JP2008066741A - Electronic equipment and method of packaging electronic component - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、配線板を用いた電子機器に関し、特に、無鉛はんだを用いて電子部品を実装するための配線板を用いた電子機器に関する。
また、本発明は、電子部品の実装方法に関し、特に、配線板に無鉛はんだを用いて電子部品を実装する電子部品の実装方法に関する。
The present invention relates to an electronic device using a wiring board, and particularly to an electronic device using a wiring board for mounting an electronic component using lead-free solder.
The present invention also relates to an electronic component mounting method, and more particularly, to an electronic component mounting method for mounting an electronic component using lead-free solder on a wiring board.
図19を参照し、従来の配線板の一構成例について説明する。図19に示す従来の配線板110Aには、銅張積層基板11が用いられている。この銅張積層基板11は、紙基材、ガラス基材またはポリエステル繊維基材などに、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などを染み込ませて絶縁性シートを形成し、この絶縁性シートの表面に銅箔を加圧加熱処理して貼り付けたものである。
銅張積層基板11の所定の箇所には、貫通孔12が形成されている。貫通孔12の内面は、銅張積層基板11表面の銅箔に接続された導電膜(第1の導電膜)13で覆われている。この導電膜13は、例えば貫通孔12の内面に触媒を付与した後、無電解銅メッキにより下地メッキを行い、その上に電解銅メッキして形成される。以下、導電膜13で覆われた貫通孔12をスルーホール14と呼ぶ。
A configuration example of a conventional wiring board will be described with reference to FIG. A copper-clad laminate 11 is used for the
A through hole 12 is formed at a predetermined location of the copper-clad laminate 11. The inner surface of the through hole 12 is covered with a conductive film (first conductive film) 13 connected to the copper foil on the surface of the copper-clad laminate 11. The conductive film 13 is formed, for example, by applying a catalyst to the inner surface of the through-hole 12, performing base plating by electroless copper plating, and electrolytic copper plating thereon. Hereinafter, the through hole 12 covered with the conductive film 13 is referred to as a through hole 14.
銅張積層基板11表面の銅箔はエッチングされ、スルーホール14の開口の周囲に円形のランド(第2の導電膜)15と、このランド15に接続された回路配線16とが形成される。ランド15および回路配線16は、基板11の両面に形成されるが、基板11の一方の面に形成される場合もある。ランド15に関しては、近年の高密度実装化に伴い、最低限の接合強度が確保できる範囲で、可能な限り小さく形成される。
銅張積層基板11表面の回路配線16などランド15以外の部分は、ソルダーレジスト17で覆われている。このソルダーレジスト17は、はんだ付けを行なうランド15以外の部分を、錫鉛はんだ31から保護する保護膜として作用し、ペーストを印刷塗布後、感光することにより形成される。ここでは、錫鉛はんだ31のフィレット31Aの形成をなるべく阻害しないように、ソルダーレジスト17はランド15に被らないように形成されている。
The copper foil on the surface of the copper-clad laminate 11 is etched, and a circular land (second conductive film) 15 and circuit wiring 16 connected to the
Portions other than the
このような構成の配線板110Aのスルーホール14に、電子部品20の筐体21から引き出されたリード(導電部材)22を挿入し、この状態で錫鉛はんだ31を介してリード22をスルーホール14に接合する。現在、錫鉛はんだ31として錫鉛共晶はんだ(Sn63wt%、残りPb、以下Pb−63Snと記載する)が最も多く使われている。錫鉛はんだ31が異物質の接合により生じる熱膨張のミスマッチを応力緩和する役割を果たすため、電子部品20と配線板110Aとの接合部における接続不良は特に発生しなかった。
A lead (conductive member) 22 drawn from the casing 21 of the electronic component 20 is inserted into the through hole 14 of the
しかしながら、近年、鉛による環境汚染が環境意識の高まりによって問題となり、錫鉛はんだ31から鉛を含まない無鉛はんだへの転換が進んでいる。この無鉛はんだは、錫を主成分とし、銀、銅、亜鉛、ビスマス、インジウム、アンチモン、ニッケル、ゲルマニウムなどからなるはんだである。無鉛はんだの溶融温度は190℃〜230℃であり、上記のPb−63Snの溶融温度183℃に比べて高い。配線板110Aの主材料であるエポキシ系材料のガラス転移温度は125〜140℃であるから、従来から使用されていたPb−63Snを無鉛はんだに転換すると、凝固収縮温度の差が広がり、はんだ付け時に膨張した配線板110Aの基板が収縮することにより生じる応力が大きくなる。また、無鉛はんだはPb−63Snに比べ、金属の引張り強度、クリープ強度が強く、また伸びが少ないという金属特性をもっているので、はんだ付け部における応力緩和が起こりにくくなる。これらの理由から、従来の配線板110Aに無鉛はんだを用いて電子部品20を実装しようとすると、錫鉛はんだ31ではほとんど発生しなかったランド剥離が多発することが明らかとなった。
However, in recent years, environmental pollution due to lead has become a problem due to an increase in environmental awareness, and the conversion from tin-lead solder 31 to lead-free solder containing no lead is progressing. This lead-free solder is a solder mainly composed of tin and made of silver, copper, zinc, bismuth, indium, antimony, nickel, germanium, or the like. The melting temperature of lead-free solder is 190 ° C. to 230 ° C., which is higher than the melting temperature of Pb-63Sn described above. Since the glass transition temperature of the epoxy-based material that is the main material of the
従来の配線板110Aに無鉛はんだ32を用いてはんだ付けを行うと、図20(a)の写真ように、ランド15が配線板110Aの基板から剥離し、ランド15が浮き上がった状態となる。このとき、ランド15に接続されている回路配線16も、一緒に持ち上げられて引っ張られるため、過度のストレスを受ける。この後、過熱と冷却とを繰り返す温度サイクル試験を200cyc実施し、熱ストレスを与え続けると、図20(b)の写真のように、ランド15の端部と回路配線16との境界部分が大きく変形し、断線に至る。この検証実験から分かるように、ランド剥離が発生する従来の配線板110Aをそのまま用いて電子機器の製造を行うと、電子機器の信頼性が著しく低下してしまう。
When the
これに対し、ランド剥離を抑制する手法の一つが、特許文献1に記載されている。この公報に記載されている従来の配線板110Bでは、図21に示すように、ランド15の外周縁をソルダーレジスト117の延在部117Aにより被覆することにより、ランド剥離を抑制しようとするものである。
On the other hand, Patent Document 1 describes one method for suppressing land separation. In the conventional wiring board 110B described in this publication, as shown in FIG. 21, the outer peripheral edge of the
しかしながら、新規製品ではない従来からの既製品で、既に出荷されているものには、図19に示した従来の配線板110Aのように、ランド剥離対策が施されていない配線板が多く使用されている。このような製品の電子部品が故障し、新しい電子部品21に交換する補修を行なう場合、無鉛はんだ32を用いて新しい電子部品21を配線板110Aに実装しようとすると、ランド剥離が発生し、信頼性上問題となる。
