JP2009527116A - コンポーネントを順序付けて固定することによる電子モジュ―ルと、その生産方法 - Google Patents

コンポーネントを順序付けて固定することによる電子モジュ―ルと、その生産方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、電子モジュールを生産するための方法に関し、電子モジュールは、プリント回路(４)の基板(３)と、少なくとも１つの第１タイプのコンポーネント(５)と、１つの第２タイプのコンポーネント(６)とを含んでおり、前記本発明の方法は、半田(８)を基板上に置かれる段階と、第１タイプのコンポーネントを所定の位置へ置く段階と、第１タイプのコンポーネントを半田付けするように、半田を溶解して、基板を加熱する段階と、第２タイプのコンポーネントが、半田によって基板上で支持されるように、位置付けする段階と、第２タイプのコンポーネントを半田付けするために、半田を局所的に加熱して溶解させる段階とを含んでいる。

Description

本発明は、例えば、自動車分野において使用しうる電子モジュ―ルの製造方法、及びそれに対応する生産ラインに関する。
電子モジュ―ルは、通常、電子コンポーネントが半田付けされているプリント回路基板を備えている。
電子モジュールの現在の製造方法は、通常はペースト状である半田を、基板上に置く段階と、コンポーネントを基板の所定位置に置く段階と、基板をリフローオーブンへ通過させることによって、半田を溶解させる段階とを有している。この半田を溶解させる段階は、通常、コンポーネントの半田付け段階と言われている。
基板上に大きなコンポーネントが存在していたり、コンポーネントが基板のある範囲に集中したりしていると、基板内に温度勾配が発生する。言い換えれば、基板の各部が、同時にリフローオーブンの設定温度に達しなくなる。
この温度勾配により、基板および最高に加熱されたコンポーネントの両方に、熱応力が発生する。熱応力により、性能の劣化、および早期の老化がもたらされるおそれがある。この温度勾配を、回避または制限するには、各タイプのモジュ―ルに応じて、リフローオーブンに特有の熱輪郭を作ることが必要であるが、その制御はきわめて微妙であることが分かっている。
コンポーネントが大きいと、小さなコンポーネントやコンポーネントの一部が遮蔽されるため、熱交換能力は減少する。
さらに大きなコンポーネントは、他のコンポーネントを蔽い、この蔽われたコンポーネントを、目視でチェックすることができなくなる。
しかも、リフローオーブンを使用する公知のプロセスにおいて、コンポーネントの最大高さは、リフローオーブンの通過が可能であるように定められている。
さらに、半田の組成に関する新標準により、半田の溶解温度が上昇するという危険がある。この温度上昇により、コンポーネントにおける熱応力が増加するという危険性がある。損傷されることなしに、この温度に耐えるために、コンポーネントの本体には、改善された高性能プラスチックを使用することが必要である。過剰な熱によって性能が影響されるおそれのあるコンポーネントについても、改善が必要である。
本発明の１つの目的は、電子モジュ―ルの製造時における熱応力を抑制する手段を提供することである。
この目的のために、本発明は、印刷された回路基板と、少なくとも１つの第１タイプのコンポーネントと、１つの第２タイプのコンポーネントとを含む電子モジュ―ルを製造するための方法を提供するものであり、このプロセスは、
−半田を基板上に置く段階と、
−第１タイプコンポーネントを所定の位置に置く段階と、
−全基板を加熱して半田を溶解することにより、第１タイプのコンポーネントを半田付けする段階と、
−第２タイプのコンポーネントを所定の位置へ置くことにより、第２タイプのコンポーネントに、半田を介して導線を取付ける段階と、
−第２タイプのコンポーネントを半田付けするように、半田を局所的に加熱して溶解させる段階とを含むことを特徴としている。
これにより、半田はすべて基板上で溶解され、かつ、幾つかのコンポーネントは、同時に、かつ、急速に半田付けされるが、局所的に加熱するため、コンポーネントが過度に熱せられることはなく、半田付けは正確に行われる。
