JP5287425B2

JP5287425B2 - 配線基板、それを使用する電子回路の製造方法及び配線基板の固定治具

Info

Publication number: JP5287425B2
Application number: JP2009081309A
Authority: JP
Inventors: 正義三好
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2029-03-30
Also published as: JP2010232605A

Description

本発明は配線基板、それを使用する電子回路の製造方法及びそれに使用する配線基板の固定治具に関し、特に所望サイズの電子回路を同時に製造可能にする配線基板、それを使用する電子回路の製造方法及びそれに使用する配線基板の固定治具に関する。

電子回路は、１個以上のＩＣ等の能動デバイス（以下、デバイスという）及び／又は抵抗やキャパシタ等の受動部品（以下、コンポーネントという）を配線基板又はプリント配線基板に搭載して相互接続して構成するのが一般的である。斯かる配線基板には、剛性を有するソリッド基板及びフィルム状のフレキシブル基板がある。

上述の如き配線基板を使用して電子回路を製造するには、所定形状の配線基板の表面に実装されるデバイスやコンポーネントの接続ピン（接続端子）及びデバイスやコンポーネント間の相互接続部に応じて所定パターンのクリーム半田を印刷する半田印刷工程、クリーム半田が印刷された配線基板の所定位置にデバイス及びコンポーネントを好ましくはマウンタを使用して自動的に実装する部品搭載工程及びデバイスやコンポーネントが搭載された配線基板をクリーム半田の融点以上の所定温度に加熱してクリーム半田を溶融するリフロー半田付け工程を含むのが一般的である。

斯かる配線基板にデバイスやコンポーネントを搭載して電子回路を効率的に且つ高信頼性で製造するには、複数個の配線基板を並べて同時に複数個の電子回路を製造するのが好ましい。特に、小型電子機器の電子回路や、大型電子機器の電子回路の一部分を、例えば機能別に分割してユニット化した電子回路ユニットを製造する場合には、複数個の配線基板に同じ電子回路又は回路ユニットを同時に製造するのが好ましい。

複数の配線基板を使用して、複数の電子回路を同時に製造する従来技術は、種々の特許文献に開示されると共に実用化されている。これら従来技術の１つでは、比較的大きなワーク基板を複数領域に区画し、これら複数の区画に上述した半田印刷工程、部品搭載工程及びリフロー半田付け工程を同時に行う。最後に、配線基板の区画間に形成された複数のスリットに沿って、配線基板を折り曲げて各区画毎に分離して複数個の電子回路を得る（例えば、特許文献１参照。）。

また、比較的大きい配線基板である親プリント基板に複数のスリットにより分離な複数の子プリント回路基板を形成し、電子回路製造時に親プリント回路基板に反りが生じるのを防止する親プリント回路基板の一部分と係止する係止部を有する親プリント回路基板の反り防止方法及び反り防止治具が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。

更に、矩形状の装着用治具の上面に位置決め配置されたベース板上に複数の個別フレキシブルプリント基板を並べて密着配置するフレキシブルプリント基板の搬送用キャリア及びフレキシブルプリント基板への電子部品実装方法が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。

特公平１０−１７３２９９号公報特公平７−９７６９９号公報特開２００４−７１８６３号公報

しかし、上述の如き従来技術には、幾つかの課題を有する。即ち、特許文献１及び２に開示する１枚の大きい配線基板をスリットにより複数に区画して、半田印刷工程、部品実装及びリフロー半田付け工程後に複数の個別回路基板に分離して複数の個別配線基板を得る場合には、配線基板をスリットに沿って折り曲げて個別配線基板に分離又は分割する際に、半田付け部等に余分の力が加わり接続不良等を生じさせる可能性がある。また、リフロー半田付け工程で大型の配線基板に反り等の歪が生じて、製造される電子回路に及ぼす悪影響を防止するため、特許文献２に開示する如き付加的な手段が必要になり、作業効率の低下又はコストの上昇を生じる。

更に、特許文献３に開示される如き従来技術は、構造が複雑であり、効率的且つ低コストでの電子回路の製造は困難である。また、上面に樹脂層が形成されたベース層を使用することによりフレキシブルプリント基板の場合には対応可能であっても、ソリッドな配線基板には適用不可能又は困難である。また、リフロー半田付けのため高温度の加熱による熱膨張を考慮した複数の配線基板の位置決めがなされていない。

