JP2016195193A - プリント基板 - Google Patents

Abstract

【課題】チップ部品面と導体ランド面の間に安定したはんだの厚みを確保することが可能なプリント基板を提供すること。【解決手段】絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成された導体ランドを含む配線パターンと、前記導体ランドの外周部分にソルダレジストを形成したプリント基板において、前記左右のランド間に異なるランドを有し、前記異なるランドは、全面オーバーレジストされた構成からなる。【選択図】 図３

Description

本発明はチップ部品搭載に好適なはんだ付け用ランドを有するプリント基板に関する。

近年、車載製品の高寿命化が求められてきており、それと同時にプリント基板自体の高信頼性が要求されてきている。又、プリント基板とチップ部品を接合するはんだにおいても、法規制等によりＰｂフリー化が進んできている。Ｐｂフリーはんだにおいては、従来の共昌はんだよりも材料自身が固いため、はんだの出来栄え状態がばらつくと、信頼性を著しく低下させてしまうことが一般的に知られている。このため、はんだの接合部の更なる品質向上が求められている。

特開平９−３１２４６４号公報 特開２０１０−２１２３１８号公報

導体ランドとチップ部品を接続しているはんだへの熱応力を緩和し、クラックの進展を低減する手法としては、チップサイズの小型化、フィレット形状及び、バックフィレット形状の最適化、そして、導体ランドとチップ部品を接続しているはんだ厚みの管理等があげられる。しかし、はんだのフィレット形状や厚みを管理することは実際には難しく、印刷されたはんだは、リフロー炉を通ることで溶融し、チップ部品はそれ自身の重さにより沈み込むため、その時の製造条件により厚みは大きく変わってしまう。このため製造条件等がばらつくことで出来上がりのはんだの出来栄えが変わり、最終的には熱応力が増加し、クラックの進展を加速させてしまうといった問題がある。

特許文献１によれば、図１のように左右ランド全周にオーバーレジストを形成した構造が提案されている。これにより、リフロー後の導体ランドとチップ部品を接続しているはんだ厚みは、ソルダレジスト材の厚み以下にはならないため、製造条件のばらつきに左右されることが無いはんだ厚みを設定することができる。しかし図１によれば、チップ部品を接続するランド部にソルダーレジスト材を有するために、導体ランドとチップ部品の接合面積が減り、はんだによる十分な接合強度を確保することができない。

そこで、例えば、特許文献２によれば、左右ランド間の内側の一部にオーバーレジストを形成し図２（ａ）に示すように、ランド上からのソルダレジストの厚み分のはんだ厚みを確保できる構造が提案されている。

しかし、図２（ａ）によれば左右ランド間内側に形成されているオーバレジスト部は図２（ａ）に示すランドの角部に限定されているため、部品を実装する際に極端に傾きが生じた場合、図２（ｂ）のように、レジスト部にチップ部品が搭載されず傾いた状態でリフローを通り、硬化されてしまうことが考えられる。この場合、左右ランドのどちらか一方でチップ部品下の厚みが薄くなってしまうため、はんだ厚みをソルダレジストで管理することは出来ず、更には、はんだ接合部の強度が著しく低下してしまう。又、製品のばらつきに大きく左右される構造であり安定したはんだ厚みの確保が困難である。

本発明の目的は、チップ部品面と導体ランド面の間に安定したはんだ厚みを確保することが可能なプリント基板を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のプリント基板は、絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成された導体ランドを含む配線パターンと、前記導体ランドの外周部分にソルダレジストを形成したプリント基板において、前記左右のランド間に異なるランドを有し、前記異なるランドは、全面オーバーレジストされた構成からなる。

本発明によれば、チップ部品面と導体ランド面の間に安定したはんだの厚みを確保することが可能なプリント基板を提供することができる。

従来のオーバレジスト構造を示した図 角部にのみオーバーレジストを実施した構造を示した図 チップ部品の傾きによる影響を示した図 本発明のランド構造を示した図（実施例１） 本発明のチップ実装後の状態を示した図 本発明のリフロー後の状態を示した図 本発明の効果を示した図 本発明のランド構造を示した図（実施例２）

本発明に係る以下の実施例は、自動車用のプリント基板に用いられるすべての製品に適応することが可能である。以下において、本発明の一実施例について図面を用いて詳細に説明する。

チップ部品４を実装するプリント基板１は、絶縁基材２と、そして絶縁基材２の上に配線パターンに基づいて所定の間隔を空けることで形成されたはんだ接続用の導体ランド３及び、ダミパターンとして形成された導体ランド５とからなり、図３のようにソルダレジスト６が形成されることで、はんだ付け用のプリント基板１を構成している。

従来のソルダレジスト６の形成位置は、オーバーレジスト構造７や、クリアランスレジスト構造８などがあり様々であったが、本実施例では、図３に示すようにクリアランスレジスト構造８を採用する。これにより導体ランド３の上に搭載されるチップ部品４のはんだ９による接合強度を最大限に確保できる構造とする。

次に、はんだの接合強度を十分に確保した上で、実装されたチップ部品４と導体ランド３の間のはんだ厚みを確保することを目的として、左右導体ランド３の間にダミーパターン用の導体ランド５を形成する。

