JP2008533744A

JP2008533744A - マイクロ半田ポット

Info

Publication number: JP2008533744A
Application number: JP2008502085A
Authority: JP
Inventors: ハロルド，ビー．ケント，; ジェイムス，ジェイ．レバント，; アーロン，ティー．ファイン，; ジョセフ，アール．レイトン，
Original assignee: MEDCONX Inc
Current assignee: MEDCONX Inc
Priority date: 2005-03-15
Filing date: 2006-03-15
Publication date: 2008-08-21
Also published as: EP1866961A2; IL185762A0; WO2006099571A3; EP1866961A4; US20060285279A1; WO2006099571A9; US7718927B2; WO2006099571A2

Abstract

マイクロ半田ポットは、中に形成された少なくとも１つのホールを有する誘電体基板と、ホールの内部と結合した導体コーティングと、ホールから離間して設けられ、ホールの導体コーティングと熱伝達状態にある少なくとも１つの熱伝導パッドとを備える。熱伝導パッドが熱源に露出されると、ホール内面の導体コーティングは加熱される。マイクロ半田ポットは、ホール内に設けられる熱活性化導体材料をさらに備えてもよい。熱伝導パッドが熱源にさらされると、熱活性化導体材料は液相化し、部品を液相化材料中に挿入することができる。熱源を取り除くと、熱活性化導体材料は冷えて部品をホールの導体コーティングに結合する。

Description

本発明は広くは半田付け技術に関し、より詳細には、マイクロ半田ポットを用いた微細ワイヤの半田付け技術および装置に関する。

コネクタのワイヤ結線の最も一般的な方法の１つは、ワイヤを半田カップに手半田付けする方法である。半田カップは特定のワイヤ径に適合するように形成され、ほとんどの場合、接触ピンの一部として設けられてクランプコネクタ内のスペースを節約する。都合が悪いことには、半田カップの加熱によって隣接半田カップの半田を剥がす可能性があるために、熟練作業者による注意深い手半田付けが求められる。半田カップはさらに、その開口部がコネクタ中心から常に外方に向かうように、コネクタ内で注意深く配置されなければならない。さらに、半田カップを結線前に事前に準備することも非常に難しい。アッセンブリ工程では、コネクタの中央部からスタートして、ワイヤを最初は中心部の半田カップに半田付けし、その後ゆっくりと同心円上の外側半田カップに向かって作業する必要がある。中央部のジョイント部に何らかの問題があれば、その再加工は非常に困難となる。こうした制約下で、手作業による高品質な半田ジョイント部を得ることは非常に困難である。さらに、これらの注意深く作られたジョイント部では、フラックス残渣を除去するために、溶剤による洗浄をしなければならず、機械的なブラシ掛けを度々行なう必要がある。このために、ワイヤおよび半田ジョイント部には機械的ストレスが発生し、しばしば絶縁破壊を生じる。

配線に使われるワイヤが細くなれば、半田カップの使用が著しく困難になる。例えば銀または銅などの非常に柔らかい金属材料の直径０．００２インチ（人間の髪の毛の直径より小さい）のワイヤの手半田付けの多くが失敗に終わる。さらに、半田ごてからの燃焼フラックス、酸化、および他の汚染物質が半田ジョイント部に移動してくることも多く、ジョイント部が汚染される。さらに、半田ごてを適用する際の機械的なてこ比が大きく、これもまたアッセンブリ中の細線の破損につながる。機械洗浄プロセスと溶剤洗浄プロセスによっても、破損が生じる。

ＰＣＢなどの誘電体基板に部品を結合するためのマイクロ半田ポットが記載される。

マイクロ半田ポットは、ワイヤなどの部品をプリント配線基板（「ＰＣＢ」）などの基板に接合するために用いられる。一例では、マイクロ半田ポットは、基板内に設けられた銅めっきされたホールで形成される。熱伝導パッドは、上記のホールと熱伝達し、従ってホール内のめっきとも熱伝達する。接続半田が上記ホール内に入っていて、加熱されると、ワイヤを上記接続半田内に挿入できる。接続半田は、熱伝導パッドと熱伝達する熱源によって活性化される該熱伝導パッドを１つ以上利用して加熱される。熱源が取り除かれると、接続半田は冷えて硬化する。その結果、部品は機械的に拘束された状態で、必要であれば、基板上の他の部品と導通状態になるように基板に取り付けられる。

半田は、外部熱源と熱伝導パッドとの間の伝熱を促進するために熱伝導パッドに用いることができるが、ただしこれは絶対に必要なものではない。部品の半田ジョイント部の汚染を防止するために、熱伝導半田と接続半田とが混じらないように、ソルダレジストあるいは他の既知の塗装誘電体などの塗装誘電体が用いられてもよい。

ホールには、部品の挿入を容易にするために、接続半田量をさらに追加するために、および／または空間および電気配線の経路上の理由で、カウンタシンク、カウンタボアあるいは他の形状が含まれてもよい。ホールのめっきを延長してホール周囲の基板表面上に円環を形成するほか、熱伝導パッドを形成することができる。部品がワイヤの場合、マイクロ半田ポットに挿入する前に通常、絶縁被覆を剥がし、時にはツイストしたり、半田で「錫引」する。マイクロ半田ポットに挿入されるワイヤの端部は、半田内での機械的保持力を高め電気的特性を向上させるために、成形したりあるいは曲げることができる。

例示のプロセスでは、両方のワイヤの前錫引および前洗浄と、基板上のマイクロ半田ポットの前錫引および前洗浄処理が可能である。その後、マイクロ半田ポットは、熱伝導パッドを使用してリフローすることができ、ワイヤは、追加のフラックスを何ら用いることなく、基板上のマイクロ半田ポットに半田付けされる。これによって、半田ごてあるいは他の熱源などが微細ワイヤに物理的に触れることがなくなり、高品質の半田ジョイント部の生成が可能になる。さらに、過酷な洗浄も必要なくなる。救命医療用具の分野においては、このシステムとプロセスによって直接労働力の大幅な削減に繋がり、３０％もの向上が図られる。これに伴って、総合的にシステムの品質および機能性が向上する。

