JP2008177112A - リード端子接続方法及びプリント基板 - Google Patents

Abstract

【課題】プリント基板のランド部への金属板からなるリード端子の接合を安価で自動化できるようにする。
【解決手段】ランド部４の表面は電解メッキ法又は無電解メッキ法により形成された、例えばニッケルと金の合金からなるメッキ層６で被われている。メッキ層６はランド部上に形成された金メッキ層とその表面にさらに形成されたニッケルメッキ層とで構成されている。メッキ層６上にリード端子となる例えばニッケルやニッケル合金からなる金属板８がスポット溶接で接合されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、リード端子となる金属板をプリント基板を構成するベース基板に設けられたランド部に接合する方法及びそのような接合方法を用いてリード端子を接合したプリント基板に関するものである。

近年、電子機器の小型化・軽量化が著しく進んでいる。特に携帯電話などの携帯機器ではこの傾向が顕著である。そのため、半導体装置や受動部品などの電子部品を多数搭載したプリント基板の小型化が要求されている。
このような背景にあって、例えば、携帯機器に用いられているパック型の二次電池の充電を制御する充電制御回路は電池パック内に内蔵することが求められており、特に小型化の要求が強い。

また、電池パックに内蔵されている二次電池の電極と充電制御回路基板の接続は通常ニッケル板で行われる。これは、二次電池の電極から電力を引き出すための配線材としてニッケル板が用いられており、これを電池の電極にスポット溶接で取り付けているためである。そのニッケル板をそのまま充電制御回路基板に接続することによって、新たな配線の手間を省くとともに、小型化にも貢献できるからである。そのため、充電制御回路基板の外部接続端子にもニッケル板がスポット溶接で接続できることが求められている。

プリント基板のランド部に直接ニッケル板をスポット溶接するには、次のような問題があった。すなわち、ランド部はプリント基板に形成されている回路パターンと同時に形成されるため、銅又はアルミニウムで構成されている。銅又はアルミニウムからなるランド部に直接ニッケル板をスポット溶接すると、ニッケル板とランド部の間の接合強度が弱くてニッケル板がランド部から外れたり、ランド部を構成している金属箔の破断強度が足りずにスポット溶接の溶接ポイント周辺で破断してしまったりするという問題があり、実現できなかった。
そこで、プリント基板表面のランド部に板状のニッケルブロックを半田付けし、そのニッケルブロックにニッケル板をスポット溶接することが提案され、実施されている（特許文献１参照。）。
特開２００２−１００４１２号公報

しかし、ランド部にニッケルブロックを半田付けし、そのニッケルブロックにニッケル板をスポット溶接すると、ニッケルブロックや半田によるコストアップの問題がある。さらに、スポット溶接時の熱によってニッケルブロックをランド部に接合している半田が溶けて飛び散るといった不具合が発生することがあるため、スポット溶接時の調節が困難であり、また、プリント基板の小型化に限界があった。

ニッケルブロックを半田付けせずに、ランド部に直接ニッケル板を半田付けする方法もあるが、この場合の半田付けは自動化が難しいため、人手によって半田付けを行なうことになり、コストが高くなる。

そこで本発明は、プリント基板のランド部への金属板からなるリード端子の接合を安価で自動化できるようにすることを目的とするものである。

本発明のリード端子接合方法は、プリント基板を構成するベース基板の表面上に形成された金属箔からなるランド部に、リード端子となる金属板を接合するリード端子接合方法であって、上記金属箔よりもヤング率（縦弾性係数）の高い金属からなるメッキ層を上記ランド部の表面に形成し、そのメッキ層に金属板をスポット溶接により直接接合することを特徴とするものである。
ランド部を構成する金属箔よりもヤング率の高い金属メッキ層をランド部の表面に形成することでランド部の表面が堅くなるため、金属板との接合部分に応力が作用してもランド部が破断しにくくなる。ランド部の形成には一般的に銅やアルミニウムが用いられる。銅のヤング率は１３０[ＧＰａ]程度であり、アルミニウムのヤング率は７８[ＧＰａ]程度である。これに対し、例えばニッケルは１９９〜２２０[ＧＰａ]程度のヤング率を有しており、このような高ヤング率の金属からなるメッキ層をランド部の表面に形成することにより、ランド部の表面の破断強度を強化することができる。このような高ヤング率の金属として、ニッケルのほか、例えばクロム（ヤング率：２４８[ＧＰａ]）を挙げることができる。
本発明のプリント基板は、上記のリード端子接合方法を用いてリード端子を接合したものであり、ベース基板の表面上に金属箔からなるランド部が形成され、ランド部の表面に金属箔よりもヤング率の高い金属からなるメッキ層が形成され、メッキ層上にリード端子となる金属板がスポット溶接により直接接合されているものである。

