JP2010080667A - 実装基板、および実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リフロー工法で回路部品の実装が適正に行えるとともに、必用な半田の量が抑えられる実装基板を提供する。
【解決手段】実装基板１は、スルーホール１１の周囲にランド１２を形成している。また、実装面および裏面においては、ランド１２の外周部を覆うように、レジスト層１３を形成している。ランド１２は、隣接する別のスルーホール１１の周囲に形成されているランド１２とつながらない大きさである。さらに、クリーム半田が、露出しているランド１２の上だけでなく、ランド１２を覆っているレジスト層１３の上にも塗布されている。
【選択図】図２

Description

この発明は、回路部品が半田付けにより実装される実装基板、および、この実装基板に対して回路部品を実装する実装方法に関する。

従来、回路部品（リード部品）を半田付けにより実装した実装基板が広く一般に利用されている（特許文献１参照）。実装基板には、貫通孔（スルーホール）と、その周辺に半田接続用の金属層（ランド）と、が形成されている。回路部品の実装は、リードをスルーホールに挿入し、このリードをランドに半田付けすることにより行われる。回路部品を実装する工法として、リフロー工法がある。このリフロー工法では、ランドにクリーム半田を塗布した実装基板を用いる。まず、実装する回路部品毎に、その回路部品のリードを対応するスルーホールに挿入し、実装基板に載置する。次に、実装する各回路部品を載置した実装基板を加熱炉に入れ、ランドに塗布しているクリーム半田を溶融し、リードをランドに半田付けする。

実装基板は、実装する回路部品のリードの太さに応じた径のスルーホールを形成する必用がある。このため、リードが太い回路部品ほど、スルーホールの径が大きくなり、また実装に必用な半田の量も増加する。したがって、リードが太いコネクタ等の回路部品を上述のリフロー工法で実装すると、クリーム半田を塗布するランドの面積が限られていることから、半田不足による接続不良が生じやすい。そこで、リードが太い回路部品については、リードを手作業で半田付けしたり、溶融した半田を実装基板の裏面から供給して接続するフロー工法で半田付けしていた。このように、リフロー工法に加えて、手作業またはフロー工法を行って回路部品を実装していたので、回路部品の実装にかかる実装工程が煩雑であり、コストアップを生じさせていた。

なお、クリーム半田を塗布する量を増やすために、ランドの面積を大きくすることが考えられるが、ランド面積を大きくすると、回路部品の実装効率が低下する。また、一般的な実装基板は、ランド以外の部分にレジスト層を形成している。リードを固定するための半田量を増やすために、ランド周辺のレジスト層の上にもクリーム半田を塗布することが考えられる。しかし、レジスト層は、金属であるランドに比べて熱伝導率が低い。このため、半田の量を増やすために、半田をランド上だけでなく、周辺のレジスト層まで広げて塗布すると、リフロー工法で、レジスト層に塗布した半田を適正に溶融させることができない。また、隣接するスルーホールが、溶け残りの半田によって短絡する等の不良が生じることもある。

そこで、リフロー工法による回路部品の実装において、上述した、半田不足による接続不良が生じるのを防止するために、スルーホールへ半田を供給するタインプレートを用いる提案がなされている（特許文献２参照）。タインプレートとは、半田を供給するスルーホールに対応する穴を有し、スルーホールに供給する半田を、この穴の周囲に付着させた実装基板とは別の基板である。リフロー工法による回路部品の実装は、タインプレートの穴を実装基板のスルーホールに合わせ、回路部品のリードをタインプレート側から挿入した状態で行われる。このリフロー工法では、タインプレートの穴の周囲に付着させておいた半田が溶融して、スルーホールに供給される。したがって、半田不足による回路部品の接続不良の発生が抑えられる。

また、ランドの周辺にランドから放射状に延びる導電パターンを形成し、この導電パターンを含む円形内に半田を塗布する提案もなされている（特許文献３参照）。さらには、ランドに連続して、スルーホールに供給する半田を塗布するクリーム半田印刷用ランドを設けるとともに、クリーム半田印刷用ランドの内側に非半田付け部としてレジスト等を設ける提案もなされている（特許文献４参照）。
特開平８−１８１４２４号公報 特開２００７−１７３３４２号公報 実開平５−４１１８４号公報 特開２００２−２６４９７号公報

しかしながら、特許文献２は、実装基板とは別にタインプレートを用いる構成であるので、部品点数の増加によるコストアップという問題があった。

また、特許文献３は、必用な半田の量の増加にともなって、ランドから放射状に延びる導電パターンの外形を大きくする必用がある。隣接する導電パターンの間隔は、外側ほど広くなる。したがって、導電パターンの外形がある程度の大きさを超えると、リフロー工法で、半田を適正に溶融させることができず、隣接するスルーホールが、溶け残りの半田によって短絡する等の不良が生じることがある。

