JP6318638B2 - プリント配線板および情報処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、プリント配線板および情報処理装置に関する。

携帯電話、ノート型パソコン等に見られるように、近年、電子機器の小型化、高機能化が益々顕著となっている。電子機器の小型化、高機能化に伴い、電子機器に組み込まれるプリント配線板も益々小型化されており、プリント配線板の狭い領域内にサイズの異なる電子部品を搭載する高密度実装技術が求められている。これに関連して、プリント配線板の平面上における同一箇所にサイズの異なる電子部品を実装する技術も提案されている。例えば、チップサイズの異なる複数のチップ部品の電極幅にそれぞれ対応する幅を有する複数のランド部の集合体を有し、この集合体は、複数のランド部を凸字状に組み合わせ配置するチップ部品の実装用ランドが知られている。

特開２００３−２４３８１４号公報

上記のように、複数のランド部を単に凸字状に組み合わせて配置する場合、サイズの異なる電子部品を実装する複数のランド部同士が連続的に繋がって形成されることになる。そうすると、電子部品の実装時に半田を加熱した際に、溶融した半田の表面張力によって実装対象の電子部品の電極部が、異なるサイズの電子部品を実装するためのランド部側に引き寄せられ、電子部品の実装位置のずれや実装不良が起こる虞がある。

本件は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、プリント配線板の平面上の同一箇所にサイズの異なる電子部品を実装可能としつつ、電子部品の実装ずれや実装不良を抑制可能な技術を提供することを目的とする。

本件の一観点によると、電子部品を表面実装するためのランドを有するプリント配線板であって、前記ランドは、対向配置される一対のランド片を有し、前記ランド片の各々は、互いに異なる幅を有する複数のランド部と、隣接する一対のランド部同士の境界部を部分的に連結する連結部と、を含む、プリント配線板が提供される。

また、本件の他の観点によると、電子部品を表面実装するためのランドを有するプリント配線板を備えた情報処理装置であって、前記ランドは一対のランド片を有し、前記ランド片の各々は、互いに異なる幅を有する複数のランド部と、隣接する一対のランド部同士の境界部を部分的に連結する連結部と、を含む、情報処理装置が提供される。

本件によれば、プリント配線板の平面上の同一箇所にサイズの異なる電子部品を実装可能としつつ、電子部品の実装ずれや実装不良を抑制可能な技術を提供できる。

実施形態に係る情報処理装置の外観図である。 実施形態に係るプリント配線板の上面図である。 実施形態に係るプリント配線板の部分拡大図である。 実施形態に係るチップ部品を説明する図である。 実施形態に係るランドの上面図である 図５のＡ−Ａ矢視断面を示す図である。 図５のＢ−Ｂ矢視断面を示す図である。 実施形態に係るメタルマスクを説明する図である。 実施形態に係るランドに半田ペーストを塗布した後の状態を示す図である。 図９のＣ−Ｃ矢視断面図である。 実施形態に係るランドに小サイズチップ部品を搭載した状態を示す図である。 リフロー処理時において溶融した半田ペーストの動きを説明する図である。 実施形態に係るランドに大サイズチップ部品を搭載した状態を示す図である。 図１３に示す大サイズチップ部品を透視した図である。 比較例に係るランドを説明する図である。 変形例に係るランドを説明する図である。

以下、図面を参照しながらプリント配線板および情報処理装置に関する実施形態を説明する。

＜実施形態＞
図１は、実施形態に係る情報処理装置１の外観図である。本実施形態において、情報処理装置１は、ノート型パーソナルコンピュータである。情報処理装置１の筐体内には、図２に示すプリント配線板２が組み込まれている。図２には、プリント配線板２の上面を示している。プリント配線板２は、いわゆるマザーボードであり、その表面にはメモリ２１、プロセッサ２２、電源ＩＣ２３等が搭載されている。更に、プリント配線板２の表面には、各種コンデンサや抵抗等といった種々の電子部品が表面実装されている。なお、プリント配線板２を組み込む情報処理装置１の例示としてノート型パーソナルコンピュータを挙げているが、これには限定されない。

図３は、図２の破線で囲まれた部分を拡大したプリント配線板２の部分拡大図である。図３に示すように、プリント配線板２の表面には、表面実装型のチップ部品（電子部品）３が実装されている。プリント配線板２の表面（以下、「実装面」という）２ａには、チップサイズが互いに異なる複数のチップ部品３が表面実装されている。チップ部品３は、例えばバイパスコンデンサである。

