JP2013069844A - プリント配線板及びプリント配線板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スルーホールを介して部品を実装する際に、スルーホール部分の断線を確実に防止し、製品の信頼性を向上させることができるプリント配線板を提供する。
【解決手段】プリント配線板１には、積層板４、緩衝層５、導体層６が備えられている。積層板４は、所定の樹脂を有し、表面及び裏面に開口する貫通孔４ａが形成されている。緩衝層５は、貫通孔４ａを形成する積層板４の内壁に固定され、積層板４の樹脂よりも低い膨張率を有している。導体層６は、貫通孔４ａの内部で緩衝層５を覆うように配置され、貫通孔４ａの外側で積層板４の表面及び裏面に固定されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、スルーホールを備えたプリント配線板とその製造方法とに関するものである。

プリント配線板に部品（電気部品・電子部品）を搭載するためのはんだとして、鉛フリーはんだが多く用いられるようになっている。一般的な鉛フリーはんだは、錫に数％（重量％）程度の銀や銅等が添加されたものである。このような鉛フリーはんだは、従来の錫鉛はんだと比較して、融点が約４０℃程度高くなるといった特徴がある。

更に、近年では、金属材料の価格が高騰していることから、貴金属である銀を含まない（銀なし）はんだ、或いは、銀の含有量が少ない（低銀）はんだが使用される傾向にある。銀は、融点を下げる効果のある金属元素である。このため、銀なし鉛フリーはんだや低銀鉛フリーはんだは、銀の含有量が多い通常の鉛フリーはんだと比較して、融点が更に高くなってしまう。

なお、下記特許文献１には、スルーホールが形成されたプリント配線板の従来技術が開示されている。

特開平６−３２６４５９号公報

以下に、図４を参照し、スルーホールが形成されたプリント配線板に部品を実装する時の問題点について説明する。
図４は従来のプリント配線板の要部断面を示す図である。図４において、９は両面にパターンが形成されたプリント配線板である。プリント配線板９には、部品（電気部品・電子部品）を実装するためのスルーホールが多数形成されている。２はプリント配線板９にスルーホールを介して実装された部品のリード、３は部品のリード２をプリント配線板９に固定するためのはんだである。

プリント配線板９は、例えば、積層板１０、導体層１１を備えている。
上記構成のプリント配線板９に部品を搭載するためには、部品のリード２をスルーホールに挿入した状態で、溶融したはんだ３をスルーホール内に充填する。すると、はんだ３は、部品のリード２及びプリント配線板９の電極（導体層１１）の双方に濡れ広がり、その後、冷え固まって所望の継ぎ手を形成する。

プリント配線板９は、要部が所定の樹脂（例えば、エポキシ樹脂）から構成される。このため、プリント配線板９では、部品がはんだ付けされる際に、積層板１０が、溶融したはんだ３によって加熱されて膨張する。また、スルーホールに充填されたはんだ３は、積層板１０が膨張した状態で凝固する。積層板１０は、はんだ３が凝固した後に、冷えて収縮する（元の状態に戻る）。
このような挙動は、はんだ３の融点が高くなるにつれて顕著に現れる。

このため、プリント配線板９の両面にパターンが形成されて、導体層１１が積層板１０の両面にまで伸びていると、積層板１０が収縮する際にはんだ継ぎ手が破断し、導体層１１（の一部）が積層板１０から剥離して、断線してしまうことがあった。特に、銀なし鉛フリーはんだや低銀鉛フリーはんだを使用する場合は、製品の信頼性を下げ、深刻な問題となる。銀なし鉛フリーはんだや低銀鉛フリーはんだは、原材料価格の優位性はあるものの、スルーホール実装に適用することが困難なものとなっていた。

なお、特許文献１に記載のものでは上記問題を解決することはできなかった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、スルーホールを介して部品を実装する際に、スルーホール部分の断線を確実に防止し、製品の信頼性を向上させることができるプリント配線板と、このような効果を奏するプリント配線板を製造する方法とを提供することである。

この発明に係るプリント配線板は、所定の樹脂を有し、表面及び裏面に開口する貫通孔が形成された積層板と、貫通孔を形成する積層板の内壁に固定され、積層板の樹脂よりも低い膨張率を有する緩衝層と、貫通孔の内部で緩衝層を覆うように配置され、貫通孔の外側で積層板の表面及び裏面に固定された導体層と、を備えたものである。

この発明に係るプリント配線板の製造方法は、所定の樹脂を有する積層板の表面及び裏面に銅箔が張り合わされた銅張積層板を用意するステップと、銅張積層板に、その表面及び裏面に貫通する貫通孔を形成するステップと、貫通孔の内部に、積層板の樹脂よりも低い膨張率を有する緩衝層を形成し、貫通孔を形成する積層板の内壁に、緩衝層を固定するステップと、貫通孔の内部で緩衝層を覆い、且つ、貫通孔の外側で積層板の表面及び裏面に固定されるように、導体層を形成するステップと、を備えたものである。

この発明に係るプリント配線板、及び、この発明に係る製造方法によって製造されたプリント配線板であれば、スルーホールを介して部品を実装する際に、スルーホール部分の断線を確実に防止し、製品の信頼性を向上させることができる。

