JPS5814076B2 - 多端子リ−ド線を有する電子部品と印刷回路板との接続方法およびそれに用いられる治具 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は多数の端子リード線を有する電子部品．例えば
ＬＳＩを印刷回路板にはんだ接続する方法およびそれに
用いられる治具に開し、目的は電子部品のリード線を印
刷回路板上のパターンとのきん密な接触を確保すること
により、多数のリード線を十分な信頼度をもって、能率
的に接続することである。

最近の電子機器にはＬＳＩが広く使用されてきているこ
とは衆知の通りであるが、ＬＳＩには多数のリードがあ
り、例えばある種のフラットパック型のＬＳＩでは四角
なパッケージの１辺に２７本づつ合計１０８本もの端子
リード線が存在する，ＬＳＩは印刷回路板に塔載されて
電子機器に組込まれるわけであるが、前述した通りリー
ドの数が多いために、これを確実かつ能率的に印刷回路
板のパターンに接続する技術が非常に重要視される．ま
してや電子計算機等の大型電子機器では一枚の印刷回路
板に数個あるいはそれ以上のＬＳＩが塔載されることも
多いため、その要求はさらに厳しいものとなる。

さらに印刷回路板上での部品の高密度実装化が著しくな
るにつれパターンの幅、ピッチが手さくなってきている
ことも、問題を一段と難しいものにしている。

上記リードとパターンとの接続技術としてはいくつかあ
るが、現在最も好ましいと考えられているのはりフロー
ソルダリングである。

これには代表的なものとして抵抗体接触加熱式と輻射線
たとえば赤外線非接触加熱式の２つがある。

前者の場合には多数のリードを一括接続するためには大
きな加熱体が必要となるが、加熱体が大きくなると温度
分布が均一になりにくくこれによる接続不良が生じるこ
と、加熱体に通電するため分流によってＬＳＩを破損す
る心配があること、実装密度をあげるだめＬＳＩのリー
ドが小さくなると加熱体自体を接触させることが難しく
なってくるなどの問題があり、輻射線（以下赤外線で代
表させる）加熱式が有利である。

赤外線加熱式は接続される材料のうちの一方あるいは両
方に例えばめっき、蒸着、箔、線などの手段で用意され
たはんだを、赤外線で加熱、溶融させて接続するもので
ある。

第１図は赤外線加熱式リフローソルダリングの原理図を
示したものであり、ａは正面図、ｂは側面図である。

まずＬＳＩのパッケージ１１の側面から出て、予め一方
向に整列して屈曲しているリード線１２を接続される印
刷回路板１３上のパターン１４に重ねて位置決めする。

次にランプ１５から放射され反射鏡１６で集光された赤
外線１７をリード上に照射する。

赤外線が照射されるとその部分の温度が上り、パターン
に予めめっきされていたはんだが溶融し、これを凝固す
るとリードとパターンが接続される。

そして接続が完了するとリード線とパターンとの接触部
の周辺にははんだのフイレット１８が生成される。

通常は光源を固定し、印刷回路板の方を例えば第１図ａ
の矢印Ｘの方向に移動させることにより、第１図〜の右
側から左側へと次々にリード線が接続されてゆく。

このようにして多数のリードも１回の操作で一括接続さ
れてしまう。

赤外線加熱式の場合には前述した抵抗体加熱式と比べる
と加熱体の大きさの限界からくる一括接続可能なリード
線の数に制限もなく、まだ分流による破損の心配もない
。

それ故ＬＳＩと印刷回路板の接続方法としては優れた方
法である。

しかしながら赤外線加熱式フリローンルダリングにも技
術的に十分注意しなければならない点がある。

この方式の場合に最も問題となるのは、赤外線の照射に
より溶融したはんだが凝固するまでの間、リード線は接
続されるパターン上に十分密着または極く小さ々間隙て
保持されていなければならないということである。

リード線とパターンとの間に大きな間隙が生じるようだ
と溶融したはんだがそれを埋め尽せず、まったく接続さ
れないか、あるいは接続されねぱなら々い面積のうちご
く一部しか接続されないことになる。

