JP2016174184A - プリント配線板 - Google Patents

Abstract

【課題】リフロー方式にて表面実装部品が実装されるプリント配線板において、表面実装部品の回転を防止すると共に表面実装部品とプリント配線板との接合を容易に確認することを可能とする。【解決手段】表面実装部品の端子が配置されるパッド３ａ１，３ａ２が、相対的に幅の広い幅広領域Ｒａと、相対的に幅が狭くかつ端子１０２，１０３の幅と同一以上の幅とされる幅狭領域Ｒｂとを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、プリント配線板に関するものである。

近年、多くの表面実装部品（ＳＭＤ：Surface Mount Device）がプリント配線板に実装されている。このような表面実装部品は、例えば、粉末状のはんだとフラックスとを含むはんだペーストを介してプリント配線板に表面実装部品を配置した後、加熱することではんだペーストを溶融させるリフロー方式のはんだ付けにてプリント配線板に接合される。

また、このようなリフロー方式のはんだ付けでは、上述のようにして表面実装部品が配置されたプリント配線板を搬送しながらヒータが配置された炉内を通過させることによってはんだペーストを溶融させている。つまり、プリント配線板が搬送方向の上流側となる先端側から搬送方向の下流側となる後端側に向けて連続的に加熱され、これによって、はんだペーストは、上記先端側から上記後端側に向けて順次溶融される。

特開平１０−１５４８７０号公報

ところで、リフロー方式のはんだ付けにおいては、加熱前に正しい姿勢で配置された表面実装部品が冷却後に位置ズレを生じている場合がある。具体的には、表面実装部品は、プリント配線板の平面視において回転するようにして位置がずれている。これは、以下の理由によるものと考えられる。

上述のように、はんだペーストがプリント配線板の上記先端側から上記後端側に向けて溶融され、はんだペーストの流動性が上記先端側から上記後端側に向けて高まる。また、溶融後のはんだは、上記先端側から上記後端側に向けて順次冷却されて硬化する。つまり、リフロー方式のはんだ付けでは、はんだペーストの溶融タイミングと溶融後のはんだの硬化タイミングとが、プリント配線板の搬送方向においてずれることになる。
また、リフロー方式のはんだ付けでは、プリント配線板のパッド上にはんだペーストを配置し、表面実装部品の端子をこのパッドに合わせて配置している。加熱するとはんだペーストの流動性が高まり、はんだペースト（はんだ）がパッド上において濡れ広がる。このとき、はんだペースト（はんだ）の表面張力によって表面実装部品がパッド上において浮いたような状態となり、表面実装部品がパッドの範囲で移動しやすい状態が生じる。
このようなはんだペーストの溶融タイミングと溶融後のはんだの硬化タイミングとズレが生じることによって表面実装部品に回転する方向に力が作用し、さらに表面実装部品がパッドの範囲で移動しやすい状態が生じることによって表面実装部品が回転してしまうものと考えられる。

このような、はんだペーストの溶融タイミングと溶融後のはんだの硬化タイミングとズレは、単一のパッドの範囲でも起こるため、どのような表面実装部品に対しても冷却後の位置ズレが生じる可能性はある。ただし、複数の端子がプリント配線基板の搬送方向に変位して配置されるコイル等の表面実装部品において特に顕著に現れる。これは、端子に対応して配置される複数のパッドにおける、はんだペーストの溶融タイミングと溶融後のはんだの硬化タイミングとが異なり、単一の表面実装部品において、はんだペーストの溶融タイミングと溶融後のはんだの硬化タイミングが大きく異なることによるものと考えられる。

このような問題に対しては、例えばパッドの幅を端子の幅と一致させ、はんだペーストの濡れ広がりを規制することで表面実装部品の移動を阻止する対策を施すことが考えられる。しかしながら、パッドの幅を端子の幅と一致させた場合には、端子の側方にはんだペースト（はんだ）が流れ込むことができない。このため、端子の側方にフィレットが形成されない。表面実装部品とプリント配線板との接合状態は、上記フィレットを目視等によって確認することによって行われる。このため、端子の側方にフィレットが形成されない場合には、表面実装部品とプリント配線板との接合状態を確認することが困難となる。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、リフロー方式にて表面実装部品が実装されるプリント配線板において、表面実装部品の回転を防止すると共に表面実装部品とプリント配線板との接合を容易に確認することを可能とすることを目的とする。

