JP2008270426A - 電気部品モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁基板の穴の開口端と半田ランドとを近接させても半田付け不良や搭載部品の浮きを誘発する虞がない電気部品モジュールを提供すること。
【解決手段】絶縁基板２の一方の主面２ａに半田ランド４と半田非付着部５が貫通穴３の開口端３ａに近接して設けられており、貫通穴３に取付脚片８ａを挿入した金属カバー８が主面２ａに搭載されて半田ランド４と半田接合される。半田非付着部５は半田ランド４の内周縁を分断する位置に露出しており、これら半田ランド４と半田非付着部５が開口端３ａを包囲している。また、絶縁基板２の他方の主面２ｂに半田ランド６が貫通穴３の開口端３ｂに近接して設けられており、メタルプレート１０が主面２ｂに搭載されて半田ランド６と半田接合される。貫通穴３の開口端３ｂは塞がれているが、開口端３ａのうち半田非付着部５と隣接する領域は半田層の形成されない露出領域となっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、絶縁基板上に搭載される部品を半田接合するための半田ランドが貫通穴等の穴に近接して設けられている電気部品モジュールに関する。

面実装タイプの部品が搭載される絶縁基板の主面には、この部品の端子部等を半田接合するための半田ランドが設けられており、当該部品の実装時には、半田ランド上に半田ペーストを印刷等によって塗布した後、この半田ランド上に当該部品を載置してリフロー炉等で加熱することにより、半田ペーストが溶融・固化して当該部品が半田ランドに半田接合されるようになっている。また、この種の絶縁基板には、搭載される部品を位置決めするための穴や、表裏の主面にパターニングされている配線導体どうしを電気的に接続するための穴（導体層を有するスルーホール）が設けられることが多い（例えば、特許文献１参照）。そして最近は、各部品を高密度に実装するために、絶縁基板の主面に設けられる半田ランドと該主面に臨出する穴とを近接させた設計の電気部品モジュールが増えている。例えば、絶縁基板のスルーホール等の穴を半田ランドの中央部に臨出させるというランド構造を採用すると、高密度実装が容易となるため電気部品モジュールの小型化が促進しやすくなる。
特開平６−３４９５６１号公報（第２−３頁、図１）

ところで、モジュール全体の小型化を実現するために絶縁基板の穴の開口端と半田ランドとを近接させた場合、この半田ランド上の半田ペーストを溶融・固化して形成される半田層や搭載部品の端子部等が穴の開口端と重なり合ってしまうため、リフロー炉内において開口端の露出部分が半田層で覆われて穴が完全に密閉されてしまうことがある。しかしながら、絶縁基板の穴が密閉状態のまま加熱されると、穴の内部の空気が熱膨張して半田層を外方へ強く押し込むため、半田層に亀裂や剥離が生じやすくなり、その結果、半田付け不良や搭載部品の浮き（傾き）が発生しやすくなって信頼性が著しく損なわれてしまう。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、絶縁基板の穴の開口端と半田ランドとを近接させても半田付け不良や搭載部品の浮きを誘発する虞がない電気部品モジュールを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の電気部品モジュールでは、絶縁基板の少なくとも一方の主面に臨出する穴の開口端の周囲に、前記主面に搭載される部品を半田接合するための半田ランドと、前記半田ランドの内周縁を分断する位置に露出する半田非付着部とが設けられており、これら半田ランドおよび半田非付着部が前記開口端を包囲するように構成した。

このように絶縁基板の主面に半田ランドと半田非付着部を連続して設け、これら半田ランドおよび半田非付着部によって絶縁基板の穴の開口端が包囲されるというランド構造にしてあると、穴の開口端と半田ランドとが近接させてあっても、溶融した半田ペーストは半田非付着部には付着しないので、溶融後に固化した半田層が穴の開口端の全周に形成されることはない。すなわち、絶縁基板の穴の開口端の一部を覆って半田層が形成されることはあっても、開口端のうち半田非付着部と隣接する領域は半田層で覆われることがないので、穴が密閉されてしまう虞はなくなる。したがって、加熱工程で穴の内部の空気が熱膨張しても、半田層に亀裂や剥離を生じさせるような内圧は発生せず、それゆえ半田付け不良や搭載部品の浮きが誘発される虞がなくなって信頼性が高まる。

