JP6024583B2 - 電子回路ユニットの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両等に備えられる電子回路ユニットの製造方法に関するものである。

近年、回路基板の小型化が進んでおり、これに伴い各種電子部品の実装スペースが制限されてきている。このため、各種電子部品が前記回路基板の表面のみならず裏面にも実装された電子回路ユニットが知られている。例えば、特許文献１には、このような電子回路ユニット、すなわち、回路基板の表面及び裏面のそれぞれに電子部品が実装された電子回路ユニットを製造する方法として、回路基板の表面を上に向けて当該表面に第一電子部品を実装した後、この回路基板の上下を反転させ、回路基板の裏面に第二電子部品を実装させることが開示されている。具体的には、まず、回路基板の表面にはんだペーストを塗布し、このはんだペースト上に載置された第一電子部品をリフロー炉内で加熱することにより当該第一電子部品を前記回路基板の表面に実装する。続いて、前記回路基板の上下を反転させ、つまり、回路基板の裏面を上に向け、この裏面にはんだペーストを塗布した後、当該はんだペースト上に載置された第二電子部品を再びリフロー炉内で加熱することによりこの第二電子部品を回路基板の裏面に実装する。

このような製造方法では、二回目のリフロー時、すなわち、前記回路基板の裏面に載置された第二電子部品を当該裏面に実装するためのリフロー時に前記回路基板の表面に設けられているはんだに熱が加わる。このため、二回目のリフロー時に回路基板の表面に設けられているはんだが再溶融し、これにより既に当該回路基板の表面、つまり、二回目のリフロー時に下を向いている面に実装されている前記第一電子部品が当該回路基板から落下するおそれがある。特に、第一電子部品の重量が大きくなるほどこの問題は顕著となる。このため、特許文献１の製造方法では、前記回路基板の表面に設けられたはんだペースト上に第一電子部品を載置する前に、当該回路基板の表面のうちの第一電子部品の実装位置に熱硬化性の接着剤が塗布され、第一電子部品は、この接着剤を介して回路基板の表面に載置される。この製造方法では、一回目のリフロー後、回路基板の表面に実装された第一電子部品は前記接着剤によって回路基板の表面に確実に固定されるので、二回目のリフロー時に仮に回路基板の表面に設けられているはんだが再溶融したとしても、前記第一電子部品の回路基板からの落下が防止される。

特開２０００−２０８９１６号公報

上記特許文献１に記載された製造方法では、前記第一電子部品と前記回路基板の表面との間に前記接着剤が塗布される。つまり、第一電子部品と回路基板との間に接着剤が介在するので、その接着剤の厚みによって当該第一電子部品が正規の実装姿勢から傾いた姿勢で取り付けられる場合がある。この場合、回路基板の表面に設けられたパターンと第一電子部品との接触状態が悪化したり、あるいは、この第一電子部品の近傍に他の電子部品が配置されている場合には当該第一電子部品が他の電子部品に接触したりするおそれがある。

本発明の目的は、回路基板の表面に第一電子部品を正規の姿勢で実装しながら、当該回路基板の裏面に第二電子部品を実装することが可能な電子回路ユニットの製造方法を提供することである。

前記課題を解決するために、本発明は、表裏面のそれぞれに回路パターンを有する回路基板と、この回路基板の表面に実装される第一電子部品と前記回路基板の裏面に実装される第二電子部品とを備える電子回路ユニットの製造方法であって、前記回路基板として、当該回路基板のうちの前記第一電子部品と前記回路基板の厚さ方向に重なる位置に前記厚さ方向に当該回路基板を貫通する貫通孔が形成されたものを準備する回路基板準備工程と、前記回路基板の表面に設けられた回路パターンに第一はんだペーストを塗布し、前記第一電子部品の底面が前記回路基板の表面に接触し、かつ前記貫通孔の少なくとも一部が当該第一電子部品で覆われるように当該第一電子部品を前記第一はんだペースト上に載置した後、前記第一はんだペーストを加熱して溶融させた後に冷却して硬化させることにより前記第一電子部品を前記回路基板の表面へ実装する第一実装工程と、前記第一実装工程後に前記回路基板の裏面に設けられた回路パターンに第二はんだペーストを塗布するはんだ塗布工程と、前記第一はんだペースト及び前記第二はんだペーストの溶融温度よりも低い硬化温度を有する熱硬化性の接着剤を前記回路基板の裏面側から当該回路基板のうちの前記貫通孔を取り囲む内周面と前記第一電子部品とに接触するよう当該貫通孔内へ供給する接着剤供給工程と、前記第二はんだペースト上に前記第二電子部品を載置する第二電子部品載置工程と、前記接着剤及び前記第二はんだペーストを加熱して前記接着剤を硬化させるとともに前記第二はんだペーストを溶融させた後、その溶融した第二はんだペーストを冷却して硬化させることにより前記第二電子部品を前記回路基板の裏面への実装する第二実装工程と、を含む電子回路ユニットの製造方法を提供する。

