(57)【要約】【課題】はんだペーストの印刷やリードの挿入に注意を払わなくても、はんだペーストがリードによって押し出されて不足することを防止し、修正工程を省略できるリフローはんだ付け品質改善の方法を提供する。【解決手段】プリント基板４０の、挿入部品５０とは反対側の面にブロックを配置して、はんだペースト３０が供給されているスルーホール部４１に部品リード５１を挿入していく。ペースト保持部１１が、部品リード５１の挿入によって押し出されたはんだペースト３０を保持し、リード保持部１３が、部品リード５１を収納する。リードガイド部１２の存在により、部品リード５１がリード保持部１３へ容易に導かれる。リード保持部１３のクリーニングのため、ブロック下部２０は取り外し可能である。ブロックの内側表面は、プリント基板４０から取り外すときにはんだペーストが付着しないように表面加工されている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだペーストが供給された、プリント基板のスルーホールに、挿入実装部品のリードを挿入する際に用いる治具であって、
前記リードの挿入により押し出された前記はんだペーストを収納するペースト保持部と、
前記ペースト保持部の底から設けられ、前記リードを収納するリード保持部を有する治具。
【請求項２】
前記ペースト保持部と前記リード保持部の間に、前記ペースト保持部から前記リード保持部へ漸次収納空間が狭められ、前記リードの前記リード保持部への収納を促進するリードガイド部をさらに有する、請求項１に記載の治具。
【請求項３】
前記リードガイド部の前記ペースト保持部側の収納サイズは、前記スルーホールのサイズと略一致する、請求項２に記載の治具。
【請求項４】
前記ペースト保持部と前記リード保持部および／または前記リードガイド部の、前記はんだペーストとの接触面が、前記はんだペーストの付着しにくい材質で表面加工されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の治具。
【請求項５】
前記リード保持部の底部が取り外し可能である、請求項１から４のいずれか１項に記載の治具。
【請求項６】
前記ペースト保持部周辺の、前記プリント基板との接触面に、空気孔として機能する溝部が設けられた、請求項１から５のいずれか１項に記載の治具。
【請求項７】
前記挿入実装部品が複数のリードを有する場合、該挿入実装部品のリード配置に対応して、前記ペースト保持部と前記リード保持部および／または前記リードガイド部が複数設けられている、請求項１から６のいずれか１項に記載の治具。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の治具を用いて、挿入実装部品のリフローはんだ付けの品質を改善する方法であって、
前記治具を、スルーホールにはんだペーストが供給されたプリント基板に位置合わせするステップと、
前記挿入実装部品のリードを、前記スルーホールを介して前記治具に挿入するステップと、
前記治具を前記プリント基板から取り外すステップを有する方法。
【請求項９】
前記治具を、スルーホールにはんだペーストが供給されたプリント基板に位置合わせする前記ステップは、
前記プリント基板と同一のアートワークを有する位置合わせ用プリント基板を備えるステップと、
前記位置合わせ用プリント基板のスルーホールと略同じ断面を有する位置合わせ用ピンを、前記治具の前記リード保持部と中心軸を同じくして、前記治具の下面に備えるステップと、
前記治具を前記位置合わせ用プリント基板のスルーホールに配置していくステップと、
前記プリント基板と前記位置合わせ用プリント基板の位置合わせを行うステップを有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記はんだペーストが、鉛を含まない、または、鉛の含有量が少ないはんだペーストである、請求項８または９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、挿入実装部品のプリント基板へのリフローはんだ付けに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、挿入実装部品は、はんだ槽への浸漬やはんだコテによる手作業によってはんだ付けされる。しかし、部品実装の高密度化が進み、特に両面実装になると、はんだ槽への浸漬は困難となる。一方、はんだコテによる手作業では、部品数が多くなると手間がかかり過ぎる。そこで、製造工程の短縮・効率化の観点から、挿入実装部品のリフローはんだ付けも実施されるようになってきた。
【０００３】
しかし、挿入実装部品のリフローはんだ付けにおいては、はんだ印刷工程でスルーホールに供給されたはんだペーストが、部品のリードをスルーホールに挿入した際、リードによって押し出される。そして、リード先端に付着したはんだペーストは、リフロー加熱前あるいは加熱中に落下したり、リフロー加熱後にリード先端で固化したりすることがある。そのため、挿入実装部品のリードのはんだ付け部は、はんだ不足となり、後の工程で修正が必要になるという問題が生じる。
