JP5832607B1 - プリント配線板 - Google Patents

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Abstract

【課題】溶融はんだへの浸漬によるはんだ付けにおいて、良好なはんだ濡れ上がりを確保しながら、ピン間に高密度な配線が可能なプリント配線板を提供する。【解決手段】プリント配線板５０は、導電性めっきにより内壁が被覆され、電子部品のリードが挿入され、溶融はんだへの浸漬により、はんだ付けされる３つ以上のスルーホール５１，５２，５３を有し、前記３つ以上のスルーホールにおいて、隣接するスルーホールの数が多い該スルーホールのスルーホール径が、少ないスルーホールのスルーホール径以下であることを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、溶融はんだへの浸漬によるはんだ付けにおいて、良好なはんだ濡れ上がりを確保しながら、ピン間に高密度な配線が可能なプリント配線板に関する。
近年の環境問題に対する意識の向上から、従来の有鉛はんだから無鉛はんだへの転換が進んでいる。しかし無鉛はんだは、有鉛はんだと比べ融点が上昇するため、リード挿入部品の実装において、従来と同じプリント配線板の設計では、十分なはんだ濡れ上がりを確保できないという問題がある。
上記問題を解決する技術として以下のような特許文献がある。
特許文献１では、対象となるピンの周辺に、伝熱用の電気的に浮いたスルーホールを設け、はんだ付け時にそのスルーホールに入ったはんだからの伝熱で濡れ上がりを改善するプリント配線板が開示されている。図５は特許文献１を説明する図であり、プリント配線板１０の電子部品が装着される面を見た図である。図５（ａ）は伝熱用スルーホールが設けられたプリント配線板、図５（ｂ）は伝熱用スルーホールが設けられていないプリント配線板を示す図である。図５（ａ）は伝熱用スルーホール１４からの伝熱でプリント配線板１０が温められることを図示している。色が濃い箇所ほど高温となっている。
プリント配線板１０に部品外形１６で示される電子部品が装着される。電子部品に備わったリードが挿入されるスルーホール１２と伝熱用スルーホール１４が設けられている。伝熱用スルーホール１４は電気的に孤立しており、はんだ付けの際、伝熱用スルーホール１４に充填されたはんだによりプリント配線板１０が加温され、スルーホール１２の良好な濡れ上がりを達成できる。
特許文献２では、端ピン以外のスルーホールは長円とする事ではんだを充填しやすくし、端ピンは熱伝導用スルーホールを設けて濡れ上がりを確保するプリント配線板が開示されている。図６は特許文献２を説明する図である。プリント配線板２０には、装着される電子部品に備わった複数のリードのうち、端側のリードが挿入される端側スルーホール２４と、中側のリードが挿入される中側スルーホール２２と、伝熱用スルーホール２６が設けられている。端側スルーホール２４の近傍に伝熱用スルーホール２６を設けることで、はんだ付けの際、伝熱用スルーホール２６に充填されたはんだにより、プリント配線板２０を加温し、良好な濡れ上がりを達成できる。この文献の技術では、端側スルーホール２４以外の中側スルーホール２２は長円形状とし、中側スルーホール２２へのはんだ流入量を増やすことで、良好な濡れ上がりを達成している。
特許文献３では、はんだ面側のランドを拡大しランドに当たるはんだからの熱供給を増やして濡れ上がりを確保するプリント配線板が開示されている。図７は特許文献３を説明する図である。
プリント配線板３０のプリント配線板材料３３に設けられたスルーホール３１には、部品面ランド３２とはんだ面ランド３４が設けられている。スルーホール３１には部品リード３６が挿入される。はんだ面ランド３４の面積を部品面ランド３２より大きくすることで、はんだからランドへ供給される熱量を増加しスルーホール３１を加温し、良好な濡れ上がりを達成している。
特許文献４では、スルーホールの開口面積をリード断面積の４倍以上とすることで濡れ上がりを確保するプリント配線板が開示されている。図８は特許文献４を説明する図である。プリント配線板４０にスルーホール４２が設けられている。スルーホール４２にはランド４４が設けられている。スルーホール４２にはリード４６が挿入される。スルーホール４２の断面積をリード４６の断面積の４倍以上とすることで、良好な濡れ上がりを達成する。
特許４６５０９４８号公報 特開２０１２−１４６９０３号公報 特開２００９−１３０２６２号公報 特開２００７−２３５０４４号公報
しかしながら、特許文献１、特許文献２は、熱伝導用のスルーホールを追加で設けるため、配線の引ける範囲が狭くなり、多ピン部品において、ピン間に高密度な配線を行うことが困難という欠点がある。特許文献３は、多ピンの部品においては、はんだ面側でランド間隙が狭くなるためブリッジ不良を誘発する問題がある。特許文献４は、全てのスルーホールをリード径に応じて拡大するため、プリント配線板に対する部品のがたつきが大きくなり、部品の位置決めが困難になる。また、多ピン部品においては、特許文献３と同様に、ランド間隙が狭くなるためブリッジ不良を誘発する問題がある。
