JP2009105293A - 導電性接続材およびモジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 コネクタピンの接続にかかる工程時間の削減を図ることを可能にした導電性接続材およびこれを用いたモジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】 環状のハンダ部材１の一方の開口１ａの周囲の面に複数の凹部２が形成され、この凹部２にフラックス３が付与されている導電性接続材10である。導電性接続材10の凹部２に予めフラックス３が付与されていることにより、コネクタピンを接続する工程においてコネクタピンの周囲にフラックス３を塗布する必要が無くなるので、コネクタピンの接続にかかる工程時間の削減を図ることが可能になる。
【選択図】 図１

Description

本発明は主に回路基板に設けた貫通孔に挿入したコネクタピンを固定するのに用いるリングハンダ等の導電性接続材およびこれを用いたモジュールの製造方法に関するものである。

従来から、各種部品のコネクタピンを回路基板に接続する方法において、回路基板とコネクタピンとの接続に環状のハンダ部材からなる導電性接続材が用いられている（例えば、特許文献１を参照。）。回路基板とコネクタピンとの接続に環状のハンダ部材からなる導電性接続材を用いた場合には、チップコンデンサやチップインダクタ等の面実装型チップ部品を搭載したモジュールを作製する場合においても、回路基板の表面にハンダペーストを用いてリフロー炉を通すときに、回路基板とコネクタピンとの接続をチップ部品の搭載と同時に行なうことができる。

上述の従来の環状のハンダ部材を用いてコネクタピンを回路基板に接続することによるモジュールの製造方法としては、貫通孔が設けられ貫通孔の一方主面側の開口の周囲に接続用電極が形成された回路基板を準備し、回路基板の他方主面側から貫通孔にコネクタピンを挿入して取り付けておいて、環状のハンダ部材からなる導電性接続材を回路基板の一方主面側に突出したコネクタピンに嵌め合わせて配置し、導電性接続材の周囲にフラックスを塗布した後に、リフロー炉を通して加熱することによりハンダ部材およびフラックスを溶融させ、導電性接続材が配置されているコネクタピンを接続用電極に接続する方法がある。なお、フラックスを塗布する時期は、導電性接続材を配置した後に限るものではなく、導電性接続材をコネクタピンに嵌め合わせる前に塗布することも可能である。
特開昭55−56693号公報

前述した従来の導電性接続材を用いたモジュールの製造方法は、環状のハンダ部材からなる導電性接続材を回路基板の一方主面側に突出したコネクタピンに嵌め合わせて配置した後に、導電性接続材の周囲にフラックスを塗布するものである。このとき、塗布されるフラックスはコネクタピンの周囲に一様に付着していることが望ましい。フラックスが一様に付着していなければ、コネクタピンおよび接続用電極の表面がフラックスで均一に濡れなくなり、コネクタピンおよび接続用電極の表面の酸化膜の除去が不十分となり、溶融したハンダ部材が固化したときにその形状が揃わないことが多く、これによりコネクタピンの接続部分の接合強度がばらつくことになる。

しかしながら、従来の導電性接続材を用いたモジュールの製造方法によれば、フラックスの塗布は導電性接続材ひとつひとつに対してディスペンサ等を用いて塗布するものであり、フラックスをコネクタピンの周囲に一様に付着させるためには、フラックスを塗布するディスペンサの動作を細かく設定することになるため、必然的に工程時間が長くなるという問題点がある。

本発明は上記のような従来の導電性接続材における問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、コネクタピンの接続に係る工程時間の削減を図ることを可能にした導電性接続材およびこれを用いたモジュールの製造方法を提供することにある。