この発明の実施の形態１におけるプリント配線板の要部断面を示す図である。 この発明の実施の形態１におけるプリント配線板の製造方法を説明するための図である。 この発明の実施の形態１におけるプリント配線板の要部断面の他の構成を示す図である。 従来のプリント配線板の要部断面を示す図である。

添付の図面を参照して、本発明を詳細に説明する。各図において、同一又は相当する部分には、同一の符号を付している。重複する説明については、適宜簡略化或いは省略している。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１におけるプリント配線板の要部断面を示す図である。
図１において、１はプリント配線板である。プリント配線板１には、部品（電気部品・電子部品）を実装するためのスルーホールが多数形成されている。２はプリント配線板１にスルーホールを介して実装された部品のリード、３は部品のリード２をプリント配線板１に固定するためのはんだである。

プリント配線板１は、両面にパターン（導体回路）が形成された両面板である。以下においては、プリント配線板１に関し、部品が搭載される側の面のことを一側表面（或いは、単に「表面」）、部品のリード２の先端部が突出する側の面のことを他側表面（或いは、「裏面」）という。即ち、プリント配線板１は、一側表面及び他側表面の双方に、導体回路が形成されている。

プリント配線板１は、例えば、積層板４、緩衝層５、導体層６を備えている。
積層板４は、要部が所定の樹脂（例えば、エポキシ樹脂）から構成される。積層板４は、所定の厚みを有する薄板状を呈している。積層板４には、表面及び裏面に開口する貫通孔４ａが多数形成されている。

緩衝層５は、積層板４が加熱された際に、積層板４が板厚方向に伸びることを抑制するために備えられた層である。緩衝層５は、貫通孔４ａを形成する積層板４の内壁（内周壁）に、その全体（全周）に渡って固定されている。このため、緩衝層５自体は、所定の厚みを有する円筒状を呈する。緩衝層５の厚みは、積層板４の表面及び裏面に設けられた導体回路（例えば、銅箔）の厚みと同等、或いはそれ以下（例えば、１乃至３０μｍ）であることが好ましい。

緩衝層５は、積層板４に含まれている上記樹脂よりも低い膨張率を有する材料から構成される。緩衝層５の材料としては、例えば、無機材料或いは有機材料のワニスが好適である。無機ワニスとしては、例えば、シリコーン樹脂が、有機ワニスとしては、例えば、エポキシ樹脂やウレタン樹脂が適している。

導体層６は、部品のリード２（はんだ３）と積層板４に設けられた導体回路とを導通させるための層である。導体層６は、貫通孔４ａの内部において、緩衝層５の全体を覆うように緩衝層５の内側に配置される。また、導体層６は、貫通孔４ａの外側（積層板４の表面側及び裏面側）において、積層板４の表面及び裏面に、直接或いは導体回路を介して固定される。

即ち、本願発明の特徴部分である緩衝層５は、貫通孔４ａを形成する積層板４の内壁と、貫通孔４ａ内でスルーホールを形成する導体層６との間に設けられている。

次に、図２も参照し、上記構成を有するプリント配線板１を製造する方法について説明する。図２はこの発明の実施の形態１におけるプリント配線板の製造方法を説明するための図である。本願発明では、従来の一般的なスルーホール形成の工程に、図２（ｃ）に示す工程を追加したことを特徴としている。

先ず、上記構成の積層板４の表面及び裏面に銅箔７が張り合わされた銅張積層板を用意する（図２（ａ））。次に、実装する部品のリード２の位置に合わせて、用意した銅張積層板（積層板４）に貫通孔４ａを形成する（図２（ｂ））。この時、部品のリード２とスルーホールとのクリアランスが適正になるように、上記孔あけ工程においては、緩衝層５の厚みを考慮して貫通孔４ａの径を設定する。

銅張積層板に貫通孔４ａを形成すると、貫通孔４ａを形成する積層板４の内壁に、所定のワニスを塗布し、緩衝層５を形成する（図２（ｃ））。ワニスの塗布は、例えば、はんだ印刷と同様のマスク印刷法や、ディスペンサ塗布法によって行うことができる。これらの塗布方法であれば、現行のはんだ付け設備を転用することも可能である。

貫通孔４ａを形成する積層板４の内壁にワニスを塗布した後は、銅張積層板を過度に加熱することなく、ワニスを硬化させて上記積層板４の内壁に固定させる。ワニスの硬化方法としては、例えば、常温放置（硬化）、ＵＶ硬化等がある。また、低い温度であれば、ベーク処理を行っても良い。

積層板４の内壁に緩衝層５を形成する場合は、後のめっき工程を考慮して、例えば、緩衝層５の上端部及び下端部が、積層板４の表面及び裏面に設けられた導体回路から（上方及び下方に）突出しないように形成することが好ましい。

