JP2005228941A - プリント配線基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プレスフィットピンを用いたコネクタ形成において、突発的に発生する白化現象を外部から観察できるとプリント配線基板を提供する。
【解決手段】 繊維基材を樹脂に含浸させて構成される基板に導体回路が形成されるプリント配線基板であって、前記プリント配線基板にはスルーホールが穿設され、前記スルーホールに形成されるランドは、少なくとも一部に切り欠きが設けられ、前記プリント配線基板を露出させることを特徴とするプリント配線基板とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プレスよって成形されるプレスフィットピンを圧入してコネクタピンを形成するプリント配線基板およびその製造方法に関連する。特に、プレスフィットピンの圧入時に発生する不具合の発見の容易化に関する。

プリント配線基板に電子部品を実装する際に用いられる方法のはんだ付けは、はんだに含まれる鉛がもつ人体への毒性に関して、以前から問題になっていた。そこで、半田付けを用いないピンの締結方法として、ピンの胴体部に弾性変形する大径部を設け、スルーホールに圧入してピンを固定する方法、すなわちプレスフィットピンの方法が開発されてきた。このプレスフィットピンの方法は、工法上、白化現象の問題があった。一般的にプリント配線基板の白化現象は、配線基板に過大な応力が負荷された際に、基板の材料である樹脂材料に塑性変形による多数のクラックが発生した場合や、樹脂材料とガラス繊維などで形成される基材との剥離が発生した場合の現象である。多数のクラックによる乱反射や、クラックおよび剥離してできたスキマに空気が入りこみ乱反射することで「白化」が発生する。白化は目視または顕微鏡により観察される（図６）。白化現象の問題点として、白化発生時の変形による回路の切断や、白化により生じたクラックや隙間に付着する水分による配線基板の耐電圧の低下、絶縁抵抗の低下があげられる。

かかる問題の解決のために、特許第３１０９９６２号では、プレスインコンタクト（プレスフィットピン）の圧入部の断面形状を、内縁部はＵ字形状、外縁部は２箇所の円弧部とその間の直線部とからなる形状にし、さらに前記内縁部の円形部と前記外延部の円弧部の中心が偏芯関係になるように成形し、かつ前記円弧部の肉厚は両開放側に行くにしたがって薄くしている。これらの形状の工夫により、プレスインコンタクトの圧入時に外縁部が広範囲に可撓することで、印刷配線基板の内周とプレスインコンタクトの外周との接触面積を大きくし、圧入時の集中応力の上昇を抑制し基板の白化を回避するとともに、所望のプレスインコンタクトの印刷基板に対する保持力（抜き荷重）と耐トルク荷重を実現している。
特許第３１０９９６２号公報

一般的に、プリント配線基板のコネクタ製造時の多数のプレスフィットピン圧入において、プレスフィットピン自体の部品精度、冶具の把持状態のばらつきからプレスフィットピンの圧入軸とスルーホールの中心軸を、全てのプレスフィットピンに対して略一致させることは困難である。プレスフィットピンの圧入軸とスルーホールの中心軸のズレは突発的に、圧入時にスルーホールの側面に対して過大な応力を発生し、プリント配線基板のコネクタ製造時の不良である白化現象を引き起こす。

特許文献１に開示されている方法では、プレスフィットピンの形状を工夫することで圧入過程の応力緩和を図っているが、大量製造時における不可避な白化現象に対する対策方法は開示されていない。

そこで、本発明は、プリント配線基板のプレスフィットピン圧入において、スルーホールの強度アップにより白化現象の発生の低減を図ると共に、白化現象の発見を容易にするプリント配線基板を提供することを技術的課題とする。

上記の課題を解決するために請求項１において講じた技術的手段は、回路パターンが形成され、樹脂を主体として成る基板と、前記基板に穿設された貫通孔と、前記貫通孔に導体層よりなるスルーホールとともに形成されるランドとを有するプリント配線基板において、前記スルーホールに形成される前記ランドには、少なくとも一部に前記プリント配線基板を露出させる切り欠きが設けられるようにしたことである。

上記の課題を解決するために請求項２において講じた技術的手段は、請求項１の技術的手段にくわえて、前記ランド部に設けられる前記切り欠きは、前記スルーホールの端面部にて前記樹脂部を露出させるようにしたことである。

