(57)【要約】【課題】無鉛はんだを用いても、低コストでランド剥離を生じないようにする。【解決手段】配線板１１０Ａの表面から外側に出ている電子部品２０のリード２２の先端の長さが、配線板１１０Ａのランド１５の半径の１／２以下となっている。リード２２の先端が配線板１１０Ａの表面から出ていなくてもよく、この場合、リード２２の突出長は０または負の値になる。配線板１１０Ａのスルーホール１４にリード２２を挿入する際、リード２２の突出長をランド１５の半径の１／２以下とし、この状態でスルーホール１４とリード２２とを無鉛はんだ３２を介して接合する。【選択図】  図９
2008066741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔を有する基板と、前記貫通孔の内面を覆う第１の導電膜と、前記基板の表面における前記貫通孔の開口の周囲に形成されるとともに前記第１の導電膜に接続された第２の導電膜からなるランドと、前記基板の表面に形成されるとともに前記ランドに接続された回路配線とを有する配線板と、この配線板の前記貫通孔に挿入された状態で前記第１の導電膜に無鉛はんだを介して接合される導電部材を有する電子部品とを含む電子機器において、
前記基板の表面から外側に出ている前記導電部材の先端の長さが、前記ランドの半径の１／２以下であることを特徴とする電子機器。
【請求項２】
請求項１に記載された電子機器において、
前記導電部材の先端は、前記基板の表面から外側に出ていないことを特徴とする電子機器。
【請求項３】
請求項１または２に記載された電子機器において、
前記配線板と前記電子部品との間に配置されたスペーサを備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項４】
請求項３に記載された電子機器において、
前記スペーサは、前記電子部品に対向するランドの外周縁の少なくとも一部を覆うことを特徴とする電子機器。
【請求項５】
貫通孔を有する基板と、前記貫通孔の内面を覆う第１の導電膜と、前記基板の表面における前記貫通孔の開口の周囲に形成されるとともに前記第１の導電膜に接続された第２の導電膜からなるランドと、前記基板の表面に形成されるとともに前記ランドに接続された回路配線とを有する配線板と、この配線板の前記貫通孔に挿入された状態で前記第１の導電膜に無鉛はんだを介して接合される導電部材を有する電子部品とを含む電子機器において、
前記導電部材は、前記貫通孔に挿入されたとき前記貫通孔の前記内面に対向する部分からみて先端側および基部側の少なくとも一方が被覆膜で覆われ、
この被覆膜は、前記無鉛はんだとの反応性が前記導電部材の材料より低い材料で形成されている
ことを特徴とする電子機器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載された電子機器において、
前記導電部材の長手方向に垂直な断面形状は、円形、長円形、正方形、長方形、多角形、十字形、星形またはそれぞれの変形であることを特徴とする電子機器。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載された電子機器において、
前記無鉛はんだは、錫亜鉛系はんだ、錫銀系はんだ、または、錫銅系はんだを含むことを特徴とする電子機器。
【請求項８】
貫通孔を有する基板と、前記貫通孔の内面を覆う第１の導電膜と、前記基板の表面における前記貫通孔の開口の周囲に形成されるとともに前記第１の導電膜に接続された第２の導電膜からなるランドと、前記基板の表面に形成されるとともに前記ランドに接続された回路配線とを有する配線板に、導電部材を有する電子部品を実装する電子部品の実装方法において、
前記貫通孔に前記導電部材を挿入する際に、前記基板の表面から外側に出ている前記導電部材の先端の長さを、前記ランドの半径の１／２以下とする第１の工程と、
この状態で前記貫通孔内の前記第１の導電膜と前記導電部材とを無鉛はんだを介して接合する第２の工程と
を備えたことを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項９】
請求項８に記載された電子部品の実装方法において、
前記第１の工程は、前記配線板と前記電子部品との間にスペーサを挟んだ状態で前記貫通孔に前記導電部材を挿入する工程を含むことを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項１０】
請求項８に記載された電子部品の実装方法において、
前記第１の工程の前に、前記導電部材の長さを短く加工する工程を更に備えたことを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項１１】
貫通孔を有する基板と、前記貫通孔の内面を覆う第１の導電膜と、前記基板の表面における前記貫通孔の開口の周囲に形成されるとともに前記第１の導電膜に接続された第２の導電膜からなるランドと、前記基板の表面に形成されるとともに前記ランドに接続された回路配線とを有する配線板に、導電部材を有する電子部品を実装する電子部品の実装方法において、
