JP2017157606A - プリント基板、電子機器および電子機器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本願は、基板に実装する電子部品の端子の長さが基板の厚みに対応していなくても、当該端子の溶着状態を視認可能なプリント基板、電子機器および電子機器の製造方法を開示する。
【解決手段】本願で開示するプリント基板は、基板の少なくとも片面に形成された窪みと、窪みの底部から基板を貫くように形成された貫通孔と、窪みの中にある貫通孔の開口部の縁および貫通孔の内面に形成された導体と、を備える。
【選択図】図２

Description

本願は、プリント基板、電子機器および電子機器の製造方法に関する。

電子機器に用いられるプリント基板には、各種の加工が施されている（例えば、特許文献１−２を参照）。

特開平９−４６０１９号公報 特開２０１４−１８７１５３号公報

電子部品が実装されるプリント基板には様々な厚さのものが存在する。例えば、配線層を複数有するプリント基板は、配線層数が多ければ厚みが増す可能性が高い。よって、プリント基板のスルーホールへ差し込むための端子が備わっている電子部品をプリント基板に実装する場合、プリント基板の厚みによっては端子の先端がプリント基板の裏側へ届かないことがある。電子部品の端子の先端がスルーホール内にある状態で半田付けを行うと、端子が半田でスルーホールに適正に溶着されたか否かの視認が困難である。ここで、プリント基板の厚みに応じた長さの端子を有する特注の電子部品あるいは圧入式の端子を有する電子部品を用意することも考えられるが、部品の調達に要する費用や日数の増大を招く可能性がある。

そこで、本願は、基板に実装する電子部品の端子の長さが基板の厚みに対応していなくても、当該端子の溶着状態を視認可能なプリント基板、電子機器および電子機器の製造方法を開示する。

本願は、次のようなプリント基板を開示する。すなわち、本願で開示するプリント基板は、基板の少なくとも片面に形成された窪みと、窪みの底部から基板を貫くように形成された貫通孔と、窪みの中にある貫通孔の開口部の縁および貫通孔の内面に形成された導体と、を備える。

また、本願は、次のような電子機器を開示する。すなわち、本願で開示する電子機器は、基板の少なくとも片面に形成された窪みと、窪みの底部から基板を貫くように形成された貫通孔と、窪みの中にある貫通孔の開口部の縁および貫通孔の内面に形成された導体と、を有するプリント基板と、貫通孔に窪みの反対側から端子が挿入された電子部品と、端子と導体との隙間に充填される半田と、を備える。

また、本願は、次のような電子機器の製造方法を開示する。すなわち、本願で開示する電子機器の製造方法は、基板の少なくとも片面に形成された窪みと、窪みの底部から基板を貫くように形成された貫通孔と、窪みの中にある貫通孔の開口部の縁および貫通孔の内面に形成された導体と、を有するプリント基板に、貫通孔に窪みの反対側から端子が挿入されるように電子部品を実装する工程と、端子と導体との隙間に充填された半田の状態を確認する工程と、を有する。

上記のプリント基板、電子機器および電子機器の製造方法であれば、基板に実装する電子部品の端子の長さが基板の厚みに対応していなくても、当該端子の溶着状態を視認可能である。

図１は、実施形態に係るプリント基板の構造図である。 図２は、電子部品が実装された実施形態に係るプリント基板の図である。 図３は、比較例に係るプリント基板の構造図である。 図４は、電子部品が実装された比較例に係るプリント基板を示した第１の実装形態の図である。 図５は、電子部品が実装された比較例に係るプリント基板を示した第２の実装形態の図である。 図６は、電子部品が実装された比較例に係るプリント基板を示した第３の実装形態の図である。 図７は、実施形態に係るプリント基板の製造工程を示した第１の図である。 図８は、実施形態に係るプリント基板の製造工程を示した第２の図である。 図９は、実施形態に係るプリント基板の製造工程を示した第３の図である。 図１０は、実施形態に係るプリント基板の製造工程を示した第４の図である。 図１１は、電子部品が実装された参考例に係るプリント基板の図である。 図１２は、実施形態に係るプリント基板が実装された電子機器の一例を示した図である。 図１３は、端子を複数有する電子部品が実装されたプリント基板を示した図である。 図１４は、第１変形例に係るプリント基板を示した図である。 図１５は、第２変形例に係るプリント基板を示した図である。

以下、実施形態について説明する。以下に示す実施形態は、単なる例示であり、本開示の技術的範囲を以下の態様に限定するものではない。

図１は、実施形態に係るプリント基板の構造図である。実施形態に係るプリント基板１は、絶縁体である板状の基材２と、基材２の表面に形成された銅箔３Ｕ，３Ｂと、銅箔３Ｕ，３Ｂの表面を覆うレジスト４Ｕ，４Ｂとを備える。プリント基板１は、各種の電子機器に内蔵される基板である。プリント基板１が内蔵される電子機器としては、例えば、サーバシステムやネットワークシステム機器、ノート型パーソナルコンピュータ、スマートフォン、家庭用電気製品、医療機器、ゲーム機、車載機器、航空機器など、あらゆるエレクトロニクス製品が挙げられる。

