JP2023124189A - Print circuit board - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放熱パッド付き部品を実装するためのプリント配線板に関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a printed wiring board for mounting components with thermal pads.
近時、プリント配線板に放熱パッド付き部品が実装されることが多くある。放熱パッド付き部品としては、例えば、QFN(Quad Flat Non-leaded Package)、DFN(Dual Flatpack No-leaded)、LGA(Land Grid Array)、QFP(Quad Flat Package)等が挙げられる。これらの放熱パッド付き部品のプリント配線板への実装は、一般的に部品の放熱パッドを、プリント配線板のサーマルビアを含むサーマルパッドにはんだ接合して固定することにより行われる。 2. Description of the Related Art In recent years, printed wiring boards are often mounted with components having heat-dissipating pads. Components with thermal pad include, for example, QFN (Quad Flat Non-leaded Package), DFN (Dual Flatpack No-leaded), LGA (Land Grid Array), QFP (Quad Flat Package) and the like. Mounting of these components with thermal pads to printed wiring boards is generally performed by soldering and fixing the thermal pads of the components to thermal pads containing thermal vias of the printed wiring board.
プリント配線板は一方の主面をはんだ面とし、他方の主面を部品面とし、放熱パッド付き部品をはんだ面に実装する場合に、はんだ面の放熱パット付き部品の設置位置にはその放熱パッドの形状に対応した大きさのサーマルパッドが形成される。また、プリント配線板にはサーマルパッドから部品面へ貫通するサーマルビアが形成され、サーマルビアを介して放熱することにより放熱効果を高めている。 One main surface of the printed wiring board is the solder surface, and the other main surface is the component surface. A thermal pad having a size corresponding to the shape of is formed. Further, the printed wiring board is formed with thermal vias penetrating from the thermal pad to the surface of the component, and the heat dissipation effect is enhanced by dissipating heat through the thermal vias.
プリント配線板のはんだ面へ放熱パッド付き部品の実装はリフロー工程で行われている。放熱パッド付き部品が例えば、QFPである場合にリフロー工程では、プリント配線板のはんだ面には、まず、メタルマスク(「ステンシル」ともいう)を用いてはんだ印刷が行われる。はんだ印刷後、部品を搭載し、その搭載の際にはQFPのリード(又は端子)や放熱パッドがプリント配線板の各パッドの位置に合うように位置合わせが行われる。部品搭載後、加熱してはんだを溶融させてはんだ付けが行われ、QFPのリードがはんだ面のリード接続パッドに接合すると共にQFPの放熱パッドがはんだ面のサーマルパッドに接合する。これによりQFPがプリント配線板のはんだ面に固着される。 A reflow process is used to mount a component with a heat dissipation pad on the soldering surface of a printed wiring board. In the reflow process when the component with heat dissipation pads is, for example, a QFP, solder printing is first performed on the solder surface of the printed wiring board using a metal mask (also referred to as a "stencil"). After solder printing, components are mounted, and during mounting, alignment is performed so that the leads (or terminals) of the QFP and heat dissipation pads are aligned with the positions of the respective pads on the printed wiring board. After the component is mounted, the solder is heated to melt the solder, and the QFP lead is joined to the lead connection pad on the solder surface, and the QFP heat dissipation pad is joined to the thermal pad on the solder surface. This fixes the QFP to the solder surface of the printed wiring board.
ところで、上述したようにプリント配線板のサーマルパッドにおいてはんだ面と部品面との間を貫通するサーマルビアが形成されている。リフロー工程では、はんだ付けの際にはんだ面から溶融したはんだがサーマルビアを通して反対面の部品面側に流れ出て、部品面においてはんだが半球状に突出するという現象が生じることがある。このような現象が生じると、プリント配線板の部品面に他の部品を実装する場合に、はんだが半球状に突出しているため、はんだ印刷するためのメタルマスクの密着性が悪化し、印刷はんだが不安定となり、必要なはんだ量を印刷することができないこととなる。この結果、部品面における部品の実装に不具合が生じるという問題があった。 By the way, as described above, thermal vias penetrating between the solder surface and the component surface are formed in the thermal pad of the printed wiring board. In the reflow process, solder melted from the soldering surface may flow out through the thermal vias to the opposite side of the component, and the solder may protrude in a hemispherical shape from the component surface. If such a phenomenon occurs, when mounting other components on the component surface of the printed wiring board, the solder protrudes in a hemispherical shape, and the adhesion of the metal mask used for solder printing deteriorates, resulting in poor adhesion of the printed solder. becomes unstable, and the required amount of solder cannot be printed. As a result, there is a problem that the mounting of the component on the component surface is defective.
