JP4962217B2 - プリント配線基板及び電子装置製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、プリント配線基板、及び電子装置製造方法に関する。

従来から、集積回路、抵抗器、コンデンサ等の多くの電子部品が、プリント配線基板上にリフローはんだ付けにより表面実装されている。
通常、リフローはんだ付けによる電子部品のプリント配線基板上への表面実装は、まずプリント配線基板の基板電極上にはんだペースト印刷用の印刷版を配置し、その印刷版の上からクリーム状のはんだペーストを塗布することで基板電極にはんだペーストを塗布する。次に、印刷版を取り除き電子部品をプリント配線基板上に搭載して、リフローと呼ばれる温風加熱や赤外線加熱を行うことで溶融したはんだで、電子部品の電極と基板電極とを接合する。

このようにしてリフローはんだ付けされて作成された電子部品を搭載したプリント配線基板は、外観検査や電気試験により基板電極と部品電極の接続を検査することで製造検査がされ、電子装置が製造される。しかし、リフローにより溶融したはんだが、電子部品電極と基板電極の間に留まらず電子部品の外側に漏れ出ると、リフロー時の電子部品およびプリント配線基板の反りによりはんだ未着等が発生する場合があり、電子装置の歩留まりが低下する問題がある。

図１を用いて、プリント配線基板上に設けられた基板電極と、電子部品に設けられた部品底面電極のはんだ付けの例を説明する。図１（ａ）は、電子部品２０ａの底面に配置される部品電極である部品底面電極２２ａとプリント配線基板１０ａの基板電極１２ａとのはんだ接合部２４ａを示す側面図であり、（ｂ）は、部品底面電極２２ａと基板電極１２ａとの位置関係を示した上面図を示し、（ｃ）は、プリント配線基板１０ｂへの電子部品２０ｂの実装形態を示す。

図１（ａ）に示すように、電子部品電極２２ａと基板電極１２ａとの間のはんだ接合部２４ａは、リフロー時に溶融したはんだが電極間に留まらず電子部品外側に漏れ出た状態で接合され、電極間のはんだの量が少なく、電極間のはんだの高さが低い状態となる。
しかしながら、（ａ）に示すように電極間のはんだの量が少ないと、（ｃ）に示すように、リフロー時の熱ストレスによる電子部品２０ｂとプリント配線基板１０ｂとのそりが発生した場合、そりの変位を許容するだけの溶融はんだの高さがないと、部品底面電極２２ｂと基板電極１２ｂとが未着の状態となる。

このようなリフロー時の電極間の未着現象を回避するため、部品側面電極を用いると共に部品側面電極との接合を強固にする方法が提案されている（下記特許文献１）。

提案されている方法は、電子部品の部品電極を部品側面電極にする必要がある。しかし、電子装置の高密度化と共に電子部品は小型化されており、電子部品の外縁部に側面電極の形状を製作するのは難しい。また、部品側面電極は電子部品の外縁部を覆うように配置され、基板電極が電子部品の外縁方向に延長され電子部品のプリント配線基板上の占有面積が大きくなるため、電子装置の高密度化を損なうなどの問題を有する。

特開２００５−２２８９５９号公報

上述のような問題点に鑑み、本発明は、部品底面電極を有する電子部品の未着現象を生じることなくプリント配線基板にリフローはんだ付けするためのプリント配線基板、及び電子装置製造方法を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明に係るプリント配線基板は、基板電極を備えるプリント配線基板であって、該基板電極は、電子部品の外縁より内側且つ該電子部品の底面に配置される底面電極をはんだ付けにより搭載すると共に該電子部品の外縁より内側にある基板電極載置部と、前記基板電極載置部から前記電子部品の外縁より外側に突出し、前記基板電極載置部より幅が狭く、且つ、プリント配線基板の配線に接続される突出部と、
を有し、前記基板電極の周囲はソルダーレジスト加工され、前記半田付けに際して溶融はんだを前記突出部から基板電極載置部に移動させることを特徴とする。

さらに、上記課題を解決するために、本発明に係る電子装置製造方法は、電子部品の外縁より内側且つ該電子部品の底面に配置される底面電極より大きく且つ該電子部品の外縁より内側にある基板電極載置部、及び、該基板電極載置部から前記電子部品の外縁より外側に突出し、前記基板電極載置部より幅が狭く且つプリント配線基板の配線に接続される突出部を有する基板電極をプリント配線基板に形成し、前記基板電極の周囲をソルダーレジスト加工し、前記基板電極と前記基板電極の周囲が露出する開口を有する印刷版を、基板電極の上に配置し、前記印刷版にはんだペーストを塗布することで、前記露出した基板電極上にはんだペーストを塗布し、前記印刷版を取り除き、前記はんだペーストが塗布された前記基板電極の基板電極載置部に前記底面電極を載置することにより前記電子部品を搭載し、前記基板電極載置部と前記底面電極とをはんだ付けし、溶融はんだを前記突出部から基板電極載置部に移動させることを特徴とする。

