JP4410176B2 - プリント配線板 - Google Patents

Description

この発明は、リード挿入型電子部品を実装するプリント配線板に関し、特に、無鉛はんだによってはんだ付け接続するプリント配線板において、熱ストレスによるランド剥離を抑止するプリント配線板に関するものである。

近年環境保護の観点から、無鉛はんだを使用したはんだ付け実装が実用化されている。無鉛はんだとしては、従来の有鉛はんだ（Ｓｎ−３７Ｐｂ：融点１８３℃）に比して高融点（２２１℃）のものが知られている。この無鉛はんだは、一般的に、はんだ自体の強度は有鉛はんだより強いが、延性が乏しく、プリント配線板に使用される材料と無鉛はんだの熱膨張係数の差は、有鉛はんだよりも大きい。
このはんだの延性や熱膨張係数は、はんだ付け時に発生するプリント配線板の収縮と密接な関係がある。挿入型電子部品のはんだ接合を行う際に、絶縁基板とリード挿入用スルーホールランド部の無鉛はんだとの熱膨張係数が異なると、無鉛はんだ自体の延性が乏しいことから、絶縁基板に形成されたランドに応力が集中する。この応力が絶縁基板とランドとの密着強度よりも大きい場合、ランドが絶縁基板から剥がれてしまう現象、つまりランド剥離が発生する。

このランド剥離対策として、ランドサイズを大きくする（例えば、穴径＋１．４ｍｍ以上）対策が知られているが、ランドサイズを大きくする事は近年の高密度化の流れに反する。
そこで、例えば、図５に示すように、プリント配線板のスルーホール１２に形成されるスルーホールランド１３を四角形状とし、プリント配線板の絶縁基板の表面に形成されたソルダレジスト１４によって、スルーホールランド１３の四隅部１３ａを被覆することにより、ランドコーナー部の剥離を抑止する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−７１６６１号（第３頁、図１）

しかしながら、特許文献１に示す従来の技術では、角ランドのコーナー部にのみソルダレジストが被覆されているので、スルーホールと角ランドの辺との間隔が狭くなる辺中央部近傍にソルダレジストが被覆されていないことから、ランド剥離抑止力は弱められ、更に、ランド剥離の応力がソルダレジストの被覆部であるコーナー部に集中して加わるためにソルダレジスト自身にクラックが発生する場合がある。はんだ付け時のランド剥離とソルダレジストのクラック発生に至るプロセスを図によって説明する。図６は図５のVI−VIから見た側面断面図であり、実装部品のリード１５をスルーホール１２に挿入し無鉛はんだ１６によってはんだ付けを行っている状態を示している。

はんだ付け時には、その熱により絶縁基板１１が膨張する。次に冷却されて収縮するが、この挙動時にスルーホール１２内の無鉛はんだ１６の凝固も既に始まるので、絶縁基板１１の収縮力がスルーホールランド１３と絶縁基板１１との密着強度より大きくなったときに、スルーホールランド１３は、絶縁基板１１からの剥離が発生する。スルーホールランド１３と絶縁基板１１との収縮関係が最も大きいランドコーナー部１３ａでは、スルーホールランド１３を被覆しているソルダレジスト１４の四隅にも大きなストレスが伝わり、特に、ソルダレジスト１４に近年主流となった光硬化タイプのものを使用する場合は、スルーホールランド１３のコーナー部１３ａの部分からソルダレジスト１４にクラック１４ａが発生し、場合によっては剥離に発展する虞があるという問題があった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、スルーホールランド上に延在させて被覆するソルダレジストの被覆部を工夫することにより、ランド剥離を抑止すると共にソルダレジストのクラック発生を防止するプリント配線板を提供することを目的とする。

この発明に係るプリント配線板は、表裏面に導体パターンが形成された絶縁基板に挿入型の電子部品をはんだ付けするためのスルーホールが設けられ、スルーホールの両端面に四角形状のスルーホールランドが形成され、絶縁基板の表裏面にソルダレジストが施されたプリント配線板において、スルーホールランドは、四角形状の四隅近傍で四隅を含みコーナー部より僅かに外側に広い領域と、スルーホールと同心でスルーホールの内径より大きな外径のはんだフィレット形成部と、を除くスルーホールランドの周縁部にソルダレジストが被覆された被覆部を有するようにしたものである。

