JP3233111B2 - 回路基板の実装方法および回路基板の実装構造 - Google Patents

回路基板の実装方法および回路基板の実装構造

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超伝導平面回路基
板等の回路基板をケース等の金属部材に実装する回路基
板の実装方法および回路基板の実装構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】超伝導平面回路基板は、図６に示すよう
に、誘電体基板１ａの表面に超伝導材を用いた回路パタ
ーン１ｂが形成され、裏面にグランドプレーンを構成す
る超伝導材１ｃが形成された構造になっている。また、
裏面に形成された超伝導材１ｃの表面にはＡｕ（金）膜
１ｄが形成されている。この超伝導平面回路基板１は、
ケースに実装され、ケースを介して接地される。
【０００３】超伝導平面回路基板１をケースに実装する
場合、ケースとしては、Ａｕメッキされた金属（例え
ば、Ｃｕ、Ａｌなど）のケースを用い、図７に示すよう
に、超伝導平面回路基板１とケース２との間にシート状
のハンダ材３を挿入し、ハンダ材３を溶融させて超伝導
平面回路基板１をケース２に固着する。しかしながら、
この実装方法のものでは、超伝導平面回路基板１、ケー
ス２およびハンダ材３のぞれぞれの表面が凹凸状になっ
ているため、超伝導平面回路基板１とケース２との間に
ハンダ材３を一様に介在させるのが難しいという問題が
ある。具体的には、ハンダ材３中に気泡が発生し、例え
ば、図８に示すように、Ａｕ膜１ｄおよびＡｕメッキ層
２ａとハンダ材３とのそれぞれの間に、気泡４が存在す
る部分と、ハンダ材３と溶融固着した部分（すなわち合
金化した部分で、図中の斜線で示す部分）が存在する。
このため、ケース２の裏側にコールドヘッドを固定して
超伝導平面回路基板１を冷却する場合には、気泡４の存
在によって超伝導平面回路基板１に温度ムラが生じると
いう問題がある。
【０００４】また、溶融固着した部分においては、超伝
導平面回路基板１とケース２の熱膨張率の差により冷熱
ストレスが発生し、剥離や基板割れを引き起こすという
問題がある。このような問題を解決する方法として、図
９に示すように、超伝導平面回路基板１とケース２の間
にシート状のハンダ材３を挿入した状態で、押さえ部材
５により超伝導平面回路基板１をケース２に圧接する方
法があるが、この実装方法では、図中の拡大図に示すよ
うに、超伝導平面回路基板１とハンダ材３の間およびケ
ース２とハンダ材３の間に隙間が存在しており、ハンダ
材３を溶融固着する方法に比べて、超伝導平面回路基板
１とケース２の間の電気的、熱的な接触が十分得られな
いという問題がある。
【０００５】なお、超伝導平面回路基板以外の回路基板
をケース等の金属部材に実装する場合においても、上記
したハンダ材の一様な形成および回路基板と金属部材の
熱膨張率の差による回路基板の剥離等といった問題が生
じ得る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題に鑑
みたもので、回路基板とケース等の金属部材の間にハン
ダ材を一様に介在させることを目的とする。また、回路
基板と金属部材の熱膨張率の差による回路基板の剥離等
の問題を解決することを目的とする。
【０００７】さらに、回路基板を超伝導平面回路基板と
した場合に、超伝導平面回路基板とケースの間の電気
的、熱的な接触を良好にすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明においては、以下に示す技術的手段を採用す
る。
【０００９】請求項１に記載の発明においては、回路基
板（１）の裏面に形成された金属膜（１ｄ）と金属部材
（２）との間にハンダ材（３）を挿入し、ハンダ材を金
属膜および金属部材との間で固溶体を形成しない温度で
加熱し溶融させて回路基板を金属部材に固定し、前記ハ
ンダ材を、変形するが固着していない状態とすることを
特徴としている。
【００１０】この発明によれば、ハンダ材を金属膜およ
び金属部材との間で固溶体を形成しない温度で加熱し溶
融させて回路基板を金属部材に固定し、前記ハンダ材
を、変形するが固着していない状態としているから、回
路基板と金属部材の熱膨張率の差によるストレスに対し
ハンダ材の表面ですべりを発生させて、回路基板にかか
るストレスを緩和し、回路基板の剥離等の問題を解決す
ることができる。請求項２に記載の発明においては、回