そこで、本発明の目的は、溶融はんだへの浸漬によるはんだ付けにおいて、良好なはんだ濡れ上がりを確保しながら、ピン間に高密度な配線が可能なプリント配線板を提供することである。
本願の請求項１に係る発明は、導電性めっきにより内壁が被覆され、複数の同一寸法のリードを有する電子部品の該リードが挿入され、溶融はんだへの浸漬により、はんだ付けされる３つ以上のスルーホールを有し、前記３つ以上のスルーホールにおいて該スルーホールのスルーホール径が２種類以上であり、かつ、隣接するスルーホールの数が多い該スルーホールのスルーホール径が、少ないスルーホールのスルーホール径以下であることを特徴とするプリント配線板である。
請求項２に係る発明は、前記隣接するスルーホールの数は、基準とするスルーホールに対して、スルーホール間の中心距離が最も短い関係にあるスルーホールの数であることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板である。
本発明により、溶融はんだへの浸漬によるはんだ付けにおいて、良好なはんだ濡れ上がりを確保しながら、ピン間に高密度な配線が可能なプリント配線板を提供できる。
プリント配線板に設けられたスルーホールにおけるはんだの濡れについて説明する図である。 隣接するスルーホールからの伝熱を説明する図である。 本発明の実施形態を説明する図である。 斜め方向にリードが配列された部品を装着するプリント配線板を説明する図である。 特許文献１を説明する図である。 特許文献２を説明する図である。 特許文献３を説明する図である。 特許文献４を説明する図である。
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
本発明は、複数のリードが同一寸法である電子部品を装着する場合に、前記リードが挿入されるスルーホールのスルーホール径について規定したプリント配線板に関連する。プリント配線板には、多ピンの電子部品を装着するために、狭い領域にピン数に応じたスルーホールが配置される。スルーホールの内面は導電性めっきにより被覆されている。スルーホールに充填されるはんだでプリント配線板が温められるため、断面積が小さい細いスルーホールでもはんだの濡れ上がりの確保が容易になる。これを利用し、電子部品に備わった対象となるピン（リード）の周囲のピン配置（リード配置）に応じて、プリント配線板に設けられたスルーホール径を変更し、はんだの濡れ上がりの確保と高密度配線を両立する。これによって、はんだブリッジや部品のがたつきを抑え、高密度実装の妨げにならず、はんだの濡れ上がりを確保できる。
電子部品のリードを挿入するスルーホールを有するプリント配線板において、一般的に、表面実装型電子部品を実装するリフロー工程が行われた後、コネクタやソケットなどの電子部品などの挿入型電子部品を実装する浸漬はんだ付け工程が行われる。この浸漬はんだ付け工程では、プリント配線板上に予め実装する挿入型電子部品のリードをスルーホールに挿入して、はんだ槽内の溶融はんだとプリント配線板のはんだ接合面とが接触するようにプリント配線板をはんだ槽内で移動させ、スルーホール内にはんだが充填されるようにして、電子部品を実装する。
図１はプリント配線板に設けられたスルーホールにおけるはんだの濡れについて説明する図である。図１には、はんだ槽の溶融はんだに浸漬してはんだ付けを行う際の、スルーホールにはんだが充填される様子を、はんだとスルーホール内壁に働く表面張力の時間変化とを併せて示されている。
（１）ウェーブソルダリングであれば噴流の圧力、ディップソルダリングであればプリント配線板を浸漬した深さに応じたはんだの圧力により、はんだがスルーホール内に入る。入る量は、上記圧力とスルーホール内壁と溶融はんだの表面張力のバランスによる。
（２）はんだの圧力に対抗する形で働く表面張力が低下し、スルーホール内壁にはんだが濡れ始める。
（３）表面張力は、はんだの圧力に対応する方向から、スルーホール内壁を濡れ広がる方向に逆転し、スルーホール内壁をはんだが濡れ上がる。
上記の（１）において、はんだがスルーホール内に入り込む力はスルーホールの水平方向の断面積によるため、スルーホールの断面積が大きいとはんだが多く入り込む。スルーホール内に入ったはんだは、スルーホール内壁を通してプリント配線板に熱を奪われるが、（１）においてスルーホール内に入り込んだはんだ量が多ければ、はんだの温度の低下は少ない。
はんだの温度は（１）〜（３）までの工程が完了する時間に影響し、温度が高いほど時間は短くなる。はんだ付けの時間は部品の耐熱等から上限があり、（３）が完了するまでの時間が短ければ、部品の耐熱によるはんだ付け時間の上限を超えることなく、はんだが濡れ上がるケースが多くなる。よってスルーホールの断面積が大きいほうが、はんだの濡れ上がりの点で有利となる。