第１タイプのコンポーネントの半田付けは、第２タイプのコンポーネントを所定の個所へ置く前に行われる。従って、第２タイプのコンポーネントは、第１タイプのコンポーネントの半田付けを妨げることはない。また、この半田付けの品質チェックを妨げない。大寸のコンポーネントは、例えば、第１の半田付けの後、所定の位置へ置かれる。２回の半田付け作業において、近接しているコンポーネントの半田は分散されるので、半田がコンポーネント同士が集中するのが回避される。温度に敏感なコンポーネントの劣化も、それらを第２の半田付け中に固定することによって回避される。
第２タイプのコンポーネントの半田付けは、このコンポーネントの各導線に、２つの電極を接続することによって、かつ、コンポーネントの各導線を加熱するために、両電極の間に電流を流すことによって行われる。
この半田付け方法によると、コンポーネントそれ自身、および周りのコンポーネントが、全く、もしくはほとんど温度上昇をうけることなしに、コンポーネントの導線のみが加熱される。従って、比較的穏当な温度抵抗特性を有するコンポーネントを使用することができる。
本発明のもう１つの課題は、このプロセスを実行するための生産ラインにある。この生産ラインは、第１タイプのコンポーネントを所定の位置へ置くための装置と、第１タイプのコンポーネントと回路の間に設けられた半田を溶解するための一般的な加熱装置と、第２タイプのコンポーネントを所定の場所へ置くための装置と、並びに、第２タイプのコンポーネントと回路の間に設けられている半田を溶解するための局所加熱装置とを備えている。
本発明の他の特徴および利点は、本発明の１つの非制限的な実施態様に関する以下の説明を読めば、明白になると思う。
図に示すように、本発明による製造方法は、生産ライン１において、２で示す電子モジュールを製造するために実行される。
電子モジュール２は、プリント回路基板を、それ自身公知の態様で構成するために、電気伝導性回路４が既に形成されている基板３を備えている。基板３は、ＩＭＳ(絶縁金属基板)タイプである。回路４は、基板３上に例えばスクリーン印刷によって配置されている伝導性インクからなるプリント回路である。この回路も、基板３にしっかり固定された金属製トラックからなっている。
電子モジュール２は、図２および図３には、その中の１つのみが示されているが、接続用導線７を有する第１タイプコンポーネント５、および第２タイプのコンポーネント６を含んでいる。例えば駆動コンポーネントであるコンポーネント５は、例えば、動力コンポーネントであるコンポーネント６よりも小さい。ここでは、コンポーネント６は、コンポーネント５の中の１つの上に載っている。コンポーネント５および６の導線７または接続部材は、溶解した半田８によって、回路４に固着されている。なお、半田８は、錫および鉛の混合物からなる半田ペーストである。
生産ライン１は、基板３のプリント回路４の上に半田８を堆積させるための堆積装置１０と、第１タイプコンポーネント５を所定の場所へ置くための保持装置２０と、ここではリフローオーブンからなる全体加熱装置３０と、第２タイプコンポーネント６を所定の場所へ置くための配設装置４０と、並びに、コンポーネント６の局所を加熱するための局所加熱装置５０とを備えている。
装置１０，２０，３０および４０は、それ自体は公知のものである。
局所加熱装置５０は、ここでは約３０００アンペア、最小振動数１０００ヘルツの電流を送出する電源５２に接続されている複数対の電極を備えている。この電極は、銅-タングステン(２５％銅および７５％タングステン)でできている。
各装置は、基板３を運ぶためのコンベア６０によって、適宜相互に繋がっている。
基板３が生産ライン１に入る時には、回路４は既に基板３に印刷されている。
堆積装置１０において、半田８は、コンポーネント５および６の回路４の接続パッドの上に、スクリーン印刷によって堆積されている。
ついで、第１タイプコンポーネント５の接続部材が、プリント回路４の対応する接続パッドの上に堆積させられている半田８に当接するように、コンポーネント５は、保持装置２０によって回路４上に置かれる。
かくして、コンポーネント５が設けられた基板３は、半田８を溶解する全体加熱装置３０内へ、即ち、リフローオーブン内へ移され、かつ、コンポーネント５は半田付けされる。
