JP5428572B2

JP5428572B2 - ピン挿入部品の実装構造

Info

Publication number: JP5428572B2
Application number: JP2009152417A
Authority: JP
Inventors: 渡浦野
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2029-06-26
Also published as: JP2011009534A

Description

本発明は、ピン挿入部品のピン接続構造の接続信頼性の低下を防止するためのピン挿入部品の実装構造に関する。

近年、電子機器においてプリント配線板に表面実装された表面実装部品が主流を占めているが、表面実装化できないような大型の部品や挿抜のため十分な接合強度が必要となる部品などのピン挿入部品が表面実装部品と混在している。
一般的に、ピン挿入部品のはんだ接合方法として、表面実装部品と同時に実装を行う、ＰｉＨプロセス（ＰｉＰとも称する）、フローはんだ付け、人手による個別のはんだ付けが知られている（例えば、特許文献１、２、３参照）。

特許文献１には、基板にピンを挿入した後、そのピンの先端からリングはんだ、座金の順で圧入した後、熱風を用いてはんだを溶融しはんだ付けすることで、ピン挿入部品のスルーホールから突き出たピン先端へはんだが濡れ広がり、はんだ付け不良の発生を防ぐ工法について開示されている。
特許文献２は、ピン挿入部品のピン接合部の補強方法であって、はんだ付け面とは反対側の基板表面からスルーホールと挿入ピンとの隙間に接着剤などの補強樹脂を充填することで、はんだ付け部を補強する方法について開示したものである。
また、特許文献３には、フローはんだ付けによるはんだあがりによるショートを防ぐためペースト材料を基板表面に塗布しスルーホールと挿入ピンとの隙間を埋める方法について開示されている。

特許第２５４２６５７号公報特開平１１−１６８２７６号公報特開昭６３−２４６９３号公報

しかしながら、従来の電子部品の実装方法では、以下のような問題があった。
すなわち、上述したようなピン挿入部品とスルーホールとのはんだ付け工法においては、スルーホール内に溶融はんだを充填し、スルーホール内のめっき面とピン表面とを確実にはんだ付けする必要があるが、実際にはピンとスルーホールとの隙間の離間寸法が狭いうえ、ピン及びスルーホール内のめっき金属表面の酸化やフローはんだ付けにおけるはんだの酸化物などが原因となり、スルーホール内へのはんだの濡れ広がり不良に伴うはんだ未充填が発生し、例えばスルーホールランドとスルーホールより突き出たピン先端のみだけがはんだ付けされる場合もあり、この場合、接合強度の低下が問題となっている。

また、ピン挿入部品筐体とプリント配線板との線膨張係数差に伴う負荷がピンに対して繰り返し発生するため、はんだ未充填のスルーホール接合部における接合信頼性が低下することになる。そのため、大きな筐体を有したピン挿入部品の最外部に存在するピンほど前記負荷の影響が大きく、ピン周囲のはんだ接合部の破壊または剥離、ピンの折れ、切断などが生じるという不具合があった。
さらに、ピン挿入部品と基板との間にはピンの変形を緩衝させるための余裕をもたせており、変形によるピンの歪が小さくなるよう基板とピン挿入部品との間のピンの突出長が長いほどピンの接続信頼性向上には有効であるが、ピンが剥き出しの状態であることから、隣り合うピンどうしの間に異物やごみなどが横断してショートするおそれがあった。

また、特許文献１では、圧入した座金をさらにはんだ付けするため、挿抜の引き抜き強度は向上しているが、スルーホール内のめっき表面の酸化や、ピンとスルーホールとの間隙が少ないことによるスルーホール内へのはんだ未充填を防止するものではない。

