JP2014011308A - プリント基板 - Google Patents

Abstract

【課題】リード端子をスルーホールに自動挿入する際のエラーの発生を低減し、かつスルーホール実装のはんだ付け性を改善することができるプリント基板を提供する。
【解決手段】部品のリード端子を挿入する部品挿入面側のスルーホール２の開口径Ａを、その反対面の開口径Ｂよりも大きくした。
【選択図】図３

Description

この発明は、部品をスルーホール実装するプリント基板に関する。

従来、部品のリード端子をプリント基板のスルーホールへ挿入する処理は手作業で行われてきたが、生産タクトの高速化や部品補給時間の短縮化などの生産性向上の要求から、実装機を用いた自動挿入技術の開発が進められている。
一方、プリント基板側では、自動挿入時に部品のリード端子がスルーホールに入らない実装エラーを防止するため、スルーホールの径を拡大する対策がとられてきた。
このようにスルーホールの径を拡大させた場合、スルーホール内に充填すべきはんだ量が増加するため、スルーホール内へのはんだ充填量が不足する可能性がある。

また、特許文献１には、部品のリード端子の径とスルーホールの径との差であるクリアランスを、０．５ミリより大きく、かつ０．８ミリ以下の範囲に含まれるいずれかの値に設定したプリント基板が開示されている。これにより、自動挿入に対応しつつスルーホールのはんだ上がり性の向上を図ろうとしている。

特開２００８−１５９８２２号公報

特許文献１に代表される従来の技術は、部品のリード端子の径とスルーホールの径との差であるクリアランスを適正化して、自動挿入における実装エラーの発生を低減するものであるため、プリント基板単体で自動挿入に適した改善を行うことができないという課題があった。

また、実装機を用いた自動挿入おいて、スルーホールの径を大きくすれば、リード端子の径に個体差があっても対応することができる。しかしながら、スルーホール径の拡大に伴ってスルーホール内に充填すべきはんだ量が増大するため、はんだ充填量不足が発生する可能性があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、リード端子をスルーホールに自動挿入する際のエラーの発生を低減し、かつスルーホール実装のはんだ付け性を改善することができるプリント基板を得ることを目的とする。

この発明に係るプリント基板は、スルーホールを有するプリント基板において、スルーホールが、部品のリード端子を挿入する部品挿入面側の開口径がその反対面の開口径より大きいことを特徴とする。

この発明によれば、リード端子をスルーホールに自動挿入する際のエラーの発生を低減し、かつスルーホール実装のはんだ付け性を改善することができるという効果がある。

スルーホール実装におけるリフローはんだ付け工程を示す図である。 従来のプリント基板を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係るプリント基板を示す断面図である。 実施の形態１に係るプリント基板の他の態様を示す断面図である。 この発明の実施の形態２に係るプリント基板を示す断面図である。 この発明の実施の形態３に係るプリント基板を示す断面図である。 この発明の実施の形態４に係るプリント基板を示す断面図である。

実施の形態１．
図１は、スルーホール実装におけるリフローはんだ付け工程を示す図である。この発明で扱われるプリント基板は、図１（ａ）に示すように、基材１に銅箔で内壁が被覆されたスルーホール２が形成され、その両面にスルーホール２の開口周縁のランド部が露出するソルダレジスト３が形成されている。
まず、図１（ｂ）の工程において、厚膜印刷技術を利用してプリント基板のランド部上にはんだペーストを塗布する。
次に、図１（ｃ）の工程において、実装機を用いて部品のリード端子５をスルーホール２に自動挿入する。
この後、図２１（ｄ）の工程において、スルーホール２に部品のリード端子５が挿入された状態のプリント基板をリフロー炉に通すことにより、はんだペースト４を溶融させ、スルーホール２内にはんだ４ａを充填する。

