JP5779539B2 - 回路基板のランド構造、回路基板、および実装構造体 - Google Patents

Description

本発明は、挿入実装部品と回路基板とを溶融はんだ噴流によって接続するフローはんだ接続技術に関する。より詳細には、回路基板のランド構造、このランド構造を有した回路基板、および、この回路基板に挿入実装部品を含む実装部品を実装した実装構造体に適用して有効な技術に関するものである。

例えば、電子部品と回路基板との接続には、２２０℃付近ではんだ接続することが出来るＳｎ−３７Ｐｂ（単位：質量％）や、鉛を用いない鉛フリーはんだ合金Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ（単位：質量％）が使用されている。

はんだ接続方法の一つにフローはんだ接続があり、この方法では、挿入実装部品のリードを挿入するための穴とランドという電極とを有する回路基板を用いる。そして、この回路基板の穴に挿入実装部品のリードを挿入し、回路基板の下面に溶融はんだを接触させることにより、回路基板のランドと挿入実装部品のリードとをはんだ接続する。

上述したフローはんだ接続に関して、本発明者が検討した結果、以下のような課題があることがわかった。図１および図２を用いて説明する。

図１は、挿入実装部品と回路基板とのフローはんだ付け時に、ランド間にはんだボールが発生する様子を示す図であり、（ａ）はフローはんだ接続後の回路基板の下面（はんだ接続を実施する面）側から見た図、（ｂ）は（ａ）のａ−ｂ切断線による断面を示す図である。図１（ａ），（ｂ）に示すように、回路基板１として、挿入実装部品２のリード２１を挿入するための穴１１とランド１２という電極とを有する基板が用いられる。そして、この回路基板１の穴１１に挿入実装部品２のリード２１が挿入され、回路基板１のランド１２と挿入実装部品２のリード２１とがはんだ３で接続が行われている。

しかし、上記方法において、回路基板１へ、概ね２ｍｍ以上のピッチの挿入実装部品２のフローはんだ付けを実施するとき、ランド１２の間に、はんだボール１００が発生する場合がある。この場合、ユーザーが製品使用時の衝撃で、このはんだボール１００が回路基板１上を移動すると短絡の可能性があるため、はんだボール１００の発生率を下げる必要がある。

また、はんだボール１００の発生率については、ランド１２のランドサイズ（直径）が大きく、ランド１２の間隙が小さいほど高くなることがわかっている。

はんだボール１００の発生メカニズムについては、図２（（１）→（２）→（３）→（４））に示すように、フローはんだ付け時の溶融はんだ１０１のピールバック時にピールバック点１３に集まったはんだが、隣接する１つ後方のランド１２とつながってはんだブリッジ１０２を形成する。

しかし、ランド１２が大きくなると、ランド１２に付着する溶融はんだ１０１が多くなり、はんだ表面形状に自由度が増えるため、はんだ表面が動きやすくなり、はんだは色々な方向、大きさの速度ベクトルを持つようになる。

これにより、はんだブリッジ１０２を形成する溶融はんだ１０１の中で、回路基板１との相対速度差が大きいものは、ランド１２に取り込まれるが、相対速度差が小さいものは、これらから切断されて前方のランド１２と後方のランド１２との間に残りやすくなる。これが、はんだボール１００になると考えられる。

一般的な対策方法としては、溶融はんだ噴流の流速を変更したり、上記溶融はんだの切断を抑止するために、はんだ付け雰囲気の中の酸素濃度を上げてはんだ表面に酸化膜を形成させる。これにより、はんだの見かけの粘度を増加させることで、はんだ切れを起こりにくくして対策している。

しかし、これらは、はんだの仕上がり品質に影響を与える場合もあるため、慎重に対応する必要がある。

従って、一般的に、本対策のためにフローはんだ付けプロセス条件（溶融はんだ流速、基板搬送コンベア速度など）の変更では、変更範囲に限界があり、プロセスウィンドウが狭くなることで、段取り変えなどで発生する時間のロスが大きくなることがわかっている。

そこで、本発明はこのような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、その代表的な目的は、回路基板側のランド構造を接続信頼性に影響を与えないように改良することで、はんだボールの発生率を低減することが可能なフローはんだ接続技術を提供することである。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

