JP2003031937A - 表面実装部品の半田付け用ランド構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リフロー時の実装部品の不安定な挙動を抑制
し、安定した実装品質を確保するとともに狭ギャップ実
装を容易に実現する。 【解決手段】 配線基板１０に部品２０の両端の電極２
２と対応する間隔を置いて一対のランド部１２が設けら
れ、この各ランド部１２の表面には、その周縁部１２１
及びこれに隣接する配線基板１０の表面を半田レジスト
で覆うことにより、電極２２との半田付けに供される所
定表面積の半田付け領域１４が形成されている。部品２
０の幅方向で互いに反対の方向を向いた電極２２の側面
２２１と対向する半田付け領域１４のサイドフィレット
ＳＦ側縁部箇所には、半田付け領域１４の面積を局部的
に拡大するズレ抑制用の拡大部１６が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、配線基板上にクリ
ーム半田を介して極小のチップ部品等を半田付けする場
合に好適な表面実装部品の半田付け用ランド構造に関
し、特にリフロー半田付け時における表面実装部品の不
安定な挙動を抑制し、高密度実装が可能な表面実装部品
の半田付け用ランド構造の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種電子機器の小型化と共にこれ
に組み込まれるマザーボード等の基板も小型化されてき
ている。これに伴い、基板に実装される部品自体も１０
０５サイズ（長さが１．０ｍｍ、幅が０．５ｍｍのチッ
プ部品等）から０６０３サイズ（長さが０．６ｍｍ、幅
が０．３ｍｍのチップ部品等）のものに移行されつつあ
る。このような極小実装部品の半田付けは、リフロー時
の溶融半田の表面張力を最大限に利用して行われるもの
であるため、リフロー時の半田の挙動を十分に理解した
上で、実装部品と基板との半田付け箇所であるランドの
形状を決定することが重要なポイントとなる。

【０００３】図５は、従来における１００５サイズまた
は０６０３サイズの極小実装部品に利用される半田付け
用ランド構造の一例を示す説明図である。この図５にお
いて、４２は実装部品４４の長さ寸法Ｌに対応して配線
基板上に所定の間隔を置いて形成された一対の四角状ラ
ンドであり、この各ランド４２の表面には、破線で示す
半田レジスト開口４６が形成され、この半田レジスト開
口４６の内側に露出されるランド表面にクリーム半田を
介して実装部品４４が半田付けされるようになってい
る。また、両レジスト開口４６には、このレジスト開口
４６の面積より小さい面積を有する実装部品４４の両端
の電極４４１が左右対称になるように配置され、これに
より、電極４４１の四周囲に溶融半田の濡れ上がりによ
るフィレットが形成できるようになっている。ここで、
ＴＦはトップフィレットを表し、ＨＦはヒールフィレッ
トを表し、ＳＦはサイドフィレットを表している。

【０００４】図６は、図５に示すような半田付け用ラン
ド構造を利用してリフロー半田方式により部品を半田付
けする過程での半田と実装部品の挙動を表わした説明図
である。この図６（Ａ）において、５２は配線基板、５
４は配線基板５２上に形成されたランド、５６はランド
５４の表面にスクリーン印刷等により塗布されたクリー
ム半田であり、このクリーム半田５６上にチップ部品５
８の電極５８１を対向させた状態でチップ部品５８を黒
塗りの矢印に示す方向へ押し付けることにより配線基板
５２上にセットする。この時、チップ部品５８はクリー
ム半田５６が有する粘着力で配線基板５２上に接着され
る。なお、図６（Ａ）において、白抜きの矢印はクリー
ム半田５６に作用する力の方向を表わしている。

【０００５】チップ部品５８のセットされた基板５２が
リフロー炉のプリヒート部で予熱されると、クリーム半
田５６中のフラックスが溶融するため、半田粉末粒子が
図６（Ｂ）の矢印Ａに示すように拡散される。その後、
リフロー炉のリフロー部で加熱されることにより、クリ
ーム半田５６の粉末粒子が溶融される。この半田溶融の
初期では、溶融半田５６Ａはその表面張力で図６（Ｃ）
に示すように水玉状になり、チップ部品５８を浮かそう
とする力がチップ部品５８に作用する。

