JP7069404B2 - プリント配線板および電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、電子部品の電極がはんだ付けされるプリント配線板および電子機器に関する。
プリント配線板に電子部品をはんだ付けする方法の1つに、混載実装と呼ばれるはんだ付け工法がある。この工法では、プリント配線板の一方の表面に接着剤が塗布され、接着剤の上に表面実装部品が搭載されて表面実装部品が仮固定される。その後、プリント配線板が反転され、プリント配線板の他方の表面側からスルーホールに電子部品リード(挿入部品)が挿入されて、表面実装部品と挿入部品とが一括で噴流はんだ付けされる。このように、混載実装の際には、表面実装部品を下向きにした状態のまま噴流はんだに接触させなければならないので、接着剤の塗布および電子部品の仮固定が必要になる。
この混載実装では、接着剤上に表面実装部品が搭載された際に、表面実装部品による接着剤の押し広げ作用により、プリント配線板の電極パッド上にまで接着剤がはみ出す場合がある。この場合、表面実装部品の電極とプリント配線板の電極パッドとの間に接着剤が入り込むので、はんだ付け(金属接合)が阻害要因され、プリント配線板のはんだ付け品質が低下する。
特許文献1に記載の印刷配線板には、電極パッド間に接着剤の広がりを防止するための枠状の銅箔が設けられている。
実開昭58-175668号公報
しかしながら、上記特許文献1の技術では、枠状の銅箔が電極パッド間に形成されているので、はんだ付けの際に枠状の銅箔を介して電極パッド間が短絡しやすくなるという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電極パッド間の短絡を防止しつつ接着剤の広がりを抑えることができるプリント配線板を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のプリント配線板は、電子部品の第1の電極にはんだ付けされる第1の電極パッドと、電子部品の第2の電極にはんだ付けされる第2の電極パッドと、第1の電極パッドに繋がっている第1の障壁導体と、第2の電極パッドに繋がっている第2の障壁導体と、を備える。第1の障壁導体と第2の障壁導体とは、電子部品を接着する際に接着剤が配置される接着剤領域を挟んで対向する位置に配置され、且つ第1の電極パッドが第1の障壁導体を介して接着剤領域に対向し、第2の電極パッドが第2の障壁導体を介して接着剤領域に対向するよう、第1の電極パッドおよび第2の電極パッドが配置されている。第1の電極パッドと第2の電極パッドとが並ぶ方向における第1の障壁導体と第2の障壁導体との間で最長距離をなす箇所の最長距離は、第1の電極と第2の電極との間の距離である電極間距離以上である。
本発明にかかるプリント配線板は、電極パッド間の短絡を防止しつつ接着剤の広がりを抑えることができるという効果を奏する。
実施の形態1にかかるプリント配線板の構成を示す上面図 図1のプリント配線板に接着剤を塗布した状態を示す図 図2のプリント配線板に電子部品を搭載した状態を示す図 図3のプリント配線板から電子部品を取り除いた場合の、接着剤の状態を説明するための図 図3のプリント配線板にはんだ付けしている状態を示す図 図3のプリント配線板にはんだ付けを行った後のプリント配線板の構成を示す図 実施の形態1にかかるプリント配線板を備えた電子機器の構成を示す図 実施の形態2にかかるプリント配線板の構成を示す上面図
以下に、本発明の実施の形態にかかるプリント配線板および電子機器を図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1にかかるプリント配線板の構成を示す上面図である。図2は、図1のプリント配線板に接着剤を塗布した状態を示す図である。図1、図2および後述する図3、図4、図8では、紙面の横右方向をX軸方向、紙面の縦方向をY軸方向、紙面に垂直な方向をZ軸方向としてプリント配線板1Xの構成を説明する。
