JP2007329407A - 回路基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サイドボールに起因する回路間、ランド間等の短絡を防止することができるとともに、ランドの強度を保証することができる回路基板を提供する。
【解決手段】本発明の回路基板１０は、一対のランド１６、１６の間に、ランド１６の高さよりも低い凹部２６が形成されるととともに、一対のランド１６、１６の対向側外周縁部１６Ａ以外のランド外周縁部１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄがレジスト２２によって覆われている。この回路基板１０によれば、ランド１６、１６と実装部品１２との間の隙間からはみ出ようとするクリーム半田２４は、凹部２６に流出して溜まるので、サイドボールの発生を防止できる。また、回路基板１０のランド１６、１６は、一対のランド１６、１６の対向側外周縁部１６Ａ以外の外周縁部１６Ｂ〜１６Ｄがレジスト２２で覆われているので、基板１４から剥がれ難くなり、ランド１６の強度を保証できる。
【選択図】 図２

Description

本発明は半導体部品、チップ抵抗、コンデンサ等からなる各種実装部品が実装された回路基板に関わり、特にクリーム半田を用いて実装部品がランドに接合される回路基板及びその製造方法に関する。

電子製品の小型軽量化に伴い、回路基板に実装される各種実装部品は、更に小型化されるとともに高集積化、及び高密度実装が要求されている。このような実装部品を回路基板に実装するその実装方法には、ペースト状のクリーム半田を、回路基板のランドにメタルマスクを介して塗布し、次に、クリーム半田上に実装部品を載置し、この後、リフロー炉（加熱装置）によってクリーム半田を溶融させることにより、実装部品をランドに接合させるリフロー方法が知られている。なお、クリーム半田は、フラックスと称される松脂を主成分とした触媒と溶剤とで半田粒子を混練することにより製造される。

また、ランドは、実装部品を搭載する位置に、一つの実装部品に対して一対のランドがプリント配線に接続して形成されている。そして、実装部品毎に配置された一対のランドは、微小な実装部品を各ランド間に接続するため、プリント配線よりも幅広の台座部として形成され、実装部品の長さに対応した間隔をもって形成されている。

更に、回路基板には、プリント配線を覆うレジスト（耐食膜）が形成され、このレジストには、ランドの銅箔を外部に露出させる開口が形成されている。

実装部品は、その両端側に形成された一対の端子がレジストの前記開口を介してランドに接続される。この場合、ランドには前記クリーム半田が塗布され、実装部品は、このクリーム半田によってランドに接合されている。

ところで、クリーム半田の表面張力が低い場合に比較的重量の大きい実装部品がランドに載置されると、実装部品とランドとの間の隙間が極めて狭くなることから、リフロー時に溶融したクリーム半田が毛細管現象によりランドからはみ出すという現象が生じる。このはみ出した半田は、実装部品の側部から外部に露出し、この後、表面張力によって丸まり、冷却後に直径約５０μｍ〜４００μｍ程度のサイドボール（不良な半田）となる。このサイドボールが衝撃等の振動によって基板側から剥離すると、実装部品の電極や回路がサイドボールによって短絡する場合があるので、サイドボールの発生を抑制する必要がある。

特許文献１は、ランドに凹部を形成し、この凹部に余分な半田を溜めることによりランドに対する実装部品の浮きを防止した電子回路基板が記載されている。

特許文献２は、一対のランドの間の短絡防止を目的として、一対のランドの間に凹部が形成され、この凹部に余分な接着剤を溜めることが記載されている。
特開平９−２６０７９４号公報 特開２０００−２２３１５号公報

しかしながら、特許文献１は、余分な半田を溜める凹部をランドに形成しただけの構成なので、毛細管現象により生じるサイドボールの発生を防止することができないという欠点があった。また、引用文献１は、凹部によりランドの半田付け面積が小さくなるので、実装部品の接合強度が不足するという欠点があった。更に、ランドに凹部を形成することは基板製造上難しく、実現しようとすると、非常にコストがかかるという欠点もあった。

