JP6915582B2 - プリント配線基板および半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、プリント配線基板および半導体装置に関する。

従来、プリント基板のはんだ付け方法として、ディップはんだ装置を用いてリード端子とプリント基板をはんだ付けする方法が知られている。このとき、はんだ槽からの熱によりプリント基板の反りが発生する場合がある。この反りを抑制するため、プリント基板搬送用コンベアの搬送レ−ルと平行にプリント基板に対向させて反り止め金具を設けることがある。

特許文献１には、反り止め金具近傍の赤目等のはんだ付け品質の低下を抑制するように、プリント基板のはんだ付け面と対向する部分に融解されたはんだの流動性を遮らない構造を持つ反り止め金具が開示されている。この反り止め金具には、プリント基板のはんだ付け面と対向する部分に複数の凹部が設けられる。

特開２０１７−９８３１３号公報

しかしながら、反り止め金具の形状を変更するには手間が掛かる。さらに、製品により反り止め金具の形状を調整する必要が生じるおそれがあり、製造コストが上昇する可能性がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、はんだ付け品質の低下を抑制できるプリント配線基板および半導体装置を得ることを目的とする。

本発明に係るプリント配線基板は、主面にフローはんだ装置の反り止め金具と接触する領域である実装禁止領域が設けられた基板と、該主面に設けられ、４方向リードフラットパッケージＩＣをはんだ付けするための四角形の４辺上に並んだ複数のはんだ付けランドを有するはんだ付けランド群と、を備え、該はんだ付けランド群のうち該実装禁止領域に最も近い部分と該実装禁止領域との距離は１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。

本発明に係る半導体装置は、主面にフローはんだ装置の反り止め金具と接触する領域である実装禁止領域が設けられた基板と、該主面に設けられ、四角形の４辺上に並んだ複数のはんだ付けランドを有するはんだ付けランド群と、該はんだ付けランド群に接合された４方向リードフラットパッケージＩＣと、を備え、該４方向リードフラットパッケージＩＣのうち該実装禁止領域に最も近い部分と該実装禁止領域との距離は１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。

本発明に係るプリント配線基板および半導体装置では、はんだ付け品質の低下を抑制できる。

実施の形態１に係る半導体装置の平面図である。 実施の形態１のフローはんだ装置の正面図である。 実施の形態１のフローはんだ装置の平面図である。 実施の形態１の第１の変形例に係る半導体装置の平面図である。 実施の形態１の第２の変形例に係る半導体装置の平面図である。 ４方向リードフラットパッケージＩＣの搭載位置を変更した場合のはんだブリッジ発生数を示す実験結果である。 ４方向リードフラットパッケージＩＣと反り止め金具との距離を変更した場合のはんだブリッジ発生数を示す実験結果である。

本発明の実施の形態に係るプリント配線基板および半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る半導体装置１０１の平面図である。半導体装置１０１はプリント配線基板１００と、プリント配線基板１００に接合された４方向リードフラットパッケージＩＣ１２を備える。図示は省略されているが、プリント配線基板１００に４方向リードフラットパッケージＩＣ１２以外の回路部品が設けられても良い。

プリント配線基板１００は、基板１０と、基板１０の主面１１に設けられたはんだ付けランド群２０を備える。はんだ付けランド群２０は、四角形の４辺上に並んだ複数のはんだ付けランド２１を有する。複数のはんだ付けランド２１は例えば銅箔から形成される。

はんだ付けランド群２０には４方向リードフラットパッケージＩＣ１２が接合されている。４方向リードフラットパッケージＩＣ１２は、図１に示されるはんだ付けの進行方向９に対して、１つの角部が先頭となり対角の角部が最後尾となるよう４５°傾斜してプリント配線基板１００に設けられる。

同様に、複数のはんだ付けランド２１は、はんだ付けの進行方向９に対して傾いた四角形の４辺上に並ぶ。つまり、はんだ付けランド群２０は、はんだ付けの進行方向９に対して傾いている。複数のはんだ付けランド２１には、４方向リードフラットパッケージＩＣ１２の複数のリードがそれぞれ接合される。ここで、図１では便宜上、複数のリードは省略されている。

はんだ付けの進行方向９は、噴流式はんだ付けにおけるプリント配線基板１００の進行方向である。進行方向９はＤＩＰ方向とも呼ばれる。本実施の形態では進行方向９は、基板１０の長辺と平行である。なお、本実施の形態において、「前方」は、はんだ付けの進行方向９を示し、「後方」は、進行方向９と逆の方向を示すものとする。

