TWI395300B - 通孔焊接構造 - Google Patents

Description

通孔焊接構造

本發明係關於一種藉由使用一無鉛焊料向穿過一印刷板而形成之通孔焊接一電子組件之引線端子之情況中的通孔焊接構造。

在形成一通孔以將一包括一引線端子之電子組件安裝至印刷板的情況中，一引線係插入該通孔中且在該狀態下浸入一熔融焊料中，且通孔部分被填滿焊料。

在進行焊接的情況中，近來，就環境污染而言，不傾向於使用含鉛之共溶焊料。相反地，使用無鉛焊料。

在此情況下，無鉛焊料具有比共溶焊料更高的熔點。因此，在假定熔融焊接槽之浸沒條件設定為均等時進行焊接的某些情況中，所謂之「潤焊(solder rise)」不良，亦即，焊料未充分隆起至通孔之上表面側。結果，在一些情況下產生焊接失敗。

舉例而言，作為一防範措施，可提議採用專利文獻1中所揭示的方法。更特定言之，參考在專利文獻1中所揭示的方法，在將一電子組件安裝至一印刷板上之情況中，在通孔附近形成一熱傳導針腳以穿透印刷板，從而將熱充分供應至進入通孔之焊料，藉此增強潤焊。

專利文獻1：JP－A－7－170061公開案

然而，專利文獻1已揭示了設置有熱傳導針腳的構造。因此，必需採用先前插入有熱傳導針腳而穿透印刷板的構造。就該構造而言，需要一新組件，此外，就製造過程而言，必需採用設置有熱傳導針腳的構造。

本發明已考慮多種情況而得以實現且其目的在於提供一種通孔焊接構造，可增強焊接特性且在將通孔設置於一印刷板上並使用一無鉛焊料焊接一具有一引線端子之電子組件的情況中亦無需單獨設置一熱傳導針腳。

為了達成該目的，本發明之特徵為具有以下配置。

(1)一種焊接構造，包含：一印刷板；一通孔，其係穿過該印刷板而形成且係供以一無鉛焊料焊接一具有一引線端子之電子組件；及一用於保留焊料的輔助通孔，其被電絕緣且在該通孔附近穿過該印刷板而形成。

(2)根據(1)之焊接構造，其中該通孔之邊緣與該輔助通孔之邊緣之間的距離等於或小於3 mm。

(3)根據(1)之焊接構造，其中該輔助通孔之直徑等於或大於該通孔之直徑的50%。

(4)根據(2)之焊接構造，其中該輔助通孔之直徑等於或大於該通孔之直徑的50%。

(5)根據(1)之焊接構造，其中為一個通孔設置及形成複數個輔助通孔。

(6)根據(2)之焊接構造，其中為一個通孔設置及形成複數個輔助通孔。

(7)根據(3)之焊接構造，其中為一個通孔設置及形成複數個輔助通孔。

根據本發明之第一態樣，用於保留焊料之被電絕緣的輔助通孔係設置於印刷板的通孔附近。因此，在電子組件之引線端子安裝至通孔上的情況中，熔融之無鉛焊料進入通孔，且進一步進入輔助通孔。因此，藉由抑制通孔之導體圖案的熱輻射及自輔助通孔供應熱，可使通孔中之熔融焊料充分隆起至通孔上側。因此，能夠可靠地焊接引線端子。

根據本發明之第二態樣，相對於通孔以邊緣之間的距離等於或小於3 mm之方式設置及形成輔助通孔。因此，藉由抑制通孔之熱輻射及自輔助通孔供應熱，能夠可靠地進行焊接。

根據本發明之第三態樣，以直徑等於或大於通孔之直徑的50%之方式形成輔助通孔。因此，藉由抑制通孔之熱輻射及自輔助通孔供應熱，能夠以與上文所描述之相同方式可靠地進行焊接。

根據本發明之第四態樣，為一個通孔設置及形成複數個輔助通孔。因此，能夠更大強度地增強優勢，進而改良可靠性。

下文將參考圖1至圖4C描述根據本發明的具體例。

圖2為顯示一多層印刷板1的俯視圖，其中佈線導體圖案2a、2b、2c及2d形成於一表面上，且此外，設置用於安裝一電子組件的焊盤3a、3b及3c以及穿過焊盤3a至3c形成一焊接通孔4。將用於一電子組件(未圖示)之引線端子5插入焊盤3a至3c的焊接通孔4中且在該狀態下以一無鉛焊料6電連接。

此外，在多層印刷板1之焊盤3a及3c附近設置及形成未安裝任何電子組件的焊盤7a及7b。將根據本發明作為輔助通孔的熱通孔8穿過焊盤7a及7b形成並以無鉛焊料6填滿。具有熱通孔8形成於其上之焊盤7a及7b不與其他部分電連接，但用來適當執行下文將描述且係設置為不與任何部分電連接之狀態的無鉛焊料6的焊接處理。