以下、プリント配線板２に表面実装されるチップ部品３のうち、符号３ａで示される方を「大サイズチップ部品」と呼び、符号３ｂで示される方を「小サイズチップ部品」と呼ぶ。大サイズチップ部品３ａは、小サイズチップ部品３ｂに比べて、チップサイズが大きい。本実施形態において、大サイズチップ部品３ａは、３２１６（３．２ｍｍ×１．６ｍｍ）サイズの角型チップ部品である。また、小サイズチップ部品３ｂは、２０１２（２．０ｍｍ×１．２ｍｍ）サイズの角型チップ部品である。これら３２１６、２０１２等といった数字をベースとしたチップ部品の呼び名は、日本工業規格（ＪＩＳ）で定められている。なお、大サイズチップ部品３ａ、小サイズチップ部品３ｂの上記サイズは例示的なものであり、種々のサイズを採用することができる。

図４は、実施形態に係るチップ部品３を説明する図である。チップ部品３の両側には、電極３０が設けられている。ここで、大サイズチップ部品３ａは、長辺の長さが３．２ｍ
ｍ、短辺の長さが１．６ｍｍに設計されている。一方、小サイズチップ部品３ｂは、長辺の長さが２．０ｍｍ、短辺の長さが１．２ｍｍの大きさに設計されている。なお、本明細書において、大サイズチップ部品３ａおよび小サイズチップ部品３ｂを包括的に呼ぶ際には、「チップ部品３」と総称することとする。また、チップ部品３の短辺を以下では「部品幅」と呼び、長辺を「部品長さ」と呼ぶ。

次に、プリント配線板２の実装面２ａに形成されるランドについて説明する。図３の符号４は、電子部品３を表面実装するためのランド（「パッド」とも称呼される）である。ランド４は、プリント配線板２の実装面２ａに露出形成された半田付け用銅箔である。図５は、実施形態に係るランド４の上面図である。図６に、実施形態に係るランド４の断面構造を示す。図６は、図５のＡ−Ａ矢視断面を示している。図７は、図５のＢ−Ｂ矢視断面を示している。図中の符号２ｂは、プリント配線板２の絶縁層である。

ランド４は、所定の幅を隔てて対向配置された一対のランド片４０，４０を有している。ランド４（一対のランド片４０，４０）は、プリント配線板２の実装面２ａを覆うソルダーレジスト５の開口部を通じて、ソルダーレジスト５の下層に形成された銅箔が露出したものである。

図５〜７に示すように、一対のランド片４０，４０は、形状および大きさが同一である。プリント配線板２の平面上における同一箇所（位置）にチップサイズの異なるチップ部品３（大サイズチップ部品３ａ，小サイズチップ部品３ｂ）を択一的に半田付けするために、各ランド片４０，４０は凸字状の平面形状に形成されている。

対向配置される一対のランド片４０，４０は夫々、第１ランド部４１および第２ランド部４２を有している。各ランド片４０，４０において、第１ランド部４１および第２ランド部４２は互いに隣接配置されており、且つ、互いに異なる幅を有している。第１ランド部４１および第２ランド部４２の「幅」とは、対向配置される一対のランド片４０，４０が配列する配列方向と直交する方向（以下、この方向を「幅方向」という）における寸法をいう。図５に示すように、各ランド片４０，４０において、第１ランド部４１の方が第２ランド部４２に比べて大きな幅を有している。第１ランド部４１および第２ランド部４２は、互いに異なる幅を有する複数のランド部の一例である。

各ランド片４０，４０において、第１ランド部４１および第２ランド部４２の境界部分には、矩形状を有する複数のレジスト部７がランド片４０，４０の幅方向に沿って配置されている。レジスト部７は、ランド片４０，４０（第１ランド部４１，第２ランド部４２）を形成する銅箔の上に配置されたソルダーレジストによって形成されている。また、各レジスト部７は、ランド片４０，４０の幅方向に沿って所定間隔毎に並べられている。

図５中、符号４３は、ランド片４０，４０を形成する銅箔のうち、隣接するレジスト部７同士の隙間から外部に露出する部分であり、以下では「連結部」と呼ぶ。連結部４３は、隣接するレジスト部７同士の境界部に配置されており、当該境界部を部分的に連結している。各ランド片４０，４０における第１ランド部４１および第２ランド部４２の境界部分には、その幅方向に沿ってレジスト部７および連結部４３が交互に配置されている。

レジスト部７は、上記のようにソルダーレジストによって形成されているため、各ランド片４０，４０における第１ランド部４１および第２ランド部４２間の半田の流通（移動）を抑制する。そして、第１ランド部４１および第２ランド部４２は、連結部４３を介して連結（接続）され、相互間における半田の流通（移動）が許容されるようになっている。レジスト部７の形状および大きさは、適宜変更することができる。

