JP6261438B2 - プリント配線基板およびプリント回路の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、プリント配線基板およびプリント回路の製造方法に関する。

プリント回路は、基板上に形成されるプリント配線パターンと、プリント配線パターンに連続して形成される複数のランドと、ランドに半田付けされる電子部品とを備える。プリント回路の製造方法を述べると、ランドに半田を印刷し、電子部品の電極がランド上に位置するようにして電子部品をマウントし、基板全体または電極周辺を加熱して半田を溶かし、電子部品をランドに半田付けする。

予め塗布した半田を後から加熱して溶かすことで電子部品を半田付けするリフローにおいて、ランドと電子部品の電極との間に十分な半田を確保し、確実な半田接続を図ろうとする技術は知られている（特許文献１，２，３，４）。

特開平７−１３１１３９号公報 特開２００９−５４８４６号公報 特開２０００−１２４５８８号公報 特開昭６０−８６８９２号公報

プリント配線基板を形成する場合、ランドに対応する開口部が形成されたメタルマスクをプリント基板上に置き、スキージを用いて半田ペーストをメタルマスクの上から塗り込んでいくことにより、ランド上に半田を印刷する。ランドが例えば環状、矩形状などの閉じた形状を有する場合、メタルマスクには複数の開口部を離散的に形成する。従って、閉じた形状のランド上には、半田が分割して印刷される。

分割された半田上に電子部品をマウントしてリフローする場合、半田と半田の間の隙間の空気が逃げ場を失うとボイドが発生し、ボイドのために半田が十分に広がることができず、いわゆる半田切れを生じるおそれがある。また、ボイドによって電子部品が傾いたり、電子部品とランドの間から外部に押し出された半田によりブリッジが形成されたりするおそれもある。

半田内にボイドが残ったり、半田切れが部分的に生じたりした場合でも、電気的特性が大きく変化しないのであれば、特に問題とならない場合もあり得る。逆に例えば、音を取り込むマイクロフォン周辺のランド上に半田切れなどが存在すると、半田切れを生じた箇所から外部の音を拾ってしまい、音質が低下するおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、その目的は、ランドへの電子部品の半田付けの信頼性を向上できるようにしたプリント配線基板およびプリント回路の製造方法を提供することにある。本発明の他の目的は、半田切れなどの発生を抑制してランドに電子部品を半田付けすることができ、電子部品の検出部による検出精度を向上できるようにしたプリント配線基板およびプリント回路の製造方法を提供することにある。

本発明の一つの観点に係るプリント配線基板は、基板本体上に設けられ、閉じた形状の第１ランド部と、第１ランド部に接続され、第１ランド部を取り囲むようにして基板本体上に設けられる第２ランド部と、第２ランド部に接続され、第１ランド部および第２ランド部上に搭載される所定の電子部品の外形よりも外側に突出するようにして基板本体上に設けられる第３ランド部と、を備える。

所定の電子部品は、第１ランド部に対応する位置に、所定の物理量を検出するための検出部が設けられてもよい。

第２ランド部は、所定の電子部品の電極部のうち第２ランド部に対応する電極部の幅寸法よりも大きい幅寸法を有するように形成されてもよい。

第２ランド部の外側には半田内の気体を逃がすための空間が形成されてもよい。

第１ランド部は、所定の電子部品の電極部のうち第１ランド部に対応する電極部の幅寸法と一致する幅寸法を有するように形成されてもよい。

検出部はマイクロフォンであり、第２ランド部により取り囲まれた領域に位置して基板本体に形成される貫通穴を介して、所定の物理量としての音を検出してもよい。

本発明の一つの観点にかかるプリント回路の製造方法では、基板本体上に、閉じた形状の第１ランド部と、第１ランド部に接続され、第１ランド部を取り囲む第２ランド部と、第２ランド部に接続され、第１ランド部および第２ランド部上に搭載される所定の電子部品の外形よりも外側に突出する第３ランド部とを形成し、少なくとも第１ランド部および第２ランド部に半田を印刷し、第１ランド部および第２ランド部上に所定の電子部品を搭載し、所定の電子部品を搭載した基板本体を加熱することで半田を溶かし、所定の電子部品を第１ランド部および第２ランド部に半田付けする。

