JP2008112778A - プリント配線基板とこれを備えたモータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スルーホール部品のリードからの放熱を防ぎ、半田揚がりを良好にすることができるプリント配線基板と、これを用いたモータ制御装置を提供する。
【解決手段】 スルーホール部品２のリード２ａを、両面にパターン配線を形成した２層基板や、内層にパターン配線を形成した多層基板３に形成された全層を貫通するスルーホール３ａへ挿入して半田付けし、スルーホール部品２を、部品面に形成された部品面広域パターン３ｄへ接続するプリント配線基板において、スルーホール部品２を、部品面以外の層で、部品面広域パターン３ｄと接続する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子部品を実装するプリント配線基板に関し、特にスルーホールへ挿入する必要がある電子部品を実装するプリント配線基板と、これを備えたモータ制御装置に関するものである。

プリント配線基板は、電子機器のみならずエレクトロニクス回路を搭載するあらゆる機器、例えば、モータ制御装置に広く使用されている。モータ制御装置に使用されているプリント配線基板には、面実装部品としてのチップ部品が多数実装されている。しかし、電気回路上、スルーホールへリード部を挿入する電子部品（以下、スルーホール部品という）が採用される場合もある。
プリント配線基板に実装されるスルーホール部品は、部品面のパターン配線へ接続される場合がある。また、電源層やグランド層などを構成する広域パターンへ直接接続される場合もある。
スルーホール部品を実装する場合、部品リードが挿入されるスルーホールランドの上部まで半田が揚がり、フィレットを形成しなければならない。そのため、パターン設計及び熱容量の管理が必要とされる。
スルーホールランドの上面まで半田が十分に揚がらない（半田揚がり性が悪い）理由は、半田付けを行う際、部品面広域パターンから熱が逃げてしまい、スルーホール部品のリード部や、リード部が挿入されるスルーホール内が十分に熱を帯びないため、半田が十分に揚がらない点にある。
この挿入部品の半田揚がりを向上するために、第１の従来技術として、図４に示すように、プリント配線基板１の所定の場所に、スルーホール部品２のリード２ａを挿入して半田５４で接続固定するスルーホール１ａとこのスルーホール１ａの周辺に複数のバイアホール１ｃを配置している。これにより、スルーホール１ａ近傍のパターン配線の面積が減少し、スルーホール１ａから部品面広域パターン１ｄに流失・放散する熱量が抑制されて、スルーホール１ａの周辺は、半田付け接合が進展するのに十分な高温度に達する（例えば、特許文献１参照）。
第２の従来技術として、図５に示すように、スルーホール（部品実装用）１ａについて、サーマルランド１ｅと、銅抜きパッド１ｆを組み合わせて、例えば図６の（ａ）〜（ｄ）に示すように、熱の逃げ方に方向性を持たせて、効率よく熱放散を抑制する構造にしているものがある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００４−２７３９９０号公報 特開２００５−１２０８８号公報

しかしながら、このような従来技術においては、次のような問題があった。
（１）第１の従来技術においては、バイアホールのサイズや個数によって部品面パターンへの熱の伝わり方が左右されるため、信頼性にバラツキが生じやすく、半田揚がり性が悪くなり手戻りが発生するおそれがある。
（２）第２の従来技術においては、サーマルランドに対して、更に銅抜きパッドを用意する必要があり、また、電気の流れにも方向性がついてしまうため、電気的特性が落ちる場合がある。また、銅抜きパッドのサイズや個数によって熱の逃げ方が変わるため、信頼性にバラツキが生じやすく、手戻りが発生するおそれがある。
（３）更に、近年では環境対策として鉛フリー半田（例えば、錫−銀−銅系無鉛半田）を使用するケースが多くなってきている。鉛フリー半田は、有鉛半田に対して融点が高くなるため部品面パターンからの放熱が過大に影響することがわかり、特にスルーホール部品の半田付け部の温度低下が、半田揚がりを悪くする。
第１や第２の従来技術では、鉛フリー半田に対して部品面パターンからの放熱の影響が拭い取れていないため、スルーホール部品のリード部から熱が逃げてしまい、半田揚がりが悪くなる。
本発明は、このような問題を解決するためになされもので、スルーホール部品のリードからの放熱を防ぎ、半田揚がりを良好にすることができるプリント配線基板と、これを備えたモータ制御装置を提供することを目的とするものである。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１のプリント配線基板の発明は、スルーホール部品のリードを、両面にパターン配線を形成した２層基板や、内層にパターン配線を形成した多層基板に形成された全層を貫通するスルーホールへ挿入して半田付けし、前記スルーホール部品を、部品面に形成された部品面広域パターンへ接続するプリント配線基板において、前記スルーホール部品を、前記部品面以外の層で、前記部品面広域パターンと接続していることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、前記スルーホール部品が、前記部品面広域パターン内に配置され、部品面以外の層のパターン配線を介して前記部品面広域パターンと接続していることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、前記スルーホール部品と前記部品面広域パターンとの接続は、バイアホールを部品面広域パターン内に設け、前記スルーホール部品と接続された部品面以外の層のパターン配線と、このパターン配線と接続された前記バイアホールを介して行なうことを特徴とするものである。
請求項４に記載のモータ制御装置の発明は、制御装置の筐体内にプリント配線基板を収納したモータ制御装置において、前記プリント配線基板を、請求項１から請求項３までのいずれかの項に記載のプリント配線基板で構成したことを特徴とするものである。

