JP2020061452A - 電子基板およびパッド間の半田付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スルーホール半田付け加工と同じ工法で、ジャンパ半田付け加工を高品質で施すことができるようにする。【解決手段】間隙ｈを含むパッド６−１と６−２とを組み合わせた全体の形状（基板面１００に対して直交する方向から見た全体の形状）を、従来の四角形から５角形以上の多角形（Ｎ角形（Ｎ≧５））とする。この場合、間隙ｈを含むパッド６−１と６−２とを組み合わせた全体の形状を８角形あるいはそれ以上とすることが望ましく、円形とすることが理想的である。【選択図】 図１

Description

本発明は、電子基板に関し、より具体的には、自動半田工法によって半田付け加工が施される電子基板およびパッド間の半田付け方法に関する。

従来より、各種の電子装置には、メモリチップやマイコンチップなどの半導体チップを搭載した電子基板が実装されている。

このような電子装置では、例えば細かな動作などの仕様が異なるような場合、電子基板の基板面に所定の間隙を隔てて設けられた２つのパッド間を短絡させるか否かにより、メインとなる制御装置などに対して機種の違いを教示するような使い方をすることがある。この場合、パッド間の短絡は、半田付け加工などによって行われる（例えば、特許文献１参照）。

図１０に、基板面１００に所定の間隙ｈを隔てて設けられた２つのパッド１−１と１−２との組み合わせを示す。このパッド１−１，１−２は、慣例的に用いられている形状として、基板面１００に対して直交する方向から見た形状が四角形とされている。

機種の違いを教示するような使い方をする場合、このパッド１−１とパッド１−２とを半田によって相互に接続することによって、パッド１−１，１−２間を短絡させる。以下、このような半田を用いた２つのパッド間の接続を「ジャンパ半田付け加工」と呼ぶ。

図１１に、基板面１００に設けられたスルーホール３を囲むランド２を示す。このランド２は、その形状がリング状（円環状）とされている。スルーホール３には、図１２に示すように、搭載される電子部品などのピン４が挿入され、ランド２とピン４とが半田５によって相互に接続される。以下、このような半田を用いたランドとピンとの間の接続を「スルーホール半田付け加工」と呼ぶ。

スルーホール半田付け加工は、ジャンパ半田付け加工と同様、後付け実装として多く用いられる半田付け加工であり、自動半田工法であるスリーブ半田工法などによって行われる。図１３に、スリーブ半田工法によるランド２とピン４との間のスルーホール半田付け加工の概要を示す。

スリーブ半田工法では、左右に分かれた一対のヒータ２００を用いる。先ず、この一対のヒータ２００を下降させて、スルーホール３に挿入されているピン４を把持し、ピン４を予備加熱する（図１３（ａ））。

次に、ヒータ２００の合わせ面に彫られた溝２００ａ内に、半田材として円柱形状の線半田５’を切り落とし、溶融させる（図１３（ｂ））。ヒータ２００の合わせ面の溝２００ａは、切り落とされた線半田５’を効率的に溶融させるために、その形状が円形とされている。

そして、この円形の溝２００ａ内での線半田５’の溶融後、ヒータ２００を開いて、溶融された半田５を落下させる（図１３（ｃ））。そして、ヒータ２００を閉じながら、溶融された半田５をランド２へ濡れ広がらせる（図１３（ｄ））。

このようにして、溶融された半田５をランド２へ濡れ広がらせた後、ヒータ２００を開いて上昇させ、ランド２とピン４との間のスルーホール半田付け加工を完了する（図１３（ｅ））。

特開２００３−２５８１９５号公報

上述したように、電子基板の基板面には、ジャンパ半田付け加工を施す必要がある箇所と、スルーホール半田付け加工を施す必要がある箇所とが存在する。この場合、スルーホール半田付け加工を施す必要がある箇所と、ジャンパ半田付け加工を施す必要がある箇所とに対して、同一の工法によって自動的な半田付けを施すことは、品質安定化の面で難しかった。以下、この問題について、自動半田工法であるスリーブ半田工法を例にとって説明する。