また、基板電極が露出する印刷版のパターンは、矩形、円、楕円、半円、又は、扇型の形状であっても良く、基板電極の周囲は、ソルダーレジスト加工されていても良い。

本発明によれば、基板電極において突出部を設けたので、溶融はんだが電極間にとどまることで電極間の溶融はんだ高さを高くし、その溶融はんだがリフロー時の電子部品とプリント配線基板のそりを吸収することで、部品底面電極を有する電子部品とプリント配線基板との未着を防止し、部品底面電極を有する電子部品を表面装着する電子装置の歩留まり低下を防止することができる。

さらに、本発明によれば、電子基板上でより部品側面電極より占有面積の小さい部品底面電極を有するプリント配線基板の未着を防止することで、より高密度化された電子装置を提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図２を用いて、プリント配線基板上に設けられた基板電極と電子部品に設けられた部品底面電極とのはんだ接合部の一例を説明する。
図２（ａ）は、基板電極１２ｃ上にはんだペーストが塗布されたリフロー前の状態を示す側面図であり、（ｂ）は、基板電極１２ｃ上に塗布されたリフロー時のはんだペーストの形状を示す側面図であり、（ｃ）は、部品底面電極２２ｃと基板電極載置部１４ｃ及び突出部１３ｃを有する基板電極１２ｃとの位置関係を示した上面図であり、（ｄ）は、電子部品２０ｃの部品底面電極２２ｃとプリント配線基板１０ｃの基板電極１２ｃが、はんだ接合部２４ｃを介して接合した状態を示す側面図である。

また、図２（ｃ）に示す基板電極１２ｃは、基板電極載置部１４ｃと突出部１３ｃとを有し、突出部１３ｃの面積が縮小することで、電子部品外側への溶融はんだの流出を防ぎ、溶融はんだを電極間に留めて、（ｄ）に示すフィレット形状のはんだ接合部２４ｃが構成される。このような基板電極を形成し、プリント配線基板上に配置することで、リフローはんだ付けにおいてフィレット形状のはんだ接合部２４ｃが生成し、電極間の溶融はんだの高さが高くなるため、リフロー時の電子部品２０ｃとプリント配線基板１０ｃの反りを吸収でき、未着現象を回避できる。
なお、突出部１３ｃは、図示しないプリント配線基板上の導線に接続されることで、電子部品２０ｃを、プリント配線基板上の他の電子部品等と電気的に接続する。

さらに、図２（ｃ）に示す基板電極１２ｃの基板電極載置部１４ｃの長手寸法Ｌ２は、部品底面電極１２ｃの長手寸法Ｌ１より長く、さらに、基板電極載置部１４ｃ上の電子部品内側の端部から電子部品外縁までの寸法Ｌ３より短い。そして、突出部１３ｃの幅寸法Ｌ７は、溶融はんだを移動させるために基板電極載置部１４ｃの幅寸法Ｌ６より短くなっている。
このように、基板電極載置部１４ｃは、電子部品２０ｃの外縁より内側に配置されるため、基板電極が電子部品の外縁方向に延長されることを防ぎ、部品底面電極を有する電子部品のプリント配線基板上の占有面積を低下させる。

図２（ａ）は、基板電極１２ｃ上にはんだペースト２４ｃ−１が塗布されたリフロー前の状態を示す側面図であり、リフロー前なので図示しない印刷版の開口部の厚み分だけプリント配線基板１２ｃ上にはんだペーストが塗布された状態を示している。
図２（ｂ）は、基板電極１２ｃ上に塗布されたリフロー時の溶融はんだ２４ｃ−２を示す側面図であり、リフロー加熱によりはんだペーストが溶融し、部品底面電極２２ｃと基板電極１２ｃとの間に働く溶融はんだの表面張力により部品底面電極２２ｃ側にはんだが移動する状態を示している。このように、（ａ）に示したはんだペースト２４ｃ−１が溶融して、（ｂ）に示すように溶融はんだ２４ｃ−２が底板電極２２ｃと基板電極載置部１４ｃ間に移動することで、溶融はんだ高さが高くなる。

図３を用いて、電子部品をプリント配線基板にリフローはんだ付けする方法の一例を説明する。
図３（ａ）は、基板電極にはんだペーストを塗布するための開口部３４を有する印刷版３２の上面図であり、（ｂ）は、印刷版３２を上面に配置し、さらに、はんだペースト３６が塗布されたプリント配線基板１０ｄの上面図であり、（ｃ）は、印刷版３２が取り除かれ基板電極１３ｄ、１４ｄ上にはんだペースト３６が塗布されたリフロー前の状態のプリント配線基板１０ｃを示す上面図であり、（ｄ）は、基板電極１３ｄ、１４ｄ上にリフロー後の溶融はんだ３８が移動した状態のプリント配線基板１０ｄを示す上面図である。
なお、図３では、説明のために、１つの基板電極のリフローはんだ付けについて説明するが、実際のプリント配線基板は多数の基板電極を有する。

