JP6813977B2 - 部品の実装方法及び電子モジュール - Google Patents

Description

本発明は、基板への部品の実装方法に関する。

例えば、特許文献１は、ＬＥＤ等の光学部品を半田付けすることなく基板に実装する構成を開示している。しかしながら、光学部品の端子と基板で金属パッドとの接触をより確実にするため、半田を使用することが好ましい場合がある。このため、基板に実装部品と同等寸法の穴を設けておき、実装部品を穴に嵌め込んだときに実装部品の端子と基板の金属パッドが重なり合うように基板を構成することが行われている。予めクリーム半田を金属パッドに塗布しておき、実装部品の端子と金属パッドが重なり合った状態でリフロー炉を通すことで半田により実装部品が基板に固定される。

特開２００７−３１１６３９号公報

基板製造の制約上、基板の穴の近傍には金属パッドを配置することができない。これは、穴の縁の近傍に金属パッドを設けると、基板に穴を開ける際、金属パッドが穴の内側に引摺りこまれ変形するからである。例えば、紙基板の場合、穴の縁から１．０ｍｍの範囲には金属パッドを配置できないという制約がある。この場合、穴の縁から１．０ｍより長い範囲まで伸びた端子でないと、穴に実装部品を嵌めたとき、金属パッドと端子が重なり合わない。さらに、金属パッドと端子が重なるとしても、金属パッドと端子との重なり範囲が短いと、半田による接合強度が弱くなってしまう。

本発明は、基板製造の制約に拘らず部品を確実に基板に実装する実装方法と、当該実装方法により実装された部品を含む電子モジュールを提供するものである。

本発明の一側面によると、本体部と前記本体部に接続された複数の端子とを有する部品を、前記部品の前記本体部を嵌めるための方形上の穴が設けられ、前記方形上の穴の第１辺の縁から所定距離だけ離れた位置より形成された第１金属パッドと、前記方形上の穴の前記第１辺に対向する第２辺の縁から所定距離だけ離れた位置より形成された第２金属パッドと、を有する基板に実装する実装方法は、前記第１金属パッドの上と、前記第１金属パッドと前記第１辺との間の前記第１金属パッドに接する第１半田領域とに第１半田を塗布し、前記第２金属パッドの上と、前記第２金属パッドと前記第２辺との間の前記第２金属パッドに接する第２半田領域とに第２半田を塗布する工程と、前記部品の前記本体部を前記穴に嵌めこむ工程と、前記部品と共に前記基板をリフローする工程であって、前記第１半田の表面張力により、前記部品の前記複数の端子の内の前記第１金属パッドに対応する第１端子に前記第１辺から前記第１金属パッドの方向に引っ張る力が働き、かつ、前記第２半田の表面張力により、前記部品の前記複数の端子の内の前記第２金属パッドに対応する第２端子に前記第２辺から前記第２金属パッドの方向に引っ張る力が働いて、前記部品を固定する前記リフローする工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によると、基板製造の制約に拘らず部品を確実に基板に実装することができる。

一実施形態による実装方法の説明図。 一実施形態による実装方法の説明図。 一実施形態による実装方法の説明図。 一実施形態による実装方法の説明図。 一実施形態による実装方法の説明図。 一実施形態による実装方法の説明図。 一実施形態による光学センサを適用した画像形成装置の概略図。 一実施形態による画像形成装置のスキャナユニットの概略図。

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。

＜第一実施形態＞
図１（Ａ）は、本実施形態による基板１を示し、図１（Ｂ）は、本実施形態による基板１に実装部品５を取り付ける様子を示し、図１（Ｃ）は、基板１に実装部品５を取り付けた状態を示している。実装部品５は、電子回路を含む本体部と、本体部の電子回路に電気的に接続される複数の端子６とを備えている。実装部品５の例は、光学センサを搭載したＩＣや、面実装タイプの発光素子、例えば、ＬＥＤや、受光素子、例えば、フォトダイオード等である。光学センサを搭載したＩＣは、例えば、画像形成装置おいて感光体に静電潜像を形成するレーザ光の検出や、画像形成装置の像担持体に形成されたトナー像の検出に使用される。本実施形態において、基板１には実装部品５を嵌めこむための穴２が設けられている。具体的には、図１（Ｂ）及び（Ｃ）に示す様に、穴２は、実装部品５の本体部（端子６以外の部分）が収まる形状になっていて、穴２に実装部品５の本体部を嵌めこむと、実装部品５の端子６が、基板１に設けられた金属パッド３と重なる構成になっている。つまり、穴２に実装部品５の本体部を収めると、端子６と金属パッド３が接触する様になっている。金属パッド３は、実装部品５の端子６の形状に合わせて穴２の縁付近から外側に向かって配置される。なお、本実施形態において、外側とは、穴２から遠ざかる方向を意味するものとする。一方、穴２に向かう方向を以下では内側とも呼ぶ。なお、基板１の製造の制約上、金属パッド３は、穴２の縁から所定距離だけ離れた位置から外側に向けて配置される。これは上述した様に、穴２の縁ぎりぎりにまで金属パッド３を設けると、基板１に穴２を形成するとき、金属パッド３が穴２の内側に引摺りこまれ金属パッド３が変形するからである。なお、この所定距離は、基板１の材質や基板１の製造方法に応じて決定される。また、金属パッド３は穴２とは反対側の端部から所定範囲においてレジスト(絶縁膜)４で覆われている。なお、この所定範囲は、端子６の長さに基づき決定される。