However, for the existing off-the-shelf products that are not new products and have already been shipped, a wiring board that is not provided with a land stripping countermeasure, such as the
そこで、ランド剥離を抑制するため、上述した既製品を補修する際に、ランド対策が施されていない配線板110Aを廃棄して、図21に示した従来の配線板110Bに交換することも考えられる。しかし、新たに配線板110Bを製造するには、ソルダーレジスト117となるペーストを所定のパターンに印刷塗布するための治具を設計し、この治具を用いて実際にソルダーレジスト117を形成しなければならず、高コストとなる。その上、故障していない配線板110Aを廃棄することになるので、無駄が多くなる。
なお、従来の配線板110Bを製造するにあたり高コストとなるという問題は、既製品を補修する場合に限らず、新規製品を製造する場合にも同様に発生する問題である。
Therefore, in order to suppress land peeling, it is also possible to discard the
The problem of high cost in manufacturing the conventional wiring board 110B is a problem that occurs not only when repairing an existing product but also when manufacturing a new product.
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、無鉛はんだを用いても低コストでランド剥離を生じないようにすることにある。 The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to prevent land peeling at low cost even when lead-free solder is used.
このような目的を達成するために、本発明の電子機器は、配線板の基板の表面から外側に出ている電子部品の導電部材の先端の長さが、配線板の基板上に形成されたランドの半径の1/2以下であることを特徴とする。
ランド部には、はんだ付け時に膨張した基板が収縮する力Wと無鉛はんだの凝固収縮に伴う張力Tの垂直方向成分Tsinθ(θは、フィレットとランドとのなす角であるフィレット形成角)がかかり、
ランドと基板の密着力 < W+Tsinθ
の場合にランド剥離が生じる。フィレット形成角θが小さいほどTsinθが小さくなるため、電子部品の導電部材が基板表面から外側に出ている長さをランド半径の1/2以下として、フィレットの高さを低くすることにより、ランドが基板から剥離しにくくなる。
また、導電部材が基板表面から外側に出ている長さの調整は、図21におけるソルダーレジスト117を新しく形成するより低コストでできるので、ランド剥離の抑制を低コストで実現できる。
In order to achieve such an object, in the electronic device of the present invention, the length of the tip of the conductive member of the electronic component that protrudes outward from the surface of the substrate of the wiring board is formed on the substrate of the wiring board. It is characterized by being 1/2 or less of the land radius.
The land portion is subjected to a force W that shrinks the substrate that has expanded during soldering and a vertical component Tsinθ of the tension T that accompanies the solidification shrinkage of the lead-free solder (θ is the fillet forming angle that is the angle between the fillet and the land). ,
Adhesion between land and substrate <W + Tsinθ
In this case, land peeling occurs. Since Tsinθ decreases as the fillet forming angle θ decreases, the length of the conductive member of the electronic component that protrudes outward from the substrate surface is set to ½ or less of the land radius, and the height of the fillet is reduced. Becomes difficult to peel from the substrate.
Further, the adjustment of the length of the conductive member protruding from the substrate surface can be adjusted at a lower cost than newly forming the solder resist 117 in FIG. 21, and therefore, land stripping can be suppressed at a low cost.
ここで、導電部材の先端が、基板の表面から外側に出ていなくてもよい。
これらの電子機器において、配線板と電子部品との間にスペーサを設けてもよい。スペーサの高さだけ電子部品の筐体の位置が上がるので、電子部品の導電部材が基板表面から外側に出る長さが短くなる。
ここで、スペーサは、電子部品に対向するランドの外周縁の少なくとも一部を覆うようにしてもよい。これにより、電子部品に対向するランドが基板から剥離しにくくなる。
Here, the tip of the conductive member may not protrude outward from the surface of the substrate.
In these electronic devices, a spacer may be provided between the wiring board and the electronic component. Since the position of the casing of the electronic component is increased by the height of the spacer, the length that the conductive member of the electronic component protrudes outward from the substrate surface is shortened.
Here, the spacer may cover at least a part of the outer peripheral edge of the land facing the electronic component. This makes it difficult for the land facing the electronic component to peel from the substrate.
また、本発明の電子機器は、電子部品の導電部材が、配線板の貫通孔に挿入されたとき貫通孔の内面に対向する部分からみて先端側および基部側の少なくとも一方が被覆膜で覆われ、この被覆膜が、無鉛はんだとの反応性が導電部材の材料より低い材料で形成されていることを特徴とする。
このような導電部材を貫通孔に挿入し、被覆膜で覆われている部分を基板表面から外側に出すことにより、被覆膜で覆われている部分には無鉛はんだが濡れ広がらないので、導電部材とランドとの間に無鉛はんだのフィレットが形成されず、ランド剥離が抑制される。
また、被覆膜の形成は、図21におけるソルダーレジスト117を新しく形成するより低コストでできるので、ランド剥離の抑制を低コストで実現できる。
In the electronic device of the present invention, when the conductive member of the electronic component is inserted into the through hole of the wiring board, at least one of the tip side and the base side is covered with a coating film as viewed from the portion facing the inner surface of the through hole. In other words, the coating film is formed of a material that is less reactive with lead-free solder than the material of the conductive member.
By inserting such a conductive member into the through-hole and taking out the part covered with the coating film from the substrate surface to the outside, lead-free solder does not wet and spread in the part covered with the coating film, A lead-free solder fillet is not formed between the conductive member and the land, and land peeling is suppressed.
