JP2007103437A - 部品固定方法および部品固定装置、並びに部品固定装置を備えたプリント回路板および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】半田接続部の熱容量の増大を防止する。
【解決手段】本発明の部品固定方法は、第1の工程と、第2の工程と、第3の工程と、第4の工程とを備える。第1の工程では、回路部品とプリント配線板15とを接続するフレキシブル基板25を、位置決め部材61を介してプリント配線板21に位置決めする。第2の工程では、位置決め部材61によりプリント配線板21に密着させたフレキシブル基板25をこのプリント配線板21に半田接続する。第3の工程では、第2の工程の後に位置決め部材61を除去して、回路部品を位置決めするソケット部材24をプリント配線板21に固定する。第4の工程では、回路部品をフレキシブル基板25に搭載する。
【選択図】 図6
【解決手段】本発明の部品固定方法は、第1の工程と、第2の工程と、第3の工程と、第4の工程とを備える。第1の工程では、回路部品とプリント配線板15とを接続するフレキシブル基板25を、位置決め部材61を介してプリント配線板21に位置決めする。第2の工程では、位置決め部材61によりプリント配線板21に密着させたフレキシブル基板25をこのプリント配線板21に半田接続する。第3の工程では、第2の工程の後に位置決め部材61を除去して、回路部品を位置決めするソケット部材24をプリント配線板21に固定する。第4の工程では、回路部品をフレキシブル基板25に搭載する。
【選択図】 図6
Description
本発明は、ソケット部材を用いる部品固定方法および部品固定装置、並びに部品固定装置を備えたプリント回路板および電子機器に関する。
熱ストレスに弱い回路部品をプリント配線板に固定するための固定装置として、箱状のソケット部材を利用するものが知られている。このソケット部材は、接続端子を含む基板と、回路部品を囲むように基板の上側に固定された枠体と、を有している。枠体の内部に、例えばBGA形の半導体パッケージが収容される。このソケット部材を用いて半導体パッケージを実装するには、まずソケット部材のみをリフロー炉に送って、プリント配線板と半田接続させる。半田の溶融処理の終了後、半導体パッケージがソケット部材に載せ込まれて、半導体パッケージが実装される(例えば、特許文献1参照)。
ところで、この従来のソケット部材は、半田の接続構造において従来のBGAと異なるところがない。このため、プリント配線板に反りが生じている場合には、ソケット部材の一部が浮き上がってしまう問題があった。これにより、半田接続部にクラックを生じたり、接点以外の部分でショートを起こしたりする問題があった。
この問題を解決するために、ソケット部材の基板としてフレキシブルなものを用いることが考えられる。すなわち、特許文献1に示すソケット部材にフレキシブル基板を適用すれば、個々の接続端子をプリント配線板に沿わせることができる。
特開2003−69187号公報
しかし、このような構成のソケット部材では、枠体によってその周辺の熱容量が増大するため、ソケット部材を半田付けする際やソケット部材を交換する際に、半田の溶融がうまくなされない恐れがある。一方、このような弊害を防止すべくフレキシブル基板のみを実装するようにすると、自動搭載機で実装できない問題や半田の溶融処理の際にフレキシブル基板が浮き上がってしまう問題がある。
本発明の目的は、熱容量の増大とフレキシブル基板の浮き上がりとを防止する部品固定方法を提供することにある。
前記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る部品固定方法は、回路部品とプリント配線板とを接続するフレキシブル基板を、位置決め部材を介してプリント配線板に位置決めさせる第1の工程と、前記位置決め部材により前記プリント配線板に密着させた前記フレキシブル基板をこのプリント配線板に半田接続する第2の工程と、前記第2の工程の後に前記位置決め部材を除去して、前記回路部品を位置決めするソケット部材を前記プリント配線板に固定する第3の工程と、前記回路部品を前記フレキシブル基板に搭載する第4の工程とを具備する。
