(57)【要約】      （修正有）【課題】  平坦な絶縁面に形成された接続パッド同士をクリーム半田を用いたリフロー加熱によって接合する場合に、接続パッド間にて硬化した半田中にボイドが残留することを防止することができる接続パッドの構造を提供する。【解決手段】  平坦な絶縁面及び該絶縁面に形成された導体からなる接続パッド２６を備えた第１の接続対象物２０と、平坦な絶縁面及び該絶縁面に形成された導体からなる接続パッド３を備えた第２の接続対象物２とを、各接続パッド間を半田接続することにより電気的機械的に接続する際における該接続パッドの構造において、少なくとも一方の接続パッド面の一部を半田レジスト膜にて被覆することにより非被覆状態にある複数の分断パッドを形成し、個々の分断パッドの面積を所定の許容範囲内に設定する。【選択図】  図１
2006261356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦な絶縁面及び該絶縁面に形成された導体からなる接続パッドを備えた第１の接続対象物と、平坦な絶縁面及び該絶縁面に形成された導体からなる接続パッドを備えた第２の接続対象物とを、各接続パッド間を半田接続することにより電気的に接続する際における該接続パッドの構造において、
少なくとも一方の前記接続パッド面の一部を半田レジスト膜にて被覆することにより非被覆状態にある複数の分断パッドを形成し、個々の分断パッドの面積を所定の許容範囲内に設定し、
前記所定の許容範囲内の分断パッド面積とは、分断パッド上にクリーム半田を介して相手方の接続パッドを接触させた状態でリフロー加熱してから冷却固化させた後に、各分断パッド上の半田内にボイドが残留しなくなる面積範囲であることを特徴とする接続パッドの構造。
【請求項２】
前記接続パッドを予め前記許容範囲内の面積を有した複数の分断パッドと、各分断パッド間を接続するパッド間連設部とで構成し、前記パッド間連設部の少なくとも一部を前記半田レジスト膜にて被覆したことを特徴とする請求項１に記載の接続パッドの構造。
【請求項３】
前記パッド間連設部は、細幅部であることを特徴とする請求項２に記載の接続パッドの構造。
【請求項４】
平坦な絶縁面及び該絶縁面に形成された導体からなる接続パッドを備えた第１の接続対象物と、平坦な絶縁面及び該絶縁面に形成された導体からなる接続パッドを備えた第２の接続対象物とを、各接続パッド間を半田接続することにより電気的に接続する際における該接続パッドの構造において、
少なくとも一方の前記接続パッド面の一部を半田レジスト膜にて被覆することにより形成した非被覆パッド部分の面積を所定の許容範囲内に設定し、
前記所定の許容範囲内の非被覆パッド部分の面積とは、該非被覆パッド部分上にクリーム半田を介して相手方の接続パッドを接触させた状態でリフロー加熱してから冷却固化させた後に、該非被覆パッド部分上の半田内にボイドが残留しなくなる面積範囲であることを特徴とする接続パッドの構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平坦な絶縁面に形成された接続パッド同士を半田接続する際に、接続パッド面積が広過ぎることに起因して、接続パッド上に塗布したクリーム半田の溶融、固化時にボイドが形成される不具合を解消するのに好適な接続パッドの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
マザーボード上に搭載される回路部品の集積度を高める為には、プリント基板の表裏両面に回路部品を搭載したモジュール装置を、マザーボード上に搭載する構成が有効である。
しかし、この種のモジュール装置をマザーボード面に対して直交するように立設して搭載する場合には、高さ方向寸法が増大する。一方、低背化を図るためにプリント基板をマザーボード面と平行にして表面実装する場合には、プリント基板下面への部品搭載が不可能となり占有面積の小型化が困難となる。
