JP2009224698A - 電子部品実装基板の配線基板構造と電子部品の実装構造 - Google Patents

Abstract

【課題】表面実装部品の再利用を目的とした従来の実装構造では、リフローハンダ後に電子部品の実装不良等で修正（リペア）作業を行なおうとした場合、従来の方法では作業性が悪く表面実装部品や配線基板を損傷する恐れがあり、その防止のために実装面裏側から加熱し修正を行なうと実装基板の商品性を損なう恐れがあった。
【解決手段】表面実装部品が表面実装される配線基板において、表面実装部品の電極に相対するランド部を表面実装部品の電極面積に対し小さい面積で一端を表面実装部品の電極の外側に開口するよう表面保護層で導電部材を覆い形成し、接合部材をランド部面積より小さく且つ表面実装部品の電極面積に対し小さい面積で表面実装部品の電極直下に配置・形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、配線基板の表面上の基板側電極に、接合部材を介して電子部品の電極を接合した配線基板の部品実装構造に関する。

従来、配線基板の表面上に表面実装部品（ＳＭＤ）である電子部品を実装する際には、配線基板側に電子部品の電極とほぼ同じか、それよりも大きい面積のランド部（基板側電極）を形成し、そのランド部の面積に応じたペースト状ハンダなどの接合部材をランド部に塗布することが行なわれている。

また、前記した従来の配線基板の部品実装構造では、電子部品の不良による当該電子部品の交換や、ハンダ付け不良等により実装した電子部品が所定位置からずれると言った製造不良があった場合、当該電子部品を配線基板から取り外し、その後再実装し表面実装部品の位置を修正する作業（リペア作業）が一般的に行なわれている。配線基板から表面実装部品を取り外す際は、ハンダゴテなどで直接ハンダ接続部を加熱したり、あるいは表面実装部品の周辺を直接ホットエアなどで加熱したりする方法がある。

さらに、近年では省資源化・省エネルギー化の観点により、環境型社会を構築するためのキーワードである３Ｒ、すなわちリデュース（廃棄物の発生抑制）・リユース（再利用）・リサイクル（再資源化）を考慮した製品が要求されてきている。特許文献１では、表面実装した電子部品の再利用を実現するための電子部品の実装構造が提案されている。
特開２００７−２５８５４７号公報

上記リペア作業は、ハンダごてやホットエアを用いて行なえるのが一般的であり好ましい。

しかし、上記特許文献１で提案された基板実装構造では、接合部材は基板側電極と電子部品を接合するために、電子部品の電極下面で基板側電極との接合を実施しており、接合部材であるハンダは基板側電極と電子部品の電極下面との間で凝固している。このため、部品不良による電子部品の交換や、表面実装部品の位置ずれといった製造不良の修正のために表面実装部品を外す場合、ハンダごてやホットエアで直接ハンダを加熱するのが難しい。

また、このような実装構造で従来と同様な工法で基板側電極と電子部品の電極下面との間にあるハンダを溶融しようとする場合、ハンダごてやホットエアなどを表面実装部品の電極へ直接接触させて当該電極を加熱することで溶融しなければならず、過度の熱エネルギーが表面実装部品や配線基板に印加されるといった恐れがある。

前記提案構造で前述の不都合を回避するには、当該表面実装部品が実装された面の裏側から加熱することが考えられるが、その場合、加熱した熱で配線基板が変色し実装基板として商品性を損なうといった恐れがある。

そこで、本発明は、従来の工法で電子部品実装基板の表面実装部品を容易に修正（リペア）でき、且つ表面実装部品のリユースという３Ｒを考慮した配線基板並びに実装構造を提供することを目的としている。

本発明は、配線基板上に設けた導電部を覆うようにして保護層を設け、この保護層の一部を開口させ該開口から前記導電部を露出させて基板側電極を形成し、この基板側電極に接合部材を設けて該接合部材に電子部品の電極を接合することで前記電子部品を前記配線基板に実装する配線基板の部品実装構造において、該基板側電極の面積を電子部品の電極の平面視での面積より小さく設定し、且つ該基板側電極の一端を電子部品の電極の外側に開口するように設けたことを第１の特徴としている。

また、本発明は、前記配線基板の部品実装構造において、接合部材の塗布面積を上記基板側電極の面積に対し小さく、且つ電子部品の電極の平面視での面積に対しても小さく設定し、当該電子部品の電極直下の基板側電極上に塗布し溶融・凝固することで電子部品を表面実装する実装構造を特徴とすることを第２の特徴としている。

本発明の第１の特徴によれば、配線基板の基板側電極の一端が電子部品の電極の外側に開口するように設けたため、電子部品を表面実装した後は凝固した接合部材が電子部品の電極の外側に露出するため、リペア作業の際にホットエアやハンダゴテを用いるような従来と同じ修正方法を採ることが出来る。

