(57)【要約】【課題】ろう接温度が割合に高い硬ろう付けを使用しても良い実装方法及び電子素子を提供する。【解決手段】電子素子の熱に耐えられない部分とろう接を行うための熱源との間に断熱材を差し込んで、ろう接による実装時に、前記熱源から前記熱に耐えられない部分にかける熱を遮断することができる。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろう接によって電子素子を実装する方法であって、前記電子素子の熱に耐えられない部分とろう接を行うための熱源との間に断熱材を差し込んで、ろう接による実装時に、前記熱源から前記熱に耐えられない部分にかける熱を遮断することを特徴とするろう接による電子素子の実装方法。
【請求項２】
ろう接によって電子素子を実装する方法であって、前記電子素子の樹脂絶縁電線を有する部分とろう接を行うための熱源との間に断熱材を差し込んで、ろう接による実装時に、前記熱源から前記樹脂絶縁電線を有する部分に伝わる熱を遮断することを特徴とするろう接による電子素子の実装方法。
【請求項３】
前記断熱材の差込みは、前記電子素子の製造時に該電子素子のろう接による実装部を露出させることに反して、前記熱に耐えられない部分をろう接を行うための熱源の予定方向から遮断するように行う上、前記断熱材を該電子素子と一体化させることを特徴とする請求項１または２に記載のろう接による電子素子の実装方法。
【請求項４】
前記断熱材は、前記熱源からの熱を遮断し、前記電子素子の熱に耐えられない部分を実装時の温度が２７０℃まで登っても耐えさせられる材料を使うことを特徴とする請求項３に記載のろう接による電子素子の実装方法。
【請求項５】
前記断熱材は、温度が２７０℃以上に耐えられる高分子材料、セラミック材料、高分子材料とセラミック材料との複合材料から選択することを特徴とする請求項４に記載のろう接による電子素子の実装方法。
【請求項６】
前記電子素子の製造時において、前記電子素子の前記熱源に面する部分と前記熱に耐えられない部分との間に空間をつくる上、該空間に前記熱源に面する部分と間隔を空けて前記断熱材を差し込むことを特徴とする請求項３に記載のろう接による電子素子の実装方法。
【請求項７】
前記断熱材は、シート形のものを使うことを特徴とする請求項６に記載のろう接による電子素子の実装方法。
【請求項８】
前記断熱材は、顆粒形のものからなる層状物を使うことを特徴とする請求項６に記載のろう接による電子素子の実装方法。
【請求項９】
ろう接によって実装される電子素子であって、その熱に耐えられない部分とそのろう接を行うための熱源に面する部分との間に断熱材が差し込まれていて、ろう接による実装時に、前記熱源から該熱に耐えられない部分にかける熱を遮断することができることを特徴とする電子素子。
【請求項１０】
その内部に熱に耐えられない樹脂絶縁電線を有する部分があり、外部にろう接を行うための熱源に面する部分及びろう接によって実装される実装部があり、使用時にろう接により実装される電子素子であって、
前記熱源から前記樹脂絶縁電線を有する部分にかける熱を遮断しながら前記実装部を露出させることができるように、前記樹脂絶縁電線を有する部分と前記熱源に面する部分との間に断熱材が差し込まれていることを特徴とする電子素子。
【請求項１１】
上下２面を有し、その内部の前記下面に近い部分に熱に耐えられない樹脂絶縁電線からなった電磁コイルが埋もれており、その上面がろう接を行うための熱源に面する部分とされており、その周面にろう接によって回路基板に実装される実装部としての接続ピンが設けてあり、また、その内部の前記上面に近い部分が空っぽとなっており、使用時にろう接により実装される電子素子であって、
前記空っぽとなっている部分の内部の、前記電磁コイルの埋もれている部分における上面に、断熱材が敷設されていて、ろう接による実装時に、前記熱源から前記電磁コイルにかける熱を遮断することができることを特徴とする電子素子。
【請求項１２】
前記断熱材は、この電子素子自体に一体化されていることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか1項に記載の電子素子。
