JP2004186250A - プリント配線板 - Google Patents

Abstract

【課題】ハンダボールの発生を低減することのできるプリント配線板を提供する。
【解決手段】複数のハンダランド５が電子部品実装面４に形成されているプリント配線板２１において、リフローによるハンダ付け時に、ハンダランド５に吸収されずにハンダランド５から分離するハンダを吸着可能なハンダ吸着ランド２３を設ける。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リフローによるハンダ付けによってハンダランド上に電子部品を実装するのに好適なプリント配線板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、リフローによるハンダ付けによってＬＳＩおよびチップ化したコイル、変成器、コンデンサ、抵抗器、振動素子、ブロックフィルタ、遅延回路などの電子部品（以下、チップ部品と呼ぶ）を実装することのできるプリント配線板が知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなプリント配線板は、電子部品を搭載した実装回路基板として、液晶表示装置のモジュールなどの各種の装置に用いられている。
【０００３】
図６および図７は従来のプリント配線板のハンダランドを模式的に示す断面図および平面図で、従来のプリント配線板１は、絶縁性基板２を有している。図６に示すこの絶縁性基板２の上面は、図７に２点鎖線にて示すチップ部品（ここでは抵抗器、積層セラミックスコンデンサに代表される角形チップ部品）３を搭載するための電子部品実装面４とされている。そして、絶縁性基板２の電子部品実装面４には、チップ部品３の電極と電気的に接続されるチップ部品用端子としての左右１対のハンダランド５が形成されている。このハンダランド５は、平面縦長矩形に形成されており、その外周縁には、所定パターンの導体からなる引き回し配線（図示せず）が接続されている。また、絶縁性基板２の上面には、絶縁性基板２上に形成した配線パターンを外部環境から保護するためや、ハンダ不要部分の配線パターンにハンダが付着することを防止するために、エポキシ樹脂などの絶縁性を有する素材により形成されたソルダーレジスト６がハンダランド５の外周を囲繞するように配置されている（図７に斜線領域にて示してある）。
【０００４】
絶縁性基板２としては、薄くて充分な強度を有する積層板あるいはポリイミドなどの絶縁性を有する素材により厚さが例えば２５μｍ程度に形成された可撓性フィルムなどが製品の仕様、設計コンセプトなどの必要に応じて選択使用されている。
【０００５】
ハンダランド５および引き回し配線などの配線パターンは、一般的に、絶縁性基板２の表面に貼着された銅などの金属の導体をエッチングすることによって形成されている。
【０００６】
このようなプリント配線板１においては、図８に示すように、ハンダランド５に対してチップ部品３の電極をハンダ７Ａによって電気的に接続することで、チップ部品３が搭載された実装回路基板８が容易に得られるようになっている。
【０００７】
また、プリント配線板１へのチップ部品３のハンダ付けは、例えば直径３０μｍ程度の球状のハンダ粒子と液状フラックスを混和させたペースト状のハンダであるクリームハンダ７（図１０参照）をハンダランド５に印刷した後、クリームハンダ７を介してハンダランド５にチップ部品３を搭載し、この状態でプリント配線板１を加熱炉などにより加熱してクリームハンダ７中のハンダ粒子を溶融してから融合し再凝固させるリフローによるハンダ付けによって行われている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−１３５０７０号公報（図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来のプリント配線板１においては、リフローによるハンダ付けによりチップ部品３を搭載した際に、ハンダランド５の近傍に、球状のハンダボール９（図１６、図１７参照）が生成されるという問題点があった。このハンダボール９は、プリント配線板１が振動したり、プリント配線板１に衝撃が加わったりすると容易に移動し、配線パターンの短絡などの不具合の原因となる。
【００１０】
ここで、ハンダボール９の発生メカニズムについて図９から図１７により説明する。
