JP2010146939A - フラットケーブルの半田接続方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コネクタに端子間を離間させるリブを設けることなく、ペースト半田の付着量を精度よく容易に制御することができ、接続不良を生じることなく半田付接続することが可能な多芯フラットケーブルの半田接続方法を提供する。
【解決手段】複数本の細径電線２０を一列に並べた多芯のフラットケーブルを電気コネクタの端子部２９にペースト半田３０により接続する方法である。細径電線の中心導体２１を所定の長さ露出させ、その先端部を一列に揃えて、平板上に一定の厚さで塗布されたペースト半田層に突き当て、ペースト半田層を削り取るように露出された中心導体を平行に移動させて、露出された中心導体の側面に所定量のペースト半田３０ａを付着させる。次いで、ペースト半田が付着されている中心導体部分をコネクタの端子部に押し当てて加熱することにより、中心導体２１を電気コネクタの端子部２９に半田接続する。
【選択図】図１

Description

本願発明は、複数本の細径電線を一列に並べた多芯フラットケーブルを、電気コネクタの端子に半田付けにより接続する半田接続方法に関する。

通信機器の配線等に用いる多心フラットケーブルで、複数本の絶縁電線または複数本の細径同軸線を一列に並べて共通被覆等で一体化した構造のものが知られている。このフラットケーブルは、通常、ケーブル端に予め多心の電気コネクタを接続したワイヤハーネスとして形成し、コネクタ接続で通信機器内の配線を行なうことが多い。また、細径同軸線においては、例えば、外径が０．３ｍｍ程度で、０．５ｍｍピッチ以下で一列に並べて配列されるものもある。したがって、これに接続される電気コネクタも、端子間の配列ピッチが同程度の狭いピッチで形成される。

このような狭い間隔の端子列に多心のフラットケーブルを半田接続するには、ケーブル端で各電線の中心導体を所定長さ露出させ、各中心導体にペースト半田を付着した後、電気コネクタの端子上に配置して加熱することにより半田接続している。この場合、そのペースト半田の付着量が多いと端子間の短絡を生じ、少ないと接続不良が生じるという問題があった。

このような問題を解決方法として、例えば、特許文献１に、隣接する端子間をリブにより離間させる電気コネクタとその半田接続方法が開示されている。図５は、その概略を示す図で、電気コネクタのハウジング２の端子配列面３に、複数の接続部４（端子）が配列され、隣接する接続部４を収納する溝部５がリブ部６により形成されている。そして、図５（Ａ）に示すように、端子配列面３に所定量のクリーム半田７（ペースト半田）が塗布される。

端子配列面３に塗布されたクリーム半田７は、図５（Ｂ）に示すように、リブ部６の高さになるように塗布後にヘラ状の治具等でなぞって、余分なクリーム半田が除去される。次いで、端部の被覆が除去された多心ケーブル１の露出された芯線１ａを、対応する接続部４の位置で、溝部５内のクリーム半田７に浸し、クリーム半田７を加熱する。
この加熱によりクリーム半田７は、図５（Ｃ）に示すように、表面張力の作用で芯線１ａの周囲を覆うように芯線１ａを中心として盛り上がり、リブ６部の上面には存在しなくなる。この結果、降温後、半田材はリブ部６により分離し各芯線１ａは隣接する芯線とは短絡することなく、対応する所定の接続部４のみと半田接続されるとしている。

また、特許文献２には、電子部品に半田付けのためのペースト（フラックス）を所定量付着させる技術が開示されている。図６は、その概略を示す図で、フラックスの塗膜形成に際して、図６（Ａ）に示すように、塗膜形成ステージ１０の塗膜形成面１０ａ上に成膜スキージ１１により、所定厚さｔのフラックス１３の塗膜を形成する。掻寄せスキージ１２は、成膜スキージ１１の操作終了位置の後方に待機した状態で配置されている。

そして、図６（Ｂ）に示すように、搭載ヘッド１４の複数のノズル１４ａにより電子部品１５を、塗膜形成ステージ１０上に移動させ、ノズル１４ａを昇降させて電子部品１５のバンプ１５ａに、所定量のフラックス１３を転写により付着させる。フラックス１３の転写後は、図６（Ｃ）に示すように、成膜スキージ１１を初期位置に戻し、掻寄せスキージ１２によりフラックス１３を掻寄せて、次の塗膜形成と電子部品へのペースト転写に備える。
特開２００１−６７９４号公報 特開２００８−１０８８８４号公報