無鉛はんだとの反応性が前記導電部材の材料より低い材料からなる被覆膜で前記導電部材の先端側および基部側の少なくとも一方を覆う第１の工程と、
前記導電部材を前記貫通孔に挿入し、前記貫通孔内の前記第１の導電膜と前記導電部材で前記被覆膜に覆われていない部分とを前記無鉛はんだを介して接合する第２の工程と
を備えたことを特徴とする電子部品の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線板を用いた電子機器に関し、特に、無鉛はんだを用いて電子部品を実装するための配線板を用いた電子機器に関する。
また、本発明は、電子部品の実装方法に関し、特に、配線板に無鉛はんだを用いて電子部品を実装する電子部品の実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１９を参照し、従来の配線板の一構成例について説明する。図１９に示す従来の配線板１１０Ａには、銅張積層基板１１が用いられている。この銅張積層基板１１は、紙基材、ガラス基材またはポリエステル繊維基材などに、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などを染み込ませて絶縁性シートを形成し、この絶縁性シートの表面に銅箔を加圧加熱処理して貼り付けたものである。
銅張積層基板１１の所定の箇所には、貫通孔１２が形成されている。貫通孔１２の内面は、銅張積層基板１１表面の銅箔に接続された導電膜（第１の導電膜）１３で覆われている。この導電膜１３は、例えば貫通孔１２の内面に触媒を付与した後、無電解銅メッキにより下地メッキを行い、その上に電解銅メッキして形成される。以下、導電膜１３で覆われた貫通孔１２をスルーホール１４と呼ぶ。
【０００３】
銅張積層基板１１表面の銅箔はエッチングされ、スルーホール１４の開口の周囲に円形のランド（第２の導電膜）１５と、このランド１５に接続された回路配線１６とが形成される。ランド１５および回路配線１６は、基板１１の両面に形成されるが、基板１１の一方の面に形成される場合もある。ランド１５に関しては、近年の高密度実装化に伴い、最低限の接合強度が確保できる範囲で、可能な限り小さく形成される。
銅張積層基板１１表面の回路配線１６などランド１５以外の部分は、ソルダーレジスト１７で覆われている。このソルダーレジスト１７は、はんだ付けを行なうランド１５以外の部分を、錫鉛はんだ３１から保護する保護膜として作用し、ペーストを印刷塗布後、感光することにより形成される。ここでは、錫鉛はんだ３１のフィレット３１Ａの形成をなるべく阻害しないように、ソルダーレジスト１７はランド１５に被らないように形成されている。
【０００４】
このような構成の配線板１１０Ａのスルーホール１４に、電子部品２０の筐体２１から引き出されたリード（導電部材）２２を挿入し、この状態で錫鉛はんだ３１を介してリード２２をスルーホール１４に接合する。現在、錫鉛はんだ３１として錫鉛共晶はんだ（Ｓｎ６３ｗｔ％、残りＰｂ、以下Ｐｂ−６３Ｓｎと記載する）が最も多く使われている。錫鉛はんだ３１が異物質の接合により生じる熱膨張のミスマッチを応力緩和する役割を果たすため、電子部品２０と配線板１１０Ａとの接合部における接続不良は特に発生しなかった。
【０００５】
しかしながら、近年、鉛による環境汚染が環境意識の高まりによって問題となり、錫鉛はんだ３１から鉛を含まない無鉛はんだへの転換が進んでいる。この無鉛はんだは、錫を主成分とし、銀、銅、亜鉛、ビスマス、インジウム、アンチモン、ニッケル、ゲルマニウムなどからなるはんだである。無鉛はんだの溶融温度は１９０℃〜２３０℃であり、上記のＰｂ−６３Ｓｎの溶融温度１８３℃に比べて高い。配線板１１０Ａの主材料であるエポキシ系材料のガラス転移温度は１２５〜１４０℃であるから、従来から使用されていたＰｂ−６３Ｓｎを無鉛はんだに転換すると、凝固収縮温度の差が広がり、はんだ付け時に膨張した配線板１１０Ａの基板が収縮することにより生じる応力が大きくなる。また、無鉛はんだはＰｂ−６３Ｓｎに比べ、金属の引張り強度、クリープ強度が強く、また伸びが少ないという金属特性をもっているので、はんだ付け部における応力緩和が起こりにくくなる。これらの理由から、従来の配線板１１０Ａに無鉛はんだを用いて電子部品２０を実装しようとすると、錫鉛はんだ３１ではほとんど発生しなかったランド剥離が多発することが明らかとなった。
【０００６】
従来の配線板１１０Ａに無鉛はんだ３２を用いてはんだ付けを行うと、図２０（ａ）の写真ように、ランド１５が配線板１１０Ａの基板から剥離し、ランド１５が浮き上がった状態となる。このとき、ランド１５に接続されている回路配線１６も、一緒に持ち上げられて引っ張られるため、過度のストレスを受ける。この後、過熱と冷却とを繰り返す温度サイクル試験を２００ｃｙｃ実施し、熱ストレスを与え続けると、図２０（ｂ）の写真のように、ランド１５の端部と回路配線１６との境界部分が大きく変形し、断線に至る。この検証実験から分かるように、ランド剥離が発生する従来の配線板１１０Ａをそのまま用いて電子機器の製造を行うと、電子機器の信頼性が著しく低下してしまう。