上記課題を解決するための手段として、本発明は以下の構成を採用する。
第１の発明は、はんだペーストを用いるリフローはんだ付けにより表面実装部品が実装されるプリント配線板であって、上記表面実装部品の端子が配置されるパッドは、相対的に幅の広い幅広領域と、相対的に幅が狭くかつ上記端子の幅と同一以上の幅とされる幅狭領域とを有するという構成を採用する。
第２の発明は、上記第１の発明において、上記幅狭領域の幅が上記パッドの幅と一致されているという構成を採用する。
第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記表面実装部品の端子が長方形状であり、上記パッドが、上記端子の長手方向にて複数の上記幅狭領域を有するという構成を採用する。
第４の発明は、上記第１〜第３いずれかの発明において、上記表面実装部品が長手方向にて変位して配置される長方形状の端子を複数備え、当該端子の配置パターンに合わせて長手方向に変位して配置される複数のパッドを備えるという構成を採用する。

本発明によれば、パッドの少なくとも一部領域が相対的に幅の狭い幅狭領域とされ、その他の一部領域が相対的に幅の広い幅広領域とされている。
幅狭領域は、端子の幅と同一以上とされているものの幅広領域よりも幅が狭い。このため、はんだペーストが溶融した場合に幅狭領域におけるはんだペースト（はんだ）の濡れ広がる範囲は、幅広領域よりも狭くなる。よって、幅狭領域における表面実装部品の端子の移動可能範囲が幅広領域よりも小さくなり、幅狭領域における端子の大きな移動を規制することができる。端子自体は形状変化しないことから、幅狭領域によって端子の一部分の移動が規制されることによって、端子全体の移動が規制される。したがって、本発明によれば、リフロー方式のはんだ付けのときに、幅狭領域によって表面実装部品の回転を抑制することができる。
また、幅広領域は、幅狭領域よりも幅が広い。このため、はんだペーストが溶融した場合に幅広領域におけるはんだペースト（はんだ）の濡れ広がる範囲は、幅狭領域よりも広くなる。よって、溶融されたはんだペースト（はんだ）が端子の側方に回り込むことが可能となり、端子の側方にフィレットを形成することができる。つまり、本発明によれば、幅広領域において端子の側方に目視等の確認が可能なフィレットを形成することができる。
したがって、このような本発明によれば、リフロー方式にて表面実装部品が実装されるプリント配線板において、表面実装部品の回転を防止すると共に表面実装部品とプリント配線板との接合を容易に確認することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るプリント配線板の概略構成図であり、（ａ）が平面図であり、（ｂ）がコイルを含む模式的な拡大図であり、（ｃ）が（ｂ）のＡ−Ａ線縦断面図である。 本発明の一実施形態に係るプリント配線板が備えるパッド及びコイルが備える電極の模式図であり、（ａ）が電極の平面図であり、（ｂ）がパッドの平面図であり、（ｃ）がパッド及び電極をはんだにて接合した様子を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るプリント配線板にコイルを実装する工程を示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明に係るプリント配線板の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

図１は、本実施形態のプリント配線板１を示す概略構成図であり、（ａ）が平面図であり、（ｂ）がコイル１００（表面実装部品）を含む模式的な拡大図であり、（ｃ）が（ｂ）の縦断面図である。
図１（ａ）に示すように、本実施形態のプリント配線板１は、表面実装型のコイル１００を含む多数の電子部品が実装される基板である。なお、図１（ａ）においては、複数の電子部品のうち一部が図示され、またプリント配線板１の配線パターン等が省略されている。このプリント配線板１は、図１（ｃ）に示すように、本実施形態のプリント配線板１は、絶縁基材２と、配線パターン３とを備えている。

絶縁基材２は、ガラスエポキシ材やガラスコンポジット材等の絶縁材料からなる板状の部材であり、内層パターン同士を接続するための不図示のビアホールが設けられている。

配線パターン３は、銅からなる導電層である。本実施形態においては、絶縁基材２の表面に形成される表面パターン３ａと、絶縁基材２の裏面に形成される裏面パターン３ｂと、絶縁基材２の内部に形成される内層パターン３ｃ，３ｄとが配線パターン３である。なお、内層パターン３ｃと内層パターン３ｄとは、絶縁基材２の厚さ方向に所定の間隔を空けて異なる層に形成されている。これらの表面パターン３ａ、裏面パターン３ｂ、内層パターン３ｃ，３ｄは、所定の箇所に設けられた不図示のビアホールの内壁面に形成された銅めっき層を介して互いに接続されている。