（１）挿入実装部品のフローはんだ接続を行う回路基板上の複数のランドからなる回路基板のランド構造であって、以下の特徴を有するものである。前記複数のランドは、フローはんだ接続時の前記回路基板の搬送方向に平行な方向に配列し、隣接関係にあり、前方に配置する前方ランドと、前記前方ランドの後方に配置する後方ランドとを含む。そして、前記前方ランドと前記後方ランドとの関係は、前記前方ランドの後縁上の複数の各第１点と前記後方ランドの前縁上の複数の各第２点との間の前記回路基板の搬送方向に平行な距離をＤｘとし、前記前方ランドの後縁上の最後方点をピールバック点とし、前記前方ランドのピールバック点と前記後方ランドの前縁上の対応点との間の前記回路基板の搬送方向に平行な距離をＤｘ（Ｐ）としたとき、前記Ｄｘ（Ｐ）は前記Ｄｘの平均値以上であることを特徴する。

（２）挿入実装部品のフローはんだ接続を行う回路基板上の複数のランドからなる回路基板のランド構造であって、以下の特徴を有するものである。前記複数のランドは、ランド形状を円形とし、フローはんだ接続時の前記回路基板の搬送方向に平行な方向に配列し、隣接関係にあり、前方に配置する前方ランドと、前記前方ランドの後方に配置する後方ランドとを含む。そして、前記前方ランドと前記後方ランドとの間に、前記前方ランドおよび前記後方ランドのランドサイズより小さいランドサイズの小型ランドを追加配置していることを特徴する。

（３）前記回路基板のランド構造を有する回路基板、さらに、前記回路基板にフローはんだ接続される挿入実装部品を含む実装部品を有する実装構造体にも、適用することを特徴とする。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

すなわち、代表的な効果は、フローはんだ付けプロセス条件（溶融はんだ流速、基板搬送コンベア速度など）の変更をすることなく、回路基板側のランド構造を接続信頼性に影響を与えないように改良することで、挿入実装部品のはんだ接続部におけるはんだボールの発生率を低減することが可能となる。

本発明が解決しようとする課題の説明において、挿入実装部品と回路基板とのフローはんだ付け時に、ランド間にはんだボールが発生する様子を示す図であり、（ａ）はフローはんだ接続後の回路基板の下面（はんだ接続を実施する面）側から見た図、（ｂ）は（ａ）のａ−ｂ切断線による断面を示す図である。 本発明が解決しようとする課題の説明において、挿入実装部品と回路基板とのフローはんだ付け時に、ランド間にはんだボールが発生するメカニズムを示す図である。 本発明の実施の形態の概要において、前方ランドの後縁上のある点と、後方ランドの前縁上のある点との間の基板搬送方向に平行な距離Ｄｘおよび、前方ランドのピールバック点と後方ランドの前縁上の対応点との基板搬送方向に平行な距離Ｄｘ（Ｐ）を示す図である。 本発明の実施の形態の概要において、挿入実装部品のリード接続に直接関与する隣接ランド間に小型のランドを追加配置した様子を示す図である。 本発明の実施の形態１において、はんだボール発生の抑制対策を施さない、通常の円形ランドの一例を示す図である。 本発明の実施の形態１において、はんだボール発生の抑制対策を施し、図５と同一ピッチで、形状を長方形としたランドの一例を示す図である。 本発明の実施の形態２において、前方ランドの後縁上のある点と、後方ランドの前縁上のある点との間の基板搬送方向に平行な距離をＤｘ、前方ランドのピールバック点と後方ランドの前縁上の対応点との基板搬送方向に平行な距離をＤｘ（Ｐ）とし、Ｄｘ（Ｐ）がＤｘの平均値に等しいが、ピールバック点をリード中央を通る軸線から最も遠い点に設定したランド形状の一例を示す図である。 本発明の実施の形態３において、前方ランドの後縁上のある点と、後方ランドの前縁上のある点との間の基板搬送方向に平行な距離をＤｘ、前方ランドのピールバック点と後方ランドの前縁上の対応点との基板搬送方向に平行な距離をＤｘ（Ｐ）とし、Ｄｘ（Ｐ）がＤｘの平均値を超えるランド形状の一例を示す図である。 本発明の実施の形態４において、挿入実装部品のリード接続に直接関与する隣接ランド間に小型のランドを追加配置したランド形状の一例を示す図である。 本発明の実施の形態５において、実施の形態１〜４のランド構造を有した回路基板に挿入実装部品を含む実装部品を実装した実装構造体の一例を示す斜視図である。

