JP2010258140A - 電子部品の組立て方法およびそれに用いられる拘束治具 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品に機械的な応力を生じさせることなく放熱ユニットを取り付けることのできる電子部品の組立て方法と、それに用いる拘束治具を提供する。
【解決手段】電子部品２を基板１に拘束するサポータ６には、電子部品２ａ〜２ｄの各放熱面４を含む一平面に対応した拘束面６ａが形成されている。また、サポータ６は、基板１の線膨張係数よりも十分に小さい線膨張係数を有する材料から形成されている。サポータ６は、拘束面６ａが放熱面４に接触するように電子部品２ａ〜２ｄの上に載置され、サポータ６と基板１とで電子部品を挟み込んだ状態でサポータ６が基板１に固定される。そして、その状態ではんだ槽に浸漬されて電子部品が基板にはんだ付けされる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品の組立て方法およびそれに用いられる拘束治具に関し、特に、複数の発熱性の電子部品を基板に取り付ける電子部品の組立て方法と、そのような電子部品を基板に取り付ける際に電子部品を拘束するための拘束治具とに関するものである。

電子部品を基板に実装する手法に、電子部品と基板とをはんだ槽に浸漬する手法がある。この手法では、電子部品と基板とを、電子部品のリードが基板のリード挿入穴に挿入された状態ではんだ槽に浸漬することによって、電子部品が基板にはんだ付けされることになる。

その電子部品が実装された基板において、電子部品に発熱性の電子部品が複数含まれるような場合には、発生する熱を逃がすために、一般的に、基板に放熱ユニットが取り付けられる。放熱ユニットは、ねじ等を使用して基板に取り付けられることになる。このような放熱ユニットを取り付ける手法を開示した文献の一つとして、特許文献１がある。

特許第３３７０５０５号公報（特開平０９−２４６７６３号公報）

しかしながら、電子部品の基板への上述した組立て方法では、次のような問題点があった。電子部品を基板とともにはんだ槽に浸漬した際に、熱膨張に起因して電子部品の基板に対する姿勢が変化し、基板に対して電子部品が浮き上がったり、あるいは、電子部品が基板に対して傾いたりすることがある。その状態で、電子部品に放熱ユニットを取り付けようとすると、電子部品には機械的な応力が生じて信頼性が損なわれることがあった。

このことについて、具体的に説明する。まず、放熱ユニットにおける電子部品との取り付け面は、通常一平面とされる。また、放熱ユニットの取り付け態様として、一つの放熱ユニットで複数の電子部品を放熱させる取り付け態様が採用される。

一方、基板に対して浮き上がったり、傾いたりした電子部品では、放熱ユニットに接触する複数の電子部品のそれぞれの接触部分は一つの平面上には位置しない。このため、放熱効果を高めようとして複数の電子部品との間に隙間がないように放熱ユニットの取り付け面を電子部品に接触させようとすると、一平面上に位置しない複数の電子部品の接触部分を、無理やり放熱ユニットの取り付け面に倣わせることになる。

そうすると、電子部品の本体、あるいは、電子部品のリードと基板とのはんだ接合部分等には機械的な応力が作用し、電子部品そのものが破損したり、電子部品と基板との接続不良が発生するなどして、品質や信頼性が損なわれることがあった。

また、このような機械的な応力が電子部品に作用するのを回避しようとして、放熱ユニットの形状を変えようとすると、複雑な形状の放熱ユニットを新たに用意しなければならず、生産コストの削減にも影響した。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、電子部品に機械的な応力を生じさせることなく放熱ユニットを取り付けることのできる電子部品の組立て方法を提供することであり、他の目的は、そのような電子部品の組立てに用いられる電子部品の拘束治具を提供することである。

本発明に係る電子部品の組立て方法は、以下の工程を備えている。放熱面をそれぞれ有する複数の電子部品を、基板の所定の位置にそれぞれ配置する。複数の電子部品のそれぞれの放熱面を含む一平面に対応した、電子部品を押え込む所定の拘束面を有するサポータを、放熱面に拘束面を接触させる態様で配置する。サポータと基板とで複数の電子部品を挟み込む態様でサポータを基板に固定する。サポータと基板との間に複数の電子部品を挟み込んだ状態ではんだ槽に浸漬することにより、複数の電子部品のそれぞれを基板に固定する。はんだ槽に浸漬した後、サポータを取り外す。一平面に対応した所定の取付け面を有する放熱ユニットを、放熱面に取付け面を対向させる態様で複数の電子部品に固定する。

