(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一面に下面側を接触させ、部品の底面に上面側を接触させた状態で、下面側から加熱されて溶解し、且つ前記部品側から押圧されて前記基板の一面と前記部品の底面との間に拡がり、前記基板の一面に前記部品を接合させるハンダペレットにおいて、
前記下面側は平坦に形成され、前記上面側は傾斜面によって線状または点状の頂部をなすように形成され、該頂部に接触した前記部品から受けた押圧力を前記傾斜面に沿って伝達させ、表面の酸化膜を外側へ押し退けハンダ層を露出させつつ拡がること特徴とするハンダペレット。
【請求項２】
基板の一面に下面側を接触させ、部品の底面に上面側を接触させた状態で、下面側から加熱されて溶解し、且つ前記部品側から押圧されて前記基板の一面と前記部品の底面との間に拡がり、前記基板の一面に前記部品を接合させるハンダペレットにおいて、
前記下面側は平坦に形成され、前記上面側は傾斜面によって線状または点状の頂部をなすように形成され、該頂部に接触した前記部品から受けた押圧力を前記傾斜面に沿って伝達させ、表面の酸化膜を外側へ押し退けハンダ層を露出させつつ拡がるペレット素子が、同一平面上で複数連結されたハンダペレット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの部材をハンダ付けによって固定する際に用いるハンダペレットにおいて、接合強度を安定化するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
小型な電子機器や光学機器等を製造する場合に、機器の基板上に各種の部品を固定するための手法としてハンダ付けが用いられている。
【０００３】
このようなハンダ付けを行うために、従来では図１４に示すようなシート状のハンダペレット１０を用いていた。
【０００４】
そして、図１５の（ａ）に示すように、加熱機５の上に金属の基板１を載置し、この基板１上で部品を固定する予定位置にハンダペレット１０を載せ、このハンダペレット１０の上に固定対象の部品２をマウント機６によって載せて基板１方向に力を加えるともに、基板１の下面側から加熱機５によって熱を加える。
【０００５】
この加熱によりハンダペレット１０が溶け、溶けたハンダがマウント機６からの力によって、部品２の金属製の底面２ａと基板１の間に薄く広がり、図１５の（ｂ）のように、部品２がハンダ層１２を挟んで基板１に近接した状態となる。
【０００６】
この状態で、加熱を停止すると部品２と基板１との間のハンダ層１２が固まり、部品２が基板１上に固定される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなシート状のハンダペレット１０を用いた方法では、その接合強度が十分とは言えず、長期にわたって安定した接合状態を維持することができないという問題があった。
【０００８】
即ち、図１６の（ａ）に示しているように、通常、ハンダペレット１０の表面は酸化膜１１で覆われており、しかも、このハンダペレット１０の平坦な上面に部品２の底面２ａが面接触した状態で基板１側から熱を受けているので、ハンダパレット１０の上面側は、面接触している部品２の吸熱作用によって、下面側よりも温度上昇が遅い。
【０００９】
したがって、図１６の（ｂ）のように、ハンダパレット１０のうち下部側が先に溶け出してマウント機６からの力を受けて側方の酸化膜１１を破り外側に広がり基板１を濡らすが、上部側は温度が低いのでハンダ自体の粘性が高く、しかも、部品２の底面２ａによって上面全体がほぼ均一な力で上から押し付けられているので、上面側の酸化膜１１は側方へ移動することができず、部品２とともに基板１側に下降する。
【００１０】
このため、図１６の（ｃ）のように、部品２の底面２ａの外縁にしかハンダが濡れず、中央部分には酸化膜１１が多く残ってしまい、この状態で加熱を停止してハンダを固めても、酸化膜は実効的に接合には寄与しないため、接合強度が不足して、設計強度よりも弱い外力で部品２が剥がれてしまう。
