JP2011159664A - スルーホールコネクタを備えたプリント基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プリント基板に塗布されたクリームハンダを溶かすための加熱温度よりも耐熱温度の低いスルーホールコネクタをプリント基板に実装することができると共に加熱時にハンダの落下を防止することができるスルーホールコネクタを備えたプリント基板の製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明は、プリント基板５０に対して第１の面５２側からスルーホール５５及びその周囲にクリームハンダＰを塗布する印刷工程と、スルーホール５５にスルーホールコネクタ１０の端子１２を挿入して当該プリント基板５０の第２の面５１にスルーホールコネクタ１０を固定する配置工程と、この状態のプリント基板５０の第１の面５２側をクリームハンダＰが溶ける温度で加熱すると共に第２の面５１側を第１の面５２側よりも低い温度で加熱することによりクリームハンダＰを溶かしてハンダ付けを行う加熱工程とを備えることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、スルーホールコネクタを備えたプリント基板の製造方法に関する。

従来からスルーホールコネクタをスルーホールが設けられたプリント基板に実装することにより、当該スルーホールコネクタを備えたプリント基板の製造方法（以下、単に「プリント基板の製造方法」とも称する。）としては、特許文献１に記載のリフロー処理によるプリント基板の製造方法が知られている。

このプリント基板の製造方法では、プリント基板のスルーホール及びその周囲に予めクリームハンダ（ハンダの粒子を溶剤とフラックスで練ったクリーム状のハンダ）が塗布され、スルーホールコネクタの端子が前記スルーホールに挿入された状態で加熱され、この加熱によって前記クリームハンダが溶けることによりスルーホールコネクタがプリント基板にハンダ付される。

具体的には、前記のリフロー処理によるプリント基板の製造方法は、水平に搬送されるプリント基板の上側を向いた第１の面におけるスルーホール及びその周囲にクリームハンダを塗布する工程と、この第１の面にクリームハンダが塗布された状態のプリント基板を反転させて第２の面（第１の面の反対側の面）を上側に向ける工程と、スルーホールコネクタの端子、詳細には、端子の実装される側の端部（実装端部）を第２の面から第１の面に向けてスルーホールに挿入すると共に当該スルーホールコネクタを上側を向いた第２の面上に配置する工程と、端子がスルーホールに挿入された状態でプリント基板を加熱してクリームハンダを溶かすことにより、溶けたクリームハンダが表面張力等によってスルーホール内に充填され、端子とスルーホールとが電気的に接続される工程とを備える。

特開２００８−２１７９９５号公報

プリント基板に実装されるスルーホールコネクタは種々あり、そのなかにはリフロー処理においてプリント基板に塗布されたクリームハンダを溶かす際の加熱温度よりもハウジングの耐熱温度が低いものがある。前記のプリント基板の製造方法では、加熱する工程において、一般に、プリント基板の反りを抑制するためにプリント基板の上側と下側とを同じ温度で加熱するため、前記耐熱温度の低いスルーホールコネクタをプリント基板に実装するために前記のリフロー処理を行うと、熱によりハウジングが変形する場合がある。

また、図５に示すように、プリント基板１００にスルーホールコネクタ１１０を配置するときに、プリント基板１００のクリームハンダｐが塗布された第１の面を下側に向けた状態でスルーホール１０２に対して上面から下面に向けてスルーホールコネクタ１１０の端子１１２を挿入するようにして配置すると、当該スルーホール１０２を通過した端子１１２の先端にクリームハンダｐの小さな塊が付着した状態となることがある。この状態で加熱が行われると、前記塊が溶けて端子１１２の先端から落下すること場合があり、この場合、ハンダが不足してスルーホール１０２と端子１１２との電気的接続を十分に行うことができない。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、プリント基板に塗布されたクリームハンダを溶かすための加熱温度よりも耐熱温度の低いスルーホールコネクタをプリント基板に実装することができると共に加熱時にハンダの落下を防止することができるスルーホールコネクタを備えたプリント基板の製造方法を提供することを課題とする。

