JP2010147037A - 電気／電子部品の接合構造及びプリント配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】プリント配線基板に電気／電子部品を接合する技術に関し、フロー装置での挿入部品はんだ付けで、はんだ上がりが悪いという現象が発生する場合がある。はんだ上がり不足の問題は、はんだ付けの接合信頼性を確保できない。このはんだ上がり問題の解決が重大な課題である。スルーホールへのはんだ上がり不足の問題を改善し、優れた接合信頼性を得る接続方法を提供する。
【解決手段】プリント配線基板で、はんだ上がりが悪い挿入部品に対し、挿入部品を溶融はんだの噴流波に接触させてはんだ付けを行うフローはんだから、無はんだでスルーホールとの接合を可能とする接合構造を有し、挿入部品のリード及びプリント配線基板のスルーホールへ接合構造体を嵌合させる手段を有することで、より高い信頼性を確保したはんだ付け接続が解決できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント配線基板に電気／電子部品を接合する技術に関し、特に電気／電子部品のリードをスルーホールに挿入するスルーホール型部品（挿入部品）、コネクタ部品等のはんだ上がり不足を解消し、容易に無はんだでの接合に変更可能な接合構造及びプリント配線基板基板に関するものである。

電気／電子部品の接合構造は、従来から多くの方式が考えられており、主にはんだ付け方式、圧着方式、圧接方式、プレスフィット方式等が代表例として挙げられる。現在、プリント配線基板との接合構造は、主にはんだ付け方式、プレスフィット方式が一般的である。はんだ付け方式は、電気／電子部品との接続にはんだを用いて接続する方法である。また、プレスフィット方式は、コネクタ端子とプリント配線基板とを無はんだ接続する方法である。

近年の電子機器は、小型化や高機能化に伴い、プリント配線基板にも多層化や高密度化が要求されるようになってきた。このようなプリント配線基板においては、プリント配線基板厚が厚い、また内層と多数接続されることが多い。さらに大電流を流すため大面積の配線パターンが必要となる。最も多く採用されているはんだ方式では、この大面積の配線パターンが、内層接続により多数存在しているスルーホールに、溶融したはんだが、常に噴流、循環するようにし、そのはんだの噴流した表面にプリント配線基板の下面及びスルーホールから引き出された挿入部品のリード線が触れるようにして行うフローはんだ付けにより接合すると、プリント配線基板の下面より印加された、はんだが内層配線パターンからはんだの熱が放散し、プリント配線基板上面に温度が十分に高温に達しないことが生じる。その結果、はんだがスルーホールを上がっていくことが阻害され、大面積を有するパターンに接続するスルーホールにおいては、はんだ付けの信頼性が低下するという問題を生じるケースが多く存在する。特許文献１は、はんだ上がりを改善するために、大面積パターンと接続するスルーホール周囲に、上下のパターンを連絡するように熱伝導ピンを複数個設置し、スルーホール内に浸入したはんだが途中で凝固することなく、上面のパターンまで到達できる例を開示している。特許文献２は、プリント配線基板へのダメージを無くすために、白化現象や剥離を抑制したプレスフィット端子の接続方法が開示されている。

特開平７−１７００６１号公報 特開２００６−１４０３８３号公報

はんだ上がりについて図６に沿って説明する。はんだ上がりとは、プリント配線基板６０１のはんだ面６０４から、はんだ噴流波６０２を当てることで、はんだがスルーホール内６０３をはんだ面６０４から部品面６０５まで充填し、スルーホール内をはんだで満たす。挿入部品のリード６０６とスルーホールメッキ６０７をはんだ付けした際、図７のように表面張力で横から見ると富士山の裾野の如く裾を引いたように見えるのが理想的なはんだ付けで、これが形成されていれば、はんだ付けが正常であることを示している。フローはんだ付けの信頼性を高めるには、プリント配線基板の銅箔部の酸化防止措置やはんだ付け作業条件の最適化、フラックス、コンベアスピード、プリヒート条件、フローはんだ付け時に用いる治具（噴流はんだをあてる開口面積を大きくするため）の改良が重要であり、これらの条件が適切でないと図８のように、はんだがスルーホール途中までしか上がらない、はんだ上がり不足が発生し、はんだ付け信頼性を大きく低下させる要因となる。さらに、アートワークにまでさか上り、スルーホールの接続数の変更、プリント配線基板厚、層構成の見直しが生じるケースも多い。この場合、根本的な層構成やプリント配線基板厚の変更のため再評価や、プリント配線基板の作り治しが生じる。はんだ上がりの悪化は、信頼性を確保したいエレクトロニクス製品にとって重要な課題である。