特許文献２は、一対のランドの間に凹部が設けられているが、ランドの周縁部がレジストによって覆われていないため、ランドが基板から剥がれやすく、ランドの強度が不足するという欠点があった。なお、ランドの全周縁部をレジストで覆った場合には、ランドの強度は保証できるが、実装部品とレジストとの僅かな隙間からクリーム半田が毛細管現象によりはみ出すため、サイドボールの発生を抑えることはできない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、サイドボールに起因する回路間、ランド間等の短絡を防止することができるとともに、ランドの強度を保証することができる回路基板を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、前記目的を達成するために、基板、該基板に所定の間隔をもって対向形成された一対のランドと、前記基板に形成されたプリント配線を覆うとともに前記一対のランドを露出させる開口が形成されたレジストと、該レジストの開口位置で前記一対のランドにクリーム半田によって接合される実装部品とを有する回路基板において、前記実装部品が前記クリーム半田によって接合される一対のランドの間に、該ランド高さよりも低い部位が形成されるととともに、前記一対のランドの対向側外周縁部以外のランド外周縁部が前記レジストによって覆われていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明は、実装部品が接合される一対のランドの間にパターンが形成されていない回路基板を対象としている。そして、一対のランドの間にランド高さよりも低い所定の深さを持つ凹部（低い部位）を形成するとともに、一対のランドの対向側外周縁部以外のランド外周縁部をレジストで覆っている。これにより、ランドと実装部品との間の隙間から毛細管現象によりはみ出ようとするクリーム半田は、レジストが覆われていない一対のランドの対向側外周縁部からはみ出し、ここで固化することなく、凹部に流出して溜まる（実験によりその作用を確認した）。したがって、サイドボールの発生を抑えることができる。また、ランドは、一対のランドの対向側外周縁部以外の外周縁部がレジストで覆われているので、基板から剥がれ難くなり、ランドの強度を保証することができる。なお、前記凹部は、基板の表面に凹部を形成するのではなく、一対のランドの間の段部を凹部とする。この場合、一対のランドの間にはパターンが形成されておらず、レジストも形成されていないので、前記凹部を簡単に形成できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記一対のランドの間に、該ランド高さと略同じ高さのレジストが形成されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、一対のランドの間にランド高さと略等しい高さのレジストを形成することにより、レジストが仕切り部材となるので、レジストの両側の凹部に溜まったクリーム半田同士が互いに接触することはない。よって、ランド間の短絡を防止できる。また、レジストの高さはランドの高さと略同一なので、そのレジストによって実装部品が傾くことを防止でき、実装部品をランドに安定して接合することができる。

請求項３に記載の発明は、前記目的を達成するために、基板と、該基板に所定の間隔をもって対向形成された一対のランドと、前記基板に形成されたプリント配線を覆うとともに前記一対のランドを露出させる開口が形成されたレジストと、該レジストの開口位置で前記一対のランドにクリーム半田によって接合される実装部品とを有する回路基板において、前記一対のランドの間にパターンが形成されるとともに、該パターンを覆うとともにランドの周縁部を覆うレジストが形成され、該レジストに前記ランドの高さよりも高いシルク印刷が一対のランドの間に複数形成されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、実装部品が接合される一対のランドの間にパターンが形成されている回路基板を対象としている。そして、このパターンを覆うとともにランドの周縁部を覆うレジストが形成され、このレジストに、ランドの高さよりも高いシルク印刷を一対のランドの間に複数形成し、複数のシルク印刷によって実装部品を安定的に支持するようにした。

請求項３の発明に対して、一対のランドの間のレジストに１本のシルク印刷が形成された回路基板は、その１本のシルク印刷を支点として実装部品が傾くため、実装部品をランドに安定して接合することができない。また、実装部品が傾いた場合には、実装部品とレジストとの間の隙間が極めて狭くなる箇所が生じ、この箇所においてクリーム半田が毛細管現象によりはみ出してサイドボールが発生するという問題が生じる。

この観点から請求項３に記載の発明は、間隔をもって形成された複数のシルク印刷によって実装部品を傾くことなく支持できるので、実装部品をランドに安定して接合することができる。また、実装部品の傾斜防止効果により、実装部品とレジストとの間に毛細管現象が生じるような極めて狭い隙間は発生しないので、サイドボールの発生を抑えることができる。更に、複数のシルク印刷が土手の役目をするので、ランド間の短絡を防止できる。更にまた、レジストによってランドの強度も保証できる。