【０００７】
これに対し、ランド剥離を抑制する手法の一つが、特許文献１に記載されている。この公報に記載されている従来の配線板１１０Ｂでは、図２１に示すように、ランド１５の外周縁をソルダーレジスト１１７の延在部１１７Ａにより被覆することにより、ランド剥離を抑制しようとするものである。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−３３２８５１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、新規製品ではない従来からの既製品で、既に出荷されているものには、図１９に示した従来の配線板１１０Ａのように、ランド剥離対策が施されていない配線板が多く使用されている。このような製品の電子部品が故障し、新しい電子部品２１に交換する補修を行なう場合、無鉛はんだ３２を用いて新しい電子部品２１を配線板１１０Ａに実装しようとすると、ランド剥離が発生し、信頼性上問題となる。
【００１０】
そこで、ランド剥離を抑制するため、上述した既製品を補修する際に、ランド対策が施されていない配線板１１０Ａを廃棄して、図２１に示した従来の配線板１１０Ｂに交換することも考えられる。しかし、新たに配線板１１０Ｂを製造するには、ソルダーレジスト１１７となるペーストを所定のパターンに印刷塗布するための治具を設計し、この治具を用いて実際にソルダーレジスト１１７を形成しなければならず、高コストとなる。その上、故障していない配線板１１０Ａを廃棄することになるので、無駄が多くなる。
なお、従来の配線板１１０Ｂを製造するにあたり高コストとなるという問題は、既製品を補修する場合に限らず、新規製品を製造する場合にも同様に発生する問題である。
【００１１】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、無鉛はんだを用いても低コストでランド剥離を生じないようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような目的を達成するために、本発明の電子機器は、配線板の基板の表面から外側に出ている電子部品の導電部材の先端の長さが、配線板の基板上に形成されたランドの半径の１／２以下であることを特徴とする。
ランド部には、はんだ付け時に膨張した基板が収縮する力Ｗと無鉛はんだの凝固収縮に伴う張力Ｔの垂直方向成分Ｔｓｉｎθ（θは、フィレットとランドとのなす角であるフィレット形成角）がかかり、
ランドと基板の密着力  ＜  Ｗ＋Ｔｓｉｎθ
の場合にランド剥離が生じる。フィレット形成角θが小さいほどＴｓｉｎθが小さくなるため、電子部品の導電部材が基板表面から外側に出ている長さをランド半径の１／２以下として、フィレットの高さを低くすることにより、ランドが基板から剥離しにくくなる。
また、導電部材が基板表面から外側に出ている長さの調整は、図２１におけるソルダーレジスト１１７を新しく形成するより低コストでできるので、ランド剥離の抑制を低コストで実現できる。
【００１３】
ここで、導電部材の先端が、基板の表面から外側に出ていなくてもよい。
これらの電子機器において、配線板と電子部品との間にスペーサを設けてもよい。スペーサの高さだけ電子部品の筐体の位置が上がるので、電子部品の導電部材が基板表面から外側に出る長さが短くなる。
ここで、スペーサは、電子部品に対向するランドの外周縁の少なくとも一部を覆うようにしてもよい。これにより、電子部品に対向するランドが基板から剥離しにくくなる。
【００１４】
また、本発明の電子機器は、電子部品の導電部材が、配線板の貫通孔に挿入されたとき貫通孔の内面に対向する部分からみて先端側および基部側の少なくとも一方が被覆膜で覆われ、この被覆膜が、無鉛はんだとの反応性が導電部材の材料より低い材料で形成されていることを特徴とする。
このような導電部材を貫通孔に挿入し、被覆膜で覆われている部分を基板表面から外側に出すことにより、被覆膜で覆われている部分には無鉛はんだが濡れ広がらないので、導電部材とランドとの間に無鉛はんだのフィレットが形成されず、ランド剥離が抑制される。
また、被覆膜の形成は、図２１におけるソルダーレジスト１１７を新しく形成するより低コストでできるので、ランド剥離の抑制を低コストで実現できる。
【００１５】
これらの電子機器において、導電部材の長手方向に垂直な断面形状は、円形、長円形、正方形、長方形、多角形、十字形、星形またはそれぞれの変形であってもよい。
また、無鉛はんだは、錫亜鉛系はんだ、錫銀系はんだ、または、錫銅系はんだを含んでいてもよい。
【００１６】
また、本発明の電子部品の実装方法は、配線板の貫通孔に電子部品の導電部材を挿入する際に、配線板の基板表面から外側に出ている導電部材の先端の長さを、貫通孔の開口の周囲に形成されたランドの半径の１／２以下とする第１の工程と、この状態で貫通孔内の第１の導電膜と導電部材とを無鉛はんだを介して接合する第２の工程とを備えたことを特徴とする。