以下、図面を参照する。図１は、絶縁体または基板１０に、ワイヤ３０のような部品を付けるためのマイクロ半田ポット５を例示する。ここでの部品とは、ＰＣＢなどの誘電体基板１０に設けることができるすべてのタイプの部品を包含する。用語、部品およびワイヤは、互いに交換可能に用いられる。上記用語は、まとめてあるいは単独で、ワイヤ、スルーホール部品、表面実装部品、スプリング、クリップおよび他のＰＣＢに接続されてもよい既知のアイテムを含むすべてのタイプの部品を包含している。絶縁体１０は、繊維ガラス（つまりＦＲ−４）から作られ、その上に圧延銅および軟銅、めっき銅、ニッケル、金などから作られた導電性トレースを有する既知のプリント配線基板であってもよい。（しかしながら、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、セラミックラミネート、ガラス繊維、熱可塑性プラスチック、テフロン（登録商標）およびその他同種のものなどの基板材料が繊維ガラスに直接代わるものとして使用でき、ほぼ任意の導体材料が銅に直接代わるものとして使用できる。）
開口部あるいはビア１２（以後、「ホール」と呼ぶこともある）が絶縁体１０内に形成される。ビア１２は、絶縁体１０の第１の上面１４から絶縁体１０の第２の底面１６に延在する。またはビア１２は、絶縁体１０の一部分のみに延在する袋孔であってもよい。ビア１２は、１つの面が基板１０の第１の面１４か、第２の面１６に開口している限り、任意の形状であってよい。ビア１２の内表面は、導体材料１８でコートされている。導体材料１８は、基板上に所望の回路パターン（図示せず）を形成させるために、基板１０上で形成されたトレースと導通状態にある。ビア１２は、機械的および／または電気的にワイヤ３０を絶縁体１０に接続する半田などの充填材２６で充填される。あるいは、例えば導電性エポキシ、シルバーインキ、有鉛半田、鉛フリー半田、ろう付け、導電性高分子、めっき金属、スプレー金属あるいはスパッタ金属、電着金属などの、形成可能な導体材料あるいは積層材料を、充填材２６として用いてもよい。導電性が必要でない場合は、上記材料は熱成形可能でさえあればよい。

図１で示すように、導体材料１８はホール１２から延長され、ビア１２のまわりの垂直平面表面に隣接しかつこれを好適に取り囲む導体構造１００を形成する。この導体構造１００は、円孔の場合にはホール１２のまわりの円環であるか、またはホール周囲を囲む任意の形状であってもよい。導電性材料１８は、基板１０の上面１４から凹んでいるか、あるいは上面１４上に位置していてもよい。

導体構造１００は、ホール１２の内部に位置する導電性材料１８に熱的に結合している。導体構造１００を定義するこの導電性材料１８は、ビア１２の平面表面を完全に囲むように示されているが、場合によっては、ビア１２を部分的に囲むものであってもよい。更に、ビア１２に繋がっている導電性材料１８は、絶縁体１０の上面１４上の導体構造１００から離れる方向に延びる導電性材料のパスまたは境界層を含んでいる。このパスまたは境界層は、熱伝導パッド２０を形成する。熱伝導コンジット２１も、いくつかの例において形成されている。熱伝導コンジット２１とは、導体構造１００が存在する場合は、熱伝導パッド２０と導体構造１００との間に延びる導電性材料１８であり、導体構造１００が存在しない場合は、熱伝導パッド２０とビア１２間に延びる導電性材料１８である。半田などの熱伝導性材料２７は、熱伝導パッド２０の上部に存在しても、存在しなくてもよい。後述のように、熱伝導性材料２７は任意である。

ホール１２から熱伝導パッド２０に延びる導電性材料１８は、単一の材料でも複数の材料でもよい。一例では、導電性材料１８は、ホール１２の内部から導体構造１００の周囲へ、さらに熱伝導コンジット２１に沿って熱伝導パッド２０上に延びる銅であってもよい。別の一例では、導電性材料１８の部分として、異なる導電性材料を使用してもよい。例えば、ホール１２内のコーティングは銅であってもよく、一方、基板１０の上面１４上の導電性材料１８は、別の導電性材料であってもよい。熱伝導性材料は、電気的には絶縁体で、熱的には導体とすることもできる。

図１に示されるように、上部誘電体２２は、基板１０の上、且つ導電体層１８の一部である熱伝導コンジット２１の上に位置する。ビア１２、ビア周囲の表面部１１４および熱伝導パッド２０は、露出している。導体構造１００と同様にビア１２の内壁も、上部誘電体２２の下の導電体層１８からなる熱伝導コンジット２１で熱伝導パッド２０と連結されているため、熱伝導パッド２０と熱伝達する。上部誘電体２２はソルダレジストであってもよい。底面誘電体あるいはソルダレジストを設けることもできる。

上部誘電体２２は、絶縁体１０の上面１４に設けられ、充填材２６が絶縁体１０の上面１４上に流出するのを防ぎ、ビア１２および熱伝導パッド２０の視覚的な識別を助け、導体構造１００から熱伝導パッド２０を機械的に分離し、および／または充填材２６と熱伝導性材料２７とが混じらないようにしている。さらに、図２に示される半田ごて２８自体が半田でコートされていることが多く、熱伝導パッド２０に当てると、半田の一部が半田ごて２８の先端から伝ってきてしまう。このため、ソルダレジスト２２が熱伝導パッド２０とビア１２との間および発熱素子あるいは半田ごて２８に残っている半田とビア１２との間の半田の混入を防ぐ。いくつかの例では、大量の半田がビア１２および導体構造１００上のほか熱伝導パッド２０上に流出しても、充填材２６および熱伝導性材料２７を離隔したままとすることができるよう、上部誘電体２２が形成されている。

図１に示されるように、上部誘電体２２は、充填材２６がビア１２と熱伝導パッド２０との間に流出しないように、あるいはその逆が生じないようにする。同様に、底面誘導体２４は絶縁体１０の第２の面１６に設けられる。底面誘導体２４は、ソルダレジストとすればよい。中には開口部が形成され、充填材２６がビア１２を通り、絶縁体１０の底面１６に形成された導体構造１００上へ流出できるようにしている。充填材２６から熱伝導性材料２７を離すことによって、熱源（図示せず）と熱伝導パッド２０との間の熱伝達を向上させつつ、熱源による充填材２６の汚染を防止する。