【請求項１３】
前記断熱材として、前記熱源からの熱を遮断し、前記電子素子の熱に耐えられない部分を実装時の温度が２７０℃まで登っても耐えさせられる材料を使用したことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか1項に記載の電子素子。
【請求項１４】
前記断熱材として、温度が２７０℃以上に耐えられる高分子材料、セラミック材料、高分子材料とセラミック材料との複合材料から選択し、使用したことを特徴とする請求項１３に記載の電子素子。
【請求項１５】
前記断熱材として、シート形のものを使用したことを特徴とする請求項１３に記載の電子素子。
【請求項１６】
前記断熱材は、顆粒形のものからなった層状物であることを特徴とする請求項１３に記載の電子素子。
【請求項１７】
前記電磁コイルの埋もれている部分も、前記空っぽとなっている部分も、下方へ開口し且つ上方に蓋がついている偏平箱体の内部に形成されており、
前記電磁コイルの埋もれている部分は、前記下方への開口に臨むように形成されている上、複数の電磁コイルと該複数の電磁コイルを封止している樹脂とからなっており、
それにより、前記蓋の上面が前記上面となり、前記電磁コイルの埋もれている部分の下面が前記下面となっていることを特徴とする請求項１１に記載の電子素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子素子の実装方法及び構造に関し、特に、ろう接による電子素子の実装方法及びそれを使用できる電子素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子素子は多種多様であるが、その多くはろう接により回路基板に実装され利用されるものである。しかし、電子素子には、その内部構造のどこかに熱に耐えられない部分があるものも数少なくない。例えば、樹脂絶縁電線からなった電磁コイルが設けてある変圧器やろ波変成器などがそれである。その場合、従来からのろう接による実装方法は、ろう接温度が割合に低い軟ろう付けを使用している。ところが、軟ろう付けは環境に悪影響を与える鉛が含まれている軟ろうを使うので、最近段々と使用禁止になってくる。それがために、ろう接温度が割合に高い硬ろう付けを使用できる実装方法があるか、または鉛が含まれていない軟ろうがないか、という試みが盛んになってくる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記に鑑みて、本発明は、ろう接温度が割合に高い硬ろう付けを使用しても良い実装方法及び電子素子を提供せんとすることをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記目的を達成するために、本発明は、まず、電子素子の例えば樹脂絶縁電線を有する部分などの熱に耐えられない部分とろう接を行うための熱源に面する部分との間に断熱材を差し込んで、ろう接による実装時に、前記熱源から前記熱に耐えられない部分にかける熱を遮断することを特徴とするろう接による電子素子の実装方法を提供する。
【０００５】
そして、本発明はまた前記方法に基づき、その熱に耐えられない部分とそのろう接を行うための熱源に面する部分との間に断熱材が差し込まれていて、ろう接による実装時に、前記熱源から該熱に耐えられない部分にかける熱を遮断することができる電子素子、及び、そのろう接を行うための熱源からその内部の熱に耐えられない樹脂絶縁電線を有する部分にかける熱を遮断しながらその外部に設けてある実装部を露出させることができるように前記樹脂絶縁電線を有する部分とその外部のろう接を行うための熱源に面する部分との間に断熱材が差し込まれている電子素子をも提供する。
【０００６】
前記電子素子の実施形態としては、上下２面を有し、その内部の前記下面に近い部分に熱に耐えられない樹脂絶縁電線からなった電磁コイルが埋もれており、その上面がろう接を行うための熱源に面する部分とされており、その周面にろう接によって回路基板に実装される実装部としての接続ピンが設けてあり、また、その内部の前記上面に近い部分が空っぽとなっており、使用時にろう接により実装されるものが挙げられる。その場合、前記断熱材は、前記空っぽとなっている部分の内部の、前記電磁コイルの埋もれている部分における上面に敷設されるのが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