基板１０は長方形である。図１に示される寸法Ｌ１と寸法Ｌ２は、それぞれ基板１０の長辺と短辺の長さを示す。基板１０の主面１１には、実装禁止領域１４が設けられる。実装禁止領域１４は、後述するフローはんだ装置５０の反り止め金具５３と接触する領域である。つまり、実装禁止領域１４は、基板１０をはんだ噴流の中を移動させる際に、反り止め金具５３が通過し、反り止め金具５３に支持される部分である。

実装禁止領域１４は、主面１１のうち回路部品が設けられない部分である。つまり、実装禁止領域１４にはランドが設けられない。実装禁止領域１４は、プリント配線基板１００のうちはんだ付けの進行方向９に対して前方となる端部から後方となる端部まで形成される。実装禁止領域１４は帯状であり、はんだ付けの進行方向９と平行である。

次に、はんだ付けランド群２０の基板１０上の位置について説明する。寸法Ｌ３は、はんだ付けランド群２０のうち実装禁止領域１４に最も近い部分と実装禁止領域１４との距離を示す。寸法Ｌ３は、複数のはんだ付けランド２１に接合された４方向リードフラットパッケージＩＣ１２のうち実装禁止領域１４に最も近い部分と、実装禁止領域１４との距離であっても良い。本実施の形態では、寸法Ｌ３は１５ｍｍである。また、寸法Ｌ４は、実装禁止領域１４に対してはんだ付けランド群２０が設けられる側の基板１０の端部と、実装禁止領域１４との距離である。つまり、寸法Ｌ４は、実装禁止領域１４に沿った基板１０の一対の辺のうち実装禁止領域１４に対してはんだ付けランド群２０が設けられる側の辺と、実装禁止領域１４との距離である。寸法Ｌ４は１００ｍｍである。つまり、寸法Ｌ３は寸法Ｌ４の３／２０である。

寸法Ｌ５は、基板１０の長辺の１／３の長さを示す。はんだ付けランド群２０および４方向リードフラットパッケージＩＣ１２は、はんだ付けの進行方向９に対する基板１０の先頭から、基板１０の長さの１／３の範囲内に設けられる。つまり、はんだ付けランド群２０および４方向リードフラットパッケージＩＣ１２は、基板１０を短辺に沿って３等分した場合の前方の領域に設けられる。

寸法Ｌ６は、基板１０の短辺の１／３の長さを示す。はんだ付けランド群２０および４方向リードフラットパッケージＩＣ１２は、はんだ付けの進行方向９に沿った基板１０の中心線を中心として基板１０の幅の１／３の範囲内に設けられる。つまり、はんだ付けランド群２０および４方向リードフラットパッケージＩＣ１２は、基板１０を長辺に沿って３等分した場合の中央の領域に設けられる。

図２は、実施の形態１のフローはんだ装置５０の正面図である。図３は、実施の形態１のフローはんだ装置５０の平面図である。フローはんだ装置５０は噴流式フローはんだ装置である。フローはんだ装置５０ははんだ槽５１を備える。はんだ槽５１には熱で溶かされたはんだが収容されている。

フローはんだ装置５０は、複数の穴が形成されたノズルからはんだを噴水のように噴出させる噴出部を備える。噴出部により、はんだ噴流である一次噴流５４と二次噴流５５が形成される。さらに、はんだ槽５１の上方にはコンベア５２が設けられる。コンベア５２ははんだ付けの進行方向９に沿って設けられ、進行方向９に沿ってプリント配線基板１００を搬送する。コンベア５２は、はんだ噴流が形成される領域を挟んで進行方向９と垂直な方向の両側に設けられた一対のレールを備える。

一対のレールの間には、反り止め金具５３が設けられる。反り止め金具５３は、はんだ噴流が形成される領域において、進行方向９に沿って設けられる。反り止め金具５３は進行方向９に沿って基板１０を支持する。コンベア５２および反り止め金具５３は、進行方向９に対して前方ほどはんだ槽５１から離れるように傾斜している。

次に、フローはんだ装置５０を用いたはんだ付け方法を説明する。まず、プリント配線基板１００をコンベア５２に載せる。このとき、図３の破線に示される位置にプリント配線基板１００を配置する。また、プリント配線基板１００のうち４方向リードフラットパッケージＩＣ１２が設けられた面を下方に向ける。