以下の実施の形態においては、便宜上その必要があるときは、複数の実施の形態またはセクションに分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

［本発明の実施の形態の概要］
本発明の実施の形態は、フローはんだ付けプロセス条件（溶融はんだ流速、基板搬送コンベア速度など）の変更をすることなく、回路基板側のランド構造を接続信頼性に影響を与えないように改良することで、挿入実装部品のはんだ接続部におけるはんだボールの発生率を低減する方法を提案する。

＜第一の方法＞
まず、第一の方法としては、以下の方法を提案する。図３を用いて説明する。図３は、前方ランドの後縁上のある点と、後方ランドの前縁上のある点との間の基板搬送方向に平行な距離Ｄｘおよび、前方ランドのピールバック点と後方ランドの前縁上の対応点との基板搬送方向に平行な距離Ｄｘ（Ｐ）を示す図である。

フローはんだ付けプロセスにおいては、概ね２ｍｍ以上のピッチで、ランドが大きくなってくると、単純に隣接ランド間の間隙の大きさだけで、はんだボールの発生率は決まらず、前方ランドのピールバック点と後方ランド間の基板搬送方向に平行な距離が影響することがわかった。

なお、挿入実装部品のはんだ接続部のブリッジ発生量を最小限にするためには、挿入実装部品の長手方向と基板搬送コンベアの進行方向とが互いに直交するように設定する必要があることから、挿入実装部品の長手方向に直交する方向が基板搬送コンベアの進行方向に平行な方向と考えられる。

また、挿入実装部品のはんだ接続部に発生したつららなどの発生方向から回路基板の前後を判定することが可能である。

以上により、回路基板上に隣接するランドのどちらが前方で、どちらが後方かは、挿入実装部品の搭載位置やはんだ接続部に発生したつららの向きによって推定することができる。

また、前方ランドのピールバック点は、概ね前方ランドの最後方点と一致することも実験より判明している。

そこで、挿入実装部品のフローはんだ接続を行う回路基板上の複数のランドは、フローはんだ接続時の回路基板の搬送方向に平行な方向に配列し、はんだ接続に寄与し、隣接関係にあり、前方に配置する前方ランドと、前方ランドの後方に配置する後方ランドとを含み、以下の条件を有する。

この条件は、図３のように、回路基板１ａにおいて、前方ランド１２１ａの後縁上の複数のある点のそれぞれと、後方ランド１２２ａの前縁上の複数のある点のそれぞれとの間の基板搬送方向に平行な距離をＤｘ（図３では１つのＤｘのみを記載）とし、特に、前方ランド１２１ａの後縁上の最後方点を点Ｐ（前方ランド１２１ａのピールバック点１３ａに一致）とし、前方ランド１２１ａのピールバック点１３ａと後方ランド１２２ａの前縁上の対応点との基板搬送方向に平行な距離をＤｘ（Ｐ）としたとき、Ｄｘ（Ｐ）はなるべく大きい方が良く、概ね、Ｄｘ（Ｐ）がＤｘの平均値以上となることを満たすランド形状に設計することに効果があることもわかったため、この条件を第一の方法における特徴とする。

なお、Ｄｘの平均値は、Ｄｘを基板搬送方向に垂直な方向で積分した値を、積分範囲の長さで除して求めることができる。または単に、前方ランド１２１ａの後縁上の複数の各点と後方ランド１２２ａの前縁上の複数の各点との間の距離をそれぞれ加算し、この加算値を各点分で除算して求めることもできる。

上記第一の方法により、ランド形状を設計すれば、はんだボール発生の抑制対策が可能である。

しかし、元々の設計で決められていた、挿入実装部品の１個当たりの回路基板上のランド群の占有領域の限界を無視して新しいランド形状へ設計変更することは、周辺部品の配置や引き出し線における再設計コストを著しく増加させるため、望ましくはない。

よって、設計変更する場合は、ランド群の占有領域の限界を超えないようにランドの形状を変更する必要もある。

また、挿入実装部品のリード中央を通る軸線上は、はんだが大量に集まる場所であるため、ピールバック点から一旦発生したはんだボールが近づいた場合、これを吸着せずに弾いてしまいやすい。

