WO2016063396A1 - 配線板、電動機、電気機器及び空気調和機 - Google Patents

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隼一郎 尾屋
及川 智明
山本 峰雄
石井 博幸
洋樹 麻生
優人 浦辺
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a wiring board, an electric motor, an electric device, and an air conditioner.
  • Patent Document 1 which is an example of a technique for preventing positional misalignment, states that “printing with improved yield and reliability when reflow soldering a surface mount component with asymmetrical number of electrodes on a printed wiring board is disclosed. “Providing a printed circuit board is a problem” and “the length of the pad 12 (1) on the side with a smaller number of electrodes is extended in the same direction to form the extended pad 12 (1a). The lead electrode 22 (1) on the side of the mounting component 20 having a small number of electrodes is soldered to the corresponding pad 12 (1a) of the printed wiring board 10 while maintaining a sufficient solder joint surface. A substrate is disclosed.
  • Patent Document 1 which is the conventional technique described above is the suppression of positional misalignment at a level that does not cause solder failure, and is similar to the Hall IC or Hall element that detects the rotor magnetic pole rotation position of the motor. There is a problem that it cannot be applied to the connection of an IC that requires a high positional accuracy of 2 mm or less.
  • a solder resist which is an insulating film that protects the circuit pattern, is formed on the surface of such a wiring board, and a resist opening is provided at the position of the footprint to which the Hall IC or Hall element is connected. Yes.
  • the resist opening is formed larger than the footprint. Therefore, the footprint shape at the resist opening becomes asymmetrical depending on the wiring drawing direction on the wiring board, and a force is applied to the wiring drawing direction at the time of reflow, causing a mounting IC position shift. .
  • the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to obtain a wiring board having both high mounting position accuracy and high solder strength.
  • the present invention provides a wiring board on which an electronic component having a plurality of pins is mounted, and includes a base substrate and a plurality of wirings provided on the base substrate. And a resist that covers the plurality of wirings, and a plurality of footprints that are connected to the plurality of wirings, the entire surface is exposed in the openings of the resist, and the plurality of pins are soldered by reflowing,
  • the pin is a wiring board in which a drawing direction of the pin is parallel to a drawing direction of the wiring.
  • FIG. 1 The figure which shows the structure of the wiring board concerning Embodiment 1.
  • FIG. 1 The figure which shows the structure of the wiring board concerning Embodiment 1.
  • FIG. The figure which shows the IC chip mounted by soldering on the wiring board concerning Embodiment 1 The figure which shows the positional relationship of Hall IC in Embodiment 1, and a rotor rotating shaft.
  • the figure which shows the positional relationship of the wiring which is a comparative example in Embodiment 1, and a footprint.
  • Sectional drawing which shows the connection state of radial direction when connecting an IC pin and a footprint on the wiring board concerning Embodiment 1.
  • FIG. The figure which shows the electric motor concerning Embodiment 2.
  • FIG. The figure which shows the air conditioner which is an example of the electric equipment concerning Embodiment 3.
  • FIG. 1 and 2 are diagrams showing a configuration of a first embodiment of a wiring board according to the present invention.
  • FIG. 1 shows the surface on which the component is mounted, that is, the surface of the wiring board 10
  • FIG. 2 shows the surface on which the component is not mounted, that is, the back surface of the wiring board 10. .
  • the circular wiring board 10 has a hole 11 in the center, and includes a connector 12, a surface mount inverter IC 13 and Hall ICs 14a to 14c.
  • wiring may be formed on the base substrate 10a on which components are mounted, and a chip resistor or a chip capacitor may be provided, or the connector 12 and the inverter IC 13 may not be provided.
  • a rotating shaft passes through the hole 11 of the wiring board 10, the surface of the wiring board 10 on which the component is mounted is disposed on the stator side, and the back surface of the wiring board 10 on which the component is not mounted is disposed on the anti-stator side. .
  • the wiring board 10 is formed by mounting wiring and components on the base substrate 10a.
  • FIGS. 3 and 4 are views showing the configuration of the first embodiment of the wiring board according to the present invention and showing a different form from FIGS. 3 shows the surface on which the component is mounted, that is, the surface of the wiring board 15, and FIG. 4 shows the surface on which the component is not mounted, that is, the back surface of the wiring board 15. . Only the magnetic position sensor circuit is formed on the wiring board 15 shown in FIGS.
  • the wiring board 15 includes a connector 16 and Hall ICs 17a to 17c.
  • wiring is formed on the base substrate 15a on which components are mounted, and a chip resistor or a chip capacitor may be provided, or the connector 16 may not be provided.
  • the front surface of the wiring board 15 on which the components of the wiring board 15 are mounted is disposed on the stator side, and the back surface of the wiring board 15 on which no components are mounted is disposed on the anti-stator side.
  • the wiring board 15 is formed by mounting wiring and components on the base substrate 15a.
  • FIG. 5 is a diagram showing an IC chip mounted on the wiring board 10 shown in FIGS. 1 and 2 or the wiring board 15 shown in FIGS. 3 and 4 by soldering.
  • the IC chip shown in FIG. 5 includes an IC body 20 and IC pins 21a to 21c.
  • the IC body 20 corresponds to the Hall ICs 14a to 14c shown in FIG. 1 or the Hall ICs 17a to 17c shown in FIG. 3, and the IC pins 21a to 21c are connected to the wiring board 10 or the wiring board 15 by soldering.
  • the soldering is performed by reflow. That is, reflow mounting is performed.
  • the direction of the force applied to the IC pins 21a to 21c causing the mounting position deviation is a direction parallel to the wiring connected to the footprint exposed by the resist opening, that is, the wiring drawing direction.
  • the IC chip includes three IC pins is illustrated, but the present invention is not limited to this, and the number of IC pins is changed as appropriate. be able to.
  • the positional accuracy in the radial direction of the rotor is not required, and only the positional accuracy in the circumferential direction is required.
  • the pin pull-out direction of the Hall IC or Hall element and the radial direction of the rotor are arranged in parallel, and the clearance in the circumferential direction between the Hall IC or Hall element pin and the footprint to which the pin is connected is reduced to 0.2 mm or less. Then, the mounting position accuracy in the circumferential direction can be improved.
