JP2014197619A - プリント配線板および該プリント配線板を使用した実装基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子部品を加熱することなく、短時間ではんだを加熱して溶解することができるプリント配線板と、このプリント配線板を使用した実装基板の製造方法とを提供する。
【解決手段】 本発明のプリント配線板は、基板１１上に配線パターン１２が形成されたプリント配線板１３であって、前記配線パターン１２が、複数の電子部品間を接続するための導線部１２ａと、電子部品１５との間ではんだ付けされる１以上の接続部１２ｂ１とを有し、該接続部１２ｂ１に開口部となる１以上の小丸孔４１を形成した。はんだ１４に電子部品１５を載せ、前記基板１１の前記接続部１２ｂ１の裏面側から接続部に向けてレーザ光を照射して前記はんだを溶解して前記接続部１２ｂ１と前記電子部品１５とをはんだ付けする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品を実装する新しいタイプのプリント配線板と、このプリント配線板に電子部品を実装した実装基板の製造方法とに関する。

基板の上に銅箔などの導電性素材からなる配線パターンを形成してプリント配線板とし、配線パターンの所定の位置に電子部品を固定して実装基板を形成する場合、電子部品を配線パターンに固定する方法としては、はんだ付けが一般的である。

はんだ付けの方法としては、リフロー炉内ではんだに熱風を吹き付けることではんだを溶解させ、電子部品を固定する方法がある。この場合、リフロー炉内の温度は２５０℃〜２６０℃になる。

リフロー方式では、はんだのみならず、基板や電子部品まで加熱してしまうので、熱により基板を変形させたり、電子部品に悪影響を与えたりするなどの問題があった。特に、電子部品がＬＥＤの場合、リフロー炉内の熱により、ＬＥＤの蛍光剤が劣化し、輝度が低下するという問題もあった。

この問題に対し、レーザ光をはんだに照射して局所的に加熱して、電子部品をプリント配線板に固定する方法が提案されている。

図６は、レーザ光によって電子部品をプリント配線板に固定する従来の方法を説明する図である。同図に示すように、基板１１には、配線パターン１２がエッチング等により形成され、プリント配線板１３０が構成されている。配線パターン１２の所定の位置にはんだ１４を載せ、その上に電子部品１５を載せる。そして、上方からレーザ光１６を照射し、はんだ１４を溶解させると電子部品１５が基板１１に固定されることになる。

この方法であれば、原則として基板１１や電子部品１５は高温にならないので、基板１１の変形や電子部品１５の劣化は防止できることになる。

しかしながら、この方法では、レーザではんだ１４のみを加熱することは困難で、はんだ１４と共に電子部品１５を加熱してしまう可能性がある。また、はんだ１４が溶解したとき、はんだペーストに含まれる溶剤成分が突沸することによってはんだ１４が飛び散り、基板上にはんだボールが多数形成され、短絡事故の原因になるという問題があった。

そこで、特許文献１では、図７に示すように、基板１１と電子部品１５とを図示しない手段により吸着させた状態で固定し、基板の裏面から電熱ヒータ又はレーザ光により基板１１を加熱し、その熱ではんだ１４を溶解させて電子部品を固定する方法を提案している。

しかし、この方法は、はんだを溶解するために基板を加熱するので、加熱効率が悪く、時間が掛かるという問題があった。また、基板の加熱された部分が溶けたり、焦げたりするという問題もあった。

そこで、特許文献２では、基板に開口部を形成し、この開口部の上方を配線パターンの端子の接続部で塞ぎ、この接続部の上にはんだを配置し、基板の裏面から開口部内にレーザ光を照射し、接続部を加熱してはんだを溶解する方法を提案している。

しかし、この方法は、基板上に配線パターンを形成してから基板に開口部を形成するので、製造工程が増え、作業が複雑になり、実用的ではない。

特許文献３では、図７に示す基板１１を透明な素材で形成し、この透明な基板１１を透過させたレーザ光により直接配線パターン１２を加熱し、それによってその上のはんだ１４を溶解して電子部品１５を固定する方法を提案している。この方法であれば、基板１１は加熱されないので、基板が損傷を受けることもなく、はんだ付けに要する時間も短縮できる。

