JP4220181B2

JP4220181B2 - 電子回路用基板

Info

Publication number: JP4220181B2
Application number: JP2002154123A
Authority: JP
Inventors: 拓也井上
Original assignee: Toa Corp
Current assignee: Toa Corp
Priority date: 2002-05-28
Filing date: 2002-05-28
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2022-05-28
Also published as: JP2003347713A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子回路用基板に電子部品を実装するためのフットパターンの形状に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品を実装する電子回路用基板上には、半田により電子部品を固定し、回路を形成するためのフットパターンが形成されている。電子部品は、クリーム半田が塗布されたフットパターン上に載置され、クリーム半田の溶融により基板に固着される。例えば、電子部品は、電子回路用基板ごとにリフロー炉内に搬入され、溶融したクリーム半田により電子回路用基板に固定される。電子部品を固定するためのフットパターンの形状や配置には、例えば以下の要件が要求される。
（１）実装不良が生じにくいこと：半田溶融時の表面張力により電子部品の位置や方向を整えるセルフアライメント効果が高く、電子部品の位置ずれやマンハッタン現象などの実装不良が生じにくいこと。ここでマンハッタン現象とは、電子部品が一方のフットパターンから浮き上がる現象である。
（２）ブリッジ現象の防止：ここでブリッジ現象とは、隣接する電子部品の電極間で半田がつながったり、電子部品の下面で半田がつながったりする現象である。
（３）製品検査の容易性：インサーキットテスタなどを用いた電気的接続の検査が容易であること。また、電子部品とフットパターンとの半田を介した接合の確認を行う目視検査が容易であること。
（４）電子部品の実装密度の向上。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述の要件を満たすため、フットパターンの形状に様々な工夫がなされている。例えば図９は、クリーム半田を介してフットパターンに電子部品が固定された従来の電子回路用基板の一例を示している。同図（ａ）はほぼ矩形状のフットパターン２０を、同図（ｂ）は円状のフットパターン２０を示す。これらのフットパターンでは、セルフアライメント効果が不適切であるため、図１０（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に例示するように電子部品３０が適正位置からずれた位置に固定されやすい。例えば電子部品３０が目的の位置から回転したり（同図（ａ））、一方のフットパターンに電子部品が寄りすぎたり（同図（ｂ））、一方のフットパターンに電極３５が半田２５を介して接続されなかったり（同図（ｃ））、マンハッタン現象が生じたり（同図（ｄ））する。
【０００４】
また、図９（ａ）及び（ｂ）に示すフットパターンでは半田塗布量が多いため、図１１に例示するブリッジ現象が生じやすく、電子部品３０の両端の電極３５が短絡されたり、隣り合うフットパターン同士が短絡されたりする。ブリッジを防ぐために隣接するフットパターン間の距離を大きくとれば、実装密度を高めることが難しくなってしまう。
【０００５】
さらに、ブリッジを防ぎ、かつ実装密度をあげるために図９（ａ）及び（ｂ）のフットパターンを小さくすると、電子部品３０の外側にはみ出る部分の面積が小さくなるため、インサーキットテスタなどを用いて電気的接触を検査する場合にフットパターン上にテスタを当てにくい。また、電子部品とフットパターンとの半田接合ができていない場合と両者が接合している場合とで半田２５の形状の違いが分かりにくい。そのため、熟練者でなければ実装不良であることを視認しにくく、確実な目視検査が難しい。
【０００６】
特開平３−２３９３９３号公報は、図１２に示す半トラック状のフットパターン２０を開示している。この形状は、マンハッタン現象を低下させることにある程度の効果を奏しているものの、電子部品の位置ずれなどの実装不良を生じることがあり、セルフアライメント効果が十分とは言えない。また、電子部品下面でのブリッジ現象やテスタに依る製品検査の問題も十分に解決できていない。
【０００７】
