JP2010034168A

JP2010034168A - 電子部品ハンダ付け方法

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Publication number: JP2010034168A
Application number: JP2008192916A
Authority: JP
Inventors: Aki Miyamoto; 亜樹宮本
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-07-26
Filing date: 2008-07-26
Publication date: 2010-02-12
Anticipated expiration: 2028-07-26
Also published as: JP4263765B1

Abstract

【課題】電子部品のリードをスルーホールヘ挿入した際、充填したハンダがスルホールまたはハンダ面のランドから抜け落ちたりしない、電子部品ハンダ付け方法を提供する。
【解決手段】プリント基板１の部品面３を下側にし、所定の隙間５をあけ、ハンダ押さえ板７の上にあわせ、上側になったハンダ面９に、隙間５なくメタルマスク１１を合わせ、メタルマスク１１の上からクリームハンダ１３を塗布し、次に、プリント基板１の部品面３を上側にして、塗布により前記クリームハンダ１３が充填されたスルホール１０９に電子部品１７のリードを挿入し、ハンダ面９側より加熱する。リード挿入のとき、スルホール１０９の下側に、ブラシ状の複数の突起を上向きに配置し、クリームハンダ１３の抜け落ちを防止する。
【選択図】図１

Description

この発明は、プリント基板に電子部品をハンダ付けにより装着する方法に関する。

プリント基板に電子部品をハンダ付けにより装着する方法は広く行われている。
すなわち、図９に示すように、プリント基板１０１の一方の面、通常上側の面は、電子部品１０３が装着される部品面１０５となる。その反対の面は、加熱されハンダ付けが行われるハンダ面１０７となる。
図１０に示すように、部品面１０５とハンダ面１０７を電気的接続を行うため、必要とする箇所に穴を開け、穴の内面側に化学的にめっきした穴を、スルホール１０９という。スルホール１０９には、電子部品１０３の部品リード１１１を挿入して、ハンダ付けすることが多い。この穴径は、取り付け部品リード１１１により異なる。

また、図１０，図１１に示すように、部品面１０５には複数の電子部品１０３の電気的な接続を行うために、薄い銅のパターン１１３が形成される。パターン１１３のうち半田が必要でない部分は、レジスト膜１１５により覆われる。
図１１に示すように、パターン１１３のうち、電子部品１０３などを取り付けるために設けた特定の広めの部分を、ランド１１７という。ランド１１７はスルーホールの周りにリング状に形成されることが多い。
従来、ハンダは、錫63％鉛37％の合金組成であり、溶融温度が183℃である。この合金組成は、ハンダ付け性がよく仕上がり状態もよいため電気製品の製造では一般的に使われてきた。
図１２に示すように、通常のプリント基板１０１の製法は、大量かつ迅速に作るため、基板のスルホール１０９に電子部品１０３の部品リード１１１を挿入後、溶融したハンダ１１９を直接はんだ面に吹き上げ、スルホール１０９に充填させるハンダ付けである。
前述した合金組成は、鉛が含有しているため濡れ性がよく、吹き上げでハンダ１１９は、スルホール１０９を通り部品面１０５のランド１１７まで行きわたることができる。ハンダ付けの状態は、部品面１０５とハンダ面１０７のランド１１７にハンダ１２１がのり両面より接合されることになる（図８参照）。

なお、特許文献１には、電子部品１０３の実装時にクリーム半田の落下を防止するために半田量を調整する技術が記載される。
また、特許文献２には、爪による実装部品の固定の技術が記載される。
特開2002-026502 特開平07-312473

しかしながら、近年環境問題より鉛の使用が規制され、鉛を含まない鉛フリーハンダを使用することが多い。鉛フリーハンダで開発された代表的なハンダは、錫96．5％銀3％銅0．5％の合金組成であり、溶融温度が220℃で従来より37℃上昇する。また、従来ハンダより濡れ性が劣り、溶融したハンダが行き渡った部分のみしかハンダ付けされない。このため、
（１）従来の製法で溶融したハンダを吹き上げた場合、スルホールに充填されるハンダは、吹き上げ圧力で充填された部分までしかいきわたれないので、例えば図１３に示す不良品になる。すなわち、スルホール１０９に、ハンダ１２１が十分充填されず、取り付けた電子部品の強度が劣ることになる。