よって、ピールバック点は、リード中央を通る軸線からなるべく遠ざけることも、はんだボール発生の抑制対策としては望ましい。この条件を、第一の方法におけるさらに好ましい特徴とする。

＜第二の方法＞
しかし、上記第一の方法のように、ランド形状を複雑化すると、はんだフィレットの一部に応力が集中することで、はんだ接続寿命が変化するため、占有領域の限界を超えて対応せざるを得ない場合がある。

そこで、第二の方法として、ランド形状が概ね円形の場合に対して、以下の方法を提案する。図４を用いて説明する。図４は、挿入実装部品のリード接続に直接関与する隣接ランド間に小型のランドを追加配置した様子を示す図である。

第二の方法としては、ランド形状を概ね円形（直径Ｄ）のまま維持し、挿入実装部品のリード接続に直接関与するためのはんだフィレット形状を変えることなく、対策する方法である。

これは、挿入実装部品のフローはんだ接続を行う回路基板上の複数のランドは、ランド形状を概ね円形とし、フローはんだ接続時の回路基板の搬送方向に平行な方向に配列し、はんだ接続に寄与し、隣接関係にあり、前方に配置する前方ランドと、前方ランドの後方に配置する後方ランドとを含み、以下の条件を有する。

この条件は、図４のように、回路基板１ｂにおいて、挿入実装部品のリード２１ｂの接続に直接関与する隣接ランドの前方ランド１２１ｂと後方ランド１２２ｂとの間に、これらの前方ランド１２１ｂおよび後方ランド１２２ｂのランドサイズより小さいランドサイズの小型ランド１５ｂを追加配置する。これにより、発生したはんだボールがまだ溶融しているうちに、この小型ランド１５ｂに吸着させる方法である。この条件を、第二の方法における特徴とする。

図４の場合、挿入実装部品のはんだ接続不良を抑止するためには、以下の条件が必要である。小型ランド１５ｂと前方ランド１２１ｂとがブリッジしないこと、前方ランド１２１ｂの周囲にボールを出さないこと、発生したボールを小型ランド１５ｂに吸着し、小型ランド１５ｂと近接ランド（前方ランド１２１ｂ、後方ランド１２２ｂ）とがブリッジしないこと、小型ランド１５ｂと後方ランド１２２ｂとがブリッジしないこと、後方ランド１２２ｂの周囲にボールを出さないことが必要となる。

この場合、小型ランド１５ｂの中央と前方ランド１２１ｂの中央との間の軸線上の小型ランド１５ｂと前方ランド１２１ｂとの間隙をＤａ、小型ランド１５ｂの中央と後方ランド１２２ｂの中央との間の軸線上の小型ランド１５ｂと後方ランド１２２ｂとの間隙をＤｂ、小型ランド１５ｂのランドサイズ（直径）をＤｓ、前方ランド１２１ｂおよび後方ランド１２２ｂのランドサイズ（直径）をＤとすると、概ね、以下を満たすランド形状に効果があることが判明した。

そこで、上記に基づき、小型ランド１５ｂと前方ランド１２１ｂとがブリッジしないためには、ＤａはＤｓの概ね２倍以上であり、前方ランド１２１ｂの周囲にボールを出さない条件としては、ＤａはＤの概ね３分の１以下であることが必要である。さらに、発生したボールを、小型ランド１５ｂに弾かれることなく十分なぬれ力を持たせて吸着させるためには、Ｄｓは概ね２０μｍ以上とし、小型ランド１５ｂと近接する前方ランド１２１ｂまたは後方ランド１２２ｂとがブリッジしない条件としては、Ｄｓは概ね１００μｍ以下とすることが必要である。さらに、小型ランド１５ｂと後方ランド１２２ｂとがブリッジしない条件としては、ＤｂがＤｓの概ね３倍以上であることが必要である。さらに、後方ランド１２２ｂの周囲の内、小型ランド１５ｂと後方ランド１２２ｂとにボールを出さない条件としては、ＤｂはＤの概ね半分以下であることが必要である。この条件を、第二の方法におけるさらに好ましい特徴とする。

以上説明した本発明の実施の形態の概要（第一の方法、第二の方法）に基づいた各実施の形態を、以下において図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

