(57)【要約】【課題】電子部品や電気部品を実装するプリント基板のはんだ工程に関し、はんだの上がり度合いをはんだ工程の後で容易に確認することができるプリント基板及びそのはんだ上がり確認方法を提供する。【解決手段】複数の部品実装用スルーホール１６を備え、部品実装用スルーホール１６に実装された部品をフロー方式ではんだ付けするプリント基板において、はんだ上がりがそれぞれ異なる２以上のはんだ上がり確認用スルーホール１１〜１５を備えることで、電子部品や電気部品を実装するプリント基板のはんだ工程において、はんだの上がり度合いを常に確認することができるようにした。【選択図】図１
2010092919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の部品実装用スルーホールを備え、前記部品実装用スルーホールに実装された部品をフロー方式ではんだ付けするプリント基板において、
はんだ上がりがそれぞれ異なる２以上のはんだ上がり確認用スルーホールを備えたことを特徴とするプリント基板。
【請求項２】
前記２以上のはんだ上がり確認用スルーホールのうち、少なくとも１つは前記プリント基板の表裏における表面積が異なるランドを有するとともに、
他のはんだ上がり確認用スルーホールのうち少なくとも１つに対して、前記表裏における表面積の比が異なるランドを有することを特徴とする請求項１記載のプリント基板。
【請求項３】
複数の部品実装用スルーホールを備え、前記部品実装用スルーホールに実装された部品をフロー方式ではんだ付けするプリント基板のはんだ上がり確認方法において、
前記プリント基板に設けられた、はんだ上がりがそれぞれ異なる２以上のはんだ上がり確認用スルーホールにおけるはんだの上がり度合いに基づいて前記プリント基板のはんだ上がりを確認することを特徴とするプリント基板のはんだ上がり確認方法。
【請求項４】
前記２以上のはんだ上がり確認用スルーホールのうち、少なくとも１つは前記プリント基板の表裏における表面積が異なるランドを有するとともに、
他のはんだ上がり確認用スルーホールのうち少なくとも１つに対して、前記表裏における表面積の比が異なるランドを有することを特徴とする請求項３記載のプリント基板のはんだ上がり確認方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脚付きの電子部品や電気部品からなる部品が一方の面（表面）に実装されかつ他方の面（裏面）からこれらの部品をフロー方式ではんだ付けするプリント基板及びそのはんだ上がり確認方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント基板のはんだ広がり性やはんだ吸い上がり性などの評価を行うはんだ付けテスト評価板は従来から知られている（特許文献１参照）。このはんだ付けテスト評価板は、実際に電子部品や電気部品を実装するプリント基板とは異なり、リフローはんだ付け及びフローはんだ付けの２つの処理が行われるプリント配線板のはんだ広がり性やはんだ上がり性などの評価を行うためのものである。そして、このプリント基板上には同文献の段落（００２９）及び（００３０）に示すように、プリント基板の表裏面に直径０．６ｍｍのランドを備えた多数の第１のスルーホールパターンと、直径０．９ｍｍのランドを備えた多数の第２のスルーホールパターンと、直径１．２ｍｍのランドを備えた多数の第３のスルーホールパターンがそのプリント基板のかなりの面積を占めるように形成されている。
【特許文献１】特開平１０−２５６７２２号公報（４ページ、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述のような従来のはんだ付けテスト評価板は、あくまで電子部品や電気部品を実装したプリント基板のはんだ付けを行なう工程の前工程に使用するものであり、実際にこれらの部品がプリント基板に実装される工程におけるスルーホール内のはんだの上がり度合いをリアルタイムで評価することができない。
【０００４】
