JP2006114587A - プリント配線基板 - Google Patents

Abstract

【目的】 プリント配線基板において、部品の実装密度を低下させることなく、部品端子の外周に十分な半田を付着させながら近接するランド間の半田による短絡を防ぐ。
【構成】 基板本体の表面に、半田付けにより部品の端子１０を固定する挿入孔（端子固定領域）３の周囲に半田を付着させる材料からなるランド４Ａ，４Ｂを形成し、そのランド４Ａ，４Ｂに、挿入孔３の全周に近接する無端領域１１と、その無端領域１１の外側から隣接するランドに互いに近接する部分の外周まで延びる半田非付着領域として切り欠き部１２を設けている。その無端領域１１によって端子１０の全周に十分な量の半田を確保し、切り欠き部１２によって余分な半田を分割し吸収する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、多数の部品を実装するプリント配線基板に関し、特に実装する各部品の端子を半田付けするランドを高密度に形成するプリント配線基板に関する。

電子機器の小型化、高機能化に伴って、プリント配線基板における部品の実装密度が高くなっており、そのためプリント配線基板上に形成される配線パターンや、実装する部品の端子を半田付けするランド同士の配置間隔が狭くなってきている。したがって、近接するランド間での半田の接触を防ぐためにも、各ランドにおける半田の付着量は厳密に管理する必要がある。

しかし、部品の端子の形状は多様であり、またその固定形態についても挿入孔にリード線を挿入して固定する場合や、フラットな端子を基板の表面に固定する表面実装などによる違いがある。そのため、ランドもまた、それら部品の端子形状や固定形態等に応じて多様な形状に形成され、それぞれの半田付け条件は、多様に異なるものとなっている。しかし、現在利用されている自動半田付け装置では、それら個々のランドの半田付け条件の違いに厳密に対応して、付着させる半田量を適切に管理することは困難であり、その結果、ランドによっては過剰な半田を付着せざるを得ない場合が生じていた。

ここで、近接する２つのランドに対してそれぞれ過剰に半田を付着させた場合の半田の接触現象を具体的に説明する。例として、図１４に示すように、レジスト１１０で覆われた基板上に部品の端子であるリード線１０２を挿入孔１０３に挿入して固定するための２つの環状のランド１０１を近接した配置で形成した状態で、それぞれに必要以上の半田を付着させた場合について説明する。
付着直後の半田はまだ溶融した液体状態であって表面張力が作用しており、各ランド１０１の大きさに対して過剰な量の半田を付着させると、半田は自ら球状に近い形状の半田粒になろうとする。その結果、側断面図である図１５に示すように、その半田粒１０４の側面１０４ａはランド１０１の領域より外側に膨出する。

その状態で、次の実装工程に移すべく基板１０５を搬送ベルトなどで搬送すると、液状の半田粒１０４が大きく揺れて近接するランド１０１間で引き合ってすぐに接触してしまい、図１６に示すような半田粒１０４の短絡状態になってしまう。このような短絡状態が１箇所でも形成されると機器全体が不良品となってしまうことから、半田粒の短絡を如何にして防ぐかが機器の生産性を大きく左右する要素となっている。

そこで、そのための従来の対策の１つとして、図１７に示すように、隣接する２つのランド１０５，１０６の中心を結ぶ線ＣＬに沿ってランドの近接する部分の一方を切断して切り欠き部１０９を形成し、Ｃ字状のランドにするランドカットという手段が採用されていた。このようにすると、ランドカットされたランド１０５に付着された半田粒もＣ字状になって２つのランド１０５，１０６が最も近接する部分上での外側への膨出を防ぐことができ、隣接するランド上の半田粒との接触を回避できる。
さらに、図１８に示すように、隣接するランド１０７，１０８の中心を結ぶ線ＣＬに沿ってランドの両側の部分を切断して対の切り欠き部１０９を形成し、隣接するランド上の半田粒が一層接触しにくくなるようにするランドカットも行われていた。

