JP2004523916A - 熱に敏感な電子部品取付けのための方法および保護装置 - Google Patents

Abstract

取り付け時にはんだ付けを用いて印刷回路基板（１）へ接続される、熱に敏感な電気および電子部品（４、５）が、部品（４、５）に対する永久的損傷を防止するために、はんだ付け中に熱から保護される必要がある。本発明によれば、部品（４、５）のはんだ付け接続（６）がはんだ付け工程中に保護装置（８）に熱的に結合され、それによってはんだ付け工程中にはんだ付け接続（６）内へ導入される熱の一部を伝達する。保護装置（８）は、部品（４、５）を少なくとも部分的に包囲する保護スリーブ（９）をさらに含む。保護スリーブ（９）は断熱材から成ることが有利であり、部品（４、５）から離れて面する、その外壁（１０）には、大きい熱反射能力を有するコーティング（１１）が部分的に提供される。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に記載の熱に敏感な電子部品の取付方法、および請求項３の前文に記載の保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの電子および電気アセンブリならびに部品は、熱の影響を受けやすい集積回路、リチウム電池、水晶発振子、および光電子部品のような、熱に敏感な電気および／または電子部品を有する。このようなアセンブリの取付けの過程で、部品に設けられる電気的接点が、基板上の導体路、および／または他の部品の電気的接点に確実に接続される必要がある。この取付工程ははんだ付け方法を用いて実行されることが好ましく、そこでは部品に施されるはんだ付け接続が基板にはんだ付けされる。この場合に、各部品ははんだ付け時間および温度に対して安全範囲を有し、そこでは良好なはんだ接合が生成されうる。同時に、永久的損傷を防止するために、熱に敏感な電気および電子部品を過度に加熱してはならない。このように、熱の影響を受けやすい部品ははんだ付け中の矛盾する要求を受け、一方で、はんだ付け接続の領域にはんだ付けするために十分に高いはんだ付け温度を確保する必要があるのに対して、他方で、いかなる損傷も部品に起きないように、温度を部品の熱に敏感な領域で十分に低く保つ必要がある。
【０００３】
ＳＭＤ用途のはんだ付けの間に、熱に敏感な部品の過度の加熱を避けるために、特許文献１は、関連部品にカバーが設けられ、これははんだ付け対象部品の上方から配置されることを提案している。このカバーは、赤外線はんだ付けまたは気相はんだ付けの間に基板から離れて面する、部品の側に作用する熱放射に対して熱遮蔽を形成する。しかしながら、このようなカバーはＳＭＤ用途の使用にのみ適当しており、そこでは部品のはんだ付け接続が、リフローはんだ付け方法を用いて部品に面する基板の側に接続される。他方、部品のはんだ付け接続が基板に設けた開口を貫通し、部品から離れて面する側の導体路にはんだ付けされる（例えば、浸せきはんだ付けまたはウェーブはんだ付けによる）場合、熱は主として基板側から部品に作用するので、特許文献１から知られ、かつ基板から離れて面する、部品の上面に配置されるカバーはいかなる保護も呈しない。
【０００４】
特許文献２は印刷回路基板上の表面実装用部品を開示し、この部品は、部品の形状に合わせられる反射性金属箔によって、はんだ工程中にそれに作用する熱放射による過度の加熱から保護されることを意図される。この金属箔はまた、基板から離れて面する側から部品に作用する熱放射から部品を保護するが、しかしながら、それは、基板側から部品に作用する熱放射に対していかなる保護も呈しない。
【０００５】
さらに、上下の層が金属で被覆される印刷回路基板が、特許文献３から知られている。この場合の目的は、接続ピンを介して印刷回路基板に挿入される部品から印刷回路基板への熱放散を改善することである。しかしながら、この金属被覆は、高温の浸せきはんだ付け中いかなる熱保護も部品に与えない。
【０００６】
