JP4475988B2 - プリント基板 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品のハンダ付けに用いたハンダの種類が判別可能なプリント基板に関する。

カメラ、コンピュータ等の電子機器には、表面上に回路を形成したプリント基板が設けられている。このプリント基板上に必要な電子部品を配置し電気的に接合させることで電子機器の目的に応じた機能の発揮を可能としている。回路と電子部品の電気的な接合は通常ハンダ付けにより行われる。従来ハンダ付けに使用されているのは主にＳｎ，Ｐｂを主成分とする有鉛ハンダである。有鉛ハンダは作業性に優れ接合強度も良いものであるが、毒性を有しており有鉛ハンダを用いた電子機器を処分するときに問題となる。

すなわち、処分された電子機器が最終的に埋め立てられると鉛により土壌汚染や水質汚染などの環境汚染を引き起こすこととなる。そこで、近年では鉛を含まない無鉛ハンダの開発が進んでおり、将来においては有鉛ハンダの代わりにこうした無鉛ハンダを用いることが期待されている。

しかし、無鉛ハンダが使用されるようになる場合でも有鉛ハンダが使用されないとは限らず、あるいは完全に置換されるとしてもその置換の過程においては無鉛ハンダによりハンダ付けされた基板と有鉛ハンダによりハンダ付けされた基板が混在することになる。有鉛ハンダと現在使用が考えられる無鉛ハンダは外見上区別が難しい為、分別処分が困難となる。そこで、無鉛ハンダによりハンダ付けするプリント基板の任意の場所にハンダの合金組成を付したり、色を付して識別することが提案されている（特許文献１参照）。また、プリンタ基板の外形の一部を変形させて識別することも提案されている（特許文献２参照）。

しかし、これらの方法ではプリント基板に予め識別が施されているため、無鉛ハンダであることを示す識別標識を備えるプリント基板に誤って有鉛ハンダを用いてハンダ付けしてしまう場合に問題となる。すなわち、これらのハンダはその種類により適した埋立てやリサイクルのために分別などの処分がされるが、有鉛ハンダを無鉛ハンダと誤って埋立てたり、有鉛ハンダを無鉛ハンダのリサイクルの系に混ざり再使用が困難となる。
特許第３３６５３６４号公報 特開２００１−２８４７５２号公報

したがって、本発明では無鉛ハンダあるいは有鉛ハンダのどちらを実際にハンダ付けに用いているかを識別可能とするプリント基板を提供することを目的としたものである。

本発明のプリント基板は、リフローハンダ付けするとき有鉛ハンダを熔融させるのに必要なリフロー温度以下では外観が原状のまま保持され、有鉛ハンダを熔融させるのに必要な前記リフロー温度を実質的に超える場合に外観が変化し、常温まで冷却したとき外観の変化が実質的に保持される指標部を備えることを特徴としている。

指標部の外観の変化は、指標部が熔解してプリント基板からの欠落であることが好ましく、あるいは変色であることが好ましい。また、指標部が文字、記号、あるいは図形であることが好ましい。

指標部が変化している場合は無鉛ハンダを使用していること、あるいは指標部の外観が原状を保持している場合は有鉛ハンダを使用していることを指標部の近接部には記してあることが好ましい。

以上のように、本発明によれば指標部の外観が変化しているか否かによりプリント基板に実際に使用されているハンダが有鉛ハンダか無鉛ハンダか識別可能となる。

以下、本発明の第１の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は本実施形態を適用したプリント基板の使用状態を示す部分図である。

プリント基板１０の表面には所定の回路２０が形成されており、所定の位置に電子部品３０が設けられる。電子部品３０はハンダ４０により回路２０に接合され電気的に接続される。

図２に示されるように、プリント基板１０に電子部品３０を接合するときはリフローハンダ付けにより行われる。第１の工程では図２（ａ）に示すようにプリント基板１０上にハンダ４０が供給される。プリント基板１０には回路２０が形成されており、この回路２０上でハンダ付けを行う所定の位置にハンダ４０が配置される。第２の工程では図２（ｂ）に示すようにプリント基板１０上の所定の位置に電子部品３０が配置される。電子部品３０が配置される所定の位置においてハンダ４０は回路２０と電子部品３０の端子３１とに挟まれる。

