JP2002026495A - 電子部品の実装構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プリント基板に形成された貫通穴に電子部品
のリード部を挿入し、貫通穴に位置するパッド部とリー
ド部とをハンダ付けするようにした電子部品の実装構造
において、フローハンダ付けした直後にパッド部とハン
ダとの間で発生する剥離を抑制しハンダ接続信頼性を確
保する。 【解決手段】 プリント基板１に形成された貫通穴２の
内部及び開口縁部にはパッド部３が形成されており、パ
ッド部３は、プリント基板１の一面１ａ上からみてリー
ド部６とプリント基板１とが重なる部位において、切り
かかれた切欠き形状となっている。それにより、リード
部６とパッド部３とを接合するハンダ７は、プリント基
板１の一面１ａ上からみてリード部６とプリント基板１
とが重なる部位に存在していない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリント基板に形
成されたスルーホールに電子部品のリード部を挿入し、
ハンダを介してプリント基板とリード部とを接合してな
る電子部品の実装構造に関し、特に、スルーホールに形
成されるパッド部に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の実装構造の一般的な構成
を図４に模式的に示す。図４において、（ａ）は上面
図、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ断面図であり、（ａ）で
はハンダ７は省略してある。プリント基板１には、その
一面１ａ側から他面１ｂ側へ厚み方向に貫通する貫通穴
（基板穴、スルーホール）２と、貫通穴２の内面及び開
口縁部に形成されたパッド部（配線パッド）３が設けら
れている。

【０００３】そして、電子部品（リード挿入部品）４の
リード部６が貫通穴２に挿入され、リード部６とパッド
部３とは、貫通穴２の内部及び開口縁部（つまり、パッ
ド部に対応して）に配設されたハンダ７を介して接合さ
れ、電気的にも接続されている。

【０００４】一方、近年、鉛の持つ有害性から鉛を含ま
ないプリント基板接続用のハンダの開発が進められてお
り、上記実装構造におけるハンダ７としては、今まで一
般的に用いられていたＰｂ入りハンダ（主にＳｎ−３７
Ｐｂ）からＳｎ−Ｂｉ系（Ｓｎ、Ｂｉ以外にＡｇ、Ｃｕ
を微量添加した系）やＳｎ−Ａｇ系（Ｓｎ、Ａｇ以外に
Ｃｕなどを微量添加した系）のハンダ材料が主流となり
つつある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの無鉛
ハンダ材料は、電子部品（リード挿入部品）４をフロー
ハンダ付けした直後に、図４（ｂ）に示す様に、パッド
部３とハンダ７との間で剥離する現象が起き、ハンダ接
続信頼性（特にハンダ熱疲労寿命）が著しく低下すると
いう問題を抱えている。この剥離の発生原因は次のよう
に考えられる。

【０００６】１．Ｓｎ−Ｂｉ系ハンダの場合熱伝導の大
きなリード部６付近から、ハンダ７の凝固が始まり固化
すると共にハンダ７の組成が変化し、Ｂｉの偏析によっ
てパッド部３周辺がＢｉリッチな低融点部分となる。す
ると、リード部６とハンダ７の熱収縮やハンダ７自身の
凝固収縮によって、この低融点の液体部分のハンダ７が
引っ張られる。

【０００７】これにより、一番応力が集中する貫通穴
（スルーホール）２とリード部６とが触れる部分におい
て、パッド部３上にあるハンダ付け部が剥離を起こす。
このことにより、この系のハンダ７は、プリント基板１
の上下面１ａ、１ｂの両方で剥離を起こす（図４（ｂ）
中、ハンダ剥離部Ｋ）ことになる。

【０００８】２．Ｓｎ−Ａｇ系ハンダの場合上記Ｓｎ−
Ｂｉ系ハンダと違い、ハンダの組成上、ＳｎとＡｇは、
仮にＡｇの偏析があったとしても金属学的に融点が下が
ることはなく（低融点にはならない）、剥離を起こしに
くい無鉛ハンダである。

【０００９】しかし、ハンダ７としてＳｎ−Ａｇ系ハン
ダを用いる場合、予めＳｎ−ＰｂやＳｎ−Ｂｉめっきが
施されたリード部６をフローハンダ付けする。すると、
このめっき成分がＳｎ−Ａｇ系ハンダ７内に溶けだし、
貫通穴２を通ってプリント基板１の一面（上面）１ａに
溶け上がる。