このような不具合に対処するために、図７（ａ）（ｂ）に示すように、表裏両面に回路部品１０５を搭載したプリント基板１００の底部を、環状の枠体から成るモールドベース１１０の上面に固定した構造のモジュール装置が提案されている（特開２０００−１０１３４９公報、特開２０００−１１４８７７公報）。搭載部品を省略した図８（ａ）に示すように、モールドベース１１０の上面には接続パッド１１１が設けられており、この接続パッド１１１をプリント基板１００の下面の接続パッド１０１と半田接続することにより両者は電気的機械的に接続される。符号１１２はモールドベース１１０の底部に配置した実装電極である。モールドベース１１０上面の接続パッド１１１以外の部分には半田レジスト膜を塗布することにより、接続パッド装置を半田接続する際に半田が不要な部位に付着することを防止している。この従来技術によれば、表裏両面に回路部品を搭載したプリント基板を備えたモジュール装置でありながら、低背化、小面積化を実現することができる。
図８（ｂ）はモールドベース１１０側の接続パッド１１１の上面の拡大図であり、この接続パッド１１１は、モールドベース１１０の側壁に形成した凹所であるキャスタレーション１１０ａと連設された連設部分１１１ａと、連設部分１１１ａから内側に延びる接続用パッド部分１１１ｂとからなる。連設部分１１１ａの表面の一部には帯状に半田レジスト膜１１５が横断するように被覆されているため、両部分１１１ａ、１１１ｂ間は半田レジスト膜１１５によって分断されている。
この接続用パッド部分１１１ｂ上にクリーム半田を介してプリント基板１００下面の接続パッド１０１を当接させた状態で、リフローにより加熱してから冷却すると、接続用パッド部分１１１ｂと接続パッド１０１間にて硬化した状態にある半田内にボイド１２０が残留することがある。
【０００３】
本願発明者が実施した実験によれば、接続パッド間を接続するクリーム半田１２０を溶融した後に冷却硬化させた場合に、接続用パッド部分１１１ｂの面積が所定値を越える場合、例えば接続用パッド部分１１１ｂが２．０ｍｍ×１．０ｍｍ以上の面積を有している場合において、クリーム半田から発生したフレックスガスの気泡が平坦な接続パッド間に挟まれていることによって半田外へ排出されにくい状態となることによって半田内にボイドが残留する現象が確認された。
即ち、両接続パッド間に挟まれることによってボイドの排出経路は半田の外周縁部に限定されるため、接続用パッド部分１１１ｂの角隅部や外周縁部に相当する半田内で発生したボイドは半田の外周縁部へ移動して排出され易いが、中央部で発生したボイドは外周縁部から排出されずに半田内に固定される。
なお、図９に示したように、上記の如き広い面積の接続パッド１２５上にチップ部品１２６の如き軽量部品を載置してリフロー接続した場合には、部品が比較的軽量であり、しかも接続パッド１２５の周囲が開放されているため、発生したボイドは接続パッドの外周縁から排出され易く、ボイドの残留は起きにくい。
これに対して、上面が平坦なモールドベース１１０上に形成された接続パッド１１１と、下面が平坦なプリント基板１００に形成された接続パッド１０１間を半田にて接続した場合には、両接続パッドの外周縁には平坦なモールドベース上面及びプリント基板下面がほぼ無段差状に連続しており、両接続パッド間の半田の外周縁は開放された状態にないため、ボイドが更に排出されにくくなる。
接続パッド間にて硬化した半田内に含まれるボイドは、このようなモジュール装置を納入したアッセンブリメーカーにおいてマザー基板上に搭載して再度リフロー加熱した場合に破裂して半田スプラッシュを発生させたり、接続パッド自体の破損、剥離を惹起する原因となる。
なお、接続用パッド部分１１１ｂの面積を小さくすればボイドは発生しにくくなるが、接合面積が狭くなって十分な半田接合強度を確保できなくなる虞があるため、ある程度以上に接合のための面積を確保する必要があり、このような事情からボイドの発生を有効に防止することができなかった。
【特許文献１】特開２０００−１０１３４９公報