ＬＳＩのリード線は接続に先立って第１図ｂに示すよう
に、一方向に整列して屈曲した形状に成形されるが、リ
ード線の数が多いので成形のばらつき、リードのめつき
厚さのぱらつき、パターンのめつき厚のばらつきなどに
より単にＬＳＩを印刷回路板上に置いただけ、すなわち
ＬＳＩの自重だけではすべてのリード線の接続部分をパ
ターンに十分な接触面積をもって接触させることは難し
く、何本かのリード線は接続に支障を来だす程度の間隙
をもってパターンから浮上った形で位置決めされてしま
うのが実情である。

それ故、何らかの方法によりリード線をパターンに押付
けるような力を作用させて接続することが必要となる。

例えばＬＳＩのパッケージ上に重錘を載せることも１つ
の方法である。

しかしこの方法は必ずしも好ましくはなくパッケージが
印刷回路板側へ沈み、その結果モーメントが働くだめに
リード線がパターンと点接触するような形になり易い。

本発明者が従来より検討してきた方法を第２図に示す。

第２図においてへは平面図、ｂ，は立面図で第２図（ａ
）のＡ−Ａ断面を示したものである。

（ｂ／において載物台２３の断面は特に必要ないので斜
線を施していない。

）この方法は前述した１０８本のリード線を有するＬＳ
Ｉを接続するのに用いてきたものである。

リード線をパターン上に位置決めした後、リード線の上
に支持枠２１に固定された加圧体２０を載せ支持枠と戴
物台とをバネ２２で連結する。

すなわちバネの収縮しようとする力を加圧体に作用させ
リード線の接続部分をパターンに密着させようとするも
のである。

この場合リード線の上に位置する加圧体は当然のことな
がら上部から照射される赤外線を遮断したり、吸収した
りするものであってはならないわけで、石英を使用して
いる。

図から明らかな様にこれは接続部の真上から加圧力を作
用させリード線をパターンに密着させようとする方式で
あるだめ、前述したパッケージ上に重錘を置く方式より
かなり良好な結果が得られた。

しかしまだバネの収縮力の多少の違いなどにより、パッ
ケージの四辺から出ている１０８本のリード線の接続部
分に均等な加圧力を加えパターンに密着させることが難
しく、これが原因と考えられる接続不良を皆無にするこ
とが難しかった。

さらにこの方式は、ＬＳＩの大きさと比較してさほど大
きく々い印刷回路板にＬＳＩを塔載する場合には適用可
能だが、大きな印刷回路板に多数のＬＳＩを塔載する場
合にはすべてのＬＳＩのリード線に前述したような接触
は期待できず、本方式はとうてい適用不可能である。

本発明は、上述したような問題を解決しすべてのリード
線に対してパターンとの均一かつきん密な接触状態を確
保することにより、信頼度の高い接続部をきわめて能率
的に得ることができる方法を提供するものである。

本発明によれば、特に一枚の印刷回路板上に複数個の多
端子リード線を有する電子部品を接続するのがきわめて
能率的に行うことができる。

本発明の特徴は、電子部品の複数の端子リード線および
印刷回路板の接続部の少なくとも一方に、はんだ層を形
成し、前記端子リード線の接続部分を前記印刷回路板の
接続部分に圧接しながら、輻射熱を前記はんだ層に与え
て溶融、凝固させ、前記電子部品と前記印刷回路板とを
接続するものにおいて、前記端子リード線の接続部分に
対応する位置に配置された強磁性体を有する支持体上に
、前記印刷回路板の前記接続部を対応させて載置するこ
と、前記端子リード線の接続部分上に強磁性体を有する
加圧手段を載置して、前記両強磁性体の間に磁気吸引力
を作用させて、前記端子リード線と印刷回路板の接続部
を密接させることである。