［実施の形態１］
図５と図６を用いて、実施の形態１の回路基板のランド構造について説明する。図５は、はんだボール発生の抑制対策を施さない、通常の円形ランドの一例を示す図である。図６は、はんだボール発生の抑制対策を施し、図５と同一ピッチで、形状を長方形としたランドの一例を示す図である。

本実施の形態では、上述した図３の考え方（第一の方法）に従った形状のランドを用いた回路基板にて、挿入実装部品のはんだ接続を実施した。

図３の考え方では、前方ランドの後縁上のある点と、後方ランドの前縁上のある点との間の基板搬送方向に平行な距離をＤｘとし、特に、前方ランドの後縁上の最後方点を点Ｐ（前方ランドのピールバック点）とし、前方ランドのピールバック点と後方ランドの前縁上の対応点との基板搬送方向に平行な距離をＤｘ（Ｐ）としたとき、Ｄｘ（Ｐ）はなるべく大きくし、概ねＤｘ（Ｐ）がＤｘの平均値以上となることを満たすランド形状となる。

以上を考慮して、図５に示すような、２．５４ｍｍピッチで、一般的な直径２．２４ｍｍの円形ランドを持つ１．６ｍｍ厚のガラスエポキシの回路基板１ｃと、図６に示すような、２．５４ｍｍピッチで、１．７６ｍｍ×２．２４ｍｍの長方形のランドを持つ１．６ｍｍ厚のガラスエポキシの回路基板１ｄとを作製した。

図５に示すランド構造（左側の２つのランド１２ｃに着目）は、前方ランド１２１ｃの最後方点の点Ｐ（前方ランド１２１ｃのピールバック点１３ｃ）と後方ランド１２２ｃとの距離Ｄｘ（Ｐ）は０．３０ｍｍとなり、Ｄｘの平均値は０．７８ｍｍとなる。よって、図５に示すランド構造は、図３の考え方に従うランド構造ではないことになる。

一方、図６に示すランド構造（左側の２つのランド１２ｄに着目）は、前方ランド１２１ｄの最後方点の点Ｐ（前方ランド１２１ｄのピールバック点１３ｄ）と後方ランド１２２ｄとの距離Ｄｘ（Ｐ）は０．７８ｍｍとなり、Ｄｘの平均値も０．７８ｍｍとなる。よって、図６に示すランド構造は、図３の考え方に従うランド構造であることになる。

そして、各々の回路基板１ｃ，１ｄの穴１１ｃ，１１ｄに、２．５４ｍｍピッチ、１２本のリード２１ｃ，２１ｄが一列に配列した挿入実装部品を挿入し、この挿入実装部品のフローはんだ接続を実施した。使用したはんだ組成は、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ（単位：質量％）で、はんだ槽温度を２５５℃に設定した。

フローはんだ付けを実施した結果、図５に示すランド構造については、はんだボールは全接続部の概ね６割に発生していたが、図６に示すランド構造については、はんだボールは全接続部の概ね４割に低減した。このように、図６に示すランド構造では、図５に示すランド構造よりも、はんだボールの発生率を低減させることが可能となることが判明した。

以上説明した本実施の形態によれば、上記第一の方法の考え方（図３）を適用して、フローはんだ付けプロセス条件（溶融はんだ流速、基板搬送コンベア速度など）の変更をすることなく、回路基板側のランド構造を接続信頼性に影響を与えないように、Ｄｘ（Ｐ）がＤｘの平均値に等しく、円形ランドから長方形のランド形状に改良することで、挿入実装部品のはんだ接続部におけるはんだボールの発生率を低減することが可能となる。

［実施の形態２］
図７を用いて、実施の形態２の回路基板のランド構造について説明する。図７は、前方ランドの後縁上のある点と、後方ランドの前縁上のある点との間の基板搬送方向に平行な距離をＤｘ、前方ランドのピールバック点と後方ランドの前縁上の対応点との基板搬送方向に平行な距離をＤｘ（Ｐ）とし、Ｄｘ（Ｐ）がＤｘの平均値に等しいが、ピールバック点をリード中央を通る軸線から最も遠い点に設定したランド形状の一例を示す図である。