前述のように、熱伝導性材料２７は任意である。熱伝導性材料は、半田ごてのような発熱素子２８から、熱伝導パッド２０、導電性材料１８、最終的には充填材２６への伝熱を促進するので好都合である。

一例では、絶縁体１０の第１の面１４をウェーブ半田付け機（図示せず）に通すことによって、ビア１２が充填材２６で充填される。ウェーブ半田付け機からの半田は、絶縁体１０がその機械を通過する時にビア１２に流入する。更に、絶縁体１０が機械を移動する時に同時に、熱伝導性材料２７が熱伝導パッド２０に設けられればよい。

図２に示されるように、ワイヤ３０を絶縁体１０、ひいては導電性材料１８に付けるために、熱エネルギーが発熱素子２８の先端から熱伝導性材料２７に伝えられる。発熱素子２８の先端が熱伝導パッド２０上の熱伝導性材料２７に触れると、熱伝導性材料２７は液相化温度に達し、発熱素子２８に付着して、それによって、発熱素子２８と加熱パッド２０上の導電性材料１８との間の熱伝達状態を大いに高める。熱エネルギーは、熱伝導コンジットを通り、そこから導体構造１００に入ってビア１２の壁にコートされた導電性材料１８内に入り、そこから充填材２６の方へ移動する。充填材２６がこの熱エネルギーを吸収するにつれて、その充填材は液相化温度に達し、発熱素子２８を充填材２６またはワイヤ３０に接触させなくても、使用できるようになる。従って、適切な充填材２６がビア１２に設けられていれば、発熱素子２８の変更を必要とせずに、有鉛でも鉛フリーでも適用することが可能である。このことは、特に、熱伝導性材料２７が熱伝導パッド２０に設けられていない場合に当てはまる。

図３に示されるように、ビア１２内の充填材２６が一旦液相化温度まで加熱されると、ワイヤあるいは部品３０、好適には絶縁被覆が剥がされており（必要ならば）、その内部導体がツイストされ錫引された（必要ならば）ものが、ビア１２および充填材２６へ挿入される。ワイヤ３０は好適には、絶縁体１０の第１の面１４から挿入され、その端部が絶縁体１０の第２の面１６と同一平面になるか、あるいは当該面から出る。当業者であれば分かることであるが、第１の面１４からワイヤ３０を挿入するのと同じくらい簡単に、基板１０の第２の面１６からもワイヤ３０を挿入することができる。充填材２６からの熱がワイヤ３０を加熱して充填材２６がワイヤ３０に向かって流れると、良好な半田ジョイント部が充填材２６とワイヤ３０との間で形成される。ワイヤ３０の挿入の間に発熱素子２８から熱伝導パッド２０に連続して加えられる熱によって、ワイヤ３０に適切なぬれが確実に生じる。ワイヤ３０の挿入後、発熱素子２８は熱伝導パッド２０から取り除かれ、自然対流およびその他の方法によって、充填材２６の温度は速やかに液相化温度以下になり、ワイヤ３０とビア１２の間のジョイントを固化させる。

ステンレス鋼、クロメル、アルメル、コンスタンタンおよびその他の材料などの、「半田付けし難い材料」を固着するために、ワイヤ３０は、先端が「Ｊ」や「Ｚ」ベンドのような形状を含んでもよい。図４Ａを参照する。ワイヤ３０の先端は「Ｊ」に形成されているのが示されており、それは、発熱素子２８からの熱が充填材２６を液相化温度まで上昇させた後に充填材２６に挿入される。ワイヤ３０は好適には、絶縁被覆を剥がされ、ツイストされ、錫引されてから、「Ｊ」状に形成され充填材２６に挿入される。なお、マイクロ半田ポットシステムの性質上、充填材２６内に含まれている不純物の多くが面１４の近くまで上昇するが、それらの不純物は、最終的なジョイント部の電気機械的性能にほとんど影響を及ぼさない。このことは、ワイヤ３０の充填材２６への挿入に先立って、その絶縁被膜を取り除く必要がないことを意味する。ワイヤ端部を成形しておけば、溶融充填材２６内に封入することによって、ビア１２内におけるワイヤの機械的保持力が得られる。ワイヤ３０と充填材２６との間に完全なぬれが生じない場合でも、充填材２６の面下に「Ｊ」の底部があるため、さらなる機械的保持力と、時には導通状態の向上がもたらされる。このためにワイヤ３０は、発熱素子２８からの熱エネルギーの移動がなくなるとその場所にしっかりと維持される。ワイヤ３０の端部に形成された先頭部は、充填材２６を通り過ぎて完全に突出してもよい。あるいは、ワイヤ３０の端部に形成された先頭部は、全部充填材２６の内部に位置してもよい。

図４Ｂは、マイクロ半田ポット１０中のワイヤ３０の保持力向上のために用いられる種々のワイヤ形状を示す。ワイヤ１０５はループベンドを有する。ワイヤ１０６は「Ｖ」ベンドを有する。ワイヤ１０７は「Ｗ」ベンドを有する。ワイヤ１０８は「垂直Ｖ」ベンドを有する。ワイヤ１０９は末端ボールを有する。ワイヤ１１０は「Ｃ」ベンドを有し、また、ワイヤ１１１はスェージで加工された端部を有する。これらの成形されたワイヤは、さらに導通状態の向上をもたらすこともできる。

図５Ａを参照する。熱伝導パッド２０上に熱伝導性材料２７が設けられていないマイクロ半田ポット５が示されている。上面ソルダレジストあるいは誘電体２２が熱伝導パッド２０と導体構造１００とを隔てないようにしている。この例では、発熱素子２８の先端を熱伝導パッド２０に直接当てて、熱エネルギーを導電性材料１８を介して充填材２６に送る。この例のマイクロ半田ポット５は、他の点はすべて上述の例と同じである。実際には、熱伝導性材料２７が熱エネルギーの熱伝導パッドへの伝達に役立っているので、上記以外は同一の構造を有する図５Ａの例では、加熱時間はより長くかかる。その結果、充填材２６が液相化状態に加熱されるまでの時間は長くかかることになる。

