JP2022020441A - 部品実装基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 非対称に配置されたリード端子を有する大型の電子部品を、プリント基板に表面実装する部品実装基板及びその製造方法を提供する。【解決手段】 部品実装基板１は、底面１２ａと側面１２ｂとを含む筐体１２と、その側面から突出するリード端子１４と、を有する電子部品１０と、その電子部品を実装するプリント基板２０であって、絶縁基板２１と、その表面２１ａに配置された第１のランド２３と、ベース層２４と、を有するプリント基板と、を備え、ベース層の第１のランド側に隣接して、ベース層の上面とは段差を有する段差領域２７ｂが配置され、筐体の底面は、段差領域に配置された樹脂接着剤１７により固定され、リード端子の先端部が、第１のランドに当接して半田１９により固定され、筐体の底面の、大部分を除く、リード端子から遠い側に位置する遠端側の一部分だけが、ベース層の上に配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は部品実装基板及びその製造方法に関し、特にプリント基板に電子部品が表面実装された部品実装基板及びその製造方法に関する。

電子機器モジュール及びそれらを搭載する部品実装基板の小型化及び軽量化の進展に伴い、搭載される半導体素子や電子コンポーネント等の個々の電子部品の小型化が推進されている。この種の部品実装基板においては、搭載されるモジュールや電子部品の小型化に見合った高密度実装を実現するために、プリント基板の両面のそれぞれに電子部品を表面実装する技術が採用されている。

部品実装基板に実装される電子部品、例えば集積回路、容量素子、抵抗素子、発光素子、コネクタ、及び各種フィルタ等は、その電気特性に応じて様々な大きさを有する。その中で、リフロー工程の間に溶融した半田の表面張力だけでは保持することが困難な大型で重い部品については、挿入実装されることが一般的であった。しかしながら、部品実装基板の高密度化を推進するため、大型で重い部品であっても表面実装することが求められている。

例えば、そのような部品として、ライトアングルピンヘッダやピンソケットがある。このピンヘッダを表面実装するためには、その筐体を樹脂接着剤によりプリント基板に固定して重量を支える必要がある。その１つの方法として、半田リフローの熱処理の間に熱硬化性の樹脂接着剤を硬化させて筐体をプリント基板に固定する技術が、採用されている。

このように、１度の熱処理の間に樹脂接着剤の硬化及び半田リフローの両方を行うためには、プリント基板の所定の位置に硬化前の樹脂接着剤が塗布され、且つ、リード端子を半田付けするランドに半田ペーストが印刷された状態で、その筐体が硬化前の樹脂接着剤を押し拡げて着接し、更に、リード端子がランドを覆う半田ペーストに没入するように、ピンヘッダをプリント基板に載置する必要がある。

ピンヘッダは、例えば、直方体からなる筐体の１つの側面に外部機器とのコネクト用のピン端子が配置され、その反対側のもう１つの側面にプリント基板へ半田付けするリード端子が配置される構造を有する。このピンヘッダの筐体をマウンタで吸着して保持し、プリント基板に載置するときには、まず、筐体が硬化前の樹脂接着剤に接触すると共に、リード端子が半田ペーストに接触する。そして、その状態から、更に筐体を押圧して載置することになる。

このとき、ピンヘッダの筐体を載置するプリント基板の表面が、例えば図１４に示すように、平坦面であると、リード端子が半田ペーストに十分に没入される前に、ピン端子側の側面が下がる方向に傾き、ピン端子側の筐体の下端部がプリント基板の表面に当接した時点で押圧が停止し、ピンヘッダが傾いたままの状態で載置される現象が生じる。

ピンヘッダが傾いて載置されたまま半田のリフローを行うと、半田が溶融する間に、樹脂接着剤が熱硬化しピンヘッダが傾いたまま固定される。一方、半田への没入が不充分なリード端子は、半田が溶融するときに半田がリード端子から乖離し、プリント基板のランドにリード端子が電気的に接続されない不良を誘発する虞がある。