また、例えば特許文献１に見られるように、隣接する２つの主ランドにそれぞれより近接した位置に補助ランドを形成し、各主ランドの余剰半田をそれぞれの補助ランドに吸引させることによって主ランド間の短絡を防止することが提案されている。
また、特許文献２には、隣接する複数のランドをそれぞれ互いに近接する方向と逆向きまたは直交する方向に尖端部を有する涙目形状に形成することによって、それぞれの半田粒を互いに平行又は離間する方向に細長い形状に形成し、半田粒同士の接触を防ぐようにすることが開示されている。

実開平５−４５４５号公報 実公平７−４９８２４号公報

しかしながら、図１７に示したようなランドカットによる切り欠き部１０９を形成しても、過剰な半田を付着させた場合には、近接するランドの切り欠き部１０９が形成されていない方ではランド領域より外側に半田粒の側面が膨出するため、半田粒が大きく揺れた場合には近接するランド同士で半田粒が接触してしまうことになる。図１８に示したように隣接する２つのランドで互いに近接する部分をカットすると、図１９に示すように切り欠き部１０９によって破線Ａで囲んで示す範囲での半田の付着量が不足し、部品の端子１０２の外周の全周ではなく部分的にしか半田を付着できなくなるため、固着後の振動や熱衝撃等により容易に半田割れが生じて接触不良を起こしてしまう恐れがある。

また、上記特許文献１および特許文献２に開示されているような短絡防止技術では、補助ランドの設置あるいはランドへの尖端部の形成が、周囲のランドや配線の近接配置を制限して部品の実装密度を低下させる原因となってしまう。
この発明は、プリント配線基板におけるこれらの問題に鑑みてなされたものであり、部品の実装密度を低下させることなく、部品端子の外周に十分な半田を付着させながら近接するランド間の半田による短絡を防ぐことを目的とする。

この発明は、半田付けにより部品の端子を固定する端子固定領域の周囲に半田を付着させる材料からなるランドが形成されたプリント配線基板において、上記の目的を達成するため、上記ランドに、上記端子固定領域の全周に近接する無端領域と、その無端領域の外側から隣接するランドに近接する部分の外周まで延びる半田非付着領域を設けている。
その半田非付着領域を、隣接する他のランドに最も近接する部分に設けるのが望ましい。
また、上記半田非付着領域は、上記ランドの一部に形成された切り欠き部であるとよい。もしくは、上記半田非付着領域は、上記ランドの表面に疎半田材料が被着された領域であってもよい。
さらに、上記ランドの上記半田非付着領域を除く部分の上面に溝又は凹部を形成するとよい。

この発明によるプリント配線基板は、ランドに、部品の端子を固定する領域の全周に近接する無端領域を設けたことにより、部品の端子の全周に亘って十分な量の半田の付着を確保させることができる。また、その無端領域より外側から隣接するランドに近接する部分の外周まで半径方向に延びる半田非付着領域を設けたことにより、半田粒の形状を崩して隣接するランドに近接する部分で半田粒の側面の膨出を防ぐことができる。したがって、部品の実装密度を低下させることなく、部品の端子の外周に十分な半田を付着させて確実に接続させ、且つ近接するランド間での半田同士の接触による短絡を防ぐことができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
〔第１の実施形態〕
図２は、この発明によるプリント配線基板の第１の実施形態の配線面の一部を示す斜視図である。この図２に示すプリント配線基板１は長方形の基板本体２を備えており、この基板本体２にはＩＣパッケージなどの部品の端子を挿入して固定するための挿入孔３が多数設けられている。そして、各挿入孔３の周囲には銅箔からなる略環状のランド４が設けられており、各ランド４には同じ銅箔で形成された配線パターン５が接続され、それぞれ接地パターン６やスルーホール７などに接続している。また、ランド４や配線パターン５が設けられている箇所以外の基板本体２の表面上はレジスト８で被覆されており、ランド４や配線パターン５の間を電気的に絶縁するとともに、基板本体２上の不要な部分に半田が付着するのを防ぐようにしている。