前記実装方法に基づいて構成されている電子素子は、その熱に耐えられない部分とそのろう接を行うための熱源に面する部分との間に断熱材が差し込まれているので、前記熱源からの高熱を遮断し、前記熱に耐えられない部分への悪影響を解消して保護することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明によるろう接による電子素子の実装方法及びそれを使用できる電子素子の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１に示すのは、本発明のろう接による電子素子の実装方法を行う過程の実施例である。電子素子の実装方法は、通常、電子素子の実装過程に限り実施されるが、本発明のろう接による電子素子の実装方法ももちろん電子素子の実装過程を目指すが、電子素子の製造過程ないし電子素子の設計過程に溯って実施されなければならない。
【０００９】
即ち、本発明のろう接による電子素子の実装方法は、電子素子の設計過程Aと電子素子の製造過程Bと電子素子の実装過程Cとに分散されるように行われなければならない。
電子素子の設計過程Aは、主に、オーダを受け入れてから、電子素子の機能を検討し（A１）、電子素子全体の構造及びレイアウトを設計し（A２）、そして電子素子の設計図を出す。ネットワークや通信システムに多用されている変圧器を例として言えば、図２に示すように、従来の変圧器２は、上下２面２６１，２４１を有し、その内部の前記下面２４１に近い部分に熱に耐えられない樹脂絶縁電線からなった電磁コイル２２が埋もれており、その上面２６１（塵埃などの侵入を防ぐための蓋２６の上面）がろう接を行うための熱源（図示せず）に面する部分とされており、その周面２６２にろう接によって回路基板（図示せず）に実装される実装部としての接続ピン２３が設けてあり、また、その内部の前記上面２６１に近い部分が空っぽとなっている。設計過程Aにおいて、前記従来の変圧器２の構造に基づいて、本発明の、電子素子の熱に耐えられない部分とろう接を行うための熱源との間に断熱材を差し込んで、ろう接による実装時に、前記熱源から前記熱に耐えられない部分にかける熱を遮断する、という方法を考えながら補正を加え（機能検討A１）、設計をし（構造設計A２）、図３及び図４のような構造を有する変圧器３の設計図を出す。
【００１０】
まず、図４を参照すると、変圧器３は上下２面３６１，３４１を有し、その内部の前記下面３４１に近い部分に熱に耐えられない樹脂絶縁電線からなった電磁コイル３２が埋もれており、その上面３６１がろう接を行うための熱源、例えば赤外線又は熱風の投射／噴射の予定方向（図中における矢印参照）に面する部分とされており、その周面３６２にろう接によって回路基板（図示せず）に実装される実装部としての接続ピン３３が設けてあり（図３をも参照）、また、その内部の前記上面３６１に近い部分が空っぽとなっている。更に、図３をも参照すると、前記空っぽとなっている部分の内部の、前記電磁コイル３２の埋もれている部分における上面に、シート形断熱材３５が敷設されており、また、前記シート形断熱材３５も、前記電磁コイル３２の埋もれている部分も、前記空っぽとなっている部分も、いずれも、下方へ開口し且つ上方に蓋３６がついている偏平箱体３１の内部に設置／形成されており、前記電磁コイル３２の埋もれている部分が、前記下方への開口に臨むように形成されている上、複数の電磁コイル３２と該複数の電磁コイル３２を封止している樹脂３４とからなっており、それにより、前記蓋３６の上面３６１が前記変圧器全体の上面となり、前記電磁コイル３２の埋もれている部分の下面３４１（図４参照）が前記変圧器全体の下面となっており、また、前記シート形断熱材３５が前記樹脂３４の粘着作用で前記電磁コイル３２の埋もれている部分ないし前記変圧器３全体と一体化になっている。
【００１１】