このような課題を鑑みて、本発明では、非対称に配置されたリード端子を有する大型の電子部品、例えば、ライトアングルピンヘッダを、プリント基板に接着して固定すると共に、リード端子を確実にランドに接続して表面実装する部品実装基板及びその製造方法を提供することを目的とする。

１つの態様の部品実装基板は、底面と側面とを含む筐体と、その筐体の側面から突出するリード端子と、を有する電子部品と、その電子部品を実装するプリント基板であって、絶縁基板と、絶縁基板の表面に配置された第１のランドと、第１のランドから離間してその表面に配置されたベース層とを有するプリント基板と、を備え、ベース層の第１のランド側に隣接して、ベース層の上面とは段差を有する段差領域が配置され、筐体の底面は、段差領域に配置された樹脂接着剤により固定されるとともに、リード端子の先端部が、第１のランドに当接して半田により固定され、筐体の底面の、大部分を除く、リード端子から遠い側に位置する遠端側の一部分だけが、ベース層の上に配置されている、ことを特徴とする。

他の態様の部品実装基板の製造方法は、底面と側面とを含む筐体と、その筐体の側面から突出するリード端子とを有する電子部品を、プリント基板に表面実装する部品実装基板の製造方法であって、その表面に、第１のランドと、第１のランドから離間する第２のランドと、を有し、ソルダーレジスト塗布前のプリント基板を準備するステップと、第２のランドを覆うソルダーレジストを形成し、プリント基板に段差を形成するステップと、第１のランドを覆う半田ペーストを塗布するステップと、第１のランドと第２のランドとの間において、プリント基板の表面の第２のランドに隣接する位置に熱硬化樹脂を塗布するステップと、筐体の底面が第２のランドを覆うソルダーレジストに当接して熱硬化樹脂に着接し、リード端子が半田ペーストに没入するように、電子部品の筐体を押圧して、電子部品をプリント基板に載置するステップと、熱硬化樹脂を硬化させ、半田ペーストをリフローさせる熱処理を施すステップと、を備えることを特徴とする。

本開示の部品実装基板及びその製造方法によれば、非対称に配置されたリード端子を有する大型の電子部品、例えば、ライトアングルピンヘッダを、プリント基板に接着して固定すると共に、リード端子を確実にランドに接続して表面実装する部品実装基板及びその製造方法を提供する、という効果を奏することができる。

図１は、部品実装基板の一実施形態の平面図である。 図２は、図１の線分Ａ－Ａ´に沿った断面図である。 図３は、部品実装基板の一実施形態の電子部品の平面図である。 図４は、部品実装基板の一実施形態の電子部品の断面図である。 図５は、部品実装基板の一実施形態のプリント基板の平面図である。 図６は、部品実装基板の製造方法の製造工程順の断面図である。 図７は、部品実装基板の製造方法の製造工程順の断面図である。 図８は、部品実装基板の製造方法の製造工程順の断面図である。 図９は、部品実装基板の製造方法の製造工程順の断面図である。 図１０は、部品実装基板の製造方法の製造工程順の断面図である。 図１１は、部品実装基板の製造方法の製造工程順の断面図である。 図１２は、部品実装基板の製造方法の製造工程順の断面図である。 図１３は、部品実装基板の製造方法の製造工程順の断面図である。 図１４は、従来の部品実装基板の平面図である。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。

図１に、一実施形態の部品実装基板１の平面図を示す。図２は、図１の線分Ａ－Ａ´に沿った断面図である。部品実装基板１は、プリント基板２０に電子部品１０を表面実装して構成される。

電子部品１０は、筐体１２を有する。筐体１２は、底面１２ａと側面１２ｂとを含み、側面１２ｂから、リード端子１４が突出している。プリント基板２０は、絶縁基板２１を基体とし、その表面に第１のランド２３及びベース層２４が配置されている。第１のランド２３とベース層２４とは互いに離間している。第１のランド２３とベース層２４との間には、第１のランド２３側に隣接して、ベース層２４の上面とは段差ｘを有する段差領域２７ｂが配置されている。

電子部品１０のリード端子１４は、プリント基板２０に配置された第１のランドのそれぞれに、半田１９を介して、電気的に接続されると共に機械的に固定されている。これらのリード端子１４を通じて、電子部品１０とプリント基板２０との間で電源の供給や信号の伝達を行うことができる。