以上のように、各ランド片４０，４０における連結部４３は、第１ランド部４１および第２ランド部４２の境界位置において、互いに対向すると共に幅方向に伸びる辺同士であって、第１ランド部４１側の一辺と第２ランド部４２側の一辺とを部分的に連結する。一方、各ランド片４０，４０におけるレジスト部７は、第１ランド部４１および第２ランド部４２の境界位置において、互いに対向すると共に幅方向に伸びる辺同士であって、第１ランド部４１側の一辺と第２ランド部４２側の一辺とを部分的に遮断する。

また、図５に示すように、一対のランド片４０，４０は、互いの第２ランド部４２が向き合うように、第２ランド部４２が内側に配置されると共に第１ランド部４１が外側に配置されている。上記のように、本実施形態のランド４は、プリント配線板２の平面上における同一箇所（位置）にチップサイズの異なるチップ部品３（大サイズチップ部品３ａ，小サイズチップ部品３ｂ）を択一的に半田付けする仕様となっている。このような択一的な表面実装を可能とするために、各ランド片４０，４０における第１ランド部４１および第２ランド部４２は、チップサイズの異なる複数のチップ部品３ａ,３ｂの部品幅に夫々
対応する幅を有している。

例えば、図５中、二点鎖線で囲まれた領域Ａは、３２１６サイズの大サイズチップ部品３ａをランド４に実装する際の実装領域を示している。本実施形態では、第１ランド部４１の幅を、大サイズチップ部品３ａの部品幅に比べて若干大きな寸法に設定されている。一方、図５中、破線で囲まれた領域Ｂは、２０１２サイズの小サイズチップ部品３ｂをランド４に実装する際の実装領域を示している。第２ランド部４２の幅は、小サイズチップ部品３ｂの部品幅に比べて若干大きな寸法に設定されている。

次に、プリント配線板２の実装面２ａに形成されたランド４に対するチップ部品３の実装方法について説明する。例えば、図８に示すようなメタルマスク８を準備する。メタルマスク８は、半田ペーストをランド４上に印刷する際に用いる冶具であり、第１開口部８１および第２開口部８２が夫々２つずつ設けられている。第１開口部８１は、各ランド片４０，４０における第１ランド部４１上に半田ペーストを塗布するための開口部である。第２開口部８２は、各ランド片４０，４０における第２ランド部４２上に半田ペーストを塗布するための開口部である。図９、図１０は、メタルマスク８を用いてランド４に半田ペーストを塗布した後の状態を示している。図９には、ランド４および周辺の上面を示す。図１０は、図９のＣ−Ｃ矢視断面図である。また、符号９は、各ランド片４０，４０の第１ランド部４１および第２ランド部４２上に塗布された半田ペーストである。

ランド４に半田ペースト９を塗布（印刷）した後、大サイズチップ部品３ａおよび小サイズチップ部品３ｂのうち実装すべき方を、例えば自動搭載装置（チップマウンター）等を用いてランド４上の所定位置に搭載する。ここでは、まず、小サイズチップ部品３ｂをランド４に表面実装する場合を説明する。なお、ランド４へのチップ部品３の搭載は人手で行ってもよい。

小サイズチップ部品３ｂは、図５の領域Ｂに示されるように、一対のランド片４０，４０のレジスト部７によって挟まれた領域、すなわち第２ランド部４２上に搭載される。図１１は、実施形態に係るランド４に小サイズチップ部品３ｂを搭載した状態を示す図である。図１に示すように、小サイズチップ部品３ｂは、一対のランド片４０，４０の第２ランド部４２に載置されている。ここで、一対のランド片４０，４０における一方のレジスト部７と他方のレジスト部７との間隔（以下、「レジスト対向間隔」という）は、小サイズチップ部品３ｂの部品長さに所定のクリアランスを加味した寸法となっている。また、第２ランド部４２の幅は、小サイズチップ部品３ｂの部品幅に所定のクリアランスを加味した寸法となっている。

次に、リフロー処理を行う。リフロー処理は、小サイズチップ部品３ｂを搭載したプリント配線板２をリフロー炉の中に入れて加熱処理を行う。リフロー処理において、ランド４上の半田ペースト９が溶融し、溶融した半田ペースト９は小サイズチップ部品３ｂの電極３０に吸い上げられる。次いで、リフロー炉からプリント配線板２が取り出され、半田ペースト９が冷却されると、小サイズチップ部品３ｂの半田付け表面実装が終了する。