この電子部品の実装方法において、第１の工程は、配線板と電子部品との間にスペーサを挟んだ状態で、貫通孔に導電部材を挿入する工程を含んでいてもよい。
または、第１の工程の前に、導電部材の長さを短く加工する工程を更に備えていてもよい。
【００１７】
また、本発明の電子部品の実装方法は、無鉛はんだとの反応性が電子部品の導電部材の材料より低い材料からなる被覆膜で導電部材の先端側および基部側の少なくとも一方を覆う第１の工程と、導電部材を配線板の貫通孔に挿入し、貫通孔内の第１の導電膜と導電部材で被覆膜に覆われていない部分とを無鉛はんだを介して接合する第２の工程とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明では、電子部品の導電部材が基板表面から外側に出ている長さをランド半径の１／２以下とすることにより、フィレットの高さが低くなり、それに応じてＴｓｉｎθも小さくなるので、ランドが基板から剥離しにくくなる。しかも、導電部材が基板表面から外側に出ている長さを調整するだけでよいので、ランド剥離の抑制を低コストで実現できる。
【００１９】
また、本発明では、電子部品の導電部材の先端部および基部の少なくとも一方を被覆膜で覆い、被覆膜で覆われている部分を基板表面から外側に出すことにより、被覆膜で覆われている部分には無鉛はんだが濡れ広がらない。これにより、導電部材とランドとの間にフィレットが形成されず、ランド剥離が抑制される。しかも、導電部材に被覆膜を形成するだけでよいので、ランド剥離の抑制を低コストで実現できる。
【００２０】
このようにしてランド剥離を抑制することにより、電子部品を配線板に実装した構成を含む電子機器の信頼性向上を、低コストで実現できる。
特に、新規製品ではない従来からの既製品で、既に出荷されているものの電子部品が故障し、新しい電子部品に交換する補修を行なう場合も、無鉛はんだを用いて低コストで補修を行なうことができる。しかも、故障していない配線板を廃棄せず、再利用することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２２】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態である配線板、および、この配線板に電子部品を実装して構成される電子機器の一部の構造を拡大して示す断面図である。図２は、図１に示した配線板をII−II′線方向からみた平面図である。これらの図では、図１９に示した部材と同一部材に対しては、図１９と同一符号で示している。
【００２３】
図１（ａ）および図２に示すように、配線板１０は、図１９に示した配線板１１０Ａの表面に形成された円形のランド１５の外周縁１５Ａを覆う被覆部材１８を備えたものである。スルーホール１４の中心軸から被覆部材１８の内周縁までの長さを被覆部材１８の開口半径、スルーホール１４の中心軸からランド１５の外周縁までの長さをランド１５の半径とすると、被覆部材１８の開口半径はランド１５の半径よりやや小さくなっている。
被覆部材１８は、無鉛はんだ３２の融点（例えば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだであれば、２１６〜２１７℃）に対する耐熱性を有する材料からなり、例えばエポキシ等の耐熱性樹脂、耐熱性シリコーンゴム等を用いることができる。なお、配線板１１０Ａは、両面基板、多層基板のいずれでもよい。
【００２４】
次に、配線板１０に無鉛はんだ３２を用いて電子部品２０を実装する際に、ランド剥離が抑制される原理について説明する。
図１（ｂ）に示すように、配線板１０のスルーホール１４に、電子部品２０の筐体２１から引き出されたリード２２を挿入し、無鉛はんだ３２を用いてはんだ付けする場合、溶融した無鉛はんだ３２は、被覆部材１８に阻まれてランド１５上を外周縁１５Ａまで濡れ広がらない。
【００２５】
その後、溶融した無鉛はんだ３２が冷却され凝固収縮すると、例えば図３に示すように、フィレット３２Ａに沿う斜め下方向に張力Ｔが発生する。フィレット３２Ａとランド１５とのなす角をフィレット形成角θとすると、ランド１５と銅張積層基板１１との界面には、下方向にＴｓｉｎθの力が働き、上方向に基板１１の収縮力Ｗが働く。上述したように、溶融した無鉛はんだ３２はランド１５上を外周縁１５Ａまで濡れ広がらず、ランド１５の外周縁１５Ａより内側のＰ点でＴｓｉｎθが働く。基板１１の表面とランド１５との密着力は、ランド１５の外周縁１５Ａで最も弱いが、ここにＴｓｉｎθがかからないので、ランド１５が基板１１から剥離しにくくなる。
【００２６】
また、ランド１５の周縁部１５Ａが無鉛はんだ３２によって固定されないため、ランド１５が基板１１の熱膨張収縮に追従しやすくなり、ランド剥離が起こりにくくなる。