図３（ａ）に示すように、印刷版３２は、プリント配線基板１０ｄの基板電極１３ｄ、１４ｄにはんだペーストを塗布するための開口部３４を有する。
図３（ｂ）では、プリント配線基板１０ｄの上面に印刷版３２を配置し、さらにはんだペースト３６が塗布されたプリント配線基板１０ｄが示される。印刷版３２上にはんだペーストを塗布することで、開口部３４にはんだペースト３６が入り込み、基板電極載置部１４ｄと突出部１３ｄからなる基板電極上にはんだペースト３６が塗布されることになる。なお、印刷版３２上には、基板電極以外の部分に溶融はんだが付着しにくい表面加工であるソルダーレジスト３３がなされている。

なお、開口部３４は、基板電極の突出部１３ｄの形に合わせた凸形状を有さず、基板電極載置部１４ｄと突出部１３ｄからなる基板電極より大きい面積を有した、基板電極を覆う矩形形状を有している。このように開口部３４を矩形形状としたのは、開口部３４が突出部１３ｄに合わせた凸型の形状を有している場合、印刷版３２の凸部がはんだペーストを塗布するスキージ等にひっかかり、印刷版３２の凸部がめくれることを避けることができる。

図３（ｃ）では、（ｂ）に示したはんだペースト３６が塗布されたプリント配線基板１０ｄから印刷版３２を取り除いた状態を示す。図示のように、はんだペースト３６が、印刷版３２の開口部３４の矩形形状にしたがって基板電極載置部１４ｄと突出部１３ｄ上に塗布される。

図３（ｄ）では、（ｃ）に示したはんだペーストが塗布されたプリント配線基板１０ｄをリフローすることで、はんだペースト３４が溶融して基板電極１３ｄ、１４ｄ上に溶融はんだ３８が移動した状態が示される。プリント配線基板１０ｄは、その表面にソルダーレジスト３３加工がされているため、矢印で示すようにリフローによる溶融はんだ３８の表面張力で、突出部１３ｄから、基板電極載置部１４ｄ上に溶融はんだが移動する。

なお、上記説明においては、印刷版の開口部を矩形形状としたが必ずしもこの形状に限定するものではなく、はんだペースト塗布用のスキージ等にひっかからない形状であり且つ基板電極を覆う形状であれば良い。

図４を用いて、矩形以外の形状を有する印刷版の開口部の一例を説明する。
図４（ａ）は、円形の印刷版開口部３４ａを表し、（ｂ）は、楕円形の印刷版開口部３４ｂを表し、（ｃ）は、半円形の印刷版開口部３４ｃを表し、（ｄ）は、扇形の印刷版開口部３４ｄを表す上面図である。
図示したような、円、楕円、半円、扇形等の形状を有する開口部は、凸型の形状を有さず、はんだペーストを塗布するスキージ等にひっかからない形状であり、ペーストを塗布する工程で印刷版３２の一部がめくれることを避けることができる。そして、ペーストが塗布されたプリント配線基板１０ｄをリフローすることで、はんだペースト３４が溶融して基板電極上に溶融はんだ３８が移動した状態が示される。プリント配線基板１０ｄは、その表面にソルダーレジスト３３加工がされているため、溶融はんだ３８の表面張力で、突出部１３ｄから、基板電極載置部１４ｄ上に溶融はんだが移動する。
このように、本発明に係る電子装置製造方法では、矩形、円、楕円、半円、又は、扇形の形状の開口部を有する印刷版を用いて、プリント配線基板上の電子部品電極間の短絡事故等を誘引するはんだボール生成を回避したリフローはんだ付けが行われる。

