JP5517433B2

JP5517433B2 - リードレス電子部品の実装方法及び実装構造

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Publication number: JP5517433B2
Application number: JP2008271011A
Authority: JP
Inventors: 昌大河手
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2028-10-21
Also published as: JP2010103166A

Description

本発明は、リードレス電子部品の実装構造及び実装方法に関するものである。

電子部品のはんだ接合方法は、大きく分けてリフロー炉を使用して接合する方法、フロー炉を使用して接合する方法、人がはんだごてを使用して接合する方法、レーザー光などの光を使用して接合する方法の４種類ある。

一般的には、はんだをプリント配線板に印刷し電子部品を搭載した後、リフロー炉で使用するはんだの融点以上に電子部品とプリント配線板を加熱し一括実装する。

また、フローはんだ付けでは、はんだ融点以上に加熱されたはんだ槽内に電子部品を浸漬させはんだ付けを行う。

そのため、リフロー工程、フロー工程では電子部品に対してはんだ融点以上の耐熱性が必要とされる。

しかし、光学センサーのように、一般的に使用されているはんだ（Ｓｕ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ）の融点温度（〜２２０℃）よりも低い耐熱保証温度（約１００℃以下）を持つ部品がある。通常これらの部品は、リフロー炉で他の電子部品と一括実装ができないため、はんだごてを使用した実装方法が採用されている。

はんだごてによる手はんだ付けは、局所的な加熱が可能で耐熱性の低い部品の実装に一般的に用いられているが、作業者の熟練度による品質のばらつきが大きく、同時に接合する箇所が限られているため、生産性が劣る方法である。

また、近年のはんだの鉛フリー化に伴い、はんだごてのこて先の損傷が激しく、その交換サイクルが従来の鉛入りはんだより短くなり、生産性低下とコスト上昇の問題が生じている。

さらに、光学センサーの小型化、電極端子の狭ピッチ化、電極端子の多端子化が進んでいるため、微細な箇所のはんだ付けやリードレス構造のはんだ付けが必要とされており、はんだごてを使用した手はんだ付けは年々困難になっている。

そこで近年、上記問題に対して、はんだごてによるはんだ付けの代替作業として、レーザー光で接合部を局所加熱し、はんだを溶融させて接合する工程の採用が検討されている（特許文献１参照）。

レーザー光によるはんだ付けは、より局所的に加熱することが可能で、短時間ではんだ付けが可能になる。また、自動化が容易で、品質の安定したはんだ付けが可能になる。

特開２００５−６４２０６号公報

しかしながら、上記従来例では、耐熱保証温度の低いリードレス電子部品の側面端子部に直接レーザー光を照射しており、部品上面を冷却しているとはいえ光学センサーのように著しく耐熱性の低い場合は、耐熱保証以上に温度が上昇し部品破壊のおそれがあった。

また、リードレス電子部品の側面の電極部は接合に使用せず、底面の電極部のみで接合するため曲げ及び落下に対する接合強度が弱い欠点があった。

本発明は、はんだ付けされる電極の予備加熱を行うことでレーザー照射時間を短縮し、はんだ溶融時にリードレス電子部品に過度の熱を与えるのを抑えることができるリードレス電子部品の実装方法及び実装構造を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明のリードレス電子部品の実装方法は、リードレス電子部品をプリント配線板に実装するリードレス電子部品の実装方法において、プリント配線板のランドにはんだを供給し、リードレス電子部品の電極と前記ランドとの位置合わせする第１工程と、前記プリント配線板のランドに供給されたはんだを、レーザー光の照射によって溶融させ、前記リードレス電子部品の電極を前記プリント配線板のランドにはんだ付けする第２工程と、を有し、前記プリント配線板には、前記ランドに位置合わせされる前記リードレス電子部品の電極に、はんだを介することなく対向する位置に貫通孔が設けられており、前記第２工程においてレーザー光をはんだに照射する前に、前記貫通孔から供給される熱によって、前記リードレス電子部品の電極を予備加熱することを特徴とする。

プリント配線板の貫通孔から予備加熱を行うことで、はんだ接合時のレーザー照射時間を短縮し、接合時にリードレス電子部品に過度の熱を与えるのを抑えることができる。

また、貫通孔からリードレス電子部品の電極を直接加熱し、電極のはんだ濡れ性を高めることにより、レーザー光が直接当たらず、短時間で温度が上昇しない底面側の電極部の接合信頼性を向上させることができる。

本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すように、プリント配線板１は、ランド２を有し、ランド２に供給されたはんだ３によってリードレス電子部品４が実装される。リードレス電子部品４は、底面端子部５及び側面端子部６からなる電極を備える。はんだ付け工程では、プリント配線板１のランド２にリードレス電子部品４の底面端子部５を位置合わせし（第１工程）、レーザー光によってはんだ３を溶融させて、電極をランド２に接続する（第２工程）。プリント配線板１は、リードレス電子部品４の底面端子部５に対向するように形成された非導通の貫通孔７を有し、レーザー光によるはんだ付けの前に貫通孔７から予熱が行われる。