【００１０】それによって、Ｓｎ−Ａｇ−Ｐｂ、Ｓｎ−
Ｐｂ、Ｓｎ−ＢｉといったＳｎ−Ａｇ系ハンダの融点よ
りも低い低温相が上面１ａで発生する。この低温相の発
生により、上記Ｓｎ−Ｂｉ系ハンダの場合と同様の理由
により、貫通穴２とリード部６とが触れる部分に位置す
るパッド部３上のハンダ付け部で剥離を起こす（図４
（ｂ）中、ハンダ剥離部Ｋ）。

【００１１】このようなハンダ付け部の剥離を抑制する
方法としては、プリント基板の上面（電子部品の搭載
面）側や下面側にパッド部を付けない構造がよく用いら
れており、この構造にすれば、上記剥離現象を大幅に抑
制することが可能となるが、ハンダフィレット（プリン
ト基板の上下面のパッド部表面に広がったハンダ）が形
成されなくなった分のしわ寄せがハンダ熱疲労寿命に来
る。

【００１２】つまり、プリント基板の上下面にパッド部
を付けない構造では、ハンダフィレットが無くなった
分、ハンダ全体の体積が小さくなるため、ハンダにおけ
るストレス分散が小さくなり、市場で受ける温度サイク
ル環境下のハンダ接続寿命の耐久性が低下するといった
新たな問題が生じてしまう。従って、プリント基板の上
下面にパッド部を形成することは、ハンダ接続寿命の耐
久性が要求される実装構造においては必要である。

【００１３】また、プリント基板の板厚を薄くし上記の
熱収縮差を低減する方法もよく用いられているが、現実
的に板厚を薄くすると、ハンダ付け加工時にプリント基
板に反りが発生し故障を招きやすくなるため、好ましく
ない。

【００１４】そこで、本発明は上記事情に鑑み、プリン
ト基板に形成された貫通穴に電子部品のリード部を挿入
し、貫通穴に位置するパッド部とリード部とをハンダ付
けするようにした電子部品の実装構造において、電子部
品をフローハンダ付けした直後に、パッド部とハンダと
の間で発生する剥離を適切に抑制し、ハンダ接続信頼性
を確保することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記図４に
示す実装構造において、リード部６の貫通穴２への挿入
形態について着目した。即ち、図４に示す様に、貫通穴
２に挿入されたリード部６が、貫通穴２の外部において
プリント基板１の一面１ａ上からみてリード部６とプリ
ント基板１とが重なるように、貫通穴２の開口縁部から
曲がっている。

【００１６】このようなリード部６の形状では、リード
部６において貫通穴２の開口縁部と接触する部分が必ず
生じる。そして、上述したように、このリード部６と貫
通穴２とが接触する部分が最大応力が加わる部分であ
り、この部分に存在するハンダ７が剥離する。請求項１
〜請求項５記載の発明は、こうした検討結果に基づいて
なされたものである。

【００１７】即ち、請求項１の発明では、プリント基板
（１）と、このプリント基板の一面（１ａ）側から他面
（１ｂ）側へ厚み方向に貫通する貫通穴（２）と、プリ
ント基板における貫通穴の開口縁部に形成されたパッド
部（３）と、このパッド部と電気的に接続されたリード
部（６）を有する電子部品（４）とを備え、リード部の
一部が貫通穴の開口縁部と接触した状態で、リード部は
貫通穴に挿入されており、リード部とパッド部とは、貫
通穴の内部及び開口縁部に配設されたハンダ（７）を介
して接合されており、このハンダは、貫通穴の開口縁部
のうち当該開口縁部とリード部とが接触する部位及びそ
の近傍には、存在していないことを特徴とする。

【００１８】本発明において、貫通穴の開口縁部のうち
当該開口縁部とリード部とが接触する部位及びその近傍
は、従来最大応力が加わり剥離の発生箇所となっていた
部分であり、本発明によれば、この部分にハンダを存在
させない構成としているため、電子部品をフローハンダ
付けした直後に、パッド部とハンダとの間で発生する剥
離を適切に抑制し、ハンダ接続信頼性を確保することが
できる。

