(57)【要約】      （修正有）【課題】挿入実装電子部品と面実装電子部品がプリント基板の同一面上に高密度実装可能であり、同一リフロー工程を使用して価格低減にも寄与する液状半田の塗布方法を提供する。【解決手段】端子ピン構造を有する部品の端子ピン位置に相当するプリント基板２１の穴２１ａの下部位置にバックアップピン治具２３を配置し、この治具を上昇させて治具上に設けたピン２４をプリント基板の穴に貫通させる工程と、プリント基板の穴の上部位置に配置した、液状半田を収容した吐出用ノズル２７を下降させ、吐出用ノズルの先端部にバックアップピン治具のピンを挿入し、その挿入量に応じた分の液状半田がプリント基板の銅箔面２２に吐出される工程と、吐出用ノズルを上昇させ、プリント基板の穴から前記バックアップピン治具のピンを下方へ引き抜き、プリント基板の銅箔面に液状半田２８の層を形成する工程と、から構成する。【選択図】図３
2007335824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント基板に実装しようとする端子ピン構造を有する部品の端子ピン位置に相当する前記プリント基板の穴の下部位置にバックアップピン治具を配置し、前記治具を上昇させて前記治具上に上方に向け設けたピンを前記プリント基板の穴に貫通させる工程と、
前記プリント基板の穴の上部位置に配置した、吐出用ノズルを下方に向けて備え、液状半田を収容した液状半田容器を下降させ、前記吐出用ノズルの先端部に前記バックアップピン治具のピンを挿入し、この挿入に伴い、その挿入量に応じた分の液状半田が前記吐出用ノズルの先端部より吐出され、吐出した液状半田が前記プリント基板の銅箔面に吐出される工程と、
液状半田吐出が終了した状態で前記液状半田容器を引き上げて上昇させ、液状半田を前記プリント基板の銅箔面と前記バックアップピン治具のピンに付着した状態で残す工程と、
前記バックアップピン治具を下降させ、前記プリント基板の穴から前記バックアップピン治具のピンを下方へ引き抜き、前記プリント基板の銅箔面に液状半田の層を形成する工程と、
からなる液状半田の塗布方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明はプリント基板に液状半田を塗布し、その上に面実装対応された半導体、抵抗、コンデンサ、トランス等の電子部品を配置し、リフロー槽で半田溶着される面実装の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】  電子機器の小型化、薄型化は近年特にめまぐるしいものがある。中でも特筆されることの一つに、プリント基板に液状半田を塗布し、その上に面実装対応された半導体、抵抗、コンデンサ、トランス等の電子部品を配置し、リフロー槽で半田溶着される面実装方法があり、これは高密度実装を実現する重要な技術の一つである。この液状半田をプリント基板上に塗布するために従来一般に行われている方法が、メタルマスクを使用した印刷塗布方式である。他にも、液状半田を収めた容器内に空気圧を加えることにより、その内部の液状半田をそのノズル先端より吐出させて行う吐出転写方式等、用途に応じた塗布方法が各種考えられている。【０００３】  一方、比較的大きなトランス、コネクター、中電力半導体等のリード型端子構造を有する電子部品をプリント基板上に半田付けする方法として、予めプリント基板上に、他のディップ対応面実装電子備品を接着剤等で仮固定した後、前記比較的大きな電子部品をプリント基板の他面上に配置し、共に半田溶融槽にてディップ半田付けする方法等がある。【０００４】  しかし、前者は端子構造を面実装対応化することで、一般に、その端子を含む外形寸法が大きくなり、プリント基板上に占める占有床面積が広くなることにより、高密度化実装に不利である。又、後者は面実装電子部品とトランス等の電子部品がプリント基板の表裏に分散されて実装される為、その取り扱いが煩雑になり易い。【０００５】  図１（Ａ）、（Ｂ）は半導体、抵抗、コンデンサ等の面実装対応電子部品（以降、面実装部品と言う）と、トランスを代表例として比較的大きな電子部品（以降、小型部品と言う）が実装されている状態を示す断面図である。以降、小型部品の代表例として、トランスを引用し説明する。【０００６】  図１（Ａ）は面実装部品５２と面実装対応された端子構造５４を有するトランス５３を半田付けした実装基板例である。