基板を貫通して突出する部品、特に可変コンデンサにはんだ付け中の保護を与えるために、基板を通って突出する部品の領域がキャップによって覆われることが、この場合に包括的プロフィール技術を形成する特許文献４から知られる。はんだ工程後に基板に設けた開口を通ってアクセスできるように意図されるコンデンサを保護するために、この発明はまた、この開口がはんだ工程中保護小板によって保護され、これがはんだ工程後に除去されることを提案する。このような保護小板は、基板側の部品の下面に作用し、かつ開口が覆われない場合にコンデンサを損傷することもありうる、熱およびはんだ蒸気からコンデンサを保護できるが、保護小板は、また一方、はんだ付けオーブンまたははんだ槽内の熱の結果として部品の全面に作用する、熱の影響に対していかなる保護も呈しない。従って、このような保護小板は、特に熱に敏感な部品に対して不十分な保護しか呈しない。
【０００７】
【特許文献１】
米国特許第５，９１３，５５２号明細書
【特許文献２】
独国特許出願公開第１９６０７７２６Ａ１号明細書
【特許文献３】
特許出願公開第０３０３６７９６号明細書
【特許文献４】
独国特許出願公開第２９４９９１４Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、本発明は、熱に敏感な部品が、はんだ付け工程中に熱に対して特に効果的に保護されうるような、方法および保護装置を提供する目的に基づく。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、本目的は請求項１および３に記載の特徴によって達成される。
【００１０】
これらの請求項によれば、部品を所定の位置で囲み、かつはんだ付け工程中に周囲の影響からそれを保護する、保護スリーブを有する取り外し可能な保護装置が、はんだ付け工程中に部品に施される。保護装置は部品に熱的に結合され、従ってその結果、はんだ付け工程中にはんだ槽から部品中に導入される熱が、保護装置へ（少なくとも部分的に）放散される。これによって、はんだ付け工程中の部品内部の加熱、および部品の動作に対する損傷のおそれを著しく減らすことが可能になる。
【００１１】
はんだ槽からはんだ付け接続中に導入される熱が部品に完全に伝わらず、この代わりに、保護装置を介して部分的に放散されるために（請求項２参照）、保護装置は部品のはんだ付け接続に結合されることが有利である。
【００１２】
部品に面するその内壁に、保護スリーブは断熱材を便宜上有し、部品から離れて面するその外壁に、高い熱伝導率を有するコーティングが少なくとも所定の位置で設けられる（請求項６参照）。高い熱伝導率を有する、外壁のコーティングは、外側から部品に作用する熱放射が保護スリーブの外壁に沿って分散され、反射され、このため部品に近寄らないことを確実にする。この場合に部品に面する保護スリーブの内壁に使用される断熱材は、反射外壁中に導入される、熱を外側へ放射することが好ましく、その少しの部分のみが部品の方向へ放射されることを意味する。この場合に、「断熱」という表現は、ポリエステル、ポリエチレン、ポリアミドなどのような、低い熱伝導率を有する材料を意味する。
【００１３】
はんだ付け工程中に導入される熱に対して部品のために特に良好な保護効果を達成するために、保護スリーブの熱伝導性外壁が部品に、好ましくは部品のはんだ付け接続に熱的に結合される。その結果として、はんだ付け工程中に熱いはんだ槽からはんだ付け接続中に導入される熱の一部が、保護スリーブの外壁へ伝えられ、そこから周囲に放射される。この結果、はんだ付けの熱は特に速く放散され、従って熱に敏感な部品に対して特に効果的な保護を与える。
【００１４】
１つの特に簡単な改良において、保護装置は断熱膜、具体的にいえばポリエステル膜から成る、閉じたバブルによって形成され、部品から離れて面するその壁は熱伝導率の高い金属（例えば、銅またはアルミニウム）で覆われる（請求項７参照）。バブルは、はんだ付け接続が壁を貫通するように、部品を囲み、このようにしてはんだ付け接続はバブルの壁に熱的に結合されることを確実にする。はんだ付け工程後に、バブルははんだ付け接続の領域でそれを引き裂いて開くことによって除去される。この場合に、はんだ付け接続によってバブル内に生成される穴が穿孔として作用して、引き裂く工程を助ける。