その結果、はんだ装置の何らかの不具合によりはんだの温度制御が急にうまく行なわれなくなってはんだの温度が規定温度よりも上昇した場合や下降した場合に、このはんだ付け工程で不具合が生じてしまう虞がある。
【０００５】
具体的には、例えばプリント基板の表面にはんだ付けのための脚付きの電子部品や電気部品を実装すると共に、プリント基板の裏面に表面実装部品を実装した状態でこの裏面をはんだ液に漬しながらはんだ付けする際に、プリント基板裏面の実装部品に悪影響を与えることが考えられる。ここで、表面実装部品とは例えば耐熱温度２６０℃程度のＬＳＩやＳＯＰ、その他信号用トランジスタ等であるため、はんだ装置の何らかのトラブルによりはんだの温度が規定温度より突然高くなるとこれらの部品に悪影響を与え、部品の耐久性等に問題が生じる場合がある。
【０００６】
一方、はんだ装置の何らかのトラブルによりはんだの温度が規定温度よりも突然低くなると、はんだ用脚付きの電子部品や電気部品がプリント基板に十分はんだ付けされなくなる虞がある。
【０００７】
このような部品のはんだ部は直接目視できないので、この対策としては、部品の実装されたプリント基板を検査サンプルとして一部抜き取り、部品のはんだ付けされたスルーホールの部分を破壊してその断面のはんだ上がり度合いを調べる方法がある。しかしながら、このような検査は、製品の一部を抜き取って場当たり的に行うものであり、その評価の信頼性は十分とは言えない。
【０００８】
また、近年のはんだ作業環境の向上を図るために、はんだには鉛フリーはんだが多く用いられるようになっている。このような鉛フリーはんだを用いた場合、その特性上スルーホール内のはんだの上がり度合いが鉛を含んだはんだよりも低下する。そのため、上述したはんだ付けテスト評価板のように単にテスト評価板の表裏面で同じ大きさのランドを有するスルーホールを異なるランドの径ごとに多種類備えただけでは、温度変化に起因するはんだの上がり度合いを直接目視して判別することが難しい。
【０００９】
本発明の目的は、電子部品や電気部品を実装するプリント基板のはんだ工程に関し、はんだの上がり度合いをはんだ工程の後で容易に確認することができるプリント基板及びそのはんだ上がり確認方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１に係るプリント基板は、
複数の部品実装用スルーホールを備え、前記部品実装用スルーホールに実装された部品をフロー方式ではんだ付けするプリント基板において、
はんだ上がりがそれぞれ異なる２以上のはんだ上がり確認用スルーホールを備えたことを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の請求項３に係るプリント基板のはんだ上がり確認方法は、
複数の部品実装用スルーホールを備え、前記部品実装用スルーホールに実装された部品をフロー方式ではんだ付けするプリント基板のはんだ上がり確認方法において、
前記プリント基板に設けられた、はんだ上がりがそれぞれ異なる２以上のはんだ上がり確認用スルーホールにおけるはんだの上がり度合いに基づいて前記プリント基板のはんだ上がりを確認することを特徴としている。
【００１２】
プリント基板にはんだ上がり確認用スルーホールを設けたので、はんだの上がり度合いをプリント基板の製造毎に常に確認することができる。
【００１３】
また、本発明の請求項２に係るプリント基板は、請求項１に記載のプリント基板において、
前記２以上のはんだ上がり確認用スルーホールのうち、少なくとも１つは前記プリント基板の表裏における表面積が異なるランドを有するとともに、
他のはんだ上がり確認用スルーホールのうち少なくとも１つに対して、前記表裏における表面積の比が異なるランドを有することを特徴としている。
【００１４】
また、本発明の請求項４に係るプリント基板のはんだ上がり確認方法は、請求項３に記載のプリント基板のはんだ上がり確認方法において、
前記２以上のはんだ上がり確認用スルーホールのうち、少なくとも１つは前記プリント基板の表裏における表面積が異なるランドを有するとともに、