図２は、従来のプリント基板を示す断面図である。図２において、部品のリード端子をスルーホール２に自動挿入する部品挿入面側のスルーホール径をＡ’とし、その反対面の開口径をＢ’としている。従来のプリント基板では、開口径Ａ’と開口径Ｂ’を同じ寸法にするとともに、部品挿入面からその反対面までの途中の内径も開口径Ａ’および開口径Ｂ’と同じ寸法としている。
なお、従来では、実装機で部品のリード端子をスルーホール２に自動挿入するときに、リード端子を正しくスルーホール２に挿入できない、いわゆる“実装エラー”を抑制するため、スルーホール２の開口径Ａ’、開口径Ｂ’およびその途中の内径をリード端子の径よりも十分に大きくしている。

上述のように構成しているため、部品のリード端子をスルーホール２に自動挿入したときに、リード端子の径とスルーホール２の径との差であるクリアランスの分だけ、部品ががたついて位置がずれるという問題があった。
また、スルーホール径を拡大したことで、その内部に充填すべきはんだの量が必然的に増加し、スルーホール径を拡大する前と同様のはんだ量では、充填量不足となる可能性がある。

そこで、この発明に係るプリント基板は、部品のリード端子を挿入する部品挿入面側の開口径がその反対面の開口径より大きいスルーホールを形成している。
図３は、この発明の実施の形態１に係るプリント基板を示す断面図である。図３に示すプリント基板のスルーホール２Ａは、部品挿入面側から反対面側へ向かうにつれてスルーホール径が小さくなるように内壁が傾斜している。例えば、傾斜角は、スルーホール２Ａの軸方向に対して１〜５°とする。

このように部品挿入面側の開口径Ａをその反対面の開口径Ｂより大きくすることで、実装機による自動挿入時に、リード端子が部品挿入面側の開口に挿入しやすくなり、実装エラーの発生を低減できる。
特に、図３に示すように傾斜した内壁とすることにより、リード端子が傾斜した内壁を滑るように反対面側へガイドされ、自動挿入時のエラー（実装エラー）を格段に低減することが可能である。

また、径が小さい反対面側の開口部（Ｂ＜Ａ）において、リード端子のがたつきが抑制されるため、部品を実装したときの姿勢が保持されて部品位置のずれが起こりにくい。
さらに、部品挿入面側の開口径Ａを反対面の開口径Ｂより大きくすることで、図２に示した従来のスルーホール２のように開口径Ａ’、開口径Ｂ’およびその途中の内径を全て同じ寸法にした場合と比べて、スルーホール２Ａに挿入したリード端子をはんだ付けするために必要なはんだ充填量を少なくすることができ、はんだ付けも容易になる。

以上のように、この実施の形態１によれば、スルーホール２Ａが、部品のリード端子を挿入する部品挿入面側の開口径Ａがその反対面の開口径Ｂより大きくしたので、部品挿入面側のスルーホール２Ａの開口部にリード端子を挿入しやすくなり、実装エラーの発生を低減することができる。また、従来のようにスルーホール径を全て同じ寸法にする場合と比較してはんだ付けに必要なはんだ量を低減することができ、さらに反対面側の開口部でリード端子のがたつきが抑制されることから、スルーホール実装のはんだ付け性を改善することができる。

また、この実施の形態１によれば、スルーホール２Ａが、部品挿入面側からその反対面へ向かうにつれて内径が小さくなるように傾斜した内壁を有するので、リード端子が傾斜した内壁を滑るように反対面側へガイドされ、自動挿入時のエラー（実装エラー）を格段に低減することができる。

上記実施の形態１では、部品挿入面から反対面に向かうにつれてスルーホール２Ａの径を徐々に絞った傾斜した内壁とする場合を示したが、部品挿入面側の開口周縁のランド部のエッジを面取りすることにより、反対面より開口径を大きくしてもよい。
図４は、実施の形態１に係るプリント基板の他の態様を示す断面図であり、ランド部のエッジを面取りした構成を示している。図４に示すプリント基板では、部品のリード端子の径とスルーホール２の径との差であるクリアランスを実装エラーが起こりにくい最小限の値とし、ランド部のエッジを例えば３０°〜４５°の範囲で面取りしている。
このように構成することにより、自動挿入時にリード端子がランドエッジに引っかかることがなく、リード端子が面取り部２ａ上を滑ってスルーホール２へガイドされるため、実装エラーの発生を抑制できる。
また、リフローはんだ付け工程において、溶融したはんだペーストが面取り部２ａ上を伝ってスルーホール２内へ流れ込みやすくなる。このため、ランド部に溶融はんだの残渣が発生することが抑制され、スルーホール２内へのはんだ充填性が改善される。