次に、プリント配線基板１００を進行方向９に向かってコンベア５２上を移動させる。これにより、プリント配線基板１００および４方向リードフラットパッケージＩＣ１２が、一次噴流５４、二次噴流５５の順にはんだ噴流の中を通過する。一次噴流５４では、はんだを満遍なく回路部品のリード部分に噴射する。これにより、プリント配線基板１００と回路部品とがはんだ付けされる。

一次はんだ噴流工程を実行した直後の状態では、一般に、回路部品のリード間にはんだブリッジが発生している。続いて、一次噴流５４と比較して平らな液面を有する二次噴流５５の中を、プリント配線基板１００を通過させる。これにより、４方向リードフラットパッケージＩＣ１２のリード間等でブリッジした状態のはんだを除去できる。

また、プリント配線基板１００がはんだ噴流の中を通過している間、反り止め金具５３は、基板１０の実装禁止領域１４に接触し、基板１０を支持する。これにより、プリント配線基板１００の熱による変形を抑制できる。特に、プリント配線基板１００の材料に熱で変形し易いものを使用する場合に、熱による変形を抑制できる。さらに、反り止め金具５３が基板１０を長手方向に沿って支持することで、プリント配線基板１００の変形を安定して抑制できる。

次に、はんだブリッジを抑制するためのはんだ付けランド群２０および４方向リードフラットパッケージＩＣ１２の配置について説明する。図４は、実施の形態１の第１の変形例に係る半導体装置１０１ａの平面図である。半導体装置１０１ａは、プリント配線基板１００ａを備える。半導体装置１０１ａでは４方向リードフラットパッケージＩＣ１２がはんだ付けの進行方向９に対して傾いていない。４方向リードフラットパッケージＩＣ１２は、進行方向９に対して前方の前方リード１２ａ、後方の後方リード１２ｄ、進行方向９に沿って並ぶ側方リード１２ｂ、１２ｃを備える。

半導体装置１０１ａでは、前方リード１２ａにおいて、４方向リードフラットパッケージＩＣ１２のボディがはんだを堰き止める壁となり、はんだが溜まり易くなる。このため、はんだブリッジが発生し易い。また、後方リード１２ｄは、４方向リードフラットパッケージＩＣ１２のボディの影になり、はんだ不足となり易い。このため、はんだ不濡れが発生し易い。

図５は、実施の形態１の第２の変形例に係る半導体装置１０１ｂの平面図である。半導体装置１０１ｂはプリント配線基板１００ｂを備える。図５のように４方向リードフラットパッケージＩＣ１２を進行方向９に対して傾けることにより、４方向リードフラットパッケージＩＣ１２のボディの影響を低減できる。従って、はんだブリッジおよびはんだ不濡れを抑制できる。以上から、図５に示すように、４方向リードフラットパッケージＩＣ１２を進行方向９に対して傾けることが好ましい。

また、プリント配線基板１００ｂには、後方はんだ引きランド２５が設けられても良い。後方はんだ引きランド２５は、進行方向９に対してはんだ付けランド群２０の最後尾から後方に延びる。４方向リードフラットパッケージＩＣ１２がはんだ噴流へ進入すると、はんだは、はんだ付けランド群２０およびリードを伝って後方へ流れる。このとき、はんだは、はんだ付けランド２１とリードとの表面張力および界面張力の作用により、次々とブリッジを作りながら後方へ移動する。

そして、はんだ付けランド群２０の後方へ移動したはんだは、隣接する後方はんだ引きランド２５に引き込まれる。つまり、４方向リードフラットパッケージＩＣ１２の最後尾において余ったはんだは、後方はんだ引きランド２５に引き込まれる。これにより、余剰はんだによるはんだブリッジを抑制できる。

次に、プリント配線基板１００上の４方向リードフラットパッケージＩＣ１２の搭載位置について検討する。図６は、４方向リードフラットパッケージＩＣ１２の搭載位置を変更した場合のはんだブリッジ発生数を示す実験結果である。実験では、基板１０を長辺および短辺に沿って３等分し、それぞれの領域に４方向リードフラットパッケージＩＣを配置した場合のはんだブリッジ発生数を調べた。なお、図６には、反り止め金具５３が設けられない場合の実験結果が示されている。