図２は隣接するスルーホールからの伝熱を説明する図である。浸漬はんだ付けにおいて、充填されたはんだにより、プリント配線板８０のスルーホール８１の内壁めっきを通じてスルーホール周辺の基材が温められる。スルーホール８１が多く隣接する箇所では、この効果によりプリント配線板が温められやすいため、断面積が小さなスルーホールでも良好な濡れ上がりを達成できる。スルーホール８１からの伝熱でプリント配線板が温められるイメージ図（プリント配線板上面より）：色が濃い箇所ほど高温である。符号８２は部品外形を示す。
図３は本発明の実施形態を説明する図である。図３（ａ）は２．５４ｍｍピッチコネクタのピン（リード）に対応して設けられた複数のスルーホールをプリント配線板の上面から見た図である。プリント配線板５０には、２．５４ｍｍピッチのコネクタに備わった複数のリードを挿入するためのスルーホールが設けられている。符号５４はコネクタの部品外形を示す。
図３（ａ）に示すように、プリント配線板５０には、コネクタのリードが挿入されるスルーホールで、隣接するスルーホールが２個であるスルーホール５１、隣接するスルーホールが３個であるスルーホール５２、隣接するスルーホール４個であるスルーホール５３が設けられている。
図３（ａ）に示すコネクタに対応してプリント配線板５０にスルーホールを設ける場合、隣接するスルーホールの数が増える毎に、良好なはんだ濡れ上がりを確保しながら、スルーホール径を１０％縮小する。スルーホール５１のスルーホール径を１とすると、スルーホール５２のスルーホール径は０．９、スルーホール５３のスルーホール径は０．８１に縮小できる。なお、縮小率１０％は一例である。
スルーホールの位置精度や部品のリードのピッチ精度が悪いと、断面積が小さく細いスルーホールへ部品のリードを挿入することが困難な場合がある。この場合、スルーホール５１のスルーホール径を１とすると、スルーホール５２のスルーホール径を０．９、スルーホール５３のスルーホール径を０．９としてもよい。このように、本発明の実施形態のプリント配線は、リードが挿入される隣接するスルーホールの数が多いスルーホール径と少ない数のスルーホールのスルーホール径と等しい場合を含む。
図３（ｂ）は２．５４ｍｍピッチソケットのピン（リード）に対応して設けられた複数のスルーホールをプリント配線板の上面から見た図である。プリント配線板６０には、２．５４ｍｍピッチのソケットに備わった複数のリードを挿入するためのスルーホールが設けられている。符号６４はソケットの部品外形を示す。
図３（ｂ）に示すように、プリント配線板６０には、ソケットのリードが挿入されるスルーホールで、隣接するスルーホールが１個であるスルーホール６１、隣接するスルーホールが２個であるスルーホール６２、隣接するスルーホール３個であるスルーホール６３が設けられている。
図３（ｂ）に示すソケットに対応してプリント配線板６０にスルーホールを設ける場合、隣接するスルーホールの数が増える毎に、良好なはんだ濡れ上がりを確保しながら、スルーホール径を１０％縮小する。スルーホール６１のスルーホール径を１とすると、スルーホール６２のスルーホール径は０．９、スルーホール６３のスルーホール径は０．８１に縮小できる。なお、縮小率１０％は一例である。
上述したように、本発明の実施形態の配線板は図３に示されるように、プリント配線板５０は、導電性めっきにより内壁が被覆され、複数の同一寸法のリードを有する電子部品の該リードが挿入され、溶融はんだへの浸漬により、はんだ付けされる３つ以上のスルーホールを有し、前記３つ以上のスルーホールにおいて該スルーホールのスルーホール径が２種類以上であり、かつ、隣接するスルーホールの数が多い該スルーホールのスルーホール径が、少ないスルーホールのスルーホール径以下であることを特徴とする。そして、前記隣接するスルーホールの数は、基準とするスルーホールに対して、スルーホール間の中心距離が最も短い関係にあるスルーホールの数であることを特徴としている。
コネクタとソケットのような電子部品に備わった複数のリードは、一定のピッチで規則的に配列されている。配列の方向は縦、横以外に、斜め方向の部品もある。図４は斜め方向にリードが配列された部品を装着するプリント配線板を説明する図である。本発明において、隣接するスルーホールとは、上記の規則的に配列されるリードを挿入するスルーホールのうち、対象となるスルーホールに挿入されるリードに対し、最近接の関係にあるリードを挿入するスルーホールである。
図４に示すように、プリント配線板９０には、コネクタのリードが挿入されるスルーホールで、隣接するスルーホールが１個であるスルーホール９１、隣接するスルーホールが２個であるスルーホール９２、隣接するスルーホール４個であるスルーホール９３が設けられている。符号９４は部品外形を示す。
１０ プリント配線板
１２ スルーホール
１４ 伝熱用スルーホール
１６ 部品外形

