JP2011135111A - プリント配線板のフレームグランド形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フレームグランド部を薄形化したプリント配線板を提供する。
【解決手段】本発明は、固定部材が貫通する取付孔の周囲に形成されて金属フレームが電気的に接続される導体パターンと、前記導体パターンに形成された複数のスルーホールと、を含むフレームグランド部を有するプリント配線板のフレームグランド形成方法であって、前記プリント配線板の部品実装領域にクリームはんだを印刷するとともに、前記クリームはんだを前記導体パターンに供給し、前記部品実装領域に印刷された前記クリームはんだを溶融させて前記部品実装領域に表面実装部品をはんだ接合する際に、前記導体パターンに供給された前記クリームはんだを溶融させて余剰となった前記クリームはんだを前記スルーホールに導入する。この後、前記導体パターンの上の前記クリームはんだを固化させることで、前記導体パターンの上にはんだ被膜を形成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、プリント配線板にフレームグランド部を形成する方法に関する。

筐体内に電子回路を組み込んだポータブルコンピュータ、携帯端末等の小型電子機器においては、電子回路のグランドを金属フレームに接続するフレームグランド（FG ; Frame Ground）技術が必須の構成要素である。電子回路のグランドは、動作電圧の基準を決めるとともに動作電流の帰路として機能する。フレームグランドが貧弱であると、電子回路の基準電圧を不安定にさせ、不要輻射をもたらすばかりか、外来ノイズや静電気放電による誤動作をもたらす要因となる。特に、固定用孔の周囲に銅箔パッドを形成したフレームグランド部においては、銅箔の酸化によるグランド部の接続不良を回避するためのフレームグランド技術が必要とされる。通常のＳＭＴ工程における熱処理では、フレームグランド部の銅箔パッドが変色する程の酸化を生じないが、ベーキングなど高温下の熱処理工程においてはフレームグランド部の銅箔パッドが酸化し、この酸化によりフレームグランド部の導通不良を招く虞がある。この導通不良を防止する技術として、パッド面に金めっきを施す手段が存在するが、金めっきを施す手段はめっき加工が高価であり、製品コストの上昇を招くという問題がある。また、上記酸化による導通不良を防止する他の技術として、フレームグランド部の固定孔の周囲に形成された銅箔ランドに、山型状のはんだ領域を複数形成し、固定孔に挿通するねじのねじ頭を山型状のはんだ領域に当接させることで、フレームグランド部のグランド接続を良好な状態に維持する技術が存在する。

特開２００１−２５１０２９号公報

しかしながら、銅箔パッドにはんだを山型に盛る従来のフレームグランド技術においては、フレームグランド部の厚形化を招き、特に軽薄短小が要求される機器において、より小型化を図る上で問題があった。

本発明の目的は、フレームグランド部の薄形化を図れるプリント配線板のフレームグランド形成方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係るプリント配線板のフレームグランド形成方法は、固定部材が貫通する取付孔の周囲に形成されて金属フレームが電気的に接続される導体パターンと、前記導体パターンに形成された複数のスルーホールと、を含むフレームグランド部を有するプリント配線板を前提としており、
前記プリント配線板の部品実装領域にクリームはんだを印刷するとともに、前記クリームはんだを前記導体パターンに供給し、
前記部品実装領域に印刷された前記クリームはんだを溶融させて前記部品実装領域に表面実装部品をはんだ接合する際に、前記導体パターンに供給された前記クリームはんだを溶融させて余剰となった前記クリームはんだを前記スルーホールに導入し、
前記導体パターンの上の前記クリームはんだを固化させることで、前記導体パターンの上にはんだ被膜を形成するようにしたことを特徴としている。

本発明によれば、フレームグランド部を薄形化したプリント配線板を提供できる。

本発明の第１実施形態に係るプリント配線板の要部の構成を示す平面図。 上記第１実施形態に係るプリント配線板の一部を拡大して示す平面図。 上記第１実施形態に係るプリント配線板の一部を拡大して示す側断面図。 上記第１実施形態に係るプリント配線板の要部の製造工程を示す図。 上記第１実施形態に係るプリント配線板の要部の製造工程を示す図。 上記第１実施形態に係るプリント配線板の要部の製造工程を示す図。 上記第１実施形態に係るプリント配線板の要部の変形例を示す平面図。 上記第１実施形態に係るプリント配線板の要部の変形例を示す側断面図。 上記第１実施形態に係るプリント配線板の要部の変形例を示す平面図。 上記第１実施形態に係るプリント配線板の要部の変形例を示す平面図。 本発明の第２実施形態に係る電子機器の構成を示す平面図。 上記第２実施形態に係るプリント回路板の要部の構成を示す平面図。