【特許文献２】特開２０００−１１４８７７公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、平坦な絶縁面に形成された接続パッド同士をクリーム半田を用いたリフロー加熱によって接合する場合に、接続パッド間にて硬化した半田中にボイド（気泡）が残留することを防止することができる接続パッドの構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、平坦な絶縁面及び該絶縁面に形成された導体からなる接続パッドを備えた第１の接続対象物と、平坦な絶縁面及び該絶縁面に形成された導体からなる接続パッドを備えた第２の接続対象物とを、各接続パッド間を半田接続することにより電気的に接続する際における該接続パッドの構造において、少なくとも一方の前記接続パッド面の一部を半田レジスト膜にて被覆することにより非被覆状態にある複数の分断パッドを形成し、個々の分断パッドの面積を所定の許容範囲内に設定し、前記所定の許容範囲内の分断パッド面積とは、分断パッド上にクリーム半田を介して相手方の接続パッドを接触させた状態でリフロー加熱してから冷却固化させた後に、各分断パッド上の半田内にボイドが残留しなくなる面積範囲であることを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１において、前記接続パッドを予め前記許容範囲内の面積を有した複数の分断パッドと、各分断パッド間を接続するパッド間連設部とで構成し、前記パッド間連設部の少なくとも一部を前記半田レジスト膜にて被覆したことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２において、前記パッド間連設部は、細幅部であることを特徴とする。
請求項４の発明は、平坦な絶縁面及び該絶縁面に形成された導体からなる接続パッドを備えた第１の接続対象物と、平坦な絶縁面及び該絶縁面に形成された導体からなる接続パッドを備えた第２の接続対象物とを、各接続パッド間を半田接続することにより電気的に接続する際における該接続パッドの構造において、少なくとも一方の前記接続パッド面の一部を半田レジスト膜にて被覆することにより形成した非被覆パッド部分の面積を所定の許容範囲内に設定し、前記所定の許容範囲内の非被覆パッド部分の面積とは、該非被覆パッド部分上にクリーム半田を介して相手方の接続パッドを接触させた状態でリフロー加熱してから冷却固化させた後に、該非被覆パッド部分上の半田内にボイドが残留しなくなる面積範囲であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、平坦な絶縁面に形成された接続パッド同士をクリーム半田を用いたリフロー加熱によって接合する場合に、絶縁面間でサンドイッチ状態になっている半田内で発生したボイドが半田外周縁から外部へ排出されにくくなる現象をなくするために、接続パッドのうちの少なくとも一方の形状、構造や、半田レジスト膜の形成構造を種々工夫することによって、接続パッド間にて硬化した半田中にボイド（気泡）が残留することを防止することができる。
一方の接続パッドの構造を各実施形態のように構成した場合には、接続の相手側となる接続パッドの形状は、該一方の接続パッドと同様に小面積の分断パッドや非被覆パッド部分を有した形状としてもよいし、或いは分断パッドや非被覆パッド部分を有しない構造としてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明を図面に示した実施の形態により詳細に説明する。
図１（ａ）は本発明の一実施形態に係る表面実装型電子部品としてのモジュール装置の分解斜視図、（ｂ）は縦断面図である。
このモジュール装置１は、絶縁基板の表裏両面（絶縁面）に配線パターンを形成した両面プリント基板（第２の接続対象物）２と、セラミック、ガラスエポキシ等の絶縁材料から成り内部や外部に導体部分を備えたモールドベース（第１の接続対象物）２０と、から構成されている。
プリント基板２は、表裏面（絶縁面）に夫々回路部品１０、１１を搭載する配線パターンを有すると共に裏面適所には底部接続パッド（導体膜）３を備える。
モールドベース２０は、表面実装用の外部電極２２を備えた底板２１と、底板２１の周縁部から上方へ突設した外枠２５と、プリント基板２の底部接続パッド３と電気的に接続される上部接続パッド２６と、を備える。上部接続パッド２６は、外枠２５の上面（絶縁面）に形成された導体膜である。