本発明に係る拘束治具は、基板に配置される電子部品を基板とともにはんだ槽に浸漬することによって電子部品を基板に実装する際に電子部品を基板に拘束する拘束治具であって、サポータと固定部材とを備えている。サポータは、はんだ槽に浸漬される前の基板に配置された複数の電子部品のそれぞれの放熱面を含む一平面に対応した、電子部品を押え込む所定の拘束面を有している。固定部材は、サポータと基板とで複数の電子部品を挟み込んだ状態でサポータを基板に固定する。

本発明に係る電子部品の組立て方法によれば、複数の電子部品のそれぞれの放熱面を含む一平面に対応した拘束面を有するサポータを用いることで、基板とともに電子部品をはんだ槽に浸漬しても、電子部品の姿勢が変化するのが抑えられて、電子部品の各放熱面が同一平面上に位置する配置関係が保持される。これにより、その同一平面に対応した取付け面を有する放熱ユニットを基板に固定する際に、その取付け面が各放熱面にほぼ均等に接触して電子部品に過度の機械的応力を作用させることなく、放熱ユニットを基板に固定することができる。

本発明に係る拘束治具によれば、複数の電子部品のそれぞれの放熱面を含む一平面に対応した拘束面を有するサポータを用いることで、基板とともに電子部品をはんだ槽に浸漬しても、電子部品の姿勢が変化するのが抑えられて、電子部品の各放熱面が同一平面上に位置する配置関係が保持される。これにより、放熱ユニットを基板に固定する際に、電子部品に過度の機械的応力を作用させることなく、放熱ユニットを基板に固定することができる。

本発明の実施の形態に係る電子部品の組立て方法の一工程を示す部分斜視図である。 同実施の形態において、図１に示す工程の後に行われる工程を示す部分斜視図である。 同実施の形態において、図２に示す工程の後に行われる工程を示す部分斜視図である。 同実施の形態において、図３に示す工程の後に行われる工程を示す部分斜視図である。 同実施の形態において、図４に示す工程の後に行われる工程を示す部分斜視図である。 同実施の形態にいて、作用効果を説明するための部分側面図である。 同実施の形態において、サポータを電子部品に固定する固定部品の他の例を示す部分断面図である。 同実施の形態において、変形例１に係る電子部品の組立て法方法の一工程を示す部分斜視図である。 同実施の形態において、変形例２に係る電子部品の組立て法方法の一工程を示す部分斜視図である。

本発明の実施の形態に係る電子部品の組立て方法と、その組立ての際に用いる電子部品の拘束治具について説明する。まず、図１に示すように、電子部品２を基板１の所定の位置にそれぞれ配置する。基板１には、リード挿入穴１ａとねじ取付け用穴１ｂが形成されている。各電子部品２には、複数のリード３が突出しており、そのリード３がリード挿入穴１ａに挿入される。電子部品１には、発熱性の電子部品２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが含まれている。なお、図１では、発熱性を有していない電子部品については省略されている。

次に、図２に示すように、発熱性の電子部品２に対して、その電子部品２を基板１に拘束する拘束治具５として、サポータ６と固定部品７（図３参照）が取り付けられる。サポータ６は、基板１の線膨張係数よりも十分に小さい線膨張係数を有する材料からなり、たとえば、石英から形成されている。

発熱性の電子部品２ａ〜２ｄには、熱を放出する放熱面４が形成されている。電子部品２が基板１に載置された状態で、電子部品２ａ〜２ｄの各放熱面４は一平面上に位置する。一方、サポータ６には、この放熱面４（一平面）に対応した拘束面６ａが形成されている。サポータ６は、この拘束面６ａが放熱面４に接触するように電子部品２ａ〜２ｄの上に載置される。また、サポータ６には、所定の位置に雌ねじ穴６ｂが形成されている。