Further, since the coating film can be formed at a lower cost than the new formation of the solder resist 117 in FIG. 21, the land peeling can be suppressed at a low cost.
これらの電子機器において、導電部材の長手方向に垂直な断面形状は、円形、長円形、正方形、長方形、多角形、十字形、星形またはそれぞれの変形であってもよい。
また、無鉛はんだは、錫亜鉛系はんだ、錫銀系はんだ、または、錫銅系はんだを含んでいてもよい。
In these electronic devices, the cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the conductive member may be a circle, an oval, a square, a rectangle, a polygon, a cross, a star, or a deformation thereof.
Further, the lead-free solder may include tin-zinc solder, tin-silver solder, or tin-copper solder.
また、本発明の電子部品の実装方法は、配線板の貫通孔に電子部品の導電部材を挿入する際に、配線板の基板表面から外側に出ている導電部材の先端の長さを、貫通孔の開口の周囲に形成されたランドの半径の1/2以下とする第1の工程と、この状態で貫通孔内の第1の導電膜と導電部材とを無鉛はんだを介して接合する第2の工程とを備えたことを特徴とする。
この電子部品の実装方法において、第1の工程は、配線板と電子部品との間にスペーサを挟んだ状態で、貫通孔に導電部材を挿入する工程を含んでいてもよい。
または、第1の工程の前に、導電部材の長さを短く加工する工程を更に備えていてもよい。
The electronic component mounting method according to the present invention allows the length of the tip of the conductive member protruding from the substrate surface of the wiring board to pass through when inserting the conductive member of the electronic component into the through hole of the wiring board. The first step of setting the radius of the land formed around the opening of the hole to be ½ or less, and in this state, the first conductive film and the conductive member in the through hole are joined via lead-free solder. And 2 steps.
In this electronic component mounting method, the first step may include a step of inserting a conductive member into the through hole in a state where a spacer is sandwiched between the wiring board and the electronic component.
Or you may further provide the process of shortening the length of an electroconductive member before a 1st process.
また、本発明の電子部品の実装方法は、無鉛はんだとの反応性が電子部品の導電部材の材料より低い材料からなる被覆膜で導電部材の先端側および基部側の少なくとも一方を覆う第1の工程と、導電部材を配線板の貫通孔に挿入し、貫通孔内の第1の導電膜と導電部材で被覆膜に覆われていない部分とを無鉛はんだを介して接合する第2の工程とを備えたことを特徴とする。 In the electronic component mounting method of the present invention, the first covering the at least one of the leading end side and the base side of the conductive member with a coating film made of a material having a lower reactivity with lead-free solder than the conductive member material of the electronic component is provided. And a step of inserting the conductive member into the through hole of the wiring board and joining the first conductive film in the through hole and the portion not covered with the coating film by the conductive member via lead-free solder. And a process.
以上説明したように、本発明では、電子部品の導電部材が基板表面から外側に出ている長さをランド半径の1/2以下とすることにより、フィレットの高さが低くなり、それに応じてTsinθも小さくなるので、ランドが基板から剥離しにくくなる。しかも、導電部材が基板表面から外側に出ている長さを調整するだけでよいので、ランド剥離の抑制を低コストで実現できる。 As described above, in the present invention, the height of the fillet is reduced by making the length of the conductive member of the electronic component protruding outward from the substrate surface to be ½ or less of the land radius. Since T sin θ is also small, the land is difficult to peel off from the substrate. In addition, since it is only necessary to adjust the length of the conductive member protruding outward from the substrate surface, land stripping can be suppressed at a low cost.
また、本発明では、電子部品の導電部材の先端部および基部の少なくとも一方を被覆膜で覆い、被覆膜で覆われている部分を基板表面から外側に出すことにより、被覆膜で覆われている部分には無鉛はんだが濡れ広がらない。これにより、導電部材とランドとの間にフィレットが形成されず、ランド剥離が抑制される。しかも、導電部材に被覆膜を形成するだけでよいので、ランド剥離の抑制を低コストで実現できる。 Further, in the present invention, at least one of the tip and base of the conductive member of the electronic component is covered with a coating film, and the portion covered with the coating film is exposed outside from the substrate surface, thereby covering with the coating film. Lead-free solder does not get wet and spread in the areas that are broken. Thereby, a fillet is not formed between a conductive member and a land, and land peeling is suppressed. In addition, since it is only necessary to form a coating film on the conductive member, land peeling can be suppressed at a low cost.
このようにしてランド剥離を抑制することにより、電子部品を配線板に実装した構成を含む電子機器の信頼性向上を、低コストで実現できる。
特に、新規製品ではない従来からの既製品で、既に出荷されているものの電子部品が故障し、新しい電子部品に交換する補修を行なう場合も、無鉛はんだを用いて低コストで補修を行なうことができる。しかも、故障していない配線板を廃棄せず、再利用することが可能となる。
By suppressing land separation in this way, it is possible to improve the reliability of an electronic device including a configuration in which an electronic component is mounted on a wiring board at a low cost.
In particular, even in the case of repairs that replace existing electronic products that have already been shipped with existing non-new products, but are replaced with new electronic components, it is possible to perform repairs at low cost using lead-free solder. it can. In addition, it is possible to reuse a wiring board that has not failed without being discarded.