他のはんだ上がり確認用スルーホールのうち少なくとも１つに対して、前記表裏における表面積の比が異なるランドを有することを特徴としている。
【００１５】
ランドの面積比を変えることにより、各はんだ上がり確認用スルーホールのはんだ上がり度合いを変えることができるので、はんだ上がり確認用スルーホールを容易に形成できる。
【００１６】
より詳細には、従来のテスト評価板のスルーホールのようにプリント基板表面と裏面のランドの径が互いに等しいスルーホールでは、ランドの径が異なるスルーホール間におけるそれぞれの熱容量の違いからはんだから受ける熱影響における差が生じ難い。しかしながら、本実施形態におけるはんだ上がり確認用スルーホールの場合、この熱影響の差を十分に持たせることができる。これは、本実施形態におけるはんだ上がり確認用スルーホールの銅箔部分の容積、即ち熱容量が全てほぼ同一であるので、基板裏面側におけるランドの径が大きいスルーホールは、はんだによる熱影響でそれ自身の温度が急激に高まり、はんだの上がり度合いが大きくなる一方、基板裏面側におけるランドの径が前者ほど大きくないスルーホールでは、前者のスルーホールほどはんだによる熱影響を受けないためそれ自身の温度が急激に高くならず、はんだの上がり度合いが前者ほど大きくない。そのため、従来のテスト評価板のスルーホールよりも、異なるはんだ上がり確認用スルーホール間でのはんだ上がり度合いが顕著に異なってくる。これによって、本発明によるとはんだの上がり度合いの確認し難い鉛フリーはんだであっても、この上がり度合いを確実に管理することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電子部品や電気部品を実装するプリント基板のはんだ工程に関し、はんだの上がり度合いをはんだ工程の後で容易に確認することができるプリント基板及びそのはんだ上がり確認方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態にかかるプリント基板及びそのはんだ上がり確認方法について図面に基づいて説明する。なお、各図面におけるプリント基板、スルーホール、及び部品間の寸法比率は、本発明の理解の容易化を図るために厳密に一致させていない。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態にかかるプリント基板を示す断面図である。本発明の一実施形態にかかるプリント基板１は、脚付きの電子部品や電気部品からなる部品が表面から実装されかつこの部品を裏面からフロー方式ではんだ付けするプリント基板であって、部品の脚を挿通する部品実装用スルーホール１６（図６、図７の部品実装用スルーホール１６参照）が多数形成されている。そして、このプリント基板１には、これら部品実装用スルーホール１６に加えて、はんだ上がり確認用スルーホール１１〜１５が備わっている。このはんだ上がり確認用スルーホール１１〜１５は、はんだ面側（図１中下側）のランドの面積と脚付き部品実装面側（図１中上側）のランドの面積の大小関係が異なる５つのはんだ上がり確認用スルーホール（第１乃至第５のはんだ上がり確認用スルーホール（以下、単に「第１乃至第５の確認用スルーホール１１〜１５」とする））からなる。なお、はんだ上がり確認用スルーホール１１〜１５のプリント基板上の形成場所は特に限定されず、プリント基板表面の電子部品や電気部品が実装されていない空きスペースに形成されている。
【００２０】
