JP2012064797A - プリント配線板およびプリント基板 - Google Patents

Abstract

【課題】無鉛はんだで取り付けるリードピッチの狭い挿入型電子部品のリード挿入ランドを形成する際、隣り合うランド同士のショートおよびはんだ付け後のランド剥がれさらにランドに接続している回路パターンとの断線が無く、はんだ取り付け強度が十分なランドを形成できるようにする。
【解決手段】プリント配線板に実装する挿入型電子部品リード取り付け用スルーホール４を形成後、その周囲表裏面にはんだ付け用ランド３を長円にて形成し、そのランドの外縁３ａおよび回路パターンとの接続部をランド間の一部のみ除きソルダーレジスト２で被覆する様形成した。
【選択図】図９Ａ

Description

本発明は、電子機器に使用されるプリント配線板および電子部品を実装したプリント基板に係り、特に無鉛はんだで挿入型電子部品を実装するプリント配線板およびプリント基板プリント基板に関する。

まず、図１を参照して、プリント基板の製造工程を説明する。図１において、プリント基板の製造工程は、プリント配線板製造工程とプリント基板組立工程とに区分できる。
プリント配線板製造工程は、基材準備（ステップ１）で銅張積層板が準備され、穴明け（ステップ２）でスルーホールの穴明け加工が行われる。その後、メッキ（ステップ３）で穴の内壁にメッキを付着させ、パターン印刷（ステップ４）で回路パターンが印刷され、エッチング（ステップ５）で銅箔がエッチング処理されランドおよびパターンが形成される。レジスト印刷（ステップ６）で、はんだ付けを必要としない部分にソルダーレジストが印刷され、シルク印刷（ステップ７）で回路記号や部品外形表示やピン番号表示が印刷され、さらに、外形およびＶ溝加工（ステップ８）でプリント配線板の形状に加工される。そして、チェック（ステップ９）で合格したプリント配線板は表面処理（ステップ１０）が施されたのちプリント組立工程へ送られる。

そして、プリント基板組み立て工程では面付け部品搭載（ステップ１１）で面付け型電子部品を搭載し、リフローはんだ付け（ステップ１２）を行った後、挿入型電子部品搭載（ステップ１３）で挿入型電子部品を搭載し、フローはんだ付け（ステップ１４）を行った後、後付け部品取り付け（ステップ１５）し、検査（ステップ１６）、の工程をへてプリント基板完成（ステップ１７）となる。

図２Ａを参照して、従来の有鉛はんだで取り付けするプリント配線板の挿入型電子部品実装ランド構造を説明する。図２Ａにおいて、電子部品挿入用に設けられたスルーホール４の周囲の表裏面に設けられたはんだ付け用ランド３は、回路接続用パターン７と接続されている。ランド３は、はんだを付けるためプリント配線板表裏面に形成されたソルダーレジスト２で被覆されてはいない。図２Ｂの断面図に示す通りランドの端部３ａとソルダーレジストの端部２ａとの間は、製造公差を考慮した間隙を空けることにより、ソルダーレジスト２がランド３に被ることを防いでいる。

近年、プリント配線板の電子部品取り付けに使用するはんだは、鉛による環境汚染が環境意識の高まりにより問題となっている。この結果、鉛を含まない無鉛はんだが主流となっている。しかし、無鉛はんだ８は、材質の特性上、ランド剥離１３が発生しやすい。

これを図３を参照して、説明する。図３において、プリント基板１のスルーホールに、挿入電子部品のリード１２を挿入して、無鉛はんだ８によるフローはんだ付けを実施したあと、ランド３と回路パターン７との境界部でランド剥離１３が発生している。一部分でもランドが剥がれてしまうと時間の経過と共にランド全体が剥がれてしまう可能性が大きい。これは、挿入型電子部品のリード１２表面のメッキ材質と無鉛はんだ組成の組合せ、フローはんだ時のコンベアスピード等により発生しない場合もある。しかし、挿入型電子部品のリード１２表面のメッキは、部品の製造者毎に違っているため、発生しない条件でのみはんだ付けすることは難しい。また特に問題なのが、ランド３と回路パターン７の接続部でランド剥離１３が発生すると、ランド３と回路パターン７が切断され回路が断線してしまい、機能が損なわれてしまうことである。