そして、このプリント配線基板１の図２で見える側の面が配線面であり、このプリント配線基板１に実装するほとんどの部品は図２では見えない背面側から搭載され、各端子を挿入孔３に挿入して基板本体２を貫通し、配線面側に突出した各端子の先端とその周囲のランド４が半田付けされるようになっている。但し表面実装部品の場合は、配線パターン５とランド４が形成されている面に搭載される。

図１は、図２中の破線Ｘで囲んで示す部分を拡大して示す平面図であり、隣接する２つのランド４Ａ，４Ｂを並べて示している。なお、この図１及び図３〜図７において、明瞭かつ簡潔に図示する便宜上、各ランドは半田を付着させていない状態で示すとともに、各ランドに接続する配線パターンの図示は省略している。

図１において、この実施形態のプリント配線基板１に設けられるランド４Ａ，４Ｂは、銅箔等の半田を付着させる材料からなり、図２に示した基板本体２に、部品の端子１０を挿入して固定する端子固定領域をなす挿入孔３の周囲の表面に略環状に設けられている。そして、挿入孔３の全周に近接するように仮想線で示す部分を含む環状の無端領域１１を設け、その無端領域１１の外側からそれぞれ隣接するランド４Ａ，４Ｂの互いに近接する部分の外周まで半径方向に延びるように、半田非付着領域としての切り欠き部１２を設けている。この切り欠き部１２内の基板本体２の表面はレジスト８で被覆されている。

このような形状のランド４Ａ，４Ｂに溶融した状態の半田を付着させた場合には、半田が付着しない切り欠き部１２により半田粒の形状が崩され、隣接するランド４Ａ，４Ｂの互いに近接する部分で半田粒の側面が膨出するのを防ぐことができる。しかし、端子固定領域をなす挿入孔３に近接する無端領域１１の全周に半田がのり、十分な量の半田を部品の端子１０の側面の全周に付着させることができるので、振動や熱衝撃に対しても半田割れを起こすことのない高強度の半田付けを行うことができる。

そして、図１に示す形状のランド４Ａ，４Ｂは、特に広い面積で形成しなくとも、全体として通常のランドと同等の大きさが確保されていれば、上述した好ましい半田付けを行うことができる。したがって、この実施形態のプリント配線基板１によれば、部品の実装密度を低下させることなく、部品の端子１０の外周に十分な半田を付着させて確実に接触させ、且つ次工程へ移動させる際などに近接するランド４Ａ，４Ｂ間で半田粒どうしが接触して短絡するのを防ぐことができる。

なお、半田非付着領域である切り欠き部の形状については、無端領域１１が確保されるように形成すれば図１に示す形状に限定されるものではなく、例えばこの実施形態の第１変形例として、図３に示すように切り欠きの内周側を角部を鈍角にするように凹曲させた形状の切り欠き部１３を形成してもよい。この場合には、ランド４Ａ，４Ｂの切り欠き部１３によって周方向に分割された半円弧状の部分から切り欠き部１３の内側に位置する無端領域１１へ溶融した半田が流入しやすくなり、挿入孔３に挿入された端子１０の外周面に対してより十分な量の半田を付着させることができる。

また、半田非付着領域である切り欠き部を設ける数は２つに限られるものではなく、そのランドの周囲で隣接する他のランドの数や配置に合わせてより多くのランド切り欠き部を形成してもよい。例えば第２変形例として図４に示すように、１つのランド４Ａに３つ以上（図示では４つ）の切り欠き部１２を設けてもよく、また切り欠き部１２の間の角度間隔も９０°や１８０°に限らずに、隣接する他のランド４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅに最も近接する部分に設けるのがよい。
また、次の工程に移動する際のプリント配線基板の移動方向に略直角に切り欠き部を設けることも有効である。この場合、切り欠き部が半田の動きを阻止するように作用する。

