JP2005332920A - 半田付け用加熱体及び半田接続方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半田接続する導体の位置ズレ防止と、ヒートバランスの安定化を図り、異径の導体に対しても一括して半田接続を行う。
【解決手段】半田付け用加熱体１は、電流を通電する加熱導体部１１と、この加熱導体部１１の先端に備えた加熱部１３であって、基板３に並列に配列された一つ以上の適数の端子に半田を介して接続する一つ以上の適数の導体９を加熱加圧する加熱面１３Ａを備えた加熱部１３と、前記加熱面１３Ａに前記各導体に対応して備えた一つ以上の適数の溝部１７であって、前記導体９を少なくとも２点で接触するテーパ面を有する溝部１７と、を備えている。上記の溝部１７が導体９に対して少なくとも２点で均一に接触するので、導体９が所定位置からずれることがなく、安定したヒートバランスで半田接続できる。
【選択図】図１

Description

この発明は、半田付け用加熱体及び半田接続方法に関し、特に電子部品等の導線とコネクタの半田付け接続、あるいは基板とリード線の半田付け接続を行うためのヒータチップやヒータツールなどの半田付け用加熱体及び半田接続方法に関する。

近年、電子部品等の半導体集積回路の急速な進歩に伴い、電子回路を構成する基板を実装するに際して、極度に高密度実装が行われるようになっている。上記の基板において回路変更が発生すると、配線の切断、配線の追加、部品の取替、追加、削除などが行われる。このとき、電子部品の導線とコネクタの半田付け接続、あるいは基板とリード線の半田付け接続が行われる。

図９及び図１０を参照するに、上記の半田付け接続は、ヒータヘッドの先端に備えたヒータチップやヒータツール１０１などが用いられて瞬間加熱方式が採用されている。例えば、リード線などの導体１０３と基板１０５の端子１０７との間に板半田１０９が予め供給されており、前記導体１０３の上からヒータツール１０１により比較的高温で短時間に加熱加圧して板半田１０９が溶融されることによりリフロー半田付け接続が行われる。なお、複数の導体１０３が当該導体１０３の長手方向に対して直交する方向に並列に配列されて基板１０５の端子１０７上に半田付け接続されることが多い。

従来では、通常、市販の半田付け用のヒータツール１０１（又はヒータチップ）は、その先端の加熱面１１１が図９に示されているように平面となっている（例えば、特許文献１参照）が、図１０に示されているように導体１０３の外径の形状に合わせた円弧状の溝１１３に加工されているものもある（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
特開平５−１３６５５５号公報 特開平５−５５７３９号公報 特開平７−３２１４１号公報

ところで、従来の特許文献１〜３のいずれのヒータツール１０１（又はヒータチップ）においてもその先端の加熱面１１１の形状は、並列に配列される複数の導体１０３の線径が一様な場合に有効であり、導体１０３の線径が２種類以上ある場合には適用が難しいという問題点があった。

例えば、特許文献１のように先端の加熱面１１１が平面である場合は、２種類以上の導体１０３の高さを一定にするために、ある種の導体１０３に対して潰し加工をおこなう必要がある。潰し加工を行ったとしても、導体１０３の間のピッチＰが十分にある場合は問題ないが、狭いピッチＰの場合は、隣接した導体１０３間の距離が狭くなるために制限が発生するという問題点があった。

また、特許文献２及び特許文献３のようにヒータツール１０１（又はヒータチップ）の先端の加熱面１１１が導体１０３の線径の外形形状に合わせて円弧状の溝１１３に加工された場合は、導体１０３の線径とヒータツール１０１（又はヒータチップ）の溝１１３の円弧寸法が合わないと、図１０に示されているように、導体１０３の長手方向に直交する断面において導体１０３の外周がヒータツール１０１（又はヒータチップ）の溝１１３に１点接触（Ａ点接触）になったり、あるいは導体１０３の長手方向において接触しない部分が生じるために、ヒートバランスが崩れる（熱の流れがばらつく）ので、接触面積の少ない導体１０３には半田接続のための十分な熱量が供給されず、半田接続不良が発生するという問題点があった。

