JP2015002223A - はんだ付け方法およびはんだ鏝構造 - Google Patents

Abstract

【課題】無駄なはんだの消費を可及的に少なくしてコスト削減を図ったはんだ付け方法を提供する。【解決手段】プリント配線基板１に挿入されているピン状端子４とはんだ鏝５とを相対移動させてピン状端子４をはんだ付けする方法である。はんだ鏝５の鏝先５ａにピン状端子４を受容可能な深さＤのスリット状の溝部６を形成しておき、この溝部６は開放端側の深さＤ１のストレート溝７とそれに連続する奥部側の深さＤ２の大径状の円形孔８とで鍵穴状のものとして形成する。ストレート溝７にのみ溶融はんだ９ａを保有させた状態ではんだ付けを施す。ストレート溝７の深さＤ１は、はんだ付け後に形成されるフィレット部１０の高さと同等の大きさに設定されている。【選択図】図２

Description

本発明は、はんだ付け方法およびはんだ鏝構造に関し、特に各種電子機器におけるプリント配線基板のランド部にピン状端子を挿入してはんだ付けする方法およびそのためのはんだ鏝の構造に関する。

各種電子機器における多層基板等のプリント配線基板に複数のスルーホールが列をなして形成されていて、各スルーホールにそれぞれに上向きでピン状端子を挿入した上でランド部にはんだ付けする場合に、はんだ鏝をスルーホールまたはピン状端子の列方向に移動させることで、いわゆる一パスで且つ連続的にそれぞれのピン状端子のはんだ付けを行う方法が知られている。

例えば、特許文献１の図１１〜図１３には、ピン状端子のはんだ付けを司るはんだ鏝の鏝先に、ピン状端子を受容可能で且つ溶融はんだを保有可能なように下向きに開放されたスリット状の溝部を形成しておき、このはんだ鏝をピン状端子の列方向に沿って移動させることで、ランド部に対するピン状端子のはんだ付けを上記ピン状端子の列方向に沿って連続して施すようにしたものが記載されている。

この場合において、はんだ鏝の移動に合わせて溝部の上部から適宜糸はんだ等を供給することで、溝部には常に所定量の溶融はんだが保有されていることになる。その一方、鏝先の溝部に常に所定量の溶融はんだが保有されていて、はんだ付け処理回数に応じた溶融はんだの持ち出しと、糸はんだ等の供給による溶融はんだの補充とが繰り返されたとしても、溝部内に保有されている溶融はんだの全てが入れ替わることはないので、溝部内に保有されている溶融はんだの使用回数にもおのずと限界がある。その理由は、溝部内に保有されている溶融はんだが繰り返し使用されることで、その溶融はんだに含まれているフラックスの機能が徐々に失われることになる（いわゆる失活現象）ためである。

そこで、はんだ付けの連続処理回数を管理し、所定サイクルごとに鏝先の溝部内に保有されているはんだの全てをエアブロー等の手段にて一旦除去して、溝部内に保有されている溶融はんだの全量入れ替えを定期的に行うようにしている。

特開２０１０−１４７２５５号公報

特許文献１に記載されているようにピン状端子のはんだ付けを連続して行う場合、鏝先の溝部には常に溶融はんだがほぼ充満するかたちで保有されているので、上記のような定期的な溶融はんだの全量入れ替えの際に、エアブロー等にて除去されて廃棄処分されるはんだの量が多く、結果として無駄なはんだの消費によってコストアップを招くという問題があった。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、無駄なはんだの消費を可及的に少なくしてコスト削減を図ったはんだ付け方法とはんだ鏝構造を提供するものである。

本発明は、プリント配線基板に上向きの複数のピン状端子が列をなして設けられている一方、上記ピン状端子のはんだ付けを司るはんだ鏝の鏝先には、ピン状端子を受容可能で且つ溶融はんだを保有可能なように下向きに開放された溝部が形成されていて、上記はんだ鏝をピン状端子の列方向に沿って移動させることで、プリント配線基板に対するピン状端子のはんだ付けを上記ピン状端子の列方向に沿って連続して施すにあたって、上記溝部のうち開放側の端部のみに溶融はんだを保有させた状態ではんだ付けを施すようにしたものである。