また、本発明の第２の特徴によれば、接合部材の量となる塗布面積を、基板側電極の面積に対し小さく、且つ前記電子部品電極の平面視での面積に対しても小さく設定したため、使用する接合部材の量を少なくすることができるので、電子部品を取り外した際に電子部品の電極に残る接合部材の量が少なくなり、配線基板から電子部品を取り外した後も、電子部品の電極に接合部材が残りにくく、電子部品の再利用が容易となる。

以下、本発明を具現化した実施形態について図面を参照して説明する。図１は表面実装部品と配線基板との分離状態を示す斜視図、図２は表面実装部品を配線基板に搭載した状態を示す平面図、図３は接合部材を熱融着する前の状態を示す断面図、図４は接合部材を熱融着した後の状態を示す断面図である。なお、図３および図４は、図２の図２中Ａ−Ａ線に沿う部分の断面を示している。

図１ないし図４に示すように、本実施形態の基板実装構造に用いる配線基板１は、ガラスエポキシ材などから構成される基材１ａ上に、導電部としての導電部材１ｂを備えている。この導電部材１ｂは、エッチングなどで所定の回路パターンとなるように処理された銅箔などからなっている。また、該導電部材１ｂの保護やパターン間の絶縁を目的として保護層（レジスト）１ｃを、導電部材１ｂを覆うように施している。

表面保護層１ｃには長円形などの開口部１ｄが設けてあって、この開口部１ｄにより露出する部位の導電部材１ｂが、基板側電極としてのランド部１ｅとなる。また、ランド部１ｅはその一端が電子部品２の電極２ａの外側（図３〜図４中の領域Ｅ側）に開口するように配置される。ここで、ハンダ３は、ランド部１ｅ上の開口部１ｄ内で電極２ａの直下の位置に、ランド部１ｅの面積より小さく、かつ電極２ａの平面視での面積より小さくなるよう、所定の開口部を持った印刷版（メタルマスク等）を用いて配置（印刷）、形成され、このハンダ３を溶融・凝固することにより電子部品２の電極２ａがランド部１ｅに接合され、これにより電子部品２が配線基板１上に実装されたことになる。

電子部品２は、両側部にそれぞれ一つの電極２ａを有し、各電極２ａに対してそれぞれ一つの導電部材１ｂが設けられている。各導電部材１ｂは、図示しない所定の接続先に接続されるリード部１ｂ’を有している。このリード部１ｂ’は、電子部品２から離隔する方向へ伸びている（図面では、リード部１ｂ’は途中で図示が省略されている）。

各導電部材１ｂでは、それぞれ二つのランド部１ｅが電子部品２の電極２ａに対応した位置に配置されている。そして、各導電部材１ｂには、前記電子部品２の下側で各電極２ａの間に配置されるように伝熱部４が各々設けられている。

伝熱部４は、基材１ａの板厚方向に貫通する貫通孔４ａを設け、この貫通孔４ａの内面に設定した円筒部４ｂを備え、メッキなどの処理により導電性と熱伝導性を持たせるように形成する。伝熱部４においては、円筒部４ｂの電子部品２側の一端部４ｃが、ランド部１ｅの近傍位置にて導電部材１ｂに連続して設けられ、円筒部４ｂの他端部４ｄが、配線基板１において導電部材１ｂが設けられた実装面とは反対側の面（反対面）に露出する。円筒部４ｂの他端部４ｄは、貫通孔４ａから基材１ａの表面に沿って外側に屈曲して環状のフランジ形状を呈し、その表面（図３〜図４中で下面）は、配線基板１の表面（図３〜図４中において下面で表面保護層１ｃの表面に相当）と同一面となっている。

このような配線基板１の部品実装構造では、配線基板１へ電子部品２を実装する際には、まず、配線基板１上のランド部１ｅにリフローソルダリング用のペースト状ハンダが印刷される。（図．３ ３ａの状態）そして、その上に電子部品２が配置され、リフローソルダリングによってランド部１ｅと電子部品２の各電極２ａとがハンダ付けされる。このとき、溶融したハンダは電子部品２の電極２ａとランド部１ｅの領域Ｅ側に開口した部分との間に露出するように濡れ広がった後凝固する（図４中の３ｂ）。このようにしてランド部１ｅに設けたハンダ３によって、電子部品２の電極２ａが、基材１ａ上のランド部１ｅを包含する導電部材１ｂに対し、電気的に導通接続されると同時に、機械的に固定接続される。