【００１１】
また、この酸化膜による接合強度の不足を解消するために、部品２を基板１と平行な方向に小刻みに揺すりながら加圧して（スクラブ操作という）、ハンダペレット１０の上面側の酸化膜を破り、溶けたハンダを部品２の底面２ａ全体に濡れ広げることも実用されているが、このようなスクラブ操作は、接合界面に外気の巻き込みを起こしやすく、この巻き込みによりハンダ層１２に気泡（ボイド）が生じてしまい、この気泡によって接合強度を低下させていた。
【００１２】
本発明は、この問題を解決し、スクラブ操作をしなくても、強固に部品を固定できるハンダペレットを提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１のハンダペレットは、
基板の一面に下面側を接触させ、部品の底面に上面側を接触させた状態で、下面側から加熱されて溶解し、且つ前記部品側から押圧されて前記基板の一面と前記部品の底面との間に拡がり、前記基板の一面に前記部品を接合させるハンダペレットにおいて、
前記下面側は平坦に形成され、前記上面側は傾斜面によって線状または点状の頂部をなすように形成され、該頂部に接触した前記部品から受けた押圧力を前記傾斜面に沿って伝達させ、表面の酸化膜を外側へ押し退けハンダ層を露出させつつ拡がること特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項２のハンダペレットは、
基板の一面に下面側を接触させ、部品の底面に上面側を接触させた状態で、下面側から加熱されて溶解し、且つ前記部品側から押圧されて前記基板の一面と前記部品の底面との間に拡がり、前記基板の一面に前記部品を接合させるハンダペレットにおいて、
前記下面側は平坦に形成され、前記上面側は傾斜面によって線状または点状の頂部をなすように形成され、該頂部に接触した前記部品から受けた押圧力を前記傾斜面に沿って伝達させ、表面の酸化膜を外側へ押し退けハンダ層を露出させつつ拡がるペレット素子が、同一平面上で複数連結されている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１は実施形態のハンダペレット２０を示している。
【００１７】
このハンダペレット２０は、例えば接合する底面が非常に小さい略矩形の部品を固定する際に用いるものであり、金（Ａｕ）と錫（Ｓｎ）が所定の割合（例えば８０対２０）で含まれたハンダ材によって、下面側が平坦で上面側が傾斜面によって上に突出するように形成されている。
【００１８】
即ち、ハンダペレット２０は、平坦な矩形の下面２０ａと、半円状の端面２０ｂ、２０ｃと、上端から下面２０ａの両縁までそれぞれ円弧状に傾斜し、半円状に連続する傾斜面２０ｄ、２０ｅとを有する略半円柱状に形成されている。
【００１９】
このハンダペレット２０の下面２０ａの長さと幅は、固定対象の部品２の底面２ａの長さと幅より小で、ハンダペレット２０の体積は、部品２の底面積に、接合に必要なハンダ層の厚さを乗じた値より僅かに大となるように設定されている。
【００２０】
次に、このハンダペレット２０を用いて部品を固定する作業について説明する。先ず、図２の（ａ）、（ｂ）のように、加熱機５上にセットした基板１の部品固定予定位置にハンダペレット２０を載置し、マウント機６によって部品２をその底面２ａがハンダペレット２０の上端に接触するまで押し下げて加熱機５から熱を与える。
【００２１】
このとき、部品２の底面２ａはハンダペレット２０の傾斜面２０ｄ、２０ｅの境界線に線接触しているので、部品２による吸熱作用が小さく、基板１側からの熱はハンダペレット２０全体にほぼ一様に伝達され、ハンダペレット２０の酸化膜で覆われた内部全体がほぼ一様に溶ける。
【００２２】