プリント配線板1Xの上面には、後述する電子部品5を接合するための電極パッド2A,2Bが設けられている。電極パッド2A,2Bは、それぞれX軸方向に延びる2辺と、Y軸方向に延びる2辺とを有した矩形状の上面を有している。電極パッド2A,2Bは、電極パッド2AのY軸方向に延びる1つの辺と、電極パッド2BのY軸方向に延びる1つの辺とが隙間領域15を介して対向するようプリント配線板1X上に配置されている。この隙間領域15の中央領域には、電子部品5を接着するための接着剤4が配置される。電子部品5をプリント配線板1Xに接合する際には、電極パッド2Aと電極パッド2Bとが、電子部品5によって橋絡され、且つ電子部品5が接着剤4に接着するよう、接着剤4の上から電子部品5が押し当てられる。
電極パッド2A,2Bの横には、電子部品5が接着剤4を押し広げた際に接着剤4の障壁となる障壁導体3A,3Bが形成されている。障壁導体3Aは、接着剤4の電極パッド2Aへの進入を防止するとともに、はんだの、電極51Aの端部(後述する電極端57A)への進入を防止する。障壁導体3Bは、接着剤4の電極パッド2Bへの進入を防止するとともに、はんだの、電極51Bの端部(後述する電極端57B)への進入を防止する。
障壁導体3Aは、電極パッド2Aに繋がっており、障壁導体3Bは、電極パッド2Bに繋がっている。障壁導体3Aは、隙間領域15と電極パッド2Aとの間に配置されており、障壁導体3Bは、隙間領域15と電極パッド2Bとの間に配置されている。例えば、障壁導体3Aは、電極パッド2Aと同一の導体にて一体形成されており、障壁導体3Bは、電極パッド2Bと同一の導体にて一体形成されている。
なお、障壁導体3Aと電極パッド2Aとは、別々に形成されてもよい。障壁導体3Bと電極パッド2Bとは、別々に形成されてもよい。また、障壁導体3Aと電極パッド2Aとは、異なる種類の導体であってもよい。また、障壁導体3Bと電極パッド2Bとは、異なる種類の導体であってもよい。
障壁導体3A,3Bは、隙間領域15の周りの一部を囲うよう配置されている。障壁導体3A,3Bは、それぞれ一端が直線状をなしており、他端が曲線状をなしている。すなわち、障壁導体3Aは、X軸方向の一端に直線の辺を有し、他端に曲線の辺である曲線辺31Aを有している。また、障壁導体3Bは、X軸方向の一端に直線の辺を有し、他端に曲線の辺である曲線辺31Bを有している。障壁導体3Aの直線の辺は、電極パッド2AのY軸方向に延びる辺に接合しており、障壁導体3Bの直線の辺は、電極パッド2BのY軸方向に延びる辺に接合している。そして、障壁導体3Aの曲線辺31Aと、障壁導体3Bの曲線辺31Bとが、隙間領域15を介して対向している。
例えば、障壁導体3Aの曲線辺31Aは、隙間領域15の中心から等距離になる円弧であり、障壁導体3Bの曲線辺31Bは、隙間領域15の中心から等距離になる円弧である。この場合、曲線辺31A,31Bは平行ではないので、曲線辺31A,31B間の距離は、曲線辺31A,31B上の位置毎に異なる。
曲線辺31A,31B間のX軸方向の距離は、曲線辺31Aの中央と曲線辺31Bの中央との間で最長の距離(最長距離L2)となる。曲線辺31A,31B間のX軸方向の距離は、曲線辺31Aの最小のY座標の位置と曲線辺31Bの最小のY座標の位置との間で最短の距離(最短距離L1)となる。同様に、曲線辺31A,31B間のX軸方向の距離は、曲線辺31Aの最大のY座標の位置と曲線辺31Bの最大のY座標の位置との間で最短の距離(最短距離L1)となる。すなわち、曲線辺31A,31B間のX軸方向の距離は、曲線辺31Aの中央と曲線辺31Bの中央とが最長となり、曲線辺31A,31Bの中央から離れるに従って短くなる。
障壁導体3Aのうち最短距離L1をなす箇所は、障壁導体3Aを上から見た場合に突起状となっている。障壁導体3Bのうち最短距離L1をなす箇所は、障壁導体3Bを上から見た場合に突起状となっている。