【０００４】
そこで、上記の問題を解決するメタルマスクを用いた技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、はんだペーストを印刷する際に、スルーホールの中央部にリードの直径にほぼ等しいマスク部を設け、スルーホールの中央部にははんだペーストが供給されないようにする。これにより、スルーホールにリードを挿入した場合、スルーホールの中央部にははんだペーストが少ないので、はんだペーストがリードによって押し出されて不足するという問題が解決するというものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−３０５２７２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このメタルマスクを用いる方法は、マスク部が障害となって、はんだペーストがスルーホール内へ流入しにくくなるという問題がある。そこで、メタルマスクを厚くしたり、開口面積を大きくしたり、スキージを一度だけでなく何度も往復させるなどして、供給するはんだペーストの量を増やすなどの対策が必要になる。さらに、挿入実装部品のリードは正確にスルーホールの中央に挿入しなくてはならない。もし、リードの位置が中央からずれると、はんだペーストがリードによって押し出されて不足する問題を回避できない。
【０００７】
また、近年、環境汚染を防止するという目的から使用されている鉛フリーはんだは、濡れ特性が悪いため、上記の問題はますます深刻となる。
【０００８】
そこで本発明の目的は、はんだペーストの印刷やリードの挿入に余計な注意を払わなくても、はんだペーストがリードによって押し出されて不足することを防止し、修正のための工程を省略できるリフローはんだ付け品質改善の方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、スルーホールとランドにはんだペーストを供給したプリント基板のスルーホールに、挿入実装部品を取り付ける面とは反対側の面にブロック状の治具を配置して、部品のリードを挿入することを特徴とする。この治具は、主にペースト保持部とリード保持部から構成される。ペースト保持部は、リードのスルーホールへの挿入により押し出されるはんだペーストの容量によって決定される空間容量を有し、この治具がプリント基板に配置されたとき、このプリント基板のランドとともに、押し出されたはんだペーストを保持する。リード保持部は、リードの断面によって決定される断面を有し、このリードを収納する、ペースト保持部の底から設けられた穴である。
【００１０】
さらに、ペースト保持部とリード保持部の接合部分をテーパ状に加工したリードガイド部を設けるのが好ましい。これは、リードの挿入がスルーホールの中心からずれたとしても、リードがリード保持部へ容易に導かれるようにするためである。
【００１１】
さらに、この治具がプリント基板に配置されたとき、リードガイド部とペースト保持部の境界の断面が、スルーホールの断面とおおよそ一致するのが好ましい。こうすることにより、スルーホール内にリードを挿入しさえすれば、リードが適切にリード保持部に導かれることを担保できる。
【００１２】
さらに、ペースト保持部とリード保持部とリードガイド部の表面は、治具を取り外すときにはんだペーストが付着しにくいように、表面加工されるのが好ましい。表面加工には、例えば、テフロンを用いることが考えられる。
【００１３】
さらに、リード保持部の底部は取り外し可能であることが好ましい。こうすることにより、リード保持部のクリーニングが容易になる。
【００１４】
さらに、プリント基板との接触面に、空気孔として機能する溝部が設けられるのが好ましい。ペースト保持部、リードガイド部、リード保持部の空間に密閉された空気が、はんだペーストがペースト保持部へ押し出されるのを阻害する恐れがあるところ、溝部を設けることにより、はんだペーストがペースト保持部へスムーズに流れることを担保できるからである。
【００１５】
さらに、治具は、挿入実装部品が複数のリードを有する場合、リード配置に対応した複数のペースト保持部とリード保持部、および／またはリードガイド部を、挿入実装部品単位で設けるのが好ましい。なぜなら、１つのリードのみに対応した治具では位置合わせなどに手間がかかりすぎるし、プリント基板全体に対応した治具ではそのプリント基板専用となり経済的ではないからである。
【００１６】
この治具を用いた、挿入実装部品をプリント基板に取り付けるリフローはんだ付け品質改善の方法は、従来技術のはんだペースト印刷により、プリント基板のスルーホールとランドにはんだペーストを供給するステップと、治具を、挿入実装部品を取り付ける面とは反対側の面に配置するステップと、挿入実装部品のリードをスルーホールおよび治具に挿入するステップと、治具をプリント基板から取り外すステップを有する。