そこで、上記課題を解消すべく、本発明は、スルーホールコネクタがハンダ付けにより実装されたプリント基板を製造する方法であって、スルーホールが設けられた前記プリント基板に対してその一方の面である第１の面側から前記スルーホール及びその周囲にクリームハンダを塗布する印刷工程と、前記第１の面が上を向く姿勢で前記クリームハンダが塗布されたスルーホールに対して前記プリント基板の第１の面と反対の第２の面から前記第１の面に向けて前記スルーホールコネクタの端子を挿入して当該プリント基板の下面に前記スルーホールコネクタを固定する配置工程と、前記スルーホールコネクタが第２の面に固定された状態のプリント基板の第１の面側を前記クリームハンダが溶ける温度で加熱すると共に当該プリント基板の第２の面側を第１の面側よりも低い温度で加熱することにより前記クリームハンダを溶かしてハンダ付けを行う加熱工程とを備えることを特徴とする。

かかる構成によれば、プリント基板に対してクリームハンダを塗布した面（第１の面）側を前記クリームハンダを溶かすのに十分な温度で加熱することによりハンダ付けを好適に行うと共に、スルーホールコネクタを配置した面（第２の面）側の加熱温度を前記第１の面側の加熱温度よりも低くすることにより当該スルーホールコネクタの熱による変形を防止することができる。

しかも、スルーホールコネクタをプリント基板に配置するときに、プリント基板を前記第１の面が上側を向く姿勢とし、この状態で第２の面から第１の面に向けて端子をスルーホールに挿入するようにしてスルーホールコネクタをプリント基板の第２の面に配置することにより、スルーホールを通過した端子先端にクリームハンダの塊が付着してもこの塊が端子に持ち上げられるようにして当該スルーホールの上方に位置することとなる。そのため前記端子先端に付着したクリームハンダの塊が加熱によって溶融しても、当該端子の挿入されているスルーホール内又はプリント基板の当該スルーホールの周囲以外に前記溶融したクリームハンダが落下するのを防止することができる。

前記スルーホールコネクタは、ハンダ付けされる端子と、この端子を保持する樹脂製のハウジングとを有し、前記加熱工程では、前記プリント基板の第２の面側の加熱温度は、前記スルーホールコネクタのハウジングを形成する樹脂の耐熱温度よりも低く且つ前記クリームハンダの溶ける温度よりも高いのが好ましい。

かかる構成によれば、ハウジングの熱による損傷を確実に防ぎ、且つ、第２の面側の加熱温度を第１の面側のハンダが溶融可能なできるだけ低い温度に抑えることにより、第１の面側と第２の面側の温度差を抑えてプリント基板の反りを抑える。

具体的には、前記加熱工程での前記プリント基板の第２の面側の加熱温度は、２５０℃以下であるのが好ましい。

前記スルーホールコネクタの前記プリント基板との当接面に予め係止手段が設けられ、
前記配置工程において、前記係止手段によって前記スルーホールコネクタが前記プリント基板に係止される構成が好ましい。このような構成によれば、プリント基板にスルーホールコネクタを固定するときに他の係止手段が必要ない。

以上より、本発明によれば、プリント基板に塗布されたクリームハンダを溶かすための加熱温度よりも耐熱温度の低いスルーホールコネクタをプリント基板に実装することができると共に加熱時にハンダの落下を防止することができるスルーホールコネクタを備えたプリント基板の製造方法を提供することができる。

