JP2021136426A - プリント回路基板のコーティング構造 - Google Patents

Abstract

【課題】プリント回路基板上に塗布したコーティング剤が、塗布禁止領域に流出することを簡単に防ぐことができるプリント回路基板を得る。【解決手段】プリント回路基板１上に塗布されたソルダーレジスト８は、コーティング剤塗布領域と塗布禁止領域との境界線に、ソルダーレジスト除去部９が形成される。ソルダーレジスト除去部９は、プリント回路基板１上に実装されたチップ部品２ａを保護するコーティング剤７が塗布禁止領域８ｂ側へ流出するのを防ぐ。【選択図】図２

Description

本発明は、プリント回路基板に搭載される電子部品やプリント回路基板配線を、水分や異物等から保護することを目的とするコーティング剤が部分的に塗布されるプリント回路基板構造に関するものである。

従来、コネクタ、チップコンデンサ、ＩＣ等の様々な電子部品が実装されたプリント回路基板においては、水分、異物などから保護するためのコーティングや、ＩＣチップの保護のため、樹脂での封止を施している。このようなプリント回路基板では、コーティング（封止）剤が周囲に不要に流出するのを防ぐ必要があり、例えば、特許文献１では、プリント回路基板に実装されたチップ部品の封止材の流出を防ぐ堰き止め溝を備えている。この堰き止め溝を形成するためプリント回路基板は、絶縁層、反射層、ベース層の３層で構成され、この堰き止め溝は、レーザー照射によってレーザー光線が絶縁層の下の反射層で反射され、絶縁層を溶融飛散させることで形成されていることが開示されている。

特開２０１９−０６２０６４

しかしながら、特許文献１では、レーザー照射によってこのような基板絶縁層に堰き止め溝を形成するために、基板内層にレーザー反射層を設けており、堰き止め溝の形状に対応した反射層を基板内層もしくは反対面に設けなければならない。基板内層に反射層を設ける場合、多層基板となり基板のコスト増となる問題があるほか、例えば基板配線上やベタグランド上にはレーザー加工ができないといった、設計自由度が低いという問題がある。また、加工による基板強度低下の問題がある。さらに、レーザー加工の工程が必要になるためコスト増となってしまう問題がある。

この発明が解決しようとする課題は、コーティング剤が不要箇所に流出することがなく、低コストでプリント回路基板の強度低下がなく自由度の高い配線パターンとすることができるプリント回路基板、それを備えた電子機器を提供することである。

この発明に係るプリント回路基板のコーティング構造においては、絶縁基材と配線パターンとソルダーレジスト層を具備するプリント回路基板のコーティング剤の塗布禁止領域と塗布領域との境界線の全部又は一部に沿ってソルダーレジスト除去部を設けたものである。

この発明は以上説明したように、コーティング剤塗布禁止領域と塗布領域との境界線の全部又は一部に沿ってソルダーレジスト除去部を設けることにより、コーティング剤の不要箇所への流出防止を、低コストで配線パターンの自由度が高くプリント回路基板の強度低下がなく実施できる。

本発明の実施の形態１におけるプリント回路基板組立品の概略構造を示す平面図である。 図１に示されたプリント回路基板のＡ−Ａ失視断面図である。 図２に示されたプリント回路基板のＢ部拡大断面図である。 図３の別の構成例１を示した図である。 図３の別の構成例２を示した図である。 実験内容を示す図（コーティング剤を境界線で堰き止めた状態）である。 図６に示された実験用プリント回路基板のＣ−Ｃ矢視断面図である。 実験内容を示す図（コーティング剤が境界線からはみ出した状態）である。 図８に示された実験用プリント回路基板のＦ−Ｆ矢視断面図である。 実験結果を示す表である。 実験結果を示すグラフである。 リフローはんだ方式によるチップ部品はんだ付け方法の概略図である。