第１実施例に係るプリント配線基板の平面図。 プリント配線基板に半田を印刷した状態を示す平面図。 リフロー後の半田の状態を電子部品を除いた状態で示す平面図。 図３中の矢示ＩＶ−ＩＶ方向から見た製造工程の一部を示す説明図。 図２中の矢示Ｖ−Ｖ方向から見た製造工程の一部を示す説明図。 図５に続く説明図。 第２実施例に係るプリント配線基板の平面図。 第３実施例に係るプリント配線基板の平面図。

本実施形態では、以下に詳述する通り、プリント配線基板１は、所定の電子部品４を接続するためのランド部を有する。ランド部は、閉じた形状の第１ランド部２１と、第１ランド部２１に接続され、第１ランド部２１を取り囲むようにして設けられる第２ランド部２２と、第２ランド部２２に接続され、第１ランド部２１および第２ランド部２２上に搭載される所定の電子部品４の外形よりも外側に突出するようにして設けられる第３ランド部２３Ｅ，２４Ｅと、を備える。所定の電子部品４は、例えば、マイクロフォン４２を有するマイクロフォンチップとして形成することができる。以下、本実施形態を詳細に説明する。

図１は、プリント配線基板１の平面図である。プリント配線基板１は、フレキシブル基板、リジット基板、リジットフレキシブル基板として形成してもよい。プリント配線基板１は、片面基板、両面基板、多層基板のいずれであってもよい。

プリント配線基板１には、少なくともその一方の面に、銅箔や金箔などの導電性材料からなるランド部２が設けられている。ランド部２は、マイクロフォンチップ４のケース４０（図４で後述）と接続するためのケース用ランド２２と、マイクロフォンチップ４の下面の所定位置に設けられるマイクロフォン４２（図５で後述）を取り囲むようにして設けられるマイク用ランド２１とを含む。マイク用ランド２１は「第１ランド部」の例であり、ケース用ランド２２は「第２ランド部」の例である。これらマイク用ランド２１およびケース用ランド２２は、グランド電位を取るためのランドとして形成されている。

ケース用ランド２２は、図１において縦方向に配置される２つのランド２３と横方向に配置される２つのランド２４とから全体として矩形状をなすように形成されている。縦方向のランド２３の両端は、横方向のランド２４の縁部から外側に向けて突出する突出部２３Ｅとなっている。同様に、横方向のランド２４の両端は、縦方向のランド２３の縁部から外側に向けて突出する突出部２４Ｅとなっている。

換言すれば、縦横のランド２３，２４を井桁に組むことにより、ケース用ランド２２は構成されている。縦横のランド２３，２４の両端部の突出部２３Ｅ，２４Ｅは、「第３ランド部」の例である。後述のように、リフロー時に、突出部２３Ｅ，２４Ｅへマイク用ランド２１およびケース用ランド２２で余った半田が流れ込む。

マイク用ランド２１は、一対の縦方向ランド２３のうち一方の縦方向ランド２３（例えば図１中の左側のランド２３）に連続して、略円環状に形成されている。マイク用ランド２１は、プリント配線基板１の裏面（図１に示す面と逆側の面）から音を取り込むための音取り入れ穴１Ｈを環状に取り囲むようにして形成されている。マイクロフォンチップ４のマイク４２が音取り入れ穴１Ｈに位置するようにして、マイクロフォンチップ４はプリント配線基板１に搭載される。

ケース用ランド２２の内側には、マイク用ランド２１に対向するようにして、複数の（例えば４個の）端子用ランド２５が設けられている。各端子用ランド２５は、マイクロフォンチップ４の入出力端子（不図示）に接続される。