【０００６】また、半田溶融の中期では、チップ部品５
８が図６（Ｄ）に示すようにランド５４上からチップ部
品５８の長手方向にずれるが、溶融半田５６Ａの表面張
力により、溶融半田５６Ａの表面が最小になろうとする
白抜き矢印に示す力が発生し、この力がチップ部品５８
に対し黒塗り矢印の方向に作用すると、セルアライメン
ト効果により、ほとんどのチップ部品５８は正常な半田
付け位置に戻される。そして、半田溶融の後期では、溶
融半田５６Ａがチップ部品５８の電極５８１に図６
（Ｅ）に示す白抜きの矢印のように濡れ上がり、かつチ
ップ部品５８には黒塗り矢印に示す下方へ沈み込む力が
作用する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、リフロー半
田方式による部品の表面実装過程では、図６（Ｃ），
（Ｄ）に示す半田溶融の初期から中期に至る時の実装部
品の挙動が実装品質を大きく左右し、チップ部品に、θ
ズレ、枕不良、移動不良及びマンハッタンなどの半田付
け不良が発生する。θズレは、図６（Ｃ）に示すリフロ
ーに伴う半田溶融の初期状態において、半田溶融時の表
面張力によりチップ部品５８が持ち上げられる時、チッ
プ部品５８の一端側が図７（Ａ）に示すように溶融半田
５６Ａの上面から滑り落ちることにより発生する。ま
た、枕不良は、図７（Ｂ）に示すように、半田溶融時の
表面張力によりチップ部品５８が持ち上げられる時、チ
ップ部品５８が長手方向の一方へ溶融半田５６Ａの上面
から滑り落ちることにより発生する。

【０００８】また、移動不良は、図７（Ｃ）に示すよう
に、ランド５４に対するクリーム半田５６の塗布位置、
及びランド５４に対するチップ部品５８の装着位置がチ
ップ部品５８の長手方向の相反する方向にずれた状態に
ある時、すなわち、クリーム半田の印刷ズレ及び部品装
着ズレがある時にクリーム半田が溶融されると、図７
（Ｄ）に示すように、チップ部品５８の下部にある溶融
半田５６Ａがランド５４に戻ろうとする時の白抜き矢印
の力でチップ部品５８を持ち上げ移動させることにより
発生する。また、マンハッタン不良は、図７（Ｅ）に示
すように、チップ部品５８の一端が一方のランド５４に
半田付けされ、チップ部品５８の他端が他方のランド５
４から離間して、恰もビルが林立するような状態になる
ことから名付けされたもので、このマンハッタン不良の
主な原因は、ランド５４におけるトップフィレットＴＦ
が長く、ヒールフィレットＨＦが短い場合、チップ部品
５８の電極の濡れ性が悪い場合、電極幅が小さい場合、
左右の電極の半田溶融時間差が大きい場合などである。

【０００９】一方、表面実装部品における半田付け用の
ランド構造は、丸または四角の形状が一般的である。ま
た、最近では、フィレットレス実装用ランド（トップフ
ィレットＴＦ及びサイドフィレットＳＦの寸法がゼロ）
による狭ギャップ実装の形態も提案されている。この場
合のランド形状は部品の電極形状（ほとんどが角型）と
同じ形状となる。

【００１０】半田付け用のランド構造を丸形状にした場
合の利点としては、丸形状であることからトップフィレ
ットＴＦが大きくなり、かつ先端に丸みがあるため、マ
ンハッタン不良が生じにくいこと、及びクリーム半田印
刷時のスクリーン開口形状も丸形状が基本となるため、
印刷時のクリーム半田の抜け性が良く、安定した半田量
を確保できることが挙げられる。また、丸形状ランドの
欠点としては、トップフィレットＴＦが長くなるため、
実装部品の長手方向における狭ギャップ実装に不向きと
なり、かつ実装部品下の半田の悪影響による移動不良が
発生し易いほか、実装部品のθズレ不良が発生し易い。
特に角形状の電極を丸形状ランドに半田付けする場合、
実装部品のθズレを抑える力が小さくなるため、そのθ
ズレは顕著となる。さらに形状的にフィレットレス実装
が無理である。

【００１１】半田付け用のランド構造を角形状にした場
合の利点としては、トップフィレットＴＦが小さくでき
るため、実装部品間の長手方向のギャップを小さくする
ことができること、丸形状ランドと比較してθズレが発
生しにくいこと、及びサイドフィレットＳＦが小さくな
るため、移動不良が発生しにくいこと、さらに形状的に
フィレットレス実装が可能であることが挙げられる。こ
れに対し、角形状ランドの欠点としては、部品装着時の
ズレに対する品質の安定性を得るためにトップフィレッ
トＴＦを大きくすると、マンハッタン不良が発生し易く
なること、枕不良が発生し易いこと、及び実装部品のθ
ズレ不良が発生し易いことが挙げられる。