特開平１０−１７３３２５号公報は、図１３に示す楕円状のフットパターンを開示している。この形状は、電子部品下面でのブリッジの防止にある程度の効果が認められているものの、位置ずれやマンハッタン現象などの実装不良を十分に防止しきれていない。また、電子部品３０からはみ出たフットパターン２０の面積が小さいため、目視やテスタによる製品検査が難しい面がある。
【０００８】
本発明の目的は、フットパターン上での電子部品のセルフアライメント効果を適切にし、電子部品の実装不良やブリッジの発生を防止することにある。また本発明の別の目的は、電子回路用基板の製品検査を容易化することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本願第１発明は、電子部品を実装するための電子回路用基板の本体と、前記本体上に形成され、電子部品が半田により固定される少なくとも１対のフットパターンとを含む電子回路用基板を提供する。前記フットパターンは、前記半田が溶融した場合の表面張力の実質的中心が、電子部品が適正な位置に固定された場合の電子部品端面の予想位置よりも若干外側に位置するように形成されており、前記予想位置よりも内側部分の面積Ｓ１に比して前記予想位置よりも外側部分の面積Ｓ２が大きく、かつ前記内側部分の長さＬ１に比して前記外側部分の長さＬ２が長く形成されており、前記フットパターンのうち前記予想位置よりも外側部分及び内側部分は、前記予想位置から離れる程その幅が狭まり、前記外側部分及び前記内側部分それぞれの底辺は、同程度の長さを有して前記予想位置で一致しており、前記外側部分及び前記内側部分それぞれの前記予想位置から最も離れた端部は、前記底辺の中心を通り前記底辺と直交する中心線上に位置する。
溶融した半田が、その表面張力により予想位置よりもやや外側の位置に集まるようにフットパターンを形成すると、半田溶融時に電子部品の両端面に前記表面張力の実質的中心への力が働く。これにより、セルフアライメント効果が適切となり、電子部品の位置ずれやマンハッタン現象を防止することができる。また、半田溶融時の表面張力の中心と電子部品の端面との距離が小さいため、フットパターンの外側から電子部品の端面に向かって半田が徐々に這い上がるフィレット形状に半田が形成される。このように、半田が電子部品の端面に集中し易く、半田付けが確実に行われる。電子部品の電極となじみにくい鉛フリー半田の場合であっても確実に半田付けを行うことができ有用である。
内側部分の面積Ｓ１よりも外側部分の面積Ｓ２が大きいので、半田溶融時の表面張力の中心が予想位置よりもやや外側に位置するようになる。そのため、半田溶融時に電子部品の両端面に表面張力の実質的中心への力が働くので、セルフアライメント効果が適切となり、電子部品の位置ずれやマンハッタン現象を防止することができる。また、内側部分の面積Ｓ１が比較的小さく形成されるので、電子部品下面の半田塗布量が減少し、電子部品下面におけるブリッジの発生を防止できる。さらに、前記内側部分の長さＬ１よりも外側部分の長さＬ２の方が長いので、テスタをフットパターン上に当てやすく、製品検査が容易になる。
フットパターンのうち予想位置よりも外側部分及び内側部分は、予想位置から離れる程その幅が狭まっている。
電子部品が半田を介してフットパターンに接合されていれば、半田がフィレット形状になる。逆に電子部品が半田を介してフットパターンに接合されていなければ、半田がフィレット形状にならない。この形状の差により、目視検査を容易に行うことができる。しかも、半田の無駄が少なく、隣接する半田とのブリッジ形成が低減される。さらに、電子部品の下面におけるフットパターンの面積が小さいので、半田塗布量が減少し、電子部品下面におけるブリッジの発生を防止しやすい。
【００１０】
本願第２発明は、前記第１発明において、前記フットパターンのうち前記予想位置よりも外側部分は概ね三角形状に形成されている、電子回路用基板を提供する。
フットパターンの外側を三角形状とすることにより、目視検査が容易なだけでなく、テスタをフットパターンに接触させやすくなる。また、半田の無駄が少なく、フットパターン間のブリッジ発生を防止しやすい。さらに、フットパターンを互い違いに配置することができ、実装密度を高めることも可能である。
本願第３発明は、前記第１発明において、前記フットパターンのうち前記予想位置よりも内側部分は概ね三角形状に形成されている、電子回路用基板を提供する。
予想位置よりも内側のフットパターンを三角形状とすれば、半田塗布量が減少し、電子部品下面におけるブリッジの発生を防止できる。
本願第４発明は、前記第１〜３発明いずれかにおいて、前記フットパターンは、概ね底辺の長さが等しい二つの二等辺三角形の底辺を合わせて組み合わせた矩形状に形成されている、電子回路用基板を提供する。