実験結果より、９個の領域のうち最も発生しにくい領域は、進行方向９に対して前方かつ基板１０を進行方向９に沿って３等分した場合の中央の領域であった。なお、図６に示される実験結果では、反り止め金具５３が設けられない影響から、反り止め金具５３がある場合よりも不良数が多くなっている。以上から、４方向リードフラットパッケージＩＣ１２の搭載位置は、基板１０を短辺に沿って３等分した場合の進行方向９に対して前方が好ましく、基板１０を長辺に沿って３等分した場合の中央の領域が好ましい。

なお、図１に示されるように、基板１０を進行方向９に沿って３等分した場合の中央の領域にはんだ付けランド群２０を配置するため、実装禁止領域１４は中心からずれた位置に設けられている。

次に、反り止め金具５３と４方向リードフラットパッケージＩＣ１２との距離について検討する。反り止め金具５３を使用すると、プリント配線基板１００の熱変形を抑制できる一方で、プリント配線基板１００は反り止め金具５３からのはんだ噴流の跳ね返りの影響を受ける。このため、反り止め金具５３に近い位置では、反り止め金具５３が無い場合よりもはんだの供給量が大きくなる場合がある。また、反り止め金具５３に近い位置では、はんだの流れが悪くなることがある。これに対し、反り止め金具５３から離れた位置では、基板１０の反りが抑制されにくくなる場合がある。このような理由により、一般に反り止め金具５３と４方向リードフラットパッケージＩＣ１２との距離が不良率に影響を及ぼす。

図７は、４方向リードフラットパッケージＩＣ１２と反り止め金具５３との距離を変更した場合のはんだブリッジ発生数を示す実験結果である。図７に示される寸法Ｌ３は、４方向リードフラットパッケージＩＣ１２が進行方向９に対して傾いている場合、実装禁止領域１４に最も近い４方向リードフラットパッケージＩＣ１２の角部と、実装禁止領域１４との距離である。また、寸法Ｌ３は、実装禁止領域１４に最も近いはんだ付けランド群２０の角部と、実装禁止領域１４との距離であっても良い。

なお、寸法Ｌ３は、４方向リードフラットパッケージＩＣ１２が進行方向９に対して傾いていない場合、実装禁止領域１４に最も近い４方向リードフラットパッケージＩＣ１２の端部と、実装禁止領域１４との距離である。

実験では、寸法Ｌ３を５ｍｍから２０ｍｍまで５ｍｍ間隔で変化させ、はんだブリッジ発生率を調べた。寸法Ｌ３が５ｍｍの時は、はんだブリッジ発生率は６０％であった。寸法Ｌ３が１０ｍｍと２０ｍｍの時は、はんだブリッジ発生率は２０％であった。また、寸法Ｌ３が１５ｍｍの時は、はんだブリッジ発生率は０％であった。

５ｍｍ≦Ｌ３≦１５ｍｍの実験データに示されるように、はんだブリッジ発生率は寸法Ｌ３の増加に伴って低下する。これは、反り止め金具５３からのはんだ噴流の跳ね返りの影響と、反り止め金具５３がはんだの流れを遮る影響が、寸法Ｌ３の増加に伴って小さくなるためである。

さらに寸法Ｌ３が大きくなると、はんだブリッジ発生率は上昇に転じる。つまり、Ｌ３≧１５ｍｍでは、はんだブリッジ発生率は寸法Ｌ３の増加に伴って上昇する。これは、反り止め金具５３から離れるほど、基板１０の反りが抑制されにくくなるためである。

このため、本実施の形態では、寸法Ｌ３が一定の範囲にある場合に、はんだブリッジ発生率を抑制できる。具体的には、寸法Ｌ３が１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下である場合に不良率を２０％以下の低レベルに抑制できる。つまり、はんだ付けランド群２０または４方向リードフラットパッケージＩＣ１２と、実装禁止領域１４との距離は１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましい。特に、寸法Ｌ３を１５ｍｍとすることではんだブリッジ発生率を０％にすることができる。

また、１０ｍｍ≦Ｌ３≦２０ｍｍの条件を、寸法Ｌ４に対する寸法Ｌ３の比率で表しても良い。つまり、寸法Ｌ３は寸法Ｌ４の１／１０以上１／５以下であっても良い。

以上から、本実施の形態では、４方向リードフラットパッケージＩＣ１２の搭載位置を適正に配置することにより、反り止め金具５３の影響を抑制し、はんだブリッジの発生を抑制できる。ここで、はんだ付けランド群２０のうち、進行方向９に対して後方側かつ反り止め金具５３に近い側では、一般に、はんだブリッジが発生し易い。本実施の形態では、特にこの領域において、はんだブリッジを抑制できる。従って、信頼性を向上できる。