より詳しくは、導体１０３が極細であるものに対しては、上記の実際の溝１１３の円弧形状は、ヒータツール１０１（又はヒータチップ）を製作加工する際に、製作上の精度のばらつきの範囲の関係で、導体１０３の外径と全く同じ径にすることが難しいために円弧形状の頂点の１点接触（Ａ点接触）が生じたり、また、長手方向に均一に全く同形状にすることも難しいので導体１０３の長手方向において接触しない部分が生じたり、さらに、上記の複数の円弧形状の溝１１３の頂点の高さを均一に全く同じ高さにすることも難しく上述したようにヒートバランスが崩れることが顕著になる。

また、導体１０３の線径が２種類以上ある場合、例えば信号線用の導体１０３Ａとドレン線用の導体１０３Ｂがある場合、ドレン線用の導体１０３Ｂの線径は信号線用の導体１０３Ａの線径より小さいものが一般的である。このような場合に適用するために、ヒータツール１０１（又はヒータチップ）の先端の加熱面１１１の溝１１３が図１１及び図１２の溝１１３Ａ，１１３Ｂに示されているように信号線用の導体１０３Ａとドレン線用の導体１０３Ｂの各線径に合わせた段付形状や円弧形状にされるとしても、上述したようなヒートバランスが崩れるという問題点は同様に生じる。

また、近年、電子部品関連の半田接続では、省スペース化により複数の導体１０３間の狭ピッチ化が進んでいるにもかかわらず、伝送特性を維持するために導体１０３の線径をピッチＰにあわせて小さくできない場合があるという問題点があった。つまり、近年では図９乃至は図１２に示されているように端子１０７の幅と導体１０３の線径がほぼ同じ寸法であるために、隣接する各導体１０３の位置をずらせないのであるが、上述した従来のヒータツール１０１（又はヒータチップ）の先端の加熱面１１１の形状では不安定であるために、半田１０９が溶融する際に導体１０３が各図９乃至は図１２において左右方向に動いてしまい、隣接する導体１０３同士が容易にブリッジしてしまうという問題点があった。

この発明は上述の課題を解決するためになされたものである。

この発明の半田付け用加熱体は、電流を通電する加熱導体部と、
この加熱導体部の先端に備えた加熱部であって、基板に並列に配列された一つ以上の端子に半田を介して接続する一つ以上の適数の導体を加熱加圧する加熱面を備えた加熱部と、
前記加熱面に前記各導体に対応して備えた一つ以上の適数の溝部であって、前記導体を少なくとも２点で接触するテーパ面を有する溝部と、
を備えてなることを特徴とするものである。

また、この発明の半田付け用加熱体は、前記半田付け用加熱体において、前記溝部が、２種類以上の線径を有する導体に対応する形状であることが好ましい。

また、この発明の半田付け用加熱体は、前記半田付け用加熱体において、前記各溝部が、断面略Ｖ字形状のＶ溝部であることが好ましい。

また、この発明の半田付け用加熱体は、前記半田付け用加熱体において、前記テーパ面が、平面又は湾曲面であることが好ましい。

この発明の半田接続方法は、基板に並列に配列された一つ以上の端子に半田を介して一つ以上の適数の導体を載置し、この一つ以上の適数の導体を半田付け用加熱体の先端に備えた加熱部の加熱面で加熱加圧する際に、
前記導体を少なくとも２点で接触するテーパ面を有する溝部を、前記各導体に対応して一つ以上の適数を備えた加熱面で、前記一つ以上の適数の導体を一括して加熱加圧することにより半田接続を行うことを特徴とするものである。