ところで、リフロー処理時においては、溶融した半田ペースト９の表面張力が小サイズチップ部品３ｂ作用する。これに対して、本実施形態に係るランド４は、第２ランド部４２の幅と小サイズチップ部品３ｂの部品幅との差を小さくすることができる。よって、本実施形態に係るランド４によれば、リフロー処理時に小サイズチップ部品３ｂがランド４の幅方向に大きくずれることを抑制できる。

また、本実施形態のランド４によれば、各ランド片４０，４０における第１ランド部４１と第２ランド部４２との境界位置に、幅方向に沿ってレジスト部７が配置されている。レジスト部７には半田ペースト９が塗れ広がらないため、ランド片４０，４０の配列方向（幅方向と直交する方向）へのリフロー処理時における小サイズチップ部品３ｂの移動は、レジスト部７によって阻止することができる。そこで、小サイズチップ部品３ｂの部品長さに応じてレジスト対向間隔を適切に設定することにより、小サイズチップ部品３ｂがランド片４０，４０の配列方向に大きくずれることを好適に抑制できる。

以上より、小サイズチップ部品３ｂの表面実装時において、小サイズチップ部品３ｂの位置ずれ（実装ずれ）を好適に抑制できる。

更に、本実施形態におけるランド４によれば、各ランド片４０，４０における第１ランド部４１と第２ランド部４２とがレジスト部７によって断続的に遮断されており、連結部４３を介して断続的に接続されている。これにより、リフロー処理時に溶融した半田ペースト９が、レジスト部７同士の間に配置される連結部４３を流通することが可能となる。つまり、図１２の白抜き矢印に示すように、リフロー処理時において、各ランド片４０，４０における第１ランド部４１から第２ランド部４２、或いは第２ランド部４２から第１ランド部４１へと、連結部４３を通じて半田ペースト９を移送することができる。

小サイズチップ部品３ｂの実装時においては、リフロー処理時に溶融した半田ペースト９が第２ランド部４２に載置された小サイズチップ部品３ｂの電極３０に吸い上げられる。そのため、小サイズチップ部品３ｂの実装時では、主に、第１ランド部４１から第２ランド部４２へと半田ペースト９が連結部４３を介して移送される。

以上のように、本実施形態に係るランド４によれば、小サイズチップ部品３ｂの実装時に、連結部４３を介して第１ランド部４１の半田ペースト９を第２ランド部４２に供給することができる。その結果、小サイズチップ部品３ｂの電極３０と第２ランド部４２との接続部に半田フィレットを好適に形成することができ、未着による接続不良を抑制できる。

次に、ランド４に大サイズチップ部品３ａを表面実装する場合について説明する。図１３は、一対のランド片４０，４０の第１ランド部４１に大サイズチップ部品３ａを搭載した状態を示す図である。図１４は、図１３に示す大サイズチップ部品３ａを透視した図である。大サイズチップ部品３ａの電極３０は、主として、各ランド片４０，４０の第１ランド部４１に載置されている。なお、図１４は、便宜上、大サイズチップ部品３ａの外形を二点鎖線で示している。大サイズチップ部品３ａを搭載したプリント配線板２をリフロー炉で加熱することで、ランド４上の半田ペースト９が溶融する。ここで、第１ランド部４１の幅は、大サイズチップ部品３ａの部品幅に所定のクリアランスを加味した寸法に設
定されている。そのため、第１ランド部４１の幅と大サイズチップ部品３ａの部品幅との差を小さくすることができる。これにより、リフロー処理時において、溶融した半田ペースト９の表面張力によって、大サイズチップ部品３ａがランド４の幅方向に大きくずれることを抑制できる。

また、大サイズチップ部品３ａの実装時において、大サイズチップ部品３ａの電極３０は、主として各ランド片４０，４０の第１ランド部４１に載置されている。ここで、第１ランド部４１および第２ランド部４２は連結部４３を介して連通されているため、リフロー処理時において第２ランド部４２にある半田ペースト９を第１ランド部４１に移送することができる。これにより、大サイズチップ部品３ａの電極３０に十分な量の半田ペースト９を供給することができ、大サイズチップ部品３ａの電極３０と第１ランド部４１との接続部に半田フィレットを好適に形成することができる。その結果、大サイズチップ部品３ａの接続不良を好適に抑制することができる。

以上のように、本実施形態に係るランド４によれば、プリント配線板２の平面上の同一箇所にサイズの異なる電子部品を実装可能としつつ、電子部品の実装ずれや実装不良を抑制することができる。

