JP2013229361A - プリント配線基板 - Google Patents

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Abstract

【課題】この発明は、半田付けランド群からの半田引き寄せ量を増大でき、半田付けランドでの半田ブリッジの発生を抑えることができるプリント配線基板を得る。
【解決手段】リード端子5が半田付けされる半田付けランド7が、列方向を噴流式半田付け進行方向と直交させて行列状に配列され、半田付けランド群8を構成している。第1および第2半田引きランド9,10は、それぞれ等脚台形形状に形成され、半田付けランド群8の噴流式半田付け進行方向の後方に、等脚台形形状の短辺を、半田付けランド群8に向けて、かつ半田付けランド群8の最後尾に位置する半田付けランド7の配列方向と平行にして配置されている。
【選択図】図2

Description

この発明は、噴流式半田槽を用いて、リード形電子部品が実装されるプリント配線基板に関し、特に半田付けランド間の半田ブリッジの発生を抑制するランド構造に関するものである。
一般に、プリント配線基板では、部品実装密度の細密化が要求されていることから、狭ピッチのリード形電子部品などの基板実装化が必要となっている。一方では、環境問題を配慮した鉛フリー半田の実用化が急務となっている。この鉛フリー半田は、従来の鉛入り共晶半田より半田付け性が悪く、リード形電子部品などのリード端子間での半田による短絡が発生しやすい。
このような状況を鑑み、リード形電子部品などのリード端子が挿入される半田付けランド群の後方に半田引きランドを設け、半田付けランドに付着した余剰の半田を半田引きランド側に引き寄せて半田付けランド側に残る半田量を低減し、半田付けランド間での半田ブリッジの発生を抑える従来のプリント配線基板が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−280717号公報
従来のプリント配線基板では、搬送方向後方に向けて次第に狭くなる三角形の半田引きランドを半田付けランド群の後方に設けていた。そして、半田付けランドに付着した余剰の半田を引き寄せる半田引きランドの前部側を三角形の幅広部で構成して、半田引き寄せ量を多くし、引き寄せられた半田を半田槽側に移す半田引きランドの後部側を三角形の幅狭部で構成して、半田引きランドに残る半田量を減らし、半田付けランド間の半田ブリッジの発生を抑えている。
しかし、リード形電子部品のリード端子数が多い場合には、半田引きランドに引き寄せる余剰半田量も増大し、半田引きランドの面積が十分でないと、半田引きランドの半田引き寄せ効果が低下する。半田引きランドの形状が三角形であると、半田引きランドの大面積化に限界があり、リード端子数の多いリード形電子部品を実装する場合には、半田付けランド間での半田ブリッジの発生を抑制できなくなるという問題があった。
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、半田付けランド群からの半田引き寄せ量を増大でき、半田付けランドでの半田ブリッジの発生を抑えることができるプリント配線基板を得ることを目的とする。
この発明によるプリント配線基板は、複数のリード端子を有するリード形電子部品が噴流式半田付けにより実装されるプリント配線基板であって、上記リード端子が半田付けされる半田付けランドを、列方向を噴流式半田付け進行方向と直交、または平行にして行列状に配列して構成される半田付けランド群と、等脚台形形状に形成され、上記半田付けランド群の噴流式半田付け進行方向の後方に、等脚台形形状の短辺を、該半田付けランド群に向けて、かつ該半田付けランド群の最後尾に位置する上記半田付けランドの配列方向と平行にして配置された半田引きランドと、を備えている。
この発明によれば、半田引きランドが等脚台形形状に形成されているので、半田引きランドの大面積化が図られ、半田付けランド群からの半田引き込み量が増大し、半田付けランド間での半田ブリッジの発生が抑制される。