特許文献１に開示の半田接続方法は、電気コネクタの端子を離間させるリブを形成するものであるが、電線が細く、端子間の配列ピッチが小さい場合は、リブの成形が難しく精度の高いリブを得るにはコスト高となる。また、リブで端子間を離間させる場合も、ペースト半田の付着量によっては、短絡等の接続不良を生じることがある。なお、特許文献２は、電子部品のバンプに半田接続のためのペースト（フラックス）を付着する技術を示しているが、細径のフラットケーブルの半田接続については開示されていない。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、コネクタに端子間を離間させるリブを設けることなく、ペースト半田の付着量を精度よく容易に制御することができ、接続不良を生じることなく半田付接続することが可能な多芯フラットケーブルの半田接続方法の提供を目的とする。

本発明による多芯フラットケーブルの半田接続方法は、複数本の細径電線を一列に並べた多芯のフラットケーブルを電気コネクタの端子部にペースト半田により接続する方法である。前記の細径電線の中心導体を所定の長さ露出させ、その先端部を一列に揃えて、平板上に一定の厚さで塗布されたペースト半田層に突き当て、ペースト半田層を削り取るように露出された中心導体を平行に移動させて、露出された中心導体の側面に所定量のペースト半田を付着させる。次いで、ペースト半田が付着されている中心導体部分をコネクタの端子部に押し当てて加熱することにより、中心導体を電気コネクタの端子部に半田接続する。

上記の本発明による半田接続方法によれば、細径電線の中心導体へのペースト半田の付着量を、平板上に塗布するペースト半田層の厚さ、中心導体を平板上に押し当てて移動する距離を変えることにより容易に調整することができ、接続不良が生じない最適値で安定した半田接続を行なうことができる。なお、ペースト半田の平板上の塗布厚さは、成膜スキージにより所定値に設定することが可能で、作業ロボットを用いた自動化も容易となる。

図により本発明の実施の形態を説明する。図１（Ａ）は、多芯のフラットケーブルを電気コネクタの端子部に接続した部分図を示し、図１（Ｂ）は半田接続方法の一例を示す図である。図中、１９は共通被覆、２０は同軸線、２１は中心導体、２２は絶縁体、２３は外部導体、２４は外被、２５はグランドバー、２６は半田、２７はコネクタ筐体、２８は端子配列面、２９は端子、３０は半田、３０ａはペースト半田を示す。

本発明で対象とする多芯フラットケーブルとは、例えば、複数本の細径の同軸線を平行一列に並べ、共通被覆１９等によりフラット状に一体化された構成のもの、または、導体を絶縁樹脂で被覆した細径の絶縁電線を複数本平行一列に並べてフラット状に一体化された構成のものである。なお、図に示す細径の同軸線２０は、中心導体２１、絶縁体２２、外部導体２３を同軸状に配し、その外周を外被２４で覆った形状で、ケーブル外径が０.３ｍｍ程度で形成されているような極細のものである。同軸線２０の中心導体２１は、銅または銀もしくは錫メッキ銅合金線からなる単線又は撚り線を用い、例えば、外径約０.０２ｍｍ程度の銅合金線を７本撚って、外径が０．０６ｍｍ程度のもの（ＡＷＧ４４相当）で形成される。

内部導体２の外周には、テフロン（登録商標）樹脂等のフッ素樹脂系の絶縁材を用い、厚さ０.０６ｍｍ程度に被覆して絶縁体２２とされる。外部導体２３は、中心導体２１と同様な銅または銀もしくは錫メッキ銅合金線を用い、例えば、外径約０.０３ｍｍの導線を絶縁体２２の外周に横巻で巻きつけて形成する。その外面には、厚さ０.０３ｍｍ程度のフッ素樹脂を押出し成形して外被２４とすると、外径が０.３ｍｍ程度の同軸ケーブル２０が得られる。

上述した同軸線２０は、複数本を少なくともその端末部分が平行一列に所定のピッチで揃うように、接着フィルム等（図示せず）を用いて保持しておく。複数本の同軸線２０は、端末部分の外被２４を除去して外部導体２３が露出され、また、この外部導体２３の先端部分を除去して絶縁体２２が露出されている。そして、最後に絶縁体２２の先端部分を除去して中心導体２１を所定長さ露出させる。

外部導体２３の露出際（外被２４の端部近傍）は、例えば、金属の薄板からなるグランドバー２５で上下から挟まれ、ペースト状の半田２６等を用いて半田接続される。この場合、グランドバー２５は、半田２６により複数本の同軸線の外部導体２３を共通のグランド電位とすると共に、機械的にも一体化し、中心導体２１の間隔（例えば、同軸線の外径と同じ０.３ｍｍピッチ）に保持する。また、露出している中心導体２１の部分は、電気コネクタ等に接続固定されるまでは、必要に応じて保護シート等が被せられ、外力により曲げられたりすることから保護される。