図１（Ｂ）に示す様に、実装部品５の取り付け前に金属パッド３にクリーム半田７を塗布しておき、その後、実装部品５を穴２に嵌めこむ。そして、実装部品５を穴２に嵌めこんだ状態で基板１をリフロー炉に通すことで、図１（Ｃ）に示す様に半田付けが行われる。

以下、図２によりクリーム半田７と金属パッド３の関係について説明する。図２（Ａ）に示す様に、金属パッド３は、穴２の縁から所定距離だけ離れた位置より外側に向けて形成される。本実施形態では、クリーム半田７を、金属パッド３の上のみならず、金属パッド３と穴２との間の領域まで、金属パッド３側から内側にはみ出させて塗布する。言い換えると、穴２の縁から金属パッド３までの距離より、穴２からクリーム半田７が塗付された位置までの距離を短くしている。なお、以下では、金属パッド３と穴２との間の領域の内の、はんだを塗付する所定領域を、当該金属パッド３の半田領域と呼ぶものとする。金属パッド３の半田領域は、金属パッド３と接する領域である。クリーム半田７が加熱され溶融して液状になると、半田領域に塗られているクリーム半田７が表面張力によって金属パッド３側に向けて引っ張られる。これにより、実装部品５には、図２（Ｂ）の白抜き矢印で示す方向の力が働く。つまり、実装部品５の端子６には、外側に向けた力が働く。よって、半田が冷えて固まると、実装部品５は、穴２の中心に位置する状態で固定される。

以上、本実施形態では、穴２の縁から半田までの距離が、穴２の縁から金属パッド３までの距離よりも短くなる様に半田を塗付する。これにより、実装部品５を金属パッド３側に引っ張る力を発生させることができ、実装部品５の姿勢を安定させて基板１に実装することができる。また、金属パッド３がない箇所にも半田を塗布するとことで、実装部品５の端子６と半田の接触面積が大きくなり、これにより半田による接合強度をより強くすることができる。したがって、実装部品５を基板１に確実に実装することができる。

＜第二実施形態＞
続いて、第二実施形態について第一実施形態との相違点を中心に説明する。第一実施形態では、穴２に実装部品５の本体部を篏合させた状態で、端子６と金属パッド３は重なっていた。本実施形態では、実装部品５の端子６の長さが短く、穴２に実装部品５の本体部を篏合させた状態において、端子６と金属パッド３が接触しない場合について説明する。具体的には、図３に示す様な、小基板上にＩＣを搭載して透明樹脂で固め、この小基板の端部に端子６を形成する実装部品５等を想定する。なお、基板１の構成は第一実施形態と同様である。

以下、図４（Ａ）によりクリーム半田７と、金属パッド３と、端子６との関係について説明する。第一実施形態と同様に、金属パッド３は、穴２の縁から所定距離だけ離れた位置から形成され、クリーム半田７を、金属パッド３の上と、当該金属パッド３の半田領域に塗布する。本実施形態では、実装部品５を穴２の中央においても、端子６が金属パッド３と重ならない。なお、通常、穴２は、実装部品５の寸法公差等を考慮して実装部品５の本体部の外形よりも大きくなっている。そのため、実装部品５の端子６は、穴２に対する実装部品５の本体部の位置に応じて、対応する金属パッド３に近づいたり、対応する金属パッド３から遠ざかったりする。したがって、クリーム半田７は、実装部品５が穴２の中央ではなく、何れかの側に偏って配置された場合でも、端子６と重なる様に塗布しておく。言い換えると、実装部品５が穴２の何れかの側に偏ったとしても、端子６が少なくとも半田領域の上に位置する様に、半田領域を決定する。

この様に、クリーム半田７を塗布しておくことで、端子６と金属パッド３は、クリーム半田７によって電気的に接続される。また、第一実施形態と同様に、クリーム半田７溶融時の半田の表面張力により実装部品５には図４（Ｂ）の白抜き矢印で示す方向の力が働き、実装部品５は安定する。