また、当該技術をはんだ鏝の構造として捉えるならば、上記溝部のうち溶融はんだを保有させない部分には、溶融はんだによる濡れが生じないように非濡れ性を付与してある構造とする。

本発明によれば、鏝先の溝部での溶融はんだの保有量をはんだ接合に必要な最小限に保つことができるため、無駄なはんだの消費を少なくしてコスト削減を図ることができる。

本発明に係るはんだ付け方法の第１の実施の形態を示す図で、（Ａ）はプリント配線基板側のピン状端子とはんだ鏝の移動方向との関係を示す説明図、（Ｂ）は同図（Ａ）の要部拡大断面図。 図１に示したはんだ鏝の鏝先の詳細を示す図で、（Ａ）は鏝先とはんだ付け後のピン状端子との関係を示す要部拡大図、（Ｂ）は同図（Ａ）の鏝先の平面図。 ピン状端子と図２に示した鏝先との移動過程での説明図。 溶融はんだの濡れ性に関する説明図。 本発明に係るはんだ付け方法の第２の実施の形態を示す図で、（Ａ）は鏝先とはんだ付け後のピン状端子との関係を示す要部拡大図、（Ｂ）は同図（Ａ）の鏝先の平面図。 図５の（Ａ）における鏝先の拡大断面図。 溶融はんだの濡れ性に関する説明図。

図１〜４は本発明に係るはんだ付け方法を実施するためのより具体的な第１の形態を示し、ここでは、図１に示すように、定位置に固定されているプリント配線基板１に対して例えば中実円柱状のはんだ鏝５を矢印Ｐ方向に移動させることで、そのプリント配線基板１上に一列に並んでいる複数のピン状端子４を連続してはんだ付けする場合の例を示している。

図１の（Ａ），（Ｂ）に示すように、プリント配線基板１には貫通孔である複数のスルーホール３が直線状に且つ一列に形成されていて、各スルーホール３には個別にピン状端子４が上向きに挿入されている。その結果として、スルーホール３の配列と同様に、それらのスルーホール３に挿入されたピン状端子４が直線状に且つ一列に並んでいることになる。また、スルーホール３の周囲にはそのスルーホール３を囲繞するようにしてランド部２が予め形成されており、後述する図２，３に示すようにランド部２に対してピン状端子４がはんだ付けされることになる。

なお、図１の（Ｂ）では、スルーホール３とピン状端子４との間の隙間を誇張して描いてある。したがって、各スルーホール３に挿入されたピン状端子４は、プリント配線基板１からのそれぞれの突出長さが同一のものとなるように、各ピン状端子４の下端が図示外の治具で支えられていたり、あるいはスルーホール３に対する圧入力で定位置に保持されている。

ピン状端子４のはんだ付けを司るはんだ鏝５は少なくともその鏝先５ａが中実円柱状をなしていて、鏝先５ａの先端部には後述する図２に示すようにピン状端子４の上方への突出高さを受容可能なスリット状の溝部６が直径方向に沿って形成されている。また、溝部６には図３に示すようにはんだノズル等から例えば糸はんだ９が適宜供給されるようになっていて、溝部６がピン状端子４を受容していない状態においても、その溝部６内に所定量の溶融はんだ９ａを保有することができるようになっている。

したがって、図１の（Ａ）に示すように、はんだ鏝５の鏝先５ａの溝部６に溶融はんだ９ａが保有されている状態で、はんだ鏝５の鏝先５ａがランド部２に接触するようにそのはんだ鏝５をピン状端子４の配列方向（図１の（Ａ）の矢印Ｐ方向）に沿って所定速度で移動させれば、溝部６内にピン状端子４を受容する度にピン状端子４の根元部に溶融はんだ９ａが付着することになる。そして、はんだ鏝５の通過後に溶融はんだ９ａが冷却・固化することで、図２，３に示すようにピン状端子４の根元部とランド部２とにまたがってフィレット部１０が形成されて、ピン状端子４はこのフィレット部１０をもってランド部２に対してはんだ付けされることになる。