図４Ａを参照して、ランド剥離を防止するプリント基板の構成を説明する。図４Ａにおいて、プリント基板１の電子部品挿入用スルーホール４周囲の表裏に設けられたはんだ付け用ランド３のランドの外縁３ａを外側に広げ、その広げた分にプリント配線板１の表面に形成されたソルダーレジスト２で被覆し、ランド３とソルダーレジスト２の重なり部５を形成した。

図４Ｂを参照して、ランド剥離を防止するプリント基板のメカニズムを説明する。図４Ｂにおいて、ランド３にオーバラップするようにソルダーレジスト２が形成されている。この結果、無鉛はんだ８の濡れ範囲は、ランド３のオーバラップ部５を除いた部分に限られる。すなわち、応力が集中する無鉛はんだ８の濡れ範囲の先端は、ランド３の上になる。この結果、ランド３自身が無鉛はんだ８の応力緩和層として機能して、剥離の起点を生成させない。このように、ランド３および回路パターン７との接続部は、ランド剥離の発生を防止していた。

ここで、図５を参照して、小型の挿入型電子部品を説明する。図５において、挿入型電子部品１０は、プリント基板の実装効率の向上のため外形が小さい。挿入型電子部品１０は、リード１２を設けるために必要な外形幅等も狭い。このため、挿入型電子部品１０は、リード１２間を詰めて形成するのでリードピッチＣも狭くなる。リードピッチが１.２５ｍｍで構成するハーフピッチ部品と呼ばれる部品も使用されている。

図６Ａよび図６Ｂを参照して、ハーフピッチ部品の鉛入りはんだ用ランド仕様を説明する。図６Ａおよび図６Ｂにおいて、リード径から定まるスルーホール径は０.６ｍｍ、スルーホール間のソルダーレジスト幅は０.０８ｍｍ、ソルダーレジスト２とランド３との間隔を０.０８５ｍｍとして、スルーホールの並び方向であるｘ方向のランド幅１.０ｍｍを確保している。円形ランドでは、はんだ量が少なくなり、挿入型電子部品実装後のはんだ取り付け強度が弱くなる。その対策としてリード間に対してランド３をｙ方向に伸ばし長円ランドで形成することにより、はんだの付く面積を増やし取り付け強度を保てるよう形成する。長円側の径は１.４ｍｍである。なお、図６Ａにおいて、ランド３に接続する回路パターンは、図示を省略している。

図７Ａおよび図７Ｂを参照して、ハーフピッチ部品の無鉛はんだ用ランドを説明する。図６Ａおよび図６Ｂにおいて、図１のステップ５のランド形成時、隣り合うランド同士がショートしないように間隙Ｄを空けて形成する。間隙Ｄは、ＪＩＳの製造仕上がり値で片面および両面プリント配線板では、クラスＩで０.１８ｍｍ、クラスＩＩで０.１ｍｍ、クラスＩＩＩで０.０８ｍｍ以上である。また、多層プリント配線板では、クラスＩで０.１５ｍｍ、クラスＩＩで０.１２ｍｍ、クラスＩＩＩで０.０９ｍｍ以上である。この値に基づいて、ランド横幅Ｇが自ずと決まる。

図４を参照して説明したように、無鉛はんだ用のランドは、ランド３とソルダーレジスト２とのオーバラップが必要となる。このオーバラップのため、ランド３はスルーホールの端部４ａからソルダーレジスト２で被覆しないランドの端部３ｂまでのランド横幅Ｅが狭くなってしまう。よって図４の円ランドで構成すると、図７に示す様にはんだの付く部分がソルダーレジストで被覆しないランド横幅Ｅで円形にて形成されるためはんだ量が少なくなり、挿入型電子部品実装後のはんだ取り付け強度が弱くなる。その対策としてリード間に対してランド３を垂直方向に伸ばし長円ランドで形成することにより、はんだの付く面積を増やし取り付け強度を保てるよう形成していた。