本発明によれば、次のような効果がある。
（１）請求項１、請求項２、及び請求項３に記載の発明によると、スルーホール部品の半田付け時に放熱の影響が大きい部品面広域パターン以外の層でパターン接続するため、放熱の影響が小さく半田揚がりを良好にすることができる。したがって、パターン設計及び熱容量の管理が容易なプリント配線基板を提供することができる。
（２）請求項４に記載の発明によると、スルーホール部品の半田付け時に半田揚がりを良好にし、パターン設計及び熱容量の管理が容易なプリント配線基板を備えたモータ制御装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施例における多層基板の構成を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正断面図である。
図１において、３は多層基板、３ａは前記多層基板３に形成された全層を貫通するスルーホール、３ｂはスルーホールランド、３ｃは前記多層基板３の部品面に設けられた前記部品面広域パターン３ｄと内層パターン３ｅとを接続するためのバイアホール、前記部品面広域パターン３ｄは、電源層もしくはグランド層を形成している。３ｆはサーマルランド、３ｇはソルダーレジストである。
図１に示すパターン配置においては、前記スルーホール３ａと前記部品面広域パターン３ｄが、部品面で直接接続されずに前記バイアホール３ｃを介して前記内層パターン３ｅで接続されている。そのため、部品面からの放熱の影響を直接受けることなく、スルーホール部品２のリード２ａからの放熱も最小限に抑えることができる。これにより、半田付け時における半田４の揚がりが良好になる。図２に、この際の半田揚がりの良好な状態を拡大して示す。
一方、上記バイアホール３ｃを設けない場合は、図７に示すように、スルーホール部品２のリード２ａが、部品面に構成された電源層もしくはグランド層と部品面で直接接続されてしまうため、前記リード２ａは、部品面広域パターン３ｄからの放熱の影響を直接受けて熱を奪い取られ、半田付け時の半田揚がりが悪くなる。そのため、スルーホール部品２のリード２ａが挿入されているスルーホール３ａのスルーホールランド３ｂの上面まで半田４が十分に揚がらない。
この際の半田揚がりの不良な状態を図８に拡大して示す。図８において、半田４の欠乏による隙間を符号Ｇで示している。
図２に示す例では、スルーホールランド３ｂの上部まで十分に半田４が揚がり、スルーホール３ａ内に、半田４の欠乏による隙間Ｇができず、リード２ａが確実に半田付けされる。
これに対して、図８に示す例では、部品面広域パターン３ｄからの熱の放散により、スルーホールランド３ｂの上部まで半田４が揚がらず、スルーホール３ａ内に、半田４の欠乏による隙間Ｇができ、リード２ａの半田付けが不十分で、基板実装後において前記リード２ａの半田剥離等による動作不安定要因を招来することとなり、モータの駆動が行えなくなることになる。
このように、スルーホールランド３ｂの上部まで半田４が揚がらない原因は、部品面広域パターン３ｄからの熱の放散である。この部品面広域パターン３ｄに接続されるスルーホール部品２のリード２ａが挿入されるスルーホール３ａに対して、電気的特性を満足させた状態で、部品面広域パターン３ｄへの熱放散を効率よく阻止するために、部品面以外の層へパターン接続を変更することで、効率の良い熱放散抑制による信頼性の高い部品実装が可能となる。

