JP2007258209A - Mounting method of electronic component, soldering device, and mounting substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プリント基板に電子部品をはんだ付けにより実装する技術に係り、より詳しくはリード付き電子部品をプリント基板のスルーホールの周りのランドにはんだ付けする実装方法、該実装方法の実施に用いられるはんだ付け装置および該実装方法により得られた実装基板に関する。 The present invention relates to a technique for mounting an electronic component on a printed circuit board by soldering. More specifically, the present invention relates to a mounting method for soldering an electronic component with leads to a land around a through hole of the printed circuit board. The present invention relates to a soldering apparatus and a mounting board obtained by the mounting method.
リード付き電子部品をプリント基板に実装するには、プリント基板のスルーホールにリードを挿入させた状態で電子部品をプリント基板に搭載し、このプリント基板をはんだ槽上で搬送して、プリント基板の裏面に溶融はんだを接触させ、リードとプリント基板のランドとを接合するフローはんだ付けが一般に採用されている。 In order to mount electronic components with leads on the printed circuit board, the electronic components are mounted on the printed circuit board with the leads inserted into the through-holes of the printed circuit board, and the printed circuit board is transported on a solder bath. Flow soldering is generally employed in which molten solder is brought into contact with the back surface to join the lead and the land of the printed circuit board.
ところで、電子部品には、耐熱性が低くてフローはんだ付けが困難なもの、あるいは重量やサイズ的な条件(高重量、大型サイズ)からフローはんだ付けだけでははんだ量が不足するものがあり、この場合は、フロー処理後にはんだコテにより手作業にてはんだ付け(増量)を行っている。また、何らかの原因でフローはんだ付けが不完全になることがあり、この場合も、フロー処理後にはんだコテにより手直し(修正)を行っている。なお、前記はんだ量不足対策として、例えば、特許文献1に記載のものでは、スルーホール近傍のランド面に予め補助部材を配置し、該補助部材とリードとの間にはんだブリッジを発生させて、リードに対するはんだの付着量を増加させることを行っている。
By the way, some electronic parts have low heat resistance and are difficult to flow solder, or because of weight and sizing conditions (high weight, large size), the amount of solder is insufficient only by flow soldering. In this case, soldering (increase) is performed manually with a soldering iron after the flow treatment. Moreover, the flow soldering may be incomplete for some reason, and in this case as well, the soldering iron is used for correction (correction) after the flow treatment. In addition, as a measure against the insufficient amount of solder, for example, in the one described in
図2は、はんだコテ1によるはんだ付けの実施形態を示したもので、プリント基板2のスルーホール3に電子部品のリード4を挿入した状態で、スルーホール3の口部近傍にはんだコテ1を接近させ、はんだコテ1の熱で糸はんだ5を溶かして溶融はんだ6をスルーホール3に注入し、リード4をスルーホール3の周りのランド7に接合するようにしている。
FIG. 2 shows an embodiment of soldering with a soldering
しかるに、近年、プリント基板の多層化が進み、これに伴って銅配線密度が増し、プリント基板の熱容量が増加する傾向にある。このため、上記したはんだコテ1によるはんだ付け(コテ方式のはんだ付け)においては、はんだコテ1によるプリント基板2の加熱に時間がかかり、その分、はんだコテ1とプリント基板2との接触時間が増してプリント基板2が損傷(断線)してしまう危険があった。また、近年、環境問題から、Pbを含まないPbフリーはんだの使用が推し進められているが、Pbフリーはんだとして多用されるSn−Ag系はんだの融点は220度程度と高温であり、このような高融点のPbフリーはんだを用いた場合は、はんだコテの温度がさらに高くなり、プリント基板が損傷する危険がより一層高まるようになる。なお、Pbフリーはんだとしては、融点が200℃程度と比較的低いものもあるが(例えば、特許文献2参照)、この場合でも、前記したプリント基板の損傷の危険を避けることはできない。
However, in recent years, the number of printed circuit boards has increased, and accordingly, the copper wiring density has increased and the heat capacity of the printed circuit board tends to increase. For this reason, in the soldering with the soldering
また、上記したコテ方式のはんだ付けにおいては、溶融はんだ7が、その濡れ性だけでスルーホール3に充填されるため、図2に示されるように、溶融はんだ7がスルーホール3の途中までしか充填されず、はんだ充填量が不足して接合強度の面で不安が残る、という問題もあった。
Further, in the soldering method using the soldering method, since the
本発明は、上記したコテ方式のはんだ付けが有する種々の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、プリント基板に損傷を与えることなく高強度に電子部品を実装できる新たな実装方法、はんだ付け装置および実装基板を提供することにある。 The present invention has been made in view of various problems of the soldering of the iron method described above, and the problem is that a new electronic component can be mounted with high strength without damaging the printed circuit board. It is to provide a mounting method, a soldering apparatus, and a mounting substrate.