このように、曲線辺31A,31Bで囲まれた隙間領域15は、隙間領域15の中心から特定の距離が確保されるよう配置されている。円形領域である隙間領域15の中心には、接着剤4が任意の方法で塗布される。隙間領域15の中心が、電子部品5が搭載される領域の中心である。
なお、曲線辺31A,31Bは、円弧に限らず楕円弧などの曲線であってもよい。また、曲線辺31A,31Bの代わりに、複数の直線の辺を繋ぎ合わせた辺形状が用いられてもよい。この場合、複数の辺が、曲線に沿うように配置される。
図3は、図2のプリント配線板に電子部品を搭載した状態を示す図である。電子部品5は、プリント配線板1Xの表面に実装される表面実装部品である。チップ状の電子部品5は、X軸方向に延びる2辺と、Y軸方向に延びる2辺とを有した矩形状の上面を有している。
電子部品5には、プリント配線板1Xの電極パッド2Aにはんだ付けされる電極51Aと、プリント配線板1Xの電極パッド2Bにはんだ付けされる電極51Bとが設けられている。電子部品5では、一方の端部に電極51Aが配置され、他方の端部に電極51Bが配置されている。電極51Aと電極51Bとに挟まれた中央部55は、その表面が絶縁部材で形成されている。このように、電子部品5は、表面が絶縁部材で形成されている中央部55と、中央部55を介して対向する位置に配置されている電極51A,51Bとで構成されている。電極51A,51B間の距離である電極間距離は、電極間距離M1である。すなわち、図3における中央部55のX軸方向の距離(寸法)は、電極間距離M1である。
電子部品5は、電極51Aの少なくとも一部が電極パッド2Aに重なり、電極51Bの少なくとも一部が電極パッド2Bに重なり、電極51Aの少なくとも一部が接着剤4に重り、電極51Bの少なくとも一部が接着剤4に重なるようプリント配線板1Xに載せられる。
障壁導体3A,3Bの最長距離L2は、電極間距離M1以上である。接着剤4は、電子部品5によって押し広げられる。なお、障壁導体3A,3Bは、曲線辺31A,31Bが、電子部品5によって覆うことができる寸法および形状となっている。そして、曲線辺31A,31Bが電子部品5によって覆われるよう電子部品5が障壁導体3A,3B上に配置される。すなわち、障壁導体3A,3Bの最短距離L1および最長距離L2となる箇所が、電子部品5の外形範囲内に収まるように電子部品5が配置される。
プリント配線板1Xには、スルーホールが設けられており、プリント配線板1Xの裏面側から、スルーホールに挿入部品(図示せず)が挿入される。挿入部品については、後述する。
このように、プリント配線板1Xは、電子部品5の電極51A(第1の電極)にはんだ付けされる電極パッド2A(第1の電極パッド)と、電子部品5の電極51B(第2の電極)にはんだ付けされる電極パッド2B(第2の電極パッド)と、電極パッド2Aに繋がっている障壁導体3A(第1の障壁導体)と、電極パッド2Bに繋がっている障壁導体3B(第2の障壁導体)と、を備えている。そして、障壁導体3Aと障壁導体3Bとが、電子部品5を接着する際に接着剤4が配置される隙間領域15(接着剤領域)を挟んで対向する位置に配置され、且つ電極パッド2Aが、障壁導体3Aを介して隙間領域15に対向し、電極パッド2Bが、障壁導体3Bを介して隙間領域15に対向するよう、電極51A,51Bが配置されている。
図4は、図3のプリント配線板から電子部品を取り除いた場合の、接着剤の状態を説明するための図である。接着剤4が、電子部品5によって押し広げられると、接着剤4は、隙間領域15内で広がっていく。隙間領域15の外側には、障壁導体3A,3Bが形成されているので、接着剤4の広がりは、障壁導体3A,3Bにて抑止され、電極パッド2A,2Bにまでは到達しない。電子部品5によって押し広げられ障壁導体3A,3Bにて抑止された接着剤4は、つぶれ接着剤40となる。
電子部品5および挿入部品が配置されたプリント配線板1Xに対して、噴流はんだ付け(フローはんだ付け)が行われる。