また、表面パターン３ａには、コイル１００の電極１０２（端子）がはんだＨ１によって接合されるパッド３ａ１と、コイル１００の電極１０３（端子）がはんだＨ２によって接合されるパッド３ａ２とが設けられている。これらのパッド３ａ１，３ａ２は、コイル１００をリフロー方式にてはんだ付けするときに、はんだペーストＰ（図３参照）が配置される場所でもある。
本実施形態のプリント配線板１は、これらのパッド３ａ１，３ａ２の形状に特徴を有している。これらのパッド３ａ１，３ａ２の形状については、後に図２を参照して詳説する。

コイル１００は、例えば、バッテリーからモータに供給される電圧を昇圧させる部品であり、図１（ｂ），（ｃ）に示すように、コイルが収容される本体部１０１と、コイルに電気的に接続するための電極１０２，１０３とを備えている。これらの電極１０２，１０３は、ブロック状の本体部１０１の下部に設けられており、当該本体部１０１から僅かに下方に突出して設けられている。

続いて、図２を参照して、パッド３ａ１，３ａ２及び電極１０２，１０３の形状や配置パターンについてより詳細に説明する。図２は、パッド３ａ１，３ａ２及び電極１０２，１０３の模式図である。なお、図２（ａ）は、電極１０２，１０３の平面図である。図２（ｂ）は、パッド３ａ１，３ａ２の平面図である。図２（ｃ）は、パッド３ａ１，３ａ２及び電極１０２，１０３をはんだＨ１，Ｈ２にて接合した様子を示す平面図である。

図２（ａ）に示すように、電極１０２，１０３は、両方とも同じ大きさの長方形状とされており、長辺同士が平行となると共に短辺方向に離間するように配置されている。また、電極１０２，１０３は、長辺方向（つまり長手方向）において、ずれて配置されている。つまり、本実施形態においてコイル１００は、長手方向にて変位することで千鳥状に配置される長方形状の電極１０２，１０３を複数備えている。
なお、本実施形態のプリント配線板１に対しては、後に説明するが、搬送しながらリフロー方式のはんだ付けを行う。このときプリント配線板１は、図１（ａ）に示す右端１ａを先頭として搬送される。そして、このようなプリント配線板１に対して、上述の電極１０２，１０３は、長手方向がプリント配線板１の搬送方向を向くように配置されている。さらに、電極１０２が電極１０３よりもプリント配線板１の右端１ａ寄りに配置されている。
また、以下の説明においては、電極１０２，１０３の短辺方向（つまり短手方向）の幅を幅Ｌ１、電極１０２，１０３の長手方向の幅を幅Ｌ２と称する。

パッド３ａ１，３ａ２は、図２（ｃ）に示すように、電極１０２，１０３の配置パターンに合わせて電極１０２，１０３の長手方向に変位して千鳥状に配置されている。なお、図２（ｂ）に示すように、パッド３ａ１，３ａ２も一方向に長い形状とされていることから、パッド３ａ１，３ａ２は、パッド３ａ１，３ａ２自体の長手方向に変位して千鳥状に配置されているとも言える。つまり、これらのパッド３ａ１，３ａ２は、長手方向がプリント配線板１の搬送方向を向くように配置されている。さらに、パッド３ａ１がパッド３ａ２よりもプリント配線板１の右端１ａ寄りに配置されている。

図２（ｂ）に示すように、パッド３ａ１，３ａ２は、長手方向に見て、相対的に幅の広い幅広領域Ｒａと、相対的に幅が狭い幅狭領域Ｒｂとを有した形状とされている。具体的には、パッド３ａ１，３ａ２の形状は、長手方向に３つの幅広領域Ｒａと２つの幅狭領域Ｒｂとが交互に連続的に繋がり、幅広領域Ｒａが長手方向の両端部に位置する形状とされている。つまり、パッド３ａ１，３ａ２の形状は、電極１０２，１０３の長手方向に複数の幅狭領域Ｒｂを有する形状とされている。

幅広領域Ｒａの短手方向における幅Ｌａは、幅狭領域Ｒｂの短手方向における幅Ｌｂよりも広く、電極１０２，１０３の幅Ｌ１よりも広く設定されている。
幅狭領域Ｒｂの短手方向における幅Ｌｂは、電極１０２，１０３の幅Ｌ１と同一とされている。
また、このような幅広領域Ｒａと幅狭領域Ｒｂとが交互に連なったパッド３ａ１，３ａ２の長手方向の幅Ｌｃは、電極１０２，１０３の長手方向の幅Ｌ２よりも広く設定されている。