  • the radial direction refers to the radial direction with reference to the rotation axis
  • the circumferential direction refers to the direction of drawing an arc with reference to the rotation axis
  • the radial direction and the circumferential direction are orthogonal to each other.
  • the circumferential clearance is a distance between one end of a pin connected to the footprint in the circumferential direction and one end of the footprint closer to the one end.
  • the radial clearance is a distance between one end of a pin connected to the footprint in the radial direction and one end of the footprint closer to the one end.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the positional relationship between the Hall IC and the rotor rotation axis that is the origin of the wiring board.
  • the Hall ICs 14A to 14C correspond to the Hall ICs 14a to 14c shown in FIG. In FIG. 6, the Hall ICs are arranged at intervals of 24 degrees. In the Hall ICs 14A to 14C shown in FIG. 6, the angle formed between the IC pin pull-out direction and the radial direction is 24 degrees, but is not limited to this and may be 45 degrees or less.
  • the origin of the wiring board is located at the center of the wiring board.
  • the Hall ICs 14A to 14C detect the rotor magnetic pole rotation position of the electric motor, the positional accuracy in the radial direction is not required, and the positional accuracy in the circumferential direction is required.
  • the pin pull-out direction of the Hall IC or Hall element and the radial direction of the rotor are arranged at 45 degrees or less, preferably set to 0 degrees so that the pin pull-out direction and the rotor radial direction are parallel to each other.
  • the clearance in the circumferential direction with the connected footprint is made smaller than 0.2 mm and larger than 0, the circumferential mounting position accuracy can be improved.
  • the clearance in the circumferential direction is simply reduced, the solder fillet formation region is reduced, and the solder strength is reduced. In view of this, it is conceivable to enlarge the formation area of the solder fillet by increasing the radial clearance in order to maintain the solder strength.
  • FIG. 6 shows a case where mounting is performed in a component mounting facility in which the change interval of the mounting direction of the Hall IC is 90 degrees.
  • the angle of the Hall ICs 14A to 14C with respect to the IC pin pull-out direction and the radial direction May be arranged so as to be 45 degrees or less.
  • FIG. 6 illustrates a case where the angle between the IC pin pull-out direction and the radial direction is 24 degrees.
  • a solder resist which is an insulating film that protects the circuit pattern, is formed on the surfaces of the wiring boards 10 and 15, and a resist opening is provided at the footprint where the Hall IC or Hall element is connected. Yes.
  • the resist opening is formed larger than the footprint. For this reason, the shape of the footprint at the resist opening becomes asymmetrical depending on the direction in which the wiring is drawn out on the wiring board, and a force is applied in the direction in which the wiring is drawn at the time of reflow, resulting in a deviation in the mounting position of the Hall IC.
  • the solder resist is generally formed of a negative resist.
  • FIG. 7 is a diagram showing a positional relationship between wiring and a footprint, which is a comparative example in the first embodiment.
  • the footprint 22a is exposed through the resist opening 23a
  • the footprint 22b is exposed through the resist opening 23b
  • the footprint 22c is exposed through the resist opening 23c.
  • the direction of the force applied to the IC pins 21a to 21c is parallel to the wiring drawing direction in the resist opening.
  • the direction of the force applied to the IC pins 21a to 21c at the time of reflow is parallel to the direction in which the IC pins are pulled out.
  • the first embodiment discloses a technique for suppressing such mounting position deviation.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a first example of the positional relationship between the wiring and the footprint in the wiring board according to the first embodiment. Also in FIG. 8, the footprint 22a is exposed through the resist opening 23a, the footprint 22b is exposed through the resist opening 23b, and the footprint 22c is exposed through the resist opening 23c. The direction of the force applied to the IC pins 21a to 21c is parallel to the wiring drawing direction in the resist opening. In the wiring 25a connected to the footprint 22a shown in FIG.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a second example of the positional relationship between the wiring and the footprint in the wiring board according to the first embodiment.
  • the footprint 22a is exposed through the resist opening 23a
  • the footprint 22b is exposed through the resist opening 23b
  • the footprint 22c is exposed through the resist opening 23c.
  • the direction of the force applied to the IC pins 21a to 21c is parallel to the wiring drawing direction in the resist opening.
  • the IC pins 21a to 21d are reflowed as shown by white arrows in FIG.
  • the direction of the force applied to 21c is parallel to the IC pin pull-out direction, but the IC pin may be pulled in this direction because the pull-out direction of all the wirings is the same direction.
  • the angle between the drawing direction of the IC pins 21a to 21c and the radial direction is 45 degrees or less, and preferably the drawing direction and the radial direction of the IC pins 21a to 21c are parallel, the deviation in the circumferential direction can be minimized. .
  • the mounting position shift in the circumferential direction of the Hall IC due to the force applied in the wiring drawing direction during reflow is suppressed.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a third example of the positional relationship between the wiring and the footprint in the wiring board according to the first embodiment.
  • the footprint 22a is exposed through the resist opening 23a
  • the footprint 22b is exposed through the resist opening 23b
  • the footprint 22c is exposed through the resist opening 23c.
  • the direction of the force applied to the IC pins 21a to 21c is parallel to the wiring drawing direction in the resist opening.
  • the IC pins 21a to 21d are reflowed as shown by white arrows in FIG.
  • the direction of the force applied to 21c is parallel to the IC pin drawing direction, and the mounting position deviation of the Hall IC due to the force applied to the wiring drawing direction during reflow is suppressed. Further, in FIG. 10, since all the wiring drawing directions are on the IC body side, and the wiring drawing direction is the same as the pin drawing direction, the portion of the wiring exposed by the resist opening is also used as the fillet formation region. be able to. Therefore, the fillet forming region can be enlarged and the solder strength can be increased.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a fourth example of the positional relationship between the wiring and the footprint in the wiring board according to the first embodiment.
  • the footprint 22a is exposed through the resist opening 23a
  • the footprint 22b is exposed through the resist opening 23b
  • the footprint 22c is exposed through the resist opening 23c.
  • the direction of the force applied to the IC pins 21a to 21c is parallel to the wiring drawing direction in the resist opening.