以下、片面部品実装構造の多層プリント配線板を例にとり、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

本発明の第１実施形態に係るプリント配線板の要部の構成を図１乃至図３に示す。本発明の第１実施形態に係るプリント配線板１０の平面構成を図１に示し、同プリント配線板１０におけるＡ部を拡大したフレームグランド部１１の平面構成を図２に示し、同フレームグランド部１１の側断面構成を図３に示している。図１に示す破線内の領域は、後述するＳＭＴ工程において表面実装部品が実装される部品実装領域である。

図１乃至図３に示す本発明の第１実施形態に係るプリント配線板１０は、同プリント配線板１０により構成される電子回路のグランドを、同プリント配線板１０を固定した状態で支持する筐体内の金属フレーム５に導電接続する、フレームグランド部１１を有して構成される。図１に示す第１実施形態では、矩形のプリント配線板１０の各コーナー部（四隅）に、フレームグランド部１１を配置したレイアウト構成としている。

このフレームグランド部１１は、固定用の取付孔１２と、取付孔１２の周囲両面（両表層面）に形成された導体パターン１３ａ，１３ｂと、取付孔１２の周囲に設けられた複数のスルーホール１４とを有して構成される。

固定用の取付孔１２は、導体パターン１３ａ，１３ｂ相互の間を導電接続する大径のスルーホールにより構成されるもので、プリント配線板（部品実装後のプリント回路板）１０を筐体に設けた金属フレームに固定するための固定部材となる、例えば締付ねじ６の貫通孔である。取付孔１２に嵌挿される固定部材としては、締付ねじの他に、ヘッド部が弾性変形する金属製のロックピン、かしめピン等が適用可能である。

取付孔１２の周囲に設けられた導体パターン１３ａ，１３ｂは、この実施形態では、フレームグランド部１１に固有のランドとして銅箔のパターンにより形成されており、この銅箔のパターンを以後、銅箔ランドと呼称する。この銅箔ランド１３ａ，１３ｂは、この実施形態では、プリント配線板１０の一方面１０ａと他方面１０ｂとにそれぞれ同径の円形パターンで形成されている。銅箔ランド１３ａは部品実装面となる一方面１０ａに形成され、銅箔ランド１３ｂは他方面１０ｂに形成されている。このプリント配線板１０の一方面１０ａに形成された銅箔ランド１３ａと、プリント配線板１０の他方面１０ｂに形成された銅箔ランド１３ｂとは、取付孔１２となる大径のスルーホールにより一体に導電接続されている。取付孔１２となるスルーホールは図示しない内層のグランドパターンに導電接続されている。なお、銅箔ランド１３ａ，１３ｂの周囲には、プリント配線板１０の一方面１０ａおよび他方面１０ｂにソルダーレジスト被膜が施されているが、ここでは、図３のみにソルダーレジスト被膜（ＳＲ）を示し、図３を除く各図においてソルダーレジスト被膜を省略して示している。

フレームグランド部１１には、大径のスルーホールにより形成された取付孔１２の周囲の銅箔ランド１３ａ，１３ｂに、取付孔１２を囲うように、取付孔１２より小径の複数のスルーホール１４が設けられている。

この複数のスルーホール１４は、それぞれ、後の組立工程で、金属フレーム５に接する部品実装面側の銅箔ランド１３ａに、同ランドの酸化を防止する導電性の被膜を形成する導電性被膜形成部材の一部を導き入れる導入孔として作用する。導電性被膜形成部材としては、ＳＭＴの印刷工程により供給が可能な、クリームはんだ、熱硬化性導電ペースト（例えば銀ペースト）等が適用可能である。

この実施形態では、導電性被膜形成部材にクリームはんだを用い、後述するリフロー工程において、複数のスルーホール１４が、それぞれ、溶解したはんだ（溶融はんだ）１５（ｓ）の一部を導き入れる導入孔として作用する。なお、この実施形態では、銅箔ランド１３ａに供給されるはんだを符号１５（ｐ）で示し、リフロー工程で溶解したはんだ（溶融はんだ）を符号１５（ｓ）で示し、固化したはんだおよびはんだ被膜を符号１５で示している。