図１では、マイクロフォンチップ４の外形（ケース４０の外形）を二点鎖線で示す。突出部２３Ｅ，２４Ｅは、マイクロフォンチップ４の外形線よりも外側に突出して形成されている。一方、図１では、例えばカバーレイフィルムまたはレジストなどのカバー部材５の縁部を一点鎖線で示す。カバー部材５は、ケース用ランド２２との間に空間５０を確保するために、ケース用ランド２２から所定寸法離れて設けられている。また、縦方向ランド２３の突出部２３Ｅと横方向ランド２４の突出部２４Ｅとで挟まれた領域にも、空間５０が形成されている。ケース用ランド２２の外側などに設けられる空間５０は、半田内のボイドを外部に排出するための空間である。なお、ケース用ランド２２で囲まれた内側領域には、空間５１が形成されている。

図２は、プリント配線基板１のランド部２にペースト状の半田を印刷した状態を示す平面図である。例えば、スキージを用いてペースト状の半田をメタルマスクの上から塗り込むことで、ランド部２の表面には分割状態の半田３１が形成される。

縦方向の突出部２３Ｅと横方向の突出部２４Ｅとの交差する領域にも、半田３２が形成されている。半田３１と半田３１の間と、半田３１と半田３２の間にはそれぞれ隙間Ｓが形成されている。

縦方向ランド２３および横方向ランド２４には分割状態の半田３１を形成する必要があるが、縦方向ランド２３の突出部２３Ｅと、横方向ランド２４の突出部２４Ｅには、状況に応じて半田３２を印刷すればよく、常に半田を印刷する必要はない。例えば、ランドが銅で形成されている場合は、突出部２３Ｅ，２４Ｅに防錆加工を施すべく、突出部２３Ｅ，２４Ｅにも半田３２を印刷する。これに対し、ランドが金で形成されている場合は、突出部２３Ｅ，２４Ｅに防錆加工を施す必要がないため、突出部２３Ｅ，２４Ｅに半田３２を印刷する必要はない。

マイク用ランド２１には、周方向に離間して半田３３が印刷される。半田３３と半田３３の間には隙間Ｓが形成される。端子用ランド２５には、その全体を覆うようにして半田３４が形成される。端子用ランド２５は面積が小さいため、半田を分割して印刷する必要はない。隙間Ｓは、メタルマスクを用いて半田をスクリーン印刷するために生じるものであり、もしも無くせるのであれば無くてもよい。なお、以下の説明では、分割状態の個々の半田を区別しない場合、半田３と呼ぶ。

図３は、プリント配線基板１上にマイクロフォンチップ４をマウントしてリフローした場合の、半田の状態を示す説明図である。詳細は後述するが、マイクロフォンチップ４をマウントしたプリント配線基板１をリフロー工程に送ると半田が溶けて、マイクロフォンチップ４は自重で沈降し、その過程でマイクロフォンチップ４とマイク用ランド２１およびケース用ランド２２で余った半田が突出部２３Ｅ，２４Ｅに押し出される。リフロー工程において半田と半田の間の隙間Ｓにより形成されるボイドは、溶けた半田が繋がる過程で空間５０に向けて押し出される。

図４は、マイクロフォンチップ４とランド部２との関係と、リフロー工程においてマイクロフォンチップ４が半田３により半田付けされる様子を概略的に示す。図４は、例えば図３中の矢示ＩＶ−ＩＶ方向から見た図面であるが、カバー部材５は省略している。

図４（１）は、マイクロフォンチップ４をプリント配線基板１の所定の位置にマウントした状態を示す。ベースフィルムなどの基板本体１０には、ケース用ランド２２などのランド部２およびプリント配線パターン（図示せず）が形成されており、ランド部２にはペースト状の半田３が厚みｔ１を持って印刷されている。