本発明の導電性接続材は、環状のハンダ部材の一方の開口の周囲の面に複数の凹部が形成され、該凹部にフラックスが付与されていることを特徴とするものである。

また、本発明の導電性接続材は、上記構成において、前記フラックスが前記凹部からはみ出していることを特徴とするものである。

また、本発明のモジュールの製造方法は、複数の貫通孔が設けられ、該貫通孔の一方主面側の開口の周囲に接続用電極が形成された回路基板に、前記貫通孔に対応するコネクタピンを有する電子部品を、前記回路基板の他方主面側から前記貫通孔に前記コネクタピンを挿入して取り付ける工程１と、環状のハンダ部材の一方の開口の周囲の面に複数の凹部が形成され、該凹部にフラックスが充填されている導電性接続材を準備し、前記凹部が前記接続用電極に対向するように、前記回路基板の一方主面側に突出した前記コネクタピンに前記導電性接続材を嵌め合わせて配置する工程２と、前記導電性接続材を加熱して前記フラックスおよび前記ハンダ部材を溶融させ、前記導電性接続材が配置されている前記コネクタピンを前記接続用電極に前記ハンダ部材で接続する工程３とを含むものである。

また、本発明のモジュールの製造方法は、上記構成の工程２において、前記導電性接続材として、前記フラックスが前記凹部からはみ出しているものを準備し、前記フラックスが前記接続用電極に接触するように配置することを特徴とするものである。

本発明の導電性接続材によれば、環状のハンダ部材の一方の開口の周囲の面に複数の凹部が形成され、この凹部にフラックスが付与されていることから、導電性接続材に予めフラックスが付与されていることによりコネクタピンを接続する工程においてコネクタピンの周囲にフラックスを塗布する必要が無くなるので、コネクタピンの接続にかかる工程時間の削減を図ることが可能になる。

また、本発明の導電性接続材によれば、フラックスが凹部からはみ出しているときには、溶融したフラックスがハンダ部材の接続対象物に広がりやすくなるので、ハンダ部材の濡れ性がよくなり、溶融したハンダ部材が固化したときの形状が揃うので、コネクタピンの接続部分の接合強度がばらつかなくなり、接合不良の発生を低減することができる。

また、本発明のモジュールの製造方法によれば、回路基板の他方主面側から貫通孔にコネクタピンを挿入して取り付け、環状のハンダ部材の一方の開口の周囲の面に複数の凹部が形成され、凹部にフラックスが充填されている導電性接続材を準備し、凹部が接続用電極に対向するように、回路基板の一方主面側に突出したコネクタピンに導電性接続材を嵌め合わせて配置することから、加熱して溶融したフラックスがコネクタピンの周囲の導電性接続材と接続用電極との間に一様に広がるので、接続用電極へのハンダ部材の濡れ性がよくなり、溶融したハンダ部材が固化したときの形状が揃うので、コネクタピンの接続部分の接合強度がばらつかなくなり、接合不良の発生を低減することができる。

また、本発明のモジュールの製造方法によれば、導電性接続材として、フラックスが凹部からはみ出しているものを準備し、フラックスが接続用電極に接触するように配置するときには、加熱して溶融したフラックスがコネクタピンの周囲の接続用電極に広がりやすくなるので、接続用電極へのハンダ部材の濡れ性がよりよくなる。

以下に、本発明の導電性接続材について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は本発明の導電性接続材の実施の形態の一例を示す外観斜視図である。同図において、導電性接続材10は、環状のハンダ部材１の一方の開口１ａの周囲の面に複数の凹部２が形成され、この凹部２にフラックス３が付与されているものである。

環状のハンダ部材１は、錫・銀・銅を主成分とする鉛フリーのハンダ材料であり、例えば、外周の直径が1.5〜2.5ｍｍ、内周の直径が0.7〜1.2ｍｍ、厚みが0.8〜1.2ｍｍに設定される。また、開口１ａは、コネクタピンに環状のハンダ部材１を嵌め合わせることを可能にするため、前述した開口１ａの内周の直径は、コネクタピンの直径に対して若干大きめに設定するとよい。

フラックス３は、アミン・ハロゲン化物・ロジン・パラフィン・イソプロピルアルコールを含む有機成分からなり、ハンダ部材１の体積の４〜10％の体積の量が凹部２の内側に形状が安定した状態で付着したものである。

凹部２は、上述したフラックス３が付与されるものであるため、例えば、直径が0.3〜0.6ｍｍ、深さが0.1〜0.5ｍｍに設定され、環状のハンダ部材１の一方の開口１ａの周囲の面に３〜10箇所形成される。