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態である配線板、および、この配線板に電子部品を実装して構成される電子機器の一部の構造を拡大して示す断面図である。図2は、図1に示した配線板をII−II′線方向からみた平面図である。これらの図では、図19に示した部材と同一部材に対しては、図19と同一符号で示している。
[First Embodiment]
FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view illustrating a wiring board according to a first embodiment of the present invention and a partial structure of an electronic device configured by mounting electronic components on the wiring board. FIG. 2 is a plan view of the wiring board shown in FIG. 1 as viewed from the II-II ′ line direction. In these drawings, the same members as those shown in FIG. 19 are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
図1(a)および図2に示すように、配線板10は、図19に示した配線板110Aの表面に形成された円形のランド15の外周縁15Aを覆う被覆部材18を備えたものである。スルーホール14の中心軸から被覆部材18の内周縁までの長さを被覆部材18の開口半径、スルーホール14の中心軸からランド15の外周縁までの長さをランド15の半径とすると、被覆部材18の開口半径はランド15の半径よりやや小さくなっている。
被覆部材18は、無鉛はんだ32の融点(例えば、Sn−Ag−Cuはんだであれば、216〜217℃)に対する耐熱性を有する材料からなり、例えばエポキシ等の耐熱性樹脂、耐熱性シリコーンゴム等を用いることができる。なお、配線板110Aは、両面基板、多層基板のいずれでもよい。
As shown in FIGS. 1A and 2, the wiring board 10 includes a covering member 18 that covers the outer
The covering member 18 is made of a material having heat resistance against the melting point of the lead-free solder 32 (for example, 216 to 217 ° C. in the case of Sn—Ag—Cu solder), for example, heat-resistant resin such as epoxy, heat-resistant silicone rubber, etc. Can be used. The
次に、配線板10に無鉛はんだ32を用いて電子部品20を実装する際に、ランド剥離が抑制される原理について説明する。
図1(b)に示すように、配線板10のスルーホール14に、電子部品20の筐体21から引き出されたリード22を挿入し、無鉛はんだ32を用いてはんだ付けする場合、溶融した無鉛はんだ32は、被覆部材18に阻まれてランド15上を外周縁15Aまで濡れ広がらない。
Next, the principle that land separation is suppressed when the electronic component 20 is mounted on the wiring board 10 using the lead-free solder 32 will be described.
As shown in FIG. 1 (b), when
その後、溶融した無鉛はんだ32が冷却され凝固収縮すると、例えば図3に示すように、フィレット32Aに沿う斜め下方向に張力Tが発生する。フィレット32Aとランド15とのなす角をフィレット形成角θとすると、ランド15と銅張積層基板11との界面には、下方向にTsinθの力が働き、上方向に基板11の収縮力Wが働く。上述したように、溶融した無鉛はんだ32はランド15上を外周縁15Aまで濡れ広がらず、ランド15の外周縁15Aより内側のP点でTsinθが働く。基板11の表面とランド15との密着力は、ランド15の外周縁15Aで最も弱いが、ここにTsinθがかからないので、ランド15が基板11から剥離しにくくなる。
Thereafter, when the molten lead-free solder 32 is cooled and solidified and contracted, for example, as shown in FIG. 3, a tension T is generated in a diagonally downward direction along the
また、ランド15の周縁部15Aが無鉛はんだ32によって固定されないため、ランド15が基板11の熱膨張収縮に追従しやすくなり、ランド剥離が起こりにくくなる。
このように、ランド15の外周縁15Aを被覆部材18で覆うことにより、無鉛はんだ32を用いて電子部品20を実装する場合に多発するランド剥離を抑制し、寿命が長く信頼性が高い電子機器を製造することが可能となる。また、図21におけるソルダーレジスト117を新しく形成するより低コストで製造できる被覆部材18を用いることにより、ランド剥離の抑制、ひいては寿命が長く信頼性が高い電子機器の製造を、低コストで実現できる。
Further, since the
Thus, by covering the outer
以上で説明した電子部品20の実装方法は、新規製品を製造する場合に適用できるだけでなく、新規製品ではない従来からの既製品で、既に出荷されているものの電子部品が故障し、新しい電子部品20に交換する補修を行なう場合にも適用できる。後者において、既製品で被覆部材18を有しない配線板110Aが用いられていた場合、配線板110Aに新たに被覆部材18を付加した上で、新しい電子部品20を実装するようにすればよい。これにより、既製品で用いられていた配線板110Aを廃棄せず、無鉛はんだ32を用いて補修を行うことができる。
The mounting method of the electronic component 20 described above can be applied not only when a new product is manufactured, but also with a conventional off-the-shelf product that is not a new product, but the electronic component that has already been shipped breaks down, and the new electronic component The present invention can also be applied to repairs that are replaced with 20. In the latter case, when the
次に、被覆部材18の構成について、さらに説明する。
被覆部材18は、ランド15の外周縁の少なくとも一部を覆えばよい。ここで、被覆部材18が、ランド15の外周縁を全周にわたり覆うようにしてもよいし、ランド15の外周縁のうち、無鉛はんだ32の凝固収縮に対して影響を受けやすい部分のみを覆うようにしてもよい。例えば、ランド15の外周縁のうち、回路配線16に接続される部分のみを覆うことにより、この部分での剥離を抑制し、ランド15と回路配線16との切断を防止することができる。ランド15の外周縁のうち、回路配線16に接続される部分に対向する部分のみを覆っても、同様の効果が得られる。なお、ランド15の外周縁のうち、回路配線16に接続される部分、および、それに対向する部分の両方を覆ってもよい。
Next, the configuration of the covering member 18 will be further described.
The covering member 18 may cover at least a part of the outer peripheral edge of the
また、図2には、被覆部材18の開口半径がランド15の半径よりやや小さい例を示したが、被覆部材18とランド15との重なり幅に上限はないので、図4(a)に示す配線板10Aのように、被覆部材18Aがランド15の全領域が覆う構成としてもよい。なお、配線板10Aに無鉛はんだ32を用いて電子部品20を実装した状態を、図4(b)に示す。
FIG. 2 shows an example in which the opening radius of the covering member 18 is slightly smaller than the radius of the
また、図5(a)に示す配線板10Bのように、被覆部材18Bがランド15の全領域だけでなく、さらにスルーホール14の開口をすべて覆うようにしてもよい。この場合、ランド15を含む基板11上に、耐熱性の粘着テープ等の比較的簡単に穴を開けることができる材料で被覆部材18Bを形成すれば、電子部品20のリード22で被覆部材18Bを貫通し、そのままスルーホール14にリード22を挿入することができる。その後、はんだ付けを実施すれば、図5(b)に示すように、被覆部材18Bが形成される側(図5(b)においては上側)にフィレット32Aが形成されず、ランド剥離が抑制される。
Further, like the wiring board 10 </ b> B shown in FIG. 5A, the covering member 18 </ b> B may cover not only the entire area of the
この図5(a)に示す配線板10Bに、無鉛はんだ32を用いて電子部品20を実装した電子機器の信頼性について検証を行なった。ここでは、前述した従来の配線板110Aと同じ条件で、温度サイクル試験を200cyc実施した。その結果、図6の写真のように、ランド15に無鉛はんだ32が接触せず、フィレット32Aが形成されないため、ランド剥離の発生が認められず、図5に示した構成がランド剥離に対して効果があることが確認された。
なお、図5に示したようにスルーホール14の開口を塞いだ場合、はんだ付けに用いるフラックスの気化したものが、スルーホール14から抜けづらくなることも考えられるので、リード22と被覆部材18との間に隙間を設けるとよい。
図1,図4および図5における被覆部材18,18A,18Bは、はんだ付け終了後、基板11上にそのまま残しておいてもよいし、除去してもよい。
The reliability of the electronic device in which the electronic component 20 is mounted on the wiring board 10B shown in FIG. Here, a temperature cycle test was performed for 200 cyc under the same conditions as those of the
As shown in FIG. 5, when the opening of the through hole 14 is closed, the vaporized flux used for soldering may not easily come out of the through hole 14. A gap may be provided between the two.