以上、金属パッド３と穴２の間においても半田を塗付することで実装部品５の端子６が金属パッド３に届かない場合にも、実装部品５を安定して実装することができる。

＜第三実施形態＞
続いて、第三実施形態について第一実施形態との相違点を中心に説明する。まず、図５（Ａ）に示す様に、本実施形態での基板１の構成は第一実施形態と同様である。ここで、第一実施形態では総ての金属パッド３について、その半田領域にクリーム半田７を塗布していた。本実施形態では、図５（Ｂ）に示す様に、実装部品５の一方の側（図５（Ｂ）では右側）の金属パッド３については、第一実施形態と同様にその半田領域にクリーム半田７を塗布する。しかしながら、他方の側（図５（Ｂ）では左側）については金属パッド３の上のみにクリーム半田７を塗布し、半田領域にクリーム半田７を塗付しない。

その結果、クリーム半田７が溶融すると、図６の白抜き矢印で示す様に、クリーム半田７の表面張力により、図の右側に引っ張る力が実装部品５に加わる。その結果、実装部品５も右側に移動し、実装部品５の本体部が穴２の右側の縁に突き当たった状態で実装が完了する。これにより、実装部品５を穴２の中央位置ではなく穴２の片側に寄せて実装することができる。例えば、実装部品５が光センサの様な光を出射又は受光する光学部品である場合、出射又は受光する光が穴２やその他の部品と干渉しないように穴２の片側に寄せて実装する場合がある。本実施形態では、穴２に対して互いに反対側に設けられた端子に対するクリーム半田７の塗付範囲を変更することで、光学部品の光の出射位置又は受光位置に応じて決定される側に寄せて光学部品を実装することができる。これにより、光線と穴２が干渉しない位置に精度よく光学部品を実装することができる。

なお、上記各実施形態では、実装部品５の端子６は、方形状である実装部品５の本体部の対向する２つの辺に設けられていた。しかしながら、４つの辺の総てに端子が設けられた実装部品５にも本発明を適用可能である。

なお、本発明は、上記実装方法により製造された電子モジュールも対象とする。電子モジュールは、基板１と、基板１に実装された実装部品５とを備えている。実装部品５の端子６は、基板１に設けられた金属パッド３と半田により電気的に接続されている。ここで、少なくとも１つの金属パッド３について、半田は金属パッド３の上のみならず、金属パッド３から実装部品５の本体部の方向に向けた所定範囲に塗付されている。

なお、本発明による電子モジュールが光学センサを有する場合、当該光学センサは、例えば、画像形成装置に適用できる。具体的には、画像形成装置であるレーザビームプリンタにおいてレーザビームを検知するためのＢＤセンサに光学センサを適用することができる。図７にレーザビームプリンタの概略構成図を示す。

図７のレーザビームプリンタＡにおいて、スキャナユニット２０の前方に折り返しミラー３０が配置されている。折り返しミラー３０の反射方向に感光ドラム４０が配置されている。感光ドラム４０の周囲には、帯電器５０、現像器６０、転写器７０、クリーナ８０が順次に配置されている。また、レーザビームプリンタＡの右側面にはカセット９０が設けられ、カセット９０から左方向に、給紙ローラ１００、搬送ローラ１１０、給紙センサ１２０、転写器７０、定着器１３０、排紙センサ１４０、排紙トレイ１５０が順次に配列されている。カセット９０に積載されたシートへの画像形成動作の概要は次のとおりである。

まず、給紙ローラ１００でカセット９０のシートを給紙し、搬送ローラ１１０でシートを搬送する。そして感光ドラム４０には給紙センサ１２０によるシートの検知結果に基づき、シートの搬送に同期してスキャナユニット２０からレーザビームが照射されて静電潜像が形成される。感光ドラム４０は静電潜像が形成される前に帯電器５０で表面が一様に帯電されている。そして、感光ドラム４０に形成された静電潜像を現像器６０によってトナーで現像し、感光ドラム４０で現像されたトナー像が転写器７０によってシートに転写される。その後、定着器１３０でシート上にトナー像が定着されて排紙トレイ１５０に排出される。クリーナ８０はトナー像がシートに転写された後、感光ドラム４０に残留したトナーをクリーニングする。

次に、スキャナユニット２０の構成について説明する。図８（Ａ）は、スキャナユニット２０の構成を示している。半導体レーザ素子としてのレーザダイオード３００の前方にはスキャナモータ（不図示）によって回転するポリゴンミラー３１０が配置されている。ポリゴンミラー３１０の反射方向には感光ドラム４０及びＢＤセンサ３２０が配置されている。そして、ＢＤセンサ３２０から出力される同期検出信号のラインはプリンタ制御回路２１に接続されている。このＢＤセンサ３０２は、図８（Ｂ）に示すように、演算回路５１とフォトダイオード５２を有している。レーザダイオード３００からのレーザビームをフォトダイオード５２で検出して信号を出力するセンサである。このプリンタ制御回路は前述した画像形成動作を制御する回路である。スキャナユニット２０において、画像コントローラ（不図示）から送られてきた画像データに基づきレーザビームの光量を制御する信号とレーザを駆動する信号を出力する。プリンタ制御回路２１からの信号に従い、スキャナユニット２０のレーザダイオード３００が制御され、ポリゴンミラー３１０により折り返しミラー３を介して感光ドラム４上を走査するように制御される。