本発明の導電性接続材10によれば、環状のハンダ部材１の一方の開口１ａの周囲の面６ａに複数の凹部２が形成され、この凹部２にフラックス３が付与されていることから、導電性接続材10に予めフラックス３が付与されていることにより、コネクタピンを接続する工程においてコネクタピンの周囲にフラックス３を塗布する必要が無くなるので、コネクタピンの接続にかかる工程時間の削減を図ることが可能になる。

なお、フラックス３は凹部２からはみ出すように形成してもよい。例えば、凹部２の深さよりもフラックス３の厚みが大きくなるようにしてもよいし、凹部２の周囲を若干越えて一方の開口１ａの周囲の面に若干付着するようにしてもよい。このように、フラックス３が凹部２からはみ出しているときには、溶融したフラックス３がハンダ部材１の接続対象物に広がりやすくなるので、ハンダ部材１の濡れ性がよくなり、溶融したハンダ部材１が固化したときの形状が揃うので、コネクタピンの接続部分の接合強度がばらつかなくなり、接合不良の発生を低減することができる。なお、フラックス３は、凹部２からはみ出した場合においても、はみ出した部分と凹部２内の部分とが一体となっていれば、ハンダ部材１に安定して付着することができる。

本発明の導電性接続材10を用いて製造されるモジュールとしては、例えば、回路基板にトランスを搭載したコンバータや、回路基板にコネクタピン付きコンデンサまたはコネクタピン付き抵抗等を搭載した混成回路部品等などがある。

以下に、本発明の導電性接続材10を用いたモジュールの製造方法について説明する。

図２は、本発明の導電性接続材10を用いたモジュールの製造方法の一例を説明するための断面図であり、６は回路基板であり、４はコネクタピンである。

（工程１）
まず、複数の貫通孔６ｃが設けられ、この貫通孔６ｃの一方主面側６ａの開口６ｃの周囲に接続用電極５が形成された回路基板６に、貫通孔６ｃに対応するコネクタピン４を有する電子部品（図示せず）を、回路基板６の他方主面６ｂ側から貫通孔６ｃにコネクタピン４を挿入して取り付ける。

回路基板６は、例えば絶縁基板であり、絶縁体の材料としては窒化珪素・アルミナ・ムライト・ガラスセラミックス等のセラミックス材料や、エポキシ・ポリアミド等の有機樹脂材料が用いられる。

接続用電極５は、例えば銅を主成分とするメタライズ膜の表面にニッケル層および金層を形成したものである。なお、回路基板６の上面または内部には、他の電極や回路を構成するための回路配線が形成されている。これら回路配線の材料としては、接続用電極５と同じ材料を用いることができる。

コネクタピン４は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属材料からなるものを用い、その直径は回路基板６の貫通孔６ｃの内周の直径に対して若干小さめに設定する。

電子部品は、例えば、トランスやコイルなどのコネクタピン４を有する面実装型電子部品よりも大きめの電子部品であるが、この他にコネクタピン４付きコンデンサやコネクタピン４付き抵抗についても同じように利用することが可能である。

（工程２）
次に、環状のハンダ部材１の一方の開口１ａの周囲の面に複数の凹部２が形成され、この凹部２にフラックス３が充填されている導電性接続材10を準備し、凹部２が接続用電極５に対向するように、回路基板６の一方主面６ａ側に突出したコネクタピン４に導電性接続材10を嵌め合わせて配置する。

環状のハンダ部材１は、錫・銀・銅を主成分とする鉛フリーの半田材料を、例えば金型等を用いて打ち抜くことにより、開口１ａを有する環状の形状に作製することができる。また、凹部２は金型打ち抜きのときに同時に形成することができる。

フラックス３は、例えば、環状のハンダ部材１を規則的に並べておいてスクリーン印刷により環状のハンダ部材１の凹部２内に塗布することができる。また、スクリーン印刷以外に、ディスペンサを用いて塗布することもできる。