そして、引用文献２および引用文献３では、ピンが基板の部品実装側表面に固定されているため、はんだ接合部のパッドの剥離などの障害は防げるものの、ピンの変形により力を受ける部分が基板の実装面側に移動しただけであり、大型の部品の場合には上述したようにピンの折れなどが発生するおそれがあった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、大型のピン挿入部品において、実装用の挿入ピンが部品下面に配されリードへの応力緩衝のためのギャップを極端に大きく取れないピン実装部品に発生するはんだの供給不足や、部品構造を原因とする接続信頼性低下を抑制し、さらにリード周囲の絶縁を確保可能とする樹脂補強構造を実現し、実装にかかる信頼性を向上するようにしたピン挿入部品の実装構造を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明に係るピン挿入部品の実装構造では、下面に挿入ピンを備えたピン挿入部品をプリント配線板に実装する際に、挿入ピンをプリント配線板のスルーホールに挿通させてはんだ接合するピン挿入部品の実装構造であって、ピン挿入部品の下面側縁部には、下方に向けて突出するとともに、ピン挿入部品の下面とプリント配線板との間に隙間を形成するためのスペーサが設けられ、下面に沿って周囲温度の影響で溶融固化、または溶融硬化が可能な補強用樹脂が設けられ、補強用樹脂は、下面とプリント配線板との間の間隔の３０％〜９０％の厚さ寸法で下面に塗布されていることを特徴としている。

本発明のピン挿入部品の実装構造によれば、例えばフローはんだ付けの予備加熱やリフロー温度によって補強用樹脂が溶融し、挿入ピンの周囲を覆いつつ硬化することで、挿入ピンとピン挿入部品の下面とプリント配線板の上面とが補強用樹脂によって連続的に繋がって被覆補強することできる。そのため、大型のピン挿入部品において、実装用の挿入ピンが部品下面に配されリードへの応力緩衝のためのギャップを極端に大きく取れないピン実装部品に発生するはんだの供給不足や、部品構造を原因とする接続信頼性の低下を抑制し、さらにリード周囲の絶縁を確保可能とする樹脂補強構造を実現し、実装にかかる信頼性の向上を図ることができる。

本発明の実施の形態によるピン挿入部品の実装構造を示す側断面図である。図１に示す実装構造においてフローはんだ付け時の状態を示す図である。

以下、本発明の実施の形態によるピン挿入部品の実装構造について、図１及び図２に基づいて説明する。
図１の符号１は、本実施の形態による実装構造を示しており、複数の挿入ピン３、３、…を備えたピン挿入部品２をプリント配線板４に実装させた構造となっている。挿入ピン３は、プリント配線板４に設けられたスルーホール５に圧入させるとともに、リフローはんだ付けによりピン挿入部品基板４に対して一体的に設けられている。
ここで、プリント配線板４の厚さ方向を上下方向とし、その上下方向に沿ってピン挿入部品２側を上側、その反対側を下側として、以下説明する。

挿入ピン３、３どうしは、所定の間隔をもって配置されている。ピン挿入部品２の下面側縁部２ｂには、ピン挿入部品２の下面２ａとプリント配線板４との間に隙間（図２に示すギャップＤ）を形成するために、下方に向けて突出するスペーサ６が設けられている。
そして、実装構造１のピン挿入部品２には、その下面２ａに沿ってほぼ全面にわたって周囲温度の影響で溶融固化、または溶融硬化が可能な補強用樹脂７が層状に設けられている。補強用樹脂７は、前記ギャップＤの３０％〜９０％の厚さ寸法で前記下面２ａに塗布されている。ここで、図１の符号ｔは、補強用樹脂７の厚さ寸法を示している。

補強用樹脂７は、絶縁性を有し、フローはんだ付けの予備加熱やリフロー温度によって溶融後、そのまま固化するような樹脂材料、例えば熱硬化型のエポキシ樹脂、又は熱可塑性のポリイミド樹脂などが適当と考えられる。

次に、上述したピン挿入部品２の製造方法について説明する。
図１に示すように、挿入ピン３が本体下面２ａに設けられたピン挿入部品２において、その下面２ａを上方に向けた状態でピン挿入部品２の周囲にテープ等をはりめぐらせ堰を作る、あるいは本体２の外形サイズに合わせ四角に抜いたマスクを用意し本体２を下面２ａを上方にしてマスクに設置することで、マスク開口部壁を堰として設けるなどの施策をした後に、ピン挿入部品２の挿入ピン３の基端部３ａのみに補強用樹脂７が掛かるようにして、フローはんだ付けの予備加熱温度で軟化させ、反応を開始する補強用樹脂７を揮発性の溶媒などに溶かし前記堰部の内側に流し込み、乾燥固化させることで、補強用樹脂７をピン挿入部品２の下面２ａに配置することができる。