マイクロフォンチップ４の下面には、マイク用ランド２１およびケース用ランド２２に対応するチップ側電極４１が形成されている。ケース用ランド２２の幅寸法Ｗ１は、チップ側電極４１の幅寸法Ｗ２よりも大きく設定されている（Ｗ１＞Ｗ２）。このため、ケース用ランド２２の幅方向両端は、例えば、それぞれ寸法ΔＷだけチップ側電極４１よりも広がっている（ΔＷ＊２＝Ｗ１−Ｗ２）。

上述の通りケース用ランド２２には、ペースト状の半田３がスクリーン印刷される。半田３の中には、微小な気泡３５が含まれている。この微小な気泡３５は、分割状態の半田間に存在する隙間Ｓの空気と共に、ボイドの原因となる。

図４（２）は、リフロー工程で半田３が溶融し、マイクロフォンチップ４が自重で溶融状態の半田３を押しつぶすようにして下降する様子を示す。半田３の一部は、チップ側電極４１に押されることで、ケース用ランド２２の幅方向両端側に向けて押される。その過程で、気泡３５はケース用ランド２２の周囲に画成された空間５０に放出される。また、図５および図６で後述するように、半田３の他の一部は、ケース用ランド２２を伝わって突出部２３Ｅ，２４Ｅに流入する。

図４（３）は、マイクロフォンチップ４が半田付けされた状態を示す。チップ側電極４１は厚みｔ２（＜ｔ１）の半田３によって半田付けされている。電極４１の両側では、押し出された半田３が盛り上がってフィレット３７を形成している。

図４では、ケース用ランド２２がチップ側電極４１よりも幅広に形成されていることを説明した。これに対し、マイク用ランド２１は、それに対応するチップ側電極４１と略同一の幅寸法に形成されている。音取り入れ穴１Ｈとマイクロフォン４２との位置決めのためである。

もしもマイク用ランド２１の幅寸法を対応するチップ側電極４１よりも大きくした場合は、半田が径方向へも移動するため、この半田の動きによりマイクロフォンチップ４のマイクロフォン４２の軸心が音取り入れ穴１Ｈの軸心からずれてしまう可能性がある。そこで、本実施例では、マイク用ランド２１の幅寸法は対応するチップ側電極４１の幅寸法と略同一に設定することで、マイクロフォン４２の位置が音取り入れ穴１Ｈに一致するようにしている。ただし、この場合でも、マイク用ランド２１上の半田３３は、ケース用ランド２２（詳しくは縦方向ランド２３）を介して突出部２３Ｅ，２４Ｅへ若干流動する。マイク用ランド２１で余った半田３３が突出部２３Ｅ，２４Ｅへ若干流動することで、マイクロフォンチップ４はマイク用ランド２１に引き寄せられ、チップ４とランド２１との距離が縮まり、毛細管力が増加する。隣接する半田３３同士は、毛細管力により吸引されて接触し、一体化する。これにより、マイク用ランド２１上の半田３３の隙間Ｓも無くなり、環状に連続した半田付けが実現する。

図５および図６は、プリント配線基板１にマイクロフォンチップ４を半田付けしてプリント回路を製造する工程を模式的に示す説明図である。図５および図６（５）は、例えば図２中の矢示Ｖ−Ｖ方向から見た断面図であり、図６（６）は、例えば図３中の矢示ＶＩ−ＶＩ方向から見た断面図であるが、いずれもカバー部材５は省略している。

図５（１）は、半田印刷前の状態を示す。図５（２）は、ランド部２に半田を印刷した状態を示す。上述の通り、ケース用ランド２２には、分割状態の半田３１，３１が印刷されており、突出部２４Ｅにも半田３２が印刷されている。

図５（３）は、半田を印刷した後のプリント配線基板にマイクロフォンチップ４をマウントする直前の状態を示す。図５（４）は、プリント配線基板にマイクロフォンチップ４をマウントした状態を示す。