上記課題を解決するため、本発明に係る電子部品の実装方法は、プリント基板のスルーホールに電子部品のリードを挿入した後、溶融状態または半溶融状態のはんだを射出手段を用いて前記スルーホールに圧入し、電子部品をプリント基板にはんだ付けすることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the electronic component mounting method according to the present invention includes a step of inserting a lead of an electronic component into a through hole of a printed circuit board, and then injecting the molten or semi-molten solder using the injection means. The electronic component is soldered to a printed circuit board by press-fitting into the printed circuit board.
このように行う電子部品の実装方法においては、溶融状態または半溶融状態のはんだを射出手段を用いてプリント基板のスルーホールに圧入するので、プリント基板の加熱が抑えられ、しかも、スルーホール内へのはんだ充填量が十分に確保される。 In the electronic component mounting method performed in this way, the molten or semi-molten solder is press-fitted into the through hole of the printed circuit board by using the injection means, so that the heating of the printed circuit board is suppressed, and further, into the through hole. A sufficient solder filling amount is secured.
本発明の実装方法において、上記はんだの種類は任意であり、汎用のSn−Pbはんだはもちろん、融点の異なる種々のPbフリーはんだを用いることができる。また、Pbフリーはんだを用いる場合は、固液共存温度域を有するものを選択してもよく、この場合は、はんだを半溶融状態としてスルーホールに圧入することができる。 In the mounting method of the present invention, the kind of the solder is arbitrary, and various Pb-free solders having different melting points can be used as well as general-purpose Sn-Pb solder. Moreover, when using Pb free solder, you may select what has a solid-liquid coexistence temperature range, and in this case, a solder can be press-fitted into a through-hole by making it a semi-molten state.
本発明に係るはんだ付け装置は、はんだを半溶融状態に加熱保持する加熱手段と該加熱手段により半溶融状態とされたはんだを受け入れて先端のノズルより射出する射出手段とを備えていることを特徴とする。この場合、前記加熱手段は、はんだの種類に応じて加熱温度を自動設定する設定手段を備えている構成とすることができる。 The soldering apparatus according to the present invention includes a heating unit that heats and holds the solder in a semi-molten state, and an injection unit that receives the solder that has been semi-molten by the heating unit and injects the solder from the nozzle at the tip. Features. In this case, the heating means may include a setting means for automatically setting the heating temperature according to the type of solder.
本発明に係る実装基板は、プリント基板のスルーホールに電子部品のリードが挿入され、該リードが前記スルーホールに充填されたはんだ層を介して該スルーホールの周りのランドに接合されている実装基板において、前記スルーホールに充填されたはんだ層が、溶融状態または半溶融状態のはんだを射出手段を用いて前記スルーホールに圧入することにより形成されていることを特徴とする。この場合、前記はんだ層は、プリント基板の表・裏両面にフィレットを形成する構成とするのが望ましい。 The mounting board according to the present invention is a mounting in which a lead of an electronic component is inserted into a through hole of a printed circuit board, and the lead is joined to a land around the through hole via a solder layer filled in the through hole. In the substrate, the solder layer filled in the through hole is formed by press-fitting molten or semi-molten solder into the through hole using an injection unit. In this case, the solder layer is preferably configured to form fillets on both the front and back surfaces of the printed circuit board.