本実施形態に係るスルーホールコネクタにおける（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図である。 （ａ）乃至（ｃ）は、同実施形態に係る表面実装方法において、プリント基板の第１の面に電装品をハンダ付けする手順を示す図である。 （ａ）乃至（ｃ）は、同実施形態に係る表面実装方法において、プリント基板の第１の面にコネクタをハンダ付けし、且つ第２の面に電装品をハンダ付けする手順を示す図である。 同実施形態に係る表面実装方法のフローを示す図である。 従来の表面実装方法におけるクリームハンダの印刷後のプリント基板上にスルーホールコネクタを配置した状態を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明するが、先ず、プリント基板に実装されるスルーホールコネクタ（以下、単に「コネクタ」とも称する。）について、図１（ａ）及び図１（ｂ）に基づいて説明する。

コネクタ１０は、複数の端子１２と、この複数の端子を保持する絶縁ハウジング（以下、単に「ハウジング」とも称する。）１４、このハウジング１４をプリント基板５０に係止（固定）する係止手段２０とを備えている。

ハウジング１４は、例えば合成樹脂等の絶縁性材料で一体成型され、左右方向（図１（ａ）における左右方向）に延びる略直方体の形状を有している。本実施形態において、ハウジング１４は、例えばＳＰＳ等で形成され、耐熱温度が２５０°である。ハウジング１４は、プリント基板５０に実装したときに、当該プリント基板５０（図３（ｃ）参照）と垂直となると共に左右方向に延びる背面壁１５と、この背面壁１５の下端から前方（図１（ｂ）における右側）に延びる底壁１６と、背面壁１５の上端から前方に延びる天壁１７と、背面壁１５の両側端からそれぞれ前方に延びる側面壁１８とを有する。そして、プリント基板５０への実装時には、底壁１６とプリント基板５０の実装面５１（図３（ｃ）参照）とが対面する姿勢で実装される。

両側面壁１８，１８には、その下部側から外側（図１（ａ）においては左右方向）に向かって突出するように支持部１９がそれぞれ形成されている。この支持部１９の下端（底面）には、下方に向かって突出する係止手段２０がそれぞれ設けられている。この係止手段２０がプリント基板５０に設けられた固定用貫通孔５３（図２（ａ）参照）に挿通されることによって、当該ハウジング１４がプリント基板５０に係止される。

係止手段２０は、具体的には、支持部１９の下端（底面）から下方に向かって一対の弾性部材２１，２１が平行に延びることにより構成されている。各弾性部材２１は、その先端に先端係止部２１ａを有する。これら先端係止部２１ａは、当該弾性部材２１の基部（ハウジング１４側）に向うに従って互いに離間する方向に広がる側面視三角形状をそれぞれ有している。また、一対の弾性部材２１，２１は、先端係止部２１ａが互いに接近する方向に弾性変形可能に構成されている。

端子１２は、金属製の棒状部材を曲げ加工することによって形成されており、ハウジング１４（詳細には、ハウジング１４の背面壁１５）に保持された状態でハウジング１４の左右方向（端子配列方向）に沿って配列されている。本実施形態では、端子１２は、上下２段となるようにハウジング１４の端子配列方向に沿って配列されている。

各端子１２は、ハウジング１４の背面壁１５を通過している部位、即ち、端子保持部でハウジング１４（背面壁１５）に保持されている。この端子１２の背面壁１５より後方側は、背面壁１５から後方側に当該背面壁１５と直交する方向へ突出したあと、９０°向きを変え、背面壁１５に沿って底壁１６側へ向う。この背面壁１５に沿って延びる端子は、その端部が正面視底壁１６よりも下方へ突出する位置まで延びている。この下方へ突出している部位（実装端部）１２ａは、プリント基板５０のスルーホール５５（図２（ａ）参照）に挿入され、ハンダ付けされることによって、端子１２がスルーホール５５に固定されると共に電気的に接続される。

