JP4117807B2 - 電子部品のハンダ付け方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品のハンダ付け方法に関し、抵抗やコンデンサ等の小さな電子部品を基板に配置された回路にハンダで接合する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種電子装置を製造する際に、抵抗やコンデンサ等の微小な電子部品を基板の回路上に実装する方法として、ハンダ付け方法が採用されている。
特開平６−３２６４４８号公報には、基板の所定位置に電子部品を配置し、電子部品の電極と基板の回路との間にハンダを配置した状態で、非酸化性雰囲気でハンダを加熱溶融させることで、電極と回路をハンダ付けする方法が示されている。特に、電極をハンダを介して回路に加圧しておくことで、加熱溶融したハンダの表面に新生面が露出して良好な濡れ性を確保でき、フラックス剤を用いなくても、良好なハンダ付けが可能であるとされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来方法では、ハンダを加熱溶融させたあと冷却固化するまでの間、基板の回路に対して電子部品の電極を加圧したままでずれないように固定しておく必要がある。
しかし、多数の小さな電子部品をいちいち加圧部材で加圧したままでずれないように固定しておくのは極めて面倒である。基板に対する電子部品の取付位置は部品毎に違っており、設計変更などで頻繁に変更されるものであるから、加圧部材の配置構造や作動装置の準備あるいは加圧作業は非常に手間のかかる作業となる。
【０００４】
電子部品を基板に固定しておかないと、溶融したハンダの上に浮かんだ状態の電子部品は簡単に移動してしまう。溶融したハンダは強い表面張力を有するために、ハンダの表面張力によって電子部品の姿勢が変えられてしまうことも起こる。
そこで、本発明は、従来技術の問題点を解消し、基板に対する電子部品の位置ずれや移動を簡単かつ確実に防止して、品質性能に優れたハンダ付けを実現することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる電子部品のハンダ付け方法のうち、第１の方法は、基板の回路に電子部品の電極をハンダ付けする方法であって、以下の工程を含む。
(a) 前記電子部品を収容する凹部または前記電子部品を囲む凸部と、凹部または凸部またはその隣接個所で電子部品の前記電極に対応する個所に配置された前記回路とを備えた基板を準備する工程。
(b) 前記電子部品を前記基板の凹部内または凸部で囲まれた個所に配置するとともに、前記凹部または凸部と電子部品との間に前記ハンダとして球状ハンダを圧入して電子部品を仮固定する工程。
(c) 前記ハンダを非酸化性雰囲気中で加熱し、ハンダで前記電極と前記回路とを接合する工程。
本発明にかかる電子部品のハンダ付け方法のうち、第２の方法は、基板の回路に電子部品の電極をハンダ付けする方法であって、以下の工程を含む。
(a) 前記電子部品を収容する凹部または前記電子部品を囲む凸部と、凹部または凸部またはその隣接個所で電子部品の前記電極に対応する個所に配置された前記回路とを備えた基板を準備する工程。
(a-1) 接合部がくびれ部のみを介して外周部に連設されたシート状ハンダを準備する工程。
(b) 前記基板の凹部または凸部に前記シート状ハンダを配置した後、前記電子部品を前記基板の凹部内または凸部で囲まれた個所に挿入することで、前記電子部品でシート状ハンダのくびれ部を切断し、接合部のみを前記電子部品の電極と前記基板の回路との間に配して前記電子部品を前記基板の凹部または凸部に係合させる工程。
(c) 前記ハンダを非酸化性雰囲気中で加熱し、ハンダで前記電極と前記回路とを接合する工程。
各構成要件について、以下に詳しく説明する。
【０００６】
〔電子部品〕
抵抗やコンデンサ、ＩＣチップ、各種センサ部品その他、通常の電子部品が利用される。電子部品は、合成樹脂やセラミックス、ガラス、金属その他の構造材料で構成されている。電子部品の形状は、直方体、円柱その他の形状を有する。電極は、電子部品の表面に配置されていたり、電子部品の表面に突出する突起や脚状の端子であったりする。電極は通常２個所に設けられるが、１個所であったり３個所以上であってもよい。
【０００７】
〔基板〕
基本的には、通常の材料および構造を有する回路基板が用いられる。合成樹脂、繊維強化樹脂、ガラス、セラミックなどが用いられる。
〔凹 部〕
凹部は、平坦な基板の表面に、切削加工やプレス加工などの機械的加工手段で形成することができる。基板を射出成形するのと同時に凹部を形成することもできる。複数の加工手段を組み合わせて凹部を形成してもよい。射出成形によれば、複雑な形状の凹部が比較的容易に形成できる。
【０００８】
凹部は、電子部品を挿入したときに、電子部品を係合できる形状であれば、電子部品の外形に正確に一致している必要はない。ここで係合とは、凹部に挿入された電子部品が凹部の外にはみ出したり大きく移動したりしない程度に位置決めできている状態を意味する。凹部の中で電子部品が前後左右に少し移動したりすることは許容される。凹部の内側壁の少なくとも一部を電子部品の外形に当接させれば、電子部品の位置決めが果たされる。電子部品よりも大きな凹部の内面に電子部品の外形に当接する突起などを備えていてもよい。
【０００９】
凹部の内側壁は、垂直であってもよいし、底側から開口側へと広がるテーパ状であってもよい。内側壁あるいは底面に段差を付けることもできる。
凹部の深さは、電子部品を位置決めできる程度の深さがあればよく、電子部品の高さの１／４以上程度あれば、ハンダの表面張力などによる電子部品の移動を阻止することも可能であり、好ましい。凹部の深さが、電子部品の深さよりも深ければ、電子部品を凹部で保護しておくことができる。また、凹部内に電子部品を収容した上で、基板の表面に別の電子部品を実装することも可能になる。
【００１０】
〔凸 部〕
凹部の代わりに凸部を形成しておいてもよい。凸部の場合、電子部品の全周を囲む周壁状に配置しておくことができる。周壁状の凸部は、その内側形状が凹部になる。凸部を、電子部品の外周のうち複数個所に分割して配置しておいてもよい。柱状の凸部を間隔をあけて配置しておいてもよい。凸部の高さは前記凹部の深さと同様に設定できる。
【００１１】
凸部の加工は、凹部と同じ手段で加工できる。また、基板とは別に作製された凸部を基板の表面に接合して凸部を配置することもできる。この場合、凸部の材料を基板とは別の材料で構成することができる。凸部の一部または全体が導電性材料であれば、回路と兼用することも可能になる。
凹部と凸部の両方を配置しておいて電子部品を凹部と凸部の両方に係合させることもできる。
【００１２】
〔支持凸部〕
凸部として、電子部品の寸法よりも短い間隔をあけて配置され、弾力的に変形可能な支持凸部を用いることができる。この場合、電子部品を支持凸部の間に配置したときに電極に対応する個所に回路を配置しておく。
電子部品を支持凸部の間に嵌入すれば、支持凸部の反発力で電子部品が基板に確実強固に仮固定される。仮固定とは、大きな力を加えない限り、電子部品がみだりに移動しない程度に固定することを意味する。前述した係合は、電子部品が移動可能であってもよいが、仮固定された電子部品は移動しない。
【００１３】
支持凸部を、前記凹部の中に凹部の内壁との間に隙間をあけて配置しておけば、支持凸部による電子部品の仮固定と、電子部品を囲む凹部による保護やハンダのはみ出し防止などの機能を果たすことができる。
支持凸部は、弾力的な変形性に優れた金属等、基板とは別の材料で構成することもできる。
【００１４】
〔回 路〕
回路は、凹部や凸部に係合して配置された電子部品の電極との間をハンダで接合できる位置に配置されている必要がある。具体的には、凹部の底面、凹部の内側壁、凸部の側壁、電子部品を囲む複数の凸部の中間で凸部と隣接する基板の表面などに配置しておけばよい。
【００１５】
回路の表面を構成する材料を適切に選択することで、ハンダ付けの接合性能を向上させたり、使用時の電気的性能を向上させたりすることができる。具体的には、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔまたはこれらの元素の合金あるいは化合物は、回路表面の濡れ性を向上させる。Ｓｕおよびその合金は、ハンダの加熱溶融時に溶融して、回路の濡れ性を向上させたり、ハンダと融合一体化されて接合性を向上させることができる。これらの回路の表面層は、めっきのほか、クリームハンダやディップ等の溶融めっきでも形成できる。
【００１６】
回路は、基板の表面に配置される表層回路だけでなく、基板の内層に配置される内層回路であってもよい。この場合、凹部を基板の表面から内層回路が露出する深さまで形成しておく。
〔電子部品の配置〕
電子部品を基板に取り付けるには、基板の凹部または凸部に電子部品を係合させるだけであってもよいし、仮固定手段を採用することもできる。前記した支持凸部は仮固定の１手段となり得る。仮固定手段として接着剤や粘着剤を用いることができる。
【００１７】
電子部品は適宜の搬送手段を用いて、基板の所定位置に供給することができる。
電子部品を基板の上に供給したあと、電子部品を基板とともに振動または揺動させることで、凹部または凸部との係合位置に電子部品を配置させることができる。この方法は、多数の細かな電子部品を所定の位置に確実かつ効率的に配置することができる。
【００１８】
〔ハンダ〕
ハンダの材料は、通常の電子部品のハンダ付けと同様の材料が用いられる。固形のハンダあるいはクリームハンダ、ハンダめっき用のハンダなどが用いられる。
ハンダは、電子部品の電極あるいは基板の回路の何れかの表面に配置しておき、電子部品を基板の凹部や凸部に係合させたときに、電極と回路の間にハンダが配されるようにすることができる。この場合、ハンダを、電極または回路の表面に一定の厚みで膜状をなすように形成しておくことができる。
【００１９】
電子部品の電極または基板の回路にハンダを配しておく場合、相手側の回路または電極と接合する個所のみにハンダを配しておけば、溶融したハンダが、周辺を汚したり別の導体部分と短絡したりする問題が防げる。また、基板上に電子部品を高密度に配置しても、前記した短絡などの問題が生じにくくなる。基板にハンダを配しておく場合、凹部の底面、凹部の内壁面、凸部の側壁面のみに配して、その他の基板表面にはハンダを配置しないようにすることができる。
【００２０】
電極または回路の表面にハンダ膜を形成する方法として、電極または回路にクリームはんだを配した後、クリームハンダを加熱溶融させてハンダ膜を形成させ、ハンダ膜の形成個所を洗浄してフラックス除去を行う方法が採用できる。この方法は、取扱い易いクリームハンダを用いて、均一で十分な厚みを有するハンダ膜を簡単に形成できる。ハンダ膜の厚みとしては、０．０５mm以上あれば、電子部品の良好なハンダ付けが可能である。フラックス除去は、通常のハンダ付け技術におけるフラックス除去手段が採用される。
【００２１】
基板にハンダ収容凹部が設けられている場合は、電子部品を基板に係合させるのと同時またはその後で、ハンダ収容凹部に固形のハンダを供給することができる。固形のハンダは、球状、棒状、板状その他の任意の形状からなるものが用いられる。
基板に電子部品を配置する際に、電子部品と基板の凹部または凸部との間に、ある程度の隙間が生じるようにしておき、この隙間に固形のハンダを圧入して、ハンダの供給を行うことができる。ハンダの圧入によって、基板に対する電子部品の位置決めおよび固定を果たすことができる。
【００２２】