スリーブ半田工法は、ピンなどのワーク全体を把持して加熱する方式であるため、全体の均等加熱が可能であり、スルーホール半田付け加工を施す箇所には適している。このスリーブ半田工法を用いてスルーホール半田付け加工を施した場合、図１４に示すように、溶融された半田５がリング状のランド２へ均等に濡れ広がり、ランド２の全面が半田５で覆われるものとなる。

これに対して、スリーブ半田工法を用いてジャンパ半田付け加工を施すと、図１５に示すように、パッド１−１，１−２の形状が四角形とされているため、パッド１−１，１−２の全面が半田５で覆われず、濡れ残りが生じてしまう。すなわち、四角形のパッド１−１，１−２は、角までの距離が長いので、熱が十分に伝わりきらず、濡れ残りが生じてしまう。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、スルーホール半田付け加工と同じ工法で、ジャンパ半田付け加工を高品質で施すことが可能な電子基板およびパッド間の半田付け方法を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明に係る電子基板は、基板面（１００）に所定の間隙（ｈ）を隔てて設けられ、半田（５）によって相互に接続される、第１のパッド（６−１）と第２のパッド（６−２）との組み合わせを備えた電子基板（１０１）において、前記第１のパッドおよび前記第２のパッドは、前記基板面に対して直交する方向から見た前記間隙を含む前記第１のパッドと前記第２のパッドとを組み合わせた全体の形状がＮ角形（Ｎは５以上の整数）とされていることを特徴とする。

また、本発明に係るパッド間の半田付け方法は、前記第１のパッド（６−１）および前記第２のパッド（６−２）を一対のヒータ（２００）によって予備加熱するステップと、前記予備加熱をした後、前記一対のヒータの合わせ面に彫られた溝（２００ａ）に半田材（５’）を切り落とし、この切り落とした半田材を溶融させるステップと、前記半田材を溶融させた後、前記一対のヒータの合わせ面を開き、前記第１のパットおよび前記第２のパッドに溶融された半田（５）を濡れ広がらせるステップとを備えることを特徴とする。

本発明では、間隙を含む第１のパッドと第２のパッドとを組み合わせた全体の形状を、Ｎ角形（Ｎ≧５）とする。これにより、熱が不足する面積が小さくなり、濡れ残りが少なくなり、品質が向上する。

本発明において、間隙を含む第１のパッドと第２のパッドとを組み合わせた全体の形状を、Ｎ≧８の多角形とすると、熱が不足する面積がさらに小さくなり、濡れ残りがさらに少なくなる。本発明において、間隙を含む第１のパッドと第２のパッドとを組み合わせた全体の形状は、円形（Ｎ→∞）とすることが理想的である。

なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の構成要素を、括弧を付した参照符号によって示している。

以上説明したように、本発明によれば、間隙を含む第１のパッドと第２のパッドとを組み合わせた全体の形状をＮ角形（Ｎ≧５）とすることにより、濡れ残りが少なくなり、スルーホール半田付け加工と同じ工法で、ジャンパ半田付け加工を高品質で施すことが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態に係る電子基板の要部を示す図である。 図２は、この電子基板の基板面に設けられたパッドを示す斜視図である。 図３は、スリーブ半田工法によるパッド間のジャンパ半田付け加工の概要を説明する図である。 図４は、スリーブ半田工法によってパッド間のジャンパ半田付け加工を施した後の状態を示す図である。 図５は、パッドが長方形である場合のパッド面積と半田面積と熱が不足する面積の計算例を示す図である。 図６は、パッドが正方形である場合のパッド面積と半田面積と熱が不足する面積の計算例を示す図である。 図７は、パッドを５角形以上の正多角形とした場合のパッド面積と半田面積と熱が不足する面積の計算例を示す図である。 図８は、間隙を含む２つのパッドを組み合わせた全体の形状を正５角形とした例を示す図である。 図９は、間隙を含む２つのパッドを組み合わせた全体の形状を正８角形とした例を示す図である。 図１０は、基板面に所定の間隙を隔てて設けられた２つのパッドの組み合わせ（従来例）を示す図である。 図１１は、基板面に設けられたスルーホールを囲むランドを示す図である。 図１２は、ランドとピンとを半田によって相互に接続した状態を示す斜視図である。 図１３は、スリーブ半田工法によるランドとピンとの間のスルーホール半田付け加工の概要を説明する図である。 図１４は、ランドの全面が半田で覆われた状態を示す図である。 図１５は、スリーブ半田工法を用いてジャンパ半田付け加工を施した後の状態（従来例）を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態に係る電子基板１０１の要部を示す図である。