より詳細には、本実施形態の場合、第１の確認用スルーホール１１は、プリント基板表面（はんだフロー側面と反対側面であって図１における上側面）におけるランド１１ａの直径が最も大きく、プリント基板裏面（はんだフロー側面であって図１における下側面）におけるランド１１ｂの直径が最も小さくなっている。また、第２の確認用スルーホール１２は、プリント基板表面におけるランド１２ａの直径が第１の確認用スルーホール１１に比べて若干小さく、プリント基板裏面のランド１２ｂの直径が第１の確認用スルーホール１１に比べて若干大きくなっている。また、第３の確認用スルーホール１３は、プリント基板表面におけるランド１３ａの直径が第２の確認用スルーホール１２に比べて若干小さく、プリント基板裏面におけるランド１３ｂの直径が第２の確認用スルーホール１２に比べて若干大きくなっている。また、第４の確認用スルーホール１４は、プリント基板表面におけるランド１４ａの直径が第３の確認用スルーホール１３に比べて若干小さく、プリント基板裏面のランド１４ｂの直径が第３の確認用スルーホール１３に比べて若干大きくなっている。また、第５の確認用スルーホール１５は、プリント基板表面におけるランド１５ａの直径が第４の確認用スルーホール１４に比べて若干小さく、プリント基板裏面のランド１５ｂの直径が第４の確認用スルーホール１４に比べて若干大きくなっている。
【００２１】
ここで、各確認用スルーホール１１〜１５の銅箔部分の熱容量はほぼ等しくなっている。そのため、プリント基板裏面（図１中下側面）から受ける熱影響に関して、第５の確認用スルーホール１５が最も大きく、第１の確認用スルーホール１１が最も小さくなっている。従って、はんだから各スルーホール１１〜１５に同一の熱量が伝わっても、はんだ上がり時に第５の確認用スルーホール１５の温度が最も高く、第１の確認用スルーホール１１の温度が最も低くなる。その結果、はんだの上がり度合いに関しては、第５の確認用スルーホール１５が最も大きく、第１の確認用スルーホール１１が最も小さくなっている。
【００２２】
脚付きの電子部品や電気部品２０（図４、図６、図７参照）は、例えばリレーやコネクタ、抵抗２１、端子台２２などから構成され、プリント基板の表面であって第１乃至第５の確認用スルーホール１１〜１５が形成された領域以外（図１中のＡ領域）に実装されるようになっている。また、プリント基板の裏面にはＳＭＴ（Surface  Mount  Technology）技術によってプリント基板自体に直接装着される表面実装用の電子部品や電気部品３０（図４、図５参照）が実装されるようになっている。この表面実装用の電子部品や電気部品は、例えばＬＳＩ（大規模集積回路）やＳＯＰ（シングルアウトラインパッケージ）３１、その他信号用トランジスタから構成され、プリント基板の裏面であって第１乃至第５の確認用スルーホール１１〜１５が形成された領域以外（図１中のＢ領域）に実装されるようになっている。
【００２３】
なお、これらの表面実装用の電子部品や電気部品３０は、耐熱温度が通常２６０℃程度となっており、はんだの溶融温度である２４５℃〜２５０℃よりも若干高く設計されている。
【００２４】
続いて、上述したプリント基板１を用いたはんだ上がり確認方法について説明する。最初に、上述したはんだ面側のランドの面積と部品実装面側のランドの面積の大小関係が異なる５つのはんだ上がり確認用スルーホール１１〜１５を備えたプリント基板１の裏面に表面実装部品３０をＳＭＴ技術で表面実装すると共に、プリント基板１の表面に脚付きの電子部品や電気部品からなる部品２０を実装する。
【００２５】
次いで、プリント基板１を裏返してプリント基板１の裏面をはんだ槽に対向させて溶融したはんだ液にプリント基板の裏面を漬す。
【００２６】
次いで、５つの確認用スルーホール１１〜１５のそれぞれのはんだの上がり度合いを比較してプリント基板１のはんだ上がりを確認する。なお、このはんだ上がりの確認及び以下のはんだ上がり確認は、はんだ工程においてプリント基板１の各確認用スルーホール１１〜１５を目視することで容易に行うことができる。
【００２７】
具体的には、例えば第１の確認用スルーホール１１および第２の確認用スルーホール１２においてはんだが上側のランドと略同一の高さまで達さず、かつ第３の確認用スルーホール１３、第４の確認用スルーホール１４及び第５の確認用スルーホール１５においてはんだが上側のランドと略同一の高さまで達した状態をはんだ温度が正常であると判定する場合において、図２に示すように、はんだの上がり度合いが最も小さい第１の確認用スルーホール１１ではんだが上側のランド１１ａと略同一の高さまで達していた場合（図２に示すはんだ１０１の上面１０１ａ参照）、はんだ装置（図示せず）に何らかの異常が発生してはんだ温度が規定の温度よりも高くなっていると判断する。