上記したように、フレームグランド部１１において、銅箔ランド１３ａ，１３ｂに、溶融はんだ１５（ｓ）の流入孔となる複数のスルーホール１４を設けることによって、後の組立工程で、金属フレーム５に接合する部品実装面側の銅箔ランド１３ａに被着するはんだ１５の量がスルーホール１４に流れ込むはんだにより規制されて少量（最小量）に留まり、余分なはんだ（余剰はんだ）がスルーホール１４に流入しスルーホール１４内に吸収される。

この余剰はんだのスルーホール１４への流入により、図３に示すように、銅箔ランド１３ａに被着するはんだ１５の厚み（Ｔ）を最小限にとどめることができる。

これにより、銅箔ランド１３ａに、酸化を防止するはんだ被膜を形成しつつ、フレームグランド部１１の付着はんだによる嵩みを抑えてフレームグランド部１１の厚みを最小限にとどめることができる。

上記したフレームグランド部１１の形成工程を図４乃至図６を参照して説明する。

ＳＭＴによる部品実装工程では、図１に示す破線内の部品実装領域に、表面実装部品が実装される。このＳＭＴによる部品実装工程内のクリームはんだ印刷工程において、フレームグランド部１１の銅箔ランド１３ａにおけるスルーホール１４上に、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、クリームはんだ１５（ｐ）が供給される。

上記銅箔ランド１３ａのスルーホール１４上および上記部品実装領域の部品実装位置にクリームはんだが供給され、上記部品実装領域に表面実装部品が搭載された後のはんだリフロー工程において、部品実装領域に供給されたクリームはんだが溶解し、上記部品実装領域に搭載された部品（表面実装部品）がはんだ接合により上記部品実装領域に実装される。このリフロー工程において、銅箔ランド１３ａのスルーホール１４上に印刷されたクリームはんだ１５（ｐ）が溶解し、この溶融はんだ１５（ｓ）が、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、スルーホール１４およびスルーホール１４の周部に被着するとともに、スルーホール１４に流入する。

上記リフロー工程後、はんだが固化することにより、プリント配線板１０の部品実装領域に表面実装部品がはんだ接合により実装されるとともに、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、スルーホール１４上に供給されたはんだ１５の一部がスルーホール１４に流入した状態で銅箔ランド１３ａに被着され、銅箔ランド１３ａに、スルーホール１４を中心としたはんだ被膜１５が形成される。

このように、フレームグランド部１１の銅箔ランド１３ａ，１３ｂに、溶融はんだ１５（ｓ）の流入孔となる複数のスルーホール１４を設けることによって、銅箔ランド１３ａに被着するはんだ１５の量がスルーホール１４に流れ込むはんだにより規制されて少量に留まり、余剰はんだがスルーホール１４に流入しスルーホール１４内に吸収されることから、銅箔ランド１３ａに被着するはんだ１５の厚み（Ｔ）を最小限にとどめることができる。これにより、銅箔ランド１３ａに、酸化を防止するはんだ被膜を形成しつつ、フレームグランド部１１の付着はんだによる嵩みを抑えてフレームグランド部１１の厚みを最小限にとどめることができる。

なお、銅箔ランド１３ａに被着するはんだ１５の厚み（Ｔ）は、スルーホール１４の個数及び孔径、はんだの特性および供給量、リフロー加熱の温度および時間等、諸々の要因によって定まるが、加熱温度、加熱時間、供給はんだ等を一定としたリフロー工程を想定すると、スルーホール１４の個数および孔径と、はんだ供給量をパラメータに、はんだ被膜１５の厚み（Ｔ）を調整可能である。

上記した第１実施形態では、フレームグランド部１１に、取付孔１２を囲うように８個のスルーホール１４を設けた構成を例示したが、このスルーホール１４の配置位置及び個数は任意に設定可能であり、例えば、図７に示すように、取付孔１２の周囲に４個のスルーホール１４を設けた構成であってもよい。

また、上記した第１実施形態では、スルーホール１４の銅箔ランド１３ａ側の一部にはんだが流入した状態例を示したが、例えば、供給はんだ量及びスルーホール１４の孔径を調整することで、図８に示すように、スルーホール１４を埋め、さらに銅箔ランド１３ａ，１３ｂの各面に、はんだ被膜１５を形成することも可能である。