特開２００１−１１１２０７号 特開２００６−２７８３８５号 特開２００９−１９４０３５号

図８（ａ）は、図６又は図７において、基板１１に電子部品１５を配置した状態を示す平面図で、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。配線パターン１２は、複数の電子部品１５を接続する導線部１２ａと、この導線部から突出して形成された接続部１２ｂとから構成されている。そして、この接続部１２ｂと電子部品１５の接続端子とがはんだ接続されることになる。

図８（ａ）に図示したように、接続部１２ｂは、エッチング等で導線部１２ａの形成と同時に形成されるもので、導線部１２ａと接続部１２ｂは同じ厚さであるが、接続部１２ｂは、導線部１２ａより幅が広く、大きくなっている。この接続部１２ｂの上にはんだ１４を載せ、電子部品１５を載せて、基板１１の裏面側（図８（ｂ）の下方）からレーザ光を照射し、基板１１や接続部１２ｂを加熱し、はんだ１４を溶解させて電子部品１５と接続させることになる。基板１１を透明にしたり、基板１１を透過する波長のレーザ光を使用したりすれば、基板１１を加熱する必要がないので、接続部１２ｂのみを加熱すれば、はんだ１４を溶解することができる。

しかし、基板１１を加熱する必要がない場合であっても、はんだ１４を溶解するには、接続部１２ｂは加熱しなければならない。接続部１２ｂも熱容量を有するために、加熱するには、時間が掛かるという問題がある。

本発明は、斯かる実情に鑑み、電子部品１５を加熱することなく、短時間ではんだ１４を加熱して溶解することができるプリント配線板と、このプリント配線板を使用した実装基板の製造方法とを提供しようとするものである。

上記の目的を達成するために本発明のプリント配線板は、基板上に配線パターンが形成されたプリント配線板であって、前記配線パターンが、複数の電子部品間を接続するための導線部と、電子部品との間ではんだ付けされる１以上の接続部とを有し、該接続部に１以上の開口部を形成したことを特徴としている。

前記基板のレーザ光の透過率が、１０％以上である構成としたり、前記開口部が複数の小丸孔、複数の小角孔または複数のスリットのいずれかである構成としたりすることができる。開口部の接続部面積に対する開口割合は、１〜９０％でよく、特に、５〜７０％が好ましい。

上記の目的を達成するために本発明の実装基板の製造方法は、複数の電子部品間を接続するための導線部と、前記電子部品との間ではんだ付けされる接続部であって１以上の開口部が形成された１以上の接続部と、を備えた配線パターンを形成したフレキシブル・フラット・ケーブルを配置する工程と、前記接続部にはんだを付与する工程と、前記はんだに電子部品を付与する工程と、前記フレキシブル・フラット・ケーブルの前記接続部の裏面側から接続部に向けてレーザ光を照射して前記はんだを溶解して前記接続部と前記電子部品とをはんだ付けする工程と、を有することを特徴としている。

前記実装基板の製造方法は、前記フレキシブル・フラット・ケーブルのフィルムのレーザ光の透過率が、１０％以上である基板に適用したり、前記開口部が複数の小丸孔、複数の小角孔または複数のスリットのいずれかを有する基板に適用することができる。

本発明のプリント配線板は、基板上の配線パターンをエッチングなどで形成する際に、同時に接続部の開口を穿設することができるので、非常に簡単に製作することができる。そして、このプリント配線板を使用して実装基板を製造すると、配線パターンに電子部品をはんだ付けする時間を短縮することができる、また、基板が加熱されないので、基板にダメージを与えない、したがって、基板が耐熱性に劣る材料であってもよい、という優れた効果を奏する。