路基板（１）の裏面に形成された金属膜（１ｄ）と金属
部材（２）との間にハンダ材（３）を挿入し、ハンダ材
を金属膜および金属部材との間で固溶体を形成しない温
度で加熱して溶融させるとともに、金属部材に設けられ
た貫通穴から余分なハンダ材を吸引して、回路基板を金
属部材に固定し、前記ハンダ材を、変形するが固着して
いない状態とすることを特徴としている。
【００１１】この発明によれば、貫通穴を介してハンダ
材の吸引を行うことにより、ハンダ材中に存在する気泡
を少なくして、回路基板と金属部材の間にハンダ材を一
様に介在させることができ、また、ハンダ材を金属膜お
よび金属部材との間で固溶体を形成しない温度で加熱し
溶融させて回路基板を金属部材に固定し、前記ハンダ材
を、変形するが固着していない状態としているから、回
路基板と金属部材の熱膨張率の差によるストレスに対し
ハンダ材の表面ですべりを発生させて、回路基板にかか
るストレスを緩和し、回路基板の剥離等の問題を解決す
ることができる。
【００１２】なお、請求項１、２に記載の発明に対し、
請求項３に記載の発明のように、押さえ部材（５）によ
り回路基板を金属部材に押さえて、ハンダ材を加熱し溶
融させるのが好ましい。ここで、請求項４に記載の発明
のように、回路基板として超伝導平面回路基板（１）を
用い、この超伝導平面回路基板を金属部材としてのケー
ス（２）に固定するようにすれば、超伝導平面回路基板
とケースの間の電気的、熱的な接触を良好にすることが
できる。
【００１３】また、請求項５に記載の発明によれば、回
路基板と金属部材の熱膨張率の差による回路基板の剥離
等の問題を解決した回路基板の実装構造を提供すること
ができる。また、請求項６に記載の発明によれば、回路
基板と金属部材の間にハンダ材を一様に介在させ、回路
基板と金属部材の熱膨張率の差による回路基板の剥離等
の問題を解決した回路基板の実装構造を提供することが
できる。
【００１４】なお、上記した請求項５、６に記載の発明
に対し、請求項７に記載の発明のように、押さえ部材
（５）によって回路基板を金属部材に押さえるようにす
れば、ハンダ材の表面でのすべりに対し回路基板の位置
ずれを防止することができる。また、請求項８に記載の
発明によれば、超伝導平面回路基板とケースの間の電気
的、熱的な接触を良好にした超伝導平面回路基板の実装
構造を提供することができる。
【００１５】なお、上記した括弧内の符号は、後述する
実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものであ
る。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。なお、この実施形態において、図６
乃至図９に示すものと同一符号を付したものは、同一も
しくは均等物であることを示している。この実施形態に
おいては、ケース２として、図２（ケース２を上から見
た図）に示すように、ケース２の底に複数の貫通穴２ｂ
が設けられたものを用いる。この貫通穴２ｂは、直径が
２ｍｍ程度のものである。
【００１７】超伝導平面回路基板１をケース２に実装す
る場合、図１に示すように、超伝導平面回路基板１とケ
ース２との間にシート状のハンダ材３を挿入し、押さえ
部材５により超伝導平面回路基板１をケース２に押さえ
る。また、ケース２の裏面側にハンダ吸引ジグ（吸引装
置）６を取り付ける。そして、加熱を行ってハンダ材３
を溶融させる。このとき、ハンダ材３をＡｕ膜１ｄおよ
びＡｕメッキ層２ａとの間で固溶体を形成しない温度で
加熱して溶融させる。具体的には、ハンダ材３の融点よ
りも若干高い温度で加熱を行い、ハンダ材３を溶融させ
る。例えば、ハンダ材３として、Ｉｎ（インジュウム）
を用いた場合には融点が約１５７℃であるので、それよ
りも若干高い約１６０℃で加熱を行う。
【００１８】また、この加熱と同時にハンダ吸引ジグ６
により真空引きを行い、ケース２に設けられた複数の貫
通穴２ｂから余分なハンダ材３を吸引する。このとき、
ハンダ材３とともにハンダ材３中の気泡も吸引される。
このような実装方法を用いることにより、ハンダ材３中
に存在する気泡を少なくして、超伝導平面回路基板１と
ケース２の間にハンダ材３を一様に介在させることがで
きる。なお、貫通穴２ｂ中のハンダ材は、図３に示すよ
うに吸引によって除去される。
【００１９】また、ハンダ材３をＡｕ膜１ｄおよびＡｕ
メッキ層２ａとの間で固溶体を形成しない温度で加熱し
て溶融させているから、超伝導平面回路基板１とケース