【００２８】
一方、例えば図３に示すように、はんだの上がり度合いが最も大きい第５の確認用スルーホール１５のみにおいてはんだが上側のランド１５ａと略同一の高さまで上がっていた場合（図３に示すはんだ１０５の上面１０５ａ参照）、はんだ装置に何らかの異常が発生してはんだ温度が規定の温度よりも低くなっている判断する。
【００２９】
また、図４及び図５に示すように、プリント基板１の表面に脚付きの電子部品や電気部品２０が実装されると共に裏面に耐熱性の比較的低い表面実装部品３０が実装されている場合（図４に示すはんだ１０３の上面１０３ａ又は図５に示すはんだ１０４の上面１０４ａ参照）、これらの表面実装部品のはんだからの熱影響を少なくするため、第３の確認用スルーホール１３又は第４のスルーホール１４の上面のランド１３ａ又は１４ａと略同一の高さまではんだが達していれば、表面実装部品がはんだの熱影響をさほど受けておらず、これら表面実装部品の品質が確保されていると判断する。
【００３０】
ここで、図５に示すように、プリント基板１の表面にはんだ用脚付きの部品があまり実装されておらず、プリント基板１の裏面に表面実装部品３０が多数実装され、かつこれら表面実装部品３０の多くが耐熱温度の低い部品ではんだからの熱影響を受け易い多数の部品からなる場合、はんだの上がり度合いが比較的大きい第４の確認用スルーホール１４の上側のランド１４ａと略同一の高さまではんだが達しているとともに、第３の確認用スルーホール１３以下において上側のランドと略同一の高さまではんだが達していない場合（図５におけるはんだ１０４の上面１０４ａ参照）、表面実装部品３０にとって最も好ましいはんだ上がりの状態であることの確認に代えることができる。
【００３１】
一方、図６又は図７に示すように、プリント基板１の裏面に表面実装部品３０があまり実装されておらず、プリント基板１の表面にリレーや抵抗２１、端子台２２が多数装着されている場合、第２の確認用スルーホール１２又は第３の確認用スルーホール１３の上側のランドと略同一の高さまではんだが達していれば（図６に示すはんだ１０３の上面１０３ａ又は図７に示すはんだ１０２の上面１０２ａ参照）、これを目視することで抵抗２１、端子台２２が十分はんだ付けされていることの確認に代えることができる。
【００３２】
特に熱容量が大きく、はんだ付けが不十分となり易い端子台２２がプリント基板１の表面に多数装着されているプリント基板の場合、図７に示すように、はんだの上がり度合いが比較的悪い第２の確認用スルーホール１２の上側のランド１２ａと略同一の高さまではんだが達していれば（図７に示すはんだ１０２の上面１０２ａ参照）、これらの部品に十分はんだ付けがされていることの確認に代えることができる。
【００３３】
このようにすることで、図８に示すように、電子部品や電気部品２０，３０が実装されかつ実際の製品の形態をなすプリント基板１’をサンプル的に抽出して破壊し、そのはんだ部分を調べるようなことをする必要がなく、プリント基板１のはんだ付け度合いを全数検査することができる。
【００３４】
なお、本発明において最も重要な点は、確認用（テスト用）スルーホールがはんだ面のランドの面積と部品実装面のランドの面積の大小関係が異なる少なくとも２つの確認用スルーホールからなることである。従って、上述したランドの直径の寸法は、その具体的数値の一例を示したものに過ぎない。また、はんだ上がりの上述した幾つかの実施態様はあくまで一例を示したものに過ぎない。
【００３５】
従って、確認用スルーホールの数は、本実施形態のように必ずしも５つ必要とせず、はんだ上がり度合いがそれぞれ異なる確認用スルーホールが最低限２つあれば良い。
【００３６】
具体的には、はんだ工程中のはんだ装置の何らかのトラブルによるはんだの温度制御不調に起因する溶融したはんだ液の温度の急激な上昇又は下降のみを迅速に検知したい場合は、上述した実施形態の第１の確認用スルーホールと第５の確認用スルーホールのみを備えていれば良い。