圧入するハンダとして、バネ状に成形されたハンダを用いれば、基板に対する電子部品の固定が確実に行える。
〔シート状ハンダ〕
ハンダとして、接合部がくびれ部のみを介して外周部に連設されたシート状ハンダを用いることができる。基板の凹部または凸部にシート状ハンダを配置した後、電子部品を基板の凹部内または凸部で囲まれた個所に挿入することで、電子部品でシート状ハンダのくびれ部を切断し、接合部のみを電子部品の電極と基板の回路との間に配して電子部品を基板の凹部または凸部に係合させることができる。このように、シート状ハンダにくびれ部をもうけておくと、ハンダを所定の位置に容易かつ確実に配することができ、作業能率を向上させることができる。
【００２３】
シート状ハンダの接合部は、電極と回路とのハンダ付けに必要な面積形状および位置に設けられる。くびれ部は、容易に切断される程度の細いものが好ましい。接合部と外周部は１個所のくびれ部で連結されてあってもよいし、複数個所のくびれ部で連結されてあってもよい。
〔ハンダめっき〕
ハンダとして、ハンダめっきを利用することができる。この場合、電子部品を基板の凹部または凸部に係合するとともに、電子部品を基板に仮固定しておいてから、電極と回路とを、ハンダめっきにより接合すればよい。
【００２４】
電子部品の仮固定は、嵌合や係合による機械的な固定であってもよいし、接着剤や粘着剤を用いた固定であってもよい。接着剤等の仮固定材料には、絶縁性の材料を用いるのが好ましい。仮固定は、電子部品の電極以外の個所で行うのが好ましい。
ハンダめっきは、基板に配置された電子部品の上から、電極と回路とがハンダめっきで接合される範囲に行えばよい。電気メッキを採用すれば、導電材料である電極と回路とに容易にハンダめっきが形成される。
【００２５】
〔接 合〕
ハンダめっきによる接合を採用する場合には、ハンダの形成と同時に電極と回路との接合が果たされる。
電極と回路との間にハンダを配した後で、ハンダを非酸化性雰囲気中で加熱して、電極と回路とを接合することができる。非酸化性雰囲気であれば、フラックス剤等を使用しなくても、ハンダの酸化が防げ、ハンダの濡れ性も良好になり、電極と回路との接合性能が向上する。非酸化性雰囲気とは、ハンダを酸化させることのない雰囲気を意味し、酸素等の酸化成分が極めて少ない雰囲気、あるいは、還元性雰囲気である。真空雰囲気であれば、還元性雰囲気でなくても非酸化性雰囲気となる。
【００２６】
非酸化性雰囲気が酸素濃度１０００ppm 以下であれば、溶融したハンダが酸化されることが防げ、ハンダの濡れ拡がりが良好に行われる。加熱室にＮ2 ガスを送りこんで酸素濃度を調整することができる。
非酸化性雰囲気として、真空度０．１torr以下、もしくは、Ｈ2 を３％以上を含んだＮ2 からなる非酸化性雰囲気が好ましい。このような雰囲気であれば、回路の表面材料がＣｕやＮｉなどの酸化皮膜を形成し易い金属を含んでいても、酸化皮膜の形成を抑制したり、酸化皮膜を除去することができ、はんだの濡れ性を向上させることができる。真空度の管理は酸化防止に有効であり、Ｈ2 は酸化皮膜の還元反応を促進させる。
【００２７】
非酸化性雰囲気中での加熱は、ヒータ、熱風などの通常の加熱手段が採用できる。レーザ光や放射線などのエネルギービームの照射で加熱を行えば、ハンダの存在個所あるいは加熱の必要な個所のみを効率的に加熱することができる。エネルギービームとして、ＹＡＧレーザやＣＯ2 レーザ、キセノンランプ等が用いられる。
【００２８】
【発明の実施形態】
以下において、本発明にかかわる実施形態を説明するが、これらのうち、具体的実施技術となるものは実施形態８、９、１１、１７である。
〔実施形態１〕
図１は、本発明の実施形態となる電子部品のハンダ付け方法を工程順に示している。
工程(A) で、電子部品４０の電極４２を膜状に覆うハンダ５０を形成する。電子部品４０は、棒状をなし、両端に電極４２を備えている。ハンダ５０の形成方法は、通常のハンダめっき法で電極４２の全面に厚み５０μｍ以上になるようにハンダ５０を形成する。
【００２９】
工程(B) で、基板１０の表面に凹部２０を形成する。凹部２０の深さは、電子部品４０の高さの半分程度に設定されている。
工程(C) で、基板１０の凹部２０の外周側の底面から内側壁および基板の表面にかけて回路３０を形成する。回路３０の形成は、通常のメッキ法等が採用される。
【００３０】
工程(D) で、電子部品４０を基板１０の凹部２０に落とし込む。電子部品４０は、凹部２０に形成された回路３０の内側に嵌まり込む。電極４２がハンダ５０を介して回路３０と隣接して配置される。
工程(E) で、基板１０を加熱装置（図示せず）に収容し、加熱装置内の雰囲気を非酸化性雰囲気にして基板１０およびハンダ５０を加熱する。ハンダ５０は加熱溶融し、表面張力や流動作用によって、電極４２と回路３０との間を埋める。ハンダ５０が冷却固化すれば、電極４２と回路３０がハンダ５０で電気的かつ機械的に接合される。
【００３１】
図２(A) 〜図２(B) に示すように、電子部品４０の電極４２と凹部２０の内側壁の回路３０との間に隙間があいている場合、ハンダ５０が加熱溶融して冷却固化する際に発生する応力で、電子部品４０が凹部２０の内側壁側に引っ張られる作用が生じる。しかし、電子部品４０は、凹部２０の内部で移動するだけであるから、電子部品４０が過剰に浮き上がったり傾いたりすることが防がれる。電極４２と回路３０との電気的かつ機械的な接合には全く支障は生じない。なお、前記実施形態では、電子部品４０の両端でハンダ５０による引張力が発生するので、両方の引張力が釣り合った位置で電子部品４０は固定される。
【００３２】
上記実施形態では、フラックスレスでハンダ付けが行われるため、ハンダ付け後に残留したフラックスの洗浄作業が不要になり、ハンダ付けの信頼性も高まる。ハンダ５０は、電極４２と回路３０との接合位置のみに配置され、外部に漏れたり、はみ出したりすることが防止されるので、溶融したハンダ５０が流れ過ぎて、外部の回路と短絡することが防げる。ハンダの形成位置を規制するハンダレジストも不要である。
【００３３】
〔実施形態２〕
図３(A) 〜図３(B) に示すように、回路３０を凹部２０の底面のみに形成しておくこともできる。このとき、ハンダ５０の引張力は、電子部品４０の電極４２を底面の回路３０に引き付けるか、電極４２の端面を凹部２０の内側壁に引き付ける作用を生じる。この場合も、電子部品４０が凹部２０から過剰に浮き上がったり傾いたりすることはない。
【００３４】
〔実施形態３〕
図４に示す実施形態は、基板に凸部を形成しておく。
工程(A) で、基板１０の表面に、上端に向けて細くなるテーパー柱状の凸部６０を形成する。凸部６０は間隔をあけて２個所に形成される。したがって、凸部６０、６０で挟まれた空間には凹所が生じることになる。
【００３５】
工程(B) で、凸部６０の周辺の基板１０の表面から凸部６０の側壁面および凸部６０の上端面にかけて回路３０が形成される。
工程(C) で、対向する凸部６０、６０の中央に、電極４２にハンダ５０が形成された電子部品４０を挿入し、電子部品４０の両端が凸部６０、６０の内側に嵌まり込むようにする。
【００３６】
その後、前記実施形態と同様に、非酸化性雰囲気中でハンダ５０を加熱溶融させれば、電極４２と回路３０とがハンダ５０で接合される。
〔実施形態４〕
図５に示す実施形態は、電子部品４０の構造が異なる。
工程(A) で、基板１０の表面に、上端に向けて細くなるテーパー柱状の凸部６０を１本だけ形成する。
【００３７】
工程(B) で、凸部６０の両側壁面から基板１０の表面にかけて回路３０が形成される。
工程(C) では、電子部品４０として、両端にＬ字形に屈曲した脚状の電極４２を有する電子部品４０を用いる。脚状の電極４２には全面にハンダ５０が形成される。
【００３８】
上記構造の電子部品４０を、一対の脚状をなす電極４２、４２で凸部６０を挟み込むようにして、基板１０に取り付ける。電極４２の内側面が凸部６０の側壁面で回路３０と隣接し、電極４２の下端が凸部６０に隣接する基板１０表面の回路３０と隣接する状態になる。
その後、前記実施形態と同様に、非酸化性雰囲気中でハンダ５０を加熱溶融させれば、電極４２と回路３０とがハンダ５０で接合される。
【００３９】
上記実施形態では、１本の凸部６０で電子部品４０のハンダ付けが出来るので、基板１０の加工の手間が省ける。
〔実施形態５〕
図６に示す実施形態は、前記各実施形態で使用される電子部品４０へのハンダ５０の形成方法を示す。
【００４０】
工程(A) で、セラミックスや合成樹脂からなる非金属板材Ｐの表面に、スクリーン印刷やディスペンサー供給などの手段でクリームハンダ５０を塗布する。クリームハンダ５０の塗布位置は、電子部品４０の電極４２に対応する位置である。
工程(B) で、クリームハンダ５０の上に電極４２が配置されるようにして、電子部品４０を板材Ｐに載せた後、リフロー処理を行う。リフロー処理は、板材Ｐおよび電子部品４０の全体を加熱してハンダ５０を溶融させる。
【００４１】
非金属材料からなる板材Ｐはハンダ５０で濡れないので、ハンダ５０が濡れ易い電極４２の表面を覆うようにハンダ５０が吸い上げられて移行する。
このとき、電極４２の表面を覆うハンダ５０の厚みｔが０．０５mm以上になるように、板材Ｐに塗布するクリームハンダ５０の量を設定しておく。その結果、電子部品４０の基板１０へのはんだ付けに必要な量のハンダ５０が確実に供給でき、はんだ付けが良好に行える。
【００４２】
工程(C) で、板材Ｐから電子部品１０とともにハンダ５０を取り上げ、ハンダ５０が冷却固化すれば、電極４２が膜状のハンダ５０で覆われた電子部品４０が得られる。
その後、電子部品４０にフラックス除去のための洗浄処理を施せば、電子部品４０を基板１０にハンダ付けする際に、ハンダ５０の形成工程で残留したフラックスの悪影響を防ぐことができる。
【００４３】
上記実施形態では、クリームハンダ５０の塗布とリフローという比較的簡単な処理で、電子部品４０の電極４２に十分な厚みのハンダ５０を形成することができる。例えば、ハンダめっきでハンダ５０を形成するのに比べて、作業時間が短くて済む。但し、ハンダめっきのほうが、ハンダ５０の厚みを正確に管理できるという利点がある。
【００４４】
〔実施形態６〕
図７に示す実施形態は、電子部品４０ではなく基板１０にハンダ５０を形成しておく。
工程(A) で、基板１０に凹部２０を形成し、凹部２０の両端近くの底面から内側壁さらには基板１０の表面にかけて回路３０を形成する。回路３０のうち、凹部２０の底面に配置された個所にクリームハンダ５０を供給する。
【００４５】
工程(B) で、リフロー処理を行う。溶融したハンダ５０は、回路３０の底面部分を一様な厚みｔで覆う。ハンダ５０の厚みｔは前記同様に０．０５mm以上に設定する。その後、フラックス除去のための洗浄処理を行う。
工程(C) で、基板１０の凹部２０に電子部品４０を落とし込む。この電子部品４０の電極４２にはハンダ５０は形成されていない。電子部品４０は、回路３０の上のハンダ５０に載る形になる。前記実施形態と同様に、非酸化性雰囲気による加熱処理を行えば、回路３０と電極４２がハンダ５０で接合される。
【００４６】
〔実施形態７〕
図８に示す実施形態は、ハンダめっきで電子部品のハンダ付けを行う。
工程(A) では、基板１０に凹部２０が形成され、凹部２０内から基板１０の表面にかけて回路３０が形成される。凹部２０の底部中央には、絶縁性材料からなる接着剤７０が配置される。電子部品４０の電極４２、４２および基板１０の回路３０にはハンダは形成されていない。
【００４７】
工程(B) では、基板１０の凹部２０に電子部品４０を落とし込む。電子部品４０の底面が接着剤７０を介して凹部２０の底面に仮固定される。電極４２と回路３０とは直に当接している。