実施の形態１
図１はこの発明の実施の形態１におけるプリント回路基板組立品の概略構成を示す平面図、図２には図１のＡ−Ａ断面図、図３は図２の一部（Ｂ部）の拡大図を示す。
図１において、１は例えば、配線パターン（銅箔）、ソルダーレジスト、ガラスエポキシ基材から成るプリント回路基板、２ａ、２ｂは例えばチップコンデンサ等の面実装電子部品（チップ部品）であり、このプリント回路基板１にはんだ１１（図２に記載）によりはんだ付けされている。５はプリント回路基板１を筐体（図示なし）にねじ締め固定するためのねじ穴である。本組立品は防湿防塵性能を高めるために、例えばゴム系、ウレタン系、オレフィン系、あるいはアクリル系樹脂から成る防湿コーティング剤７（図２に記載）によりコーティングされている。ねじ穴５の周囲は、ねじ締め固定時、ねじ頭が基板に着座する領域のためにコーティング剤７の塗布禁止領域４とし、３をコーティング剤７の塗布領域としている。

図２において、６は例えばガラスエポキシから成るプリント回路基板１の基材、８は例えばエポキシ樹脂等から成るソルダーレジストであり、ソルダーレジスト除去部９を除くはんだ付着防止領域に所定の厚さ（例えば６０μｍ）で塗布している。ソルダーレジスト８のうち、コーティング剤塗布領域３にあるものを８ａ、塗布禁止領域４にあるものを８ｂと記している。１０は配線パターン（銅箔）であり表面には、プリフラックス、金めっき、はんだレベラーなどの処理が施されている場合がある。
図１に示すようにソルダーレジスト除去部９は所定の幅（例えば０．５ｍｍ）を有し、コーティング剤塗布禁止領域４と塗布領域３との境界線に沿って形成されている。

図３に、図２のＢ部（コーティング剤７の塗布境界）の拡大図を示し、図４、図５は、図３の別の構成例を示している。
図３において、ソルダーレジスト除去部９は図示左右のソルダーレジスト８ａと８ｂ及び配線パターン（銅箔）１０により溝形状を有しており、コーティング剤７は、図示右側のソルダーレジスト８ａの上にのみ存在している。
図４はソルダーレジスト除去部９の下に配線パターン（銅箔）１０が無い場合を示し、ソルダーレジスト８ａと８ｂ及び基材６により溝形状を有しており、コーティング剤７は、図示右側のソルダーレジスト８ａの上にのみ存在している。
図５はソルダーレジスト除去部９の下の配線パターン（銅箔）１０を除去した場合を示し、ソルダーレジスト８ａと８ｂ、配線パターン（銅箔）１０及び基材６によりより深い溝形状を有しており、コーティング剤７は、図示右側のソルダーレジスト８ａの上にのみ存在している。

このように構成されたプリント回路基板１において、ソルダーレジスト８は、一般に配線パターンの保護、不要部分へのはんだ付着防止やチップ部品のはんだ付け領域（銅箔ランド）形成を目的に塗布するが、ここではコーティング剤７の塗布領域を制御するために塗布している。

図３、図４、図５に示すコーティング剤７は図の右側から流れて来て、ソルダーレジスト８ａと、ソルダーレジスト除去部９の図示右端との段差部分でコーティング剤７の表面張力によって堰き止められ、この状態で常温放置、加熱もしくはＵＶ照射することで硬化している。

ソルダーレジスト８の厚みは、通常５〜４０μｍ程度になるが、本実施の形態ではそれより厚い所定値（例えば６０μｍ）の厚みとすることによって、コーティング剤７の塗布禁止領域４への流出を防ぐことができる。
また本発明のソルダーレジスト塗布作業は、プリント回路基板製作時にスプレー塗布またはスクリーン印刷法によって通常行われるソルダーレジスト塗布作業を、前者では複数回の塗布または塗布時間制御、後者では任意のスクリーン厚み選択または重ね塗りすることで実現でき、一般的なプリント回路基板の製造工程で製造可能であるため低コストである。
また、ソルダーレジスト除去による基板の強度低下は無いとともに、絶縁材となる基材や、配線パターンとなる銅箔に影響を及ぼさないため、配線パターン上や、ベタグランド上であっても加工が可能となり自由度の高い配線パターンが実現できる。