まだ、本発明は電子部品の端子リード線の接続部分を接
続すべき印刷回路板の接続部に対応する位置に強磁性体
を有する支持体と、前記電子部品に対応する部分に窓を
有し、前記接続部分に対応する形状をもちかつ強磁性体
を有する加圧手段とからなり、前記両強磁性体の間に作
用する磁気吸引力により、前記支持体上に載置される印
刷回路板と前記端子リード線の接続部分に、圧力を与え
るようにしたことを特徴とする多端子リード線を有する
電子部品と印刷回路板との接続に用いられる治具を提供
するものである。

本発明による治具において、前記強磁性体のいずれか一
方を永久磁石とすることにより、前記磁気吸引力が発生
させられる。

勿論、他の手段によっても、磁気吸引力を発生させるこ
とができる。

前記加圧手段としては、前記端子リード線の接続部分に
対応する形状をもちかつ輻射線に対しほぼ透明な加圧体
と、その加圧体に固定された強磁性支持枠とから構成す
ることができる。

本発明はさらに、前述の治具に、前記加圧手段に対応す
る形状の窓を有する輻射線じゃへい体を付加した治具を
提供するものである。

特に前記支持体の強磁性体が複数個である場合は、前記
しゃへい体は複数個の窓を有する一体の板で作るのがよ
い。

以下本発明による接続方法について記す。

第３図は本発明による接続方法を示したもので，ａｉ平
面図、ｂは立面図でａ図のＢ−Ｂ断面を示したものであ
る。

まずはんだ層をつけたリード線の接続部分およびパター
ンにフラックスを塗布し．リード線の接続部分をパター
ン上に載せて位置決めする。

この際フラツクスは適度な粘性を有しているのでＬＳＩ
Ｉ印刷回賂板になかば固定された形になる。

このようにＬＳＩが仮り止めされた印刷回路板１３を図
に示しだような方向（Ｎ，Ｓは逆でも可）に磁極を有す
る磁石３１を埋込んだ熱伝導特性のよいＡｔでできた固
定盤３０の上に移し、ちょうど磁石の上にＬＳＩが位置
するように固定する。

固定盤をＡ／製としたのは赤外線照射により温度上昇し
にくいようにするためである。

次に第２図に示しだと同様支持枠２１に固定された石英
の加圧体２０をリード線の上に載せる。

次に赤外線を照射し固定台を移動させ第１図で述べた要
領で接続する。

この場合支持枠２１は例えばパーマロイ、軟鋼などの強
磁性体でできており、固定盤内に磁石が埋込まれている
ために固定盤側へ強く引付けられる。

この力は図から明らかなように石英加圧体を介してリー
ド線の接続部分に加わることになり、その結果リード線
とパターンとのきん密な接触状態が生じる。

磁石すなわち磁力を用いることの利点を述べると、まず
第１に四角な支持枠がどの部分も均等な磁力（吸引力）
を受けるために、どのリード線も均等な力でパターンと
密着しやすく、その結果ばらつきの少ない接続部を得る
ことができることがあげられる。

なお、ＬＳＩのリードがＦｅ−ＮｉあるいはＦｅ−Ｎｉ
一Ｃｏ合金で強磁性体であることも磁石を使用する場合
の効果をさらに大きなものとするように作用しているこ
とを言うまでもない。

第２には位置決めされたＬＳＩのリード線上に単に加圧
体を置くだけで良く、それ以上の操作例えば従来行なつ
ていたバネを連結するなどを一切しなくてすむというこ
とである。

一見このことは微々たることの様に見えるがバネを連結
する際にせっかく行なった位置決めがずれるなどの問題
がなくなることは非常に大きな効果をもたらし、接続作
業の能率向上に著しく貢献する。

第３図は加圧力の発生源が加圧体と隔絶されている点で
ある。

例えば従来行なっていたようなバネによる加圧方式の場
合には塔裁可能なＬＳＩの数および印刷回洛板の大きさ
に著しい制限が生じてしまうが、本発明による方式では
後で述べるように大きな印刷回路板に多数のＬＳＩを塔
載したい場合には犬き々固定盤を用意し、印刷回路板の
ＬＳＩが塔載される位置に対応する場所に磁石を埋込ん
でおきさえすれば良い訳である。

