JP2008159914A - 部品実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品を挿入後に行うリフロー工程時に発生するガスを外部に逃がすクリーム半田印刷形状を形成する基板実装方法を提供する。
【解決手段】電子部品のリードを挿入するスルーホールは、基板の表面近くにリード直径より大きいザグリ部を備え、ザグリ部を備えるスルーホールの内側面にメッキ層が形成される基板に、ザグリ部を備えるスルーホールに対応する第１凸部を備え、第１凸部の長さがザグリ部の深さ以上の形状を有するメタルマスクをセットして半田印刷する半田印刷工程と、半田印刷後に、ザグリ部を備えるスルーホールに繋がる孔部に前記電子部品のリードを貫通させる実装工程と、電子部品を実装した基板をリフローする工程と、を行う部品実装方法である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プリント配線基板へ電子部品を実装する技術に関する。

一般に、大型の電子部品（コンデンサ、インダクタ等）は、表面実装部品が実装された後、プリント配線基板（以下、基板）の各スルーホールに挿入される。その後、各大型部品のリードが局部半田付けによって基板の回路パターンのランドに接合されて、基板に定着される。この場合、リードがスルーホールに容易に挿入されるように、当該リードの直径に対してスルーホールの直径が大きく形成されている。このため、リードとスルーホールとの間に形成される隙間によってリードとランドとが接合される半田部分に、電子部品と基板との線膨張率の差等に起因する応力が作用される。そして、該応力が半田に繰り返し作用されると、当該半田部にクラックが発生して、リードとランドとの電気的接続に支障をきたす。

そこで、特許文献１によれば基板に「ザグリ」を入れ、高強度を確保する方法が提案されている。部品面にスルーホールと同心のザグリを設けておいて、該ザグリに半田印刷時にクリーム半田が挿入される。そして、リフロー処理によって電子部品のリードとザグリの空隙に半田部が形成されて電子部品が他の実装部品と同一工程で基板に定着される。

これにより、リードの局部半田付けの工程が廃止されて、基板の生産性が高められる。また、ザグリに形成された半田部によってリードの電気的接続が確保される。
しかしながら、特許文献１の方法で電子部品を基板に実装した場合、リフロー後の半田内部に空洞やボイドができやすい（図４）。

例えば、図３の（ａ）に示す基板１は多層基板であり、絶縁樹脂で構成される絶縁層（第１層、第２層・・・）と配線パターン２（金属）により形成される基板である。また、基板１にはスルーホール３が設けられ、スルーホール３にはザグリ部４（破線部分）を備えている。また、スルーホール３の内側面には金属メッキがされ、配線パターン２に接続されている。

そして、図３の（ｂ）に示すように半田印刷をするとザグリ部４と基板表面に跨るように配線パターン２にクリーム半田５が付着する。
基板１の部品挿入面に形成されたザグリ部４は、図３の（ｃ）に示す電子部品６のリード部７の直径をｄ１、スルーホール３の直径をｄ２、ザグリ部４の直径をｄ３（図３）とした場合に、ｄ３＞ｄ２＞ｄ１となる。また、ザグリ部４は必要に応じて複数箇所に配設される。

図３の（ｃ）は電子部品６を図３の（ｂ）に示すスルーホール３上に挿入しリフローした図である。図３の（ｃ）の空洞８は、挿入する電子部品６のリード部７をスルーホール３へ挿入した際にスルーホール３の部品挿入穴を塞いだ場合、クリーム半田溶融時、フラックス成分が気化してガスとなり、そのガスの抜けていくルートが基板１下面しかなくなり、半田付け時間中に完全に抜けきれなかったガスが、半田付け接合部に空洞８として残ってしまったことを示している。そのため、ザグリ部４とリード部７に十分な半田接合部分を形成することができず、強度の低下をまねくという問題がある。