以上のことから、無鉛はんだ取り付け後のランド剥離を防止するためにソルダーレジスト２で被覆する幅分、ランドの外縁３ａを広げると、隣り合うランド同士の間隙Ｄが狭くなり図１のステップ５の際、十分な間隙を空けることができない。以上より製造時、隣のランドとショートしてしまう問題が有った。

また、ランド３同士がシュートしないよう間隙を空けるためランド横幅Ｇを小さくすると、スルーホールの端部４ａからソルダーレジスト２で被覆しないランドの端部３ｂまでのソルダーレジストで被覆しないランド横幅Ｅが狭まる。この結果、はんだが付かない、または、はんだフィレットが形成できずはんだ付け不良による強度不足になるといった課題がある。
特許文献１は、図４の構造のプリント基板のランド部を開示する。しかし、ハーフピッチ部品用のランドについて、記載がない。

特開２００１−３３２８５１号公報

本発明は、リードピッチが狭い挿入型電子部品を無鉛はんだにてはんだ付けする場合、隣り合うランド同士がショートせず、はんだ付け後は良好なはんだフィレットを形成でき、取り付け強度も十分で、ランド剥離による断線を防ぐ安価なプリント基板を提供する。

本発明は、リードピッチが狭い挿入型電子部品を無鉛はんだにてはんだ付けする場合、隣り合うランド同士がランド形成時ショートしない間隙で形成でき、またランド剥離による断線を防ぐため、隣り合うランド同士のランド間の一部分以外のランドの外縁部と回路パターンとの接続部をソルダーレジストで被覆する。

上述した課題は、無鉛はんだを用いて挿入型電子部品を実装するプリント配線板において、表裏に配置された挿入型電子部品挿入用のスルーホールの周囲のランド部は、少なくとも回路パターン接続方向について、ソルダーレジストに覆って無鉛はんだの濡れ領域をランド上に制御し、ランドの並び方向について、隣接ランドがあるとき、無鉛はんだの濡れ範囲をランドのパターン幅で制御するプリント配線板により、達成できる。

また、無鉛はんだを用いて挿入型電子部品を実装されたプリント基板において、表裏に配置された挿入型電子部品挿入用のスルーホールの周囲のランド部は、少なくとも回路パターン接続方向について、ソルダーレジストに覆って無鉛はんだの濡れ領域をランド上に制御され、ランドの並び方向について、隣接ランドがあるとき、無鉛はんだの濡れ範囲をランドのパターン幅で制御されたプリント基板により、達成できる。

本発明のプリント基板は、無鉛はんだではんだ付けするリードピッチが狭い挿入型電子部品のリード挿入用ランドの隣り合うランド同士が、ランド形成時シュートせず、さらにはんだ付け時にもはんだショートしにくくまたはんだ付け後はランド剥離およびランド剥離による断線無く、はんだ取り付強度も十分で信頼性のある安価なプリント基板を提供できる。

プリント配線板製造およびプリント基板製造を説明する工程図である。 従来の鉛入りはんだで取り付けするプリント配線板の挿入型電子部品実装ランドの平面図である。 従来の鉛入りはんだで取り付けするプリント配線板の挿入型電子部品実装ランドの断面図である。 無鉛はんだ付け後のランド部断面図である。 従来の無鉛はんだで取り付けするプリント配線板の挿入型電子部品実装ランドの平面図である。 従来の無鉛はんだで取り付けするプリント配線板の挿入型電子部品実装ランド断面図である。 リードピッチがハーフピッチの挿入型電子部品の斜視図である。 ハーフピッチ部品の鉛入りはんだ用ランドの平面図である。 図６ＡのＡ−Ａ’断面図である。 従来の無鉛はんだで取り付けするプリント配線板のリードピッチの狭い挿入型電子部品実装ランドの平面図である。 図７ＡのＡ−Ａ’断面図である。 プリント基板の斜視図と、挿入型電子部品実装前のＡ部拡大斜視図である。 ハーフピッチ部品の無鉛はんだ用ランドの平面図である（その１）。 図９ＡのＡ−Ａ’断面図である。 ハーフピッチ部品の無鉛はんだ用ランドの平面図である（その２）。 図１０ＡのＡ−Ａ’断面図である。 図１０Ｂのはんだ付け後の拡大断面図である。 ハーフピッチ部品の無鉛はんだ用ランドの平面図である（その３）。 図１２ＡのＡ−Ａ’断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、実施例を用い図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実質同一部位には同じ参照番号を振り、説明は繰り返さない。また、本明細書において、無鉛はんだとは、その鉛含有率が、０.１０質量％以下のはんだと定義する。

