JP2009283983A

JP2009283983A - プリント配線基板、空気調和機、プリント配線基板の半田付け方法

Info

Publication number: JP2009283983A
Application number: JP2009199661A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Miura; 剛三浦
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2009-08-31
Publication date: 2009-12-03

Abstract

【課題】半田濡れ性の悪い鉛フリーはんだを使用する場合にも、より容易な製造工程の管理の下で、半田付ランドとリードの未半田をより確実に防止することができるプリント配線基板を提供する。
【解決手段】面実装部品を装着するプリント配線基板であって、面実装部品２を装着する半田付けランド４を備えるとともに、半田付けランド４から見て、プリント配線基板を噴流式半田付けするとした際の半田付け進行方向前方に、半田の表面張力を低減させる格子状ランド６を設けたものである。
【選択図】図４

Description

本発明は、面実装部品を装着するプリント配線基板とその半田付け方法、およびそのプリント配線基板を収納した空気調和機に関するものである。

一般にプリント配線基板は、部品実装密度の細密化が益々要求されていることから、小型面実装部品の高密度実装化が必要となっている。
一方近年、環境問題を配慮した鉛フリー半田を用いた半田付が必須となっている。しかしながら鉛フリー半田は、以前使用されていた鉛入り共晶半田よりも濡れ性が悪いことに起因して半田付け性が悪く、そのため、面実装部品等の半田付ランドとリードに半田が付かず弾いてしまう未半田による未接続が発生していた。

従来、このようなプリント配線基板の半田付けに関し、『毛管現象を利用してフラックスの広がりを促進し、濡れ性を向上させる。』ことを目的とした技術として、『導体パターンの一部にランド４ａが形成されたプリント配線基板１において、ランド４ａには、フラックス８の広がりを制御する複数のスリット５が全体に亘って形成され、フラックス８は、毛管現象によってスリット５に沿ってランド４ａの全面に広がる。』というものが提案されている（特許文献１）。

一方、噴流式半田付け装置に関する技術としては、『半田クラック等を防止し、半田品質を向上させることができる。』ことを目的とした技術として、『溶融半田１０を圧送装置により噴流ガイド１，２に圧送し、この噴流ガイド１，２から噴出した溶融半田１０部分にプリント基板３を通過させ、半田付けを行う噴流式半田付け装置であって、噴流ガイド１，２から噴出する溶融半田１０をプリント基板３の進行方向Ａの逆斜め上方向に噴き上げて、プリント基板３裏面に接触させるようにした。これにより、溶融半田１０に対し、鉛直上方の分力を発生させ、自重により溶融半田１０が落下することを抑え、長期使用時の半田クラックを防止できる。また、基板３から溶融半田１０が離脱する位置が、噴き上げ位置とほぼ一致するため、安定した半田離脱位置が保て、ブリッジ等が防止でき半田品質が向上する。また、基板半田付け箇所に対し、常に溶融半田１０を噴き付けるため、溶融半田１０の滞留によるボイドが減少する。』というものが提案されている（特許文献２）。

特開２００６−３１３７９２号公報（要約）特開平１０−１７３３２９号公報（要約）

上記特許文献１に記載の技術では、半田付ランドとリードに半田が付かず弾いてしまう未半田の発生を防いで高品質の半田付を維持するためには、製造工程の緻密な管理が必要となり、半田濡れ性の悪い鉛フリーはんだを使用する場合、正確な半田付を維持することが難しくなるという課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、半田濡れ性の悪い鉛フリーはんだを使用する場合にも、より容易な製造工程の管理の下で、半田付ランドとリードの未半田をより確実に防止することができるプリント配線基板を提供することを目的とする。

本発明に係るプリント配線基板は、面実装部品を装着するプリント配線基板であって、面実装部品を装着する半田付けランドを備えるとともに、半田付けランドから見て、プリント配線基板を噴流式半田付けするとした際の半田付け進行方向前方に、半田の表面張力を低減させる半田表面張力低減ランドを設けたものである。

本発明に係るプリント配線基板によれば、半田表面張力低減ランドは、面実装部品の手前で格子状の１つ１つのパターンに半田が吸い取られることにより、半田の表面張力を低減させ、半田付けランド周辺の半田を引き込む効果があり、さらに一度引き込んだ半田の表面張力を分散させる効果も同時に発揮する。半田の表面張力が分散して減少すると、半田の濡れ性が上がり、半田付け性が向上するので、半田付けランドの未半田が大幅に減少する。