The covering members 18, 18A and 18B in FIGS. 1, 4 and 5 may be left on the substrate 11 after soldering, or may be removed.
ランド15の平面形状は、円形に限らず、長円形、多角形、十字形、星形またはそれぞれの変形のいずれでもよい。また、図7に示すように、ランド15と回路配線16との接続部に、半円形のサブランド19を設けてもよい。サブランド19を設けてランド15から回路配線16への幅の変化を緩和することで、ランド15と回路配線16との接続をより強固にすることができる。なお、円形でないランドに対してサブランドが形成されてもよく、サブランドの平面形状も半円形に限定されない。
The planar shape of the
無鉛はんだ32としては、錫亜鉛系はんだ、錫銀系はんだ、および、錫銅系はんだのいずれを用いてもよい。ここに、錫亜鉛系はんだとは、錫亜鉛の共晶組成であるSn−9.0wt%Znを中心に、亜鉛の量を変えたり、他の元素を添加して特性を改善したものの総称である。代表例は、Sn−8.0Zn−3.0Biである。錫銀系はんだとは、錫銀の共晶組成であるSn−3.5wt%Agを中心に、銀の量を変えたり、他の元素を添加して特性を改善したものの総称である。代表例は、Sn−3.0Ag−0.5Cu、Sn−3.5Ag−0.75Cuである。錫銅系はんだとは、錫銅の共晶組成であるSn−0.7wt%Cuを中心に、銅の量を変えたり、他の元素を添加して特性を改善したものを総称である。代表例は、Sn−0.7Cu−0.3Agである。なお、無鉛はんだ32には、性質が変わらない程度に不純物として鉛が含まれる場合もある。 As the lead-free solder 32, any of tin-zinc based solder, tin silver based solder, and tin copper based solder may be used. Here, the tin-zinc-based solder is a generic name of the ones whose characteristics are improved by changing the amount of zinc or adding other elements, centering on Sn-9.0 wt% Zn which is a eutectic composition of tin zinc. is there. A typical example is Sn-8.0Zn-3.0Bi. Tin-silver-based solder is a generic name for those whose characteristics are improved by changing the amount of silver or adding other elements, centering on Sn-3.5 wt% Ag, which is a eutectic composition of tin silver. Typical examples are Sn-3.0Ag-0.5Cu and Sn-3.5Ag-0.75Cu. The tin-copper-based solder is a generic name for improving characteristics by changing the amount of copper or adding other elements with Sn-0.7 wt% Cu being the eutectic composition of tin-copper. A typical example is Sn-0.7Cu-0.3Ag. The lead-free solder 32 may contain lead as an impurity to the extent that its properties do not change.
[第2の実施の形態]
図8は、本発明の第2の実施の形態である配線板、および、この配線板に電子部品を実装して構成される電子機器の一部の構造を拡大して示す断面図である。
被覆部材の厚さには特に制限がなく、図8に示すように、被覆部材18Cの厚さを配線板10Cと電子部品20の筐体21との間隔と同程度にし、配線板10Cと筐体21との間を被覆部材18Cで隙間なく埋めてもよい。
この場合、被覆部材18Cに耐熱性のシリコーンゴム等の弾性体を用いることにより、電子部品20のリード22と無鉛はんだ32との間、または、無鉛はんだ32とスルーホール14間に働く応力を緩和し、無鉛はんだ32がリード22またはスルーホール14から剥離することを抑制できる。
[Second Embodiment]
FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view illustrating a wiring board according to a second embodiment of the present invention and a partial structure of an electronic device configured by mounting electronic components on the wiring board.
The thickness of the covering member is not particularly limited. As shown in FIG. 8, the thickness of the covering member 18C is set to be equal to the distance between the wiring board 10C and the casing 21 of the electronic component 20, and the wiring board 10C and the casing are formed. The space between the body 21 may be filled with the covering member 18C without a gap.