第３の工程では図２（ｃ）に示すようプリント基板１０に電子部品３０がリフローハンダ付けされる。この工程ではハンダ４０と電子部品３０が配置されたプリント基板１０がリフロー炉６０内に搬送される。リフロー炉６０内はハンダ４０を熔融させるのに必要なリフロー温度に保たれている。リフロー炉６０内でハンダ４０はプリント基板１０、電子部品３０とともに加熱されて熔融し、ハンダ付けが行われる。

図１に示されるように、プリント基板１０には指標部５０が設けられる。指標部５０は任意の樹脂、金属材料、あるいは任意の樹脂に任意の金属材料を混入させて形成される。指標部５０は有鉛ハンダのリフロー温度までは外観上の色が原状のまま保持される。しかし有鉛ハンダのリフロー温度を超えると有鉛ハンダの外観が不可逆的に変色しその後常温まで冷却しても、色の変化が実質的に保持される。色の変化が実質的に保持されるとは、原状の色と識別不可能なほどにまでは指標部５０の色が回復しないことを意味する。

プリント基板１０に有鉛ハンダを用いてリフローハンダ付けする場合、プリント基板１０は有鉛ハンダを熔融させるのに必要なリフロー温度まで加熱される。なお、熔融させるのに必要なリフロー温度は用いるハンダの融点に約３０℃を加えた温度が一般的である。また、プリント基板１０上の電子部品３０の配置あるいは使用するハンダのヌレ性がこのリフロー温度に影響を及ぼす。

任意のプリント基板に対して異なるハンダを用いる場合、ハンダを熔融させるのに必要なリフロー温度の差は、ハンダのヌレ性に影響されるものの用いたハンダの融点の差に実質的に近くなる。

本実施形態を適用したプリント基板１０において、融点が１８６℃であるＳｎ（６０％）／Ｐｂ（４０％）有鉛ハンダを熔融させるのに必要なリフロー温度が２３０℃の場合、この温度までプリント基板１０全体が加熱される。この場合指標部５０の外観である色彩は原状のまま保持される。

一方で、このプリント基板１０に有鉛ハンダの代わりに無鉛ハンダを用いてリフローハンダ付けする場合は、プリント基板１０は無鉛ハンダを熔融させるのに必要なリフロー温度まで加熱される。現在提案されている無鉛ハンダは表１に示すように、その融点は有鉛ハンダと比較して１１℃〜５４℃高いものである。

上記表１において、＊１は、ハンダの融点（単位は℃）を示す。

本実施形態を適用したプリント基板１０において、Ｓｎ（９６．５％）／Ａｇ（３．０％）／Ｃｕ（０．５％）の無鉛ハンダを用いた場合、無鉛ハンダを熔融させるのに必要なリフロー温度は２６０℃程度であり、有鉛ハンダを熔融させるのに必要なリフロー温度である２３０℃との差は融点の差に略近い３０℃となる。

この場合プリント基板１０はリフロー温度２６０℃まで加熱される。すなわちこのプリント基板１０に対して有鉛ハンダを熔融させるのに必要なリフロー温度を実質的に超え、指標部５０は原状の色から変色する。一方で、ハンダ付けが終わり室温まで冷却されたとき原状の色までは復元せず、変化が実質的に保持される。

以上のように第１の実施形態のプリント基板１０によれば、有鉛ハンダをリフローハンダ付けする場合は２３０℃以下でハンダ付けするという規則において、本実施形態のプリント基板１０の処分時に指標部５０の色が原状の色である場合は有鉛ハンダが使われており、変色している場合は無鉛ハンダが使われていることが判別可能となる。

すなわち、プリント基板のリフローハンダ付けに用いたハンダが実際に有鉛ハンダか無鉛ハンダか判別可能となる。それゆえ無鉛ハンダを用いるプリント基板を誤って有鉛ハンダによるリフローハンダ付けした場合であっても、有鉛ハンダが使用されていることが判別可能となる。

なお、本実施形態においては指標部５０にはリフロー温度２４０℃程度で外観が変化する材料により形成されている。指標部５０を形成するのに用いられる材料は、プリント基板上の電子部品の配置、およびプリント基板毎に使用される可能性のある有鉛ハンダあるいは無鉛ハンダの組成や種類により選択される。

