(57)【要約】【課題】ピン挿入型電子部品の接続ピンをスルーホールに貫通させ、基板の表面に密着させて実装するプリント回路板において、半田ボールの発生を防止し、高い信頼性を実現することができるプリント回路板を提供する。【解決手段】本発明に係るプリント回路板は、基板と、基板を貫通するスルーホールと、接続ピンを具備し接続ピンがスルーホールに貫通されると共に基板の部品実装面に密着して実装される電子部品と、を備え、スルーホールには電子部品の実装面側にざぐり部が設けられ、電子部品は、ざぐり部の一部、及びスルーホールの内部に充填された半田ペーストにより、リフロー処理によって基板に実装される、ことを特徴とする。【選択図】  図３
2008135650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板を貫通するスルーホールと、
接続ピンを具備し、前記接続ピンが前記スルーホールに貫通されると共に前記基板の部品実装面に密着して実装される電子部品と、
を備え、
前記スルーホールには前記基板を貫通する貫通部と、その実装面側の一端にざぐり部とが形成され、前記電子部品は、前記ざぐり部の一部及び前記貫通部の内部に充填された半田ペーストにより前記基板に実装される、
ことを特徴とするプリント回路板。
【請求項２】
前記基板の部品実装面には、前記ざぐり部の周囲と離隔した領域にソルダレジスト層が形成され、
前記電子部品は、前記ソルダレジスト層を介して前記基板の部品実装面に密着される、
ことを特徴とする請求項１に記載のプリント回路板。
【請求項３】
前記基板は多層基板であり、
前記ざぐり部の深さは、前記部品実装面に最も近い層の厚みに相当する深さである、
ことを特徴とする請求項１に記載のプリント回路板。
【請求項４】
前記半田ペーストは、メタルマスクを用いた半田印刷により、前記メタルマスクの開口部から前記ざぐり部の一部及び前記貫通部の内部に充填され、
前記開口部の径は、前記ざぐり部の内径よりも小さく、前記スルーホールの内径よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１に記載のプリント回路板。
【請求項５】
前記貫通部の内周面および前記ざぐり部の内面には金属メッキ層が形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載のプリント回路板。
【請求項６】
前記部品実装面側における前記ざぐり部の外縁部、及び前記基板の裏面側における前記貫通部の外縁部の少なくとも一方には、金属メッキ層によるランドが形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載のプリント回路板。
【請求項７】
プリント回路板を内蔵する電子機器において、
前記プリント回路板は、
基板と、
前記基板を貫通するスルーホールと、
接続ピンを具備し、前記接続ピンが前記スルーホールに貫通されると共に前記基板の部品実装面に密着して実装される電子部品と、
を備え、
前記スルーホールには前記基板を貫通する貫通部と、その実装面側の一端にざぐり部とが形成され、前記電子部品は、前記ざぐり部の一部及び前記貫通部の内部に充填された半田ペーストにより前記基板に実装される、
ことを特徴とする電子機器。
【請求項８】
前記基板の部品実装面には、前記ざぐり部の周囲と離隔した領域にソルダレジスト層が形成され、
前記電子部品は、前記ソルダレジスト層を介して前記基板の部品実装面に密着される、
ことを特徴とする請求項７に記載の電子機器。
【請求項９】
前記基板は多層基板であり、
前記ざぐり部の深さは、前記部品実装面に最も近い層の厚みに相当する深さである、
ことを特徴とする請求項７に記載の電子機器。
【請求項１０】
前記半田ペーストは、メタルマスクを用いた半田印刷により、前記メタルマスクの開口部から前記ざぐり部の一部、及び前記貫通部の内部に充填され、
前記開口部の径は、前記ざぐり部の内径よりも小さく、前記スルーホールの内径よりも大きい、