この発明の実施の形態1に係るプリント配線基板に部品を実装した状態を表面側から見た平面図である。 この発明の実施の形態1に係るプリント配線基板を裏面側から見た要部平面図である。 プリント配線基板の噴流式半田付け作業工程を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態1に係るプリント配線基板におけるランド形状の変形例を示す平面部である。 この発明の実施の形態1に係るプリント配線基板におけるランド形状の他の変形例を示す平面部である。 この発明の実施の形態2に係るプリント配線基板を裏面側から見た要部平面図である。 プリント配線基板を裏面側から見た要部平面図である。
以下、本発明のプリント配線基板の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係るプリント配線基板に部品を実装した状態を表面側から見た平面図、図2はこの発明の実施の形態1に係るプリント配線基板を裏面側から見た要部平面図である。
図1および図2において、プリント配線基板1は、例えば、基材に絶縁性のある樹脂を含浸させた基板上に、銅箔などの導電体で回路配線(図示せず)を構成したものであり、チップ抵抗、チップコンデンサ、チップダイオード、ICなどの面実装部品2、大容量抵抗、大容量コンデンサ、トランス、コイルなどの挿入部品3、リード形電子部品であるコネクタ4などが実装されている。
コネクタ4は、行列状に配列された多数本のリード端子5を有する。コネクタ4は、例えば、リード端子5を表面側からプリント配線基板1に形成されたスルーホール6に差し込まれ、スルーホール6の裏面側の開口部にリング状に形成された半田付けランド7に半田接合されて、プリント配線基板1に実装される。
半田付けランド7は、コネクタ4のリード端子5の配列状態に対応して、行列状に配列されて、プリント配線基板1の裏面に形成されている。ここでは、行列状に配列された半田付けランド7の群(以下、半田付けランド群8とする)は、その列方向が噴流式半田付け進行方向と直交するように形成されている。そこで、リード端子5を半田付けランド群8に差し込んで実装される矩形のコネクタ4は、噴流式半田付け進行方向に対して垂直に取り付けられる。
ここで、行列状に配列された半田付けランド7の列方向は、図2中、10個の半田付けランド7が1列に配列されている方向に相当する。
第1および第2半田引きランド9,10は、それぞれ、等脚台形形状に形成され、等脚台形形状の短辺を半田付けランド群8に近づけて、かつ半田付けランド群8の列方向と平行にして、半田付けランド群8の噴流式半田付け進行方向の後方に、半田付けランド群8の列方向に1列に並んで、プリント配線基板1の裏面に形成されている。なお、等脚台形形状の平行な1組の対辺のうち、長さの短い辺を短辺、長さの長い辺を長辺とする。
つぎに、第1および第2半田引きランド9,10の形状、配置について図2を参照しつつ説明する。
半田付けランド群8の噴流式半田付け進行方向の最後尾に位置する半田付けランド7の配列方向に関し、隣り合う2つの半田付けランド7の中心間の距離をd1、隣り合う2つの半田付けランド7の外側縁部間の距離をd2、配列方向に連続する3つの半田付けランド7の両側に位置する半田付けランド7の外側縁部間の距離をd3、隣り合う2つの半田付けランド7の内側縁部間の距離をd4とする。
第1半田引きランド9は、短辺の長さL1がd1に略等しく、長辺の長さL2がd2に略等しい等脚台形形状に形成されている。第1半田引きランド9は、短辺および長辺の中心を結ぶ直線が、隣り合う2つの半田付けランド7の中心を結ぶ線分と、当該線分の中心位置で直交するように配置されている。
第2半田引きランド10は、短辺の長さL3が2d1に略等しく、長辺の長さL4がd3に略等しい等脚台形形状に形成されている。第2半田引きランド10は、短辺および長辺の中心を結ぶ直線が、配列方向に連続する3つの半田付けランド7の中心を結ぶ線分と、当該線分の中心位置で直交するように配置されている。
第1および第2半田引きランド9,10の短辺と、半田付けランド群8の最後尾の半田付けランド7との距離Dは、d4に略等しい。第1および第2半田引きランド9,10の等脚台形形状の高さ、すなわち短辺と長辺との間の距離は、前方に配置されている半田付けランド7の個数、すなわち余剰半田の引き込み量に合わせて適宜設定される。