プリント基板１は、スルーホール５を備える。スルーホール５は、窪み６と貫通孔７とメッキ８（本願でいう「導体」の一例である）とを有する。窪み６は、プリント基板１の片面に形成された窪みである。窪み６は、円錐形の窪みである。また、貫通孔７は、窪み６の底部からプリント基板１を貫くように形成された貫通孔である。貫通孔７は、円筒形の貫通孔である。また、メッキ８は、窪み６の中にある貫通孔７の開口部の縁および貫通孔７の内面に形成された電気的な導体である。なお、貫通孔７の開口部の縁とは、窪み６の内面の一部の領域であり、貫通孔７の開口部を取り囲んでいる領域である。また、窪み６の底部からプリント基板１を貫く貫通孔７とは、プリント基板１の表面に対して直交する方向にプリント基板１を貫く孔である。よって、窪み６の中にある貫通孔７の開口部の縁以外の部分は、絶縁体である基材２が露出している。

図２は、電子部品５０が実装された実施形態に係るプリント基板１の図である。プリント基板１のスルーホール５には窪み６が備わっている。よって、スルーホール５に窪み６の反対側から電子部品５０の端子５１が挿入された状態において、当該端子５１の先端が窪み６の中に出現する程度の深さを窪み６が有していれば、プリント基板１に電子部品５０が実装された場合に、少なくとも端子５１の先端が窪み６の中に出現する。したがって、例えば、図２に示されるプリント基板１のように、スルーホール５に挿入される端子５１の長さがプリント基板１の厚みより短い電子部品５０が実装されても、少なくとも端子５１の先端が窪み６の中に出現していれば、端子５１とメッキ８との隙間に充填される半田５２の溶着状態が視認可能である。

図３は、比較例に係るプリント基板の構造図である。比較例に係るプリント基板１０１は、板状の基材１０２と、基材１０２の表面に形成された銅箔１０３と、銅箔１０３の表面を覆うレジスト１０４とを備える。また、比較例のプリント基板１０１は、円筒形の貫通孔１０７と、貫通孔１０７の内面に形成されるメッキ１０８とを有するスルーホール１０５を備える。スルーホール１０５には、上記実施形態のプリント基板１のスルーホール５に備わっていた窪み６に相当するものは備わっていない。よって、プリント基板１０１の厚みよりも端子５１の長さが短い電子部品５０がプリント基板１０１に実装されると、端子５１の先端が貫通孔１０７の中に留まる。

図４は、電子部品５０が実装された比較例に係るプリント基板１０１を示した第１の実装形態の図である。例えば、端子５１の先端が貫通孔１０７の中に留まっている状態でスルーホール１０５に半田付けが行われると、貫通孔１０７の開口部が半田５２Ａで覆われ、半田５２Ａによる端子５１の溶着状態が視認不能となる。したがって、本第１の実装形態では、例えば、図４に示されるように、半田５２Ａが端子５１にほとんど接触していない溶着不良の場合であっても当該溶着不良を視認不能である。

図５は、電子部品５０が実装された比較例に係るプリント基板１０１を示した第２の実装形態の図である。例えば、貫通孔１０７の開口部の縁に半田ペーストが塗布された状態のプリント基板１０１に電子部品５０が実装されてリフローが行われると、図５に示されるように、貫通孔１０７の開口部の縁に塗布されていた半田ペーストが溶解し、端子５１をスルーホール１０５に溶着する半田５２Ｂが形成される。本第２の実装形態においては、貫通孔１０７の開口部が半田５２Ｂで覆われないものの、半田５２Ｂが電子部品５０へ寄った状態で形成される。よって、半田５２Ｂによる端子５１の溶着状態がほとんど視認できない。したがって、本第２の実装形態では、例えば、図５に示されるように、端子５１の大部分が半田５２Ｂから露出しているような溶着不良の場合であっても当該溶着不良を視認困難である。

図６は、電子部品が実装された比較例に係るプリント基板１０１を示した第３の実装形態の図である。本第３の実装形態においては、上述した電子部品５０と異なり、プレスフィット式（圧入式）の端子５１Ｃを備えた電子部品５０Ｃが実装される。第３の実装形態においては、端子５１Ｃがプレスフィット式なので、当該端子５１Ｃがスルーホール１０５へ圧入されれば電子部品５０Ｃのプリント基板１０１への実装が完了する。すなわち、本第３の実装形態では、半田付けが行われない。しかし、プレスフィット式の端子５１Ｃは、プレスフィット式ではない単なる棒状の端子に比べて構造が複雑である。よって、部品の調達に要する費用や日数の増大を招く可能性がある。