In this case, the stress acting between the lead 22 and the lead-free solder 32 of the electronic component 20 or between the lead-free solder 32 and the through hole 14 is reduced by using an elastic body such as heat-resistant silicone rubber for the covering member 18C. In addition, it is possible to prevent the lead-free solder 32 from peeling from the
[第3の実施の形態]
図9は、本発明の第3の実施の形態である電子機器の一部の構造を拡大して示す断面図である。この図では、図19に示した部材と同一部材に対しては、図19と同一符号で示している。
図9(a)に示す電子機器では、配線板110Aの表面から外側に出ている電子部品20のリード22の先端の長さ(以下、突出長という)が、配線板110Aのランド15の半径の1/2以下となっている。図9(b)に示すように、リード22の先端が配線板110Aの表面から出ていなくてもよく、この場合、リード22の突出長は0または負の値になる。
[Third Embodiment]
FIG. 9 is an enlarged sectional view showing a part of the structure of an electronic apparatus according to the third embodiment of the present invention. In this figure, the same members as those shown in FIG. 19 are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
In the electronic device shown in FIG. 9A, the length of the leading end of the
このような電子機器を形成するには、配線板110Aのスルーホール14にリード22を挿入する際、リード22の突出長をランド15の半径の1/2以下とし、この状態でスルーホール14とリード22とを無鉛はんだ32を介して接合する。
溶融した無鉛はんだ32が冷却され凝固収縮すると、図10に示すように、フィレット32Aに沿う斜め下方向に張力Tが発生する。このとき、ランド15と銅張積層基板11との界面には、下方向にTsinθの力が働き、上方向に基板11の収縮力Wが働く。Tsinθはフィレット形成角θが小さいほど小さくなり、フィレット形成角θはフィレット32Bの高さhが低いほど小さくなる。したがって、リード22の突出長をランド15の半径の1/2以下とし、フィレット32Bの高さhを低くすることにより、Tsinθが小さくなり、ランド15が基板11から剥離しにくくなる。
In order to form such an electronic device, when the
When the molten lead-free solder 32 is cooled and solidified and contracted, as shown in FIG. 10, a tension T is generated obliquely downward along the
図9に示した電子機器の信頼性について検証を行なった。ここでは、前述した従来の配線板110Aと同じ条件で、温度サイクル試験を200cyc実施した。その結果、図11の写真のように、ランド15に無鉛はんだ32が接触し、はんだフィレット32Bが形成されるものの、図20(a),(b)と比較してフィレット形成角θが小さく、ランド剥離の発生は認められない。よって、図9に示した構成がランド剥離に対して効果があることが確認された。
The reliability of the electronic device shown in FIG. 9 was verified. Here, a temperature cycle test was performed for 200 cyc under the same conditions as those of the
このように、リード22の突出長をランド15の半径の1/2以下とすることにより、無鉛はんだ32を用いて電子部品20を実装する場合に多発するランド剥離を抑制し、寿命が長く信頼性が高い電子機器を製造することが可能となる。また、リード22の突出長の調整は、図21におけるソルダーレジスト117を新しく形成するより低コストでできるので、ランド剥離の抑制、ひいては寿命が長く信頼性が高い電子機器の製造を、低コストで実現できる。
以上で説明した電子部品20の実装方法は、新規製品を製造する場合に適用できるだけでなく、新規製品ではない従来からの既製品で、既に出荷されているものの電子部品が故障し、新しい電子部品20に交換する補修を行なう場合にも適用できる。これにより、既製品で用いられていた配線板110Aを廃棄せず、無鉛はんだ32を用いて補修を行うことが可能となる。
Thus, by making the protrusion length of the
The mounting method of the electronic component 20 described above can be applied not only when a new product is manufactured, but also with a conventional off-the-shelf product that is not a new product, but the electronic component that has already been shipped breaks down, and the new electronic component The present invention can also be applied to repairs that are replaced with 20. As a result, the wiring board 110 </ b> A used in the off-the-shelf product can be repaired using the lead-free solder 32 without being discarded.
リード22の長手方向に垂直な断面形状は特に限定されず、円形、長円形、正方形、長方形、多角形、十字形、星形またはそれぞれの変形のいずれでもよい。
無鉛はんだ32としては、錫亜鉛系はんだ、錫銀系はんだ、および、錫銅系はんだのいずれを用いてもよい。
なお、リード22の突出長を1mm以下としてもよい。
The cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the
As the lead-free solder 32, any of tin-zinc based solder, tin silver based solder, and tin copper based solder may be used.
The protruding length of the
[第4の実施の形態]
図12は、本発明の第4の実施の形態である電子機器の一部の構造を拡大して示す断面図である。
図12に示す電子機器では、配線板110Aと電子部品20の筐体21との間に、筐体21の全面と接触するスペーサ41が挟み込まれている。このような電子機器を形成するには、まず、配線板110Aの表面にスペーサ41を配置し、このスペーサ41を介して電子部品20のリード22を配線板110Aのスルーホール14に挿入し、リード22とスルーホール14とを無鉛はんだ32を介して接合すればよい。
[Fourth Embodiment]
FIG. 12 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the structure of an electronic apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
In the electronic device shown in FIG. 12, a spacer 41 that is in contact with the entire surface of the housing 21 is sandwiched between the wiring board 110 </ b> A and the housing 21 of the electronic component 20. In order to form such an electronic device, first, a spacer 41 is arranged on the surface of the
図13(a),(b)から分かるように、スペーサ41の上に電子部品20の筐体21を配置することにより、スペーサ41の高さだけ筐体21の位置が上がるので、電子部品20のリード22の突出長が短くなる。したがって、所定の高さのスペーサ41を用いることにより、リード22の突出長をランド15の半径の1/2以下にする調整が容易になる。その結果、ランド剥離を抑制し、寿命が長く信頼性が高い電子機器を製造できるという効果が得られることは、第3の実施の形態と同様である。
As can be seen from FIGS. 13A and 13B, by arranging the casing 21 of the electronic component 20 on the spacer 41, the position of the casing 21 is increased by the height of the spacer 41. The protruding length of the
また、スペーサ41に、前述した被覆部材18の機能をもたせ、筐体21に対向するランド15の外周縁の少なくとも一部を覆うことにより、筐体21に対向するランド15の剥離を抑制できるという効果も得られる。
なお、図12に示すように筐体21の全面と接触するようにスペーサ41を配置してもよいし、図14に示すように筐体21の外周に沿うようにスペーサ42を配置してもよい。この場合、筐体21と対向するランド15の剥離対策として、別途、図1,4,5,8における被覆部材18,18A〜18Cを設ける必要がある。
スペーサ41,42の材質は、はんだ付け時の基板表面温度に対する耐熱性を有しているものであればよく、例えばエポキシ等の耐熱性樹脂、耐熱性シリコーンゴム等を用いることができる。
Further, by providing the spacer 41 with the function of the covering member 18 described above and covering at least a part of the outer peripheral edge of the
Note that the spacer 41 may be disposed so as to contact the entire surface of the housing 21 as shown in FIG. 12, or the spacer 42 may be disposed along the outer periphery of the housing 21 as shown in FIG. Good. In this case, it is necessary to separately provide the covering members 18, 18A to 18C in FIGS.
The material of the spacers 41 and 42 only needs to have heat resistance against the substrate surface temperature during soldering. For example, a heat resistant resin such as epoxy, heat resistant silicone rubber, or the like can be used.