プリント基板２、及びモールドベース２０の絶縁面（接続パッド、配線パターン以外の面）には半田レジスト膜を形成することによって不要半田の付着を防止している。
モールドベース２０上にプリント基板２を組み付ける際には、外枠２５内部の凹所内にプリント基板下面の回路部品１１を嵌合させた状態で外枠２５の上部接続パッド２６とプリント基板２の底部接続パッド３とを半田によって電気的機械的に接続する工程が実施される。半田による接続は、具体的にはクリーム半田を両接続パッド２６、３間に介在させた状態で行うリフローにより実施される。
モールドベース２０の平坦な上面（絶縁面）と上部接続パッド２６の外周縁とはほぼ無段差状に連続しており、プリント基板２の平坦な下面（絶縁面）と底部接続パッド３の外周縁との間もほぼ無段差状に連続しているため、リフローによってクリーム半田を溶融させた後で硬化させた際に、両接続パッドの面積が広すぎると、半田内に発生したボイドの逃げ道が断たれた状態となり、半田外周縁部から排出されにくくなる。一方、接続パッド面積を過小にした場合には接合に使用される半田量が減少して接合力が低下することは上述の通りである。
本発明ではこのような不具合を解決するために、接続パッドの有効接続領域の形状を種々工夫することにより、十分な接合面積を確保しつつボイドの発生を防止するようにしている。なお、以下の説明ではモールドベース（第１の接続対象物）側の上部接続パッド２６の構造を例として説明するが、本発明はプリント基板（第２の接続対象物）側の底部接続パッドの構造にも適用することができる。
【０００８】
本発明の第１の実施形態の特徴的な構成は、平坦な絶縁面及び該絶縁面に形成された導体からなる上部接続パッド２６を備えた第１の接続対象物としてのモールドベース２０と、平坦な絶縁面及び該絶縁面に形成された導体からなる下部接続パッド３を備えた第２の接続対象物としてのプリント基板２とを、各接続パッド２６、３間を半田にて接続することにより電気的機械的に接続する際における該接続パッドの構造にあり、具体的には、上部接続パッド２６面の一部を半田レジスト膜３０にて被覆することにより非被覆状態にある小面積の分断パッド２６ａを複数個形成し、個々の分断パッド２６ａの面積を半田内部にボイドが残存することを阻止し得る許容範囲内に留まるように狭く設定している点にある。
この許容範囲内の分断パッド面積とは、個々の分断パッド２６ａ上にクリーム半田を介して接続対象物としての底部接続パッド３を載置した状態でリフロー加熱してから冷却固化させた後に、各分断パッド２６ａと底部接続パッド３との間で挟まれた半田内にボイドが残留しなくなる面積範囲である。
そして、一つの上部接続パッド２６を構成する複数の分断パッド２６ａの合計面積は、相手方の接続パッドである底部接続パッド３との間で十分な接合強度を確保し得る程度の面積となるように設定する。
【０００９】
具体的には、例えば図２は本発明の接続パッドの一例としての上部接続パッド２６の構成例を示す拡大図であり、上部接続パッド２６は、モールドベース２０の側壁に形成した凹所であるキャスタレーション２０ａと連設された連設部分２６Ｂと、連設部分２６Ｂから内側に延び、連設部分２６Ｂよりも広面積の接続用パッド部分２６Ａとからなり、両部分２６Ｂ、２６Ａ間の導体面上には半田レジスト膜３０ａが横断して被覆されている。また、接続用パッド部分２６Ａの長手方向中央部には他の半田レジスト膜３０ｂを縦断して被覆することにより、接続用パッド部分２６Ａを左右２箇所の分断パッド２６ａに分断している。
各分断パッド２６ａの面積は、上記許容範囲内に含まれるように設定することにより、分断パッド２６ａ上にクリーム半田を介して接続対象物としての底部接続パッド３を載置した状態でリフロー加熱してから冷却固化させた後に、各分断パッド２６ａと底部接続パッド３との間で挟まれた半田内にボイドが残留しなくなる面積（許容範囲内の面積）となるように設定される。
一方、２つの分断パッド２６ａの合計面積は、相手方の接続パッドである底部接続パッド３と半田接合した場合の接合強度を十分に確保し得る程度となるように設定される。
このような条件を満たすための構成例として、本実施形態では２つの分断パッド２６ａの個々の面積を、１×０．５ｍｍとしている。
