JPH0391991A - 電子部品の取付け方法 - Google Patents

電子部品の取付け方法

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JPH0391991A
JPH0391991A JP2220143A JP22014390A JPH0391991A JP H0391991 A JPH0391991 A JP H0391991A JP 2220143 A JP2220143 A JP 2220143A JP 22014390 A JP22014390 A JP 22014390A JP H0391991 A JPH0391991 A JP H0391991A
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lead
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Ralph E Bonnell
ラルフ・エヴアレツト・ボンネル
George C Castello
ジヨージ・クリストフア・キヤステロ
Karl G Hoebener
カール・グラント・ホーベナー
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ．産業上の利用分野 本発明は、プリント回路基板の２つの側面に表面搭載可
能部品を取り付けることに関する。特に、接着剤を用い
る必要なく、２回のりフロー作業を行うことによって基
板の両側面に部品を経済的に取付ける方法に関する。
Ｂ．従来の技術及び発明が解決しようとする課題米国特
許第４７６１８８１号は、プリント回路基板の両側面に
表面搭載可能部品及び一側面につなげられる部品壱取り
つけるための方法を開示している。はんだは、表面取付
けランド上を覆い、その上の部品取付け場所に接着剤が
付与され部品が配置される。接着剤は、基板が逆さまに
されるとき、部品がはんだに接触したままであることを
保証する。次にめっきされたスルーホール内部と基板の
第２側面の表面取付けランド上にはんだが付けれる。ピ
ン・イン・ホールと表面搭載部品が、基板の第２側面上
に配置される。基板の両側面上のはんだは、１回のりフ
ロー作業が必要とされる。
米国特許第４５１５２０３号は、プリント回路基板の両
側面に部品を配置する方法を開示しており、めっきされ
たスルーホール中に部品のリードを挿入すること、はん
だペーストを塗布する前にそのリードの端部を切断し、
しっかりと固定することを開示している。
特開昭６１−５６４９１号は、浸漬と熱放射リフローを
同時に行う前に、基板表面上に部品を搭載して回路基板
の両側表面にはんだ付けする方法を記述している。
西独特許第３４４５６２６号は、２つの異なるはんだ付
け方法を利用する１つの作業でプリント回路基板の両側
面に全ての部品をはんだ付けする方法を記述している。
基板の一側面の部品は、接着剤によって適所に保持され
ている。他方の側面では、部品を一時的に保持するため
に溶融可能なはんだが用いられている。次に、組立体は
ウエーブはんだ付け機又は浸漬はんだ付け機内に置かれ
る。
２つの側面を持つプリント回路組立体に係る従来方法は
、通常、接着剤を使用することを必要としている。しか
しながら、接着剤を使用する上でいくつかの欠点が存在
している。接着剤は、自動的に中心位置をとらせる性質
に制限があり、リフロ一の間、部品を定置することがで
きない。
リードとそれらがつながれるパッドとの間の隙間を埋め
るために、はんだの量の追加が必要となる。
接着剤は、さらにプリント回路組立体の再加工の間に問
題を引き起こす。しばしばピンセット型除去が必要とさ
れる補｛１５工程の中に含まれている。
接着剤による接着を壊すために、部品のねじりを許容す
るのに十分な空間がカード又は基板の配列内部に設けら
れなければならない。さらに、接着剤が回路基板上に残
り、部品の交換の前に除去されないなら問題が生じ得る
。この接着剤の残留物は、連続的取付け作業が行なわれ
る前に除去されなければならない。
ただ１回のはんだリフロ一方法が用いられるとき、過度
な取扱いや洗浄が基板の他方の側面上の濡れはんだペー
ストを傷つけるので、無欠陥作業の必要性が増えている
。
Ｃ．課題を解決するための手段 本発明は、２つの側面を有するプリント回路基板の組立