例えば、同一の長さの底辺を有する大小２つの三角形をその底辺でつなげることで形成されるフットパターンが挙げられる。このフットパターン上に電子部品を載置すると、フットパターン上に塗布された半田が溶融したときに電子部品の両端に表面張力の実質的中心への力が働く。そのためセルフアライメント効果が適切となり、電子部品の位置ずれやマンハッタン現象が生じにくくなる。しかも、半田塗布量を減少させて電子部品下面や隣接するフットパターン間のブリッジ形成を防止できる。また、テスタや目視による製品検査が容易である。さらに、フットパターンを互い違いに配置することができ、実装密度を高めることができる。
本願第５発明は、前記第４発明において、前記フットパターンのうち前記予想位置よりも内側部分の長さＬ１と前記予想位置よりも前記外側部分の長さＬ２との比は、約４対９である、電子回路用基板を提供する。
内側部分の長さＬ１と外側部分の長さＬ２との比を例えば４対９にすれば、電子部品端面の予想位置よりもやや外側に半田溶融時の表面張力の中心が位置するようになり、フットパターン上での電子部品のセルフアライメント効果を適切とすることができる。
【００１１】
本願第６発明は、前記第１〜５発明のいずれかにおいて、前記フットパターンのうち前記予想位置よりも前記内側部分の面積Ｓ１と前記予想位置よりも外側部分の面積Ｓ２との比は、約４対９である、電子回路用基板を提供する。
内側部分の面積Ｓ１と外側部分の面積Ｓ２との比を例えば４対９にすれば、電子部品端面の予想位置よりもやや外側に半田溶融時の表面張力の中心が位置するようになり、フットパターン上での電子部品のセルフアライメント効果を適切とすることができる。また、電子部品下面の半田塗布量が減少し、ブリッジの発生を防止しやすい。
本願第７発明は、前記第４発明において、前記矩形状に形成されたフットパターンの一方の対角線上に、前記電子部品端面の前記予想位置を有するよう形成されている、電子回路用基板を提供する。
電子部品の端面の予想位置がフットパターンの対角線上に位置するので、フットパターン上での電子部品の遊びが低減され、実装不良を防止し易い。
本願第８発明は、前記第７発明において、前記対角線の長さと前記電子部品端面の幅が概ね同一となるよう形成されている、電子回路用基板を提供する。
フットパターンの対角線の長さと電子部品の端面の幅とを同程度にすると、フットパターン上での電子部品の遊びがさらに低減され、実装不良を防止し易い。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明について具体的に説明する。
【００３２】
＜第１実施形態例＞
図１は本発明の第１実施形態例に係る電子回路用基板を示す。半導体基板からなる電子回路用基板１００上には、少なくとも１対のフットパターン２００ａ，ｂが形成されている。対をなすフットパターン２００ａ、ｂは、その上に載置される電子部品３００の長軸方向（以下、長さ方向）に沿った中心線Ｂ−Ｂ’に対し、線対称に形成されている（後述する図２参照）。各フットパターン２００ａ，ｂは、その上に塗布されるクリーム半田が溶融した場合に、その半田２０５の表面張力の実質的中心が、電子部品３００の端面の予想位置Ａ−Ａ’よりも若干外側に位置するように形成されている。具体的には、各フットパターン２００ａ，ｂは、電子部品３００の端面の予想位置Ａ−Ａ’よりも内側部分２０１の面積Ｓ１が、予想位置Ａ−Ａ’よりも外側部分２０２の面積Ｓ２に比して小さく形成されている（Ｓ１＜Ｓ２）。また、前記内側部分２０１の長さＬ１が、前記外側部分２０２の長さＬ２に比して短く形成されている（Ｌ１＜Ｌ２）。ここで、電子部品端面の予想位置Ａ−Ａ’（以下、単に予想位置という）とは、電子部品３００がフットパターン２００上の適正位置に固定された場合の、電子部品３００の端面の位置である。なお電子部品３００は、両端部に電極３５０を有し、クリーム半田が塗布された１対のフットパターン２００ａ，ｂ上に電極３５０が位置するように載置される。電子部品３００の電子回路用基板１００への固定方法は特に限定されず、例えばリフロー炉を用いた半田付け工程により行うことが可能である。
【００３３】
溶融した半田２０５の表面張力の実質的中心とは、図２に示すように、クリーム半田が溶融したときに、フットパターン２００上で自然に半田２０５が集まろうとする位置Ｐを意味する。例えば、位置Ｐは、電子部品を搭載せず、クリーム半田を溶融させたときに溶融した半田２０５が最も高く盛り上がる点である。なお、図２中のレジスト１０５は、半田付けが必要の無い配線パターンを保護する被覆材である。
【００３４】