ことを特徴とする請求項７に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント回路板及び電子機器に係り、特に、各種電子部品を実装するプリント回路板、およびそれを内蔵する電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、パーソナルコンピュータ等の電子機器では、小型・軽量化が強く求められており、内蔵するプリント回路板に対しても高密度実装技術の適用が不可欠となってきている。高密度実装を実現するため、これらのプリント回路板に実装されるＩＣ、抵抗器、コンデンサ等の電子部品には表面実装型の部品が多く用いられている。
【０００３】
一方、比較的大型の電子部品やコネクタ等をプリント回路板に実装する場合には、電気的な接続機能だけでなく、機械的な結合強度も必要となる。このため、この種のコネクタ等をプリント回路板に実装する場合は、プリント回路板に設けられるスルーホールにコネクタ等が具備する接続ピンを挿入し、半田で固定する実装方法が一般に用いられている（以下、この実装方法を用いる電子部品をピン挿入型電子部品という）。
【０００４】
また、表面実装部品とピン挿入型電子部品の双方を実装する場合には、特許文献１等に開示されているように、表面実装部品用のパッド又はランドに半田ペーストを印刷すると共に、スルーホールにも半田ペーストを充填した後、表面実装部品とピン挿入型電子部品とを同じ工程でプリント回路板にマウントし、その後同じリフロー処理工程によって半田ペーストを溶融、固化する工程がとられている。
【特許文献１】特開２００６−３２７０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近時のプリント回路板の実装では、高い実装密度に加えて薄型化も求められている。このため、ピン挿入型電子部品をプリント回路板に実装する場合には、接続ピンをスルーホールに貫通すると共に部品の底面をプリント回路板の実装面に密着させる必要がある。ピン挿入型電子部品を実装面に密着させることによって、薄型化の実現だけでなくピン挿入型電子部品の取り付け強度を向上させることができる。
【０００６】
前述したように、ピン挿入型電子部品をプリント回路板にマウントする前には、スルーホールに半田ペーストが充填される。また、一部の半田ペーストはスルーホールの部品取り付け面側に凸状に盛り上がって付着される。その後、ピン挿入型電子部品をマウントする時には、この凸状の半田ペーストの盛り上がりを押さえつけることにより、ピン挿入型電子部品をプリント回路板に密着させている。
【０００７】
このため、半田ペーストの盛り上がりがスルーホールの孔の周囲に押し出されて広がる。さらに、リフロー処理時に、広がった半田ペーストの一部が溶融し、スルーホールの周囲に半田ボール（微小な球状の半田）となって飛散するという現象が発生する場合がある。飛散した半田ボールは、短絡や不安定な接続の原因となるため、もし半田ボールが発生した場合はこれを除去する必要がある。
【０００８】
このため、例えば顕微鏡等を用いてピン挿入型電子部品の周囲に飛散した半田ボールをいちいち取り除くといった無駄な工程が発生する。
【０００９】
また、目視で半田ボールを確認できる場合にはこれを取り除くことも可能であるが、ピン挿入型電子部品とプリント回路板との間に挟まった半田ボールは確認すらできない。このため、出荷時には半田ボールに起因する短絡が発生しておらず出荷性能確認試験では正常であったとしても、その後の振動や衝撃によって半田ボールが移動し、予期せぬ短絡不具合を発生しかねない。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ピン挿入型電子部品の接続ピンをスルーホールに貫通させ、基板の表面に密着させて実装するプリント回路板において、半田ボールの発生を防止し、高い信頼性を実現することができるプリント回路板、およびそれを内蔵する電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明に係るプリント回路板は、請求項１に記載したように、基板と、前記基板を貫通するスルーホールと、接続ピンを具備し前記接続ピンが前記スルーホールに貫通されると共に前記基板の部品実装面に密着して実装される電子部品と、を備え、前記スルーホールには前記基板を貫通する貫通部と、その実装面側の一端にざぐり部とが形成され、前記電子部品は、前記ざぐり部の一部及び前記貫通部の内部に充填された半田ペーストにより前記基板に実装される、ことを特徴とする。
【００１２】
