JPWO2008050511A1 - 電子回路基板 - Google Patents

Abstract

基板１に設けられたスルーホール２の周辺における、レジスト４で覆われていないレジスト開口部５ａの形状を、はんだ時にはんだ６に作用する表面張力が小さくなるように、フロー実装のフロー方向の長さが長い形状とする。

Description

この発明は、電子回路が構成される電子回路基板に関する。

近年、環境問題が大きく取り上げられ、鉛の使用を制限する方向にある。また、ＷＥＥＥ（Waste Electrical and Electronic Equipment）指令、ＲｏＨＳ（Restriction on Hazardous Substances）指令等の欧州環境規制においては、電気・電子機器製品における鉛の使用は認められず、電気・電子機器製品の製造においては大きく変更が迫られている。

このような状況下で、電子回路基板の製造において鉛フリーはんだによるフロー実装が進められている。しかし、鉛フリーはんだは鉛はんだに比べて濡れ性が悪く、実装フロー時にスルーホール、特に小径（例えば直径０．３ｍｍ程度）のスルーホール（ミニｖｉａ）にはなじみ切らず、スルーホールの開口部に大きなはんだボールが形成されてしまう。

図５には、基板に鉛フリーはんだによりフロー実装した場合のスルーホール部分の拡大断面を示す。基板１０１にはスルーホール１０２が設けられている。基板１０１の表面及びスルーホール１０２の内壁面にはめっき（銅箔）がなされ、このスルーホール１０２の内壁面のめっき層１０２ａを介して、基板１０１の表面パターン１０３と基板１０１の裏面の電路（図示せず）を接続する。そして、パターン１０３の表面には、鉛フリーはんだによるフロー実装時にはんだが付着しないようにレジスト１０４が塗付される。この場合、レジスト１０４でスルーホール１０２を完全に塞ぐことができればよいが、基板１０１の厚さが例えば、０．８ｍｍ以上になると、スルーホール１０２を塞ぎきれない。このため、スルーホール１０２内に微小な穴が空いてしまい、次工程において銅箔洗浄液（酸性）が入り込む。そして、穴は微小なため、入り込んだ銅箔洗浄液を完全に取り除くことができず、銅箔を腐食させることになる。そこで、スルーホール１０２の周辺には、レジストを塗付しないレジスト開口部１０４ａを形成している。

このような基板１に鉛フリーはんだによりフロー実装すると、図５に示すように、レジスト開口部１０４ａに露出したパターン１０３の一部であるランド１０３ａにはんだが付着し、この付着したはんだによりはんだボール１０５が形成されてしまう。はんだボール１０５は表面張力により球形となる。はんだボール１０５は、極めて幅の狭い（０．１ｍｍ程度）ランド１０３ａに一部が付着しているだけであるので、ランド１０３ａに対する付着力は弱く、基板１０１の伸縮や振動により脱落するおそれがある。はんだボール１０５が脱落すると、ＩＣの端子間のショート等の不具合を引き起こしかねない。

スルーホール１０２の開口部に、このようなはんだボール１０５ができないようにするには、特許文献１に開示されるように、スルーホール１０２をソルダーレジスト印刷用のレジスト液及びシルク印刷用のインキで埋めてしまうことが考えられる。

特開平６−１２５１６４号公報

しかし、特許文献１に記載するようにスルーホールをレジスト液やインキで埋めた場合、スルーホール内に生じた微小な穴内に気体や液体を封じ込めてしまうことになり、基板雰囲気の温度上昇により液体が膨張して破裂したり、液体自体がスルーホールのめっき銅箔を腐食させたりしてしまうという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、はんだボールの脱落による回路のショートやスルーホールを充填してしまうことによる不具合が生じない電子回路基板を得ることを目的とする。

この発明に係る電子回路基板は、基板に設けられたスルーホール周辺における、レジストで覆われていないレジスト開口部の形状を、はんだ付け時のはんだに作用する表面張力が小さくなる形状としたものである。

この発明によれば、スルーホール周辺におけるレジスト開口部の形状を、はんだ付け時のはんだに作用する表面張力が小さくなるようにしたので、鉛フリーはんだによりフロー実装をしても、スルーホール開口部にできるはんだは扁平となりはんだボールとなることはない。しかもはんだはレジスト開口部のランドに強く付着し、基板の伸縮や振動によっても脱落することはない。

この発明の実施の形態１に係る電子回路基板の部分断面図である。 実施の形態１に係る電子回路基板の下平面図である。 この発明の実施の形態２に係る電子回路基板の下平面図である。 レジスト開口部の例を示す概略図である。 スルーホール開口部に形成されたはんだボールの断面図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１には、実施の形態１に係る電子回路基板の部分断面を示し、図２には、はんだ付けをする前の基板の下平面を示す。
この電子回路基板において、多数の電子部品が搭載される基板１には、基板１の表裏をつなぐためのスルーホール２が基板１を垂直に貫通して設けられている。基板１の表面及びスルーホール２の内壁面には銅のめっきがなされ、銅箔パターン３が形成されている。図中、２ａはスルーホール２内壁面のめっき層を示す。基板１の表面にはレジスト４が塗布されるが、スルーホール２周辺においては、所定の形状のレジスト開口部５が形成され、銅箔パターン３を露出させてなるランド３ａが大きく形成される。

