JP2006086263A - プリント配線板 - Google Patents

Abstract

【課題】はんだ付け直後にランドとはんだの接合部との間で界面剥離が生じるリフトオフ現象を防止すること。
【解決手段】導体回路を表面に形成され、厚み方向に貫通するスルーホールを有し、スルーホールの開口部にランドが形成されている基板に、前記スルーホールにスペーサ部品を挿入し、更に挿入実装部品のリード部を挿入した後、はんだによって電気的接合を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板に形成されたスルーホールに挿入実装部品のリード部を挿入し、スルーホールの開口部のランドと挿入実装部品のリード部とを、はんだを使い接合する際の挿入実装部品及び挿入実装部品の実装方法に関するものである。

従来、プリント基板は一般的に図７に示す構成を有している。樹脂製の基板には、厚み方向に貫通するスルーホール７があり、スルーホール内面には導体層、開口部にはランド２が設けられている。そして、挿入実装部品のリード部４をスルーホール７に挿入し、リード部４と導体層、ランド２とをはんだを用いて接合を行っている。

基板１において、上面に挿入実装部品を付け、下面から溶融はんだが噴流となってスルーホール７に供給されるフロー工程によってはんだ付けを行う。又、基板の導体回路３の表面及びランド２には、ソルダーレジスト６を被覆してはんだの付着を防ぎ、回路を保護している。

これまで、はんだには錫−鉛共晶はんだが使用されていたが、鉛の毒性に関して人体、環境への影響が問題となっており、近年では、鉛フリーはんだ（Ａｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ等）の使用が進んでいる。

又、特許文献１には、挿入実装部品のリード部の表面を非はんだ濡れ層で被覆することで、実装時にランドとリード部との間にフィレットを形成させず、リフトオフ現象を抑制する技術が開示されている。

特開２００１−３３９１３５号公報

しかしながら、鉛フリーはんだを使用した場合には、「リフトオフ現象」という問題が発生する。リフトオフ現象とは、はんだ付け直後にランド２とはんだ５の接合部との間で界面剥離が生じることを言う。ランド２とはんだ５との間に隙間が生じる結果としてはんだ接合強度が低下し、接合信頼性に悪影響を与える。又、基板１からランド２が剥離する場合も存在する（図９参照）。しかし、リフトオフ現象やランドの剥離現象の発生メカニズムは完全には解明されておらず、抑制方法が確立されていないのが現状である。

図８に有力なリフトオフ現象のメカニズムの概略図を示す。

鉛フリーはんだ（Ｓｎ，Ａｇ−Ｃｕ）は、融点が約２２０℃と言われており、従来使用されてきたＳｎ−３７Ｐｂはんだ（錫−鉛共晶はんだ）の融点（１８３℃）に比べ、可成り高い温度である。そして、融点に幅があるため全体が同一温度で凝固することはない。

フロー工程によってはんだ付けがなされるが、溶融はんだはスルーホール７内を濡れ上がり、リード部４とランド２間でフィレットを形成する。その際に、リード部４から熱が奪われ、フィレットの上部から凝固が始まるため、凝固収縮の際に方向性が現れる。又、基板はガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させ熱硬化させたガラスエポキシ材が主に用いられており、フロー工程において膨張と収縮が発生する。このように、ランド２とはんだ５には図８のような力が発生する。この力によってリフトオフ現象が生じると考えられる。

それに対して、特開２００１−３３９１３５号公報に記載された技術では、はんだの接合面積を広く取ることができないため、高い接合信頼性を望むことはできない。

本発明は、上記問題を解決するために以下の手段を採用する。ランドと挿入実装部品のリードとの間に図３及び図６にあるようなスペーサ部品を挿入することで、フィレットを作らせず、引き込み力自体を発生させないという効果や、フィレットに引き込み力が発生してもランドに悪影響を与えないという効果を得ることができ、リフトオフ現象の発生を抑制することができる。又、スペーサ部品８が金属で導電性を有しており、接触面全体が接合面となるため、広い接合面積を得ることができる。よって、接合信頼性の高いはんだ付け実装を実現することができる。

本発明によれば、従来の実装形態にスペーサ部品を組み込むことにより、鉛フリーはんだを使ったはんだ接合による実装の際に、リフトオフ現象やランド剥離の発生を抑制することができる。その結果、これらの現象に起因した配線の断線がなくなり、接合信頼性の向上を図ることができる。