（２）また図１４に示すように、吹上げで製造されるプリント基板１０１は、部品面のランドにはハンダ１２１が届かず常に未ハンダ状態となる。
（３）そして、図１５に示すように、十分充填させるため吹き上げの圧力を高めると、溶融したハンダで隣接したパターンに接続してしまう（同図左の電子部品）。
（４）また吹き上げ加減によりハンダがつかない（同図右の電子部品）という事故等が発生する。
（５）また、溶融温度が上昇したので、プリント基板が冷えている場合、溶融したハンダを吹き上げると、ハンダはすぐに硬化してしまう。このため、あらかじめプリント基板を加熱し、暖めておく必要がある。
（６）以上のようなハンダの吹き上げ技術を用いず、あらかじめ、スルーホールに柔らかいハンダを充填しておくことも考えられるが、その場合には、電子部品のリードをスルーホールヘ挿入した際、充填したハンダがスルホール等から抜け落ちる可能性が高く、塗布したハンダ量が保たれない。

この発明は、以上の問題点を解決するために、
(1)プリント基板の部品取り付けスルホールに、電子部品の取付に十分なハンダが充填でき、（２）ハンダ面のランド、スルホールにハンダ付けされ、部品面のランドの一部もハンダ付けされ、（３）（４）誤接続、未はんだ事故は発生せず、（５）プリント基板を事前に加熱することが不要であり、（６）電子部品のリードをスルーホールヘ挿入した際、充填したハンダがスルホール等から抜け落ちたりせず、塗布したハンダ量が保たれる電子部品ハンダ付け方法を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、第一発明は、プリント基板の一方の面である部品面を下側にして、所定の隙間をあけて、ハンダ押さえ板の上にあわせ、上側になったハンダ面に、隙間なくメタルマスクを合わせる工程と、前記メタルマスクの上からクリームハンダを塗布する工程と、プリント基板の部品面を上側にして、前記塗布により前記クリームハンダが充填されたスルホールに電子部品のリードを挿入して、前記電子部品の装着を行う工程と、前記装着後に前記プリント基板を、下側にした前記ハンダ面側より加熱する工程と、を有することを特徴とする電子部品ハンダ付け方法である。

第二発明は、プリント基板の一方の面である部品面を上側にして、クリームハンダが充填されたスルホールの下側に、ブラシ状の複数の突起を上向きに配置する工程と、前記スルホールに電子部品のリードを挿入して、前記電子部品の装着を行う工程と、前記装着後に前記ブラシ状の複数の突起を取り外して前記プリント基板を下側のハンダ面より加熱する工程と、を有することを特徴とする電子部品ハンダ付け方法である。

第一発明によれば、プリント基板を上下からメタルマスクとハンダ押さえ板とで挟み、メタルマスクの上からクリームハンダを塗布することから、正確な位置に塗布でき、ハンダをスルホールを通して裏側まで十分に充填できるので、(1)プリント基板の部品取り付けスルホールに、電子部品の取付に十分なハンダが充填でき、（２）ハンダ面のランド、スルホールにハンダ付けされ、部品面のランドの一部もハンダ付けされる。

また、従来のように溶融したハンダを高い圧力で吹き上げてスルホールに充填する必要がないので、吹き上げられるハンダによる（４）誤接続がなく、吹き上げ加減の調整の失敗による（３）未はんだ事故は発生しない。さらに、プリント基板、クリームハンダ共に常温より加熱することができ、従来のようにプリント基板をあらかじめ加熱温度を上げ暖めておく必要はない（（５））。

第二発明によれば、クリームハンダが充填されたスルホールの下側に、ブラシ状の複数の突起を上向きに配置することで、リードは、ブラシの複数の突起の間の隙間を通して通過でき、充填されたクリームハンダは、ブラシの複数の突起の先端に保持され、抜け落ちることはないので、塗布したハンダ量が保たれる（（６））。

この発明の実施形態を、図１から図８に示す。
［スルホール１０９にハンダを充填させる工程］
図１のように、プリント基板１を裏返しにして、下側になった部品面３を、所定の隙間５をあけて、ハンダ押さえ板７の上にあわせ、さらに、プリント基板１の上側になったハンダ面９に、隙間５なくメタルマスク１１を合わせる。ハンダ押さえ板７は、クリームハンダ１３が付着しない材質を用いる。