図5は、図3のプリント配線板にはんだ付けしている状態を示す図である。図5では、プリント配線板1Xの側面図を示している。なお、図5および後述の図6では、スルーホールに挿入される挿入部品の図示を省略している。
プリント配線板1Xに接着剤4が塗布され、接着剤4の上に電子部品5が搭載された後、挿入部品が挿入される。このプリント配線板1Xが、噴流はんだ付けを行う噴流はんだ付け装置6に投入される。噴流はんだ付け装置6は、噴出口から溶融はんだ7を噴出することによって、プリント配線板1Xに噴流はんだ付けを行う。このように、噴流はんだ付け装置6は、接着剤4にて仮固定された電子部品5を溶融はんだ7に浸せきすることではんだ付けを行う。
図6は、図3のプリント配線板にはんだ付けを行った後のプリント配線板の構成を示す図である。図6では、図3に示したプリント配線板1XのA-A断面図を示している。プリント配線板1Xに噴流はんだ付けが行われたことにより、電子部品5の電極51Aとプリント配線板1Xの電極パッド2Aとがはんだ8Aによって接合されている。また、電子部品5の電極51Bとプリント配線板1Xの電極パッド2Bとがはんだ8Bによって接合されている。
電子部品5のうち、プリント配線板1Xとの接地面(底面)では、つぶれ接着剤40が障壁導体3A,3Bまで広がっているので、電極端57A,57Bには、はんだが接合されていない。電極端57Aは、障壁導体3Aの中央位置と中央部55との境界であり、電極端57Bは、障壁導体3Bの中央位置と中央部55との境界である。
このように、実施の形態1では、プリント配線板1Xの表面に、電極パッド2A,2Bと、電極パッド2A,2Bに繋がる障壁導体3A,3Bと、が形成されている。そして、障壁導体3A,3B間の最長距離L2は、後に搭載する電子部品5の電極間距離M1以上である。このプリント配線板1Xに対し、電極パッド2A,2B間の中心へ接着剤4が塗布され、接着剤4の直上に電子部品5が搭載される。これにより、接着剤4が押し広げられ、つぶれ接着剤40となる。つぶれ接着剤40は、障壁導体3A,3Bによって電極パッド2A,2B上への流入が抑止されているので、後のはんだ付けを阻害しない。すなわち、つぶれ接着剤40が、障壁導体3Aと電極パッド2Aとのはんだ8Aの接合を阻害せず、また、障壁導体3Bと電極パッド2Bとのはんだ8Bの接合を阻害しない。このように、障壁導体3A,3Bが、はんだ付け(金属接合)の阻害を防止するので、プリント配線板1Xのはんだ付け品質が低下することを防止できる。
また、最長距離L2は、電極間距離M1以上であるので、電子部品5の底面では、電極端57A,57Bに接着剤4が接着する。このため、図6に示したように、電極端57A,57Bには、はんだ8A,8Bが接着していない。これにより、はんだ付け後にプリント配線板1Xにひずみが生じた場合であっても、電子部品5の底面の電極端57A,57Bを起点として電子部品5の内部に亀裂が入ることを防止できる。
また、障壁導体3A,3Bは、最短距離L1をなす箇所(障壁導体3Aにおける第1の箇所および障壁導体3Bにおける第2の箇所)が、電子部品5の外形範囲内(底面範囲内)に収まるよう配置されている。障壁導体3Aにおける第1の箇所は、障壁導体3Aを上面側から見た場合の突起状の領域であり、障壁導体3Bにおける第2の箇所は、障壁導体3Bを上面側から見た場合の突起状の領域である。この構成により、電子部品5の搭載位置がX軸方向にばらついた場合であっても、最短距離L1をなす突起状の領域と電子部品5の電極51A,51Bとを容易に重ねることができる。障壁導体3A,3Bの最短距離L1をなす突起状の領域は、電極51A,51Bとの間で強固に接合される領域である。したがって、最短距離L1をなす突起状の領域が電子部品5の外形範囲内に収まる構成としておくことにより、電極51Aと障壁導体3Aとが強固に接合され、電極51Bと障壁導体3Bとが強固に接合される。