実施の形態１に係るプリント配線基板１を裏から見た概略配置を示す平面図である。実施の形態１に係るプリント配線基板１のうち、面実装部品２の周辺を拡大表示したものである。噴流式半田付け装置を用いて、面実装部品２を本実施の形態１に係るプリント配線基板１に半田付けする作業工程を示すフローチャートである。実施の形態２に係るプリント配線基板１のうち、面実装部品２の周辺を拡大表示したものである。実施の形態４に係る空気調和機が備える室外機１２の正面図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るプリント配線基板１を裏から見た概略配置を示す平面図である。ここでは、面実装部品２を含む各実装部品を配置済みの構成を示す。
プリント配線基板１には、表面に自動実装着される部品と、手挿入部品とが配設されている。
自動実装着される部品には、例えば、チップ部品抵抗、チップ部品コンデンサ、チップ部品ダイオード、ディスクリート抵抗、ディスクリートコンデンサ、ディスクリートダイオード等（いずれも図示されていない）がある。
手挿入部品には、例えば、大容量抵抗、ハイブリッドＩＣ、トランス、コイル、大容量半導体、大型コンデンサ等（いずれも図示されていない）がある。

プリント配線基板１の裏面には、銅箔（図示されていない）を配設している。
また、プリント配線基板１の裏面を可能な限り平面状態に保つように、面実装部品２を噴流式半田付装置の流し方向（図１中の矢印「噴流式半田付け進行方向」で示す方向）に対して垂直に自動実装する。

図２は、本実施の形態１に係るプリント配線基板１のうち、面実装部品２の周辺を拡大表示したものである。
プリント配線基板１には、半田付けランド４、引出しパターン５が設けられている。
半田付けランド４は、面実装部品２のリード３をプリント配線基板１と接続するためのものである。
引出しパターン５は、半田付けランド４から電気的接続をするために引き出されるようにして形成されている。

引出しパターン５は、引出しパターンレジスト除去部５ａと、引出しパターンレジスト塗布部５ｂと、から構成される。
引出しパターンレジスト除去部５ａは、半田が付くようにソルダーレジストが剥がされている。
引出しパターンレジスト塗布部５ｂは、引出しパターンレジスト除去部５ａと電気的に接続され、半田が付かないようにレジストが塗布されている。

本実施の形態１に係るプリント配線基板１は、従来技術のプリント配線基板における面実装部品取付ランドと比較すると、ランドから引き出される引出しパターン５の一部分のレジストが除去されている点が相違する。

なお、引出しパターンレジスト除去部５ａの長さ（図２中の「Ａ」）は、半田付けランド４の縦方向長さの略１〜２倍とするように構成することが好ましい。

図３は、噴流式半田付け装置を用いて、面実装部品２を本実施の形態１に係るプリント配線基板１に半田付けする作業工程を示すフローチャートである。以下、各工程について説明する。

（Ｓ３０１）
プリント配線基板１の表面及び裏面に、自動実装機を用いて、前述の自動実装部品が実装着される。
（Ｓ３０２）
プリント配線基板１の表面に、前述の手挿入部品が手挿入実装着される。

（Ｓ３０３）
プリント配線基板１の裏面に、半田が銅箔になじむようにするフラックス活性剤を塗布する。
（Ｓ３０４）
ステップＳ３０３で塗布したフラックスが最良の活性温度となるように、半田付けを行う前の加熱を行う。

（Ｓ３０５）
噴流式半田付け装置が備える一次半田噴流手段は、面実装部品２を実装着したプリント配線基板１の裏面から、多数のノズルより半田を噴水のように噴出させて、半田を満遍なく面実装部品２のリード３に半田付けする。ここで用いる半田の種別は問わないが、本発明の目的に鑑み、鉛フリー半田を用いるとよい。
なお、噴流式半田付け装置の構成と半田付け工程の例は、上記特許文献２に記載されていることを付言しておく。
（Ｓ３０６）
ステップＳ３０５の一次半田噴流手段による半田付けが終わると、噴流式半田付け装置が備える二次半田噴流手段は、一次半田噴流手段で部品のリード間にブリッジした半田を除去する。
（Ｓ３０７）
面実装部品２を半田付けしたプリント配線基板１を冷却し、半田を固定する。

以上、面実装部品２をプリント配線基板１に半田付けする作業工程を説明した。
次に、図２で説明した引き出しパターン５が、半田付け作業工程において発揮する効果について説明する。