工程(C) では、基板１０の上方から電気めっき法によりハンダめっき５２を形成する。ハンダめっき５２は、導電性材料である回路３０から電極４２の表面にかけて形成される。ハンダめっき５２の厚みは、５０μｍ以上に設定する。回路３０から電極４２にかけて一体形成されたハンダめっき５２が回路３０と電極４２とを接合する。
【００４８】
なお、基板１０および電子部品４０の表面のうちハンダめっき５２を付着させたくない個所は、レジスト材などで覆っておくことが好ましい。
上記実施形態では、接着剤７０で電子部品４０を基板１０に仮固定しておくので、電気めっきによる処理などの際に、電子部品４０が凹部２０から浮き上がったり姿勢が変わったりすることが防げる。ハンダめっき５２によるハンダ付けは、フラックスレスであり、フラックスの問題が生じない。ハンダめっき５２は、強固な接合が実現できる。ハンダめっき５２は、非導電性の基板１０表面などに付着することがないので、短絡が起き難い。高温に加熱する必要がないので、基板１０や電子部品４０に熱ダメージを与えることが少ない。
【００４９】
〔実施形態８〕
図９に示す実施形態は、ハンダ収容凹部を利用する。
図９(A) に示すように、基板１０の表面に、平面矩形状の凹部２０を形成するとともに、凹部２０の長手方向の両端に小さなハンダ収容凹部２２、２２を形成する。図９(C) にも示すように、凹部２０の両端近くの底面からハンダ収容凹部２２、２２の底面にかけて回路３０が形成される。
【００５０】
電子部品４０を吸着搬送具ｍ１で支持するとともに、球状ハンダ５４を別の吸着搬送具ｍ２で支持した状態で電子部品４０の両端の電極４２、４２に隣接させて保持しておく。
この状態で、電子部品４０は凹部２０に球状ハンダ５４はハンダ収容凹部２２にそれぞれ送り込む。
【００５１】
図９(B) (C) に示すように、電子部品４０は凹部２０にぴったりと嵌まり込み位置決めされる。電子部品４０の上部は凹部２０から上方に少し突き出ている。球状ハンダ５４は、ハンダ収容凹部２２内で、電子部品４０の電極４２とハンダ収容凹部２２の内側壁で挟まれた状態になる。
基板１０の全体を非酸化性雰囲気中で加熱すると、球状ハンダ５４は加熱溶融して、電極４２と回路３０との間に入り込み、両者を接合する。
【００５２】
上記実施形態では、電子部品４０とハンダ５４の供給が一度の工程で簡単に行え、しかも、基板１０に配置された電子部品４０およびハンダ５４は所定の位置に確実に位置決めされる。ハンダ５４を予め、電子部品４０や基板１０に形成しておく手間がかからない。接着剤等の仮固定手段も不要である。加熱溶融した球状ハンダ５４は凹部２０およびハンダ収容凹部２２から外部に漏れることはないので、基板１０の他の部分にハンダが付着するのを防ぐソルダーレジストなしでも、加熱溶融時に、別の電子部品と接触したり短絡を起こしたりすることがなく、作業の歩留りが向上する。
【００５３】
〔実施形態９〕
図１０に示す実施形態は、球状ハンダ５４を圧入して電子部品１０を仮固定する。
工程(A) では、基板１０に凹部２０を形成する。凹部２０の底面で両端近くには回路３０が形成される。
【００５４】
工程(B) では、吸着搬送具ｍ１で電子部品４０を凹部２０の中央に配置し、回路３０の上に電極４２を載せる。凹部２０の長さが電子部品４０の長さよりも大きいので、電子部品４０の両端面と凹部２０の内側壁との間には隙間があいている。
工程(C) では、吸着搬送具ｍ２に支持された球状ハンダ５４を、電子部品４０と凹部２０の内側壁との間の隙間に圧入する。したがって、球状ハンダ５４の直径は、電子部品４０と凹部２０との隙間よりも少し大き目に設定されている。
【００５５】
球状ハンダ５４の圧入で、電子部品４０および球状ハンダ５４は凹部２０の内部に固定される。このとき、電子部品４０を吸着搬送具ｍ１で抑えておけば、電子部品４０が浮き上がることが防げる。
その後、非酸化性雰囲気中での球状ハンダ５４の加熱溶融を行い、電極４２と回路３０とを接合する。
【００５６】
上記実施形態では、球状ハンダ５４の圧入によって電子部品４０を基板１０に固定するので、その後の取扱いで外力や振動が加わっても、電子部品４０が外れたりずれたりすることが確実に防げる。しかも、接着剤などの別の材料を用いる必要もない。
〔実施形態１０〕
図１１に示す実施形態は、バネ状ハンダを利用する。
【００５７】
工程(A) から工程(B) までは、前記した実施形態９と同様である。
工程(C) では、バネ状ハンダ５６を用いる。バネ状ハンダ５４は、テープ状のハンダ材料をΩ形に屈曲成形することで、両側から圧縮すると弾力的な反発力が生じるようにしている。吸着搬送具ｍ２に支持されたバネ状ハンダ５６を、電子部品４０と凹部２０の内側壁との間の隙間に圧入すると、バネ状ハンダ５６が弾力的に圧縮された状態で入り込む。バネ状ハンダ５６の反発力で、電子部品４０および球状ハンダ５４は凹部２０の内部に固定される。このときも、電子部品４０を吸着搬送具ｍ１で抑え、浮き上がりを防ぐことが好ましい。
【００５８】
その後、非酸化性雰囲気中でバネ状ハンダ５６を加熱溶融させれば、バネ状ハンダ５６は形状を失い、電極４２と回路３０との間に流れ込んで両者を接合する。
上記実施形態では、弾力的な変形性に優れた形状のバネ状ハンダ５６を用いるので、電子部品４０の固定が確実である。バネ状ハンダ５６の形状設計によって、適度な固定力を電子部品４０に加えることができるので、電子部品４０に無理や負荷が加わらない。
【００５９】
〔実施形態１１〕
図１２に示す実施形態は、シート状ハンダを利用する実施形態の一例である。工程(A) では、薄いシート状をなすハンダを成形してシート状ハンダ５８を作製する。シート状ハンダ５８は、全体が矩形状をなし、中央に対称形状でＣ形および逆Ｃ形の切り抜きがされ、切り抜きの内側には矩形状の接合部５８ｂが形成され、外周部５８ａとの間が狭いくびれ部５８ｃで連結されている。
【００６０】
工程(B) では、基板１０に凹部２０が形成され、凹部２０の底面には回路３０が形成される。基板１０の上にシート状ハンダ５８を載せ、その上から、吸着搬送具ｍ１で支持された電子部品４０を凹部２０内に押し込む。
工程(C) では、電子部品４０で押さえられたシート状ハンダ５８が、細いくびれ部５８ｃで切断され、接合部５８ｂが凹部２０の内部に押し込まれる。くびれ部５８ｃは凹部２０の内周角部に当たると容易に切断される。外周部５８ａは基板１０の上方に残る。接合部５８ｂは、電子部品４０の電極４２と回路３０との間に挟み込まれるとともに、凹部２０の内壁形状に沿って折り曲げられる。接合部５８ｂが変形させられたときの反発力で、電子部品４０は凹部２０の内部に固定される。
【００６１】
工程(D) では、シート状ハンダ５８の外周部５８ａを取り除いた後、非酸化性雰囲気中での加熱を行う。シート状ハンダ５８の接合部５８ｂは溶融して、電極４２と回路３０とを接合する。
上記実施形態では、ハンダ５８ｂおよび電子部品４０の供給配置が１動作で簡単かつ確実に完了する。ハンダと電子部品とを別々に供給する手間が省ける。シート状ハンダ５８は、クリームハンダ等に比べてハンダ以外の不要成分の含有が少ないので、それに起因する不良が起こり難い。
【００６２】
〔実施形態１２〕
図１３に示す実施形態は、電子部品４０の上に別の部品を取り付ける。
工程(A) では、前記した各実施形態と同様にして、基板１０の凹部２０内に電子部品４０を挿入し、電極４２と回路３０をハンダ５０で接合する。このとき、凹部２０の上端すなわち基板１０の表面と電子部品４０の上端との間に隙間ｇをあける。
【００６３】
工程(B1)では、凹部２０の上方をまたいで、基板１０の表面に別の電子部品１００を実装する。この電子部品１００のハンダ付けは、通常のハンダ付け方法を適用すればよい。なお、基板１０の表面に前記凸部６０を形成すれば、本発明によるハンダ付け方法も適用できる。
工程(B2)では、基板１０の表面に、ＬＣＤ等の大型のフラット部品１０２を取り付けている。フラット部品１０２の取付手段は通常の方法が適用される。
【００６４】
上記実施形態では、複数の電子部品を重ねて取り付けることができるため、部品の実装密度が向上する。大型のフラット部品１０２やケース等のスペースを取る部品を取り付けるために利用できなかった基板１０のスペースを、電子部品４０の取付スペースとして効率的に利用できる。従来、フラット部品１０２を電子部品４０や回路３０の上方に取り付けるためには、スペーサ部材などが必要であったが、このような部材が必要なくなるので、部品点数および工数が削減される。
【００６５】
〔実施形態１３〕
図１４に示す実施形態は、基板１０に内層回路を設けておく。
工程(A) では、基板１０の内部に内層回路３２、３２を形成しておく。基板１０の表面から内層回路３２、３２に到達する深さの凹部２０を形成する。
工程(B) では、電極４２にハンダ５０が形成された電子部品４０を、基板１０の凹部２０に落とし込む。電子部品４０は縦方向の姿勢で凹部２０に嵌まり込む。電極４２およびハンダ５０が、内層回路３２、３２の位置に配置される。
【００６６】
この状態で、前記同様に、非酸化性雰囲気中における加熱を行い、ハンダ５０を溶融させれば、ハンダ５０で内層回路３２、３２と電極４２とが接合されることになる。
上記実施形態では、従来の方法のように、内層回路３２から基板１０の表面までスルーホールやビアホールで回路を引き出して表面で電子部品４０をハンダ付けするという手間が不要になる。内層回路３２に対して直接に電子部品４０をハンダ付けできるので、接続の信頼性が向上し、部品の実装密度も高めることができる。
【００６７】
〔実施形態１４〕
図１５に示す実施形態も、上記実施形態と同様に内層回路を利用する。
工程(A) では、基板１０の内部に配置された内層回路３２に到達する凹部２０を形成するとともに、さらに凹部２０の底面から内側壁および基板１０の表面に至る回路３０も形成しておく。内層回路３２の一部は凹部２０の底面に沿って延びている。
【００６８】
工程(B) では、凹部２０の中に、電極４２にハンダ５０が形成された電子部品４０を落とし込む。電子部品４０の片側の電極４２はハンダ５０を介して内層回路３２の上に配置され、反対側の電極４２はハンダ５０を介して後から形成された回路３０の上に配置される。その後のハンダ５０の加熱溶融は前記実施形態と同様に行われ、ハンダ５０で内層回路３２および３０と電極４２とが接合される。
【００６９】
〔実施形態１５〕
図１６に示す実施形態は、回路３０の表面に接合性を向上させる処理を施しておく。
工程(A) では、基板１０の凹部２０に形成する回路３０として、その表面にＡｕ層３０ａを０．１μｍ以上の厚みで形成しておく。この厚みは、下地となる回路３０の金属が拡散して表面に露出してくるのを防ぐことができる程度に設定されている。表面層３０ａは、メッキで形成され、回路３０の酸化を抑え、電子部品４０の電極４２に形成されたハンダ５０の濡れ性を向上させる作用がある。Ａｕの代わりに、Ａｇ、Ｐｔであっても良く、各元素の合金や化合物を用いても同様の機能が発揮できる。
【００７０】
工程(B) で、ハンダ５０を加熱溶融させれば、ハンダ５０が回路３０の表面層３０ａに対して良好な濡れ性を示し、回路３０と電極４２とを良好に接合させる。濡れ性を向上させるためのフラックスは不要である。
さらに、前記工程 (A) において、回路３０の表面に形成する表面層３０ａとして、ＳｎあるいはＳｎ合金を１μｍ以上の厚みで用いることができる。ＳｎやＳｎ合金からなる表面層３０ａは、ハンダめっき等の手段で形成される。これらの表面層３０ａは、非酸化性雰囲気中における加熱溶融処理によってハンダ５０とともに溶融し、回路３０の表面の濡れ性を向上させるとともにハンダ５０と融合一体化されて、電極４２と回路３０との接合性を向上させる。