なお、プリント配線板において、単に電極パッド間の間隙を広げた場合、電子部品の搭載位置がずれると、プリント配線板の電極パッドから、電子部品の電極が外れてしまい、はんだ付けすることができない。
また、プリント配線板において、単に電極パッド間の間隙を狭めた場合、はんだ付け後にプリント配線板に生じる歪みによって、電子部品の底面の電極端を起点として電子部品の内部に亀裂が入る場合がある。
また、プリント配線板において、電極パッド間に、電極パッドとは独立した障壁パターンなどを用いて接着剤の広がりを抑制する場合、プリント配線板における導体と非導体との間の最小間隔(ラインアンドスペース)の制約を守ることが困難となる。また、はんだ付けの際に障壁パターンを介して電極パッド間が短絡しやすくなる。したがって、はんだ付け品質が低下し、絶縁信頼性が低下する。
図7は、実施の形態1にかかるプリント配線板を備えた電子機器の構成を示す図である。電子機器100には、図6に示したプリント配線板1Xが搭載されている。この電子機器100が備えるプリント配線板1Xには、前述したように、電子部品5と、挿入部品とが、はんだ接合されている。
以上のように、実施の形態1では、プリント配線板1X上の電極パッド2A,2B間に、電極パッド2Aと電極パッド2Aに繋がる障壁導体3Aと、電極パッド2Bと電極パッド2Bに繋がる障壁導体3Bとが形成されている。これにより、電極パッド2A,2Bが接着剤4の広がりを抑えることができる。また、広い隙間領域15を確保できるので、電極パッド2A,2B間の短絡を防止できる。したがって、電極パッド2A,2B間の短絡を防止しつつ接着剤4の広がりを抑えることが可能となる。
実施の形態2.
つぎに、図8を用いてこの発明の実施の形態2について説明する。実施の形態2では、障壁導体3A,3Bの上面に樹脂を形成しておくことによって、接着剤4のはみ出しを防止するための障壁を高くする。
図8は、実施の形態2にかかるプリント配線板の構成を示す上面図である。図8の各構成要素のうち図1に示す実施の形態1のプリント配線板1Xと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。
実施の形態2のプリント配線板1Yは、プリント配線板1Xと比較して、障壁導体3A上に樹脂9Aが形成されており、障壁導体3B上に樹脂9Bが形成されている。樹脂9Aは、障壁導体3Aの上面の中央に重ねられており、樹脂9Bは、障壁導体3Bの上面の中央に重ねられている。すなわち、樹脂9A,9Bは、障壁導体3A,3Bの上面のうち、最長距離L2をなす箇所に配置されている。なお、樹脂9Aは、障壁導体3Aの上面の全体に重ねられてもよいし一部に重ねられてもよい。樹脂9Bは、障壁導体3Bの上面の全体に重ねられてもよいし一部に重ねられてもよい。
樹脂9A,9Bは、プリント配線板1Yが製造される際に使用される副資材である。樹脂9A,9Bの例は、ソルダレジスト、およびシンボル印刷インクである。樹脂9A,9Bは、1回だけ積層されてもよいし、複数回積層されてもよい。
このように、プリント配線板1Yでは、障壁導体3A,3Bの最長距離L2をなす箇所に、樹脂9A,9Bが配置されているので、障壁の高さが増す。したがって、つぶれ接着剤40が電極パッド2A,2B上へ進入することを防止する効果がプリント配線板1Xよりも高まる。
また、実施の形態1,2における接着剤4の塗布方法には、ソルダペースト印刷と同様に印刷機にてメタルマスクを介して接着剤4を転写する方法、接着剤塗布機にてノズルを介して接着剤4を転写する方法、ジェットディスペンサーにてプリント配線板1X,1Yに対して接着剤4を吐出して塗布する方法等がある。
また、実施の形態1,2で用いるプリント配線板1X,1Yには、絶縁性を有する材料、例えば、ガラス織布、ガラス不織布、紙基材などに、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂などを含侵させた基材が用いられる。