ワニスが硬化した後、即ち、積層板４の内壁に緩衝層５を固定した後、銅張積層板の表面及び裏面の必要箇所にレジスト８を形成し、めっきを施す（図２（ｄ）、（ｅ））。このめっき処理により、貫通孔４ａの内部と貫通孔４ａの縁部を形成する積層板４（銅箔７）上とを覆うように、導体薄膜（導体層６）が形成される。導体層６を形成した後、レジスト８を剥離し、エッチングを施して、銅張積層板の表面及び裏面に所望の導体回路を形成する（図２（ｆ））。
以上の工程を経て、図１に示す構成のプリント配線板１が製造される。

上記構成のプリント配線板１であれば、スルーホールを介して部品を実装する際に、スルーホール部分の断線を確実に防止し、製品の信頼性を向上させることができる。
即ち、プリント配線板１では、貫通孔４ａを形成する積層板４の内壁に、積層板４を構成する樹脂よりも低い膨張率を有する緩衝層５が設けられている。このため、部品のはんだ付けが行われる時にプリント配線板１が加熱されても、積層板４の膨張を抑制することができ、積層板４が冷えて収縮する時の導体層６の剥離を確実に防止することができる。融点が高い銀なし鉛フリーはんだや低銀鉛フリーはんだを使用する場合は、特に有効な手段となり得る。

また、貫通孔４ａを形成する積層板４の内壁と貫通孔４ａ内でスルーホールを形成する導体層６との間に緩衝層５が設けられることにより、以下の効果も期待できる。

上記構成のプリント配線板１であれば、めっき金属（即ち、導体層６）の均一形成及び接着力の強化が期待できる。例えば、図２（ｂ）に示す孔あけ工程をドリルによって行った場合は、貫通孔４ａを形成する積層板４の内壁に微細な凹凸が形成される。緩衝層５を設けることにより、貫通孔４ａの内側でめっきされる面を平坦にすることができ、めっきの付きを向上させることができる。

図３はこの発明の実施の形態１におけるプリント配線板の要部断面の他の構成を示す図である。図３に示すものでは、円筒状を呈する緩衝層５の、内周面と端面とによって形成される角部を面取りしている。かかる構成であれば、導体層６の湾曲部分に過度に応力が集中することを防止することができ、製品の信頼性を更に向上させることができる。

なお、上述した緩衝層５を、プリント配線板１に形成された全てのスルーホール部分に適用する必要はない。
上記構成の緩衝層５が備えられていないプリント配線板では、コンデンサのリード等が挿入される比較的大きな径のスルーホールや楕円形状を呈するスルーホールの部分において、積層板が収縮する際にはんだ継ぎ手が破断し易い。このため、プリント配線板に形成されている複数のスルーホールのうち、一部についてのみ、上記構成の緩衝層５を備えるように構成しても良い。かかる場合、例えば、緩衝層５を適用するスルーホール（積層板の貫通孔）の径を予め設定しておき、所定値以上の径を有するスルーホール（積層板の貫通孔）についてのみ、上記構成の緩衝層５を適用する。

１、９ プリント配線板
２ リード
３ はんだ
４、１０ 積層板
４ａ 貫通孔
５ 緩衝層
６、１１ 導体層
７ 銅箔
８ レジスト

Claims (7)

1. 所定の樹脂を有し、表面及び裏面に開口する貫通孔が形成された積層板と、
   前記貫通孔を形成する前記積層板の内壁に固定され、前記積層板の前記樹脂よりも低い膨張率を有する緩衝層と、
   前記貫通孔の内部で前記緩衝層を覆うように配置され、前記貫通孔の外側で前記積層板の表面及び裏面に固定された導体層と、
   を備えたプリント配線板。
2. 前記緩衝層は、前記積層板の表面及び裏面に設けられた導体回路から突出しないように形成された請求項１に記載のプリント配線板。
3. 前記緩衝層は、所定の厚みを有する円筒状を呈し、内周面と端面とによって形成される角部が面取りされた請求項１又は請求項２に記載のプリント配線板。
4. 前記積層板は、表面及び裏面に開口する貫通孔が複数形成され、前記複数の貫通孔のうち、一部の貫通孔のみ、その内部に前記緩衝層が備えられた請求項１から請求項３の何れかに記載のプリント配線板。
5. 前記積層板に形成された前記複数の貫通孔のうち、所定値以上の径を有する貫通孔のみ、その内部に前記緩衝層が備えられた請求項４に記載のプリント配線板。
6. 所定の樹脂を有する積層板の表面及び裏面に銅箔が張り合わされた銅張積層板を用意するステップと、
   前記銅張積層板に、その表面及び裏面に貫通する貫通孔を形成するステップと、
   前記貫通孔の内部に、前記積層板の前記樹脂よりも低い膨張率を有する緩衝層を形成し、前記貫通孔を形成する前記積層板の内壁に、前記緩衝層を固定するステップと、
   前記貫通孔の内部で前記緩衝層を覆い、且つ、前記貫通孔の外側で前記積層板の表面及び裏面に固定されるように、導体層を形成するステップと、
   を備えたプリント配線板の製造方法。
7. 前記緩衝層は、所定のワニスからなり、前記貫通孔を形成する前記積層板の内壁に塗布された後、常温硬化される請求項６に記載のプリント配線板の製造方法。

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