電子部品１０の筐体１２は、その底面１２ａのうち、リード端子１４から遠い側に位置する遠端側のごく一部分１２ａ１だけがベース層２４に当接して載置されている。底面１２ａの大部分は、段差領域２７ｂの上方を覆っており、底面１２ａは段差領域２７ｂとは離間しており接触はしない。又、底面１２ａの遠端側もベース層２４に当接するものの固定はされていない。

底面１２ａと段差領域２７ｂは、樹脂接着剤１７により互いに固定されている。筐体１２の側面１２ｂから突出して延在するリード端子１４の先端部は第１のランド２３に半田１９により固定されているもものの、電子部品１０の重量全体を保持するためには、筐体１２を樹脂接着剤１７で直接プリント基板２０（段差領域２７ｂ）に固定することが好ましい。特に、両面に部品を表面実装する基板では、半田１９を再溶融させることがあり、その場合は筐体１２を樹脂接着剤１７でプリント基板２０にあらかじめ固定しておくことが必須である。又、樹脂接着剤１７は熱硬化樹脂であって良い。

図３は、電子部品１０の平面図である。又、図４は、図３に記載された線分Ａ－Ａ´に沿った断面図である。

電子部品１０は、例えばピンヘッダであって良い。その筐体１２は、概ね直方体形状を有するモールド樹脂からなる。筐体１２の側面１２ｂから突出したリード端子１４は屈曲しながら延伸する。リード端子１４の先端部には、一定の長さの直線形状部分がある。直線形状とすることにより第１のランド２３との接触長を大きくし、リード端子１４と第１のランド２３の間の電気抵抗のばらつきを低減すると共に、半田１９による機械的な固定強度も安定化することができる。

又、リード端子１４は、筐体１２から一方向のみに突出する。リード端子１４が突出する側面１２ｂとは異なる側面１２ｃからはピン端子１５が突出して延伸している。ピン端子１５は、例えば、部品実装基板１の外部と電気的接続を構成するためのソケットを接続する端子であり、その全体がプリント基板２０とは離間し、直接接触することはない。電子部品１０の仕様によっては、ピン端子１５はプリント基板２０の縁から外側に突出し得る。

図５は、プリント基板２０の平面図であり、部品実装基板１の断面図である図２も参照して、以下、プリント基板２０について説明する。プリント基板２０は、絶縁基板２１とその表面２１ａに配置された第１のランド２３を有する。プリント基板２０の表面は、一般に絶縁性のソルダーレジスト２７で覆われている。例えば、ソルダーレジストに開口２７ａを設けることで、第１のランド２３の一部又は全部が露出される。

ベース層２４は、絶縁基板２１の表面２１ａに、第１のランド２３とは離間した第２のランド２６を配置し、その第２のランド２６をソルダーレジスト２７で覆うことで構成することができる。又、段差領域２７ｂは、ソルダーレジスト２７の一部に開口を設けることで構成することができる。このとき、段差領域２７ｂでは、絶縁基板２１の表面２１ａが露出する。加えて、段差領域２７ｂを配置する領域は、大面積の第２のランド２６に開口を設けることにより画定することができる。そのとき、ソルダーレジスト２７の開口からなる段差領域２７ｂと第１のランド２３との間には、第２のランド２６の一部であるダミー部分２５が残存していてもよい。

一般に、電子部品１０の筐体１２の底面１２ａと、リード端子１４の先端の直線部分とは同一平面上にある。従って、ベース層２４と第１のランド２３のそれぞれの絶縁基板２１の表面２１ａからの高さ（厚さ）が同等であれば、筐体１２の底面１２ａと絶縁基板２１の表面２１ａとが互いに平行をなすように、電子部品１０をプリント基板２０に実装することができる。

また、電子部品１０のリード端子１４の先端の直線部分の全体が第１のランド２３に接することが理想的であるが、リード端子１４の形状によっては、リード端子１４の先端部と第１のランド２３との間には多少の半田が挟まることは不可避である、このことを考慮すると、ベース層２４の厚さは第１のランド２３の厚さよりも大きいことが好ましい。