【００７１】
〔実施形態１６〕
図１７に示す実施形態は、基板１０の凹部２０への電子部品４０の装着方法を表す。
図１７(A) に示すように、基板１０には、予め、凹部２０が多数形成され、凹部２０の内部から基板１０の表面にかけて回路３０が形成されている。電子部品４０の電極４２または回路３０の表面にはハンダ（図示せず）を配置しておく。
【００７２】
基板１０の上部に多数の電子部品４０を載せる。このとき、電子部品４０は所定の凹部２０に入っていなくてもよい。ここで、基板１０を振動させたり揺動させたりする。そうすると、各電子部品４０は、基板１０の表面に沿って移動する。電子部品４０が凹部２０の位置にくると、電子部品４０は凹部２０の中に落ち込んで所定の位置に収まる。
【００７３】
図１７(B) に示すように、基板１０を一定時間の振動あるいは揺動させれば、全ての電子部品４０が所定の凹部２０に正しく収容されることになる。その後の、ハンダの加熱溶融処理などは前記した実施形態と同様である。
図１８(A) に示すように、凹部２０の内周角部に面取り１２を施しておけば、電子部品４０の凹部２０への落ち込みがスムーズに行われる。図１８(B) に示すように、電子部品４０の外周角部に面取り４４を形成しても同様の作用が達成される。なお、図１８(A) (B) では、回路３０およびハンダ５０の図示を省略している。
【００７４】
〔実施形態１７〕
図１９に示す実施形態は、加熱をエネルギービームで行う。
基板１０の凹部２０に形成された回路３０の上に電子部品４０を配置し、電子部品４０と回路３０の間に球状ハンダ５４を配置する。ここまでの作業は、前記した実施形態と同様である。
【００７５】
基板１０を、非酸化性雰囲気に調整された加熱室に収容する。基板１０の上方から、レンズＬで集光されたＹＡＧレーザ等のレーザ光ｒを照射する。レーザ光ｒは、ハンダ５４を加熱溶融させて、電極４２と回路３０とを接合する。レーザ光ｒが、ハンダ５４や電極４２あるいは回路３０などのハンダ付け時に加熱しておきたい材料に選択的に吸収されて昇温させることのできる波長成分を含むものであれば、加熱を効率的に行うことができる。
【００７６】
上記実施形態では、基板１０の全体を加熱雰囲気に入れるのに比べて、ハンダ５４や電極４２を迅速かつ効率的に加熱することができる。基板１０のその他の部分を加熱して熱ストレスを発生させる問題が起こり難い。
〔実施形態１８〕
図２０および図２１に示す実施形態は、前記した図１３の実施形態と同様に、電子部品４０の上に別の電子部品を実装する。
【００７７】
図２０の実施形態では、図２０(A) に示すように、回路３０を、基板１０の凹部２０の底面から内側壁を経て基板１０の表面にまで形成している。凹部２０に収容され、ハンダ５０で電極４２が回路３０に接合された電子部品４０の上端は、基板１０の表面とほぼ同じに配置されていて、基板１０の表面の回路３０はその厚み分だけ電子部品４０の上端よりも上方に配置されている。
【００７８】
図２０(B) に示すように、別の電子部品１００は両端に脚状の電極１０４を備えている。この電子部品１００の脚状電極１０４を、基板１０の表面の回路３０にハンダ１１０で接合する。この部分のハンダ付けは、従来と同様のハンダ付け方法が適用される。
図２１の実施形態では、図２１(A) に示すように、基板１０に、内層回路３２に到達する凹部２０を形成している。基板１０の表面にも別の回路すなわち表面回路３４を形成している。凹部２０に挿入された電子部品４０は、電極４２をハンダ５０で内層回路３２に接合する。
【００７９】
図２１(B) に示すように、基板１０の表面回路３４に別の電子部品１００の脚状電極１０４をハンダ１００で接合する。
〔実施形態１９〕
図２２に示す実施形態は、電子部品４０の実装密度を高める。
図２２(A) に示すように、基板１０に複数の凹部２０を形成している。各凹部２０には、凹部２０の底面両端から内側壁にかけて回路３０を形成している。回路３０は基板１０の表面までは形成されていない。
【００８０】
このような凹部２０に電子部品４０を挿入し、ハンダ５０で電極４２を回路３０と接合する。
ハンダ５０を加熱溶融したときに、溶融したハンダ５０は凹部２０の内部で回路３０に沿って移動することはあっても、凹部２０の外側にはみ出すことはない。したがって、複数の凹部２０を近接して配置していても、隣の凹部２０の回路３０同士が短絡を起こすことがない。その結果、凹部２０の配置間隔Ｘを短く設定でき、電子部品４０の実装密度を高めることができる。
【００８１】
図２２(B) では、回路３０を凹部２０の底面のみに形成しており、上記同様に、電子部品４０の実装密度が高められる。
図２２(C) では、基板１０に対向する凸部６０、６０を形成し、各凸部６０の対向する側壁とそれに隣接する基板１０の表面のみに回路３０を形成している。電子部品４０は基板１０の表面の回路３０に載せられて、電極４２と回路３０がハンダ５０で接合される。凸部６０の外側には回路３０がなく、ハンダ５０が凸部６０の外側にはみ出すこともないので、前記同様に、電子部品の実装密度を高めることができる。
【００８２】
図２２(D) では、基板１０に１個の凸部６０を形成し、その両側壁のみに回路３０を形成している。電子部品４０にはＬ字状に屈曲した脚状の電極４２を形成しておき、一対の電極４２、４２で凸部６０を挟むようにして電子部品４０を取り付け、ハンダ５０で電極４２と回路３０とを接合する。この実施形態では、複数の電子部品４０を並べて実装する場合、隣接する電子部品４０の電極４２同士が短絡を起こさない程度に間隔をあけておけばよく、電極４２よりも外側には何の構造も存在しないので、やはり電子部品４０の実装密度を高めることができる。
【００８３】
〔実施形態２０〕
図２３に示す実施形態は、弾力的に変形可能な支持凸部を用いる。
図２３(A) に示すように、基板１０に凹部２０を形成するとともに、凹部２０の内部で凹部２０の両側の内側壁よりも少し内側に入った位置に、比較的薄い板状をなす支持凸部６４、６４を形成している。対向して配置された支持凸部６４、６４は前後に傾くように弾力的に変形させることが可能になっている。支持凸部６４、６４の間隔Ｗ1 は、電子部品４０の両電極４２、４２およびハンダ５０を含む全長Ｗ2 よりも少し狭く設定されている。
【００８４】
図２３(B) に示すように、電子部品４０を一対の支持凸部６４、６４の間に押し込む。支持凸部６４、６４は外側に傾くように変形させられ、その反発力で電子部品４０を挟み付けて固定する。
この状態で、前記同様にハンダ５０による電極４２と回路３０との接合を行う。
【００８５】
上記実施形態では、支持凸部６４、６４の弾性力で電子部品４０を簡単かつ確実に固定でき、続くハンダ付け工程が行い易くなる。また、基板１０の下面側に電子部品４０を装着したり、基板１０を立てた状態で電子部品４０を装着したりすることも可能になる。
〔実施形態２１〕
図２４に示す実施形態は、支持凸部６４を別部材で構成する。
【００８６】
図２４(A) では、金属材料などで構成された板片状の支持凸部６４を、基板１０の凹部２０に埋め込んで取り付けている。
この実施形態では、支持凸部６４の作製が容易であり、基板１０の材料よりも弾力性に優れた材料を用いることもできる。
図２４(B) では、導体材料からなる支持凸部６６を、基板１０の凹部２０に埋め込んで取り付けている。支持凸部６６には、水平方向に突出する回路部６６ａが形成されており、この回路部６６ａを回路３０として利用する。回路部６６ａは基板１０に配置された外部の回路と電気的に接続される。
【００８７】
この実施形態では、支持凸部６６と回路６６ａとが一体形成されているで、部品点数が減り、支持凸部６６と回路６６ａを別々に作製する手間が省ける。
【００８８】
【発明の効果】
本発明にかかる電子部品のはんだ付け方法は、電子部品を基板の所定位置に配置して位置決めされた状態で、非酸化性雰囲気中における加熱、あるいは、はんだメッキでハンダ付けを行うので、電子部品が正確な位置で確実にハンダ付けされる。電子部品のハンダ付けにフラックスを用いる必要がないので、フラックスに起因する不良が起こらず、フラックス除去の手間も省ける。電子部品が正確に位置決めされた状態でハンダ付けされれば、電気的および機械的な接合性能も向上するとともに、基板に複数の電子部品を近接させて実装しても短絡や干渉等の問題が生じないので、電子部品の実装密度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を表す電子部品のハンダ付け方法を工程順に示す概略工程図
【図２】ハンダ付け時に生じる現象を示す説明図
【図３】別の実施形態におけるハンダ付けの現象を示す説明図
【図４】別の実施形態を表す概略工程図
【図５】別の実施形態を表す概略工程図
【図６】電子部品へのハンダ形成方法を工程順に示す概略工程図
【図７】基板へのハンダ形成方法を工程順に示す概略工程図
【図８】別の実施形態を表す概略工程図
【図９】別の実施形態を表す概略工程図
【図１０】別の実施形態を表す概略工程図
【図１１】別の実施形態を表す概略工程図
【図１２】別の実施形態を表す概略工程図
【図１３】別の実施形態を表す概略工程図
【図１４】別の実施形態を表す概略工程図
【図１５】別の実施形態を表す概略工程図
【図１６】別の実施形態を表す概略工程図
【図１７】別の実施形態を表す概略工程図
【図１８】基板および電子部品との詳細構造を示す概略断面図
【図１９】別の実施形態を表す断面図
【図２０】別の実施形態を表す概略工程図
【図２１】別の実施形態を表す概略工程図
【図２２】別の実施形態を表す断面図
【図２３】別の実施形態を表す概略工程図
【図２４】別の実施形態を表す断面図
【符号の説明】
１０ 基板
２０ 凹部
３０ 回路
３０ａ 表面層
３２ 内層回路
４０ 電子部品
４２ 電極
５０ ハンダ
５２ ハンダめっき
５４ 球状ハンダ
５６ バネ状ハンダ
５８ シート状ハンダ
６０ 凸部
６４ 支持凸部
７０ 接着剤
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品のハンダ付け方法に関し、抵抗やコンデンサ等の小さな電子部品を基板に配置された回路にハンダで接合する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種電子装置を製造する際に、抵抗やコンデンサ等の微小な電子部品を基板の回路上に実装する方法として、ハンダ付け方法が採用されている。
特開平６−３２６４４８号公報には、基板の所定位置に電子部品を配置し、電子部品の電極と基板の回路との間にハンダを配置した状態で、非酸化性雰囲気でハンダを加熱溶融させることで、電極と回路をハンダ付けする方法が示されている。特に、電極をハンダを介して回路に加圧しておくことで、加熱溶融したハンダの表面に新生面が露出して良好な濡れ性を確保でき、フラックス剤を用いなくても、良好なハンダ付けが可能であるとされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来方法では、ハンダを加熱溶融させたあと冷却固化するまでの間、基板の回路に対して電子部品の電極を加圧したままでずれないように固定しておく必要がある。
しかし、多数の小さな電子部品をいちいち加圧部材で加圧したままでずれないように固定しておくのは極めて面倒である。基板に対する電子部品の取付位置は部品毎に違っており、設計変更などで頻繁に変更されるものであるから、加圧部材の配置構造や作動装置の準備あるいは加圧作業は非常に手間のかかる作業となる。