本実施の形態でも、図３の考え方に従った形状のランドを用いた回路基板にて、挿入実装部品のはんだ接続を実施した。

ここでは、図７に示すような、２．５４ｍｍピッチで、一列に配列した挿入実装部品のリード中央を通る軸線の片側に長方形領域を持ち、軸線の反対側に前縁および後縁が長径２．２４ｍｍ、短径１．７６ｍｍの楕円の一部となる形状の領域を持ち、これらの領域を合わせた形状のランドを持つ１．６ｍｍ厚のガラスエポキシの回路基板１ｅを作製した。

なお、図７に示すランド構造（左側の２つのランド１２ｅに着目）は、前方ランド１２１ｅの最後方点を点Ｐ（ピールバック点１３ｅ）とし、前方ランド１２１ｅのピールバック点１３ｅと後方ランド１２２ｅの対応点との距離Ｄｘ（Ｐ）は０．７８ｍｍとなり、Ｄｘの平均値も０．７８ｍｍとなる。よって、図７に示すランド構造は、図３の考え方に従うランド構造であることになる。

さらに、図７に示すランド構造は、前方ランド１２１ｅのピールバック点１３ｅをリード２１ｅの中央を通る軸線から最も遠い点に設定されていることになる。すなわち、リード２１ｅの中央を通る軸線に直角な方向でランド１２ｅの縁の最遠方点にピールバック点１３ｅが設定されている。

そして、この回路基板１ｅの穴１１ｅに、２．５４ｍｍピッチ、１２本のリード２１ｅが一列に配列した挿入実装部品を挿入し、この挿入実装部品のフローはんだ接続を実施した。使用したはんだ組成は、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ（単位：質量％）で、はんだ槽温度を２５５℃に設定した。

フローはんだ付けを実施した結果、図７に示すランド構造については、はんだボールは全接続部の概ね３割に低減し、上記実施の形態１の図５に示すような円形ランドや、図６に示すようなピールバック点がリード中央を通る軸線上にあるランドよりも、さらにはんだボールの発生率を低減させることが可能となることが判明した。

以上説明した本実施の形態によれば、Ｄｘ（Ｐ）がＤｘの平均値に等しいが、ピールバック点１３ｅをリード２１ｅの中央を通る軸線から最も遠い点に設定したランド形状とすることで、上記実施の形態１に比べて、さらに良好に挿入実装部品のはんだ接続部におけるはんだボールの発生率を低減することが可能となる。

［実施の形態３］
図８を用いて、実施の形態３の回路基板のランド構造について説明する。図８は、前方ランドの後縁上のある点と、後方ランドの前縁上のある点との間の基板搬送方向に平行な距離をＤｘ、前方ランドのピールバック点と後方ランドの前縁上の対応点との基板搬送方向に平行な距離をＤｘ（Ｐ）とし、Ｄｘ（Ｐ）がＤｘの平均値を超えるランド形状の一例を示す図である。

本実施の形態でも、図３の考え方に従った形状のランドを用いた回路基板にて、挿入実装部品のはんだ接続を実施した。

ここでは、図８に示すような、２．５４ｍｍピッチで、平行な２辺の底の長さが各々、１．６７ｍｍ、１．８５ｍｍ、また、これらの平行な２辺の底の間の距離が２．２４ｍｍとなる台形状のランドを持つ１．６ｍｍ厚のガラスエポキシの回路基板１ｆを作製した。

なお、１．６７ｍｍの方の底の後端部にピールバック点を設けるために、１．６７ｍｍの底の方の後端点が１．８５ｍｍの底の方の後端点よりさらに後ろに位置するように、図８に示すように、ランド１２ｆの後縁に１５度のテーパー角を設けた。

なお、図８に示すランド構造（左側の２つのランド１２ｆに着目）は、前方ランド１２１ｆの最後方点を点Ｐ（ピールバック点１３ｆ）とし、前方ランド１２１ｆのピールバック点１３ｆと後方ランド１２２ｆの対応点との距離Ｄｘ（Ｐ）は０．８７ｍｍとなり、Ｄｘの平均値も０．７８ｍｍとなる。よって、図８に示すランド構造は、図３の考え方に従うランド構造であることになる。

そして、この回路基板１ｆの穴１１ｆに、２．５４ｍｍピッチ、１２本のリード２１ｆが一列に配列した挿入実装部品を挿入し、この挿入実装部品のフローはんだ接続を実施した。使用したはんだ組成は、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ（単位：質量％）で、はんだ槽温度を２５５℃に設定した。