図５Ｂは図５Ａに類似であるが、導体構造１００上に存在する誘電体またはソルダレジスト２２を備える。発熱素子２８の多くでは稼働中、その先端に半田残留物が残っている。熱伝導性材料２７が熱伝導パッド２０上にない場合でも、ソルダレジスト２２を用いることができ、これは、半田ごて２８の残留半田が導体構造１００あるいは充填材２６に進入するのを防止するのに役立つ。図５Ｃは、熱伝導性材料あるいは半田バンプ２７を熱伝導パッド２０に加えたものである。誘電体２２は、熱伝導パッド２０と充填材２６との間での半田の移動抑止に役立つ。

図６は、図５Ａに示される例に類似だが、カウンタボア３４を有するマイクロ半田ポット５を示す。ビア１２は、絶縁体１０の第１の面１４から延在するカウンタボア３４を備えて形成される。カウンタボア３４は、ビア１２内の所定領域における充填材２６の量を種々に制御することができるほか、ワイヤ３０を挿入するための「標的」を大きくして提供することができる。これは特に、先端が成形されたワイヤ３０を用いる場合に有用である。

図７は、図６に示される例に類似であるが、熱伝導パッド２０上に設けられた熱伝導性材料２７を備える。上述のように、熱伝導性材料２７は熱伝導パッド２０に設けられて、発熱素子２８と充填材２６との間の熱伝達状態を向上させる。上部誘電体２２は、熱伝導性材料２７の充填材２６への流入とそれによる汚染を防いでいる。

図８および図９は、カウンターシンク３６を備えたマイクロ半田ポット５を示し、熱伝導性材料２７を備えた場合と備えない場合をそれぞれ示す。図８に示されるマイクロ半田ポット５は熱伝導性材料２７を備えていないが、図９に示されるマイクロ半田ポット５は熱伝導性材料２７を備える。図９はさらに、熱伝導パッド２０とビア１２との間に熱伝導性材料２７が移動するのを防止する上部誘電体２２を備える。カウンターシンク３６があるので、ビア１２内に充填材２６を追加して加えることができると共に、図６のものよりスムーズに推移する径を有し、ワイヤまたは部品３０を挿入するためのさらに大きなターゲット領域を提供できる。

図１０Ａおよび１０Ｂは、基板１０に設けられた別の例のマイクロ半田ポット５を示す。マイクロ半田ポット５は不規則形状をしている。この例では、形状はキー孔に似ている。袋孔は、ツイストワイヤまたはその他のコネクタに必要となるような大量の半田に対応している。本例のマイクロ半田ポット５は、変わった形状の装置および複数のワイヤを包含する種々の形状を考慮する。この例ではスルーホールは用いない。その代わりに、マイクロ半田ポット５は、基板１０の上面に定義された凹部またはビア１２に存在する。

図１０Ａに示されるように、導電性材料１８はマイクロ半田ポット５内で、ビア１２の底部、ビア１２の側壁上およびビア１２のリム１００の周囲に存在する。ビア１２の周囲の導電性材料１８は、熱伝導コンジット２１に沿って熱伝導パッド２０まで延び、ソルダレジスト２２あるいは上部誘電体は、熱伝導パッドと導電性材料１８からなるリム１００の間に存在する。図１０Ｂは、ビア中に存在する半田などの充填材２６を示す。図１０Ｂでは、導電性材料１８はビア１２のリム１００の周囲にのみ存在し、ビア１２の底面にもビア１２の内部の側壁上にも存在していない。図１０Ａの例では、ウェーブ半田付け機を使用すれば半田２６の充填が容易である。一方、ホール底面上に導電性材料を有さない図１０Ｂの例では、既知の充填技術の内、空気シリンジを用いるソルダペーストのステンシル技術あるいは注入技術を用いて充填した方がよい。

図１１は、基板１０の第１の面１４上に配置された３つの異なるマイクロ半田ポット５を示す。この例示では、ビア１２に対し、異なるサイズの熱伝導コンジット２１をどのように利用すればよいのかが示されている。マイクロ半田ポット５は、充填材２６で充填されたスルーホール１２を備え、導電性材料の円環１００は、それぞれのスルーホールあるいはビア１２の周囲に導体構造１００を提供する。熱伝導パッド２０は、熱伝導コンジット２１によって導体構造１００に熱的に結合している。絶縁誘電体２２あるいはソルダレジストは、熱伝導パッド２０とビア１２のリム周囲の導体構造１００との間の導電性材料１８上に位置する。さらに、熱伝導性材料２７は各熱伝導パッド２０上に位置する。

基板１０上に３つの異なる半田ポット５の列が配置されている。左端の半田ポット５は、上部誘電体２２の下に位置する、広い導電性材料１８（例えば、図５Ｃに示される）を備え、それは熱伝導パッド２０からビア１２までの熱伝導コンジット２１として機能する。中央にある半田ポット５は、狭い導電性材料１８（例えば、図５Ｃに示される）を備え、それは熱伝導コンジット２１として機能する。右端の半田ポット５は、漏斗形の導電性材料１８（例えば、図５Ｃに示される）を備え、それは熱伝導コンジット２１として機能する。熱伝導コンジット２１のサイズおよび形状を変えることによって、単位時間当たりの移動エネルギー量をコントロールする。これによって、低温絶縁ワイヤ、低融点ワイヤなどのワイヤ３０の半田付けが可能となる。