一方、上記実施形態に係るプリント基板１であれば、スルーホール５に挿入される端子５１の長さがプリント基板１の厚みより短い電子部品５０が実装されても、少なくとも端子５１の先端が窪み６の中に出現するので、端子５１とメッキ８との隙間に充填された半
田５２の溶着状態が視認可能である。また、スルーホール５に挿入される端子５１の長さがプリント基板１の厚みより短くても半田５２による端子５１の溶着状態が視認可能なので、プレスフィット式ではない棒状の端子を備える電子部品が上記電子部品５０として採用されていても、端子５１の溶着状態を視認して端子５１の接触不良を防ぐことが可能である。

なお、上記実施形態のプリント基板１は、例えば、以下のような方法で製造することができる。図７は、実施形態に係るプリント基板１の製造工程を示した第１の図である。上記実施形態のプリント基板１の製造に際しては、例えば、銅箔３Ｕ，３Ｂが両面に成膜され且つ貫通孔７が形成された基材２が用意される。そして、貫通孔７の開口部に、貫通孔７の径よりも大径のドリル５５Ｎが近づく。

図８は、実施形態に係るプリント基板１の製造工程を示した第２の図である。ドリル５５Ｎが貫通孔７の開口部に接触すると、貫通孔７の開口部がドリル５５Ｎに削られ、基材２に窪み６が形成される。ドリル５５Ｎによって削り落とされるのは貫通孔７の開口部付近であり、貫通孔７全体は削り落とされずに残る。よって、貫通孔７は、窪み６の底部から基材２を貫くような形態となる。

図９は、実施形態に係るプリント基板１の製造工程を示した第３の図である。本製造方法では、窪み６が形成された後、窪み６の内面と貫通孔７の内面とにメッキ８が形成される。

図１０は、実施形態に係るプリント基板１の製造工程を示した第４の図である。本製造方法では、メッキ８が形成された後、窪み６の中にある貫通孔７の開口部の縁以外の箇所にあるメッキが削り落とされる。メッキの削り落としは、先端が側面視台形のドリル５５Ｄによって行われる。ドリル５５Ｄは、先端が尖っている一般的なドリルの形態とは異なり、先端が中心軸と直交する面に沿うような平坦になっている（図１０の符号Ａを参照）。そして、ドリル５５Ｄは、一般的なドリルが有する先端の円錐形の部分を僅かに残す形の形態となっている（図１０の符号Ｂを参照）。ドリル５５Ｄが窪み６に近づいて接触すると、窪み６の内面に形成されているメッキのうち、窪み６の中にある貫通孔７の開口部の縁以外の箇所のメッキが削り落とされ、レジスト４Ｕ，４Ｂが形成されれば、図１に示したプリント基板１が完成する。

図１１は、電子部品５０が実装された参考例に係るプリント基板１０の図である。ドリル５５Ｄによるメッキの削り落としが行われる前の参考例に係るプリント基板１０（すなわち、図９に示した状態の基板）に電子部品５０が実装されて半田付けが行われると、半田５２Ｓが窪み６の内面を覆うメッキ全体に濡れ広がる。半田５２Ｓが窪み６の内面を覆うメッキ全体に濡れ広がると、端子５１の先端が半田５２Ｓで覆い隠される。一方、実施形態に係るプリント基板１のように、窪み６の内面のうち貫通孔７の開口部の縁以外の箇所に基材２が露出していれば、窪み６の内面において濡れ広がる半田５２は、貫通孔７の開口部に縁の部分に留まる。したがって、端子５１の先端が半田５２で覆い隠されることがない。

図１２は、実施形態に係るプリント基板１が実装された電子機器の一例を示した図である。プリント基板１は、例えば、図１２に示すようなプラグインユニット５３（本願でいう「電子機器」の一例である）に実装可能である。プラグインユニット５３に実装されるプリント基板１は、プリント基板１に固定されているコネクタ５４を介してプラグインユニット５３内の電子回路と電気的に接続される。コネクタ５４には多数の端子が縦横に形成されている。このように多数の端子を有するコネクタ５４や半導体パッケージ、その他の各種電子部品を上記電子部品５０とする場合、プリント基板１は、スルーホール５を下
記のように複数備えることが好ましい。

図１３は、端子５１を複数有する電子部品５０が実装されたプリント基板１を示した図である。電子部品５０に端子５１が複数ある場合、プリント基板１のスルーホール５は、各端子５１に対応する適宜の位置に形成される。但し、各スルーホール５には窪み６があるため、端子５１間の距離が小さいと、各スルーホールの窪み６同士が接する可能性が生ずる。よって、端子５１を複数有する電子部品５０の実装に適用される場合、各スルーホール５の窪み６は、端子５１間の距離や端子５１の長さに応じた適宜の寸法に形成されることが好ましい。