  • the wiring 25A connected to the footprint 22a shown in FIG. 11 the wiring 25B connected to the footprint 22b, and the wiring 25C connected to the footprint 22c, as shown in FIGS.
  • the direction of the force applied to the IC pins 21a to 21c at the time of reflow indicated by the arrow is parallel to the IC pin drawing direction, and the mounting position deviation of the Hall IC due to the force applied to the wiring drawing direction at the time of reflow is suppressed.
  • the wiring is further drawn out to the opposite side of the footprint without terminating the wiring in the footprint. That is, the wiring is provided on both sides of the footprint.
  • the shape of the resist opening is rectangular for convenience, but is not limited to this.
  • the resist opening is provided to expose the entire surface of the footprint, and has a shape corresponding to the shape of the footprint.
  • An example of the shape corresponding to the footprint is a similar shape of the footprint.
  • the opening that can expose the entire surface of the footprint can be formed small.
  • solder fillet 24 is formed in a solder fillet forming region on the clearance of the footprint 22. Therefore, as shown in FIG. 12, if a wide solder fillet forming region on the footprint 22 can be secured, the solder strength can be increased. However, in order to improve the mounting position accuracy in the circumferential direction, it is necessary to reduce the clearance of the footprint 22. When the clearance of the footprint 22 is reduced, the solder fillet forming region is narrowed as shown in FIG. 13, and the solder strength is reduced. In order to suppress a decrease in solder strength, the solder fillet forming region in the radial direction may be enlarged.
  • the solder fillet 24 preferably has an angle of 15 ° or more and 45 ° or less with the footprint 22 that is the surface to be formed.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of the opening portion of the resist 26 showing a connection state in a direction parallel to the drawing direction of the IC pin, which is the radial direction when the IC pin 21 and the footprint 22 are connected.
  • the footprint 22 is connected to the wiring 25.
  • the radial clearance is preferably equal to or greater than the sum of the IC pin floating height, which is the height from the surface of the footprint 22 to the bottom surface of the IC pin 21, and the IC pin thickness.
  • FIG. 15 is another cross-sectional view of the opening of the resist 26 showing a connection state in a direction parallel to the drawing direction of the IC pin, which is the radial direction when the IC pin 21 and the footprint 22 are connected.
  • the footprint 22 is connected to the wiring 25.
  • the clearance in the direction parallel to the lead-out direction of the IC pin, which is the radial direction on the side opposite to the IC body 20 as the IC body, is the height from the surface of the footprint 22 to the bottom surface of the IC pin 21 as in FIG. It is good to set it more than the sum of a certain IC pin floating height and IC pin thickness.
  • the clearance in the direction parallel to the drawing direction of the IC pin which is the radial direction on the IC body 20 side that is the IC body, is the IC pin floating height that is the height from the surface of the footprint 22 to the bottom surface of the IC pin 21, and the IC pin It should be more than the total height of the pin body.
  • the IC pin body side height is a height from the surface of the footprint 22 to the back surface of the IC pin 21 in a portion that is drawn from the IC body 20 and is not bent.
  • the solder fillet formation region is formed only on the footprint 22, but the solder fillet formation region may be formed by both the footprint and the wiring. That is, as shown in FIG. 10, when the wiring drawing direction is on the IC main body side, the wiring exposed at the resist opening can also be used as the fillet forming region. Therefore, the fillet forming region can be enlarged and the solder strength can be increased.
  • the wiring board on which the Hall IC is mounted has been described as an example, but the present invention is not limited to this and may be other electronic components. That is, one embodiment of the present invention described in this embodiment is a wiring board on which an electronic component having a plurality of pins is mounted, and includes a base substrate and a plurality of wirings provided over the base substrate. A resist that covers the plurality of wirings, and a plurality of footprints that are connected to the plurality of wirings, the entire surface is exposed in the openings of the resist, and the plurality of pins are soldered by reflowing, In the opening of the resist, the pin is a wiring board in which the drawing direction of the pin is parallel to the drawing direction of the wiring.
  • the present embodiment it is possible to suppress the mounting position shift in the circumferential direction at the time of heating in the reflow furnace with high accuracy without reducing the solder strength. Since the mounting position shift can be suppressed with high accuracy, a reduction in yield can be suppressed.
  • the Hall IC is illustrated as an example of the IC chip.
  • the present invention is not limited to this, and the IC chip has a mounting displacement in the circumferential direction during reflow furnace heating. Any IC that should be suppressed with high positional accuracy may be used.
  • the IC chip having the IC pin connected to the wiring board has been described.
  • the present invention is not limited to this, and has a terminal that is a pin connected to the wiring board. Any electronic component may be used.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view showing the configuration of the electric motor according to the present embodiment.
  • the motor shown in FIG. 16 includes a wiring board 10, a rotating shaft 30, an output side bearing 31, a counter output side bearing 32, a rotor sensor magnet 33, a rotor 34, a rotor magnet 35, and a winding terminal.
  • the brushless DC motor includes 36, an insulator 37, a stator core 38, a winding 39, a bracket 40, a mold resin 41, and a mold stator 42.
  • the wiring board 10 includes a connector 12, an inverter IC 13, and a Hall IC 14.
  • the Hall IC 14 detects the position of the rotor 34.
  • the wiring board 10 is arranged perpendicular to the axial direction of the rotary shaft 30 between the output side bearing 31 and the stator, and is fixed to the insulator 37.
  • the insulator 37 electrically insulates the stator core 38 and the winding 39 from each other.
  • the stator core 38 is formed of laminated electromagnetic steel plates.
  • the winding 39 is wound around each slot of the stator core 38 via the insulator 37, and is connected to the inverter IC 13 of the wiring board 10 via the winding terminal 36.
  • a connector 12 having a lead wire connected to the control circuit is disposed on the wiring board 10.
  • the mold stator 42 has a configuration in which the stator and the wiring board 10 are integrally molded with a mold resin 41, and a concave portion formed to accommodate the rotor 34 is provided therein.
  • the thermal expansion coefficient differs between the mold resin 41 and the solder, and a large thermal stress is applied to the solder, so that solder strength is particularly required.