本発明は、従来技術の上述する如き課題に鑑みなされたものであり、比較的小サイズの配線基板を使用して効率的、高信頼性且つ低コストで必要個数の電子回路を製造可能にする配線基板、それを使用する電子回路の製造方法及びそれに使用する治具を提供することを主たる目的とする。

本発明の配線基板、それを使用する電子回路の製造方法及びそれに使用する治具は、次の如き特徴的な構成を採用している。

（１）本発明の配線基板は、少なくとも１個の電子デバイス及びコンポーネントを搭載し、固定治具に取り付けてリフロー半田付けする略矩形状の配線基板において、
前記固定治具に形成された１対の位置決めピンが挿入されて位置決めするため、対向するエッジの近傍の実質的に対応する位置に第１穴及び第２穴を有し、前記第１穴は前記位置決めピンの一方と実質的に密嵌合する寸法であり、前記第２穴は前記第１穴及び第２穴を通る直線方向に延びた長穴である配線基板。
（２）前記第２穴は前記配線基板のエッジから前記第１穴の方向へ延びる切欠きである上記（１）の配線基板。

（３）本発明の配線基板を使用する電子回路の製造方法は、それぞれ少なくとも１個の電子デバイス及びコンポーネントにより形成される電子回路を略矩形状である複数の配線基板を使用して複数の電子回路を同時に製造する電子回路の製造方法において、
前記複数の配線基板を固定治具に位置決めして平面状に並べて固定する配線基板の取付ステップと、前記複数の配線基板に所定パターン状の半田クリームを印刷する半田クリーム印刷ステップと、前記複数の配線基板の所定位置に前記電子デバイス及びコンポーネントを搭載する部品搭載ステップと、前記固定治具に取り付けられた前記複数の配線基板を加熱して前記半田クリームを溶融して半田付けするリフロー半田付けステップとを備え、
前記各配線基板には、対向するエッジの対応位置に形成された略円形の第１穴及び細長い第２穴よりなる位置決め穴が形成され、前記固定治具の対応位置に形成された位置決めピンを挿入して位置決め固定する配線基板を使用する電子回路の製造方法。
（４）前記複数の配線基板の表面が前記固定治具の上面と実質的に同一面となるように前記複数の配線基板を前記固定治具に位置決めして取り付ける上記（３）の電子回路の製造方法。

（５）本発明の配線基板の固定治具は、複数の電子回路を同時に製造するために複数の配線基板を平面状に並べて位置決め固定する配線基板の固定治具において、
前記固定される複数の配線基板に対応して形成された複数の開口と、該各開口に対応して形成され前記各配線基板を受容する配線基板受容凹部と、該各配線基板受容凹部の両側の対応位置に形成された１対の位置決めピンとを備え、
前記各配線基板受容凹部の前記１対の位置決めピンを前記配線基板に形成された前記位置決めピンに対応する寸法の略円形の第１穴及び細長い第２穴に挿入して位置決め固定する配線基板の固定治具。
（６）前記配線基板受容凹部の深さを前記配線基板の板厚と実質的に等しく選定する上記（５）の配線基板の固定治具。
（７）前記位置決めピンの高さは、前記配線基板の板厚を超えない寸法に選定する上記（５）又は（６）の配線基板の固定治具。

本発明の配線基板、それを使用する電子回路の製造方法及び配線基板の固定治具は、次の如き実用上の特有の効果を奏する。先ず、本発明の配線基板によると、エッジ部に円形の穴と長穴又は切欠きを有するので、配線基板固定治具に高精度で位置決め固定可能であり、高精度且つ高信頼性の電子回路の製造に使用可能である。また、１対の位置決め穴は、十分小さいので、電子回路の形成に殆ど悪影響を及ぼすことがない。更に、大きな親基板から分割する従来の分割型の配線基板に対して廃棄する無駄な基板部分がないので経済的である。

本発明の配線基板を使用する電子回路製造方向によると、配線基板に形成された１対の位置決め穴又は切欠きを基準として複数の配線基板を固定治具に正確に位置決め固定可能であるので、高精度且つ高信頼性の電子回路が形成可能である。また、固定治具に位置決め固定したままで、半田パターン印刷、部品の搭載、リフロー半田付け等の工程を連続して実施可能である。電子回路が形成された配線基板を固定治具から取り外すのみであり、配線基板に過度の力や応力を加えることがないので、製造された電子回路に悪影響を及ぼす虞がない。

