JP2004158777A

JP2004158777A - プリント配線板

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Publication number: JP2004158777A
Application number: JP2002325214A
Authority: JP
Inventors: Osamu Izuhara; 修伊豆原; Yoshiro Kato; 芳朗加藤
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2002-11-08
Filing date: 2002-11-08
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2022-11-08
Also published as: JP4113969B2

Abstract

【課題】溶融半田が部品面に付着するのをマスキングを行わずに防止でき、しかも他の層のパターンとの導通を図るためのバイアホールを設ける領域を新たに確保する必要がないプリント配線板を提供する。
【解決手段】プリント配線板１１は、３枚の絶縁基板１２が積層されるとともに、その両面と各絶縁基板１２の間に導体層が形成されている。プリント配線板１１には内層としてグランド層１３及び電源層が形成されている。プリント配線板１１の所定位置には、プリント配線板１１を金属製の筐体１４にねじ止めするためのねじ挿通孔１５が形成されている。ねじ挿通孔１５の部品面１１ａ側の周囲にランド１６が形成され、ランド１６の領域内に該ランド１６と半田面１１ｂとを導通させるバイアホール１７が複数形成されている。各バイアホール１７の半田面１１ｂ側のランド１７ａはソルダレジスト１８で被覆されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント配線板に係り、詳しくは少なくとも一部の部品の実装がフローソルダリングで行われるとともに、取り付け部（例えば筐体）をアースとして用いた状態で使用されるプリント配線板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器に使用されるプリント配線板として、筐体にねじ止めされて、筐体をアース（グランド）として用いるものがある（例えば、特許文献１参照）。その場合、一般的な手段としては、図２（ａ），（ｂ）に示すように、基板３１にねじ穴（ねじ挿通孔）３２としてのスルーホールを設け、部品面３１ａ及び半田面３１ｂの双方にランド３３ａ，３３ｂを設け、ねじ締めすることで金属製の筐体３４とパターン３５とを導通させている。ねじ３６の締め付けは、図２（ａ）に示すようにナット３７を使用する場合と、筐体３４に設けられた雌ねじ部に螺合させる場合とがある。
【０００３】
また、図３（ａ），（ｂ）に示すように、ねじ穴３２として内壁にメッキを行わず、部品面３１ａのねじ穴３２の周囲にランド３３ａを設けた基板３１もある。この場合、ねじ３６を介して筐体３４と導通するパターン３５は部品面３１ａのパターンのみとなり、半田面３１ｂ及び内層パターンと導通させるには、ねじ穴３２の周囲にバイアホール３８を設ける必要がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２５６６８３号公報（明細書の段落［０００３］〜［０００６］、図１８）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ねじ穴３２として孔の内壁にメッキ層３２ａが形成されたスルーホールを使用する構成では、プリント配線板に部品をフローソルダリングで実装する際、半田面３１ｂのランド３３ｂに半田が付着しないようにマスキングを行う工程が必要になる。従って、マスキングテープの貼付作業と、フローソルダリング後にマスキングテープを除去する工程とが必要になる。その結果、製造コストが高くなるとともに、工程数が増えた分、製造時間が長くなり、生産性が低下するという問題がある。
【０００６】
また、ねじ穴３２の内壁にメッキを施さない図３（ａ），（ｂ）に示す構成では、半田面３１ｂや内層パターンと筐体３４とを導通させる必要が有る場合、ランド３３ａの外側にバイアホール３８を設ける必要があり、バイアホール３８を設ける領域を確保するためにプリント配線板が大型化するという問題がある。
