JP6727115B2 - 電子制御装置の配線基板 - Google Patents

Description

本発明は、挿入型電子部品が搭載された電子制御装置の配線基板に係り、特に、配線基板の貫通スルーホールのランド構造に関するものである。

近年、電子制御装置は高機能化による電子部品数が増加し、電子制御装置に使用される配線基板は高密度化している。配線基板には、貫通スルーホールに外部接続端子を挿入して、はんだ付けをする挿入型電子部品と、配線基板表面のランド上に、部品の電極をはんだ付けする表面実装型の電子部品とが混在して実装されている。これらの電子部品は、配線基板上の部品実装効率を向上させるために、小型化・挟ピッチ化が進んでいる。

なかでも、外部と電気的に接続するために使用される多ピンコネクタは、電子制御装置の機能によっては数百ピンを超える端子数があり、基板の大部分の実装面積を占める。

したがって、コネクタの端子を挟ピッチ化することで、配線基板上の実装面積を減らし、基板の面積を有効に使用できることになる。

挿入型コネクタの場合、コネクタの外部接続端子を貫通スルーホールに挿入して、溶融したはんだ槽内にはんだを噴流させ、噴流させた溶融はんだに配線基板を浸漬させるフローはんだ付け法が一般的である。図1はコネクタをフローはんだ付けする例を示す図であって、図2は従来の電子制御装置のランド構造を示す一部断面図である。図1のように、配線基板1の第2の面200の外部接続端子20に溶融はんだ60があたり、第2の面200から第1の面100へと貫通スルーホール3の中をはんだ6が濡れ広がることで、外部接続端子20と貫通スルーホール3が電気的に接続する。配線基板1の第2の面200は、溶けたはんだ噴流が直接あたることになるので、隣接する外部接続端子20の間ではんだブリッジが発生しやすい。はんだブリッジが発生するとショート不良となるため、手修正するなどの必要があった。このはんだブリッジの問題は、コネクタの端子間が挟ピッチ化していることにより、より顕著になっている。

はんだブリッジを抑制する手法として、例えば、特許文献1に記載の発明では、はんだの流れるランド列方向のランド幅を、ランド列に対して垂直方向のランド幅より短くするとともに、隣接するランドと対向する部位を円弧状に膨らんだ突出部をランドに設けることにより、はんだが隣のランドに移る際のはんだ切れのポイントが、面から点になるのではんだが切れやすく、ブリッジを抑制することができる構造が開示されている。

また、はんだブリッジを抑制する他の従来技術として、例えば、特許文献2に記載の発明では、先細り突起部が導体ランドの配列方向と直交する方向に延びるように形成され、かつ、導体ランドの配列方向にそって半円形状の切欠き部を備えることで、はんだ付けした際の先細り突起部が溶融はんだを引っ張り、切欠き部がこの引張を助長するので、隣り合うはんだブリッジを防止することができる構造が開示されている。

また、はんだブリッジを抑制する他の従来技術として、例えば、特許文献3に記載の発明では、ランドの対向する辺が平行な多角形で、すべての隅部に円弧状の凹部が設けられており、スルーホールの中心に方向にはんだを引き寄せて、近接するランド間にはんだブリッジが発生することが抑制することができる構造が開示されている。

特開2006−339685号公報 特開平7−254774号公報 特開2013−8864号公報

しかしながら、特許文献1に示す構造は以下の課題がある。すなわち、ランドがはんだの流れる一方向にのみ配列する電子部品に対しては有効であるが、多ピンコネクタのようにランドの垂直方向にもランドが配列する電子部品については考慮されておらず、はんだブリッジ対策としては不十分であった。

さらに、特許文献2に示す実装構造は、特許文献1と同じ課題がある。すなわち、先細り突起部がランドの並ぶ方向に対して垂直方向にあるために、垂直方向にもランドが配列する場合、はんだブリッジを対策としては不十分であった。

さらに、特許文献3に示す実装構造は、以下の課題がある。すなわち、隣り合うランドの辺が平行となるように配置されており、すべての隅部の円弧状の凹部が設けられているため、はんだとランドが接続するはんだ接続面積が小さくなることにより、はんだの接続寿命が低下し、はんだの接続信頼性に課題があった。

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、はんだブリッジを抑制し、はんだ接続信頼性の高いランド構造を有する電子制御装置の配線基板を提供することを目的としている

上記課題を解決するために、本発明は下記の電子制御装置の配線基板とする。

電子部品の外部接続端子が挿入される貫通スルーホールと、前記貫通スルーホールが複数近接して配置される配線基板と、前記貫通スルーホールと前記電子部品の外部接続端子とが、はんだにより電気的に接続された電子制御装置であって、前記電子部品を搭載する前記配線基板の第1の面において、隣接する前記貫通スルーホール上の前記はんだが接続するランド間の距離をXとし、前記配線基板の第1の面と対向する第2の面において、隣接する前記貫通スルーホール上の前記はんだが接続されるランド間の距離をYとすると、
X＜Yの関係が成り立つように、前記貫通スルーホールのランドを複数形成した。