請求項４に記載の製造方法の発明は、前記目的を達成するために、紫外線硬化剤が添加されたクリーム半田を基板に形成されたランドに塗布し、前記クリーム半田が塗布されたランドに実装部品を載置し、前記基板を加熱手段によって加熱することにより前記クリーム半田を加熱溶融し、前記基板の冷却後、基板に紫外線を照射して、基板上に露出したクリーム半田を硬化させることを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、紫外線硬化剤が添加されたクリーム半田を使用し、基板に紫外線を照射して、基板上に露出したクリーム半田のフラックスを硬化させることにより、発生したサイドボールをフラックスに封じ込め、基板から剥離するのを防止する。これにより、剥離したサイドボールによる回路の短絡等の不具合を防止できる。

請求項５に記載の発明は、請求項４において、前記紫外線は、サイドボールが発生し易い部分のみ選択的に照射されることを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、紫外線を照射したくない実装部品は、紫外線をカットするマスクによりマスキングし、サイドボールが発生し易い実装部品のクリーム半田のみ紫外線を照射し、そのクリーム半田のフラックスを硬化させて、発生したサイドボールを封じ込め、基板から剥離するのを防止する。

以上のように本発明に係る回路基板によれば、実装部品がクリーム半田によって接合される一対のランドの間に、ランド高さよりも低い部位を形成するととともに、一対のランドの対向側外周縁部以外のランド外周縁部をレジストによって覆ったので、サイドボールの発生を抑えることができ、ランドの強度を保証できる。

また、本発明に係る回路基板の製造方法によれば、紫外線硬化剤が添加されたクリーム半田を使用し、基板に紫外線を照射して、基板上に露出したクリーム半田のフラックスを硬化させ、発生したサイドボールをフラックスに封じ込めることにより、基板からの剥離を防止したので、剥離したサイドボールによる回路の短絡等の不具合を防止できる。

以下、添付図面に従って本発明に係る回路基板及びその製造方法の好ましい実施の形態について詳説する。

図１は、第１の実施の形態の回路基板１０を示した要部拡大平面図であり、図２は、図１の２−２線に沿った側断面図であって、図１では二点鎖線で示された略直方体形状の実装部品１２が実線で示されている。

これらの図に示す回路基板１０は、絶縁性の基板１４、基板１４に所定の間隔をもって対向形成された矩形状の一対のランド１６、１６、基板１４に形成されたプリント配線１８、１８…を覆うとともにランド１６、１６を露出させる矩形の開口２０が形成されたレジスト２２、及びレジスト２２の開口２０の位置でランド１６、１６にクリーム半田２４によって接合される実装部品１２を有する。

この回路基板１０は、実装部品１２が接合される一対のランド１６、１６の間にパターンが形成されていない回路基板であり、その特徴は、一対のランド１６、１６の間に、図２の如くランド１６の高さよりも低い凹部２６（部位）が形成されるととともに、一対のランド１６、１６の対向側外周縁部１６Ａ以外のランド外周縁部１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄがレジスト２２によって覆われていることにある。

このように構成された回路基板１０によれば、ランド１６、１６と実装部品１２との間の隙間から毛細管現象によりはみ出ようとするクリーム半田２４は、レジスト２２が覆われていない一対のランド１６、１６の対向側外周縁部１６Ａ、１６Ａからはみ出し、ここで固化することなく、図２のように凹部２６に流出して溜まる（実験によりその作用を確認した）。したがって、サイドボールの発生を抑えることができる。

また、回路基板１０のランド１６、１６は、一対のランド１６、１６の対向側外周縁部１６Ａ以外の外周縁部１６Ｂ〜１６Ｄがレジスト２２で覆われているので、基板１４から剥がれ難くなり、ランド１６の強度を保証することができる。

なお、凹部２６は、基板１４の表面に凹部を直接形成するのではなく、一対のランド１６、１６の間の段部を凹部としている。この場合、一対のランド１６、１６の間には前述の如くパターンが形成されておらず、レジストも形成されていないので、ランド１６、１６を形成するだけで凹部２６を簡単に形成できる。

更に、凹部２６の深さは、ランド１６、１６間寸法の約１／１０である、例えば３０μｍ程度に設定することにより、クリーム半田２４が凹部２６に良好に溜まることが実験にて確認できた。凹部が３０μｍよりも深いと、毛細管現象によりはみ出たクリーム半田２４が凹部２６の壁に付着し、その部分でサイドボールが発生する場合があった。また、凹部２６が３０μｍよりも浅いと、毛細管現象によりはみ出たクリーム半田２４が凹部２６を流れてランド間を短絡させる場合があった。

