JP2006066404A - 電子部品搭載用基板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】絶縁基板5の主面に形成された導体回路53と、導体回路53に当接した当接面に凸状部及び鍔部43の内周端から外周端まで延設された半田材料流入部を有する導体ピン4と、鍔部43の外周端を超え、鍔部43下の半田流れ端を、導体ピン4の脚部42に達しない位置までの間に存在させ、導体ピン4を鍔部43を介して導体回路53へ半田付けする半田8と、を備える。
【選択図】図5
Description
また、上記スルーホール91には導体ピン92の頭部921を嵌入し、該頭部921とスルーホール91のめっき層911とを電気的に接続させている。導体ピン92は、鍔部922、脚部923を有する。また、絶縁基板90の四隅に挿入した導体ピン92は、更に下方鍔924を有する。
この半田付けは、例えば、図17に示すごとく、導体ピン92の嵌入方向とは逆の方向から、溶融した半田8を流入させる、リフロー法により行われている(特許文献1)。
即ち、図18に示すごとく、絶縁基板90のスルーホール91に導体ピン92の頭部921を挿入し、その上に半田粒子とフラックス等とからなるペースト半田89を置き、次いでこれを加熱溶融する。これにより、溶融した半田8がスルーホール91と頭部921との間の接合用間隙に流下し、両者間を接合する(図17)。
なお、上記の電子部品搭載用基板9は、電子部品搭載部分95と同じ側から導体ピンを嵌入したタイプの、フェイスダウンタイプのものである。
前記導体回路に当接した当接面に凸状部及び鍔部の内周端から外周端まで延設された半田材料流入部を有する導体ピンと、
前記鍔部の外周端を超えた前記鍔部下の半田流れ端を、前記導体ピンの脚部に達しない位置までの間に存在させ、前記導体ピンを前記鍔部を介して前記導体回路へ半田付けする半田と、
を備えることを特徴とする電子部品搭載用基板にある。
また、組片は、上記のごとく一対の突出片によって構成されるので、例えば突出片が5個又は7個等の奇数の場合には、上記組片は例えば2組、3組となり、1つの突出片は組片を構成しない。
本発明においては、導体ピンの頭部に4方向以上に放射状に突出した突出片を設け、これらの突出片によって構成した組片の中、最長組片はスルーホールの内径以上の長さを、一方次長組片はスルーホールの内径未満の長さを有している。そのため、導体ピンの頭部をスルーホールに嵌入するとき、上記4方向以上の突出片が頭部の嵌入をガイドし、スルーホールの軸芯に沿って頭部を円滑に嵌入できる。それ故、スルーホールの軸芯に沿って、導体ピンの頭部を嵌入することができ、頭部の嵌入方向が傾くことはない。
一方、200μmを越えると、スルーホール内壁を押圧する幅が大きくなるため、導体ピンを保持する力は増大するものの、嵌入に必要な圧力が増大し、十分に嵌入されなかったり(いわゆるピン浮き)、内壁を損傷するおそれがある。
かつ、上記スルーホールと上記導体ピンとの間の接合用間隙には、導体ピンの嵌入方向とは逆方向から半田材料を流入して、スルーホールと導体ピンとを半田接合してなることが好ましい。
また、導体ピンとスルーホールとは、半田材料により確実に接合するため、両者間の長期的な電気導通信頼性が得られる。
上記溝は、鍔部の内周端から外周端に向かって形成されている。この溝の断面形状は、四角状、弧状等、任意である。
上記溝の総断面積とは、上記各溝における長手方向と直交する方向の断面積を合計した面積をいう。また、接合用間隙の総断面積とは、スルーホール内部における導体ピン嵌入方向と直交する方向の、スルーホールと導体ピンの間の間隙の合計面積をいう。
0.5%未満では、上記のごとく、接合用間隙内へ半田を流入させたとき、その中の空気を効率良く除去し難い。一方、10%を越えると、上記のごとく、鍔部の溝からスルーホールの外方に半田が飛散するおそれがある。
この仮想の内接円が入る空間部は、例えば、上記請求項1の発明において説明したような、突出片を有する導体ピン頭部の形状とすることにより形成することができる。上記内接円が入る空間部の導体ピン頭部近傍には、頭部の嵌入方向に沿って管状の間隙管が形成される(図1参照)。