そして、電子部品２の不良による交換や、ハンダ付け不良等により実装した電子部品２が所定位置からずれると言った製造不良を修正（リペア）する場合には、ハンダ３ｂ部をハンダごてやホットエアを用いて加熱することで該ハンダ３ｂを溶融させ、これにより電子部品２の電極２ａがランド部１ｅから離反可能となり、電子部品２を配線基板１から取り外すことができる。

さらに、電子部品２を、再利用のため配線基板１から取り外す際には、図示しないヒータなどの熱源を、配線基板１の電子部品２を実装している面（実装面）とは反対側の面（反対面）に露出する伝熱部４の他端部４ｄに接触させ、伝熱部４の他端部４ｄを加熱する。ここで、伝熱部４の他端部４ｄに伝達された熱は、円筒部４ｂを経て一端部４ｃに達し、さらに導電部材１ｂからランド部１ｅ上のハンダ３に達して該ハンダ３を溶融させ、これにより電子部品２の電極２ａがランド部１ｅから離反可能となり、電子部品２を配線基板１から取り外すことができる。

以上説明した本実施形態にかかる配線基板１の部品実装構造によれば、ランド部１ｅの一端を、電子部品２の電極２ａの外側に開口するように設けているため、凝固したハンダ３ｂは電子部品２の電極２ａの外側に露出することとなり、ハンダ３ｂを直接加熱・溶融できる。したがって、部品不良による電子部品２の交換や表面実装後の製造不良（位置ずれ等）の修正といった、リペア作業のために電子部品２を外す場合、ハンダごてやホットエアといった一般的に広く適用されている工法を用いることができるため、電子部品２のリペア作業が極めて容易となる。また、このように、リペア作業の際に凝固したハンダ３ｂをハンダごてやホットエアなどで直接的に加熱できるので、ハンダ３ｂをより確実に加熱でき、電子部品２を短時間で取り外すことができる。その結果、配線基板１や電子部品２に対して過度な熱エネルギーが印加されることを抑制できるため、リペア作業の際に配線基板１や電子部品２の損傷を防ぐことができる。

また、本実施形態によれば、ハンダ３の平面視での面積を電子部品２の電極２ａの平面視での面積より十分小さく設定しているので、使用するハンダ３の量をより少なくすることができる。このように、比較的少量のハンダ３で電子部品２を配線基板１上に実装できるので、再利用のために配線基板１から電子部品２を取り外した後も、電子部品２の電極２ａにハンダ３が残り（付着し）にくく、したがって電子部品２の再利用が容易となる。

また、本実施形態によれば、電子部品２の再利用の際は、伝熱部４の他端部４ｄを加熱することで、電子部品２の実装面と反対側から円筒部４ｂを経て一端部４ｃを加熱しハンダ３ａを溶融できるため、電子部品２に過度の熱を印加することなく短時間で取り外すことができ、電子部品２の損傷防止と再利用の両立が可能となる。

したがって、リペア作業の際に一般的な工法を採用できるとともに、使用する接合部材の量を少量化できるので、リペア作業の簡易化と電子部品の再利用が両立可能となる。

電子部品（特に表面実装部品）をハンダ付けする配線基板に関して利用される。

本発明の実施形態を示し、電子部品が実装される前のプリント基板の斜視図である。 本発明の実施形態を示し、電子部品が搭載された状態のプリント基板の上面透過図である。（接合部材の溶融前） 本発明の実施形態を示し、図２の線Ａ−Ａにおけるプリント基板の断面図である。 本発明の実施形態を示し、図３における接合部材が溶融した後の図である。

符号の説明

１ プリント基板
１ａ 基材
１ｂ 導電部材
１ｂ’ リード部
１ｃ 表面保護層
１ｄ 開口部
１ｅ ランド部
２ 電子部品
２ａ 電子部品の電極
３ 接合部材
３ａ 図３中の接合部材（溶融前）
３ｂ 図４中の接合部材（溶融後）
４ 伝熱部
４ａ 貫通孔
４ｂ 円筒部
４ｃ 伝熱部の一端部
４ｄ 伝熱部の他端部

Claims (2)

1. 配線基板上に設けた導電部を覆うようにして保護層を設け、この保護層の一部を開口させ該開口から前記導電部を露出させて基板側電極を形成する配線基板において、前記基板側電極の面積は前記配線基板に実装される電子部品の電極の平面視での面積より小さく設定され、その一端が前記電子部品電極の外側に開口するように設けたことを特徴とする、電子部品実装基板の配線基板構造。
2. 前記基板側電極上に塗布される接合部材において、前記接合部材の面積が前記基板側電極の面積に対し小さく、且つ前記電子部品電極の平面視での面積に対しても小さく設定され、前記接合部材の塗布位置を前記電子部品電極直下の前記基板側電極上に配置したことを特徴とする、請求項１の配線基板を用いた電子部品の実装構造。

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