本発明の配線基板の固定治具によると、複数の配線基板の位置決め穴に位置決めピンに挿入して、高精度に位置決め固定可能である。また、この配線基板を使用する電子回路の製造工程中の大きい温度変化に晒しても、配線基板や製造された電子回路に悪影響を及ぼすことがない。更に、複数の配線基板は、その表面が固定治具の上面と同一面になるように位置決め固定されるので、作業性が良好であり、低コストで複数の電子回路を同時に製造可能にする。

本発明による複数の配線基板の好適実施例を本発明の配線基板固定治具に取り付けた状態を示す斜視図である。図１に示す本発明による配線基板及び固定治具の線ＩＩ−ＩＩに沿う断面図である。図２の拡大部分断面図であり、（Ａ）は図２中のＡ部分、（Ｂ）は図２中のＢ部分の拡大図である。図１に示す配線基板及び固定治具の平面図である。本発明による１枚の配線基板の平面図を示し、（Ａ）は図１及び図４に示す実施例と同じ配線基板であり、（Ｂ）は他の実施例の配線基板である。

以下、本発明による配線基板、それを使用する電子回路の製造方法及び配線基板の固定治具の好適な実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。

先ず、図１は、電子回路を製造するために使用される本発明による配線基板及びその固定治具の好適な実施形態を示す斜視図である。即ち、図１は、電子回路製造するために複数（この具体例では４枚）の配線基板１０ａ〜１０ｄが配線基板の固定治具（以下、単に固定治具という場合もある）２０に位置決め固定された状態を示している。

複数の配線基板１０ａ〜１０ｄは、略矩形状の同一形状であるので、各配線基板を区別する必要がない場合には同じ参照番号１０を使用することとする。後述する如く、各配線基板１０は、両端部近傍の対応位置（図１中の左右両端部）に形成された位置決めのための１対の穴、即ち第１穴１１及び第２穴１２を有する。第１穴１１は略円形の穴であり、第２穴１２は第１穴１１及び第２穴１２を通る直線方向に延びる細長い穴である。

他方、配線基板の固定治具２０は、例えばＳＵＳ（ステンレス鋼）製である。この固定治具２０は、複数の開口２１ａ〜２１ｄを有すると共に開口の周縁部に段状部２２が形成され、配線基板受容凹部２３ａ〜２３ｄを有する。各配線基板受容凹部２３の段状部２２の対応位置には、取り付けられる配線基板１０の両端部の位置決め穴１１、１２との対応位置に位置決めピン２４、２５が形成されている。これら位置決めピン２４、２５は、例えば断面が円形（即ち丸ピン）の実質的に同一寸法である。尚、位置決めピン２４、２５の長さは、配線基板１０の板厚と等しいか少し短く選定されている。その結果、固定治具２０の配線基板受容凹部２３に位置決め固定された配線基板２０の位置決め穴１１、１２から位置決めピン２４、２５が突出することはない。

次に、図１の線ＩＩ−ＩＩに沿う断面図を示す図２を参照して説明する。固定治具２０の配線基板受容凹部２３の深さは、この受容凹部２３に受容される配線基板１０の板厚と実質的に等しく選定されている。従って、配線基板受容凹部２３に配置固定される配線基板１０の上面は、固定治具２０の上面と実質的に同一平面となる。

また、配線基板受容凹部２３の左右の段状部２２には、位置決めピン２４、２５が植設されている。そして、これらの位置決めピン２４、２５は、配線基板受容凹部２３に配線基板１０が配置されると、それぞれ配線基板１０の第１穴１１及び第２穴１２に挿入される。尚、図２には、搬送ベルト３０も図示されている。この搬送ベルト３０は、複数の配線基板１０が位置決め固定された固定治具２０を所定方向（例えば、図１の手前方向）へ搬送又は移動させる。固定治具２０は、図示の如く搬送ベルト３０に対してピン及び位置決め穴で係合している。