【００１７】
治具を、挿入実装部品を取り付ける面とは反対側の面に配置するステップは、例えば、次の方法が挙げられる。
【００１８】
まず、プリント基板と同一のアートワークを有する位置合わせ用プリント基板を用意する。
【００１９】
次に、位置合わせ用プリント基板のスルーホールと同じ形状の断面を有する位置合わせ用ピンを、治具のリード保持部と中心軸を同じくして、治具の下面に取り付ける。
【００２０】
次に、この治具を位置合わせ用プリント基板のスルーホールに配置する。
【００２１】
そして最後に、プリント基板と位置合わせ用プリント基板の位置合わせを行う。
【００２２】
本方法は、挿入実装部品のリード配置に対応した複数のペースト保持部およびリード保持部を有する治具を用いる場合には特に便宜である。この場合、まず、挿入する部品に対応する全ての治具を位置合わせ用プリント基板に配置した後、プリント基板と位置合わせ用プリント基板の位置合わせを行うことで、実質的に位置合わせは一度で済む。
【００２３】
なお、本発明は、はんだペーストの種類を特定するものではない。しかし、環境保護の見地からは優れているが、濡れ特性の悪い鉛フリーはんだペーストが用いられる場合には特に効果的である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２５】
図１を参照すると、従来技術のはんだペースト印刷方法により、プリント基板４０のスルーホール部４１と表面のランド部４２にはんだペースト３０を供給したのち、本発明の第１の実施形態のブロック１０および２０をプリント基板４０に配置して、挿入実装部品５０の部品リード５１をスルーホール部４１に挿入した様子を示した図が示されている。
【００２６】
ブロック１０および２０は、プリント基板４０の挿入実装部品５０が挿入されるのとは反対側の面に、ペースト保持部１１およびリード保持部１３と、スルーホール部４１との位置関係が適切、例えば、中心軸を同じくするように配置される。挿入実装部品５０の部品リード５１がスルーホール部４１に挿入されたとき、部品リード５１はリード保持部１３に収まるようになっており、部品リード５１の挿入により押し出されたはんだペースト３０は、そのほとんどがペースト保持部１１と、プリント基板４０の裏面のランド部４２によって保持されるようになっている。ペースト保持部１１とリード保持部１３の間にはリードガイド部１２が設けられており、その機能については下記で詳しく説明する。また、ブロック１０および２０は、ブロック上部１０とブロック下部２０に分離可能であり、リード保持部１３の底面は、ブロック下部２０の凸部２１の上面となっている。
【００２７】
図２を参照すると、プリント基板４０の裏面側に配置した状態のブロック上部１０およびブロック下部２０の拡大断面図が示されている。さらに、図３を参照すると、ブロック上部１０の断面図（ａ）と上面図（ｂ）、ブロック下部２０の断面図（ｃ）と上面図（ｄ）が示されている。
【００２８】
ブロック上部１０は、ブロック下部２０が取り外された場合、図３（ａ）に示すように、リード保持部１３の穴が貫通した構造を有する。そして、ブロック下部２０の凸部２１がリード保持部１３の底面を構成する。このようにブロック１０および２０を分離可能にしたのは、リード保持部１３のクリーニングを容易にするためである。したがって、クリーニングの点を除けば、ブロック上部１０とブロック下部２０が一体となったブロックであっても、本実施形態のブロック１０および２０と同じ効果が得られる。さらに、本実施形態のブロック１０および２０の説明は、一体型のブロックにも妥当する。
【００２９】
ブロック上部１０は、ペースト保持部１１と、リードガイド部１２と、リード保持部１３から構成される。
【００３０】
ペースト保持部１１は、部品リードをプリント基板４０のスルーホール部４１に挿入していくとき、部品リードによって押し出されたはんだペーストが収まるように空間容量の決定された部分である。本実施形態では、半球がくり貫かれたような形状を想定しているが、もちろんこれに限定されない。ペースト保持部１１のプリント基板４０との接触面における径は、裏面のランド部４２の外径と同程度であることが好ましい。これにより、部品リードによって押し出されたはんだペーストが、プリント基板４０の裏面のランド部４２に保持され、部品リードのはんだ付けに必要なはんだペーストが安定して供給される。
【００３１】
リードガイド部１２は、部品リードをスルーホール部４１に挿入していく際、部品リードがスルーホール部４１の中心からずれていたとしても、部品リードをリード保持部１３に容易に導くために設けられる。リードガイド部１２は、ペースト保持部１１との境界面において、スルーホール部４１の径Ｄと同程度の径を有することが好ましい。こうすることにより、部品リードのスルーホール部４１への挿入を特に注意深く行う必要がなくなる。
【００３２】