本発明のプリント配線板の第１実施例の図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図で、電子部品とはんだを仮想線で示している。 本発明のプリント配線板の第２実施例の図である。 本発明のプリント配線板の第３実施例の図である。 本発明のプリント配線板に電子部品を実装して実装基板を製造する方法を説明する図である。 本発明のプリント配線板を使用して製造された実装基板を使用した蛍光灯型ＬＥＤ照明器具の斜視図である。 上から照射したレーザ光によって電子部品をプリント配線板に固定する従来の方法を説明する図である。 下から照射したレーザ光によって電子部品をプリント配線板に固定する従来の方法を説明する図である。 （ａ）は、基板に電子部品を配置した状態を示す平面図で、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 フレキシブル・フラット・ケーブルの説明図。 （ａ）は、フレキシブル・フラット・ケーブルを使用した実装基板の平面図で、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 図１０の実装基板のＸ部の拡大図である。 図１０の実装基板のＹ部の拡大図である。 図１０の実装基板のＸ部の別形態の拡大図である。 図１０の実装基板のＹ部の別形態の拡大図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。なお、本明細書では、ＪＩＳ Ｃ ５６０３およびＩＥＣ６０９１４に従い、「プリント配線板」は、基板と、基板上に形成される配線パターンとを含み、実装する電子部品は含まないものとする。

図１は、本発明のプリント配線板１３の第１実施例を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図で、電子部品１５を仮想線で示している。本発明のプリント配線板１３は、配線パターン１２に特徴を有する。配線パターン１２は、複数の電子部品１５間を接続するための導線部１２ａと、この導線部１２ａから突出して形成された接続部１２ｂ１とから構成されている。導線部１２ａも接続部１２ｂ１も基板１１上に形成した銅箔をエッチング等により加工することで同時に形成されるものである。そして、通常は、接続部１２ｂ１は、導線部１２ａよりも幅が広く大きく形成されている。

本発明では、この接続部１２ｂ１に１以上の開口部を形成していることに特徴がある。図１では、この開口部は、多数の小丸孔４１から構成されている。これらの小丸孔４１は、配線パターン１２をエッチング等で形成するとき、同時に穿設することができる。このような接続部１２ｂ１の上にはんだ１４を載せ、基板１１の裏面（電子部品を実装する面の反対面）からレーザ光１６を照射する。基板１１の透過率が高ければ、レーザ光１６は基板１１を透過して、その一部が接続部１２ｂ１を加熱し、レーザ光１６の残りは接続部１２ｂ１の小丸孔４１を透過して直接はんだ１４を加熱し、溶解することができる。小丸
孔４１は、大きめの孔を１つだけとしてもよいが、前述したはんだの突沸を防止するためには、複数の方が望ましい。

図２は、本発明のプリント配線板１３の第２実施例で、接続部の開口部を、多数の四角い小角孔４２で構成した接続部１２ｂ２としている。

図３は、本発明のプリント配線板１３の第３実施例で、接続部の開口部を多数の小さなスリット４３とした接続部１２ｂ３としている。図３のスリット４３は、接続部１２ｂ３の先端で開口しているが、その先端が閉じているスリットとしてもよい。

本発明のプリント配線板は、フレキシブル・フラット・ケーブル（以下、ＦＦＣと略称する）にも適用可能である。ＦＦＣを図９より説明する。図９において、（ａ)は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は断面図である。ＦＦＣ５０とは、一般的にフィルム５１（５１Ａ・５１Ｂ）により複数列直線状に 並べた配線パターン（銅箔）を挟み込んだものである。フィルム５１ＡはＦＦＣ５０の配線パタ−ンより下の部分であり、フィルム５１ＢはＦＦＣ５０の配線パターンを覆う部分である（図９（ｃ）参照）。ＦＦＣ５０は、このフィルム５１の片面へ配線パターンに接触可能な導通箇所を設けたり、さらに配線パターン の適宜所定箇所に穴部を設け、配線間やその穴部を跨ぐように電子部品（例えばＬＥＤ素子・抵抗器等）を搭載できるようにしたものである。

図９では、細線３本を１つのラインとして使用しており、合計３つのラインが設けたものを例示する。各ラインの細線の本数は、３本に限定されるものではなく、適宜本数を増減させることができる。それぞれのラインには、電子部品搭載部に配線パターンが露出するように穴部５６を設けている。さらに中央部のライン５３には、電子部品搭載部に配線パターンが露出するように穴部５５及び絶縁用の貫通穴部５４が設けられている。以下本発明を適用したＦＦＣによる実装基板について説明する。以下「ライン」は、「配線パタ−ン」と称するものとする。