本発明のリード端子接合方法及びプリント基板においては、金属板をメッキ層に接合する前に、ベース基板の裏面にもベース基板表面のランド部に対応した第２のランド部を形成し、両ランド部間にスルーホールを形成し、形成したスルーホールの内壁に両ランド部を接続するメッキ層を形成することが好ましい。そうすれば、スルーホールの内壁のメッキ層を介して裏面側のランド部によるアンカー効果が得られ、ランド部を構成する金属箔の剥離強度を高めることができる。
また、スポット溶接によってランド部に金属板を接合した後において、金属板のリード部分が曲げられたりすることでランド部に作用する剥離方向への応力はスポット溶接がなされた位置に生じる。そこで、スルーホールはスポット溶接がなされる位置に近接した位置に設けられることが好ましい。そうすれば、ランド部に作用する剥離方向への応力が最大となる位置に近い位置の剥離強度を高めることができ、金属板のリード部分が曲げられたりしてもランド部がベース基板から剥離しにくくなる。

リード端子となる金属板として、例えばニッケル又はニッケル合金からなるものを挙げることができる。
その場合、ランド部表面のメッキ層の表層はニッケル層であることが好ましい。ニッケルとニッケル又はニッケル合金との接合性が良いため、ランド部と金属板との接合強度を高めることができる。

プリント基板に形成された配線パターンや素子を保護するためのソルダーレジスト層の膜厚は配線パターンの膜厚よりも厚いことが多い。特に、ソルダーレジスト層が存在している箇所の高さがランド部表面に形成されたメッキ層の上面よりも高い場合、リード端子をランド部に接合する際にソルダーレジスト層の高さが邪魔になり、リード端子の接合が困難になる。従来のように、ランド部上にニッケルブロックを半田付けした場合は、リード端子の接合面がニッケルブロックの厚み分だけかさ上げされるため、そのような問題は生じなかった。
そこで、本発明のリード端子接合方法及びプリント基板では、ベース基板の表面側のソルダーレジスト層の少なくとも金属板の配置領域に開口部を設けることが好ましい。そうすれば、リード端子を接合する際にソルダーレジスト層が邪魔にならなくなる。

本発明のリード端子接合方法及びプリント基板では、ランド部の表面に金属箔よりもヤング率の高い金属からなるメッキ層を形成し、メッキ層に金属板をスポット溶接により接合しているので、ニッケルブロックをランド部に半田付けする必要がなくなり、リード端子を安価に接合することができる。また、リード端子を接合する工程に半田付け工程が存在しないので、人手による作業がなくなり、リード端子の接合工程を自動化することができる。

以下、図面を参照して、本発明のリード端子接合方法及びプリント基板の実施形態を詳細に説明する。
図１はプリント基板の第１の実施例を示す図であり、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線位置における断面図である。
例えばガラスエポキシからなる絶縁性のベース基板２の表面に銅による金属箔が貼着され、パターン化されて回路パターンとランド部４が形成されている。図ではランド部４のみを示し、回路パターンの図示は省略している。

ランド部４の表面は電解メッキ法又は無電解メッキ法により形成されたメッキ層６で被われている。メッキ層６は金メッキ層とその表面に形成されたニッケルメッキ層とで構成されている。なお、図ではメッキ層６を単層として表示している。メッキ層６上にリード端子となる例えばニッケル又はニッケル合金からなる金属板８がスポット溶接で接合されている。
１０ａ，１０ｂはスポット溶接の位置を示している。この実施例では金属板８の長さ方向に対して斜めに位置する２点にスポット溶接が施されている。なお、スポット溶接の位置は１点又は３点以上でもよいが、メッキ層６と金属板８との接合強度を高めるために２点以上であることが好ましい。

ベース基板２上に、金属板８の配置領域に開口部をもつ、回路パターンを保護するためのソルダーレジスト層１４が形成されている。なお、図２においては、ソルダーレジスト１４は金属板８の配置領域のみならずランド部４及びその周囲領域に開口部をもっている。ソルダーレジスト層１４の開口部にある金属板８が配置されていない領域のメッキ層６やランド部４周辺のベース基板２はプリント基板の表面に露出している。
金属板８が配置される領域にメッキ層６上面よりも高さの高いソルダーレジスト層１４があると金属板８の接合の際に邪魔になる。そのため、金属板８が配置される領域にメッキ層６上面よりも高い高さのソルダーレジスト層１４がないことが好ましい。