[第5の実施の形態]
図15は、本発明の第5の実施の形態である電子機器の一部の構造を拡大して示す断面図である。
図15に示す電子機器では、図16(a),(b)に示すように、電子部品20のリード22の長さを短く加工し、こうして作成された電子部品20Aのリード23を図16(c)に示すように配線板110Aのスルーホール14に挿入して実装する。または、予めリード23の長さが短い電子部品20Aを用いてもよい。これにより、リード23の突出長をランド15の半径の1/2以下にする調整が容易になる。その結果、ランド剥離を抑制し、寿命が長く信頼性が高い電子機器を製造できるという効果が得られることは、第3の実施の形態と同様である。
[Fifth Embodiment]
FIG. 15 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the structure of an electronic apparatus according to the fifth embodiment of the present invention.
In the electronic device shown in FIG. 15, as shown in FIGS. 16 (a) and 16 (b), the length of the
電子部品20Aを配線板110Aに実装する際、配線板110Aの表面に電子部品20Aの筐体21を接触させることにより、筐体21が前述した被覆部材18と同様に作用し、筐体21に対向するランド15の剥離が抑制される。ただし、筐体21がはんだ付け時の基板表面温度に対する耐熱性を有しない場合など、配線板110Aの表面に筐体21を接触させることができない場合には、筐体21と対向するランド15の剥離対策として、例えば図17に示すように別途、被覆部材18Bを設ける必要がある。なお、図1,4,8における被覆部材18,18A,18Cを設けてもよい。
When the electronic component 20A is mounted on the
[第6の実施の形態]
図18は、本発明の第6の実施の形態である電子機器の構造の一部を拡大して示す断面図である。
図18に示す電子機器では、電子部品20Bのリード24の長手方向中央部を除き、先端側および基部側の両方が被覆膜25で覆われている。リード24の中央部は、リード24が配線板110Aのスルーホール14に挿入されたとき、スルーホール14の内面に対向する部分に相当し、リード24の中央部の長さは、スルーホール14の長さと同程度とする。
被覆膜25は、無鉛はんだ32の融点(例えば、Sn−Ag−Cuはんだであれば、216〜217℃)に対する耐熱性を有し、かつ、溶融はんだとの反応性がリード24の材料より低い材料からなり、例えばエポキシ等の耐熱性樹脂、耐熱性シリコーンゴム等を用いることができる。被覆膜25として耐熱性の粘着性テープをリード24に巻き付けてもよい。
[Sixth Embodiment]
FIG. 18 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the structure of an electronic apparatus according to the sixth embodiment of the present invention.
In the electronic device shown in FIG. 18, both the front end side and the base side are covered with the coating film 25 except for the central portion in the longitudinal direction of the
The coating film 25 has heat resistance against the melting point of the lead-free solder 32 (for example, 216 to 217 ° C. in the case of Sn—Ag—Cu solder), and the reactivity with the molten solder is higher than the material of the
このような被覆膜25が形成されたリード24を配線板110Aのスルーホール14に挿入し、リード24で被覆膜25に覆われている部分のみを配線板110Aの外側に出す。この状態で、リード24で被覆膜25に覆われていない露出部分と、スルーホール14の導電膜13とを、無鉛はんだ32を介して接合する。これにより、図18に示す電子機器ができあがる。
この電子機器では、配線板110Aの表面から外側に出ているリード24の表面が被覆膜25で覆われており、被覆膜25で覆われている部分には無鉛はんだ32が濡れ広がらないので、リード24とランド15との間に無鉛はんだ32のフィレット32Aが形成されない。これにより、ランド剥離を抑制し、寿命が長く信頼性が高い電子機器を製造することが可能となる。また、被覆膜25の形成は、図21におけるソルダーレジスト117を新しく形成するより低コストでできるので、ランド剥離の抑制、ひいては寿命が長く信頼性が高い電子機器の製造を、低コストで実現できる。
The
In this electronic device, the surface of the
以上で説明した電子部品20Bの実装方法は、新規製品を製造する場合に適用できるだけでなく、新規製品ではない従来からの既製品で、既に出荷されているものの電子部品が故障し、新しい電子部品20Bに交換する補修を行なう場合にも適用できる。これにより、既製品で用いられていた配線板110Aを廃棄せず、無鉛はんだ32を用いて補修を行うことが可能となる。
なお、図18には、リード24の先端側および基部側の両方に被覆膜25を形する例を示したが、リード24の先端側または基側のみに被覆膜25を形成するようにしてもよい。この場合、被覆膜25が形成しない方には、第1〜第5の実施の形態に示したランド剥離の対策を施す必要がある。
また、リード24が配線板110Aのスルーホール14に挿入されたとき、スルーホール14の内面に対向する部分と配線板110Aの外側に出る部分との境界部分のみを被覆膜で覆うようにしてもよい。
The mounting method of the electronic component 20B described above can be applied not only when a new product is manufactured, but also with a conventional off-the-shelf product that is not a new product, but the electronic component that has already been shipped fails, and the new electronic component The present invention can also be applied to repairs that are replaced with 20B. As a result, the wiring board 110 </ b> A used in the off-the-shelf product can be repaired using the lead-free solder 32 without being discarded.
18 shows an example in which the coating film 25 is formed on both the distal end side and the base side of the
Further, when the
本発明を適用可能な電子機器としては、例えば、プリンタ、ファクシミリ、LCDモニタ、パーソナルコンピュータ、大型コンピュータ(サーバー、スーパーコンピュータを含む)、交換機、伝送機器、基地局装置等がある。
なお、上述した第1〜第6の実施の形態は、それぞれ単独で実施してもよいし、他の形態と組み合わせて実施してもよい。また、本発明は第1〜第6の実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは言うまでもない。
Examples of electronic devices to which the present invention can be applied include printers, facsimiles, LCD monitors, personal computers, large computers (including servers and supercomputers), exchanges, transmission devices, and base station devices.
In addition, the 1st-6th embodiment mentioned above may each be implemented independently, and may be implemented in combination with another form. Further, the present invention is not limited to the first to sixth embodiments, and it goes without saying that each embodiment can be appropriately changed within the scope of the technical idea of the present invention.