コネクタ１０は、以上のように構成され、以下では、このコネクタ１０をリフロー処理によりプリント基板５０へ実装する場合について図２（ａ）乃至図４も参照しつつ説明する。尚、本実施形態では、プリント基板５０の両面５１，５２にコネクタ１０及びその他の電子部品６０，６２（図３（ｃ）参照）が実装される。また、以下では、プリント基板５０のコネクタ１０が実装される面を第２の面５１とし、その裏面を第１の面５２と称する。また、このプリント基板５０には、コネクタ１０の実装される部位において、当該コネクタ１０の各端子１２の実装端部１２ａと対応する位置にスルーホール５５が設けられ、コネクタ１０の係止手段２０と対応する位置に固定用貫通孔５３が設けられている。

第２の面５１が上側を向く姿勢でプリント基板５０が水平に搬送される。このプリント基板５０の第２の面５１における電子部品６０が実装される部位にクリームハンダＰが一定の厚さで塗布（印刷）される（ステップ１：図２（ａ）参照）。

この第２の面５１のクリームハンダトＰが印刷された部位、即ち、印刷されたクリームハンダＰ上に電子部品６０が配置される（ステップ２：図２（ｂ）参照）。このステップにおいて、第２の面５１に配置される電子部品６０は、コネクタ１０よりも軽く且つ耐熱温度がリフロー時の加熱温度よりも高い電子部品である。

この状態でプリント基板５０がリフロー処理される（ステップ３）。具体的に、プリント基板５０に対してクリームハンダＰが溶ける温度の熱風が送風される。本実施形態で用いられるクリームハンダは、２２０°で溶融するが、電子部品６０等が配置された状態で確実にクリームハンダＰを溶かすことができるように２６０°の熱風によって加熱される。このように加熱されると、プリント基板５０に印刷されたクリームハンダＰが溶融し、表面張力等によってプリント基板５０と電子部品６０との間に溶けたハンダが行渡り（広がり）、その後、冷却されることにより電子部品６０がプリント基板５０に電気的に接続されると共に固定（ハンダ付け）される。尚、プリント基板５０を加熱する具体的手段は限定されない。例えば、本実施形態では、熱風が送風されることによりプリント基板５０が加熱されるが、ヒーター等の他の加熱手段によって加熱されてもよい。

次に、電子部品６０が第２の面５１に実装された状態のプリント基板５０を反転させ、第２の面５１が下側を向き且つ第１の面５２が上側を向いた姿勢となる（ステップ４：図２（ｃ）参照）。

この姿勢で、コネクタ１０が実装される部位の裏面（第１の面）５２にクリームハンダＰが印刷される（ステップ５：図３（ａ）参照）。詳細には、クリームハンダＰは、上側を向いた第１の面５２における固定用貫通孔５３及びその周囲、並びにスルーホール５５及びその周囲にそれぞれ印刷される。また、第１の面５２に実装される電子部品６２（図３（ｂ）参照）が固定される部位にもクリームハンダＰが印刷される。

次に、下面側から第２の面５１にコネクタ１０が配置される（ステップ６：図３（ｂ）参照）。具体的に、第１の面５２側（上面側）にクリームハンダＰが印刷された状態のスルーホール５５に対してコネクタ１０の端子１２（実装端部１２ａ）を第２の面側（下面側）から上方に向けて挿入するようにしてコネクタ１０をプリント基板５０の第２の面５１に配置する。ことのき、コネクタ１０の係止手段２０が固定用貫通孔５３に挿入されることにより当該コネクタ１０がプリント基板５０に係止される。具体的に、コネクタ１０をプリント基板５０に係止するために係止手段２０を固定用貫通孔５３に挿入すると、先ず、一対の弾性部材２１，２１の先端係止部２１ａ，２１ａが固定用貫通孔５３を規定する内壁面に当接する。その状態で、更に係止手段２０を固定用貫通孔５３に押し込むと、先端係止部２１ａが互いに接近する方向に弾性部材２１が弾性変形し、これにより係止手段２０が固定用貫通孔５３に挿入される。そして、先端係止部２１ａが固定用貫通孔５３を通過すると、弾性部材２１が弾性復帰して先端係止部２１ａ同士が互いに離間する方向に広がり、これにより各先端係止部２１ａが固定用貫通孔５３の第２の面５２側の開口周縁部と係合する。