【０００７】
本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は溶融半田が部品面に付着するのをマスキングを行わずに防止でき、しかも他の層のパターンとの導通を図るためのバイアホールを設ける領域を新たに確保する必要がないプリント配線板を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、少なくとも一部の部品がフローソルダリングで実装されるプリント配線板であって、アースとして使用される取り付け部にプリント配線板をねじ止めするためのねじ挿通孔を備えるとともに、部品面には前記ねじ挿通孔の周囲にランドが形成され、前記ランドの領域内に該ランドと半田面とを導通させるバイアホールが形成されている。プリント配線板の「半田面」とは、フローソルダリングの際に溶融半田に接触する側の面を意味し、「部品面」とは、部品が実装され、半田面と反対側の面を意味する。
【０００９】
この発明では、ねじ挿通孔の内壁にメッキが施されていないため、部品をフローソルダリングで実装する際、マスキングを行わなくてもねじ挿通孔を介して溶融半田が部品面まで上がる虞がない。また、ねじ挿通孔の部品面側の周囲に形成されたランドが、アースとして使用される取り付け部（例えば、筐体）とねじを介して導通される。そして、部品面に形成されたパターンはランドに接続され、部品面以外にアースが必要なパターンが設けられた場合はバイアホールを介してランドに接続される。従って、溶融半田が部品面に付着するのをマスキングを行わずに防止でき、しかも他の層のパターンとの導通を図るためのバイアホールを設ける領域を新たに確保する必要がない。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記バイアホールの半田面側のランドはレジストで被覆されている。バイアホールの半田面側のランドがレジストで被覆されていないと、部品をフローソルダリングで実装した際に溶融半田がバイアホールを介して部品面のランド上に付着する状態となる。そのため、基板を筐体にねじ止めした際、ねじとランドとの間及びランドと筐体との間に半田が介在する状態となり、使用環境が厳しい状態（温度変化の大きな状態）ではねじ緩みが発生する。しかし、この発明では、バイアホールの半田面側のランドがレジストで被覆されているため、溶融半田がランドに付着せず、基板を筐体にねじ止めした際、ねじとランドとの間及びランドと筐体との間に半田が介在することがなく、ねじ緩みが防止される。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記プリント配線板は多層板であり前記バイアホールは少なくとも内層のグランド層と電気的に接続されている。この発明では、安定したレベルのグランド層に配線パターンを接続するのが容易になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を４層配線板に具体化した一実施の形態を図１（ａ），（ｂ）に従って説明する。図１（ａ）は、プリント配線板を筐体に取り付けた状態の部分模式断面図、（ｂ）はねじ穴、ランド及びバイアホールの関係を示す模式斜視図である。
【００１３】
図１（ａ）に示すように、プリント配線板１１は、３枚の絶縁基板１２が積層されるとともに、その両面と各絶縁基板１２の間に導体層が形成されている。図１（ａ）において上側の面が、部品が実装される部品面１１ａ、下側の面がフローソルダリングの際に溶融半田と接触する半田面１１ｂとなっている。プリント配線板１１には一方の内層としてグランド層１３が形成され、他方の内層として電源層（図示せず）が形成されている。
【００１４】
プリント配線板１１の所定位置には、プリント配線板１１を取り付け部としての金属製の筐体１４にねじ止めするためのねじ挿通孔１５が形成されている。ねじ挿通孔１５は内壁にメッキが施されていないノンスルーホールである。ねじ挿通孔１５の部品面１１ａ側の周囲にランド１６が形成され、ランド１６の領域内に該ランド１６と半田面１１ｂとを導通させるバイアホール１７が複数形成されている。各バイアホール１７は少なくとも内層のグランド層１３と電気的に接続されている。各バイアホール１７の半田面側のランド１７ａはレジストとしてのソルダレジスト１８で被覆されている。
【００１５】