また、上記課題を解決するため、本発明に係る電子機器は、請求項７に記載したように、プリント回路板を内蔵する電子機器において、前記プリント回路板は、基板と、前記基板を貫通するスルーホールと、接続ピンを具備し、前記接続ピンが前記スルーホールに貫通されると共に前記基板の部品実装面に密着して実装される電子部品と、を備え、前記スルーホールには前記基板を貫通する貫通部と、その実装面側の一端にざぐり部とが形成され、前記電子部品は、前記ざぐり部の一部及び前記貫通部の内部に充填された半田ペーストにより前記基板に実装される、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るプリント回路板、およびそれを内蔵する電子機器によれば、ピン挿入型電子部品の接続ピンをスルーホールに貫通させ、基板の表面に密着させて実装するプリント回路板において、半田ボールの発生を防止し、高い信頼性を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係るプリント回路板及び電子機器の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１５】
（１）第１の実施形態
図１は、第１の実施形態に係る電子機器１の外観例を示す斜視図である。電子機器１の種類や形態は特に限定するものではないが、例えば、図１に例示したようなパーソナルコンピュータ等である。
【００１６】
電子機器１は、本体２とパネル部３とを具備しており、パネル部はヒンジを介して開閉自在に本体２に取り付けられている。パネル部３には、文字情報や画像情報等を表示するディスプレイパネル４が設けられている。
【００１７】
本体２は、薄い箱状の筐体５を備えて構成されており、筐体５の上面には、各種データやコマンド等を入力するキーボード６等が配設されている。また、筐体５には、本実施形態に係るプリント回路板１０が内蔵されている。
【００１８】
図２は、プリント回路板１０の外観の一例を模式的に示す斜視図である。プリント回路板１０は、板状のプリント配線板１１とこれに実装される各種電子部品とから構成されている。プリント配線板１１に実装される電子部品は、実装形態の観点から、プリント配線板１１の表面に設けられたパッド又はランド（図示せず）のみに電子部品の電極を接続する表面実装型電子部品３０と、プリント配線板１１に設けられたスルーホール１４に接続ピン２１を挿入して実装するピン挿入型電子部品２０とに分類される。
【００１９】
表面実装型電子部品３０としては、例えば、ＣＰＵ、チップセット、メモリ用ＩＣ、チップコンデンサ、チップ抵抗器等があり、電極数が多い電子部品や薄型の電子部品が基板に表面実装されることが多い。
【００２０】
一方、ピン挿入型電子部品２０としては、比較的大型の電子部品や、基板実装型のコネクタ等、機械的な接合強度がある程度必要とされるような電子部品がある。
【００２１】
本実施形態に係るプリント回路板１０の実装技術は、主にピン挿入型電子部品２０を対象とするものであるが、勿論、ピン挿入型電子部品２０と表面実装型電子部品３０とがプリント回路板１０に混載される形態でもよい。
【００２２】
図３は、プリント回路板１０の構造を模式的に示す図であり、プリント配線板１１にピン挿入型電子部品２０が実装された状態を示す断面図である。
【００２３】
プリント配線板１１には、絶縁基板１２の部品実装面側にソルダレジスト層１３が形成される他、絶縁基板１２を貫通するスルーホール１４が形成されている。スルーホール１４は、貫通部１５とざぐり部１６を備えており、ざぐり部１６の内径は貫通部１５の内径よりも広く形成されている。また、貫通部１５の内周面およびざぐり部１６の内面（ざぐり部１６の底面及び内周面）には、金属メッキ層１７が形成されている。
【００２４】
ソルダレジスト層１３は、絶縁基板１２の表面に形成された配線パターン（図示せず）の上に電気的絶縁性をもつ物質で形成される層であり、実装部品と配線パターンとの間の絶縁や配線パターンの保護を行う他、リフロー処理で溶融した半田ペーストの流れ込みや付着を防止する。当然ながら、絶縁基板１２に形成されるパッド又はランド（図示せず）のように、部品の電極と半田付けで接続されるべき場所にはソルダレジスト層は形成されない。
【００２５】