【００３７】
また、耐熱温度の低い表面実装部品のはんだ熱からの保護を図りたい場合は、第３及び第４の確認用スルーホールを備えて、これら両者のはんだ上がり度合いを比較して表面実装部品の保護を兼ねたはんだ工程の管理を行えば良い。
【００３８】
また、はんだ用脚付きの電子部品や電気部品に確実にはんだ付けされていることのみをはんだ工程で管理したい場合は、第２及び第３の確認用スルーホールを備えて、これら両者のはんだ上がり度合いを比較して管理すれば良い。
【００３９】
もちろん、これらの各はんだ上がり確認用スルーホールを適宜組み合わせてプリント基板のはんだ工程における品質管理に役立てることも可能である。
【００４０】
このように本発明によるとプリント基板に例えば第１の確認用スルーホールから第５の確認用スルーホールまでのように銅箔でできた上下のランドの面積比を変えたダミースルーホールを複数設け、それらのはんだ上がりと他の部品のはんだ上がりの相関関係を予め把握しておくことで、部品実装後にスルーホールを目視できない部品であってもはんだ上がりをより正確に予測することができる。その結果、プリント基板の表面にはんだ付け用の脚を介して装着される部品やプリント基板の裏面に直接実装される実装部品の種類や数などの形態に応じて、例えば、「第４の確認用スルーホールではんだが上面まで上がれば良い」、又は「第３の確認用スルーホールではんだが上面まで上がれば良い」というような基準を設けて、はんだ工程におけるプリント基板の品質管理を確実に行うことができるようになる。
【００４１】
なお、このスルーホールの上側のランドまでのはんだの上がりを確認するにあたって、作業者が直接目視してこの確認作業を行っても良く、カメラ付きロボットによる画像認識を利用してこの確認作業を行っても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態にかかるプリント基板を示す断面図である。
【図２】図１に示したプリント基板のはんだ上がり度合いが最も大きい状態を示す断面図である。
【図３】図１に示したプリント基板のはんだ上がり度合いが最も小さい状態を示す断面図である。
【図４】図１に示したプリント基板の表面にはんだ付け用の脚を備えた部品を実装すると共に裏面に表面実装部品を実装した状態のはんだ上がり度合いを示す断面図である。
【図５】プリント基板の裏面に耐熱性が低い表面実装部品を多く実装した場合のはんだ上がり度合いを示す断面図である。
【図６】プリント基板の表面にはんだ付け用の脚を有した電子部品や電気部品を実装した場合のはんだ上がり度合いを示す断面図である。
【図７】図６における部品が端子台などの熱容量の大きい部品である場合のプリント基板のはんだ上がり度合いを示す断面図である。
【図８】従来の電子部品や電気部品がプリント基板の表面に実装された状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１，１’    プリント基板
１１〜１５    はんだ上がり確認用スルーホール
１１ａ〜１５ａ    （プリント基板表面側の）ランド
１１ｂ〜１５ｂ    （プリント基板裏面側の）ランド
１６    部品実装用スルーホール
２０    脚付きの電子部品や電気部品
２１    抵抗
２２    端子台
３０    表面実装用の電子部品や電気部品（表面実装部品）
３１    ＳＯＰ（シングルアウトラインパッケージ）
１０１〜１０５    はんだ
１０１ａ〜１０５ａ    （はんだの）上面
【図１】
2010092919.tif 000003
【図２】
2010092919.tif 000004
【図３】
2010092919.tif 000005
【図４】
2010092919.tif 000006
【図５】
2010092919.tif 000007
【図６】
2010092919.tif 000008
【図７】
2010092919.tif 000009
【図８】
2010092919.tif 000010