図８（ａ）は、プリント基板の斜視図である。図８（ａ）において、プリント基板１００は、プリント配線板１に、様々な挿入型電子部品１０、表面実装型電子部品１１が配置され、その性能を確保するために電子部品同士を、プリント配線板１の表裏に設けられたパターン７で表裏接続用スルーホール１５を介して接続し、回路機能を形成している。

挿入型電子部品１０は、図５を参照して説明した様に高密度実装に対応するため外形が小さく形成されている。挿入型電子部品１０は、それに伴いリード１２を形成するためのリードピッチＣがハーフピッチで形成されている部品である。

図８（ｂ）は、挿入型電子部品１０を実装する前のプリント配線基板１のＡ部拡大斜視図である。図８（ｂ）において、挿入型電子部品１０のリードを挿入するためのスルーホール４とその周囲にはんだ付け用ランド３が形成されている。また、はんだ付け用ランド３は、回路を形成するための回路パターン７が接続されている。

図９Ａおよび図９Ｂを参照して、ハーフピッチ部品の無鉛はんだ用ランド仕様を説明する。図９Ａにおいて、スルーホール４の並び方向右をｘ軸、紙面内上をｙ軸、ｚ軸を右手系で定義する。２つのランド３は、スルーホール４の並びの端部に位置しないランドである。図９Ａおよび図９Ｂにおいて、リード径から定まるスルーホール径は０.６ｍｍ、スルーホール間のソルダーレジスト幅は０.０８ｍｍ、ソルダーレジスト２とランド３とオーバラップをｘ軸方向で０.１ｍｍ、ｙ軸方向で０.２ｍｍとしている。但し、スルーホール４の中心付近では、ｘ方向のランド幅１.０ｍｍを確保するために、ソルダーレジスト２とスルーホールの端部４ａの距離０.２ｍｍ、ランド端部３ａとソルダーレジスト２の距離０.０８５を確保するように、ソルダーレジスト２を後退させている。円形ランドでは、はんだ量が少なくなり、挿入型電子部品実装後のはんだ取り付け強度が弱くなる。その対策としてリード間に対してランド３をｙ方向に伸ばし長円ランドで形成することにより、はんだの付く面積を増やし、取り付け強度を保てるよう形成する。長円側の径は１.４ｍｍである。なお、図９Ａにおいて、ランド３に接続するｙ軸に平行な回路パターンは、図示を省略している。

図９Ａのプリント配線板１において、無鉛はんだ８の濡れ広がりは、ランド３の側面が露出した部分ではランド３のパターンに制御され、ランド３にソルダーレジスト２が重なった部分では、ソルダーレジストのパターンに制御される。この結果、図６の鉛入りはんだ用のランドと同じ面積のはんだ濡れ面積を確保できた。

図１０Ａおよび図１０Ｂを参照して、スルーホールの並びの端部のハーフピッチ部品の無鉛はんだ用ランド仕様を説明する。図１０Ａにおいて、ランド３Ａおよびランド３Ｂは、それぞれスルーホール４の並びの端部のランド３である。ランド３Ａおよびランド３Ｂは、ｘ軸に平行に回路パターンを接続可能である。そこで、ランド３Ａの右側、ランド３Ｂの左側にランド幅を０.１ｍｍ広げる。ランド３Ａとランド３Ｂとは、鏡像関係にあるので、以下の説明は、ランド３Ａで説明する。

図１０Ａおよび図１０Ｂのランド３Ａにおいて、スルーホール端４ａとソルダーレジスト端２ａの最短距離は、スルーホール中心部の０.２ｍｍである。また、ｙ軸方向の距離は、０.４ｍｍである。この結果、ランド３Ａは、右方向からの回路パターンを接続でき、しかも図６の鉛入りはんだ用のランドと同じ面積のはんだ濡れ面積を確保できた。