このようにすれば、プリント配線基板の実装密度を高めるために、基板本体上に多くのランドを密集して配置する場合でも、様々なレイアウトに適切に対応して切り欠き部１２（又は１３）を設けることができる。なお、切り欠き部１２（又は１３）を多数設ける場合は、互いに重なることがないようそれぞれ幅を狭くする必要があり、また、ランド全体で半田の十分な付着量を確保させる必要があることから、通常のランドの大きさにおいて設けることができる切り欠き部の数は最大でも１６程度が望ましい。

〔第２の実施形態〕
ところで、この発明を実施するプリント配線基板におけるランドの形状は、上記のような環状に限らない。
図５は、この発明の第２の実施形態の隣接する２つのランドを示す図１と同様な平面図である。このプリント配線基板には、基板本体上に外形が略正方形のランド１４Ａ，１４Ｂが設けられており、その中央部付近が部品の端子を固定する略正方形の端子固定領域２０となっている。この端子固定領域２０は、前述した第１の実施形態の場合と同様に、部品の端子を挿入して固定するための挿入孔が形成されていてもよいし、ＩＣやＬＳＬ等の平面実装部品の端子がクリーム半田で直接接着される領域であってもよい。

そして、この実施形態のランド１４Ａ，１４Ｂにも、端子固定領域２０の全周に近接して仮想線で示す部分も含む方形の無端領域２１と、その無端領域２１から隣接するランドに近接する部分の外周まで延びる半田非付着領域として切欠部２２を設けている。このランド１４Ａ，１４Ｂの周囲は、切り欠き部２２内も含めて全てレジスト８で被覆されている。
このようにしても、端子固定領域２１に固定される端子の全周に亘って必要な量の半田を付着させることができ、且つ隣接するランド１４Ａ，１４Ｂ間での半田粒どうしの接触による短絡を防ぐことができる。

端子固定領域およびランドの外形は、搭載する部品の端子の形状に合わせて、長方形や三角形、五角形その他の多角形、楕円形や半円形など、種々の形状にすることができる。
しかし、楕円よりも円、長方形よりも正方形のように円形に近い形状の方が半田粒も球に近くなるため、ランドに切り欠き部を設けて半田粒を分割する効果は高くなる。
いずれの形状の場合でも、その部品固定領域の全周に近接してその形状に合わせた無端領域をランドの一部として同じ材料（銅箔などの半田付着性のよい金属材）で設ける。

〔第３の実施形態〕
次に、この発明によるプリント配線基板の第３の実施形態について説明する。
図６は、そのプリント配線基板の２つの隣接するランドを示す図１と同様な平面図である。このプリント配線基板では、各ランド１５Ａ，１５Ｂは円形であり、その中央部の破線で示す領域が部品の端子を固定する円形の端子固定領域３０となっている。この端子固定領域３０も、前述した第２の実施形態の場合と同様に、部品の端子を挿入して固定するための挿入孔が形成されていてもよいし、ＩＣやＬＳＬ等の平面実装部品の端子が直接接着される領域であってもよい。

そして、この実施形態のランド１５Ａ，１５Ｂにも、端子固定領域３０の全周に近接して仮想線で示すように環状の無端領域３１を設けている。さらに、その無端領域３１から隣接するランドに近接する部分の外周まで延びる半田非付着領域として、前述の各実施形態における切り欠き部に代えて、半田が付着しにくい疎半田材料をランドの表面に被着させた疎半田領域１６を設けている。つまり図６に示すように、銅箔等によって完全な環状に形成されたランド１５Ａ，１５Ｂの表面の図１に示した第１の実施形態の切り欠き部１２に対応する位置に、ソルダーレジストなどの疎半田材料を被着させて、半田がのらない疎半田領域１６を形成している。