全体加熱装置３０から出てくると直ぐに、第１タイプコンポーネント５の半田付けの状態を目視チェックすることができる。第１タイプコンポーネント５が全体加熱装置３０を通過する時、第２タイプコンポーネント６は基板上にないので、この通過中の加熱されるべき質量は比較的に小さい。この事実により、より低い能力のオーブンの使用が可能になるか、またはより多くの基板を、同時にオーブンを通過させることが可能になる。
次に、コンポーネント６の導線７が、プリント回路４の相当する接続パッドの上に堆積されている半田８に当接するように、基板３は、コンポーネント６を所定の位置へもたらす配設装置４０を通過する。
その後コンポーネント６は、コンポーネント６の各導線７上に、１対の電極５１を設けることによって、前記両電極間に対応する導線７を介して、電流を流させて、半田付けし、かつ、コンポーネント６の各導線を、十分に加熱して半田８を溶解する。半田付けされる部品への電極の圧力は、半田付けされる部品が回路に対して適正に圧されるようにされる。例を挙げれば、電極により、半田付けされる部分に、１２daＮの力が加えられる。
電極によって半田を溶解するため、きわめて迅速(１秒より少ない)であるという利点があるが、他方、リフローオーブンの通過には、約１分かかる。
半田の品質に影響を及ぼすことは可能であり、また、半田付けの輪郭(および、特に時間の関数としての電流強度曲線、成分の導線上の電極の機械的圧力)と、電極の幾何学的配列(特に、よりよい熱の抜き取りを許容するように)と、部品に加えられた力(電極と部品の間の接触を維持するように、かつ、スパークの形成を防止するように)と、導線上の電極の間隔並びに位置付け(特に、導線を通る電流の通路を修正する)とを修正することによって、半田付けの質を、半田付けされる材料や成分に適合させることは可能である。
全部品のために同一の半田付け条件を維持して、例えば幾何学的に配列されている電極の熱の除去を容易にさせるという利益を享受しうるように、電極の温度は、ほぼ一定に、かつ、約４０℃と比較的に低く維持される。
勿論、本発明は、上に説明した実施態様だけに限定されるものではない。請求項によって定義されている本発明の範囲を逸脱することなく、変形変化を加えて実施することができる。
特に、第１タイプのコンポーネント５が、半田付けされた後、第２タイプのコンポーネント６の半田付けのために用いられる半田を、スクリーン印刷操作によって堆積させることが可能である。コンポーネントを回路の所定の個所へ置く前に、半田を、コンポーネントの導線の上に直接に堆積させてもよい。
各コンポーネント５、６の各導線上で、例えば半田付け用鏝先を使用することによって、コンポーネントのペーストを加熱することも可能である。加熱装置５０はリフローオーブンであってよい
電極は、種々の金属、特に、銅、タングステン、モリブデン等からできているのがよい。実施態様に記載のように、電極は、銅-タングステン(銅２５％およびタングステン７５％)、または銅からなり、かつ、半田付けされる部品との接触部として有利なタングステンチップを含む銅であるのが特に好ましい。
半田付けされる部品は、銅、真鍮、合金、または錫めっきされているか、またはそうでない金属でできた物である。基板は、IMSタイプ系であっても、また例えば、FR４タイプの基板等のガラス織物/エポキシ樹脂回路を含んでいる別のタイプの物であってもよい。
錫や銀等を基材とする他の無鉛半田を使用することも可能である。また半田は、コンポーネントの回路上、またはコンポーネントの接続部材上のどちらかに、金属ストリップの形で堆積させたものであってもよい。
上記したモジュールは、本発明を単に説明するために提示したものであって、限定的趣旨を有しない上記の実施態様の構造と異なる構造を有していてもよい。基板がリフローオーブン３０を通過した後に、コンポーネント６を所定の場所へ入れているが、コンポーネント６は大寸であって、オーブン内で熱によって損傷を受けるおそれもある。
コンポーネント６は、コンポーネント５と全く同じであるが、第１の半田付け作業後に、コンポーネントが極度に高く集中するのを防止するために、その次に半田付けされる。
本発明による電子モジュール製造のための生産ラインの略図である。 コンポーネントの半田付け中のモジュールの一部分解斜視図である。 コンポーネントを半田付けした後のモジュールの斜視図である。
符号の説明
１ 生産ライン
２ 電子モジュール
３ 基板