実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２に係るプリント基板を示す断面図である。図５（ａ）に示すプリント基板では、スルーホール２Ｂの部品挿入面側の開口径Ａが反対面へ向かう途中の内径Ｂ（ここでは、反対面側の開口径に等しい）より大きい段差構造を有する。
すなわち、スルーホール２Ｂは、径Ａが径Ｂよりも大きく、径Ａの部品挿入面側の孔部２Ｂ１が段差を介して反対面へ連通する孔部２Ｂ２に接続された２段の段差構造となっている。例えば、段差以降の孔部２Ｂ２の径Ｂを、部品挿入面側の孔部２Ｂ１の径Ａよりも５％〜２０％縮小した構造とする。
このように構成することで、実装機による自動挿入時に、リード端子が部品挿入面側の開口に挿入しやすくなり、実装エラーの発生を低減できる。
また、径Ｂ（Ｂ＜Ａ）が小さい反対面へ連通する途中の孔部でリード端子のがたつきが抑制されるため、部品を実装したときの姿勢が保持され部品位置のずれが起こりにくい。
さらに、内径の小さい孔部２Ｂ２との２段構造とすることで、全ての内径が同じ寸法の従来のスルーホールと比べて、スルーホール２Ｂに挿入したリード端子をはんだ付けするために必要なはんだ充填量を少なくすることができ、はんだ付けも容易になる

また、図５（ｂ）に示すように、図５（ａ）の構造に対して反対面の開口径が途中の内径Ｂより大きい段差構造を追加してもよい。図５（ｂ）に示すスルーホール２Ｂ’は、部品挿入面の反対面側の開口径がその反対面へ向かう途中の内径Ｂより大きい段差構造を有する。すなわち、スルーホール２Ｂ’は、部品挿入面側の孔部２Ｂ１と反対面側の孔部２Ｂ２がそれぞれ段差を介して途中の孔部２Ｂ３に接続された３段の段差構造となっている。このように構成しても、図５（ａ）の構造と同様の効果を得ることができる。

以上のように、この実施の形態２によれば、スルーホールが、部品挿入面側の開口径Ａがその反対面へ向かう途中の内径Ｂより大きい段差構造、もしくは、これに加えて反対面の開口径Ｂが反対面へ向かう途中の内径Ｂより大きい段差構造を有するので、自動挿入時に、リード端子が部品挿入面側の開口に挿入しやすくなり、実装エラーの発生を低減することができる。
また、従来のようにスルーホール径を全て同じ寸法にする場合と比較してはんだ付けに必要なはんだ量を低減することができ、さらに径（Ｂ＜Ａ）が小さい反対面側へ向かう途中の孔部でリード端子のがたつきが抑制されるため、スルーホール実装のはんだ付け性を改善することができる。

実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３に係るプリント基板を示す断面図である。図６に示すスルーホール２Ｃは、その開口周縁のランド部２ｂが当該プリント基板の基材１と同一の面または基材１よりも低い面になるように構成されている。
このように構成することで、自動挿入で実装エラーが発生しないように、スルーホール２Ｃの径をリード端子の径よりも十分に大きくした場合であっても、リフローはんだ付け工程において溶融したはんだペーストがランド部２ｂを伝ってスルーホール２Ｃ内に流れ込みやすくなる。このため、ランド部２ｂに溶融はんだの残渣が発生することが抑制され、スルーホール２Ｃ内へのはんだ充填性が改善される。

以上のように、この実施の形態３によれば、スルーホール２Ｃの開口周縁のランド部２ｂが、当該プリント基板の基材１と同一の面または基材１より低い面にあるので、ランド部２ｂに溶融はんだの残渣が発生することが抑制され、スルーホール２Ｃ内へのはんだ充填性が改善される。