噴流式半田付け装置を用いた半田付け工程において、面実装部品２が噴流半田槽の半田噴流部へ進入すると、半田は半田付けランド４を伝って後方へ流れる。
この時、半田はリード３の上も伝わって流れるが、リード３は半田とのなじみが悪く、特に表面張力の大きい鉛フリー半田では、リード３の箇所では、半田が濡れずに弾く力が働くため、半田付け性が悪い。

そこで、図２で説明した引出しパターンレジスト除去部５ａを設けることにより、半田付けランド４に半田を引き込みやすくする。その結果、半田付けランド４の未半田が大幅に減少する。
なお、引出しパターン５のレジストを除去せず、従来通りレジスト塗布状態にすると、本実施の形態１よりも半田付けランド４の未半田が非常に多いことが、本発明者による実証によって確認されている。

以上のように、本実施の形態１では、引出しパターン５の一部分に、レジストを塗布しない引出しパターンレジスト除去部５ａを設けた。
これにより、引出しパターンレジスト除去部５ａと半田がなじみやすいため、半田を半田付けランド４に引き込みやすくなる効果があり、したがって、半田濡れ性の悪い鉛フリー半田などを用いる場合でも、未半田を確実に低減することができる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係るプリント配線基板１のうち、面実装部品２の周辺を拡大表示したものである。
図４において、面実装部品２を半田付けする半田付けランド４の前方に、新たに格子状ランド６を設けた。その他の構成は、実施の形態１の図２で説明したものと同様であるため、説明を省略する。
なお、ここでいう前方とは、面実装部品２の噴流式半田付装置の流し方向に対して前方という意味である。

本実施の形態２における「半田表面張力低減ランド」は、格子状ランド６がこれに相当する。

本実施の形態２に係るプリント配線基板１は、従来技術のプリント配線基板における面実装部品取付ランドと比較すると、実施の形態１で説明した相違点に加え、噴流式半田付装置の流し方向に対して前方に、新たに格子状ランド６を設けた点が相違する。

格子状ランド６の縦方向長さは、面実装部品２の縦方向長さの略１〜２倍とし、横方向長さは、面実装部品２の横方向長さの略１〜２倍とすることが好ましい。

以上、本実施の形態２に係るプリント配線基板１の構成を説明した。
次に、図４で説明した格子状ランド６が、半田付け作業工程において発揮する効果について説明する。なお、半田付け作業工程の内容は、実施の形態１の図３で説明したものと同様であるため、説明を省略する。

噴流式半田付け装置を用いた半田付け工程において、面実装部品２が噴流半田槽の半田噴流部へ進入すると、半田は格子状ランド６、半田付けランド４を伝って後方へ流れる。
このとき、格子状ランド６は、面実装部品２の手前で格子状の１つ１つのパターンに半田が吸い取られることにより、半田の表面張力を低減させ、半田付けランド４周辺の半田を引き込む効果があり、さらに一度引き込んだ半田の表面張力を分散させる効果も同時に発揮する。半田の表面張力が分散して減少すると、半田の濡れ性が上がり、半田付け性が向上するので、半田付けランド４の未半田が大幅に減少する。

格子状ランド６を設けていない従来のプリント配線基板と比較すると、格子状ランド６を設けることにより、本実施の形態２よりも半田付けランド４の未半田が非常に多いことが、本発明者による実証によって確認されている。

以上、格子状ランド６が発揮する効果について説明した。
なお、本実施の形態２の図４において、実施の形態１の図２で説明した、引出しパターンレジスト除去部５ａを有する構成に加えて、新たに格子状ランド６を設けた構成を説明したが、従来と同様にレジスト除去部５ａを設けていない引出しパターン５の構成の下で格子状ランド６を設ける場合でも、格子状ランド６は本実施の形態２と同様の効果を発揮することを付言しておく。

また、本実施の形態２において、新たに格子状のランド６を設けたが、その形状は必ずしも格子状である必要はなく、半田を引き込んで表面張力を分散させることのできる形状であれば、同様の効果を発揮することができる。

以上のように、本実施の形態２では、噴流式半田付装置の流し方向に対して面実装部品２の前方に格子状ランド６を設け、半田の表面張力を低減することにより、半田付けランド４の未半田を大幅に減少させることが可能となり、後工程での未半田の手修正作業工程を省く効果がある。