レジスト開口部５ａの形状は、レジスト開口部５ａに付着する鉛フリーはんだに作用する表面張力が小さくなるような形状とされる。はんだに作用する表面張力が小さくなる形状は、円形以外の形状とされる。具体的には、図２に示すようにスルーホール２の開口を囲む小判形とされる。小判形のレジスト開口部５ａの長手方向は、フロー実装をする場合の流れ方向と一致される。このようにレジスト開口部５ａの長手方向をはんだ付けのフロー方向（図中矢印で示すフロー実装時の基板１の移動方向）と一致させることにより、はんだがランド３ａにのりやすくなり、図１に示すようなはんだ部６が形成される。はんだ６は、広いランド３ａに付着し、ボール状となることはなく、扁平となる。

レジスト開口部５ａの長手方向の長さは十分な長さを確保することが望ましいが、部品実装の高密度化においては、レジスト開口部５ａ、つまりランド３ａはできる限り小さいことが望ましいので、高密度化との兼ね合いで最大の長さを取れるようにする。はんだボールは、スルーホール２の径が０．３ｍｍ以下で銅箔露出部分が０．６ｍｍ以下になったときに発生しやすくなる。よって、レジスト開口部５ａの長手方向の寸法は、少なくともスルーホール２の直径ｄの２倍である２ｄ以上とする。

以上のように、この実施の形態１に係る電子回路基板によれば、スルーホール２の開口部におけるはんだ６は、縦長の面積の広いランド３ａと付着するので、はんだの表面張力は弱められ、はんだ６は扁平で、しかもランド３ａに対する付着は強いものとなる。よって、基板１の伸縮や振動があったとしてもはんだ６が脱落することはない。また、はんだ６が基板１から突き出るようなことがなくなり、はんだ６が他の部分に当たって脱落することも回避される。従って、はんだの脱落に起因していたＩＣのショート等の不具合は生じなくなる。また、スルーホール２を埋めてしまう構造ではないので、スルーホールを埋めてしまうことにより生じていた不具合も生じない。

実施の形態２．
図３にはこの発明の実施の形態２に係る電子回路基板の平面図を示す。
この電子回路基板は、信号線等に使われるスルーホール２にこの発明を適用したものである。信号線等に使われるスルーホール周辺の銅箔部分はもともと少なく、スルーホールと信号線等との接続部分はティアドロップ形になっているのが一般的である。従って、信号線等に使われるスルーホール２に対してはレジスト開口部５ｂもティアドロップ形とする。なお、この例におけるレジスト開口部５ｂの長手方向の長さはスルーホール２の直径（ｄ）の２倍（２ｄ）となっている。

このようにレジスト開口部５ｂの形状をティアドロップ形とすることにより、レジスト開口部５ｂに付着するはんだ６と銅箔露出部であるランド３ａとの付着部分が大きくなり、はんだの付着力を確保することができる。よって、基板１が伸縮したり振動したりしても、スルーホール開口部に付着するはんだが落下することはない。

レジスト開口部の形状としては、実施の形態１、２に示した小判形（図４（ａ））、ティアドロップ形（図４（ｂ））に限らず、図４（ｃ）〜（ｆ）に示すように、長方形のレジスト開口部５ｃ、角丸長方形のレジスト開口部５ｄ、楕円形のレジスト開口部５ｅ、糸巻き形のレジスト開口部５ｆなど、種々の形状が考えられる。

以上のように、この発明に係る電子回路基板は、スルーホール周辺におけるレジスト開口部の形状をはんだに作用する表面張力が小さくなるようにすることで、はんだボールの脱落やスルーホールを充填してしまうことによる不具合が生じない電子回路基板としたので、電子回路が構成される電子回路基板に用いるのに適している。

Claims (5)

1. 基板に設けられたスルーホール周辺における、レジストで覆われていないレジスト開口部の形状を、はんだ時のはんだに作用する表面張力が小さくなる形状としたことを特徴とする電子回路基板。
2. 前記レジスト開口部を、円形以外の形状としたことを特徴とする請求項１記載の電子回路基板。
3. 前記レジスト開口部の形状を、小判形、涙形、長方形、角丸長方形、楕円形、糸巻き形のいずれかとしたことを特徴とする請求項１記載の電子回路基板。
4. 前記スルーホールの径をｄとしたとき、前記レジスト開口部の長手方向の寸法が２ｄ以上であることを特徴とする請求項１記載の電子回路基板。
5. 前記レジスト開口部の長手方向はフロー実装におけるフロー方向であることを特徴とする請求項１記載の電子回路基板。

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