前記設計図において、断熱材３５に関する材料選択を注記した方が良い。発明者の試験によれば、それ自体が温度２７０℃以上に耐えられ、且つ、前記熱源からの熱を遮断し、前記電磁コイル３２における樹脂絶縁電線を実装時の温度が２７０℃まで登っても耐えさせられる高分子材料、セラミック材料、高分子材料とセラミック材料との複合材料から選択し使用すれば良い。
【００１２】
場合によっては、シート形の代わりに、図５に示すような顆粒形のものからなった層状物を設置／形成しても良い。
製造過程Bは、前記設計図に基づいて変圧器３を製造する。その過程は、偏平箱体の構成ステップB１と、部品の配設／連結ステップB２と、封止ステップB３とからなる。
【００１３】
前記偏平箱体の構成ステップB１において、その下方に開口を有し、上方に蓋３６がついており、周壁、特に周面３６２にろう接によって回路基板（図示せず）に実装される実装部としての接続ピン３３が設けてある偏平箱体３１を用意する。
部品の配設／連結ステップB２において、まず、用意した偏平箱体３１の蓋３６を開けてから、その中にもともとの蓋３６に近い部分を空けるように高分子材料製のシート形断熱材３５を入れて仮固定し、そして、偏平箱体３１を下開口が上になるように倒置し、電磁コイル３２を下開口から入れると共に、電磁コイル３２と接続ピン３３との間の電気的な接続及び他の必要な電気的な措置を行う。
【００１４】
封止ステップB３において、前記部品の配設／連結ステップB２を行ってなったものの中にある断熱材３５の上の部分に、封止材３４として絶縁樹脂を注入し、電磁コイル３２などの部品を封止し、硬化させる。
それにより、図４のような電子素子としての変圧器３を完成することができる。該変圧器３は、その内部の上面に近い部分（図４を基準）が空っぽとなっており、下面に近い部分に熱に耐えられない樹脂絶縁電線からなった電磁コイル３２が埋もれており、また、その周面３６２に一連の、ろう接によって回路基板（図示せず）に実装される実装部としての接続ピン３３が露出している上、電磁コイル３２の埋もれている部分の上面に断熱材３５が敷設されており、即ち、電磁コイル３２の埋もれている部分とろう接を行うための熱源に面する部分との間に断熱材３５が差し込まれるようになっている。
【００１５】
なお、実装過程Cは、ろう接により変圧器３を実装する過程である。この過程では、軟ろうを用いても電磁コイル３２の樹脂絶縁電線など熱にあまり耐えられない母材をできるだけ溶融しないで行なわなければならないので、従来からはなるべくろう接時間を短縮させ、且つろう接温度を２１０〜２２０℃以下に押さえる上、方向性のある加熱法、例えば赤外線や熱風を使って、実装部としての接続ピン近くに置かれているろうを目指して投射／噴射し、ろうを溶融させる。それにより、電磁コイルまでに伝わる熱を電磁コイルの樹脂絶縁電線などが耐えられる温度２００℃までに下げる。
【００１６】
しかしながら、今や、鉛が含まれている従来からの軟ろうがどんどん使用禁止になる。鉛が含まれていず、且つ安価で既に実用化されている軟ろうがあればもちろん良いが、なければ、または前記化学法に代えて機械法を使用しようとすれば、本発明の実装法も選択の一つである。
【００１７】
即ち、本発明は２６０〜２７０℃までも高いろう接温度が必要である硬ろうを使う場合の実装法である。しかし、その要求条件はやはり軟ろう法と同じく、電磁コイルまでに伝わる熱を電磁コイルの樹脂絶縁電線などが耐えられる温度２００℃までに下げなければならない。
【００１８】
本発明のろう接による電子素子の実装方法は、実装過程Cだけではなく、前記のように、設計過程Aから既に始まるので、実装過程Cはその実施中の結びである。
本実施例における実装過程Cは、以下のようである。
基板洗浄ステップC1において、洗浄により回路基板の接合面にある油汚れや酸化膜を除去する。
【００１９】
フラックス塗布の基板洗浄ステップC２において、加熱により回路基板表面の酸化を防ぐと共にろうの流れを促進させるフラックスを接合面に塗布する。
ろう接ステップC３において、変圧器３などを回路基板上に組み立ててからコンベヤに回路基板を下へ変圧器３を上へと置いて指定の速度で加熱炉を通過させ、上の方から赤外線を投射して加熱し、ろうを溶融させて接続ピン３３と結合させる。