前記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る部品固定装置は、回路部品とプリント配線板とを接続する接続端子を含むフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板を保持し且つ前記プリント配線板に位置決めするとともに、前記フレキシブル基板と前記プリント配線板とを半田接続する際に前記フレキシブル基板を前記プリント配線板に密着させる位置決め部材と、前記位置決め部材と置換するようにプリント配線板に固定され、前記回路部品を前記フレキシブル基板に位置決めするソケット部材とを具備する。
前記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係るプリント回路板は、プリント配線板と、前記プリント配線板に実装される部品固定装置と、前記部品固定装置に装着される回路部品とを具備し、前記部品固定装置は、前記回路部品と前記プリント配線板とを接続する接続端子を含むフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板を保持し且つ前記プリント配線板に位置決めするとともに、前記フレキシブル基板と前記プリント配線板とを半田接続する際に前記フレキシブル基板を前記プリント配線板に密着させる位置決め部材と、前記位置決め部材と置換するようにプリント配線板に固定され、前記回路部品を前記フレキシブル基板に位置決めするソケット部材とを備える。
前記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る電子機器は、筐体と、前記筐体に収容されるプリント回路板と、を具備し、前記プリント回路板は、プリント配線板と、前記プリント配線板に実装される部品固定装置と、前記部品固定装置に装着される回路部品とを含み、前記部品固定装置は、前記回路部品と前記プリント配線板とを接続する接続端子を含むフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板を保持し且つ前記プリント配線板に位置決めするとともに、前記フレキシブル基板と前記プリント配線板とを半田接続する際に前記フレキシブル基板を前記プリント配線板に密着させる位置決め部材と、前記位置決め部材と置換するようにプリント配線板に固定され、前記回路部品を前記フレキシブル基板に位置決めするソケット部材とを備える。
半田接続部の熱容量の増大を防止することができる。
以下に、図1から図5を参照して、本発明の部品固定装置を適用した電子機器の第1の実施形態について説明する。
図1に示すように、電子機器の一例であるポータブルコンピュータ11は、筐体12、キーボード13およびディスプレイ14を備えている。筐体12は、プリント回路板15を収容している。図2から図4に示すように、プリント回路板15は、プリント配線板21、部品固定装置22、および回路部品の一例であるBGA(Ball Grid Array)形の半導体パッケージ23を有している。部品固定装置22は、ソケット部材24、およびフレキシブル基板25を含んでいる。
ソケット部材24は、半導体パッケージ23を囲む枠体29と、枠体29に固定される蓋体30とを備えている。枠体29および蓋体30は、いずれも熱伝導性が高く放熱性に優れるアルミ合金で構成されている。枠体29で囲まれる領域に半導体パッケージ23を収容できる。
枠体29は、蓋体30を固定するための4個の横穴31を有している。また枠体29は、角部に対応する4箇所に、ねじ孔32を有している。このねじ孔32が設けられた四隅で、枠体29がプリント配線板21にねじ止め固定されている。ソケット部材24の枠体29とプリント配線板21との間に、前記フレキシブル基板25が挟まれている。この枠体29は、プリント配線板21から見て、フレキシブル基板25を挟んだ反対位置に配置している。
枠体29は、図3において手前の位置に、半導体パッケージ23を位置決めするための張出部33が設けられている。一方、半導体パッケージ23は、基板34と、半導体素子を収容する樹脂モールド35とを有している。この基板34に、前記張出部33に相補的な形状の切欠部34aが設けられている。枠体29により半導体パッケージ23をプリント配線板21に位置決めすることができる。図4に示すように、半導体パッケージ23の基板の下面には、格子状に並ぶ複数の半田ボール36が配置されている。