図３は、図２に示す断面図の部分拡大図であり、（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ図２中の円Ａ及びＢに対応する。図３（Ａ）に示す如く、配線基板１０の第１穴１１の内径は、位置決めピン２４の外形と実質的に等しいので、第１穴１１は位置決ピン２４と密嵌合する。
この密嵌合により、配線基板１０は固定治具２０の配線基板受容凹部２３に正確に位置決め固定される。尚、配線基板１０に形成される電子デバイス等の接続端子（ピン）のピッチが例えば０．５ｍｍの場合には、０．１ｍｍ程度の寸法差（ガタツキ）は許容可能である。また、接続端子のピッチが０．３ｍｍの場合には、６０μｍ程度の寸法差は許容可能である。

他方、位置決めピン２５と第２穴１２との位置関係は、図３（Ｂ）に示す如く、第２穴１２が長穴であるので、搬送方向には密係合であるが、それに直交する方向には十分な余裕又は間隙が存在する。この間隙は、主として配線基板１０を使用して電子回路を製造する製造工程、特にリフロー半田付け工程中の高温度における配線基板１０と固定治具２０の熱膨張率の差を吸収するためである。

具体例では、配線基板１０の材料の熱膨張率が１０ｐｐｍ／Ｋで固定治具２０の材料（例えばＳＵＳ３０４）の熱膨張率が１７．４ｐｐｍ／Ｋであり、配線基板１０の寸法（長さ）が３００ｍｍで室温との温度差が２５０℃である場合には、固定治具２０の寸法変化は約１．３０５ｍｍである。他方、配線基板１０の寸法変化は約０．７５ｍｍである。従って、両者の寸法差は、約０．６ｍｍである。この寸法差を考慮して長穴である第２穴１２の寸法（長さ）を選定する。配線基板１０の位置決め穴１１、１２を共に密嵌合状態にすると、リフロー半田付け工程における熱膨張により、配線基板の破損、変形又はその他の不具合を生じ、製造される電子回路の信頼性を低下する虞がある。しかし、本発明によると、第２穴１２として長穴とすることにより、斯かる事態の発生を効果的に防止できる。

次に、図４を参照して説明する。図４は、本発明による４枚の配線基板１０（即ち、１０ａ〜１０ｄ）を位置決め固定する本発明の配線基板の固定治具２０の実施例の平面図である。図４に示す如く、この固定装置２０は、全体構成が略「田」字状であり、４個の開口部２１ａ〜２１ｄに、それぞれ所定深さの配線基板受容凹部２３が形成されている。各配線基板受容部２３には、それぞれの配線基板１０が位置決め固定される。

各配線基板受容部２３への各配線基板１０の位置決め固定は、上述した如く開口部２１の左右に形成された段状部２２の対応位置に植設された１対の位置決めピン１１、１２を各配線基板１０の左右のエッジ部に形成された位置決め用の第１穴２４及び第２穴２５に挿入することにより行う。第１穴２４は位置決めピン２４の外形と略等しい円形穴であり、第２穴２５は第１穴２４及び第２穴２５を通る直線方向（即ち、図４中の横方向）に延びる長穴であること、上述の通りである。

尚、上述した実施例では段状部２２は、開口部２１の左右両側のみに形成されているが、上下方向にも形成し、中央の開口部２１の周囲全体に形成してもよいこと勿論である。また、配線基板の固定治具２０は、４枚の配線基板を位置決め固定するものに限定されず、必要に応じて位置決め固定される配線基板の枚数を任意に選定することが可能である。

次に、図５を参照して説明する。図５（Ａ）は、図１〜図４を参照して上述した配線基板１０の拡大平面図である。一方、図５（Ｂ）は、本発明による他の実施例の配線基板４０の平面図である。尚、説明の便宜上、図５中には固定治具１０の配線基板受容凹部２３に植設された位置決めピン２４、２５を図示している。図５（Ａ）の配線基板１０は、上述の通りであり、固定治具２０の配線基板受容凹部２３に上述の如く位置決め固定されるので、説明は省略する。

他の実施例の配線基板４０は、上述した配線基板１０と同様な電気的に絶縁材料で形成された略矩形状である。そして、配線基板４０の左エッジ部に形成された略円形の位置決め穴４１及びそれに対応する右エッジから位置決め穴４１方向へ延びる切欠き４２を有する。換言すると、配線基板４０は、配線基板１０の位置決め用の第２穴１２を、切欠き４２に置換している。