また、この発明の半田接続方法は、前記半田接続方法において、前記導体が、線径の異なる導体であることが好ましい。

以上のごとき課題を解決するための手段から理解されるように、この発明によれば、基板の一又は適数の各端子と各導体との間には予め半田が供給されており、各導体が対応する各溝部により比較的高温で短時間に同時に加熱加圧される。このとき、各導体は各溝部のテーパ面で少なくとも２点接触することによりほぼ均一に接触するので、安定したヒートバランスが維持されて半田接続のための十分な熱量が供給される。この熱量で溶融した半田が表面張力により各導体及び各端子に密着して安定した半田接続を一括して行うことができる。

しかも、各溝部が各導体に対して少なくとも２点で接触するために所定位置からずれることがないので、たとえ溝部間のピッチが狭いために端子幅が狭くても、さらには２種類以上の線径を有する導体に対しても、端子面の高さが異なる基板に対しても、安定した状態で各端子上の半田に位置ズレすることなく加熱加圧することができる。

また、各溝部を断面Ｖ字形状のＶ溝部とすることにより、各導体に確実に２点で接触することができる。このことはテーパ面が平面又は湾曲面であっても同様である。

また、半田接続方法においても、上述した効果と同様の効果がある。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１及び図２（Ａ），（Ｂ）を参照するに、この実施の形態に係る半田付け用加熱体は、ヒータヘッドの先端に備えられるヒータチップやヒータツールなどが該当するもので、瞬間加熱方式の半田接続に用いられる。この実施の形態では図１に示されているヒータツール１を例にとって説明する。

瞬間加熱方式の半田接続としては、例えば、図２（Ａ）に示されているように基板３もしくはコネクタ（以下、単に「基板」として説明する）に設けた一又は複数の端子５のそれぞれの上に板半田７が予め供給されており、前記各板半田７の上に対応して電子部品の導線やリード線などの導体９を載置する。前記複数の導体９の上からヒータツール１にて比較的高温で短時間に一括して加熱加圧して半田７が溶融されることによりリフロー半田付け接続が行われる。

図３及び図４を併せて参照するに、ヒータツール１は、図４に示されるように断面略Ｕ字形状をなして図３において左右方向に延伸する形状の加熱導体部１１と、この加熱導体部１１の略Ｕ字形状の先端（図３において下端）に前記一又は複数の導体９を加熱加圧するための加熱面１３Ａ（加圧面を兼ねている）を備えた加熱部１３と、から構成されている。また、加熱導体部１１は昇降駆動するヒータヘッド（図示省略）の下部に取り付けられており、図示しない電源からの電流が前記ヒータヘッドを経て加熱導体部１１の略Ｕ字形状の一方側の上端から通電され、下部の加熱部１３を経て加熱導体部１１の略Ｕ字形状の他方側の上端から前記ヒータヘッドを経て通電される。

また、前記加熱部１３の加熱面１３Ａには、図１に示されているように導体９の外周面に少なくとも２点で接触するテーパ面１５を有する溝部１７が設けられており、この実施の形態では、図２（Ａ）に示されているように信号線用の導体９Ａを加熱加圧するための略Ｖ字形状のＶ溝部１７Ａと、ドレン線用の導体９Ｂを加熱加圧するための略Ｖ字形状のＶ溝部１７Ｂが、ヒータツール１の長手方向に直交する方向に向けて設けられ、しかも前記Ｖ溝部１７ＡとＶ溝部１７Ｂが交互に並列に配列されている。

なお、ドレン線用の導体９Ｂはノイズが除去されれば目的を果たすので、安価とするために信号線用の導体９Ａより細い線径となっているのが一般的である。例えば、導体９Ａの線径は０．５ｍｍφであり、導体９Ｂの線径は０．４ｍｍφである。そこで、基板３上で同じ高さの各端子５の上面に載置された導体９Ａと導体９Ｂを同時に加熱加圧できるようにするために、ドレン線用のＶ溝部１７Ｂは信号線用のＶ溝部１７Ａより浅い溝部１７に形成されている。