図１２は、基板１０上の部品３０の表面実装に利用される２つのマイクロ半田ポット５を例示する。この例では、装置の再加工あるいは修理などにおける、表面実装部品の半田付けあるいは半田剥がしを可能とし、あるいは例えば、印刷回路アッセンブリ終了後の、抵抗器の追加、除去、またはチューニングを可能にする。これにより、フラックスレスで半田付けする場合、あるいは洗浄不要フラックスを使用する場合に、回路基板アッセンブリの２度目洗浄を行わずに、半田付けすることができる。この例では、２つのマイクロ半田ポット５が利用される。充填材２６は、基板１０の一部に、あるいは貫通して延在するそれぞれのビア１２中に位置する。充填材２６を、半田あるいは他の充填材２１のバンプもしくは泡の形で、ビアの上面に突出するようにさせることにより、半田パッド１０２がそれぞれのビア１２上に形成される。熱伝導パッド２０は、上部誘電体２２の下の基板１２上に位置する導電性材料１８を介して各ビア１２に接続される。熱伝導性材料２７は各熱伝導パッド２０上に位置する。熱源２８が熱伝導性材料２７に熱エネルギーを加えると、その熱エネルギーは熱伝導パッド２０から充填材２６に送られて、部品１０１は基板に半田付けされる。部品１０１はさらに、下部に存在するビア１２へ進入するピン（図示せず）を備えていてもよい。

図１３Ａは図１２に類似であるが、この例では、基板１０の第１の面１４上に位置する熱伝導パッド２０を備え、一方、熱伝導性材料２７は、基板１０の側面に形成された凹部に位置している。発熱素子２８によって熱伝導性材料２７に加えられた熱は、熱伝導パッド２０に流れ、さらに充填材２６に流れて半田を加熱し、部品１０１を基板の第１の面に固定する。この例は、図１２に関連して上記に議論した利点と同様の利点を有しており、側面へのアクセスを可能にし、半田ジョイント部の汚染の可能性を低減する。

図１３Ｂは図１３Ａに類似であるが、図１３Ｂでは、ビア１２は基板１０の側面上に形成され、充填材２６はそれぞれのビア１２内に位置する。こうしたタイプのビアは「分離ビア」と呼ばれる。加熱パッド２０および熱伝導性材料２７は、基板１０の第１の面上に位置し、導電性材料１８によってそれぞれのビア１２に結合している。導電性材料１８は、ビア１２の端部周囲の基板１０の第１の面１４上に形成されて、それぞれのビア１２の周囲の半田パッド１０２を定義する。上部誘電体２２は、各熱伝導パッド２０と各半田パッド１０２との間に位置する。この例では、部品１０１は基板１０の側面上で基板１０に実装される。発熱素子２８によって熱が熱伝導性材料２７に加えられると、ビア１２中の充填材２６が加熱される。充填材２６が加熱されると、部品１０１が基板の側面上に実装されればよい。部品１０１にはビア１２へ進入するピンが備わっていてもよい。あるいは、部品にはピンがなくてもよい。この例は、図１２に関連して上記に議論した利点と同様の利点を有しており、側面へのアクセスを可能にし、半田ジョイント部の汚染の可能性を低減する。この側面実装では、他の部品のためのスペースを基板上部に多く設けることができる。

図１４Ａおよび１４Ｂは、基板１０に形成されたマイクロ半田ポット５の別の例を示す。この例では、ピン１１２はビア１２内に位置して基板１０を完全に貫通して延びており、ピンの上端は基板１０の第１の面あるいは上部１４と同じ高さにある。この例では、ピンは、その上方端に埋め込まれたビア１２ａを備える。ビア１２ａは充填材２６で充填される。ピン１１２がビア１２内に設けられると、充填材が予充填あるいは充填される。マイクロ半田ポット５は上述と同じ方法で作動し、発熱素子２８により熱が加熱パッド２０上に配置された熱伝導性材料２７に加えられる。熱エネルギーは、加熱パッドから、基板１０の上面１４のビア１２周囲に配置された導電性材料１００の円環へ移動する。この例ではさらに、熱伝導コンジット上に位置する上部誘電体２２を利用して、熱伝導性材料２７から半田が充填材２６中に進入するのを阻止している。ピン１１２は、該ピンの中心に定義されるビア１２ａを備えているので、熱伝導性材料２７への加熱に伴って、充填材２６中にワイヤ３０を挿入することができる。ワイヤまたは部品はピン１１２と導通状態にある。この例では、部品、ワイヤおよび装置を変更してもよい。

図１５Ａおよび１５Ｂは、マイクロ半田ポット５の別の例を示す。この例では、４つの熱伝導パッド２０およびそれらに関連する導電性材料１８が、１つのビア１２に接続されている。熱伝導パッド２０は異なる配置とすることができるが、ビア１２は４つの熱伝導パッド２０の中心に位置する。この特定の例では、熱伝導パッド２０は各々熱伝導性材料２７を備えているが、熱伝導性材料２７を備える必要はない。さらに、第１の誘電体２２は、各熱伝導パッド２０と、ビア１２の周囲の基板１０の上面１４上に形成された導体構造１００との間に位置する。これらの例では、ピン１１２はビア１２内に位置する。図１５Ａに示されるように、ピンは基板を貫通して延びていてもよいし、あるいはビア１２の長さ方向に沿って部分的に延びていてもよい。ピン１１２は、充填材２６およびワイヤ３０を受け入れるための、ピン１１２の中心へ穿たれたホール１２を備えていてもいなくてもよい。これらの例では、複数の方角への複数のアクセスポイントが可能である。アクセスはジョイントの複数の側面から提供することができ、４つの熱伝導パッド２０がすべて同時に利用されるときは、４倍の伝熱が提供される。このことは、より大型の装置またはワイヤ、およびより大量の熱量が使用されることを意味する。このときの利点はとりわけ、より迅速な半田付けができることにある。熱は１つもしくは１つ以上の熱伝導パッドに加えることができる。図１５Ａおよび１５Ｂに示される例はさらに、このように設計することで複数のアクセスポイントおよび複数のアクセス方向が提供されるため、熱伝導パッドの１つもしくは１つ以上がハウジング内の他の部品によってふさがれる場合に有利となる。この場合、ふさがれていない熱伝導パッド２０が充填材加熱に用いられ、ワイヤ３０のビア１２内への挿入を可能とする。図１５Ａおよび１５Ｂの加熱パッド２０はこのように、単独でもあるいは複数でも用いられる。