そして、図１，図２に示すように、プリント基板１の上側になったハンダ面９に、スキージ１５でクリームハンダ１３を塗布する。
すなわち、クリームハンダ１３は微小な粒子状態でフラツクスと混ぜ合わされている。クリームハンダ１３を撹絆し適度の柔軟さにする。この状態でハンダ面９のランド１１７上を塗布する。メタルマスク１１を通したクリームハンダ１３は、スルホール１０９に充填される。この際、スキージ１５の圧力によりスルホール１０９を流れたクリームハンダ１３は、ハンダ押さえ板７により押さえられ、その反動で部品面３との隙間５の部分にはみ出し充填される。この結果、部品面３のランド１１７側に隙間分の厚さ分が塗布される。

図３に示すように、メタルマスク１１を外すと、ハンダ面９のランドは部品面３のランド１１７と一致し均一の状態で塗布された状態になる。スルホール１０９には、全面充填される。ハンダ押さえ板７を外すと、部品面３のランド１１７は、均一の状態でランドの部分の一部が塗布される。

［ハンダを充填したスルホール１０９に電子部品を取り付ける工程］
次に、図４に示すように、電子部品１７のリード１９は、取り付けた際、適宜な長さとなるように、事前に加工しておく。
そして、図５のように、プリント基板１を裏返し状態から、正しい状態にして、部品面３を上側にする。この部品面３に電子部品１７を装着する。すなわち電子部品１７のリード１９を、ハンダ１３の充填されたスルーホールへ挿入して取り付ける。このとき、リード１９の挿入により、スルーホールにせっかく充填されたクリームハンダ１３が、押し出されたりして抜け落ちる可能性がある。これを防ぐため、下側のハンダ面９側にブラシ状の物品２１を用意しておく。

リード１９は単線のため、図６に示すように、ブラシの複数の突起２３の間の隙間５を通して通過できる。充填されたクリームハンダ１３は、挿入の際の部品リード１９の圧力で抜け落ちる可能性があるが、クリームの柔軟性とブラシの複数の突起２３の先端に保持され、持ちこたえ抜け落ちることはない。

図７のように、装着された電子部品１７は、クリームハンダ１３の柔軟さにより挿入されたリード１９が押さえられるので、装着された状態を保ち、崩れたり倒れることはない。
［加熱によるハンダ付けの工程］
さらに、図７の状態で、プリント基板１をハンダ面９側より加熱することで、クリームハンダ１３が、ハンダ面９のランド、スルホール及び部品面３のランドともに、部品リード１９に対し溶解し、ハンダ面９のランドは全面がハンダ２５で覆われる（図８）。部品面３のランドは、一部ハンダで覆われ接続される。両ランドとスルホールのハンダ２５により取り付け強度は保たれる。

さらに、プリント基板１、クリームハンダ１３共に常温より加熱する（プリント基板１をあらかじめ加熱温度を上げ暖めておく必要はない）ため１回の加熱でハンダ付け製作が可能となる。
スルホールとランド以外は余分な加工が加わらないので、汚れが付かない。例えば、従来のように、プリント基板ハンダ面側より溶融したハンダを高い圧力で吹き上げ、溶融したハンダで隣接したパターンにまで、ハンダが付着する等のことがない。

「実施形態の効果」
この実施形態によれば、図１から図３に示すように、プリント基板１を、上からのメタルマスク１１と、下からのハンダ押さえ板７とで挟み、メタルマスク１１の上からクリームハンダ１３を塗布することから、メタルマスク１１にあけられた孔などから正確な位置に塗布できる。また、ハンダ押さえ板７により、スルーホールを通してハンダが脱落する等のことを防止でき、さらに、ハンダ押さえ板７との間の隙間５により、ハンダをスルホール１０９を通して裏側まで十分に充填できる。

