コネクタメーカー イリソ電子工業

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コネクタの基板への実装方法についてIMPLEMENTATION METHOD

フローとリフロー:部品のはんだ付けプロセス

手付けで始まった部品のはんだ付けを自動化するための手法は大きく分けて「フロー実装」と「リフロー実装」があります。フロー実装とは溶かした半田の入った槽の上を部品を乗っけた基板を通過させ、下からはんだを噴き上げてはんだ付けする手法です。一方のリフロー実装は、あらかじめ部品と同時にペースト状にした半田の粉(クリーム半田)を基板上の必要ヵ所に塗っておき、それをオーブンで焼く様に高温下の「炉」を通過させはんだを溶かし実装する方法です。近年では基板両面の有効活用や、実装密度・生産性の向上にSMT(Surface mount technology)またはSMD(Surface mount Device)と呼ばれる表面実装部品が多くなり、おのずとリフローが主流となりつつあります。

コネクタの基板への実装毎の種類

ディップタイプ

基板に穴をあけトレースと接続するようなメッキを有するメッキを施し(VIA)、そこにコネクタの”リード”を差し込みはんだ付けをするタイプです。特徴としては、基板の取り付けの機械強度は高く保てますが、小型化/高密度実装が難しい側面もあります。コネクタは原則として手付けかフロー工程によるはんだ付けとなり、近年主流のリフロー工程に対応できない点もデメリットとなります。ただし、このタイプでの利点を生かしながら、リフロー工程での実装を可能とした「ピンインペースト」と言う特殊な仕様のコネクタもあります(「スルーホールリフロー」「リフローディップ」等とも呼ばれます)。このタイプは、一度スルーホールの外に押し出したクリーム半田をリフロー炉通過過程で毛細管現象で吸い上げる事ではんだ付けがなされます。

SMTタイプ(リードフレーム)

表面実装に適応したタイプで、リードフレームをクリーム半田が塗られた基板上のパッドに置き、リフロー炉ではんだ付けされます。半導体等の他の基板実装部品の多くもこのタイプに該当します。横方向に接続のための足がずらっと並ぶ構成になり、表面実装と言う特性上コプラナリティと言われる足の高さの均一性がDIPタイプと比べてより重要な品質管理項目となります。また、リフロー炉での過熱によってコネクタのプラスチック部品等が変形し反りが出てしまう事も問題となるため、樹脂材の選択、構造設計また成形条件の最適化も重要です。

特徴として、DIPタイプに比べて小型化/高密度実装に適しています。一方比較的劣る基板への取り付け強度を補うため、付属部品/機構を有する事も多くあります。また半田付け用のリードが「スタブ」と呼ばれる状態を起こしにくいので、DIP品より高速伝送対応設計がしやすいメリットもあります。

BGA型

表面実装の方法で、特に高機能の半導体の実装方法としてBGA(Ball Grid Array)やLGA(Land Grid Array)と言う基板への実装方法があります。このうちBGAに近い形の実装を持ったコネクタも市場に出てきています。

メリットは高密度実装が可能な事と、コネクタから基板へのリードを短く出来るために高速伝送に向く点です。
一方で、半導体とは異なり嵌合時の応力等がかかるため、高度な設計検証が必要です。構造もやや複雑となり、相応なコストがかかる点、半田部の検査方法等も(半導体で実績があるとはいえ)通常のコネクタと異なる点等があり、まだ一部の高機能コネクタに限定されています。

プレスフィットタイプ

はんだ付けをしないコネクタの基板への実装方法として、プレスフィットと言う物があります。これは図の様なバネ構造を持ったコネクタリードを基板のスルーホールに圧入する事で実装を行う物です。これまで説明してきたどの実装方法とも異なり「上から均一に押しつける」事で実装をします。そのため、他の実装部品と同時に取り付ける事が出来ず、コネクタの実装のみ独立工程で行う必要があります。また、均一に押しつけるための専用治具が必要であったり、極数が増えた場合は特に相応な力が必要になる一方で強度面からの制約で狭いレンジでの押し付け力の制御が必要となるケースも多くあります。
DIP同様もともと小型化は課題でしたが、近年はかなり小さなサイズのプレスフィットもあり、またグリッド化する事で相応の高密度実装に対応している製品も多く出ています。また、スタブ化による高速伝送阻害もDIP同様でしたが、足の短い物を使い、かつ「バックドリル」と言う手法で基板の反対側に穴をあけスタブとなる金属部を除去してしまう方法で高速伝送を可能としている事例も見られます。

高速伝送対応のイメージ

各項目で説明しましたが、SMTタイプを標準とした場合の高速伝送への対応のイメージを図式化すると下記の様になります。ただし、同じタイプであっても様々な設計的工夫によって改善が可能ですし、コネクタの内部の構造も大きく影響してきます。下記はあくまでも大まかな傾向と考えてください。

その他の高速伝送コネクタに関する情報は、こちらをご参照ください。

各タイプの他の特徴

下記に各タイプの簡単な特徴と対応する実装方法をまとめています。現状では近年主流となっているSMTタイプが最もバランスの取れた手法であると言えます。イリソではSMTタイプを主流として、通常のDIP品およびピンインペースト対応のDIP品を各種製品化しています。BGA型やプレスフィット品はニーズに合わせて開発を実施していく予定です。