このように、ランド１５の外周縁１５Ａを被覆部材１８で覆うことにより、無鉛はんだ３２を用いて電子部品２０を実装する場合に多発するランド剥離を抑制し、寿命が長く信頼性が高い電子機器を製造することが可能となる。また、図２１におけるソルダーレジスト１１７を新しく形成するより低コストで製造できる被覆部材１８を用いることにより、ランド剥離の抑制、ひいては寿命が長く信頼性が高い電子機器の製造を、低コストで実現できる。
【００２７】
以上で説明した電子部品２０の実装方法は、新規製品を製造する場合に適用できるだけでなく、新規製品ではない従来からの既製品で、既に出荷されているものの電子部品が故障し、新しい電子部品２０に交換する補修を行なう場合にも適用できる。後者において、既製品で被覆部材１８を有しない配線板１１０Ａが用いられていた場合、配線板１１０Ａに新たに被覆部材１８を付加した上で、新しい電子部品２０を実装するようにすればよい。これにより、既製品で用いられていた配線板１１０Ａを廃棄せず、無鉛はんだ３２を用いて補修を行うことができる。
【００２８】
次に、被覆部材１８の構成について、さらに説明する。
被覆部材１８は、ランド１５の外周縁の少なくとも一部を覆えばよい。ここで、被覆部材１８が、ランド１５の外周縁を全周にわたり覆うようにしてもよいし、ランド１５の外周縁のうち、無鉛はんだ３２の凝固収縮に対して影響を受けやすい部分のみを覆うようにしてもよい。例えば、ランド１５の外周縁のうち、回路配線１６に接続される部分のみを覆うことにより、この部分での剥離を抑制し、ランド１５と回路配線１６との切断を防止することができる。ランド１５の外周縁のうち、回路配線１６に接続される部分に対向する部分のみを覆っても、同様の効果が得られる。なお、ランド１５の外周縁のうち、回路配線１６に接続される部分、および、それに対向する部分の両方を覆ってもよい。
【００２９】
また、図２には、被覆部材１８の開口半径がランド１５の半径よりやや小さい例を示したが、被覆部材１８とランド１５との重なり幅に上限はないので、図４（ａ）に示す配線板１０Ａのように、被覆部材１８Ａがランド１５の全領域が覆う構成としてもよい。なお、配線板１０Ａに無鉛はんだ３２を用いて電子部品２０を実装した状態を、図４（ｂ）に示す。
【００３０】
また、図５（ａ）に示す配線板１０Ｂのように、被覆部材１８Ｂがランド１５の全領域だけでなく、さらにスルーホール１４の開口をすべて覆うようにしてもよい。この場合、ランド１５を含む基板１１上に、耐熱性の粘着テープ等の比較的簡単に穴を開けることができる材料で被覆部材１８Ｂを形成すれば、電子部品２０のリード２２で被覆部材１８Ｂを貫通し、そのままスルーホール１４にリード２２を挿入することができる。その後、はんだ付けを実施すれば、図５（ｂ）に示すように、被覆部材１８Ｂが形成される側（図５（ｂ）においては上側）にフィレット３２Ａが形成されず、ランド剥離が抑制される。
【００３１】
この図５（ａ）に示す配線板１０Ｂに、無鉛はんだ３２を用いて電子部品２０を実装した電子機器の信頼性について検証を行なった。ここでは、前述した従来の配線板１１０Ａと同じ条件で、温度サイクル試験を２００ｃｙｃ実施した。その結果、図６の写真のように、ランド１５に無鉛はんだ３２が接触せず、フィレット３２Ａが形成されないため、ランド剥離の発生が認められず、図５に示した構成がランド剥離に対して効果があることが確認された。
なお、図５に示したようにスルーホール１４の開口を塞いだ場合、はんだ付けに用いるフラックスの気化したものが、スルーホール１４から抜けづらくなることも考えられるので、リード２２と被覆部材１８との間に隙間を設けるとよい。
図１，図４および図５における被覆部材１８，１８Ａ，１８Ｂは、はんだ付け終了後、基板１１上にそのまま残しておいてもよいし、除去してもよい。
【００３２】
ランド１５の平面形状は、円形に限らず、長円形、多角形、十字形、星形またはそれぞれの変形のいずれでもよい。また、図７に示すように、ランド１５と回路配線１６との接続部に、半円形のサブランド１９を設けてもよい。サブランド１９を設けてランド１５から回路配線１６への幅の変化を緩和することで、ランド１５と回路配線１６との接続をより強固にすることができる。なお、円形でないランドに対してサブランドが形成されてもよく、サブランドの平面形状も半円形に限定されない。
【００３３】
無鉛はんだ３２としては、錫亜鉛系はんだ、錫銀系はんだ、および、錫銅系はんだのいずれを用いてもよい。ここに、錫亜鉛系はんだとは、錫亜鉛の共晶組成であるＳｎ−９．０ｗｔ％Ｚｎを中心に、亜鉛の量を変えたり、他の元素を添加して特性を改善したものの総称である。代表例は、Ｓｎ−８．０Ｚｎ−３．０Ｂｉである。錫銀系はんだとは、錫銀の共晶組成であるＳｎ−３．５ｗｔ％Ａｇを中心に、銀の量を変えたり、他の元素を添加して特性を改善したものの総称である。代表例は、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ、Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．７５Ｃｕである。錫銅系はんだとは、錫銅の共晶組成であるＳｎ−０．７ｗｔ％Ｃｕを中心に、銅の量を変えたり、他の元素を添加して特性を改善したものを総称である。代表例は、Ｓｎ−０．７Ｃｕ−０．３Ａｇである。なお、無鉛はんだ３２には、性質が変わらない程度に不純物として鉛が含まれる場合もある。