引用文献1には、一方の主面上へはんだが突出することに対する抑制を図ったプリント配線板構造が開示されている。引用文献1のプリント配線板構造では、部品の搭載面にはサーマルパッドを備えられ、部品の搭載面とソルダーレジストを有し搭載面とは反対面とを貫通するスルーホールが形成されており、スルーホールは、プリント配線板のサーマルパッドがはんだ付けされる範囲内に設けられ、反対面には、スルーホール孔を含む周囲以外のエリアにソルダーレジストが設けられ、ソルダーレジストより内側のソルダーレジスト開口のスルーホール孔の囲むエリアにははんだを吸収する銅ベタパターンが設けられている。このような構造のプリント配線板では、リフロー工程のはんだ付けの際にはプリント配線板のサーマルパッド上の濡れ広がったはんだの一部の余剰はんだがスルーホールを介して反対面に達するが、突出することなく銅ベタパターン上に濡れ広がる。 Patent Document 1 discloses a printed wiring board structure intended to suppress protrusion of solder onto one main surface. In the printed wiring board structure of Cited Document 1, a thermal pad is provided on the component mounting surface, and a through hole is formed through the component mounting surface and the surface opposite to the mounting surface having a solder resist, The through-holes are provided within the range to which the thermal pads of the printed wiring board are soldered, and on the opposite side, a solder-resist is provided in an area other than the surrounding areas including the through-hole holes, and the solder-resist openings inside the solder-resist are provided. An area surrounding the through-hole is provided with a copper solid pattern that absorbs solder. In a printed wiring board with such a structure, part of the surplus solder that has spread on the thermal pad of the printed wiring board reaches the opposite side through the through-holes during soldering in the reflow process. Wet and spread on the copper solid pattern without doing.
しかしながら、引用文献1のプリント配線板構造では、反対面にはんだが濡れ広がる部位においてはんだ体積を確保する一方、反対面の開口縁ではんだが流れ出る方向が90度変わるためはんだが集中して滞留し、局所的にはんだが反対面において突出する可能性がある。この場合には、上述したように反対面においてはんだ印刷するためのメタルマスクの密着性の悪化が起きる。 However, in the printed wiring board structure of the cited document 1, while the solder volume is ensured at the portion where the solder spreads on the opposite surface, the direction of the solder flowing out changes by 90 degrees at the edge of the opening on the opposite surface, so the solder concentrates and stays. , localized solder can protrude on the opposite side. In this case, as described above, the adhesion of the metal mask for solder printing is deteriorated on the opposite surface.
そこで、本発明の目的は、このような課題に着目し、リフロー工程における部品のはんだ付けによりサーマルパッドを有する面からサーマルビアを通して反対面へはんだが流れて反対面から突出することを抑制することができるプリント配線板を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to focus on such problems and to suppress solder from flowing from a surface having a thermal pad to the opposite surface through thermal vias and protruding from the opposite surface during soldering of components in a reflow process. It is to provide a printed wiring board capable of
本発明のプリント配線板は、一方の主面上の放熱パッド付き部品が搭載される搭載位置に開口し、前記一方の主面と他方の主面との間を貫通する孔にサーマルビアを有するプリント配線板であって、前記孔は、前記一方の主面から前記他方の主面に向けて伸張して前記プリント配線板内で終端する第1の孔部分と、前記第1の孔部分と連続して形成されて前記他方の主面に至り前記孔の貫通方向に対して垂直な方向において前記第1の孔部分よりも大きな孔断面を有する第2の孔部分と、を有することを特徴としている。 The printed wiring board of the present invention has a thermal via in a hole that opens at a mounting position where a component with a heat dissipation pad is mounted on one main surface and penetrates between the one main surface and the other main surface. A printed wiring board, wherein the hole includes a first hole portion extending from the one main surface toward the other main surface and terminating within the printed wiring board; and the first hole portion. a second hole portion formed continuously to reach the other main surface and have a hole cross section larger than that of the first hole portion in a direction perpendicular to the through-hole direction of the hole. and
本発明のプリント配線板によれば、サーマルビアの第1の孔部分に連続する第2の孔部分の孔断面が第1の孔断面より大きくされているので、リフロー工程における部品のはんだ付けの際に溶融した余剰なはんだがサーマルビアの第1の孔部分に流れ込み、そして第1の孔部分から第2の孔部分(孔拡大部)に至って第2の孔部分内で半球状となって留まり、反対面へはんだが流れ出ることを防止することができ、これにより反対面から突出することを抑制することができる。 According to the printed wiring board of the present invention, since the hole cross section of the second hole portion which is continuous with the first hole portion of the thermal via is larger than the cross section of the first hole portion, the soldering of the components in the reflow process becomes difficult. Excess solder melted at the time flows into the first hole portion of the thermal via, and from the first hole portion to the second hole portion (hole enlarged portion), forming a hemispherical shape in the second hole portion. It is possible to prevent the solder from flowing out to the opposite surface, thereby suppressing the protrusion from the opposite surface.