こうしてはんだ付けが完了すると、はんだ鏝５は次のピン状端子４に移動して、上記と同様の動作を繰り返すことになる。

図２の（Ａ），（Ｂ）ははんだ鏝５の鏝先５ａの詳細を示している。同図に示すように、溝部６は、下端が開放された溝幅がＷで深さがＤ１のストレート溝７と、そのストレート溝７の上部に連続して当該ストレート溝７よりも幅広の直径（深さ）Ｄ２の円形孔８とで形成されていて、全体としてはいわゆる鍵穴状のものとして形成されている。そして、ストレート溝７は溶融はんだ９ａの重力に対抗してそれ自体で溶融はんだ９ａを溝幅内に保有できること、およびストレート溝７の内壁面からの輻射熱伝導や溶融はんだ９ａを介しての接触熱伝導によりピン状端子４に熱を伝えることができることが重要であり、ストレート溝７の溝幅Ｗはスルーホール３の直径と同等またはそれよりもわずかに小さく設定されている。

また、ストレート溝７と円形孔８とからなる溝部６の高さＤは、ランド部２からのピン状端子４の突出長さよりも十分に大きく設定されているとともに、ストレート溝７の深さＤ１ははんだ付け後にピン状端子４の根元部にできるフィレット部１０の高さと同等の大きさに設定されている。これにより、鏝先５ａ側の溝部６がピン状端子４を通過したとしても、ピン状端子４の上端部は鏝先５ａのどの部位にも接触することがないことになる。

図３ははんだ鏝５の鏝先５ａとピン状端子４とが相対移動する過程を示している。同図の（Ａ）に示すように、鏝先５ａがピン状端子４を通過する前は、図２に示した溝部６のストレート溝７に溶融はんだ９ａが保有されているとともに、ピン状端子４は図１の（Ｂ）の状態にある。つまり、溝部６のうちでもストレート溝７のみに溶融はんだ９ａが予め保有されている。

鏝先５ａの移動に伴い図３の（Ｂ）に示すように溝部６がピン状端子４を通過すると、ストレート溝７に溶融はんだ９ａを保有している溝部６がピン状端子４を受容することになるので、その瞬間にピン状端子４の根元部とランド部２とにまたがるようにして溶融はんだ９ａが付着することになる。溶融はんだ９ａはスルーホール３に入り込んだ上でプリント配線基板１の裏側まで回り込むかかたちとなり、溶融はんだ９ａはその表面張力で同図のようなフレット部１０の形状を自己保持することになる。

そして、同図（Ｃ）に示すように、鏝先５ａがピン状端子４を通過し終わると、同図（Ｂ）の形状をもって溶融はんだ９ａが固化してフィレット部１０と化し、ピン状端子４はこのフィレット部１０をもってランド部２に対してはんだ付けされることになる。なお、上記のようなはんだ鏝５の移動中は、図３（Ｃ）の糸はんだ９が適宜供給されることでストレート溝７に保有されている溶融はんだ９ａの量が補充され、ストレート溝７での溶融はんだ９ａの保有量はほぼ一定量に維持されることになる。

ここで、ピン状端子４のはんだ付け回数を管理し、所定サイクルごとに鏝先５ａのストレート溝７に保有されている溶融はんだ９ａの全てをエアブロー等の手段にて一旦除去して、ストレート溝７内に保有されている溶融はんだ９ａの全量入れ替えを定期的に行うことは従来と同様である。

その場合に、本実施の形態では、溝部６の開放端部側のみに、すなわち溝部６のうちでもフィレット部１０の高さと同等の高さに設定してあるストレート溝７のみに溶融はんだ９ａを保有させるようにしているので、溶融はんだ９ａの保有量が必要最小限に抑えられていることになる。そのため、上記のようにストレート溝７に保有されている溶融はんだ９ａの全量入れ替えを定期的に行ったとしても、廃棄されるはんだ量を少なくすることができ、無駄なはんだの消費をなくしてコスト削減に寄与することができるようになる。