これにより、一旦挿入された導体ピンが脱落しにくくなると共に、溶融した半田が一度に落下することがなくなる。そのため、接合用間隙の空気が十分に排出されて半田ボイドの発生が低減できる。
次いで、上記導体ピンの頭部とスルーホールとの間の接合用間隙に半田材料を流入して、両者を半田接合する電子部品搭載用基板の製造方法であって、
上記導体ピンの頭部は、その側壁に4方向以上に放射状に突出した突出片を有し、これら突出片は、頭部の軸芯を中心に互いに反対方向へ伸長する、複数の組片を構成しており、かつこれら組片は、長さが最も大きい最長組片と、長さが2番目に大きい次長組片とを有し、上記最長組片は、スルーホールの内径以上の長さを有し、一方上記次長組片は上記スルーホールの内径未満の長さを有することを特徴とする電子部品搭載用基板の製造方法がある。
また、頭部は、上記最長組片及び次長組片を構成する2対の突出片を含む、4つ以上の突出片を有している。そのため、突出片とスルーホールとの接合用間隙に半田が充填されて、突出片とスルーホールとを確実に接合できる。
なお、上記半田材料とは、例えば、半田粒子とフラックス等からなる半田ペースト、或いは半田をいう。
上記鍔部の上記当接面を絶縁基板に当接させた状態まで上記頭部を上記スルーホールに嵌入し、
次いで、上記頭部の嵌入方向とは逆方向から上記接合用間隙へ半田材料を流入することが好ましい。その理由は上記と同様である。
次いで、上記半田材料を溶融させて上記接合用間隙に流入させることにより、上記導体ピンの頭部とスルーホールとの間を半田接合することが好ましい。
すると、上記半田材料により被覆されていない開口部の非被覆部分から、スルーホール内の接合用間隙にある空気が、外部に排出される(図13)。そのため、接合用間隙の全体に均一に半田を充填することができる。また、接合用間隙内に空洞状の半田ボイドが発生するおそれもない。
上記導体ピンの頭部は、その側壁に4方向以上に放射状に突出した突出片を有し、これら突出片は、頭部の軸芯を中心に互いに反対方向へ伸長する、複数の組片を構成しており、これら組片は、長さが最も大きい最長組片と、長さが2番目に大きい次長組片とを有し、上記最長組片は、スルーホールの内径以上の長さを有し、一方上記次長組片は上記スルーホールの内径未満の長さを有することを特徴とする導体ピンがある。
この導体ピンは、上記最長組片及び次長組片を有するとともに、これらを構成する2対の突出片を含む、4つ以上の突出片を有している。そのため、上記と同様に導体ピンのスルーホールへの嵌入を円滑にでき、かつ導体ピンの脱落を防止できる。
次に、請求項3の発明のように、前記凸状部が、前記鍔部の内周端に配置されていることが好ましい。
次に、請求項4の発明のように、前記導体回路の半田付け面の径が、前記鍔部の径より大きいことが好ましい。
次に、請求項5の発明のように、絶縁基板の主面に導体回路を備え、該導体回路に、導体ピンの鍔部が半田付けされた電子部品搭載用基板であって、該鍔部のうちの前記導体回路に対向する接合面に凸状部を設けてなるものにおいて、前記導体ピンを半田付けしている前記半田の該導体ピンの先端側への濡れ広がり端を、前記鍔部の接合面と反対面における外周端を超え、該導体ピンの脚部に達しない位置までの間に存在させたことを特徴とする電子部品搭載用基板がある。
本発明の実施形態例にかかる電子部品搭載用基板につき、図1〜図7を用いて説明する。
本例の電子部品搭載用基板は、図1、図5、図6に示すごとく、導体回路53を設けた絶縁基板5と、該絶縁基板5を貫通して設けたスルーホール51と、該スルーホール51に頭部41を嵌入した導体ピン4とからなる。
上記スルーホール51はその内壁に、金等の金属めっき層52を有している(図5)。
上記導体ピン4は、図2に示すごとく、頭部41と、その下方に垂下した脚部42とを有し、両者の間には鍔部43を有する。また、鍔部43と突出片11、21、31、32との間には、半田溜り部45を有している。