この構成によれば、前述した第１，第２の実施形態と同様の効果が得られるとともに、環状のランド１５Ａ，１５Ｂの全体で導電体（銅箔）の面積を大きく確保しているので、電極としての強度が高く、部品の端子との接触点における電圧降下を防いで電位を安定させることができるため、電波障害などの不要輻射や伝導ノイズの発生を防ぐことができる。
なお、ソルダーレジスト以外に適用できる疎半田材料としては、塗料、油脂、樹脂、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、ステンレス、酸化皮膜などがある。

この実施形態の変形例として、図７に示すランド１５のように疎半田領域１６を９０°間隔で４箇所に設けたり、その他の適宜な数だけ隣接するランドに近接する適宜な角度位置に設けることができる。また、図８に示すランド１５′のように疎半田領域１６の内側をランドの中心方向に凸の曲線状に形成してもよい。また、四角形やその他の多角形、あるいは楕円形等のランドの表面に半田非付着領域として疎半田領域１６を設けるようにしてもよいことは勿論である。

〔第４の実施形態〕
次に、この発明によるプリント配線基板の第４の実施形態について説明する。
図９の（ａ）はこの実施形態のプリント配線基板が備えるランドの平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＹ−Ｙ線に沿う断面図である。この図９の（ａ）、（ｂ）に示すように、この実施形態のプリント配線基板のランド１７は、基板本体２とランド１７を厚さ方向に貫通して、部品の端子を挿入して固定するための挿入孔３を設けており、環状のランド１７の中心部の挿入孔３の領域が部品固定領域となっている。そして、そのこのランド１７は部品固定領域である挿入孔３の全周に近接して環状の無端領域４１を設けている。さらに、半田非付着領域として図８に示した例と同様な形状の疎半田領域１６を直径上で対向する２箇所に設けており、そのランド１７の疎半田領域１６を除く部分の上面に、挿入孔３と同心状にＶ字溝１８，１９が形成されている。

このように半田が付着されるランド１７の表面に部品固定領域に沿うように１本以上のＶ字溝１８，１９を形成することによって、ランド１７上に通常よりも過剰な量の半田が付着された場合でも、図１０に示すように半田５０の余剰分が内側のＶ字溝１８に入り込んで吸収されるため、半田粒の側面がランド領域より外側に膨出するのを一層確実に防止できる。半田５０の量がさらに多い場合には外側のＶ字溝１９にも入りこんで吸収される。

また、Ｖ字溝が全くない場合には、半田５０の付着量が適切であっても図１１に示すように広い面積のランドが必要になるが、図１２に示すように１本のＶ字溝１８で余剰半田を十分収容できるようにすれば、それより外周部分のランドを切り取って省略することができるため、ランドの設置面積を縮小してより実装密度を向上させることができる。

また、Ｖ字溝の形状については、図１３に示すようにその内部で２段階のＶ字溝２３を形成することによって、より多くの半田を吸収できるようになる。つまりこの２段階のＶ字溝２３では、段階的に半田くいこみが鋭くなり、また半田のはい上がりが段階的となってはい上がりにくくなることに加え、ランド１７と半田の接触面積やランド１７の放熱面積が広くなることから、半田をすばやく固化して揺れによる半田粒どうしの接触を防ぐことができる。

さらに、図示しないが、溶融状態の半田が入り込めるのであれば、Ｖ字溝に限らずに断面が四角形や半円形などの溝を形成したり、もしくはランドを貫通しない穴などの凹部を形成してもよい。また、その溝や凹部を形成する位置もランドの側面に露出しない範囲で適宜に変更できる。

なお、上記第４の実施形態におけるランド１７は、部品の端子がリード線又はピンであり、それを固定する端子固定領域がリード線又はピンを挿入する挿入孔３であったが、第２，第３の実施形態の場合と同様に、部品の端子の先端をランドの表面に当接させて接着固定した状態で半田付けする、いわゆる表面実装の場合にも適用できる。その場合、ランドの中央は挿入孔のない平面となり、部品の端子を接着する面が端子固定領域となる。
このように、この発明によるプリント配線基板が備えるランドは、多様な部品や実装形態に適用できるので、汎用性の高いものである。

