JP5573900B2 - 部品実装用基板及び部品実装構造体 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品を取り付けるための部品実装用基板、及び電子部品が取り付けられた部品実装構造体に関する。

電源ＩＣ（Integrated Circuit）などのように発熱の大きい電子部品をプリント配線基板に実装する際には、電源ＩＣの熱をプリント配線基板に逃がすことができるように、電源ＩＣ下部に設けられた放熱板をプリント配線基板の銅箔パターンで構成された放熱パッドにハンダ付けする方法が用いられている。

また、放熱パッドをスルーホールによってプリント配線基板の銅箔で形成されたＧＮＤ層に接続し、電源ＩＣの発熱を熱容量の多い銅箔へと逃がすようにする技術も知られている。

一方、電子部品をプリント基板にはんだ付けする際に、発生するフラックスガスによるはんだ付けに対する影響を低減する技術も知られている。例えば、特許文献１には、シルク印刷層の一部を残して基板表面が露出するように抜きパターンを形成することで、フラックスガスを逃がすことが開示されている。

特開２００４−５５７９８号公報

ところで、プリント配線基板に対して電子部品を実装する方法としては、例えば、プリント配線基板の放熱パッドに対してハンダペーストを塗布し、その上に電子部品を載置させ、その後、リフロー炉において加熱処理を行うことにより、プリント配線基板に電子部品がハンダ付けされるようにする方法（リフロー方法）が知られている。

この方法では、比較的広い放熱パッドに塗布されたハンダペーストが加熱されて溶融される際に発生する、ハンダペースト内のフラックスによるガスによって、電子部品が浮き上がってしまう虞がある。

また、ＧＮＤ層へ放熱するためにスルーホールが形成されている場合には、スルーホール内に溶融したハンダが吸い込まれてしまって、放熱パッド上のハンダが不足して、放熱パッドと電子部品との接続状態が不良となってしまい、電子部品から放熱パッドへの放熱の効率が落ちてしまったり、物理的な基板と電子部品との接続強度が落ちてしまったりする虞がある。

本発明の目的は、電子部品の熱を適切に放熱できるようにするとともに、電子部品を適切に接続することのできる技術を提供することにある。

第１の観点に従う部品実装用基板は、電子部品が取り付けられる部品実装用基板であって、
スルーホール及びノンスルーホールを形成する基板本体と、
前記基板本体の第１の面に備えられ電子部品との間にハンダが備えられる放熱パッドと
を有し、
前記スルーホールは、その表面が、前記放熱パッドと電気的に接続される材料でメッキされており、前記第１の面と反対の前記第２の面側に開放されておらず、
前記ノンスルーホールは、前記第２の面側に開放されている。前記ノンスルーホールの前記第１の面側近傍の表面は、前記ハンダペーストが溶融された際に、前記スルーホールの表面よりハンダが流動しにくい材料で構成されていて良い。

第２の観点に従う部品実装用基板は、第１の観点において、前記基板本体は、前記スルーホールを複数有し、前記複数のスルーホールが、前記電子部品に対向した領域である取付領域において、分散配置されている。

第３の観点に従う部品実装用基板は、第２の観点において、前記複数のスルーホールは、前記取付領域の略中心を基準に分散配置（例えば点対称に配置）されている。

第４の観点に従う部品実装用基板は、第３の観点において、前記ノンスルーホールは、前記取付領域の略中央に形成されている。

第５の観点に従う部品実装用基板は、第１乃至第４の観点において、前記基板本体は、前記スルーホールを複数有し、前記複数のスルーホールが、前記電子部品に対向した領域である取付領域内に、前記取付領域の周縁近傍に前記取付領域の周縁に沿って形成されている。

第６の観点に従う部品実装済基板は、第１乃至第５の観点のいずれかの観点の部品実装用基板と、前記部品実装用基板に取り付けられた電子部品とを有する。

ハンダが溶融した際に、スルーホールに対して流入するハンダの量を適切に抑制することができる。また、ハンダが溶融する際に生じるフラックスの気体を適切に外部へ排出することができ、電子部品を適切に放熱パッドに取り付けることができる。

