JP2020047799A - プリント基板の構造 - Google Patents

Abstract

【課題】プリント基板に実装される部品のチップサイズに依存することなくプリント基板のリペアや複数のランド部の実装を任意に行え、部品小型化に伴う特性値制限があっても従来と同様の特性値となる設計の容易化を図る。【解決手段】プリント基板１０は、プリント基板１０の基材に第一ソルダレジスト層２Ａまたは第二ソルダレジスト層のいずれかが設置可能となっている。第一ソルダレジスト層２Ａは、チップサイズの異なる複数のランド部が配置された一対の導体パッド８を備える。第二ソルダレジスト層は、前記複数のランド部のサイズと異なる他のランド部が配置された一対の導体パッドを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、プリント基板の構造、特に、小型チップ部品のリペア性を向上したフットプリント（例えば、部品を搭載するためのランド、レジスト、シンボルマークをグループ化したもの）の態様に関する。

プリント基板に搭載される積層セラミックコンデンサのうち、表面実装タイプの部品は直方体のチップ部品形状をしている。このような部品は、例えば、3216(3.2mm×1.6mm)、2012(2.0mm×1.2mm)、1608(1.6mm×0.8mm)、1005(1.0mm×0.5mm)、0603(0.6mm×0.3mm)、0402(0.4mm×0.2mm)の規格により、サイズが決められている。

そして、携帯電話等の普及により従来と同性能で小型サイズの部品が積極的に開発されている。例えば、特に最近ではスマートフォン等の普及で0603以下の小型部品の需要が大幅に伸び、小型部品の生産に注力するため、同等性能の1005以上の大型部品については生産縮小が行われている（特許文献１〜３等）。

産業用機器では製品の小型化よりも信頼性や長寿命が重視されるため、小型部品の採用は積極的ではなく最小でも1005サイズまでのセラミックコンデンサの使用が現状である。

携帯端末等の普及により、産業用機器に適用されるプリント基板でも、チップ部品の小型化に対応する必要がある。そのためには部品サイズに合わせてプリント基板のパッドサイズの変更が必要となり、プリント基板設計の修正に多くの時間を要する。また、プリント基板の再製作が必要となり、製造コストが高くなる。

上記の問題に対して、特許文献１に開示のプリント基板は、導体パターンに接続される一対のパッドが設けられたプリント基板において、当該パッドの間にソルダレジストを介して小型のパッドを設けて、小型部品の実装に支障なく、小型化を図っている。

特開２０００−１２４５７７号公報 特開２００３−２４３８１４号公報 特開２００７−８０９６９号公報

特許文献１のようなプリント基板の態様は、大型部品の実装には小型部品との境界にあるソルダレジストがあるため、はんだ付けされないエリアが生じる。そのため、大型部品を実装する場合には、はんだ付け不良や接合強度に問題を引き起こすことがある。

また、前記プリント基板は、1005サイズ未満の小型部品の実装に支障はないが、実装に失敗した場合には、小型部品の手作業による取り外しやはんだ付け（リペア）が困難となる。

さらに、前記プリント基板は、シンボルマークの表示の妨げとなることがある。特に、1005サイズ未満になると、一対の部品搭載用はんだ付けランドの間の距離が近くなる。一般に0603サイズの部品は前記ランド間が0.2〜0.25mm程の距離であり、シンボルマークは、ソルダレジストの開口部から0.1mm以上離す必要があるので、前記ランド間に配置できなくなる。前記ランドを囲むように表示されるシンボルマークは部品サイズよりも大きくなるので、部品の高密度な実装が困難となる。

また、1005規格のサイズ未満のような小型のチップ部品では、大型のチップ部品よりも選択可能な部品特性の範囲が制限される。特に、コンデンサにおいては同一の定格電圧のもとで選択可能な最大の静電容量値や蓄電量、ダイオード等のディスクリート素子やインダクタにおいては最大許容電流値、その他部品の種類によらず最大許容損失が、部品の小型化により小さな値に制限される。

本発明は、上記の事情を鑑み、プリント基板に実装される部品のサイズに依存することなくプリント基板のリペアや複数のランド部の実装を任意に行え、部品小型化に伴う特性値制限があっても従来と同様の特性値となる設計の容易化を図ることを課題とする。