【００１０】
次に、図３は本発明の他の実施形態に係る接続パッドとしての上部接続パッドの構成を示す平面図であり、この上部接続パッド２６の形状は図２の場合と同様であるが、接続用パッド部分２６Ａを被覆する半田レジスト膜３０ｂが十文字状に構成されているため、矩形の上部接続パッド２６の四つの角隅部に夫々一個ずつ、合計４個の小面積の分断パッド２６ａが形成されている。
この実施形態では、４個の分断パッド２６ａのうちの個々の分断パッドの面積を、０．３×０．８ｍｍとしている。
なお、接続用パッド部分２６Ａを被覆する半田レジスト膜３０ｂの幅、形状、レイアウトを任意に変更することにより、分断パッド２６ａの個数、形状、寸法等にバリエーションをもたせることが可能となる。従って、図示した分断パッドの構成例は一例に過ぎない。
次に、図４は本発明の他の実施形態に係る接続パッドとしての上部接続パッドの構成を示す平面図であり、この上部接続パッド２６の形状は図２、図３の場合と同様であるが、接続用パッド部分２６Ａを被覆する半田レジスト膜３０ｂが接続用パッド部分２６Ａの中央部にのみ存在している構成が特徴的である。
即ち、この実施形態の特徴は、平坦な絶縁面としてのモールドベース上面に形成された導体からなる上部接続パッド２６と、平坦な絶縁面としてのプリント基板２の下面に形成された底部接続パッド３間を半田接続する際の接続パッドの構造にあり、具体的には、上部接続パッド２６面の一部（中央部）を半田レジスト膜３０ｃにて被覆することにより形成した非被覆パッド部分２６ｂの面積を許容範囲内に設定している点にある。
前記許容範囲内にある非被覆パッド部分２６ｂの面積とは、該非被覆パッド部分上にクリーム半田を介して接続対象物を載置した状態でリフロー加熱してから冷却固化させた後に、非被覆パッド部分上の半田内にボイドが残留しなくなる面積範囲である。
そして、一つの上部接続パッド２６を構成する非被覆パッド部分２６ｂの面積は、相手方の接続パッドである底部接続パッド３との間で十分な接合強度を確保し得る程度の面積となるように設定する。
半田レジスト膜３０ｃは、キャスタレーション部周辺を除いた連設部分２６Ｂの大半を被覆することにより、非被覆パッド部分２６ｂ上の半田内で発生したボイドが連設部分２６Ｂ上の半田側へ移行することを防止する。
なお、非被覆パッド部分２６ｂを形成するために被覆形成する半田レジスト膜３０ｃの範囲、形状等は任意に種々変形可能である。
【００１１】
上記の各実施形態では、同一形状の上部接続パッドに対して被覆する半田レジスト膜の形状等を種々変更することにより、分断パッド２６ａや非被覆パッド部分２６ｂをレイアウトしたが、以下の実施形態では上部接続パッド自体の形状を種々工夫した場合の例を示す。
図５（ａ）及び（ｂ）に夫々示した実施形態では、接続パッドとしての上部接続パッド２６を予め前記許容範囲内の面積を有した複数の分断パッド２６ｃと、各分断パッド２６ｃ間を接続する細幅部（パッド間連設部）２６ｄとで構成し、細幅部２６ｄの少なくとも一部を半田レジスト膜３０にて被覆している。
まず図５（ａ）の実施形態に係る上部接続パッド２６は、モールドベース２０の側壁に形成した凹所であるキャスタレーション２０ａと連設された連設部分２６Ｂと、連設部分２６Ｂから内側に延びる接続用パッド部分２６Ａとからなるり、両部分２６Ｂ、２６Ａ間の導体面上には半田レジスト膜３０ａが被覆されている。また、接続用パッド部分２６Ａは互いに離間配置された３つの小面積の分断パッド２６ａによって構成されており、各分断パッド２６ａ間はパッド間連設部としての細幅部２６ｄによって連結されている。そして、各細幅部２６ｄを細幅の半田レジスト３０ｄにより被覆することによって各分断パッド２６ａ間を分離している。この例では、各分断パッド２６ａの面積は、１ｍｍ×０．３ｍｍである。
次に、図５（ｂ）の実施形態に係る上部接続パッド２６は、連設部分２６Ｂから直接斜めに延びる２本の細幅部（パッド間連設部）２６ｄの先端に夫々小面積の分断パッド２６ａを連設した構成を有している。更に、各細幅部２６ｄを細幅の半田レジスト３０ｄによって分断している。この例では、各分断パッド２６ａの面積は、１ｍｍ×０．５ｍｍである。