【００１５】
他の改良において、保護装置は熱伝導性締付け縁を有する弾性クリップによって形成され、その締付け縁の間に、保護スリーブは配置される（請求項８参照）。部品のはんだ付け前に、部品のはんだ付け接続がクリップの締付け縁の間で締め付けられ、かつ保護スリーブが部品を囲むように、クリップは部品に取付けられることが好ましい。はんだ付け工程の終了後に、保護装置はクリップをはずすことによって除去される。
【００１６】
ウェーブはんだ付けが、部品のはんだ付け接続を基板に接続するのに便宜上使用される（請求項３参照）。この方法では、部品を取付けた基板がスタンディングはんだ付けウェーブを通過し、それがはんだ付けウェーブを通過する際の速度がこの場合、一方で、基板およびはんだ付け接続は充分に濡れるのに対して、他方で、それらにかかる熱負荷は過大ではないように、選択される必要がある。この方法は、熱が早く供給されることを可能にし、従ってめっきしたスルーホールを有する基板に特に適する。あるいは、浸せきはんだ付けもまた使用可能であり、そこでは部品から離れて面する、基板の裏面が溶融はんだ槽に浸され、従ってはんだで濡れる。
【００１７】
本発明は、図面に示される、いくつかの例示的実施形態を参照して、以下の本文にさらに詳細に説明されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１ａおよび１ｂが基板１の概略断面図を示し、この裏面２に印刷回路３が設けられる。この基板１は、光電子エミッタ４および光電子レシーバ５を取り付けるように意図される。このために、部品４、５ははんだ付け接続６を有し、これらは基板１の開口７を貫通し、基板１の部品４、５から離れて面する側２上の印刷回路３にはんだ付けされる。
【００１９】
多くの光電子部品４、５は熱に敏感であり、それらが過度に過熱される場合、損傷を受ける。特にエミッタ４は過度に高い温度を受けないようにする必要があり、さもないとこれはその放出特性を変化させるだろう。１００℃より高い温度の影響を受けて、エミッタに含まれる合成樹脂の伝達特性がこれらの高温でかなり劣化するので、エミッタ４の光パワーが著しく減少し、それは永久的損傷を受ける。
【００２０】
他方、良好なはんだ結果を達成するために、部品４、５は、はんだ付け工程中長期にわたって高温を受ける必要がある。例えば、ウェーブはんだ付け中、基板１に差し込まれる部品４、５は先ず約１００℃までゆっくりと加熱される。実際のはんだ付け工程はこの後に行われ、約２６０℃で一般的に行われ、少なくとも５秒間続き、その後に凝固フェーズが続き、この間に部品はゆっくりと冷却される。環境にやさしい無鉛はんだを用いる場合、まさに約３００℃の温度が、良好なはんだ接合を確実に生成するために、５秒より長い間必要とされる。
【００２１】
このはんだ付け工程（合計数分間続く）中に起きる高温から部品４、５を効率的に保護するために、はんだ付け工程中に部品４、５に保護装置８が設けられ、これははんだ付け工程の終了後に除去される。図１ａおよび１ｂに示される例示的実施形態において、この保護装置８はポリエステル膜から成るバブル９によって形成され、その外壁１０に金属コーティング１１が施される。部品４、５のはんだ付け接続６はバブル壁１２を貫通して外側へ突出し、それらが貫通するポイント１３の領域でバブル９の上にしっかりと載っている。このように、はんだ付け接続６はバブル壁１２に機械的かつ熱的に結合され、従ってはんだ付け接続６は、バブル９の外壁１０上の金属コーティング１１に熱的に結合されることを確実にする。
【００２２】