図６（５）は、マイクロフォンチップ４をマウントしたプリント配線基板をリフロー工程に送った状態を示す。半田は溶融し始め、マイクロフォンチップ４は沈んでいく。その過程で、半田内の気泡３５や隙間Ｓの空気は、ケース用ランド２２の周囲に画成された空間５０に排出される。

図６（６）は、リフロー工程が終了した状態を示す。マイクロフォンチップ４が下降するにつれて、マイク用ランド２１およびケース用ランド２２で余る半田が突出部２３Ｅ，２４Ｅに押し出され、盛り上がり部３６を形成する。半田が突出部２３Ｅ，２４Ｅへ移動することに伴い、マイクロフォンチップ４は、マイク用ランド２１およびケース用ランド２２に引き寄せられる。マイクロフォンチップ４がランドに引き寄せられる過程で、チップ４とランドとの距離が縮まり、毛細管力が増して、半田と半田の隙間Ｓにも半田が広がっていく。

ここで上述の通り、マイクロフォン４２の周囲の電極４１はマイク用ランド２１に引き寄せられ、マイクロフォン４２の軸心と音取り入れ穴１Ｈの軸心とが略一致する。なお、マイクロフォン４２の位置が正確に決まればよく、他の部品との干渉などが生じない限り、ケース４０の位置が多少ずれても構わない。音質に影響はないためである。

このように構成される本実施例によれば、環状のマイク用ランド２１と、マイク用ランド２１を取り囲むようにして設ける矩形状のケース用ランド２２と、マイクロフォンチップ４の外形よりも突出するようにしてケース用ランド２２に連続して形成される突出部２３Ｅ，２４Ｅとを備えるため、リフロー工程において、チップ４とランド部２との間の余分な半田３を突出部２３Ｅ，２４Ｅに導くことができる。従って、隣接する半田同士の隙間Ｓを無くすことができ、余分な半田３によりブリッジが形成されたり、いわゆる半田ボールが生じたりするのを防止できる。

特に、余分な半田３を突出部２３Ｅ，２４Ｅに導くことで、チップ４をランド部２に引き寄せてチップ４とランド部２との距離を縮めることができる。従って、チップ４とランド部２との間で働く毛細管力を強め、この毛細管力により隣接する半田同士の隙間Ｓに半田を導き、充填することができる。これにより、半田付けが途切れるのを防止でき、半田付けの品質を向上できる。

本実施例では、上述のようにマイク用ランド２１およびケース用ランド２２に半田の途切れやブリッジなどが生じるのを防止できるため、マイクロフォン４２が音取り入れ穴１Ｈを介して検出する音の品質を向上できる。

本実施例では、ケース用ランド２２の幅寸法Ｗ１を対応するチップ側電極４１の幅寸法Ｗ２よりも大きくする。このためリフロー工程において、ケース用ランド２２とチップ側電極４１の間の半田３をランド２２の幅方向に広げ、半田３が広がる過程で半田３内の気泡３５を外部に排出できる。従って、ボイドの発生を抑制できる。

本実施例では、ケース用ランド２２の外側とカバー部材５との間に空間５０を形成するため、リフロー工程において、隣接する半田間の隙間Ｓの空気を空間５０に排出することができる。そして、上述した突出部２３Ｅ，２４Ｅによる毛細管力の増大効果と、空間５０による隙間Ｓの空気排出効果とが相まって、ケース用ランド２２に半田切れが生じるのをより効果的に防止することができる。

本実施例では、マイク用ランド２１の幅寸法を対応するチップ側電極４１の幅寸法と略同一に設定するため、マイクロフォンチップ４のマイクロフォン４２をマイク用ランド２１上に正しく半田付けして、マイクロフォン４２と音取り入れ穴１Ｈの位置を合わせることができる。この位置決め効果と、マイク用ランド２１とマイクロフォンチップ４の電極４１との半田付けの品質向上効果とが相まって、マイクロフォン４２が検出する音の品質を高めることができる。この結果、プリント配線基板１にマイクロフォンチップ４を搭載したプリント回路の品質および信頼性が向上する。