て作業中の接着剤の必要性を排除することによって上記
従来の問題を克服する。本発明は、基板が逆さまにされ
、リフロー作業を必要とするとき、溶融はんだの表面張
力を破るために必要な除去合力よりも低い除去合力を有
する表面搭載可能部品は、回路基板上のはんだと接触し
て部品リードを保持するための接着剤を必要としない、
という発見に起因している。
重力と振動の結合された加速度による除去合力は、リー
ドの重量比に基づいている。上記リードの重量比は、部
品上のリードの数によって分けられた部品の重量として
定義される。
本発明の方法において、表面取付けランドだけを有する
ＰＣＢの第ｌ側面はランドに塗布されたはんだを有して
いる。表面搭載可能部品は、その上に配置され、はんだ
はリフローされる。基板は逆さまにされる。はんだは、
後に、ＰＣＢ上及び内部に配置された表面取付けランド
に及びめっきされたスルーホールを貫いて塗布される。
ピンーイン・ホール及び表面搭載部品が配置され、そし
て、最初に配置し、次に逆さまにし、部品が必要とする
除去力の総計が、溶融はんだの表面張力接着に打ち勝つ
ために必要とされる力よりも小さくなるように維持され
る間、基板は第２回目のりフロー作業を受ける。さらに
、本方法は、赤外線対流及び蒸気相リフロ一方法を使用
し得る。
Ｄ．実施例 本発明は、表面搭載部品だけを一側面に、他方、表面搭
載部品及びビンスルーホール部品を両側面に有すること
が望まれるとき、ＰＣＢに部品を分布することにおいて
特定の有用性を持つ。本書の記載を通じて、表面搭載部
品だけを有するプリント回路基板の側面は、以下、裏側
として言及しており、一方、表面搭載部品及びピンスル
ーホール部品の両方が取り付けられるプリント回路基板
の表面は、表側として言及している。
次に第１図を参照すると、工程１０で、はんだペースト
でＰＣＢの後部上の表面取付けパッド上を覆っている。
この好例となる実施例において、重量が少なくとも９０
％の金属のフラツクスに加えたはんだが好ましい。例と
して、６３％Ｓｎ／３７％Ｐｂのはんだが適している。
ＡＭＩ社のＣＰ−２４０５型装置は、はんだ塗布工程１
０を行うのに適切している。必要条件は、回路基板に取
りつけられるべき部品の型に適切に堆積されるべきはん
だペーストの量である。一般的にこのことは、約５．０
８Ｘ１０−３ｃｍから３．８　１　Ｘ　Ｉ　Ｏ−２ｃｍ
の範囲で適切な厚みを持つ金属ステンシルを介してはん
だを押すためにスキージのような装置を使って行なわれ
る。塗布されるはんだの量は、使用されている基板及び
部品の型に関して適用可能な検査基準に適合する節点を
形戒するのに十分でなければならない。
工程１２は、追加の工程を行うか否かの選択を行うこと
を示している。次の記述からより明らかになるように、
ＰＣＢ上の裏側に配置されるのが強く望まれ得るいくつ
かの重量部品が存在する。
ＰＣＢが逆さまにされるとき、それらの重量部品上にが
かる合威重力は、第２リフロー作業の間、溶融したはん
だの表面張力による接着を壊すのに必要な力を超える。
そのような部品が強く望まれ、熱硬化接着剤が用いられ
るべきならば、その接着剤は、王程１３において適切に
塗布される。
しかしながら、本発明の好ましい実施例においては、そ
のような重量部品は取付けられるべきではなく、王程１
４で指示された配置作業は、ただちに工程１０のペース
トスクリーン塗布作業に続く。
配置精度は、使用される装置、配置されている部品、パ
ッドサイズによって決まる。この工程を行うために利用
できる適切な装置は、ダイナバート（Ｄｙｎａｐｅｒｔ
）　Ｍ　Ｐ　Ｓ　２　５　０　０機である。当業者には
、部品が予め堆積された所期の量のはんだに接触するよ
うに配置されなければならないということは理解されて
いる。この配置を効果的にするために必要とされる重力
はＩｇから約４．５４ｋｇに変化し得る。
工程ｌ８は、工程１３で用いられた接着剤の種類及び工
程３０で用いられるリフロー装置の種類に基づいた選択
を指示している。工程１３の接着剤は硬化を必要として
おり、リフロー炉がリフロ一の前に硬化できる性能を有
しているならば、別々に硬化する必要はない。もしそう
でなければ、接着剤は、工程２６で硬化される。
前記したように、いろいろのりフロ一方法が本発明の使
用に適している。対流及び気相リフローは、これらの方
法の内の２つである。当該実施例では、赤外線リフロ一