以上説明した実施形態は典型例として挙げたに過ぎず、その各実施形態の構成要素を組合せること、その変形及びバリエーションは当業者にとって明らかであり、当業者であれば本発明の原理及び請求の範囲に記載した発明の範囲を逸脱することなく上述の実施形態の種々の変形を行えることは明らかである。
以上述べた本発明の実施の態様は、以下の付記の通りである。
（付記１）
基板電極を備えるプリント配線基板であって、
該基板電極は、電子部品の外縁より内側且つ該電子部品の底面に配置される底面電極をはんだ付けにより搭載すると共に該電子部品の外縁より内側にある基板電極載置部と、
前記基板電極載置部から突出し、前記基板電極載置部より幅が狭く、且つ、プリント配線基板の配線に接続される突出部と、
を有することを特徴とするプリント配線基板。
（付記２）
前記電極載置部は、前記底面電極より大きい付記１に記載のプリント配線基板。
（付記３）
前記基板電極の周囲は、ソルダーレジスト加工されている付記１又は２に記載のプリント配線基板。
（付記４）
電子部品の外縁より内側且つ該電子部品の底面に配置される底面電極より大きく且つ該電子部品の外縁より内側にある電極載置部、及び、該電極載置部から突出し、該電極載置部より幅が狭く且つプリント配線基板の配線に接続される突出部を有する基板電極をプリント配線基板に形成し、
前記基板電極が露出するパターンを有する印刷版を、該基板電極の上に配置し、
前記印刷版にはんだペーストを塗布することで、前記露出した基板電極上にはんだペーストを塗布し、
前記印刷版を取り除き、前記はんだペーストが塗布された前記基板電極の電極載置部に前記底面電極を載置することにより前記電子部品を搭載し、
前記電極載置部と前記底面電極とをはんだ付けすることを特徴とする電子装置製造方法。
（付記５）
前記基板電極が露出する印刷版のパターンは、矩形、円、楕円、半円、又は、扇型の形状である付記２に記載の電子装置製造方法。
（付記６）
前記基板電極の周囲は、ソルダーレジスト加工されている付記４又は５に記載の電子装置製造方法。

（ａ）は、部品底面電極と基板の基板電極とのはんだ接合部を示す側面図であり、（ｂ）は、部品底面電極と基板電極との位置関係を示した上面図であり、（ｃ）は、部品底面電極と基板電極が未着となった状態を示す側面図である。 （ａ）は、基板電極上にはんだペーストが塗布されたリフロー前の状態を示す側面図であり、（ｂ）は、基板電極上に塗布されたリフロー時のはんだペーストの形状を示す側面図であり、（ｃ）は、部品底面電極と基板電極との位置関係を示した上面図であり、（ｄ）は、部品底面電極と基板電極とが接合した状態を示す側面図である。 （ａ）は、印刷版の上面図であり、（ｂ）は、印刷版を上面に配置し且つはんだペーストが塗布されたプリント配線基板の上面図であり、（ｃ）は、印刷版が取り除かれ基板電極上にはんだペーストが塗布されたリフロー前の状態のプリント配線基板を示す上面図であり、（ｄ）は、基板電極上にリフロー後の溶融はんだが移動したプリント配線基板を示す上面図である。 （ａ）は、円形の印刷版開口部であり、（ｂ）は、楕円形の印刷版開口部であり、（ｃ）は、半円形の印刷版開口部であり、（ｄ）は、扇形の印刷版開口部を表す上面図である。

符号の説明

１０a、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ プリント配線基板
１２a、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ 基板電極
１３ｃ、１３ｄ 突出部
１４ｃ、１４ｄ 基板電極載置部
２０a、２０ｂ、２０ｃ 電子部品
２２a、２２ｂ、２２ｃ 部品底面電極
２４ａ、２４ｃ はんだ接合部
３２ 印刷版
３４ 開口部
３６ はんだペースト
３８ 溶融はんだ

Claims (3)

1. 基板電極を備えるプリント配線基板であって、
   該基板電極は、電子部品の外縁より内側且つ該電子部品の底面に配置される底面電極をはんだ付けにより搭載すると共に該電子部品の外縁より内側にある基板電極載置部と、
   前記基板電極載置部から前記電子部品の外縁より外側に突出し、前記基板電極載置部より幅が狭く、且つ、プリント配線基板の配線に接続される突出部と、
   を有し、
   前記基板電極の周囲はソルダーレジスト加工され、前記半田付けに際して溶融はんだを前記突出部から基板電極載置部に移動させることを特徴とするプリント配線基板。
2. 電子部品の外縁より内側且つ該電子部品の底面に配置される底面電極より大きく且つ該電子部品の外縁より内側にある基板電極載置部、及び、該基板電極載置部から前記電子部品の外縁より外側に突出し、前記基板電極載置部より幅が狭く且つプリント配線基板の配線に接続される突出部を有する基板電極をプリント配線基板に形成し、
   前記基板電極の周囲をソルダーレジスト加工し、
   前記基板電極と前記基板電極の周囲が露出する開口を有する印刷版を、基板電極の上に配置し、
   前記印刷版にはんだペーストを塗布することで、前記露出した基板電極上にはんだペーストを塗布し、
   前記印刷版を取り除き、前記はんだペーストが塗布された前記基板電極の基板電極載置部に前記底面電極を載置することにより前記電子部品を搭載し、
   前記基板電極載置部と前記底面電極とをはんだ付けし、溶融はんだを前記突出部から基板電極載置部に移動させることを特徴とする電子装置製造方法。
3. 前記基板電極が露出する印刷版のパターンは、矩形、円、楕円、半円、又は、扇型の形
   状である請求項２に記載の電子装置製造方法。

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