図３では、電子回路用基板１００上に形成された少なくとも１対のフットパターン２００ａ，ｂ上にクリーム半田が塗布され、その上に電子部品３００が載置されている。このクリーム半田が溶融した場合、溶融した半田２０５がその表面張力により、予想位置Ａ−Ａ’よりもやや外側に位置する表面張力の中心Ｐに集まろうとする。そのため、電子部品３００の両端には表面張力の中心Ｐへの力が働く（図３中の矢印方向）。従って、フットパターン２００のセルフアライメント効果が適切に働き、電子部品３００の位置ずれやマンハッタン現象を防止することができる。また、内側部分２０１の面積Ｓ１が外側部分２０２の面積Ｓ２に比して小さく形成されるので、内側部分２０１の半田塗布量が減少し、電子部品３００の下部におけるブリッジの形成を防止しやすい。さらに、外側部分２０２の長さＬ２が内側部分２０１の長さＬ１に比して長いので、テスタを用いた製品検査を行いやすい。また、半田溶融時の表面張力の中心Ｐと電子部品の端面との距離が小さいため、半田２０５が電子部品の端面に集中し易く、半田付けが確実に行われる。電子部品の電極となじみにくい鉛フリー半田の場合であっても確実に半田付けを行うことができ有用である。
【００３５】
フットパターン２００の形状は特に限定されないものの、図１に示すように外側部分２０２の幅Ｗ２が予想位置Ａ−Ａ’から離れるに従って狭まっている形状が好ましい。ここで幅Ｗは、前記中心線Ｂ−Ｂ’と交わる方向の長さをいう。このような形状としては、例えば三角形状が挙げられる。このように形成されたフットパターン２００と電子部品３００とを接合すると、図４に示すように、外側部分２０２の先端から電子部品３００の端面に向かって半田２０５が次第に這い上がるような形状、つまりフィレット形状になる。これは、Ｌ１は長くなったが、三角形状としたために、半田塗布量が多くなり過ぎないためである。逆に実装不良によりフットパターン２００と電子部品３００の端面とが接合されていない場合には、半田２０５がフィレット形状にならない。従って、半田付け後の半田２０５の形状に基づいて、目視による製品検査が容易である。さらに、外側部分２０２の幅Ｗ２を予想位置Ａ−Ａ’から離れるほど狭めることにより、半田の量を抑え、半田の無駄や、隣接する半田同士のブリッジの形成を防止することができる。加えて、図５に示すようにフットパターン２００を互い違いに配置することができ、実装密度を高めることも可能である。
【００３６】
また、図１に示すように、内側部分２０１の幅Ｗ１を予想位置Ａ−Ａ’より離れる程狭まった形状に形成すると好ましい。このような形状としては、例えば三角形状が挙げられる。このように形成されたフットパターン２００は、電子部品３００の下面における無駄な半田量を抑えることができ、電子部品下面にブリッジが形成されるのを防止しやすい。
【００３７】
図１に示すフットパターン２００は、内側部分２０１と外側部分２０２とが共に三角形状に形成され、この２つの三角形をその底辺でつなげて得られる矩形状に形成されている。このようなフットパターン２００の内側部分２０１の長さＬ１と外側部分２０２の長さＬ２との比は、例えば約４対９で形成するとよい。半田溶融時における表面張力の中心Ｐを予想位置Ａ−Ａ’のやや外側に調整し、電子部品のセルフアライメント効果を適切にすることができる利点がある。
【００３８】
同様の理由から、内側部分２０１の面積Ｓ１と外側部分２０２の面積Ｓ２との比を、約４対９に形成することが好ましい。このようにすれば、電子部品３００の下面における半田塗布量を抑えることができ、ブリッジの形成を防止しやすい効果も期待できる。
【００３９】
さらに、電子部品３００の端面の予想位置Ａ−Ａ’がフットパターン２００の対角線上に位置する場合、フットパターン上での電子部品の遊びが低減され、実装不良を防止し易い。電子部品３００の幅と予想位置Ａ−Ａ’におけるフットパターン２００の長さとを同程度にすると、フットパターン２００上での電子部品３００の遊びがさらに低減される。
【００４０】
＜他の実施形態例＞
フットパターン２００の形状は、図２に示す形状に限定されない。内側部分２０１の面積Ｓ１に比して外側部分２０２の面積Ｓ２が大きく（Ｓ１＜Ｓ２）、内側部分２０１の長さＬ１に比して外側部分２０２の長さＬ２が長ければ（Ｌ１＜Ｌ２）、特に形状は限定されない。例えば、図６〜図８に示す形状が例として考えられる。図６に示すフットパターンにおいては、内側部分２０１は２辺が外側に湾曲した三角形状であり、外側部分２０２は２辺が内側に湾曲した三角形状である。図７に示すフットパターンにおいては、内側部分２０１は２辺が内側に湾曲した三角形状であり、外側部分２０２は２辺が外側及び内側に湾曲した三角形状である。図８に示すフットパターンにおいては、内側部分２０１の幅Ｗ１及び外側部分２０２の幅Ｗ２が共に、予想位置Ａ−Ａ’から所定距離内は一定であり、その後予想位置Ａ−Ａ’から離れる程狭まるように形成されている。いずれの形状においても、内側部分２０１及び外側部分２０２の面積Ｓ１，Ｓ２とその長さＬ１，Ｌ２との関係が前述のように調整されていれば、溶融したクリーム半田の表面張力の中心Ｐが予想位置Ａ−Ａ’よりも若干外側に位置するようになり、電子部品のセルフアライメント効果を適切にすることができる。
