JP2005064379A

JP2005064379A - 配線基板およびその製造方法

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Publication number: JP2005064379A
Application number: JP2003295326A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kobayashi; 洋小林
Original assignee: Teac Corp
Current assignee: Teac Corp
Priority date: 2003-08-19
Filing date: 2003-08-19
Publication date: 2005-03-10
Anticipated expiration: 2023-08-19
Also published as: JP4225164B2

Abstract

【課題】ピン挿入部品と表面実装部品とが混載された基板が簡単に、且つ、廉価に製造できるようにする。
【解決手段】ピン挿入部品回避穴２１が開設されて片面に表面実装部品２２が半田ペーストにより仮止めされた表面実装部品用片面基板２０に、表面実装部品回避穴１１が開設されて片面にピン挿入部品１２がピン穴に嵌挿半田付けされて実装されたピン挿入部品用片面基板１０を重ねてリフロー炉に挿入し、加熱・冷却して表面実装部品２２を表面実装部品用片面基板２０に半田付けして実装すると共に、ピン挿入部品用片面基板１０の基板接合用パターン１４と表面実装部品用片面基板２０の基板接合用パターンとを半田付けしてピン挿入部品用片面基板１０と表面実装部品用片面基板２０とを一体化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ピン挿入部品と表面実装部品とを混載した配線基板、およびその製造方法に関するものである。

この種の配線基板を廉価に製造するためには、配線パターンが片面にのみ形成される、いわゆる片面基板の採用が不可欠となる。その場合、例えば図６に示したように、表面実装部品２２は片面基板１の図示しない配線パターンが設けられた面に位置し、ピン１３をピン穴に嵌挿することで片面基板１に固定されるピン挿入部品１２はその反対側に位置することになる。

その製造工程としては、例えば図７に例示したように表面実装部品２２をボンド２により片面基板１の配線パターン側である半田面側に仮止めし、次にピン挿入部品１２のピン１３を片面基板１のピン穴に挿入してピン挿入部品１２をその反対側に仮止めする。続いて、半田面側にフラックスを塗布して溶融半田３Ａが貯留された半田槽３に浸漬し、ピン挿入部品１２と表面実装部品２２とを同時に片面基板１に半田付けして実装する。

しかし、上記製造方法においては、
１）専用のボンド塗布装置が必要になる。
汎用のボンド塗布装置では、表面実装する部品の実装精度・強度が不安定になり、また、高速実装する生産ラインに対応することができない。
２）専用のフラックス塗布装置が必要になる。
汎用のフラックス塗布装置では、多用な形状の表面実装部品の要部にフラックスを塗布することができないため、半田付け品質がばらつく。
３）表面実装部品の半田付け部に気泡が発生し、半田不良となり易い。
半田槽への浸漬時にフラックスより発生するガスは、ピン挿入部品ではピン穴を通って上方に抜けるが、表面実装部品ではガスが抜ける穴がないため、表面実装部品の近傍に滞留して半田不良を引き起こし易い。
４）溶融半田に浸漬される表面実装部品が鉛フリー半田の溶融温度に耐えられない。
鉛公害を廃絶するため、鉛入り半田から鉛フリー半田に切り換わりつつある。しかし、鉛フリー半田では鉛入り半田より半田槽の温度は２０〜５０℃も高くする必要があり、溶融半田に浸漬される表面実装部品の選択肢が狭まる(使用不能な部品もある)。
などと云った問題点があった。

また、図８に示したように、チップ化印刷配線基板４に複数の図示しないスルーホールを設け、そのチップ化印刷配線基板４の裏面の端部に、スルーホールに対応する複数のパット５を形成し、そのパット５とスルーホールとを導体パターン６で接続した状態で、スルーホールにピン挿入部品であるディップ部品７のピンを挿入して半田槽に浸漬し、チップ化印刷配線基板４にピン挿入部品のディップ部品７を搭載し、そのディップ部品７が搭載されたチップ化印刷基板４を搭載するチップ部品搭載用基板８の所要部に、チップ部品搭載用穴８Ａを開設し、その周囲にチップ化印刷配線基板４に形成したパット５に対応するパット５Ａを設けた状態で、図示しないピン挿入部品と他の全ての表面実装部品を搭載して、半田リフローにより一工程で接着して、ピン挿入部品と表面実装部品と混載した基板を製造するようにした技術も周知である（特許文献１）。

