JP4347246B2 - プリント配線板および浸食状態判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、部品の実装のためのはんだ付け処理時に配線パターンや導体層などのめっき部が液状のはんだにより浸食されることになるプリント配線板に関し、またそうしたプリント配線板におけるめっき部の浸食状態を判定するための方法に関する。

プリント配線板への部品の実装に際してのはんだ付けは、それぞれのリードをプリント配線板のスルーホールに通すことで各種の実装部品（挿入実装部品）を仮装着した状態で、プリント配線板の裏面側つまり実装部品の実装側とは反対側の面を液状のはんだの噴流に浸して行うのが一般的である。またそのようなはんだ付け処理には、フローソルダリング装置や噴流式はんだ槽を用いるのが一般的である。

フローソルダリング装置は、プリント配線板全体の一括的なはんだ付けを可能とする装置である。通常はこのフローソルダリング装置によりはんだ付けが行われる。一方、噴流式はんだ槽は、プリント配線板の部分的はんだ付けを可能とする装置であり、フローソルダリング装置ではんだ付けされた実装部品に不良などがあってそれを交換する場合などの部分的はんだ付けに用いられる。

以上のようなはんだ付け処理においては、ソルダーレジストによる被覆の保護から外れている部分の配線パターンや導体層などのめっき部がはんだ噴流に接触し、その接触で浸食されてめっき金属が溶出してしまうという問題を避け難く生じる。

めっき部の浸食量は、はんだの種類、はんだ噴流の温度、めっきの種類などにも左右されるが、主にははんだ噴流に浸された時間に相関し、はんだ噴流への浸漬時間に比例して増大する。そのため、検査工程で不良が見つかった場合の実装部品の交換あるいはプリント配線板の修理のための実装部品の交換などが繰り返された場合には、その都度のはんだ付けにおけるはんだ噴流への浸漬時間が加算されることになり、それにしたがって浸食量が大きくなる。そして浸食量が大きくなると、例えば配線パターンの断線に至ることもある。また断線に至らない場合でも、浸食によるめっき部の極度の痩せで導体抵抗の増大を引き起こしてプリント配線板の特性を劣化させることになる。さらにその時点では問題が顕在しなくとも、浸食によるめっき部の過度の痩せによりプリント配線板の耐久性を低下させるという問題を潜在させることになる。

こうしためっき部の浸食問題に対処する技術として、例えば特許文献１に開示の例が知られている。特許文献１の技術では、スルーホールへのはんだの侵入を防止する侵入防止手段を設けることで、スルーホールメタルがはんだで浸食（半田喰われ）されるのを防止するようにしている。

特開平９−８３０９８号公報

上記のようなはんだ付け時の浸食問題への従来における対応策として、特許文献１に開示のような方法の他に、はんだ付けの管理や外観検査がある。はんだ付けの管理は、はんだ付けの時間や回数、それにはんだの温度などを管理することで過度の浸食を避けるようにする方法であり、外観検査は、浸食による断線などの有無を目視で検査する方法である。

しかしこれらの対応策は何れも問題を抱えており、浸食問題への対応として必ずしも十分なものでない。特許文献１に開示の方法は、実装部品のリードが挿入されるスルーホールに対しては有効でなく、適用範囲が限られるという問題がある。またはんだ付けの管理には、厳密な管理をできない場合があるという問題がある。すなわち、実装部品の交換などプリント配線板に対して部分的にはんだ付けをする必要のある場合は、上記のように噴流式はんだ槽ではんだ付けを行うのが通常であるが、この噴流式はんだ槽によるはんだ付けは手作業が主体であり、はんだ付け時間などの管理を厳密に行うことに困難がある。さらに外観検査には、検査精度の問題や生産効率の低下の問題がある。すなわち、はんだ付け箇所が微小である場合や断線部分がはんだに隠れている場合など、目視では浸食を発見できない場合も少なくなく、検査の精度について問題を残し、またはんだ付け箇所が数百におよぶプリント配線板では、目視による検査に多大な時間や人員を要し、生産効率を低下させることになる。

本発明は以上のような事情を背景になされたものであり、その目的は、プリント配線板についてはんだ付け時のめっき部の浸食程度を高い精度でしかも容易に判定できるようにすることにある。