また、近年の省スペース化による複数の導体９間の狭ピッチ化に対応するために、各Ｖ溝部１７ＡとＶ溝部１７ＢとのピッチＰが狭くなっており、この実施の形態では前記ピッチＰは０．７５ｍｍである。したがって、各端子５の幅はピッチＰの寸法に合わせる必要があるために広くすることが難しいので、各導体９Ａ及び導体９Ｂの各線径とほぼ同じ寸法にすることを余儀なくされている。

上記構成により、図２（Ａ）に示されているように、基板３上の各端子５と各導体９Ａ，導体９Ｂとの間には予め板半田７が供給されており、前記各導体９Ａ，導体９Ｂはヒータツール１の加熱部１３の加熱面１３Ａに形成されたＶ溝部１７ＡとＶ溝部１７Ｂにより比較的高温で短時間に同時に一括して加熱加圧される。

このとき、各導体９Ａ，導体９ＢはＶ溝部１７Ａ，Ｖ溝部１７Ｂのテーパ面１５の２点の接触点Ｃ，Ｄによりほぼ均一に接触するので、安定したヒートバランスが維持されることになり、半田接続のための十分な熱量が供給される。したがって、この熱量で溶融した板半田７が表面張力により図２（Ｂ）に示されているように各導体９Ａ，導体９Ｂ及び各端子５に密着して安定した半田接続が行われる。

しかも、上述したようにＶ溝部１７Ａ，Ｖ溝部１７Ｂが断面Ｖ字形状であることから接触点Ｃ，Ｄで確実に２点接触するために横にずれることがないので、たとえＶ溝部１７ＡとＶ溝部１７ＢとのピッチＰが狭いために端子５幅が狭くても、安定した状態で各端子５上の板半田７の上に位置ズレすることなく加熱加圧することができる。

なお、上述した理由から、この実施の形態の半田付け用加熱体は、上記のピッチＰが０．７５ｍｍより狭い挟ピッチの半田接続の場合であっても、十分に対応可能である。

また、図５を参照するに、基板３の各端子５上には予め半田１９が固着されており、この半田１９は固着する際に溶融したときの表面張力により断面円形状になっている。したがって、各半田１９の上に載せられる各導体９Ａ，導体９Ｂは不安定な状態になるが、この実施の形態のヒータツール１が使用されることにより、前述したように、各導体９Ａ，導体９Ｂはヒータツール１の加熱部１３の加熱面１３ＡのＶ溝部１７ＡとＶ溝部１７Ｂのテーパ面１５の接触点Ｃ，Ｄの２点接触により所定位置からずれることがないので、安定した状態で各端子５上の板半田１９の上に位置ズレすることなく加熱加圧することができる。このときの熱量により板半田１９が溶融すると、図２（Ｂ）に示されている状態と同様に前記溶融した半田１９が表面張力によって各導体９Ａ，導体９Ｂ及び各端子５に密着して安定した半田接続が行われる。

また、図６を参照するに、板半田２１が予め基板３上の複数の端子５の全体に亘って載せられており、各導体９Ａ，導体９Ｂが各端子５に対応する位置で板半田２１の上に載せられる。前記各導体９Ａ，導体９Ｂはヒータツール１の加熱部１３の加熱面１３Ａに形成されたＶ溝部１７ＡとＶ溝部１７Ｂにより比較的高温で短時間に同時に安定したヒートバランスで加熱加圧される。このときの熱量により板半田２１が溶融すると、図２（Ｂ）に示されている状態と同様に前記溶融した半田２１が表面張力によって各導体９Ａ，導体９Ｂ及び各端子５に密着するように分離されて安定した半田接続が行われる。