図１は、実施形態に係るプリント配線基板の一例の平面図である。 図２は、実施形態に係るプリント配線基板の一例の底面図である。 図３は、実施形態に係るプリント配線基板の一例の断面図である。 図４は、実施形態に係る電子部品のプリント配線基板への実装を説明する図である。 図５は、実施形態に係るプリント配線基板の他の例を説明する図である。

実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、実施形態に係るプリント配線基板の一例の平面図である。図２は、実施形態に係るプリント配線基板の一例の底面図である。図３は、実施形態に係るプリント配線基板の一例の断面図である。図１は、プリント配線基板１０において放熱パッドを有する側の面（以下、上面という）を示し、図２は、プリント配線基板１０の上面とは別の面（以下、下面）を示し、図３は、図１に示す矢視Ａ−Ａにおけるプリント配線基板１０の断面図である。図４は、実施形態に係る電子部品のプリント配線基板への実装を説明する図である。

電子部品実装用基板の一例であるプリント配線基板１０は、略平板状であり電子部品が取り付けられる基板本体と、基板本体に基板を構成する銅箔パターンにより設けられた放熱パッド２０とを有する。電子部品は、上面のみに搭載されても良いし、上面及び下面の両方に搭載されても良い。放熱パッド２０に取り付けられる電子部品としては、例えば、電源ＩＣや、ダイオード、パワートランジスタ等の熱を発生しやすい電子部品である。

プリント配線基板１０は、例えば、図３に示すように、複数の層を有しており、上面から順に言うと、放熱パッド２０を含む導体層、絶縁層１１、導体層１２、絶縁層１１、導体層１２、絶縁層１１、及び導体層１２を有する。これら各部は、例えば、プレス加工によって密着した状態に形成される。

絶縁層１１は、例えば、ガラスエポキシ樹脂で構成されている。導体層１２は、例えば、銅箔によって構成されている。

放熱パッド２０は、例えば、銅等の熱伝導率の高い部材で構成されており、上面側は、矩形形状となっている。この放熱パッド２０の上面側にハンダにより電子部品が取り付けられる。電子部品は、一般に、図４に示すように、電子部品本体部５０１と端子部５０２と放熱板５０３とを有しており、放熱パッド２０の上面側の面積は、例えば、取り付けられる電子部品本体部５０１の取付部分（或いは放熱板５０３）の面積と同じであるか、それ以上であることが好ましい。なお、本実施形態では、上面側の面積が、電子部品本体部５０１の取付部分と同じ面積であるとして説明する。したがって、本実施形態では、図１に示す放熱パッド２０の全域が、電子部品本体部５０１が取り付けられる取付領域である。

プリント配線基板１０の上面の放熱パッド２０においては、放熱パッド２０の中心（略中心）に、ノンスルーホール４０が形成されており、ノンスルーホール４０の周囲に分散するように、放熱パッド２０の周縁近傍に、複数（同図では、４つ）のスルーホール３０が形成されている。図１の例では、各スルーホール３０は、ノンスルーホール４０の中心に対して点対称となるように配置されている。なお、図１の例では、スルーホール３０は、上面におけるノンスルーホール４０の中心を通る直線（図１の上下方向の直線）に対して線対象に配置されているともいえる。更に、各スルーホール３０とノンスルーホール４０との距離は、ほぼ等間隔になるよう形成されている。なお、後述するようにスルーホール３０は、熱容量の大きい導体層１２と熱伝導率の良い物質(例えば金属)によって接続されているので、このようにスルーホール３０を分散させて配置することにより、リフロー方法の処理時における放熱パッド２０上における熱分布を平滑化することができ、ハンダの溶融性が偏ってしまうことを適切に防止できる。また、各スルーホール３０とノンスルーホール４０との距離をほぼ等間隔に形成することによっても、熱分布の平滑化等において同様の効果を奏する。