ところで、上記実施形態のプリント基板１に備わっているスルーホール５は、窪み６の中にある貫通孔７の開口部の縁にメッキ８があるものの、その周囲には無い。よって、プリント基板１の両面のうち電子部品５０が実装されない面に銅箔３Ｂで形成されている配線と端子５１とを導通させるには、プリント基板１を下記のように変形することが好ましい。図１４は、第１変形例に係るプリント基板を示した図である。第１変形例に係るプリント基板１Ａは、図１４に示すように、上述したスルーホール５の隣に窪み６の無いスルーホール５Ａが設けられている。スルーホール５のメッキ８とスルーホール５Ａのメッキ８Ａは、銅箔３Ｕを介して電気的に繋がっている。また、スルーホール５Ａのメッキ８Ａは、プリント基板１の両面に各々形成されている銅箔３Ｕ，３Ｂに接している。よって、スルーホール５のメッキ８は、銅箔３Ｕおよびメッキ８Ａを介して銅箔３Ｂと電気的に導通することになる。本第１変形例に係るプリント基板１Ａであれば、電子部品５０が実装されていない面に形成されている銅箔３Ｂと電子部品５０の端子５１とを電気的に繋ぐことができる。

図１５は、第２変形例に係るプリント基板を示した図である。第２変形例に係るプリント基板１Ｂは、上述した窪み６をプリント基板１Ｂの両面に設けたスルーホール５Ｂを備える。スルーホール５Ｂがプリント基板１Ｂの両面に設けられていれば、電子部品５０をプリント基板１の両面の何れにも実装可能である。但し、窪み６がプリント基板１Ｂの両面に設けられているため、スルーホール５Ｂのメッキ８Ｂは、銅箔３Ｕ，３Ｂと接していない。そこで、本第２変形例に係るプリント基板１Ｂには、スルーホール５Ｂのメッキ８Ｂと電気的に繋がる配線層９がプリント基板１Ｂの中に積層されている。

上記第１変形例に係るプリント基板１Ａと上記第２変形例に係るプリント基板１Ｂは、実施形態のプリント基板１と同様、何れも端子５１の先端が半田５２で覆い隠されない。よって、端子５１の溶着状態を視認して端子５１の接触不良を防ぐことが可能である。

１，１０，１Ａ，１Ｂ，１０１・・プリント基板：２，１０２・・基材：３Ｕ，３Ｂ，１０３・・銅箔：４Ｕ，４Ｂ，１０４・・レジスト：５，５Ａ，５Ｂ，１０５・・スルーホール：６・・窪み：７，１０７・・貫通孔：８，８Ａ，８Ｂ，１０８・・メッキ：９・・配線層：５０，５０Ｃ・・電子部品：５１，５１Ｃ・・端子：５２，５２Ｓ，５２Ａ，５２Ｂ・・半田：５３・・プラグインユニット：５４・・コネクタ：５５Ｎ，５５Ｄ・・ドリル

Claims (6)

1. 基板の少なくとも片面に形成された窪みと、
   前記窪みの底部から前記基板を貫くように形成された貫通孔と、
   前記窪みの中にある前記貫通孔の開口部の縁および前記貫通孔の内面に形成された導体と、を備える、
   プリント基板。
2. 前記窪みの中にある前記貫通孔の開口部の縁以外の部分は、絶縁体が露出している、
   請求項１に記載のプリント基板。
3. 前記窪みは、前記貫通孔に前記窪みの反対側から電子部品の端子が挿入された状態において、該端子の先端が前記窪みの中に出現する深さを有する、
   請求項１または２に記載のプリント基板。
4. 基板の少なくとも片面に形成された窪みと、前記窪みの底部から前記基板を貫くように形成された貫通孔と、前記窪みの中にある前記貫通孔の開口部の縁および前記貫通孔の内面に形成された導体と、を有するプリント基板と、
   前記貫通孔に前記窪みの反対側から端子が挿入された電子部品と、
   前記端子と前記導体との隙間に充填される半田と、を備える、
   電子機器。
5. 前記窪みは、前記貫通孔に前記窪みの反対側から電子部品の端子が挿入された状態において、該端子の先端が前記窪みの中に出現する深さを有する、
   請求項４に記載の電子機器。
6. 基板の少なくとも片面に形成された窪みと、前記窪みの底部から前記基板を貫くように形成された貫通孔と、前記窪みの中にある前記貫通孔の開口部の縁および前記貫通孔の内面に形成された導体と、を有するプリント基板に、前記貫通孔に前記窪みの反対側から端子が挿入されるように電子部品を実装する工程と、
   前記端子と前記導体との隙間に充填された半田の状態を確認する工程と、を有する、
   電子機器の製造方法。

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