プリント配線板１１には図示しないリード部品のリードが挿入されるスルーホールが形成されるとともに、部品面１１ａに図示しない配線パターンが形成されている。前記配線パターンは図示しないバイアホールを介してグランド層１３や電源層に接続されている。
【００１６】
次に前記のように構成されたプリント配線板１１の作用について説明する。プリント配線板１１の部品面１１ａにはリード部品が実装される。リード部品を実装する際は、実装すべき全てのリード部品のリードが、所定のスルーホールに挿入された状態で、プリント配線板１１を半田面１１ｂが溶融半田に接触する状態でフロー半田槽の上を通過させる。その結果、半田面１１ｂに突出したリード及びスルーホールのランドに半田が付着して半田付けが終了する。
【００１７】
このとき、ねじ挿通孔１５の内壁にはメッキが施されていないため、溶融半田はねじ挿通孔１５を介して部品面１１ａ側まで上昇することがない。また、バイアホール１７の半田面１１ｂ側のランド１７ａはソルダレジスト１８で覆われているため、溶融半田がバイアホール１７内を上昇してランド１６の表面に付着することがない。
【００１８】
部品の実装が完了したプリント配線板１１は、図１（ａ）に示すように、筐体１４の上に載置され、ねじ挿通孔１５及び筐体１４の孔１４ａに挿通されたワッシャ付きねじ１９と、ナット２０とにより筐体１４の所定位置に締め付け固定される。ランド１６の径は、バイアホール１７がワッシャ付きねじ１９でほぼ覆われる大きさに形成されている。そして、ランド１６と筐体１４とがワッシャ付きねじ１９を介して導通状態となり、ランド１６と接続された状態で部品面１１ａに形成されている図示しない配線パターンが筐体１４と導通状態となる。また、グランド層１３や半田面１１ｂに形成された図示しない配線パターンもバイアホール１７を介してランド１６と導通状態となる。
【００１９】
プリント配線板１１がワッシャ付きねじ１９及びナット２０により筐体１４に締め付け固定されたものについて熱衝撃試験を行い、ワッシャ付きねじ１９の緩みを調べた。熱衝撃試験では−４０℃及び＋９０℃の状態に所定時間ずつ交互に保持することが繰り返し行われる。その結果、熱衝撃試験においてもワッシャ付きねじ１９の緩みが抑制された。
【００２０】
この実施の形態では以下の効果を有する。
（１）プリント配線板１１を取り付け部（筐体１４）にねじ止めするためのねじ挿通孔１５の内壁にメッキが施されていない。従って、部品をプリント配線板１１にフローソルダリングで実装する際、マスキングを行わなくてもねじ挿通孔１５を介して溶融半田が部品面１１ａまで上がる虞がなく、溶融半田が部品面に付着するのをマスキングを行わずに防止できる。その結果、マスキング工程をなくすことができ、製造コストを低減できるとともに部品の実装に必要な時間を短縮でき、生産性が向上する。
【００２１】
（２）プリント配線板１１の部品面１１ａにはねじ挿通孔１５の周囲にランド１６が形成され、ランド１６の領域内にランド１６とプリント配線板１１の半田面１１ｂとを導通させるバイアホール１７が形成されている。従って、部品面１１ａ以外の位置に設けられた他の層のパターンと筐体１４と導通させるためのバイアホールを設ける領域を新たに確保する必要がない。その結果、プリント配線板１１の大型化を防止できる。
【００２２】
（３）バイアホール１７の半田面１１ｂ側のランド１７ａはレジスト（ソルダレジスト１８）で被覆されている。従って、プリント配線板１１を筐体１４にねじ止めした際、ワッシャ付きねじ１９とランド１６との間及びランド１７ａと筐体１４との間に半田が介在する状態となることが回避され、使用環境が厳しい状態（温度変化の大きな状態）においてもねじ緩みが防止される。
【００２３】
（４）プリント配線板１１は多層板でありバイアホール１７は少なくとも内層のグランド層１３と電気的に接続されている。従って、グランド層１３が筐体１４と導通状態となり、安定したレベルのグランド層１３に配線パターンを接続するのが容易になる。
【００２４】
なお、実施の形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように変更してもよい。