この発明のプリント配線板によれば、四角形状をしたスルーホールランドの四隅近傍で四隅を含みコーナー部より僅かに外側に広い領域と、スルーホールと同心でスルーホール
の内径より大きな外径のはんだフィレット形成部と、を除くスルーホールランドの周縁部にソルダレジストが被覆された被覆部を設けたので、被覆部によってランド剥離を抑止できると共に、はんだ部と絶縁基板との熱膨張係数の違い等による熱ストレスによって応力が集中するスルーホールランドのコーナー部のソルダレジストを取り除いているため、ソルダレジストのクラック発生を防止でき、プリント配線板の信頼性を向上させることができる。

実施の形態１．
以下、この発明を図に基づいて説明する。図１はこの発明の実施の形態１によるプリント配線板のランド部を示す平面図であり、図２は図１の側面断面図である。
図のように、プリント配線板の絶縁基板１には挿入形の電子部品（図示せず）を挿入するためのスルーホール２が設けられており、このスルーホール２の軸方向の両端面に四角形状のスルーホールランド３が形成されている。そして、絶縁基板１の表裏面には、写真法等によって、ソルダレジスト４が施されている。

ソルダレジストは、通常、電子部品のスルーホールランドや面実装部品の実装パッドを除いて形成されるが、本実施の形態によるソルダレジスト４は、一部がスルーホールランド３上に延在して、スルーホールランド３の一部を被覆している。すなわち、図１に示すように、四角形状をしたスルーホールランド３の四隅近傍を除く周縁部にソルダレジスト４が被覆された被覆部４ａを有している。言換えれば、スルーホールランド３の面でソルダレジスト４が被覆されていない部位は、電子部品のリード部をはんだ付けする時に、はんだフィレットの形成個所となるスルーホール２の周囲部３ａと、四角形状のスルーホールランド３の四隅近傍のコーナー部３ｂである。それ以外の部分はソルダレジスト４が被覆される部位である。

なお、図ではプリント配線板のスルーホールランド部のみを示している。当然ながら、スルーホール２やスルーホールランド３以外にも、例えば面実装部品の実装パッドや配線パターン等の導体パターンが、予め形成された銅箔を所望のマスクパターンを用いてエッチング等により処理して形成されているが、それらは本発明の主要部ではないので図示および詳細説明を省略している。

次に作用について説明する。ソルダレジスト４の材料は、近年の高密度化への対応として、光硬化タイプが主流となっている。この光硬化タイプのソルダレジストは、熱硬化ソルダレジストに比べて硬く、熱変動に対する収縮性への追従性が乏しく、クラックが発生しやすい。
挿入形の電子部品のリードをスルーホール２に挿入し、無鉛はんだによってはんだ付けを行う場合、先に図６で説明したように、スルーホールランド３と絶縁基板１との収縮関係が最も大きい四角形状のスルーホールランド３のコーナー部３ｂにソルダレジスト４が被覆されていれば、そこにストレスが集中して伝わり、その近傍のソルダレジスト４からクラックが発生する虞があるが、図１に示す様に、予めソルダレジスト４をスルーホールランド３のコーナー部３ｂから正方形状に取り除いた開口部４ｂを設けているので、コーナー部３ｂにおけるソルダレジスト４へのストレスの伝達を阻止し、クラック発生を防止することができる。

スルーホールランド３のコーナー部３ｂは、スルーホール２の壁面からの距離が長いので、絶縁基板１との密着力を十分高く確保できるため、ランド剥離には至ら無い。しかし、スルーホールランド３の各辺の中央部近傍は、スルーホール２とスルーホールランド３の辺部との距離Ｌが短くなるので、絶縁基板１との密着力が最も弱くなる。そこで、少なくとも、このスルーホールランド３の各辺の中央部近傍の部位に、ソルダレジスト４の被覆部４ａを設けることにより、効果的にランド剥離防止を図ることができる。

なお、上記では電子部品をはんだ付けするはんだは無鉛はんだとして説明した。無鉛はんだは有鉛はんだに比べ延性が乏しく、絶縁基板との熱膨張係数の差が大きいので、本発明においてより効果を発揮するが、有鉛はんだにおいても熱収縮関係は同様であるため、同様な効果を期待することができる。