また、図４に示す工程によりボイドができる場合がある。図４の工程Ｓ４１では図３の（ａ）（ｂ）（ｃ）同様に基板１にメタルマスク９をセットし、半田印刷をする。
工程Ｓ４２では図３の（ａ）（ｂ）（ｃ）同様に電子部品６をスルーホール３に挿入し、工程Ｓ４３では図３の（ｂ）に示した場合と異なり、スルーホール３の部品挿入穴を塞がないようにする。例えば、タンタルコンデンサなどのリードのようにリードの一部分を曲げた構成の電子部品では上面を塞がない。ところが、クリーム半田５をリード部７の先端で押しながら挿入するため、リード部７の根元の付近へ半田５が付着しにくくなる。また、スルーホール３のザグリ部４が大きければ大きいほどクリーム半田５の上面は、半田印刷の際にスキージにより削られ、クリーム半田５の中央部がへこんでしまいさらにリード部７の根元に半田が付着しにくくなるという問題がある。

さらに、工程Ｓ４４では図３の（ｂ）同様、基板１に電子部品６を実装した後にリフローをする。この場合でも半田付け時間中に完全に抜けきれなかったフラックス成分が気化したガスが、半田付け接合部にボイド１１として残ってしまう。そのため、ザグリ部４とリード部７に十分な半田接合部５を形成することができず、強度の低下をまねくという問題がある。

また、リード部７の先端には付着した半田がリード部７の先端で角状に形成されるため、ノイズを放射することがある。
特開２００６−３２７０２号公報

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたものであり、リード部を電極として備える電子部品を挿入後に行うリフロー工程時に発生するガスを外部に逃がすクリーム半田形状を形成する基板実装方法を提供することを目的とする。

本発明のひとつである基板を貫通する長さのリード部を電極として備えた電子部品の、前記基板への部品実装方法であって、前記電子部品のリードを挿入するスルーホールは、前記基板の表面近くに前記リード直径より大きいザグリ部を備え、前記ザグリ部を備える前記スルーホールの内側面にメッキ層が形成される前記基板に、前記ザグリ部を備えるスルーホールに対応する第１凸部を備え、前記第１凸部の長さが前記ザグリ部の深さ以上の形状を有するメタルマスクをセットして半田印刷する半田印刷工程と、前記半田印刷後に、前記メタルマスクを取り外したときに形成されるクリーム半田を貫通して前記ザグリ部を備えるスルーホールに繋がる孔部に前記電子部品のリードを貫通させる実装工程と、前記電子部品を実装した前記基板をリフローする工程と、を行うことを特徴とする。

好ましくは、前記半田印刷工程は、前記メタルマスクの前記第１凸部の近傍に少なくとも１つ以上の第２凸部をもうけ、その第２凸部は前記ザグリ部に一部半田が充填されない空間を形成してもよい。

好ましくは、前記第２凸部で形成された凸部の長さは前記ザグリ部の深さ以内としてもよい。
上記構成の基板とメタルマスクを用いることで半田接合部分の強度を向上させる。

本発明によれば、リードの先端方向（真下）にクリーム半田を印刷しないため、リード根元付近まで半田が接触し半田付けフィレットがリード根元付近までできる。また、リフロー時、クリーム半田中の気化したフラックスガスが抜けていきやすいようにクリーム半田を印刷することにより、半田内の空洞やボイドの発生を抑制できる。

以下図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細を説明する。
（実施例１）
実施例１について図１を用いて説明をする。図１は基板１を貫通する長さのリード部７を電極として備えた電子部品６の、基板１への部品実装方法を示している。

例えば、図１の（ａ）〜（ｄ）に示す基板１は多層基板であり、絶縁樹脂で構成される絶縁層（図１の第１層、第２層・・・）と配線パターン２（金属、例えばＣｕ）により形成される基板である。また、基板１にはスルーホール３が設けられ、スルーホール３にはザグリ部４を備えている。また、スルーホール３の内側面には金属メッキがされ、配線パターン２に接続されている。