○ バイアホール１７のランド１７ａは必ずしもソルダレジスト１８で被覆しなくてもよい。ソルダレジスト１８で被覆しないと溶融半田がバイアホール１７を介してランド１６上に付着し、プリント配線板１１をワッシャ付きねじ１９で筐体１４に締め付け固定した際、ワッシャ付きねじ１９とランド１６との間及びランド１７ａと筐体１４との間に半田が介在する状態となる。従って、使用環境が厳しい状態（温度変化の大きな状態）においては、ねじ緩みが発生する場合があるが、使用環境が厳しい状態でなければ、ねじ緩みは発生し難い。
【００２５】
〇ワッシャ付きねじ１９に代えて、ワッシャとねじとが別体ものを使用して締め付けてもよい。また、ワッシャを設けずにねじがバイアホールを覆うようにしてもよい。
【００２６】
〇バイアホール１７の数は複数ではなく１個でもよいが、複数の方が好ましい。
〇プリント配線板１１の層数は４層に限らず、２層以上であれば適宜変更してもよい。
【００２７】
〇プリント配線板１１に実装される部品はリード部品だけに限らず、チップ部品が混在してもよい。
〇プリント配線板１１を筐体１４に取り付ける構造は、プリント配線板１１が筐体１４の壁面全体に接触する構造に限らず、筐体１４の壁面から取り付け部を切り起こし、プリント配線板１１が筐体１４の壁面との間に隙間が有る状態に固定される構成としてもよい。この場合、プリント配線板１１の半田面１１ｂ側にも部品を実装した場合、部品が筐体１４と干渉しないようにするのが容易となる。
【００２８】
〇プリント配線板１１のアースとして使用される取り付け部は筐体１４に限らず、アース用の金属板を取り付け部としたり、筐体１４内に設けられた筐体１４と別体の取り付け部であってもよい。
【００２９】
〇ワッシャ付きねじ１９やねじを筐体１４あるいは取り付け部に締め付け固定する手段としてナット２０を使用する構成に代えて、筐体１４あるいは取り付け部にワッシャ付きねじ１９等と螺合する雌ねじ部を有するねじ孔を形成したり、ナットを固着してもよい。この場合、ナット２０で締め付けるのに比較して、ワッシャ付きねじ１９等を締め付ける際にナット２０を保持する手間が不要となり、締め付け作業が簡単になる。
【００３０】
前記実施の形態から把握される発明（技術的思想）について以下に記載する。（１）請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記取り付け部は金属製の筐体である。
【００３１】
（２）請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のプリント配線板が筐体をアースとして取り付けられている電子機器。
（３）前記技術的思想（１）又は（２）に記載の筐体は、プリント配線板のねじ挿通孔に挿通されたねじが螺合される雌ねじ部を有するねじ孔を備えている。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜請求項３に記載の発明によれば、溶融半田が部品面に付着するのをマスキングを行わずに防止でき、しかも他の層のパターンとの導通を図るためのバイアホールを設ける領域を新たに確保する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）はプリント配線板を筐体に取り付けた状態の部分模式断面図、（ｂ）はねじ挿通孔、ランド及びバイアホールの関係を示す模式斜視図。
【図２】（ａ）は従来技術のプリント配線板を筐体に取り付けた状態の部分模式断面図、（ｂ）はねじ挿通孔、ランドの関係を示す模式斜視図。
【図３】（ａ）は別の従来技術のプリント配線板を筐体に取り付けた状態の部分模式断面図、（ｂ）はねじ挿通孔、ランドの関係を示す模式斜視図。
【符号の説明】
１１…プリント配線板、１１ａ…部品面、１１ｂ…半田面、１３…グランド層、１４…取り付け部としての筐体、１５…ねじ挿通孔、１６，１７ａ…ランド、１７…バイアホール、１８…レジストとしてのソルダレジスト。

Claims

少なくとも一部の部品がフローソルダリングで実装されるプリント配線板であって、
アースとして使用される取り付け部にプリント配線板をねじ止めするためのねじ挿通孔を備えるとともに、部品面には前記ねじ挿通孔の周囲にランドが形成され、前記ランドの領域内に該ランドと半田面とを導通させるバイアホールが形成されているプリント配線板。
前記バイアホールの半田面側のランドはレジストで被覆されている請求項１に記載のプリント配線板。
前記プリント配線板は多層板であり前記バイアホールは少なくとも内層のグランド層と電気的に接続されている請求項１又は請求項２に記載のプリント配線板。