図８に提案された基板の製造方法によれば、製造工数の減少と、部品実装時の作業能率の改善とが図れると記載されている。

特開昭６１−７６９３号公報

しかし、特許文献１に提案された基板の製造方法においては、チップ部品搭載用基板にチップ化印刷配線基板を載置する工程が、実際には大変な作業になると云った問題点がある。すなわち、チップ部品搭載用基板に対し、通常はチップ化印刷配線基板が極めて小さいために、その位置決め載置を高精度で行うことが困難であった。

加えて、１枚のチップ部品搭載用基板に１枚のチップ化印刷配線基板を搭載するだけでも大変な作業であるのに、１枚のチップ部品搭載用基板に大きさ・形状の異なる複数のチップ化印刷配線基板を搭載するときには、その作業を機械化することは資金効率の面から困難であるので、人手に頼ることになるが、１枚のチップ部品搭載用基板に多数のチップ化印刷配線基板を人手によって搭載する作業は困難を極めるだけでなく、そのような作業環境下で製造した基板は品質が磐石なものではなくなると云った問題点があった。

そのため、ピン挿入部品と表面実装部品とが混載された基板が簡単に、且つ、廉価に製造できるようにする必要があり、それが解決すべき課題であった。

本発明は、ピン挿入部品回避穴が開設されて片面に表面実装部品が半田ペーストにより仮止めされた表面実装部品用片面基板に、表面実装部品回避穴が開設されて片面にピン挿入部品が嵌挿半田付けされたピン挿入部品用片面基板を重ねてリフロー炉に挿入し、加熱・冷却して表面実装部品を表面実装部品用片面基板に半田付けすると共に、ピン挿入部品用片面基板と表面実装部品用片面基板とを半田付け一体化することを最も主要な特徴とする。

本発明は、表面実装部品を基板の片面に半田付けにより固定して実装する従来確立された表面実装部品搭載基板の製造技術と、ピン挿入部品を基板の片面に嵌挿半田付けして固定実装する従来確立されたピン挿入部品搭載基板の製造技術とを併用して、表面実装部品とピン挿入部品とを混載する片面基板を製造する製造方法であるので、本発明により製造する基板の品質は従来技術により製造した基板の品質と同等である。

しかも、製造時に表面実装部品が溶融半田槽に浸漬されることがないので、溶融温度の高い鉛フリー半田を用いた部品の実装が制約を受けることなく実行できる。

また、表面実装部品用片面基板にはピン挿入部品回避穴が開設され、ピン挿入部品用片面基板には表面実装部品回避穴が開設されて、表面実装部品用片面基板とピン挿入部品用片面基板とを一体化するときに、表面実装部品用片面基板の表面実装部品とピン挿入部品用片面基板のピン挿入部品とが干渉しない構造となっているので、設計の自由度が高い。

また、直交する２方向それぞれにおいて同一寸法となる部位があるように表面実装部品用片面基板とピン挿入部品用片面基板とを設ける発明においては、対応する各辺を重ねるだけで、表面実装部品用片面基板とピン挿入部品用片面基板との位置合せが行える。

また、表面実装部品用片面基板の配線パターン端部とピン挿入部品用片面基板の配線パターン端部とが接合されて表面実装部品用片面基板とピン挿入部品用片面基板とが一体化される発明においては、表面実装部品用片面基板とピン挿入部品用片面基板とを接合するだけの部材を使用することがないので、コストの削減が図れる。

一方、表面実装部品用片面基板とピン挿入部品用片面基板とが、電気配線とは無関係に設けられた接合部において互いに接合されて一体化される発明においては、配線パターンを設計する際の自由度が高くると共に、表面実装部品用片面基板とピン挿入部品用片面基板との接合部を基板の周辺部に設けると、前記接合部を基板中央部に設けたときより接合部の加熱と冷却が速やかに行えるので、製造工程のスピードアップが図れる。

なお、表面実装部品用基板とピン挿入部品用基板とを一体化する工程が必要となるが、表面実装部品用基板に表面実装部品を実装する工程、ピン挿入部品用基板にピン挿入部品を実装する工程は従来装置を使用して行うことが可能であり、特別な装置を作製したり、製造工数が大幅に増加することもないので、製造コストの増大を招くこともない。