蓋体30は、枠体29で囲まれる領域41の一部を覆っている。蓋体30は、枠体29に固定するための一対の鉤部30Aおよび一対のジョイント部30Bを含んでいる。各鉤部30Aおよびジョイント部30Bは、枠体29の4個の横穴31に対応している。蓋体30は、蓋体30を取り外す際の手掛け部30Cを有している。
図4に示すように、蓋体30は、半導体パッケージ23をフレキシブル基板25に押し付けるための弾性体42を有している。弾性体42は、半導体パッケージ23の樹脂モールド35を避けて基板34に突き当たる枠形状を有している。なお、本実施形態では、図示省略しているが、蓋体30の樹脂モールド35に接触する位置に、熱伝導性のシートを貼着しておいても良い。この熱伝導性のシートに代えて熱伝導性のグリースを充填するようにしても良い。さらに、蓋体30を熱伝導性のよい銅材で構成することもできる。これらにより、半導体パッケージ23の放熱性をさらに向上させることができる。
プリント配線板21は、例えば銅製の配線層を積層した銅張積層板で構成されている。プリント配線板21は、図4に示すように、ソケット部材24をねじ止めするためのねじ部材43が貫通する係合孔44が設けられている。
図4と図5に示すように、フレキシブル基板25は、基板本体51と、半導体パッケージ23とプリント配線板21とを接続する複数の接続端子52とを含んでいる。複数の接続端子52は、半田ボール36に対応して格子状に並んでいる。基板本体51は、ポリイミドフィルムで、数μmから数十μmの厚さで構成されている。図3に示すように、基板本体51は、方形をなしており、四隅に前記ねじ部材43が貫通する貫通口53が設けられている。基板本体51に、半導体パッケージ23と位置合わせするための一対の孔54が設けられている。一対の孔54に対応して、半導体パッケージ23の基板34に図示しない凸部が設けられている。
図5に示すように、接続端子52は、可撓性を奏する形状を有している。本実施形態において接続端子52は、例えば中心に十字状のスリットが形成された板形状を有している。接続端子52の縁部は、例えばプリント配線板21に形成されたスルーホールメッキ55やパッドに半田接続されている。
半導体パッケージ23がフレキシブル基板25上に搭載され半田ボール36が接続端子52に突き当たると、接続端子52の中心部は、図5中に2点鎖線で示すようにプリント配線板21の方向に撓む。この状態において、接続端子52の中心部が板ばね状に作用して、半田ボール36が接続端子52に弾性的に支持される。半田ボール36と接続端子52との間には、電気的な接続が確保されている。
続いて、図6から図8を参照して、本発明の部品固定方法を適用した半導体パッケージ23の実装作業の流れについて説明する。この半導体パッケージ23の実装作業は、フレキシブル基板25と、フレキシブル基板25をプリント配線板21に位置決めするための位置決め部材61と、半導体パッケージ23を固定するソケット部材24とを用いて行うものである。半導体パッケージ23の実装作業の説明に先立ち、位置決め部材61について説明する。位置決め部材61は、前記部品固定装置22に含まれる。
位置決め部材61は、上面に設けられた吸引部61Aと、吸引部61Aの反対位置に設けられた機能部61Bを有している。この吸引部61Aは、自動搭載機62で吸引を受けることが可能である。吸引部61Aにより、自動搭載機62でフレキシブル基板25をプリント配線板21に搭載できる。機能部61Bは、方形の薄板状の本体63と、本体63の四隅に設けられた4個のピン64と、を有している。位置決め部材61は、例えば、熱容量の小さい金属材料で構成されている。
図7に示すように、4個のピン64は、先端が尖った形状を有している。このピン64は、前記フレキシブル基板25の貫通口53に対応する位置に設けられている。フレキシブル基板25は、貫通口53にピン64が圧入された状態で、弛みなく位置決め部材61に保持されている。この場合、ピンの基端の外径は、貫通口53の直径よりも大きく構成されている。また、図8に示すように、機能部61Bの本体63には、フレキシブル基板25の接続端子52に対応して、格子状に並ぶ複数の凹部65が設けられている。
図6に示すように、半導体パッケージ23の実装作業は、フレキシブル基板25を保持した位置決め部材61をプリント配線板21に装着する第1の工程から開始する。位置決め部材61の装着は、例えば自動搭載機62によって行われる。もちろん、作業者が手動で位置決め部材61の装着を行うようにしても良い。