【００３４】
［第２の実施の形態］
図８は、本発明の第２の実施の形態である配線板、および、この配線板に電子部品を実装して構成される電子機器の一部の構造を拡大して示す断面図である。
被覆部材の厚さには特に制限がなく、図８に示すように、被覆部材１８Ｃの厚さを配線板１０Ｃと電子部品２０の筐体２１との間隔と同程度にし、配線板１０Ｃと筐体２１との間を被覆部材１８Ｃで隙間なく埋めてもよい。
この場合、被覆部材１８Ｃに耐熱性のシリコーンゴム等の弾性体を用いることにより、電子部品２０のリード２２と無鉛はんだ３２との間、または、無鉛はんだ３２とスルーホール１４間に働く応力を緩和し、無鉛はんだ３２がリード２２またはスルーホール１４から剥離することを抑制できる。
【００３５】
［第３の実施の形態］
図９は、本発明の第３の実施の形態である電子機器の一部の構造を拡大して示す断面図である。この図では、図１９に示した部材と同一部材に対しては、図１９と同一符号で示している。
図９（ａ）に示す電子機器では、配線板１１０Ａの表面から外側に出ている電子部品２０のリード２２の先端の長さ（以下、突出長という）が、配線板１１０Ａのランド１５の半径の１／２以下となっている。図９（ｂ）に示すように、リード２２の先端が配線板１１０Ａの表面から出ていなくてもよく、この場合、リード２２の突出長は０または負の値になる。
【００３６】
このような電子機器を形成するには、配線板１１０Ａのスルーホール１４にリード２２を挿入する際、リード２２の突出長をランド１５の半径の１／２以下とし、この状態でスルーホール１４とリード２２とを無鉛はんだ３２を介して接合する。
溶融した無鉛はんだ３２が冷却され凝固収縮すると、図１０に示すように、フィレット３２Ａに沿う斜め下方向に張力Ｔが発生する。このとき、ランド１５と銅張積層基板１１との界面には、下方向にＴｓｉｎθの力が働き、上方向に基板１１の収縮力Ｗが働く。Ｔｓｉｎθはフィレット形成角θが小さいほど小さくなり、フィレット形成角θはフィレット３２Ｂの高さｈが低いほど小さくなる。したがって、リード２２の突出長をランド１５の半径の１／２以下とし、フィレット３２Ｂの高さｈを低くすることにより、Ｔｓｉｎθが小さくなり、ランド１５が基板１１から剥離しにくくなる。
【００３７】
図９に示した電子機器の信頼性について検証を行なった。ここでは、前述した従来の配線板１１０Ａと同じ条件で、温度サイクル試験を２００ｃｙｃ実施した。その結果、図１１の写真のように、ランド１５に無鉛はんだ３２が接触し、はんだフィレット３２Ｂが形成されるものの、図２０（ａ），（ｂ）と比較してフィレット形成角θが小さく、ランド剥離の発生は認められない。よって、図９に示した構成がランド剥離に対して効果があることが確認された。
【００３８】
このように、リード２２の突出長をランド１５の半径の１／２以下とすることにより、無鉛はんだ３２を用いて電子部品２０を実装する場合に多発するランド剥離を抑制し、寿命が長く信頼性が高い電子機器を製造することが可能となる。また、リード２２の突出長の調整は、図２１におけるソルダーレジスト１１７を新しく形成するより低コストでできるので、ランド剥離の抑制、ひいては寿命が長く信頼性が高い電子機器の製造を、低コストで実現できる。
以上で説明した電子部品２０の実装方法は、新規製品を製造する場合に適用できるだけでなく、新規製品ではない従来からの既製品で、既に出荷されているものの電子部品が故障し、新しい電子部品２０に交換する補修を行なう場合にも適用できる。これにより、既製品で用いられていた配線板１１０Ａを廃棄せず、無鉛はんだ３２を用いて補修を行うことが可能となる。
【００３９】
リード２２の長手方向に垂直な断面形状は特に限定されず、円形、長円形、正方形、長方形、多角形、十字形、星形またはそれぞれの変形のいずれでもよい。
無鉛はんだ３２としては、錫亜鉛系はんだ、錫銀系はんだ、および、錫銅系はんだのいずれを用いてもよい。
なお、リード２２の突出長を１ｍｍ以下としてもよい。
【００４０】
［第４の実施の形態］
図１２は、本発明の第４の実施の形態である電子機器の一部の構造を拡大して示す断面図である。
図１２に示す電子機器では、配線板１１０Ａと電子部品２０の筐体２１との間に、筐体２１の全面と接触するスペーサ４１が挟み込まれている。このような電子機器を形成するには、まず、配線板１１０Ａの表面にスペーサ４１を配置し、このスペーサ４１を介して電子部品２０のリード２２を配線板１１０Ａのスルーホール１４に挿入し、リード２２とスルーホール１４とを無鉛はんだ３２を介して接合すればよい。
【００４１】
図１３（ａ），（ｂ）から分かるように、スペーサ４１の上に電子部品２０の筐体２１を配置することにより、スペーサ４１の高さだけ筐体２１の位置が上がるので、電子部品２０のリード２２の突出長が短くなる。したがって、所定の高さのスペーサ４１を用いることにより、リード２２の突出長をランド１５の半径の１／２以下にする調整が容易になる。その結果、ランド剥離を抑制し、寿命が長く信頼性が高い電子機器を製造できるという効果が得られることは、第３の実施の形態と同様である。