【００１２】また、フィレットレス実装ランドの場合
は、実装部品の電極寸法とランドの寸法はほとんど同じ
であるため、実装部品間のギャップを小さくした高密度
実装が可能になる。しかし、フィレットレス実装ランド
は、半田付けはトップフィレットＴＦ及びサイドフィレ
ットＳＦの寸法がゼロであるため、半田付けは実装部品
底面のみの２次元的な半田付けとなり、実装部品の固着
強度が弱いほか、半田溶融時に実装部品が持ち上げられ
た時、実装部品の姿勢が不安定になり、傾いて実装され
る問題がある。また、この傾きを防止するためには、実
装部品が浮かないレベルまで半田の量を減らす必要があ
るが、半田の量を減らすと電極表面の酸化皮膜を除去す
るフラックスの量も減るため、θズレ不良や枕不良等が
発生し易くなる。また、部品形状のばらつきにより、電
極と半田との接触面積が小さくなることが多くなり、半
田未接合不良も顕著に発生する。

【００１３】特に、１００５サイズクラスまたは０６０
３サイズクラスのような極小の実装部品は、半田溶融の
初期状態に発生する部品泳ぎ（溶融半田の表面張力によ
り部品を浮かせ、部品挙動が不安定になった状態）の影
響を受け易い。これは、部品重量が軽く持ち上がり易
く、しかも、電極面積が小さく、半田濡れ力による部品
の沈み込み力が小さいためである。したがって、従来の
角形状及び丸形状ランドまたはフィレットレス実装ラン
ドでは、部品のズレを規制する力が小さいため、リフロ
ー時の部品の挙動が不安定となってθズレや位置ズレが
発生し、実装品質が低下するという問題があった。

【００１４】本発明は、上述のような問題を解決するた
めになされたもので、リフロー時の実装部品の不安定な
挙動を抑制し、安定した実装品質を確保できるとともに
狭ギャップ実装を容易に実現できる高実装密度の可能な
表面実装部品の半田付け用ランド構造を提供することを
目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、所定の長さ及び幅を有する部品が表面実装
される配線基板に、前記部品の長さ方向の両端に設けら
れた角型電極に対応する角型のランド部がそれぞれ設け
られ、前記両ランド部に前記部品の両端の電極がクリー
ム半田を介してリフロー半田付けされるようにした半田
付け用ランド構造であって、前記両ランド部は、前記電
極との半田付けに供される所定面積の半田付け領域を有
し、前記半田付け領域は、該半田付け領域の面積が局部
的に拡大されるズレ抑制用の拡大部及びランド部の半田
付け領域の面積が局部的に縮小されるズレ抑制用の縮小
部の少なくとも一方を備えることを特徴とする。

【００１６】本発明においては、局部的な拡大部及び縮
小部をランド部の半田付け領域に設けることにより、リ
フロー時の実装部品の不安定な挙動を抑制され、これに
より、部品のθズレ不良や枕不良及びマンハッタン不良
を防止できるとともに、常に安定した実装品質を確保で
き、狭ギャップ実装を容易にして高密度実装を実現する
ことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明かかる
表面実装部品の半田付け用ランド構造の一実施の形態を
示す平面図、図２（Ａ），（Ｂ）は本発明の一実施の形
態における半田付け用ランド部へのクリーム半田の塗布
状態及び表面実装部品の装着状態を示す説明用平面図、
図３はリフロー時における部品の挙動を示す説明図であ
る。

【００１８】図１及び図２において、１０は小型電子機
器に使用されるマザーボード等の表面実装用の配線基
板、２０は配線基板１０上にクリーム半田３０を介して
リフロー半田付け方式にて表面実装される、１００５サ
イズまたは０６０３サイズのような、所定の長さ及び幅
を有する極小の実装部品であり、この部品２０の長手方
向の両端には角型の電極２２がそれぞれ設けられてい
る。

【００１９】前記配線基板１０には、図１及び図２に示
すように、部品２０毎にその両端の電極２２と対応する
間隔を置いて一対のランド部１２が設けられている。前
記各ランド部１２は、電極２２の下面側面積より大きい
表面積の長方形状を呈し、この両ランド部１２の表面に
は、その周縁部１２１及びこれに隣接する配線基板１０
の表面を半田レジストで覆うことにより、電極２２との
半田付けに供される所定表面積の半田付け領域（レジス
ト開口）１４が形成されている。

【００２０】また、図１及び図２に示すように、部品２
０の幅方向で互いに反対の方向を向いた電極２２の側面
２２１と対向する半田付け領域１４のサイドフィレット
ＳＦ側縁部箇所には、半田付け領域１４の面積を局部的
に拡大するズレ抑制用の拡大部１６が半田付け領域１４
から外側へ角形または円弧状に突出することにより形成
されている。この拡大部１６は、半田レジストの塗布時
に半田付け領域１４と共に形成される。また、クリーム
半田３０は、図２に示すように、部品２０の長手方向の
両端側に片寄らせて半田付け領域１４の箇所に、スクリ
ーン印刷等により塗布されている。