本発明は、かかる課題を解消するためのものであり、電気／電子部品とスルーホールとの接続を確保し、優れた信頼性を得ることを目的としている。

上記の課題を解決するため本発明は、両面に形成されたパターンと、前記両面に形成されたパターンを電気的に接続するスルーホールと、前記スルーホールにリードが挿入された電気／電子部品を有するプリント配線基板で、はんだ上がりが悪い挿入部品に対し、挿入部品のリードを溶融はんだの噴流波に接触させてはんだ付けを行うフローはんだから、無はんだでスルーホールとの接合が可能な接合構造を有することを特徴とする。この接合構造は、プリント配線基板に挿入される全てのリードピンに対して接続可能であり、プレスフィットタイプで圧入する接合構造体である。この構造体は、２重のバネ構造になっており、外側のコンタクトは常に外側に膨らむバネ構造を有しており、内側のコンタクトは常に挿入部品のリードに圧力がかかるようなバネ構造を有している。特に材料の特性、成分は示さないが、電気的に導電性のある金属性の構造体である。接合構造体は、挿入部品のリード自身に接合可能であり、さらにプリント配線基板にあるリードが挿入される全てのスルーホールに対し接合可能な機能を有している。このため、既にフローはんだ付け用に設計されたプリント配線基板において、層構成やプリント配線基板厚を変更、またプリント配線基板の再製をすることなく、挿入部品の接合において、信頼性を確保した接続が可能となる。さらに、この接合構造体を用いた後に、前記フローはんだ付けを行うことも可能であり、より高い信頼性を確保することが可能となる。

以上、本発明により、プリント配線基板の両面に形成されたパターンと前記両面に形成されたパターンを電気的に接続するスルーホールを有しているプリント配線基板と、前記スルーホールにリードが挿入された電気／電子部品において、スルーホールと挿入部品を接合する構造体を備えていることにより、課題であったはんだ上がり不足を解消することが可能となる。また、電気／電子部品及びプリント配線基板にダメージを与えることがなく、機械的強度が確保できる。さらに、あらゆる挿入部品のリード及び挿入部品のリードが接続するプリント配線基板において、接続信頼性の高いプリント配線基板を製造することが可能となる。

以下、本発明を図面に示した実施例によって詳細に説明する。図１は、本発明の基本構成を示した図である。プリント配線基板１０１は両面に形成されたパターン１０２があり、両面に形成されたパターン１０２を電気的に接続するスルーホール、即ち電気／電子部品１０３のリード１０４が挿入されるスルーホール１０５が存在し、電気／電子部品１０３のリード１０４及びスルーホール１０５に接合構造体１０６を嵌合することで、フローはんだ付けで、はんだ上がり不足が生じたスルーホール（図８参照）の接続信頼性が確保される構成である。図２は、接合構造体１０６の基本構造を示した断面図である。接合構造体１０６は、金属製の構造体であり、２つのバネ特性があるコンタクト２０１と２０２を有している。図３は、電気／電子部品１０３のリード１０４が接合構造体１０６と嵌合した断面図を示している。接合構造体１０６の内側のコンタクト２０１は挿入されるリード１０４と電気的な接触を得るため、常に内側のリード方向に力が働くバネ構造となっている。外側のコンタクト２０２はスルーホール１０５と電気的な接触を得るため、常に外側のスルーホール方向に力が働くバネ構造である構造体となっており、構造体１０６にリード１０４が挿入されたことにより内側のコンタクト２０１と接触し電気的な接続を得る。図４は、リード１０４が構造体１０６に嵌合し、スルーホールと接触している断面図を示している。外側のコンタクト２０２は、外側に圧力がかかるバネ構造を有しているため、外側に大きくまるびを帯びている形状になる。プレスフィットタイプ方式で圧入によりプリント配線基板に押し込み、スルーホールメッキ４０１と接触し電気的な接続を得ることが可能となる。本構造体１０６の穴径を挿入部品のリード種毎に準備しておくことで、あらゆる電気／電子部品に対応することが可能となる。図５は、プリント配線基板１０１に構造体１０６を嵌合させた後に挿入部品のリード１０４を挿入する断面図を示している。初めにプリント配線基板１０１に構造体１０６を嵌合させておく。次に挿入部品のリード１０４をプリント配線基板１０１のスルーホール１０５に差し込むことで、スルーホール１０５と接触し電気的接続が得られる事が可能となる。さらに、機械的接続強度を確保するために、構造体１０６と嵌合した後にフローはんだ付けによるはんだ接続を行うことで、より高い信頼性を確保することが可能となる。以上述べたように本発明によれば、フローはんだ付けによるはんだ上がりの不具合が評価工程で発見されても、層構成やプリント配線基板厚を変更、またプリント配線基板の再製をすることなく、はんだ上がりが悪いスルーホールのみ対策できることが可能となる、さらに、はんだ付けと併用させることで高い信頼性を実現できる。