実施の形態４．
図７は、この発明の実施の形態４に係るプリント基板を示す断面図である。図７（ａ）に示すスルーホール２Ｄは、部品挿入面側の開口周縁のランド部の外径Ａ１が当該スルーホール２Ｄの開口径Ａより０．２ミリから０．４ミリの範囲（つまり、片側アニュラリング寸法０．１ミリから０．２ミリの範囲）で大きくしている。このランド部の寸法は従来の構造に比べて極小化されており、リフローはんだ付け工程で溶融したはんだペーストはランド部をほとんど濡らさずに、スルーホール２Ｄ内に流れ込む。
このように構成することにより、自動挿入で実装エラーが発生しないように、スルーホール２Ｄの径をリード端子の径よりも十分に大きくした場合であっても、ランド部に溶融はんだの残渣が発生することが抑制され、スルーホール２Ｄ内へのはんだ充填性が改善される。

また、図７（ｂ）に示すように、図７（ａ）の構造に対して反対面側のランド部の外径Ｂ１が当該スルーホール２Ｄ’の開口径Ｂよりも０．２ミリから０．４ミリの範囲（つまり、片側アニュラリング寸法０．１ミリから０．２ミリの範囲）で大きくしている。このように構成しても、図７（ａ）の構造と同様の効果を得ることができる。
特に、反対面側のランド部の寸法を極小化することで、リフローはんだ付け工程で溶融したはんだペーストがスルーホール２Ｄ’を通って反対面のランド部に広がることを抑制でき、スルーホール２Ｄ’内からランド部へはんだが流れ出すことを防止できる。これにより、スルーホール実装のはんだ付け性を改善することができる。

以上のように、この実施の形態４によれば、スルーホールの開口周縁のランド部の外径を、当該スルーホールの開口径よりも０．２ミリから０．４ミリの範囲で大きくする。
このように構成することにより、自動挿入で実装エラーが発生しないように、スルーホール２Ｄまたは２Ｄ’の径をリード端子の径よりも十分に大きくした場合であっても、ランド部に溶融はんだの残渣が発生することが抑制され、スルーホール２Ｄ内へのはんだ充填性が改善される。

なお、本発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ 基材、２，２Ａ〜２Ｄ，２Ｂ’〜２Ｄ’ スルーホール、２Ｂ１〜２Ｂ３ 孔部、２ａ 面取り部、２ｂ ランド部、３ ソルダレジスト、４ はんだペースト、４ａ はんだ、５ リード端子。

Claims (7)

1. スルーホールを有するプリント基板において、
   前記スルーホールは、部品のリード端子を挿入する部品挿入面側の開口径がその反対面の開口径より大きいことを特徴とするプリント基板。
2. 前記スルーホールは、部品挿入面側からその反対面へ向かうにつれて内径が小さくなるように傾斜した内壁を有することを特徴とする請求項１記載のプリント基板。
3. 前記スルーホールは、前記部品挿入面側の開口周縁のランド部のエッジを面取りすることにより、前記反対面より開口径を大きくしたことを特徴とする請求項１記載のプリント基板。
4. スルーホールを有するプリント基板において、
   前記スルーホールは、部品のリード端子を挿入する部品挿入面側の開口径がその反対面へ向かう途中の内径より大きい段差構造を有することを特徴とするプリント基板。
5. 前記スルーホールは、前記反対面の開口径が前記反対面へ向かう途中の内径より大きい段差構造を有することを特徴とする請求項４記載のプリント基板。
6. スルーホールを有するプリント基板において、
   前記スルーホールの開口周縁のランド部は、当該プリント基板の基材と同一の面または前記基材より低い面にあることを特徴とするプリント基板。
7. スルーホールを有するプリント基板において、
   前記スルーホールの開口周縁のランド部の外径は、当該スルーホールの開口径よりも０．２ミリから０．４ミリの範囲で大きいことを特徴とするプリント基板。

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