よって、(1)プリント基板１の部品取り付けスルホール１０９に、電子部品１７の取付に十分なハンダが充填でき、（２）ハンダ面９のランド１１７、スルホール１０９には全てがハンダ付けされ、部品面３のランド１１７の一部もハンダ付けされる。
また、従来のように溶融したハンダを高い圧力で吹き上げてスルホール１０９に充填する必要がないので、吹き上げられるハンダによる（４）誤接続がない。また、逆に、吹き上げ加減の調整の失敗による（３）未はんだ事故も発生しない。
さらに、プリント基板１、クリームハンダ１３共に常温より加熱することができる。よって、従来のようにプリント基板１をあらかじめ加熱し温度を上げ暖めておく必要はない（（５））。よって、電子部品１７に熱によるストレスが加わらない。
さらに、クリームハンダ１３が充填されたスルホール１０９の下側に、ブラシ状の複数の突起２３を上向きに配置することで、リード１９はスルホール１０９へ挿入された後に、ブラシの複数の突起２３の間の隙間５を通して通過でき、これに対し、充填されたクリームハンダ１３は、ブラシの複数の突起２３の先端に保持され、抜け落ちることはない。よって、スルーホールなどに塗布したハンダ量が保たれる（（６））。
「他の実施形態」
以上の実施形態では、スルーホールに充填されたクリームハンダが抜け落ちるのを防止するために、ブラシ状の突起を用いたが、他の実施形態では、ブラシ状の突起を用いなくても、クリームハンダの粘度を調整したり、部品面を下側にして下側から部品を装着したり、プリント基板を縦にして横方向から電子部品を装着することで、作業効率は低くなるものの、クリームハンダの抜け落ちを防止できる。
以上の実施形態では、クリームハンダをスルホールを通して裏側まで十分に充填するために、ハンダ押さえ板を使用したが、他の実施形態では、ハンダ押さえ板を使用しなくても、例えば、プリント基板の両面よりメタルマスクの上からクリームハンダを塗布することで、作業効率は低くなるものの、クリームハンダの十分な充填を可能にできる。

この発明の一実施形態を示す、クリームハンダを塗布されるプリント基板の縦断面図である。図１の塗布直後の縦断面図である。図２の塗布後のプリント基板の縦断面図である。電子部品のリードを適宜な長さに加工する概念の縦断面図である。図３のプリント基板を元の状態に裏返し、クリームハンダが充填されたスルホールの下側に、ブラシ状の複数の突起を上向きに配置して、電子部品のリードを挿入する状態を示す縦断断面図である。図５のブラシ状の突起の作用を示す図である。図５、図６のリードの挿入により電子部品の装着がなされたプリント基板の縦断断面図である。図７の状態から加熱によるハンダ付けがなされた後のプリント基板の縦断断面図である。従来技術を示す、プリント基板に電子部品が装着される様子の図である。図９のスルホールに電子部品のリードを挿入してハンダ付けした様子を示す縦断面図である。（Ａ）は、図１０のスルホールの図、（Ｂ）はスルーホール周囲に形成されるランドの斜視図である。従来のプリント基板製法で、溶融したハンダを直接はんだ面に吹き上げ、スルホールに充填させる様子を示す図である。図１２の従来のプリント基板製法で生じるハンダ付けの不良品を示す縦断面図である。同じく図１２の従来のプリント基板製法で生じるハンダ付けの不良品を示す縦断面図である。同じく図１２の従来のプリント基板製法で生じるハンダ付けの不良品を示す縦断面図である。

符号の説明

１…プリント基板、３…部品面、５…隙間、７…ハンダ押さえ板、９…ハンダ面、１１…メタルマスク、１３…クリームハンダ、１５…スキージ、１７…電子部品、１９…リード、２１…ブラシ状の物品、２３…突起、２５・・・ハンダ、１０１…プリント基板、１０３…電子部品、１０５…部品面、１０７…ハンダ面、１０９…スルホール、１１１…部品リード、１１３…パターン、１１５…レジスト膜、１１７…ランド、１１９・・・溶融したハンダ。

Claims

プリント基板の一方の面である部品面を下側にして、所定の隙間をあけて、ハンダ押さえ板の上にあわせ、上側になったハンダ面に、隙間なくメタルマスクを合わせる工程と、前記メタルマスクの上からクリームハンダを塗布する工程と、プリント基板の部品面を上側にして、前記塗布により前記クリームハンダが充填されたスルホールに電子部品のリードを挿入して、前記電子部品の装着を行う工程と、前記装着後に前記プリント基板を、下側にした前記ハンダ面側より加熱する工程と、を有することを特徴とする電子部品ハンダ付け方法。
プリント基板の一方の面である部品面を上側にして、クリームハンダが充填されたスルホールの下側に、ブラシ状の複数の突起を上向きに配置する工程と、前記スルホールに電子部品のリードを挿入して、前記電子部品の装着を行う工程と、前記装着後に前記ブラシ状の複数の突起を取り外して前記プリント基板を下側のハンダ面より加熱する工程と、を有することを特徴とする電子部品ハンダ付け方法。