本発明によれば、前記回路基板の表面に前記第一電子部品を正規の姿勢で実装しながら、当該回路基板の裏面に前記第二電子部品を実装することが可能となる。具体的には、前記第一実装工程では、前記第一電子部品の底面が前記回路基板の表面に接触されるように当該第一電子部品が前記第一はんだペースト上に載置されるので、この第一電子部品が正規の姿勢で回路基板の表面に実装され、かつ、当該工程後における第一電子部品と回路基板の表面との間への隙間の形成が抑制される。また、この第一実装工程では、前記貫通孔の少なくとも一部が前記第一電子部品で覆われるように前記回路基板の表面に当該第一電子部品が載置され、当該第一実装工程後の接着剤供給工程では、前記接着剤が前記回路基板のうちの前記貫通孔を取り囲む内周面と前記第一電子部品とに接触するように当該接着剤が前記回路基板の裏面側から前記貫通孔内に供給されるので、従来のように回路基板の表面と第一電子部品との間に接着剤が介在することが抑制され、これにより前記第一電子部品は正規の姿勢を維持することが可能となる。しかも、前記接着剤供給工程では、前記第一はんだペースト及び前記第二はんだペーストの溶融温度よりも低い温度で硬化する接着剤が用いられるので、前記第一実装工程後の前記第二実装工程では、前記第一はんだペースト及び前記第二はんだペーストが溶融温度に達する前に前記接着剤が硬化する。よって、前記第二実装工程における前記第二はんだペーストの加熱時に前記第一はんだペーストが再溶融した場合であっても、前記第一電子部品は前記接着剤により前記回路基板に固定されていることから、この第一電子部品が自重で前記回路基板から落下することがない。

この場合において、前記第一実装工程では、前記第一電子部品として、前記貫通孔内に挿通可能な位置決め突起を有するものが用いられ、この位置決め突起が前記貫通孔内に挿通されるように当該第一電子部品が前記回路基板の表面に載置され、前記接着剤供給工程では、前記接着剤が前記回路基板のうちの貫通孔を取り囲む内周面と前記位置決め突起とに接触するように当該接着剤が前記貫通孔内に供給されることが好ましい。

このようにすれば、前記接着剤による前記第一電子部品の前記回路基板への接着を許容しながら、当該第一電子部品の前記回路基板に対する位置決めをも行うことができる。

以上のように、本発明によれば、回路基板の表面に第一電子部品を正規の姿勢で実装しながら、当該回路基板の裏面に第二電子部品を実装することが可能な電子回路ユニットの製造方法を提供することができる。

本発明の一実施形態の電子回路ユニットの製造工程の概略を示す図である。（ａ）回路基板の表面に第一電子部品が実装された状態の断面図である。（ｂ）回路基板の裏面側から接着剤が供給された状態の断面図である。（ｃ）回路基板の裏面に第二電子部品が実装された状態の断面図である。 図１（ｂ）の平面図である。 リフロー炉内の温度変化を示すグラフである。

本発明の一実施形態の電子回路ユニットの製造方法について、図１〜図３を参照しながら説明する。

図１（ｃ）に示されるように、本実施形態において製造される電子回路ユニットは、回路基板１０と、この回路基板１０の表面１０ａに実装された第一電子部品２０と、回路基板１０の裏面１０ｂに実装された第二電子部品３０と、第一電子部品２０を回路基板１０に固定する接着剤４０とを備えている。