【０００４】
電子部品を基板に固定しておかないと、溶融したハンダの上に浮かんだ状態の電子部品は簡単に移動してしまう。溶融したハンダは強い表面張力を有するために、ハンダの表面張力によって電子部品の姿勢が変えられてしまうことも起こる。
そこで、本発明は、従来技術の問題点を解消し、基板に対する電子部品の位置ずれや移動を簡単かつ確実に防止して、品質性能に優れたハンダ付けを実現することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる電子部品のハンダ付け方法のうち、第１の方法は、基板の回路に電子部品の電極をハンダ付けする方法であって、以下の工程を含む。
(a) 前記電子部品を収容する凹部または前記電子部品を囲む凸部と、凹部または凸部またはその隣接個所で電子部品の前記電極に対応する個所に配置された前記回路とを備えた基板を準備する工程。
(b) 前記電子部品を前記基板の凹部内または凸部で囲まれた個所に配置するとともに、前記凹部または凸部と電子部品との間に前記ハンダとして球状ハンダを圧入して電子部品を仮固定する工程。
(c) 前記ハンダを非酸化性雰囲気中で加熱し、ハンダで前記電極と前記回路とを接合する工程。
本発明にかかる電子部品のハンダ付け方法のうち、第２の方法は、基板の回路に電子部品の電極をハンダ付けする方法であって、以下の工程を含む。
(a) 前記電子部品を収容する凹部または前記電子部品を囲む凸部と、凹部または凸部またはその隣接個所で電子部品の前記電極に対応する個所に配置された前記回路とを備えた基板を準備する工程。
(a-1) 接合部がくびれ部のみを介して外周部に連設されたシート状ハンダを準備する工程。
(b) 前記基板の凹部または凸部に前記シート状ハンダを配置した後、前記電子部品を前記基板の凹部内または凸部で囲まれた個所に挿入することで、前記電子部品でシート状ハンダのくびれ部を切断し、接合部のみを前記電子部品の電極と前記基板の回路との間に配して前記電子部品を前記基板の凹部または凸部に係合させる工程。
(c) 前記ハンダを非酸化性雰囲気中で加熱し、ハンダで前記電極と前記回路とを接合する工程。
各構成要件について、以下に詳しく説明する。
【０００６】
〔電子部品〕
抵抗やコンデンサ、ＩＣチップ、各種センサ部品その他、通常の電子部品が利用される。電子部品は、合成樹脂やセラミックス、ガラス、金属その他の構造材料で構成されている。電子部品の形状は、直方体、円柱その他の形状を有する。電極は、電子部品の表面に配置されていたり、電子部品の表面に突出する突起や脚状の端子であったりする。電極は通常２個所に設けられるが、１個所であったり３個所以上であってもよい。
【０００７】
〔基板〕
基本的には、通常の材料および構造を有する回路基板が用いられる。合成樹脂、繊維強化樹脂、ガラス、セラミックなどが用いられる。
〔凹 部〕
凹部は、平坦な基板の表面に、切削加工やプレス加工などの機械的加工手段で形成することができる。基板を射出成形するのと同時に凹部を形成することもできる。複数の加工手段を組み合わせて凹部を形成してもよい。射出成形によれば、複雑な形状の凹部が比較的容易に形成できる。
【０００８】
凹部は、電子部品を挿入したときに、電子部品を係合できる形状であれば、電子部品の外形に正確に一致している必要はない。ここで係合とは、凹部に挿入された電子部品が凹部の外にはみ出したり大きく移動したりしない程度に位置決めできている状態を意味する。凹部の中で電子部品が前後左右に少し移動したりすることは許容される。凹部の内側壁の少なくとも一部を電子部品の外形に当接させれば、電子部品の位置決めが果たされる。電子部品よりも大きな凹部の内面に電子部品の外形に当接する突起などを備えていてもよい。
【０００９】
凹部の内側壁は、垂直であってもよいし、底側から開口側へと広がるテーパ状であってもよい。内側壁あるいは底面に段差を付けることもできる。
凹部の深さは、電子部品を位置決めできる程度の深さがあればよく、電子部品の高さの１／４以上程度あれば、ハンダの表面張力などによる電子部品の移動を阻止することも可能であり、好ましい。凹部の深さが、電子部品の深さよりも深ければ、電子部品を凹部で保護しておくことができる。また、凹部内に電子部品を収容した上で、基板の表面に別の電子部品を実装することも可能になる。
【００１０】
〔凸 部〕
凹部の代わりに凸部を形成しておいてもよい。凸部の場合、電子部品の全周を囲む周壁状に配置しておくことができる。周壁状の凸部は、その内側形状が凹部になる。凸部を、電子部品の外周のうち複数個所に分割して配置しておいてもよい。柱状の凸部を間隔をあけて配置しておいてもよい。凸部の高さは前記凹部の深さと同様に設定できる。
【００１１】
凸部の加工は、凹部と同じ手段で加工できる。また、基板とは別に作製された凸部を基板の表面に接合して凸部を配置することもできる。この場合、凸部の材料を基板とは別の材料で構成することができる。凸部の一部または全体が導電性材料であれば、回路と兼用することも可能になる。
凹部と凸部の両方を配置しておいて電子部品を凹部と凸部の両方に係合させることもできる。
【００１２】
〔支持凸部〕
凸部として、電子部品の寸法よりも短い間隔をあけて配置され、弾力的に変形可能な支持凸部を用いることができる。この場合、電子部品を支持凸部の間に配置したときに電極に対応する個所に回路を配置しておく。
電子部品を支持凸部の間に嵌入すれば、支持凸部の反発力で電子部品が基板に確実強固に仮固定される。仮固定とは、大きな力を加えない限り、電子部品がみだりに移動しない程度に固定することを意味する。前述した係合は、電子部品が移動可能であってもよいが、仮固定された電子部品は移動しない。
【００１３】
支持凸部を、前記凹部の中に凹部の内壁との間に隙間をあけて配置しておけば、支持凸部による電子部品の仮固定と、電子部品を囲む凹部による保護やハンダのはみ出し防止などの機能を果たすことができる。
支持凸部は、弾力的な変形性に優れた金属等、基板とは別の材料で構成することもできる。
【００１４】
〔回 路〕
回路は、凹部や凸部に係合して配置された電子部品の電極との間をハンダで接合できる位置に配置されている必要がある。具体的には、凹部の底面、凹部の内側壁、凸部の側壁、電子部品を囲む複数の凸部の中間で凸部と隣接する基板の表面などに配置しておけばよい。
【００１５】
回路の表面を構成する材料を適切に選択することで、ハンダ付けの接合性能を向上させたり、使用時の電気的性能を向上させたりすることができる。具体的には、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔまたはこれらの元素の合金あるいは化合物は、回路表面の濡れ性を向上させる。Ｓｕおよびその合金は、ハンダの加熱溶融時に溶融して、回路の濡れ性を向上させたり、ハンダと融合一体化されて接合性を向上させることができる。これらの回路の表面層は、めっきのほか、クリームハンダやディップ等の溶融めっきでも形成できる。
【００１６】
回路は、基板の表面に配置される表層回路だけでなく、基板の内層に配置される内層回路であってもよい。この場合、凹部を基板の表面から内層回路が露出する深さまで形成しておく。
〔電子部品の配置〕
電子部品を基板に取り付けるには、基板の凹部または凸部に電子部品を係合させるだけであってもよいし、仮固定手段を採用することもできる。前記した支持凸部は仮固定の１手段となり得る。仮固定手段として接着剤や粘着剤を用いることができる。
【００１７】
電子部品は適宜の搬送手段を用いて、基板の所定位置に供給することができる。
電子部品を基板の上に供給したあと、電子部品を基板とともに振動または揺動させることで、凹部または凸部との係合位置に電子部品を配置させることができる。この方法は、多数の細かな電子部品を所定の位置に確実かつ効率的に配置することができる。
【００１８】
〔ハンダ〕
ハンダの材料は、通常の電子部品のハンダ付けと同様の材料が用いられる。固形のハンダあるいはクリームハンダ、ハンダめっき用のハンダなどが用いられる。
ハンダは、電子部品の電極あるいは基板の回路の何れかの表面に配置しておき、電子部品を基板の凹部や凸部に係合させたときに、電極と回路の間にハンダが配されるようにすることができる。この場合、ハンダを、電極または回路の表面に一定の厚みで膜状をなすように形成しておくことができる。
【００１９】
電子部品の電極または基板の回路にハンダを配しておく場合、相手側の回路または電極と接合する個所のみにハンダを配しておけば、溶融したハンダが、周辺を汚したり別の導体部分と短絡したりする問題が防げる。また、基板上に電子部品を高密度に配置しても、前記した短絡などの問題が生じにくくなる。基板にハンダを配しておく場合、凹部の底面、凹部の内壁面、凸部の側壁面のみに配して、その他の基板表面にはハンダを配置しないようにすることができる。
【００２０】
電極または回路の表面にハンダ膜を形成する方法として、電極または回路にクリームはんだを配した後、クリームハンダを加熱溶融させてハンダ膜を形成させ、ハンダ膜の形成個所を洗浄してフラックス除去を行う方法が採用できる。この方法は、取扱い易いクリームハンダを用いて、均一で十分な厚みを有するハンダ膜を簡単に形成できる。ハンダ膜の厚みとしては、０．０５mm以上あれば、電子部品の良好なハンダ付けが可能である。フラックス除去は、通常のハンダ付け技術におけるフラックス除去手段が採用される。
【００２１】
基板にハンダ収容凹部が設けられている場合は、電子部品を基板に係合させるのと同時またはその後で、ハンダ収容凹部に固形のハンダを供給することができる。固形のハンダは、球状、棒状、板状その他の任意の形状からなるものが用いられる。
基板に電子部品を配置する際に、電子部品と基板の凹部または凸部との間に、ある程度の隙間が生じるようにしておき、この隙間に固形のハンダを圧入して、ハンダの供給を行うことができる。ハンダの圧入によって、基板に対する電子部品の位置決めおよび固定を果たすことができる。
【００２２】
圧入するハンダとして、バネ状に成形されたハンダを用いれば、基板に対する電子部品の固定が確実に行える。
〔シート状ハンダ〕
ハンダとして、接合部がくびれ部のみを介して外周部に連設されたシート状ハンダを用いることができる。基板の凹部または凸部にシート状ハンダを配置した後、電子部品を基板の凹部内または凸部で囲まれた個所に挿入することで、電子部品でシート状ハンダのくびれ部を切断し、接合部のみを電子部品の電極と基板の回路との間に配して電子部品を基板の凹部または凸部に係合させることができる。このように、シート状ハンダにくびれ部をもうけておくと、ハンダを所定の位置に容易かつ確実に配することができ、作業能率を向上させることができる。
【００２３】
シート状ハンダの接合部は、電極と回路とのハンダ付けに必要な面積形状および位置に設けられる。くびれ部は、容易に切断される程度の細いものが好ましい。接合部と外周部は１個所のくびれ部で連結されてあってもよいし、複数個所のくびれ部で連結されてあってもよい。
〔ハンダめっき〕
ハンダとして、ハンダめっきを利用することができる。この場合、電子部品を基板の凹部または凸部に係合するとともに、電子部品を基板に仮固定しておいてから、電極と回路とを、ハンダめっきにより接合すればよい。
【００２４】
電子部品の仮固定は、嵌合や係合による機械的な固定であってもよいし、接着剤や粘着剤を用いた固定であってもよい。接着剤等の仮固定材料には、絶縁性の材料を用いるのが好ましい。仮固定は、電子部品の電極以外の個所で行うのが好ましい。
ハンダめっきは、基板に配置された電子部品の上から、電極と回路とがハンダめっきで接合される範囲に行えばよい。電気メッキを採用すれば、導電材料である電極と回路とに容易にハンダめっきが形成される。
