JP2007027242A

JP2007027242A - 基板

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Publication number: JP2007027242A
Application number: JP2005204123A
Authority: JP
Inventors: Koji Aoike; 孝二青池; Keiichi Hiroya; 圭一廣谷
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2005-07-13
Filing date: 2005-07-13
Publication date: 2007-02-01

Abstract

【課題】生産性を高くすることができ、基板が劣化するのを防止することができるようにする。
【解決手段】部品実装面及び半田面を備えた基板１１において、基板１１を貫通させて形成されたスルーホール１５と、スルーホール１５に配設され、内壁ランド部、半田面ランド部及び部品実装面ランド部から成るランド１６とを有する。そして、電子部品のリード２２がスルーホール１５に挿入される。また、リード２２とランド１６とが半田によって接続されて半田フィレットが形成される。そして、半田面ランド部の熱容量が、部品実装面ランド部の熱容量より大きくされる。また、半田面ランド部に、半田フィレットの形成を規制する半田フィレット規制部が形成される。十分な熱量が短時間のうちに、半田面ランド部から部品実装面ランド部に伝達される。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板に関するものである。

従来、基材、及び該基材に積層させて形成され、配線パターンを構成する導電層を備えた基板に、各種の電子部品、例えば、コネクタを取り付けるに当たり、基材及び導電層を貫通させてスルーホールを形成し、該スルーホールにコネクタの端子を構成するリードを挿入し、半田付けが行われるようになっている。

図２は従来の糸半田式の半田付け方法を示す図である。

図において、１０１は基板であり、該基板１０１の一方の面は、コネクタ２１を取り付けるための部品実装面Ｓａに、他方の面は、半田付けを行うための半田面Ｓｂにされる。前記基板１０１は、一つのベース材としての基材、及び該基材の両面に所定の厚さで形成された第１、第２の導電層から成る基板積層体ｓ１、並びに該基板積層体ｓ１の両面において、前記第１、第２の導電層を被覆する第１、第２の被覆層σ１、σ２を備える。

前記部品実装面Ｓａにコネクタ２１を取り付けるために、また、第１、第２の導電層間を互いに電気的に接続するために、前記基板１０１に、半田付けをする点（以下「半田付けポイント」という。）が設定される。

そして、該半田付けポイントにおいて、コネクタ２１を基板１０１に対して半田付けをする場合、部品実装面Ｓａから半田面Ｓｂに向けて、コネクタ２１のリード２２の数だけスルーホール１１５が形成され、該スルーホール１１５に前記リード２２が挿入される。

また、前記スルーホール１１５に環状のランド１１６が配設され、該ランド１１６は、前記スルーホール１１５の内壁に沿って形成された筒状部１１７、及び基材の両面に、各第１、第２の被覆層σ１、σ２と対応させて、かつ、前記スルーホール１１５の周縁に沿って形成されたフランジ部としての第１、第２のランド部Ｌ１、Ｌ２を備え、該各第１、第２のランド部Ｌ１、Ｌ２のうちの所定のランド部と、対応する導電層とが電気的に接続される。なお、前記筒状部１１７によって内壁ランド部が、第１のランド部Ｌ１によって部品実装面ランド部が、第２のランド部Ｌ２によって半田面ランド部が構成される。

ところで、前記半田面Ｓｂにおいて、半田付けを行うために、ヒータ１２５が配設され、該ヒータ１２５は、上方になるほど互いに離間する形状を有する一対の加熱部材１２６、１２７が、左右方向に進退自在に、かつ、リード２２の先端を挟持自在に配設される。そして、加熱部材１２６、１２７を互いに左右に前進させると、逆円錐（すい）形の収容部１３１が形成され、該収容部１３１に所定の長さに切断された図示されない糸半田が落下させられ、ヒータ１２５によって溶融させられる。

