JP4841865B2

JP4841865B2 - プリント回路板

Info

Publication number: JP4841865B2
Application number: JP2005160877A
Authority: JP
Inventors: 俊市浦川; 博之波多野
Original assignee: Buffalo Inc
Current assignee: Buffalo Inc
Priority date: 2005-06-01
Filing date: 2005-06-01
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2025-06-01
Also published as: JP2006339322A

Description

本発明は、電子部品を実装するためのプリント配線板に電子部品を実装したプリント回路板に関する。

従来、この種のプリント配線板として、特許文献１の技術が知られている。図１０は従来の技術にかかるプリント回路板のハンダ接続箇所を示す断面図である。図１０において、プリント配線板１００は、銅箔を積層したプリント基板１０２と、プリント基板１０２に形成されたスルーホール１０４と、スルーホール１０４の開口周縁部を覆うランド１０６と、ソルダーレジスト１０８と、を備えている。ランド１０６は、スルーホール１０４の孔壁からプリント基板１０２の表裏面にかけて形成され、プリント基板１０２の表裏面では円形に形成されている。そして、スルーホール１０４に電子部品のリード線１１０を挿入した状態にて無鉛ハンダでフローすることにより電子部品のリード線１１０とランド１０６との間を接続部１１２で接続している。こうしたプリント配線板１００では、以下のような不具合を生じやすい。すなわち、無鉛ハンダは、通常の鉛ハンダよりも融点が高いために、無鉛ハンダとプリント基板１０２との熱収縮率の差に起因にして、接続部１１２のフィレット１１２ａとランド１０６との接続部分ａに剥離（フィレット剥離）や、ランド１０６とプリント基板１０２との接続部分ｂに剥離（ランド剥離）を生じやすい。こうした不具合を解決するために、ソルダーレジスト１０８は、ランド１０６の外周部を覆うオーバーレジストとすることにより、ランド剥離やフィレット剥離を抑えている。

近年、プリント配線板１００をより高密度集積化するために、ランド１０６を小さくすることが要請されているが、ランド１０６を小さくした場合には接続部１１２の外形を十分に大きくとることができない。接続部１１２の外形を大きくできないと、プリント基板１０２とランド１０６との密着部分が小さくなり、ランド剥離やフィレット剥離を生じやすい。一方、ランド１０６を大きくとった場合には、隣接するランド１０６との間隔が狭くなり、ランド１０６の間に配線パターンを通すことが難しいという問題がある。また、ランド１０６を大きくすると、凝固収縮に伴って接続部１１２の中腹部ｃに引け巣が発生して接続不良を生じ易いという問題もある。

特開２００２−２３７６７４号公報

本発明は、上記従来の技術の問題点を解決することを踏まえ、ランド剥離、フィレット剥離、引け巣を抑制しつつ、集積度を高めることができるプリント回路板を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明は、
プリント配線板に電子部品を実装したプリント回路板において、
上記プリント配線板は、
上記電子部品のリード線を挿入するためのスルーホールを複数形成したプリント基板と、
上記スルーホールの孔壁から開口周縁部を囲みかつ上記プリント基板の表面における外形が正８角形に形成された複数のランドと、
上記プリント基板上に積層され、上記ランドの外周部の一部を覆うソルダーレジストと、
上記プリント基板上であって上記ランドの間に配設した配線パターンと、
を備え、
上記複数のランドの隣接するものは、各々のランドの一辺が他方のランドの一辺と平行に配置され、
上記配線パターンは、上記隣接するランドの両辺の間であって上記両辺に平行に配設され、
上記ソルダーレジストは、上記ランドの外形を縮小した正８角形でありかつほぼ相似形とした開口部により上記ランドの外周部を覆うように形成し、
上記スルーホールに上記リード線を挿入し、上記スルーホールと上記リード線との間隙から上記ランド上にかけて無鉛ハンダをフローすることにより、上記リード線と上記ランドとを接続する接続部を形成し、
上記接続部は、上記リード線を中心に上下でそれぞれ山形であり、裾であるフィレットが上記ソルダーレジストの開口部の全周の端部に達するまで形成されていること、
を特徴とする。