フローはんだ付けを実施した結果、図８に示すランド構造については、はんだボールは全接続部の概ね２割に低減し、上記実施の形態１の図５に示すような円形ランドや、図６に示すようなピールバック点がリード中央を通る軸線上にあるランド、あるいは、上記実施の形態２の図７の形状のランド構造よりも、さらにはんだボールの発生率を低減させることが可能となることが判明した。

以上説明した本実施の形態によれば、Ｄｘ（Ｐ）がＤｘの平均値を超える台形状のランド形状とすることで、上記実施の形態１および２に比べて、さらに良好に挿入実装部品のはんだ接続部におけるはんだボールの発生率を低減することが可能となる。

［実施の形態４］
図９を用いて、実施の形態４の回路基板のランド構造について説明する。図９は、挿入実装部品のリード接続に直接関与する隣接ランド間に小型のランドを追加配置したランド形状の一例を示す図である。

本実施の形態では、図４の考え方に従った形状のランドを用いた回路基板にて、挿入実装部品のはんだ接続を実施した。

ここでは、図９に示すように、挿入実装部品のはんだ接続に寄与するランドの前方ランド１２１ｇと後方ランド１２２ｇは、ピッチが２．５４ｍｍで、ランドサイズＤが２．２４ｍｍの一般的な円形ランドである。さらに、小型ランド１５ｇのサイズＤｓは０．０７ｍｍとし円形とした。

また、小型ランド１５ｇの中央と前方ランド１２１ｇの中央との間の軸線上の小型ランド１５ｇと前方ランド１２１ｇとの間隙Ｄａを０．５０ｍｍとし、小型ランド１５ｇの中央と後方ランド１２２ｇの中央との間の軸線上の小型ランド１５ｇと後方ランド１２２ｇとの間隙Ｄｂを０．６０ｍｍとした。

そして、この回路基板１ｇの穴１１ｇに、２．５４ｍｍピッチ、１２本のリード２１ｇが一列に配列した挿入実装部品を挿入し、この挿入実装部品のフローはんだ接続を実施した。使用したはんだ組成は、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ（単位：質量％）で、はんだ槽温度を２５５℃に設定した。

フローはんだ付けを実施した結果、図９に示すランド構造については、はんだボールは全接続部の概ね４割に低減し、上記実施の形態１の図５に示すような、ピッチが２．５４ｍｍで、ランドサイズが２．２４ｍｍの円形ランドのみの場合よりも、はんだボールの発生率を低減させることが可能となることが判明した。

以上説明した本実施の形態によれば、上記第二の方法の考え方（図４）を適用して、フローはんだ付けプロセス条件（溶融はんだ流速、基板搬送コンベア速度など）の変更をすることなく、回路基板側のランド構造を接続信頼性に影響を与えないように隣接ランド間に小型ランド１５ｇを追加配置して改良することで、挿入実装部品のはんだ接続部におけるはんだボールの発生率を低減することが可能となる。例えば、上記実施の形態１の図５に比べて、はんだボールの発生率を低減することが可能となる。

特に、前方ランド１２１ｇおよび後方ランド１２２ｇのランドサイズＤと、小型ランド１５ｇのランドサイズＤｓと、小型ランド１５ｇと前方ランド１２１ｇとの間隙Ｄａと、小型ランド１５ｇと後方ランド１２２ｇとの間隙Ｄｂとの関係で条件を満たすことで、さらに良好に挿入実装部品のはんだ接続部におけるはんだボールの発生率を低減することが可能となる。

［実施の形態５］
図１０を用いて、実施の形態５の、上記実施の形態１〜４のランド構造を有した回路基板に挿入実装部品を含む実装部品を実装した実装構造体について説明する。図１０は、この実施の形態１〜４のランド構造を有した回路基板に挿入実装部品を含む実装部品を実装した実装構造体の一例を示す斜視図である。

本実施の形態の実装構造体は、上記実施の形態１〜４に示した回路基板のランド構造を有する回路基板１ｈと、この回路基板１ｈにフローはんだ接続される挿入実装部品２ｈを含む実装部品とを有して構成される。実装部品には、回路基板１ｈにフローはんだ接続される挿入実装部品２ｈの他に、回路基板１ｈの表面ではんだ接続される表面実装部品４ｈなども実装されている。