將熱通孔8設置及形成於(例如)相對於焊接通孔4距離3 mm或更少的位置中。此外，將熱通孔8之直徑設定為等於或大於焊接通孔4之直徑的50%。

圖1為顯示圖2中所說明之構造中具有焊接通孔4形成於其上之焊盤3a及具有熱通孔8形成於其上之焊盤7a的部分(圖式中沿A－A線所顯示的一部分)的剖面圖。在圖1中，藉由設置複數個佈線層來組成多層印刷板1並在上表面側及下表面側上形成佈線導體圖案，且此外亦形成於內部部分之一中間層上。

在圖式中所顯示之部分中，焊盤3a之焊接通孔4在電子組件之引線端子5插入於其中的狀態下以無鉛焊料6填滿。在圖式中所顯示之狀態下，無鉛焊料6充分隆起至形成於多層印刷板1之上表面上的導體圖案2a的表面，使得可獲得極佳的焊接特性。

熱通孔8可獲得無鉛焊料6之焊接處理中的以下功能。因此，能夠為在焊接通孔4中的引線端子5可靠地進行焊接處理。

更特定言之，在無鉛焊料6焊接至焊接通孔4中的焊接處理中，無鉛焊料6在浸沒在焊料浸漬槽中的過程中向上爬行，而焊接通孔4及熱通孔8便被無鉛焊料6填滿。當自焊料浸漬槽向上拉起多層印刷板1時，無鉛焊料6接著隨溫度之下降而固化。

無鉛焊料6在焊接通孔4中之熱自插入之引線端子5或連接至焊盤3a、3b及3c的導體圖案2b、2c及2d轉移，且此外經由圖式中箭頭S1所顯示之轉移而在多層印刷板1中進行輻射。另一方面，熱通孔8中之無鉛焊料6之熱被輻射及供應至焊接通孔4，藉此抑制了焊接通孔之熱輻射且緩和了焊接通孔4中焊料6的溫度下降。因此，達成充分潤焊。

在圖2所示之配置中，在具有焊接通孔4形成於其上的焊盤3a至3c中，兩個焊盤3a及3c係定位於焊盤3b附近。因此，可由穿過焊接通孔4中無鉛焊料6之熱輻射及熱供應獲得與熱通孔8之優勢等效的優勢。因此，可良好地進行焊接。此外，參考焊盤3a及3c，分別設置及形成具有熱通孔8形成於其上的焊盤7a及7b，且此外，焊盤3a之焊接通孔4係作用如熱通孔8。因此，可良好地進行焊接。

接著，將給出藉由經由實驗證實熱通孔8之設置及形成的優勢所獲得之結果的描述。實驗內容為找尋一用於獲得熱通孔8之配置間隔、直徑及配置數目之改變的極佳結果的條件。

圖3為顯示實驗條件的典型圖，其說明穿過多層印刷板1而形成之焊接通孔4與熱通孔8之間的關係。熱通孔之直徑由α 表示，焊接通孔之直徑由β 表示，兩者之間的間隔由A表示，直徑比α /β 由B表示，熱通孔之數目由C表示。在圖式中所示之狀態中，在熱通孔之數目C設定為「2」的情況下，將該等熱通孔設置於相對位置且其間插置焊接通孔。

實驗中所採用之條件如下。對於一焊接製程而言，採取「無鉛流動焊接」方法。作為焊接材料之無鉛焊料為基於Sn－Ag－Cu的材料，且更特定言之，為「Sn－3.0Ag－0.5Cu」焊料。焊接時間為「10秒」。

對於焊接之評估而言，參考是否獲得一極佳焊料隆起狀態，將四個階段中之點計數為評估標記，亦即，將焊料隆起至組件表面且形成一焊縫的狀態計數為「3」個點，將焊料隆起至組件表面的狀態計數為「2」個點，將焊料隆起至焊接通孔之75%或更多且未隆起至組件表面的狀態計數為「1」個點，及將焊料隆起至少於焊接通孔之75%的狀態計數為「0」個點，焊接數目中的每一者設定為四個點，且全部標記設定為12個點且使評估標記對應於條件，藉此進行曲線繪製。

圖4A至圖4C顯示實驗結果，且圖4A顯示在焊接通孔及熱通孔之邊緣之間的距離A(mm)的條件，圖4B顯示直徑比B的條件，及圖4C顯示熱通孔之數目C的條件。

首先，在圖4A中，進行實驗，其中將在焊接通孔及熱通孔之邊緣之間的距離A設定為「1 mm」、「2 mm」、「3 mm」及「4 mm」之四個條件，將直徑比B設定為「1」且將熱通孔之數目C設定為「1」。結果，發現最高評估標記係在「1 mm」之情況下獲得，且評估標記隨距離A之增加而減少。判定出當邊緣之間的距離A之上限近似「3 mm」時，可預期熱通孔的優勢。