これはプリント基板５１の面実装部品装着用パターン部に液状半田を印刷塗布した上に、面実装部品５２やトランス５３を配置し、しかる後にこれらの部品が一緒にリフロー槽で半田溶着される。この方法の特徴は、これらの部品の半田付けが同時に行われる為、その実装方法が簡便である。しかし、図１（Ａ）から容易に分かるように、トランス５３の端子構造５４が外側に突出し、端子を含めた占有長さＬが大きくなるので、端子を含めたトランスが占めるプリント基板上の占有床面積が広くなり、高密度化に不利である。【０００７】  図１（Ｂ）は主に端子ピン構造６４を有するトランス６３の半田付け例である。これはプリント基板６１の銅箔面（下面）に予め面実装部品６２を接着剤等で仮固定し、その背面に端子ピン構造６４を有するトランス６３を配置し、溶融半田槽でこれらを同時にディップ半田付けしたものである。この方法の特徴は、トランスが占めるプリント基板上の占有床面積が、その機能上必要とされる最小限の広さで済むことと、トランスの下部面も有効活用できることである。しかし、使用する面実装部品はディップ半田付け対応品に限定されることと、面実装部品と小型部品がプリント基板の表裏に分散さるので、その取り扱いが煩雑である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  本発明は端子ピン構造を有するトランスやコネクター、中電力半導体等と他の面実装電子部品がプリント基板の同一面上に実装可能となるようにすることを課題としている。また、プリント基板上のトランス等が占める占有床面積をその機能上必要な最小限にすませて高密度実装に適するものとし、同一リフロー工程を使用して価格低減にも寄与するものとすることを課題としている。
【問題を解決するための手段】
【０００９】  上記の課題は本発明によれば、プリント基板に実装しようとする端子ピン構造を有する部品の端子ピン位置に相当する前記プリント基板の穴の下部位置にバックアップピン治具を配置し、前記治具を上昇させて前記治具上に上方に向け設けたピンを前記プリント基板の穴に貫通させる工程と、前記プリント基板の穴の上部位置に配置した、吐出用ノズルを下方に向けて備え、液状半田を収容した液状半田容器を下降させ、前記吐出用ノズルの先端部に前記バックアップピン治具のピンを挿入し、この挿入に伴い、その挿入量に応じた分の液状半田が前記吐出用ノズルの先端部より吐出され、吐出した液状半田が前記プリント基板の銅箔面に吐出される工程と、液状半田吐出が終了した状態で前記液状半田容器を引き上げて上昇させ、液状半田を前記プリント基板の銅箔面と前記バックアップピン治具のピンに付着した状態で残す工程と、前記バックアップピン治具を下降させ、前記プリント基板の穴から前記バックアップピン治具のピンを下方へ引き抜き、前記プリント基板の銅箔面に液状半田の層を形成する工程と、からなる液状半田の塗布方法を用いることで解決される。
【発明の効果】
【００１０】  本発明によれば、本発明による液状半田の塗布方法と、従来の印刷方式による塗布方法とを併用することにより、今まで極めて困難であった面実装部品と、端子ピン構造を有するトランスやコネクター、中電力半導体等の比較的大きな電子部品とを、同時にリフロー半田付けすることが可能になり、その作業も簡略化される有利な効果が得られる。又、プリント基板上のトランス等が占める占有床面積がその機能上必要な最小限の広さで済むことから高密度実装に適していること、片面銅箔のプリント基板が使用できること、などの点から価格低減にも寄与することができる有利な効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】  本発明は、プリント基板に実装しようとする、端子ピン構造を有する部品の端子ピン位置に相当するプリント基板の穴の下部位置にバックアップピン治具を配置し、この治具を上昇させて治具上に上方に向け設けたピンをプリント基板の穴に貫通させる工程と、吐出用ノズルを下方に向けて備え、プリント基板の穴の上部位置に配置した、液状半田を収容した容器を下降させ、吐出用ノズルの先端部にバックアップピン治具のピンを挿入し、この挿入に伴い、その挿入量に応じた分の液状半田がノズルの先端部より吐出され、吐出した液状半田がプリント基板の銅箔面に吐出される工程と、液状半田吐出が終了した状態で液状半田容器を引き上げて上昇させ、液状半田をプリント基板の銅箔面と前記バックアップピン治具のピンに付着した状態で残す工程と、バックアップピン治具を下降させ、プリント基板の穴から前記バックアップピン治具のピンを下方へ引き抜き、プリント基板の銅箔面に液状半田の層を形成する工程と、から構成することにより、所期の結果を得ることができる。