本発明にかかるプリント配線板では、ランドの外周部がソルダーレジストによりオーバーレジストされている。ランドの外周部を覆っているソルダーレジストの部分は、ランドと密着してプリント基板側への力を加えるから、ランドがプリント基板から剥離するのを抑制することができる。
また、ランドおよびランドの外周部を覆うソルダーレジストは８角形であり、その間に形成される接続部も８角形となるから、接続部のフィレットの最外端までの距離を大きくとることができる。よって、接続部のフィレットはランドとの密着面積を大きくできるから、ランドに対する剥離を抑制することができる。
また、ランドは、その外形が８角形で形成され、隣接するランドとの間隔を広くとることができるから、ランドの一部を削除したり、一部のランドの形状を変更したりすることなく、その間に容易に配線パターンを形成することができる。

さらに、他の態様として、電子部品を実装するためのプリント配線板を設計する方法において、
上記電子部品のリード線を挿入するためのスルーホールを複数形成したプリント基板に、上記スルーホールの孔壁から開口周縁部を囲みかつ上記プリント基板の表面における外形が８角形に形成されたランドを配置し、
上記プリント基板上に積層され、上記ランドの外周部の一部を覆うソルダーレジストを設ける際に、
上記ソルダーレジストは、上記ランドの外形を縮小した８角形でありかつほぼ相似形とした開口部により上記ランドの外周部を覆うように配置する手法をとることができる。

（１）プリント回路板の概略構成
以下、本発明の一実施例にかかるプリント配線板に電子部品を実装したプリント回路板について説明する。図１は本発明の一実施例にかかるプリント配線板の平面図、図２はプリント配線板に電子部品を実装した状態を示す斜視図、図３は図２の３−３線に沿った断面図である。図３において、プリント配線板１０は、基材１１に、銅箔１２、プリプレグ１３を順次積層し、さらに所定の位置にスルーホール１５を複数貫通形成し、スルーホール１５の孔壁から上下面にかけてランド１６を形成し、さらにランド１６の外周部を覆うソルダーレジスト１７を形成することにより構成されている。プリント配線板１０に電子部品を実装するには、プリント配線板１０のスルーホール１５に電子部品のリード線２０を挿入し、無鉛ハンダにより形成された接続部２２で接続することにより行なう。

（２）プリント回路板の各部の構成
次に、プリント回路板の各部の構成について説明する。プリント配線板１０は、ランド１６およびランド１６の外周部を覆うソルダーレジスト１７の形状を除き、従来の技術と同じ構成である。図３において、基材１１は、紙、フェノール樹脂、ガラスエポキシ樹脂などから形成された絶縁基板である。プリプレグ１３は、基材１１上に、樹脂ワニスを含浸させて乾燥処理した半硬化状態のシートである。
各々のランド１６は、電解銅メッキ層をエッチングすることにより形成されており、図１に示すようにその外形が正８角形であり、それらが格子状に配列されている。ランド１６の間には、配線パターン１８が配設されている。
ソルダーレジスト１７は、ランド１６以外の部分を保護するとともに、ランド１６に接続部２２（図２）を形成するための開口部１７ａを有し、プリント配線板１０の表面を選択的に覆うよう印刷された防護層である。ソルダーレジスト１７の開口部１７ａは、ランド１６と相似形の正８角形に形成されており、ランド１６を露出させている。ソルダーレジスト１７は、ランド１６の剥離を抑制するために、ランド１６の外周部を所定の幅Ｗ１だけオーバーラップして形成されている。ソルダーレジスト材として、アクリレート系樹脂を用いたフォトレジストタイプの２液性アルカリ現像型のレジストインキ（太陽インキ製造株式会社製：ＰＳＲー４０００ＳＰ１９）を用いることができる。
接続部２２は、スルーホール１５を貫通する電子部品のリード線２０とランド１６とを無鉛ハンダで接続することにより形成されている。接続部２２は、リード線２０を中心に上下でそれぞれ山形であり、裾であるフィレット２２ａがソルダーレジスト１７の開口部１７ａの端部に達するまで形成されている。接続部２２を形成する無鉛ハンダとしては、例えば、３．０、Ａｇ−０．５Ｃｕ、残部Ｓｎの組成であり、Ｐｂが１０００ｐｐｍ以下のもの（日本アルミット社製）を用いることができる。無鉛ハンダの融点は、２２０℃であり、通常の鉛ハンダの融点１８３℃と比べて高い。