以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は本発明によるプリント配線板10の断面を示している。かかるプリント配線板10は、4層からなり、3つの基材11、12、13を有する。基材11、12、13は互いに平行に配置された板状のものである。基材11、12、13は例えば、耐燃性紙基材エポキシ積層板や耐然性ガラス基材エポキシ樹脂積層板からなる。基材11の一方の主面は表層の第1層が形成されるはんだ面16であり、基材13の他方の主面は表層の第4層が形成される部品面17である。基材11と基材12との間には内層の第2層をなす銅箔18が形成されている。基材12と基材13との間には内層の第3層をなす銅箔19が形成されている。
FIG. 1 shows a cross section of a printed
はんだ面16上には、第1層として部品パッド21及びサーマルパッド22が形成されている。部品パッド21及びサーマルパッド22の各々は銅箔である。また、はんだ面16は、部品パッド21及びサーマルパッド22の各々領域を囲むようにソルダーレジスト23によって覆われている。部品面17上には第4層として銅箔からなる部品パッド25及び導体パターン26が形成されている。
A
サーマルパッド22の形成範囲内には複数のサーマルビア28が基材11、12、13の各々の板面に対して垂直に形成されている。サーマルビア28は基材11、12、13及び銅箔18、19を介してはんだ面16と部品面17との間を貫通する貫通孔を有している。サーマルビア28の貫通孔の貫通方向に対して垂直な方向の孔断面の形状は本実施例では円形である。サーマルビア28の内壁面29は銅メッキ処理されている。銅メッキ処理された部分は、サーマルビアとして機能する第1の孔部分であり、基材13まで達している。
A plurality of
サーマルビア28の貫通孔各々は部品面17側の端部において孔径(孔断面)が拡大された孔拡大部28a、すなわち第2の孔部分となっている。孔拡大部28aはほぼ基材13の位置から部品面17までの範囲であり、その内壁面はメッキ処理されていない。例えば、孔拡大部28aの直径は0.5~1.0mmであり、深さは0.3mm以上である。部品面17において隣り合う孔拡大部28aの縁間の最短距離は0.4~0.6mmである。第2の孔部分である孔拡大部28aの長さは、他方の主面である部品面17から部品面17に最も近いサーマルビア28に接続する銅箔の内層までの長さよりも短い。これはサーマルビア28の性能を低下させないためである。
Each of the through-holes of the thermal via 28 forms a hole-enlarged
次に、図1のプリント配線板10の孔拡大部28aの形成方法について図2を用いて説明する。図2の(A)は孔拡大部28aの形成前のプリント配線板10を示している。図2の(A)のプリント配線板10においては、各サーマルビア28がはんだ面16と部品面17との間を同一径で貫通した状態である。この状態のプリント配線板10に追加工して孔拡大部28aを形成するために、プリント配線板10は部品面17側を上方に向けて図示しない台上にセットされる。
Next, a method for forming hole enlarged
追加工のためにドリル31が準備される。ドリル31の刃の径は0.5~1.0mmである。追加工では、ドリル31の刃先を部品面17のサーマルビア28の開口部に位置させ、そしてドリル31の刃を回転させることによりサーマルビア28の孔径を拡大させるのである。その拡大の際にドリル31の刃によってメッキ処理が施された内壁面29は削り取られる。また、その拡大は基材13の位置までおこなわれ、深さは例えば、0.3mmである。この追加工により図2の(B)に示すように孔拡大部28aが形成される。
A
次いで、図1のプリント配線板10のはんだ面16に放熱パッド付き部品40を実装する実装方法について図3を用いて説明する。
Next, a mounting method for mounting a
先ず、図1のプリント配線板10のはんだ面16を上方に向けて、そのはんだ面16にメタルマスク41が施された後、はんだ印刷が行われる。図3の(A)に示すように、メタルマスク41は、はんだ付けが行われる部品パッド21及びサーマルパッド22の部分に対応する位置に開口部を有しているので、その開口部に露出した部品パッド21及びサーマルパッド22の部分にはんだ印刷が行われる。はんだ印刷ではスキージ42を用いてクリームはんだ43がメタルマスク41に覆われたはんだ面16に塗布されることによりメタルマスク41の開口部がクリームはんだ43によって埋められる。はんだ印刷の際、クリームはんだ43はサーマルビア28内にまで若干入り込むことになる。そして、メタルマスク41は除去され、はんだ面16の部品パッド21及びサーマルパッド22上にクリームはんだ43が残る。
First, with the
次に、図3の(B)に示すように、放熱パッド付き部品40がはんだ面16のクリームはんだ43上に搭載される。本実施例では放熱パッド付き部品40はQFNである。放熱パッド付き部品40に対しては位置ズレが調整され、放熱パッド付き部品40ははんだ面16の予め定められた位置(部品パッド21及びサーマルパッド22に対応した位置)にセットされる。これにより放熱パッド付き部品40の端子40a及び放熱パッド40bがクリームはんだ43の各々と接触する。
Next, as shown in FIG. 3B, the
放熱パッド付き部品4の搭載後、図3の(C)に示すように、リフロー炉(図示せず)ではんだ溶融が実施される。すなわち、クリームはんだ43はリフロー炉で加熱されるので溶融する。クリームはんだ43の溶融により放熱パッド付き部品40の端子40a及び放熱パッド40bが、はんだ面16の部品パッド21及びサーマルパッド22に各々はんだ付けされる。これにより、端子40a及び放熱パッド40bが、はんだ面16の部品パッド21及びサーマルパッド22に各々接合される。