（工程３）
そして、リフロー炉を通すことにより導電性接続材10を加熱してフラックス３およびハンダ部材１を溶融させ、導電性接続材10が配置されているコネクタピン４を接続用電極５にハンダ部材１で接続することにより、コネクタピン４を有する電子部品を搭載したモジュールを作製することができる。

このとき、リフロー炉の温度プロファイルは、常温からピーク温度の200〜240℃まで徐々に温度を上昇させ、その後に温度を降下させるような条件に設定しておく。このような温度プロファイルとすることで、温度上昇に伴い、フラックス３が溶融して導電性接続材10の周囲の接続用電極５およびコネクタピン４の表面を濡らして活性化させて酸化膜等を除去しつつその表面を保護するように覆うようにし、続けてハンダ部材１が溶融してフラックス３を押しのけるように接続用電極５およびコネクタピン４の表面を濡らしていく。そして、温度降下に伴い、ハンダ部材１はコネクタピン４と接続用電極５との間にフィレット状に固化して、両者を接続する。

なお、回路基板６にチップコンデンサやチップインダクタ等の面実装型チップ部品を実装したモジュールを作製する場合は、この工程３の前に、回路基板６の表面にハンダペーストを用いて各種面実装型チップ型電子部品を搭載しておけば、回路基板６の接続用電極５とコネクタピン４との接続を面実装型チップ部品の実装と同時に行なうことができる。

本発明のモジュールの製造方法によれば、回路基板６の他方主面６ｂ側から貫通孔６ｃにコネクタピン４を挿入して取り付け、環状のハンダ部材１の一方の開口１ａの周囲の面に複数の凹部２が形成され、凹部２にフラックス３が充填されている導電性接続材10を準備し、凹部２が接続用電極５に対向するように、回路基板６の一方主面６ａ側に突出したコネクタピン４に導電性接続材10を嵌め合わせて配置することから、加熱して溶融したフラックス３がコネクタピン４の周囲の導電性接続材10と接続用電極５との間に一様に広がるので、接続用電極５へのハンダ部材１の濡れ性がよくなり、溶融したハンダ部材１が固化したときの形状が揃うので、コネクタピン４の接続部分の接合強度がばらつかなくなり、接合不良の発生を低減することができる。

また、導電性接続材10を、フラックス３が凹部２からはみ出しているものを準備するものとし、フラックス３が接続用電極５に接触するように配置してもよい。この場合、フラックス３は、加熱する前に接続用電極５と接触しているので、接触している部分のフラックス３は加熱して溶融したときにはコネクタピン４の周囲の接続用電極５に広がりやすくなることから、接続用電極５へのハンダ部材１の濡れ性がよりよくなる。

本発明の導電性接続材10の実施例として、錫96％−銀３％−銅0.5％のハンダ材料を用い、外周の直径が2.0ｍｍ、内周の直径が1.0ｍｍ、厚みが1.0ｍｍの環状のハンダ部材１の一方の開口１ａの周囲の面に、直径が0.3ｍｍで深さが0.1ｍｍの凹部２を設け、この凹部２内に、アミン・ハロゲン化物・ロジン・パラフィン・イソプロピルアルコールを含むフラックス３を付与した導電性接続材10を作製した。なお、フラックス３は、複数のハンダ部材１を平面に規則的に並べておいて凹部２の位置に合わせた複数の開口を形成したスクリーンを用いてスクリーン印刷することにより、ハンダ部材１の凹部２内に付与した。

そして、複数の貫通孔６ｃが設けられ、この貫通孔６ｃの一方主面側６ａの開口６ｃの周囲に接続用電極５が形成された回路基板６に、貫通孔６ｃに対応するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなるコネクタピン４を有する電子部品を、回路基板６の他方主面６ｂ側から貫通孔６ｃにコネクタピン４を挿入して取り付け、上記実施例の導電性接続材10を、凹部２が接続用電極５に対向するように、回路基板６の一方主面６ａ側に突出したコネクタピン４に嵌め合わせて配置し、しかる後に、リフロー炉を通すことにより導電性接続材10を加熱してフラックス３およびハンダ部材１を溶融させ、導電性接続材10が配置されているコネクタピン４を接続用電極５にハンダ部材１で接続して、上記実施例の導電性接続材10を用いたモジュールを作製した。