４ プリント回路
５ 第１タイプのコンポーネント
６ 第２タイプのコンポーネント
７ 導線
８ 半田
１０ 堆積装置
２０ 保持装置
３０ 全体加熱装置
４０ 配設装置
５０ 局所加熱装置
６０ コンベヤ

Claims (11)

  1. プリント回路（４）の基板(３)と、少なくとも１つの第１タイプのコンポーネント(５)と、１つの第２タイプのコンポーネント(６)とを備える電子モジュールの製造方法であって、
    −半田(８)を前記基板上に置く段階と、
    −前記第１タイプのコンポーネントを所定の位置に置く段階と、
    −前記第１タイプのコンポーネントを半田付けするように、その全基板を加熱して、前記半田を溶解させる段階と、
    −前記第２タイプのコンポーネントを所定の位置へ置くことにより、その導線(７)を、半田を介して基板へ当接させる段階と、
    −前記第２タイプのコンポーネントを半田付けするように、前記半田を局所的に加熱して溶解させる段階
    とを含むことを特徴とする電子モジュールの製造方法。
  2. 前記第１タイプのコンポーネント(５)の半田付けは、前記基板を、リフローオーブン(３０)を通過させることによって行われる、請求項１に記載の電子モジュールの製造方法。
  3. 前記第２タイプのコンポーネント(６)の半田付けを、前記コンポーネントの各導線(７)上の２つの電極(５１)を使用することによって、かつ、前記コンポーネントの各導線を加熱するために、前記両電極の間に電流を流すことによって行う請求項１に記載の電子モジュールの製造方法。
  4. 前記第２タイプのコンポーネントにおける半田付けを、以下のパラメータ、すなわち
    −半田付けの輪郭、
    −前記電極(５１)のための電流強度曲線、
    −前記第２タイプのコンポーネント(６)の前記導線(７)上の前記電極の機械的圧力、
    −前記電極の幾何学的配列、並びに
    −前記コンポーネントにおける前記導線上の前記電極の間隔および位置付け、
    の１つまたはそれ以上を修正することによって実行する請求項３に記載の電子モジュールの製造方法。
  5. 前記第２タイプのコンポーネント(６)を半田付けするために用いられる半田（８）を、同時に第１タイプのコンポーネント(５)を半田付けするために用いられる半田として、前記基板(２)の回路(４)上に置く、請求項１に記載の電子モジュールの製造方法。
  6. 前記半田(８)は、半田ペーストである請求項５に記載の電子モジュールの製造方法。
  7. 前記第２タイプのコンポーネント（６）を所定の位置に置く前に、前記半田(８)を、前記第２タイプのコンポーネント(６)の前記導線上に堆積させる、請求項１に記載の電子モジュールの製造方法。
  8. 前記第２タイプのコンポーネント(６)を、前記第１タイプのコンポーネント(５)の上に重合する、請求項１に記載の電子モジュールの製造方法。
  9. プリント回路（４）基板(３)と、少なくとも１つの第１タイプのコンポーネント(５)と、１つの第２タイプのコンポーネント(６)とを備える電子モジュールを生産するための生産ラインにおいて、
    前記生産ラインは、
    前記第１タイプのコンポーネントを所定の位置へ置くための保持装置(２０)と、
    前記第１タイプのコンポーネントと前記回路の間に置かれた半田を溶解させるための全体加熱装置(３０)と、
    前記第２タイプのコンポーネントを所定の位置へ置くための配設装置(４０)と、
    前記第２タイプのコンポーネントと前記回路の間に置かれている半田を溶解するための局所加熱装置(５０)
    とを備えることを特徴とする電子モジュールの生産ライン。
  10. 前記局所加熱装置(５０)は、前記コンポーネント(６)の各導線(７)に適用されるようになっている複数対の電極(５１)と、
    前記コンポーネントの各導線を加熱するために、前記両電極の間に電流を流すべく、前記電極に接続されている電源(５２)
    とを備える請求項９に記載の電子モジュールの生産ライン。
  11. 前記全体加熱装置(３０)は、リフローオーブンを備えている、請求項９に記載の電子モジュールの生産ライン。
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