ピン挿入部品回避穴が開設されて片面に表面実装部品が半田ペーストにより仮止めされた表面実装部品用片面基板に表面実装部品回避穴が開設されて片面にピン挿入部品が半田付けにより固定されたピン挿入部品用片面基板を重ねて所定温度に昇温されているリフロー炉に投入し、所定温度に加熱して表面実装部品を表面実装部品用片面基板に半田付けすると共に、表面実装部品用片面基板とピン挿入部品用片面基板とを貼り合わせて一体化する。

本発明の一実施例を、図１〜図４に基づいて説明する。先ず、ピン挿入部品用片面基板１０に所要のピン挿入部品１２を実装する。なお、片面（図面においては下面）に所要の図示しない配線パターンを備えるピン挿入部品用片面基板１０は、外形が矩形に形成されており、表面実装部品回避穴１１が複数個開設されている。

また、ピン挿入部品用片面基板１０には図示しないピン穴が所要部所に多数開設されており、ピン挿入部品１２は配線パターンが形成されていない上面側からそのピン１３が該当するピン穴に挿し込まれて、配線パターンが形成されていない上面に仮止めされる。

なお、ピン挿入部品用片面基板１０の図示しない配線パターンが形成されている下面には、導電性金属からなる基板接合用パターン１４が設けられている。この基板接合用パターン１４は、ピン１３がピン穴に嵌挿されて上面に実装されるピン挿入部品１２と図示しない配線パターンを介して電気的に接続される。

その後、所要のフラックスを塗布し、図示しない半田槽内の溶融半田にピン挿入部品用片面基板１０の下面を浸漬してピン挿入部品１２のピン１３と基板裏面の配線パターンとを接続し、ピン挿入部品１２をピン挿入部品用片面基板１０の上面に固定・実装する。

なお、ピン挿入部品用片面基板１０の片面（上面）に所要のピン挿入部品１２を実装する上記技術は、ピン挿入部品を片面に実装する従来技術と何ら変るものではない。

一方、表面実装部品用片面基板２０にも所要の表面実装部品２２を仮止めする。片面（上面）に所要の図示しない配線パターンが形成された表面実装部品用片面基板２０は、外形がピン挿入部品用片面基板１０と同形に形成されており、この表面実装部品用片面基板２０にもピン挿入部品回避穴２１が複数個開設されている。

なお、表面実装部品用片面基板２０の上面には導電性金属からなる基板接合用パターン２３が設けられている。この基板接合用パターン２３は、上面に実装される表面実装部品２２と図示しない配線パターンを介して電気的に接続される。また、この基板接合用パターン２３は、ピン挿入部品用片面基板１０の下面に設けられている基板接合用パターン１４に相当する部位に設けられている。

そして、表面実装部品用片面基板２０の図示しない配線パターンが形成された上面に図示しない半田ペースト（細粒化された半田粒を液状物に練り込んで、粘着性を有するペースト状にしたもの）を塗布し、さらにその上に表面実装部品２２を載置し、半田ペーストの粘着力により表面実装部品２２を表面実装部品用片面基板２０の所要部に仮止めする。

上記の表面実装部品用片面基板２０の片面（上面）に所要の表面実装部品２２を仮止めする技術も、表面実装部品を片面に実装する従来技術と何ら変るものではない。

そして、上面に多数の表面実装部品２２が仮止めされた表面実装部品用片面基板２０の上に、多数のピン挿入部品１２が上面に実装されたピン挿入部品用片面基板１０を重ね、重ね合わされたピン挿入部品用片面基板１０、表面実装部品用片面基板２０の例えば各辺中央部分に挟持部材４０を嵌合させることで、ピン挿入部品用片面基板１０と表面実装部品用片面基板２０とは位置合わせされた状態で機械的に一体化される。

その際、ピン挿入部品用片面基板１０には表面実装部品用片面基板２０に実装する表面実装部品２２に対する表面実装部品回避穴１１が開設され、表面実装部品用片面基板２０にはピン挿入部品用片面基板１０に実装するピン挿入部品１２に対するピン挿入部品回避穴２１が開設されているので、ピン挿入部品用片面基板１０を表面実装部品用片面基板２０に重ねても、ピン挿入部品用片面基板１０に実装されたピン挿入部品１２と表面実装部品用片面基板２０に仮止めされた表面実装部品２２とが干渉し合うことはない。