【００４１】
また、実施例では、電子部品端面に電極を配した所謂、角チップのフットパターンについて説明したが、これに限るものではない。例えば、多端子のチップ部品、所謂ＩＣ部品であっても適用可能であり、同様の効果を奏する。
【００４２】
【発明の効果】
本発明を用いれば、フットパターン上での電子部品のセルフアライメント効果を高め、実装不良を防止することができる。また、ブリッジの発生を抑え、製品検査を容易化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態例に係る電子回路用基板の一部を示す平面図。
【図２】表面張力の実質的中心を示す説明図。
【図３】図１に示す電子回路用基板上のフットパターン及び半田を介してフットパターンに固定された電子部品を示す平面図。
【図４】図３のフットパターン及び電子部品の断面図。
【図５】複数のフットパターンが形成された電子回路用基板の平面図。
【図６】本発明の他の実施形態例に係る電子回路用基板の一部を示す平面図（１）。
【図７】本発明の他の実施形態例に係る電子回路用基板の一部を示す平面図（２）。
【図８】本発明の他の実施形態例に係る電子回路用基板の一部を示す平面図（３）。
【図９】（ａ）矩形状のフットパターンが形成された電子回路用基板の平面図。
（ｂ）円状のフットパターンが形成された電子回路用基板の平面図。
【図１０】（ａ）電子部品が目的の位置から回転した実装不良を示す平面図。
（ｂ）一方のフットパターンに電子部品が寄りすぎた実装不良を示す平面図。
（ｃ）一方のフットパターンに電子部品の電極が接続されなかった実装不良を示す平面図。
（ｄ）マンハッタン現象を示す説明図。
【図１１】ブリッジ現象を示す説明図。
【図１２】半トラック状のフットパターンが形成された電子回路用基板の平面図。
【図１３】楕円状のフットパターンが形成された電子回路用基板の平面図。
【符号の説明】
１０、１００：電子回路用基板
２０、２００：フットパターン
３０、３００：電子部品
３５、３５０：電極

Claims

電子部品を実装するための電子回路用基板の本体と、
前記本体上に形成され、電子部品が半田により固定される少なくとも１対のフットパターンとを含み、
前記フットパターンは、前記半田が溶融した場合の表面張力の実質的中心が、電子部品が適正な位置に固定された場合の電子部品端面の予想位置よりも若干外側に位置するように形成されており、前記予想位置よりも内側部分の面積Ｓ１に比して前記予想位置よりも外側部分の面積Ｓ２が大きく、かつ前記内側部分の長さＬ１に比して前記外側部分の長さＬ２が長く形成されており、
前記フットパターンのうち前記予想位置よりも外側部分及び内側部分のそれぞれは、前記予想位置から離れる程その幅が狭まり、前記外側部分及び前記内側部分それぞれの底辺は、同程度の長さを有して前記予想位置で一致しており、前記外側部分及び前記内側部分それぞれの前記予想位置から最も離れた端部は、前記底辺の中心を通り前記底辺と直交する中心線上に位置する、電子回路用基板。
前記フットパターンのうち前記予想位置よりも外側部分は概ね三角形状に形成されている、請求項１に記載の電子回路用基板。
前記フットパターンのうち前記予想位置よりも内側部分は概ね三角形状に形成されている、請求項１に記載の電子回路用基板。
前記フットパターンは、概ね底辺の長さが等しい二つの二等辺三角形の底辺を合わせて組み合わせた矩形状に形成されている、請求項１〜３のいずれかに記載の電子回路用基板。
前記フットパターンのうち前記予想位置よりも内側部分の長さＬ１と前記予想位置よりも前記外側部分の長さＬ２との比は、約４対９である、請求項４に記載の電子回路用基板。
前記フットパターンのうち前記予想位置よりも前記内側部分の面積Ｓ１と前記予想位置よりも外側部分の面積Ｓ２との比は、約４対９である、請求項１〜５のいずれかに記載の電子回路用基板。
前記矩形状に形成されたフットパターンの一方の対角線上に、前記電子部品端面の前記予想位置を有するよう形成されている、請求項４に記載の電子回路用基板。
前記対角線の長さと前記電子部品端面の幅が概ね同一となるよう形成されている、請求項７に記載の電子回路用基板。