また、特許文献４は、ランドに連続して、スルーホールに供給する半田を塗布するクリーム半田印刷用ランドを設けるため、このクリーム半田印刷用ランドを設けるスペースを確保しなければならず、リードの間隔が狭いコネクタ等の回路部品に対応できない。

さらに、特許文献３では、リフロー工法で溶融させた半田が導電パターンに付着し、特許文献４では、リフロー工法で溶融させた半田がクリーム半田印刷用ランドに付着する。すなわち、導電パターンや、クリーム半田印刷用ランドに付着する半田が余分に必用になるという問題もあった。

この発明の目的は、リフロー工法で回路部品の実装が適正に行えるとともに、必用な半田の量が抑えられる実装基板を提供することにある。

また、この発明は、上記実装基板に対して回路部品を実装する実装方法を提供することにある。

この発明の実装基板は、上記課題を解決し、その目的を達するために、以下の構成を備えている。

この実装基板には、実装する回路部品のリードを挿入する複数の貫通孔が形成されている。回路部品は、例えば、コネクタ、抵抗、コンデンサ、コイルである。貫通孔は、所謂スルーホールである。また、回路部品の実装面側には、貫通孔の周辺に金属層、およびこの金属層の外周部を覆うレジスト層が形成されている。すなわち、レジスト層を、貫通孔の周辺に形成した金属層の外周に接するように形成しているのではなく、金属層の外周部を覆うように形成している。したがって、貫通孔の周辺に形成する金属層の外形については大きくなるが、回路部品の実装効率については、実質的に低下させることはない。さらに、レジスト層に覆われていない金属層の上だけでなく、この金属層を覆っているレジスト層の上にも、半田を塗布している。

このため、実装する回路部品のリードを貫通孔に挿入し、加熱炉に入れて回路部品を実装するリフロー工法を行うと、レジスト層においても金属層を覆っている部分、すなわち半田を塗布している部分、については、この金属層から伝達される熱によって十分に高温になる。したがって、レジスト層の上に塗布した半田も適正に溶融させることができ、半田不足による接続不良の発生が抑えられる。

また、レジスト層に覆われていない金属層の面積を増大させることもないので、この金属層に付着する溶融した半田の量を増加させることもない。すなわち、回路部品の実装に必用な半田の量が抑えられる。

また、金属層は、貫通孔を通して、実装面の反対面である裏面に連続して形成してもよい。このようにすれば、リフロー工法で、実装基板の裏面から加えられる熱を効率的に利用することができ、レジスト層に塗布している半田を一層確実に溶融させることができる。

また、この裏面側においても、貫通孔の周辺に金属層、およびこの金属層の外周部を覆うレジスト層を形成してもよい。このようにすれば、溶融したクリーム半田が裏面まで流れても、裏面側の金属層全体に広がらず、リード近傍で固着させることができる。さらに、回路部品が実装される実装面側よりも、裏面側に形成する金属層の外形を大きくしたほうが、リフロー工法で加えられる熱を効率的に利用できる。

また、隣接する貫通孔の周辺に形成している金属層については、この金属層よりも熱伝導率の低い部材で区切っておけばよい。

さらに、金属層の外形形状については、円形や、矩形等のどのような形状であってもよいが、回路部品の実装効率の面からみると、矩形にするのが好ましい。

この発明によれば、リフロー工法で回路部品の実装が適正に行えるとともに、必用な半田の量が抑えられる。

以下、この発明の実施形態にかかる実装基板について説明する。

図１は、回路部品を実装基板に実装した状態を示す概略図である。図１（Ａ）は、この実装基板の上面図である。図１（Ｂ）は、この実装基板の側面図である。実装基板１には、回路部品（リード部品）が半田付けにより実装される。図１では、実装されている回路部品としてコネクタ５、抵抗６、およびコンデンサ７を示している。実装基板１に対する回路部品の実装は、後述するリフロー工法により行われる。

実装基板１には、実装する回路部品毎に、その回路部品のリードを挿入する貫通孔１１（スルーホール１１）が形成されている。図２、および図３は、このスルーホール部分の拡大図である。図２はクリーム半田を実装面に塗布する前の状態を示しており、図３はクリーム半田を実装面に塗布した後の状態を示している。図２（Ａ）、図３（Ａ）は、実装面の平面図である。図２（Ｂ）、図３（Ｂ）は、側面断面図である。図２（Ｃ）は、裏面（実装面の反対側の面）の平面図である。図２、および図３では、隣接する２つのスルーホール１１を示している。スルーホール１１の外形は、実装する回路部品のリードの太さよりも、少し大きい。