以上述べたように、本発明によれば、挿入型電子部品を配線基板に搭載して、はんだ付けした際に、はんだブリッジが発生することを抑制し、はんだ接続信頼性に優れる配線基板を提供することができる。

コネクタをフローはんだ付けする例を示す図である。 従来の電子制御装置のランド構造を示す一部断面図である。 配線基板にコネクタを搭載した後の外部接続端子の配列の1例を示す図である。 本実施形態に係る電子制御装置の実施例1のランド構造を示す一部断面図である 本実施形態に係る電子制御装置の実施例1の第1の面のランド構造を示す部分平面 図である。 本実施形態に係る電子制御装置の実施例1の第2の面のランド構造を示す部分平面 図である 本実施形態に係る電子制御装置の実施例2の第2の面のランド構造を示す部分平面図である。 本実施形態に係る電子制御装置の実施例2の第2の面のランド構造を示す部分平面図であって、図7に示すランドの拡大図である。

本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

(実施例1)
本発明の実施例1について、図3から図6に基づいて説明する。図3は配線基板にコネクタを搭載した後の外部接続端子の配列を示す図である。図4は本実施形態に係る電子制御装置の実施例1のランド構造を示す一部断面図である。図5は本実施形態に係る電子制御装置の実施例1の第1の面のランド構造を示すのを示す部分平面図である。図6は本実施形態に係る電子制御装置の実施例1の第2の面のランド構造を示すのを示す部分平面図である。

配線基板1は、プリント配線板であり、2層以上で構成される銅張り積層板である。電子部品2は、外部と電気的に接続するための多ピンコネクタであり、本実施例1では外部接続端子20が48ピンある。図3に示すように、外部接続端子20は一方向だけではなく、コネクタに対して水平方向と垂直方向に複数配列しており、配線基板1は外部接続端子20の位置に対応した個所に、貫通スルーホール3が複数列配置している。外部接続端子20は、配線基板1の第1の面100から第2の面200の方向へ貫通スルーホール3に挿入され、配線基板1から突出している。

貫通スルーホール3は銅箔をエッチングして形成される金属導体5に、ドリル加工で貫通孔30を形成し、銅めっき8をすることで層間の導体層を電気的に接続する。

コネクタ2を搭載する配線基板1の第1の面100には金属導体5aが、コネクタ2の外部接続端子20をはんだ付けする配線基板1の第2の面200には、金属導体5bがあり、金属導体5aと金属導体5bの直径は、略同一になっている。金属導体5の径は貫通孔30の穴径に依存するが、ドリルの位置ずれを考慮し、製造上必要なドリルで穴をあけた後の導体の残り代(アニュラリング)と、必要なはんだ接続面積を考慮して適宜、決定すればよい。

これは、金属導体5の面積を配線基板1の両面で等しくすることで、熱が一様に広がりやすくなり、貫通スルーホール3内のはんだあがりが良くなるためである。

金属導体5a、5bには一部金属部を被覆するようにソルダレジスト4が塗布されており、ソルダレジスト4が塗布されていない金属導体5の領域がランド7であり、はんだ6が接続する面積になる。第1の面100のランド間の距離をXとし、第2の面200のランド間の距離をYとすると、X＜Yの関係が成り立つように貫通スルーホール3のランド7が形成されている。

したがって、はんだ6が塗布される第2の面200のランド7の間の距離を広げることができるため、はんだブリッジを抑制することができる。本実施例1のように、ソルダレジスト4は金属導体5にかかるように塗布された、いわゆるオーバレジストになっている方が、金属導体5が基板基材から剥離するいわゆる、ランド剥離を防止する観点から望ましい。前述のように金属導体5aと5bは同一径であるので、ランド間の距離X、Yはオーバレジスト部40の距離(金属導体上に塗布されたレジストの距離)で決まる。すなわち、ランド間の距離をX＜Yにするには、第1面のオーバレジストの距離40aより、第2面のオーバレジストの距離40bを大きくすればよい。

第2面のオーバレジストの距離40bを大きくすると、第2面のランド7bのはんだ接続面積は小さくなるが、第1面のランド7aのはんだ接続面積を相対的に大きくし設定しているため、熱応力などの外力が作用しても、はんだ接続寿命が低下せずに、はんだ接続信頼性が高い配線基板とすることができる。

なお、貫通孔30の穴にはソルダレジスト4が入らないように、貫通孔30の穴壁面から少なくとも0.1mm以上離れたところに塗布することが好ましい。ソルダレジスト4は印刷法もしくは、静電スプレー法により配線基板1に塗布されるが、ソルダレジスト4が貫通孔30の穴に入ると、基板洗浄時の洗浄液などが貫通孔30内に溜り、マイグレーションなどの要因となる。