図６～図１３は、部品実装基板の製造方法の実施形態の工程順の断面図である。

まず、図６に示すソルダーレジストを形成する前のプリント基板２０を準備する。このプリント基板２０は、絶縁基板２１を基体とし、その絶縁基板２１の表面２１ａに第１のランド２３及び第２のランド２６が互いに離間して配置されている。第１のランド２３及び第２のランド２６は、絶縁基板２１の表面２１ａ全体に銅をめっきし、不要部分を除去することにより形成することができる。

図７は、ソルダーレジスト２７を形成した後の状態のプリント基板２０の断面図である。絶縁基板２１の表面２１ａ、第１のランド２３、及び第２のランド２６を覆うソルダーレジスト２７を塗布する。そして、そのソルダーレジスト２７に、第１のランド２３の一部又は全部を露出させるランド開口部２７ａ及び第１のランド２３と第２のランド２６との間で絶縁基板２１の表面２１ａを露出させる段差領域２７ｂを構成する開口を設ける。

このソルダーレジスト２７は、フォトリソグラフィ法を用いて、プリント基板２０の全体ソルダーレジシトを塗布し、所定の位置のソルダーレジストを除去してランド開口部２７ａ及び段差領域２７ｂのソルダーレジストを除去することで形成されてよい。又、ランド開口部２７ａ及び段差領域２７ｂを開口するパターンが形成されたスクリーンマスクを用いて、ランド開口部２７ａ及び段差領域２７ｂを除いた部分に選択的にソルダーレジストを塗布する方法を用いてもよい。なお、ここまではプリント基板の製造プロセスの過程で実施される。

続いて、半田ペースト１８を塗布する。図８は、第１のランド２３に半田ペースト１８を塗布した後のプリント基板２０の断面図である。半田ペースト１８は、第１のランド２３の所定の部分に選択的に塗布するこができる。例えば、第１のランド２３に対応する位置に開口が設けられたメタルマスクをプリント基板２０に載置し、メタルマスク上に供給された半田ペーストを、スキージを摺動させてメタルマスクの開口内に充填することで、選択的に塗布し得る。

次に、樹脂接着剤１７を塗布する。図９は、樹脂接着剤１７を塗布した後のプリント基板２０の断面図である。樹脂接着剤１７、例えば、熱硬化樹脂は、第１のランド２３と第２のランド２６との間の段差領域２７ｂに形成される。

樹脂接着剤１７は、段差領域２７ｂ内の絶縁基板２１の表面２１ａの表面の所定の位置、例えば、ベース層２４に隣接する位置に、ディスペンサの吐出口から所定の量を吐出して形成することができる。ディスペンサから吐出された状態では、樹脂接着剤１７は、絶縁基板２１の表面２１ａから上方に突起する半球状の断面形状を有する。この半球状の樹脂接着剤１７は、段差領域２７ｂ内の複数個所に形成されてもよい。この樹脂接着剤１７は、加熱することにより化学反応を生じて固化する熱硬化性であることが好ましい。

ここて、樹脂接着剤１７は、ソルダーレジスト２７の上面よりも上方に突出するように塗布することが必要である。換言すれば、突出する高さは、段差領域２７ｂの深さ、すなわち、第２のランド２６の膜厚とそれを覆うソルダーレジスト２７の膜厚との合計よりも十分に高くなければならない。その理由は以下のとおりである。

電子部品１０は、図２を用いて説明したように、その底面１２ａの遠端部１２ａ１が、第２のランド２６を覆うソルダーレジスト２７の表面に当接する。そして、底面１２ａのその他の部分は、ソルダーレジスト２７の表面に当接した部分から、段差領域２７ｂの上方を覆うように載置されている。そして、このような状態で、底面１２ａの段差領域２７ｂの上方を覆う部分と絶縁基板２１の表面２１ａとが樹脂接着剤１７で固定されなければならないからである。