一方、コネクタ筐体２７の端子配列面２８には、複数の端子２９が上記の中心導体２１と同じピッチ配列で形成されていて、この端子２９のそれぞれに、中心導体２１は半田３０により接続固定される。この場合、半田３０の量が多いと隣接する端子まで半田が流れ出して電気的に短絡し、半田３０の量が少ないと中心導体２１との電気接続が十分でなく接続不良を起こす。

図１（Ｂ）は、同軸線２０の中心導体２１を端子２９に半田接続する方法の一例を示し、中心導体２１に予め所定量のペースト半田３０ａ（フラックスに半田紛末を含有させてなる）が付着される。次いで、中心導体２１は、付着されたペースト半田３０ａと共に、端子配列面２８の端子２９の中心に位置するように置かれる。この後、ペースト半田３０ａをパルスヒート等による加熱で溶融させ、中心導体２１を端子２９に半田接続する。

図２および図３は、本発明による同軸線に所定量のペースト半田を付着する方法を説明する図である。図中、３１はスキージ、３１ａは板材、３１ｂは溝、３１ｃは把持部、３２は治具板、３２ａは上面、３３はペースト半田層、３３’はペースト半田材を示し、その他の符号は、図１で用いたのと同じ符号を用いることで説明を省略する。

同軸線に所定量のペースト半田を付着させるに際して、図２（Ａ）に示すような、スキージ３１を用意する。このスキージ３１は、板厚ｄを有する板材３１ａに深さ（クリアランス）ｈを有する溝３１ｂを形成し、そして、スキージ３１を操作する把持部３１ｃを設けて成る。治具板３２は、図２（Ｂ）に示すように、平坦な上面３２ａを有する平板で形成され、上面３２ａに所定量のペースト半田材３３’が盛られる。

治具板３２上に盛られたペースト半田材３３’は、図２（Ｃ）および図２（Ｄ）に示すように、治具板３２の上面３２ａに塗布厚さが均一で平坦状になるように、図２（Ａ）で示したスキージ３１で抄かれる。なお、スキージ３１の板材３１ａにある程度の厚みｄを持たせ、その厚さ部分を治具板３２の上面３２ａを擦るようにして移動することにより、ペースト半田層３３の塗布厚さを一定にすることができる。

ペースト半田層３３の塗布厚さは、スキージ３１の溝３１ｂのクリアランスｈにより決められるが、図２（Ｃ）に示すように、スキージ３１を傾斜させて抄くことにより、調整することもできる。また、図２（Ｄ）に示すように、ペースト半田層３３を治具板３２上に均一な厚さで平坦に塗布した後は、スキージ３１は治具板３２上から外される。そして、図２（Ｅ）に示すように、治具板３２上に均一で所定の厚さｔで塗布されたペースト半田層３３を得ることができる。これらの作業は、作業ロボット等を使って自動化することができる。

図３は、図２の治具板３２上に塗布されたペースト半田層３３を用いて、多芯フラットケーブルの同軸線２０の中心導体２１に、所定量のペースト半田３０ａを付着させる方法を説明する図である。なお、予め、複数本の同軸線２０は、先端を揃えて中心導体２１が露出され、外部導体２３はグランドバー２５に半田接続または機械的に挟持され、中心導体２１の間隔を所定値に維持した状態とされる。

先ず、図３（Ａ）に示すように、同軸線２０の中心導体２１を、治具板３２上のペースト半田層３３に向けて降ろし（矢印Ａ方向）、図３（Ｂ）に示すように、中心導体２１の先端が治具板３２の上面３２ａ上で多少撓むように突き当てる。このため、同軸線２０は、治具板３２に対して垂直ではなく、スタート位置側に傾斜させた状態とする。次に、この傾斜状態を維持して平行に移動（矢印Ｂ方向）させる。

同軸線２０を平行移動させるに際しては、図３（Ｃ）に示すように、中心導体２１の先端が治具板３２の上面３２ａを擦って、ペースト半田層３３をすくい上げるようにして、所定の距離Ｌだけ移動させて停止させ、上方に引き上げる（矢印Ｃ方向）。この操作により、図３（Ｄ）に示すように、中心導体２１に所定量のペースト半田３０ａを付着させることができる。ペースト半田３０ａは、平行移動時の上面側に多く付着し、下側に多少回り込む状態で付着する。コネクタの端子上には、付着量の多い上面側が接触するように載置し、この後、図１（Ｃ）で示したようにパルスヒートのチップを半田および中心導体におしあてて加熱し、半田接続する。これらの一連の操作は、作業ロボット等を使った自動化が可能で、均一な量のペースト半田３０ａを付着させることができる。