すなわち、リードレス電子部品４の底面端子部５に対向するように設けられたプリント配線板１の貫通孔７は、リードレス電子部品４の底面端子部５に直接、予備加熱のための熱を供給する経路として用いられる。

予備加熱を行うことで、はんだ接合のためのレーザー光の照射時間を短縮し、接合時にリードレス電子部品４に過度の熱を与えることを抑えることができる。このため、耐熱性の弱い部品でも破壊することなく実装できる。

また、リードレス電子部品４の底面端子部５の予備加熱を行うことで、底面端子部５のはんだ濡れ性を高め、レーザーが直接当たらず、短時間で温度が上昇しない箇所でも接合信頼性の高いはんだ付けが可能になる。

耐熱性の低いリードレス電子部品を破壊することがなく、短時間で側面及び底面の２箇所で電極を接合できるので、接合強度が高くかつ生産性の高い実装構造を実現できる。

リードレス電子部品の複数の電極の列に対してレーザー照射経路の最初に位置する電極の底面端子部に対向して設けられたプリント配線板の貫通孔を、他の貫通孔よりも大きく開口させるとよい。他の貫通孔よりも大きく開口したプリント配線板の貫通孔は、短時間でより多くの熱量を供給可能な経路として作用する。従って、予備加熱を充分行う時間が取れない最初にはんだ付けを行う電極に対して、他電極と同様の予備加熱量を供給することができ、電極間のはんだ付け品質のばらつきを最小に抑えることができる。

図１は実施例１による実装方法を示す。図１（ａ）に示すように、プリント配線板１（両面フレキシブルプリント基板、厚み０．３ｍｍ）のランド２（０．５×２．５ｍｍ）に、はんだペースト状のはんだ３（Ｓｕ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ）を印刷する。

次に、図１（ｂ）に示すように、はんだ３を印刷されたランド２上にリードレス電子部品４（３０．０×５０．０×３．５ｍｍ、電極端子ピッチ０．８ｍｍ）を搭載する。

リードレス電子部品４は、ＬＣＣパッケージ（ＬｅａｄｌｅｓｓＣｈｉｐＣａｒｒｉｅｒ）と呼ばれ、セラミックで作られている。主に、ＣＣＤイメージセンサ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅＩｍａｇｅＳｅｎｓｏｒ）やＣＭＯＳイメージセンサ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）用のパッケージとして使われている。

プリント配線板１は、フレキシブルプリント配線板が使用されているが、両面及び多層プリント配線板でも、両面及び多層リジットフレキシブルプリント配線板でも構わない。

ランド２は、リードレス電子部品４の外形よりも外側に一部存在するので、はんだ３は、リードレス電子部品４の底面端子部５（０．５×２．０ｍｍ）に接するだけでなく、側面端子部６（０．５×１．２ｍｍ）にも接している。

この状態で、プリント配線板１に設けられた非導通の貫通孔７（直径０．２ｍｍ）から約１６０℃の熱風を送り、リードレス電子部品４の底面端子部５と、プリント配線板１のランド２等を予備加熱する。

熱の供給方法は、熱風だけではなく、レーザー光、光（ハロゲン）、遠赤外線などでも構わない。

予備加熱温度と時間は、使用するはんだ３の推奨温度及び時間になるように設定し、部品及び基板の加熱に加えて、溶剤の蒸発、フラックスの活性化が達成できるのが好ましい。

なお、一般的な鉛フリーはんだのはんだ（Ｓｎ−３．０％Ａｇ−０．５％Ｃｕ）に関しては、はんだ付けをする面の温度が１５０℃〜１９０℃、時間は３０〜６０秒である。

リードレス電子部品４の耐熱性がより低い場合は、例えば、低温鉛フリーはんだ（Ｓｎ−Ｂｉ系、融点約１４０℃）を使用してもよい。はんだ付けをする面の温度は１２０〜１３０℃、時間は３０〜６０秒で予備加熱するのが好ましい。

次いで、レーザー光を３〜５Ｗで、リードレス電子部品４の側面端子部６及びはんだ３が印刷されたランド２の周辺に照射し、一般的な鉛フリーはんだのはんだ付け温度である２５０℃前後まで局所的に加熱し、はんだ３を溶融・接合させる。このようにして、図２に示す実装構造を得ることができる。

図３に示すように、プリント配線板１が複数のランド２を有する場合は、リードレス電子部品４の複数の電極（側面端子部６及び底面端子部５）を順に接合していく。

リードレス電子部品４の電極が２辺に存在する場合は、１辺の接合が終了した後に、もう１辺の照射開始位置にレーザーを移動し、接合を開始していく。

レーザー光を照射するヘッドが照射開始位置に移動し照射開始する時間までに、複数ある接合箇所の中で最初にはんだ付けを行うランド２において予備加熱が終了しているようにすれば、生産性が向上する。

