WO2013136575A1 - プリント配線板及び回路基板 - Google Patents

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WO2013136575A1
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wiring board
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electronic component
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淳 角田
満 ▲高▼平
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株式会社日立製作所
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    • H05K3/3431Leadless components
    • H05K3/3436Leadless components having an array of bottom contacts, e.g. pad grid array or ball grid array components

Definitions

  • the present invention relates to a printed wiring board and a circuit board, and is applied to a printed wiring board and a circuit board on which surface-mount type electronic components such as QFN (Quad Flat Non-Leaded Package) and SON (Small Outline Non-Leaded Package) are mounted. Is preferable.
  • QFN Quad Flat Non-Leaded Package
  • SON Small Outline Non-Leaded Package
  • QFN and SON have a rectangular shape of about 10 [cm] square, and have 100 or less electrode terminals.
  • each electrode terminal is arrange
  • a bottom surface pad may be provided at the center of the bottom surface of the package. This bottom pad is used as an exposed pad as an electrode terminal for power supply or ground, and also as a heat radiating pad for radiating heat generated in the QFN or SON to the inner layer of the printed wiring board.
  • a printed wiring board on which a surface mount type electronic component having a bottom surface pad such as QFN and SON is mounted has a plurality of lands called corresponding to each electrode terminal and bottom surface pad of the surface mount type electronic component. An electrode is formed.
  • Such a surface mount electronic component is mounted on the printed wiring board in such a manner that each electrode terminal and bottom surface pad are soldered to a corresponding land on the printed wiring board.
  • the wetting area ratio of the bottom surface pad is often defined as the use condition of the surface mount electronic component. This wetting area ratio is the area of the bottom pad that is actually connected to the corresponding land on the printed wiring board (hereinafter referred to as a bottom pad connecting land) via solder. The area ratio is specified by the manufacturer of the surface mount electronic component.
  • Patent Document 1 discloses a printed wiring board on which surface-mounted electronic components are mounted.
  • the printed wiring board disclosed in Patent Document 1 forms a solder joint surface surrounded by a solder resist film, so that a solder material for connecting the printed wiring board and the surface-mounted electronic component is formed on the solder joint surface. It is easy to fasten.
  • the operation of mounting the surface mount electronic component provided with the bottom surface pad as described above on the printed wiring board corresponds to each electrode terminal or bottom surface pad of the surface mount type electronic component and / or the printed wiring board.
  • a plurality of through holes are provided in the land for connecting the bottom surface pad on the printed wiring board, and the bottom surface pad of the surface mount type electronic component and the printed wiring board are used during the solder reflow process.
  • a method of letting voids generated between the bottom pad connection lands escape from between the bottom surface pads of the surface mount type electronic component and the bottom surface pad connection lands of the printed wiring board through these through holes is conceivable.
  • the through hole is provided around the land for connecting the bottom surface pad, and a wall is formed by applying a solder resist around the through hole.
  • a method of preventing the solder material from flowing into the through hole is conceivable.
  • surface-mounted electronic components such as QFN and SON are small components, it is difficult to secure a sufficient space to form a wall. In order to employ such a method, the number of through holes is reduced, A new problem arises that the effective area of the bottom pad must be reduced.
  • the present invention has been made in consideration of the above points, and when a surface-mount type electronic component having a bottom surface pad is mounted on a printed wiring board, voids are prevented from remaining in the connection portion of the bottom surface pad, An object of the present invention is to propose a printed wiring board and a circuit board that can sufficiently ensure a wet area ratio of a solder material.
  • a printed wiring corresponding to the bottom surface pad of the electronic component is provided in a printed wiring board on which a surface mounting type electronic component having a bottom surface pad provided on the bottom surface side is mounted.
  • a land provided on a mounting surface of the electronic component of the board; a hole formed in a region of the printed wiring board in which the land is provided; and a conductor layer formed on an inner surface; the hole and the printed A first through hole that communicates with the bottom surface side of the wiring board is provided, and a conductor layer is not formed on the inner surface of at least the connection portion of the first through hole with the hole.
  • a circuit board is provided with a surface-mount type electronic component having a bottom surface pad on the bottom surface side and a printed wiring board on which the electronic component is mounted, and the printed wiring board includes the electronic component Corresponding to the bottom surface pad of the printed wiring board, a land provided on the mounting surface of the electronic component and a region of the printed wiring board in which the land is provided, and a conductor layer is formed on the inner surface.
  • a first through hole that communicates the hole and the bottom surface side of the printed wiring board, and a conductor layer is provided on the inner surface of at least a connection portion of the first through hole with the hole. It was not formed.
  • voids are prevented from remaining at the connection portion of the bottom surface pad, and the wetting area ratio of the solder material at the connection portion is sufficient. Can be secured.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a circuit board according to a first embodiment of the present invention. It is sectional drawing of a printed wiring board before a surface mount type electronic component is soldered. It is a top view of the printed wiring board of FIG. It is sectional drawing (the 1) of the printed wiring board in the middle of preparation. It is sectional drawing (the 2) of the printed wiring board in the middle of preparation. It is a design drawing which shows a detailed example of the plated hole. It is sectional drawing of the printed wiring board after completion of preparation. It is sectional drawing of the printed wiring board in which the solder paste for hole filling was inject
  • reference numeral 1 denotes a circuit board according to the first embodiment as a whole.
  • the circuit board 1 is configured by mounting a surface-mounted electronic component 20 on a circuit surface 10 ⁇ / b> A of a printed wiring board 10 with a solder material 30.
  • the double hatched portion in FIG. 1 indicates the solder material 30.