なお、図２（ｃ）に示すように、パッド３ａ１の左側端部３ａ３（プリント配線板１の左端１ｂ寄りの端部）は、電極１０２の左側端部１０２ａに出来るだけ接近しかつ当該左側端部１０２ａと重ならない位置に配置されている。また、パッド３ａ２の右側端部３ａ４（プリント配線板１の右端１ａ寄りの端部）は、電極１０３の右側端部１０３ａに出来るだけ近接しかつ当該右側端部１０３ａと重ならない位置に配置されている。

次に、図３を参照して、本実施形態のプリント配線板１にコイル１００をはんだ付けにて実装する方法について説明する。なお、以下の説明においては、コイル１００をプリント配線板１にはんだ付けすることについて説明するが、実際には他の電子部品も以下に説明するはんだ付けの工程において同様にプリント配線板１に接合される。

本実施形態においては、リフロー方式のはんだ付けにてコイル１００をプリント配線板１に接合する。まず、図２（ａ）に示すように、パッド３ａ１とパッド３ａ２に対して、はんだ粉末とフラックスとを含むはんだペーストＰを配置する。このはんだペーストＰは、例えば、周知の印刷技術等によってパッド３ａ１とパッド３ａ２上に配置される。

続いて、図３（ｂ）に示すように、パッド３ａ１上に配置されたはんだペーストＰ１に電極１０２が接触し、パッド３ａ２上に配置されたはんだペーストＰ２に電極１０３が接触するようにコイル１００を配置する。

続いて、図３（ｃ）に示すように、プリント配線板１を、右端１ａを先頭として搬送し、ヒータが配設された不図示の炉内を通過させる。炉内の温度は、コイル１００の耐熱温度よりも低く、はんだペーストＰの溶融温度よりも高く設定されている。このため、はんだペーストＰが加熱されて溶融する。その後、炉内を出たプリント配線板１が冷却され、はんだを凝固する。これによって、上述のはんだＨ１，Ｈ２が形成されてコイル１００の実装が完了する。

ここで、本実施形態のプリント配線板１によれば、パッド３ａ１，３ａ２に２つの幅狭領域Ｒｂを備えている。溶融したはんだペーストＰ及びはんだペーストＰに含まれるはんだは、親液性の高いパッド３ａ１，３ａ２上において濡れ広がる。このため、幅狭領域Ｒｂにおいては、はんだペーストＰ（はんだ）の濡れ広がる範囲は、幅広領域Ｒａよりも狭くなる。よって、幅狭領域Ｒｂにおけるコイル１００の電極１０２，１０３の移動可能範囲が幅広領域Ｒａよりも小さくなり、幅狭領域Ｒｂにおける電極１０２，１０３の回転方向への大きな移動を規制することができる。電極１０２，１０３自体は形状変化しないことから、幅狭領域Ｒｂによって電極１０２，１０３の一部分の移動が規制されることによって、電極１０２，１０３全体の移動が規制される。したがって、本実施形態のプリント配線板１によれば、リフロー方式のはんだ付けのときに、幅狭領域Ｒｂによってコイル１００の回転を抑制することができる。
また、幅広領域Ｒａは、幅狭領域Ｒｂよりも幅が広い。このため、幅広領域Ｒａにおけるはんだペースト（はんだ）の濡れ広がる範囲は、幅狭領域Ｒｂよりも広くなる。よって、溶融されたはんだペースト（はんだ）が電極１０２，１０３の側方に回り込むことが可能となり、電極１０２の側方にフィレットＲ（図１（ｂ）参照）を形成することができる。つまり、本実施形態のプリント配線板１によれば、幅広領域Ｒａにおいて電極１０２，１０３の側方に目視等の確認が可能なフィレットＲを形成することができる。
したがって、このようなプリント配線板１によれば、コイル１００をリフロー方式のはんだ付けにて実装する場合に、コイル１００の回転を防止すると共にコイル１００とプリント配線板１との接合を容易に確認することが可能となる。

幅広領域Ｒａの存在によって、パッド３ａ１，３ａ２の上面積を広くし、パッド３ａ１，３ａ２と電極１０２，１０３との接合に必要な量のはんだペーストＰを容易にパッド３ａ１，３ａ２上に配置することが可能となる。

また、本実施形態のプリント配線板１においては、幅狭領域Ｒｂの幅Ｌｂは、電極１０２，１０３の幅Ｌ１と一致されている。このため、溶融されたはんだペースト（はんだ）が電極１０２，１０３の側方に回り込むことをより確実に防止し、コイル１００の回転をより確実に防止することができる。

また、本実施形態のプリント配線板１においては、パッド３ａ１，３ａ２は、電極１０２，１０３の長手方向にて複数の幅狭領域Ｒｂを有している。このため、電極１０２，１０３の長手方向の複数箇所にて当該電極１０２，１０３の回転を規制することができ、コイル１００の回転をより確実に防止することができる。

