JPS62263693A - 電子部品をプリント回路基板にはんだ付けする方法 - Google Patents

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 本発明は回路デバイスの回路基板への取）付けに関する
ものである。さらに具体的には、本発明は、１回の７ラ
ツクス付はステップを有する単純化された工程で、単一
のマルチバンドはんだプレフォームを用いてデバイスを
取り付ける方法に関するものである。

Ｂ、従来技術 ピン・グリッド・アレイ等のモジュールを表面はんだづ
けパッケージまたはりフローばんだづけパッケージとし
て組み立てるだめの従来の方法では、フラックス付けを
行なってから個々のはんだプレフォームをアレイの各パ
ッド上に置くか、またはウェーブはんだづけ操作を行な
った後に他の表面取付デバイスに必要な追加的リフロー
けんだづけを行なうことが必要である。

従来技術では、はんだを複数の場所に施す方法は多数あ
る。たとえば、レイド（Ｒｅ、ｉｄ）に対する米国特許
第４２１６３５０号は、個々のはんだリングのそれぞれ
の開孔内に保持すべき回路板にはんだづけされる端子の
開孔と相同な複数の開孔を有する非可融材料のウェブを
教示している。このウェブにリングを装着すると、多数
のはんだリングを対応する端子に一度に配置することが
可能になる。

エリス（Ｅｌｌｉｓ　）に対する米国特許第３３９６８
９４号は、複数のはんだ体またはその他の熱可融性材料
を同時に塗布するためのアプリケータを教示している。

このアプリケータは、個々の熱回収可能カップ中白に複
数のはんだ体を含む。

ＩＢＭテクニカル・ディクロージャ・プレテンｏｌ、１
３、Ａ８、（１９７１年１月）、Ｐ、２３２０に所載の
クープ（Ｋｏｏｐ　）等の論文は、はんだパケット・コ
ネクタをメタライズされたセラミック回路モジュール基
板にろうづけするだめの、エツチングされたろうツケプ
レフォーム令シートを開示している。このプレフォーム
は、一部分がエツチングで除去されて互いにゆるやかに
結合されたプレフォームが残る、ろうづけ合金ストック
のシートから成り、これらのプレフォームはセラミック
・モジュール上のメタライズされたパッド位置に対応す
る。

Ｃ９発明が解決しようとする問題点 これらのどの参照文献も、リフローはんだづけ工程では
んだづけされるプリント基板内のめっきされたスルーホ
ールまたは表面装着パッドに、ピン・グリッド・アレイ
またはその他のマルチリード・モジュールを取り付ける
ことに関連した問題に言及してはいない。たとえば、ク
ープ等の開示では、ろうづけ材の塗布後に、ピン等を取
シ付けるためのもう１つの操作を行なう必要がある。エ
リスの参照文献は、複数のピンをプリント基板に結合す
るため１回だけはんだを塗布することを教示しているが
、はんだが冷えた′後でのみアプリケータを除去する必
要がある。レイドの参照文献は、個々のはんだプレフォ
ームをキャリヤ・ウェブ内に置くことの必要性を教示し
ている。

Ｄ１問題点を解決するための手段 本発明は、１回のフラックス付はステップしか必要とし
ないマルチパッドはんだプレフォームを用いて、素子を
回路基板に取り付ける方法を掃供する。はんだプレフォ
ームは、モジュール・リードおよび装着バンド、または
プリント基板内のめつきされたヌル−ホール（ＰＴＨ）
に対応する所定のパターンで打ち抜かれだ開孔を有する
。プレフォームを、基板とモジ具−ルとの間に挾み、フ
ラックス付けし、リフローさせる。はんだプレフォーム
が溶けると、開孔の所で分離が起こる。表面張力および
はんだの漏れのだめに、モジュール・リードの近くのは
んだがそのリードおよびパッド、またはそのリードが存
在するめつきされたスルーホールに向って流動する。所
定量のはんだが各リードおよびパッドまたはめつきされ
たスルーホールの位置へと流れる。

はんだ組成物に適しだ液状フラックスをリフロー操作の
前に塗布する。はんだプレフォームは、プレフォームの
２つ以上のコーナ・ビン位置に小さめの、すなわち、モ
ジュール上のピンよシも小さな孔を設けることによシ、
モジュールおよびそれに関連するパッドまたはめつきさ
れたスルーホールに対して適正に配置することができる
。プレフォーム内の位置決め孔を取シ付けるべきモジュ
ール上の関連するピンの上にわずかに押しつけると、締
シ嵌めがもだらされる。

任意のピン位置で利用可能なはんだの量は、孔の寸法お
よび形状、必要とされるリード寸法および形状、はんだ
フィレットの寸法、パッドの寸法および形状に応じてプ
レフォームの厚さを選択することにより決定される。就
中必要とされるはんだの量、ピンの位置および密度、パ
ッド間における回路線の有無に応じて選択されたパター
ンでプレフォーム中に穴を打ち抜く。