在圖4B中，進行實驗，其中將熱通孔與焊接通孔之直徑比B設定為包括「0.25」、「0.5」、「0.75」及「1」，及沒有熱通孔時的「0」的5個條件，將邊緣之間的距離A設定為「2 mm」及將設置熱通孔情況下的數目C設定為「1」。結果，發現直徑比B為「1」時給出最高評估標記，且當直徑比B減小時，評估標記減少。此外，在直徑比B為「0.25」及「0」之情況下評估點相等。因此，發現不能預期優勢。參考直徑比B，判定出可在「0.3」或更大且較佳接近「0.5」(50%)或更大時預期優勢。

在圖4C中，進行實驗，其中將「0」、「1」、「2」及「3」之四個條件設定給熱通孔之數目C，將邊緣之間的距離A設定為「2 mm」及將直徑比B設定為「0.7」。結果，發現在數目C為「3」時可獲得最高評估標記，且評估標記隨數目C減少而減少。此外，發現若熱通孔之數目C為「1」，可充分獲得優勢。

根據具體例，在多層印刷板1之焊接通孔4的附近設置熱通孔8而以無鉛焊料6焊接引線端子5的情況中，可獲得極佳焊接隆起狀態，使得可增強焊接特性。

在該情況中，若熱通孔8與焊接通孔4之邊緣之間的距離A等於或小於「3 mm」，能夠獲得極佳優勢。發現若其之間的直徑比B等於或高於「0.3」且較佳等於或高於「50%(0.5)」，可獲得極佳優勢。此外，亦發現，若待設置之熱通孔8之數目等於或大於「1」且增加，可更大程度地預期優勢。

實際上，藉由採用該等條件可獲得以下實際優勢。

(1)在A基板之情況下，當條件設定為熱通孔之直徑設定為1.3 mm時，亦即，對於具有2 mm之直徑的焊接通孔而言直徑比B設定為0.65，且邊緣之間的距離A設定為1.5 mm，與未設置熱通孔之情況相比，可更大程度地增強潤焊。

(2)在B基板之情況下，當條件設定為熱通孔之直徑設定為1.4 mm時，亦即，對於具有1.4mm之直徑的焊接通孔而言直徑比B設定為1.0，且邊緣之間的距離A設定為1.5 mm，與未設置熱通孔之情況相比，可顯著地增強潤焊。

本發明不限制為實施例，而可以以下方式改變或擴大。

在具體例中，已給出假定引線端子5具有一方形截面的情況下進行實驗的情況的描述。然而，引線端子5之截面形狀不限制為方形，而可為矩形，且亦可應用一圓形形狀。

儘管用於具體例中之無鉛焊料已為基於Sn－Ag－Cu的材料，此外，亦有可能使用基於Sn－Ag的材料。

1．．．印刷板

2a．．．佈線導體圖案

2b．．．佈線導體圖案

2c．．．佈線導體圖案

2d．．．佈線導體圖案

3a．．．焊盤

3b．．．焊盤

3c．．．焊盤

4．．．通孔

5．．．引線端子

6．．．無鉛焊料

7a．．．焊盤

7b．．．焊盤

8．．．熱通孔

A．．．間隔

B．．．直徑比

S1．．．箭頭

α ．．．熱通孔之直徑

β ．．．焊接通孔之直徑

圖1為顯示本發明之具體例的典型剖視圖，圖2為顯示熱通孔之配置狀態的平面圖，圖3為顯示用於日期擷取之實驗之設定條件的圖，及圖4A至圖4C為顯示用於潤焊之實驗之結果的圖。

1．．．印刷板

3a．．．焊盤

4．．．通孔

5．．．引線端子

6．．．無鉛焊料

7a．．．焊盤

8．．．熱通孔

Claims (7)

1. 一種焊接構造，其包含：一印刷板；一通孔，其係穿過該印刷板而形成且係供以一無鉛焊料焊接一具有一引線端子之電子組件；及一用於保留焊料的輔助通孔，其被電絕緣且在該通孔附近穿過該印刷板而形成，上述輔助通孔被電絕緣於形成在上述輔助通孔附近之上述通孔。
2. 如申請專利範圍第1項之焊接構造，其中該通孔之邊緣與該輔助通孔之邊緣之間的距離等於或小於3 mm。
3. 如申請專利範圍第1項之焊接構造，其中該輔助通孔之直徑等於或大於該通孔之直徑的50%。
4. 如申請專利範圍第2項之焊接構造，其中該輔助通孔之直徑等於或大於該通孔之直徑的50%。
5. 如申請專利範圍第1項之焊接構造，其中為一個通孔設置及形成複數個輔助通孔。
6. 如申請專利範圍第2項之焊接構造，其中為一個通孔設置及形成複數個輔助通孔。
7. 如申請專利範圍第3項之焊接構造，其中為一個通孔設置及形成複數個輔助通孔。