また、上記した第１実施形態では、フレームグランド部１１の銅箔ランド１３ａ，１３ｂを独立した円形の銅箔パターンで構成しているが、この銅箔ランド１３ａ，１３ｂを、例えば、図９または図１０に示すように、表層面１０ａ（または１０ｂ）に形成したグランドパターン（ＧＰ）と一体に形成する構成であってもよい。

本発明の第２実施形態を図１１および図１２に示す。この第２実施形態は、上記した第１実施形態のフレームグランド構造を有するプリント配線板を用いて電子機器を構成している。この第２実施形態に係る電子機器は、図１１に示すように、金属フレーム５を有する筐体１と、カバー２と、締付ねじ６によって筐体１の金属フレーム５に固定支持されたプリント回路板７とを具備して構成されている。

プリント回路板７は、上記第１実施形態に示したプリント配線板１０を用いて構成され、複数の電子部品１７を部品実装面１０ａの部品実装領域に実装している。プリント回路板７は、一部（Ｂ部）を拡大して図１２に示すように、プリント回路板７のグランドを筐体１内の金属フレーム５に導電接続するフレームグランド部１１を有して構成される。

このフレームグランド部１１は、固定用の取付孔１２と、取付孔１２の周囲両面（両表層面）に形成された銅箔ランド１３ａ，１３ｂと、取付孔１２の周囲に設けられた複数のスルーホール１４とを有して構成される。

固定用の取付孔１２は、銅箔ランド１３ａ，１３ｂ相互の間を導電接続する大径のスルーホールにより構成されるもので、プリント回路板７を筐体１に設けた金属フレーム５に固定する締付ねじ６の貫通孔である。この取付孔１２は、内層のグランドパターンに導電接続されている。

スルーホール１４は、銅箔ランド１３ａに供給され溶解したはんだ１５の一部を導き入れる導入孔であり、はんだ１５の一部がスルーホール１４に侵入した状態で、スルーホール１４およびスルーホール１４の周囲の銅箔ランド１３ａにはんだ被膜１５が形成されている。

このように、フレームグランド部１１に、溶融はんだ１５（ｓ）の流入孔となる複数のスルーホール１４を設けたことによって、金属フレーム５に接合する部品実装面側の銅箔ランド１３ａに被着するはんだ１５の量がスルーホール１４に流れ込むはんだにより規制されて少量に留まり、銅箔ランド１３ａに被着するはんだ１５の厚みを最小限にとどめることができる。これにより、銅箔ランド１３ａに、酸化を防止するはんだ被膜を形成しつつ、フレームグランド部１１の付着はんだによる嵩みを抑えてフレームグランド部１１の厚みを最小限にとどめることができる。よって、機器の薄型化に寄与できるとともに、フレームグランド部１１を良好な接続状態に維持することができる。

以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。

［１］固定用取付孔の周囲に導体パターンを形成したフレームグランド部と、
前記フレームグランド部における前記取付孔の周囲に設けられた複数のスルーホールと、を具備したことを特徴とするプリント配線板。

［２］前記スルーホールは、前記導体パターン上に供給された導電性被膜形成部材の一部を導き入れる導入孔であることを特徴とする［１］に記載のプリント配線板。

［３］前記導電性被膜形成部材は、前記導体パターン上に供給されたクリームはんだであり、前記クリームはんだの溶融による溶融はんだが前記スルーホールに導入され前記スルーホールおよび前記スルーホールの周囲の導体パターンに付着して、前記フレームグランド部に、はんだ被膜を形成していることを特徴とする［２］に記載のプリント配線板。