  • the surface mount type electronic component 20 is an electronic component package in which a plurality of electrode terminals 22 are formed along the peripheral side portion of the bottom surface and a bottom surface pad 21 is provided in the center of the bottom surface, and is composed of, for example, QFN or SON. Is done.
  • the printed wiring board 10 is formed by sequentially laminating a plurality of insulating substrates 11 each having a predetermined wiring pattern 112 formed on one side and / or the other side through a prepreg 12 made of an insulating material.
  • the insulating substrate 11 is composed of, for example, a glass epoxy substrate, a glass composite substrate, a glass polyimide substrate, or the like.
  • a predetermined wiring pattern 112 is formed on one side and the other side of the printed wiring board 10. Further, on at least one surface 10A side of the printed wiring board 10 on which the surface-mounted electronic component 20 is mounted, as shown in FIG. 3, a plurality of lands 14 corresponding to the electrode terminals 22 of the surface-mounted electronic component 20 are provided. Is formed, and a bottom pad connecting land 13 is provided corresponding to the bottom pad 21 of the surface mount electronic component 20.
  • the surface-mount type electronic component 20 solders each electrode terminal 22 to the corresponding land (electrode terminal connection land) 14 of the printed wiring board 10, and the bottom surface pad 21 is the bottom surface. It is mounted on the printed wiring board 10 so as to be soldered to the pad connecting land 13.
  • the printed wiring board 10 is provided with a plurality of holes 15 having a predetermined depth in the area where the bottom pad connecting lands 13 are formed.
  • a through hole 17 is provided in correspondence with each of the hole portions 15 so as to communicate the hole portion 15 with the other surface side of the printed wiring board 10.
  • the conductor layer 16 is formed on the inner surface side of each hole 15 by plating or sputtering, whereas the conductor layer is not formed on the inner surface of each through-hole 17.
  • the melted solder material 30 is unlikely to flow into the through hole 17 during the reflow process when mounting the surface-mounted electronic component 20 on the printed wiring board 10.
  • the hole 15 and the through hole 17 are provided with a set of a predetermined number or more prescribed by the manufacturer as the usage condition of the surface mount electronic component 20, whereby the surface mount type
  • the heat generated from the surface mount electronic component 20 is printed from the bottom pad 21 of the surface mount electronic component 20 through each through hole 17. It can be transmitted to the inner layer of the wiring board 10 with certainty.
  • a multilayer wiring board 50 is produced by sequentially laminating a plurality of insulating substrates 11 on which a predetermined wiring pattern 112 is formed.
  • a necessary wiring pattern 112 is also formed on the other surface 50B side of the multilayer wiring board 50 on which the surface mount electronic component 20 is not mounted.
  • the wiring pattern 112 is not formed on the one surface 50A side of the multilayer wiring board 50 on which the surface-mounted electronic component 20 is mounted.
  • a hole having a hole diameter of about 0.5 [mm] to 0.8 [mm] is formed on one surface 50A side of the multilayer wiring board 50 on which the surface-mounted electronic component 20 is mounted using a drill or the like.
  • Part 51 is formed.
  • the hole 51 corresponds to the hole 15 of the printed wiring board 10 described above with reference to FIG. 1, and is in the middle of the insulating substrate 11 closest to the one surface 50 ⁇ / b> A side of the multilayer wiring board 50, or of the insulating substrate 11. It is formed to a depth up to the middle of the prepreg 12 that forms the lower layer.
  • the conductor layer 16 is formed on the inner surface of the hole 51 formed as described above by plating or sputtering, and surface mounting is performed on the one surface 50A side of the multilayer wiring board 50.
  • the wiring pattern 112 including the lands 13 and 14 for the mold electronic component 20 is formed by screen printing or the like.
  • the printed wiring board 10 according to the present embodiment is formed by the processes shown in FIGS.
  • solder paste 30A is injected into the hole 15 of the printed wiring board 10 manufactured as described above. Further, as shown in FIG. 9, after the mask processing is performed around the bottom surface pad connection land 13 and the electrode terminal connection land 14, the screen is formed on the bottom surface pad connection land 13 and the electrode terminal connection land 14.
  • the solder paste 30B is supplied by a technique such as printing.
  • the circuit board 1 shown in FIG. 1 can be manufactured by the above processing.
  • FIG. 10 shows a configuration example of a conventional printed wiring board 80.
  • the printed wiring board 80 is provided with a bottom pad connection land 81 and an electrode terminal connection land 82 around the land 81.
  • a plurality of through holes 83 are formed in the area of the bottom surface pad connection land 81.
  • a conductor layer made of, for example, a copper material is formed on the inner surface side of each through hole 83.
  • the conventional printed wiring board 80 has a plurality of insulating substrates 85 and prepregs 86 alternately stacked in the same manner as the printed wiring board 10.
  • the bottom surface pad connection land 81 and the electrode terminal connection land 82 are arranged on the insulating substrate 85 of the printed wiring board 80 at positions corresponding to the bottom surface pad and electrode terminal of the surface mount electronic component (not shown). Is done.
  • the bottom surface pad connecting land 81 and the electrode terminal connecting land 82 are connected to the corresponding bottom surface pad and electrode terminal of the corresponding surface mount electronic component by a solder material.
  • the through hole 83 is connected to a wiring pattern 852 provided on the bottom surface side of the printed wiring board 80.
  • the solder material applied between the bottom surface pad and the bottom surface pad connection land 81 is connected to the bottom surface pad connection.
  • the solder material flows into the through hole 83 the amount of the solder material that should be in the original connection portion decreases, and the wet area ratio of the connection portion decreases.