  • the rotor 34 includes a rotor magnet 35 disposed inside the mold stator 42 and disposed on the outer peripheral side of the rotation shaft 30 so as to face the stator core 38.
  • the rotor sensor magnet 33 for detecting the position of the Hall IC 14 is disposed in a rotor 34 with the rotation shaft 30 as a circle center.
  • the rotor magnet 35 is a permanent magnet, and examples thereof include a ferrite magnet and a rare earth magnet.
  • One end of the rotary shaft 30 has an output-side bearing 31 that rotatably supports the rotary shaft 30, and the other end has a non-output-side bearing 32 that rotatably supports the rotary shaft 30.
  • the bracket 40 is conductive and is fitted into the inner peripheral portion of the mold stator 42 to close the opening of the concave portion of the mold stator 42, and the outer ring of the counter-output side bearing 32 is fitted inside the bracket 40. Yes.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view showing a configuration of the electric motor according to the present embodiment, and is a view showing a form different from FIG.
  • the electric motor shown in FIG. 16 includes a wiring board 15, a rotating shaft 30, an output side bearing 31, a counter output side bearing 32, a rotor sensor magnet 33, a rotor 34, a rotor magnet 35, and an insulator 37.
  • the brushless DC motor includes a stator core 38, a winding 39, a bracket 40, a mold resin 41, and a mold stator 42. That is, a wiring board 15 is provided instead of the wiring board 10 in FIG. Note that the winding terminals are not shown.
  • the wiring board 15 includes a connector 16 and a Hall IC 17.
  • the Hall IC 17 detects the position of the rotor 34.
  • the stator and the wiring board 10 are integrally molded to improve heat dissipation and safety, and the solder strength for connecting the wiring board 10 and the Hall IC 14 should be high. .
  • the solder strength high, it is possible to prevent a failure of the motor due to the Hall IC being detached and to prevent a decrease in reliability.
  • the mounting position deviation in the circumferential direction of the Hall IC is suppressed with high accuracy, so that variation in the mounting position in the circumferential direction of the Hall IC is suppressed. As a result, the advance angle variation that greatly affects the efficiency of the motor is suppressed, and the power consumption is reduced.
  • FIG. 18 is an external view showing the configuration of an air conditioner that is an example of the electrical apparatus according to the present invention.
  • An air conditioner 50 shown in FIG. 18 includes an indoor unit 51, an outdoor unit 52, and a fan 53.
  • the outdoor unit 52 is connected to the indoor unit 51.
  • the indoor unit 51 includes an indoor unit blower
  • the outdoor unit 52 includes an outdoor unit blower
  • the indoor unit blower and the outdoor unit blower are driving sources in the second embodiment. Provided with the electric motor described above.
  • the electric motor of the second embodiment By applying the electric motor of the second embodiment to the indoor unit blower and the outdoor unit blower of the present embodiment, it is possible to prevent failure of the electric motor and prevent a decrease in reliability. Failure of the blower for the outdoor unit can be prevented, and deterioration of reliability can be prevented.