この発明は、各種の家庭用及び産業用の電子機器に使用されるプリント配線基板、すなわちＩＣやＬＳＩ等の半導体部品や各種電気・電子部品等の部品を搭載して自動的もしくは手動で半田付けするプリント配線基板に適用することができる。また、ＩＣやＬＳＩなどの集積回路の内部でのチップとパッケージのリード端子とのワイヤボンディングによる配線の半田付けにも応用可能である。

図２中の破線Ｘで囲んで示す部分を拡大して示す平面図である。 この発明によるプリント配線基板の第１の実施形態の配線面の一部を示す斜視図である。 同じくその第１変形例の隣接する２つのランドを示す図１と同様な平面図である。 同じくその第２変形例の隣接する複数のランドを示す平面図である。 この発明の第２の実施形態の隣接する２つのランドを示す図１と同様な平面図である。

この発明の第３実施形態の隣接する２つのランドを示す図１と同様な平面図である。 同じくその第３の実施形態の変形例を示すランドの平面図である。 同じくその第３の実施形態の他の変形例を示すランドの平面図である。 この発明によるプリント配線基板の第４の実施形態の要部平面図とそのＹ−Ｙ線に沿う断面図である。 同じくそのランドの挿入孔に端子を挿入して半田付けした状態を示す拡大断面図である。 溝がないランドの挿入孔に端子を挿入して適切な量の半田で半田付けした状態を拡大して示す断面図である。 １本のＶ溝を形成したランドの挿入孔に端子を挿入して半田付けした状態を示す図１０と同様な断面図である。 ランドに形成する２段階のＶ字溝の例を示す拡大断面図である。

従来のプリント配線基板に設けられた隣接する２つのランドにそれぞれ部品の端子を挿入した状態を示す平面図である。 同じくその２つのランドにそれぞれ過剰な量の半田で部品の端子を半田付けした状態を示す断面図である。 同じくその２つのランド上の半田粒どうしが接触して短絡した状態を示す平面図である。 従来のプリント配線基板に設けられたランドの改良例を示す図１４と同様な平面図である。 従来のプリント配線基板に設けられたランドのさらなる改良例を示す図１４と同様な平面図である。 図１８に示したランドによる問題点を説明するための平面図である。

符号の説明

１：プリント配線基板 ２：基板本体 ３：挿入孔（端子固定領域）
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ，１４Ａ，１４Ｂ，１５，１５′，１５Ａ，１５Ｂ，１７：ランド ５：配線パターン ６：接地パターン ７：スルーホール
８：レジスト １０：端子 １１，２１，３１，４１：無端領域 １２，１３，２２：切り欠き部（半田非付着領域） １６：疎半田領域（半田非付着領域） １８，１９：Ｖ字溝 ２０，３０：端子固定領域 ２３：２段階Ｖ字溝 ５０：半田

Claims (5)

1. 半田付けにより部品の端子を固定する端子固定領域の周囲に半田を付着させる材料からなるランドが形成されたプリント配線基板において、
   前記ランドに、前記端子固定領域の全周に近接する無端領域と、該無端領域の外側から隣接するランドに近接する部分の外周まで延びる半田非付着領域とを設けたことを特徴とするプリント配線基板。
2. 請求項１記載のプリント配線基板において、
   前記半田非付着領域が、隣接する他のランドに最も近接する部分に設けられたことを特徴とするプリント配線基板。
3. 請求項１又は２記載のプリント配線基板において、
   前記半田非付着領域は、前記ランドの一部に形成された切り欠き部であることを特徴とするプリント配線基板。
4. 請求項１又は２記載のプリント配線基板において、
   前記半田非付着領域は、前記ランドの表面に疎半田材料が被着された領域であることを特徴とするプリント配線基板。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のプリント配線基板において、
   前記ランドの前記半田非付着領域を除く部分の上面に溝又は凹部を形成したことを特徴とするプリント配線基板。
   

Images