ノンスルーホール４０は、例えば、直径が０．３〜０．５ｍｍ程度の穴であり、図３に示すように、プリント配線基板１０の上面側から下面側に貫通している。ノンスルーホール４０の表面（内璧面）は、プリント配線基板１０の絶縁層１１がそのままむき出した状態となっている。導体層１２は、ノンスルーホールの内壁面からの距離が或る程度（例えば０．５ｍｍ程度）の距離となるよう離れている。ノンスルーホール４０の上面側近傍の表面は、絶縁層１１であるので、スルーホール３０の表面に比して、溶融したハンダペーストに対するぬれ性が悪く、ハンダペーストが流れ辛くなっている。ここで、ハンダペーストとは、ハンダの粉末と、フラックスとを混練したものである。本実施形態では、ノンスルーホール４０は、例えば、上面側からドリルにより穿設されて形成される。

スルーホール３０は、例えば、直径が０．３ｍｍ程度の穴であり、図３に示すように、プリント配線基板１０の上面側から穿設され、下面側をレジスト層５０により塞がれている。スルーホール３０の表面（内壁面）は、熱伝導率が高い物質によってメッキ加工がされている。本実施形態では、スルーホール３０の表面は、熱伝導率及び電気伝導率の高い、例えば、銅によりメッキ加工されている。このため、放熱パッド２０と、各導体層１２とは、スルーホール３０の表面を介して、熱的に接続されている。なお、このような状態のスルーホール３０は、例えば、プリント配線基板１０の上面からドリルによって最下層の導体層１２を貫通させ、穴の表面に対してメッキ加工を施し、その後、下面の開口部分を塞ぐようにレジストを充分に塗布し、このレジストを熱又は光により硬化させてレジスト層５０とすることにより形成される。

このような構成であるので、プリント配線基板１０を下側から見ると、図２に示すように、ノンスルーホール４０は、レジスト層５０により覆われておらず、下側に開放されている一方、スルーホール３０は、レジスト層５０によって塞がれていて、開放されていない。なお、図２における破線Ｌは、放熱パッド２０に対応する領域を示している。

次に、図４を参照して、プリント配線基板１０に対して電子部品を実装する方法、及び電子部品をプリント配線基板１０に実装した部品実装構造体１００について説明する。

まず、図４に示すように、プリント配線基板１０の放熱パッド２０の上面にハンダペースト７０を塗布し、その上面に取り付ける電子部品８０を載置する。

次いで、電子部品８０を載置したプリント配線基板１０を、リフロー炉に収容して、リフロー方法による処理を実行する。リフロー方法による処理には、例えば、余熱処理、本加熱処理、及び冷却処理等がある。

加熱処理においては、ハンダペースト７０が加熱により溶融されて、内部のフラックスが気体となる。この際、フラックスの気体は、ハンダペースト７０の図面横方向の周囲から逃げるとともに、ノンスルーホール４０を介して、下面からも逃げることとなる。したがって、フラックスの気体によって電子部品８０が上方に持ち上げられてしまう事態の発生を防止することができる。

また、ハンダペースト７０のハンダ粒が溶融されることにより、ハンダは液化する。このハンダに対しては、毛管現象によりスルーホール３０に吸い込まれる力が発生するが、スルーホール３０の下方が塞がれて気体が存在するために、ハンダがスルーホール３０に吸い込まれることが抑制される。また、スルーホール３０の下方側がレジストによってかなり塞がれている可能性もあり、この場合には、スルーホール３０にハンダが吸い込まれたとしても、吸い込まれる量が少量に抑えられる。また、ノンスルーホール４０の表面は、溶融されたハンダとのぬれ性がスルーホール３０の表面よりも悪いので、ハンダがノンスルーホール４０に流れ込むことが抑制される。この結果、放熱パッド２０と、電子部品８０との間から逃げるハンダの量を抑制することができ、放熱パッド２０に電子部品８０を取り付けるために十分な量のハンダを確保することができる。