上記の構成において、半田非付着部が、絶縁基板の主面で前記開口端を包囲するランドパターンの一部に塗着された半田レジスト膜によって形成され、該ランドパターンの他部を半田ランドとなせば、絶縁基板の主面の所定領域に半田レジスト膜を塗着する際に半田非付着部が一括して形成できるため、工程数増加等のコストアップを伴わずに半田非付着部が形成できる。

また、上記の構成において、絶縁基板の主面で前記開口端の周囲に、周方向の一端と他端の間に切欠きを有するランドパターンを設けて半田ランドとなし、かつ該切欠きを半田非付着部となせば、半田ランドと半田非付着部を一括して形成できるため、工程数増加等のコストアップが回避できる。

なお、上記の構成において、絶縁基板の穴は貫通穴であっても有底穴であってもよい。例えば、絶縁基板の穴が該絶縁基板を板厚方向に貫通して両端に開口端を有する貫通穴であって、絶縁基板の一方の主面では貫通穴の一方の開口端が半田ランドおよび半田非付着部によって包囲されており、かつ絶縁基板の他方の主面には該主面に搭載される部品を半田接合するための第２の半田ランドが設けられ、この第２の半田ランドによって貫通穴の他方の開口端が包囲されている場合には、第２の半田ランド上に塗布した半田ペーストを溶融・固化して形成される半田層等によって貫通穴の前記他方の開口端が塞がれたとしても、貫通穴の前記一方の開口端が完全に覆われることはないので、貫通穴が密閉状態のまま加熱される虞がなくなる。また、絶縁基板の穴が該絶縁基板の一方の主面だけに臨出する有底穴である場合には、有底穴の開口端が半田ランドおよび半田非付着部によって包囲されるようにしておくことで、有底穴が密閉状態のまま加熱される虞がなくなる。

また、上記の構成において、半田非付着部の存する主面に搭載される部品が取付脚片を有する金属カバーであり、該主面の半田ランド上に半田ペーストを塗布して穴に取付脚片を挿入した後、半田ペーストを加熱・溶融させることによって金属カバーが半田ランドに半田接合されるようにしてある場合には、絶縁基板の穴が金属カバーの位置決め穴として機能し、該金属カバーは取付脚片の近傍が半田ランドに半田接合される箇所となる。この場合において、前記穴の内壁面に導体層が設けられていないことが好ましく、これにより溶融状態の半田ペーストが穴内へ流れ込みにくくなるため、半田量の不足に起因する金属カバーの取付強度不足が回避しやすくなる。さらに、この場合において、前記穴が絶縁基板を板厚方向に貫通して両端に開口端を有する貫通穴であって、絶縁基板のうち金属カバーが搭載される面と反対側の主面には、該主面に搭載されるメタルプレートを半田接合するための第２の半田ランドが設けられており、かつ該主面に臨出する貫通穴の開口端が第２の半田ランドによって包囲されている場合には、第２の半田ランド上に塗布した半田ペーストを溶融・固化して形成される半田層やメタルプレートによって貫通穴の開口端が塞がれても支障をきたさないため、第２の半田ランド上に塗布した半田ペーストの溶融時のセルフアライメント効果によってメタルプレートを高精度に位置決めすることが可能となる。

本発明の電気部品モジュールは、絶縁基板の主面に半田ランドと半田非付着部を連続して設け、これら半田ランドおよび半田非付着部によって絶縁基板の穴の開口端が包囲されるようにしてあるため、穴の開口端と半田ランドとが近接させてあっても、溶融後に固化した半田層が穴の開口端の全周に形成されることはない。すなわち、絶縁基板の穴の開口端のうち、半田非付着部と隣接する領域は半田層で覆われることがないので、穴が密閉されてしまう虞がなくなる。したがって、加熱工程で穴の内部の空気が熱膨張しても、半田層に亀裂や剥離を生じさせるような内圧は発生せず、それゆえ半田付け不良や搭載部品の浮きが誘発される虞がなくなって信頼性が高まる。