なお、図３に示されているように、金属板８の配置領域以外のほぼ全ての領域上にソルダーレジスト層１４ａが形成されていてもよい。表面に露出する基板２やランド部６の面積が小さくなるので、それらを保護することができる。図３では、ランド部４の周囲の金属板８の直下の領域にもソルダーレジスト１４ａが形成されており、金属板８の配置領域にあるソルダーレジスト層１４ａは金属板８に接触しないように、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polish）等の処理により除去されている。
金属板８の配置領域以外の領域が全てソルダーレジスト層１４ａで被われていれば、金属板８を接合する際の金属板８の位置決めが容易になるという利点もある。

図１に戻って説明を続けると、金属板８をスポット溶接でランド部４上に接合する場合、従来は、金属板８の接合強度を高めるために、ランド部４上にニッケルブロックを半田付けし、その上に金属板８をスポット溶接で接合していた。それに対し、この実施例では、ランド部４の表面にメッキ層６が形成されているので、ランド部４の表面はニッケル又はニッケル合金からなる金属板８との接合強度が向上し、ニッケルブロックをランド部４上に半田付けしなくても金属板８をスポット溶接で接合することができる。また、ニッケルは銅よりもヤング率が高いので、ランド部４表面の破断強度が向上し、金属板８のリード部分が曲げられたりすることでランド部４の表面に作用する応力にも耐えることができる。
なお、メッキ層６の表層は、ニッケル以外の金属、例えばクロムからなるメッキ層でもよく、回路パターンを構成している銅やアルミニウムよりもヤング率が高く、金属板８との接合強度が強い金属メッキ層であればよい。

この実施例に示したプリント基板は、リード端子となる金属板８の接合をスポット溶接のみで行なうことができ、半田付けを行なう必要がないので、プリント基板へのリード端子の接合を完全に自動化することができる。また、ニッケルブロックが不要となるので、コストを低減させることができる。

図２は本発明のプリント基板の第２の実施例を示す図であり、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線位置における断面図である。
この実施例では、ベース基板２の表面と裏面の対応する位置に銅による金属箔が貼着され、パターン化されて回路パターンとランド部４ａ，４ｂが形成されている。図ではランド部４ａ，４ｂのみを示し、回路パターンの図示は省略している。

ランド部４ａ及び４ｂの表面は電解メッキ法又は無電解メッキ法により形成されたメッキ層６で被われている。メッキ層６は金メッキ層とその表面に形成されたニッケルメッキ層とで構成されている。なお、図ではメッキ層６を単層として表示している。メッキ層６上にリード端子となる例えばニッケル又はニッケル合金からなる金属板８がスポット溶接で接合されている。
ベース基板２にはスポット溶接の位置１０ａ，１０ｂに近接した位置にスルーホール１２ａ，１２ｂが形成されている。スルーホール１２ａ，１２ｂの内壁にはベース基板２の表面側のランド部４ａと裏面側のランド部４ｂとを電気的にも機械的にも接続するメッキ層が形成されている。スルーホール１２ａ，１２ｂの内壁のメッキ層はランド部１０ａ，１０ｂの表面を覆っているメッキ層６と同時に形成されたものである。

ベース基板２上に、金属板８の配置領域に開口部をもち、回路パターンを保護するためのソルダーレジスト層１４ａが形成されている。なお、図２においては、ソルダーレジスト１４ａは金属板８の配置領域のみならずランド部４ａ及びその周囲領域にも開口部をもっている。ソルダーレジスト層１４ａの開口部にある金属板８が配置されていない領域のメッキ層６やランド部４周辺のベース基板２はプリント基板の表面に露出している。

また、図４に示されているように、金属板８の配置領域以外のほぼ全ての領域上にソルダーレジスト層１４ａが形成されていてもよい。表面に露出する基板２やランド部６の面積が小さくなるので、それらを保護することができる。また、金属板８の配置領域以外の領域がソルダーレジスト層１４ａで被われているので、金属板８を接合する際の金属板８の位置決めが容易になる。

図２のプリント基板の形成工程を簡単に説明する。
（１）ベース基板２の表面側に回路パターンとランド部４ａを形成し、裏面側では表面側のランド部４ａの反対側の位置にランド部４ｂを形成する。
（２）ベース基板２表面側のスポット溶接がなされる位置に近接してスルーホール１２ａ，１２ｂを形成する。スルーホール１２ａ，１２ｂはＢＶＨ（Blind via Hole）やフラットスルーホールなどでよい。このようなスルーホール１２ａ，１２ｂは、炭酸ガスレーザやエキシマレーザ等を使用して形成することもできるし、ドリル加工によって形成することもできるが、微細な穴あけ加工が可能なレーザビームを用いた加工方法を用いることが好ましい。
（３）電解メッキ法により、ランド部４ａ，４ｂの表面とスルーホール１２ａ，１２ｂの内壁に銅メッキ層を形成する。なお、図ではランド部４ａ，４ｂの表面に形成されている銅メッキ層はランド部４ａ，４ｂと一体的に描かれている。
（４）さらに電解メッキ法により、ランド部４ａ，４ｂの表面とスルーホール１２ａ，１２ｂの内壁の銅メッキ層の上に金メッキ層を形成し、さらにその上にニッケルメッキ層を形成する。図では、金メッキ層とニッケルメッキ層を一体的に表示してメッキ層６としている。
（５）金属板８の配置領域とその周辺領域以外の領域にソルダーレジスト層１４を形成する。
（６）ランド部４ａのメッキ層６上に金属板８をスポット溶接により接合する。