図１５Ａでは、充填材２６は、ピン１１２の上方端のビア１２内に位置する。ワイヤ３０は、熱が熱伝導性材料に加えられて半田２６が液相化状態になると、ピン１１２の上方端で定義されるビア１２内に挿入することができる。

図１５Ｂでは、充填材２６は、ビア１２の上端の上に半田の泡のように形成される。ピンは基板１０の上面１４と同じ高さであっても、同じ高さでなくてもよい。ピンが同じ高さでない時は、半田は開口部内でワイヤ３０を拘束するのに役立つ。さらに、半田２６を利用することにより、ピンとホール１２との間で許容差に関しより多くの変更が可能となる。さらに、半田２６の使用によって、ピン１１２とホール１２の周囲のめっきとの間の導通状態が向上する。ピン１１２が基板１０の上面１４まで延在していないときは、ビアは、ワイヤ３０あるいは他の部品の受け入れのために、より大きくすることもできる。図１５Ａおよび１５Ｂの両図において、ピンはビア１２中に圧入されてもよい。ビア中の半田２６は、ビアとピン１１２との間の結合を強くするのに役立つ。

図１６Ａおよび１６Ｂは、熱伝導性材料が上に備えられた熱伝導パッド２０を有するマイクロ半田ポット５の代替例を示す。ピン１１２は第１のビア１２Ａ中に存在し、ワイヤ３０は、熱伝導パッド２０と第１のビア１２Ａとの間に位置する第２のビア１２Ｂ内に置かれる。導電性材料１８は、第１および第２のビア１２Ａ、１２Ｂの内部をコートし、基板１０の上面１４まで延在する。基板の上面１４上の導電性材料１８は、ホールの周囲に配置されて、熱伝導パッド２０への導電性経路を形成する導体構造１００を構成する。ソルダレジストのような絶縁性上部誘電体２２が、導電性材料１８上に位置する。このように設計すれば、ワイヤからのピンまでの電気経路が可能となり、アッセンブリ後の修理および配置に役立つ。

図１６Ｂは、アッセンブリ後における、第２のビア１２Ｂ内へのワイヤ３０の挿入を示す。図１６Ａは、ピン１１２の上端が基板１０の上面１４と同じ高さにあることを示す。図示されていないが、半田２６は、ピンヘッドの上端の上にビードとして位置し、半田は、熱伝導パッド２０で加熱されれば、ビア１２Ａとピン１１２との間の結合を強化するように機能することができるものと考えられる。あるいはピン１１２を第１のビア１２Ａ内の奥に置いて、ピン１１２のトップが上面１４より下に位置するようにすることもできると考えられる。半田あるいは他の充填材２６を、第１のビア１２Ａ中に位置づけることもできると考えられる。このような半田を利用すれば、ピンとビアとの結合が強くなると考えられ、さらにこのような半田を用いれば、追加部品を接続することもできると考えられる。ピン１１２の上方端は、先の例に示されるように、ピン１１２内に部品を挿入できるように、ピン１１２の上端に形成される半田ポットを備えることもできると考えられる。このようなピンを用いれば、アッセンブリ後にピンを直接加熱することによって、半田ジョイント部をリフローさせることができると考えられる。ピン１１２は金属であるために、ピン１１２を加熱すれば、ビア１２Ｂ内部およびピン上の導電性材料１８を加熱することができる。熱は、ピン１１２および導電性材料１８を上にのぼって半田ジョイント部自体まで移動し、アッセンブリが一旦終了しても再加工および修理が可能となる。

図１７Ａおよび１７Ｂは、複数のワイヤ接続先と共に複数の経路が提供される例を示す。ここではピン１１２が経路の中心に位置している。図１７Ａおよび１７Ｂは実質的に、図１５Ａおよび１６Ａ、ならびに図１５Ｂおよび１６Ｂで示される要素の組合せである。ピンは熱伝導パッド２０の中心に位置する中央ビア１２Ｃの中へ挿入され、追加のピン受け入れビア１２Ｄは、それぞれの熱伝導パッド２０と中央のビア１２Ｃとの間で、中央のビア１２Ｃの周囲に位置する。なお、ビア１２Ａおよび１２Ｂは、ビア１２Ｃおよび１２Ｄにそれぞれ類似しているが、ビア１２Ｃが複数のビア１２Ｄと熱伝達する点が異なる。前述の例と同じく、導電性材料１８および充填材２６は、発熱素子２８による熱伝導性材料２７および熱伝導パッド２０への加熱に伴って加熱される。例に示されたピン１１２は、誘電体基板１０の上面１４と高さが同じに示されているが、表面より下部に奥まっていてもよいと考えられる。ピン１１２は好適には中央のビア１２Ｃ内に圧入されるが、図１７Ｂに示すように、半田２６がさらに、ピン１１２とビア１２Ｃとのジョイント部を固定するために利用されてもよい。あるいは前述のように、ピン１１２は上面１４の直下に窪んでいてもよく、あるいは、充填材２６を受け入れるために半田ポット５がピンの先端に形成されてもよい。ピン１１２は、ビア内に設けられる前に事前に錫引されていてもよく、あるいは半田２６で充填されていてもよい。

図１８Ａと１８Ｂは、マイクロ半田ポットの低価格な別の例を示しており、例えば前述の図１乃至図５で示すように、アイレット１１３が、導電性材料１８を備えたビア１２内部のコーティングの代わりに利用される。図の例において、アイレット１１３は円筒形であるが、ビア１２の形状に応じて異なる形状にできる。図１８Ａおよび１８Ｂの例では、アイレット１１３あるいはリベット状の構造体は、ビア１２の内部に位置する。図示のアイレット１１３は、基板１０の上面１４に位置するトップアイレット構造１０４と、基板１０の底面１６に位置するボトムアイレット構造１０３とを備える。アイレット１１３は、一端面から途中まで孔をあけた袋孔を備え、ホール１２内に圧入された金属筒とすることができると考えられる。アイレット１１３のホールがスルーホールであれば、他のアイレットを利用することもできると考えられる。導電性材料１８は、基板１００の上面１４上のビア１２の周囲に位置し、熱伝導パッド２０からビアまでの導電性経路を作っている。アイレット上部フランジ１０４は導電性材料１８上に位置しているので、熱エネルギーは、上部誘電体２２の下で、熱伝導性材料から熱伝導パッドまで、さらにアイレット１１３にまで移動することができる。アイレット１１３が使用される場合には、導電性材料でビア１２の内部をコートする必要はない。このために、ビアめっきの必要がない低コストのめっきスルーホールとなる。例えば先端のないピンなどの他の挿入物も、アイレット１１３の代わりに利用できる。