Ｅ、実施例 第１図で、ピン・グリッド・アレイ・モジュール２は、
ピン・リード４を有する。これらのピン・リード４はプ
リント基板に確実に取シ付ける必要がある。はんだプレ
フォーム６は任意選択で２つの小さめの孔８を備え、こ
れらの孔８は適正な整合のため、モジュール２の隅にあ
るピン４との締シ嵌めを行なう。さらに、所定の直径の
開孔パターン１０がプレフォーム乙に設けられる。Ｘ１
２は、ピン４およびパッドまたはプリント基板１６内の
めつきされたスルーホール（ＰＴＨ）１４との接合を形
成するはんだ領域の中心を表わす。

プレフォーム６内の開孔８および１０は、通常の機械的
パンチによって形成することができる。

寸法、形状および位置が所定の孔パターンに対応したダ
イか必要なことが当業者によシ理解されるであろう。

第２図は第１図と似ておシ、本発明の表面装着技術への
適用可能性を示す。モジュール２０は、ガル・ウィング
・リード２４を有するプラスチック製リードつきチップ
・キャリア（ＰＬＣＣ）ｔたはその他のフラット・パッ
ク・デバイスである。

はんだプレフォーム２６は、リード２４の位置に対応す
る固体領域に隣接する領域３０が穴あけされ、リード２
４はプリント基板３６内の表面装着パッド３４とも整合
している。

第３図は第２図に示されるマルチパッド・プレフォーム
２６の平面図であシ、穴あけされた領域３０と表面装着
パッド３４の間の幾何学的関係を示す。

本発明の方法によると、素子の寸法、回路基板の形状お
よびはんだフィレットの所望の寸法に応じて、プレフォ
ームの厚さおよび開孔パターンが選択できる。そのパタ
ーンを形成するには通常の技法が用いられる。次に、プ
レフォームを、正しく整合された状態で、取シ付けるべ
き素子と回路板の間に挾むが、この正しい整合は、位置
決め孔を用いると容易になる。プレフォームは、プリン
ト基板上に置く前に７ラツクス付けできることに留意す
べきである。続いてリフローはんだ操作を行ない、プレ
フォーム６または２６（第１図および第２図）が融解す
ると、孔１０または切除領域３０で分離する。表面張力
によって、ピン４まだはリード２４の近くのはんだがリ
ード２４およびパッド１４まだはめつきされたスルーホ
ール６４の方へ流れる。

プレフォームの厚さとプレフォームの孔の寸法を適正に
選ぶことが重要であることは容易に理解できる。適切な
厚さおよび孔の寸法の計算は、以下に説明するように個
なうことができる。

第４図は、本発明によるはんだプレフォーム５０の概略
図である。孔５２を、素子のリード位置を表わすＸ５６
を取シ巻くパターンとして形成する。プレフォーム５０
内の孔５２の最大寸法は、次式によって与えられる。

ただし、Ｃはピン間の間隔であシ、同一方向における孔
間の間隔と同じである。Ｓはプレフォームの孔５２の半
径である。

孔が存在する場合にそれを満たし、パッドを覆い、リー
ド上にフィレットを生成するために必要なはんだの量を
計算する必要がある。この計算には、ピン間の間隔、ピ
ンおよびパッドの寸法および形状等の既知の変数が必要
である。

次に必要なことは、１木のリードにつき利用可能なはん
だの量を決定することである。この結果はプレフォーム
の厚さと孔の寸法の関数である。

次に、必要なはんだの量を利用可能なはんだの量と等し
く置く。その結果、プレフォームの厚さと孔の寸法を、
既知の量、すなわち、孔、パッドおよびリード（！たは
ピン）の寸法および形状ピン間の間隔の関数として含む
方程式が得られる。

Ｓがその最大可能値の１／３倍から９／１０倍の間に選
ばれると、プレフォームの最適な性能が得られることが
判明した。厚さは、上記で導いた方程式とＳの選択値を
用いて計算される。

一般には、シート形のはんだが標準寸法で使用できる。

希望するならば、標準の厚さを選択することができ、Ｓ
の値は、上記で導いた方程式から計算できる。このよう
に計算されたＳの値は、選択された厚さの１／３倍から
９／１０倍の間の範囲に入らねばならない。

マ／ｌ／　チパッド・プレフォームの厚さを決定する例
を第５図に関連して説明する。第５図は、１本の円筒状
リード６０、めっきされた円筒状スルーホール６２、円
形パッド６４、および円錐台状のはんだフィレット６６
を概略的に示す。１本のリードおよびパッドに対して以
下の寸法を仮定する。

ＲＬ＝リード６０の半径 Ｒｈ＝ＰＴＩ（６２の半径 Ｒｐ＝パッド６４の半径 Ｈ７＝フィレット６６の高さ Ｈｈ＝孔の高さ＝回路基板の厚さ ステップ１−必要なはんだ量の計算 ＶＦ＝　１つのフィレット内の（はんだ＋１ノー　）”
　）の体積＝（π／３））（（Ｒ２＋ＲＰ２＋Ｌ ＲＬＲｌ） Ｖｈ＝ＰＨＴ内の（はんだ＋リード）の体積＝・ＨｈＲ
ｈ２ ■　＝はんだによって覆われるリードの体積＝πＲＬ　
２（Ｒｈ＋２　Ｈｆ） カードの上面および底面の両方にフィレットがある。