次に、図３に示すように、固定部品７として、雄ねじ８を基板１のねじ取付け用穴１ｂに挿通し、雄ねじ８をサポータ６の雌ねじ穴６ｂに螺合する。これにより、図４に示すように、基板１とサポータ６とで電子部品２ａ〜２ｄを挟み込む態様で、サポータ６が基板１に固定される。この時点で、発熱性の電子部品２ａ〜２ｄは、まだ、基板１に固定されていない状態であるので、電子部品２ａ〜２ｄの各放熱面４は、サポータ６の拘束面６ａに倣うことになる。すなわち、電子部品２ａ〜２ｄの各放熱面４が一平面上に配置された状態で、電子部品２ａ〜２ｄが基板１とサポータ６との間に拘束されることになる。

次に、基板１とサポータ６との間に電子部品２ａ〜２ｄを挟み込んだ状態で、はんだ槽に所定時間浸漬することにより、電子部品２ａ〜２ｄが基板１に固定される。はんだ槽に基板１等を浸漬することにより、はんだの溶融熱によって基板１が熱膨張することになる。このとき、電子部品２ａ〜２ｄを拘束するサポータ６は、基板１に比べて線膨張係数が十分に小さい材料から形成されていることで、拘束治具としての役割を果たし、電子部品２ａ〜２ｄのリード３がリード挿入穴１ａに挿入された時点の電子部品２ａ〜２ｄの姿勢が保持される。また、サポータ６の熱伝導率は基板１の熱伝導率よりも小さく、はんだの溶融熱はほとんど奪われず、はんだ付けに影響を与えることもない。

その後、基板１等がはんだ槽から引き上げられて、エアフロー等によって十分に冷却される。その後、図５に示すように、固定部品７の雄ねじ８を緩めて、サポータ６が取り外される。このとき、電子部品２ａ〜２ｄは、当初の姿勢を保持した状態で基板１にはんだ付けされることで、サポータ６が取り外されても、電子部品２ａ〜２ｄの各放熱面４を含む面が同一平面１１上に位置する配置関係が保持されている。

次に、放熱ユニット１０が基板１に取り付けられる。放熱ユニット１０として、熱伝導性の比較的高いアルミニウム合金から形成されているものが好ましい。その放熱ユニット１０には、同一平面状に位置する電子部品２ａ〜２ｄの各放熱面４に接触する取付け面１０ａが形成されている。

放熱ユニット１０は、その取付け面１０ａを放熱面４に接触するように、電子部品２ａ〜２ｄの上に載置される。その後、基板１に設けられたねじ取付け用穴１ｂ（図１参照）に、雄ねじを挿通し、放熱ユニット１０に設けられた雌ねじ穴（図示せず）に螺合することによって、放熱ユニット１０が、基板１との間に電子部品２ａ〜２ｄを挟み込んだ状態で基板１に固定されることになる。また、このとき、電子部品２と放熱ユニットの間に放熱媒体３０を挟み込んでもよい。放熱媒体３０を挟み込むことで、放熱効果をより高めることができる。こうして、電子部品の組立てが完了する。

上述した電子部品の組立て方法と拘束治具では、基板１等をはんだ槽に浸漬する際に、拘束治具５によって基板１に対する電子部品２ａ〜２ｄの姿勢が変化するのを阻止することができる。拘束治具を用いない場合では、図６に示すように、基板１に対して、電子部品２の姿勢が変化してしまう。このため、電子部品２の各放熱面４は、同一平面１１上に位置しない。

このような状態で、放熱ユニットを取り付けようとすると、放熱ユニット１０の取付け面１０ａ（図５参照）が電子部品２の放熱面４と一致せず、これを無理に一致させようとすると、電子部品２そのものやリード３と基板１とのはんだ付け接合部に機械的な応力が作用することになる。

一方、上述した電子部品の組立て方法では、電子部品２の放熱面４（一平面１１）に対応した拘束面６ａを有する拘束治具５を用いて電子部品を基板に拘束することで、基板１等をはんだ槽に浸漬しても、電子部品２の姿勢が変化するのが抑えられて、電子部品２の各放熱面４が同一の平面１１上に位置する配置関係が保持される。

これにより、その同一の平面１１に対応した取付け面１０ａを有する放熱ユニット１０を基板１に固定する際に、その取付け面１０ａが各放熱面４にほぼ均等に接触して電子部品２に過度の機械的応力を作用させることなく、放熱ユニット１０を基板１に固定することができる。しかも、放熱ユニット１０の取付け面１０ａが、放熱性の電子部品２の各方熱面４と面接触することで、電子部品２の効率的な放熱を行うことができる。