また、本実施の形態では、溶融はんだ９ａが保有されるストレート溝７の上部に、これに連続するかたちで溶融はんだ９ａが保有されることのない大径の円形孔８が形成されていて、この円形孔８ではピン状端子４の上端部を受容することがあっても、当該円形孔８の内面にピン状端子４の一部が接触することはない。そのため、溝部６がはんだ付け対象となるピン状端子４を通過する際にそのピン状端子４の先端部が曲がっているようなことがあっても、そのピン状端子４の通過をスムーズに許容することができ、ピン状端子４の曲がりに対する許容量を大きく確保することができる。

言い換えるならば、円形孔８が形成されることなく溝部６が図５のようなストレート溝７のみで形成されている場合、ピン状端子４の先端が曲がっていると当該部位が鏝先５ａのうちストレート溝７の幅方向両側の一部と干渉することになる一方、両者の相対移動の進行に伴ってその干渉が矯正されると、ピン状端子４の自己弾性力のために当該ピン状端子４が復元して瞬間的にいわゆるはじき現象を生じ、溶融はんだ９ａを飛散させてしまうおそれがある。

これに対して、上記のようにストレート溝７に連続する円形孔８を有している本実施の形態によれば、ピン状端子４の曲がりに対する許容量を大きく確保できることで、溶融はんだ９ａの飛散等の二次的不具合を未然に防止することができる。

ここで、上記実施の形態では、溝部６がストレート溝７とそれに連続する大径の円形孔８とで形成されている場合の例を示しているが、円形孔８に相当する部位の空間がストレート溝７よりも大径または幅広でさえあれば必ずしも円形孔である必要はなく、またストレート溝７が必ずしも円弧状面をもって円形孔８に相当する部位の空間と連続している必要もない。要は、円形孔８に相当する部位の空間のうちストレート溝７との接続部において溶融はんだ９ａが濡れ上がってこないような非ぬれ性を有していれば良い。

図４は先の第１の実施の形態での溶融はんだ９ａに相当する液滴の濡れ性に関する説明図であって、平面Ｆ１が先の実施の形態におけるストレート溝７の内壁面に相当していて、屈曲角αの傾斜面Ｆ２が円形孔８の内周面である円弧状面に相当している。同図に示すように、平衡状態にある液滴Ｑ１の接触角（平衡接触角）はθであり、平面Ｆ１が屈曲角αの傾斜面Ｆ２へと屈曲変化するのに伴い傾斜面Ｆ２側へ移動しようとする液滴Ｑ２の増加接触角はβとなり、β≧αの関係を満たさないと液滴Ｑ２は傾斜面Ｆ２側へと進むことはできない。したがって、図２においてストレート溝７と円形孔８の内周面とのなす角度α１（＝α）がβ≧αの関係を満たすかぎりにおいて、円形孔８に相当する部位の空間のうちストレート溝７との接続部では円弧状の傾斜面でも平坦な傾斜面でも良いことになる。

また、先に述べたようなピン状端子４の曲がりを考慮する必要がない場合には、図５に示すように溝部６がストレート溝１７のみで形成されていても良い。

図５，６は本発明の第２の実施の形態を示す図で、先の第１の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。

図５から明らかなように、鏝先５ａの溝部６を深さＤのストレート溝１７のみをもって形成してあるとともに、そのストレート溝１７のうちフィレット部１０の高さと同等の深さＤ１を開放端側に残してフィレット部１０よりも奥部側（上方）の深さＤ２の範囲内の内壁面に、溶融はんだ９ａを保有しにくくするべく溶融はんだ９ａの非濡れ性を付与するために、図６の表面処理層（クロスハッチングを施した部分）１１をもって非濡れ性材質の表面処理を施してある。なお、図６の表面処理層１１に代えて、その表面処理層１１と同等部位の表層部のみを非濡れ性を有する別の材質のもので形成しても良い。