回路基板１０は、その表面１０ａ及び裏面１０ｂにそれぞれ回路パターンが形成されたプリント配線板である。回路基板１０は、当該回路基板１０をその厚さ方向に貫通する貫通孔１２を有する。この貫通孔１２は、第一電子部品２０の実装位置と重なる領域、すなわち、第一電子部品２０の底面により覆われる領域に形成されている。

第一電子部品２０は、平坦な底面２１ａを有する部品本体２１と、この部品本体２１を回路基板１０の表面１０ａに形成された回路パターンに接続するための端子２２と、部品本体２１を回路基板１０に対して位置決めするための位置決め突起２４とを有する。端子２２は、前記回路パターン上に塗布される第一はんだペースト（図示略）上に載置可能な形状を有する。位置決め突起２４は、部品本体２１の底面２１ａに立設されており回路基板１０の貫通孔１２に挿入可能な形状を有する。この位置決め突起２４が貫通孔１２内に挿入されることにより第一電子部品２０の回路基板１０に対する位置決めが行われる。位置決め突起２４は、当該位置決め突起２４が貫通孔１２内に挿入されたときに当該貫通孔１２の少なくとも一部が部品本体２１の底面２１ａにより覆われる位置に設けられている。この第一電子部品２０は、貫通孔１２内に位置決め突起２４が挿入され、かつその底面２１ａが回路基板１０の表面１０ａに接触する姿勢で回路基板１０の表面１０ａに実装される。本実施形態では、回路基板１０の表面１０ａに実装される第一電子部品２０として、ロータリエンコーダが採用されている。

第二電子部品３０は、回路基板１０の裏面１０ｂに形成された回路パターンに接続するための端子３２を有する。この端子３２は、前記回路パターン上に塗布された第二はんだペースト（図示略）上に載置可能な形状を有する。第二電子部品３０としては、抵抗や光源等が挙げられる。本実施形態では、第二電子部品３０として、その重量が第一電子部品２０の重量よりも小さいものが用いられている。

接着剤４０は、第一はんだペースト及び第二はんだペーストの溶融温度（融点）Ｔ２よりも低い硬化温度Ｔ１を有する熱硬化性の樹脂である。本実施形態では、第一はんだペースト及び第二はんだペーストとして、２００℃〜２２０℃の融点を有する鉛フリーはんだが用いられており、接着剤４０として、１２０℃〜１５０℃で１分〜２分間加熱されることにより硬化するエポキシ樹脂が用いられている。ただし、各はんだペーストの融点Ｔ２及び接着剤４０の硬化温度Ｔ１は、上記の例に限られない。この接着剤４０は、回路基板１０の貫通孔１２を取り囲む内周面と位置決め突起２４とに接触することにより、第一電子部品２０を回路基板１０に固定している。

次に、本実施形態の電子回路ユニットの製造方法を説明する。以下に説明するように、本製造方法は、回路基板準備工程と、第一実装工程と、はんだ塗布工程、接着剤供給工程と、第二電子部品載置工程と、第二実装工程とを含んでいる。

回路基板準備工程では、前記回路基板１０、すなわち、第一電子部品１０の実装位置と重なる領域に貫通孔１２が形成された回路基板１０が準備される。

第一実装工程では、まず、回路基板１０の表面１０ａが上を向く姿勢で当該回路基板１０が保持され、回路基板１０の表面１０ａに設けられた回路パターン上に第一はんだペーストが塗布される。そして、第一電子部品２０が第一はんだペースト上に載置される。具体的には、部品本体２１の底面２１ａが回路基板１０の表面１０ａに接触し、かつ、位置決め突起２４が貫通孔１２内に挿入されて当該貫通孔１２が部品本体２１により覆われる姿勢でこの第一電子部品２０が回路基板１０の表面１０ａに載置される。次に、リフロー炉において第一はんだペーストがその融点Ｔ２よりも高い本加熱温度Ｔ４（本実施形態では約２５０℃）で加熱されることにより溶融した後、その溶融した第一はんだペーストが冷却されることにより硬化する。これにより、図１（ａ）に示されるように、第一電子部品２０の端子２２と回路パターンとを接続するはんだフィレット２６が形成される。