このようにコネクタ１０がプリント基板５０に係止されることによって、次のリフロー処理の際にコネクタ１０が外部から支持されなくてもプリント基板５０から落下しない。

また、当該ステップにおいて、コネクタ１０の実装される部位以外のクリームハンダＰが印刷された部位にも電子部品６２が配置される。このステップにおいて第１の面５２に配置される電子部品６２は、既に第２の面５１に実装されている電子部品６０と異なり、コネクタ１０と比べて重い電子部品でもよい。これは、次のリフロー処理の際に、プリント基板５０の第２の面５１に既にハンダ付けされている電子部品６０は、前記第２の面５１が下側を向いた状態で加熱され当該電子部品６０をプリント基板に固定しているハンダが溶けた場合に当該電子部品６０がコネクタ１０より重いと前記溶けたハンダの表面張力だけでは支えきれずにプリント基板５０から落下する場合があるが、第１の面５２に配置される電子部品６２は、当該第１の面５２が上側を向いているため、電子部品６２の重さに関わらず、リフロー処理の際にプリント基板５０から落下することがないためである。

次に、第２の面５１にコネクタ１０が係止された状態でプリント基板５０がリフロー処理される（ステップ７）。当該ステップのようにコネクタ１０を実装するときのリフロー処理においては、プリント基板５０の上面側と下面側とで加熱温度が異なる。即ち、上面側（第１の面５２側）は、クリームハンダが溶ける温度で加熱され、下面側（第２の面５１側）は、上面側の加熱温度よりも低い温度で加熱される。具体的には、第１の面５２側は、前回のリフロー処理と同様に、２６０°の熱風により加熱され、第２の面５１側は、コネクタ１０（ハウジング１４）の耐熱温度である２５０°よりも低い温度、即ち、本実施形態では２４０°〜２５０°で加熱される。

このように加熱されると、第１の面５２側に塗布されたクリームハンダが溶け、表面張力等により、スルーホール５５内に充填され、及び電子部品６２とプリント基板５０との間に行渡る（図３（ｃ）参照）。その後、冷却されてハンダが固まることにより、ハンダ付けが終了する。

以上のようにして、両面５１，５２にコネクタ１０及びその他の電子部品６０，６２が実装されたプリント基板５０が製造される。この製造方法においては、コネクタ１０が第２の面５１（下面）に係止された状態のプリント基板５０の第１の面５２（上面）側を２６０°で加熱すると共に、当該プリント基板５０の第２の面側を第１の面側よりも低い２４０〜２５０°で加熱してハンダ付けを行うことにより、プリント基板５０に対して第１の面側がクリームハンダを溶かすのに十分な温度で加熱されてハンダ付けが好適に行われると共に、第２の面側の加熱温度が第１の面側の加熱温度よりも低いことでコネクタ１０のハウジング１４の熱による変形が防止される。

しかも、コネクタ１０をプリント基板５０に配置するときに、プリント基板５０をクリームハンダの印刷された第１の面５２が上側を向く姿勢とし、第２の面から第１の面に向けて端子１２の実装端部１２ａをスルーホール５５に挿入するようにしてコネクタ１０をプリント基板５０の第２の面５１に配置することにより、スルーホール５５を通過した実装端部１２ａの先端にクリームハンダＰの塊が付着してもこの塊が端子に持ち上げられるようにして当該スルーホール５５の上方に位置することとなる（図３（ｂ）参照）。そのため端子１２の実装端部１２ａの先端に付着したクリームハンダＰの塊がリフロー時の加熱によって溶融しても、当該端子１２の挿入されているスルーホール５５内又はプリント基板５０の当該スルーホール５５の周囲以外に前記溶融したクリームハンダＰが落下するのを防止することができる。