続いて、加熱部材１２６、１２７を互いに左右に後退させると、溶融させられた半田は、スルーホール１１５の内周面とリード２２の外周面との間の隙（すき）間を、半田面Ｓｂ側から部品実装面Ｓａ側に向けて流れ、前記スルーホール１１５外に出る。その結果、半田は、スルーホール１１５内を満たし、半田面Ｓｂ及び部品実装面Ｓａに円錐形の半田フィレットｆ１１、ｆ１２が形成される。

ところが、前記構成の糸半田式の半田付け方法においては、各半田付けポイントごとに、加熱部材１２６、１２７を互いに進退させる必要があり、作業が煩わしく、生産性が低くなってしまう。

次に、クリーム半田式の半田付け方法について説明する。

図３は従来のクリーム半田式の半田付け方法を示す図である。なお、図２と同じ構造については、同じ符号を付与することによって、その説明を省略する。

この場合、基板１０１において、スルーホール１１５にコネクタ２１のリード２２が挿入された状態で、半田面Ｓｂと対向させて、図示されないスクリーンが配設される。

該スクリーンには、前記各半田付けポイントごとにノズルが配設され、スクリーンの上にクリーム半田が置かれた後、図示されないスキージが、スクリーンの上面を所定の圧力で押し付けられて移動し、クリーム半田をスキージングする。その結果、前記ノズルからクリーム半田が押し出され、各半田付けポイントに供給される（例えば、特許文献１参照。）。

その後、各半田付けポイントにクリーム半田が供給された状態で、基板１０１及びコネクタ２１が図示されないリフロー炉に送られると、各半田付けポイントごとに配設されたノズル１３２を備え、半田面Ｓｂと対向させて配設された加熱装置１３３において、各ノズル１３２からホットエアが吐出され、前記クリーム半田が溶融させられる。したがって、その後、半田が冷却され、硬化させられると、基板１０１に対するコネクタ２１の取付けが終了する。
特開２００３−１７５５８４号公報

しかしながら、前記従来の糸半田式の半田付け方法においては、リード２２が、加熱部材１２６、１２７によって挟持され、一様に加熱されるので、溶融させられた半田がスルーホール１１５内をほぼ均一に満たし、その結果、ほぼ同じ大きさの半田フィレットｆ１１、ｆ１２が形成されるのに対して、クリーム半田式の半田付け方法においては、半田面Ｓｂ側にホットエアが吹き付けられるようになっているので、半田面Ｓｂ側の温度を十分に高くすることができるが、部品実装面Ｓａ側の温度を十分に高くすることができない。

したがって、ランド１１６に対する半田の濡れ性が、半田面Ｓｂ側において高く、部品実装面Ｓａ側において低くなり、部品実装面Ｓａ側の半田フィレットｆ２１が半田面Ｓｂ側の半田フィレットｆ２２より小さくなってしまう。

その場合、半田付けが終了し、コネクタ２１が取り付けられた状態の基板１０１において、半田フィレットｆ２１が小さい側において、外力が加わることによって発生する応力に耐えることができなくなり、コネクタ２１と基板１０１との接続部が劣化してしまう。

そこで、部品実装面Ｓａ側の温度を十分に高くすることが考えられるが、その場合、半田付けを行うのに必要な時間が長くなり、生産性が低くなるだけでなく、半田面Ｓｂ側において基板１０１が過剰に加熱され、該基板１０１が劣化してしまう。

本発明は、前記従来の半田付け方法の問題点を解決して、生産性を高くすることができ、劣化するのを防止することができる基板を提供することを目的とする。

そのために、本発明の基板においては、電子部品を取り付けるための部品実装面及び半田付けを行うための半田面を備えた基板において、該基板を貫通させて形成されたスルーホールと、該スルーホールに配設され、スルーホールの内壁に沿って形成された内壁ランド部、前記スルーホールの周縁に沿って前記半田面に形成された半田面ランド部、及び前記スルーホールの周縁に沿って前記部品実装面に形成された部品実装面ランド部から成るランドとを有する。

そして、電子部品のリードが前記スルーホールに挿入される。また、前記リードと前記ランドとが半田によって接続されて半田フィレットが形成される。そして、前記半田面ランド部の熱容量が、部品実装面ランド部の熱容量より大きくされる。また、前記半田面ランド部に、前記半田フィレットの形成を規制する半田フィレット規制部が形成される。