図１１を参照して、無鉛はんだ付け後の図１０Ｂのランド３Ａの断面を説明する。図１１において、ランド３Ａのスルーホール４には、リード１２が挿入された状態で無鉛はんだ８でスルーホール４内部とランド３Ａの表面および裏面を覆われている。無鉛はんだ８の特性よりプリント配線板１からランド３Ａを剥がそうとする応力は、ソルダーレジスト側では、ランドとソルダーレジストがオーバラップした右側では、ランド３Ａにより、緩和される。

図９のソルダーレジストで被覆していないプリント配線板およびランド部３Ａの左側のランドの端部が剥がれても、他のソルダーレジスト２で被覆されたランドとソルダーレジストの重なり部５で抑えられるため、ランド３が完全に剥がれてしまうことは無い。

図１２Ａおよび図１２Ｂを参照して、他のハーフピッチ部品の無鉛はんだ用ランド仕様を説明する。図１２Ａにおいて、スルーホール４の並び方向右をｘ軸、紙面内上をｙ軸、ｚ軸を右手系で定義する。２つのランド３Ｃは、端部に位置しないランドである。図１２Ａおよび図１２Ｂにおいて、リード径から定まるスルーホール径は０.６ｍｍ、スルーホール間のソルダーレジスト幅は０.０８ｍｍ、ソルダーレジスト２とランド３とオーバラップをｙ軸方向で０.２ｍｍとしている。ランド３Ｃのはんだ付け代は、ｘ方向で０.４（１.０−０.６）ｍｍ、ｙ方向で最大０.８（１.４−０.６）ｍｍと図６と同等である。

図１２のランド３Ｃは、ｘ軸方向の側面を無鉛はんだが覆う。この結果、ｘ軸方向の側面でランド剥がれの虞がある。しかし、ランド３Ｃとソルダーレジストのオーバラップ部５は、剥がれの±ｙ軸方向への伝搬を抑制する。
なお、スルーホール４の並び方向端部のランド３Ｄ、３Ｅについて、図１２Ａのランド３Ｃと図１０Ａのランド３Ａ、３Ｂとを組み合わせればよいことは自明である。

１…プリント配線板、２…ソルダーレジスト、３…ランド、４…スルーホール、５…ランドとソルダーレジストの重なり部、７…パターン、８…無鉛はんだ、１０…挿入型電子部品、１１…表面型電子部品、１２…挿入型電子部品のリード、１３…ランド剥離。

Claims (5)

1. 無鉛はんだを用いて挿入型電子部品を実装するプリント配線板において、
   表裏に配置された前記挿入型電子部品挿入用のスルーホールの周囲のランド部は、
   少なくとも回路パターン接続方向について、ソルダーレジストに覆って前記無鉛はんだの濡れ領域を前記ランド上に制御し、
   ランドの並び方向について、隣接ランドがあるとき、前記無鉛はんだの濡れ範囲を前記ランドのパターン幅で制御することを特徴とするプリント配線板。
2. 請求項１に記載のプリント配線板であって、
   前記無鉛はんだの濡れ範囲は、前記ランドの並び方向より、前記ランドの並び方向に垂直な方向が広いことを特徴とするプリント配線板。
3. 無鉛はんだを用いて挿入型電子部品を実装されたプリント基板において、
   表裏に配置された前記挿入型電子部品挿入用のスルーホールの周囲のランド部は、
   少なくとも回路パターン接続方向について、ソルダーレジストに覆って前記無鉛はんだの濡れ領域を前記ランド上に制御され、
   ランドの並び方向について、隣接ランドがあるとき、前記無鉛はんだの濡れ範囲を前記ランドのパターン幅で制御されたことを特徴とするプリント基板。
4. 請求項３に記載のプリント基板であって、
   前記無鉛はんだの濡れ範囲は、前記ランドの並び方向より、前記ランドの並び方向に垂直な方向が広いことを特徴とするプリント基板。
5. 請求項３または請求項４にプリント基板であって、
   前記無鉛はんだは、その鉛含有率が、０.１０質量％以下であるプリント基板。

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