方法を使用している。リフロー装置について広い範囲の
温度設定は、ＰＣＢ、部品及び選ばれた特定のはんだ成
分特牲の関数である。当該実施例において、ＦＲ−４Ｐ
ＣＢに部品を配置させるために６３％Ｓｎ／３７％Ｐｂ
から威るはんだを使用するのに接着剤硬化手段を含んで
いるビクトロニクス（Ｖｉｔｒｏｎｉｃｓ）　７　２　
２リフロー炉が、適していることがわかった。
従来の部品に関して、リードの温度は、約４５秒のりフ
ローで、最小限の時間による２００乃至２４５゜Ｃの温
度範囲からあまりに遠く離れるべきではない。リフロー
作業のいろいろな段階での異なるドウエル時間がＰＣＢ
，部品及びはんだ特性の関数として決定されなければな
らないということを当業者は認識している。言及された
はんだを使った当該実施例において、０．４３゜Ｃ／秒
と１．８°Ｃ／秒の間の熱傾斜速度をもつことが受け入
れられるということがわかった。１８３’Ｃを超えた温
度での最小限の時間は、約４５秒であり、１８３’Ｃを
上囲る温度での最大限の時間は、１４５秒を超えるべき
ない。部品は、約２００’　Ｃと約２４５’　Ｃとの間
の温度に耐えることができる。
使用のために選択されたはんだ及びフラックスの性質に
よって決定されるような必要な洗浄が工程３４で行なわ
れる。当該実施例において、デトリックス（Ｄｅｔｒｉ
ｘ）　Ｐ　Ｃ　Ｂ　Ｄ　−　２　Ｄ　Ｆ　−　Ｒ　Ｒク
リーナーを使用するのが効果的であるということがわか
った。
工程１２で示した決定に類似して、無熱硬化接着剤壱使
用するかどうかの決定が工程３８で行なわれる。もしそ
うならば、それは王程４０で塗布される。さらに、本発
明の好ましい実施方法において、王程３０について記述
されたようなりフロー後に、基板は工程４２で逆さまに
される。
しかしながら、本発明の方法においてこの時点で妨害が
起こることに注意すべきである。表面搭載部品は、ＰＣ
Ｂの裏側にしっかりと取付けられており、基板の表側に
直かに配置し始めることは要求されていない。
基板の表側の取付けは、めっきされたスルーホール内及
びＰＣＢ表側表面に設けたランド上に所期の量のはんだ
を塗布する王程５０で開始する。
ＰＣＢ裏側を配置させることに使用されるような同一又
は類似の装置が、表側の配置に使用するのに適当である
。しかしながら、各々次の表側配置工程の間、ＰＣＢ用
に適した平らな保持体を設けることが必要である。
工程５４で、表面搭載部品及びピン・イン・ホール部品
は、ＰＣＢ表側上の濡れはんだペースト中に配置される
。工程５８では、ＰＣＢは第２リフロー作業を通過する
。このリフロー作業の間、プリント回路基板の裏側に取
付けられた表面搭載部品への除去合力が重要になってく
る。この制約の性質は、第２図及び第３図を参照してよ
り詳細に記述されている。リフローの間、除去合力と結
合したものは、溶融はんだの表面張力によってもたらさ
れるはんだ接着を壊すのに必要な力を上回る合戒除去力
を増加しないとき、そのような程度に、装置全体の振動
が維持されなければならない。
振動を引き起こす機械的要因は、リフロー炉を介してＰ
ＣＢを搬送するために使用される装置が入っている。搬
送ベルトに付着した汚れ又は駆動及び従動スプロケット
若しくは同様のものにおける凹凸は避けられなければな
らない。同様に、モータ取り付台の遮断ダンパーが推奨
される。
リフロー後、次に工程６２に巻き込まれた材料に対して
必要かつ適切な洗浄が行なわれる。
次に、第２図を参照する。第１図に係る方法にしたがっ
て分布された回路基板１００は、赤外線リフロー炉１１
０を通過するコンベア１０４上に示されている。リフロ
ー炉１１０のリフロー領域は、二点鎖線１１４と１１８
の間の領域である。
第２リフローエ程５８を通過中、最小限の振動の維持が
重要であるのがこの領域である。
振動は、プリント回路基板１００の表面についてそのＺ
軸方向に部品１３０の速度が変化するように画戊される
。それらは、リフロー炉１１０のリフロー領域に逆さま
につられ、溶融はんだの表面張力だけによりＰＣＢＩＯ
Ｏに接触して保持されるプリント回路基板の裏側上の部
品である。
この現象は、はんだ接合部１４２により回路基板１００
上の個々のりード１３４及びそれらに関連したはんだラ
ンド１３８間にもたらされた複合的結合によりプリント
回路基板ｌＯＯに取りつけられた部品の拡大概略図であ
る第３図を参照してより詳細に説明される。