本発明の他の基板においては、さらに、前記半田面ランド部の面積が、部品実装面ランド部の面積より大きくされる。

本発明の更に他の基板においては、さらに、前記半田面ランド部の径方向寸法が、部品実装面ランド部の径方向寸法より大きくされる。

本発明の更に他の基板においては、さらに、前記半田フィレット規制部は、前記半田面ランド部を被覆する被覆層から成る。

本発明の更に他の基板においては、さらに、前記部品実装面及び半田面を被覆する第１、第２の被覆層を有する。そして、前記スルーホールにおける前記第１、第２の被覆層の開口面積が等しくされる。

本発明の更に他の基板においては、さらに、前記部品実装面ランド部と前記第１の被覆層とは接触しない。そして、前記部品実装面の半田フィレットの寸法は部品実装面ランド部の径方向寸法によって規制される。また、部品実装面の半田フィレットの寸法と半田面の半田フィレットの寸法とはほぼ同じにされる。

本発明の更に他の基板においては、さらに、半田は前記リードが前記スルーホールに挿入された状態で半田面側から加熱される。

本発明の更に他の基板においては、さらに、前記半田は無鉛半田である。

本発明によれば、基板においては、電子部品を取り付けるための部品実装面及び半田付けを行うための半田面を備えた基板において、該基板を貫通させて形成されたスルーホールと、該スルーホールに配設され、スルーホールの内壁に沿って形成された内壁ランド部、前記スルーホールの周縁に沿って前記半田面に形成された半田面ランド部、及び前記スルーホールの周縁に沿って前記部品実装面に形成された部品実装面ランド部から成るランドとを有する。

この場合、スルーホールの周縁に沿ってランドの半田面に形成された半田面ランド部の熱容量が、スルーホールの周縁に沿って部品実装面に形成された部品実装面ランド部の熱容量より大きくされる。

したがって、十分な熱量が短時間のうちに、半田面ランド部から部品実装面ランド部に伝達されるので、半田面側及び部品実装面側の温度を、半田の濡れ性を十分に確保するために必要な所定の温度以上にすることができ、半田面側と部品実装面側とのランドに対する半田の濡れ性を等しくすることができる。

その結果、部品実装面側の半田フィレットの寸法と半田面側の半田フィレットの寸とを等しくすることができる。

この場合、部品実装面側及び半田面側で十分に強くリードを保持することができ、外力が加わったときに、半田フィレットに発生する応力が等しくなるので、半田フィレットによって十分に応力に耐えることができるようになる。したがって、部品と基板との接続部が劣化するのを防止することができる。

また、半田面側の温度を十分に高くする必要がないので、半田付けを行うのに必要な時間を短くすることができ、生産性を高くすることができるだけでなく、半田面側において基板を過剰に加熱する必要がなくなるので、前記基板が劣化するのを防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態におけるクリーム半田式の半田付け方法の動作を示す拡大図、図４は本発明の実施の形態におけるクリーム半田式の半田付け方法の動作を示す図である。

図において、１１は基板であり、該基板１１の第１の面としての一方の面は、電子部品としてのコネクタ２１を取り付けるための部品実装面Ｓａに、第２の面としての他方の面は、半田付けを行うための、かつ、必要に応じて所定の電子部品を取り付けるための半田面Ｓｂにされる。前記部品実装面Ｓａには、前記コネクタ２１のほかに、電子部品として図示されない集積回路チップ、半導体パッケージ、チップトランジスタ、チップダイオード、チップ抵抗、チップキャパシタ、チップコイル等を取り付けることができる。前記基板１１は、一つのベース材としての基材、及び該基材の両面に所定の厚さで形成された第１、第２の導電層から成る基板本体としての基板積層体ｓ１、該基板積層体ｓ１の両面において、前記第１、第２の導電層を被覆する第１、第２の被覆層σ１、σ２等を備える。