また、はんだ噴流の跳ね返りの影響等を避けるため、単に寸法Ｌ３を大きくすることが考えられる。しかし、この場合、基板１０のサイズが大きくなる可能性がある。本実施の形態では、４方向リードフラットパッケージＩＣ１２の搭載位置を一定の範囲に限定することで、基板１０のサイズが大きくなることを抑制できる。

また、本実施の形態では、反り止め金具５３の形状を変更せずに、はんだブリッジを抑制できる。このため、反り止め金具５３を加工する手間を省くことができる。また、反り止め金具５３を複数の製品で共通化できる。従って、製造コストを抑制できる。

本実施の形態の変形例として、半導体装置１０１の構造は図１に示されるものに限らない。半導体装置１０１の構造として、寸法Ｌ３が１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下であるあらゆる形状を採用できる。例えば、実装禁止領域１４は基板１０の短手方向の中心部に設けられても良い。

また、一般に、フローはんだ装置５０によってプリント配線基板１００に４方向リードフラットパッケージＩＣ１２を実装する場合、はんだ付けの進行方向９が決定されてから、はんだ付けランド群２０の配置が決められる。本実施の形態では、進行方向９に対して４方向リードフラットパッケージＩＣ１２が４５°傾くように、はんだ付けランド群２０が設けられる。これに限らず、進行方向９に対して４方向リードフラットパッケージＩＣ１２が傾いていれば良い。また、進行方向９は基板１０の短辺と平行であっても良い。

また、本実施の形態で示した各種寸法は一例を示したものであり、これに限定されない。本実施の形態で示した各種寸法は、基板１０の大きさまたは４方向リードフラットパッケージＩＣ１２の大きさ等により、効果を有する範囲で適宜変えることができる。なお、本実施の形態で説明した技術的特徴のうち、１つの部分を実施しても構わない。また、本実施の形態で説明した技術的特徴をどのように組み合わせて実施しても構わない。

１００、１００ａ、１００ｂ プリント配線基板、１０１、１０１ａ、１０１ｂ 半導体装置、９ 進行方向、１０ 基板、１１ 主面、１２ ４方向リードフラットパッケージＩＣ、１４ 実装禁止領域、２０ はんだ付けランド群、２１ はんだ付けランド、２５ 後方はんだ引きランド、５０ フローはんだ装置、５３ 反り止め金具

Claims (9)

1. 主面にフローはんだ装置の反り止め金具と接触する領域である実装禁止領域が設けられた基板と、
   前記主面に設けられ、４方向リードフラットパッケージＩＣをはんだ付けするための四角形の４辺上に並んだ複数のはんだ付けランドを有するはんだ付けランド群と、
   を備え、
   前記はんだ付けランド群のうち前記実装禁止領域に最も近い部分と前記実装禁止領域との距離は１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることを特徴とするプリント配線基板。
2. 前記はんだ付けランド群は、はんだ付けの進行方向に対する前記基板の先頭から、前記基板の長さの１／３の範囲内に設けられることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線基板。
3. 前記はんだ付けランド群と前記実装禁止領域との前記距離は、前記実装禁止領域に沿った前記基板の一対の辺のうち前記実装禁止領域に対して前記はんだ付けランド群が設けられる側の辺と、前記実装禁止領域と、の距離の１／１０以上１／５以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のプリント配線基板。
4. 前記はんだ付けランド群は、はんだ付けの進行方向に沿った前記基板の中心線を中心として前記基板の幅の１／３の範囲内に設けられることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のプリント配線基板。
5. 前記はんだ付けランド群は、はんだ付けの進行方向に対して傾いていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のプリント配線基板。
6. 前記実装禁止領域は帯状であることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のプリント配線基板。
7. 前記実装禁止領域ははんだ付けの進行方向と平行であることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載のプリント配線基板。
8. 前記進行方向は、前記基板の長辺と平行であることを特徴とする請求項７に記載のプリント配線基板。
9. 主面にフローはんだ装置の反り止め金具と接触する領域である実装禁止領域が設けられた基板と、
   前記主面に設けられ、四角形の４辺上に並んだ複数のはんだ付けランドを有するはんだ付けランド群と、
   前記はんだ付けランド群に接合された４方向リードフラットパッケージＩＣと、
   を備え、
   前記４方向リードフラットパッケージＩＣのうち前記実装禁止領域に最も近い部分と前記実装禁止領域との距離は１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることを特徴とする半導体装置。

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