ここで、本実施形態に係るランド４（実施例）と、図１５に示すランド４００（比較例）に対して、３２１６サイズの大サイズチップ部品３ａおよび２０１２サイズの小サイズチップ部品３ｂの実装確認試験を行った。比較例に係るランド４００は、一対のランド片４０，４０の第１ランド部４１および第２ランド部４２がレジスト部７によって完全に遮断されている。２０１２サイズの小サイズチップ部品３ｂに関しては、実施例と比較例は共に実装ずれ・接続不良（未着）は発生しなかった。一方、大サイズチップ部品３ａの実装確認試験に関しては、実施例における実装ずれ・接続不良の発生割合を比較例に比べて６２％低減することができた。

以上、実施形態に沿ってランド４を有するプリント配線板２および情報処理装置１について説明したが、上記実施形態については種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者にとって自明である。例えば、本実施形態においては、情報処理装置１に組み込まれたプリント配線板２を例に挙げて説明したが、電源−グラウンド間に介在させるバイパスコンデンサの最適容量を決定するための試験用基板に上述までのランド４を適用してもよい。

また、本実施形態では、各ランド片４０，４０における第１ランド部４１および第２ランド部４２の境界部に連結部４３を２つ配置する例を示したが、連結部４３の数は適宜変更することができる。例えば、図１６に示す変形例のように、第１ランド部４１および第２ランド部４２の境界部に連結部４３を１つ配置するようにしてもよい。もっとも、第１ランド部４１および第２ランド部４２の境界部に３つ以上の連結部４３を配置してもよいのは勿論である。また、ランド４における一対のランド片４０，４０の各々は、幅寸法が異なる３つ以上のランド部を含んでいてもよい。

１・・・情報処理装置
２・・・プリント配線板
３・・・チップ部品
４・・・ランド
５・・・ソルダーレジスト
７・・・レジスト部
３０・・・電極
４０・・・ランド片
４１・・・第１ランド部
４２・・・第２ランド部
４３・・・連結部

Claims (5)

1. 電子部品を表面実装するためのランドを有するプリント配線板であって、
   前記ランドは、対向配置される一対のランド片を有し、
   一対の前記ランド片の各々は、
   第１の幅を有する第１ランド部と、
   前記第１の幅よりも小さい第２の幅を有する第２ランド部と、
   前記第１ランド部と前記第２ランド部との境界部を部分的に連結する連結部と、
   を含み、
   一対の前記ランド片の各々が凸字状の平面形状に形成されており、
   一対の前記ランド片の一方における前記第２ランド部と一対の前記ランド片の他方における前記第２ランド部とが向き合っており、
   一対の前記ランド片の一方における前記第１ランド部と一対の前記ランド片の他方における前記第１ランド部との間に、一対の前記ランド片の一方における前記第２ランド部及び一対の前記ランド片の他方における前記第２ランド部が配置されている、
   プリント配線板。
2. 一対の前記ランド片の各々における前記第１ランド部と前記第２ランド部との境界部には、前記第１ランド部と前記第２ランド部との間における半田の流通を抑制する複数のレジスト部が前記ランド片の幅方向に沿って配置されており、
   隣接する前記レジスト部同士の間に前記連結部が配置されている、
   請求項１に記載のプリント配線板。
3. 一対の前記ランド片の各々における前記第１ランド部と前記第２ランド部との境界部には、その幅方向に沿って複数の前記連結部が配置されている、
   請求項１又は２に記載のプリント配線板。
4. 一対の前記ランド片の各々における前記第１ランド部及び前記第２ランド部の幅は、サイズの異なる複数の電子部品の幅に夫々対応している、
   請求項１から３の何れか一項に記載のプリント配線板。
5. 電子部品を表面実装するためのランドを有するプリント配線板を備えた情報処理装置であって、
   前記ランドは、対向配置される一対のランド片を有し、
   一対の前記ランド片の各々は、
   第１の幅を有する第１ランド部と、
   前記第１の幅よりも小さい第２の幅を有する第２ランド部と、
   前記第１ランド部と前記第２ランド部との境界部を部分的に連結する連結部と、
   を含み、
   一対の前記ランド片の各々が凸字状の平面形状に形成されており、
   一対の前記ランド片の一方における前記第２ランド部と一対の前記ランド片の他方における前記第２ランド部とが向き合っており、
   一対の前記ランド片の一方における前記第１ランド部と一対の前記ランド片の他方における前記第１ランド部との間に、一対の前記ランド片の一方における前記第２ランド部及び一対の前記ランド片の他方における前記第２ランド部が配置されている、
   情報処理装置。

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