また、ピン挿入部品用片面基板１０を表面実装部品用片面基板２０に重ねたとき、ピン挿入部品用片面基板１０の基板接合用パターン１４と表面実装部品用片面基板２０の基板接合用パターン２３とは、表面実装部品用片面基板２０に塗布された半田ペーストを介して接する。

また、ピン挿入部品用片面基板１０と表面実装部品用片面基板２０とは外形が同形に形成されているので、対応する辺を一致させて重ね合わせたピン挿入部品用片面基板１０、表面実装部品用片面基板２０の例えば各辺中央部分に挟持部材４０を嵌合させることで、ピン挿入部品用片面基板１０と表面実装部品用片面基板２０とは位置合わせされた状態で機械的に一体化される。

また、ピン挿入部品用片面基板１０と表面実装部品用片面基板２０とは外形が同形に形成されているので、ピン挿入部品用片面基板１０を表面実装部品用片面基板２０に重ね、平行な２辺の対向する部分に挟持部材４０を奥まで嵌め込む操作を行うことでも、ピン挿入部品用片面基板１０と表面実装部品用片面基板２０との位置合せができる。

そして、４個の挟持部材４０により機械的に一体化されたピン挿入部品用片面基板１０と表面実装部品用片面基板２０とを、図示しないそれ自体は従来周知のリフロー炉に搬入して加熱し、その後冷却することにより、表面実装部品用片面基板２０の上面に塗布された半田ペーストによって表面実装部品用片面基板２０に仮止めされている表面実装部品２２を、半田ペーストの溶融・凝固により表面実装部品用片面基板２０に固定し実装する。

また、この加熱・冷却工程により、ピン挿入部品用片面基板１０の基板接合用パターン１４と表面実装部品用片面基板２０の基板接合用パターン２３とが半田ペーストの溶融・凝固によって接合されるので、ピン挿入部品用片面基板１０と表面実装部品用片面基板２０とは構造的に一体化され、同時にピン挿入部品用片面基板１０の図示しない配線パターンと表面実装部品用片面基板２０の図示しない配線パターンとの電気的接続もなされる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではないので、特許請求の範囲に記載の趣旨から逸脱しない範囲で各種の変形実施が可能である。

例えば、ピン挿入部品用片面基板１０と表面実装部品用片面基板２０とは、例えば図５に示したようにピン挿入部品用片面基板１０の対角部分に凹み１５Ａ、１５Ｂが設けられたときにも、ピン挿入部品用片面基板１０の最大長さと表面実装部品用片面基板２０の最大長さは一致し、長さ方向と直交する方向の最大幅同士も一致するので、対応する各辺が辺と直交する方向に位置ずれしないようにピン挿入部品用片面基板１０を表面実装部品用片面基板２０に重ね合わせることで、容易に位置合わせすることができる（図５においては、表面実装部品回避穴１１、ピン挿入部品回避穴２１は図示していない）。

したがって、ピン挿入部品用片面基板１０と表面実装部品用片面基板２０とは、位置合せを容易にするためには、外形形状を完全に一致させる必要はなく、原形が矩形であったとして表現すると、ピン挿入部品用片面基板１０、表面実装部品用片面基板２０は何れの周辺部に凹みがあっても良いが、ピン挿入部品用片面基板１０と表面実装部品用片面基板２０とは最大長さと最大幅とが一致するように形成するのが好ましい。

また、ピン挿入部品用片面基板１０と表面実装部品用片面基板２０との一体化を、ピン挿入部品１２、表面実装部品２２と電気的に接続される配線パターンとは無関係にピン挿入部品用片面基板１０、表面実装部品用片面基板２０それぞれの周辺部に設けた金属接合部同士を半田付けして一体化するようにしても良い。

ピン挿入部品用片面基板１０と表面実装部品用片面基板２０とを上記のような金属接合部同士を半田付けして一体化するときには、配線パターンを設計する際の自由度が高くると共に、接合部を基板中央部に設けたときより接合部の加熱と冷却が速やかに行えるので、製造工程のスピードアップが図れると云った利点がある。