マイクロ半田ポット５は、プリント配線基板への適用に関して議論してきたが、同じ半田ポットを大型にして使用することができることは言うまでもない。したがって、ここで使用される用語、マイクロは、マイクロ環境に制限されるべきではなく、任意のサイズの環境に適用されるように解釈されるべきである。上述の技術は縮小拡大が可能である。最も重要な考察事項は、ホール径とホール深さとの縦横比、および充填材２６のホール径への広がりやすさである。

ビアまたはホール１２は、円形で筒状形状を持つものとして示されているが、当業者であれば、任意のサイズおよび形状のホールが利用されてもよいことは、容易にわかるだろう。既知の形状の中で、例えば楕円形、正方形、長方形、および三角形などの、多くの非円形ホール形状が考慮されている。請求の範囲に記載される例は、円形および円筒状ホール１２に限定されるものではない。さらに、単一層基板が図面中で示されているが、上記の例は、多層基板にも同様に利用されることは、当業者であれば当然のことである。このように、特許請求の範囲は、単一層基板に限定されるものではない。

ここに記述された概念と技術は、その本質的特徴から逸脱することなしに、様々な特定の形態で具体化することができることは、当業者であれば当然のことである。現時点で開示された例はあらゆる点で例示であり、決して限定的でないものと考えられる。本発明の範囲は、上記記載ではなく、添付の特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味と均等物の範囲内に含まれるすべての変更は、包含されるものとする。

熱伝導パッドと導電性半田を備えたマイクロ半田ポットの例の断面図である。半田ごてを用いて熱伝導パッドに加熱する直前の状態を示す、図１のマイクロ半田ポットの断面図である。ワイヤが挿入された図１のマイクロ半田ポットの断面図である。「Ｊ」曲がりを持つワイヤが挿入された、図１のマイクロ半田ポットの断面図である。複数の異なるワイヤ結線形の側面図である。熱伝導パッドの加熱に適用される導電性半田のない、マイクロ半田ポットの別の例の断面図である。図５Ａで示されるマイクロ半田ポットと類似だが、熱伝導パッドとマイクロ半田ポットのホールとの間にソルダレジストを備えるマイクロ半田ポットの別の例の断面図である。図５Ｂに示されるものと類似だが、熱伝導パッドの加熱に適用される導電性半田を有する、さらに別の例のマイクロ半田ポットの断面図である。中に形成されたカウンタボアを有し、熱伝導パッドの加熱に適用される半田のないマイクロ半田ポットの別の例の断面図である。導電性半田を有する熱伝導パッドを備え、中に形成されたカウンタボアを有するマイクロ半田ポットの例の断面図である。中に形成されたカウンタシンクを有し、導電性半田を有さない熱伝導パッドを備えたマイクロ半田ポットの例の断面図である。中に形成されたカウンタシンクを有し、半田を有した熱伝導パッドを備えるマイクロ半田ポットの例の断面図である。変則形状の袋孔マイクロ半田ポットを有するマイクロ半田ポットの例の斜視図である。ポット中に半田を備えた、図１０Ａに示すマイクロ半田ポットの断面斜視図である。それぞれのサイズと形状がお互いに異なる熱伝導パッドを利用する複数のマイクロ半田ポットが、１つの基板上に配置されているマイクロ半田ポットの別の例の斜視図である。熱伝導半田を備えた熱伝導パッドを有する２つのマイクロ半田ポットを利用する部品が、基板上面に搭載されているマイクロ半田ポットの別の例の斜視図である。基板側面に設けられた熱伝導パッドを備えた２つのマイクロ半田ポットを利用する部品が、基板上面に搭載されているマイクロ半田ポットの別の例の斜視図である。図１３Ａに示されるものと類似だが、部品が基板の側面に設けられ、熱伝導半田を備えた熱伝導パッドが基板の上面に設けらている、別の例の斜視図である。ピンが基板のホールに設けられ、マイクロ半田ポットはピンの上端内にあって、熱伝導半田を備えた熱伝導パッドがピンに接続されているマイクロ半田ポットの別の例の斜視図である。ワイヤがマイクロ半田ポットに設けられた図１４Ａに示す例の斜視図である。１つのホールが、上に熱伝導半田が設けられた４つの熱伝導パッドに接続され、それぞれの熱伝導パッドはマイクロ半田ポットと熱伝達状態にある、マイクロ半田ポットの別の例の斜視図である。１つのホールが熱伝導半田を備えた４つの熱伝導パッドに結合しているマイクロ半田ポットの別の例の斜視図である。ピンが、中に半田が配置された第１の開口に存在し、熱伝導パッドは第１の開口から第２の開口を超えて延在し、また熱伝導パッドは半田を有し、ソルダレジストが熱伝導コンジット上に位置する、マイクロ半田ポットのさらなる別の例の斜視図である。ワイヤが第２のホールに設けられた図１６Ａに示す例の斜視図である。ピンが基板の第１のホールに貫通して設けられ、４つの熱伝導パッドがピンから延在し、４つの熱伝導パッドのそれぞれがワイヤを受け入れる第２のホールを備え、半田がそれぞれの熱伝導パッド上に位置している、別の例の斜視図である。図１７Ａに示す例に類似だが、半田がピン上の第１のホール上部に存在する、例の斜視図である。アイレットが基板のスルーホールに設けられ、熱伝導パッドがアイレットと熱伝達状態にある、マイクロ半田ポットのさらに別の例の斜視図である。図１８Ａのマイクロ半田ポットの側面図である。