【００２５】
〔接 合〕
ハンダめっきによる接合を採用する場合には、ハンダの形成と同時に電極と回路との接合が果たされる。
電極と回路との間にハンダを配した後で、ハンダを非酸化性雰囲気中で加熱して、電極と回路とを接合することができる。非酸化性雰囲気であれば、フラックス剤等を使用しなくても、ハンダの酸化が防げ、ハンダの濡れ性も良好になり、電極と回路との接合性能が向上する。非酸化性雰囲気とは、ハンダを酸化させることのない雰囲気を意味し、酸素等の酸化成分が極めて少ない雰囲気、あるいは、還元性雰囲気である。真空雰囲気であれば、還元性雰囲気でなくても非酸化性雰囲気となる。
【００２６】
非酸化性雰囲気が酸素濃度１０００ppm 以下であれば、溶融したハンダが酸化されることが防げ、ハンダの濡れ拡がりが良好に行われる。加熱室にＮ2 ガスを送りこんで酸素濃度を調整することができる。
非酸化性雰囲気として、真空度０．１torr以下、もしくは、Ｈ2 を３％以上を含んだＮ2 からなる非酸化性雰囲気が好ましい。このような雰囲気であれば、回路の表面材料がＣｕやＮｉなどの酸化皮膜を形成し易い金属を含んでいても、酸化皮膜の形成を抑制したり、酸化皮膜を除去することができ、はんだの濡れ性を向上させることができる。真空度の管理は酸化防止に有効であり、Ｈ2 は酸化皮膜の還元反応を促進させる。
【００２７】
非酸化性雰囲気中での加熱は、ヒータ、熱風などの通常の加熱手段が採用できる。レーザ光や放射線などのエネルギービームの照射で加熱を行えば、ハンダの存在個所あるいは加熱の必要な個所のみを効率的に加熱することができる。エネルギービームとして、ＹＡＧレーザやＣＯ2 レーザ、キセノンランプ等が用いられる。
【００２８】
【発明の実施形態】
以下において、本発明にかかわる実施形態を説明するが、これらのうち、具体的実施技術となるものは実施形態８、９、１１、１７である。
〔実施形態１〕
図１は、本発明の実施形態となる電子部品のハンダ付け方法を工程順に示している。
工程(A) で、電子部品４０の電極４２を膜状に覆うハンダ５０を形成する。電子部品４０は、棒状をなし、両端に電極４２を備えている。ハンダ５０の形成方法は、通常のハンダめっき法で電極４２の全面に厚み５０μｍ以上になるようにハンダ５０を形成する。
【００２９】
工程(B) で、基板１０の表面に凹部２０を形成する。凹部２０の深さは、電子部品４０の高さの半分程度に設定されている。
工程(C) で、基板１０の凹部２０の外周側の底面から内側壁および基板の表面にかけて回路３０を形成する。回路３０の形成は、通常のメッキ法等が採用される。
【００３０】
工程(D) で、電子部品４０を基板１０の凹部２０に落とし込む。電子部品４０は、凹部２０に形成された回路３０の内側に嵌まり込む。電極４２がハンダ５０を介して回路３０と隣接して配置される。
工程(E) で、基板１０を加熱装置（図示せず）に収容し、加熱装置内の雰囲気を非酸化性雰囲気にして基板１０およびハンダ５０を加熱する。ハンダ５０は加熱溶融し、表面張力や流動作用によって、電極４２と回路３０との間を埋める。ハンダ５０が冷却固化すれば、電極４２と回路３０がハンダ５０で電気的かつ機械的に接合される。
【００３１】
図２(A) 〜図２(B) に示すように、電子部品４０の電極４２と凹部２０の内側壁の回路３０との間に隙間があいている場合、ハンダ５０が加熱溶融して冷却固化する際に発生する応力で、電子部品４０が凹部２０の内側壁側に引っ張られる作用が生じる。しかし、電子部品４０は、凹部２０の内部で移動するだけであるから、電子部品４０が過剰に浮き上がったり傾いたりすることが防がれる。電極４２と回路３０との電気的かつ機械的な接合には全く支障は生じない。なお、前記実施形態では、電子部品４０の両端でハンダ５０による引張力が発生するので、両方の引張力が釣り合った位置で電子部品４０は固定される。
【００３２】
上記実施形態では、フラックスレスでハンダ付けが行われるため、ハンダ付け後に残留したフラックスの洗浄作業が不要になり、ハンダ付けの信頼性も高まる。ハンダ５０は、電極４２と回路３０との接合位置のみに配置され、外部に漏れたり、はみ出したりすることが防止されるので、溶融したハンダ５０が流れ過ぎて、外部の回路と短絡することが防げる。ハンダの形成位置を規制するハンダレジストも不要である。
【００３３】
〔実施形態２〕
図３(A) 〜図３(B) に示すように、回路３０を凹部２０の底面のみに形成しておくこともできる。このとき、ハンダ５０の引張力は、電子部品４０の電極４２を底面の回路３０に引き付けるか、電極４２の端面を凹部２０の内側壁に引き付ける作用を生じる。この場合も、電子部品４０が凹部２０から過剰に浮き上がったり傾いたりすることはない。
【００３４】
〔実施形態３〕
図４に示す実施形態は、基板に凸部を形成しておく。
工程(A) で、基板１０の表面に、上端に向けて細くなるテーパー柱状の凸部６０を形成する。凸部６０は間隔をあけて２個所に形成される。したがって、凸部６０、６０で挟まれた空間には凹所が生じることになる。
【００３５】
工程(B) で、凸部６０の周辺の基板１０の表面から凸部６０の側壁面および凸部６０の上端面にかけて回路３０が形成される。
工程(C) で、対向する凸部６０、６０の中央に、電極４２にハンダ５０が形成された電子部品４０を挿入し、電子部品４０の両端が凸部６０、６０の内側に嵌まり込むようにする。
【００３６】
その後、前記実施形態と同様に、非酸化性雰囲気中でハンダ５０を加熱溶融させれば、電極４２と回路３０とがハンダ５０で接合される。
〔実施形態４〕
図５に示す実施形態は、電子部品４０の構造が異なる。
工程(A) で、基板１０の表面に、上端に向けて細くなるテーパー柱状の凸部６０を１本だけ形成する。
【００３７】
工程(B) で、凸部６０の両側壁面から基板１０の表面にかけて回路３０が形成される。
工程(C) では、電子部品４０として、両端にＬ字形に屈曲した脚状の電極４２を有する電子部品４０を用いる。脚状の電極４２には全面にハンダ５０が形成される。
【００３８】
上記構造の電子部品４０を、一対の脚状をなす電極４２、４２で凸部６０を挟み込むようにして、基板１０に取り付ける。電極４２の内側面が凸部６０の側壁面で回路３０と隣接し、電極４２の下端が凸部６０に隣接する基板１０表面の回路３０と隣接する状態になる。
その後、前記実施形態と同様に、非酸化性雰囲気中でハンダ５０を加熱溶融させれば、電極４２と回路３０とがハンダ５０で接合される。
【００３９】
上記実施形態では、１本の凸部６０で電子部品４０のハンダ付けが出来るので、基板１０の加工の手間が省ける。
〔実施形態５〕
図６に示す実施形態は、前記各実施形態で使用される電子部品４０へのハンダ５０の形成方法を示す。
【００４０】
工程(A) で、セラミックスや合成樹脂からなる非金属板材Ｐの表面に、スクリーン印刷やディスペンサー供給などの手段でクリームハンダ５０を塗布する。クリームハンダ５０の塗布位置は、電子部品４０の電極４２に対応する位置である。
工程(B) で、クリームハンダ５０の上に電極４２が配置されるようにして、電子部品４０を板材Ｐに載せた後、リフロー処理を行う。リフロー処理は、板材Ｐおよび電子部品４０の全体を加熱してハンダ５０を溶融させる。
【００４１】
非金属材料からなる板材Ｐはハンダ５０で濡れないので、ハンダ５０が濡れ易い電極４２の表面を覆うようにハンダ５０が吸い上げられて移行する。
このとき、電極４２の表面を覆うハンダ５０の厚みｔが０．０５mm以上になるように、板材Ｐに塗布するクリームハンダ５０の量を設定しておく。その結果、電子部品４０の基板１０へのはんだ付けに必要な量のハンダ５０が確実に供給でき、はんだ付けが良好に行える。
【００４２】
工程(C) で、板材Ｐから電子部品１０とともにハンダ５０を取り上げ、ハンダ５０が冷却固化すれば、電極４２が膜状のハンダ５０で覆われた電子部品４０が得られる。
その後、電子部品４０にフラックス除去のための洗浄処理を施せば、電子部品４０を基板１０にハンダ付けする際に、ハンダ５０の形成工程で残留したフラックスの悪影響を防ぐことができる。
【００４３】
上記実施形態では、クリームハンダ５０の塗布とリフローという比較的簡単な処理で、電子部品４０の電極４２に十分な厚みのハンダ５０を形成することができる。例えば、ハンダめっきでハンダ５０を形成するのに比べて、作業時間が短くて済む。但し、ハンダめっきのほうが、ハンダ５０の厚みを正確に管理できるという利点がある。
【００４４】
〔実施形態６〕
図７に示す実施形態は、電子部品４０ではなく基板１０にハンダ５０を形成しておく。
工程(A) で、基板１０に凹部２０を形成し、凹部２０の両端近くの底面から内側壁さらには基板１０の表面にかけて回路３０を形成する。回路３０のうち、凹部２０の底面に配置された個所にクリームハンダ５０を供給する。
【００４５】
工程(B) で、リフロー処理を行う。溶融したハンダ５０は、回路３０の底面部分を一様な厚みｔで覆う。ハンダ５０の厚みｔは前記同様に０．０５mm以上に設定する。その後、フラックス除去のための洗浄処理を行う。
工程(C) で、基板１０の凹部２０に電子部品４０を落とし込む。この電子部品４０の電極４２にはハンダ５０は形成されていない。電子部品４０は、回路３０の上のハンダ５０に載る形になる。前記実施形態と同様に、非酸化性雰囲気による加熱処理を行えば、回路３０と電極４２がハンダ５０で接合される。
【００４６】
〔実施形態７〕
図８に示す実施形態は、ハンダめっきで電子部品のハンダ付けを行う。
工程(A) では、基板１０に凹部２０が形成され、凹部２０内から基板１０の表面にかけて回路３０が形成される。凹部２０の底部中央には、絶縁性材料からなる接着剤７０が配置される。電子部品４０の電極４２、４２および基板１０の回路３０にはハンダは形成されていない。
【００４７】
工程(B) では、基板１０の凹部２０に電子部品４０を落とし込む。電子部品４０の底面が接着剤７０を介して凹部２０の底面に仮固定される。電極４２と回路３０とは直に当接している。
工程(C) では、基板１０の上方から電気めっき法によりハンダめっき５２を形成する。ハンダめっき５２は、導電性材料である回路３０から電極４２の表面にかけて形成される。ハンダめっき５２の厚みは、５０μｍ以上に設定する。回路３０から電極４２にかけて一体形成されたハンダめっき５２が回路３０と電極４２とを接合する。
【００４８】
なお、基板１０および電子部品４０の表面のうちハンダめっき５２を付着させたくない個所は、レジスト材などで覆っておくことが好ましい。
上記実施形態では、接着剤７０で電子部品４０を基板１０に仮固定しておくので、電気めっきによる処理などの際に、電子部品４０が凹部２０から浮き上がったり姿勢が変わったりすることが防げる。ハンダめっき５２によるハンダ付けは、フラックスレスであり、フラックスの問題が生じない。ハンダめっき５２は、強固な接合が実現できる。ハンダめっき５２は、非導電性の基板１０表面などに付着することがないので、短絡が起き難い。高温に加熱する必要がないので、基板１０や電子部品４０に熱ダメージを与えることが少ない。
【００４９】
〔実施形態８〕
図９に示す実施形態は、ハンダ収容凹部を利用する。
図９(A) に示すように、基板１０の表面に、平面矩形状の凹部２０を形成するとともに、凹部２０の長手方向の両端に小さなハンダ収容凹部２２、２２を形成する。図９(C) にも示すように、凹部２０の両端近くの底面からハンダ収容凹部２２、２２の底面にかけて回路３０が形成される。
【００５０】