そして、図1、図7に示すごとく、上記4つの組片のうち、長さが最も大きい最長組片10は、スルーホール51の内径Rよりも大きい長さL1を有する。一方、長さが2番目に大きい次長組片20は、スルーホール51の内径Rよりも小さい長さL2を有している。
次に、上記鍔部43の上面、つまり絶縁基板5の下面と接触する当接面には、図2〜図5に示すごとく、鍔部43の内周端から外周端に向かって延設された断面長方形の溝431を有する。
また、最長組片10を構成する突出片11の先端110の幅D(図7)は、100μmとした。なお、本例においては、上記先端110は角部を面取りした平面状とした。また、半田溜り部45の長さは、スルーホールの長さの2mmの12.5%である0.25mmとした。
本例においては、導体ピン4の頭部41に8方向に放射状に突出した突出片11、21、31、32を設け、これらの突出片によって構成した組片の中、最長組片10はスルーホール51の内径R以上の長さL1を有し、一方次長組片20は上記内径Rより小さい長さL2を有している。
そのため、導体ピン4の頭部41をスルーホール51に嵌入するとき、上記突出片がその嵌入をガイドし、スルーホール51の軸芯に沿って頭部41を円滑に嵌入できる。
一方、次長組片20は、スルーホール51の内壁は押圧しない(図6)。そのため、最長組片10による押圧によって生じたスルーホール内壁の歪は、次長組片20と対面するスルーホール内壁部分において解消され、スルーホール内壁を損傷することがない。
したがって、本例によれば、スルーホール51に損傷を与えることなく、確実に導体ピン4を嵌入保持することができる電子部品搭載用基板を提供できる。
本例は、上記実施形態例1における導体ピンの鍔部における溝431に関するものである。
本例の電子部品搭載用基板は、上記図2〜図6に示すごとく、鍔部43に設けたすべての溝431の総断面積を、接合用間隙55の総断面積の6.7%に構成したものである。
上記溝431は、図4に示すごとく、深さHが10μm、幅Wが150μmである。それ故、溝431の1つの断面積は1500μm2となる。溝431は、4個あるため、溝の総断面積は1500×4=6000μm2である。
また、導体ピン頭部の断面積は、素線径460μmの材料をつぶし加工することによって突出部を形成したので、その断面積は、π×(460/2)2μm2となる。従って、両者によって形成される間隙の断面積は、
π×(570/2)2−π×(460/2)2=88、986μm2
となる。
したがって、接合用間隙の総断面積に対するすべての溝の総断面積の割合は上記のようになる。
なお、1つの溝431の断面積は1500μm2であるため、上記接合用間隙の総断面積に対する1つの溝の断面積の割合は、1.7%である。
このとき、本例においては、接合用間隙55と溝431との総断面積の関係を上記のようにしているので、半田8は接合用間隙55内を確実に充填していく。そのため、半田8内に半田ボイドを発生することがない。
また、前記したように、溝431からスルーホール51の外方に溶融半田が飛散することがない。従って、隣接する導体ピンに半田が飛散付着するということもない。
本例においては、図8〜図10及び表1に示すごとく、溝の断面積とスルーホール内への半田流入状態との関係を調査した。
溝は、その深さH(図4)を55μm、35μm、20μm、2μm、0μmと変化させた。また、溝の幅Wはすべて250μmと一定にした。これらの溝を有する導体ピンをスルーホールに嵌入して、電子部品搭載用基板を作製し、それぞれ試料A、B、C、D、Eとした。
一方、溝の深さが55μmの場合(試料A)には、図9に示すごとく、半田8が溝431を経てスルーホール51の外方に流出し、接合用間隙55の上方に半田未充填部分891が発生する場合が多かった。
なお、図8〜図10において、符号59は、絶縁基板5の内部に設けた内層導体回路である。
本例においては、図11、図12に示すごとく、スルーホール51の開口部11の一部分のみを覆うように半田材料としての半田8をオフセット配置している。