【００１１】
リフローによるハンダ付けは、クリームハンダ７を介してハンダランド５にチップ部品３を搭載した状態でプリント配線板１を加熱炉などにより、図９に示す温度曲線の如く加熱および冷却を行うことにより実行される。
【００１２】
そして、図９の符号ａにて示す初期温度範囲においては、温度がほぼ室温を保持しており、図１０および図１１に示すように、クリームハンダ７は、ハンダランド５上に一様の厚さで印刷された状態を保持している。
【００１３】
ついで、図９の符号ｂにて示す中間温度上昇範囲においては、クリームハンダ７のフラックスの粘度が加熱により低下して、図１２および図１３に示すように、クリームハンダ７がハンダランド５を越えて広がる。この時、フラックスが活性化して、ハンダランド５およびチップ部品３の電極をそれぞれ清浄化するとともにハンダとの濡れ特性を向上させる。また、クリームハンダ７中のハンダ粒子は溶融しておらず粒子の状態を保持している。
【００１４】
ついで、図９の符号ｃにて示すハンダ溶融温度範囲においては、クリームハンダ７中のハンダ粒子が溶融する。この溶融したハンダ粒子は、融合して特定の金属には付着するが、それ以外のものには付着しないという性質があるので、広がった溶融状態のハンダ７Ａの大部分は、ハンダ７Ａが再凝固する前にハンダランド５に引き寄せられるが、ハンダランド５の外に広がったハンダ７Ａの先端部分は、図１４および図１５に示すように、ハンダランド５に引き寄せられずにハンダランド５の外に残ることになる。この時、フラックスは、活性を失った不活性の樹脂となる。
【００１５】
ついで、図９の符号ｄにて示すハンダ再凝固温度範囲においては、溶融したハンダ７Ａが凝固する。この時、ハンダランド５に引き寄せられずにハンダランド５の外に残ったハンダ７Ａは、図１６および図１７に示すように、ハンダランド５の近傍でボール状のハンダボール９になるとともに、不活性となった樹脂によりソルダーレジスト６上に付着する。
【００１６】
このようなハンダボール９の発生メカニズムからもわかるように、ハンダボール９は、クリームハンダ７の量が多すぎた場合や、クリームハンダ７の印刷時の位置ずれが大きな場合に発生しやすい。また、ハンダボール９は、クリームハンダ７の特性バラツキ、プリント配線板１に形成するハンダランド５の寸法バラツキ、クリームハンダ７の印刷条件バラツキなどの各種要因によっても生じるため、完全に防止することはできない。
【００１７】
このハンダボール９の発生を防止する対策として、図１８に示すように、ハンダランド５の面積を大きくすることにより、リフロー時にクリームハンダ７がハンダランド５の外へ広がる範囲を相対的に小さくしてハンダランド５の外に残るハンダの発生を防止する構成が考えられる。しかしながら、このようなハンダランド５の面積を大きくする構成では、図１８に符号Ａにて示すハンダランド５とチップ部品３との接続に寄与する接合部分のハンダ量が少なくなり、接続不良が生じるなど、接続の信頼性が低下する。また、ハンダランド５の面積を大きくすると、近年の高密度実装の阻害要因となる。
【００１８】
また、ハンダボール９の発生を防止する対策として、図１９および図２０に示すように、ハンダランド５の周辺のソルダーレジスト６上に、ハンダランド５の外へ広がるハンダの広がりを防止するための堤防となるソルダーレジスト６の枠１０をシルク印刷などにより１重に配設する構成も考えられる。
【００１９】
しかしながら、このような枠１０を設ける構成では、図２１および図２２に示すように、リフロー時にクリームハンダ７が枠１０を乗り越える場合があり、枠１０を乗り越えたハンダ７Ａは、図２３および図２４に示すように、溶融したハンダ７Ａが枠１０によりハンダランド５と分断され、図２５およびに図２６に示すように、ハンダランド５の近傍にハンダボール９が発生しやすくなる。
【００２０】