基板１には部品挿入面に形成されたザグリ部４は、電子部品６のリード部７の直径をｄ１（図１の（ｂ））、スルーホール３の直径をｄ２（図１の（ｂ））、ザグリ部４の直径をｄ３（図１の（ｂ））とした場合に、ｄ３＞ｄ２＞ｄ１となる。また、ザグリ部４は必要に応じて複数箇所に配設される。

そして、図１の（ａ）に示すようにメタルマスク１２により半田印刷をするとザグリ部４と基板表面に跨るように配線パターン２にクリーム半田１５が付着する。
メタルマスク１２（凸部を有する）は、電子部品６のリード部７を挿入するスルーホール３に対応する部分に第１凸部１３を備える。第１凸部１３の長さ（Ｌ１）はザグリ部４の深さ（Ｌ２）より長い構成である（Ｌ１＞Ｌ２）。このメタルマスク１２により半田印刷されたクリーム半田１５の形状は、クリーム半田１５がザグリ部４内にとどまるとともに、ザグリ部４から基板１の表面の配線パターン２に跨るように付着する。また、図３、４に示した従来例と異なり電子部品６のリード部７の根元付近までクリーム半田１５がくるようにするため、クリーム半田１５中央部（ザグリ部４の中央部付近）にクリーム半田１５を貫通する孔部２０が形成される。

工程Ｓ1（図１の（ａ））では基板１にメタルマスク１２をセットし、その後、半田印刷をしてメタルマスク１２を取り外す。この工程ではクリーム半田１５の中心を貫通してザグリ部４（ザグリ部４の中央部付近）を備えるスルーホール３に繋がる孔部２０に電子部品６のリード部７を貫通させるクリーム半田１５を形成する。

工程Ｓ２（図１の（ｂ））では電子部品６をスルーホール３に挿入し、工程Ｓ３（図１の（ｃ））ではスルーホール３の部品挿入穴を塞がないようにし、クリーム半田１５の孔部２０にリード部７の先端を挿入していく。孔部２０にリード部７が挿入され、半田をリード部７で押し込むことがないため、リード部７の根元の付近へ半田が付着しやすくなる。また、メタルマスク１２に第１凸部１３があるため、半田印刷の際にクリーム半田１５がスキージにより削られる範囲が削減できる。

工程Ｓ４（図１の（ｄ））では基板１に電子部品６を実装した後にリフローをする。
上記工程によりリードの先端方向（真下）にクリーム半田を印刷しないため、リード根元付近まで半田が接触し半田付けフィレットがリード根元付近までできる。

また、リード部７の先端に従来のように半田１１（図４の（ｃ））が付着しにくいため、リフロー後半田がリード部７の先端で角状に形成されない。
（実施例２）
次に実施例２について説明をする。実施例２は実施例１と同じ工程であるが、図２に示すメタルマスク１６（凸部を備える）を使用する。メタルマスク１６を用いることにより、図３、４に示した空洞８やボイド１１の発生を抑制することができる。つまり、半田付け時間中にフラックス成分が気化したガスを抜くことができる。

実施例２のメタルマスク１６（凸部を有する）は、電子部品６のリード部７を挿入するスルーホール３に対応する部分に第１凸部１３を備えるとともに第２凸部１７を複数もうけた構成である。第１凸部１３の長さ（Ｌ１）は実施例１同様ザグリ部４の深さ（Ｌ２）より高い構成であるされる（Ｌ１＞Ｌ２）。

また、第２凸部１７は第１凸部１３と異なる位置に複数配設する。つまり、ザグリ部４の範囲に複数の第２凸部１７を設ける。第２凸部１７の長さはザグリ部４の深さと同じ長さであってもよいし、短くてもよく、フラックス成分が気化したガスを抜くことができるような穴部１９であればよい。