そこで、本発明の一態様は、プリント基板の構造であって、プリント基板の基材に第一ソルダレジスト層または第二ソルダレジスト層のいずれかが設置可能であり、前記第一ソルダレジスト層は、チップサイズの異なる複数のランド部が配置された一対の導体パッドを備え、前記第二ソルダレジスト層は、前記複数のランド部のサイズと異なる他のランド部が配置された一対の導体パッドを備える。

本発明の一態様は、前記プリント基板の構造において、前記第一ソルダレジスト層の一つのランド部は、第一チップ部品が接続されるランドであり、前記第一ソルダレジスト層の他の一つのランド部は、前記第一チップ部品と前記ランドとを接続したはんだを溶融させるリペア用ランドである。

本発明の一態様は、前記プリント基板の構造において、前記第二ソルダレジスト層の他のランド部は、前記第一チップ部品よりもチップサイズの大きい第二チップ部品が接続されるランドである。

本発明の一態様は、前記プリント基板の構造において、前記第一ソルダレジスト層または前記第二ソルダレジスト層に代えて、第三ソルダレジスト層が前記基材に設置可能であり、前記第三ソルダレジスト層は、前記第一ソルダレジスト層及び前記第二ソルダレジスト層のランド部のサイズと異なる他のランド部が配置された一対の導体パッドを備え、前記第三ソルダレジスト層の他のランド部は、前記第二チップ部品よりもチップサイズの大きい第三チップ部品が接続されるランドである。

本発明の一態様は、前記プリント基板の構造において、前記一対の導体パッドを包囲するシンボルマークが付されている。

以上の本発明によれば、プリント基板に実装される部品のチップサイズに依存することなくプリント基板のリペアや複数のランドの実装を任意に行える。また、複数の小型部品の実装が可能なランド部が存在する構成においては、部品小型化に伴う特性値制限があっても、並列数を増やすのみで従来と同様の特性値となる設計の容易化が図られる。

本発明の実施形態である小型チップ部品を実装するプリント基板の平面図。 本発明の実施形態である中型チップ部品を実装するプリント基板の平面図。 本発明の実施形態である大型チップ部品を実装するプリント基板の平面図。 前記小型チップ部品を実装するプリント基板の態様例を示した平面図。 前記小型チップ部品が接続される一対の導体パッドの態様例を示した斜視図。 （ａ）は図５の導体パッドを備えたプリント基板の態様例を示した平面図、（ｂ）は当該態様例のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は当該態様例のＢ−Ｂ’断面図。 前記大型チップ部品が接続される一対の導体パッドの態様例を示した斜視図。 図７の導体パッドを備えたプリント基板の態様例を示した平面図。

以下に図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

［本発明のプリント基板の態様例］
図１〜４に例示されたプリント基板１０は、プリント基板１０の基材に第一ソルダレジスト層２Ａ〜第四ソルダレジスト層２Ｄのいずれかが選択的に設置可能となっている。

第一ソルダレジスト層２Ａ〜第四ソルダレジスト層２Ｄは周知のソルダレジストの工法（例えば、シルク印刷法、スプレーコート法、カーテンコート法等）によりプリント基板１０の基材に形成される。

図１に示されたプリント基板１０の第一ソルダレジスト層２Ａは、一対の導体パッド８を備える。この一対の導体パッド８の一端側には導体配線部９がさらに接続されている。

導体パッド８は矩形の表面部を有する。この表面部には、チップサイズの異なる複数のランド部として、第一部品搭載用はんだ付けランド１Ａ、第二部品搭載用はんだ付けランド１Ｂ，リペア用ランド４が配置されている。

一対の第一部品搭載用はんだ付けランド１Ａは、第一チップ部品として図５に例示の小型チップ部品６が接続される表面部が矩形のランド部である。

一対の第二部品搭載用はんだ付けランド１Ｂも、小型チップ部品６が接続されるランドであって、第一部品搭載用はんだ付けランド１Ａと同一の態様を成す。

一対のリペア用ランド４は、小型チップ部品６と第一部品搭載用はんだ付けランド１Ａ，第二部品搭載用はんだ付けランド１Ｂとを接続したはんだを溶融させるリペア用ランドである。このリペア用ランドは、第一部品搭載用はんだ付けランド１Ａ及び第二部品搭載用はんだ付けランド１Ｂよりも表面積が大きな矩形に形成されている。