  • the wetting area ratio of the connection portion falls below a prescribed value, and not only a sufficient bonding force cannot be obtained, but in some cases, the bottom surface pad and the bottom surface pad connection land 81 are not connected. turn into.
  • FIG. 12 shows another conventional printed wiring board 90 in which a through hole 93 is formed at a position different from that in FIG.
  • the through hole 93 is formed outside the bottom surface pad connection land 91.
  • the periphery of the bottom pad connection land 91 and the through hole 93 is a solder resist application region 94 to which a solder resist is applied.
  • the solder resist application region 94 becomes a wall for the through hole 93 by the applied solder resist, and is applied between the bottom surface pad and the bottom surface pad connection land 91 when the surface mount type electronic component is soldered to the printed wiring board 90. This prevents the solder material from flowing into the through hole 93.
  • FIG. 13 is an example of a printed wiring board 90 to which the surface mount electronic component 70 is soldered.
  • FIG. 13 shows a state in which the void 99 remains in the connection portion between the bottom surface pad 71 and the bottom surface pad connection land 91 by the solder material 98.
  • the void 99 is a bubble generated from the remelted solder material 98 during the solder reflow process, and is particularly noticeable when the solder material 98 contains a flux for removing an oxide film or dirt on the metal surface. appear.
  • the void 99 may be spontaneously released from the connection portion before the solder material 98 is fixed, but when the bubbles are large, the void 99 is difficult to be removed and easily remains in the connection portion.
  • the solder material 98 is fixed with the void 99 remaining in the connection portion, the wet area rate in the connection portion decreases, and the same problem as in the case of the decrease in the wet area rate described above occurs. To do.
  • the solder material 30 is good to be wet. Therefore, the solder material applied between the bottom surface pad 21 and the bottom surface pad connection land 13. A part of 30 is accommodated in the hole 15 to prevent it from flowing into the through hole 17.
  • the diameter of the through hole 17 is smaller than that of the hole 15, which is one of the reasons why the solder material 30 is accommodated in the hole 15 and does not flow out to the through hole 17.
  • FIG. 14 schematically illustrates the results of an experiment of the difference due to the presence or absence of a through hole in the connection portion between the printed wiring board and the surface mount electronic component.
  • FIG. 14A shows the result when a through hole is not formed in the area of the bottom surface pad connecting land 91 in the conventional printed wiring board 90 different from the printed wiring board 10 according to the present embodiment.
  • a large amount of the void 99 remains in the connection portion by the solder material 98.
  • FIG. 14B shows the result when the through hole 17 is formed in the region of the bottom pad connecting land 13 of the printed wiring board 10.
  • FIG. 14 (b) no voids remained in the connection portion by the solder material 30.
  • the printed wiring board 10 has an effect of removing voids through the through holes 17.
  • the through hole 17 communicating with the hole 15 is formed in the region where the bottom surface pad connection land 13 is provided, so that a sufficient region for forming the through hole 17 is ensured. And the prescribed number of through holes 17 can be satisfied.
  • the heat generated in the surface mount electronic component 20 can be radiated to the inner layer or the bottom of the printed wiring board 10 by forming the plurality of through holes 17.
  • FIG. 15 in which the same reference numerals are assigned to the parts corresponding to those in FIG. 1 shows a printed wiring board 40 according to the second embodiment.
  • the printed wiring board 40 is configured in the same manner as the printed wiring board 10 according to the first embodiment except that through holes 41A and 41B are further provided in addition to the configuration of the printed wiring board 10.
  • the through holes 41A and 41B have a hole diameter of about 0.2 [mm] to 0.3 [mm], for example, and are the bottom pad connection land 13 and the electrode terminal connection land 14 on the one surface 40A side of the printed wiring board 40. Formed at different positions. These through-holes 41A and 41B are provided for electrical connection between wiring patterns on the surface layer and / or inner layer of the printed wiring board 40. For this reason, the inner surfaces of these through-holes 41A and 41B are plated or sputtered.
  • a conductor layer 42 made of a conductive material is formed by the above.
  • a printed wiring board 40 of the present embodiment conduction between the wiring patterns of the surface layer and / or the inner layer can be obtained by the through holes 41A and 41B. That is, in the printed wiring board 10 according to the first embodiment, a conductor layer is not formed on the inner surface of the through hole 17 communicating with each hole 15 (FIG. 2). The wiring patterns cannot be connected to each other. However, in the printed wiring board 40 according to the present embodiment, since the through holes 41A and 41B having the conductor layer 42 formed on the inner surface are provided separately from the through holes 17, the through holes 41A and 41B are provided. Necessary wiring patterns can be made conductive.
  • the degree of freedom in designing the wiring patterns of the surface layer and the inner layer can be increased. Can also be obtained.
  • the electrode terminal connection land 14 is surrounded by the four sides of the bottom surface pad connection land 13 as shown in FIG.
  • the present invention is not limited to this.
  • the electrode terminal connection lands 14 provided on the printed wiring board 10 may be arranged around two sides of the bottom surface pad connection land 13 corresponding to the electrode terminals 22 of the surface-mount type electronic component 20.
  • the present invention is applied to the printed wiring boards 10 and 40 on which the surface mount type electronic component 20 such as QFN or SON is mounted has been described.
  • the present invention is not limited to this, and in summary, the present invention can be widely applied to various other printed wiring boards on which a surface-mount type electronic component having a bottom surface pad 21 formed on the bottom surface is mounted.
  • the electronic component may be of a type that is mounted such that the electrode terminal is inserted into the printed wiring board.
  • the present invention is not limited to this, and at least the connection with the hole 15 is performed. If the conductor layer is not formed on the inner surface in the vicinity of the portion, the conductor layer may be formed on the other inner surface of the through hole 17.