ここでは、ソルダーレジスト８によるコーティング剤７の堰き止め効果を実験により検証する。
実験内容を図にて説明する。

図６は実験内容を示す図で、実験用プリント回路基板２０、実験用ソルダーレジスト２２、実験用コーティング剤２３とその滴下点Ｄを示す平面図（実験用コーティング剤２３を境界線２１で堰き止めた状態）、図７は図６のＣ−Ｃ断面図、図８は実験用コーティング剤２３が境界線２１からはみ出した状態の実験内容を示す図、図９は図８のＦ−Ｆ断面図である。
図６において、実験用プリント回路基板２０は、ガラスエポキシ樹脂から成る実験用基材２５（図７に記載）に、所定の厚さＥ（図７に記載）でエポキシ樹脂等から成る実験用ソルダーレジスト２２が境界線２１の右側領域に塗布されている。境界線２１の左側領域の２４が実験用ソルダーレジスト除去部であり、実験用コーティング剤塗布禁止領域でもある。

実験ではシンナーで粘度を調整した実験用コーティング剤２３を塗布装置（図示せず）にて一定の射出圧力、一定の射出時間となるよう調整し、Ｄ点に滴下したときの実験用コーティング剤２３の拡散流出状況を確認した。実験用プリント回路基板２０は３２枚用意し、所定の射出圧力、射出時間で各実験用プリント回路基板２０の所定位置Ｄ点に１回滴下し、実験用コーティング剤２３が境界線２１を超えるかどうかにより良否を判定した。

図６は、境界線２１で実験用コーティング剤２３を堰き止めた状態を示しており、図７に示すように実験用コーティング剤２３は実験用ソルダーレジスト２２の図示左端で停止している。この場合、良と判定した。

図８は、実験用コーティング剤２３が境界線２１からはみ出た状態を示しており、図９に示すように実験用コーティング剤２３は実験用ソルダーレジスト２２の左端を超えて流出している。この場合、否と判定した。

実験用プリント基板２０は３種類用意し、実験用ソルダーレジスト２２の厚みＥを２０、４０、６０μｍとしている。実験用コーティング剤２３は４種類用意し、塗布時の粘度を５０、１００、２００、７５０ｍＰａ・ｓとしている。

上記のようなソルダーレジスト厚みＥが違う３種類の実験用プリント回路基板２０と、粘度を変えた４種類の実験用コーティング剤２３を用いて、コーティング剤が境界線２１からはみ出すか、はみ出しを防止するかの実験を行い、ソルダーレジスト厚み及びコーティング剤の粘度の違いが及ぼす効果の確認を行った。

図１０は実験結果を示す表であり、図１１はそのグラフで、縦軸ははみ出し防止良品率［％］、横軸は実験用プリント回路基板２０のソルダーレジスト厚［μｍ］としている。コーティング剤２３の粘度は、凡例に示すように○印を５０ｍＰａ・ｓ、□印を１００ｍＰａ・ｓ、×印を２００ｍＰａ・ｓ、＋印を７５０ｍＰａ・ｓとしている。
ここで、
はみ出し防止良品率［％］＝はみ出さなかった回数［回］／塗布回数［回］×１００
としている。
図１０から分かるように、プリント回路基板２０で通常用いられるソルダーレジスト厚２０μｍでは、はみ出し防止良品率は６０％前後で、実験用コーティング剤２３の粘度の違いによる良化傾向は見られなかった。
しかし通常より厚いソルダーレジスト厚４０μｍでは、実験用コーティング剤２３の粘度が通常使用する５０ｍＰａ・ｓでのはみ出し防止良品率は６０％程度であったが、実験用コーティング剤２３の粘度が１００、２００、７５０ｍＰａ・ｓでのはみ出し防止良品率は、ほぼ１００％となり大きな良化傾向がみられた。
さらに厚いソルダーレジスト厚６０μｍでは、４種類全ての粘度ではみ出し防止良品率１００％となった。

このように、プリント回路基板のソルダーレジストが厚く、コーティング剤の粘度が高いほど、コーティング剤が境界線からはみ出しにくくなることが、実験結果から確認でき、プリント回路基板のソルダーレジスト厚は通常より厚い４０μｍ程度以上が望ましく、コーティング剤の粘度は通常使用する５０ｍＰａ・ｓ程度でもはみ出し防止効果が得られるが、さらに粘度を高くするとはみ出し防止効果が向上すると言える。