上記目的のために本発明では、部品の実装のためのはんだ付け処理時にめっき部がはんだにより浸食を受けるプリント配線板において、前記めっき部の浸食の度合いを視覚的に明示する浸食度表示手段が設けられていることを特徴としている。

また本発明では、上記のようなプリント配線板について、前記浸食度表示手段は、前記はんだによる浸食に対する被浸食性が段階的に異なるようにめっきして形成されるダミーパッドを複数設けて構成するようにしている。

また本発明では、上記のようなプリント配線板について、前記複数のダミーパッドのそれぞれを細長い長方形状とし、幅の違いまたは厚みの違いのいずれか、または幅の違いと厚みの違いの組合せにより前記複数のダミーパッドにおける被浸食性の段階的相違を与えるようにしている。

また本発明では上記目的のために、部品の実装のためのはんだ付け処理時にめっき部がはんだにより浸食を受けるプリント配線板について前記浸食の状態を判定する方法において、前記めっき部の浸食の度合いを視覚的に明示する浸食度表示手段を前記プリント配線板に設け、前記浸食度表示手段を視認することで前記浸食状態の判定をなせるようにしたことを特徴としている。

本発明では、めっき部の浸食の度合いを視覚的に明示する浸食度表示手段を設け、この浸食度表示手段を視認することで浸食状態の判定をなせるようにしている。このため本発明によれば、はんだ付けに伴うめっき部の浸食の程度を高い精度でしかも容易に判定することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１と図２に第１の実施形態によるプリント配線板の要部を示す。プリント配線板は、基板１、基板１に形成されるスルーホール２、スルーホール２にめっきにより形成されるスルーホールランド３、スルーホールランド３に接続するようにして同じくめっきにより形成される配線パターン４などを基本的な要素として含み、さらにダミーパッド部５がめっきにより形成されている。またプリント配線板は、はんだ付けに際してはんだと接触させる必要のある部分を除いてソルダーレジストなどの保護皮膜６で覆われている。ここで、スルーホールランド３や配線パターン４などのめっき部は銅めっきで形成されるのが一般的で、ダミーパッド部５もこれらのめっき部と同一のめっき金属で形成されることになる。

ダミーパッド部５は、はんだ付けに際してめっき部が受ける浸食の度合いを視覚的に明示できるようにするための浸食度表示手段である。このダミーパッド部５は、はんだ付け時のはんだ噴流に浸される部位に設ける。具体的には、実装部品のリード７が挿入されてはんだ付けが施されるスルーホール２の近辺に設けようにする。またダミーパッド部５は、一箇所でもかまわないが、好ましい形態では適当な数で複数箇所に設けるようにする。

ダミーパッド部５は、その浸食度表示機能のために、はんだによる浸食に対する被浸食性が段階的に異なるようにされたダミーパッド７を複数、図の例では５個のダミーパッド７ａ〜７ｅを設けて形成されている。被浸食性の段階的変化の設定にはいくつかの手法が可能であるが、本実施形態では、ダミーパッド７を細長い長方形状とし、その幅の違いで被浸食性の段階的変化を与えるようにしている。すなわち、図２に見られるように、厚みについてはダミーパッド７ａ〜７ｅそれぞれを同じとし、この同一厚みのダミーパッド７ａ〜７ｅそれぞれの幅を段階的に変え、この幅の違いで被浸食性が段階的に異なるようにしている。より具体的には、最も幅の広いダミーパッド７ａの被浸食性をスルーホールランド３や配線パターン４などのめっき部におけるそれと同程度かそれよりも若干大きくなるようにし、ダミーパッド７ｂ以下はそれぞれの幅が順に狭くなるのに応じて段階的に被浸食性が大きくなるようにしている。ここで、ダミーパッド７の厚みは、スルーホールランド３や配線パターン４などのめっき部におけるそれと同一とするのが好ましく、本実施形態でもそのようにしている。