【００１９】また、請求項２の発明では、プリント基板
（１）と、このプリント基板の一面（１ａ）側から他面
（１ｂ）側へ厚み方向に貫通する貫通穴（２）と、プリ
ント基板における貫通穴の開口縁部に形成されたパッド
部（３）と、貫通穴に挿入されたリード部（６）を有す
る電子部品（４）とを備え、リード部は、貫通穴の外部
においてプリント基板の一面上からみてリード部とプリ
ント基板とが重なるように、貫通穴の開口縁部から曲が
っており、リード部とパッド部とは、貫通穴の内部及び
開口縁部に配設されたハンダ（７）を介して接合されて
おり、プリント基板の一面上からみてリード部とプリン
ト基板とが重なる部位において、リード部とプリント基
板との間にハンダが存在していないことを特徴とする。

【００２０】本発明においては、リード部は、貫通穴の
外部においてプリント基板の一面上からみてリード部と
プリント基板とが重なるように、貫通穴の開口縁部から
曲がっている。そのため、このリード部とプリント基板
とが重なる部位において、リード部は、貫通穴の開口縁
部と接触する。

【００２１】従って、本発明によれば、このリード部と
プリント基板との重なり部分にハンダを存在させない構
成としているため、電子部品をフローハンダ付けした直
後に、パッド部とハンダとの間で発生する剥離を適切に
抑制し、ハンダ接続信頼性を確保することができる。

【００２２】また、請求項３の発明では、プリント基板
（１）の一面（１ａ）上からみてリード部（６）とプリ
ント基板とが重なる部位において、パッド部（３）が、
切りかかれた切欠き形状となっていることを特徴として
いる。

【００２３】それにより、貫通穴の開口縁部に形成され
たパッド部のうち切欠き部分には、ハンダを存在させな
いようにすることができる。そのため、請求項２の発明
と同様の作用効果を発揮しうる電子部品の実装構造を提
供することが出来る。

【００２４】また、請求項４の発明では、プリント基板
（１）の一面（１ａ）上からみてリード部（６）とプリ
ント基板とが重なる部位において、パッド部（３）の表
面は、ハンダレジスト（８）により被覆されていること
を特徴としている。

【００２５】それにより、貫通穴の開口縁部に形成され
たパッド部のうちハンダレジストにより被覆された部分
には、ハンダを存在させないようにすることができる。
そのため、請求項２の発明と同様の作用効果を発揮しう
る電子部品の実装構造を提供することが出来る。

【００２６】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一
例である。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電
子部品の実装構造の構成を模式的に示す図であり、
（ａ）は上面図（プリント基板１の一面１ａ側から見た
図）、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ断面図である。なお、
図１において、上記図４と同一部分には、図中、同一符
号を付してあり、（ａ）ではハンダ７は省略してある。

【００２８】１は、プリント基板（プリント配線板）で
あり、エポキシ樹脂等よりなる基板本体の両面に配線パ
ターンを形成すると共に、スルーホールめっきを形成し
てなるものである。このプリント基板１には、その一面
１ａ側から他面１ｂ側へ厚み方向に貫通する貫通穴（ス
ルーホール）２が形成されている。

【００２９】そして、この貫通穴２の内面からプリント
基板１の両面１ａ、１ｂにおける貫通穴２の開口縁部に
渡っては、パッド部（配線パッド）３が連続的に形成さ
れている。このパッド部３は、上記スルーホールめっき
により形成される。即ち、ドリル等により上記貫通穴２
を形成し、貫通穴２に対してＣｕ等の導体をめっきする
ことにより形成される。

【００３０】４は、電子部品であり、本体部５とこの本
体部５から外方へ延びるリード部６とを有し、リード部
６は、貫通穴２に挿入された状態でパッド部３と電気的
に接続されている。このように、電子部品４は、いわゆ
るリード挿入部品であり、本発明のようなスルーホール
実装型の電子部品であれば、特に限定されるものではな
い。

【００３１】例えば、電子部品４としては、ＤＩＰ（デ
ュアル−インライン−パッケージ）、ＳＩＰ（シングル
−インライン−パッケージ）、ＰＧＡ（ピン−グリッド
−アレイ）等の半導体パッケージや、抵抗またはコンデ
ンサ等の素子等を採用することが出来る。

【００３２】また、リード部６は例えばＣｕやＦｅ等の
導体金属等より構成されている。また、リード部６は、
一般的に、ハンダ濡れ上がり性を良くする面から、リー
ド部の表面にＳｎ−Ｐｂや無鉛ハンダ用にＳｎ−Ｂｉめ
っきが施されたものを用いる。