  • the through hole 17 is straightened so that the bottom of each hole 15 of the printed wiring boards 10 and 40 and the bottom side of the printed wiring boards 10 and 40 communicate with each other.
  • the present invention is not limited to this, and the main point is that the portion other than the bottom of the hole 15 and the bottom side of the printed wiring boards 10 and 40 are communicated with each other. If the hole 17 is to be formed, other shapes and positions can be widely applied as the shape and position of the through hole 17.
  • the present invention can be applied to printed wiring boards and circuit boards on which surface mount electronic components such as QFN and SON are mounted.

Abstract

 底面側に底面パッド(21)が設けられた表面実装型の電子部品(20)が実装されるプリント配線板(10)において、電子部品(20)の底面パッド(21)に対応させて、プリント配線板(10)の当該電子部品(20)の実装面に設けられたランド(13)と、プリント配線板(10)のランド(13)が設けられた領域内に形成され、内面に導体層(16)が形成された穴部(15)と、穴部(15)とプリント配線板(10)の底面側とを連通する第1のスルーホール(17)とを設け、第1のスルーホール(17)の少なくとも穴部(15)との接続部分の内面に導体層(16)を形成しないようにした。

Description

プリント配線板及び回路基板
 本発明はプリント配線板及び回路基板に関し、QFN(Quad Flat Non-Leaded Package)やSON(Small Outline Non-Leaded Package)等の表面実装型電子部品が実装されるプリント配線板及び回路基板に適用して好適なるものである。
 近年、表面実装型電子部品は、小型化及び薄型化してきている。これに伴い、表面実装型電子部品として、SOP(Small Outline Package)及びQFP(Quad Flat Package)などに代表されるリード接続型のパッケージ形態の電子部品に加えて、QFN(Quad Flat Non-Leaded Package)及びSON(Small Outline Non-Leaded Package)などに代表されるリード端子をもたないパッケージ形態の電子部品も開発及び実用化されており、その使用数は増加傾向にある。
 QFN及びSONは、10〔cm〕角程度の矩形形状を有し、100個又はそれ以下の電極端子を備えることを特徴とする。この場合、各電極端子は、パッケージの対向する二辺又は四辺にそれぞれ沿ってパッケージ底面の周端部に配置される。またQFN及びSONの場合、パッケージ底面の中央部に底面パッドが設けられる場合がある。この底面パッドは、エクスポーズパッドとして電源供給用又はグランド用の電極端子として用いられるほか、そのQFN又はSON内で発生した熱をプリント配線板の内層に放熱する放熱用パッドとしても利用される。
 一方、QFN及びSON等の底面パッドを有する表面実装型電子部品が実装されるプリント配線板には、当該表面実装型電子部品の各電極端子及び底面パッドとそれぞれ対応させて、ランドと呼ばれる複数の電極が形成される。そして、かかる表面実装型電子部品は、各電極端子及び底面パッドをそれぞれプリント配線板上の対応するランドにはんだ付けするようにしてプリント配線板上に実装される。
 ところで、表面実装型電子部品の底面パッドがプリント配線板の内層との電気的接続を確保する用途で設けられている場合や、表面実装型電子部品で発生した熱をプリント配線板に逃がす用途で設けられている場合、その表面実装型電子部品の使用条件として、底面パッドのぬれ面積率が規定されていることが多い。このぬれ面積率は、かかる底面パッド全体の面積に対する、実際にプリント配線板上の対応するランド(以下、これを底面パッド接続用ランドと呼ぶ)とはんだを介して接続されている当該底面パッド部分の面積の割合であり、その表面実装型電子部品のメーカにより指定される。
 なお特許文献1には、表面実装型電子部品を実装するプリント配線板が開示されている。特許文献1に開示されたプリント配線板は、ソルダレジストの被膜によって囲まれたはんだ接合面を形成することにより、プリント配線板と表面実装型電子部品とを接続するはんだ材を、はんだ接合面に留めやすくしている。
特開2009-105212号公報
2007、TEXAS INSTRUMENTS、"QFN/SON PCB Attachment"、[online]、[平成23年2月3日検索]、インターネット<URL: http://www.ti.com/lit/an/slua271a/slua271a.pdf>
 ところで、上述のような底面パッドが設けられた表面実装型電子部品をプリント配線板に実装する作業は、表面実装型電子部品の各電極端子や底面パッド上、及び又は、プリント配線板の対応する各ランド(底面パッド接続用ランドを含む)上にそれぞれはんだペーストを供給した後に、表面実装型電子部品を位置決めしてプリント配線板上に載せ、その後、かかるはんだペーストを再溶融させる(はんだリフロー処理)ことにより行われる。