電子部品４０を吸着搬送具ｍ１で支持するとともに、球状ハンダ５４を別の吸着搬送具ｍ２で支持した状態で電子部品４０の両端の電極４２、４２に隣接させて保持しておく。
この状態で、電子部品４０は凹部２０に球状ハンダ５４はハンダ収容凹部２２にそれぞれ送り込む。
【００５１】
図９(B) (C) に示すように、電子部品４０は凹部２０にぴったりと嵌まり込み位置決めされる。電子部品４０の上部は凹部２０から上方に少し突き出ている。球状ハンダ５４は、ハンダ収容凹部２２内で、電子部品４０の電極４２とハンダ収容凹部２２の内側壁で挟まれた状態になる。
基板１０の全体を非酸化性雰囲気中で加熱すると、球状ハンダ５４は加熱溶融して、電極４２と回路３０との間に入り込み、両者を接合する。
【００５２】
上記実施形態では、電子部品４０とハンダ５４の供給が一度の工程で簡単に行え、しかも、基板１０に配置された電子部品４０およびハンダ５４は所定の位置に確実に位置決めされる。ハンダ５４を予め、電子部品４０や基板１０に形成しておく手間がかからない。接着剤等の仮固定手段も不要である。加熱溶融した球状ハンダ５４は凹部２０およびハンダ収容凹部２２から外部に漏れることはないので、基板１０の他の部分にハンダが付着するのを防ぐソルダーレジストなしでも、加熱溶融時に、別の電子部品と接触したり短絡を起こしたりすることがなく、作業の歩留りが向上する。
【００５３】
〔実施形態９〕
図１０に示す実施形態は、球状ハンダ５４を圧入して電子部品１０を仮固定する。
工程(A) では、基板１０に凹部２０を形成する。凹部２０の底面で両端近くには回路３０が形成される。
【００５４】
工程(B) では、吸着搬送具ｍ１で電子部品４０を凹部２０の中央に配置し、回路３０の上に電極４２を載せる。凹部２０の長さが電子部品４０の長さよりも大きいので、電子部品４０の両端面と凹部２０の内側壁との間には隙間があいている。
工程(C) では、吸着搬送具ｍ２に支持された球状ハンダ５４を、電子部品４０と凹部２０の内側壁との間の隙間に圧入する。したがって、球状ハンダ５４の直径は、電子部品４０と凹部２０との隙間よりも少し大き目に設定されている。
【００５５】
球状ハンダ５４の圧入で、電子部品４０および球状ハンダ５４は凹部２０の内部に固定される。このとき、電子部品４０を吸着搬送具ｍ１で抑えておけば、電子部品４０が浮き上がることが防げる。
その後、非酸化性雰囲気中での球状ハンダ５４の加熱溶融を行い、電極４２と回路３０とを接合する。
【００５６】
上記実施形態では、球状ハンダ５４の圧入によって電子部品４０を基板１０に固定するので、その後の取扱いで外力や振動が加わっても、電子部品４０が外れたりずれたりすることが確実に防げる。しかも、接着剤などの別の材料を用いる必要もない。
〔実施形態１０〕
図１１に示す実施形態は、バネ状ハンダを利用する。
【００５７】
工程(A) から工程(B) までは、前記した実施形態９と同様である。
工程(C) では、バネ状ハンダ５６を用いる。バネ状ハンダ５４は、テープ状のハンダ材料をΩ形に屈曲成形することで、両側から圧縮すると弾力的な反発力が生じるようにしている。吸着搬送具ｍ２に支持されたバネ状ハンダ５６を、電子部品４０と凹部２０の内側壁との間の隙間に圧入すると、バネ状ハンダ５６が弾力的に圧縮された状態で入り込む。バネ状ハンダ５６の反発力で、電子部品４０および球状ハンダ５４は凹部２０の内部に固定される。このときも、電子部品４０を吸着搬送具ｍ１で抑え、浮き上がりを防ぐことが好ましい。
【００５８】
その後、非酸化性雰囲気中でバネ状ハンダ５６を加熱溶融させれば、バネ状ハンダ５６は形状を失い、電極４２と回路３０との間に流れ込んで両者を接合する。
上記実施形態では、弾力的な変形性に優れた形状のバネ状ハンダ５６を用いるので、電子部品４０の固定が確実である。バネ状ハンダ５６の形状設計によって、適度な固定力を電子部品４０に加えることができるので、電子部品４０に無理や負荷が加わらない。
【００５９】
〔実施形態１１〕
図１２に示す実施形態は、シート状ハンダを利用する実施形態の一例である。工程(A) では、薄いシート状をなすハンダを成形してシート状ハンダ５８を作製する。シート状ハンダ５８は、全体が矩形状をなし、中央に対称形状でＣ形および逆Ｃ形の切り抜きがされ、切り抜きの内側には矩形状の接合部５８ｂが形成され、外周部５８ａとの間が狭いくびれ部５８ｃで連結されている。
【００６０】
工程(B) では、基板１０に凹部２０が形成され、凹部２０の底面には回路３０が形成される。基板１０の上にシート状ハンダ５８を載せ、その上から、吸着搬送具ｍ１で支持された電子部品４０を凹部２０内に押し込む。
工程(C) では、電子部品４０で押さえられたシート状ハンダ５８が、細いくびれ部５８ｃで切断され、接合部５８ｂが凹部２０の内部に押し込まれる。くびれ部５８ｃは凹部２０の内周角部に当たると容易に切断される。外周部５８ａは基板１０の上方に残る。接合部５８ｂは、電子部品４０の電極４２と回路３０との間に挟み込まれるとともに、凹部２０の内壁形状に沿って折り曲げられる。接合部５８ｂが変形させられたときの反発力で、電子部品４０は凹部２０の内部に固定される。
【００６１】
工程(D) では、シート状ハンダ５８の外周部５８ａを取り除いた後、非酸化性雰囲気中での加熱を行う。シート状ハンダ５８の接合部５８ｂは溶融して、電極４２と回路３０とを接合する。
上記実施形態では、ハンダ５８ｂおよび電子部品４０の供給配置が１動作で簡単かつ確実に完了する。ハンダと電子部品とを別々に供給する手間が省ける。シート状ハンダ５８は、クリームハンダ等に比べてハンダ以外の不要成分の含有が少ないので、それに起因する不良が起こり難い。
【００６２】
〔実施形態１２〕
図１３に示す実施形態は、電子部品４０の上に別の部品を取り付ける。
工程(A) では、前記した各実施形態と同様にして、基板１０の凹部２０内に電子部品４０を挿入し、電極４２と回路３０をハンダ５０で接合する。このとき、凹部２０の上端すなわち基板１０の表面と電子部品４０の上端との間に隙間ｇをあける。
【００６３】
工程(B1)では、凹部２０の上方をまたいで、基板１０の表面に別の電子部品１００を実装する。この電子部品１００のハンダ付けは、通常のハンダ付け方法を適用すればよい。なお、基板１０の表面に前記凸部６０を形成すれば、本発明によるハンダ付け方法も適用できる。
工程(B2)では、基板１０の表面に、ＬＣＤ等の大型のフラット部品１０２を取り付けている。フラット部品１０２の取付手段は通常の方法が適用される。
【００６４】
上記実施形態では、複数の電子部品を重ねて取り付けることができるため、部品の実装密度が向上する。大型のフラット部品１０２やケース等のスペースを取る部品を取り付けるために利用できなかった基板１０のスペースを、電子部品４０の取付スペースとして効率的に利用できる。従来、フラット部品１０２を電子部品４０や回路３０の上方に取り付けるためには、スペーサ部材などが必要であったが、このような部材が必要なくなるので、部品点数および工数が削減される。
【００６５】
〔実施形態１３〕
図１４に示す実施形態は、基板１０に内層回路を設けておく。
工程(A) では、基板１０の内部に内層回路３２、３２を形成しておく。基板１０の表面から内層回路３２、３２に到達する深さの凹部２０を形成する。
工程(B) では、電極４２にハンダ５０が形成された電子部品４０を、基板１０の凹部２０に落とし込む。電子部品４０は縦方向の姿勢で凹部２０に嵌まり込む。電極４２およびハンダ５０が、内層回路３２、３２の位置に配置される。
【００６６】
この状態で、前記同様に、非酸化性雰囲気中における加熱を行い、ハンダ５０を溶融させれば、ハンダ５０で内層回路３２、３２と電極４２とが接合されることになる。
上記実施形態では、従来の方法のように、内層回路３２から基板１０の表面までスルーホールやビアホールで回路を引き出して表面で電子部品４０をハンダ付けするという手間が不要になる。内層回路３２に対して直接に電子部品４０をハンダ付けできるので、接続の信頼性が向上し、部品の実装密度も高めることができる。
【００６７】
〔実施形態１４〕
図１５に示す実施形態も、上記実施形態と同様に内層回路を利用する。
工程(A) では、基板１０の内部に配置された内層回路３２に到達する凹部２０を形成するとともに、さらに凹部２０の底面から内側壁および基板１０の表面に至る回路３０も形成しておく。内層回路３２の一部は凹部２０の底面に沿って延びている。
【００６８】
工程(B) では、凹部２０の中に、電極４２にハンダ５０が形成された電子部品４０を落とし込む。電子部品４０の片側の電極４２はハンダ５０を介して内層回路３２の上に配置され、反対側の電極４２はハンダ５０を介して後から形成された回路３０の上に配置される。その後のハンダ５０の加熱溶融は前記実施形態と同様に行われ、ハンダ５０で内層回路３２および３０と電極４２とが接合される。
【００６９】
〔実施形態１５〕
図１６に示す実施形態は、回路３０の表面に接合性を向上させる処理を施しておく。
工程(A) では、基板１０の凹部２０に形成する回路３０として、その表面にＡｕ層３０ａを０．１μｍ以上の厚みで形成しておく。この厚みは、下地となる回路３０の金属が拡散して表面に露出してくるのを防ぐことができる程度に設定されている。表面層３０ａは、メッキで形成され、回路３０の酸化を抑え、電子部品４０の電極４２に形成されたハンダ５０の濡れ性を向上させる作用がある。Ａｕの代わりに、Ａｇ、Ｐｔであっても良く、各元素の合金や化合物を用いても同様の機能が発揮できる。
【００７０】
工程(B) で、ハンダ５０を加熱溶融させれば、ハンダ５０が回路３０の表面層３０ａに対して良好な濡れ性を示し、回路３０と電極４２とを良好に接合させる。濡れ性を向上させるためのフラックスは不要である。
さらに、前記工程 (A) において、回路３０の表面に形成する表面層３０ａとして、ＳｎあるいはＳｎ合金を１μｍ以上の厚みで用いることができる。ＳｎやＳｎ合金からなる表面層３０ａは、ハンダめっき等の手段で形成される。これらの表面層３０ａは、非酸化性雰囲気中における加熱溶融処理によってハンダ５０とともに溶融し、回路３０の表面の濡れ性を向上させるとともにハンダ５０と融合一体化されて、電極４２と回路３０との接合性を向上させる。
【００７１】
〔実施形態１６〕
図１７に示す実施形態は、基板１０の凹部２０への電子部品４０の装着方法を表す。
図１７(A) に示すように、基板１０には、予め、凹部２０が多数形成され、凹部２０の内部から基板１０の表面にかけて回路３０が形成されている。電子部品４０の電極４２または回路３０の表面にはハンダ（図示せず）を配置しておく。
【００７２】
基板１０の上部に多数の電子部品４０を載せる。このとき、電子部品４０は所定の凹部２０に入っていなくてもよい。ここで、基板１０を振動させたり揺動させたりする。そうすると、各電子部品４０は、基板１０の表面に沿って移動する。電子部品４０が凹部２０の位置にくると、電子部品４０は凹部２０の中に落ち込んで所定の位置に収まる。
【００７３】
図１７(B) に示すように、基板１０を一定時間の振動あるいは揺動させれば、全ての電子部品４０が所定の凹部２０に正しく収容されることになる。その後の、ハンダの加熱溶融処理などは前記した実施形態と同様である。
図１８(A) に示すように、凹部２０の内周角部に面取り１２を施しておけば、電子部品４０の凹部２０への落ち込みがスムーズに行われる。図１８(B) に示すように、電子部品４０の外周角部に面取り４４を形成しても同様の作用が達成される。なお、図１８(A) (B) では、回路３０およびハンダ５０の図示を省略している。
【００７４】
〔実施形態１７〕
図１９に示す実施形態は、加熱をエネルギービームで行う。