このように、加熱処理が行われた後に、電子部品８０を載置したプリント配線基板１０に対して冷却処理が行われて、ハンダ７０（便宜的に、ハンダについてもこの符号を使用する）が固体となり、放熱パッド２０と電子部品８０とがハンダ７０によって確実に固定されて、部品実装構造体１００が完成する。

以上、実施形態を説明したが、これは、本発明の説明のための例示であって、本発明の範囲をこれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。すなわち、本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。

また、上記実施形態では、ノンスルーホール４０を１つ設けるようにしていたが、本発明はこれに限られず、例えば、ノンスルーホール４０を複数設けるようにしてもよい。

図５は、実施形態に係るプリント配線基板の他の例を説明する図である。

プリント配線基板１０の上面において、放熱パッド２０の長手方向（図面横方向）の直線状に、複数のノンスルーホール４０が形成されており、各ノンスルーホール４０の周囲に分散するように、複数（同図では、６つ）のスルーホール３０が形成されている。なお、ノンスルーホール３０と、スルーホール４０の構成は、上記したものと同様な構成である。このように複数のノンスルーホール４０を配置することにより、ハンダペーストが溶融した時に発生するフラックスの気体を逃がすためのハンダペースト内での距離をより短くすることができ、より効果的にフラックスの気体を外部に排出させることができる。

また、上記実施形態では、スルーホール３０は、下面をレジスト層５０により塞ぐようにして、下面側が開放されないようにしていたが、本実施形態では、これに限られず、例えば、下面を他の素材、例えば、樹脂によって塞ぐようにしてもよい。また、スルーホール３０を下側まで貫通しないようにして、下面側が開放されないようにしてもよい。

また、上記実施形態では、ノンスルーホール４０の表面を表面加工していないが、例えば、ノンスルーホール４０の表面を、スルーホール３０の表面に比して、溶融したハンダに対するぬれ性が悪い素材により覆うようにしてもよい。

１０：プリント配線基板、３０：スルーホール、４０：ノンスルーホール、５０：レジスト層、１００：部品実装構造体

Claims (6)

1. 電子部品が取り付けられる部品実装用基板であって、
   電子部品に対向した領域である取付領域に配置されたスルーホール及びノンスルーホールを形成する基板本体と、
   前記基板本体の第１の面に備えられ、加熱されると溶融しフラックスの気体を発生しその後に冷却されると固体となるハンダペーストが前記取付領域に対応した領域に塗布され前記ハンダペースト上に前記電子部品が配置される放熱パッドと
   を有し、
   前記スルーホールは、その表面が、前記放熱パッドと電気的に接続される材料でメッキされており、前記第１の面と反対の第２の面側に開放されておらず、
   前記ノンスルーホールの表面は、溶融したハンダペーストに対するぬれ性が前記スルーホールの表面に比して悪く、
   前記ノンスルーホールは、前記第２の面側に開放されている、
   部品実装用基板。
2. 前記基板本体は、前記スルーホールを複数有し、
   前記複数のスルーホールが、前記取付領域において、分散配置されている、
   請求項１記載の部品実装用基板。
3. 前記複数のスルーホールは、前記取付領域の略中心を基準に分散配置されている、
   請求項２に記載の部品実装用基板。
4. 前記ノンスルーホールは、前記取付領域の略中央に形成されている、
   請求項３記載の部品実装用基板。
5. 前記基板本体は、前記スルーホールを複数有し、
   前記複数のスルーホールが、前記取付領域内に、前記取付領域の周縁近傍に前記取付領域の周縁に沿って形成されている、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の部品実装用基板。
6. 請求項１乃至５のうちのいずれか１項に記載の部品実装用基板と、
   前記部品実装用基板に取り付けられた電子部品と
   を有する部品実装構造体。

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