この実施例では、金属板８を接合するためのスポット溶接の位置に近接した位置にスルーホール１２ａ，１２ｂが設けられ、その内壁に表面側のランド部４ａと裏面側のランド部４ｂの表面に形成された銅メッキ層やメッキ層６と同じメッキ層が形成されているので、スルーホール１２ａ，１２ｂの内壁のメッキ層が表面側のランド部４ａと裏面側のランド部４ｂを機械的に接続してランド部４ｂがアンカーの役割を果たし、ランド部４ａ及びメッキ層６の剥離強度が向上する。なお、スルーホール１２ａ，１２ｂはランド部４ａと裏面側のランド部４ｂを機械的に接続するアンカーとして形成されているだけでなく、ベース基板２が複数層に形成されて内部に回路パターンが形成されている場合には、それらの回路パターンを表面又は裏面に引き出すためにも用いることができる。

なお、この実施例ではスポット溶接の位置１０ａ，１０ｂに近接した位置に２つのスルーホールが設けられているが、本発明はこれに限定されるものではなく、スポット溶接がなされている数よりも少なく、又は多くのスルーホールが設けられていてもよい。

本発明のプリント基板の第１の実施例を示す図であり、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線位置における断面図である。 本発明のプリント基板の第２の実施例を示す図であり、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線位置における断面図である。 第１の実施例のプリント基板の変形例を示す図であり、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線位置における断面図である。 第２の実施例のプリント基板の変形例を示す図であり、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＤ−Ｄ線位置における断面図である。

符号の説明

２ ベース基板
４，４ａ，４ｂ ランド部
６ メッキ層
８ 金属板
１０ａ，１０ｂ スポット溶接位置
１２ａ，１２ｂ スルーホール
１４，１４ａ ソルダーレジスト層

Claims (12)

1. プリント基板を構成するベース基板の表面上に形成された金属箔からなるランド部に、リード端子となる金属板を接合するリード端子接合方法において、
   前記ランド部の表面に前記金属箔よりもヤング率の高い金属からなるメッキ層を形成し、前記メッキ層に前記金属板をスポット溶接により直接接合することを特徴とするリード端子接合方法。
2. 前記金属板を前記メッキ層に接合する前に、前記ベース基板の裏面にも前記ベース基板表面の前記ランド部に対応した第２のランド部を形成し、前記両ランド部間にスルーホールを形成し、形成したスルーホールの内壁に前記両ランド部を接続するメッキ層を形成する請求項１に記載のリード端子接合方法。
3. 前記スルーホールは前記スポット溶接がなされる位置に近接した位置に設ける請求項２に記載のリード端子接合方法。
4. 前記金属板はニッケル又はニッケル合金からなるものである請求項１から３のいずれか一項に記載のリード端子接合方法。
5. 前記メッキ層はニッケルメッキ層である請求項４に記載のリード端子接合方法。
6. 前記金属板を前記メッキ層に接合する前に、前記ベース基板の表面側の少なくとも前記金属板の配置領域に開口部をもつソルダーレジスト層を形成する請求項１から５のいずれか一項に記載のリード端子接合方法。
7. ベース基板の表面に金属箔からなるランド部が形成され、前記ランド部の表面に前記金属箔よりもヤング率の高い金属からなるメッキ層が形成され、前記メッキ層にリード端子となる金属板がスポット溶接により直接接合されていることを特徴とするプリント基板。
8. 前記ベース基板の裏面にも、前記ベース基板表面の前記ランド部に対応した第２のランド部が形成されており、前記両ランド部間にスルーホールが形成され、前記スルーホールの内壁に両ランド部を接続するメッキ層が形成されている請求項７に記載のプリント基板。
9. 前記スルーホールは前記スポット溶接がなされた位置に近接した位置に設けられている請求項８に記載のプリント基板。
10. 前記金属板はニッケル又はニッケル合金からなるものである請求項７から９のいずれか一項に記載のプリント基板。
11. 前記メッキ層はニッケルメッキ層である請求項７に記載のプリント基板。
12. 前記ベース基板の表面側に、少なくとも前記金属板の配置領域に開口部をもつソルダーレジスト層が形成されている請求項７から１１のいずれか一項に記載のプリント基板。

Images