図３は、第２の実施の形態の回路基板５０を示した要部拡大平面図であり、図４は、図３の４−４線に沿った側断面図である。なお、図１、図２に示した回路基板１０と同一又は類似の部材については同一の符号を付し、その説明は省略する。

この回路基板５０の特徴は、図４の如く一対のランド１６、１６の間の中央部に、ランド１６の高さと略同じ高さのレジスト２２Ａが形成されていることにある。このレジスト２２Ａによって図２に示した凹部２６は、図４の如く凹部２６Ａ、２６Ａに二分割され、この凹部２６Ａは平面視において、ランド１６の対向側外周縁部１６Ａを直径とする半円形状に形成される。また、レジスト２２Ａは、レジスト２２と一体に形成されている。

この回路基板５０によれば、一対のランド１６、１６の間に、ランド１６の高さと略同じ高さのレジスト２２Ａを形成することにより、レジスト２２Ａが仕切り部材となるので、レジスト２２Ａの両側の凹部２６Ａ、２６Ａに溜まったクリーム半田２４、２４同士が互いに接触することを防止できる。よって、ランド１６、１６間の短絡を防止できる。また、レジスト２２Ａの高さはランド１６の高さと略同一なので、そのレジスト２２Ａによって実装部品１２が傾くことを防止できる。よって、実装部品１２をランド１６、１６に安定して接合することができる。

図５は、第３の実施の形態の回路基板６０を示した要部拡大平面図であり、図６は、図５の６−６線に沿った側断面図である。なお、図１〜４に示した回路基板１０、５０と同一又は類似の部材については同一の符号を付し、その説明は省略する。

この回路基板６０は、実装部品１２が接合される一対のランド１６、１６の間にパターン１８が形成されている回路基板であり、その特徴は、そのパターン１８を覆うとともにランド１６の全周縁部１６Ａ〜１６Ｄを覆うレジスト２２が形成され、ランド１６、１６間のレジスト２２に、ランド１６、１６の高さより高い２本のシルク印刷６２、６２を形成し、２本のシルク印刷６２、６２によって実装部品１２を安定的にランド１６、１６に支持した点にある。なお、シルク印刷６２の本数は、２本に限定されるものではなく、３本以上であっても構わない。

この回路基板６０に対して、図７の如く、一対のランド１６、１６の間のレジスト２２に１本のシルク印刷６２が形成された回路基板１は、その１本のシルク印刷６２を支点として実装部品１２が傾くため、実装部品１２を安定的にランド１６、１６に接合することができない。また、実装部品１２が傾いた場合には、実装部品１２とレジスト２２との間の隙間が極めて狭くなる箇所Ａが生じ、この箇所Ａにおいてクリーム半田２４が毛細管現象によりはみ出してサイドボール２が発生するという問題が生じる。

この観点から図５、図６に示した回路基板６０は、ランド１６、１６から等距離になるように間隔をもって形成された２本のシルク印刷６２、６２によって実装部品１２を傾くことなく支持できるので、実装部品１２をランド１６、１６に安定して接合することができる。また、実装部品１２の傾斜防止効果により、実装部品１２とレジスト２２との間に毛細管現象が生じるような極めて狭い隙間は発生しないので、サイドボールの発生を抑えることができる。更に、２本のシルク印刷６２、６２が土手の役目をするので、ランド１６、１６間の短絡を防止できる。更にまた、ランド１６の全周縁部１６Ａ〜１６Ｄがレジスト２２によって覆われているので、ランド１６の強度も保証できる。

図８（Ａ）〜（Ｄ）には、サイドボールの剥離を防止した回路基板７０の製造方法の工程が示されている。なお、図１〜６に示した回路基板１０、５０、６０と同一又は類似の部材については同一の符号を付し、その説明は省略する。

図８（Ａ）、（Ｂ）には、印刷スキージ（へら）７２を使用し、紫外線硬化剤が添加されたクリーム半田２４を、基板１４に形成されたランド１６、１６にメタルマスク（半田マスク）７４を介して塗布する工程が示されている。メタルマスク７４には、ランド１６に対応する位置に開口７６、７６…が形成され、これらの開口７６、７６…を介してクリーム半田２４がランド１６、１６…に塗布される。