【実施例１】
【００１２】  図２に本発明の液状半田の塗布方法を利用した、面実装部品と端子ピン構造を有するトランスを一緒にリフロー半田付けした実装基板の断面図を示す。この実装手順はプリント基板１１に従来の印刷塗布方式で液状半田を塗布した後、本発明の塗布方法で液状半田を塗布する。しかる後に、面実装部品１２と端子ピン構造１４を有するトランス１３を配置し、一緒にリフロー槽で溶着する。尚、トランス１３はその一部を改良し、事前に塗布された液状半田１５を邪魔しないように、端子ピン保持部を逃げた構造としてあるが、特に新規性はなく、極めて一般的な構造である。本発明の塗布方法を併用した実装基板である図２のものの特徴は従来の実装基板を示す図１（Ａ）、（Ｂ）と比較しても明らかなように、高密度実装に適しているのみでなく、半田溶着方法やその取り扱いも簡便である。【００１３】  この実装方法を実現する上で最も重要なことは、小型部品の端子ピンとプリント基板間の半田付け強度を適切にすることである。この半田付け強度を得る為には、十分な液状半田量と、且つ、端子ピンに接したドーナツ形状の液状半田を形成する塗布を行うことである。【００１４】  図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は本発明による液状半田の塗布方法を説明するために、その主要工程について順次模式断面図を用いて示したものである。【００１５】  図３において、２３はバックアップピン治具であり、トランス端子ピンに相当する位置に上方に向け相当数の挿抜用バックアップピン２４を備えている。このピンの太さはトランス端子ピンの太さと近似したものを使用する。また、図３ではこれらのピンを一本で代表した説明とし、容器に収容されている液状半田は、容器の下部に固定されている吐出用ノズルの先端部位である吐出面まで適量充填されているものを使用する。【００１６】  図３（ａ）は、プリント基板２１に実装しようとする端子ピン構造を有する部品の端子ピン位置に相当するプリント基板２１の穴２１ａの下部位置に、バックアップピン治具２３を配置し、バックアップピン治具２３を矢印Ａ方向に上昇させて該治具に上方に向け固設したピン２４をプリント基板２１の穴２１ａに貫通させようとする状態である。２２はプリント基板２１の上面に設けた銅箔面である。【００１７】  図３（ｂ）は、前記工程が進行してバックアップピン治具２３が上昇し該治具に上方に向け固設したピン２４がプリント基板２１の穴２１ａに貫通した状態であり、さらに、吐出用ノズル２７を下方に向けて備え、液状半田２６を収容した液状半田容器２５を矢印Ｂ方向に下降させようとする工程を示す。この液状半田容器２５はその下端の吐出用ノズル２７の先端がプリント基板２１の銅箔面２２と所定間隔をおいて接近する位置まで下降する。【００１８】  図３（ｃ）では前記工程が進行して液状半田２６を収容した液状半田容器２５が下降するのに伴い、吐出用ノズル２７の先端部に、バックアップピン治具２３のピン２４が矢印Ｃ方向に挿入され、その挿入量に応じた分の液状半田がノズル２７の先端部より吐出され、吐出した液状半田がプリント基板２１の銅箔面２２に転写される状態である。詳細は後述するが、吐出用ノズル２７内に挿入されたピン２４の挿入部分体���に見合うだけの液状半田が吐出されることになる。２８は吐出された液状半田である。【００１９】  図３（ｄ）では、液状半田吐出が終了し液状半田容器２５を引き上げて上昇させた状態である。２９がその後にできる液状半田の断面図である。この液状半田２９はプリント基板２１の銅箔面２２とピン２４に付着した状態で残ることになる。この状態でバックアップピン治具２３を矢印Ｄ方向に下降させ、ピン２４を引き抜く。【００２０】  図３（ｅ）はバックアップピン治具２３が下降した後の状態であり、プリント基板２１の銅箔面２２に残る液状半田の断面形状を３０として示す。これはプリント基板２１の穴２１ａからピン２４を引き抜く際に、液状半田の粘性と表面張力とが作用することによりできるプリント基板面上の液状半田の断面形状であり、概ね小判型形状になる。又、これをプリント基板面で見ると、この塗布された液状半田は、連続したドーナツ型の形状である。【００２１】  図４は前記の吐出された液状半田量について説明する為の図である。液状半田が容器のノズル先端部まで充填されている状態で、その容器の先端ノズル部にバックアップピンが挿入されることにより、そのピンの挿入された部分の体積に見合うだけの液状半田が、下方に概ね均一に吐出される。同図中で，２Ｒを吐出された液状半田の外径、Ｈを吐出された液状半田の高さ、２ｒをバックアップピンの直径、ｈをバックアップピンのノズル内挿入長さ、とすると、ノズル内に挿入されたバックアップピンの体積ｖは、