つぎに、プリント配線基板1の噴流式半田付け作業について図3を参照しつつ説明する。図3はプリント配線基板の噴流式半田付け作業工程を示すフローチャートである。
まず、チップ抵抗、チップコンデンサ、チップダイオード、ICなどの面実装部品2が、自動実装機により、プリント配線基板1に実装される(ステップ1)。ついで、大容量抵抗、大容量コンデンサ、トランス、コイルなどの挿入部品3が、手挿入により、プリント配線基板1に実装される(ステップ2)。なお、コネクタ4は、自動実装機、あるいは手挿入により、プリント配線基板1に実装される。
ついで、半田が銅箔になじむように、プリント配線基板1の裏面にフラックス活性剤を塗布する(ステップ3)。ついで、塗布されたフラックス活性剤が最良の活性温度となるように、プリント配線基板1をプリヒートする(ステップ4)。その後、一次半田噴流装置の一次半田噴流部にプリント配線基板1の裏面を接触させながら、プリント配線基板1を噴流式半田付け進行方向に移動させる(ステップ5)。この一次半田噴流装置では、多数の穴のあいたノズルから溶融半田を噴水の水のように噴流させ、半田付けランド7および第1および第2半田引きランド9,10に多量の半田を付着させ、未半田不良をなくす。これにより、コネクタ4のリード端子5と半田付けランド7とが半田付けされる。
ついで、二次半田噴流装置の二次半田噴流部にプリント配線基板1の裏面を接触させながら、プリント配線基板1を噴流式半田付け進行方向に移動させる(ステップ5)。この二次半田噴流装置では、溶融半田を穏やかな状態で噴流させ、半田付けランド7間の半田ブリッジを除去し、半田付け部を平滑化する。その後、プリント配線基板1を冷却し(ステップ7)、コネクタ4の半田付け作業が終了する。
つぎに、噴流式半田付けにおける不具合について説明する。
プリント配線基板1が裏面(半田付け面)を下にして二次半田噴流装置の二次噴流部に進入すると、半田付けランドに付着した余剰の半田が半田付けランドを伝わって後方に流れる。このとき、リード形電子部品のリード端子の表面・界面張力の作用により、半田は、次々とブリッジを作りながら後方に移動する。そして、半田付けランド群の最後尾の半田付けランドまで流れた半田は、半田付けランド群の後方に設けられた半田引きランドに引き込まれる。そして、半田付けランド群の最後尾の半田付けランドと半田引きランドとの間で半田が引き離される際に、半田の表面・界面張力により、最後尾の半田付けランドに残る半田に戻る力が働き、半田付けランド間に半田ブリッジが発生する。
他の不良としては、半田引きランド間での半田ブリッジの発生や半田がボール状に残る半田ボールの発生がある。
半田付けランド間での半田ブリッジの発生は、最後尾の半田付けランドまで流れてきた半田が半田引きランドに引き込まれ難くなることで発生する。つまり、最後尾の半田付けランドに残る半田量が多くなるほど、半田が半田付けランドと半田引きランドとの間で引き離される際に半田付けランドに残る半田に作用する戻る力が大きくなり、半田ブリッジが半田付けランド間に発生する。
半田引きランドの面積が大きいほど、半田引きランドの表面・界面張力が大きくなり、半田付けランドから半田引きランドへの半田引き込み量が大きくなる。言い換えれば、最後尾の半田付けランドに残る半田量が少なくなり、半田が引き離される際に半田付けランドに残る半田に作用する戻る力が小さくなり、半田付けランド間での半田ブリッジの発生が抑制される。この実施の形態1では、第1および第2半田引きランド9,10が等脚台形形状に形成されているので、三角形に形成された半田引きランドに比べて、半田引きランドの面積を大きくでき、半田付けランド7間での半田ブリッジの発生を抑制できる。なお、半田引きランドが矩形形状に形成されている場合も、同様に、半田付けランド7間の半田ブリッジの発生を抑制できる。