【００３３】ここで、貫通穴２は、電子部品４の外周囲
の離れた位置にあるため、リード部６は、電子部品４の
本体部５から貫通穴２へ向かって延び、貫通穴２へ挿入
されている。そして、プリント基板１の両面１ａ、１ｂ
の両側において、貫通穴２の外部に位置するリード部６
の部分が、プリント基板１の一面１ａ上からみてプリン
ト基板１と重なるように、貫通穴２の開口縁部から曲が
っている。

【００３４】このように、リード部６が貫通穴２の開口
縁部にて曲がった形状となっているため、当該開口縁部
に位置するリード部６の部分は、貫通穴２の開口縁部と
接触した状態となっている。そして、リード部６とパッ
ド部３とは、貫通穴２の内部及び開口縁部に配設された
ハンダ７を介して接合されている。

【００３５】このハンダ７は、Ｓｎ−Ｂｉ系またはＳｎ
−Ａｇ系のハンダ材料等よりなり、噴流ハンダ法により
設けることができる。また、プリント基板１の両面１
ａ、１ｂのうちハンダ７を設けない部位には、エポキシ
樹脂等よりなるハンダレジスト８が形成され、当該部位
を被覆している。

【００３６】ここで、本実施形態においては、貫通穴２
の開口縁部に形成されたパッド部３の形状が、図１
（ａ）に示す様に、プリント基板１の一面１ａ上からみ
てリード部６とプリント基板１とが重なる部位におい
て、切りかかれた切欠き形状となっていることを特徴と
している。このパッド部３における切欠き形状は、プリ
ント基板１の両面１ａ、１ｂにおいて同様の形状となっ
ている。

【００３７】この切欠き形状のパッド部３により、プリ
ント基板１の一面１ａ上からみてリード部６とプリント
基板１とが重なる部位において、リード部６とプリント
基板１との間にハンダ７が存在していない。言い換えれ
ば、ハンダ７は、貫通穴２の開口縁部のうち当該開口縁
部とリード部６とが接触する部位及びその近傍には、存
在していない。

【００３８】なお、リード部６、貫通穴２及びパッド部
３の各寸法は、一般にリード部６を基準として決められ
る。図２は、図１（ａ）中の貫通穴２近傍の拡大図であ
る。例えば、リード部６の線径Ｄ１がφ０．６ｍｍのと
き、貫通穴２の直径Ｄ２はφ１．１ｍｍ、パッド部３の
外径Ｄ３は１．６ｍｍとすることができる。

【００３９】かかる実装構造は、電子部品４のリード部
６を、プリント基板１の一面１ａ側から貫通穴２へ挿入
し、図１に示す様にリード部６を折り曲げた後、噴流ハ
ンダ法によりハンダ７を配設し、フローハンダ付けを行
うことにより、作られる。これにより、ハンダ７の濡れ
性から、パッド部３の表面にハンダ７が濡れ広がること
により、貫通穴２の内部及び開口縁部にハンダ７が配設
される。

【００４０】ところで、上記図４に示したような貫通穴
２の開口縁部に形成されたパッド部３は、環状をなして
いるが、本実施形態では、プリント基板１の一面１ａ上
からみてリード部６とプリント基板１とが重なる部位
（以下、リード部−基板重なり部という）では、パッド
部３が切りかかれた切欠き形状となっている。

【００４１】そのため、本実施形態によれば、ハンダ７
を配設する際に、パッド部３における切欠き部（パッド
部３が存在しない部分）にはハンダ７が付かず、この切
欠き部以外のパッド部３にハンダ７が濡れ広がって付
く。それにより、リード部−基板重なり部にはハンダ７
が存在しない。

【００４２】つまり、このリード部−基板重なり部に
て、貫通穴２の開口縁部とリード部６とが接触するが、
この接触部（従来、最大応力が加わり剥離の発生箇所と
なっていた部分）にハンダ７が存在しないようにするこ
とが出来る。従って、本実施形態によれば、上記したプ
リント基板の厚さを薄くする等の手法を用いることな
く、電子部品４をフローハンダ付けした直後に、パッド
部３とハンダ７との間で発生する剥離を適切に抑制し、
ハンダ接続信頼性を確保することができる。

【００４３】ここで、パッド部３の切欠き部の幅は、上
記図２に示す貫通穴２の直径Ｄ２、即ち、リード部６に
発生する位置ずれの最大幅以上あれば良い。当該切欠き
幅が、この最大幅Ｄ２以上であれば、本実施形態の効果
を発揮することが出来る。