発明の実施の形態を図面を参照して説明すると、図１は本発明の第１実施形態例に係る電気部品モジュールを一部破断して示す側面図、図２は該モジュールの要部を半田を図示省略して示す平面図、図３は図２のIII−III線に沿う断面図、図４は該モジュールに備えられる絶縁基板の要部平面図である。

これらの図に示す電気部品モジュール１は、絶縁基板２の一方の主面（上面）２ａに実装されている電子回路部７を箱形の金属カバー８で覆い、かつ、絶縁基板２の他方の主面（下面）２ｂに半田ボール９群と円環状のメタルプレート１０を配設した構成となっている。金属カバー８は絶縁基板２の主面２ａに搭載されて電子回路部７を電磁的にシールドするシールドカバーであって、その複数箇所には下方へ延びる取付脚片８ａが突設されている。絶縁基板２には各取付脚片８ａを挿入するための位置決め用の貫通穴３が設けられており、各貫通穴３の主面２ａ側の開口端３ａの周囲には、金属カバー８を半田接合するための半田ランド４と、半田ランド４の内周縁を分断する位置に露出する半田非付着部５とが設けられている。また、各貫通穴３の主面２ｂ側の開口端３ｂの周囲には、メタルプレート１０を半田接合するための半田ランド６が設けられている。

図４に示すように、前記半田非付着部５は、開口端３ａを包囲する外周縁が方形状のランドパターンの一部に塗着された半田レジスト膜によって形成されており、該ランドパターンの他部が半田ランド４となっている。つまり、貫通穴３の開口端３ａは半田ランド４と半田非付着部５とによって包囲されており、これら半田ランド４と半田非付着部５の内周縁が開口端３ａの外周縁と略合致している。また、絶縁基板２の主面２ｂに設けられている半田ランド６は、開口端３ｂを包囲する外周縁が方形状のランドパターンである。なお、絶縁基板２の貫通穴３の内壁面に導体層は設けられていない。

絶縁基板２の主面２ｂに分散して多数配設されている半田ボール９群は、電子回路部７の端子群を図示せぬマザーボードと電気的かつ機械的に接続するためのものである。また、メタルプレート１０は、この電気部品モジュール１をマザーボード上へ搭載したときに半田ボール９群が適正な厚みに保たれるように、該マザーボードと絶縁基板２との間隔を規定するためのものである。

金属カバー８を絶縁基板２に取り付ける際には、各半田ランド４上に半田ペーストを印刷等で塗布した後、金属カバー８の各取付脚片８ａを対応する貫通穴３に挿入することによって、金属カバー８を主面２ａに位置決め状態で搭載し、この状態でリフロー炉へ搬送して加熱する。これにより、半田ペーストを溶融・固化して形成される半田層１１が金属カバー８の取付脚片８ａ近傍に付着するため、金属カバー８が各半田ランド４に半田接合される。ただし、溶融した半田ペーストは半田非付着部５には付着しないので、半田層１１が貫通穴３の開口端３ａの全周に形成されることはなく、図３に示すように、開口端３ａのうち半田非付着部５と隣接する領域は半田層に覆われない露出領域となり、この露出領域を介して貫通穴３は外部空間と連通された状態になる。

また、メタルプレート１０を絶縁基板２に取り付ける際には、各半田ランド６上に半田ペーストを印刷等で塗布した後、各半田ランド６と重なり合うようにメタルプレート１０を主面２ｂに搭載し、この状態でリフロー炉へ搬送して加熱する。これにより、半田ペーストを溶融・固化して形成される半田層１２が半田ランド６上でメタルプレート１０に付着するため、メタルプレート１０が各半田ランド６に半田接合される。なお、貫通穴３の主面２ｂ側の開口端３ｂの周囲には半田非付着部は設けられておらず、図３に示すように、開口端３ｂはメタルプレート１０や半田層１２によって塞がれている。また、各半田ランド６上で溶融する半田ペーストのセルフアライメント効果によって、円環状のメタルプレート１０が高精度に位置決めできるようになっている。