従って、図４に示すように、予め貫通孔７の開口径と温度上昇等の関係を調べておき、対象とするリードレス電子部品４及びプリント配線板１の大きさや熱容量を考慮して、熱風の温度及び風量、貫通孔７の開口形状及び大きさを設定するのが好ましい。

リードレス電子部品４の電極列の辺の数、使用するレーザー本数が変わったとしても、各レーザー光に対して最初にはんだ付けを行うランド２において予備加熱が終了しているように、熱風の温度及び風量、貫通孔７の形状及び大きさを設定するのが好ましい。

また、図５に示すように、リードレス電子部品４の電極列が２辺に存在し、１つのレーザー光照射用のヘッドを使用する場合は、２番目に接合を行う辺にある貫通孔７は、１番目に接合を行う辺の貫通孔７よりも小さくてもよい。

図６に示すように、貫通孔の開口形状は円形のものに限らず、楕円状あるいはスリット状の貫通孔７ａ、７ｂでも構わない。

また、予備加熱用の貫通孔７は、リードレス電子部品４のすべての電極に対して設けてもよいが、予備加熱時間が充分に確保できないレーザー照射開始位置のランド周辺に対してのみ設けてもよい。

本実施例は、図７に示すように、プリント配線板１の貫通孔７の側壁にランド２を露出させ、伝熱効果を高めたものである。その他の点は実施例１と同様であるから同一符号で表し、説明は省略する。

はんだ３が貫通孔７の方に濡れ広がらないように、ランド２と貫通孔７の間にはソルダーレジストまたはポリミドフィルムなどのカバー材料からなる絶縁物８を設ける。

プリント配線板１のランド２の近傍に貫通孔７を設けられない場合は、図８に示すように、リードレス電子部品４の底面内側に拡大した底面端子部５ａを設けて、非導通の貫通孔７を対向させる。

また、プリント配線板１のランド２と貫通孔７との距離も離れるので、ランド２を大きくして、貫通孔７の側壁に露出させる。

ランド２を大きくしても貫通孔７の側壁に露出させることができない場合は、図９に示すように、ランド２に接続する配線９の一部を貫通孔７の側壁に露出させる。

配線９は他のランドに接続しているものでも構わないし、ダミーの配線でも構わない。

実施例１による実装方法を説明する工程図である。実施例１によるリードレス電子部品の実装構造を示す断面図である。複数のランドを有するプリント配線板を示す平面図である。貫通孔の開口径と温度上昇の関係を説明するグラフである。実施例１の一変形例を説明する図である。実施例１の別の変形例を説明する図である。実施例２による実装構造を示す断面図である。実施例２の一変形例を説明するためのリードレス電子部品の底面図である。実施例２の別の変形例による実装構造を示す断面図である。

符号の説明

１プリント配線板
２ランド
３はんだ
４リードレス電子部品
５、５ａ、５ｂ底面端子部
６側面端子部
７、７ａ、７ｂ貫通孔
８絶縁物
９配線

Claims

リードレス電子部品をプリント配線板に実装するリードレス電子部品の実装方法において、
プリント配線板のランドにはんだを供給し、リードレス電子部品の電極と前記ランドとの位置合わせする第１工程と、
前記プリント配線板のランドに供給されたはんだを、レーザー光の照射によって溶融させ、前記リードレス電子部品の電極を前記プリント配線板のランドにはんだ付けする第２工程と、を有し、
前記プリント配線板には、前記ランドに位置合わせされる前記リードレス電子部品の電極に、はんだを介することなく対向する位置に貫通孔が設けられており、
前記第２工程においてレーザー光をはんだに照射する前に、前記貫通孔から供給される熱によって、前記リードレス電子部品の電極を予備加熱することを特徴とするリードレス電子部品の実装方法。
前記プリント配線板が、前記リードレス電子部品の複数の電極のそれぞれ対向する複数の貫通孔を有し、前記複数の貫通孔のうちで、前記レーザー光を照射するときの照射経路の最初に位置する電極に対向して設けられた前記プリント配線板の貫通孔を、他の貫通孔よりも大きく開口させたことを特徴とする請求項１に記載のリードレス電子部品の実装方法。
リードレス電子部品の複数の電極と、プリント配線板に形成された複数のランドとを、はんだにより接合したリードレス電子部品の実装構造において、
前記プリント配線板は、前記はんだを介さず前記リードレス電子部品の電極のそれぞれに対向するように形成された非導通の貫通孔を有しており、前記複数の電極は少なくとも一つの列をなしており、前記複数の貫通孔のうち前記列の少なくとも一つの端部に位置する電極に対向して設けられた前記プリント配線板の貫通孔の開口の大きさは、他の貫通孔の開口の大きさよりも大きいことを特徴とするリードレス電子部品の実装構造。
前記プリント配線板の複数のランドが、前記貫通孔の側壁に露出していることを特徴とする請求項３に記載のリードレス電子部品の実装構造。
前記プリント配線板の複数のランドに接続している配線が、前記貫通孔の側壁に露出していることを特徴とする請求項３に記載のリードレス電子部品の実装構造。