  • the electric motor described in the second embodiment is not limited to the blower for indoor units and the blower for outdoor units, and may be mounted on a ventilation fan, a household appliance, or a machine tool.
  • the electric motor of Form 2 it is possible to prevent the failure of the motor and prevent the deterioration of the reliability, to prevent the failure of the ventilation fan, the home appliance, the machine tool, and to prevent the deterioration of the reliability. it can.

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Abstract

 周方向における高い実装位置精度と高い半田強度とを両立した配線板を得ることを課題とし、複数のピンを有する電子部品が実装される配線板であって、ベース基板と、前記ベース基板上に設けられた複数の配線と、該複数の配線を覆うレジストと、該複数の配線に接続され、レジストの開口部において全面が露出され、複数のピンがリフローにより半田付けされた複数のフットプリントと、を備え、レジストの開口部においては、ピンの引き出し方向は配線の引き出し方向と平行である。

Description

配線板、電動機、電気機器及び空気調和機
 本発明は、配線板、電動機、電気機器及び空気調和機に関する。
 従来、IC(Integrated Circuit)が備えるピンを、プリント基板とも呼ばれる配線板に形成された配線に、半田により接続する際には、位置ズレが生じないようにすることが肝要である。
 位置ズレが生じないようにする技術の一例である特許文献1には、「電極数が左右非対称の表面実装部品をプリント配線板上にリフローはんだ付けする際の歩留まりおよび信頼性を向上させたプリント配線回路基板を提供することを課題」とし、「電極数の少ない側のパッド12(1)の同方向の長さを延長して、延長したパッド12(1a)を形成する。これにより、表面実装部品20電極数が少ない側のリード電極22(1)は、十分なはんだ接合面を保ってプリント配線板10の対応するパッド12(1a)にはんだ接合される」プリント配線板及びプリント配線回路基板が開示されている。
特開2005-183797号公報
 しかしながら、上記従来の技術である特許文献1の技術は、半田不良を起こさないレベルの位置ズレの抑制であって、電動機のロータ磁極回転位置を検出するホールIC又はホール素子のように、0.2mm以下の高い位置精度を要求されるICの接続には適用することができない、という問題があった。
 また、このような配線板の表面には回路パターンを保護する絶縁膜であるソルダーレジストが形成されており、ホールIC又はホール素子が接続されるフットプリントの位置にはレジスト開口部が設けられている。このレジスト開口部はフットプリントよりも大きく形成される。そのため、配線板上の配線の引出し方向によってはレジスト開口部におけるフットプリントの形状が非対称となり、リフロー時に配線の引出し方向に力が加わってホールICの実装位置ズレが発生する、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、高い実装位置精度と高い半田強度とを両立した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、本発明は、複数のピンを有する電子部品が実装される配線板であって、ベース基板と、前記ベース基板上に設けられた複数の配線と、前記複数の配線を覆うレジストと、前記複数の配線に接続され、前記レジストの開口部において全面が露出され、前記複数のピンがリフローにより半田付けされた複数のフットプリントと、を備え、前記レジストの前記開口部において、前記ピンの引き出し方向は前記配線の引き出し方向と平行である配線板である。
 本発明によれば、高い実装位置精度と半田強度とを両立した配線板を得ることができる、という効果を奏する。
実施の形態1にかかる配線板の構成を示す図 実施の形態1にかかる配線板の構成を示す図 実施の形態1にかかる配線板の構成を示す図 実施の形態1にかかる配線板の構成を示す図 実施の形態1にかかる配線板上に半田付けにより実装されるICチップを示す図 実施の形態1におけるホールICとロータ回転軸との位置関係を示す図 実施の形態1における比較例である配線と、フットプリントとの位置関係を示す図 実施の形態1にかかる配線板における配線と、フットプリントとの位置関係を示す図 実施の形態1にかかる配線板における配線と、フットプリントとの位置関係を示す図 実施の形態1にかかる配線板における配線と、フットプリントとの位置関係を示す図 実施の形態1にかかる配線板における配線と、フットプリントとの位置関係を示す図 実施の形態1にかかる配線板上においてICピンとフットプリントとを接続したときの周方向の接続状態を示す断面図 実施の形態1にかかる配線板上においてICピンとフットプリントとを接続したときの周方向の接続状態を示す断面図 実施の形態1にかかる配線板上においてICピンとフットプリントとを接続したときの径方向の接続状態を示す断面図 実施の形態1にかかる配線板上においてICピンとフットプリントとを接続したときの径方向の接続状態を示す断面図 実施の形態2にかかる電動機を示す図 実施の形態2にかかる電動機を示す図 実施の形態3にかかる電気機器の一例である空気調和機を示す図
 以下に、本発明にかかる配線板、電動機、電気機器及び空気調和機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、こ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1,2は、本発明にかかる配線板の実施の形態1の構成を示す図である。図1には、部品が実装された側の面、すなわち配線板10の表面が示され、図2には、部品が実装されていない側の面、すなわち配線板10の裏面が示されている。
 図1に示すように、円形の配線板10は、中心に穴11を有し、コネクタ12、面実装のインバータIC13及びホールIC14a~14cを備える。なお、図示していないが、部品が実装されたベース基板10a上には配線が形成され、チップ抵抗又はチップコンデンサが設けられていてもよいし、コネクタ12及びインバータIC13が設けられていなくてもよい。配線板10の穴11には回転軸が貫通し、部品が実装された配線板10の表面はステータ側に配され、部品が実装されていない配線板10の裏面は反ステータ側に配される。なお、ベース基板10a上に配線及び部品が実装されることで配線板10が形成される。
 図3,4は、本発明にかかる配線板の実施の形態1の構成を示す図であって図1,2とは異なる形態を示す図である。図3には、部品が実装された側の面、すなわち配線板15の表面が示され、図4には、部品が実装されていない側の面、すなわち配線板15の裏面が示されている。図3,4に示す配線板15は、磁気位置センサ回路のみが形成されている。
 図3に示すように、配線板15は、コネクタ16及びホールIC17a~17cを備える。なお、図示していないが、部品が実装されたベース基板15a上には配線が形成され、チップ抵抗又はチップコンデンサが設けられていてもよいし、コネクタ16が設けられていなくてもよい。配線板15の部品が実装された配線板15の表面はステータ側に配され、部品が実装されていない配線板15の裏面は反ステータ側に配される。なお、ベース基板15a上に配線及び部品が実装されることで配線板15が形成される。