 この場合において、このようなはんだリフロー処理の際に、再溶融したはんだペースト内に気泡(ボイド)が発生することがあり、このボイドが表面実装型電子部品及びプリント配線板の接続部分から抜けずに留まる現象が多々発生する問題があった。このような現象は、個々の電極端子に比べて面積が大きい表面実装型電子部品の底面パッドと、プリント配線板の底面パッド接続用ランドとの接合部分において顕著であり、かかる接合部分にボイドが多量に残留した場合、表面実装型電子部品の底面パッド及びプリント配線板の底面パッド接続用ランド間におけるはんだ材の量が減少し、上述の規定されたぬれ面積率を確保できなくなるという問題があった。
 特に、特許文献1に記載されたプリント配線板においては、はんだ接合面がソルダレジストに囲まれた状態で島状に形成されているため、ボイドがはんだ接合面から抜けられずに溜まってしまうおそれが強い。
 以上のような問題を解決するための1つの方法として、プリント配線板上の底面パッド接続用ランドに複数のスルーホールを設け、はんだリフロー処理時に表面実装型電子部品の底面パッド及びプリント配線板の底面パッド接続用ランド間に発生したボイドをこれらのスルーホールを介して表面実装型電子部品の底面パッド及びプリント配線板の底面パッド接続用ランド間から逃がす方法が考えられる。しかしながらこの方法によると、溶融したはんだペーストもスルーホールに流れ込むために、表面実装型電子部品の底面パッド及びプリント配線板の底面パッド接続用ランド間におけるはんだ材の総量が減少し、結果として上述のぬれ面積率が低下してしまうという別の問題があり、最悪の場合、表面実装型電子部品の底面パッド及びプリント配線板の底面パッド接続用ランド間が未接続状態となる問題もある。
 さらに、スルーホールにはんだ材が流れ込むことを防止する方法の1つとして、スルーホールを底面パッド接続用ランドの周囲に設けると共に、スルーホールの周囲にソルダレジストを塗布して壁を形成することにより、はんだ材のスルーホールへの流れ込みを阻止する方法が考えられる。しかしながら、QFN及びSON等の表面実装型電子部品は小さい部品であるために壁を形成する程の十分なスペースを確保し難く、かかる方法を採用するためには、スルーホールの数を減らしたり、底面パッドの有効面積を減らしたりしなければならないという新たな問題が発生する。
 上述のような諸問題から、底面パッドを有する表面実装型電子部品をプリント配線板に実装する場合には、かかる底面パッドと、プリント配線板の対応する底面パッド用ランドとの間におけるはんだ材のぬれ面積率を十分に確保することが課題となっている。
 本発明は以上の点を考慮してなされたもので、底面パッドを有する表面実装型電子部品をプリント配線板に実装する場合に、底面パッドの接続部分でボイドの残留を防ぎ、当該接続部分におけるはんだ材のぬれ面積率を十分に確保することが可能なプリント配線板及び回路基板を提案しようとするものである。
 かかる課題を解決するために本発明においては、底面側に底面パッドが設けられた表面実装型の電子部品が実装されるプリント配線板において、前記電子部品の前記底面パッドに対応させて、プリント配線板の当該電子部品の実装面に設けられたランドと、前記プリント配線板の前記ランドが設けられた領域内に形成され、内面に導体層が形成された穴部と、前記穴部と前記プリント配線板の底面側とを連通する第1のスルーホールとを設け、前記第1のスルーホールの少なくとも前記穴部との接続部分の内面に導体層を形成しないようにした。
 また本発明においては、回路基板において、底面側に底面パッドが設けられた表面実装型の電子部品と、前記電子部品が実装されたプリント配線板とを設け、前記プリント配線板は、前記電子部品の前記底面パッドに対応させて、プリント配線板の当該電子部品の実装面に設けられたランドと、前記プリント配線板の前記ランドが設けられた領域内に形成され、内面に導体層が形成された穴部と、前記穴部と前記プリント配線板の底面側とを連通する第1のスルーホールとを備え、前記第1のスルーホールの少なくとも前記穴部との接続部分の内面に導体層が形成しないようにした。
 本発明によれば、底面パッドを有する表面実装型の電子部品をプリント配線板に実装する場合に、底面パッドの接続部分でボイドの残留を防ぎ、当該接続部分におけるはんだ材のぬれ面積率を十分に確保することができる。
 さらに本発明によれば、底面パッドを有する表面実装型の電子部品をプリント配線板に実装する場合に、スルーホールによる放熱効果を実現することができる。
本発明の第1の実施の形態による回路基板の断面図である。 表面実装型電子部品がはんだ付けされる前のプリント配線板の断面図である。 図2のプリント配線板の平面図である。 作製途中のプリント配線板の断面図(その1)である。 作製途中のプリント配線板の断面図(その2)である。 めっき処理された穴部の詳細な一例を示す設計図である。 作製完了後のプリント配線板の断面図である。 穴埋め用のはんだペーストが注入されたプリント配線板の断面図である。 底面パッド接続用のはんだペーストが塗布されたプリント配線板の断面図である。 従来のプリント配線板の平面図である。 図10の従来のプリント配線板の断面図である。 別の従来のプリント配線板の平面図である。 図12のプリント配線板に表面実装型電子部品をはんだ付けした一例を示す断面図である。 スルーホールの有無による接続部分の違いを示す模式図である。 本発明の第2の実施の形態によるプリント配線板の断面図である。
 以下、図面について本発明の一実施の形態を詳述する。
(1)第1の実施の形態
(1-1)本実施の形態による回路基板の構造
 図1において、1は全体として第1の実施の形態による回路基板を示す。この回路基板1は、はんだ材30によってプリント配線板10の回路面10A上に表面実装型電子部品20が実装されて構成される。なお、図1の二重斜線部分は、はんだ材30を示す。
 表面実装型電子部品20は、底面の周側部に沿って複数の電極端子22が形成されると共に、底面中央部に底面パッド21が設けられた電子部品パッケージであり、例えばQFN又はSONから構成される。
 プリント配線板10は、図2に示すように、それぞれ一面側及び又は他面側に所定の配線パターン112が形成された複数の絶縁基板11を絶縁材からなるプリプレグ12を介して順次積層することにより形成された多層配線板である。絶縁基板11は、例えば、ガラスエポキシ基板、ガラスコンポジット基板又はガラスポリイミド基板等から構成される。