図３は、本発明の第２の実施例における多層基板を示す図で、（ａ）は正断面図、（ｂ）は（ａ）の下面図である。
図３において、多層基板３には、スルーホール部品２のリード２ａが挿入されるスルーホール３ａ、部品面広域パターン３ｄ、内層パターン３ｅ、半田面パターン３ｉ、ソルダーレジスト３ｇ等が形成される。さらに、前記部品面広域パターン３ｄには、広域パターンと半田層のパターンを接続するためのバイアホール３ｃが形成される。
図３に示すパターン配線においては、スルーホール部品２のリード２ａが挿入されるスルーホール３ａと、部品面で形成された電源層もしくはグランド層などを構成する部品面広域パターン３ｄが部品面で直接接続されずバイアホール３ｃを介して半田面パターン３ｉで接続されているため、部品面広域パターン３ｄとは直接接続されない。そのため、半田付け時、部品面広域パターン３ｄからの放熱の影響を受けないため、スルーホール部品２のリード２ａからの放熱を最小限に抑えることができ、半田揚がりが良好になる。それにより、スルーホール部品２のリード２ａが挿入されるスルーホール３ａのスルーホールランド３ｂの上面まで半田が十分に揚がる。
本発明が従来技術と異なる部分は、放熱量が１番大きい部品面広域パターン３ｄに実装される部品とのパターン接続を、部品面以外の層へバイアホール３ｃで経路変更し接続することや、他層に同電位のパターンが存在する場合、部品面パターンとは接続せずに、あえて部品面以外の層のパターンと接続することである。
このように、部品面広域パターン３ｄとスルーホール部品２を接続する場合、部品面で直接接続することを避け、内層や、半田面など部品面以外の層で、パターン接続することにより、スルーホール部品２のリード２ａからの放熱を最小限に抑えることができ、半田付け時半田揚がりを良好にすることができる。

本発明の第１の実施例における多層基板の構成を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正断面図である。 本発明を適用した場合の半田揚がりの状態を示す部分拡大断面図である。 本発明の第２の実地例における多層基板の構成を示す図で、（ａ）は正断面図、（ｂ）は（ａ）の下面図である。 第１の従来技術における多層基板の構成を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正断面図である。 第２の従来技術における多層基板の、サーマルランドと銅抜きパッドとを組み合わせた構成を示す正断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、図５におけるサーマルランドと銅抜きパッドの各種組み合わせ構成例を示す部分平面図である。 第３の従来技術における多層基板の構成を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正断面図である。 第３の従来技術における半田揚がりの状態を示す部分拡大断面図である。

符号の説明

１ プリント配線基板
１ａ スルーホール
１ｂ スルーホールランド
１ｃ バイアホール
１ｄ 部品面広域パターン
１ｅ サーマルランド
１ｆ 銅抜きパッド
１ｇ ソルダーレジスト
２ スルーホール部品
２ａ リード
３ 多層基板
３ａ スルーホール
３ｂ スルーホールランド
３ｃ バイアホール
３ｄ 部品面広域パターン
３ｅ 内層パターン
３ｆ サーマルランド
３ｇ ソルダーレジスト
３ｉ 半田面パターン
４ 半田

Claims (4)

1. スルーホール部品のリードを、両面にパターン配線を形成した２層基板や、内層にパターン配線を形成した多層基板に形成された全層を貫通するスルーホールへ挿入して半田付けし、前記スルーホール部品を、部品面に形成された部品面広域パターンへ接続するプリント配線基板において、
   前記スルーホール部品を、前記部品面以外の層で、前記部品面広域パターンと接続していることを特徴とするプリント配線基板。
2. 前記スルーホール部品が、前記部品面広域パターン内に配置され、部品面以外の層のパターン配線を介して前記部品面広域パターンと接続していることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線基板。
3. 前記スルーホール部品と前記部品面広域パターンとの接続は、バイアホールを部品面広域パターン内に設け、前記スルーホール部品と接続された部品面以外の層のパターン配線と、このパターン配線と接続された前記バイアホールを介して行なうことを特徴とする請求項２に記載のプリント配線基板。
4. 制御装置の筐体内にプリント配線基板を収納したモータ制御装置において、
   前記プリント配線基板を、請求項１から請求項３までのいずれかの項に記載のプリント配線基板で構成したことを特徴とするモータの制御装置。

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