上記の課題を解決するために請求項３において講じた技術的手段は、請求項１または請求項２の技術的手段にくわえて、前記ランド部に設けられる前記切り欠きは、前記スルーホールと前記スルーホールに圧入されるプレスフィットピンとの接触部に対応して設けられるようにしたことである。

上記の課題を解決するために請求項４において講じた技術的手段は、請求項２または請求項３の技術的手段にくわえて、前記ランド部に設けられる前記切り欠きは、前記スルーホールの端面部にて、前記スルーホールの径方向に略同じ幅で形成されるようにしたことである。

上記の課題を解決するために請求項５において講じた技術的手段は、請求項２または請求項３の技術的手段にくわえて、前記ランド部に設けられる前記切り欠きは、前記スルーホールの端面部にて、前記スルーホールの径方向に形成され、前記切り欠きの幅が途中から急増するようにしたことである。

上記の課題を解決するために請求項６において講じた技術的手段は、繊維基材を樹脂に含浸させて基板を形成する工程と、前記基板に銅箔を被膜する工程と、前記銅箔に対してマスキングとエッチングにより回路パターンを形成する工程と、前記回路パターンが形成された基板に貫通孔を穿設する工程と、前記貫通孔にコーティングしスルーホールを形成する工程と、前記スルーホールの開口部のランドに所定の切り欠き形状をマスキングする工程と、エッチングにより前記切り欠きから前記樹脂を露出させる工程とを順次行うことによるプリント配線基板の製造方法としたことである。

請求項１に記載の発明によれば、プリント配線基板のスルーホールの内周面および開口部の端面にメッキ処理にてランドを設けることによりスルーホールの強度向上が図られ、プレスフィットピンの圧入時に、プリント配線基板中の基材であるガラス繊維の引きずりを低減するとともに、基板に生じる応力が緩和され、白化現象の発生が抑制される。また、同時にランド部の一部にはプリント基板を露出させる切り欠き部分が設けられるため、白化現象が発生した場合でも外観からプレスフィットピンの圧入異常を発見することが容易になる。

請求項２に記載の発明によれば、ランド部に設けられるプリント基板を露出させる切り欠き部分は、スルーホールの端面部に設けられるため、白化現象が発生した場合でも外観からプレスフィットピンの圧入異常を発見することが一段と容易になる。

請求項３に記載の発明によれば、ランド部に設けられるプリント基板を露出させる切り欠き部分は、プレスフィットピンとの接触部に対応して設けられるため、スルーホールに設ける切り欠き部の大きさ（スルーホールの円周に沿った切り欠き部の割合）を最小にすることでスルーホールの強度を向上するとともに、白化現象が発生した場合でも外観からプレスフィットピンの圧入異常を発見することが容易になる。

請求項４に記載の発明によれば、ランド部に設けられるプリント基板を露出させる切り欠き部分は、径方向に略同じ幅で設けられるため、白化現象が発生した場合でも外観からプレスフィットピンの圧入異常を発見することが一段と容易になる。また、切り欠き部の形成時において、切り欠き部の形状がメッキ処理等により容易に形成できる容易になる。

請求項５に記載の発明によれば、ランド部に設けられるプリント基板を露出させる切り欠き部分は、径方向に略同じ幅で設けられ、さらに途中から幅が急増するため、白化現象が発生した場合でも外観からプレスフィットピンの圧入異常を発見することが一段と容易になる。また、切り欠き部の形成時において、切り欠き部の形状がメッキ処理または、機械的工法により容易に形成できる。

請求項６に記載の発明によれは、上記請求項１から請求項５に記載の特徴をもつプリント配線基板の製造が可能である。

本発明を実施するための最良の形態を、図面を基に説明する。図１はプレスフィットピン１０のプリント配線基板１への圧入の様子を模式的に表した図であり、プリント配線基板１に設けられたスルーホール４にプレスフィットピン１０が圧入され、他の部品とのインターフェイスとなるコネクタ（ピン）が形成される。なお、図１では表層に形成される膜は省略している。

プリント配線基板のランド部の切り欠き８の製造法に関して説明する。図２は、図１のＡ−Ａ’に沿うプリント配線基板１のスルーホール４の断面を含む垂直断面図を示している。プリント基板１はガラス繊維織布２を基材としてエポキシ樹脂３を固めることによって形成される。基板表層の銅被膜２１にマスキング、エッチング等の処理を経て回路パターン２１が形成される。