【００４２】
また、スペーサ４１に、前述した被覆部材１８の機能をもたせ、筐体２１に対向するランド１５の外周縁の少なくとも一部を覆うことにより、筐体２１に対向するランド１５の剥離を抑制できるという効果も得られる。
なお、図１２に示すように筐体２１の全面と接触するようにスペーサ４１を配置してもよいし、図１４に示すように筐体２１の外周に沿うようにスペーサ４２を配置してもよい。この場合、筐体２１と対向するランド１５の剥離対策として、別途、図１，４，５，８における被覆部材１８，１８Ａ〜１８Ｃを設ける必要がある。
スペーサ４１，４２の材質は、はんだ付け時の基板表面温度に対する耐熱性を有しているものであればよく、例えばエポキシ等の耐熱性樹脂、耐熱性シリコーンゴム等を用いることができる。
【００４３】
［第５の実施の形態］
図１５は、本発明の第５の実施の形態である電子機器の一部の構造を拡大して示す断面図である。
図１５に示す電子機器では、図１６（ａ），（ｂ）に示すように、電子部品２０のリード２２の長さを短く加工し、こうして作成された電子部品２０Ａのリード２３を図１６（ｃ）に示すように配線板１１０Ａのスルーホール１４に挿入して実装する。または、予めリード２３の長さが短い電子部品２０Ａを用いてもよい。これにより、リード２３の突出長をランド１５の半径の１／２以下にする調整が容易になる。その結果、ランド剥離を抑制し、寿命が長く信頼性が高い電子機器を製造できるという効果が得られることは、第３の実施の形態と同様である。
【００４４】
電子部品２０Ａを配線板１１０Ａに実装する際、配線板１１０Ａの表面に電子部品２０Ａの筐体２１を接触させることにより、筐体２１が前述した被覆部材１８と同様に作用し、筐体２１に対向するランド１５の剥離が抑制される。ただし、筐体２１がはんだ付け時の基板表面温度に対する耐熱性を有しない場合など、配線板１１０Ａの表面に筐体２１を接触させることができない場合には、筐体２１と対向するランド１５の剥離対策として、例えば図１７に示すように別途、被覆部材１８Ｂを設ける必要がある。なお、図１，４，８における被覆部材１８，１８Ａ，１８Ｃを設けてもよい。
【００４５】
［第６の実施の形態］
図１８は、本発明の第６の実施の形態である電子機器の構造の一部を拡大して示す断面図である。
図１８に示す電子機器では、電子部品２０Ｂのリード２４の長手方向中央部を除き、先端側および基部側の両方が被覆膜２５で覆われている。リード２４の中央部は、リード２４が配線板１１０Ａのスルーホール１４に挿入されたとき、スルーホール１４の内面に対向する部分に相当し、リード２４の中央部の長さは、スルーホール１４の長さと同程度とする。
被覆膜２５は、無鉛はんだ３２の融点（例えば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだであれば、２１６〜２１７℃）に対する耐熱性を有し、かつ、溶融はんだとの反応性がリード２４の材料より低い材料からなり、例えばエポキシ等の耐熱性樹脂、耐熱性シリコーンゴム等を用いることができる。被覆膜２５として耐熱性の粘着性テープをリード２４に巻き付けてもよい。
【００４６】
このような被覆膜２５が形成されたリード２４を配線板１１０Ａのスルーホール１４に挿入し、リード２４で被覆膜２５に覆われている部分のみを配線板１１０Ａの外側に出す。この状態で、リード２４で被覆膜２５に覆われていない露出部分と、スルーホール１４の導電膜１３とを、無鉛はんだ３２を介して接合する。これにより、図１８に示す電子機器ができあがる。
この電子機器では、配線板１１０Ａの表面から外側に出ているリード２４の表面が被覆膜２５で覆われており、被覆膜２５で覆われている部分には無鉛はんだ３２が濡れ広がらないので、リード２４とランド１５との間に無鉛はんだ３２のフィレット３２Ａが形成されない。これにより、ランド剥離を抑制し、寿命が長く信頼性が高い電子機器を製造することが可能となる。また、被覆膜２５の形成は、図２１におけるソルダーレジスト１１７を新しく形成するより低コストでできるので、ランド剥離の抑制、ひいては寿命が長く信頼性が高い電子機器の製造を、低コストで実現できる。
【００４７】
以上で説明した電子部品２０Ｂの実装方法は、新規製品を製造する場合に適用できるだけでなく、新規製品ではない従来からの既製品で、既に出荷されているものの電子部品が故障し、新しい電子部品２０Ｂに交換する補修を行なう場合にも適用できる。これにより、既製品で用いられていた配線板１１０Ａを廃棄せず、無鉛はんだ３２を用いて補修を行うことが可能となる。
なお、図１８には、リード２４の先端側および基部側の両方に被覆膜２５を形する例を示したが、リード２４の先端側または基側のみに被覆膜２５を形成するようにしてもよい。この場合、被覆膜２５が形成しない方には、第１〜第５の実施の形態に示したランド剥離の対策を施す必要がある。