フレキシブル基板25の装着の際には、位置決め部材61の4個のピン64がガイドの機能を果たす。すなわち、4個のピン64がプリント配線板21の4個の係合孔44に挿入される際には、各ピン64が各係合孔44によって誘導され、フレキシブル基板25が正しい位置に搭載される。この場合、プリント配線板21のスルーホールメッキ55やパッドに対して、フレキシブル基板25の接続端子52の位置合わせが行われる。
位置決め部材61がプリント配線板21に装着されると、図8に示すような状態になる。装着状態においては、位置決め部材61の機能部61Bにより、フレキシブル基板25をプリント配線板21に密着させている。また、プリント配線板21のスルーホールメッキ55やパッドには、予め半田が供給されている。位置決め部材61によってフレキシブル基板25をプリント配線板21に押し付けた状態で、続く第2の工程を行う。第2の工程では、プリント配線板21とフレキシブル基板25をリフロー炉に送って半田の溶融接続を行う。
第2の工程が終了した後、フレキシブル基板25を残して、位置決め部材61を除去する第3の工程を行う。第3の工程では、この位置決め部材61と置き換えられるように、ソケット部材24をプリント配線板21に装着する。第3の工程は、リフロー処理の終了後、作業者による後付け工程の一環として行われる。なお、除去された位置決め部材61は、再利用に供される。この位置決め部材61は、自動搭載機62で吸引して除去するようにしても良い。
ソケット部材24の装着は、まず、枠体29のみをプリント配線板21にねじ止めで装着することから開始する。枠体29は、フレキシブル基板25を挟んでプリント配線板21にねじ止めされる。これにより、フレキシブル基板25が平坦化される。
第3の工程が終了した後、半導体パッケージ23を搭載する第4の工程を行う。第4の工程では、ソケット部材24の枠体29で囲まれる領域に、半導体パッケージ23を搭載する。半導体パッケージ23は、フレキシブル基板25に直接載せこまれる。この場合、ソケット部材24のプリント配線板21およびフレキシブル基板25に対する位置合わせは、プリント配線板21の係合孔44とねじ部材43によってなされている。そして、半導体パッケージ23の半田ボール36とフレキシブル基板25の接続端子52との位置合わせは、枠体29と半導体パッケージ23の基板34との間やフレキシブル基板25の一対の孔54でなされる。この場合、枠体29の張出部33と基板34の切欠部34aによって、半導体パッケージ23の固定方向が規定される。
このように半導体パッケージ23を収容した枠体29に対し、蓋体30を固定するようにする。蓋体30は、まず、一対の鉤部30Aを枠体29の2個の横穴31に挿入した後、これらと対向する面に形成された2個の横穴31に一対のジョイント部30Bを通すことによって枠体29に固定される。蓋体30が固定されると、蓋体30の弾性体42によって半導体パッケージ23がフレキシブル基板25に押し付けられる。蓋体30の固定によって、半導体パッケージ23の実装作業が終了する。
図9を参照して、フレキシブル基板25の交換作業について説明する。この交換作業では、BGAリペアー装置71を用いてフレキシブル基板25とプリント配線板21との半田の溶融を行うようにする。BGAリペアー装置71は、ノズル72と、図示しない熱源とを有しており、熱風をプリント配線板21に供給することができる。
半導体パッケージ23とソケット部材24を除去した状態で、フレキシブル基板25にBGAリペアー装置71を適用する。BGAリペアー装置71によって半田の溶融がなされた後、フレキシブル基板25を除去して、新たなフレキシブル基板25を実装するようにする。このような方法をとることにより、プリント配線板21上の他の構造物の半田接続に悪影響を与えることなく、簡単にフレキシブル基板25の交換を行うことができる。
以上のように、本実施形態のポータブルコンピュータ11によれば、部品固定装置22にフレキシブル基板25を用いているため、外界からのストレスによってプリント配線板21に歪みが生じても、フレキシブル基板25とプリント配線板21の接続部に断線が生ずるのを防止できる。このポータブルコンピュータ11は、ソケット部材24を取り外した状態でフレキシブル基板25の半田接続がなされるため、周辺の熱容量が低減し半田の溶融不良が少なくなっている。