スルーホール４は、所定の位置に貫通された貫通孔５の内壁に導体層７（メッキ層）が設けられることで形成される。導体層７は無電解銅メッキ処理（皮膜処理）により銅のメタライズ層が被膜された後、電解メッキ処理により所定の厚さに被膜形成される。同時にスルーホール４の端面部（開口部）にはランド７ａが円周上に所定の膜厚で形成される。このメッキ工程の後、ランド７ａ部を図３、図４、図５に示されるような８ａ、８ｂ、８ｃ形状に対応するプロテクト膜で覆った後（マスキング）、エッチング処理することで切り欠き８が形成される。この後、回路パターンをレジスト膜２２で覆うことでプリント配線基板は完成する。本実施の形態では、基板１の厚みは１．６ｍｍのＦＲ４、ランド７ａの厚みは、０．０５ｍｍ、貫通孔５の径はφ１．０、導体層７の厚みは３０ミクロンを採用したがこれに限定する意図はなく。基板１を構成する基材と樹脂の構成は、例えば、紙／フェノール樹脂、紙／エポキシ樹脂、ガラス布／エポキシ樹脂、ガラス不織布／エポキシ樹脂、合成繊維／エポキシ樹脂、ガラス布／ポリイミド樹脂、ガラス布／エポキシ変性ポリイミド樹脂、ガラス布／ビスマレイミド／トリアジン／エポキシ樹脂、ガラス布／フッ素系樹脂、ガラス布／ＰＰＯ（ポリフェニレンオキサイド）樹脂、ガラス布／ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）樹脂等の組み合わせから適宜選択することができる。

図１に基づいて、プレスフィットピンについて説明する。プレスフィットピン１０は、圧入される先端から、先端部１１、胴体部１２、把持部１３、頭部１４からなる。先端部１１はテーパ形状をしており、圧入時のスルーホール４への挿入性が高められている。胴体部１２は、略Ｏ字状の形状をしており上下端で先端部１１、把持部１３に連結されている。このＯ字形状は、角棒を軸方向に中心を裂き拡げた態様で形成される。胴体部１２の外径１２ａは、スルーホール４の内径より直径で所定寸法大きく形成される。圧入時この圧入代分、胴体部１２の外径が小さく撓むことで、スルーホール４に挿入され、復元力により抜け荷重および耐回転トルク荷重が達成される。また、胴体部１２とスルーホール４は、図３に示されるように４箇所で接触し、胴体部１２の接触部には所定の面取りが形成され圧入時の応力緩和が図られる。把持部１３は圧入時、圧入機の冶具（図示なし）に把持される部分であり、側方に延びた腕部により回転方向および上下方向の位置決めがなされる。頭部１４は圧入後、図１の左側のプレスフィットピンの図に示されたように、コネクタピンとして機能し、複数のコネクタピンが整然と集合して他の部品とのインターフェイス機能を果たすコネクタを形成される。

なお、本実施の形態では、プレスフィットピン１０は、可撓性に富むリン青銅としたがその他の合金であってもよい。また、本実施の形態のプレスフィットピン１０には、圧入時の摺動性の向上のため、ニッケルおよびスズでコーティング（メッキ）を施したが、コーティングの有無は胴体部１２の接触部の面粗さ等に基づき適宜選択すればよい。また、本実施の形態では、プレスフィットピン１０の胴体部１２のスルーホール４への圧入代として０．１５ｍｍを設定し圧入を実施した。

次に本発明によるランド部に設けられる切り欠きの形状について、図面に基づいて説明する。図３、図４、図５は、切り欠きの形状と圧入状態にあるプレスフィットピン１０（１２）の断面を示したものである。

図３によると、プリント基板１の表面、スルーホール４の端面側の円周に形成されたランド７ａ、ランド７ａに設けられた切り欠き８ａ、プレスフィットピン１０の胴体部１２の断面が示される。胴体部１２は、スルーホール４と４箇所で接触しており通電可能となっている。この４箇所に対応して、スルーホール４の内周から略三角状に切り欠き８ａが銅エッチング処理にて形成されている。切り欠き８ａは、プリント基板１の樹脂部を露出しているため、圧入による白化現象が発生した場合も外部から白化現象の有無を確認可能である。また、切り欠き８ａは、三角形状に厳密に限定される必要はないので円周状にランド７ａを形成したのち、スクレイパーなどにより三角形状の切り欠き８ａを形成することも可能である。