本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、ハンダボールの発生を低減することのできるプリント配線板を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するため特許請求の範囲の請求項１に係る本発明のプリント配線板の特徴は、リフローによって電子部品をハンダ付けするための複数のハンダランドが電子部品実装面に形成されてるプリント配線板において、リフローによるハンダ付け時に、前記ハンダランドに吸収されずに前記ハンダランドから分離するハンダを吸着可能なハンダ吸着ランドが設けられている点にある。そして、このような構成を採用したことにより、リフローによるハンダ付けを行うと、ハンダランドの外に広がったクリームハンダ中のハンダ粒子が溶融してから融合し再凝固する際に、ハンダランドに引き寄せられずにハンダランドの外に残った部分がハンダ吸着ランドの表面に引き寄せられて凝固するので、ハンダボールの発生を低減することができる。
【００２２】
また、請求項２に係る本発明のプリント配線板の特徴は、請求項１において、前記ハンダ吸着ランドが、前記ハンダランドの周囲の実装される電子部品との対向領域外に間隔を置いて点状あるいは線状に形成されている点にある。そして、このような構成を採用したことにより、隣接する配線パターンと短絡しないように配置することができる。
【００２３】
また、請求項３に係る本発明のプリント配線板の特徴は、請求項１または請求項２において、前記ハンダ吸着ランドが、前記ハンダランドと同一素材により形成されている点にある。そして、このような構成を採用したことにより、ハンダ吸着ランドをハンダランドの形成と同時に形成することができるので、ハンダ吸着ランドを容易に形成することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施形態により説明する。なお、前述した従来のものと同一ないし相当する構成については図面中に同一の符号を付してある。
【００２５】
図１は本発明に係るプリント配線板の第１実施形態のハンダランド近傍を示す模式的な拡大平面図である。
【００２６】
本実施形態のプリント配線板のハンダランドは、チップ化された電子部品として、抵抗器や積層セラミックスコンデンサなどに代表される角形チップ部品を搭載できるものを例示している。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態のプリント配線板２１は、絶縁性基板２を有しており、この絶縁性基板２の表面が図示しないチップ部品（図８参照）を搭載するための電子部品実装面４とされている。そして、電子部品実装面４には、左右１対とされた２つのハンダランド５が従来と同様に形成されている。これらのハンダランド５は、平面縦長矩形状に形成されている。そして、左右１対のハンダランド５のうち図１の左方に示すハンダランド５の外周の左辺と上辺には、引き回し配線２２の一端がそれぞれ接続されている。また、図１の右方に示すハンダランド５の外周の下辺には、引き回し配線２２の一端が接続されている。
【００２８】
図１の左方に示すハンダランド５の外周の上辺、左辺および下辺の３辺の近傍には、全体としてほぼ逆コ字状に形成された線状のハンダ吸着ランド２３がそのハンダランド５から所定の間隔を置いて設けられている。また、図１の右方に示すハンダランド５の外周の上辺、右辺および下辺の３辺の近傍には、全体としてほぼコ字状に形成された線状のハンダ吸着ランド２３がそのハンダランド５から所定の間隔を置いて設けられている。
【００２９】
したがって、１つのハンダランド５毎に、その周囲にハンダ吸着ランド２３が配置されている。
【００３０】
すなわち、本実施形態において、図１の左方に示すハンダランド５には、チップ部品の一端が搭載され、図１の右方に示すハンダランド５には、チップ部品の他端が搭載されるようになっている。このため、左右１対のハンダランド５の相互間、詳しくは図１の左方に示すハンダランド５の右辺と図１の右方に示すハンダランド５の左辺との間には、ハンダ吸着ランド２３を設けない構成とされている。
【００３１】
言い換えると、ハンダ吸着ランド２３を、電子部品実装面４に実装されるチップ部品との対向領域外に形成することにより、電子部品実装面４とチップ部品との対向面間にハンダが残留してハンダランド５からチップ部品の電極が大きく離間するなどの接続不良を生じたり、接続信頼性が低下するという不都合の発生を防止することができる。
【００３２】
前記ハンダランド５とハンダ吸着ランド２３との間隔としては、好ましくは０．１５〜０．５０ｍｍの範囲とする。この範囲より間隔が狭いとハンダ吸着ランド２３に吸着されるハンダ量が多くなり、ハンダランド５のハンダ量が少なくなる傾向があり、この範囲より間隔が広いとハンダランド５の外に広がったハンダを十分吸着できなくなる傾向がある。