２の熱膨張率の差によるストレスに対しハンダ材３の表
面ですべりを発生させて、超伝導平面回路基板１にかか
るストレスを緩和することができる。すなわち、ハンダ
材３は、従来のもののような溶融固着でなく、変形する
が固着していない状態となっているため、上記したスト
レスを緩和することができる。従って、超伝導平面回路
基板１の剥離や基板割れといった問題を解決することが
できる。
【００２０】なお、上記したハンダ材３の表面でのすべ
りによって超伝導平面回路基板１に位置ずれが生じる可
能性があるが、この実施形態においては、押さえ部材５
により超伝導平面回路基板１をケース２に固定している
ので、そのような位置ずれを防止することができる。上
記した実装構造のものと図９に示す従来の実装構造のも
のについて、ケース２の裏側にコールドヘッドを固定し
超伝導平面回路基板１を冷却した場合の基板表面温度に
ついて検討を行った。従来の実装構造のものでは、図４
中のＢのグラフで示すようにコールドヘッドの温度と基
板表面温度に差が生じたが、この実施形態の実装構造の
ものでは、図４中のＡのグラフで示すようにコールドヘ
ッドの温度と基板表面温度にほとんど差が生じなかっ
た。このことから、この実施形態の実装構造のものによ
れば、ハンダ材３が均一に薄膜化して形成されハンダ材
３の中に気泡がほとんど存在していないため、超伝導平
面回路基板１とケース２との間の熱的な接触が良好なも
のになっていることがわかる。
【００２１】また、超伝導平面回路としてフィルタ回路
を形成し、その周波数特性について検討を行った。図９
に示す従来の実装構造のものでは、図５中のＢのグラフ
で示すように所望の周波数以外の周波数のところで不要
な信号を通過させてしまうのに対し、この実施形態の実
装構造のものでは、図５中のＡのグラフで示すようにそ
のような不要な信号の通過がなく、所望の周波数特性を
得ることができた。このことから、この実施形態の実装
構造のものによれば、超伝導平面回路基板１とケース２
との間の電気的な接触が良好なものになっていることが
わかる。
【００２２】なお、上記した実施形態においては、ケー
ス２の表面にＡｕメッキ層２ａを形成するものを示した
が、これは表面の酸化を防止するためのものであり、そ
の酸化が問題にならないのであれば、Ａｕメッキ層２ａ
はなくてもよい。また、超伝導回路基板１の裏面に形成
する金属膜としては、Ａｕ膜１ｄ以外にＡｇ等の他の金
属膜であってもよい。
【００２３】また、ハンダ材３を吸引する場合に真空引
きを行うものを示したが、超伝導回路基板１の表面側と
ケース２の裏面側に吸引に必要な圧力差を設けて吸引を
行うようにしてもよい。また、ハンダ材３としては、Ｉ
ｎ以外に、Ｓｎ−Ｓｂ、Ｐｂ−Ａｇ、Ｐｂ−Ｓｂ、Ｐｂ
−（Ｓｎ）−Ｉｎ、Ｐｂ−（Ａｇ）−Ｉｎなどのハンダ
材を用いることができ、その場合もそれぞれの融点より
若干高い温度（例えば融点より１０℃程度高い温度）で
ハンダ材を加熱溶融させればよい。
【００２４】さらに、ケース２に設ける貫通穴２ｂは、
ケース２の裏面側に貫通するものに限らず、ケース２の
側面側に貫通するものであってもよい。なお、本発明
は、超伝導平面回路基板以外の回路基板をケース等の金
属部材に実装するものについても、同様に適用すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る超伝導平面回路基板
の実装方法を示す図である。
【図２】図１中のケース２の平面図である。
【図３】図１に示す実装方法によって得られた超伝導平
面回路基板の実装構造を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る実装構造のものと従
来の実装構造のものにおける、コールドヘッド温度と基
板表面温度の関係を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る実装構造のものと従
来の実装構造のものの周波数特性を示す図である。
【図６】超伝導平面回路基板の構造を示す図である。
【図７】従来の超伝導平面回路基板の実装方法を示す図
である。
【図８】図７に示す実装方法の問題点を説明するための
図である。
【図９】従来の超伝導平面回路基板の他の実装方法を示
す図である。
【符号の説明】
１…超伝導平面回路基板、１ａ…誘電体基板、１ｂ…回
路パターンを構成する超伝導材、１ｃ…グランドプレー
ンを構成する超伝導材、１ｄ…Ａｕ膜、２…ケース、２
ａ…Ａｕメッキ層、２ｂ…貫通穴、３…ハンダ材、４…