スルーホール１１の周囲には、実装する回路部品のリードを半田接続するための金属層１２（ランド１２）が形成されている。ランド１２は、半田付けされた回路部品のリードと電気的に接続される。ランド１２は、スルーホール１１を通して、実装面から裏面にわたって形成されている。実装面、および裏面におけるランド１２の外形は、それぞれ矩形である。また、ここでは、ランド１２の面積は、実装面よりも、裏面のほうを大きくしている。

なお、図２では、隣接する２つのスルーホール１１の周囲に形成したランド１２は、つながっていないが、これら２つのスルーホール１１に挿入される回路部品のリードを電気的に接続する場合には、これら２つのスルーホール１１の周囲に形成したランド１２をつなげてもよい。

また、この実装基板１は、ランド１２の外周部を覆うレジスト層１３を実装面、および裏面に形成している。図２（Ａ）、（Ｃ）、および図３（Ａ）では、形成されている金属層の外形を破線で示している。また、ランド１２やレジスト層１３形成されている範囲を図示するために、実装基板１の外形を便宜的に示している。ここでは、ランド１２、およびレジスト層１３が形成されていない領域が存在する実装基板１を例示しているが、このランド１２、およびレジスト層１３が形成されていない領域は、レジスト層１３を形成しておいてもよい。

ランド１２は、実装面、および裏面において、その大半がレジスト層１３に覆われており、スルーホール１１の周辺の一部が露出しているだけである。レジスト層１３は、ランド１２や回路パターン（不図示）が形成されていない領域にも形成されている。例えば、レジスト層１３は、図２（Ｂ）に示すように、隣接する２つのスルーホール１１の周辺に形成されているランド１２間にも形成している。実装面、および裏面に形成しているレジスト層１３の厚さは、ほぼ均一である。

この実装基板１は、図３に示すように、実装面にクリーム半田１４を塗布している。クリーム半田１４は、露出しているランド１２の上だけでなく、スルーホール１１の上や、ランド１２を覆っているレジスト層１３の上にも塗布している。すなわち、実装面において、ランド１２が形成されている範囲にクリーム半田１４を塗布している。図３（Ａ）では、塗布したクリーム半田１４の下方の位置するランド１２や、レジスト層１３についても、破線で示している。

なお、クリーム半田１４を塗布している領域は、図３（Ａ）ではランド１２が形成されている範囲よりも少し大きいが、ランド１２が形成されている範囲と同じであってもよいし、また、ランド１２が形成されている範囲よりも少し小さくてもよい。また、実装基板１の裏面には、クリーム半田１４は塗布されていない。ただし、クリーム半田１４を実装面に塗布するときに、その一部がスルーホール１１を通って、裏面に達していてもよい。また、図３（Ｂ）では、スルーホール１１内を半分ほど満たすようにクリーム半田１４を塗布した例を示しているが、スルーホール１１内全体を満たすようにクリーム半田１４を塗布してもよい。

このように、この実装基板１は、スルーホール１１の周囲に形成しているランド１２の外周部を覆うように、レジスト層１３を形成している。また、ランド１２は、隣接する別のスルーホール１１の周囲に形成されているランド１２とつながらない大きさであればよい。このため、スルーホール１１の周辺に形成するランド１２の外形については大きくなるが、回路部品の実装効率については、実質的に低下させることはない。ただし、隣接する２つのスルーホール１１に挿入される回路部品のリードを電気的に接続する場合には、これら２つのスルーホール１１の周囲に形成したランド１２がつながっていてもよい。さらに、クリーム半田１４は、露出しているランド１２の上だけでなく、ランド１２を覆っているレジスト層１３の上にも塗布されている。

次に、この実装基板１に対して、回路部品を実装する工法について説明する。回路部品の実装は、リフロー工法により行われる。図４、および図５は、回路部品を実装する工程を説明する図である。図４（Ａ）は、クリーム半田が塗布されていない状態であり、図４（Ｂ）に示すように、実装基板１に対してクリーム半田１４を塗布する。そして、実装する回路部品を実装基板１に載置する。具体的には、実装する回路部品毎に、その回路部品のリードを対応するスルーホール１１に実装面側から挿入する（図４（Ｃ）参照）。

回路部品を載置した実装基板１を、加熱炉に入れる。加熱炉に入れた実装基板１は、熱伝導率が高いランド１２に直接塗布されているクリーム半田１４が十分に加熱されて溶融し、スルーホール１１に流入する（図５（Ａ）参照）。また、時間的に少し遅れて、ランド１２を覆っているレジスト層１３に塗布しているクリーム半田１４が、この覆っているランド１２から伝わる熱によって十分に加熱されて溶融する。ランド１２を覆っているレジスト層１３に塗布していたクリーム半田１４は、先にスルーホール１１への流入を開始しているクリーム半田１４（ランド１２に直接塗布されていたクリーム半田１４）に引っ張られ、スルーホール１１に流入する（図５（Ｂ）参照）。