また、本実施形態のプリント配線板１においては、図２（ｃ）に示すように、パッド３ａ１の左側端部３ａ３は、電極１０２の左側端部１０２ａに出来るだけ接近しかつ当該左側端部１０２ａと重ならない位置に配置されている。さらに、パッド３ａ２の右側端部３ａ４は、電極１０３の右側端部１０３ａに出来るだけ近接しかつ当該右側端部１０３ａと重ならない位置に配置されている。
パッド３ａ１の左側端部３ａ３が電極１０２の左側端部１０２ａに重ならずにさらに左側に位置していることから、電極１０２の左側端部１０２ａの側方にフィレットＲを形成することができ、パッド３ａ１と電極１０２とを確実に接合することができる。また、パッド３ａ２の右側端部３ａ４が電極１０３の右側端部１０３ａに重ならずにさらに右側に位置していることから、電極１０３の右側端部１０３ａの側方にフィレットＲを形成することができ、パッド３ａ２と電極１０３とを確実に接合することができる。
一方、はんだ付けのときに、溶融されたはんだペースト（はんだ）の濡れ広がりが電極１０２の左側端部１０２ａと電極１０３の右側端部１０３ａとで止まる。このため、電極１０２がパッド３ａ１の左側端部３ａ３よりも左側へ移動することができず、電極１０３がパッド３ａ２の右側端部３ａ４よりも右側へ移動することができず、結果としてコイル１００が電極１０２，１０３の長手方向に移動できる範囲が最小限に抑えられる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態では、表面実装部品がコイル１００である構成について説明したが、当該表面実装部品が他の電子部品であっても良い。
また、上記実施形態では、幅狭領域Ｒｂの幅Ｌｂが電極１０２，１０３の幅Ｌ１と同一とされた構成について説明した。しかしながら、幅狭領域Ｒｂの幅Ｌｂを電極１０２，１０３の幅Ｌ１よりも僅かに広げるようにしても良い。このような場合であっても、幅狭領域Ｒｂによってコイル１００の回転を規制することができる。
また、上記実施形態においては、１つのパッド３ａ１，３ａ２が幅狭領域Ｒｂを２つ有する構成について説明した。しかしながら、１つのパッドが１つあるいは３つ以上の幅狭領域を有する構成を採用することも可能である。

１……プリント配線板、３ａ１，３ａ２……パッド、Ｒａ……幅広領域、Ｒｂ……幅狭領域、１００……コイル、１０２，１０３……電極（端子）、Ｈ１，Ｈ２……はんだ、Ｐ，Ｐ１，Ｐ２……はんだペースト

Claims (4)

1. はんだペーストを用いるリフローはんだ付けにより、本体部と複数の端子とを備えた表面実装部品が実装されるプリント配線板であって、
   前記端子が配置される複数のパッドを備え、
   前記複数のパッドは、それぞれ、相対的に幅の広い幅広領域と、相対的に幅の狭い幅狭領域とを有し、
   前記複数の端子は、それぞれ異なるパッドに配置され、
   前記複数のパッドは、前記複数の端子の配置パターンに合わせて前記端子の幅方向と直交する方向に変位して配置され、
   前記複数のパッドのうちいずれか一のパッドの少なくとも１つの前記幅広領域は、前記端子の幅方向と直交する方向のうち一の方向における前記本体部の端部よりもはみ出しており、
   前記複数のパッドのうちいずれか他のパッドの少なくとも１つの前記幅広領域は、前記端子の幅方向と直交する方向のうち他の方向における前記本体部の端部よりもはみ出していることを特徴とするプリント配線板。
2. 前記複数の端子は前記端子の幅方向と直交する長手方向が互いに平行な長方形状であり、
   前記複数の端子は、前記長手方向にて変位して配置されたことを特徴とする請求項１記載のプリント配線板。
3. 前記幅狭領域の幅が前記端子の幅と一致されていることを特徴とする請求項１または２記載のプリント配線板。
4. 前記一のパッドにおいて、前記他の方向における前記端子の端部と前記他の方向における前記パッドの端部との距離は、前記一の方向における前記端子の端部と前記一の方向における前記パッドの端部との距離よりも短く、
   前記他のパッドにおいて、前記他の方向における前記端子の端部と前記他の方向における前記パッドの端部との距離は、前記一の方向における前記端子の端部と前記一の方向における前記パッドの端部との距離よりも長い
   ことを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載のプリント配線板。

Images