半田引きランド間での半田ブリッジの発生は、隣り合う半田引きランドの相対する沿面が並行していること、および半田引きランドに引き込まれる半田量が多いことに起因する。この実施の形態1では、第1および第2半田引きランド9,10が等脚台形形状に形成されているので、矩形形状に形成されている半田引きランドに比べて、半田引きランド同士の相対する沿面間の距離が長くなり、半田引きランド間での半田ブリッジの発生を抑制できる。
半田ボールの発生は、フラックス塗布工程でフラックスが溜まり、活性不足となったことに起因する。この実施の形態1では、第1および第2半田引きランド9,10は等脚台形形状の短辺を半田付けランド群8に向けて設けられている。そこで、実施の形態1では、等脚台形形状の長辺を半田付けランド群8に向けて第1および第2半田引きランド9,10を設けた場合、あるいは半田引きランドが矩形形状に形成されている場合に比べ、半田付けランド群8と半田引きランドとの相対する沿面部分の長さが短くなるので、半田付けランド群8と半田引きランドとの間におけるフラックス溜まりの発生が抑えられ、半田ボールの発生を抑制できる。
このように、実施の形態1によれば、等脚台形形状に形成された第1および第2半田引きランド9,10が、等脚台形形状の短辺を、半田付けランド群8に向けて、かつ半田付けランド群8の最後尾に位置する半田付けランド7の配列方向と平行にして、半田付けランド群8の噴流式半田付け進行方向の後方に設けられているので、噴流式半田装置を用いてコネクタ4を実装する際に、半田付けランド7間での半田ブリッジの発生、第1および第2半田引きランド9,10間での半田ブリッジの発生、および半田ボールの発生を抑制できるプリント配線基板1を実現できる。
第1および第2半田引きランド9,10は、噴流式半田付け進行方向に関し、等脚台形形状の短辺が、半田付けランド群8の最後尾に位置する半田付けランド7のそれぞれと重なるように、半田付けランド群8の最後尾に位置する半田付けランド7の配列方向に1列に配列されている。そこで、二次噴流部に接して半田付けランド群8の最後尾に位置する半田付けランド7まで流れてきた半田は、噴流式半田付け進行方向の後方に位置する第1および第2半田引きランド9,10に速やかに引き込まれる。
ここで、上記実施の形態1では、第1および第2半田付けランド9,10が、等脚台形形状の短辺を半田付けランド群8に向けて、かつ半田付けランド群8の最後尾に位置する半田付けランド7の配列方向と平行にして、半田付けランド群8の噴流式半田付け進行方向の後方に設けられているが、半田付けランドの形状、配置はこれに限定されない。
例えば、図4に示されるように、第1半田付けランド9のみを、等脚台形形状の短辺を半田付けランド群8に向けて、かつ半田付けランド群8の最後尾に位置する半田付けランド7の配列方向と平行にして、半田付けランド群8の噴流式半田付け進行方向の後方に、半田付けランド群8の最後尾に位置する半田付けランド7の配列方向に1列に配列させてもよい。
また、図5に示されるように、短辺の長さが配列方向に連続する10個の半田付けランド7の両側の半田付けランド7の中心間の距離に略等しく、かつ長辺長さが配列方向に連続する10個の半田付けランド7の両側に位置する半田付けランド7の外側縁部間の距離に略等しい等脚台形形状に形成された1つの第3半田引きランド11を、等脚台形形状の短辺を半田付けランド群8に向けて、かつ半田付けランド群8の最後尾に位置する半田付けランド7の配列方向と平行にして、半田付けランド群8の噴流式半田付け進行方向の後方に設けてもよい。
このように、本発明では、半田引きランドは、噴流式半田付け進行方向に関し、半田付けランド群8の最後列に位置する全ての半田付けランド7に重なるように、噴流式半田付け進行方向の後方に設けられている。そして、半田付けランドのそれぞれは、半田付けランド群8の最後尾に位置し、かつ、半田引きランドの前方に位置する半田付けランド7の個数をn(但し、nは2以上の整数)としたとき、短辺の長さが1列に並ぶn個の半田付けランド7の両側に位置する半田付けランド7の中心間の距離に略等しく、長辺の長さが1列に並ぶn個の半田付けランド7の両側に位置する半田付けランド7の外側縁部間の距離に略等しい等脚台形形状に形成されている。
実施の形態2.