以上のように、本実施の形態の発明によれば、スルーホールの両端面に四角形状のスルーホールランドが形成され、絶縁基板の表裏面にソルダレジストが施されたプリント配線板において、スルーホールランドの四隅近傍で四隅を含みコーナー部より僅かに外側に広い領域と、スルーホールと同心でスルーホールの内径より大きな外径のはんだフィレット形成部と、を除くスルーホールランドの周縁部にソルダレジストが被覆された被覆部を設けたので、被覆部によってランド剥離を抑止できると共に、コーナー部はソルダレジストが取り除かれているため、はんだ部と絶縁基板との熱膨張係数の違い等による熱ストレスの応力がコーナー部に集中するのを回避してソルダレジストにクラックが生じるのを防止できるので、プリント配線板の信頼性が向上する。
また、ソルダレジストが被覆していないスルーホールランドの四隅の部位を、プリント配線板の導通検査として使用される検査プローブ（検査針）を接触させる領域としても利用できるので、導通検査時の疑似エラーの削減が図れる。

また、被覆部は、少なくともスルーホールランドの各辺の中央部近傍に設けられるようにしたので、絶縁基板とスルーホールランドとの密着力が最も弱くなる部位がソルダレジストにより被覆されているため、効果的にランド剥離を防止することができる。

更に、電子部品をはんだ付けするはんだとして、有鉛はんだよりも延性が乏しく絶縁基板との熱膨張係数の差が大きい無鉛はんだを使用する場合は、上記のソルダレジストのクラック防止やランド剥離防止に対して、より効果を発揮することができる。

実施の形態２．
図３及び図４は、実施の形態２によるプリント配線板のランド部を示す平面図である。側面断面図は実施の形態１の図２と同等である。以下、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

相違点は、スルーホールランド３の四隅近傍のコーナー部３ｂの、ソルダレジスト４が被覆されていない部分、つまりソルダレジスト４の開口部４ｂの形状である。図３は、この開口部４ｂを三角形とした場合であり、図４は、開口部４ｂを四隅に向けて矩形状とした場合を示している。

図３のように開口部４ｂを三角形にした場合は、スルーホールランド３のコーナー部３ｂを除く周縁部で、ソルダレジスト４によって被覆される被覆部４ａの面積を広くとることができるため、実施の形態１の図１に比較してランド剥離に対する抑止効果が大きくなる。
また、図４のように開口部４ｂを矩形状にした場合も、コーナー部３ｂを除く周縁部に設ける被覆部４ａの面積を広く確保することができる。

なお、開口部４ｂは、図３や図４のような形状以外にも、スルーホールランド３の四隅近傍が露出されていれば、例えば丸形や多角形状としても良い。

以上のように、本実施の形態の発明によれば、スルーホールランドの四隅近傍の、ソルダレジストが被覆されていない部分を形成するソルダレジストの開口部の形状を、三角形状または矩形形状にしたので、効果的に被覆部の面積を増やしながら実施の形態１と同等の効果を得ることができる。

この発明の実施の形態１によるプリント配線板のスルーホールランド部を示す平面図である。 図１の側面断面図である。 この発明の実施の形態２によるプリント配線板のスルーホールランド部を示す平面図である。 この発明の実施の形態２によるプリント配線板のスルーホールランド部の別の例を示す平面図である。 従来のプリント配線板のスルーホールランド部を示す平面図である。 従来のプリント配線板において、はんだ付け時のランド剥離に至るプロセスを説明する図である。

符号の説明

１ 絶縁基板 ２ スルーホール
３ スルーホールランド ３ａ 周囲部
３ｂ コーナー部 ４ ソルダレジスト
４ａ 被覆部 ４ｂ 開口部。

Claims (3)

1. 表裏面に導体パターンが形成された絶縁基板に挿入型の電子部品をはんだ付けするためのスルーホールが設けられ、上記スルーホールの両端面に四角形状のスルーホールランドが形成され、上記絶縁基板の表裏面にソルダレジストが施されたプリント配線板において、上記スルーホールランドは、上記四角形状の四隅近傍で上記四隅を含みコーナー部より僅かに外側に広い領域と、上記スルーホールと同心で上記スルーホールの内径より大きな外径のはんだフィレット形成部と、を除く上記スルーホールランドの周縁部に上記ソルダレジストによって被覆された被覆部を有することを特徴とするプリント配線板。
2. 請求項１記載のプリント配線板において、上記被覆部は、少なくとも上記スルーホールランドの各辺の中央部近傍に設けられていることを特徴とするプリント配線板。
3. 請求項１又は請求項２記載のプリント配線板において、上記電子部品をはんだ付けするはんだは無鉛はんだである無鉛はんだ用のプリント配線板。

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