すなわち、一定の回路を有するプリント基板に使用される無鉛ハンダがＳｎ−Ａｎ（９．０％）であり、この無鉛ハンダを熔融するのに必要なリフロー温度が２３０℃となるプリント基板があると仮定する。このプリント基板に無鉛ハンダの代わりに有鉛ハンダを用いると、有鉛ハンダを熔融するのに必要なリフロー温度は２１７℃前後となる。

このような場合、リフロー温度が２１７℃を実質的に超え、無鉛ハンダＳｎ−Ａｎ（９．０％）を熔融するのに適したリフロー温度以下において外観の変化が発生する素材が指標部５０を形成する材料として選択される。

第２の実施形態として、指標部５０を有鉛ハンダのリフロー温度では熔解せず無鉛ハンダのリフロー温度で熔解する任意の材料により形成し、その表面を波状に成形するように構成してもよい。その他の構成要素は第１の実施形態と同様である。本実施形態によれば無鉛ハンダを用いて２４０℃程度でリフローハンダ付けした場合に、指標部５０は熔解する。その後室温まで冷却されたときは原形の波状にまで復元せず略平坦状となり、変化が実質的に保持される。

以上のように第２の実施形態のプリント基板１０によれば、指標部５０が原形を保持している場合は有鉛ハンダが使われており、原形を保持していない場合は無鉛ハンダが使われていることが判断可能となる。なお本実施形態において、プリント基板１０に孔部、あるいは窪みを成形し、その孔部あるいは窪みに指標部５０が嵌合されるようにプリント基板１０を形成する構成にしても良い。指標部５０が熔解してプリント基板１０から欠落し、プリント基板１０に孔部あるいは窪みが現れることにより識別が容易となる。

図３に本発明の第３の実施形態を示す。第３の実施形態では指標部５０の形状が文字状に形成される。その他の構成は第１の実施形態と同様である。文字は、例えば無鉛ハンダであることを示す“Ｎｏｎ−Ｐｂ”あるいは使用している無鉛ハンダの組成“Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ”である。

図４に本発明の第４の実施形態を示す。第４の実施形態では指標部５０の形状が記号状に形成される。その他の構成は第１の実施形態と同様である。なお本実施形態において指標部５０を図形状に形成する構成にしても良い。

図５に本発明の第５の実施形態を示す。第５の実施形態では指標部５０の近接部に、指標部５０の外観が原状のまま保持されている場合は有鉛ハンダが使われていることを示す警告がプリントされる。その他の構成は第１の実施形態と同様である。警告は、例えば “ＲＥＤ Ｐｂ，ＢＬＵＥ Ｐｂ−ＦＲＥＥ”、である。なお本実施形態において、指標部５０の外観が変化している場合は無鉛ハンダが使われていることを示す警告がプリントされる構成にしても良い。

本発明の第１の実施形態であるプリント基板の一部分を示す図である。 リフローハンダ付けの工程を示す概略工程図である。 本発明の第３の実施形態であるプリント基板の一部分を示す図である。 本発明の第４の実施形態であるプリント基板の一部分を示す図である。 本発明の第５の実施形態であるプリント基板の一部分を示す図である。

符号の説明

１０ プリント基板
２０ 回路
３０ 電子部品
４０ ハンダ
５０ 指標部

Claims (3)

1. リフローハンダ付けするとき有鉛ハンダを熔融させるのに必要なリフロー温度以下では外観が原状のまま保持され、有鉛ハンダを熔融させるのに必要な前記リフロー温度を超える場合に外観が変化し、常温まで冷却したとき外観の変化が保持される指標部を備え、
   前記指標部の外観の変化が、熔解である
   ことを特徴とするプリント基板。
2. 前記指標部が、前記熔解により前記プリント基板から欠落することを特徴とする請求項１に記載のプリント基板。
3. 前記指標部の近接部に、前記指標部の外観が変化している場合は無鉛ハンダを使用していることを示すための警告、あるいは前記指標部の外観が原状を保持している場合は有鉛ハンダを使用していることを示すための警告の何れか一方あるいは両方を記したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプリント基板。

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