次に、本発明による半田接続方法に関して、中心導体２１へのペースト半田の付着量および半田付け性について、試験した結果を述べる。なお、試験用の多芯フラットケーブルとしては、同軸線の中心導体がＡＷＧ４４（７本撚り線で直径０.０６ｍｍ程度）相当の撚り導体で、線間ピッチ０.３ｍｍで平行一列に配列した、４０芯（中央２芯抜きで、計３８芯）の多芯フラットケーブルを用いた。また、ペースト半田としては、鉛フリー半田（Ｓｎ−３Ａｇ−０.５Ｃｕ）で半田粉末粒径が４〜２４μｍ、フラックスの含有量が１４ｗｔ％からなるものを用いた。

また、半田付け条件として、図２（Ｃ）に示した治具板３２上のペースト半田材３３’に対するスキージの移動速度を１０ｍｍ／ｓ、図３（Ｂ）に示した同軸線の移動速度を５ｍｍ／ｓ、図３（Ｃ）にしたペースト半田層３３に対する同軸線２０の移動距離Ｌを３ｍｍ、とした。また、図１〜３で説明したペースト半田の付着および半田付けには、作業ロボットを用いて行い、半田加熱にはパルスヒートを用いて加熱した。

先ず、上記の条件で、図２（Ｅ）に示したスキージ３１によるペースト半田層３３の塗布厚さｔ（以下、スキージ塗布厚さという）と図３（Ｄ）の同軸線の中心導体２１に付着されるペースト半田３０ａの付着量の関係を試験した。また、図１のコネクタの端子への半田付け状態を目視観察した。
図４はその試験結果を示す図で、図４（Ａ）は測定データで、図４（Ｂ）はグラフ化したものである。試験は、スキージ塗布厚さｔを０.０８ｍｍ〜０.２０ｍｍまで、０.０１ｍｍずつ変化させて、中心導体への付着量と半田付け状態を観察した。それぞれの異なる塗布厚みにおいて、３サンプルの最大値、最小値、平均値のデータをとった。

図４（Ｂ）に示すように、データにバラツキはあるが、スキージ塗布厚さｔを増加させることにより、ペースト半田の付着量は増加する。スキージ塗布厚さｔが、０.１１〜０.１７ｍｍのときに、コネクタ端子との半田付け状態が良好で、スキージ塗布厚さｔが、０.０８〜０.１０ｍｍのときはペースト半田の付着量が少なく、一部で半田接続状態がよくなかった。また、スキージ塗布厚さｔが、０.１８〜０.２０ｍｍのときはペースト半田の付着量が多すぎて、一部の隣接端子間に短絡が生じていた。

図４の結果から、半田付け状態が良好の範囲であるスキージ塗布厚さｔが０.１１〜０.１７ｍｍでは、撚り線の中心導体の直径が０.０６ｍｍ程度での値であることから、平板上に塗布されるペースト半田層の厚さは、同軸線の中心導体直径の１.７〜２.８倍とするのが好ましい。
また、半田付け状態が良好の範囲であるスキージ塗布厚さｔが０.１１〜０.１７ｍｍでは、中心導体の半田付着量は、３８芯分で０.２１〜０.４０ｍｇであることから、１芯に付着させるペースト半田は、５.５μｇ〜１０.５μｇとするのが好ましい。

本発明における多芯フラットケーブルの半田付け方法の概略を説明する図である。 本発明におけるペースト半田層を得る一例を説明する図である。 本発明の多芯フラットケーブルにペースト半田を付着させる例を説明する図である。 本発明による半田接続方法の付着量と半田付け性に関する試験結果を示す図である。 従来の技術を説明する図である。 従来の他の技術を説明する図である。

符号の説明

１９…共通被覆、２０…同軸線、２１…中心導体、２２…絶縁体、２３…外部導体、２４…外被、２５…グランドバー、２６…半田、２７…コネクタ筐体、２８…端子配列面、２９…端子、３０…半田、３０ａ…ペースト半田、３１…スキージ、３１ａ…板材、３１ｂ…溝、３１ｃ…把持部、３２…治具板、３２ａ…上面、３３…ペースト半田層、３３’…ペースト半田材。

Claims (2)

1. 複数本の細径電線を一列に並べた多芯のフラットケーブルを電気コネクタの端子部にペースト半田により接続する半田接続方法であって、
   前記細径電線の中心導体を所定の長さ露出させ、その先端部を一列に揃えて、平板上に一定の厚さで塗布されたペースト半田層に突き当て、前記ペースト半田層を削り取るように前記露出された中心導体を移動させて、前記露出された中心導体の側面に所定量のペースト半田を付着させ、次いで、前記ペースト半田が付着されている中心導体部分を前記コネクタの端子部に押し当てて加熱することにより、前記中心導体を前記電気コネクタの端子部に半田接続することを特徴とする多芯フラットケーブルの半田接続方法。
2. 前記平板上に塗布される前記ペースト半田層の厚さが、前記中心導体の直径の１.７〜２.８倍であることを特徴とする請求項１に記載の多芯フラットケーブルの半田接続方法。