After mounting the component 4 with heat radiation pads, as shown in FIG. 3C, solder is melted in a reflow furnace (not shown). That is,
はんだ溶解では溶融した余分なはんだ44はその接合部分に溜まることなくサーマルビア28内に流れ込む。余分なはんだ44はサーマルビア28に逃げることになり、サーマルビア28から孔拡大部28aへ突出して孔拡大部28a内で、図3の(C)に符号45で示すように半球状に膨らむ。サーマルビア28内に流れ込んだはんだ44の量が多いために半円球状を維持できない場合には、サーマルビア28内のはんだ44から分離してはんだボール46となって落下することになる。よって、サーマルビア28内に流れ込んだはんだ44が部品面17より突出したり、或いは部品面17上に達することを防止することができる。
In solder melting, excess melted
このようにはんだ付けにより放熱パッド付き部品40がはんだ面16に固着された後、図4に示すように、プリント配線板10の部品面17を上方に向けて、部品面17にメタルマスク47が施された後、はんだ印刷が行われる。このはんだ印刷は、はんだ44が部品面17上に突出していない状態で行われるので、部品面17へのメタルマスク47の密着性を損なうことが生じない。上述したように孔拡大部28a内ではんだ44が半球状の状態で留まるので、部品面17における印刷はんだを安定して行うことができ、必要なはんだ量の印刷が可能となる。この結果、部品面17における部品の実装を、不具合を生ずることなく安定して行うことができる。
After the
上記した実施例においては、4層の多層プリント配線板が示されているが、本発明のプリント配線板の階層は2層以上であれば良い。また、実施例においては、サーマルビア28の孔断面は円形であるとしているが、本発明のプリント配線板のサーマルビアの孔断面の形状は円形に限定されず、4角形、6角形等の多角形でも良い。 In the above-described embodiment, a four-layer multilayer printed wiring board is shown, but the number of layers of the printed wiring board of the present invention may be two or more. Further, in the embodiment, the hole cross section of the thermal via 28 is circular, but the shape of the hole cross section of the thermal via of the printed wiring board of the present invention is not limited to circular, and may be rectangular, hexagonal or the like. A rectangular shape is also acceptable.
また、上記した実施例においては、放熱パッド付き部品40ははんだ面16に搭載されているが、部品面17に搭載されても良く、その場合には孔拡大部28aははんだ面16に形成される。
In the above-described embodiment, the
10 プリント配線板
11、12、13 基材
16 はんだ面
17 部品面
21 部品パッド
22 サーマルパッド
23 ソルダーレジスト
25 部品パッド
26 導体パターン
28 サーマルビア
28a 孔拡大部
31 ドリル
40 放熱パッド付き部品
40a 端子
40b 放熱パッド
41、47 メタルマスク
42 スキージ
43 クリームはんだ
44 はんだ
45 半円球状のはんだ
46 はんだボール
10 Printed
Claims (7)
前記孔は、前記一方の主面から前記他方の主面に向けて伸張して前記プリント配線板内で終端する第1の孔部分と、前記第1の孔部分と連続して形成されて前記他方の主面に至り前記孔の貫通方向に対して垂直な方向において前記第1の孔部分よりも大きな孔断面を有する第2の孔部分と、を有することを特徴とするプリント配線板。 A printed wiring board having a thermal via in a hole that opens at a mounting position where a component with a heat dissipation pad is mounted on one main surface and penetrates between the one main surface and the other main surface,
The hole has a first hole portion extending from the one main surface toward the other main surface and terminating within the printed wiring board, and a first hole portion formed continuously with the first hole portion. and a second hole portion that reaches the other main surface and has a hole cross section larger than that of the first hole portion in a direction perpendicular to the through-hole direction of the hole.
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