次に、図１０～図１３を参照して、電子部品１０をプリント基板２０に載置するステップについて説明する。電子部品１０は、マウンタを用いてプリント基板２０に載置される。まず、電子部品１０を、マウンタのマウンタノズル３０で筐体１２を真空吸着して保持する。そして、プリント基板２０の上方の所定の位置に移動させる。その状態を、図１０に示す。

次に、所定の位置へ移動した電子部品１０をマウンタノズル３０で保持したまま、プリント基板２０に向かって降下させていく。そうすると、リード端子１４の先端部がまず半田ペースト１８に接触する。更に降下させると、リード端子１４の先端部が半田ペースト１８に載ったままの状態で、電子部品１０が傾きながら、その筐体１２の底面１２ａの遠端部１２ａ１が、第２のランド２６を覆うソルダーレジスト２７の表面に当接する。その状態を、図１１に示す。

当接するまでの間に、底面１２ａと樹脂接着剤１７が接触し、続いて、底面１２ａが樹脂接着剤１７を押し拡げて着接した状態になっていることが好ましい。又、一時的な電子部品１０の傾きは、マウンタノズル３０による筐体１２の真空吸着に不具合が生じない範囲で許容し得る。

ここで、半田ペースト１８は、一時的に表面実装部品を保持し得る粘性を有する。それ故、リード端子１４だけが半田ペースト１８に接触し、それ以外に電子部品１０を保持する構造物がない状態において、電子部品１０の平行を維持したまま、半田ペースト１８の粘性に打ち勝って、リード端子１４をその内部へ没入させながら降下させることは困難である。従って、一時的に電子部品１０が傾いた状態になる。

しかし、図１１に示されるように、第２のランド２６を覆うソルダーレジスト２７の表面に当接しているのは、筐体１２の底面１２ａのごく一部である遠端部１２ａ１だけである。一方、底面１２ａの大部分は、段差領域２７ｂから離間してその上方に位置する。従って、図１２に示されるように、マウンタノズル３０により筐体１２を更に押下することにより、底面１２ａの遠端部１２ａ１がソルダーレジスト２７の表面に当接した位置を中心として、リード端子１４が図面上で下方に下がる方向に電子部品１０を回動可能であり、リード端子１４を半田ペースト１８に十分に没入させることができる。マウンタノズル３０により押下する位置は、平面視において、プリント基板２０がソルダーレジスト２７で覆われていない領域にあることが好ましい。

ここで、樹脂接着剤１７、例えば、熱硬化樹脂の粘性は、リード端子１４を半田ペースト１８に没入させるために必要な押圧力より、十分に小さい力で押し拡げることが可能な範囲にあることが好ましい。

図１３は、電子部品１０をプリント基板２０に載置して半田リフローを行った後の部品実装基板１の断面図である。部品実装基板１の断面図である。図１１の状態から、熱処理を施して、半田ペースト１８をリフローして半田１９とし、リード端子１４を第１のランド２３に、電気的に導通した状態で機械的に固定する。同時に、熱硬化樹脂からなる樹脂接着剤１７を硬化させて、電子部品１０の筐体１２を絶縁基板２１の表面２１ａ、すなわち、プリント基板２０に固定する。

樹脂接着剤１７は、半田ペースト１８の溶融温度よりも低い温度で硬化する熱硬化樹脂としてよい。半田リフロー工程は、まず、熱硬化樹脂が硬化する温度で保持して、電子部品１０の筐体１２をプリント基板２０にあらかじめ固定し、その後、温度を上昇させ半田ペースト１８を溶融させる、という熱シーケンスで行うことができる。

以上説明したとおり、本発明の部品実装基板及びその製造方法によれば、非対称に配置されたリード端子を有する大型の電子部品、例えばライトアングルピンヘッダを、プリント基板に接着して固定すると共に、リード端子を確実にランドに接続して表面実装する部品実装基板及びその製造方法を提供する。

１ 部品実装基板
１０ 電子部品
１２ 筐体
１２ａ 底面
１２ａ１ 遠端部
１２ａ２ 近端部
１２ｂ、１２ｃ 側面
１４ リード端子
１５ ピン端子
１７ 樹脂接着剤
１８ 半田ペースト
１９ 半田
２０ プリント基板
２０ａ プリント基板の終端
２１ 絶縁基板
２１ａ 表面
２３ 第１のランド
２４ ベース層
２５ ダミー部分
２６ 第２のランド
２７ ソルダーレジスト
２７ａ ランド開口部
２７ｂ 段差領域