図８（Ｃ）には、メタルマスク７４を基板１４から剥離する工程が示されている。

この後、クリーム半田２４が塗布されたランド１６、１６に実装部品１２を載置し、基板１４をリフロー炉によって加熱することによりクリーム半田２４を加熱溶融してランド１６に実装部品１２を接合する。

図８（Ｄ）には、冷却後の基板１４に紫外線（ＵＶ光）を照射して、外部に露出したクリーム半田２４のフラックスを硬化させる工程が示されている。

この回路基板７０の製造方法によれば、紫外線硬化剤が添加されたクリーム半田２４を使用し、基板１４に紫外線（ＵＶ光）を照射して、基板上に露出したクリーム半田２４のフラックスを硬化させることにより、発生したサイドボールをフラックスに封じ込めることができるので、回路基板７０からサイドボールが剥離するのを防止することができる。これにより、図８の製造方法によれば、剥離したサイドボールによる回路の短絡等の不具合を防止できる。

図９には、紫外線をカットするマスク８０によって、紫外線（ＵＶ光）を照射したくない実装部品１２Ａをマスキングし、サイドボールが発生し易い実装部品１２Ｂのクリーム半田２４のみ、マスク８０の開口８２から紫外線を照射し、そのクリーム半田２４のフラックスを硬化させて、発生したサイドボールを封じ込める工程が示されている。

これにより、紫外線を照射したくない実装部品１２Ａを、マスク８０によって紫外線から保護することができ、また、発生したサイドボールを、紫外線照射により硬化したクリーム半田２４のフラックスによって封じ込めることができる。したがって、剥離したサイドボールによる回路の短絡等の不具合を防止できる。

第１の実施の形態の回路基板を示した要部拡大平面図 図１の２−２線に沿った側断面図 第２の実施の形態の回路基板を示した要部拡大平面図 図３の４−４線に沿った側断面図 第３の実施の形態の回路基板を示した要部拡大平面図 図５の６−６線に沿った側断面図 レジストに１本のシルク印刷が形成された回路基板の断面図 実施の形態の回路基板の製造工程を説明した説明図 紫外線をカットするマスクによって紫外線を照射したくない実装部品をマスキングした説明図

符号の説明

１０…回路基板、１２…実装部品、１４…基板、１６…ランド、１８…プリント配線、２０…開口、２２…レジスト、２４…クリーム半田、２６…凹部、５０…回路基板、６０…回路基板、６２…シルク印刷、７０…回路基板、７２…印刷スキージ、７４…メタルマスク、７６…開口、８０…紫外線をカットするマスク、８２…開口

Claims (5)

1. 基板、該基板に所定の間隔をもって対向形成された一対のランドと、前記基板に形成されたプリント配線を覆うとともに前記一対のランドを露出させる開口が形成されたレジストと、該レジストの開口位置で前記一対のランドにクリーム半田によって接合される実装部品とを有する回路基板において、
   前記実装部品が前記クリーム半田によって接合される一対のランドの間に、該ランド高さよりも低い部位が形成されるととともに、前記一対のランドの対向側外周縁部以外のランド外周縁部が前記レジストによって覆われていることを特徴とする回路基板。
2. 前記一対のランドの間に、該ランド高さと略同じ高さのレジストが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
3. 基板と、該基板に所定の間隔をもって対向形成された一対のランドと、前記基板に形成されたプリント配線を覆うとともに前記一対のランドを露出させる開口が形成されたレジストと、該レジストの開口位置で前記一対のランドにクリーム半田によって接合される実装部品とを有する回路基板において、
   前記一対のランドの間にパターンが形成されるとともに、該パターンを覆うとともにランドの周縁部を覆うレジストが形成され、該レジストに前記ランドの高さよりも高いシルク印刷が一対のランドの間に複数形成されていることを特徴とする回路基板。
4. 紫外線硬化剤が添加されたクリーム半田を基板に形成されたランドに塗布し、
   前記クリーム半田が塗布されたランドに実装部品を載置し、
   前記基板を加熱手段によって加熱することにより前記クリーム半田を加熱溶融し、
   前記基板の冷却後、基板に紫外線を照射して、基板上に露出したクリーム半田を硬化させることを特徴とする回路基板の製造方法。
5. 前記紫外線は、サイドボールが発生し易い部分のみ選択的に照射されることを特徴とする請求項４に記載の回路基板の製造方法。

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