また、ステップ７において、プリント基板５０の第２の面５１側の加熱温度をコネクタ１０のハウジング１４を形成する樹脂の耐熱温度である２５０°よりも低い温度である２４０〜２５０°とすることにより、プリント基板５０の第２の面５１に固定されているコネクタ１０の熱による変形を確実に防止することができる。しかも、第２の面５１側の加熱温度を第１の面５２側のクリームハンダＰが溶融可能なできるだけ低い温度（２６０℃付近）に抑えることにより、第１の面５２側と第２の面５１側の温度差を抑えてプリント基板５０の反りを抑えることができる。

尚、本発明に係るスルーホールコネクタを備えたプリント基板の製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

プリント基板５０にコネクタ１０を固定するための具体的手段は限定されない。例えば、本実施形態においては、コネクタ１０が係止手段２０によってプリント基板５０の下側を向いた面（第１の面５１）に固定されるが、これに限定されず、接着剤によってプリント基板５０に接着されてもよく、ネジ等の他の固定手段によって固定されてもよい。

また、リフロー時のプリント基板の加熱温度の設定は、ハウジング１４やプリント基板５０の材質等により設定されればよい。即ち、第１の面５２側の加熱温度がクリームハンダＰを溶かすことができる温度で且つ第２の面５１側の加熱温度がハウジング１４の耐熱温度よりも低い温度に設定されればよい。この場合、リフロー時の第２の面５１側の加熱温度とハウジング１４の耐熱温度との温度差は、基板の反りが当該プリント基板５０に深刻な反りをなさないように抑える。

１０ コネクタ（スルーホールコネクタ）
１２ 端子
２０ 係止手段
５０ プリント基板
５１ 第１の面
５２ 第２の面
５３ 固定用貫通孔
５５ スルーホール
Ｐ クリームハンダ

Claims (4)

1. スルーホールコネクタがハンダ付けにより実装されたプリント基板を製造する方法であって、
   スルーホールが設けられた前記プリント基板に対してその一方の面である第１の面側から前記スルーホール及びその周囲にクリームハンダを塗布する印刷工程と、
   前記第１の面が上を向く姿勢で前記クリームハンダが塗布されたスルーホールに対して前記プリント基板の第１の面と反対の第２の面から前記第１の面に向けて前記スルーホールコネクタの端子を挿入して当該プリント基板の下面に前記スルーホールコネクタを固定する配置工程と、
   前記スルーホールコネクタが第２の面に固定された状態のプリント基板の第１の面側を前記クリームハンダが溶ける温度で加熱すると共に当該プリント基板の第２の面側を第１の面側よりも低い温度で加熱することにより前記クリームハンダを溶かしてハンダ付けを行う加熱工程とを備えることを特徴とするスルーホールコネクタを備えたプリント基板の製造方法。
2. 請求項１に記載のスルーホールコネクタを備えたプリント基板の製造方法において、
   前記スルーホールコネクタは、ハンダ付けされる端子と、この端子を保持する樹脂製のハウジングとを有し、
   前記加熱工程では、前記プリント基板の第２の面側の加熱温度は、前記スルーホールコネクタのハウジングを形成する樹脂の耐熱温度よりも低く且つ前記クリームハンダの溶ける温度よりも高いことを特徴とするスルーホールコネクタを備えたプリント基板の製造方法。
3. 請求項２に記載のスルーホールコネクタを備えたプリント基板の製造方法において、
   前記加熱工程での前記プリント基板の第２の面側の加熱温度は、２５０℃以下であることを特徴とするスルーホールコネクタを備えたプリント基板の製造方法。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載のスルーホールコネクタを備えたプリント基板の製造方法において、
   前記スルーホールコネクタの前記プリント基板との当接面に予め係止手段が設けられ、
   前記配置工程において、前記係止手段によって前記スルーホールコネクタが前記プリント基板に係止されることを特徴とするスルーホールコネクタを備えたプリント基板の製造方法。

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