この第２の実施の形態によれば、奥部側の深さＤ２の領域ではその非濡れ性のために溶融はんだ９ａを保有しにくくなり、開放端側の深さＤ１の領域のみに溶融はんだ９ａを保有させることができるため、はんだの消費量を減らすことができる点で先の第１の実施の形態と同様の効果が得られることになる。

図７は上記第２の実施の形態での溶融はんだ９ａに相当する液滴の濡れ性に関する説明図であって、平面Ｆ３が図５，６のストレート溝７のうち領域Ｄ１の内壁面に、平面Ｆ４が非濡れ性を有する領域Ｄ２の内壁面にそれぞれ相当している。同図に示すように、平面Ｆ３側で平衡状態にある液滴Ｑ３の接触角（平衡接触角）はθ１であり、非濡れ性を有する平面Ｆ４側で平衡状態にある液滴Ｑ４の接触角（平衡接触角）はθ２である。ただし、ここでは、あくまでθ１＜θ２とする。そして、平面Ｆ３と平面Ｆ４との界面上のある液滴Ｑ５の接触角はγであり、γ≧θ２の関係を満たさないと液滴Ｑ５は平面Ｆ４側へと進むことはできない。したがって、γ≧θ２の関係を満たすかぎりにおいて、図５，６の溝部６（ストレート溝１７）のうち領域Ｄ２の内壁面には表面処理あるいは異材質をもって溶融はんだ９ａの非濡れ性が付与されていれば良いことになる。

１…プリント配線基板
２…ランド部
３…スルーホール
４…ピン状端子
５…はんだ鏝
５ａ…鏝先
６…溝部
７…ストレート溝
８…円形孔
９ａ…溶融はんだ
１０…フィレット部

Claims (7)

1. プリント配線基板に上向きの複数のピン状端子が列をなして設けられている一方、
   上記ピン状端子のはんだ付けを司るはんだ鏝の鏝先には、ピン状端子を受容可能で且つ溶融はんだを保有可能なように下向きに開放された溝部が形成されていて、
   上記はんだ鏝をピン状端子の列方向に沿って移動させることで、プリント配線基板に対するピン状端子のはんだ付けを上記ピン状端子の列方向に沿って連続して施すようにした方法であって、
   上記溝部のうち開放側の端部のみに溶融はんだを保有させた状態で、はんだ鏝を上記ピン状端子の列方向に沿って移動させることではんだ付けを施すことを特徴とするはんだ付け方法。
2. 上記溝部における開放側の端部での溶融はんだの保有高さは、はんだ付け後にピン状端子の根元部にできるフィレット部の高さと同等の大きさとすることを特徴とする請求項１に記載のはんだ付け方法。
3. 上記溝部の内壁面のうち溶融はんだを保有させない部分であって且つ少なくとも溶融はんだを保有させる部分に近接する部分には、溶融はんだによる濡れが生じないように非濡れ性を予め付与しておくことを特徴とする請求項２に記載のはんだ付け方法。
4. 請求項１に記載のはんだ付けに用いるはんだ鏝の構造であって、
   上記溝部のうち溶融はんだを保有させない部分には、溶融はんだによる濡れが生じないように非濡れ性を付与してあることを特徴とするはんだ鏝構造。
5. 上記溝部の一部に非濡れ性を付与する手段として、当該溝部のうち溶融はんだを保有させない部分であって且つ少なくとも溶融はんだを保有させる部分に近接する部分では、上記溝部の溝幅が当該溝部の奥部側に向かって漸次大きくなるような傾斜面としてあることを特徴とする請求項４に記載のはんだ鏝構造。
6. 上記下向きに開放された溝部の上半部が当該溝部に連続しつつ当該溝部の溝幅よりも直径の大きな円形孔となっていることを特徴とする請求項５に記載のはんだ鏝構造。
7. 上記溝部の一部に非濡れ性を付与する手段として、当該溝部のうち溶融はんだを保有させない部分の少なくとも表層部を、非濡れ性を有する材料で形成してあることを特徴とする請求項４に記載のはんだ鏝構造。

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