続くはんだ塗布工程では、まず、回路基板１０が裏返され、つまり、回路基板１０の裏面１０ｂが上を向くとともに第一電子部品２０が実装されている回路基板１０の表面１０ａが下を向く姿勢で当該回路基板１０が保持され、回路基板１０の裏面１０ｂに設けられた回路パターン上に第二はんだペーストが塗布される。

続いて、接着剤供給工程では、前記接着剤４０、すなわち、第一はんだペースト及び第二はんだペーストの融点Ｔ２よりも低い硬化温度Ｔ１を有する熱硬化性の接着剤４０が回路基板１０の裏面１０ｂ側から貫通孔１２に供給される。具体的には、図１（ｂ）に示されるように、接着剤４０が回路基板１０のうちの貫通孔１２を取り囲む内周面と位置決め突起２４とに接触するように当該接着剤４０が貫通孔１２内に供給される。

第二電子部品載置工程では、第二はんだペースト上に第二電子部品３０が載置される。なお、この第二電子部品載置工程は、前記接着剤供給工程の後に行われても前記接着剤供給工程の前に行われてもよく、あるいは、前記接着剤供給工程と同時に行われてもよい。

その後の第二実装工程では、リフロー炉において第二はんだペーストがその融点Ｔ２よりも高い本加熱温度Ｔ４（本実施形態では約２５０℃）で加熱される。具体的には、図３に示されるように、リフロー炉内の温度が第一はんだペースト及び第二はんだペーストの融点Ｔ２よりも低く、かつ接着剤４０の硬化温度Ｔ１よりも高い予備加熱温度Ｔ３（本実施形態では約１６０℃〜約１９０℃）となるまでの予備加熱時間Ｓ１だけ当該リフロー炉が予備加熱された後、第二はんだペーストがその融点Ｔ２よりも高い本加熱温度Ｔ４で加熱される。つまり、第二はんだペーストが溶融し始める前、すなわち、リフロー炉の予備加熱の段階で接着剤４０が硬化し、その後、本加熱温度Ｔ４となるまで加熱される本加熱の段階で第二はんだペーストが溶融する。この第二実装工程において第二はんだペーストが加熱されている間は、はんだフィレット２６にも熱が加わる。このため、リフロー炉内の温度が第二はんだペーストの融点Ｔ２よりも高くなったときにはこのはんだフィレット２６が再溶融するおそれがあるが、仮にはんだフィレット２６が再溶融したとしても、その時点ではすでに接着剤４０が硬化して第一電子部品２０は回路基板１０の表面１０ａに固定されているので、当該第一電子部品２０の回路基板１０からの落下が防止される。そして、図１（ｃ）に示されるように、第二はんだペーストが冷却硬化されることによりはんだフィレット３６が形成される。

以上説明したように、本実施形態の電子回路ユニットの製造方法では、回路基板１０の表面１０ａに第一電子部品２０を正規の姿勢で実装しながら、当該回路基板１０の裏面１０ｂに第二電子部品３０を実装することが可能となる。具体的には、第一実装工程では、第一電子部品２０の底面２１ａが回路基板１０の表面１０ａに接触されるように当該第一電子部品２０が第一はんだペースト上に載置されるので、この第一電子部品２０が正規の姿勢で回路基板１０の表面１０ａに実装され、かつ、当該工程後における第一電子部品２０と回路基板１０の表面１０ａとの間への隙間の形成が抑制される。また、この第一実装工程では、貫通孔１２の少なくとも一部が第一電子部品２０で覆われるように回路基板１０の表面１０ａに当該第一電子部品２０が載置され、当該第一実装工程後の接着剤供給工程では、接着剤４０が回路基板１０のうちの貫通孔１２を取り囲む内周面と第一電子部品２０とに接触するように当該接着剤４０が回路基板１０の裏面１０ｂ側から貫通孔１２内に供給されるので、回路基板１０の表面１０ａと第一電子部品２０との間に接着剤４０が介在することが抑制され、この介在に起因して第一電子部品２０が正規の姿勢から傾くことが抑制される。しかも、接着剤供給工程では、第一はんだペースト及び第二はんだペーストの溶融温度Ｔ２よりも低い温度Ｔ１で硬化する接着剤４０が用いられるので、第一実装工程後の第二実装工程では、第一はんだペースト及び第二はんだペーストが溶融温度Ｔ２に達する前に接着剤４０が硬化する。よって、第二実装工程における第二はんだペーストの加熱時に第一はんだペーストが再溶融した場合であっても、第一電子部品２０は接着剤４０により回路基板１０に固定されていることから、この第一電子部品２０が自重で回路基板１０から落下することがない。