図6はこの発明の実施の形態2に係るプリント配線基板を裏面側から見た要部平面図である。
図6において、電気絶縁性被膜12が、シルク印刷などにより、半田付けランド7を露出させ、かつ隣り合う第1および第2半田引きランド9,10間を分離するように、プリント配線基板1の裏面に形成されている。
なお、他の構成は、上記実施の形態1と同様に構成されている。
この実施の形態2によれば、電気絶縁性被膜12の隔壁部12aが、プリント配線基板1の裏面に、隣り合う第1および第2半田引きランド9,10間を分離するように噴流式半田付け進行方向に延設されているので、隣り合う第1および第2半田引きランド9,10間における半田ブリッジの発生を一層抑えることができる。
なお、上記実施の形態1,2では、半田付けランド群8の列方向が噴流式半田付け進行方向と直交している場合について説明しているが、本発明は、半田付けランド群8の列方向が噴流式半田付け進行方向と平行となっている場合にも、適用できる。
以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。なお、実施例および比較例の半田不良を目視判定した結果は表1に示す。なお、図7はプリント配線基板を裏面側から見た要部平面図であり、図7の(a)は実施例1のプリント配線基板を示し、図7の(b)は比較例1のプリント配線基板を示し、図7の(c)は比較例2のプリント配線基板を示し、図7の(d)は比較例3のプリント配線基板を示している。ここでは、噴流式半田付け進行方向と直交する列方向のピッチを2.54mm、列間のピッチを1.905mmとする100ピンのコネクタをプリント配線基板に実装して評価した。
実施例1.
実施例1のプリント配線基板では、図7の(a)に示されるように、半田引きランド20を、短辺の長さが隣り合う2つの半田付けランド7の中心間の長さ(d1)に等しく、長辺の長さが隣り合う2つの半田付けランド7の外側縁部間の長さ(d2)に等しい等脚台形形状に形成した。そして、半田引きランド20を、それぞれ、短辺を半田付けランド群8に向けて、短辺の中心と長辺の中心とを結ぶ直線が、隣り合う2つの半田付けランド7の中心を結ぶ線分と、当該線分の中心位置で直交するように、半田付けランド群8の噴流式半田付け進行方向の最後尾に位置する半田付けランド7の配列方向に1列に等ピッチ(2d1)で配列した。
このように作製した6枚のプリント配線基板のそれぞれにコネクタを実装し、噴流式半田付けによりコネクタのリード端子を半田付けランド7に半田付けした。半田付けされた6枚のプリント配線基板の半田不良を目視判定したところ、13箇所で半田不良(半田付けランド間の半田ブリッジ、半田引きランド間の半田ブリッジ、半田ボール)が確認された。
比較例1.
比較例1のプリント配線基板では、図7の(b)に示されるように、半田引きランド21を、短辺の長さが隣り合う2つの半田付けランド7の中心間の長さ(d1)に等しく、長辺の長さが隣り合う2つの半田付けランド7の外側縁部間の長さ(d2)に等しい等脚台形形状に形成した。そして、半田引きランド21を、それぞれ、長辺を半田付けランド群8に向けて、短辺の中心と長辺の中心とを結ぶ直線が、隣り合う2つの半田付けランド7の中心を結ぶ線分と、当該線分の中心位置で直交するように、半田付けランド群8の噴流式半田付け進行方向の最後尾に位置する半田付けランド7の配列方向に1列に等ピッチ(2d1)で配列した。
このように作製した6枚のプリント配線基板のそれぞれにコネクタを実装し、噴流式半田付けによりコネクタのリード端子を半田付けランド7に半田付けした。半田付けされた6枚のプリント配線基板の半田不良を目視判定したところ、52箇所で半田不良(半田付けランド間の半田ブリッジ、半田引きランド間の半田ブリッジ、半田ボール)が確認された。
比較例2.
比較例2のプリント配線基板では、図7の(c)に示されるように、半田引きランド22を、底辺の長さが半田付けランド7の外径に等しい二等辺三角形に形成されている。そして、半田引きランド22を、それぞれ、底辺を半田付けランド群8に向けて、かつ半田付けランド群8の噴流式半田付け進行方向の最後尾に位置する半田付けランド7の配列方向に平行とし、底辺の中心を通り底辺と直交する直線が、半田付けランド7の中心を通るように、半田付けランド群8の噴流式半田付け進行方向の最後尾に位置する半田付けランド7の配列方向に1列に等ピッチ(d1)で配列した。半田引きランド22を、底辺側の等脚台形形状のランド部22aと、頂点側の二等辺三角形のランド部22bとに、分割構成した。ランド部22aは格子面で構成し、ランド部22bは平滑面で構成した。
このように作製した2枚のプリント配線基板のそれぞれにコネクタを実装し、噴流式半田付けによりコネクタのリード端子を半田付けランド7に半田付けした。半田付けされた2枚のプリント配線基板の半田不良を目視判定したところ、19箇所で半田不良(半田付けランド間の半田ブリッジ、半田引きランド間の半田ブリッジ、半田ボール)が確認された。
比較例3.