ここで、ランド１６およびソルダーレジスト１７の寸法などは、図４に示すように、例えば、リード線２０の外接円の径ｄ１が０．１〜０．１５ｍｍの場合に、スルーホール１５の径Ｄ１を０．２〜０．３ｍｍ、ソルダーレジスト１７の開口部１７ａの外接円の径Ｄ２を０．３〜０．４ｍｍ、ランド１６の外接円の径Ｄ３を０．４〜０．５ｍｍに定めることができる。この場合において、リード線２０とスルーホール１５との間隙Ｌ１は、０．１〜０．１５ｍｍ、ランド１６の幅Ｗ２は、０．１５〜０．２ｍｍ、ランド１６にソルダーレジスト１７がオーバーレジストされている幅Ｗ１は、０．１ｍｍとすることができる。また、図５に示すように、隣接するランド１６の間隔Ｌ３は１ｍｍ、配線の幅Ｗ３は７５μｍ、配線パターン１８とランド１６との間隔Ｌ４は７５μｍ以上とすることができる。

（３）プリント配線板１０の製造工程など
次に、プリント配線板１０の製造工程および電子部品の実装工程について図６を用いて説明する。プリント配線板１０は、汎用の工程により製造される。すなわち、図６（Ａ）において、紙、ガラス、エポキシ繊維などから形成された基材１１に銅箔１２およびプリプレグ１３を順次、加圧加工処理して貼り付ける。さらに、スルーホール１５を形成し、無電解銅メッキにより下地メッキを行ない、その上に電解銅メッキを行なうことで導電膜を形成し、導電膜をエッチングすることによりランド１６および配線パターン１８を形成する。その後、図６（Ｂ）に示すようにソルダーレジスト材を印刷塗布した後に感光することによりソルダーレジスト１７を形成する。ここで、ソルダーレジスト１７は、ランド１６の外周部１６ａを覆うように形成する。これにより、プリント配線板１０が完成する。プリント配線板１０に電子部品を実装するには、図６（Ｃ）に示すように、スルーホール１５内に電子部品のリード線２０を挿入するとともに電子部品を仮止めし、さらに無鉛ハンダをプリント配線板１０の下部からフローすることによりスルーホール１５内に充填して接続部２２を形成する。

（４）プリント配線板１０の作用・効果
（４）−１プリント配線板１０は、ランド１６の外周部１６ａがソルダーレジスト１７によりオーバーレジストされており、ソルダーレジスト１７で覆っている部分がランド１６に対して基板側へ密着する力を加えるから、ランド１６がプリント配線板１０から剥離するのを抑制することができる。
（４）−２図７に示すように、ランド１６の形状およびランド１６の外周部を覆うソルダーレジスト１７の開口部１７ａの形状は正８角形であるから、接続部２２のフィレット２２ａは、正８角形のランド１６上の全面にわたって拡がる。このとき、フィレット２２ａのうち、正８角形のコーナー部２２ａ１までの半径をｒ１、正８角形の辺２２ａ２までの半径をｒ２とすると、ｒ１＞ｒ２となる。図８に示すように、フィレット２２ａは、フィレット２２ａがランド１６に対してなす角度をθとすると、θが小さいほど、フィレット２２ａがランド１６と密着する面積が大きくなり、ランド１６から剥離し難い。本実施例では、ソルダーレジスト１７で覆われていないランド１６の部分を正８角形として、フィレット２２ａのコーナー部２２ａ１の半径ｒ１を大きくしたので、フィレット２２ａがランド１６から剥離するのを抑制することができる。
（４）−３接続部２２を形成する無鉛ハンダは、凝固時に、フィレット２２ａの表面部分２２ｂにデントライトと呼ばれる凹凸のある樹脂組織である引け巣が形成され易い。こうした引け巣は、接続部２２が大きいほど生じやすい。接続部２２において、フィレット２２ａの辺２２ａ２の半径ｒ２を小さくしたことにより、接続部２２の全体にわたって無鉛ハンダが凝固するまでの時間が短く、しかも、外形を８角形にすることで８角錐に近い形状になり、斜面に引け巣が生じても広がりにくく、大きな引け巣となるのを抑制できる。これにより、引け巣に伴うフィレットの表面の凝固割れを抑制することができる。
（４）−４図５に示すように、ランド１６は正８角形で形成され、隣接するランド１６との間隔を広くとることができるから、ランドの一部を削除したり、一部のランドの形状を変更したりすることなく、その間に容易に配線を行なうことができる。図９はランドの形状を円形、６角形とした例を説明する説明図である。図９（Ａ）に示すように、円形のランドＲＤでは、隣接するランドとの間隔によっては、配線パターンＣＬを通すことが難しく、ランドの一部ＲＤａをカットするなどの面倒な設計作業が必要になる。また、図９（Ｂ）に示す６角形のランドの場合には、ランドＲＤ１とランドＲＤ２との間では、配線パターンＣＬを通すことができるが、ランドＲＤ２とランドＲＤ４の間のように配線パターンＣＬを通すことができないから、ランドの向きを変更したりするなどの面倒な設計変更を必要とする。
なお、図５ではランドを格子状に配置した構成について説明したが、ランドを千鳥状に配置した場合には、ランドの間に複数本の配線パターンを通すことができ、一層、高密度集積化を実現することができる。