 プリント配線板10の一面側及び他面側には、それぞれ所定の配線パターン112が形成されている。またプリント配線板10における少なくとも表面実装型電子部品20が実装される一面10A側には、図3に示すように、表面実装型電子部品20の各電極端子22にそれぞれ対応させて複数のランド14が形成されると共に、当該表面実装型電子部品20の底面パッド21に対応させて底面パッド接続用ランド13が設けられている。かくして、表面実装型電子部品20は、図1に示すように、各電極端子22をプリント配線板10の対応するランド(電極端子接続用ランド)14にそれぞれはんだ付けし、かつ底面パッド21を底面パッド接続用ランド13にはんだ付けするようにして、プリント配線板10上に実装される。
 またプリント配線板10には、図1~図3に示すように、底面パッド接続用ランド13が形成されている領域内に所定深さの穴部15が格子状に複数設けられると共に、これらの穴部15にそれぞれ対応させて、当該穴部15とプリント配線板10の他面側とを連通するスルーホール17が設けられている。この場合、各穴部15の内面側にはめっき処理又はスパッタリング処理等により導体層16が形成されているのに対して、各スルーホール17の内面には導体層が形成されておらず、これによりプリント配線板10上に表面実装型電子部品20を実装する際のリフロー処理時に、溶融したはんだ材30がスルーホール17内に流入し難くなされている。
 なお、本実施の形態の場合、穴部15及びスルーホール17は、表面実装型電子部品20の使用条件としてメーカから規定される所定の数以上の組が設けられており、これにより表面実装型電子部品20の底面パッド21が放熱用として設けられている場合に、表面実装型電子部品20から発生した熱を、当該表面実装型電子部品20の底面パッド21から各スルーホール17を介してプリント配線板10の内層に確実に伝達し得るようになされている。
(1-2)本実施の形態による回路基板の作製手順
 次に、図4~図9を参照して、本実施の形態による回路基板1の作製手順を説明する。
 まず、図4に示すように、所定の配線パターン112を形成した複数の絶縁基板11を順次交互に積層することにより多層配線板50を作製する。また、表面実装型電子部品20が実装されない多層配線板50の他面50B側にも必要な配線パターン112を形成する。ただし、この段階では、表面実装型電子部品20が実装される多層配線板50の一面50A側には配線パターン112を形成しない。
 続いて、図5に示すように、多層配線板50の表面実装型電子部品20が実装される一面50A側にドリル等を用いて0.5〔mm〕~0.8〔mm〕程度の穴径を有する穴部51を形成する。この穴部51は、図1について上述したプリント配線板10の穴部15に対応するものであり、多層配線板50の一面50A側に最も近い絶縁基板11の途中、又は、当該絶縁基板11の下層を形成するプリプレグ12の途中までの深さに形成する。
 次いで、図6に示すように、上述のようにして形成した穴部51の内面上にめっき処理又はスパッタリング処理等により導体層16を形成し、さらに多層配線板50の一面50A側に、表面実装型電子部品20用のランド13,14を含む配線パターン112をスクリーン印刷処理等により形成する。
 この後、図7に示すように、多層配線板50の底部から、図5の工程で用いたものよりも小径のドリルを用いて、各穴部51の底部と、多層配線板50の他面50B側との間をそれぞれ連通する穴径が0.2〔mm〕~0.3〔mm〕程度のスルーホール17を形成する。
 以上の図4~図7の工程により本実施の形態によるプリント配線板10が形成される。
 次に、図8に示すように、上述のようにして作製したプリント配線板10の穴部15内に、はんだペースト30Aを注入する。さらに、図9に示すように、底面パッド接続用ランド13及び電極端子接続用ランド14の周囲にマスク処理を行ったうえで、底面パッド接続用ランド13上及び電極端子接続用ランド14上にスクリーン印刷等の手法によってはんだペースト30Bを供給する。
 その後、プリント配線板10上の所定の位置に表面実装型電子部品20を載せ、はんだペースト30A,30Bを加熱し溶融させてプリント配線板10と表面実装型電子部品20とを接続する(はんだリフロー処理)。以上の処理により図1に示した回路基板1を作製することができる。
(1-3)従来のプリント配線板の構造
 ここで、第1の実施の形態によるプリント配線板10と比較するためにQFNやSON等の底面パッドが形成された表面実装型電子部品が実装される従来のプリント配線板80,90について説明する。
 図10は、従来のプリント配線板80の構成例を示す。このプリント配線板80には、底面パッド接続用ランド81と、その周囲に電極端子接続用ランド82とが設けられる。また、底面パッド接続用ランド81の領域内には、複数のスルーホール83が形成される。各スルーホール83の内面側には、例えば銅材からなる導体層が形成される。
 図11に示すように、従来のプリント配線板80は、プリント配線板10と同様に複数の絶縁基板85とプリプレグ86とが交互に積層されている。底面パッド接続用ランド81及び電極端子接続用ランド82は、プリント配線板80の絶縁基板85の上部の、表面実装型電子部品(図示せず)の底面パッド及び電極端子にそれぞれ対応する位置に配置される。底面パッド接続用ランド81及び電極端子接続用ランド82は、はんだ材によってそれぞれ対応する表面実装型電子部品の底面パッド及び電極端子に接続される。
 なお、底面パッド接続用ランド81の領域内に設けられたスルーホール83は、プリント配線板80の底面側まで貫通している。そして、スルーホール83は、プリント配線板80の底面側に設けられた配線パターン852に接続される。
 ここで、図11に示す従来のプリント配線板80に表面実装型電子部品をはんだ付けした場合には、底面パッドと底面パッド接続用ランド81との間に塗布されたはんだ材が、底面パッド接続用ランド81に形成されたスルーホール83に流れ込んでしまうおそれがある。はんだ材がスルーホール83に流れ込むと、本来の接続部分にあるべきはんだ材の量が減少し、当該接続部分のぬれ面積率が低下する。その結果、当該接続部分のぬれ面積率が規定の値を下回ることになり、十分な接合力を得られないばかりか、場合によっては底面パッドと底面パッド接続用ランド81とが未接続の状態になってしまう。