図１０によりＦＦＣ５０を使用し電子部品を実装した実装基板６０について説明する。図１０（ａ）は、ＦＦＣ５０を使用した実装基板６０の代表的な実施形態の平面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＣ−Ｃ側面図である。本実施例の実装基板６０は、以下のように構成されている。ＦＦＣ５０は、図９に示すように、配線パターン５２（５３）がフィルム５１Ａと５１Ｂにより挟まれている。本実施例では、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などのフィルム５１Ａ上に３列直線状に銅箔の配線パターン５２、５３，５２が設けられ、更にその配線パターンがフィルム５１Ｂにより覆われている。前述のとおり、配線パターン（ライン）５２、５３、５２は、各々３本の細線で構成されている。

まずＦＦＣ５０の電子部品６１や６２を搭載する部分には、配線パターンが露出するように、配線パターン上のフィルム５１Ｂに貫通しない穴部５５、５６が設けられている。穴部５５は、電子部品６１（例えばＬＥＤ素子）搭載用の穴部であり、穴部５６は電子部品６２（例えば抵抗器）搭載用の穴部である。両外側の配線パターンは、給電用の配線パターンである。中央部の配線パターンは、電子部品６１を直列に搭載するため、貫通する穴部５４が設けられている。穴部５４間には配線パターン５３が残ることになる。この穴部５４を跨ぐように電子部品６１を搭載しはんだ付けする。図１０（ａ）に示すように中央部の配線パターンと両外側の配線パターンは、電子部品６２により橋渡しされ電気的に接続される。図１０では、電子部品６１は３個表示されているが、適宜複数個搭載しはんだ付けすることができる。また配線パターンの列数は、３列に限定されものではなく、適宜列数を増減することができる。また、配線パターンは、本実施例では同一幅の細線が３本並列に配置された構成である。この配線パターンの電子部品が搭載され接続される部分が実施例１から３の接続部に相当し、配線パターンのそれ以外の部分は導電部に相当する。

一般的なＦＦＣは導線をフィルムで挟んだ形状であるが、片側のフィルムだけの形状のもの、もしくは片面はフィルムの代わりにレジストなどの材料を用いて同様な形状にすることも可能である。

このようなＦＦＣ５０の配線パターン５２、５３、５２の細線（銅箔部分）に本発明を適用した実施形態について説明する。図１１から図１４は、このような実施形態の一例を示すものである。図１１及び図１２は、図１０の電子部品搭載部Ｘ部とＹ部の拡大図である。図１１は、電子部品としてＬＥＤ素子６１（平面図中の二点鎖線部）を搭載した実施形態であり、図１２は電子部品として抵抗器６２（平面図中の二点鎖線部）を搭載した実施形態である。図１１と図１２に示すように配線パターンの細線間に銅箔の無い空隙部５７が２列存在する。電子部品を搭載し接続する際には、配線パターンの接続部（電子部品搭載部）に前もってはんだ１４を塗布し、その上に電子部品を搭載する。空隙部５７は、配線パターンと電子部品をはんだ接続する際に、レーザ光１６をフィルム５１Ａを透過するように照射するとレーザ光が直接はんだ１４に照射されるという作用を発現する。これにより、はんだを短時間で溶融させ、電子部品をはんだ付けすることができる。

図１３及び図１４は、図１０の電子部品搭載部Ｘ部とＹ部の別形態の拡大図である。図１３は、電子部品としてＬＥＤ素子６１（平面図中の二点鎖線部）を搭載した実施形態であり、図１４は電子部品として抵抗器６２（平面図中の二点鎖線部）を搭載した実施形態である。図１３と図１４に示すように配線パターンの細線（銅箔部）の電子部品の接続部に小さな丸穴５８を複数設けてある。電子部品を搭載し接続する際には、配線パターンの電子部品搭載部に前もってはんだ１４を塗布し、その上に電子部品を搭載し接続する。空隙部５７と細線（銅箔部）の複数の小さな丸穴は、配線パターンと電子部品をはんだ接続する際に、レーザ光１６をフィルム５１Ａを透過するように照射するとレーザ光が直接はんだ１４に照射されるという作用を発現する。これにより、図１１及び図１２の実施形態よりも、更に短時間ではんだを溶融させ、電子部品をはんだ付けすることができる。