なお、上述した拘束治具では、サポータを基板に固定する固定部品として雄ねじ８を例に挙げて説明したが、図７に示すように、ラッチ機構９を有する固定部品７を用いて、サポータ６を電子部品２に固定するようにしてもよい。

変形例１
上述した電子部品の組立て方法では、複数の電子部品の放熱面がすべて同一平面上に位置する場合を例挙げて説明した。電子部品の種類によっては、電子部品の放熱面の基板表面からの位置（高さ）が異なる場合がある。このような場合には、すべての放熱面を同一平面上に位置させることが困難な場合がある。

たとえば、図８に示すように、電子部品２を基板１に配置した状態で、基板１の表面からの高さの違う２つの放熱面４ａと放熱面４ｂがある場合を想定する。この場合には、放熱面４ａを含む平面１２ａと、放熱面４ｂを含む平面１２ｂとを有する段違いの平面１２を想定する。まず、サポータとして、平面１２ａ（放熱面４ａ）に対応する拘束面１５ａと、平面１２ｂ（放熱面４ｂ）に対応する拘束面１５ｂとが形成された段違いサポータ１５を用いる。また、放熱ユニットとして、平面１２ａ（放熱面４ａ）に対応する取付け面１６ａと、平面１２ｂ（放熱面４ｂ）に対応する取付け面１６ｂとが形成された段違い放熱ユニット１６を用いる。

このような、放熱面の高さに対応した段違いの拘束面１５ａ，１５ｂを有するサポータ１５を用いることで、サポータ１５で電子部品２を基板１に拘束する際に、電子部品２に過度の機械的応力が作用するのを阻止しながら、電子部品２の放熱面４ａ，４ｂの位置を保持することができる。また、放熱面４ａ，４ｂの高さに対応した段違いの取付け面１６ａ，１６ｂを有する放熱ユニット１６を用いることで、電子部品２の放熱面４ａ，４ｂのそれぞれに取付け面１６ａ，１６ｂを面接触させることができて、電子部品２の放熱を効率的に行うことができる。

変形例２
ここでは、電子部品として、シングル・インライン・パッケージの電子部品の組立て方法について説明する。図９に示すように、このシングル・インライン・パッケージの電子部品１９ａ〜１９ｃでは、その放熱面２０が基板１の表面に対してほぼ垂直になるように、電子部品１９ａ〜１９ｃが基板１に実装される。

この場合には、基板１に対してほぼ垂直になる電子部品１９ａ〜１９ｃの放熱面２０に、拘束面６ａが接触するようにサポータ６が取り付けられる。次に、その状態ではんだ槽に浸漬された後に、サポータ６が取り外されて、そして、放熱ユニット（図示せず）の取付け面を放熱面に面接触させるように、放熱ユニットが基板１に固定されることになる。

このような、基板１の表面に対して放熱面２０がほぼ垂直になる電子部品１９ａ〜１９ｃの場合でも、放熱面２０を含む平面に対応した拘束面６ａを有するサポータ６を用いることで、サポータ６で電子部品２を基板１に拘束する際に、電子部品２に過度の機械的応力が作用するのを阻止しながら、電子部品２の放熱面２０の位置を保持することができる。そして、放熱面２０を含む平面に対応した取付け面を有する放熱ユニットを用いることで、電子部品２の放熱面２０のそれぞれに取付け面を面接触させることができて、電子部品２の放熱を効率的に行うことができる。

以上説明したように、拘束治具を用いた電子部品２の組立て方法によれば、サポータ６，１５と固定部品７によって、電子部品２を基板１に固定することで、基板１とともに電子部品２をはんだ槽に浸漬しても、電子部品２が基板１に対してその姿勢が変わるのが阻止される。これにより、放熱ユニット１０，１６を電子部品２に取り付ける際に、電子部品２の本体や、リード３と基板１とのはんだ接続部に過度の機械的応力が作用するのを防止することができる。