２０ プリント配線板
２２ 中側スルーホール
２４ 端側スルーホール
２６ 伝熱用スルーホール

３０ プリント配線板
３１ スルーホール
３２ 部品面ランド
３３ プリント配線板材料
３４ はんだ面ランド
３５ はんだ
３６ 部品リード

４０ プリント配線板
４２ スルーホール
４４ ランド
４６ リード

５０ プリント配線板
５１ スルーホール
５２ スルーホール
５３ スルーホール
５４ 部品外形

６０ プリント配線板
６１ スルーホール
６２ スルーホール
６３ スルーホール
６４ 部品外形

７０ プリント配線板材料
７１ スルーホール
７２ スルーホールランド
７３ はんだの圧力

８０ プリント配線板
８１ スルーホール
８２ 部品外形

９０ プリント配線板
９１ スルーホール
９２ スルーホール
９３ スルーホール
９４ 部品外形

Claims (2)

  1. 導電性めっきにより内壁が被覆され、複数の同一寸法のリードを有する電子部品の該リードが挿入され、溶融はんだへの浸漬により、はんだ付けされる３つ以上のスルーホールを有し、
    前記３つ以上のスルーホールにおいて該スルーホールのスルーホール径が２種類以上であり、かつ、隣接するスルーホールの数が多い該スルーホールのスルーホール径が、少ないスルーホールのスルーホール径以下であることを特徴とするプリント配線板。
  2. 前記隣接するスルーホールの数は、基準とするスルーホールに対して、スルーホール間の中心距離が最も短い関係にあるスルーホールの数であることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板。
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