このように本発明による方式は特に一枚の印刷回路板に
多くのＬＳＩを塔載しようとする場合には飛躍的な効果
を発揮する。

第４図は１枚の印刷回路板に５個のＬＳＩを接続する場
合を示したものであり、ａは平面図、ｂは立面図でａ図
のＣ−Ｃ位置での断面を示したものである。

この場合固定盤はちょうどＬＳＩの直下に相当する位置
に合計５個の磁石を埋込んだものを用いる。

このような固定盤上に前述したようにフラツクスを用い
てＬＳＩを仮り止めした印刷回路板を載せ、次に石英加
圧体が固定された支持枠をリード線の接続部上に置いて
ゆく。

次にＬＳＩが塔載されている以外の部分を遮へい板４０
でおおう。

これは印刷回路板のＬＳＩとの接続部以外の所が赤外線
によって加熱されるのを防止するためで、実施例では、
固定盤と同じ＜Ａｔで作ってある。

ＬＳＩのパッケージもセラミック等の耐熱性の高いもの
の場合はよいが、そうでない場合にはパッケージの上に
も遮へい板を置くことが必要である。

こうしてセットが完了したら固定盤を矢印の方向へ移動
し、印刷回路板の一端から他端へと赤外線を照射する。

この場合には赤外線が集光された形が線状あるいは細い
帯状になる、すなわちラインタイプの光源を用い、第４
図ａのＬＳＩのと■あるいは■と○とが同時に照射を受
けるようにする。

このようにすると１回の照射で５個のＬＳＩ、リード線
の数が１個当り１０８本とすれば５４０本のリード線を
パターンに一括接続でき、かつその手順もきわめて簡単
である。

次に本発明の実施例について述べる。

実施例 １ 四角なセラミックパッケージの１辺に２７本づつ合計１
０８本のリード（幅０．３ｍｍ，パターンと接続される
部分の長さ１ｍｍ）を有するＬＳＩ１個をこれと同程度
の大きさを有する印刷回路板（パターンの幅０．５ｍｍ
，長さ１．５ｍｍ、はんだめっき厚さ約１５μｍ）に、
第２図に示した従来方法と本発明による磁石を用いた方
法とで各々５組づつ赤外線リフローソルダリングで接続
し、接続不良を比較した。

磁石による吸引力はＩＬＳＩ当り７５０ｇであった。

リフローソルダリングの条件は両方法とも同一とし、ラ
ンプ電圧８０Ｖ、送り速度１５０ｍｍ／−フラツクスは
活性化ロジンサを用いた。

各々５４０点の接続部について調べた結果、本発明によ
る方法では接続不良は皆無であったが、従来の方法では
まったく接続されなかったものが３点、ごくわずかの部
分でしか接続されていなかったものが１０点あった。

実施例 ２ 実施例１に用いたＬＳＩを第４図に示したように１６０
Ｘ１６０ｗｎの印刷回路板に５個接続するものとし、本
発明による磁石を用いた赤外線リフローソルダリング式
と、抵抗体加熱式（第２図に示したバネを用いる方式で
赤外線リフローソルダリングにより接続する方法は、こ
の程度の大きさの印刷回路板になると適用できなかった
ので抵抗体加熱式で比較した。

）とで、接続不良の状況と接続に要する時間（セッティ
ングからフルダリング終了まで）を比較した。

この場合印刷回路板のパターン形状は実施例１に示しだ
ものと同じである。

赤外線リフローソルダリング条件は、ランプ電圧８５ｖ
１送り速度１５０ｍｍ／ｍｍ、であり、フラツクスは活
性化ロジンを使用した。

また抵抗体加熱式では抵抗体はＭｏで大きさは長さ１５
ｗｍ、幅３０ｍｍ，抵抗体温度５００℃、加圧力２００
０ｇ１加圧時間４０秒である。

この結果各々５４０点の接続部について、本発明による
方法の場合には接続不良は皆無であり、接続に要しだ時
間は１０分であった。

また抵抗加熱体の場合には接続不良３点を生じ、また接
続に要した時間は２５分であった。

以上の結果からも本発明が著しく優れていることが明ら
かである。

なお上記においてはＬＳＩを印刷回路板に接続する場合
について記したが、ＬＳＩに限らずフラットパックタイ
プのＩＣ，ＭＳＩなど多数のリードを有する部品を同様
な形態で赤外線リフローソルダリングする場合にも本発
明はもちろん有効である。