次に、ピン挿入部品２をリフロープロセスによるはんだ付けによりプリント配線板４に実装する方法と、実装構造１の作用についてについて説明する。
図２に示すように、先ず挿入ピン３をプリント配線板４のスルーホール５に予め配置されたリングはんだ８（図２では溶融した状態となっている）内に挿入させつつ、リフローはんだ付けを行う際の予備加熱工程において、この加熱によりエポキシ等からなる補強用樹脂７が溶融し始め、その溶融した補強用樹脂７がピン挿入部品２の下面２ａから挿入ピン３に沿って軸方向に粘性を保った状態で下方（プリント配線板４の上面４ａ側）へ垂れてくる。これにより、挿入ピン３は、硬化した補強用樹脂７によって、ピン挿入部品２の下面２ａとプリント配線板４の上面４ａとに対して連続的に繋がった状態で被覆補強されることになる。

このとき、隣り合う挿入ピン３、３どうしは、溶融して硬化した補強用樹脂７によって一体的に繋がった状態ではなく、隙間が形成された状態となっており、部品下面２ａ全体にわたって補強材料を充填する場合と異なり、ピン挿入部品２とプリント配線板４との線膨張係数差の影響を受けにくい構造となり、挿入ピン３とその周囲の補強用樹脂７により緩衝することが可能となる。
つまり、線膨張係数差が異なるピン挿入部品２とプリント配線板４との間に強固な補強材料を充填して固定した場合に、線膨張係数差による影響で挿入ピンが折れたり、破断補強部の剥離などが発生するという不具合を防ぐことができる。

また、挿入ピン３がギャップＤ間で倒れる方向に変形する場合であっても、そのギャップＤに位置する挿入ピン３が補強用樹脂７によって被覆された状態で補強されているので、挿入ピン３にとくに応力が集中するスルーホール５の角部５ａにおいても、応力が緩衝されるので、実装の信頼性を高めることができる。

さらに、補強用樹脂７は、ピン挿入部品２の下面２ａから挿入ピン３を伝ってプリント配線板４の上面４ａに流下し、挿入ピン３の周囲を絶縁層で被覆することになるので、挿入ピン３、３どうしの間にごみや異物が横断して堆積することによるショートを防ぐことができる。

以上説明したように、本実施の形態によるピン挿入部品の実装構造によれば、例えばフローはんだ付けの予備加熱やリフロー温度によって補強用樹脂７が溶融し、挿入ピン３の周囲を覆いつつ硬化することで、挿入ピン３とピン挿入部品２の下面２ａとプリント配線板４の上面４ａとが補強用樹脂７によって連続的に繋がって被覆補強することできる。そのため、大型のピン挿入部品において、実装用の挿入ピンが部品下面に配されリードへの応力緩衝のためのギャップを極端に大きく取れないピン実装部品に発生するはんだの供給不足や、部品構造を原因とする接続信頼性の低下を抑制し、さらにリード周囲の絶縁を確保可能とする樹脂補強構造を実現し、実装にかかる信頼性の向上を図ることができる。

以上、本発明によるピン挿入部品の実装構造の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１実装構造
２ピン挿入部品
２ａピン挿入部品下面
２ｂピン挿入部品下面側縁部
３挿入ピン
３ａ挿入ピン基端部
４プリント配線板
４ａプリント配線板上面
５スルーホール
５ａスルーホールコーナー部
６スペーサ
７補強用樹脂
Ｄギャップ
ｔ補強樹脂厚さ

Claims

下面に挿入ピンを備えたピン挿入部品をプリント配線板に実装する際に、前記挿入ピンを前記プリント配線板のスルーホールに挿通させてはんだ接合するピン挿入部品の実装構造であって、
前記ピン挿入部品の下面側縁部には、下方に向けて突出するとともに、前記ピン挿入部品の下面と前記プリント配線板との間に隙間を形成するためのスペーサが設けられ、
前記下面に沿って周囲温度の影響で溶融固化、または溶融硬化が可能な補強用樹脂が設けられ、
該補強用樹脂は、前記下面と前記プリント配線板との間の間隔の３０％〜９０％の厚さ寸法で前記下面に塗布されていることを特徴とするピン挿入部品の実装構造。