第２リフロー炉を通過中の力のバランスを簡単化した式
は、次の通りである。
ＳｔＸＰｍ＋ｎ−Ｍｏｘ（ｇ＋ａｖ）＝Ｘここで、 Ｓｔ＝表面張力 Ｐｒｎ＋ｎ＝はんだ接合部の水平横断面の最小限の周囲
の長さ Ｍ．＝リードに対する部品の質量 ｇ＝重力による加速度 ａｖ”振動によるＺ次元における加速度Ｘ＝合力 Ｘがゼロよりも大きいか又は等しいならば、表面張力の
保持力は、少なくとも部品１３０上に及ぼされる下向き
の除去力に等しいから、部品１３０は基板１００上に保
持される。Ｘがゼロよりも小さいならば、重力と振動の
結合力、除去合力は、部品１３０を落とさせるはんだ接
合部１４２の表面張力を超える。
力の作用を簡単にした定義は、はんだの粘度及びはんだ
接合部１４２と基板１００内部の共振によってもたらさ
れる時間の制約を無視する。時間に関係するものとして
の共振周波数（及びそれらの倍振動）及び粘性効能果は
、バランス力が一時的にゼロ以下に落ちるときでさえ、
バランス力に影響を与える要因である。はんだ接合部１
４２の状態は、無傷のまま残っている。そのため、本発
明考らは、実際の加速度に対する振動の関係よりもむし
ろ粘度変化に対する振動の関係について言及した。
部品のリード１３４のはんだ付着領域は、およそはんだ
接合部１４２の最小限の横断面領域に等しいので、表１
は本発明に係る方法により取付けられ得る異なる部品用
のはんだ接合部の周囲を決定するために用いられ得る。
表１に挙げた部品は、第２リフロー炉を通過する間に落
ちる可能性のある主要な裏側部品である。
本方法は、チップコンデンサ及び抵抗器、小型外形トラ
ンジスタ（ＳＯＴ）結晶並びに取り付けに必要となるよ
うな他の部品を使って行う。
本方法に使用される典型的な６３％Ｓｎ／３７％ｐｂか
ら成るはんだ戊分は、４９０ダイン／ｃｍの表面張力を
有する。重力の加速度は、９８０ｃｍ／ｓｅｃ２である
。上記除去合力の方程式は、第２のりフロー炉を通過す
る間に、部品を保持している溶融はんだの表面張力に打
ち勝つために必要とされる力の大きさを決定するために
既知の重量を持つ部品について用いられ得る。
例えば、小さなＪ型リードを有する８４ビンのプラスチ
ックリードチップキャリア（ＰＬＣＣ）の重量／リード
比は、０．４４ｃｍの接合周囲に対して０．０８グラム
／リードである。最大限許される振動（ＭａｘＶｉｂ）
耐力を発見するために、除去合力用の上記の方程式を再
展開してみると次のようになる。
ｓｅｔＸ＝０　　次に、 ０　＝Ｓｔ　ｘ　　Ｉ）ｍｉｎ−Ｍ．（ｇ＋ＭａｘＶｉ
ｂ）ＭａｘＶｉｂを解くと、 ＭａｘＶｉｂ　　＝ Ｓｔ１　ｐｍｉｎｓ Ｍ０及びｇを代数をあてはめると、 ＭａｘＶｉｂ　　” （４９０タ゛イン／ａｍ　　ｘ　　Ｏ．４４ｃｍ−９８
０ｃｍ／ｓｅｃ２　ｘ　　０．０８ｇｒ）０．０８ｇｒ −　１　７　１　５　　ｃｎ＋／ｓｅｃ２１　７　１　
５　ａＯＩ／ｓｅｃ２＝　１．　７５　ｘ重力そのため
、時間制約を除いて、１．７５ｇよりも大きい振動パル
スが部品を移動させる。実際、上記ＭａｘＶｉｂを上回
って最高にするパルスがはんだ接合部を長くすることが
わかった。すなわち、はんだ接合部の周囲は縮小する。
そのような振動パルスの継続が縮小する接合部の周囲に
関してＭａｘＶｉｂを超えるようであるならば、接合部
は壊れ、部品は落ちてしまう。より短いパルスの継続の
場合、接合部は、その元々の一連の形状を再形戒する。
リードの重量比が０．１グラム／リードより小さい部品
は、本方法における裏側取り付けのために使用され得る
。
第４図を参照する。粘度変化は、本発明の方法に適した
加速度パルスの継続時間に対してＺ方向の加速度をプロ
ットすることによって生み出された曲線の下の領域とし
て計測される。この例において、リードの重量比がＯ．
ＯＳグラム／リードである８４ピンＰＬＣＣ部品につい
ての加速度計のデータは、ステップ関数として時間に対
してプロットされる。陰影をつけた領域１６０又は１７
０のいずれかに示されているような、加速度のピークに
ある領域は、第２図における部品１３０のＺ軸上で計測
された２．　５　４ｃｍ／ｓｅｃを超えて移動し得ない
。この振動の限度は、妥当な安全限界に対してＯ．ｌグ
ラム／リードよりも小さいか又は等しいリードの重量比
を有する部品について間違いのないものであるというこ
とがわかった。
Ｅ．発明の効果 本発明によると、全体の組立て工程が簡単になり、工程
の歩留りが増大する。本発明に従って２つの側面を持つ