この電子基板１０１の基板面１００には、所定の間隙ｈを隔てて２つのパッド６−１と６−２が設けられている。このパッド６−１，６−２は、間隙ｈを含むパッド６−１とパッド６−２とを組み合わせた全体の形状（基板面１００に対して直交する方向から見た全体の形状）が円形とされている。

すなわち、パッド６−１，６−２の形状を半円状とし、間隙ｈを挾んで対向するパッド６−１，６−２の間隙ｈを含む全体の形状を円形としている。このパッド６−１とパッド６−２との組み合わせは、図２に示すように、電子基板１０１の基板面１００に多数設けられている。

なお、この例において、間隙ｈを含むパッド６−１とパッド６−２とを組み合わせた全体の形状とされる円形の直径は、例えば１．５ｍｍとされ、間隙ｈは０．２５ｍｍとされている。また、この例では、パッド６−１，６−２の形状を半円状としているが、間隙ｈを含むパッド６−１とパッド６−２とを組み合わせた全体の形状が円形となればよく、必ずしも半円状でなくてもよい。

図３に、スリーブ半田工法によるパッド６−１，６−２間のジャンパ半田付け加工の概要を示す。なお、図３において、図１３を参照して説明した構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明は省略する。

先ず、図３（ａ）に示すように、一対のヒータ２００を下降させて、パッド６−１，６−２を予備加熱する。なお、この予備加熱の工程は省略する場合もある。次に、ヒータ２００の合わせ面に彫られた溝２００ａ内に、半田材として円柱形状の線半田５’を切り落とし、溶融させる（図３（ｂ））。

そして、この円形の溝２００ａ内での線半田５’の溶融後、ヒータ２００を開く（図３（ｃ））。そして、ヒータ２００を閉じながら、溶融された半田５をパッド６−１，６−２へ濡れ広がらせる（図３（ｄ））。

このようにして、溶融された半田５をパッド６−１，６−２に濡れ広がらせた後、ヒータ２００を開いて上昇させ、パッド６−１，６−２間のジャンパ半田付け加工を完了する（図３（ｅ））。

図４に、スリーブ半田工法によってパッド６−１，６−２間のジャンパ半田付け加工を施した後の状態を示す。この場合、間隙ｈを含むパッド６−１とパッド６−２とを組み合わせた全体の形状が円形とされているため、スルーホール半田付け加工を施した場合と同様に（図１４参照）、溶融された半田５がパッド６−１，６−２に均等に濡れ広がり、パッド６−１，６−２の全面が半田５で覆われるものとなる。

このようにして、本実施の形態の電子基板１０１によれば、パッド６−１，６−２への濡れ残りがなくなり、スルーホール半田付け加工と同じスリーブ半田工法でジャンパ半田付け加工を高品質で施すことができるようになる。

例えば、（社）日本溶接協会が定めているマイクロソルダリング技術認定試験では、濡れ残りの面積が５％以下であることを基準としており、この基準を目安に社内基準を設ける手法が一般的とされている。

図５に、パッドＰが３ｍｍ×１．８ｍｍの長方形であり、この長方形のパッドＰに直径１．８ｍｍの円形の半田５を濡れ広げた場合の、パッド面積と半田面積と熱が不足する面積の計算例を示す。この例において、パッド面積は５．４０ｍｍ²、半田面積は２．５４ｍｍ²、熱が不足する面積は２．８６ｍｍ²となり、濡れ残りの面積は５２．９％となる。

図６に、パッドＰが１．８ｍｍ×１．８ｍｍの正方形であり、この正方形のパッドＰに直径１．８ｍｍの円形の半田５を濡れ広げた場合の、パッド面積と半田面積と熱が不足する面積の計算例を示す。この例において、パッド面積は３．２４ｍｍ²、半田面積は２．５４ｍｍ²、熱が不足する面積は０．７０ｍｍ²となり、濡れ残りの面積は２１．５％となる。