多種多様なプリント配線板及び多種多様な電気／電子部品を使用した場合において、はんだ上がりが悪いスルーホールに対して、良好な接合が実現できる。また、電気／電子部品及びプリント配線基板にダメージを与えず、機械的接続強度を確保でき、接合信頼性の高いプリント配線板を製造することが可能である。

実施例１の基本構成を示した図。 接合構造体の断面構造を示した図。 電気／電子部品のリードに接合構造体を嵌合した構造を示した断面図。 接合構造体がプリント配線基板と嵌合した断面図。 プリント配線基板に接合構造体を嵌合した断面図。 フローはんだ付けのはんだ上がりを示した断面図。 フローはんだ付けではんだが上がっている断面図。 フローはんだ付けではんだ上がり不足が発生している断面図。

符号の説明

１０１…プリント配線基板、１０２…プリント配線基板の両面に形成されたパターン、１０３…電気／電子部品、１０４…電気／電子部品のリード、１０５…プリント配線基板のリード挿入用スルーホール、１０６…接合構造体、２０１…接合構造体の内側コンタクト、２０２…接合構造体の外側コンタクト、４０１…スルーホールメッキ、６０１…プリント配線基板、６０２…フローはんだ付けのはんだ噴流波、６０３…プリント配線基板のスルーホール、６０４…プリント配線基板のはんだ面、６０５…プリント配線基板の部品面、６０６…電気／電子部品のリード、６０７…プリント配線基板のスルーホールメッキ。

Claims (9)

1. 両面に形成されたパターンと前記両面に形成されたパターンを電気的に接続するスルーホールと、前記スルーホールにリードが挿入された電気／電子部品を有するプリント配線基板で、前記電気／電子部品を溶融はんだの噴流波に接触させて行うフローはんだ付け電気／電子部品であって、前記フローはんだ付けから、はんだ付けを行わずにスルーホールとの接続を有することを特徴とする接続方法。
2. 請求項１の接続方法において、前記電気／電子部品のリードピンに対して、はんだ付けから無はんだ付けに変換する手段を有することを特徴とする接続方法。
3. 請求項１の接続方法において、前記プリント配線基板のスルーホールに対して、前記スルーホール内に、はんだ付けから無はんだ付けに変換する手段を有することを特徴とする接続方法。
4. 請求項１の接続方法において、請求項２及び請求項３記載の接続方法を備えているプリント配線基板。
5. 両面に形成されたパターンと前記両面に形成されたパターンを電気的に接続するスルーホールと、前記スルーホールにリードが挿入された電気／電子部品を有するプリント配線基板で、前記電気／電子部品を溶融はんだの噴流波に接触させて行うフローはんだ付けを電気／電子部品であって、前記フローはんだ付けから、はんだ付けを行わずにスルーホールとの接続を有することを特徴とする接合構造体。
6. 請求項５の接合構造体において、前記挿入部品のリードピンに対して嵌合する手段を有することを特徴とする接合構造体。
7. 請求項５の接合構造体において、前記プリント配線基板のスルーホールに対して、前記スルーホール内に嵌合する手段を有することを特徴とする接合構造体。
8. 請求項５の接合構造体体において、バネ性を持たせ接続することを特徴とする接合構造体。
9. 請求項５の接合構造体において、金属材料で電気的な接続ができることを特徴とする接合構造体。

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