即ち、絶縁基板5の表面及び内部に導体回路59を有するとともに、スルーホール51内壁を金属めっき膜52により被覆した後、スルーホール51の内部に導体ピン4の頭部41を嵌入する。次いで、導体ピン4の嵌入方向と逆方向側の絶縁基板5の表面に、スルーホール51の開口部511の一部分を覆うように、半田8をオフセット配置する。この半田8は、半田粒子とフラックスとからなる半田ペーストであり、印刷法によりオフセット配置される。
次いで、図13に示すごとく、半田8を加熱溶融して、半田8を、スルーホール51と導体ピン4との間の接合用間隙55内に流入させる。これにより、スルーホール51内に導体ピン4を接合してなる電子部品搭載用基板が得られる。
本例においては、スルーホール51の開口部511の一部分を覆するように半田8をオフセット配置している。開口部511における半田8により被覆されていない非被覆部分513では、空気の出入りが自由に行われる。
そのため、図13に示すごとく、非被覆部分513から、スルーホール51内の接合用間隙55にある空気6が、外部に排出される。また、鍔部43に設けた溝431からも空気が排出される。それ故、接合用間隙55の全体に半田8を均一に半田を充填することができる。また、接合用間隙55内に半田ボイドが発生するおそれもない。
本例においては、図14、図15に示すごとく、半田の配置とスルーホール内への半田の流入状態との関係を調べた。
即ち、半田は、図14に示すごとく、1ケ所に配置する単一円型、左右の2ケ所に配置するめがね型及び半円型に印刷した。これらを、図14に示すように、それぞれ試料a〜f、試料g、試料hとした。
図14において、印刷安定性とは、半田の印刷を安定して行うことができるか否かの指標であり、最良の場合を「◎」、良の場合を「○」、不良の場合を「×」とした。半田量とは、1つのスルーホールの開口部に配置した半田の量をいう。単一円型の場合はその直径で、めがね型の場合は個々の円の直径で、半円型の場合はその直径で表す。
ピン凸とは、半田供給側のスルーホール上に半田による「コブ」ができた状態をいう。ピン凹とは、スルーホールが半田によって、ふさがらず、縦に孔が空いた状態をいう。
11、21、31、32...突出片、
20...次長組片、
4...導体ピン、
41...頭部、
43...鍔部、
431...溝、
5...絶縁基板、
51...スルーホール、
511...開口部、
55...接合用間隙、
57...内接円、
8...半田、
Claims (5)
- 絶縁基板の主面に形成された導体回路と、
前記導体回路に当接した当接面に凸状部及び鍔部の内周端から外周端まで延設された半田材料流入部を有する導体ピンと、
前記鍔部の外周端を超えた前記鍔部下の半田流れ端を、前記導体ピンの脚部に達しない位置までの間に存在させ、前記導体ピンを前記鍔部を介して前記導体回路へ半田付けする半田と、
を備えることを特徴とする電子部品搭載用基板。 - 前記凸状部が、前記鍔部の接合面の部分に配置された請求項1記載の電子部品搭載用基板。
- 前記凸状部が、前記鍔部の内周端に配置されている請求項1に記載の電子部品搭載用基板。
- 前記導体回路の半田付け面の径が、前記鍔部の径より大きいことを特徴とする請求項1に記載の電子部品搭載用基板。
- 絶縁基板の主面に導体回路を備え、該導体回路に、導体ピンの鍔部が半田付けされた電子部品搭載用基板であって、該鍔部のうちの前記導体回路に対向する接合面に凸状部を設けてなるものにおいて、前記導体ピンを半田付けしている前記半田の該導体ピンの先端側への濡れ広がり端を、前記鍔部の接合面と反対面における外周端を超え、該導体ピンの脚部に達しない位置までの間に存在させたことを特徴とする電子部品搭載用基板。
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- 2005-10-20 JP JP2005305432A patent/JP2006066404A/ja active Pending
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