なお、本実施の形態ではソルダーレジスト除去部９は、０．５ｍｍ幅の溝としているが、それより大きい幅又は小さい幅の溝にしてもよく、さらにはコーティング剤塗布禁止領域４にあるソルダーレジスト８ｂを設けなくても良い。
また本実施の形態ではソルダーレジスト除去部９を１か所（一重）だけ設けたが、これを複数（二重以上）にし、複数の溝でコーティング剤のはみ出しを防止してもよい。
また、図５に示すようにソルダーレジスト除去部９の下（底面部分）の配線パターン（銅箔）１０を削除してもよく、それによりより深い段差が得られ、コーティング剤７のはみ出し防止効果がより向上する。

一方ソルダーレジスト８が厚すぎるとはんだ不良となる場合がある。それについて以下図を用いて説明する。
図１２（ａ）〜（ｇ）は一般的なリフローはんだ方式によるチップ部品のはんだ付け方法を示している。基材３４の上部に銅箔ランド３２と、ソルダーレジスト３３が形成され（ａ）、メタルマスク３１をソルダーレジスト３３表面に押し当て、クリームはんだ３６をメタルマスク３１上面にペーストし（ｂ）、スキージ３５を図示左から右に移動させることでクリームはんだ３６がメタルマスク３１開口部から入り込み（ｃ）、メタルマスク３１を上方向に取り外すと、クリームはんだ３６が銅箔ランド３２上のみにペーストされる（ｄ）。次に、チップ部品３７を銅箔ランド３２上にペーストされたクリームはんだ３６上に乗せる（ｅ）。このとき、チップ部品３７の搭載位置が偏ると、ソルダーレジスト３３を支点としてチップ部品３７が傾く（ｆ）。この状態でリフロー処理を行うと、チップ部品３７が立ち上がり（ｇ）、はんだ不良となる。この問題は、ソルダーレジスト３３が厚いほどチップ部品３７が不安定となるため発生しやすい。

前記のはんだ不良の問題を解決するためには、ソルダーレジスト厚に上限を設ける、もしくは、ソルダーレジスト８の厚みを２種類とし、コーティング剤のはみ出し防止が必要な部分だけソルダーレジスト８を厚くしチップ部品の下等の他の部分は薄くする、あるいは、ソルダーレジスト８の厚みは厚くせずコーティング剤７の粘度を２種類とし、コーティング剤７のはみ出し防止が必要な部分だけ粘度を高くし先に塗布しその他はより薄い粘度とするといった方法がある。

１ プリント回路基板
２ａ、２ｂ チップ部品
３ コーティング剤塗布領域
４ コーティング剤塗布禁止領域
５ ねじ穴
６ 基材
７ コーティング剤
８（８ａ，８ｂ） ソルダーレジスト
９ ソルダーレジスト除去部
１０ 配線パターン（銅箔）
１１ はんだ
２０ 実験用プリント回路基板
２１ 境界線
２２ 実験用ソルダーレジスト
２３ 実験用コーティング剤
２４ 実験用ソルダーレジスト除去部
２５ 実験用基材
３１ メタルマスク
３２ 銅箔ランド
３３ ソルダーレジスト
３４ 基材
３５ スキージ
３６ クリームはんだ
３７ チップ部品

Claims (6)

1. 絶縁基材と配線パターンとソルダーレジストを具備するプリント回路基板のコーティング構造であって、前記プリント回路基板はコーティング剤の塗布禁止領域を有し、前記ソルダーレジストは、前記コーティング剤の塗布禁止領域と塗布領域との境界線の全部又は一部に沿ってソルダーレジスト除去部を有することを特徴とするプリント回路基板のコーティング構造
2. 前記ソルダーレジスト除去部の前記コーティング剤の塗布領域側のソルダーレジストの厚みが４０μｍ超であることを特徴とする請求項１記載のプリント回路基板のコーティング構造
3. 前記コーティング剤の粘度が５０ｍＰａ・ｓ超であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のプリント回路基板のコーティング構造
4. 前記コーティング剤は、その塗布時の粘度が２種類以上あり、前記境界線付近の粘度は５０ｍＰａ・ｓ超であり、その他の部分より高粘度であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のプリント回路基板のコーティング構造
5. 前記配線パターンは、前記ソルダーレジスト除去部の底面部分を削除することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のプリント回路基板のコーティング構造
6. 前記ソルダーレジスト除去部は、二重以上あることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のプリント回路基板のコーティング構造

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