更に、ダミーパターン用の導体ランド５に関しては、全面オバーレジスト１０を形成した構成とする。これにより導体ランド面１１からチップ部品面１２までの厚みは、本ソルダレジスト材６の厚みにより決定することが出来るので厚みの管理が容易となる。又チップ部品には電極１５の段差があるが電極材の厚みばらつきは、１μｍ以下でありほとんど無視していいレベルである。

図４は、本オーバーレジスト１０により、厚みが決定するまでの実装工程を示した図である。通常、メタルマスクを用いてはんだ９を導体ランド３に印刷し、チップ部品４を実装した状態は図４（ａ）のようになる。この時は、まだ全面オーバーレジスト１０とチップ部品４は接触していない状態となっている。この状態から、リフロー工程を実施することで、はんだ９が溶融し、図４（ｂ）のように実装したチップ部品４が沈みこんでいく。沈み込んでいく際、オーバレジスト１０の厚みの位置まで来ると、チップ部品４のチップ部品面１２は全面オーバレジスト面１３と接触し沈み込みは抑制される。はんだ厚みは、これによりソルダレジスト材６の厚みに管理することが可能となる。オーバレジスト材の厚みの公差は、通常±５μｍであるため、この公差の範囲で管理することは可能である。

つまりソルダレジスト材６の厚み設定により、導体ランド面１１からチップ部品面１２までのはんだ厚みをいかようにもコントロールすることが可能となる。

ここで図３に示すように形成されたランドパターンの形は、長方形１４となっているが特に限定する必要は無く、円弧や台形であってもよい。

本プリント基板１のランド構造を採用した場合においても特別な工程の必要は無く、通常のメタルマスクを用いたはんだペースト印刷工程、マウンターにより部品搭載工程の後に、リフロー工程を実施し、所定の温度プロファイルを設定したリフロー炉内を通過させ、はんだペーストを加熱、溶融させることでチップ部品４を実装することができる。また、この時のはんだの厚み（メタルマスク厚み）は、１５０μｍ〜２００μｍが望ましい。但し、ランドパターン（ダミーパターン）の追加及び、ダーミパターンへの全面オーバレジスト１０を実施するといったレジストマスクの変更が必要となる。

これらに示した構成によって、接合部の信頼性を向上させた導体ランド構造を有するプリント配線基板、及び、プリント基板１にチップ部品４を実装した実装構造体を得ることが可能となる。

ここで、本構造を実施することによる効果を示す。図５は、熱衝撃試験を−４０℃⇔１５０℃（ΔＴ１８０℃）で２０００サイクルまで実施した後の導体ランド面１１からチップ部品面１２までの厚みを横軸、クラックの進展率を縦軸として、プロットした図である。クラック進展率とは、繰り返し熱応力により電極下に入ったクラックが、フィレット部にまで到達し断線にまで至る割合を、１００％換算で表した値である。チップ部品４のサイズは３２１６サイズ、２０１２サイズの２パターン有り、それぞれにおいて、厚みとクラック進展率との関係を示しているが、どちらのチップ部品４においても厚みを厚くすることで、はんだに対する熱応力を低減することができるため、クラックの進展率は線形的に減っていることが分かる。またチップサイズを小さくすることで、その効果は十分に得られるため、チップサイズはできるだけ小さい素子を選定することが望ましい。つまりはんだ厚みを設定することで目標サイクル数にあった最適な構造設計を実現することが可能となることが分かる。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。本実施例では、第１の実施例と異なる構成の説明とし、第１の実施例と同様の構成は符号を同じくして説明を省略する。第１の実施例と異なる点は、本実施例では導体ランド５を複数個有する形態としている点である。

大型のチップサイズ等、例えば３２１６サイズのチップ実装部品等を配置しようとした場合、左右ランドの間が広くなりすぎてひとつのランドパターンではアンバランスとなってしまうことが考えられる。このためチップサイズが大きい場合は、ダーミーパターンを複数個形成し左右のランドでチップ部品が傾いたりしないように配置することが望ましい。これにより、製造条件及び、実装条件のばらつきによる、チップ部品の位置ずれ、傾き等の影響を受けることがなく、安定して厚みを管理することが出来る。

１…プリント基板、２…基材、３…はんだ接続用導体ランド、４…チップ部品、５…ダミーパターン用導体ランド、６…ソルダレジスト、７…オーバーレジスト構造、８…クリアランスレジスト構造、９…はんだ、１０…全面オーバーレジスト、１１…導体ランド面、１２…チップ部品面、１３…オーバーレジスト面、１４…長方形、１５…電極

Claims (4)

1. 絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成された導体ランドを含む配線パターンと、前記導体ランドの外周部分にソルダレジストを形成したプリント基板において、
   前記左右のランド間に異なるランドを有し、
   前記異なるランドは、全面オーバーレジストされたことを特徴とするプリント基板。
2. 請求項１に記載のプリント基板において、
   前記異なるランドを複数個形成したことを特徴とするプリント基板。
3. 請求項１に記載のプリント基板において、
   前記異なるランドの形状は、台形形状であることを特徴とするプリント基板。
4. 請求項１に記載のプリント基板において、
   前記異なるランドの形状は、円弧形状であることを特徴とするプリント基板。

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