前記基材は、樹脂、セラミックス、紙フェノール等の絶縁性の高い材料（以下「絶縁体」という。）、本実施の形態においては、ガラスエポシキ樹脂によって所定の厚さで形成され、前記第１、第２の導電層は、銅、タングステン等の導電性の高い材料（以下「導電体」という。）によって形成され、所定の配線パターンを構成する。また、前記第１、第２の被覆層σ１、σ２は絶縁体、本実施の形態においては、ソルダレジストによって形成される。

そして、前記部品実装面Ｓａにコネクタ２１を取り付けるために、また、第１、第２の導電層間を互いに電気的に接続するために、前記基板１１に、複数の半田付けポイントが設定される。該各半田付けポイントにおいて、コネクタ２１を基板１１に対して半田付けする場合、部品実装面Ｓａから半田面Ｓｂに向けて、スルーホール１５がコネクタ２１のリード２２の数だけ基板積層体ｓ１を貫通させて形成され、該スルーホール１５に前記リード２２が挿入される。

また、前記スルーホール１５に環状のランド１６が配設され、該ランド１６は、部品実装面Ｓａから半田面Ｓｂに向けて延びる筒状部１７、及び基材の両面に、各第１、第２の導電層と対応させて、かつ、スルーホール１５の周縁に沿って形成されたフランジ部としての環状の第１、第２のランド部Ｌ１１、Ｌ１２を備え、該各第１、第２のランド部Ｌ１１、Ｌ１２のうちの所定のランド部と対応する導電層とが電気的に接続される。前記第１のランド部Ｌ１１は部品実装面Ｓａに沿って、第２のランド部Ｌ１２は半田面Ｓｂに沿って形成され、前記筒状部１１７によって内壁ランド部が、第１のランド部Ｌ１によって部品実装面ランド部が、第２のランド部Ｌ２によって半田面ランド部が構成される。

なお、前記基板１１は多層の配線構造を有する基板、すなわち、多層配線基板とすることができる。その場合、該多層配線基板は、複数の基材、該各基材の両面に形成された複数の導電層、及び部品実装面Ｓａ側及び半田面Ｓｂ側の導電層を被覆する被覆層を備える。

また、各導電層と対応させて、かつ、筒状部１７から径方向外方に向けて突出させて複数のランド部が形成される。なお、第１のランド部Ｌ１１と前記第１の被覆層σ１とは接触しない。

前記構成の基板１１において、コネクタ２１を取り付けるに当たり、スルーホール１５にコネクタ２１の各端子がリード２２として挿入された状態で、半田面Ｓｂと対向させて、図示されないスクリーンが配設される。

該スクリーンには、前記各半田付けポイントごとにノズルが配設され、スクリーンの上にクリーム半田が置かれた後、図示されないスキージが、スクリーンの上面を所定の圧力で押し付けられて移動し、クリーム半田をスキージングする。その結果、前記ノズルからクリーム半田が押し出され、各半田付けポイントに供給される。

その後、各半田付けポイントにクリーム半田が供給された状態で、基板１１及びコネクタ２１は、図示されないリフロー炉に送られ、図４に示されるように、各半田付けポイントごとに配設されたノズル３２を備え、半田面Ｓｂと対向させて配設された加熱装置３１において、各ノズル３２からホットエアが吐出され、クリーム半田が溶融させられる。したがって、基板１１は半田面Ｓｂ側から加熱され、その後、半田が冷却され、硬化させられると、基板１１に対するコネクタ２１の取付けが終了する。

ところで、クリーム半田式の半田付け方法においては、半田面Ｓｂ側にホットエアが吹き付けられるようになっているので、半田面Ｓｂ側の温度は高くなりやすいが、部品実装面Ｓａ側の温度は高くなりにくいので、ランド１６に対する半田の濡れ性が、半田面Ｓｂ側において高く、部品実装面Ｓａ側において低くなってしまう。