 図5は、図1,2に示す配線板10又は図3,4に示す配線板15に半田付けにより実装されたICチップを示す図である。図5に示すICチップは、IC本体20と、ICピン21a~21cとを備える。IC本体20は図1に示すホールIC14a~14c又は図3に示すホールIC17a~17cに相当し、ICピン21a~21cは配線板10又は配線板15に、半田付けにより接続される。ここで、半田付けはリフローにて行われる。すなわち、リフロー実装される。リフロー実装では、フロー実装のように接着剤で実装部品を固定しないので、リフロー炉における加熱時に、融解した半田の表面張力により実装位置ズレが発生する。実装位置ズレを生じさせるICピン21a~21cにかかる力の方向は、レジスト開口部により露出されたフットプリントに接続された配線、すなわち配線の引き出し方向と平行な方向である。
 なお、本実施の形態においては、説明の便宜上、ICチップが備えるICピンが3つの場合を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ICピンの数は適宜変更することができる。
 ところで、電動機のロータ磁極回転位置を検出するホールIC又はホール素子では、ロータの径方向の位置精度は要求されず、周方向の位置精度のみが要求される。ホールIC又はホール素子のピン引き出し方向とロータの径方向を平行に配置し、ホールIC又はホール素子のピンと、該ピンが接続されるフットプリントとの周方向のクリアランスを0.2mm以下にまで小さくすると、周方向の実装位置精度を向上させることができる。
 なお、本明細書において、径方向とは回転軸を基準とする放射方向をいい、周方向とは回転軸を基準とする弧を描く方向をいい、径方向と周方向は直交する。また、周方向のクリアランスは、周方向においてフットプリントに接続されるピンの一端と、該一端に近いほうのフットプリントの一端との間隔である。径方向のクリアランスは、径方向においてフットプリントに接続されるピンの一端と、該一端に近いほうのフットプリントの一端との間隔である。
 図6は、ホールICと配線板の原点であるロータ回転軸との位置関係を例示する図である。ホールIC14A~14Cは、図1に示すホールIC14a~14cに相当する。なお、図6では、ホールICは24度間隔で配置されている。図6に示すホールIC14A~14Cでは、ICピン引き出し方向と径方向のなす角度は24度であるがこれに限定されず、45度以下とすればよい。なお、円形基板では配線板の原点は配線板の中心に位置する。
 上述したように、ホールIC14A~14Cは、電動機のロータ磁極回転位置を検出するので、径方向の位置精度は要求されず、周方向の位置精度が要求される。ホールIC又はホール素子のピン引き出し方向とロータの径方向を45度以下に配置し、好ましくは0度としてピン引き出し方向とロータの径方向を平行にし、ホールIC又はホール素子のピンと、該ピンが接続されるフットプリントとの周方向のクリアランスを0より大きく0.2mm以下と小さくすると、周方向の実装位置精度を向上させることができる。しかしながら、周方向のクリアランスを単純に小さくすると、半田フィレットの形成領域が縮小してしまい、半田強度が低下してしまう。そこで、半田強度を維持するために径方向のクリアランスを大きくすることで半田フィレットの形成領域を拡大することが考えられる。
 ところで、図6は、ホールICの実装方向の変更間隔が90度である部品実装設備にて実装した場合であるが、図6に示す形態ではホールICのICピン引き出し方向と径方向を平行にすることが困難である。そこで、図6に示すように、ホールIC14A~14Cの実装方向の変更間隔が90度間隔である部品実装設備にて実装する場合には、ホールIC14A~14CのICピン引き出し方向と径方向の角度が45度以下となるように配置すればよい。図6では、ICピン引き出し方向と径方向の角度が24度である場合を例示している。
 また、配線板10,15の表面には回路パターンを保護する絶縁膜であるソルダーレジストが形成されており、ホールIC又はホール素子が接続されるフットプリントの位置にはレジスト開口部が設けられている。このレジスト開口部はフットプリントよりも大きく形成される。そのため、配線板上の配線の引出し方向によってはレジスト開口部におけるフットプリントの形状が非対称となり、リフロー時に配線の引出し方向に力が加わってホールICの実装位置ズレが発生する。なお、ソルダーレジストはネガ型レジストにより形成されることが一般的である。
 図7は、本実施の形態1における比較例である配線と、フットプリントとの位置関係を示す図である。図7において、フットプリント22aはレジスト開口部23aにより露出され、フットプリント22bはレジスト開口部23bにより露出され、フットプリント22cはレジスト開口部23cにより露出されている。ICピン21a~21cにかかる力の方向は、レジスト開口部における配線の引き出し方向と平行である。図7に示すフットプリント22aに接続された配線とフットプリント22bに接続された配線では、リフロー時にICピン21a~21cにかかる力の方向はICピンの引き出し方向と平行になり、フットプリント22cに接続された配線ではリフロー時にICピン21a~21cにかかる力の方向はICピンの引き出し方向と平行にはならない。図7に示す配線板では、リフロー時に配線の引出し方向に力が加わってホールICの実装位置ズレが発生する。そこで、本実施の形態1においてはこのような実装位置ズレを抑制する技術を開示する。
 図8は、本実施の形態1にかかる配線板における配線と、フットプリントとの位置関係の第1の例を示す図である。図8においても、フットプリント22aはレジスト開口部23aにより露出され、フットプリント22bはレジスト開口部23bにより露出され、フットプリント22cはレジスト開口部23cにより露出されている。ICピン21a~21cにかかる力の方向は、レジスト開口部における配線の引き出し方向と平行である。図8に示すフットプリント22aに接続された配線25a、フットプリント22bに接続された配線25b及びフットプリント22cに接続される配線25cでは、図8に白抜き矢印にて示すリフロー時にICピン21a~21cにかかる力の方向はICピンの引き出し方向と平行になり、リフロー時に配線の引出し方向に加わる力によるホールICの実装位置ズレが抑制される。
 図9は、本実施の形態1にかかる配線板における配線と、フットプリントとの位置関係の第2の例を示す図である。図9においても、フットプリント22aはレジスト開口部23aにより露出され、フットプリント22bはレジスト開口部23bにより露出され、フットプリント22cはレジスト開口部23cにより露出されている。ICピン21a~21cにかかる力の方向は、レジスト開口部における配線の引き出し方向と平行である。図9に示すフットプリント22aに接続された配線25d、フットプリント22bに接続された配線25e及びフットプリント22cに接続される配線25fでは、図9に白抜き矢印にて示すリフロー時にICピン21a~21cにかかる力の方向はICピンの引き出し方向と平行になるが、すべての配線の引出し方向が同一方向であるためICピンはこの方向に引っ張られるおそれがある。しかしながら、ICピン21a~21cの引き出し方向と径方向がなす角度を45度以下とし、好ましくはICピン21a~21cの引き出し方向と径方向を平行とすると、周方向のズレは最小限に抑えられる。このように図9の構成においても、リフロー時に配線の引出し方向に加わる力によるホールICの周方向の実装位置ズレが抑制される。