図２に例示されたプリント基板１０は、第一ソルダレジスト層２Ａに代えて、第二ソルダレジスト層２Ｂがプリント基板１０の基材に設置可能となっている。

第二ソルダレジスト層２Ｂは、中型部品搭載用はんだ付けランド１Ｃが配置された一対の導体パッド８を備える。

一対の中型部品搭載用はんだ付けランド１Ｃは、小型チップ部品６よりもチップサイズの大きな第二チップ部品として中型チップ部品（図示省略）が接続されるランドである。中型部品搭載用はんだ付けランド１Ｃは、少なくとも第一部品搭載用はんだ付けランド１Ａ及び第二部品搭載用はんだ付けランド１Ｂよりも表面積が大きな矩形に形成されている。

図３に例示されたプリント基板１０は、第一ソルダレジスト層２Ａ及び第二ソルダレジスト層２Ｂに代えて、第三ソルダレジスト層２Ｃがプリント基板１０の基材に設置可能となっている。

第三ソルダレジスト層２Ｃは、大型部品搭載用はんだ付けランド１Ｄが配置された一対の導体パッド８を備える。

一対の大型部品搭載用はんだ付けランド１Ｄは、前記中型チップ部品（第二チップ部品）よりもチップサイズの大きい第三チップ部品として図７に例示の大型チップ部品１１が接続されるランドである。大型部品搭載用はんだ付けランド１Ｄは中型部品搭載用はんだ付けランド１Ｃよりも表面積が大きな矩形に形成されている。

図４に例示されたプリント基板１０は、第一ソルダレジスト層２Ａ、第二ソルダレジスト層２Ｂ及び第三ソルダレジスト層２Ｃに代えて、第四ソルダレジスト層２Ｄがプリント基板１０の基材に設置可能となっている。

第四ソルダレジスト層２Ｄの導体パッド８は、小型チップ部品６が接続される部品搭載用はんだ付けランド１Ｅが一つ配置されていること以外は、図１の導体パッド８と同一の態様となっている。

以上の図１〜４に示されたプリント基板１０の第一ソルダレジスト層２Ａ〜第四ソルダレジスト層２Ｄの表面には、一対の導体パッド８を包囲するシンボルマーク３がシルク印刷により付されている。

また、シンボルマーク３は、図５〜８に例示されたプリント基板１０のように、一対の導体パッド８の間に付されてもよい。

図５に示されたプリント基板１０のソルダレジスト層２に配置された一対の導体パッド８は表面部が凸型を成す。導体パッド８の小幅の表面部には、小型チップ部品６の電極７が接続される部品搭載用はんだ付けランド１Ｅが配置される。一方、導体パッド８の大幅の表面部には、リペア用ランド４が配置される。この一対の導体パッド８は、ソルダレジスト層２の表面において、小幅の表面部が所定の間隔を以って直列に配置される。シンボルマーク３は、双方の導体パッド８の大幅の表面部の間にて、シルク印刷により一対に付される。

図６に示されたプリント基板１０の一対の導体パッド８は、プリント基板１０の基材５に配置されたソルダレジスト層２に埋設されている。このソルダレジスト層２から部品搭載用はんだ付けランド１Ｅ及びリペア用ランド４が露出した状態となっている。ソルダレジスト層２に埋設された一対の導体パッド８は、図５の導体パッド８と同一の態様を成す。ソルダレジスト層２において、小幅の開口部８１から導体パッド８の部品搭載用はんだ付けランド１Ｅが露出し、大幅の表面部の開口部８２から導体パッド８のリペア用ランド４を露出している。そして、シンボルマーク３は、ソルダレジスト層２上において双方のリペア用ランド４の間に配置されている。

図７，８に示されたプリント基板１０の一対の導体パッド８は、図５，６の導体パッド８と同様に、表面部が凸型を成す。導体パッド８の大幅の表面部には、大型チップ部品１１の電極７が接続される大型部品搭載用はんだ付けランド１Ｄが配置される。シンボルマーク３は、図５の態様と同様に、双方の導体パッド８の大幅の表面部の間に配置された状態で、シルク印刷により一対に付されている。

［プリント基板１０の使用例］
（使用例１）
図１のプリント基板１０において、一対の導体パッド８の第一部品搭載用はんだ付けランド１Ａには図５の小型チップ部品６の電極７がはんだ付けにより接続され、第二部品搭載用はんだ付けランド１Ｂには小型チップ部品６の電極７がはんだ付けにより接続される。