【００２０】
冷却と洗浄ステップC４において、ゆっくりと冷まし部品全体が一体化したら、洗浄で表面に残っているフラックスの残滓や加熱によってできた酸化膜を除く。
前記実装過程に本発明にかかる部分は主としてC３の過程である。この過程においては、従来のように、なるべくろう接時間を短縮させ、且つ、方向性のある赤外線を使って、実装部としての接続ピン３３近くに置かれているろうを目指して投射／噴射する外、変圧器３の赤外線の投射方向に向かっている部分（即ち前記上面３６１）と樹脂絶縁電線などの熱にあまり耐えられない部分を有する電磁コイル３２との間にはシート形断熱材３５が介在しているので、赤外線投射による加熱は変圧器３の上方にあって塵埃を防ぐための蓋３６のもともとある少しだけの効果でなく、シート形断熱材３５にもよって有効的に遮られ、接続ピン３３にかかる熱が２７０℃までに登っても、作業中に電磁コイル３２までに伝わる温度は２００℃を超えない。
【００２１】
下表は、発明者の試験である。試験方法は、前記C３の過程を利用し、コンベヤの搬送スピードと赤外線の投射による温度調整とにより行った。
【００２２】
【表１】
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１行目のデータは試験中に接続ピン３３にかかるろう接温度を示し、２行目は従来の変圧器２の前記温度下に電磁コイル２２が破壊されたまでの秒数を示し、３行目は本発明の変圧器３の前記温度下に電磁コイル３２が破壊されたまでの秒数を示している。この表をみてから分かるように、従来の変圧器２は２２５℃のろう接温度下に曝されば、「間もなく」破壊されたのに対し、本発明の変圧器３は２７０℃のろう接温度下に曝されても、２５秒以上耐えられた。この秒数で、実装に十分である。
【００２３】
なお、前記試験中に使用された断熱材は、高分子材料(ポリエステル  フィルム：スリーェム株式会社の３M-1350タイプ)製のシート形断熱材であるが、発明者の他の試験によると、材料にはあんまり制限がなく、例えばセラミック材料を使用しても高分子材料とセラミック材料との複合材料を使用しても良く、電磁コイル３２における絶縁樹脂層が耐えられる温度の一定範囲以上の温度、例えば２７０℃以上に耐えられれば良い。また、シート形の代わりに積層法などにより顆粒形のものからなった層状物を使ったら、コストの問題はさておき、断熱材に熱の反射作用を加えることができるので、効果がもっと著しい。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
叙上のように、本発明による実装方法及び電子素子は、電子素子内の熱に耐えられない部分をろう付けの高温から有効に保護することができるため、硬ろう付けに使用されても良いので、特にその中に樹脂絶縁電線を有するもの、例えばネットワークや通信システムによく使用されている変圧器やろ波変成器などに利用されうる。
【００２５】
従って、電子素子のろう接による実装過程の無鉛化、という時代的要求によく合い、実用性が非常に高い。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実装方法を行う過程を示す流れ図である。
【図２】本発明の設計過程において参考になる従来の変圧器の断面図である。
【図３】本発明による実施形態例としての変圧器の分解斜視図である。この図においては、封止用樹脂が示されていない。
【図４】図３における変圧器の断面図である。
【図５】本発明による実施形態例としての変圧器の他の変形構造の断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
３５・・・断熱材    ３６１・・・上面    ３４１・・・下面    ３２・・・電磁コイル    ３６２・・・周面    ３３・・・接続ピン    ３６・・・蓋    ３１・・・偏平箱体    ３４・・・封止材(樹脂) 
【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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