図５（ａ）（ｂ）の各実施形態に係る接続パッドにあっては、相手側の接続パッドと接続される接続用パッド部分２６Ａの形状中に予め複数の小面積分断パッド２６ａが含まれるようにしており、細幅部２６ｄを半田レジスト膜３０ｄによって被覆することにより、個々の分断パッド２６ａの面積を極限して半田内のボイドが排出され易くしている。即ち、分断パッド２６ａを被覆しない場合には、分断パッド２６ａ上に形成された半田膜中に発生したボイドの一部が細幅部２６ｄ上の半田内に内に入り込む虞があるが、細幅部２６ｄ上を半田レジスト膜３０ｄにより被覆することによりそのような不具合が解消される。
【００１２】
次に、図６は本発明の他の実施形態に係る接続パッドの一例としての上部接続パッドの平面図であり、この上部接続パッド２６は、連設部分２６Ｂの内側端縁の２つのコーナー部（パッド間連設部）に対して夫々小面積の分断パッド２６ａを接続することによって接続用パッド部分２６Ａを形成している。更に、連設部分２６Ｂの大半の部分を半田レジスト膜３０ａによって被覆することにより各分断パッド２６ａ上の半田内で発生したボイドが連設部分２６Ｂ上に付着した半田側へ移行して半田内から排出されなくなる事態の発生を防いでいる。
この実施形態では個々の分断パッド２６ａの面積は、１×０．５ｍｍである。
なお、本発明の各実施形態に係る接続パッドの構造は、接続パッドを形成した絶縁面が平坦であるために、接続パッド同士を半田接続した際に半田内に半田から発生したボイド（気泡）が半田外に排出されにくくなる現象が発生する接続構造一般に適用することができる。
また、一方の接続パッドを各実施形態のように構成した場合には、接続の相手側となる接続パッドの形状は、該一方の接続パッドと同様に小面積の分断パッドや非被覆パッド部分を有した形状としてもよいし、分断パッドや非被覆パッド部分を有しない構造としてもよい。要するに相手方の接続パッドがどのような形状であっても、一方の接続パッドの構造を本発明の発明思想に基づいて構成すれば、上記の如き発明効果を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る表面実装型電子部品としてのモジュール装置の分解斜視図、（ｂ）は縦断面図。
【図２】本発明の接続パッドの一例としての上部接続パッドの構成例を示す拡大図。
【図３】本発明の他の実施形態に係る接続パッドとしての上部接続パッドの構成を示す平面図。
【図４】本発明の他の実施形態に係る接続パッドとしての上部接続パッドの構成を示す平面図。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は夫々本発明の他の実施形態に係る接続パッドの構造を説明する図。
【図６】本発明の他の実施形態に係る接続パッドの構造を説明する図。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は従来例に係るモジュール装置の構成を示す斜視図、及び断面図。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は従来のモジュール装置の分解図、及び接続パッドの構成図。
【図９】他の従来例の説明図。
【符号の説明】
【００１４】
１  モジュール装置、２  プリント基板（第２の接続対象物）、２０モールドベース（第１の接続対象物）、１０、１１  回路部品、２０  モールドベース、２１  底板、２２  外部電極、２５  外枠、２６  上部接続パッド、２６ａ  分断パッド、２６ｂ  非被覆パッド部分、２６ｃ  分断パッド、２６ｄ  細幅部（パッド間連設部）２６Ａ  接続用パッド部分、２６Ｂ  連設部分、３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ  半田レジスト膜
【図１】
2006261356.tif 000003
【図２】
2006261356.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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