本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

＜実施の形態１＞
図１は本発明に係るプリント基板１に対する挿入実装部品の実装構造を示す断面図である。

本実施の形態に係るプリント基板１は、ガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させて熱硬化させて成形したものである。板厚方向に貫通する円形のスルーホール７を有し、円環状のランド２を形成しており、ランド２から延びた導体回路３が配線パターンを形成している。ランド２及び導体回路の周囲には、ソルダーレジスト６が被覆され、はんだ５の付着を防ぎ、導体回路間の短絡を防止している。

電子部品はスルーホール７に挿入されてはんだ付けされるリード部４を有する挿入実装部品であり、種々の半導体パッケージや抵抗、コンデンサ、コネクタ等が挙げられる。スペーサ部品８は、図３に示す構造であり、導電性材料（主に銅製）で作られている。特徴としては、円管の片側に中心に穴のあいた薄い円板が付いた形状となっている。円板の厚みは、ランド２と同等若しくはそれ以下が望ましい。はんだ５は、Ｓｎ−Ａｇ系のはんだであり、具体的にはＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕである。融点は、約２２０℃である。

次に、本発明の実装構造を達成させるための実装方法について説明する。

スルーホール７の周囲に形成される銅製のランド２に、スペーサ部品８を組み付け、その後に実装部品（リード部４）を組み付ける。この状態で、フロー式のはんだ付け装置に投入する。溶融はんだが噴流となって、基板１の下面より供給され、ランド２とスペーサ部品８の間に溶融はんだが濡れ上がることによって接合部を形成する（図１参照）。

この場合には、リード部４とスペーサ部品８の間にはフィレットを形成させないため、リフトオフ現象の原因と考えられるフィレット部に発生する引き込み力が生じることはない（図２参照）。つまり、リフトオフ現象が発生しない。又、スペーサ部品８の接触面全体が接合面となるため、広い接合面積を得ることができる。よって、接合信頼性の高いはんだ付け実装を実現することができる。

＜実施の形態２＞
図４は本発明に係るプリント基板１に対する挿入実装部品の実装構造を示す断面図である。実施の形態２において、スペーサ部品以外は、実施の形態１と同様の構成である。

スペーサ部品９は、図６に示す構造であり、導電性材料（主に銅製）で作られている。特徴としては、円管の片側に中心に穴のあいた薄い円板が付いた形状となっている。円板の厚みは、ランド２と同等若しくはそれ以下とする。

実施の形態２においては、溶融はんだが噴流となって、基板１の下面より供給され、リード部４とスペーサ部品９の間に溶融はんだが濡れ上がることによってリード部４とスペーサ部品９間にフィレットを形成する（図４参照）。

この場合には、リード部４とスペーサ部品９の間のフィレットには、はんだの凝固収縮による引き込み力が発生する（図５参照）。引き込み力によってスペーサ部品９が図５のように引き上げられる可能性があるが、ランド２とスペーサ部品９とは接合されていないため、接合不良の原因となる亀裂は発生しない。つまり、ランド剥離と同様の現象がスペーサ部品９に生じるが、ランド２とリード部４との接合に関しては、全く影響を与えないと言える。又、スペーサ部品９が変形したとしても、接合面積は非常に広く取ることができる。よって、接合信頼性の高いはんだ付け実装を実現することができる。

本発明の実施の形態１における挿入実装部品の実装構造を示す部分断面図である。 本発明の実施の形態１における挿入実装部品の実装構造を示す部分断面図である。 本発明の実施の形態１においてリフトオフ現象を抑制するためのスペーサ部品の斜視図である。 本発明の実施の形態２における挿入実装部品の実装構造を示す部分断面図である。 本発明の実施の形態２における挿入実装部品の実装構造を示す部分断面図である。 本発明の実施の形態２においてリフトオフ現象を抑制するためのスペーサ部品の斜視図である。 従来例による挿入実装部品の実装構造を示す部分断面図である。 リフトオフ現象が生じているはんだ接合部を説明する断面図である。 ランド剥離が生じているはんだ接合部を説明する断面図である。

符号の説明

１ プリント基板
２ ランド
３ 導体回路
４ リード部
５ はんだ
６ ソルダーレジスト
７ スルーホール
８ スペーサ部品
９ スペーサ部品

Claims (3)

1. 導体回路を表面に形成され、厚み方向に貫通するスルーホールを有し、スルーホールの開口部にランドが形成されている基板に、前記スルーホールにスペーサ部品を挿入し、更に挿入実装部品のリード部を挿入した後、はんだによって電気的接合を行うことを特徴とするプリント配線板。
2. 前記スペーサ部品は、電流が導通することを特徴とする請求項１記載のプリント配線板。
3. 前記はんだは、鉛レスはんだ材料であることを特徴とする請求項１記載のプリント配線板。

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