図７を用いて第２実施例を説明する。本実施例を含む以下の実施例は、第１実施例の変形例に該当するので、第１実施例との相違を中心に説明する。図７は、本実施例に係るプリント配線基板１Ａの平面図である。

プリント配線基板１Ａのランド部２は、マイク用ランド２１と、ケース用ランド２２と、複数の突出部２６を備える。各突出部２６は、ケース用ランド２２の四隅に位置して、少なくとも一部がマイクロフォンチップ４の外形よりも外側に突出する略扇状に形成されている。このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。

図８を用いて第３実施例を説明する。本実施例のプリント配線基板１Ｂは、ケース用ランド２２の端部以外に、中間部に突出部２３Ｅ，２４Ｅ２を一体的に設けている。

さらに、本実施例では、ケース用ランド２２に、突出部を図８中の左右非対称に形成している。例えば、図中左側の縦方向ランド２３には、その中間部に突出部２３Ｅが形成されているが、右側の縦方向ランド２３の中間部には突出部が形成されていない。

横方向のランド２４に着目すると、図中の上下に位置する各ランド２４には、図中右側に位置し、縦方向ランド２３よりも外側に突出する突出部２４Ｅ１と、ランド２４の中間部から外側に突出する突出部２４Ｅ２とがそれぞれ一体的に形成されている。このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。例えば、突出部は、前記各実施例で述べた個数、形状、位置に限定されない。ケース用ランドに突出部を一つだけ設ける構成でもよいし、５つ以上設ける構成でもよい。突出部を有するケース用ランドは、対称性を備えてもよいし、備えなくてもよい。突出部の形状は、矩形状や扇状に限らず、三角形状、六角形状、楕円形状などの他の形状でもよい。

また、本実施例では、所定の物理量としての音を検出するマイクロフォンチップを例に挙げたが、これに代えて、温度や圧力などの他の物理量を検出するチップでもよい。

１，１Ａ，１Ｂ：プリント配線基板、２：ランド部、４：マイクロフォンチップ、５：カバー部材、１０：基板本体、２１：マイク用ランド、２２：ケース用ランド、２３Ｅ，２４Ｅ，２４Ｅ１，２４Ｅ２，２６：突出部、４１：チップ側電極、４２：マイクロフォン

Claims (5)

1. 基板本体上に設けられ、閉じた形状の第１ランド部と、
   前記第１ランド部に接続され、前記第１ランド部を取り囲むようにして前記基板本体上に設けられる第２ランド部と、
   前記第２ランド部に接続され、前記第１ランド部および前記第２ランド部上に搭載される所定の電子部品の外形よりも外側に突出するようにして前記基板本体上に設けられる第３ランド部と、
   を備え、
   前記第２ランド部は、前記所定の電子部品の電極部のうち前記第２ランド部に対応する電極部の幅寸法よりも大きい幅寸法を有するように形成されている、
   プリント配線基板。
2. 前記所定の電子部品は、前記第１ランド部に対応する位置に、所定の物理量を検出するための検出部が設けられている、
   請求項１に記載のプリント配線基板。
3. 前記第２ランド部の外側には半田内の気体を逃がすための空間が形成されている、
   請求項２に記載のプリント配線基板。
4. 前記第１ランド部は、前記所定の電子部品の電極部のうち前記第１ランド部に対応する電極部の幅寸法と一致する幅寸法を有するように形成されている、
   請求項２に記載のプリント配線基板。
5. 前記検出部はマイクロフォンであり、前記第２ランド部により取り囲まれた領域に位置して前記基板本体に形成される貫通穴を介して、前記所定の物理量としての音を検出するようになっている、
   請求項２〜４のいずれかに記載のプリント配線基板。

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