実装面には、実装するコネクタ５、抵抗６、コンデンサ７等の回路部品が載置される。このため、実装基板１では、実装面側のほうが、加えられる熱量に生じるロスが大きい。この実装基板１は、上述したように、ランド１２の面積を実装面よりも裏面のほうを大きくしている。すなわち、実装基板１の裏面側からの熱を効率的に利用し、レジスト層１３に塗布しているクリーム半田１４を溶融することができる。

その後、実装基板１が加熱炉から取り出されると、溶融しているクリーム半田１４は温度が下がり、周辺の金属（ランド１２や回路部品のリード）、およびスルーホール内に付着して固まる（図５（Ｃ）参照）。これにより、回路部品のリードがスルーホール１１にハンダ付けされる。すなわち、回路部品が、実装基板１に実装される。

このように、回路部品の実装面において、レジスト層１３をランド１２の外周部を覆うように形成したので、このランド１２を覆っているレジスト層１３の上に塗布したクリーム半田を十分に加熱し、溶融することができる。したがって、リードが太いコネクタ等の回路部品であっても、半田不足による接続不良が生じるのを抑えられる。また、ランド１２は、実装面、および裏面において露出している部分が抑えられるので、リフロー工法によってランド１２に付着する余分な半田が抑えられる。すなわち、回路部品の実装に必用な半田の量が抑えられる。さらに、裏面側においても、スルーホール１１の周辺にランド１２、およびこのランド１２の外周部を覆うレジスト層１３を形成しているので、溶融したクリーム半田１４が裏面まで流れても、裏面側のランド１２全体に広がるのを防止できる。

また、実装面や裏面に形成するランド１２の外形形状は、矩形に限らず、図６に示す楕円であってもよいし、図７に示す真円であってもよい。また、クリームハンド１４を塗布する領域は、図６（Ａ）や図７（Ａ）に示すように、ランド１２に外接する矩形形状としてもよいし、図６（Ｂ）や図７（Ｂ）に示すように、角部がランド１２に内接する矩形形状としてもよい。さらには、ランド１２と同じ楕円や真円としてもよい。また、クリーム半田１４を塗布する領域は、ランド１２を形成している領域よりも少し小さくしたり、少し大きくしたりしてもよい。

また、隣接する２つのスルーホール１１のランド１２間におけるレジスト層１３の厚さは、図８（Ａ）に示すように、ランド１２の厚さと、このランド１２を覆っているレジスト層１３の厚さと、の和と同じ厚さにしてもよいし、図８（Ｂ）に示すように、少し厚くしてもよい。このようにすれば、リフロー工法で溶けた半田によって、隣接する２つのスルーホール１１が短絡するのを一層確実に防止できる。

回路部品を実装基板に実装した状態を示す概略図である。 実装基板のスルーホール部分の拡大図である。 実装基板のスルーホール部分の拡大図である。 回路部品を実装する工程を説明する図である。 回路部品を実装する工程を説明する図である。 別の実装基板のスルーホール部分の拡大図である。 別の実装基板のスルーホール部分の拡大図である。 別の実装基板のスルーホール部分の拡大図である。

符号の説明

１−実装基板
１１−スルーホール（貫通孔）
１２−ランド（金属層）
１３−レジスト層
１４−クリーム半田

Claims (7)

1. 実装する回路部品のリードを挿入する複数の貫通孔を形成した実装基板において、
   前記回路部品の実装面側には、前記貫通孔の周辺に金属層、およびこの金属層の外周部を覆うレジスト層が形成されており、
   さらに、前記レジスト層に覆われていない前記金属層の上だけでなく、前記金属層を覆っている前記レジスト層の上にも、半田を塗布した、実装基板。
2. 前記金属層は、前記貫通孔を通して、実装面から反対面である裏面に連続して形成しており、
   前記裏面側も、前記貫通孔の周辺に金属層を形成している、請求項１に記載の実装基板。
3. 前記貫通孔の周辺に形成している金属層の面積は、前記実装面側よりも、前記裏面側のほうが大きい、請求項２に記載の実装基板。
4. 前記裏面側の前記金属層も、その外周部をレジスト層で覆っている、請求項２、または３に記載の実装基板。
5. 隣接する前記貫通孔の周辺に形成している前記金属層を、この金属層よりも熱伝導率の低い部材で区切っている、請求項１〜４のいずれかに記載の実装基板。
6. 前記金属層の外形形状は、矩形である、請求項１〜５のいずれかに記載の実装基板。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の実装基板に回路部品を実装する実装方法であって、
   この実装基板に実装する回路部品毎に、その回路部品のリードを対応する前記貫通孔に挿入して、前記実装基板に載置し、
   実装する回路部品を載置した前記実装基板を加熱炉に入れ、前記実装基板に載置している回路部品をリフロー工法で半田付けする、実装方法。

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