特に、本実施の形態においては、半田として無鉛半田が使用されるようになっているが、成分上、有鉛半田の融点は低く、１８０〔℃〕であるのに対して、無鉛半田の融点は高く、２２０〔℃〕であり、無鉛半田は有鉛半田と比較して濡れ性が低い。したがって、ランド１６に対する半田の濡れ性が、半田面Ｓｂ側において高く、部品実装面Ｓａ側において低くなりやすい。

そこで、本実施の形態においては、半田面Ｓｂ側の第２のランド部Ｌ１２の熱容量を、部品実装面Ｓａ側の第１のランド部Ｌ１１の熱容量より大きくするようにしている。そのために、前記第２のランド部Ｌ１２の面積及び径方向寸法が、第１のランド部Ｌ１１の面積及び径方向寸法より大きくされる。

この場合、第２のランド部Ｌ１２の熱容量が第１のランド部Ｌ１１の熱容量より大きくなるので、ランド１６において、ホットエアからの熱量を十分に大きくすることができる。そして、十分な熱量が短時間のうちに、第２のランド部Ｌ１２から筒状部１７を介して第１のランド部Ｌ１１に伝達されるので、半田面Ｓｂ側及び部品実装面Ｓａ側の温度を半田の濡れ性を十分な確保するために必要な所定の温度以上にすることができ、ランド１６に対する半田の濡れ性を、半田面Ｓｂ側と部品実装面Ｓａ側とで等しくすることができる。

したがって、部品実装面Ｓａ側の半田フィレットｆ１の寸法と半田面Ｓｂ側の半田フィレットｆ２の寸法とを等しくすることができる。

この場合、半田付けが終了し、コネクタ２１が取り付けられた状態の基板１１において、部品実装面Ｓａ側及び半田面Ｓｂ側で十分に強くリード２２を保持することができ、外力が加わったときに、半田フィレットｆ１、ｆ２に発生する応力が等しくなるので、半田フィレットｆ１、ｆ２によって十分に応力に耐えることができるようになる。したがって、コネクタ２１と基板１１との接続部が劣化するのを防止することができる。

また、部品実装面Ｓａ側の温度を十分に高くする必要がないので、半田付けを行うのに必要な時間を短くすることができ、生産性を高くすることができるだけでなく、半田面Ｓｂ側において基板１１を過剰に加熱する必要がなくなるので、該基板１１が劣化するのを防止することができる。

なお、第２のランド部Ｌ１２の面積が第１のランド部Ｌ１１の面積より大きくされるが、第２の被覆層σ２が、半田フィレット規制部として第２のランド部Ｌ１２の外周縁の部分に被覆され、第１、第２の被覆層σ１、σ２の開口形状及び開口面積が、部品実装面Ｓａ側と半田面Ｓｂ側とで等しくされる。したがって、半田面Ｓｂ側の半田の量が過剰になるのを防止し、半田フィレットｆ１の形成を規制するので、半田フィレットｆ１の寸法と半田面Ｓｂ側の半田フィレットｆ２の寸法とを確実に等しくすることができる。前記部品実装面Ｓａの半田フィレットｆ１の寸法は、第２のランド部Ｌ１２の径方向寸法によって規制される。

次に、基板１１上において、第２のランド部Ｌ１２の面積を第１のランド部Ｌ１１の面積より大きくする半田付けポイントの例について説明する。

図５は第２のランド部の変更前の第１の例を示す図、図６は本発明の実施の形態における第２のランド部の変更後の第１の例を示す図、図７は第２のランド部の変更前の第２の例を示す図、図８は本発明の実施の形態における第２のランド部の変更後の第２の例を示す図、図９は第２のランド部の変更前の第３の例を示す図、図１０は本発明の実施の形態における第２のランド部の変更後の第３の例を示す図、図１１は第２のランド部の変更前の第４の例を示す図、図１２は本発明の実施の形態における第２のランド部の変更後の第４の例を示す図である。

領域ＡＲ１においては、部品実装面Ｓａ（図１）の下方に自動変速機側のコネクタ２１が配設されるようになっていて、部品実装面Ｓａ側においてコネクタ２１に熱が逃げやすい。そこで、ランド１６の第２のランド部Ｌ１２の面積が、ランド１１６の第２のランド部Ｌ２より大きくされる。