以上、本実施例における配線基板は、はんだ付けの際に、はんだブリッジを抑制することができて、かつ、はんだ接続信頼性が高い。

(実施例2)
本実施形態に係わる第2の実施例を、図7と図8に基づいて説明する。図7は本実施形態
に係る電子制御装置の実施例2の第2の面のランド構造を示す部分平面である。図8は本実施形態に係る電子制御装置の実施例2の第2の面のランド構造を示す部分平面図であって、図7に示すランドの一部拡大図である
実施例1との違いは、配線基板1の第2面200において、貫通スルーホール3の中心からソルダレジスト4までの距離が相対的に長い第1の領域9と、貫通スルーホール3の中心から、ソルダレジスト4までの距離が相対的に短い第2の領域10とを有するランドを設けたことである。

図7のように、貫通スルーホール3の水平方向、及び、垂直方向には、貫通スルーホール3の中心から、ソルダレジスト4までの距離が相対的に短い第2の領域10を形成している。したがって、はんだが塗布される第2の面200のランド間の距離Yを広げることができるため、はんだブリッジを抑制することができる。

また、貫通スルーホール3の対角方向は、ソルダレジスト4までの距離が相対的に長い第1の領域9を形成している。したがって、貫通スルーホール3の対角方向に関しては、はんだ6が接続する面積が増え、はんだ6が確実にランド7bに濡れ広がる構造とすることができる。しかし、貫通スルーホール3の対角方向は水平方向、及び、垂直方向のランド間隔と比較すると、もともと距離が離れているため、はんだブリッジは発生しにくい。

ソルダレジスト4までの距離が相対的に短い第2の領域10は、ソルダレジスト4が位置ずれを起こした場合、ほとんど、はんだ3がランド7bに接続する面積が無くなる可能性がある。しかし、貫通スルーホール3の対角方向は、ソルダレジスト4までの距離が相対的に長い第1の領域9によって、はんだ6が確実にランド7bを濡れる構造となっているので、はんだ濡れ性の検査が可能になり、はんだ付け性の品質が向上する。したがって、第2の領域10は通孔30の穴にソルダレジスト4が入らないぎりぎりまで、ソルダレジスト4を塗布することが可能であり、第2の面200のランド間の距離Yをより広げることができる。

以上、このように作製した電子制御装置の配線基板は、はんだ付けの際に、はんだブリッジを抑制することができて、かつ、はんだ接続信頼性が高い。

本発明の電子制御装置の配線基板は、要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を実施することができる。例えば、上記した実施例は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換することが可能である。たとえば、電子部品2はコネクタではなく、挿入型のコンデンサ、トランジスタ、ダイオードなどの電子部品や、はんだ付けする挿入型の構造部品であってもよい。また、電子部品2は複数の端子サイズ、複数のピッチサイズがある部品であっても構わない。また、ランド間の距離XとYは部分的にでもX＜Yになっていれば良く、はんだブリッジとはんだ接続信頼性の観点から、ランド間隔が決定されていればよい。

1 配線基板
2 電子部品(コネクタ)
20 外部接続端子
100 第1の面
200 第2の面
3 貫通スルーホール
30 貫通孔
P 貫通スルーホールのピッチ
4 ソルダレジスト
40 オーバレジスト部
5 金属導体
5a 第1面の金属導体
5b 第2面の金属導体
6 はんだ
60 溶融はんだ
7 ランド
7a 第1面のランド
7b 第2面のランド
8 銅めっき
9 第1の領域
10 第2の領域

Claims (2)

1. 電子部品の外部接続端子が挿入される貫通スルーホールと、
   前記貫通スルーホールが複数近接して配置される配線基板と、
   前記貫通スルーホールと前記電子部品の外部接続端子とが、はんだにより電気的に接続された電子制御装置であって、
   前記貫通スルーホールの金属導体は、前記配線基板の前記電子部品を搭載する第1の面に形成される直径と、前記第１の面と対向する第２の面に形成される直径とが略同一に形成されており、
   前記金属導体の一部をソルダレジストによって被覆することで前記はんだが接続されるためのランドが形成され、
   前記配線基板の前記電子部品を搭載する第1の面における、隣接する前記貫通スルーホール上の前記はんだが接続するランド間の距離をXとし、
   前記配線基板の前記第1の面と対向する第2の面における、隣接する前記貫通スルーホール上の前記はんだが接続するランド間の距離をYとすると、
   X＜Yの関係が成り立つように前記第１の面の金属を被覆するソルダレジストの被覆距離と前記第２の面の金属を被覆するソルダレジストの被覆距離を異ならせることで、前記貫通スルーホールのランドが複数形成されていることを特徴とする電子制御装置の配線基板。
2. 請求項１記載の電子制御装置の配線基板において、前記第2の面は前記貫通スルーホールの中心から、前記ソルダレジストまでの距離が相対的に長い第1の領域と、前記貫通スルーホールの中心から、前記ソルダレジストまでの距離が相対的に短い第2の領域とを有するランドが形成されていることを特徴とする電子制御装置の配線基板。

Images