リード保持部１３は、部品リードを収納するために設けられ、その中心がスルーホール部４１の中心に合うように設計される。その径は、部品リードの径と同程度であることが要請されるが、ピッチ公差等も考慮して、リード径よりもやや大きめとする。
【００３３】
ブロック下部２０の凸部２１は、その径がリード保持部１３の径と同じ大きさであり、貫通されたブロック上部１０のリード保持部１３を塞ぐ底面の役割を有する。リード保持部１３の長さと、凸部２１の高さは、部品リードが完全に挿入されたとき、凸部２１の上面に部品リードが触れないように決定される。
【００３４】
ブロック１０および２０において、はんだペーストと接触する面については、テフロンを含む、はんだペーストが付着しにくい材質で表面加工されるのが好ましい。これは、ブロック１０および２０をプリント基板４０から取り外すときに、ブロック１０および２０にはんだペーストが付着して、裏面のランド部４２に残るはんだペーストの量が減ってしまうのを防止するためである。
【００３５】
ブロック１０および２０は、挿入実装部品が複数のリードを有する場合、挿入実装部品のリード配置に対応して、ペースト保持部とリード保持部、および／または、リードガイド部が複数配置されたものを、挿入実装部品単位で作製するのが好ましい。なぜなら、１つのリードのみに対応したブロック１０および２０では位置合わせなどに手間がかかりすぎるし、プリント基板全体に対応したブロック１０および２０ではそのプリント基板専用となり経済的ではないからである。
【００３６】
次に、本発明のブロック１０および２０を用いたはんだペースト印刷後の部品リード挿入の一実施形態について説明する。
【００３７】
図４を参照すると、プリント基板４０にはんだペースト３０を印刷するまでの処理の流れが示されている。すなわち、図４（ａ）のプリント基板４０に、メタルマスク７０を合わせ、メタルマスク７０上にあるはんだペースト３０をスキージ６０の移動により、スルーホール部４１およびランド部４２に供給する（ｂ）。その後、メタルマスク７０を外す（ｃ）。以上の工程は従来技術のものと全く同一である。
【００３８】
図５を参照すると、はんだペースト印刷の後、ブロック１０および２０を用いて、部品リード５１を挿入していく処理流れが示されている。
【００３９】
図５（ａ）は、はんだペースト印刷により、スルーホール部４１およびランド部４２にはんだペースト３０が供給された状態が示されている。この状態は、図４（ｃ）の状態と同一である。
【００４０】
次に、図５（ｂ）で、ブロック１０および２０を、プリント基板４０の裏面に配置する。
【００４１】
次に、図５（ｃ）で、部品リード５１を挿入する。部品リード５１の挿入によって押し出されたはんだペースト３０はペースト保持部１１に保持され、部品リード５１はリード保持部１３に収納される。
【００４２】
最後に、図５（ｄ）で、ブロック１０および２０をプリント基板４０から取り外す。以上により、プリント基板４０の裏面のランド部４２にはんだペースト３０が保持された状態を形成でき、部品リード５１の先端に押し出されるのを防止できる。本発明は、上記で説明したメタルマスクに改良を加えた技術と比較して、はんだペースト印刷に通常以上の注意を払わなくて良い点が利点となる。
【００４３】
なお、図５（ｃ）の部品リード５１を挿入する工程において、ペースト保持部１１、リードガイド部１２、リード保持部１３の空間が密閉されていると、部品リード５１の挿入により押し出されたはんだペースト３０がこの密閉空気によりペースト保持部１１へ流出するのを阻害される恐れがある。そこで、ブロック上部１０のプリント基板４０との接触面に空気孔を設けることが好ましい。以上の要請から、本発明の第２の実施形態のブロック上部１０が導かれる。
【００４４】
図６を参照すると、本発明の第２の実施形態のブロック上部１０の断面図（ａ）、上面図（ｂ）、（ｂ）の上面図中、Ｘ方向の切り口の断面を示した図（ｃ）が示されている。本実施形態は、ブロック上部１０のプリント基板接触面に溝部１４を設けた以外は、第１の実施形態のブロック上部１０と同じである。
【００４５】
溝部１４は、密閉されるおそれがあるペースト保持部１１、リードガイド部１２、リード保持部１３の空間の空気を抜くために設けられた空気孔である。すなわち、部品リードの挿入により押し出されたはんだペーストが、密閉空気によりペースト保持部１１へ流れるのを阻害される恐れがあるところ、溝部１４を設けることにより、スムーズにはんだペーストがペースト保持部１１へ流れるようにしたものである。本実施形態では、（ｂ）のように放射上に溝部１４を設けているが、上記の目的が達成できるのであればこれに限らず、また、溝部１４の深さや幅も、はんだペーストの流入による不具合を生じることなく上記目的が達成できる程度で必要十分である。
【００４６】
さらに、図５（ｂ）において、ブロック１０および２０を、プリント基板４０の裏面に配置するには、正確な位置決めが必要になる。
【００４７】
図７を参照すると、ブロック１０および２０の位置決め方法の一例が示されている。
【００４８】