プリント基板１０のリペアの際には、はんだごてによりリペア用ランド４を加熱すれば、第一部品搭載用はんだ付けランド１Ａ及び第二部品搭載用はんだ付けランド１Ｂと小型チップ部品６とを接続したはんだ成分が溶融する。前記はんだ成分が溶融すると、ピンセットなどにより小型チップ部品６を取り外すことができる。

代替の小型チップ部品６を搭載する際には、第一部品搭載用はんだ付けランド１Ａまたは第二部品搭載用はんだ付けランド１Ｂにクリームはんだが塗布される。次いで、図５の小型チップ部品６の電極７がピンセット等により第一部品搭載用はんだ付けランド１Ａまたは第二部品搭載用はんだ付けランド１Ｂに搭載され、はんだごてによりリペア用ランド４が加熱される。これより、第一部品搭載用はんだ付けランド１Ａ及び第二部品搭載用はんだ付けランド１Ｂのはんだ成分が溶融し、小型チップ部品６のはんだ付けが可能となる。

図２のプリント基板１０に中型チップ部品の接続される際にも、上述の小型チップ部品６のはんだ付けと同様の手順により行われる。前記中型チップ部品は、中型部品搭載用はんだ付けランド１Ｃにはんだごてを当てることが容易であるので、従来と同様にリペアが可能である。

図３に示されたプリント基板１０への大型チップ部品１１を実装する際にも、部品搭載用はんだ付けランド１にはんだごてを当てることが容易であるので、従来と同様にリペアが可能である。

（使用例２）
図１，４，５，６のプリント基板１０に対する小型チップ部品６の実装は、第一部品搭載用はんだ付けランド１Ａ，第二部品搭載用はんだ付けランド１Ｂ，部品搭載用はんだ付けランド１Ｅに対して図５の小型チップ部品６の電極７がはんだ付けにより接続される。前記はんだ付けは、例えば特許文献２に開示のリフロー過程を有するはんだ付けにより行われる。

ところで、接合の工程で不具合が発生した場合や小型チップ部品６を間違って搭載した場合に、後から手作業によるリペアが必要になった際は、直接、部品搭載用はんだ付けランド１にはんだごてを当てることは部品のサイズが非常に小型のため困難となる。

これに対して、図１，４，５，６のプリント基板１０のソルダレジスト層２には、リペア用ランド４が設けられているので、リペア用ランド４をはんだごてにより加熱することにより、部品搭載用はんだ付けランド１上のはんだ成分が溶融される。前記はんだ成分が溶融した後、ピンセットなどにより小型チップ部品６を取り外すことが可能である。

そして、代替の小型チップ部品６を搭載する際には、第一部品搭載用はんだ付けランド１Ａ，第二部品搭載用はんだ付けランド１Ｂ，部品搭載用はんだ付けランド１Ｅにクリームはんだが塗布される。次いで、小型チップ部品６がピンセット等により第一部品搭載用はんだ付けランド１Ａ，第二部品搭載用はんだ付けランド１Ｂ，部品搭載用はんだ付けランド１Ｅに搭載された状態で、リペア用ランド４がはんだごてにより加熱される。このとき、部品搭載用はんだ付けランド１上のクリームはんだが溶融し、第一部品搭載用はんだ付けランド１Ａ，第二部品搭載用はんだ付けランド１Ｂ，部品搭載用はんだ付けランド１Ｅに対する小型チップ部品６のはんだ付けが可能となる。

図７，８のプリント基板１０に対する大型チップ部品１１の実装は、ソルダレジスト層２上の大型部品搭載用はんだ付けランド１Ｄに大型チップ部品１１の電極７が搭載された後にはんだ付けにより接続される。大型チップ部品１１が実装される場合は、大型部品搭載用はんだ付けランド１Ｄに対してはんだごてを当てることが容易であるので、従来と同様にリペアが可能である。

［プリント基板１０の効果］
以上のように図１〜８のプリント基板１０によれば、第一ソルダレジスト層２Ａ、第二ソルダレジスト層２Ｂ、第三ソルダレジスト層２Ｃまたは第四ソルダレジスト層２Ｄのいずれかが、チップ部品のサイズや搭載数に応じて任意に選択可能となっている。したがって、プリント基板の変更の費用を大幅に抑えることができる。尚、プリント基板１０の設計をするＣＡＤにおいて、チップ部品に対応するソルダレジスト層のフォーマットを予め構成しておけば、小型部品用、中型部品等、大型部品用の様々なチップ部品が実装されるソルダレジスト層の態様を任意かつ効率的に設計できる。