【００３３】
前記ハンダ吸着ランド２３の線幅としては、好ましくは０．１５〜０．３０ｍｍの範囲とする。この範囲より間隔が狭いとハンダランド５の外に広がったハンダを十分吸着できなくなる傾向があり、この範囲より間隔が広いと高密度実装の阻害要因となる傾向がある。
【００３４】
本実施形態のハンダ吸着ランド２３は、ハンダランド５と同一素材により形成されている。すなわち、絶縁性基板２の表面に貼着された銅などの金属の導体をエッチングすることによってハンダランド５を形成する際に同時に形成されている。勿論、ハンダ吸着ランド２３をハンダを吸着しやすい他の金属素材により形成してもよい。
【００３５】
また、本実施形態のハンダ吸着ランド２３は、引き回し配線２２の一部が兼用されていてもよい。すなわち、図１に示す本実施形態のプリント配線板２１は、図２に示すハンダランド５および引き回し配線２２に対して、図３に示すハンダ吸着ランド２３を設けたものである。このため、引き回し配線２２の一部、詳しくは、図１の左方のハンダランド５に対して形成されているハンダ吸着ランド２３においては、図１の左方のハンダランド５の上辺および左辺に接続される配線パターン２２の接続端近傍の表面（図２に斜線にて囲って示す）が図１の斜線領域にて示すソルダーレジスト６により覆われておらず開口とされて外部に露出され、図１の右方のハンダランド５に対して形成されているハンダ吸着ランド２３においては、図１の右方のハンダランド５の下辺に接続される配線パターン２２の接続端近傍の表面（図２に斜線にて囲って示す）が図１の斜線領域にて示すソルダーレジスト６により覆われておらず開口とされて外部に露出されている。
【００３６】
なお、ハンダ吸着ランド２３は、隣接する他の配線パターンと短絡しないように形成することが肝要である。
【００３７】
その他の構成は、従来のプリント配線板１と同一であるので、その詳しい説明は省略する。
【００３８】
つぎに、前述した構成からなる本実施形態の作用について説明する。
【００３９】
本実施形態のプリント配線板２１によれば、従来と同様に、リフローによるハンダ付けを行うと、ハンダランド５の外に広がったクリームハンダ中のハンダ粒子が溶融してから融合し再凝固する際に、ハンダランド５に引き寄せられずにハンダランド５の外に残った部分は、ハンダ吸着ランド２３の表面に引き寄せられて凝固するので、ハンダボールの発生を低減することができる。
【００４０】
このことは、同一寸サイズのハンダランド５を用いてチップ部品の実装試験を行ったところ、本実施形態のハンダ吸着ランド２３を設けたプリント配線板２１によるハンダボールの発生が、従来のプリント配線板１によるハンダボールの発生の１／１０未満になることにより確認できた。
【００４１】
また、本実施形態のプリント配線板２１によれば、ハンダ吸着ランド２３が、ハンダランド５の周囲の実装される電子部品との対向領域外に間隔を置いて線状に形成されているので、隣接する配線パターン２２と短絡しないように配設することができる。
【００４２】
さらに、本実施形態のプリント配線板２１によれば、ハンダ吸着ランド２３が、ハンダランド５と同一素材により形成されているから、ハンダ吸着ランド２３をハンダランド５の形成と同時に形成することができるので、ハンダ吸着ランド２３を容易に形成することができる。
【００４３】
図４は、本実施形態のプリント配線板の第２実施形態を示すものである。本実施形態のプリント配線板２１Ａは、ハンダ吸着ランド２３Ａを点状に形成したものである。このハンダ吸着ランド２３Ａそのものの形状を図５に示す。
【００４４】
その他の構成は、前述した第１実施形態のプリント配線板２１と同一であるので、その詳しい説明は省略する。
【００４５】
このような構成により、本実施形態のプリント配線板２１Ａは、前述した第１実施形態のプリント配線板２１Ａと同様の効果を奏することができるとともに、ハンダ吸着ランド２３Ａが点状に形成されているので、ハンダランド５の間に他の配線パターンが配設されている場合においても、その配線パターンとの短絡を防止することがより容易にできる。すなわち、左右１対のハンダランド５の間に配線パターンが配設される場合であっても、隣接する配線パターンとの短絡を容易に回避することができるので、高密度実装を容易かつ確実に実現できる。