他の実施例の配線基板４０を固定治具２０の配線基板受容凹部２３に配置すると、位置決め穴４１に固定治具２０の位置決めピン２４が密嵌合状態で挿入される。また、細長い切欠き４２には固定治具２０の位置決めピン２５が挿入される。斯かる位置決めピン２４、２５と位置決め穴４１及び切欠き４２の嵌合又は係合により、各配線基板４０を固定治具２０の配線基板受容凹部２３に正確に位置決め固定する。

尚、配線基板４０を固定治具２０の配線基板受容凹部２３に位置決め固定すると、各配線基板４０の上面と固定治具２０の上面は実質的に同一面として作業性を改善すること、上述した配線基板１０の場合と同様である。即ち、配線基板４０の厚さに対応して固定治具２０の配線基板受容凹部２３の深さ（固定治具２０の段状部２２から上面間での高さ）を選定している。

次に、本発明の電子回路の製造方法を簡単に説明する。先ず、配線基板の位置決め固定ステップで、上述の如き配線基板の固定治具２０に複数の配線基板１０（又は４０）を位置決め固定する。複数の配線基板１０の位置決め固定は、各配線基板１０の位置決め穴１１、１２に、それぞれ固定治具２０の位置決めピン２４、２５を挿入して行う。搬送ステップで、複数の配線基板１０が位置決め固定された固定治具２０を、搬送ベルト３０に取り付け、後続する処理ステップのために搬送する。

その後、半田印刷ステップで、固定治具２０に位置決め固定された複数の配線基板１０に所定パターンのクリーム半田のパターンを印刷形成する。更に、複数の配線基板１０の所定位置に電子回路を構成する１個以上の電子デバイスやコンポーネント等の部品（図示せず）をマウンタにより自動的に搭載する。リフロー半田付けステップで、搬送ベルト３０で搬送される固定治具２０と共に複数の配線基板１０をクリーム半田の融点以上の温度に加熱して各電子デバイスとコンポーネント間の電気的接続（リフロー半田付け）を行う。最後に、電気回路が形成された複数の配線基板１０又は４０を固定治具２０から取り外す。

上述した固定治具２０への複数の配線基板１０又は４０の位置決め固定は、作業者による手作業又はロボットによる自動取付の何れであってもよい。また、上述したクリーム半田印刷工程、部品搭載工程、リフロー半田工程等は、既知の工程であるので、各工程の詳細な説明は省略する。

以上、本発明による配線基板、それを使用する電子回路の製造方法及び配線基板の固定治具の好適な実施の形態について詳述した。しかし、斯かる実施の形態は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではない。本発明の精神や要旨を逸脱することなく種々の変形変更が可能であること、当業者には容易に理解できよう。

本発明は、特に注文生産等で比較的小サイズ且つ少数の電子回路を製造する場合に特に有効である。斯かるアプリケーションでは、多数の電子デバイスやコンポーネントを高密度且つ高精度で位置決めされ、製造される電子回路は高信頼性であることが要求される。

１０、４０配線基板
１１第１穴（円形）
１２第２穴（長穴）
２０固定治具
２１開口部
２２段状部
２３配線基板受容凹部
２４、２５位置決めピン
３０搬送ベルト
４１位置決め穴
４２切欠き

Claims

それぞれ少なくとも１個の電子デバイス及びコンポーネントにより形成される電子回路を略矩形状である複数の配線基板を使用して複数の電子回路を同時に製造する電子回路の製造方法において、
前記複数の配線基板を固定治具に位置決めして平面状に並べて固定する配線基板の取付ステップと、前記複数の配線基板に所定パターン状の半田クリームを印刷する半田クリーム印刷ステップと、前記複数の配線基板の所定位置に前記電子デバイス及びコンポーネントを搭載する部品搭載ステップと、前記固定治具に取り付けられた前記複数の配線基板を加熱して前記半田クリームを溶融して半田付けするリフロー半田付けステップとを備え、
前記各配線基板には、対向するエッジの対応位置に形成された略円形の第１穴及び細長い第２穴よりなる位置決め穴が形成され、前記固定治具の対応位置に形成された位置決めピンを挿入して位置決め固定し、前記第２穴の長手方向の長さは、前記リフロー半田付けステップ中の加熱によって生ずる熱膨張による前記各配線基板の寸法変化と前記固定治具の寸法変化との寸法差に基づいて決定されることを特徴とする配線基板を使用する電子回路の製造方法。