【００２１】このような本実施の形態における表面実装
部品の半田付け用ランド構造において、部品２０がラン
ド部１２の半田付け領域１４上にクリーム半田３０を介
して装着された状態の配線基板１０がリフロー炉のリフ
ロー部で加熱されるとクリーム半田３０が溶融される。
この半田溶融の初期では、溶融された半田３０Ａは図３
に示すように拡大部１６を含めた半田付け領域１４の全
域に拡散されるとともに、溶融半田３０Ａの表面張力で
図６（Ｃ）に示す場合と同様に水玉状になる。これによ
り、部品２０は持ち上げられ、不安定な状態に置かれ
る。ここで、部品２０に図３に示すようなθズレが発生
すると、この部品２０の一方の電極２２は半田付け領域
１４の隅部まで移動するが、この隅部には半田付け領域
１４を外側へ拡大する拡大部１６が設けられているた
め、θズレの生じた姿勢での電極２２と溶融半田３０Ａ
の接触面積は、拡大部１６を有しない従来方式に比べて
大きくなる。これにより、θズレの生じた電極２２への
半田濡れ力による引き戻し力が大きくなり、部品２０に
対するセルアライメント効果も従来方式より増大する。

【００２２】したがって、上記実施の形態によれば、部
品２０の幅方向で互いに反対の方向を向いた電極２２の
側面２２１と対向する半田付け領域１４のサイドフィレ
ットＳＦ側縁部箇所に半田付け領域１４の面積が局部的
に拡大されるズレ抑制用の拡大部１６を設けたので、リ
フロー時における半田溶融の初期から中期に発生する部
品の不安定な挙動を抑え、θズレ不良を防止できるとと
もに、部品の実装品質を向上できる。特に、セラミック
コンデンサや積層インダクタンス等の電極形状が丸みを
帯びた部品に対しても有効となる。また、セルアライメ
ント効果を増大できることにより、クリーム半田の印刷
ズレ及び部品の装着ズレに対するマージンを上げること
ができる。

【００２３】なお、拡大部１６が設けられる箇所は、上
記図１に示すものに限らず、予想される部品のズレ姿勢
に応じて拡大部の設けられる箇所を変更すれば、種々の
不具合に対して効果を発揮することが可能になるほか、
特定の不具合の減少に対してピンポイントで対策を施す
ことができる。また、配線基板の精度、半田レジストの
剥離制度の関係で、円弧状または角型拡大部１６の形状
を作成することが不可能な場合は、台形形状にしても同
様な効果が得られる。

【００２４】次に、図４により本発明の他の実施の形態
について説明する。図４は本発明かかる表面実装部品の
半田付け用ランド構造の他の実施の形態を示す平面図で
ある。図４において、配線基板１０には、図１に示す場
合と同様に、２点鎖線に示す部品２０の両端の電極２２
と対応する間隔を置いて一対のランド部１２が設けられ
ており、この各ランド部１２は、電極２２の下面側面積
より大きい表面積の長方形状を呈し、この両ランド部１
２の表面には、その周縁部１２１及びこれに隣接する配
線基板１０の表面を半田レジストで覆うことにより、電
極２２との半田付けに供される半田付け領域（レジスト
開口）１４が形成されている。

【００２５】また、図４に示すように、部品２０の長さ
方向で互いに反対の方向を向いた電極２２の端面２２２
と対向する半田付け領域１４のトップフィレットＴＦ側
縁部箇所には、半田付け領域１４の面積を局部的に縮小
するズレ抑制用の縮小部１８が半田付け領域１４から内
側へ角形に切り欠くことにより形成されている。この縮
小部１８は、半田レジストの塗布時に半田付け領域１４
と共に形成される。また、クリーム半田３０は、図４に
示すように、部品２０の長手方向の両端側である縮小部
１８に片寄らせて半田付け領域１４の箇所に、スクリー
ン印刷等により塗布されている。