また、比較例の導電性接続材として、上記実施例の導電性接続材10とは凹部２およびフラックス３を有しない点のみが異なる導電性接続材を準備し、工程３の前に、上記実施例の導電性接続材10に付与したフラックス３と同じものを、ディスペンサを用いて導電性接続材を覆うように塗布し、同様の条件でリフロー炉を通すことにより、比較例の導電性接続材を用いたモジュールを作製した。

比較例の導電性接続材を用いた場合は、ディスペンサを用いたフラックスの塗布に１箇所当たり２秒を要するものであった。これに対して、本発明の実施例の導電性接続材10を用いた場合は、ディスペンサを用いてフラックスを塗布する時間は無いので、フラックス３のスクリーン印刷に要する時間を導電性接続材10の１個当たりに換算すると、0.5秒以下にすることができた。

また、本発明の実施例の導電性接続材10を用いて作製したモジュールは、ハンダ部材１の形状は揃っており、接続部分の接合状態における不良は発生しなかった。

このように、本発明の導電性接続材10によれば、予め凹部２にフラックス３を付与したものを用いているので、コネクタピン４の接続用電極５への接続にかかる工程時間を削減できることが確認できた。

なお、本発明は上述した実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更や改良等が可能である。

例えば、上述した本発明の導電性接続材10の一例においては、凹部２は開口の形状が円形のものを設けているが、開口の形状を楕円としてもよく、図３に示す本発明の導電性接続材の他の例の導電性接続材30のように、凹部32の開口を、楕円の短軸と接する部分を長軸に向かってへこませたような開口の周囲の湾曲に沿って開口する形状としてもよい。また、凹部２の深さ方向の形状は、図２で示したものは外側より中心部を深くした球面状としているが、このような形状以外に、中心部より外側を深くした形状としてもよく、底面を平面にした柱状としてもよい。

また、接続用電極５は、回路基板６の一方主面側６ａのみに形成されていたが、ハンダ部材１と接続用電極５との接続面積を大きくしたいときには、貫通孔６ｃの内部にも延在させて形成すればよく、さらに、他方主面側６ｂへ渡って延在するように形成してもよい。

本発明の導電性接続材の実施の形態の一例を示す外観斜視図である。 本発明の導電性接続材を用いたモジュールの製造方法の一例を説明するための断面図である。 本発明の導電性接続材の他の例を示す外観斜視図である。

符号の説明

１，31・・・ハンダ部材
２，32・・・凹部
３，33・・・フラックス
４・・・コネクタピン
５・・・接続用電極
６・・・回路基板
10，30・・・導電性接続材

Claims (4)

1. 環状のハンダ部材の一方の開口の周囲の面に複数の凹部が形成され、該凹部にフラックスが付与されていることを特徴とする導電性接続材。
2. 前記フラックスが前記凹部からはみ出していることを特徴とする請求項１に記載の導電性接続材。
3. 複数の貫通孔が設けられ、該貫通孔の一方主面側の開口の周囲に接続用電極が形成された回路基板に、前記貫通孔に対応するコネクタピンを有する電子部品を、前記回路基板の他方主面側から前記貫通孔に前記コネクタピンを挿入して取り付ける工程１と、
   環状のハンダ部材の一方の開口の周囲の面に複数の凹部が形成され、該凹部にフラックスが充填されている導電性接続材を準備し、前記凹部が前記接続用電極に対向するように、前記回路基板の一方主面側に突出した前記コネクタピンに前記導電性接続材を嵌め合わせて配置する工程２と、
   前記導電性接続材を加熱して前記フラックスおよび前記ハンダ部材を溶融させ、前記導電性接続材が配置されている前記コネクタピンを前記接続用電極に前記ハンダ部材で接続する工程３と、
   を含むモジュールの製造方法。
4. 工程２において、前記導電性接続材として、前記フラックスが前記凹部からはみ出しているものを準備し、前記フラックスが前記接続用電極に接触するように配置することを特徴とする請求項３に記載のモジュールの製造方法。

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