【００４６】
なお、本発明は、絶縁基板の表裏両面にチップ部品を搭載するものにも用いることができる。
【００４７】
また、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々変更することができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に係る本発明のプリント配線板によれば、ハンダボールの発生を低減することができるなどの極めて優れた効果を奏する。
【００４９】
また、請求項２に係る本発明のプリント配線板によれば、隣接する配線パターンと短絡しないように配置することができるなどの極めて優れた効果を奏する。
【００５０】
また、請求項３に係る本発明のプリント配線板によれば、ハンダ吸着ランドを容易に形成することができるなどの極めて優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプリント配線板の第１実施形態のハンダランド近傍の要部を示す模式的な拡大平面図
【図２】図１のプリント配線板のハンダランドおよび引き回し配線を示す模式的な平面図
【図３】図１のプリント配線板のハンダ吸着ランドを示す模式的な平面図
【図４】本発明に係るプリント配線板の第２実施形態のハンダランド近傍の要部を示す模式的な拡大平面図
【図５】図４のプリント配線板のハンダ吸着ランドを示す模式的な平面図
【図６】従来のプリント配線板のハンダランドの要部を示す模式的な拡大断面図
【図７】図６の模式的な平面図
【図８】図６のプリント配線板にチップ部品を搭載した実装回路基板の要部を示す拡大側面図
【図９】リフローによるハンダ付け時の温度と時間との関係の一例を示す曲線図
【図１０】従来のリフローによるハンダ付け時の初期温度範囲におけるクリームハンダの状態を示す模式的な側面図
【図１１】図１０の要部を示す模式的な平面図
【図１２】従来のリフローによるハンダ付け時の中間温度上昇範囲におけるクリームハンダの状態を示す模式的な側面図
【図１３】図１２の要部を示す模式的な平面図
【図１４】従来のリフローによるハンダ付け時のハンダ溶融温度範囲における溶融ハンダの状態を示す模式的な側面図
【図１５】図１４の要部を示す模式的な平面図
【図１６】従来のリフローによるハンダ付け時のハンダ再凝固温度範囲におけるハンダの状態を示す模式的な側面図
【図１７】図１６の要部を示す模式的な平面図
【図１８】従来のプリント配線板におけるハンダランドの面積を大きくしてチップ部品を搭載した実装回路基板の要部を示す模式的な側面図
【図１９】従来のプリント配線板におけるハンダランドの周辺に枠を設ける構成の初期温度範囲におけるクリームハンダの状態を示す模式的な側面図
【図２０】図１９の要部を示す模式的な平面図
【図２１】図１９のプリント配線板におけるリフロー時のクリームハンダが枠を乗り越えた状態の要部を示す部分拡大側面図
【図２２】図２１の要部を示す模式的な平面図
【図２３】図１９のプリント配線板におけるリフロー時の溶融したハンダが枠により分断された状態の要部を示す部分拡大側面図
【図２４】図２３の要部を示す模式的な平面図
【図２５】図１９のプリント配線板におけるハンダボールが形成された状態の要部を示す部分拡大側面図
【図２６】図２５の要部を示す模式的な平面図
【符号の説明】
２ 絶縁性基板
４ 電子部品実装面
５ ハンダランド
６ ソルダーレジスト
２１、２１Ａ プリント配線板
２２ 引き回し配線
２３、２３Ａ ハンダ吸着手段

Claims (3)

1. リフローによって電子部品をハンダ付けするための複数のハンダランドが電子部品実装面に形成されてるプリント配線板において、
   リフローによるハンダ付け時に、前記ハンダランドに吸収されずに前記ハンダランドから分離するハンダを吸着可能なハンダ吸着ランドが設けられていることを特徴とするプリント配線板。
2. 前記ハンダ吸着ランドが、前記ハンダランドの周囲の実装される電子部品との対向領域外に間隔を置いて点状あるいは線状に形成されている請求項１に記載のプリント配線板。
3. 前記ハンダ吸着ランドが、前記ハンダランドと同一素材により形成されている請求項１または請求項２に記載のプリント配線板。

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