このようなプリント配線板に、例えばフローソルダリング装置や噴流式はんだ槽で図３に示すようにしてはんだ噴流Ｊに浸漬させてはんだ付けを施すと、その際にスルーホールランド３や配線パターン４に浸食を受けるとともにダミーパッド部５におけるダミーパッド７ａ〜７ｅにも浸食を受ける。図４と図５に示すのは、スルーホールランド３や配線パターン４に若干の浸食（痩せ）Ｅａを生じ、これに対応した浸食をダミーパッド部５が受け、ダミーパッド７ｅは浸食で消失し、ダミーパッド７ａ〜７ｄがそれぞれの被浸食性に応じた浸食を受けている状態である。この浸食レベルは、プリント配線板の特性に全く影響を与えることのない安全なレベルである。

図４と図５のような浸食レベルになっているプリント配線板に実装部品の交換などのためにはんだ噴流によるはんだ付けをさらに施すと浸食がさらに進む。それによる浸食レベルの例を図６と図７に示す。この浸食レベルでは、スルーホールランド３や配線パターン４に相当な痩せＥｂを生じ、これに対応した浸食をダミーパッド部５が受け、ダミーパッド７ｃまでが浸食で消失し、ダミーパッド７ａと７ｂがそれぞれの被浸食性に応じた浸食を受けている状態である。この浸食レベルは、未だプリント配線板の特性に影響を与えるレベルではないものの、これ以上はんだ噴流によるはんだ付けを施すのは好ましくないレベルである。

図８と図９に示すのは、図６と図７のような浸食レベルになっているプリント配線板にはんだ噴流によるはんだ付けをさらに施した後の浸食レベルである。この浸食レベルでは、スルーホールランド３や配線パターン４に大きな痩せＥｃを生じ、これに対応した浸食をダミーパッド部５が受け、ダミーパッド７ａまでが浸食で消失している状態である。この浸食レベルは、配線パターン４に断線を生じたり、断線までは至らないとしても配線パターン４の導体抵抗の増大を引き起こしてプリント配線板の特性を劣化させたりするレベルである。したがってこのレベルになってしまった場合には製品として不合格とされる。

以上のような各侵食レベルは、ダミーパッド部５が与える、視覚的に容易に捉えることのできる指標、つまり図４と図５の浸食レベルであれば、ダミーパッド７ｅは消失しているがそれ以外は残っているという視覚的指標により、また図６と図７の浸食レベルであれば、ダミーパッド７ｃまでは消失しているがそれ以外は残っているという視覚的指標により、また図８と図９の浸食レベルであれば、ダミーパッド７ａまで消失しているという視覚的指標により、何れも一目で判断することが可能である。すなわち、はんだ付けに伴うめっき部の浸食の程度を高い精度でしかも容易に判定することが可能となる。このことは、同時に、プリント配線板の浸食に関する品質の明示ともなり、プリント配線板の信頼性の向上にも寄与する。ここで、浸食でダミーパッドが消失した状態の視認性は、ダミーパッドの周囲をソルダーレジストで囲うようにしすることで高めることができる。すなわち、ダミーパッドが消失するとそれがあった部分にソルダーレジストの空白部が消失ダミーパッドの痕跡として形成されるようにすることで、ダミーパッドの消失の視認性を高めるということである。

図１０と図１１に第２の実施形態によるプリント配線板の要部を示す。本実施形態のプリント配線板は、基本的には第１の実施形態におけるそれと同様である。相違しているのは、第１の実施形態におけるダミーパッド部５と同様な浸食度表示手段として機能するダミーパッド部１１の構成である。本実施形態では、ダミーパッド部１１に、それぞれ細長い長方形状とした３個のダミーパッド１２ａ〜１２ｃを設け、これらダミーパッド１２ａ〜１２ｃの被浸食性の段階的変化は、厚みの段階的変化で与えるようにしている。すなわち、図１１に見られるように、幅についてはダミーパッド１２ａ〜１２ｃそれぞれを同じとし、この同一幅の１２ａ〜１２ｃそれぞれの厚みを段階的に変え、この厚みの違いで被浸食性が段階的に異なるようにしている。このようなダミーパッド部１１が浸食度を容易に捉えることのできる視覚的指標となり、またプリント配線板の浸食に関する品質の明示ともなることは第１の実施形態の場合と同様である。