また、リード２４が配線板１１０Ａのスルーホール１４に挿入されたとき、スルーホール１４の内面に対向する部分と配線板１１０Ａの外側に出る部分との境界部分のみを被覆膜で覆うようにしてもよい。
【００４８】
本発明を適用可能な電子機器としては、例えば、プリンタ、ファクシミリ、ＬＣＤモニタ、パーソナルコンピュータ、大型コンピュータ（サーバー、スーパーコンピュータを含む）、交換機、伝送機器、基地局装置等がある。
なお、上述した第１〜第６の実施の形態は、それぞれ単独で実施してもよいし、他の形態と組み合わせて実施してもよい。また、本発明は第１〜第６の実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】（ａ）は、本発明の第１の実施の形態である配線板の一部の構造を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は、上記配線板に電子部品を実装して構成される電子機器の一部の構造を拡大して示す断面図である。
【図２】図１に示した配線板をII−II′線方向からみた平面図である。
【図３】図１に示した配線板によりランド剥離が抑制される原理を説明するための図であり、図１におけるIII部を概念的に示していている。
【図４】（ａ）は、図１に示した配線板の一変形例を示す断面図であり、（ｂ）は、図１に示した電子機器の一変形例を示す断面図である。
【図５】（ａ）は、図１に示した配線板の他の変形例を示す断面図であり、（ｂ）は、図１に示した電子機器の他の変形例を示す断面図である。
【図６】図５に示した配線板および電子機器に対し温度サイクル試験を実施した後の断面写真である。
【図７】サブランドを有する配線板の平面図である。
【図８】（ａ）は、本発明の第２の実施の形態である配線板の一部の構造を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は、上記配線板に電子部品を実装して構成される電子機器の一部の構造を拡大して示す断面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態である電子機器の一部の構造を拡大して示す断面図であり、（ａ）は配線板の表面からリードが出ている状態を示し、（ｂ）は配線板の表面からリードが出ていない状態を示している。
【図１０】図９に示した電子機器によりランド剥離が抑制される原理を説明するための図であり、図９におけるＸ部を概念的に示していている。
【図１１】図９に示した電子機器に対し温度サイクル試験を実施した後の断面写真である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態である電子機器の一部の構造を拡大して示す断面図である。
【図１３】リードの突出長の調整原理を説明するための図であり、（ａ）は配線板と電子部品の筐体との間にスペーサが配置されていない状態を示し、（ｂ）はスペーサが配置されている状態を示している。
【図１４】図１２に示した電子機器の変形例を示す断面図であり、（ａ）は全体構造を示し、（ｂ）は一部の構造を拡大して示している。
【図１５】本発明の第５の実施の形態である電子機器の一部の構造を拡大して示す断面図である。
【図１６】図１５に示した電子機器の各製造工程を示す断面図である。
【図１７】図１５に示した電子機器の変形例を示す断面図である。
【図１８】本発明の第６の実施の形態である電子機器の構造の一部を拡大して示す断面図である。
【図１９】（ａ）は、従来の配線板の一部の構造を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は、上記配線板に電子部品が実装された構造の一部を拡大して示す断面図である。
【図２０】検証実験により確認されたランド剥離の断面写真であり、（ａ）は初期状態を示し、（ｂ）は温度サイクル試験後の状態を示している。
【図２１】特開２００１−３３２８５１公報に記載されている従来の配線板の一部の構造を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０，１０Ａ〜１０Ｃ，１１０Ａ…配線板、１１…銅張積層基板、１２…貫通孔、１３…導電膜、１４…スルーホール、１５…ランド、１５Ａ…ランドの周縁部、１６…回路配線、１７…ソルダーレジスト、１８…被覆部材、１９…サブランド、２０，２０Ａ，２０Ｂ…電子部品、２１…電子部品の筐体、２２〜２４…リード、２５…被覆膜、３２…無鉛はんだ、３２Ａ…無鉛はんだのフィレット、４１…スペーサ。
【図１】
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【図２】
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【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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