まず、プリント基板４０と同一のアートワークを有する位置合わせ用プリント基板４０’を用意する。次に、位置合わせ用プリント基板４０’のスルーホール部と同じ形状の断面を有する位置合わせ用ピン２２を、リード保持部１３と中心軸を同じくして、ブロック下部２０の下面に取り付ける。次に、ブロック１０および２０を位置合わせ用プリント基板４０’のスルーホール部に配置する。そして最後に、プリント基板４０と位置合わせ用プリント基板４０’の位置合わせを行う。
【００４９】
この方法は、複数のリードを有する挿入実装部品のリード配置に対応したペースト保持部１１とリード保持部１３、および／または、リードガイド部１２を、その挿入実装部品単位で備えるブロック１０および２０を用いる場合には、特に好適である。この場合、まず、位置合わせ用プリント基板４０’に、すべての挿入実装部品に対応したブロック１０および２０をすべて配置したうえで、プリント基板４０と位置合わせ用プリント基板４０’の位置合わせを行う。このようにすれば、プリント基板４０とブロック１０および２０の位置合わせは、実質的に１回で済むという利点がある。
【００５０】
本発明は、はんだペーストの種類を何ら特定するものではない。しかし、近年環境保護の見地から重要性が指摘されている鉛フリーはんだにおいては、特に効果を発揮するといえる。なぜなら、鉛フリーはんだは濡れ特性が悪いため、挿入実装部品のリードをスルーホールに挿入した際、リードによって押し出され、リード先端に付着したはんだペーストが、リフロー加熱前あるいは加熱中に落下したり、リフロー加熱後にリード先端で固化したりする問題がより深刻だからである。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、部品リードをスルーホールに挿入した際、リードによって押し出され、リード先端に付着したはんだペーストが、リフロー加熱前あるいは加熱中に落下したり、リフロー加熱後にリード先端で固化したりすることがなくなり、部品リードのはんだ付け部ははんだ不足とはならない。その結果、はんだ付けの修正工程が不要もしくは著しく軽減される。
【００５２】
また、従来技術で挙げたメタルマスクを用いる技術とは違って、本発明のブロックは通常のはんだペースト印刷工程の後に用いるので、はんだペーストの印刷においては、通常以上に注意を払う必要がない。さらに、リードガイド部を設けたことにより、部品リードは、スルーホールの中央に正確に挿入されなくても、部品リードとほぼ同径のリード保持部に収納される。
【００５３】
さらに、部品リードとランド部に保持されるはんだペーストの量は、ペースト保持部、リードガイド部およびリード保持部の形状や寸法によって決定されるので、部品リード毎に最適な設定をすることができ、プリント基板上に配置されるすべての挿入実装部品に対して、均一なはんだ付けが実施できる。
【００５４】
加えて、本発明のブロックは、挿入実装部品の直下にあるため、挿入実装部品をプリント基板へ挿入する際にプリント基板の反りを抑制するバックアップブロックとしても有効に機能している。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のはんだペースト印刷方法により、プリント基板４０のスルーホール部４１および表面のランド部４２にはんだペースト３０を供給した後、本発明の第１の実施形態のブロック１０および２０により、挿入実装部品５０の部品リード５１をスルーホール部４１に挿入した様子を示した図である。
【図２】ブロック上部１０およびブロック下部２０の断面の拡大図である。
【図３】（ａ）はブロック上部１０の断面図、（ｂ）はブロック上部１０の上面図、（ｃ）はブロック下部２０の断面図、（ｄ）はブロック下部２０の上面図である。
【図４】従来技術によるスルーホール部４１および表面のランド部４２へのはんだペースト印刷方法の処理の流れを示した図である。
【図５】ブロック１０および２０を用いてはんだペースト印刷後に部品リード５１を挿入していく処理の流れを示した図である。
【図６】（ａ）は本発明の第２の実施形態である、溝部１４が設けられたブロック上部１０の断面図、（ｂ）はその上面図、（ｃ）は（ｂ）の上面図中、Ｘ方向の切り口の断面を示した図である。
【図７】ブロック１０および２０の位置決め方法の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０　ブロック上部
１１　ペースト保持部
１２　リードガイド部
１３　リード保持部
１４　溝部
２０　ブロック下部
２１　凸部
２２　位置合わせ用ピン
３０　はんだペースト
４０　プリント基板
４０’　位置合わせ用プリント基板
４１　スルーホール部
４２　ランド部
５０　挿入実装部品
５１　部品リード
６０　スキージ
７０　メタルマスク
【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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