以上説明した本実施の形態によれば、上記実施の形態１〜４のランド構造により挿入実装部品２ｈのはんだ接続部におけるはんだボールの発生率を低減することが可能となるので、挿入実装部品２ｈを含む実装部品の接続信頼性の高い回路基板１ｈ、さらに実装構造体を実現することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明のフローはんだ接続技術は、回路基板のランド構造、このランド構造を有した回路基板、および、この回路基板に挿入実装部品を含む実装部品を実装した実装構造体に適用し、特に、フローはんだ付け時のはんだボールの発生を抑制するランド構造に利用可能である。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ，１ｈ…回路基板
１１，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ…穴
１２，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ…ランド
１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，１２１ｄ，１２１ｅ，１２１ｆ，１２１ｇ…前方ランド
１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ，１２２ｄ，１２２ｅ，１２２ｆ，１２２ｇ…後方ランド
１３，１３ａ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ…ピールバック点
１５ｂ，１５ｇ…小型ランド
２，２ｈ…挿入実装部品
２１，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２１ｇ…リード
３…はんだ
４ｈ…表面実装部品
１００…はんだボール
１０１…溶融はんだ
１０２…はんだブリッジ

Claims (6)

1. 挿入実装部品のフローはんだ接続を行う回路基板上の複数のランドからなる回路基板のランド構造であって、
   前記複数のランドは、フローはんだ接続時の前記回路基板の搬送方向に平行な方向に配列し、隣接関係にあり、前方に配置する前方ランドと、前記前方ランドの後方に配置する後方ランドとを含み、
   前記前方ランドと前記後方ランドとの関係は、前記前方ランドの後縁上の複数の各第１点と前記後方ランドの前縁上の複数の各第２点との間の前記回路基板の搬送方向に平行な距離をＤｘとし、前記前方ランドの後縁上の最後方点をピールバック点とし、前記前方ランドのピールバック点と前記後方ランドの前縁上の対応点との間の前記回路基板の搬送方向に平行な距離をＤｘ（Ｐ）としたとき、前記Ｄｘ（Ｐ）は前記Ｄｘの平均値以上であり、
   前記前方ランドのピールバック点は、前記挿入実装部品のリードの中央を通る軸線に直角な方向で前記ランドの縁の最遠方点にあることを特徴とする回路基板のランド構造。
2. 請求項１に記載の回路基板のランド構造において、
   前記複数のランドは、前記Ｄｘ（Ｐ）が前記Ｄｘの平均値を超える台形状のランド形状であることを特徴とする回路基板のランド構造。
3. 挿入実装部品のフローはんだ接続を行う回路基板上の複数のランドからなる回路基板のランド構造であって、
   前記複数のランドは、ランド形状を円形とし、フローはんだ接続時の前記回路基板の搬送方向に平行な方向に配列し、隣接関係にあり、前方に配置する前方ランドと、前記前方ランドの後方に配置する後方ランドとを含み、
   前記前方ランドと前記後方ランドとの間に、前記前方ランドおよび前記後方ランドのランドサイズより小さいランドサイズの小型ランドを追加配置していることを特徴する回路基板のランド構造。
4. 請求項３に記載の回路基板のランド構造において、
   前記小型ランドの中央と前記前方ランドの中央とを通る軸線上の前記小型ランドと前記前方ランドとの間隙をＤａ、前記小型ランドの中央と前記後方ランドの中央とを通る軸線上の前記小型ランドと前記後方ランドとの間隙をＤｂ、前記小型ランドのランドサイズをＤｓ、前記前方ランドおよび前記後方ランドのランドサイズをＤとしたとき、前記Ｄａは前記Ｄｓの２倍以上かつ前記Ｄの３分の１以下であり、さらに、前記Ｄｓは２０μｍ以上かつ１００μｍ以下であり、さらに、前記Ｄｂは前記Ｄｓの３倍以上かつ前記Ｄの半分以下であることを特徴とする回路基板のランド構造。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の回路基板のランド構造を有することを特徴とする回路基板。
6. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の回路基板のランド構造を有する回路基板と、前記回路基板にフローはんだ接続される挿入実装部品を含む実装部品とを有することを特徴とする実装構造体。

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