このように本実施形態例に係る電気部品モジュール１では、絶縁基板２の主面２ａに半田ランド４と半田非付着部５を連続して設け、これら半田ランド４と半田非付着部５が貫通穴３の開口端３ａを包囲するというランド構造を採用している。そのため、開口端３ａと半田ランド４とを近接させてあっても、溶融後に固化した半田層１１が開口端３ａの全周に形成されることはなく、開口端３ａのうち半田非付着部５と隣接する領域には半田層１１が形成されない。すなわち、半田非付着部５を開口端３ａに隣接して設けることによって、この開口端３ａの一部に貫通穴３の内部空間を外部空間と連通させる露出領域が確保されるため、リフロー炉内で貫通穴３が密閉状態となることはない。したがって、加熱工程で貫通穴３の内部の空気が熱膨張しても半田層１１に亀裂や剥離を生じさせるような内圧は発生せず、それゆえ半田付け不良や搭載部品（金属カバー８やメタルプレート１０）の浮きが誘発される虞がなくなって、信頼性が高まっている。

また、本実施形態例では、半田非付着部５が半田ランド４用のランドパターンの一部に塗着された半田レジスト膜からなるため、絶縁基板２の主面２ａの所定領域に半田レジスト膜を印刷する際に半田非付着部５を一括して形成することができる。つまり、工程数増加等のコストアップを伴わずに半田非付着部５を形成できるようになっている。

なお、本実施形態例のように貫通穴３の内壁面に導体層が設けられていなければ、溶融状態の半田ペーストが貫通穴３内へ流れ込みにくくなるため、半田量の不足に起因する金属カバー８の取付強度不足が回避しやすくなる。

図５は本発明の第２実施形態例に係る絶縁基板の要部平面図であって、図４と対応する部分には同一符号が付してあるため重複する説明は省略する。

図５に示す第２実施形態例は、半田非付着部５が半田ランド４の切欠きによって形成されており、この点が前述した第１実施形態例と異なっている。すなわち、絶縁基板２の主面２ａで貫通穴３の開口端３ａの周囲に、周方向の一端と他端の間に切欠きを有するランドパターンを設けて半田ランド４となし、かつ、絶縁基板２の露出部分である該切欠きを半田非付着部５となしており、これら半田ランド４と半田非付着部５が開口端３ａを包囲するというランド構造にしてある。そのため、この第２実施形態例では、半田ランド４と半田非付着部５を一括して形成することができ、工程数増加等のコストアップが回避されている。

図６は本発明の第３実施形態例に係る電気部品モジュールの要部断面図であって、図３と対応する部分には同一符号が付してあるため重複する説明は省略する。

図６に示す第３実施形態例は、絶縁基板２に主面２ａだけに臨出する有底穴１３が設けられており、この有底穴１３の開口端１３ａの周囲に半田ランド４と半田非付着部５を設けた点が前述した第１実施形態例と異なっている。ここで、有底穴１３は金属カバー８の取付脚片８ａを挿入して位置決めするためのものであり、有底穴１３の内壁面に導体層は設けられていない。すなわち、図６において、絶縁基板２の主面２ａには有底穴１３の開口端１３ａの周囲に、金属カバー８を半田接合するための半田ランド４と、半田レジスト膜からなり半田ランド４の内周縁を分断する位置に露出する半田非付着部５とが設けられており、これら半田ランド４と半田非付着部５によって開口端１３ａが包囲されている。したがって、前述した第１実施形態例と同様に、開口端１３ａのうち半田非付着部５と隣接する領域を半田層の形成されない露出領域となすことができ、リフロー炉内で有底穴１３が密閉状態とならないように配慮されている。なお、この第３実施形態例においても、前記第２実施形態例と同様に、半田ランド４の切欠きを半田非付着部５となしてもよい。