 図11に示す従来のプリント配線板80における問題に対処する方法の1つとして、スルーホール83の位置を変更することが考えられる。
 図12は、図10とは異なる位置にスルーホール93が形成された別の従来のプリント配線板90である。図12のプリント配線板90では、スルーホール93は底面パッド接続用ランド91の外側に形成される。底面パッド接続用ランド91及びスルーホール93の周囲は、ソルダレジストが塗布されるソルダレジスト塗布領域94となる。ソルダレジスト塗布領域94は、塗布されたソルダレジストによってスルーホール93に対する壁となり、プリント配線板90に表面実装型電子部品をはんだ付けした場合に底面パッドと底面パッド接続用ランド91との間に塗布されたはんだ材がスルーホール93に流れ込むのを防止する。
 しかしながら、この方法によると、スルーホール93を形成できる領域が限られるために、図12に示すように、形成できるスルーホール93の個数が減ってしまうという問題がある。そしてスルーホール93の個数が減少すると、表面実装型電子部品で発生する熱の放熱効果が低減することとなる。また、スルーホール93の規定数を満たすことができないおそれがある。さらに、図11や図12に示した従来のプリント配線板80,90では、表面実装型電子部品をはんだ付けした場合に、以下に説明するボイド99の残留問題が発生する可能性がある。
 図13は、表面実装型電子部品70をはんだ付けしたプリント配線板90の一例である。図13には、はんだ材98による底面パッド71と底面パッド接続用ランド91との間の接続部分に、ボイド99が残留している状態が示されている。ボイド99は、はんだリフロー処理の際に、再溶融したはんだ材98から発生した気泡であり、はんだ材98に金属表面の酸化皮膜や汚れを除去するためのフラックスが含まれる場合には特に顕著に発生する。ボイド99は、はんだ材98が固着するまでに自然に接続部分の外に放出されることもあるが、気泡が大きい場合には除去されにくく、接続部分に残留しやすい。そして、図13に示すように、接続部分にボイド99が残留したままはんだ材98が固着すると、当該接続部分におけるぬれ面積率は低下し、前述のぬれ面積率低下の場合と同様の問題が発生する。
(1-4)本実施の形態のプリント配線板による効果
 上述のように、従来のプリント配線板80,90では、はんだ付けによって表面実装型電子部品70を接続した場合に、はんだ材98の流出やボイド99の残留といった問題が発生する。一方、本実施の形態によるプリント配線板10では、底面パッド接続用ランド13を貫通して、穴部15と穴部15に連通するスルーホール17とが形成されている。このスルーホール17の内部には導体層が形成されておらず、めっき処理された穴部15に比べてはんだ材30のぬれ性が悪いので、底面パッド21と底面パッド接続用ランド13との間の接続部分に発生したボイドはスルーホール17を経由して除去される。これに対して穴部15の内面側は、導体層16が形成されているためにはんだ材30のぬれが良いので、底面パッド21と底面パッド接続用ランド13との間に塗布されたはんだ材30の一部は、穴部15に収容され、スルーホール17に流出することを防止する。なお、穴部15よりもスルーホール17の穴径が小さいことも、はんだ材30が穴部15に収容されてスルーホール17まで流出しない理由の1つである。
 図14は、プリント配線板と表面実装型電子部品との接続部分におけるスルーホールの有無による違いを実験した結果を模式的に説明している。図14(a)は、本実施の形態によるプリント配線板10とは異なる従来のプリント配線板90において、底面パッド接続用ランド91の領域内にスルーホールを形成しなかった場合の結果である。図14(a)では、はんだ材98による接続部分にボイド99が多量に残留した。
 一方、図14(b)は、プリント配線板10の底面パッド接続用ランド13の領域内にスルーホール17を形成した場合の結果である。図14(b)では、はんだ材30による接続部分にボイドは残留していなかった。このように、プリント配線板10では、スルーホール17によりボイドが除去される効果を有することが確認できた。
 以上のように、本実施の形態によるプリント配線板10によれば、表面実装型電子部品20がはんだ付けされた場合に、表面実装型電子部品20の底面パッド21及びプリント配線板10の底面パッド接続用ランド13間からボイドを十分に除去し、かつ、はんだ材30の流出も防止できる。よって、かかるプリント配線板10によれば、プリント配線板10と表面実装型電子部品20との接続部分にははんだ材30が充填され、その接続部分におけるはんだ材30のぬれ面積率を十分に確保することができる。
 さらに、本プリント配線板10では、底面パッド接続用ランド13が設けられた領域内に、穴部15に連通するスルーホール17を形成するので、スルーホール17を形成する十分な領域を確保することができ、規定されたスルーホール17の個数を満足することができる。また、本プリント配線板10では、複数のスルーホール17の形成により、表面実装型電子部品20で発生する熱をプリント配線板10の内層又は底部に放熱することができる。
(2)第2の実施の形態
 図1との対応部分に同一符号を付して示す図15は、第2の実施の形態によるプリント配線板40を示す。プリント配線板40は、プリント配線板10の構成に加えて、さらにスルーホール41A,41Bが設けられている点を除いて第1の実施の形態によるプリント配線板10と同様に構成されている。
 スルーホール41A,41Bは、例えば、0.2〔mm〕~0.3〔mm〕程度の穴径を有し、プリント配線板40の一面40A側における底面パッド接続用ランド13及び電極端子接続用ランド14とは異なる位置に形成される。これらスルーホール41A,41Bは、プリント配線板40の表面層及び又は内層の配線パターン間の導通をとるためのものであり、このためこれらスルーホール41A,41Bの内面には、めっき処理又はスパッタリング処理などにより導電材からなる導体層42が形成されている。