【００４４】（他の実施形態）なお、上記実施形態で
は、パッド部３の一部を切り欠いて除去した切欠き部分
を設けることにより、リード部−基板重なり部にハンダ
７を存在させない構成としているが、このような構成
は、図３に示す様に、リード部−基板重なり部におい
て、パッド部３の表面をハンダレジスト８により被覆し
た構成とすることによっても達成することが出来る。

【００４５】つまり、図３に示す構成では、パッド部３
を、貫通穴２の開口縁部に切欠き部を持たせずに連続し
た環状のものとし、このうちハンダレジスト８で被覆さ
れた部分が、上記切欠き部と同様の形状となっている。
それにより、貫通穴２の開口縁部に形成されたパッド部
３のうちハンダレジスト８により被覆された部分には、
ハンダを存在させないようにすることができ、上記実施
形態と同様の作用効果を発揮しうる。

【００４６】また、ハンダ７は、Ｓｎ−Ｂｉ系またはＳ
ｎ−Ａｇ系のハンダ材料以外の材料であっても良い。要
するに、本発明は、スルーホールに形成されるパッド部
の構成に特徴を持たせたものであり、他の部分は適宜変
更しても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る電子部品の実装構造の
構成を示す模式図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は
（ａ）中のＡ−Ａ断面図である。

【図２】図１（ａ）中の貫通穴近傍の拡大図である。

【図３】本発明の他の実施形態を示す図である。

【図４】従来の一般的な電子部品の実装構造を示す模式
図である。

【符号の説明】

１…プリント基板、１ａ…プリント基板の一面、１ｂ…
プリント基板の他面、２…貫通穴（スルーホール）、３
…パッド部、４…電子部品、６…リード部、７…ハン
ダ、８…ハンダレジスト。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プリント基板（１）と、 このプリント基板の一面（１ａ）側から他面（１ｂ）側
   へ厚み方向に貫通する貫通穴（２）と、 前記プリント基板における前記貫通穴の開口縁部に形成
   されたパッド部（３）と、 このパッド部と電気的に接続されたリード部（６）を有
   する電子部品（４）とを備え、 前記リード部の一部が前記貫通穴の開口縁部と接触した
   状態で、前記リード部は前記貫通穴に挿入されており、 前記リード部と前記パッド部とは、前記貫通穴の内部及
   び開口縁部に配設されたハンダ（７）を介して接合され
   ており、 このハンダは、前記貫通穴の開口縁部のうち当該開口縁
   部と前記リード部とが接触する部位及びその近傍には、
   存在していないことを特徴とする電子部品の実装構造。
2. 【請求項２】 プリント基板（１）と、 このプリント基板の一面（１ａ）側から他面（１ｂ）側
   へ厚み方向に貫通する貫通穴（２）と、 前記プリント基板における前記貫通穴の開口縁部に形成
   されたパッド部（３）と、 前記貫通穴に挿入されたリード部（６）を有する電子部
   品（４）とを備え、 前記リード部は、前記貫通穴の外部において前記プリン
   ト基板の一面上からみて前記リード部と前記プリント基
   板とが重なるように、前記貫通穴の開口縁部から曲がっ
   ており、 前記リード部と前記パッド部とは、前記貫通穴の内部及
   び開口縁部に配設されたハンダ（７）を介して接合され
   ており、 前記プリント基板の一面上からみて前記リード部と前記
   プリント基板とが重なる部位において、前記リード部と
   前記プリント基板との間に前記ハンダが存在していない
   ことを特徴とする電子部品の実装構造。
3. 【請求項３】 前記プリント基板（１）の一面（１ａ）
   上からみて前記リード部（６）と前記プリント基板とが
   重なる部位において、前記パッド部（３）は、切りかか
   れた切欠き形状となっていることを特徴とする請求項２
   に記載の電子部品の実装構造。
4. 【請求項４】 前記プリント基板（１）の一面（１ａ）
   上からみて前記リード部（６）と前記プリント基板とが
   重なる部位において、前記パッド部（３）の表面は、ハ
   ンダレジスト（８）により被覆されていることを特徴と
   する請求項２に記載の電子部品の実装構造。
5. 【請求項５】 前記ハンダ（７）は、Ｓｎ−Ｂｉ系また
   はＳｎ−Ａｇ系のハンダ材料よりなることを特徴とする
   請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電子部品の実
   装構造。