バブル９の材料が断熱層を形成し、これははんだ付け工程中に外側からの熱の影響から部品４、５を保護する。ポリエチレン、ポリプロピレン、およびポリアミドから成る膜が、この目的のために特に適していることが分かった。バブル９の外壁１０上の金属（例えば、銅またはアルミニウムベースの）コーティング１１は、外側から部品４、５に作用する熱放射１４を反射し、その高い熱伝導率によって、局所的に集中した熱の影響に対して部品４、５のために追加の保護を与える。はんだ付け接続６とバブル９の金属外側コーティング１１との間の機械的かつ熱的接点はまた、部品４、５の内部がはるかに少ない程度に加熱され、かつ損傷されないように、はんだ付け工程中にはんだ付け接続６中に導入される熱エネルギーが、バブル９の外壁１０へ少なくとも部分的に伝えられ、そこから放射されるという結果になる。
【００２３】
バブル９の１つの特に簡単な改良が、被覆膜１５の部分を基に、部品４、５のはんだ付け接続６が膜１５を貫通するように、膜部分１５の断熱側１６に印刷される部品４、５によって形成される（図１ｃ参照）。次いで、膜１５の縁１７が、閉じたバブル９を形成するように部品４、５の周りに折り曲げられ、連結される。はんだ付け工程の終了後にバブル９を除去するために、バブルを引き裂くことを容易にするはんだ付け接続による穿孔によって、バブル９ははんだ付け接続６に沿って引き裂かれる。
【００２４】
バブル壁１２上の金属外側コーティング１１のはんだ付け接続６に対する良好な熱的結合を確実にするために、膜１５の縁により近い領域よりもはんだ付け接続６が膜１５を貫通する領域に、より厚いコーティング１１’を施すことが有利である場合がある。これは図１ｃに概略的に示され、斜線部分１１’として強調される。一方で、良好な熱的接触がはんだ付け接続６とはんだ付け接続６が膜１５を貫通するコーティング１１’との間で確実に確保されるように、他方で、コーティング１１、１１’が、はんだ付け工程中に、印刷回路３に接続される必要があるはんだ付け接続６のそれらの領域からの比較的小量の熱のみを引き出すように、コーティング１１’の材料および層厚、ならびにはんだ付け接続６がそれを貫通する領域における断熱壁１６の材料および層厚が、選択される必要があり、これによってはんだ付け接続６と基板１との間に良好なはんだ接合を生じる。
【００２５】
図１ａの斜線部分によって示されるように、断熱材料１９もまた、バブル９の内壁１６と部品４、５との間に設けられる空洞内に配置されることが可能であり、これは熱がはんだ付け工程中に部品４、５へ伝達されるのをさらに防止する。
【００２６】
本発明による保護装置８’の代替改良が図２に示され、この場合に保護装置８’は弾性クリップ２０によって形成され、これは弾性締付けクリップ２１および２つのグリップ２２を有する。締付けクリップ２１の端部に設けられる金属製締付け縁２３が、締付けクリップ２１によって共に押圧され、それらがはんだ付け接続と機械的かつ熱的接触を行うように、部品４、５のはんだ付け接続６の両側に作用する。保護スリーブ２４が締付け縁２３の間に配置され、クリップ２０が部品４、５に取り付けられる場合に部品を囲む。保護スリーブ２４は上述の断熱膜１５から成り、この外壁１０に金属コーティング１１が施される。はんだ付け接続６の領域に導入される熱が、締付け縁２３を介して保護スリーブ２４のコーティング１１へ放散されうるように、金属製コーティング１１は締付け縁２３に熱的に結合される。ブラケット２０がはんだ付け工程の開始前に部品４、５に取り付けられる場合、一方で、保護スリーブ２４は、部品４、５がはんだ付け工程中に熱放射の影響を受けるのを防止するのに対して、他方で、締付け縁２３は、はんだ付け接続６に導入されるはんだ熱を保護スリーブ２４およびグリップ２２に伝え、このようにして、部品４、５の内部がこの大量の熱の影響によって損傷を受けることを防止する。
【００２７】
良好な熱放散を確実にするために、クリップ２０は固体であることが好ましく、金属材料から作られる。代替として、または追加として、保護スリーブ２４もまた大きい熱的質量を有するように、金属製コーティング１１は厚い金属箔から成っていてもよい。
【００２８】
保護スリーブ２４の内部の空洞１８が、クリップが取り付けられる前に、冷却追加材料２５（図２の鎖線部分によって示される）を有するように配置される場合、部品４、５は特に効果的に冷却されうる。