このポータブルコンピュータ11では、ソケット部材24とフレキシブル基板25とが別体になっている。このため、BGAリペアー装置71によってフレキシブル基板25を交換する際に、ソケット部材24を取り外した状態で交換作業が可能である。これにより、半田接続部の付近の熱容量を低減でき、半田の溶融を確実に行うことができる。
フレキシブル基板25の半田接続に用いる位置決め部材61において、機能部61Bは、フレキシブル基板25を保持する機能と、フレキシブル基板25をプリント配線板21に位置決めする機能と、第2の工程においてフレキシブル基板25の浮き上がりを防ぐ機能とを兼ね備えている。このため、それぞれの機能を果たす構造を個別に設ける必要がなく、位置決め部材61を簡単に構成できる。また、位置決め部材61は、本体63が薄型に形成されるとともに接続端子52に対応する位置に凹部65が設けられる点で、半田接続部の周囲の熱容量の低減に貢献している。
位置決め部材61は、自動搭載機62によって保持可能な吸引部61Aを有している。このため、フレキシブル基板25の折れ曲がり等を防止して、フレキシブル基板25を迅速且つ確実にプリント配線板21に搭載できる。
プリント配線板21に実装されるフレキシブル基板25は、ねじ止めされたソケット部材24の枠体29によって押さえつけられている。これにより、外部からの衝撃でフレキシブル基板25の周囲が浮き上がるのを防止できる。また、ソケット部材24を簡単に着脱することができる。
ソケット部材24は、半導体パッケージ23をフレキシブル基板25に押し付ける蓋体30を有している。このため、外部から衝撃が加わった際に、半導体パッケージ23の半田ボール36とフレキシブル基板25の接続端子52の間に断線が生じてしまうのを防止できる。この蓋体30は、枠体29で囲まれる領域41の一部を覆っている。これにより、枠体29で囲まれる領域41の他の部分が外部に開放され、ソケット構造の採用に起因する放熱性の悪化を防止できる。
フレキシブル基板25の接続端子52は、可撓性を有している。これにより、半導体パッケージ23の半田ボール36が接続端子52によって弾性的に支持され、蓋体30による押圧や外部からの衝撃によって半導体パッケージ23とフレキシブル基板25との接続部が破損してしまうのを防止できる。
また、プリント配線板21に設けられた固定用のねじ穴は、位置決め部材61のピン64が係合する係合孔44を兼ねている。このため、プリント配線板21に位置決めのための別途の構造物を設ける必要がなく、プリント回路板15の構成を単純にすることができる。
続いて、図10および図11を参照して、本発明の部品固定装置22を適用した電子機器の第2の実施形態について説明する。第2の実施形態の電子機器は、ソケット部材24とフレキシブル基板25の接続端子85以外の構造については第1の実施形態と同様であるため、共通の符号を付して説明を省略する。
図10に示すように、第2の実施形態のソケット部材81は、枠体82、蓋体83、および枠体82と蓋体83の間に設けられたヒンジ機構84、を有している。ヒンジ機構84により、枠体29に対して蓋体83が開閉自在に支持されている。
図11に破線で示すように、フレキシブル基板25の接続端子85は、中心から外側に向けて回転しながら延びる渦型形状をなしている。接続端子85の縁部は、プリント配線板21のスルーホールメッキ55やパッドに半田接続されている。半導体パッケージ23が搭載されると、半田ボール36が接続端子85の先端に突き当たって、図11に実線で示すように接続端子85の先端を押し下げる。接続端子85により、半田ボール36が弾性的に支持される。この支持状態において、接続端子85と半田ボール36との電気的な接続が維持されている。
第2の実施形態によれば、ヒンジ機構84を介して蓋体83が枠体82に取付けられるため、半導体パッケージ23を簡単に着脱することができる。また、半田ボール36が接続端子85によって弾性的に支持されるため、蓋体30によって半導体パッケージ23を押さえるようにしても、半田接続部に損傷が生ずるのを防止することができる。
本発明に係る部品固定装置22は、上記実施形態に示したポータブルコンピュータ用に限らず、例えば携帯情報端末のようなその他の電子機器に対しても実施可能である。