図７に、パッドＰを５角形以上の正多角形（正Ｎ角形（Ｎ≧５））とした場合のパッド面積と半田面積と熱が不足する面積の計算例を示す。この場合、正５角形の濡れ残りの面積は１３．６１％となり、正６角形の濡れ残りの面積は９．６１％となり、正７角形の濡れ残りの面積は６．９６％となる。また、正８角形の濡れ残りの面積は５．２２％となり、正９角形の濡れ残りの面積は４．１５％となり、正１０角形の濡れ残りの面積は３．４２％、となり、正１１角形の濡れ残りの面積は３．０５％、正１２角形の濡れ残りの面積は２．３１％となる。

パッドＰを正５角形とした場合、濡れ残りの面積は１３．６１％となり、正方形（正４角形）とした場合の濡れ残りの面積（２１．５％）よりも小さくなり、濡れ残りが少なくなる。したがって、図８に示すように、間隙ｈを含むパッド６−１とパッド６−２とを組み合わせた全体の形状を正５角形あるいはそれ以上とすることにより、品質が向上するものとなる。

パッドＰを正８角形とした場合、濡れ残りの面積は５．２２％となり、社内基準を四捨五入して５％以下と定めるものとすれば、この社内基準に適合するものとなる。したがって、図９に示すように、間隙ｈを含むパッド６−１とパッド６−２とを組み合わせた全体の形状を正８角形あるいはそれ以上とすることにより、品質をさらに向上させ、社内基準を満たすようにすることが可能となる。

なお、間隙ｈを含むパッド６−１とパッド６−２とを組み合わせた全体の形状は５角形以上の多角形であれば、必ずしも正多角形でなくてもよい。図１では、理想的な形状として、間隙ｈを含むパッド６−１とパッド６−２とを組み合わせた全体の形状を円形（Ｎ→∞）としている。また、上述した実施の形態では、自動半田工法としてスリーブ半田工法を採用した場合について説明したが、ポイントソルダリング工法などを採用してもよい。

〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

２…ランド、３…スルーホール、４…ピン、５…半田、５’…半田材、６−１，６−２…パッド、ｈ…間隙、１００…基板面、１０１…電子基板、２００…ヒータ、２００ａ…溝。

Claims (5)

1. 基板面に所定の間隙を隔てて設けられ、半田によって相互に接続される、第１のパッドと第２のパッドとの組み合わせを備えた電子基板において、
   前記第１のパッドおよび前記第２のパッドは、
   前記基板面に対して直交する方向から見た前記間隙を含む前記第１のパッドと前記第２のパッドとを組み合わせた全体の形状がＮ角形（Ｎは５以上の整数）とされている
   ことを特徴とする電子基板。
2. 請求項１に記載された電子基板において、
   前記第１のパッドおよび前記第２のパッドは、
   前記基板面に対して直交する方向から見た前記間隙を含む前記第１のパッドと前記第２のパッドとを組み合わせた全体の形状がＮ≧８の多角形とされている
   ことを特徴とする電子基板。
3. 基板面に所定の間隙を隔てて対向して設けられ、半田によって相互に接続される、第１のパッドと第２のパッドとの組み合わせを備えた電子基板において、
   前記第１のパッドおよび前記第２のパッドは、
   前記基板面に対して直交する方向から見た前記間隙を含む前記第１のパッドと前記第２のパッドとを組み合わせた全体の形状が円形とされている
   ことを特徴とする電子基板。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載された電子基板において、
   前記基板面に、スルーホールと、このスルーホールに挿入されるピンに半田によって相互に接続されるランドとの組み合わせが設けられている
   ことを特徴とする電子基板。
5. 請求項１に記載された電子基板におけるパッド間の半田付け方法であって、
   前記第１のパッドおよび前記第２のパッドを一対のヒータによって予備加熱するステップと、
   前記予備加熱をした後、前記一対のヒータの合わせ面に彫られた溝に半田材を切り落とし、この切り落とした半田材を溶融させるステップと、
   前記半田材を溶融させた後、前記一対のヒータの合わせ面を開き、前記第１のパットおよび前記第２のパッドに溶融された半田を濡れ広がらせるステップと
   を備えることを特徴とするパッド間の半田付け方法。