図７を参照するに、基板３には凹凸のある端子２３Ａ、２３Ｂが配列されていても、ヒータツール１の加熱部１３の加熱面１３Ａに形成されたＶ溝部１７ＡとＶ溝部１７Ｂにより同時に加熱加圧することができる。Ｖ溝部１７ＡとＶ溝部１７Ｂは、各導体９Ａと導体９Ｂに対応した深さに形成されている。したがって、この例に示されているように、ドレン線の導体９Ｂの高さを信号線の導体９Ａの高さより高くすることにより、ノイズの行き来を遮断できるという構造の基板３に対しても容易に且つ確実に半田付け接続を行うことができる。

図８（Ａ）〜（Ｃ）を参照するに、上記のヒータツール１の加熱部１３の各溝部１７（１７Ａ，１７B）は、接続されるべき各導体９（９Ａ，９B）の外周面に少なくとも２点で接触するテーパ面１５を有するものであるので、前述したＶ溝形状の他に、図８（Ａ）に示されているように溝部１７の断面が台形形状であっても、あるいは他の形状であっても構わない。さらに、前記各テーパ面１５が湾曲した曲面であっても構わない。例えば、図８（Ｂ）に示されているように外側に湾曲した凸曲面、あるいは図８（Ｃ）に示されているように内側に湾曲した凹曲面であっても構わない。

この発明の実施の形態の半田付け用加熱体としてのヒータツール及びヒータツールで半田接続する状態を示す斜視図である。 （Ａ）は、図１の半田接続状態の一部を詳細に示す概略説明図で、（Ｂ）は、加熱後の半田接続状態を示す概略説明図である。 図１のヒータツール正面図である。 図３の右側面図である。 他の半田接続状態を示す概略説明図である。 別の半田接続状態を示す概略説明図である。 さらに別の半田接続状態を示す概略説明図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ他の実施の形態の溝部の形状を示す部分的な概略説明図である。 従来の半田接続状態を示す概略説明図である。 従来の他の半田接続状態を示す概略説明図である。 従来の別の半田接続状態を示す概略説明図である。 従来のさらに別の半田接続状態を示す概略説明図である。

符号の説明

１ ヒータツール（半田付け用加熱体）
３ 基板
５ 端子
７ 板半田
９ 導体
９Ａ 信号線用の導体
９Ｂ ドレン線用の導体
１１ 加熱導体部
１３ 加熱部
１３Ａ 加熱面
１５ テーパ面
１７ 溝部
１７Ａ 信号線用のＶ溝部
１７Ｂ ドレン線用のＶ溝部
１９ 半田
２１ 板半田
２３Ａ 信号線用の端子
２３Ｂ ドレン線用の端子

Claims (6)

1. 電流を通電する加熱導体部と、
   この加熱導体部の先端に備えた加熱部であって、基板に並列に配列された一つ以上の端子に半田を介して接続する一つ以上の適数の導体を加熱加圧する加熱面を備えた加熱部と、
   前記加熱面に前記各導体に対応して備えた一つ以上の適数の溝部であって、前記導体を少なくとも２点で接触するテーパ面を有する溝部と、
   を備えてなることを特徴とする半田付け用加熱体。
2. 前記溝部が、２種類以上の線径を有する導体に対応する形状であることを特徴とする請求項１記載の半田付け用加熱体。
3. 前記各溝部が、断面略Ｖ字形状のＶ溝部であることを特徴とする請求項１又は２記載の半田付け用加熱体。
4. 前記テーパ面が、平面又は湾曲面であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の半田付け用加熱体。
5. 基板に並列に配列された一つ以上の端子に半田を介して一つ以上の適数の導体を載置し、この一つ以上の適数の導体を半田付け用加熱体の先端に備えた加熱部の加熱面で加熱加圧する際に、
   前記導体を少なくとも２点で接触するテーパ面を有する溝部を、前記各導体に対応して一つ以上の適数を備えた加熱面で、前記一つ以上の適数の導体を一括して加熱加圧することにより半田接続を行うことを特徴とする半田接続方法。
6. 前記導体が、線径の異なる導体であることを特徴とする請求項５記載の半田接続方法。
   
   

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