【図面の簡単な説明】 第１図は赤外線加熱式リフローソルダリングの原理を示
しだもの、第２図は従来より行なわれてきたＬＳＩと印
刷回路板との赤外線加熱式リフローソルダリングの方法
を示したもの、第３図は本発明によるＬＳＩと印刷回路
板との赤外線加熱式リフローソルダリングによる接続方
法を示したもの、第４図は本発明による接続方法を用い
て一枚の印刷回路板に複数個のＬＳＩを接続する状況を
示したものである。 １１…パッケージ、１２…リード線、１３…印刷回路板
、１４…パターン、２０…加圧体、２１…支持枠、３０
…固定盤、３１…磁石、４０…しやへい板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多数の端子リード線を有する電子部品のリ一ド線の
   接続部分および印刷回路板の接続部分の少なくとも一方
   にはんだ層を形成し、前記端子リード線の接続部分を前
   記印刷回路板の接続部分に圧接しながら、はんだ層を加
   熱溶融、凝固させ、前記電子部品と前記印刷回路板とを
   接続する方法において、はんだ層の加熱に先立って、前
   記端子リード線の接続部分に対応する位置に配置されだ
   強磁性体を有する支持体上に、前記印刷回路板の前記接
   続部を対応させて載置すること、前記端子リード線の接
   続部分上に強磁性体を有する加圧手段を載置して、前記
   両強磁性体の間に磁気吸引力を作用させて、前記端子リ
   ード線と印刷回路板の接続部を密接させることを特徴と
   する多端子リード線を有する電子部品と印刷回路板との
   接続方法。 ２ 電子部品の多数の端子リード線と印刷回路板との接
   続部に対応する位置に強磁性体を有する支持体と、前記
   電子部品に対応する部分に窓を有し、前記接続部分に対
   応する形状をもちかつ強磁性体を有する加圧手段とから
   なり、前記両強磁性体の間に作用する磁気吸引力により
   、前記支持体上に載置される印刷回路と前記端子リード
   線の接続部分に圧力を与えるようにしたことを特徴とす
   る多端子リード線を有する電子部品と印刷回路板との接
   続に用いられる治具。 ３ 前記強磁性体のいずれか一方が永久磁石であること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の多端子リード
   線を有する電子部品と印刷回路板との接続に用いられる
   治具。 ４ 前記加圧手段は、前記端子リード線の接続部分に対
   応する形状をもちかつ輻射線に対しほぼ透明な加圧体と
   、その加圧体に固定された強磁性支持忰とからなること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の多端子リード
   線を有する電子部品と印刷回路板との接続に用いられる
   治具。 ５ 電子部品の多数の端子リード線と印刷回路板との接
   続部に対応する位置に強磁性体を有する支持体と、前記
   電子部品に対応する部分に窓を有し、前記接続部分に対
   応する形状をもちかつ強磁性体を有する加圧手段、およ
   び前記加圧手段に対応する形状の窓を有する輻射線じゃ
   へい体とからなり、前記両磁性体の間に作用する磁気吸
   引力により、前記支持体上に載置される印刷回路板と前
   記端子リード線の接続部分に圧力を加えるようにしたこ
   とを將徴とする多端子リード線を有する電子部品と印刷
   回路板との接続に用いられる治具。 ６ 前記支持体の強磁体は複数個であって、前記しゃへ
   い体は複数個の窓を有する一体の板である特許請求の範
   囲第５項記載の多端子リード線を有する電子部品と印刷
   回路板との接続に用いられる治具。