さらに、前記第一実装工程では、位置決め突起２４が貫通孔１２内に挿通されるように第一電子部品２０が回路基板１０の表面１０ａに載置され、接着剤供給工程では、接着剤４０が回路基板１０のうちの貫通孔１２を取り囲む内周面と位置決め突起２４とに接触するように当該接着剤４０が貫通孔１２内に供給されるので、接着剤４０による第一電子部品２０の回路基板１０への接着を許容しながら、当該第一電子部品２０の回路基板１０に対する位置決めをも行うことができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、第一実装工程において、第一電子部品２０を回路基板１０の表面１０ａに載置する際に当該第一電子部品２０により貫通孔１２の少なくとも一部が覆われるようにこの第一電子部品２０の回路基板１０に対する位置決めが行われながら当該第一電子部品２０を回路基板１０の表面１０ａに載置することが可能であれば、位置決め突起２４は省略されてもよい。

１０ 回路基板
１０ａ 表面
１０ｂ 裏面
１２ 貫通孔
２０ 第一電子部品
２１ 部品本体
２１ａ 底面
２４ 位置決め突起
３０ 第二電子部品
４０ 接着剤

Claims (1)

1. 表裏面のそれぞれに回路パターンを有する回路基板と、この回路基板の表面に実装される第一電子部品と前記回路基板の裏面に実装される第二電子部品とを備える電子回路ユニットの製造方法であって、
   前記回路基板として、当該回路基板のうちの前記第一電子部品と前記回路基板の厚さ方向に重なる位置に前記厚さ方向に当該回路基板を貫通する貫通孔が形成されたものを準備する回路基板準備工程と、
   前記回路基板の表面に設けられた回路パターンに第一はんだペーストを塗布し、前記第一電子部品の底面が前記回路基板の表面に接触し、かつ前記貫通孔の少なくとも一部が当該第一電子部品で覆われるように当該第一電子部品を前記第一はんだペースト上に載置した後、前記第一はんだペーストを加熱して溶融させた後に冷却して硬化させることにより前記第一電子部品を前記回路基板の表面へ実装する第一実装工程と、
   前記第一実装工程後に前記回路基板の裏面に設けられた回路パターンに第二はんだペーストを塗布するはんだ塗布工程と、
   前記第一はんだペースト及び前記第二はんだペーストの溶融温度よりも低い硬化温度を有する熱硬化性の接着剤を前記回路基板の裏面側から当該回路基板のうちの前記貫通孔を取り囲む内周面と前記第一電子部品とに接触するよう当該貫通孔内へ供給する接着剤供給工程と、
   前記第二はんだペースト上に前記第二電子部品を載置する第二電子部品載置工程と、
   前記接着剤及び前記第二はんだペーストを加熱して前記接着剤を硬化させるとともに前記第二はんだペーストを溶融させた後、その溶融した第二はんだペーストを冷却して硬化させることにより前記第二電子部品を前記回路基板の裏面への実装する第二実装工程と、を含み、
   前記第一実装工程では、前記第一電子部品として、前記貫通孔内に挿通可能な位置決め突起を有するものが用いられ、この位置決め突起が前記貫通孔内に挿通されるように当該第一電子部品が前記回路基板の表面に載置され、
   前記接着剤供給工程では、前記接着剤が前記回路基板のうちの前記貫通孔を取り囲む内周面と当該貫通孔内に位置する前記位置決め突起とに接触するように当該接着剤が前記貫通孔内に供給される電子回路ユニットの製造方法。

Images