そして、図３の（ａ）に示しているように、部品２からの力Ｆは、真下方向（基板１に直交する方向）の成分Ｆ１と、接触部分からハンダペレット２０の傾斜面２０ｄ、２０ｅの傾斜に沿って斜め下方へ向かう２つの対称な成分Ｆ２、Ｆ３とに分散される。
【００２３】
真下方向の成分Ｆ１は、ハンダペレット２０を側方へ広げるように作用し、成分Ｆ１、Ｆ２は、ハンダペレット２０の上部の酸化膜２１を左右へ押し退けるように作用する。
【００２４】
このため、図３の（ｂ）のように、ハンダペレット２０の上部および下部の酸化膜２１が外側に移動して、ハンダペレット２０内の溶解したハンダが部品２の底面２ａ全体および基板１上面に濡れ広がり、このハンダの広がりにともなって部品２が基板１に近接するように下降して、部品２の底面２ａと基板１との隙間には、図２の（ｂ）に示しているように、空気および酸化膜２１を追い出すように内側から外側に向かってハンダが充満される。
【００２５】
そして、図３の（ｃ）のように、部品２の底面２ａと基板１の間をハンダ層２２が適度な厚さで埋め尽くし、酸化膜２１を含む僅かな余り部分が図４のように部品２の外縁にはみ出した状態となる。
【００２６】
この状態で加熱機５による加熱を停止すれば、部品２の底面２ａと基板１との間のハンダ層２２が固まり、この固まったハンダ層２２を介して部品２の底面２ａが基板１上に固定される。
【００２７】
このハンダ層２２には、酸化膜が殆ど残らず、しかもスクラブ操作をしないので気泡も含まれない。このため、部品２は基板１に対して強固に固定され、長期にわたって良好な接合状態が維持される。
【００２８】
このように、実施形態のハンダペレット２０は、下面２０ａが平坦で上面側が傾斜面２０ｄ、２０ｅによって上に突出する半円柱状に形成されているため、上方から下降してくる部品２の底面２ａに対し線接触し、この接触部分に加わる力を基板１方向と上部の酸化膜を両側に押し退ける方向とに分散させることができ、ハンダを基板１および部品２の底面２ａの広い範囲にわたって濡れ広げることができ、強固な接合状態を長期にわたって維持することができる。
【００２９】
なお、ハンダパレットの形状は、平坦な下面に対して上面側が上に突出するような形状であれば、前記した半円柱状のものに限定されない。
【００３０】
例えば、図５の（ａ）、（ｂ）に示すハンダペレット２０のように、下面２０ａが平坦な矩形状で、両端面２０ｂ、２０ｃ（および断面）が３角形や５角形で、上面側が２つの傾斜面２０ｄ、２０ｅで屋根状に突出するように形成された角柱状のものでもよい。なお、端面形状が正多角形の場合には、部品２の底面２ａに線接触するように奇数角形にする。
【００３１】
このような角柱状のハンダペレット２０の場合でも、下面２０ａが平坦で上面側が傾斜面２０ｄ、２０ｅによって上に突出するように形成されているため、部品２の底面２ａは、傾斜面２０ｄ、２０ｅの境界線と線接触し、この接触部分に加わる力を基板１方向と上部の酸化膜を両側に押し退ける方向とに分散させることができ、ハンダを基板１および部品２の底面の広い範囲にわたって濡れ広げることができ、強固な接合状態を長期にわたって維持することができる。
【００３２】
また、固定対象の部品２の底面２ａが、例えば円や正多角形のような場合には、図６の（ａ）〜（ｃ）に示すハンダパレット３０のように、半球状、円錐状、角錐状（図示した４角錐だけでなく、３角錐、５角錐、６角錐等でもよい）となるようにしてもよい。
【００３３】
このように平坦な下面３０ａをもち、上面側は、上端から下面３０ａの全周縁に向かって傾斜する傾斜面３０ｂによって上に突出するように形成されたハンダペレット３０では、部品２の底面２ａに頂点部分で点接触するので、例えば図７に示すように、酸化膜を押し退ける力がこの接触部分から放射状に発生して、ハンダがほぼ均一に濡れ広がり、より安定に部品を固定することができる。
【００３４】