図１２に第３の実施形態によるプリント配線板の要部を示す。本実施形態のプリント配線板も基本的には第１の実施形態におけるそれと同様で、相違していのは、第１の実施形態におけるダミーパッド部５と同様な浸食度表示手段として機能するダミーパッド部２１の構成である。本実施形態のダミーパッド部２１は、ダミーパッド部５におけるダミーパッド７ａ〜７ｅと同様に、細長い長方形状としてその幅の違いで被浸食性の段階的変化を与えるようにした５個のダミーパッド２２ａ〜２２ｅをスルーホール２の周囲に放射状に配置して形成されている。このようなダミーパッド部２１が浸食度を容易に捉えることのできる視覚的指標となり、またプリント配線板の浸食に関する品質の明示ともなることは第１の実施形態の場合と同様である。

以上の実施形態では、ダミーパッド部における複数のダミーパッドそれぞれの被浸食性を幅の違いまたは厚みの違いのいずれか一方で与えるようにしていたが、幅の違いと厚みの違いの組合せにより複数のダミーパッドそれぞれの被浸食性を与える形態も可能である。また以上の実施形態は、何れもダミーパッド部に複数のダミーパッドを設ける場合の例であったが、このような形態の他に、一つのダミーパッドでダミーパッド部を構成する形態も可能である。一つのダミーパッドでダミーパッド部を構成する場合には、限界浸食状態つまりプリント配線板の特性に影響を及ぼすことになるような浸食をめっき部に生じるようになる浸食状態時に浸食で消失するような被浸食性をその一つのダミーパッドに与えるようにする。

本発明は、プリント配線板について、はんだ付け時のめっき部の浸食程度を高い精度でしかも容易に判定できるようにするものであり、プリント配線板の製造分野などに広く利用することができる。

第１の実施形態によるプリント配線板の要部の平面構造を示す図である。 第１の実施形態によるプリント配線板の要部の断面構造を示す図である。 プリント配線板にはんだ噴流ではんだ付けする様子を模式化して示す図である。 ある浸食レベルでのダミーパッド部の浸食状態を平面構造について示す図である。 ある浸食レベルでのダミーパッド部の浸食状態を断面構造について示す図である。 他の浸食レベルでのダミーパッド部の浸食状態を平面構造について示す図である。 他の浸食レベルでのダミーパッド部の浸食状態を断面構造について示す図である。 さらに他の浸食レベルでのダミーパッド部の浸食状態を平面構造について示す図である。 さらに他の浸食レベルでのダミーパッド部の浸食状態を断面構造について示す図である。 第２の実施形態によるプリント配線板の要部の平面構造を示す図である。 第２の実施形態によるプリント配線板の要部の断面構造を示す図である。 第３の実施形態によるによるプリント配線板の要部の平面構造を示す図である。

符号の説明

３ スルーホールランド（めっき部）
４ 配線パターン（めっき部）
５、１１、２１ ダミーパッド部（浸食度表示手段）
７、１２、２２ ダミーパッド

Claims (4)

1. 部品の実装のためのはんだ付け処理時にめっき部がはんだにより浸食を受けるプリント配線板において、
   前記めっき部の浸食の度合いを視覚的に明示する浸食度表示手段が設けられていることを特徴とするプリント配線板。
2. 前記浸食度表示手段は、前記はんだによる浸食に対する被浸食性が段階的に異なるようにめっきして形成されるダミーパッドを複数設けて構成されている請求項１に記載のプリント配線板。
3. 前記複数のダミーパッドのそれぞれを細長い長方形状とし、幅の違いまたは厚みの違いのいずれか、または幅の違いと厚みの違いの組合せにより前記複数のダミーパッドにおける被浸食性の段階的相違を与えるようにされている請求項２に記載のプリント配線板。
4. 部品の実装のためのはんだ付け処理時にめっき部がはんだにより浸食を受けるプリント配線板について前記浸食の状態を判定する方法において、
   前記めっき部の浸食の度合いを視覚的に明示する浸食度表示手段を前記プリント配線板に設け、前記浸食度表示手段を視認することで前記浸食状態の判定をなせるようにしたことを特徴とする浸食状態判定方法。
   

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