また、電子部品２の放熱面４に放熱ユニット１０，１６の取付け面１０ａ，１６ａ，１６ｂが確実に面接触をして、電子部品２の熱を効果的に放熱することができ、電子部品２等の品質の安定化を図ることができる。その電子部品２，１９と放熱ユニット１０，１６との間に放熱媒体３０（図８、図９参照）を介在させることで、放熱効果をさらに高めることができる。そして、複数の電子部品２に対し、一つの放熱ユニット１０，１６を取り付けることで、部品点数の削減も図ることができる。

また、サポータ６，１５として、石英から形成されたサポータを用いることで、サポータを再使用することができ、生産コストの上昇も大幅に抑えることができる。なお、サポータ６，１５としては、石英に限られず、たとえば、硼ケイ酸ガラス、セラミックス、あるいは、液晶ポリマー等の材料も適用することができる。

さらに、上述した拘束治具（サポータ６，１５と固定部品７）は、電子部品の種類、実装タイプ、実装エリアにかかわらず、高い汎用性をもって適用することができる。そして、発熱性を有する電子部品としては、デュアルインラインパッケージの電子部品に限られず、発熱量の比較的多い電子部品や、抵抗値の高い電子部品等にも拘束治具を適用して放熱ユニットを確実に固定することができる。

今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、電子部品の実装に有効に利用される。

１ 基板、１ａ 挿入穴、１ｂ ねじ取付け用穴、２ 電子部品、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 電子部品、３ リード、４ 放熱面、５ 拘束治具、６ サポータ、６ａ 拘束面、６ｂ 雌ねじ穴、６ｃ 通し穴、７ 固定部品、８ 雄ねじ、９ ラッチ機構、１０ 放熱ユニット、１０ａ 取付け面、１１ 平面、１２ 段違い平面、１５ 段違いサポータ、１６ 段違い放熱ユニット、１９ 電子部品、２０ 放熱面、３０ 放熱性媒体。

Claims (9)

1. 放熱面をそれぞれ有する複数の電子部品を、基板の所定の位置にそれぞれ配置する工程と、
   複数の前記電子部品のそれぞれの前記放熱面を含む一平面に対応した、前記電子部品を押え込む所定の拘束面を有するサポータを、前記放熱面に前記拘束面を接触させる態様で配置する工程と、
   前記サポータと前記基板とで複数の前記電子部品を挟み込む態様で前記サポータを前記基板に固定する工程と、
   前記サポータと前記基板との間に複数の前記電子部品を挟み込んだ状態ではんだ槽に浸漬することにより、複数の前記電子部品のそれぞれを前記基板に固定する工程と、
   はんだ槽に浸漬した後、前記サポータを取り外す工程と、
   前記一平面に対応した所定の取付け面を有する放熱ユニットを、前記放熱面に前記取付け面を対向させる態様で複数の前記電子部品に固定する工程と
   を備えた、電子部品の組立て方法。
2. 前記サポータは、前記基板の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する材料から形成された、請求項１記載の電子部品の組立て方法。
3. 前記サポータの熱伝導率は、前記放熱ユニットの熱伝導率よりも小さい、請求項１または２に記載の電子部品の組立て方法。
4. 前記サポータは石英から形成された、請求項１〜３のいずれかに記載の電子部品の組立て方法。
5. 基板に配置される電子部品を基板とともにはんだ槽に浸漬することによって電子部品を基板に実装する際に電子部品を基板に拘束する拘束治具であって、
   はんだ槽に浸漬される前の基板に配置された複数の前記電子部品のそれぞれの放熱面を含む一平面に対応した、電子部品を押え込む所定の拘束面を有するサポータと、
   前記サポータと前記基板とで複数の前記電子部品を挟み込んだ状態で前記サポータを前記基板に固定する固定部材と
   を備えた、拘束治具。
6. 前記サポータは、前記基板の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する材料から形成された、請求項５記載の拘束治具。
7. 前記サポータの熱伝導率は、前記放熱ユニットの熱伝導率よりも小さい、請求項５または６に記載の拘束治具。
8. 前記サポータは石英から形成された、請求項６または７に記載の拘束治具。
9. 前記サポータは、前記拘束面として、前記サポータが前記基板に固定された状態で、前記基板からの距離が異なる第１拘束面と第２拘束面とを含む、請求項６〜８のいずれかに記載の拘束治具。

Images