 図10は、本実施の形態1にかかる配線板における配線と、フットプリントとの位置関係の第3の例を示す図である。図10においても、フットプリント22aはレジスト開口部23aにより露出され、フットプリント22bはレジスト開口部23bにより露出され、フットプリント22cはレジスト開口部23cにより露出されている。ICピン21a~21cにかかる力の方向は、レジスト開口部における配線の引き出し方向と平行である。図10に示すフットプリント22aに接続された配線25g、フットプリント22bに接続された配線25h及びフットプリント22cに接続される配線25iでは、図10に白抜き矢印にて示すリフロー時にICピン21a~21cにかかる力の方向はICピンの引き出し方向と平行になり、リフロー時に配線の引出し方向に加わる力によるホールICの実装位置ズレが抑制される。また、図10においては、配線の引出し方向がすべてIC本体側であり、配線の引き出し方向がピンの引き出し方向と同一であるので、レジスト開口部により露出した部分の配線もフィレット形成領域として利用することができる。そのため、フィレット形成領域を拡大することができ、半田強度を高くすることができる。
 図11は、本実施の形態1にかかる配線板における配線と、フットプリントとの位置関係の第4の例を示す図である。図11においても、フットプリント22aはレジスト開口部23aにより露出され、フットプリント22bはレジスト開口部23bにより露出され、フットプリント22cはレジスト開口部23cにより露出されている。ICピン21a~21cにかかる力の方向は、レジスト開口部における配線の引き出し方向と平行である。図11に示すフットプリント22aに接続された配線25A、フットプリント22bに接続された配線25B及びフットプリント22cに接続される配線25Cでは、図8,9,10と同様に、図11に白抜き矢印にて示すリフロー時にICピン21a~21cにかかる力の方向はICピンの引き出し方向と平行になり、リフロー時に配線の引出し方向に加わる力によるホールICの実装位置ズレが抑制される。また、図11においては、さらに配線がフットプリントにおいて終端されることなくフットプリントの逆側にも配線が引き出されている。すなわち、配線はフットプリントの両側に設けられている。
 図8,9,10に示す構成であっても実装位置ズレを抑制することは可能であるが、引出した先の配線の形状及び実装部品によって温度むらが生じるため、実装位置ズレを完全に打ち消すことは難しく、ICピンの引出し方向と平行な方向において実装位置ズレが起きやすい。図11に示すように、ダミーパターンによって配線を両側に引き出すと、ICピンの引出し方向と平行な方向の実装位置ズレも抑制される。
 なお、図8,9,10では、レジスト開口部の形状は便宜上矩形としているが、これに限定されるものではない。レジスト開口部はフットプリントの全面を露出するために設けられるものであり、フットプリントの形状に応じた形状とし、フットプリントに応じた形状の一例はフットプリントの相似形である。レジスト開口部をフットプリントの相似形とすると、フットプリントの全面を露出可能な開口部を小さく形成することができる。
 図12,13は、ICピン21とフットプリント22とを接続したときのICピンの引出し方向と垂直な方向の接続状態を示す断面図である。図12に示されるように、半田フィレット24はフットプリント22のクリアランス上である半田フィレット形成領域に形成される。そのため、図12に示されるように、フットプリント22上の半田フィレット形成領域を広く確保することができれば半田強度を高くすることができる。しかしながら、周方向の実装位置精度を向上させるためにはフットプリント22のクリアランスを小さくする必要がある。フットプリント22のクリアランスを小さくすると、図13に示されるように半田フィレット形成領域が狭くなり、半田強度が低下してしまう。半田強度の低下を抑制するためには径方向の半田フィレット形成領域を拡大すればよい。
 なお、半田フィレット24は、被形成面であるフットプリント22とのなす角度が15°以上45°以下であることが好ましい。
 図14は、ICピン21とフットプリント22とを接続したときの径方向であるICピンの引出し方向と平行な方向の接続状態を示すレジスト26の開口部における断面図である。フットプリント22は配線25に接続されている。図14において、径方向のクリアランスは、フットプリント22の表面からICピン21の底面までの高さであるICピン浮き高さと、ICピン厚さと、の合計以上とするとよい。このように径方向のクリアランスを設定することで、半田強度、すなわち、接合強度を高くすることができる。
 図15は、ICピン21とフットプリント22とを接続したときの径方向であるICピンの引出し方向と平行な方向の接続状態を示すレジスト26の開口部における別の断面図である。フットプリント22は配線25に接続されている。ICボディであるIC本体20とは逆側における径方向であるICピンの引出し方向と平行な方向のクリアランスは、図14と同様にフットプリント22の表面からICピン21の底面までの高さであるICピン浮き高さと、ICピン厚さと、の合計以上とするとよい。ICボディであるIC本体20側における径方向であるICピンの引出し方向と平行な方向のクリアランスは、フットプリント22の表面からICピン21の底面までの高さであるICピン浮き高さと、ICピンボディ側高さとの合計以上とするとよい。このように、IC本体20側の径方向であるICピンの引出し方向と平行な方向のクリアランスを拡大すると、半田フィレット形成領域を広くすることができるため好ましい。なお、ICピンボディ側高さは、フットプリント22の表面から、IC本体20から引き出されて屈曲していない部分におけるICピン21の裏面までの高さである。
 なお、図15においては、半田フィレット形成領域がフットプリント22上にのみ形成されているが、半田フィレット形成領域は、フットプリントと配線の双方により形成されていてもよい。すなわち、図10に示すように配線の引出し方向がIC本体側である場合には、レジスト開口部により露出した部分の配線もフィレット形成領域として利用することができる。そのため、フィレット形成領域を拡大することができ、半田強度を高くすることができる。
 本実施の形態では、ホールICが実装される配線板を例示して説明したが、本発明はこれに限定されず、他の電子部品であってもよい。すなわち、本実施の形態にて説明した本発明の一態様は、複数のピンを有する電子部品が実装される配線板であって、ベース基板と、前記ベース基板上に設けられた複数の配線と、前記複数の配線を覆うレジストと、前記複数の配線に接続され、前記レジストの開口部において全面が露出され、前記複数のピンがリフローにより半田付けされた複数のフットプリントと、を備え、前記レジストの前記開口部において、前記ピンの引き出し方向は前記配線の引き出し方向と平行である配線板である。
 以上説明したように、本実施の形態によれば、半田強度を低下させることなく、リフロー炉における加熱時の周方向の実装位置ズレを高精度に抑制することができる。実装位置ズレを高精度に抑制することができるため、歩留りの低下を抑制することができる。
 なお、本実施の形態においては、1つのピンと1つのフットプリントとの接続に着目して説明したため、ICチップの回転方向の位置ズレについては説明していないが、ICチップのIC本体20には複数のピンが設けられているため、回転方向の位置ズレも抑制することができる。
 なお、本実施の形態においては、ICチップにホールICを例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ICチップはリフロー炉加熱時の実装の位置ズレを周方向において高い位置精度で抑制すべきICであればよい。また、本実施の形態においては、配線板に接続されるICピンを有するICチップについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、配線板に接続されるピンである端子を有する電子部品であればよい。
実施の形態2.