以下、図４、図５については、切り欠きの形状が実質的に異なるだけであるので、形状のみを説明する。図４に示される切り欠き８ｂは、スルーホール４の内周からランド７ａの外周方向に延びる方向に設定した。なお、プレスフィットピン１０とスルーホール４の接触幅は、本実施の形態では０．２ｍｍであるので、切り欠き８ｂの幅も０．２ｍｍにした。これにより、切り欠き８ｂによるスルーホール４の強度低下を最小限に抑えるとともに、プレスフィットピン１０とスルーホール４の接触部に基点を発する白化現象を確実に外部から確認できる。

図５に示される切り欠き８ｃでは、ランド７ａの外周部で切り欠きの幅は広がる。この切り欠き８ｃの幅が広がる場所よりも、白化現象が外側へ広がったか、広がっていないかにより、良品と不良品の識別をしてもよく、これにより外部からの確認を容易化する。

図３、図４、図５の実施形態に示されるように、ランド部に切り欠きを設けることで、突発的な白化現象を外部から観察できるので、自動生産のラインにおいても画像認識処理により、プレスフィットピンの圧入が原因で生じた不良品を検出できるようになる。

以上の発明では、実施例をもとにランド部に設けられる切り欠きの形状を説明したが、これらの形状に限定する意図はなく、ランドを設けて白化現象の低減を図ると共に、突発的な白化現象を外部から確認できる範囲の変更であれば、本発明を逸脱しない。

本発明に係わるプレスフィットピンの圧入工程を模式的に表した斜視図 本発明に係るプリント配線基板の構造を模式的に表す図 本発明の実施に係るプリント配線基板の切り欠き形状を表す図 本発明の別の実施に係わるプリント配線基板の切り欠き形状を表す図 本発明の別の実施に係わるプリント配線基板の切り欠き形状を表す図 本発明に係るプリント配線基板のプレスフィットピンの圧入時に発生する白化現象を模式的に示す図

符号の説明

１ プリント配線基板
４ スルーホール
７ 導体層（メッキ層）
７ａ ランド
８、８ａ、８ｂ、８ｃ 切り欠き
１０ プレスフィットピン
１１ 先端部
１２ 胴体部
１３ 把持部
１４ 頭部

Claims (6)

1. 回路パターンが形成され、樹脂を主体として成る基板と、
   前記基板に穿設された貫通孔と、
   前記貫通孔に導体層よりなるスルーホールとともに形成されるランドとを有するプリント配線基板において、
   前記スルーホールに形成される前記ランドには、少なくとも一部に前記プリント配線基板を露出させる切り欠きが設けられることを特徴とするプリント配線基板。
2. 前記ランド部に設けられる前記切り欠きは、前記スルーホールの端面部にて前記樹脂部を露出させることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線基板。
3. 前記ランド部に設けられる前記切り欠きは、前記スルーホールと前記スルーホールに圧入されるプレスフィットピンとの接触部に対応して設けられること特徴とする請求項１または請求項２に記載のプリント配線基板。
4. 前記ランド部に設けられる前記切り欠きは、前記スルーホールの端面部にて、前記スルーホールの径方向に略同じ幅で形成されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のプリント配線基板。
5. 前記ランド部に設けられる前記切り欠きは、前記スルーホールの端面部にて、前記スルーホールの径方向に形成され、前記切り欠きの幅が途中から急増することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のプリント配線基板。
6. 繊維基材を樹脂に含浸させて基板を形成する工程と、
   前記基板に銅箔を被膜する工程と、
   前記銅箔に対してマスキングとエッチングにより回路パターンを形成する工程と、
   前記回路パターンが形成された基板に貫通孔を穿設する工程と、
   前記貫通孔に導体層を被膜しスルーホールを形成する工程と、
   前記スルーホールの開口部のランドに所定の切り欠き形状をマスキングする工程と、
   エッチングにより前記切り欠きから前記樹脂部を露出させる工程と、
   を順次行うことによるプリント配線基板の製造方法。

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