さらに、実施の形態1,2で用いる溶融はんだ7の材料には、例えば、3質量%Ag(銀)、0.5質量%Cu(銅)を含み、残部がSn(錫)および不可避不純物である、はんだ合金(Sn-3Ag-0.5Cu)を用いることが可能である。なお、溶融はんだ7の材料は、これに限るものではなく、Sn-Cu系はんだ、Sn-Bi(ビスマス)系はんだ、Sn-In(インジウム)系はんだ、Sn-Sb(アンチモン)系はんだ、Sn-Pb(鉛)系はんだ、の何れかが用いられてもよい。
以上のように、実施の形態2では、障壁導体3A,3Bの上面に樹脂9A,9Bが形成されているので、接着剤4のはみ出しを防止するための障壁が高くなる。これにより、接着剤4の電極パッド2A,2Bへの進入防止効果を高めることができる。また、はんだ8A,8Bの電極端57A,57Bへの進入防止効果を高めることができる。
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
1X,1Y プリント配線板、2A,2B 電極パッド、3A,3B 障壁導体、4 接着剤、5 電子部品、6 噴流はんだ付け装置、9A,9B 樹脂、15 隙間領域、31A,31B 曲線辺、40 つぶれ接着剤、51A,51B 電極、55 中央部、57A,57B 電極端、100 電子機器。

Claims (7)

  1. 電子部品の第1の電極にはんだ付けされる第1の電極パッドと、
    前記電子部品の第2の電極にはんだ付けされる第2の電極パッドと、
    前記第1の電極パッドに繋がっている第1の障壁導体と、
    前記第2の電極パッドに繋がっている第2の障壁導体と、
    を備え、
    前記第1の障壁導体と前記第2の障壁導体とは、前記電子部品を接着する際に接着剤が配置される接着剤領域を挟んで対向する位置に配置され、且つ前記第1の電極パッドが前記第1の障壁導体を介して前記接着剤領域に対向し、前記第2の電極パッドが前記第2の障壁導体を介して前記接着剤領域に対向するよう、前記第1の電極パッドおよび前記第2の電極パッドが配置され
    前記第1の電極パッドと前記第2の電極パッドとが並ぶ方向における前記第1の障壁導体と前記第2の障壁導体との間で最長距離をなす箇所の前記最長距離は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の距離である電極間距離以上であるプリント配線板。
  2. 前記第1の障壁導体および前記第2の障壁導体は、
    前記接着剤領域の周りの一部を囲うよう配置されている、
    請求項1に記載のプリント配線板。
  3. 前記第1の障壁導体のうち、前記第1の電極パッドと前記第2の電極パッドとが並ぶ方向における前記第1の障壁導体と前記第2の障壁導体との間で最短距離をなす第1の箇所、および前記第2の障壁導体のうち、前記第1の電極パッドと前記第2の電極パッドとが並ぶ方向における前記第1の障壁導体と前記第2の障壁導体との間で最短距離をなす第2の箇所は、前記電子部品が搭載された場合に、前記電子部品の底面範囲内に収まる、
    請求項1または2に記載のプリント配線板。
  4. 前記第1の障壁導体の上面および前記第2の障壁導体の上面に樹脂が形成されている、
    請求項1からの何れか1つに記載のプリント配線板。
  5. 前記樹脂は、ソルダレジストまたはシンボル印刷インクである、
    請求項に記載のプリント配線板。
  6. 前記第1の障壁導体は、前記第1の電極パッドと同じ導体で前記第1の電極パッドと一体形成されており、前記第2の障壁導体は、前記第2の電極パッドと同じ導体で前記第2の電極パッドと一体形成されている、
    請求項1からの何れか1つに記載のプリント配線板。
  7. 請求項1からの何れか1つに記載のプリント配線板を有する電子機器。
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