（５）プリント配線板１０の評価試験
次に、プリント配線板１０につき温度サイクル試験を行なった後に、ランド剥離、引け巣などの外観検査を行なった。温度サイクル試験は、低温（−２５℃）で３０分、常温で５分、高温（１００℃）で３０分の雰囲気下に晒し、これを５００回または１０００回繰り返した。外観検査は、試料を１０〜３０゜で傾斜して載置し、これを拡大鏡により試料の外観を目視することにより行なった。この結果、実施例にかかる試料には、ランド剥離や引け巣が認められなかった。

なお、この発明は上記実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。

本発明の一実施例にかかるプリント配線板の平面図である。プリント配線板のランドに電子部品のリード線を接続した状態を示す斜視図である。図２の３−３線に沿った断面図である。ランドの周辺の形状を説明する説明図である。ランドの配置を説明する説明図である。プリント配線板の製造工程および電子部品の実装工程を説明する説明図である。ランドの形状に伴う作用を説明する説明図である。ランドの形状に伴う作用を説明する説明図である。ランドの形状を円形、６角形とした構成を説明する説明図である。従来の技術にかかるプリント配線板１００に電子部品が取り付けられたハンダ接続箇所を示す断面図である。

符号の説明

１０...プリント配線板
１１...基材
１２...銅箔
１３...プリプレグ
１５...スルーホール
１６...ランド
１６ａ...外周部
１７...ソルダーレジスト
１８...配線パターン
２０...リード線
２２...接続部
２２ａ...フィレット
２２ｂ...表面部分

Claims

プリント配線板に電子部品を実装したプリント回路板において、
上記プリント配線板は、
上記電子部品のリード線を挿入するためのスルーホールを複数形成したプリント基板と、
上記スルーホールの孔壁から開口周縁部を囲みかつ上記プリント基板の表面における外形が正８角形に形成された複数のランドと、
上記プリント基板上に積層され、上記ランドの外周部の一部を覆うソルダーレジストと、
上記プリント基板上であって上記ランドの間に配設した配線パターンと、
を備え、
上記複数のランドの隣接するものは、各々のランドの一辺が他方のランドの一辺と平行に配置され、
上記配線パターンは、上記隣接するランドの両辺の間であって上記両辺に平行に配設され、
上記ソルダーレジストは、上記ランドの外形を縮小した正８角形でありかつほぼ相似形とした開口部により上記ランドの外周部を覆うように形成し、
上記スルーホールに上記リード線を挿入し、上記スルーホールと上記リード線との間隙から上記ランド上にかけて無鉛ハンダをフローすることにより、上記リード線と上記ランドとを接続する接続部を形成し、
上記接続部は、上記リード線を中心に上下でそれぞれ山形であり、裾であるフィレットが上記ソルダーレジストの開口部の全周の端部に達するまで形成されていること、
を特徴とするプリント回路板。