気泡、５…押え部材、６…ハンダ吸引ジグ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−145739（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−40673（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−21260（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−6143（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−59877（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−206627（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−17456（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 39/02 ZAA H01L 21/52 H01L 21/58

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回路基板（１）の裏面に形成された金属
    膜（１ｄ）と金属部材（２）との間にハンダ材（３）を
    挿入し、前記ハンダ材を前記金属膜および前記金属部材
    との間で固溶体を形成しない温度で加熱し溶融させて前
    記回路基板を前記金属部材に固定し、前記ハンダ材を、
    変形するが固着していない状態とすることを特徴とする
    回路基板の実装方法。
  2. 【請求項２】 回路基板（１）の裏面に形成された金属
    膜（１ｄ）と少なくとも１つの貫通穴（２ｂ）が設けら
    れた金属部材（２）との間にハンダ材（３）を挿入し、
    前記ハンダ材を前記金属膜および前記金属部材との間で
    固溶体を形成しない温度で加熱して溶融させるととも
    に、前記貫通穴から余分なハンダ材を吸引して、前記回
    路基板を前記金属部材に固定し、前記ハンダ材を、変形
    するが固着していない状態とすることを特徴とする回路
    基板の実装方法。
  3. 【請求項３】 押さえ部材（５）により前記回路基板を
    前記金属部材に押さえて、前記ハンダ材を加熱し溶融さ
    せることを特徴とする請求項１又は２に記載の回路基板
    の実装構造。
  4. 【請求項４】 前記回路基板として超伝導平面回路基板
    （１）を用い、この超伝導平面回路基板を前記金属部材
    としてのケース（２）に固定することを特徴とする請求
    項１乃至３のいずれか１つに記載の回路基板の実装方
    法。
  5. 【請求項５】 金属膜（１ｄ）が形成された回路基板
    （１）の裏面側をハンダ材（３）により金属部材（２）
    に固定してなる回路基板の実装構造であって、前記ハン
    ダ材は、前記金属膜および前記金属部材との間で固溶体
    を形成しない温度で加熱溶融されたものであって、変形
    するが固着していない状態となっていることを特徴とす
    る回路基板の実装構造。
  6. 【請求項６】 金属膜（１ｄ）が形成された回路基板
    （１）の裏面側をハンダ材（３）により金属部材（２）
    に固定してなる回路基板の実装構造であって、前記金属
    部材には少なくとも１つの貫通穴（２ｂ）が設けられて
    おり、前記ハンダ材は、前記金属膜および前記金属部材
    との間で固溶体を形成しない温度で加熱溶融され、かつ
    余分なハンダ材が前記貫通穴から吸引されたものであっ
    て、変形するが固着していない状態となっていることを
    特徴とする回路基板の実装構造。
  7. 【請求項７】 前記回路基板は、押さえ部材（５）によ
    って前記金属部材に押さえられていることを特徴とする
    請求項５又は６に記載の回路基板の実装構造。
  8. 【請求項８】 前記回路基板は、超伝導平面回路基板
    （１）であり、前記金属部材は、前記超伝導平面回路基
    板を実装するケース（２）であることを特徴とする請求
    項５乃至７のいずれか１つに記載の回路基板の実装構
    造。
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