組立体用に使用されるはんだの量は、裏側組立体上の埋
め合わせをするようにさせられる接着剤を有している従
来方法を行うに当たって使用される量よりも少なくてす
む。また、溶融はんだの表面接着を壊すために必要とさ
れる除去合力を超える合力を持つことが望まれるならば
、接着剤の選択的塗布は、第１リフロー炉を通過した後
に行なわれ得る。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に係る方法のフローチャート、第２図
は、はんだリフロー装置中を進む回路基板の概略図、第
３図は、プリント回路基板上のはんだパッドに部品リー
ドの接続状態を示した概略図、第４図は、第３図に示し
たリードが必要とされる全除去合力とりフロー装置を通
って変化する合力速度との間の関係を示したグラフであ
る。 ｌＯＯ・・・プリント回路基板、１１０・・・リフロー
炉、１３０−・・リフロー炉、１３４・・リード、　　
１３８・・・はんだランド、１４２・・はんだ接合部。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）（ａ）プリント回路基板の第１側面上の表面取付
    けランド上をはんだで覆い、 （ｂ）前記第１側面上の前記ランド上に表面搭載部品を
    配置し、 （ｃ）前記工程（ａ）で塗布されたはんだをリフローし
    、（ｄ）前記プリント回路基板の第２側面上の表面取付
    けランド上及びめっきされたスルーホール内をはんだで
    覆い、 （ｅ）前記第２側面上に表面搭載部品及びピン・イン・
    ホール部品を配置し、 （ｆ）前記プリント回路基板上のすべてのはんだをリフ
    ローする、 連続工程を含んでいるプリント回路基板の両側面への電
    子部品の取り付け方法。
  2. （２）リードの重量比が０．１ｇ／リードを超える部品
    用に前記プリント回路基板の前記第１側面上に接着剤を
    塗布する追加の工程を、前記工程（ａ）と（ｂ）との間
    で行う請求項（１）記載の電子部品の取り付け方法。
  3. （３）前記工程（ｂ）は、リードの重量比が０．１ｇ／
    リードより小さいか又は等しい部品を選択することを含
    み、前記工程（ｆ）は、前記プリント回路基板が２．５
    ４ｃｍ／ｓｅｃ．よりも小さいか又は等しいこいとを条
    件とする振動レベルを維持することを含む請求項（１）
    記載の電子部品の取り付け方法。
  4. （４）前記請求項（ｆ）は、プリント回路基板を赤外線
    リフロー炉中を通過させることを含む請求項（１）、（
    ２）又は（３）記載の電子部品の取り付け方法。
  5. （５）前記工程（ａ）が、少なくとも金属９０％、スズ
    ６３％、鉛３７％から成るはんだペーストで覆うことを
    含む請求項（１）、（２）又は（３）記載の電子部品の
    取り付け方法。
  6. （６）（ａ）プリント回路基板上の裏側表面取付けラン
    ド上を、金属９０％、錫６３％、鉛３７％以上から成る
    はんだペーストで覆い、 （ｂ）前記工程（ａ）において、はんだ付けされた表面
    取付けランド上に表面搭載部品を配置し、 （ｃ）はんだペーストをリフローし、 （ｄ）プリント回路基板を逆さまにし、 （ｅ）前記プリント回路基板の表側に表面搭載部品及び
    ピン・イン・ホール部品を配置し、 （ｆ）前記表面搭載部品のＺ軸への移動を、２．５４ｃ
    ｍ／ｓｅｃ．よりも小さいか又は等しいレベルに維持し
    ながら、前記プリント回路基板を赤外線対流炉内を通過
    させることによって前記プリント回路基板上のすべての
    はんだをリフローする、連続工程を含んでいるプリント
    回路基板の裏側に電子部品を取付ける方法。
  7. （７）前記工程（ｂ）は、リードの重量比が０．１ｇ／
    リードよりも小さいか又は等しい表面搭載部品を選択す
    ることを含む請求項（６）記載の電子部品の取付け方法
    。
  8. （８）約４５０ダイン／ｃｍから約５５０ダイン／ｃｍ
    の範囲にある溶融状態の表面張力を有するはんだ成分を
    選択することを含む請求項（１）記載の電子部品の取付
    け方法。
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