また、ハンダペレットの外形は、前記したハンダペレット２０のように直線的に連続する柱状のものやハンダペレット３０のように頂点を有するものだけでなく、図８に示すハンダペレット４０のように一平面上で曲線状に連続するものであってもよい。このハンダペレット４０の場合、円弧状に延びた平坦な下面４０ａ、半円状の端面４０ｂ、４０ｃおよび上端から下面４０ａの両縁へ向かってそれぞれ円弧状に傾斜する傾斜面４０ｄ、４０ｅとを有し、部品２の底面２ａに曲線に沿って線接触する。
【００３５】
また、固定対象の部品２の底面２ａが広い場合には、前記したハンダペレット２０、３０、４０をそれぞれ複数個並べて用いてもよい。
【００３６】
また、前記したハンダペレット２０、３０、４０をペレット素子（以下の説明ではこのペレット素子に前記ハンダペレットと同一符号を付す）とし、このペレット素子を連結して一つのハンダペレットを形成することもできる。
【００３７】
例えば、図９に示すハンダペレット５０のように、前記した半円柱状の同一高さの３本のペレット素子２０Ａ〜２０ＣをＨ型に連結して形成する。
【００３８】
このハンダペレット５０の場合も、図１０に示しているように、加熱機５上にセットした基板１の部品固定予定位置に載置し、マウント機６によって部品２をその底面２ａがハンダペレット５０の上端に接触するまで押し下げて、加熱機５から熱を与える。
【００３９】
各ペレット素子２０と部品２の底面２ａとはそれぞれ線接触しているので、部品２による熱の吸収作用が小さく、基板１側からの熱はハンダペレット５０全体にほぼ一様に伝達され、酸化膜で覆われた内部全体がほぼ一様に溶ける。
【００４０】
そして、前記図３で説明しているのと同様に、各ペレット素子２０の上端に線接触している部品２からの力Ｆは、真下方向（基板１に直交する方向）の成分Ｆ１と、接触部分から各ペレット素子２０の上部の傾斜に沿って斜め下方へ向かう２つの対称な成分Ｆ２、Ｆ３とに分散され，この分散された成分Ｆ１、Ｆ２によって各ペレット素子２０の上部の酸化膜２１が両側へ押し退けられる。
【００４１】
このため、各ペレット２０素子の上部および下部の酸化膜２１が外側に移動して、各ペレット素子２０内の溶解したハンダが部品２の底面２ａ全体および基板１上面に濡れ広がり、この広がりにともない部品２が基板１に近接するように下降して、部品２の底面２ａと基板１との隙間には、図１１のように、空気および酸化膜を追い出すように内側から外側に向かってハンダが充満されていく。
【００４２】
なお、平行な２本のペレット素子２０Ａ、２０Ｂの間には、それらのペレット素子から溶け出したハンダと、その間を連結しているペレット素子２０Ｃから溶け出したハンダとが合流して、内側から外側に向かって充満されてゆき、部品２の底面２ａと基板１の間をハンダ層が適度な厚さで埋め尽くし、酸化膜を含む僅かな余り部分が図１２のように部品２の外縁にはみ出した状態となる。
【００４３】
この状態で加熱機５による加熱を停止すれば、部品２の底面２ａと基板１との間のハンダ層には、酸化膜が残らずしかも気泡も発生しないので、部品２は基板１に対して強固に固定される。
【００４４】
なお、ここでは、同一高さの半円柱状のペレット素子をＨ型に連結した場合について説明したが、図１３の（ａ）〜（ｄ）に示すハンダペレット５０のように、前記した直線状に延びた同一高さのペレット素子２０をＴ型、Ｖ型、クランク型、放射型に連結したり、図１３の（ｅ）、（ｆ）に示すハンダペレット５０のように、直線状に延びた同一高さのペレット素子２０および曲線状に延びた同一高さのペレット素子４０をＵ型、Ｓ型に連結してもよく、また、図９や図１３の（ａ）〜（ｆ）のハンダペレット５０をペレット素子としてさらに同一平面上で複数連結してハンダペレットを形成してもよい。
【００４５】
また、図示しないが、前記した半球型、円錐型、角錐型のペレット素子３０をこのペレット素子３０と同一高さのペレット素子２０、４０を介して連結してハンダペレットを形成してもよい。
【００４６】