比較例3のプリント配線基板では、図7の(d)に示されるように、半田引きランド23を矩形に形成した。そして、半田引きランド23を、それぞれ、一辺を半田付けランド群8の長さ方向と平行にして、半田付けランド群8側の辺の中心を通り当該辺と直交する直線が、隣り合う2つの半田付けランド7の中心を結ぶ線分と、当該線分の中心位置で直交するように、半田付けランド群8の噴流式半田付け進行方向の最後尾に位置する半田付けランド7の配列方向に等ピッチ(2d1)で配列した。半田引きランド23は、半田付けランド群8に近接する辺の長さを隣り合う2つの半田付けランド7の外側縁部間の長さ(d2)に等しくし、半田引きランド20と同面積に形成した。
このように作製した6枚のプリント配線基板のそれぞれにコネクタを実装し、噴流式半田付けによりコネクタのリード端子を半田付けランド7に半田付けした。半田付けされた6枚のプリント配線基板の半田不良を目視判定したところ、44箇所で半田不良(半田付けランド間の半田ブリッジ、半田引きランド間の半田ブリッジ、半田ボール)が確認された。
Figure 2013229361
このように、表1から、半田付けランド群8の噴流式半田付け進行方向の後方に設ける半田引きランドの形状を等脚台形形状とすることで、逆等脚台形形状、二等辺三角形、矩形などの半田引きランドに比べて、半田不良の発生を著しく低減できることが確認できた。
1 プリント配線基板、4 コネクタ(リード形電子部品)、5 リード端子、7 半田付けランド、8 半田付けランド群、9 第1半田引きランド、10 第2半田引きランド、11 第3半田引きランド、12 隔壁部。

Claims (4)

  1. 複数のリード端子を有するリード形電子部品が噴流式半田付けにより実装されるプリント配線基板において、
    上記リード端子が半田付けされる半田付けランドを、列方向を噴流式半田付け進行方向と直交、または平行にして行列状に配列して構成される半田付けランド群と、
    等脚台形形状に形成され、上記半田付けランド群の噴流式半田付け進行方向の後方に、等脚台形形状の短辺を、該半田付けランド群に向けて、かつ該半田付けランド群の最後尾に位置する上記半田付けランドの配列方向と平行にして配置された半田引きランドと、を備えていることを特徴とするプリント配線基板。
  2. 上記半田引きランドは、
    等脚台形形状の短辺が、上記半田付けランド群の最後尾に位置する上記半田付けランドの配列方向に連続するn個(但し、nは2以上の整数)の半田付けランドの両側に位置する半田付けランドの中心間の距離に略等しい長さを有し、かつ等脚台形形状の長辺が、上記半田付けランド群の最後尾に位置する上記半田付けランドの配列方向に連続するn個の半田付けランドの両側に位置する半田付けランドの外側縁部間の距離に略等しい長さを有し、
    上記短辺と上記長辺との中心を結ぶ直線が、上記半田付けランド群の最後尾に位置する上記半田付けランドの配列方向に連続するn個の半田付けランドの両側に位置する半田付けランドの中心を結ぶ線分に、当該線分の中心位置で直交するように配置されていることを特徴とする請求項1記載のプリント配線基板。
  3. 上記半田引きランドは、噴流式半田付け進行方向に関し、等脚台形形状の短辺が、上記半田付けランド群の最後尾に位置する上記半田付けランドのそれぞれと重なるように、上記半田付けランド群の最後尾に位置する上記半田付けランドの配列方向に1列に配列されて形成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載のプリント配線基板。
  4. 電気絶縁性被膜が、上記半田付けランド群の最後尾に位置する上記半田付けランドの配列方向に隣り合う上記半田引きランド間を分離するように、噴流式半田付け進行方向に延設されていることを特徴とする請求項3記載のプリント配線基板。
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