本実施例においては、ＦＦＣに電子部品や抵抗器を搭載する部分に複数のスリット状の空隙部５７や配線パタ−ンの細線（銅箔部分）の複数の小さい丸孔５８を設けたが、これに限定されることはない。配線パターンの細線（銅箔部分）に、角穴やスリットを設けた構成とすることもできる。

このようＦＦＣ５０を使用することにより、配線パターンに電子部品をはんだ付けする際にレーザによる照射時間を短縮することができ、実装基板６０を短時間で製造することができる。

〔実装基板の製造装置及び製造方法〕
本発明のプリント配線板１３を使用して電子部品を実装した実装基板を製造する製造装置及び製造方法の一実施形態を図４を参照して説明する。この製造装置１０は、基板１１と配線パターン１２とからなるプリント配線板１３に電子部品１５を実装して実装基板１７を製造するものである。

この本製造装置では、本発明のプリント配線板１３の基板として、フレキシブルな素材を使用している。フレキシブルな基板とすることで、プリント配線板をリールに巻いて製造装置に供給し、出来た実装基板をリールに巻き取ることが可能となる。しかしながら、本発明のプリント配線板の基板としては、フレキシブルな素材に限定するものではなく、硬質素材を使用してもよい。

また、本発明のプリント配線板は、レーザを透過するとか、レーザ光の波長を特定の波長にする等によってレーザ光を透過する素材を使用している。このような基板の素材として、具体的には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）或いはガラス基板などを使用することができる。レーザ光の透過率としては、１０％程度であってもよく、好ましくは５０％以上であり、さらには７０％以上であることが望ましい。レーザ光の透過率が１０％を下廻ると、配線パターン上に供給されたはんだが溶解しなくなる虞れがある。

製造装置１０は、前後に一対のリール１８、１９を有する。入口側のリール１８から搬送ライン２０に沿ってプリント配線板１３が供給され、製造装置１０を通過すると、プリント配線板１３は、実装基板１７となって出口側のリール１９に巻き取られる。製造装置１０には、入口側のリール１８から出口側のリール１９に向かって順に、はんだの供給装置２１、電子部品の載置装置２２、レーザ装置２３、検査装置２４が配置されている。

基板１１上に銅箔などの導電性素材からなる配線パターン１２が形成されたプリント配線板１３は、入口側のリール１８から供給されて、搬送ライン２０上を進み、出口側のリール１９に向かう。

供給装置２１は、真下にあるプリント配線板１３の配線パターン１２上の所定の位置に形成された接続部上にはんだ１４を供給する。接続部については、後述する。供給装置２１は、特に限定されないが、非接触ディスペンサとすることが好ましい。

非接触ディスペンサは、詳細は図示しないが、はんだを収容するタンクと、プリント配線板から離間した位置からプリント配線板に対してはんだを吐出する吐出ノズルと、タンクと吐出ノズルとを連結し、タンクから吐出ノズルへとはんだを供給するための連結部と、これらを制御する制御部とを有する。この供給装置２１によれば、所定量のはんだ１４をプリント配線板に対して離間した位置から供給することができる。そのため、プリント配線板１３と吐出ノズルとが接触した状態ではんだを供給する装置に比べて、はんだ１４の持ち帰りを抑制し、また、吐出ヘッドの上下動によるタイムロスも抑えることができる
。また、はんだ１４の破棄量が少ないので、環境面からも好ましい。

はんだ１４が付与された部分のプリント配線板１３が載置装置２２の下に到達すると、載置装置２２からプリント配線板１３上に電子部品１５が供給される。本実装基板では、電子部品１５としてはＬＥＤを実装する。載置装置２２は、特に限定されず、たとえば、チップマウンターなどの従来公知の載置装置を使用することができる。