また、図８に示したハンダペレット４０のように曲線に沿って連続するものや、図９、図１３に示したハンダペレット５０のように、複数のペレット素子が同一平面上で非直線状に連結されたものでは、基板１上で転動する恐れがない。
【００５３】
また、上記した各ハンダペレット４０、５０では、基板１と部品２の底面２ａとで挟まれたときに、内部に閉じた空間ができないように全て外側に開いた形状にしているので、内部に閉じた空間を形成してしまう枠状のハンダペレットのように空間に閉じ込められた空気が加圧を受けてハンダを外側に吹き飛ばしてしまうことがなく、溶け出したハンダがペレット素子間の空気層を外側に追い出しながら円滑に広がることができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように、本願発明のハンダペレットは、下面側が平坦に形成され上面側が傾斜面によって線状または点状の頂部をなすように形成され、その頂部に接触した部品から受けた押圧力を傾斜面に沿って伝達させ、表面の酸化膜を外側へ押し退けハンダ層を露出させつつ拡がり、また、この形状のペレット素子を同一平面上で連結した形状を有しているので、基板上に置いて上方から部品を下降したときに、部品の底面に点接触あるいは線接触し、この点接触部分あるいは線接触部分に表面の酸化膜を押し退ける方向の力を生じさせることができ、部品と基板の間に酸化膜を残さずに強固に固定することができる。
【００５５】
また、表面の酸化膜を剥がすためのスクラブ操作も不要となり、気泡による接合強度の低下を招く恐れもなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態の外観を示す斜視図
【図２】  実施形態のハンダペレットを用いた固定作業を説明するための図
【図３】  実施形態のハンダペレットの溶ける様子を示す拡大図
【図４】  実施形態のハンダペレットが溶けた後の様子を示す平面図
【図５】  実施形態のハンダペレットの変形例を示す斜視図
【図６】  実施形態のハンダペレットの変形例を示す斜視図
【図７】  図６のハンダペレットの濡れ広がりの様子を示す平面図
【図８】  実施形態のハンダペレットの変形例を示す斜視図
【図９】  実施形態のハンダペレットの変形例を示す斜視図
【図１０】  図９のハンダペレットを用いた固定作業を説明するための側面図
【図１１】  図９のハンダペレットの濡れ広がりの様子を示す平面図
【図１２】  図９のハンダペレットが溶けた後の様子を示す平面図
【図１３】  実施形態のハンダペレットの変形例を示す平面図
【図１４】  従来のハンダペレットを示す斜視図
【図１５】  従来のハンダペレットを用いた固定作業を説明するための側面図
【図１６】  従来のハンダペレットの溶ける様子を示す拡大側面図
【符号の説明】
１  基板
２  部品
５  加熱機
６  マウント機
２０、３０、４０、５０  ハンダペレット（ペレット素子）
２０ａ、３０ａ、４０ａ  下面
２０ｄ、２０ｅ、３０ｂ、４０ｄ、４０ｅ  傾斜面
【図１】
0004097173.tif 000002
【図２】
0004097173.tif 000003
【図３】
0004097173.tif 000004
【図４】
0004097173.tif 000005
【図５】
0004097173.tif 000006
【図６】
0004097173.tif 000007
【図７】
0004097173.tif 000008
【図８】
0004097173.tif 000009
【図９】
0004097173.tif 000010
【図１０】
0004097173.tif 000011
【図１１】
0004097173.tif 000012
【図１２】
0004097173.tif 000013
【図１３】
0004097173.tif 000014
【図１４】
0004097173.tif 000015
【図１５】
0004097173.tif 000016
【図１６】
0004097173.tif 000017