【００２６】このような他の実施の形態においては、部
品２０の長手方向で互いに反対の方向を向いた電極２２
の端面２２２と対向するトップフィレットＴＦ側縁部箇
所に半田付け領域１４の面積が局部的に縮小されるズレ
抑制用の縮小部１８を設けたので、トップフィレットＴ
Ｆの領域にトップフィレットの小さい部分（トップフィ
レットのない縮小部１８の部分）と大きい部分の両方が
存在することになり、縮小部１８はセルアライメント効
果を増加する作用があり、これにより、リフロー時の部
品２０の泳ぎによる枕不良を防止することができる。そ
して、同様に部品２０のマンハッタン不良を防止するこ
とができる。また、トップフィレットの大きい部分は溶
融半田が部品２０の電極端面２２２に濡れ上がる力を与
え、フィレットレス実装における部品挙動の不安定さを
解消し、余剰半田は電極２２の端面２２２に吸収される
ため、部品２０の浮き上がり量が減少し、安定した実装
姿勢を保持できる。

【００２７】なお、上記の実施の形態では、半田付け領
域１４の面積を局部的に拡大または縮小する拡大部１６
または縮小部１８を別々に設けた場合について説明した
が、本発明はこれに限定されず、拡大部１６及び縮小部
１８の両方を備えるランド部であってもよいほか、拡大
部１６及び縮小部１８の設けられる箇所及び数も上記実
施の形態に示すものに限定されない。また、本発明にお
けるランド部１２の半田付け領域１４は、半田レジスト
を塗布することにより形成される方式に限らず、ランド
部１２自体が拡大部１６及び縮小部１８を含む半田付け
領域１４の形状を呈する形に加工してもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、本発明にかかる表面実装
部品の半田付け用ランド構造によれば、リフロー時の実
装部品の不安定な挙動を抑制でき、これにより、部品の
θズレ不良や枕不良及びマンハッタン不良を防止するこ
とができ、常に安定した実装品質を確保できるとともに
狭ギャップ実装を容易にして高密度実装を実現できる。
また、本発明によれば、局部的な拡大部及び縮小部をラ
ンド部の半田付け領域に設けることにより、従来のフィ
レットレス実装ランドよりも部品の固着強度を向上する
ことができ、かつ、より高品質で高密度な実装が可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明かかる表面実装部品の半田付け用ランド
構造の一実施の形態を示す平面図である。

【図２】（Ａ），（Ｂ）は本発明の一実施の形態におけ
る半田付け用ランド部へのクリーム半田の塗布状態及び
表面実装部品の装着状態を示す説明用平面図である。

【図３】本発明の一実施の形態におけるリフロー時にお
ける部品の挙動を示す説明図である。

【図４】本発明かかる表面実装部品の半田付け用ランド
構造の他の実施の形態を示す平面図である。

【図５】従来の極小表面実装部品に利用される半田付け
用ランド構造の一例を示す説明図である。

【図６】半田付け用ランド構造を利用してリフロー半田
方式により部品を半田付けする過程での半田と実装部品
の挙動を表わした説明図である。

【図７】部品の半田付け不良の状態を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１０……配線基板、１２……ランド部、１４……半田付
け領域、１６……拡大部、１８……縮小部、２０……部
品、２２……電極、２２１……側面、２２２……端面、
３０……クリーム半田、３０Ａ……溶融半田。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の長さ及び幅を有する部品が表面実
   装される配線基板に、前記部品の長さ方向の両端に設け
   られた角型電極に対応する角型のランド部がそれぞれ設
   けられ、前記両ランド部に前記部品の両端の電極がクリ
   ーム半田を介してリフロー半田付けされるようにした半
   田付け用ランド構造であって、 前記両ランド部は、前記電極との半田付けに供される所
   定面積の半田付け領域を有し、 前記半田付け領域は、該半田付け領域の面積が局部的に
   拡大されるズレ抑制用の拡大部及びランド部の半田付け
   領域の面積が局部的に縮小されるズレ抑制用の縮小部の
   少なくとも一方を備える、 ことを特徴とする表面実装部品の半田付け用ランド構
   造。
2. 【請求項２】 前記拡大部は、前記部品の幅方向で互い
   に反対の方向を向いた前記電極の側面と対向する箇所で
   あることを特徴とする請求項１記載の表面実装部品の半
   田付け用ランド構造。
3. 【請求項３】 前記縮小部は、前記部品の長さ方向で互
   いに反対の方向を向いた前記電極の端面と対向する箇所
   であることを特徴とする請求項１記載の表面実装部品の
   半田付け用ランド構造。
4. 【請求項４】 前記拡大部及び縮小部を含む前記ランド
   部の半田付け領域は、前記ランド部の周縁部及び前記配
   線基板の表面に塗布された半田レジストにより形成され
   ていることを特徴とする請求項１記載の表面実装部品の
   半田付け用ランド構造。
5. 【請求項５】 前記クリーム半田は、前記部品の長手方
   向の両端側に片寄らせて前記ランド部の半田付け領域箇
   所に塗布されることを特徴とする請求項１記載の表面実
   装部品の半田付け用ランド構造。