10,10A〜10C,110A…配線板、11…銅張積層基板、12…貫通孔、13…導電膜、14…スルーホール、15…ランド、15A…ランドの周縁部、16…回路配線、17…ソルダーレジスト、18…被覆部材、19…サブランド、20,20A,20B…電子部品、21…電子部品の筐体、22〜24…リード、25…被覆膜、32…無鉛はんだ、32A…無鉛はんだのフィレット、41…スペーサ。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記基板の表面から外側に出ている前記導電部材の先端の長さが、前記ランドの半径の1/2以下であることを特徴とする電子機器。 A substrate having a through hole, a first conductive film covering the inner surface of the through hole, and a second conductive layer formed around the opening of the through hole on the surface of the substrate and connected to the first conductive film A wiring board having a land made of the conductive film, a circuit wiring formed on the surface of the substrate and connected to the land, and the first conductive material inserted into the through hole of the wiring board. In an electronic device including an electronic component having a conductive member joined to a film via lead-free solder,
The length of the front-end | tip of the said electrically-conductive member protruded outside from the surface of the said board | substrate is 1/2 or less of the radius of the said land, The electronic device characterized by the above-mentioned.
前記導電部材の先端は、前記基板の表面から外側に出ていないことを特徴とする電子機器。 The electronic device according to claim 1,
The electronic device according to claim 1, wherein a leading end of the conductive member does not protrude outward from a surface of the substrate.
前記配線板と前記電子部品との間に配置されたスペーサを備えたことを特徴とする電子機器。 The electronic device according to claim 1 or 2,
An electronic apparatus comprising a spacer disposed between the wiring board and the electronic component.
前記スペーサは、前記電子部品に対向するランドの外周縁の少なくとも一部を覆うことを特徴とする電子機器。 The electronic device according to claim 3,
The said spacer covers at least one part of the outer periphery of the land facing the said electronic component, The electronic device characterized by the above-mentioned.
前記導電部材は、前記貫通孔に挿入されたとき前記貫通孔の前記内面に対向する部分からみて先端側および基部側の少なくとも一方が被覆膜で覆われ、
この被覆膜は、前記無鉛はんだとの反応性が前記導電部材の材料より低い材料で形成されている
ことを特徴とする電子機器。 A substrate having a through hole, a first conductive film covering the inner surface of the through hole, and a second conductive layer formed around the opening of the through hole on the surface of the substrate and connected to the first conductive film A wiring board having a land made of the conductive film, a circuit wiring formed on the surface of the substrate and connected to the land, and the first conductive material inserted into the through hole of the wiring board. In an electronic device including an electronic component having a conductive member joined to a film via lead-free solder,
When the conductive member is inserted into the through hole, at least one of the distal end side and the base side as viewed from the portion facing the inner surface of the through hole is covered with a coating film,
The coating film is formed of a material that is less reactive with the lead-free solder than the material of the conductive member.
前記導電部材の長手方向に垂直な断面形状は、円形、長円形、正方形、長方形、多角形、十字形、星形またはそれぞれの変形であることを特徴とする電子機器。 In the electronic device according to any one of claims 1 to 5,
The cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the conductive member is a circular shape, an oval shape, a square shape, a rectangular shape, a polygonal shape, a cross shape, a star shape, or a deformation thereof.
前記無鉛はんだは、錫亜鉛系はんだ、錫銀系はんだ、または、錫銅系はんだを含むことを特徴とする電子機器。 In the electronic device according to any one of claims 1 to 6,
The lead-free solder includes tin-zinc solder, tin-silver solder, or tin-copper solder.
前記貫通孔に前記導電部材を挿入する際に、前記基板の表面から外側に出ている前記導電部材の先端の長さを、前記ランドの半径の1/2以下とする第1の工程と、
この状態で前記貫通孔内の前記第1の導電膜と前記導電部材とを無鉛はんだを介して接合する第2の工程と
を備えたことを特徴とする電子部品の実装方法。 A substrate having a through hole, a first conductive film covering the inner surface of the through hole, and a second conductive layer formed around the opening of the through hole on the surface of the substrate and connected to the first conductive film In an electronic component mounting method for mounting an electronic component having a conductive member on a wiring board having a land made of a conductive film and a circuit wiring formed on the surface of the substrate and connected to the land,
A first step in which when inserting the conductive member into the through hole, the length of the tip of the conductive member protruding outward from the surface of the substrate is ½ or less of the radius of the land;
In this state, the electronic component mounting method comprising: a second step of joining the first conductive film in the through hole and the conductive member via lead-free solder.
前記第1の工程は、前記配線板と前記電子部品との間にスペーサを挟んだ状態で前記貫通孔に前記導電部材を挿入する工程を含むことを特徴とする電子部品の実装方法。 The electronic component mounting method according to claim 8,
The electronic component mounting method, wherein the first step includes a step of inserting the conductive member into the through hole in a state where a spacer is sandwiched between the wiring board and the electronic component.
前記第1の工程の前に、前記導電部材の長さを短く加工する工程を更に備えたことを特徴とする電子部品の実装方法。 The electronic component mounting method according to claim 8,
An electronic component mounting method, further comprising a step of shortening the length of the conductive member before the first step.
無鉛はんだとの反応性が前記導電部材の材料より低い材料からなる被覆膜で前記導電部材の先端側および基部側の少なくとも一方を覆う第1の工程と、
前記導電部材を前記貫通孔に挿入し、前記貫通孔内の前記第1の導電膜と前記導電部材で前記被覆膜に覆われていない部分とを前記無鉛はんだを介して接合する第2の工程と
を備えたことを特徴とする電子部品の実装方法。 A substrate having a through hole, a first conductive film covering the inner surface of the through hole, and a second conductive layer formed around the opening of the through hole on the surface of the substrate and connected to the first conductive film In an electronic component mounting method for mounting an electronic component having a conductive member on a wiring board having a land made of a conductive film and a circuit wiring formed on the surface of the substrate and connected to the land,
A first step of covering at least one of the leading end side and the base side of the conductive member with a coating film made of a material whose reactivity with lead-free solder is lower than that of the conductive member;
The conductive member is inserted into the through hole, and the first conductive film in the through hole is joined to the portion not covered by the coating film with the conductive member via the lead-free solder. An electronic component mounting method comprising the steps of:
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Legal Events
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