Claims

少なくとも１つのホールが中に形成されている誘電体基板と、
前記ホールの内部に結合された導体コーティングと、
前記ホールから離間し、前記ホールの前記導体コーティングと熱伝達する少なくとも１つの熱伝導パッドとを備え、
前記熱伝導パッドが熱源にさらされると、前記ホール内の前記導体コーティングが加熱されることを特徴とするマイクロ半田ポット。
前記マイクロ半田ポットは、前記ホール内に設けられた熱活性化導体材料をさらに備え、前記熱伝導パッドが熱源にさらされると、前記熱活性化導体材料は液化し、これによって、部品を前記液化した材料内へ挿入することが可能となり、前記熱源が取り除かれると、前記熱活性化導体材料は冷えて前記部品を前記ホール内の前記導体コーティングに結合することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ半田ポット。
前記少なくとも１つのホールは、スルーホールおよび袋孔を含むグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載の半田ポット。
前記部品は前記ホールの前記導体コーティングと電気的に結合され、前記基板は、前記部品との電流の送受のための電気リードを含むことを特徴とする請求項２に記載のマイクロ半田ポット。
前記熱伝導パッドは、少なくとも１つの熱伝導コンジットにより前記ホールの前記導体コーティングに熱的に結合されていることを特徴とする請求項２に記載のマイクロ半田ポット。
前記マイクロ半田ポットは、前記熱伝導パッド上に位置する熱活性化導体材料をさらに含み、熱源から前記ホールの前記導体コーティングへの伝熱を向上させることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ半田ポット。
前記マイクロ半田ポットは、前記熱伝導パッド上に位置する熱活性化導体材料と、前記熱伝導コンジットの少なくとも一部上に位置する誘電体バリアをさらに含み、前記熱伝導パッド上の前記熱活性化導体材料が、前記ホール内に位置する前記熱活性化導体材料と混じること、およびその逆を防止することを特徴とする請求項５に記載のマイクロ半田ポット。
前記少なくとも１つのホールは、円形断面および非円形断面のうちの１つであることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ半田ポット。
前記少なくとも１つのホールは、カウンタボアおよびカウンタシンクのうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ半田ポット。
前記ホールの前記導体コーティングは、挿入物によって提供されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ半田ポット。
前記ホールの前記導体コーティングは、前記誘電体基板の表面まで延在し、前記ホール周辺の少なくとも一部の周囲に導体構造を形成し、前記導体構造は、前記熱伝導パッドに熱的に結合されていることを特徴とする請求項５に記載のマイクロ半田ポット。
前記導体構造は、前記誘電体基板上に定義される凹部内および前記誘電体基板の表面上の少なくとも１つに位置し、前記熱伝導パッドは、前記誘電体基板上に定義される凹部内および前記誘電体基板表面上の少なくとも１つに位置し、前記熱伝導コンジットは、前記誘電体基板上に定義される凹部内および前記誘電体基板の表面上の少なくとも１つに位置することを特徴とする請求項１１に記載のマイクロ半田ポット。
前記ホールの前記導体コーティングは、前記誘電体基板の表面まで延在して前記ホール周辺の周りに導体構造を形成し、前記導体構造は前記ホールの周りにある円環形状をしており、前記熱伝導コンジットと熱伝導パッドとに熱的に結合していることを特徴とする請求項５に記載のマイクロ半田ポット。
前記少なくとも１つのホールは、複数のホールを含み、前記少なくとも１つの熱伝導パッドは、前記ホールの複数ホールにある導体コーティングと熱伝達することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ半田ポット。
前記熱伝導パッドはさらに、前記複数の前記ホールの１つまたは複数と導通することを特徴とする請求項１４に記載のマイクロ半田ポット。
前記マイクロ半田ポットは、前記ホール内に位置する前記熱活性化導体材料中に挿入される部品をさらに含み、前記部品は、前記ホール内の前記熱活性化導体材料中に挿入される前に熱活性化導体材料でコートされるワイヤであることを特徴とする請求項２に記載のマイクロ半田ポット。
前記ワイヤは、保護絶縁体を含み、前記ワイヤは、前記ホールへの挿入前に予め絶縁体が剥がされているか、または前記ホールへの挿入中に絶縁体が剥がされるかのいずれか１つであることを特徴とする請求項１６に記載のマイクロ半田ポット。
前記ワイヤは、前記ホールへの挿入前にある形状に成形され、前記形状は、ループベンド、「Ｖ」ベンド、「Ｗ」ベンド、「垂直Ｖ」ベンド、末端ボール、「Ｃ」ベンド、およびスェージ加工された端部の内の１つまたは複数を含む形状であることを特徴とする請求項１７に記載のマイクロ半田ポット。
前記マイクロ半田ポットは、前記ホールの前記熱活性化導体材料中に位置する部品をさらに含み、前記部品は、表面実装部品およびスルーホール部品のいずれか１つであることを特徴とする請求項２に記載のマイクロ半田ポット。
前記少なくとも１つの熱伝導パッドは、前記基板上に位置する複数の熱伝導パッドを含み、前記複数の熱伝導パッドは、一つのホールあるいは複数のホールの前記導体コーティングに熱的に結合していることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ半田ポット。
前記少なくとも１つの熱伝導パッドは、前記基板上に位置する複数の熱伝導パッドを含み、前記少なくとも１つのホールは、前記基板内に定義される複数のホールを含み、それぞれのホールの内部は導電性材料でコートされ、それぞれの熱伝導パッドは１つ以上のホールに熱的に結合していることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ半田ポット。
前記熱伝導パッドは前記誘電体基板の上面に結合し、前記ホールは部品を前記基板の前記上面に実装するために前記基板の厚み方向に延び；あるいは、
前記熱伝導パッドは前記基板の側面に結合し、前記ホールは部品を前記基板の前記上面に実装するために前記基板の厚み方向に延び；あるいは、
前記熱伝導パッドは前記基板の上面に結合し、前記ホールは前記基板の側端部に沿って前記基板の厚み方向に延び、前記基板の前記側端部に沿って溝を定義し、前記溝に位置する熱活性化導体材料によって、部品を前記基板の側端部に実装することができる、
ことを特徴とする請求項２に記載のマイクロ半田ポット。