基板１０の凹部２０に形成された回路３０の上に電子部品４０を配置し、電子部品４０と回路３０の間に球状ハンダ５４を配置する。ここまでの作業は、前記した実施形態と同様である。
【００７５】
基板１０を、非酸化性雰囲気に調整された加熱室に収容する。基板１０の上方から、レンズＬで集光されたＹＡＧレーザ等のレーザ光ｒを照射する。レーザ光ｒは、ハンダ５４を加熱溶融させて、電極４２と回路３０とを接合する。レーザ光ｒが、ハンダ５４や電極４２あるいは回路３０などのハンダ付け時に加熱しておきたい材料に選択的に吸収されて昇温させることのできる波長成分を含むものであれば、加熱を効率的に行うことができる。
【００７６】
上記実施形態では、基板１０の全体を加熱雰囲気に入れるのに比べて、ハンダ５４や電極４２を迅速かつ効率的に加熱することができる。基板１０のその他の部分を加熱して熱ストレスを発生させる問題が起こり難い。
〔実施形態１８〕
図２０および図２１に示す実施形態は、前記した図１３の実施形態と同様に、電子部品４０の上に別の電子部品を実装する。
【００７７】
図２０の実施形態では、図２０(A) に示すように、回路３０を、基板１０の凹部２０の底面から内側壁を経て基板１０の表面にまで形成している。凹部２０に収容され、ハンダ５０で電極４２が回路３０に接合された電子部品４０の上端は、基板１０の表面とほぼ同じに配置されていて、基板１０の表面の回路３０はその厚み分だけ電子部品４０の上端よりも上方に配置されている。
【００７８】
図２０(B) に示すように、別の電子部品１００は両端に脚状の電極１０４を備えている。この電子部品１００の脚状電極１０４を、基板１０の表面の回路３０にハンダ１１０で接合する。この部分のハンダ付けは、従来と同様のハンダ付け方法が適用される。
図２１の実施形態では、図２１(A) に示すように、基板１０に、内層回路３２に到達する凹部２０を形成している。基板１０の表面にも別の回路すなわち表面回路３４を形成している。凹部２０に挿入された電子部品４０は、電極４２をハンダ５０で内層回路３２に接合する。
【００７９】
図２１(B) に示すように、基板１０の表面回路３４に別の電子部品１００の脚状電極１０４をハンダ１００で接合する。
〔実施形態１９〕
図２２に示す実施形態は、電子部品４０の実装密度を高める。
図２２(A) に示すように、基板１０に複数の凹部２０を形成している。各凹部２０には、凹部２０の底面両端から内側壁にかけて回路３０を形成している。回路３０は基板１０の表面までは形成されていない。
【００８０】
このような凹部２０に電子部品４０を挿入し、ハンダ５０で電極４２を回路３０と接合する。
ハンダ５０を加熱溶融したときに、溶融したハンダ５０は凹部２０の内部で回路３０に沿って移動することはあっても、凹部２０の外側にはみ出すことはない。したがって、複数の凹部２０を近接して配置していても、隣の凹部２０の回路３０同士が短絡を起こすことがない。その結果、凹部２０の配置間隔Ｘを短く設定でき、電子部品４０の実装密度を高めることができる。
【００８１】
図２２(B) では、回路３０を凹部２０の底面のみに形成しており、上記同様に、電子部品４０の実装密度が高められる。
図２２(C) では、基板１０に対向する凸部６０、６０を形成し、各凸部６０の対向する側壁とそれに隣接する基板１０の表面のみに回路３０を形成している。電子部品４０は基板１０の表面の回路３０に載せられて、電極４２と回路３０がハンダ５０で接合される。凸部６０の外側には回路３０がなく、ハンダ５０が凸部６０の外側にはみ出すこともないので、前記同様に、電子部品の実装密度を高めることができる。
【００８２】
図２２(D) では、基板１０に１個の凸部６０を形成し、その両側壁のみに回路３０を形成している。電子部品４０にはＬ字状に屈曲した脚状の電極４２を形成しておき、一対の電極４２、４２で凸部６０を挟むようにして電子部品４０を取り付け、ハンダ５０で電極４２と回路３０とを接合する。この実施形態では、複数の電子部品４０を並べて実装する場合、隣接する電子部品４０の電極４２同士が短絡を起こさない程度に間隔をあけておけばよく、電極４２よりも外側には何の構造も存在しないので、やはり電子部品４０の実装密度を高めることができる。
【００８３】
〔実施形態２０〕
図２３に示す実施形態は、弾力的に変形可能な支持凸部を用いる。
図２３(A) に示すように、基板１０に凹部２０を形成するとともに、凹部２０の内部で凹部２０の両側の内側壁よりも少し内側に入った位置に、比較的薄い板状をなす支持凸部６４、６４を形成している。対向して配置された支持凸部６４、６４は前後に傾くように弾力的に変形させることが可能になっている。支持凸部６４、６４の間隔Ｗ1 は、電子部品４０の両電極４２、４２およびハンダ５０を含む全長Ｗ2 よりも少し狭く設定されている。
【００８４】
図２３(B) に示すように、電子部品４０を一対の支持凸部６４、６４の間に押し込む。支持凸部６４、６４は外側に傾くように変形させられ、その反発力で電子部品４０を挟み付けて固定する。
この状態で、前記同様にハンダ５０による電極４２と回路３０との接合を行う。
【００８５】
上記実施形態では、支持凸部６４、６４の弾性力で電子部品４０を簡単かつ確実に固定でき、続くハンダ付け工程が行い易くなる。また、基板１０の下面側に電子部品４０を装着したり、基板１０を立てた状態で電子部品４０を装着したりすることも可能になる。
〔実施形態２１〕
図２４に示す実施形態は、支持凸部６４を別部材で構成する。
【００８６】
図２４(A) では、金属材料などで構成された板片状の支持凸部６４を、基板１０の凹部２０に埋め込んで取り付けている。
この実施形態では、支持凸部６４の作製が容易であり、基板１０の材料よりも弾力性に優れた材料を用いることもできる。
図２４(B) では、導体材料からなる支持凸部６６を、基板１０の凹部２０に埋め込んで取り付けている。支持凸部６６には、水平方向に突出する回路部６６ａが形成されており、この回路部６６ａを回路３０として利用する。回路部６６ａは基板１０に配置された外部の回路と電気的に接続される。
【００８７】
この実施形態では、支持凸部６６と回路６６ａとが一体形成されているで、部品点数が減り、支持凸部６６と回路６６ａを別々に作製する手間が省ける。
【００８８】
【発明の効果】
本発明にかかる電子部品のはんだ付け方法は、電子部品を基板の所定位置に配置して位置決めされた状態で、非酸化性雰囲気中における加熱、あるいは、はんだメッキでハンダ付けを行うので、電子部品が正確な位置で確実にハンダ付けされる。電子部品のハンダ付けにフラックスを用いる必要がないので、フラックスに起因する不良が起こらず、フラックス除去の手間も省ける。電子部品が正確に位置決めされた状態でハンダ付けされれば、電気的および機械的な接合性能も向上するとともに、基板に複数の電子部品を近接させて実装しても短絡や干渉等の問題が生じないので、電子部品の実装密度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を表す電子部品のハンダ付け方法を工程順に示す概略工程図
【図２】ハンダ付け時に生じる現象を示す説明図
【図３】別の実施形態におけるハンダ付けの現象を示す説明図
【図４】別の実施形態を表す概略工程図
【図５】別の実施形態を表す概略工程図
【図６】電子部品へのハンダ形成方法を工程順に示す概略工程図
【図７】基板へのハンダ形成方法を工程順に示す概略工程図
【図８】別の実施形態を表す概略工程図
【図９】別の実施形態を表す概略工程図
【図１０】別の実施形態を表す概略工程図
【図１１】別の実施形態を表す概略工程図
【図１２】別の実施形態を表す概略工程図
【図１３】別の実施形態を表す概略工程図
【図１４】別の実施形態を表す概略工程図
【図１５】別の実施形態を表す概略工程図
【図１６】別の実施形態を表す概略工程図
【図１７】別の実施形態を表す概略工程図
【図１８】基板および電子部品との詳細構造を示す概略断面図
【図１９】別の実施形態を表す断面図
【図２０】別の実施形態を表す概略工程図
【図２１】別の実施形態を表す概略工程図
【図２２】別の実施形態を表す断面図
【図２３】別の実施形態を表す概略工程図
【図２４】別の実施形態を表す断面図
【符号の説明】
１０ 基板
２０ 凹部
３０ 回路
３０ａ 表面層
３２ 内層回路
４０ 電子部品
４２ 電極
５０ ハンダ
５２ ハンダめっき
５４ 球状ハンダ
５６ バネ状ハンダ
５８ シート状ハンダ
６０ 凸部
６４ 支持凸部
７０ 接着剤
Claims (8)
- 基板の回路に電子部品の電極をハンダ付けする方法であって、以下の工程を含む電子部品のハンダ付け方法。
(a) 前記電子部品を収容する凹部または前記電子部品を囲む凸部と、凹部または凸部またはその隣接個所で電子部品の前記電極に対応する個所に配置された前記回路とを備えた基板を準備する工程。
(b) 前記電子部品を前記基板の凹部内または凸部で囲まれた個所に配置するとともに、前記凹部または凸部と電子部品との間に前記ハンダとして球状ハンダを圧入して電子部品を仮固定する工程。
(c) 前記ハンダを非酸化性雰囲気中で加熱し、ハンダで前記電極と前記回路とを接合する工程。 - 基板の回路に電子部品の電極をハンダ付けする方法であって、以下の工程を含む電子部品のハンダ付け方法。
(a) 前記電子部品を収容する凹部または前記電子部品を囲む凸部と、凹部または凸部またはその隣接個所で電子部品の前記電極に対応する個所に配置された前記回路とを備えた基板を準備する工程。
(a-1) 接合部がくびれ部のみを介して外周部に連設されたシート状ハンダを準備する工程。
(b) 前記基板の凹部または凸部に前記シート状ハンダを配置した後、前記電子部品を前記基板の凹部内または凸部で囲まれた個所に挿入することで、前記電子部品でシート状ハンダのくびれ部を切断し、接合部のみを前記電子部品の電極と前記基板の回路との間に配して前記電子部品を前記基板の凹部または凸部に係合させる工程。
(c) 前記ハンダを非酸化性雰囲気中で加熱し、ハンダで前記電極と前記回路とを接合する工程。 - 前記基板を準備する工程(a) では、
前記電子回路の電極と対応する個所に配置された前記回路の表面を、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔまたはこれらの元素の合金あるいは化合物のうちの何れかで構成する、
請求項１または２に記載の電子部品のハンダ付け方法。 - 前記基板を準備する工程(a) では、
前記電子回路の電極と対応する個所に配置された前記回路の表面を、Ｓｎまたはその合金のうちの何れかで構成する、
請求項１または２に記載の電子部品のハンダ付け方法。 - 前記ハンダを加熱する非酸化性雰囲気では、酸素濃度が１０００ppm 以下である、
請求項１〜４の何れかに記載の電子部品のハンダ付け方法。 - 前記非酸化雰囲気中での加熱が、エネルギービームの照射により行われる、
請求項１〜５の何れかに記載の電子部品のハンダ付け方法。 - 前記基板を準備する工程(a) では、前記電子回路の電極と対応する個所に配置された前記回路の表面を、Ｃｕ、Ｎｉまたはこれらの元素の合金あるいは化合物のうちの何れかで構成し、
前記ハンダを加熱する非酸化性雰囲気が、真空度０．１torr以下、もしくは、Ｈ2 を３％以上を含んだＮ2 からなる非酸化性雰囲気である、
請求項１、２、５、６の何れかに記載の電子部品のハンダ付け方法。 - 前記基板を準備する工程(a) では、
前記回路を前記凹部の内部または前記凸部の側面のみに配置しておく、
請求項１〜７の何れかに記載の電子部品のハンダ付け方法。
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