ｖ＝πｒ２×ｈ
である。又、吐出された液状半田の体積Ｖは、
Ｖ≒π（Ｒ２−ｒ２）×Ｈ
である。ここで、ｖは概ねＶに等しいことから、必要とされる液状半田の高さＨは，
Ｈ≒ｒ２×ｈ／（Ｒ２−ｒ２）
の関係式が成り立ち、その概略を求めることができる。即ち、使用されるトランスのピンの直径２ｒや、そのピン間の距離が決まっていると、吐出される液状半田の外径２Ｒが決まることになり、必要とされる液状半田の塗布高さＨは、ピンの挿入長さｈに概ね比例することになる。又、この液状半田の塗布高さは半田溶着後の半田付け強度を左右する重要な要素として管理されることは、言を俟たない。【００２２】  なお、前記の説明では、液状半田が吐出用ノズルの吐出面まで充填されている容器を使用するとしたが、そのノズルの吐出面近傍の液状半田が希薄な半空洞状態の容器を使用して、そのノズル先端部がプリント基板に近接した後に、容器に空気圧を加えて液状半田を吐出する方法であっても同様の効果が期待できる。【００２３】  また、バックアップピン治具にはトランス等の端子ピン数に相応する数のピンを設け、当該液状半田を収容した容器を平面上のＸ−Ｙ方向に適宜移動させ、その都度治具のピン上に液状半田の吐出を繰り返し、順次塗布していく方法や、１本からなるピン治具を使用し、プリント基板を平面上のＸ−Ｙ方向に移動させ、その都度プリント基板穴と治具ピン間の挿・抜を繰り返す中で、適時液状半田の吐出を行い、順次塗布していく方法でも、同様の効果が期待できる。【００２４】  図５は、更なる高密度化実装を行った実装基板断面図を示す。先ず、従来方法により、トランス３２の下部も含めたプリント基板３１に液状半田を印刷塗布し、実装部品３３を配置した後、リフロー半田溶着する。その後、プリント基板３１のトランスの端子ピン３４に相当する部位に、本発明のバックアップピンを使用した方法で液状半田を塗布した後、トランス３２を配置し、再度リフロー半田溶着する。この２度行うリフロー半田溶着工程は、トランス３２の下部に隠れた実装部品３３の半田溶着を確実に行うための工程である。この方法は、トランス等の比較的大きな部品の下部を有効活用できる為、高密度化実装を優先する設計には効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】  （Ａ）、（Ｂ）は従来の実装状態例のプリント基板の断面図である。
【図２】  本発明の実装状態の一実施例のプリント基板の断面図である。
【図３】  （ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は本発明の実装工程を説明する断面図である。
【図４】  本発明の吐出された液状半田量を説明する説明図である。
【図５】  本発明をさらなる高密度化実装を行った実装基板に応用した断面図である。
【符号の説明】
【００２６】１１、２１、３１      プリント基板
１２、３３            面実装部品
１３、３２            トランス
１４、３４            端子ピン
１５                  液状半田
２２                  銅箔面
２３                  バックアップピン治具
２４                  ピン
２５                  液状半田容器
２６                  液状半田
２７                  吐出用ノズル
２８、２９、３０      液状半田
【図１】
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【図２】
2007335824.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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