本発明によれば、プリント基板に電子部品をはんだ付けする際、プリント基板の加熱が抑えられるので、多層化してもプリント基板が損傷することはなくなり、その上、スルーホール内へのはんだ充填量が十分に確保されるので、プリント基板に対する電子部品の接合強度が十分に高まり、品質的に信頼性の高い実装基板を安定して得ることができる。 According to the present invention, when the electronic component is soldered to the printed circuit board, heating of the printed circuit board is suppressed, so that the printed circuit board is not damaged even when the number of layers is increased. Is sufficiently secured, the bonding strength of the electronic component to the printed circuit board is sufficiently increased, and a highly reliable mounting board with high quality can be stably obtained.
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の1つの実施形態を示したものである。なお、図2に示した部分と同一部分には同一符号を付している。同図中、10は、プリント基板2のスルーホール3に半溶融状態のはんだ11を圧入する射出装置(射出手段)、16は、前記射出装置10に供給するはんだを固液共存温度域(半溶融状態)に加熱保持する加熱装置(加熱手段)である。前記射出装置10および加熱装置16は、プリント基板2に電子部品のリード4をはんだ付けするはんだ付け装置を構成している。
FIG. 1 illustrates one embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part same as the part shown in FIG. In the figure, 10 is an injection device (injection means) for press-fitting
射出装置10は、先端にノズル12を有する射出スリーブ13と、この射出スリーブ13に摺動可能に内装されたプランジャ14と、このプランジャ14に一端が連結され、他端が射出スリーブ13の外部へ延ばされたロッド15とを備えている。射出装置10は、手動式であっても自動式であってもよく、何れの場合も、射出スリーブ13内に半溶融状態のはんだ11を受入れた後、ロッド15を介してプランジャ14を押込むことで、射出スリーブ13内のはんだ11がノズル12より射出される。なお、射出スリーブ13にはヒータを外装または内蔵するようにしてもよく、この場合は、はんだ11の冷却を抑えることができる。また、はんだ11に接触するプランジャ15の先端に断熱材を接合しておくことも、はんだ11の冷却を抑える上で効果的となる。一方、加熱装置16は、ヒータを内蔵する加熱炉17と加熱炉17の温度を制御するコントローラ18とを備えている。コントローラ18は、はんだの種類に応じて加熱温度を自動設定する設定手段(図示略)を備えた構成としてもよく、この場合は、はんだ種類を表わすスイッチ操作に応じてはんだが固液共存温度域内の所定の温度に加熱保持される。
The
電子部品をプリント基板2に実装するには、予め加熱装置16の加熱炉17内ではんだを半溶融状態に加熱保持する。そして、プリント基板2のスルーホール3に電子部品のリード4を挿入した後、加熱装置16から射出装置10の射出スリーブ13に半溶融状態に加熱されたはんだ11を供給し、この半溶融状態のはんだ11をプランジャ14の操作によりノズル12から射出し、スルーホール3に圧入する。この圧入によりはんだ11は、スルーホール3内を流動してプリント基板2の下面側へ向かい、これによりスルーホール3内は、はんだ11により十分に満たされる。また、プリント基板2の下面側へ向かって流動したはんだ11は、該スルーホール3の下側開口から外部へ流出して、ランド7のフランジ面上に拡大し、これによりプリント基板2の下面側にはフィレット11´が形成される。一方、スルーホール3内にはんだ11が充填された後、さらに射出スリーブ13のノズル12からはんだ11を適当量射出することで、プリント基板2の表面側にもフィレット11´が形成される。この場合、はんだ11が粘稠な半溶融状態となっているので、フィレット11´を容易に形成することができる。
In order to mount the electronic component on the printed
このようにして電子部品のリード4が、はんだ(はんだ層)11によりスルーホール3の周りのランド7に接合され、プリント基板2に対する電子部品の実装は終了する。しかして、半溶融状態のはんだ11を射出シリンダ13のノズル12からスルーホール3内に圧入するので、従来のはんだコテ1(図2)によるはんだ付けのようにプリント基板2が高温に加熱されることはなく、したがってプリント基板2が多層化されて、その熱容量がアップしていても、該プリント基板2が損傷を受けることはなくなる。また、周辺が高熱に晒されることがないので、耐熱性の低い電子部品を実装する場合でも、その損傷を未然に防止することができる。しかも、はんだ11がスルーホール3内に十分に充填されるので、電子部品のリード4とランド7との接合強度も高まり、重量が重い電子部品であってもあるいはサイズが大きい電子部品であっても安定してプリング基板2に実装できる。本実施形態においては特に、プリント基板2の表・裏両面にはんだのフィレット11´が形成されているので、接合強度はより一層高まり、高重量でかつ大型サイズの電子部品の実装に好適となる。