また、ピン挿入部品用片面基板１０の基板接合用パターン１４および／または表面実装部品用片面基板２０の基板接合用パターン２３の一部にスルーホールを穿設しても良い。スルーホールを穿設することにより、ピン挿入部品用片面基板１０の基板接合用パターン１４と表面実装部品用片面基板２０の基板接合用パターン２３との間にある半田ペーストへの熱伝導率が向上し、リフロー炉の温度を必要以上に上げることなく接合することが可能になる。

斜視図で示す本発明の説明図であり、（Ａ）はピン挿入部品用片面基板の説明図、（Ｂ）は表面実装部品用片面基板の説明図、（Ｃ）は本発明により製造した配線基板の説明図である。断面図で示す本発明の説明図であり、（Ａ）はピン挿入部品用片面基板の説明図、（Ｂ）は表面実装部品用片面基板の説明図、（Ｃ）は本発明により製造した配線基板の説明図である。本発明の製造方法の工程を示す説明図である。重ね合わせたピン挿入部品用片面基板と表面実装部品用片面基板とを機械的に一体化する一例を示す説明図である。変形実施の一例を示す説明図である。従来技術で製造した配線基板の説明図である。図６に示した配線基板を製造する工程を示す説明図である。他の従来技術を示す説明図であり、（Ａ）はチップ化印刷配線基板の説明図、（Ｂ）はチップ部品搭載用基板の説明図である。

符号の説明

１片面基板
２ボンド
３半田槽
３Ａ溶融半田
４チップ化印刷配線基板
５、５Ａパット
６導体パターン
７ディップ部品
８チップ部品搭載用基板
８Ａチップ部品搭載用穴
１０ピン挿入部品用片面基板
１１表面実装部品回避穴
１２ピン挿入部品
１３ピン
１４基板接合用パターン
１５Ａ、１５Ｂ凹み
２０表面実装部品用片面基板
２１ピン挿入部品回避穴
２２表面実装部品
２３基板接合用パターン
４０挟持部材

Claims

ピン挿入部品回避穴が開設されて片面に表面実装部品が半田ペーストにより仮止めされた表面実装部品用片面基板に、表面実装部品回避穴が開設されて片面にピン挿入部品が嵌挿半田付けされたピン挿入部品用片面基板を重ねてリフロー炉に挿入し、加熱・冷却して表面実装部品を表面実装部品用片面基板に半田付けすると共に、ピン挿入部品用片面基板と表面実装部品用片面基板とを半田付け一体化することを特徴とする配線基板の製造方法。
ピン挿入部品用片面基板のピン挿入部品は、ピン挿入部品用片面基板の下面が半田槽に浸漬して半田付けされることを特徴とする請求項１記載の配線基板の製造方法。
表面実装部品用片面基板とピン挿入部品用片面基板とは直交する２方向それぞれにおいて同一寸法となる部位があることを特徴とする請求項１または２記載の配線基板の製造方法。
表面実装部品用片面基板の配線パターン端部とピン挿入部品用片面基板の配線パターン端部とが接合されて表面実装部品用片面基板とピン挿入部品用片面基板とが一体化されることを特徴とする請求項１〜３何れかに記載の配線基板の製造方法。
表面実装部品用片面基板とピン挿入部品用片面基板とは、電気配線とは無関係に設けられた接合部において互いに接合されて一体化されることを特徴とする請求項１〜３何れかに記載の配線基板の製造方法。
ピン挿入部品回避穴が開設されて片面に表面実装部品が半田付けされた表面実装部品用片面基板と、表面実装部品回避穴が開設されて片面にピン挿入部品が嵌挿半田付けされたピン挿入部品用片面基板とが重ねて一体化されたことを特徴とする配線基板。
表面実装部品用片面基板の配線パターン端部とピン挿入部品用片面基板の配線パターン端部とが接合されて表面実装部品用片面基板とピン挿入部品用片面基板とが一体化されたことを特徴とする請求項６記載の配線基板。
表面実装部品用片面基板とピン挿入部品用片面基板とは、電気配線とは無関係に設けられた接合部において互いに接合されて一体化されたことを特徴とする請求項６記載の配線基板。