また、領域ＡＲ２においては、部品実装面Ｓａの下方に車両側のコネクタが配設されるようになっていて、部品実装面Ｓａ側において車両側のコネクタに熱が逃げやすい。そこで、ランド１６の第２のランド部Ｌ１２の面積が、ランド１１６の第２のランド部Ｌ２より大きくされる。

そして、領域ＡＲ３においては、ホットエアが当たりにくい位置にあり、部品実装面Ｓａ側に伝達される熱量が少なくなる。そこで、ランド１６の第２のランド部Ｌ１２の面積が、ランド１１６の第２のランド部Ｌ２より大きくされる。

また、領域ＡＲ４においては、バイアスルーホールｈ１の近傍にランド１６、１１６が配設される。この場合、バイアスルーホールｈ１に半田が付着すると、バイアスルーホールｈ１内に半田が進入してしまう。そこで、ランド１６はランド１１６よりバイアスルーホールｈ１から離される。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の実施の形態におけるクリーム半田式の半田付け方法の動作を示す拡大図である。従来の糸半田式の半田付け方法を示す図である。従来のクリーム半田式の半田付け方法を示す図である。本発明の実施の形態におけるクリーム半田式の半田付け方法の動作を示す図である。第２のランド部の変更前の第１の例を示す図である。本発明の実施の形態における第２のランド部の変更後の第１の例を示す図である。第２のランド部の変更前の第２の例を示す図である。本発明の実施の形態における第２のランド部の変更後の第２の例を示す図である。第２のランド部の変更前の第３の例を示す図である。本発明の実施の形態における第２のランド部の変更後の第３の例を示す図である。第２のランド部の変更前の第４の例を示す図である。本発明の実施の形態における第２のランド部の変更後の第４の例を示す図である。

符号の説明

１１基板
１５スルーホール
１６ランド
１７筒状部
２１コネクタ
２２リード
ｆ１、ｆ２半田フィレット
ｓ１基板積層体
Ｓａ部品実装面
Ｓｂ半田面
Ｌ１１、Ｌ１２第１、第２のランド部
σ１、σ２第１、第２の被覆層

Claims

電子部品を取り付けるための部品実装面及び半田付けを行うための半田面を備えた基板において、該基板を貫通させて形成されたスルーホールと、該スルーホールに配設され、スルーホールの内壁に沿って形成された内壁ランド部、前記スルーホールの周縁に沿って前記半田面に形成された半田面ランド部、及び前記スルーホールの周縁に沿って前記部品実装面に形成された部品実装面ランド部から成るランドとを有するとともに、電子部品のリードが前記スルーホールに挿入され、前記リードと前記ランドとが半田によって接続されて半田フィレットが形成され、前記半田面ランド部の熱容量が、部品実装面ランド部の熱容量より大きくされ、前記半田面ランド部に、前記半田フィレットの形成を規制する半田フィレット規制部が形成されることを特徴とする基板。
前記半田面ランド部の面積が、部品実装面ランド部の面積より大きくされる請求項１に記載の基板。
前記半田面ランド部の径方向寸法が、部品実装面ランド部の径方向寸法より大きくされる請求項１に記載の基板。
前記半田フィレット規制部は、前記半田面ランド部を被覆する被覆層から成る請求項１に記載の基板。
前記部品実装面及び半田面を被覆する第１、第２の被覆層を有するとともに、前記スルーホールにおける前記第１、第２の被覆層の開口面積が等しくされる請求項１に記載の基板。
前記部品実装面ランド部と前記第１の被覆層とは接触せず、前記部品実装面の半田フィレットの寸法は部品実装面ランド部の径方向寸法によって規制され、部品実装面の半田フィレットの寸法と半田面の半田フィレットの寸法とはほぼ同じにされる請求項５に記載の基板。
半田は前記リードが前記スルーホールに挿入された状態で半田面側から加熱される請求項１に記載の基板。
前記半田は無鉛半田である請求項１〜７のいずれか１項に記載の基板。