 このような本実施の形態のプリント配線板40によれば、表面層及び又は内層の配線パターン同士間の導通をスルーホール41A,41Bによりとることができる。すなわち、第1の実施の形態によるプリント配線板10では、各穴部15(図2)と連通するスルーホール17の内面に導体層を形成しないため、当該スルーホール17によっては表面層及び又は内層の配線パターン同士間の導通をとることができない。しかしながら、本実施の形態によるプリント配線板40では、かかるスルーホール17とは別個に内面に導体層42が形成されたスルーホール41A,41Bを設けているため、このスルーホール41A,41Bを介して必要な配線パターン同士を導通させることができる。
 かくするにつき本実施の形態によるプリント配線板40によれば、第1の実施の形態により得られる効果に加えて、表面層及び内層の配線パターンの設計上の自由度を高めることができるという効果をも得ることができる。
(3)他の実施の形態
 なお、上述の第1及び第2の実施の形態においては、図2に示したように、電極端子接続用ランド14を底面パッド接続用ランド13の四辺を囲んで設けるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば、プリント配線板10に接続される表面実装型電子部品20が二辺に電極端子22を有する形状である場合には、プリント配線板10に設けられる電極端子接続用ランド14は、表面実装型電子部品20の電極端子22に対応して底面パッド接続用ランド13の二辺の周囲に配置するようにしてもよい。
 また上述の第1及び第2の実施の形態においては、本発明を、QFN又はSON等の表面実装型電子部品20が実装されるプリント配線板10,40に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、要は、底面に底面パッド21が形成された表面実装型の電子部品が実装されるこの他種々のプリント配線板に広く適用することができる。この場合、かかる電子部品は電極端子がプリント配線板に挿し込まれるようにして実装されるタイプのものであってもよい。
 さらに上述の第1及び第2の実施の形態においては、スルーホール17の内面に導体層を形成しないようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、少なくとも穴部15との接続部分近傍の内面に導体層を形成しないようにするのであれば、スルーホール17における他の内面上に導体層を形成するようにしてもよい。
 さらに、上述の第1及び第2の実施の形態においては、プリント配線板10,40の各穴部15の底部及びプリント配線板10,40の底面側間を連通するようにスルーホール17を直線状に形成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、要は、穴部15の底部以外の部位と、プリント配線板10,40の底面側とを連通するようにスルーホール17を形成するのであれば、当該スルーホール17の形状及び形成位置としては、これ以外の形状及び形成位置を広く適用することができる。
 本発明は、QFNやSON等の表面実装型電子部品が実装されるプリント配線板及び回路基板に適用することができる。
 1   回路基板
 10  プリント配線板
 11,11A~11E 絶縁基板
 112,112A,112B 配線パターン
 12  プリプレグ
 13  底面パッド接続用ランド
 14  電極端子接続用ランド
 15  穴部
 16  導体層
 17  スルーホール
 20  表面実装型電子部品
 21  底面パッド
 22  電極端子
 30  はんだ材
 30A,30B はんだペースト
 40  プリント配線板
 41A,41B スルーホール
 42  導体層
 50  多層配線板
 51  穴部
 70  表面実装型電子部品
 71  底面パッド
 80,90 従来のプリント配線板
 81,91 底面パッド接続用ランド
 82,92 電極端子接続用ランド
 83,93 スルーホール
 85  絶縁基板
 852 配線パターン
 86  プリプレグ
 94  ソルダレジスト塗布領域
 98  はんだ材
 99  ボイド

Claims (4)

  1.  底面側に底面パッドが設けられた表面実装型の電子部品が実装されるプリント配線板において、
     前記電子部品の前記底面パッドに対応させて、プリント配線板の当該電子部品の実装面に設けられたランドと、
     前記プリント配線板の前記ランドが設けられた領域内に形成され、内面に導体層が形成された穴部と、
     前記穴部と前記プリント配線板の底面側とを連通する第1のスルーホールと
     を備え、
     前記第1のスルーホールは、
     少なくとも前記穴部との接続部分の内面に導体層が形成されていない
     ことを特徴とするプリント配線板。
  2.  前記プリント配線板の前記穴部及び前記第1のスルーホールは、
     前記電子部品の使用条件として規定される個数以上設けられた
     ことを特徴とする請求項1に記載のプリント配線板。
  3.  前記プリント配線板の前記電子部品の実装面における前記ランドが設けられる領域とは異なる領域に形成され、内面に導体層が形成された第2のスルーホールをさらに備える
     ことを特徴とする請求項1に記載のプリント配線板。
  4.  底面側に底面パッドが設けられた表面実装型の電子部品と、
     前記電子部品が実装されたプリント配線板と
     を有し、
     前記プリント配線板は、
     前記電子部品の前記底面パッドに対応させて、プリント配線板の当該電子部品の実装面に設けられたランドと、
     前記プリント配線板の前記ランドが設けられた領域内に形成され、内面に導体層が形成された穴部と、
     前記穴部と前記プリント配線板の底面側とを連通する第1のスルーホールと
     を備え、
     前記第1のスルーホールは、
     少なくとも前記穴部との接続部分の内面に導体層が形成されていない
     ことを特徴とする回路基板。
     
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