Claims (13)

1. 底面と側面とを含む筐体と、前記筐体の前記側面から突出するリード端子と、を有する電子部品と、
   前記電子部品を実装するプリント基板であって、絶縁基板と、前記絶縁基板の表面に配置された第１のランドと、前記第１のランドから離間して前記表面に配置されたベース層とを有するプリント基板と、
   を備え、
   前記ベース層の前記第１のランド側に隣接して、前記ベース層の上面とは段差を有する段差領域が配置され、
   前記筐体の底面は、前記段差領域に配置された樹脂接着剤により固定されるとともに、前記リード端子の先端部が、前記第１のランドに当接して半田により固定され、
   前記筐体の底面の、大部分を除く、前記リード端子から遠い側に位置する遠端側の一部分だけが、前記ベース層の上に配置されている、部品実装基板。
2. 前記ベース層は、前記絶縁基板の前記表面に配置された第２のランドと、前記第２のランドを覆うソルダーレジストからなる、請求項１に記載の部品実装基板。
3. 前記ベース層の厚さは、前記第１のランドの厚さよりも大きい、請求項２に記載の部品実装基板。
4. 前記段差領域は、前記ソルダーレジストの開口部からなり、前記段差領域では前記絶縁基板の前記表面が露出している、請求項２又は３に記載の部品実装基板。
5. 前記筐体の前記底面と前記絶縁基板の前記表面とは概ね平行である、請求項１から４までのいずれか１項に記載の部品実装基板。
6. 前記樹脂接着剤は、前記段差領域において、前記絶縁基板の前記表面に配置される、請求項４又は５に記載の部品実装基板。
7. 前記樹脂接着剤は熱硬化樹脂からなる、請求項１から６までのいずれか１項に記載の部品実装基板。
8. 前記リード端子は、前記筐体の前記側面から一方向のみに突出する、請求項１から７までのいずれか１項に記載の部品実装基板。
9. 前記電子部品は、前記筐体から前記リード端子が突出する方向とは異なる方向に突出し、前記プリント基板とは直接接触しないピン端子を、更に有する、請求項１から８までのいずれか１項に記載の部品実装基板。
10. 前記電子部品の前記ピン端子は、前記プリント基板の縁の外側に突出している、請求項９に記載の部品実装基板。
11. 底面と側面とを含む筐体と、前記筐体の前記側面から突出するリード端子とを有する電子部品を、プリント基板に表面実装する部品実装基板の製造方法であって、
    表面に、第１のランドと、前記第１のランドから離間する第２のランドと、を有し、ソルダーレジスト塗布前のプリント基板を準備するステップと、
    前記第２のランドを覆うソルダーレジストを形成し、プリント基板に段差を形成するステップと、
    前記第１のランドを覆う半田ペーストを塗布するステップと、
    前記第１のランドと前記第２のランドとの間において、前記プリント基板の前記表面の前記第２のランドに隣接する位置に熱硬化樹脂を塗布するステップと、
    前記筐体の前記底面が前記第２のランドを覆う前記ソルダーレジストに当接して前記熱硬化樹脂に着接し、前記リード端子が前記半田ペーストに没入するように、前記電子部品の前記筐体を押圧して、前記電子部品を前記プリント基板に載置するステップと、
    前記熱硬化樹脂を硬化させ、前記半田ペーストをリフローさせる熱処理を施すステップと、を備える部品実装基板の製造方法。
12. 前記電子部品の前記筐体を押圧する位置は、平面視において、前記プリント基板の前記ソルダーレジストで覆われていない領域にある、請求項１１に記載の部品実装基板の製造方法。
13. 前記電子部品の前記筐体を押圧するとき、前記電子部品は、前記筐体の前記底面が前記ソルダーレジストに当接する位置を中心にして回動可能である、請求項１２に記載の部品実装基板の製造方法。

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