In this way, the lead 4 of the electronic component is joined to the
なお、上記実施形態においては、半溶融状態のはんだ11をスルーホール3に圧入するようにしたが、本発明は、溶融状態のはんだをスルーホール3に圧入してもよいことはもちろんである。この場合も、上記したように射出シリンダ13のノズル12を通じてスルーホール3に溶融状態のはんだを圧入するので、プリント基板2が高温に加熱されることはない。
In the above-described embodiment, the
ここで、上記したはんだ付けに用いるはんだ11としては、Pbを含まないPbフリーはんだを用いるのが望ましい。一方、実装基板が、例えば自動車の電子制御装置(ECU)に用いられる場合は、高温、高湿の使用環境となるので、このような環境に対して十分なる耐性を有するはんだを用いるのが望ましい。これら条件を満足するはんだとしては、例えば、表1に示すものがある。
Here, as the
表1に示すはんだのうち、Sn−3.0Ag−0.5Cu合金は共晶組成であり、溶融状態で使用する場合は、この合金を選択するのが望ましい。また、本発明では、射出装置10を用いてプリント基板2のスルーホール3に圧入するので、溶融状態とする温度をそれほど高くする必要はなく、その使用温度は、融点(219℃)よりプラス10℃程度、すなわち230℃程度に設定すれば十分である。
Among the solders shown in Table 1, the Sn-3.0Ag-0.5Cu alloy has a eutectic composition, and this alloy is preferably selected when used in a molten state. Further, in the present invention, since the
一方、表1中のSn−3.0Ag−1.2Cu合金、Sn−3.5Ag−0.5Bi−3.0In合金およびSn−10Bi−5Zn合金は、何れも固液共存温度域を有しており、半溶融状態で使用する場合は、これら合金を選択する。これら合金の使用温度は、固相線と液相線との間の中間温度とするが、Sn−10Bi−5Zn合金は他の二者に比べて、固相線と液相線の温度差が広くかつ使用温度が低いので、作業性の面で有利である。 On the other hand, Sn-3.0Ag-1.2Cu alloy, Sn-3.5Ag-0.5Bi-3.0In alloy and Sn-10Bi-5Zn alloy in Table 1 all have a solid-liquid coexistence temperature range. These alloys are selected when used in a semi-molten state. The operating temperature of these alloys is an intermediate temperature between the solidus and liquidus, but the Sn-10Bi-5Zn alloy has a temperature difference between the solidus and liquidus that is different from the other two. Since it is wide and the use temperature is low, it is advantageous in terms of workability.
なお、例えば、前記特許文献2(特開2003−51671号公報)には、Sn−1Bi−8Zn合金、Sn−3Bi−8Zn等のPbフリーはんだが記載されているが(その[表1]参照)、それらの温度差は、前者で7℃、後者で10℃であり、このようなはんだを選択した場合は、作業性の面で不利となる。また、これら合金は、耐熱性、耐湿性の面で問題があり、上記ECUへの適用が困難となる。 For example, in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-51671), Pb-free solders such as Sn-1Bi-8Zn alloy and Sn-3Bi-8Zn are described (see [Table 1]) The temperature difference between them is 7 ° C. in the former and 10 ° C. in the latter. When such a solder is selected, it is disadvantageous in terms of workability. In addition, these alloys have problems in terms of heat resistance and moisture resistance, and are difficult to apply to the ECU.
2 プリント基板
3 スルーホール
4 電子部品のリード
10 射出装置(射出手段)
11 はんだ(はんだ層)
11´ フィレット
12 ノズル
13 射出スリーブ
14 プランジャ
16 加熱装置(加熱手段)
17 加熱炉
18 コントローラ
2 Printed
11 Solder (solder layer)
11 '
17
Claims (7)
The mounting board according to claim 6, wherein the solder layer forms fillets on both the front and back surfaces of the printed board.
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