実施の形態３．
実施の形態２の図４で説明した格子状ランド６は、面実装部品２を実装する位置毎の前方に設けてもよいが、一部の面実装部品２の前方にのみ格子状ランド６を設けても、一定の表面張力分散効果を発揮することができる。
例えば、噴流式半田付けの進行方向の最前方に位置する面実装部品２の前方のみに設けてもよい。

一部の面実装部品２の前方にのみ格子状ランド６を設ける場合は、全ての面実装部品２の前方に格子状ランド６を設ける場合と比較すると、格子状ランド６を形成する工程が少なくて済み、スペースを有効に使え、かつ一定の表面張力分散効果を発揮することができる点で、有利である。
いずれの面実装部品２の前方に格子状ランド６を設けるかは、プリント配線基板１の配線構成や半田の材質などに応じて実証などを行い、適宜最適に定めればよい。

実施の形態４．
図５は、本発明の実施の形態４に係る空気調和機が備える室外機１２の正面図である。
図５において、室外機１２は、送風機室１３と圧縮機室１４を備える。
送風機室１３は、空気調和機の送風機１３ａを備える。
圧縮機室１４は、圧縮機１４ａ、扁平形状の電気品室１５を備える。

電気品室１５は、プリント配線基板１を内蔵している。プリント配線基板１は、実施の形態１〜２いずれかで説明したものであり、電気部品１５ａが実装された表面を下側に配置し、銅箔を有する裏面を平面状態として上側に配置している。

本実施の形態４に係る空気調和機は、実施の形態１〜２いずれかで説明したプリント配線基板１に電気部品１５ａを装着したので、未半田による電気部品１５ａなどの動作不良の発生を確実に低減することができる。

図２や図４で説明した引出しパターンレジスト除去部５ａの長さＡは、１例として、２．０ｍｍとすることができる。
また、図４で説明した格子状ランド６のサイズは、１例として縦長さ１２．５ｍｍ、横長さ６．５ｍｍで構成することができる。
格子を構成するパターン幅は、１例として以下のように構成することができる。
（１）格子状パターンのパターン幅Ｄ＝０．５ｍｍ
（２）格子状パターンの縦方向間隔Ｂ＝１ｍｍ
（３）格子状パターンの横方向間隔Ｃ＝１ｍｍ

１プリント配線基板、２面実装部品、３リード、４半田付けランド、５引出しパターン、５ａ引出しパターンレジスト除去部、５ｂ引出しパターンレジスト塗布部、６格子状ランド、１２室外機、１３送風機室、１３ａ送風機、１４圧縮機室、１４ａ圧縮機、１５電気品室、１５ａ電気部品。

Claims

面実装部品を装着するプリント配線基板であって、
前記面実装部品を装着する半田付けランドを備えるとともに、
前記半田付けランドから見て、当該プリント配線基板を噴流式半田付けするとした際の半田付け進行方向前方に、半田の表面張力を低減させる半田表面張力低減ランドを設けた
ことを特徴とするプリント配線基板。
前記半田付けランドを複数備え、
前記半田表面張力低減ランドを
複数の前記半田付けランドのうち、当該プリント配線基板を噴流式半田付けするとした際の半田付け進行方向最前方にある半田付けランドの前方にのみ設けた
ことを特徴とする請求項１に記載のプリント配線基板。
前記半田表面張力低減ランドの縦方向サイズを前記面実装部品の縦方向サイズの略１〜２倍とし、横方向サイズを前記面実装部品の横方向サイズの略１〜２倍とした
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプリント配線基板。
前記面実装部品を鉛フリー半田で半田付けした
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のプリント配線基板。
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のプリント配線基板を収納した電気品箱を上方に配置した
ことを特徴とする空気調和機。
噴流式半田付け装置を用いてプリント配線基板に面実装部品を半田付けする方法であって、
当該プリント配線基板に、
前記面実装部品を装着する半田付けランドを設けておくとともに、
前記半田付けランドから見て、前記噴流式半田付け装置の半田付け進行方向前方に、半田の表面張力を低減させる半田表面張力低減ランドを設けておき、
前記噴流式半田付け装置を用いて、前記面実装部品のリード部分を前記半田付けランドに半田付けする
ことを特徴とするプリント配線基板の半田付け方法。
前記面実装部品を鉛フリー半田で半田付けする
ことを特徴とする請求項６に記載のプリント配線基板の半田付け方法。