【００２９】
図に示されるような、保護装置８、８’の部品４、５のはんだ付け接続６への結合に加えて、保護装置８、８’はまた部品４、５の筐体に結合されてもよい。
【００３０】
上述した例示的実施形態は、光電子部品用の保護スリーブの効果を説明した。しかしながら、保護スリーブはまた一般に、所望の熱に敏感な電気および電子部品にも使用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１ａ】バブルの形状の保護装置を有する電気部品の断面図である。
【図１ｂ】バブルの形状の保護装置を有する電気部品の断面図である。
【図１ｃ】一片の膜からのバブルの生成を示す図である。
【図２】弾性クリップの形状の保護装置を有する電気部品の断面図である。

Claims (8)

1. 熱に敏感な電子部品を基板に取り付ける方法であって、
   前記基板は、貫通するために前記部品に設けられるはんだ付け接続のための開口を有し、除去可能な保護装置が設けられ、取付け工程中に前記部品を保護し、
   該取付け工程の過程で、前記部品は先ず、はんだ付け接続が前記基板の開口を通って突出するように、前記基板の近くへ移動され、
   次いではんだ付け接続は、はんだ付け方法を用いて、前記部品から離れて面する前記基板の側に設けられる導体路に接続され、
   最後に前記保護装置は、いったんはんだ付け工程が終了すると除去される方法であって、
   はんだ付け工程中にはんだ付け接続（６）内に導入される熱のいくらかが前記保護装置（８、８’）へ伝えられるように、前記部品（４、５）がはんだ付け工程中に前記保護装置（８、８’）に熱的に結合されることを特徴とする方法。
2. 前記保護装置（８、８’）が、はんだ付け工程中に前記部品（４、５）の前記はんだ付け接続（６）に熱的に結合されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記部品（４、５）の前記はんだ付け接続（６）が、ウェーブはんだ付けを用いて前記基板（１）に接続されることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の方法。
4. 部品に設けられるはんだ付け接続が該部品から離れて面する基板の側に設けられる導体路に接続される取付け工程中に使用する、熱に敏感な電子部品、特に光電子部品用の保護装置であって、
   前記保護装置（８、８’）が、前記部品（４、５）から除去されることが可能であり、
   前記保護装置（８、８’）が、前記部品（４、５）を所定の位置で囲む保護スリーブ（９、１５、２４）を備え、
   前記保護装置（８、８’）が、前記部品（４、５）に熱的に結合されうることを特徴とする保護装置。
5. 前記保護装置（８、８’）が前記部品（４、５）の前記はんだ付け接続（６）に熱的に結合されうることを特徴とする請求項４に記載の保護装置。
6. 前記保護スリーブ（９、１５、２４）が、その内壁（１６）の領域内に断熱を提供し、前記部品（４、５）から離れて面する、その外壁（１０）の少なくとも所定の位置で高い熱伝導率を有するコーティング（１１）を有することを特徴とする請求項４あるいは５に記載の保護装置。
7. 前記保護装置（８）が、前記はんだ付け接続（６）がその壁（１２）を貫通して突出する、閉じたバブル（９）によって形成されることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の保護装置。
8. 前記保護装置（８’）が、前記保護スリーブ（２４）に接続される弾性クリップ（２０）を有し、これを用いて、前記保護装置（８’）が前記部品（４、５）に取り付けられる場合、前記保護スリーブ（２４）は、前記部品（４、５）に対して、特に前記はんだ付け接続（６）に対して、固定され、熱的に結合されうることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の保護装置。