また、メタルマスク１６により半田印刷されたクリーム半田１８の形状は、クリーム半田１８がザグリ部４内にとどまるとともに、ザグリ部４から基板１の表面の配線パターン２に跨るように付着する。また、電子部品６のリード部７の根元付近までクリーム半田１８がくるようにするため、クリーム半田１８中央部（ザグリ部４の中央部付近）にクリーム半田１８を貫通する孔部２０が形成される。

図２ではザグリ部４内にメタルマスク１６の第１凸部１３によって形成された孔部２０の両側に、第２凸部１７により形成された穴部１９がある。この穴部１９によりフラックス成分が気化したガスを抜くことができる。

工程Ｓ２１（図２の（ａ））では基板１にメタルマスク１６をセットし、その後、半田印刷をしてメタルマスク１６を取り外す。この工程ではクリーム半田１８の中心を貫通してザグリ部４（ザグリ部４の中央部付近）を備えるスルーホール３に繋がる孔部２０に電子部品６のリード部７を貫通させるクリーム半田１８を形成する。

工程Ｓ２２（図２の（ｂ））では電子部品６をスルーホール３に挿入し、工程Ｓ２３（図２の（ｃ））ではスルーホール３の部品挿入穴を塞がないようにし、クリーム半田１８の孔部２０にリード部７の先端を挿入していく。孔部２０にリード部７が挿入されるためリード部７の根元の付近へ半田が付着しやすくなる。また、クリーム半田１８を直接押さないためクリーム半田１８がリード部７によりへこみにくくなる。また、メタルマスク１６に第１凸部１３があるため、半田印刷の際にクリーム半田１８がスキージにより削られる範囲が削減できる。

工程Ｓ２４（図２の（ｄ））では基板１に電子部品６を実装した後にリフローをする。リフローするとき穴部１９からフラックス成分が気化したガスが抜けるため空洞８やボイド１１ができにくくなる。その結果、ザグリ部４とリード部７に十分な半田接合部を形成することができ、半田接合部の強度を向上させることができる。

また、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

実施例１の工程を示す図である。 実施例１の工程を示す図である。 従来のザグリ部を利用した電子部品（リード部品）の挿入時に発生する空洞を示す図である。 従来の工程を示す図である（ボイドが発生する場合）。

符号の説明

１ 基板、
２ 配線パターン、
３ スルーホール、
４ ザグリ部、
５ クリーム半田（半田）、
６ 電子部品
７ リード部、
８ 空洞、
９ メタルマスク、
１０ 開口部
１１ ボイド、
１２ メタルマスク、
１３ 第１凸部、
１４ 開口部、
１５ クリーム半田、
１６ メタルマスク、
１７ 第２凸部、
１８ クリーム半田、
１９ 穴部（半田）、
２０ 孔部（半田）

Claims (3)

1. 基板を貫通する長さのリード部を電極として備えた電子部品の、前記基板への部品実装方法であって、
   前記電子部品のリードを挿入するスルーホールは、前記基板の表面近くに前記リード直径より大きいザグリ部を備え、前記ザグリ部を備える前記スルーホールの内側面にメッキ層が形成される前記基板に、
   前記ザグリ部を備えるスルーホールに対応する第１凸部を備え、前記第１凸部の長さが前記ザグリ部の深さ以上の形状を有するメタルマスクをセットして半田印刷する半田印刷工程と、
   前記半田印刷後に、前記ザグリ部を備えるスルーホールに繋がる孔部に前記電子部品のリード部を貫通させる実装工程と、
   前記電子部品を実装した前記基板をリフローする工程と、
   を行うことを特徴とする部品実装方法。
2. 前記半田印刷工程は、前記メタルマスクの前記第１凸部の近傍に少なくとも１つ以上の第２凸部をもうけ、その第２凸部は前記ザグリ部に一部半田が充填されない空間を形成することを特徴とする請求項１に記載の部品実装方法。
3. 前記第２凸部で形成された穴部の深さは前記ザグリ部の深さ以内であることを特徴とする請求項２に記載の部品実装方法。