必要とされるはんだの総体積■工は、（２つのフィレッ
トの体積）＋（ＰＩＴの体積）−（はんだによって覆わ
れたリードの体積）に等しい。

ＶＴ＝２ｖＦ＋ｖｈ−ｖＬ ２ＶＦ十ｖｈ−ｖＬ＝π／３〔２ＨＦＲＰ２＋２Ｈ２Ｒ
ＬＲ１＋３Ｈｈ（Ｒｈ２ ＲＬ　　）４ＨＦＲＬ２） ステップ２−利用可能なプレフォーム量の計算再び第４
図を参照する。各Ｘ５６はモジュール・ピンの位蓋を示
す。プレフォーム５０中に各孔５２が打ち抜かれ、穴あ
けされ、まだはその他の方法で形成される。任意選択の
位置決め孔が５４で示される。点線の正方形内のはんだ
は、その中心のＸ５６にあるピンに向かって流れること
ができる。

プレフォームの好ましい形状は、第４図に示される形状
である。孔５２は、回路基板内の隣接するバンドまたは
めつきされたスルーホールの位置間の間隔に対応する。

図のように、孔とパッドまたはめつきされたスルーホー
ルの好ましい比は２：１である。すなわち、各Ｘ５６に
関連して２つの孔が関連する。

次のように仮定する。

Ｃ＝孔間の中心距離 Ｓ＝ニブレフオームにあけられた孔５２の半径Ｔ＝ニブ
レフオーム厚さ めっきされたスルーホールで利用可能なはんだの量（ｖ
Ａ）は、（孔５２間の中心距離に等しい辺を有する正方
形の体積）−（この正方形の辺の中央にある穴あけされ
た４つの半円の面積）×（プレフォーム５０の厚さ）で
ある。

Ｖ　　＝（（：：２−４（１／？５２））Ｔ＝［Ｃ２−
２πＳ２〕Ｔ ステップ３−利用可能な量ｖＡを、必要な量ＶＴと等し
いと置いて、プレフォームの厚さＴを求める。

ｖＡ＝２ＶＦ＋ｖｈ−ＶＬ この方程式を用いて、ＳおよびＴを計算することができ
る。許容されるＳの値は、Ｓの量大可能値の１／３倍か
ら９／１０倍の間にある。Ｔの許容値は利用可能なはん
だシート材の厚さによってのみ制限される。

当業者は、どのようなリード・パッドおよびめっきされ
たスルーホールの形状についても同様な計算を行なえる
ことを認めるであろう。

しだがって、本発明は、リードをめっきされたスルーホ
ールまたは表面パッドに接合するためのはんだの適正量
を確保するだめの簡単な方法を提供する。特定のカード
／ボード実装の応用分野ごとに、プレフォームに孔を形
成するだめのダイまたはその他の手段の設計と同様に、
厚さの計算が一度行なわれる。この技法は、プレフォー
ムを作るだめの大量生産方式に適している。

本発明に従って作られたプレフォームは、通常のプログ
ラム制御式配置装置を用いて、回路基板上に正確かつ確
実に配置することができる。

好ましい実施例を参照しながら本発明について説明した
が、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、形
態および細部に種々の変更を加えることができる。

Ｆ１発明の効果 本発明を用いれば、容易にデバイスをプリント基板に取
シ付ける事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、プリント基板の一部分に隣接した、本発明に
従って作られたマルチパッド・プレフォームと整合した
ピン・グリッド・アレイ・モジュールの分解図。 第２図は、ガル・ウィング・リードを有するモジュール
、はんだプレフォーム、およびプリント基板の一部分の
分解図。 第３図は、第２図に示されるマルチパッド・プレフォー
ムの平面図。 第４図は、リードつき素子と共に使用されるプレフォー
ムの概略平面図。 第５図は、はんだフィレット、モジュール・リード、め
っきされたスルーホールまだはパッドの寸法の関係の概
略図である。 ２．２０・・・・ピン、グリッド・アレイ・モジュール
、４・・・・ピン、６．２６・・・・はんだプレフォー
ム、１６．３６・・・・プリント基板。 出願人　インター六ショナノイビジネス・マシーンズ・
コーポレーション代理人　弁理士　　頓　　　宮　　　
孝　　　−（外１名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　複数の端子を有する電子部品をプリント回路基板には
   んだ付けする方法において、 上記部品の端子の位置のパターンに対して相補的なパタ
   ーンの位置に複数の開口部を有する多パッド用はんだプ
   リフォームを用意し、 上記部品と上記回路基板との間に上記プリフォームを、
   上記部品の端子、上記プリフォームの開口部のない領域
   及び上記基板の端子取付位置が整合するように重ね、は
   んだをリフローさせるステップを含む 電子部品をプリント回路基板にはんだ付けする方法。