［４］前記はんだ被膜は、前記取付孔を貫通する固定部材により固定される金属フレームに導電接合する接合部を形成していることを特徴とする［３］に記載のプリント配線板。

［５］前記溶融はんだは、前記スルーホールを貫通して前記取付孔周囲の両面の導体パターンにはんだ被膜を形成していることを特徴とする［３］に記載のプリント配線板。

［６］前記はんだ被膜が形成された導体パターンは、銅箔ランドにより形成されていることを特徴とする［４］に記載のプリント配線板。

［７］前記はんだ被膜が形成された導体パターンは、グランドパターンの一部により形成されていることを特徴とする［４］に記載のプリント配線板。

［８］固定用取付孔の周囲両面に電気的に導通する導体パターンを形成したフレームグランド部を有するプリント配線板のフレームグランド形成方法であって、
前記フレームグランド部は、前記固定用取付孔の周囲の導体パターン相互の間に、複数のスルーホールを有し、
ＳＭＴ(surface mount technology)による部品実装工程内のクリームはんだ印刷工程において、前記フレームグランド部の部品実装面側の導体パターンに、前記各スルーホールの位置に対応させてクリームはんだを塗布し、
前記部品実装工程内のはんだリフロー工程において、前記クリームはんだを溶融し、溶融はんだを前記スルーホールに一部導入して、前記スルーホールおよび前記スルーホール周部の前記導体パターンに付着させ前記導体パターンにはんだ被膜を形成することを特徴とするプリント配線板のフレームグランド形成方法。

［９］金属フレームと、
固定用取付孔の周囲に導体パターンを形成したフレームグランド部を有し、前記取付孔に挿通された固定部材により、前記金属フレームに固定支持されたプリント回路板とを具備し、
前記フレームグランド部は、
前記取付孔の周囲に設けられた複数のスルーホールと、
前記スルーホールおよびスルーホール周部の導体パターンにはんだ被膜を形成し、前記はんだ被膜形成時の余剰はんだを前記スルーホールに流入させた、はんだ被膜形成手段とを有し、
前記はんだ被膜が前記金属フレームに導電接合して、前記プリント回路板が前記金属フレームに固定されていることを特徴とする電子機器。

１…筐体、５…金属フレーム、６…固定部材（締付ねじ）、１０…プリント配線板、１１…フレームグランド部、１２…取付孔（貫通孔）、１４…スルーホール、１３ａ，１３ｂ…導体パターン（銅箔ランド）、１４…スルーホール、１５…はんだ被膜、１５ｓ…溶融はんだ。

Claims (4)

1. 固定部材が貫通する取付孔の周囲に形成されて金属フレームが電気的に接続される導体パターンと、前記導体パターンに形成された複数のスルーホールと、を含むフレームグランド部を有するプリント配線板のフレームグランド形成方法であって、
   前記プリント配線板の部品実装領域にクリームはんだを印刷するとともに、前記クリームはんだを前記導体パターンに供給し、
   前記部品実装領域に印刷された前記クリームはんだを溶融させて前記部品実装領域に表面実装部品をはんだ接合する際に、前記導体パターンに供給された前記クリームはんだを溶融させて余剰となった前記クリームはんだを前記スルーホールに導入し、
   前記導体パターンの上の前記クリームはんだを固化させることで、前記導体パターンの上にはんだ被膜を形成するようにしたプリント配線板のフレームグランド形成方法。
2. 請求項１の記載において、前記スルーホールは、余剰となった前記クリームはんだを吸収することで、前記導体パターンに被着される前記クリームはんだの量を規制するプリント配線板のフレームグランド形成方法。
3. 貫通孔の周囲に形成された銅箔ランドと、前記銅箔ランドに形成された複数のスルーホールと、を含むフレームグランド部を有するプリント配線板のフレームグランド形成方法であって、
   前記プリント配線板の部品実装領域にクリームはんだを印刷する際に、前記クリームはんだを前記銅箔ランドに供給し、
   前記部品実装領域に印刷された前記クリームはんだを溶融させて前記部品実装領域に表面実装部品をはんだ接合する際に、前記銅箔ランドに供給された前記クリームはんだを溶融させるとともに余剰な前記クリームはんだを前記スルーホールに導入し、
   前記銅箔ランドの上の前記クリームはんだを固化させることで、前記銅箔ランドの上にはんだ被膜を形成するようにしたプリント配線板のフレームグランド形成方法。
4. 金属フレームが電気的に接続される導体パターンに複数のスルーホールが設けられたフレームグランド部を有するプリント配線板のフレームグランド形成方法であって、
   前記プリント配線板の部品実装領域に導電性被膜形成部材を印刷する際に、前記導電性被膜形成部材を前記導体パターンに供給し、
   前記部品実装領域に印刷された前記導電性被膜形成部材を溶融させて前記部品実装領域に表面実装部品を実装する際に、前記導体パターンに供給された前記導電性被膜形成部材を溶融させるとともに、余剰な前記導電性被膜形成部材を前記スルーホール内に導入し、
   前記導体パターンの上の前記導電性被膜形成部材を固化させることで、前記導体パターンの上に導電性被膜を形成するようにしたプリント配線板のフレームグランド形成方法。

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