以上、上記の本発明の光学センサを画像形成装置のスキャナユニットのＢＤセンサとして適用することができる。

１：基板、２：穴、３：金属パッド、４：レジスト、５：実装部品、６：端子、７：クリーム半田

Claims (5)

1. 本体部と前記本体部に接続された複数の端子とを有する部品を、前記部品の前記本体部を嵌めるための方形上の穴が設けられ、前記方形上の穴の第１辺の縁から所定距離だけ離れた位置より形成された第１金属パッドと、前記方形上の穴の前記第１辺に対向する第２辺の縁から所定距離だけ離れた位置より形成された第２金属パッドと、を有する基板に実装する実装方法であって、
   前記第１金属パッドの上と、前記第１金属パッドと前記第１辺との間の前記第１金属パッドに接する第１半田領域とに第１半田を塗布し、前記第２金属パッドの上と、前記第２金属パッドと前記第２辺との間の前記第２金属パッドに接する第２半田領域とに第２半田を塗布する工程と、
   前記部品の前記本体部を前記穴に嵌めこむ工程と、
   前記部品と共に前記基板をリフローする工程であって、前記第１半田の表面張力により、前記部品の前記複数の端子の内の前記第１金属パッドに対応する第１端子に前記第１辺から前記第１金属パッドの方向に引っ張る力が働き、かつ、前記第２半田の表面張力により、前記部品の前記複数の端子の内の前記第２金属パッドに対応する第２端子に前記第２辺から前記第２金属パッドの方向に引っ張る力が働いて、前記部品を固定する前記リフローする工程と、
   を含むことを特徴とする実装方法。
2. 前記穴は前記部品の本体部より大きく、
   前記リフローする工程において、前記部品を前記穴の中心の位置に固定することを特徴とする請求項１に記載の実装方法。
3. 本体部と前記本体部に接続された複数の端子とを有する部品を、前記部品の前記本体部を嵌めるための方形上の穴が設けられ、前記方形上の穴の第１辺の縁から所定距離だけ離れた位置より形成された第１金属パッドと、前記方形上の穴の前記第１辺に対向する第２辺の縁から所定距離だけ離れた位置より形成された第２金属パッドと、を有する基板に実装する実装方法であって、
   前記第１金属パッドの上のみに第１半田を塗布し、前記第２金属パッドの上と、前記第２金属パッドと前記第２辺との間の前記第２金属パッドに接する半田領域とに第２半田を塗布する工程と、
   前記部品の前記本体部を前記穴に嵌めこむ工程と、
   前記部品と共に前記基板をリフローする工程であって、前記第１半田により、前記部品の前記複数の端子の内の前記第１金属パッドに対応する第１端子が半田付けされ、かつ、前記第２半田の表面張力により、前記部品の前記複数の端子の内の前記第２金属パッドに対応する第２端子に前記第２辺から前記第２金属パッドの方向に引っ張る力が働くことで前記部品の前記本体部が前記第２辺に突き当たった状態で前記第２半田により前記第２端子を半田付けして、前記部品を固定する前記リフローする工程と、
   を含むことを特徴とする実装方法。
4. 基板に部品が実装された電子モジュールであって、
   前記部品は、電子回路を含む本体部と、前記本体部の電子回路に電気的に接続される複数の端子と、を有し、
   前記基板には、前記部品の前記本体部を嵌めるための方形上の穴が設けられ、
   前記基板は、前記方形上の穴の第１辺の縁から所定距離だけ離れた位置より形成された第１金属パッドと、前記方形上の穴の前記第１辺に対向する第２辺の縁から所定距離だけ離れた位置より形成された第２金属パッドと、を有し、
   前記第１金属パッドの上のみに第１半田が塗布されて前記部品の前記複数の端子の内の前記第１金属パッドに対応する第１端子が半田付けされており、前記第２金属パッドの上と、前記第２金属パッドと前記第２辺との間の前記第２金属パッドに接する半田領域とに第２半田が塗布されて前記部品の前記複数の端子の内の前記第２金属パッドに対応する第２端子が半田付けされており、
   前記部品の前記本体部が前記第２辺に突き当たった状態で固定されていることを特徴とする電子モジュール。
5. 前記電子モジュールは、レーザビームを検知するセンサを含み、前記部品はフォトダイオードを含むことを特徴とする請求項４に記載の電子モジュール。

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