線板２との間のスペースＳを確保し、且つ印刷はんだをつぶさないよう、第２の実施の形態の図８、図９に示した突起２５を形成したプレート２２や、第３の実施の形態の図１０、図１１に示した細く高さのあるビーズ状のはんだ３３を採用することで、リフローはんだ付けで加熱が可能となる。これは、リフロー加熱において、プリント配線板２とピン挿入部品１の底面１ａとに挟まれたピン構造部分へヒーターからの輻射による熱伝達が期待できないことに対して、前記プリント配線板２とピン挿入部品底面１ａとの間にスペースを確保することで、基板からの熱伝導に加え更に対流による熱の移動を促し速やかにはんだ付け温度に温度上昇する効果を奏する。
【００３２】
また、図１２および図１３に示すように、本第４の実施の形態によるピン構造４０は、ピン本体４１の側方からプレート４２とはんだ４３とを取り付け、そのプレート４２とはんだ４３との外周側からかしめ、ピン本体４１に固定する構造となっている。すなわち、プレート４２の下面に設けられたはんだ４３は、平面視で略Ｕ字型をなし、略中央部にピン本体４１の断面形状に相当する開口を持ち開口部中央よりＵ字型のＵ字の開いている側にスリット４１ａを切り、側方向からＵ字の開いた側をピン本体４１に当てるように嵌合させ、ピン本体４１の任意の位置に側方向から突き当てＵ字の先端を閉じることで固定された構成となっている。
【００３３】
次に、図１４に示すように、第５の実施の形態によるピン構造５０は、ピン本体５１に線状のはんだ５３を巻き付けて固定した構造となっている。
本ピン構造５０では、予めプレート５２をピン本体５１に固定し、線状のはんだ５３の巻き始めの位置の目安とする。そして、プレート５２を基準として、線状のはんだ５３をワイヤラッピングの要領でピン本体５１に巻き付けて固定する。この線状のはんだ５３の巻き数を調整することで、必要なはんだ量を容易に調整することができる。
また、はんだ５３の巻き付けの力が弱いと判断されるときは、予め固定しておいたプレート５２と線状のはんだ５３が接する位置にフラックス等のようなタック性を有するとともに、はんだ付けを阻害せず接着剤として機能する材料を塗布し固定することも可能である。
【００３４】
以上、本発明によるピン挿入部品のピン構造の第１〜第５の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した第１の実施の形態ではプレート１２にはピン本体１１の大きさに相当する円孔１２ａを設けた構造としているが、これに限らず、例えば、平面視でプレート中心から径方向に所定の長さで放射状に切込みを入れた構造とし、弾性部材からなるプレートの弾性変形によってピン本体１１に保持する構造であってもよい。
【００３５】
また、第１の実施の形態ではプレート１２とはんだ１３とを接着する粘着層としてフラックス材１４を採用しているが、これに制限されることはなく、接着剤などタック性を有する材料であってもかまわない。
さらにまた、はんだ１３の形状については、隣接するピン本体１１とショートしないことができれば、プレート１２、はんだ１３ともに断面が角形状、他の形状であっても可能である。
【００３６】
また、本実施の形態によるピン構造では、フローはんだ付けによるはんだ上がりの不良に対しても、フローはんだ付け時にピン本体およびプリント配線板表面から熱伝導で伝わってきた熱によりはんだが溶融しピン本体を濡れ広がりピン濡れ上がり不良によるはんだ接合を補助し、スルーホール内のはんだ量の確保し、さらにピン本体上方への濡れ上がりによるショートの発生も阻止できるためピン挿入部品のはんだ接合部品質を向上することができる。
【００３７】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した各実施の形態を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１  ピン挿入部品
１ａ  ピン挿入部品底面
２  プリント配線板
２ａ  プリント配線板上面
３  スルーホール
４  リングはんだ
１０、２０、３０、４０、５０  ピン構造
１１、２１、３１、４１、５１  ピン本体
１１ａ  ピン上端
１１ｂ  ピン先端
１２、２２、３２、４２、５２  プレート
１２ａ  プレート下端
１２ｂ  プレート円孔
１３、２３、３３、４３、５３  はんだ
３３ａ  はんだ下面
１４  フラックス材（粘着層）
２５  突起
２５ａ  突起下面
Ｓ  スペース
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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