また、上記各実施形態例では、金属カバーやメタルプレートを絶縁基板に半田接合する場合のランド構造について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、絶縁基板の表裏の主面に面実装される部品どうしをスルーホール導体を介して電気的に接続する場合にも適用可能である。すなわち、面実装される部品用の半田ランドと、内壁面に導体層（スルーホール導体）を有する貫通穴とが近接している場合、貫通穴が密閉される可能性が高まるため、絶縁基板の少なくとも一方の主面に貫通穴の開口端と隣接する半田非付着部を設けることによって、貫通穴が密閉状態とならないように設定できる。

本発明の第１実施形態例に係る電気部品モジュールを一部破断して示す側面図である。 該モジュールの要部を半田を図示省略して示す平面図である。 図２のIII−III線に沿う断面図である。 該モジュールに備えられる絶縁基板の要部平面図である。 本発明の第２実施形態例に係る絶縁基板の要部平面図である。 本発明の第３実施形態例に係る電気部品モジュールの要部断面図である。

符号の説明

１ 電気部品モジュール
２ 絶縁基板
２ａ，２ｂ 主面
３ 貫通穴
３ａ，３ｂ 開口端
４ 半田ランド
５ 半田非付着部
６ 半田ランド（第２の半田ランド）
８ 金属カバー
８ａ 取付脚片
１０ メタルプレート
１１，１２ 半田層
１３ 有底穴
１３ａ 開口端

Claims (8)

1. 絶縁基板の少なくとも一方の主面に臨出する穴の開口端の周囲に、前記主面に搭載される部品を半田接合するための半田ランドと、前記半田ランドの内周縁を分断する位置に露出する半田非付着部とが設けられており、これら半田ランドおよび半田非付着部が前記開口端を包囲していることを特徴とする電気部品モジュール。
2. 請求項１の記載において、前記半田非付着部が、前記主面で前記開口端を包囲するランドパターンの一部に塗着された半田レジスト膜によって形成され、該ランドパターンの他部を前記半田ランドとなしたことを特徴とする電気部品モジュール。
3. 請求項１の記載において、前記主面で前記開口端の周囲に、周方向の一端と他端の間に切欠きを有するランドパターンを設けて前記半田ランドとなし、かつ該切欠きを前記半田非付着部となしたことを特徴とする電気部品モジュール。
4. 請求項１〜３のいずれか１項の記載において、前記穴が前記絶縁基板を板厚方向に貫通して両端に開口端を有する貫通穴であって、前記絶縁基板の一方の主面では前記貫通穴の一方の開口端が前記半田ランドおよび前記半田非付着部によって包囲されており、かつ前記絶縁基板の他方の主面には該主面に搭載される部品を半田接合するための第２の半田ランドが設けられ、該第２の半田ランドによって前記貫通穴の他方の開口端が包囲されていることを特徴とする電気部品モジュール。
5. 請求項１〜３のいずれか１項の記載において、前記穴が前記絶縁基板の一方の主面だけに臨出する有底穴であることを特徴とする電気部品モジュール。
6. 請求項１〜５のいずれか１項の記載において、前記半田非付着部の存する前記主面に搭載される部品が取付脚片を有する金属カバーであり、前記半田ランド上に半田ペーストを塗布して前記穴に前記取付脚片を挿入した後、前記半田ペーストを溶融させることによって前記金属カバーが前記半田ランドに半田接合されるようにしたことを特徴とする電気部品モジュール。
7. 請求項６の記載において、前記穴の内壁面に導体層が設けられていないことを特徴とする電気部品モジュール。
8. 請求項７の記載において、前記穴が前記絶縁基板を板厚方向に貫通して両端に開口端を有する貫通穴であって、前記絶縁基板のうち前記金属カバーが搭載される面と反対側の主面には、該主面に搭載されるメタルプレートを半田接合するための第２の半田ランドが設けられており、かつ該主面に臨出する前記貫通穴の開口端が前記第２の半田ランドによって包囲されていることを特徴とする電気部品モジュール。

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