 実施の形態1にて説明した配線板の一適用例は、電動機に内蔵される配線板である。図16は、本実施の形態にかかる電動機の構成を示す断面図である。図16に示す電動機は、配線板10と、回転軸30と、出力側軸受31と、反出力側軸受32と、回転子センサマグネット33と、回転子34、回転子マグネット35と、巻線端子36と、インシュレータ37と、固定子鉄心38と、巻線39と、ブラケット40と、モールド樹脂41と、モールド固定子42とを備えるブラシレスDCモータである。
 配線板10は、コネクタ12と、インバータIC13と、ホールIC14とを備える。ホールIC14は、回転子34の位置を検知する。配線板10は、出力側軸受31と固定子との間にて回転軸30の軸線方向に対して垂直に配置され、インシュレータ37に固定されている。インシュレータ37は、固定子鉄心38と巻線39とを電気的に絶縁している。固定子鉄心38は、積層された電磁鋼板により形成されている。巻線39は、インシュレータ37を介して固定子鉄心38の各スロットに巻き付けられており、巻線端子36を介して配線板10のインバータIC13に接続されている。配線板10には、制御回路と接続するリード線を有するコネクタ12が配置されている。モールド固定子42は、固定子と配線板10がモールド樹脂41により一体成型された構成であり、内部に回転子34を収容可能に形成された凹部が設けられている。このように固定子と配線板10がモールド樹脂41により一体成型される場合、モールド樹脂41と半田の熱膨張係数が異なり半田に大きな熱応力がかかるため、半田強度が特に要求される。回転子34は、モールド固定子42の内側に配置され固定子鉄心38と対向して回転軸30の外周側に配置された回転子マグネット35を有する。ホールIC14の位置を検知する回転子センサマグネット33は、回転軸30を円中心とした回転子34内に配置されている。なお、回転子マグネット35は永久磁石であり、フェライト磁石及び希土類磁石を例示することができる。回転軸30の一端には、回転軸30を回転自在に支持する出力側軸受31を有し、他端には回転軸30を回転自在に支持する反出力側軸受32を有する。ブラケット40は導電性であり、モールド固定子42の内周部に嵌め込まれてモールド固定子42の凹部の開口部を塞いでおり、ブラケット40の内側に反出力側軸受32の外輪が嵌め込まれている。
 図17は、本実施の形態にかかる電動機の構成を示す断面図であって、図16とは異なる形態を示す図である。図16に示す電動機は、配線板15と、回転軸30と、出力側軸受31と、反出力側軸受32と、回転子センサマグネット33と、回転子34、回転子マグネット35と、インシュレータ37と、固定子鉄心38と、巻線39と、ブラケット40と、モールド樹脂41と、モールド固定子42とを備えるブラシレスDCモータである。すなわち、図16における配線板10に代えて配線板15を備える。なお、巻線端子は図示されていない。配線板15は、コネクタ16と、ホールIC17とを備える。ホールIC17は、回転子34の位置を検知する。
 図16,17に示す電動機においては、放熱性及び安全性を向上させるために固定子と配線板10が一体成型されており、配線板10とホールIC14を接続する半田強度は高くすべきである。実施の形態1にて説明したように半田強度を高く維持することで、ホールICが外れてしまうことによる電動機の故障を防止し、信頼性の低下を防ぐことができる。なお、本実施の形態の電動機においてはホールICの周方向の実装位置ズレが高精度に抑制されることで、ホールICの周方向の実装位置バラツキが抑制される。これによりモータの効率に大きく影響を及ぼす進角のバラツキが抑制され、消費電力が低減される。
実施の形態3.
 実施の形態2にて説明した電動機は、様々な電気機器に適用することができ、このような電気機器には、空気調和機を例示することができる。図18は、本発明にかかる電気機器の一例である空気調和機の構成を示す外観図である。図18に示す空気調和機50は、室内機51と、室外機52と、ファン53とを備える。室外機52は室内機51に接続されている。なお、図示していないが、室内機51は室内機用送風機を備え、室外機52は室外機用送風機を備え、室内機用送風機及び室外機用送風機は、駆動源である実施の形態2にて説明した電動機を備える。
 本実施の形態の室内機用送風機及び室外機用送風機に実施の形態2の電動機が適用されることで、電動機の故障を防止し、信頼性の低下を防ぐことができ、室内機用送風機及び室外機用送風機の故障を防止し、信頼性の低下を防ぐことができる。
 なお、実施の形態2にて説明した電動機は、室内機用送風機及び室外機用送風機に限定されず、換気扇、家電機器、工作機に搭載されてもよく、換気扇、家電機器、工作機に実施の形態2の電動機が適用されることで、電動機の故障を防止し、信頼性の低下を防ぐことができ、換気扇、家電機器、工作機の故障を防止し、信頼性の低下を防ぐことができる。
 10,15 配線板、10a,15a ベース基板、11 穴、12,16 コネクタ、13 インバータIC、14,14a~14c,14A~14C,17,17a~17c ホールIC、20 IC本体、21,21a~21c ICピン、22,22a~22c フットプリント、23,23a~23c レジスト開口部、24 半田フィレット、25,25a~25i,25A~25C 配線、26 レジスト、30 回転軸、31 出力側軸受、32 反出力側軸受、33 回転子センサマグネット、34 回転子、35 回転子マグネット、36 巻線端子、37 インシュレータ、38 固定子鉄心、39 巻線、40 ブラケット、41 モールド樹脂、42 モールド固定子、50 空気調和機、51 室内機、52 室外機、53 ファン。

Claims (11)

  1.  複数のピンを有する電子部品が実装される配線板であって、
     ベース基板と、
     前記ベース基板上に設けられた複数の配線と、
     前記複数の配線を覆うレジストと、
     前記複数の配線に接続され、前記レジストの開口部において全面が露出され、前記複数のピンがリフローにより半田付けされた複数のフットプリントと、を備え、
     前記レジストの前記開口部において、前記ピンの引き出し方向は前記配線の引き出し方向と平行である配線板。
  2.  前記配線の引き出し方向は、前記ピンの引き出し方向と同一方向である請求項1に記載の配線板。
  3.  前記配線は、前記フットプリントの両側に引き出されている請求項1に記載の配線板。
  4.  前記ピンの引き出し方向は、前記配線板の原点から前記電子部品への径方向に対して45度以下である請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の配線板。
  5.  前記ピンの引き出し方向は、前記配線板の原点から前記電子部品への径方向に平行である請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の配線板。
  6.  前記半田付けのフィレットが、前記開口部により露出された配線上にも形成された請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の配線板。
  7.  前記電子部品の本体側において前記開口部により露出された前記フットプリント及び前記配線の前記径方向の長さは、前記フットプリントの表面から前記ピンの底面までの高さであるピン浮き高さと、前記フットプリントの表面から、前記電子部品の本体から引き出されて屈曲していない部分における前記ピンの裏面までの高さであるピンボディ側高さとの合計以上である請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の配線板。
  8.  請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の配線板を備え、
     前記配線板の原点が回転軸である電動機。
  9.  固定子と前記配線板が、樹脂によって一体成型されている請求項8に記載の電動機。
  10.  請求項8又は請求項9に記載の電動機を備える電気機器。
  11.  請求項10に記載の電気機器である空気調和機。
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