11…ポータブルコンピュータ、12…筐体、15…プリント回路板、21…プリント配線板、22…部品固定装置、23…半導体パッケージ、24…ソケット部材、25…フレキシブル基板、29…枠体、30…蓋体、41…領域、43…ねじ部材、44…係合孔、52…接続端子、61…位置決め部材、61A…吸引部、62…自動搭載機、81…ソケット部材、82…枠体、83…蓋体、85…接続端子
Claims (10)
- 回路部品とプリント配線板とを接続するフレキシブル基板を、位置決め部材を介してプリント配線板に位置決めする第1の工程と、
前記位置決め部材により前記プリント配線板に密着させた前記フレキシブル基板をこのプリント配線板に半田接続する第2の工程と、
前記第2の工程の後に前記位置決め部材を除去して、前記回路部品を位置決めするソケット部材を前記プリント配線板に固定する第3の工程と、
前記回路部品を前記フレキシブル基板に搭載する第4の工程と、
を具備したことを特徴とする部品固定方法。 - 前記位置決め部材は、自動搭載機で吸引可能であることを特徴とする請求項1に記載の部品固定方法。
- 回路部品とプリント配線板とを接続する接続端子を含むフレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板を保持し且つ前記プリント配線板に位置決めするとともに、前記フレキシブル基板と前記プリント配線板とを半田接続する際に前記フレキシブル基板を前記プリント配線板に密着させる位置決め部材と、
前記位置決め部材と置換するようにプリント配線板に固定され、前記回路部品を前記フレキシブル基板に位置決めするソケット部材と、
を具備したことを特徴とする部品固定装置。 - 前記位置決め部材は、自動搭載機で吸引可能な吸引部を有することを特徴とする請求項3に記載の部品固定装置。
- 前記ソケット部材は、前記プリント配線板に対して前記フレキシブル基板を間に挟んだ反対位置に設けられるとともに、前記プリント配線板にねじ止めされる枠体を有することを特徴とする請求項3に記載の部品固定装置。
- 前記ソケット部材は、前記枠体で囲まれる領域の一部を覆うとともに前記回路部品を前記フレキシブル基板に押し付ける蓋体を有することを特徴とする請求項5に記載の部品固定装置。
- 前記接続端子は、可撓性を有することを特徴とする請求項3ないし請求項6のいずれかに記載の部品固定装置。
- プリント配線板と、
前記プリント配線板に実装される部品固定装置と、
前記部品固定装置に装着される回路部品と、
を具備するプリント回路板であって、
前記部品固定装置は、
前記回路部品と前記プリント配線板とを接続する接続端子を含むフレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板を保持し且つ前記プリント配線板に位置決めするとともに、前記フレキシブル基板と前記プリント配線板とを半田接続する際に前記フレキシブル基板を前記プリント配線板に密着させる位置決め部材と、
前記位置決め部材と置換するようにプリント配線板に固定され、前記回路部品を前記フレキシブル基板に位置決めするソケット部材と、
を備えることを特徴とするプリント回路板。 - 前記プリント配線板は、前記フレキシブル基板を位置決めする際に前記位置決め部材が係合し、前記ソケット部材を固定する際にねじ部材が貫通する係合孔を有することを特徴とする請求項8に記載のプリント回路板。
- 筐体と、
前記筐体に収容されるプリント回路板と、を具備する電子機器であって、
前記プリント回路板は、
プリント配線板と、前記プリント配線板に実装される部品固定装置と、前記部品固定装置に装着される回路部品とを含み、
前記部品固定装置は、
前記回路部品と前記プリント配線板とを接続する接続端子を含むフレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板を保持し且つ前記プリント配線板に位置決めするとともに、前記フレキシブル基板と前記プリント配線板とを半田接続する際に前記フレキシブル基板を前記プリント配線板に密着させる位置決め部材と、
前記位置決め部材と置換するようにプリント配線板に固定され、前記回路部品を前記フレキシブル基板に位置決めするソケット部材と、
を備えることを特徴とする電子機器。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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