また、図１のプリント基板１０によれば、第一部品搭載用はんだ付けランド１Ａと第二部品搭載用はんだ付けランド１Ｂを有する第一ソルダレジスト層２Ａを備えることにより、小型チップ部品６を複数並列に搭載することが可能となる。複数の小型チップ部品６が搭載可能であることにより、小型化に伴う部品の容量低下により、大型品であれば単一の部品であったものを複数の部品としなければならない場合の対応が可能となる。すなわち、小型化に伴う部品の容量の制約がより強くなった場合においても、プリント基板の再設計の必要性を低減できる。前記部品の容量とは、部品における許容電流、許容損失、静電容量、蓄電量の値である。

さらに、図１，４〜６のプリント基板１０によれば、リペア用ランド４が設けられているため、小型チップ部品６の搭載時にリペア用ランド４をはんだごてにより加熱すればよい。これにより、第一部品搭載用はんだ付けランド１Ａ，第二部品搭載用はんだ付けランド１Ｂ，部品搭載用はんだ付けランド１Ｅのはんだを溶融することができる。したがって、小型チップ部品６に直接触れることなく小型チップ部品６のはんだ付けや取り外しが容易となる。

そして、図５〜７のプリント基板１０においては、シンボルマーク３が導体パッド８の間に付されることにより、フットプリントのサイズが導体パッド８の外形サイズよりも大型化することが回避される。

したがって、以上のプリント基板１０の構造によれば、プリント基板に実装される部品のチップサイズに依存することなくプリント基板のリペアを行え、また、複数のランドの実装も任意に行える。さらに、複数の小型部品の実装が可能なランド部が存在する構成においては、部品小型化に伴う特性値制限があっても、並列数を増やすのみで従来と同様の特性値となる設計の容易化を図ることできる。

１Ａ…第一部品搭載用はんだ付けランド、１Ｂ…第二部品搭載用はんだ付けランド、１Ｅ…部品搭載用はんだ付けランド
１Ｃ…中型部品搭載用はんだ付けランド
１Ｄ…大型部品搭載用はんだ付けランド
２Ａ…第一ソルダレジスト層
２Ｂ…第二ソルダレジスト層
２Ｃ…第三ソルダレジスト層
２Ｄ…第四ソルダレジスト層
３…シンボルマーク
４…リペア用ランド
５…基材
６…小型チップ部品、１１…大型チップ部品、７…電極
８…導体パッド、９…導体配線部
１０…プリント基板

Claims (5)

1. プリント基板の基材に第一ソルダレジスト層または第二ソルダレジスト層のいずれかが設置可能であり、
   前記第一ソルダレジスト層は、チップサイズの異なる複数のランド部が配置された一対の導体パッドを備え、
   前記第二ソルダレジスト層は、前記複数のランド部のサイズと異なる他のランド部が配置された一対の導体パッドを備えたこと
   を特徴とするプリント基板の構造。
2. 前記第一ソルダレジスト層の一つのランド部は、第一チップ部品が接続されるランドであり、
   前記第一ソルダレジスト層の他の一つのランド部は、前記第一チップ部品とランドとを接続したはんだを溶融させるリペア用ランドであること
   を特徴とする請求項１に記載のプリント基板の構造。
3. 前記第二ソルダレジスト層の他のランド部は、前記第一チップ部品よりもチップサイズの大きい第二チップ部品が接続されるランドであることを特徴とする請求項２に記載のプリント基板の構造。
4. 前記第一ソルダレジスト層または前記第二ソルダレジスト層に代えて、第三ソルダレジスト層が前記基材に設置可能であり、
   前記第三ソルダレジスト層は、前記第一ソルダレジスト層及び前記第二ソルダレジスト層のランド部のサイズと異なる他のランド部が配置された一対の導体パッドを備え、
   前記第三ソルダレジスト層の他のランド部は、前記第二チップ部品よりもチップサイズの大きい第三チップ部品が接続されるランドであること
   を特徴とする請求項３に記載のプリント基板の構造。
5. 前記一対の導体パッドを包囲するシンボルマークが付されたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のプリント基板の構造。

Images