プリント配線板１３の電子部品１５が載置された部分がレーザ装置２３の上に到達すると、レーザ装置２３からはんだ１４に向けてレーザ光１６が照射される。このレーザ光１６はプリント配線板１３の基板を加熱することなく配線パターン１２を加熱し、さらにはんだ１４を加熱して溶解し、電子部品１５が配線パターン１２にはんだ付けされ、実装基板となる。基板１１は、レーザ光１６を透過できる素材からなるか、又は、特定の波長のレーザ光であれば、透過できる素材からなる。透過率としては、１０％以上であればよく、好ましくは５０％以上であり、さらには７０％以上であることが望ましい。

プリント配線板の電子部品１５がはんだ付けされた部分が検査装置２４の下に到達すると、検査が行われる。この実施例では、電子部品１５はＬＥＤなので、ＬＥＤを点灯し、点灯の有無や照度などの検査をすることができる。

図５は、上述のようにして製造された実装基板１７を使用した蛍光灯型ＬＥＤ照明器具の斜視図である。

本発明のプリント配線板及びその製造方法を使用することにより、蛍光灯型ＬＥＤ照明器具を従来よりも格段に短い時間で製造することができる。

〔ＦＦＣを使用した実装基板の製造装置及び製造方法〕
また上述の製造装置及び製造方法において、図９に示すＦＦＣ５０を使用することにより、図１０に示す実装基板を短時間・高効率で製造することができる。

１０ 製造装置
１１ 基板
１２ 配線パターン
１２ａ 導線部
１２ｂ１〜１２ｂ３ 接続部
１３ 本発明のプリント配線板
１４ はんだ
１５ 電子部品
１６ レーザ光
１７ 実装基板
１８ （入口側）リール
１９ （出口側）リール
２０ 搬送ライン
２１ （はんだの）供給装置
２２ 載置装置
２３ レーザ装置
２４ 検査装置
３０ ＬＥＤ照明器具
３２ 拡散カバー
３３ アルミ基台
３４ 導熱性接着剤
３５ 端子
４１ 小丸孔
４２ 小角孔
４３ スリット
５０ ＦＦＣ
５１ フィルム（５１Ａ・５１Ｂ）
５２、５３ ライン（配線パターン）
５４ 穴部（絶縁用）
５５、５６ 穴部（電子部品搭載用）
５７ スリット状の空隙部
５８ 丸孔
６０ ＦＦＣを使用した実装基板
６１ 電子部品（ＬＥＤ素子）
６２ 電子部品（抵抗器）
１３０ 従来のプリント配線板

Claims (6)

1. 基板上に配線パターンが形成されたプリント配線板であって、
   前記配線パターンが、複数の電子部品間を接続するための導線部と、
   電子部品との間ではんだ付けされる１以上の接続部とを有し、
   該接続部に１以上の開口部を形成したことを特徴とするプリント配線板。
2. 前記基板のレーザ光の透過率が、１０％以上であることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板。
3. 前記開口部が複数の小丸孔、複数の小角孔または複数のスリットのいずれかであること
   を特徴とする請求項１又は２に記載のプリント配線板。
4. 複数の電子部品間を接続するための導線部と、前記電子部品との間ではんだ付けされる接続部であって１以上の開口部が形成された１以上の接続部と、を備えた配線パターンを形成したフレキシブル・フラット・ケーブルを配置する工程と、
   前記接続部にはんだを付与する工程と、
   前記はんだに電子部品を付与する工程と、
   前記フレキシブル・フラット・ケーブルの前記接続部の裏面側から接続部に向けてレーザ光を照射して前記はんだを溶解して前記接続部と前記電子部品とをはんだ付けする工程と、
   を有することを特徴とする実装基板の製造方法。
5. 前記フレキシブル・フラット・ケーブルのフィルムのレーザ光の透過率が、１０％以上であることを特徴とする請求項４に記載の用実装基板の製造方法。
6. 前記開口部が複数の小丸孔、複数の小角孔または複数のスリットのいずれかであることを特徴とする請求項４又は５に記載の実装基板の製造方法。

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