ピン挿入型電子部品２０は、ソルダレジスト層１３を介して、絶縁基板１１に密着するように実装される。ピン挿入型電子部品２０は、接続ピン２１と部品本体２２を有しており、接続ピン２１は、スルーホール１４に充填された半田ペースト５０を貫通して挿入され、その後リフロー処理によって半田ペースト５０が接続ピン２１とスルーホール１４とを電気的、機械的に接続する。
【００２６】
次に、プリント回路板１０の製造工程について説明する。図４は、プリント回路板１０の典型的な製造工程例を示すフローチャートであり、図５（ａ）乃至（ｅ）は、プリント回路板１０の製造工程途中の断面図である。
【００２７】
まず、工程１では、絶縁基板１２に配線パターン（図示せず）を形成した後、スルーホール１４を形成する。本実施形態に係るスルーホール１４の特徴として、絶縁基板１２を貫通する貫通部１５を具備する他、貫通部１５の部品実装面側にざぐり部１６が設けられている。ざぐり部１６の内径は、貫通部１５の内径より広く形成されるが、具体的なそれぞれの内径寸法は、後の工程でスルーホール１４に挿入されるピン挿入型電子部品２０の接続ピン２１の外径寸法や、スルーホール１４に充填される半田の量に依存する。
【００２８】
貫通部１５の内周面、ざぐり部１６の内面（内周面及び底面）には、夫々金属メッキ層１７、例えば銅めっき層、が形成される。また、ざぐり部１６の外縁部（部品実装面側）や貫通部１５の外縁部（裏面側）に金属メッキ層１７の一部としてパッド又はランドを設け、部品実装面や裏面の配線パターンと接続する形態としても良い。
【００２９】
さらに、絶縁基板１２の部品実装面の所定の領域には、ソルダレジスト層１３が形成される。ピン挿入型電子部品２０の実装時の高さを低くするためには、ピン挿入型電子部品２０は絶縁基板１２に密着させて実装することが望ましいが、部品本体２２と実装面の配線パターンとが短絡しないように、通常、部品本体２２は、ソルダレジスト層１３を介して絶縁基板１２に密着される。
【００３０】
上記の工程１によって、図５（ａ）に例示した、部品実装前のプリント配線板１１が作成される。次の工程２ないし工程５は、プリント配線板１１にピン挿入型電子部品２０が実装されたプリント回路板１０を作成する工程である。
【００３１】
工程２では、半田ペースト５０を印刷する工程の前工程として、図５（ｂ）に示したように、プリント配線板１１の部品実装面側にメタルマスク３０を覆う工程である。メタルマスク３０には、半田ペーストを付着させようとする部位に対応させて、開口部３１が設けられている。
【００３２】
開口部３１の開口径Ｄ１は、図５（ｂ）に示したように、貫通部１５の内径Ｄ３よりも大きく、ざぐり部１６の内径Ｄ２よりも小さく形成する。
【００３３】
次に、工程３で、メタルマスク３０の上から半田ペースト５０を半田印刷する。この半田印刷工程では、図５（ｃ）に示したように、スキージ等を用いて半田ペースト５０をメタルマスク３０の上側から開口部３１を通して押し出し、開口部３１の下にあるスルーホール１４に半田ペースト５０を充填する。
【００３４】
その後、工程４にて、メタルマスク３０を取り外す。開口部３１から押し出された半田ペースト５０は、図５（ｄ）に示したように、スルーホール１４の貫通部１５に充填される一方、ざぐり部１６の上にも開口部３１の開口径Ｄ１に相当する径の半田ペース５０の盛り上がり５１が円柱状に形成される。
【００３５】
前述したように、開口径Ｄ１はざぐり部１６の内径Ｄ２よりも小さく形成されているため、この段階での半田ペースト５０は、ざぐり部１６の外周領域１８には行き渡らず、外周領域１８をいわば余裕領域として残していることになる。
【００３６】
次に、工程５で、ピン挿入型電子部品２０の接続ピン２１を、スルーホール１４に充填された半田ペースト５０を貫通するようにマウントする。このとき、円柱状の半田ペーストの盛り上がり５１にも接続ピン２１が貫通され、ピン挿入型電子部品２０の部品本体２２の底面がソルダレジスト層１３に密着するまで押付けられる。この押付けによって半田ペーストの盛り上がり５１は、図５（ｅ）に示したように、ざぐり部１６の外周領域１８にまで広がり、ざぐり部１６の内部全体に半田ペースト５０が行き渡る。しかしながら、ざぐり部１６があることによって、半田ペースト５０がスルーホール１４の外部にまではみ出すことはない。
【００３７】
最後に、工程６のリフロー処理により、半田ペースト５０が溶融後固化されることで、接続ピン２１とスルーホール１４とが電気的、機械的に接続される。
【００３８】
図８（ａ）乃至（ｃ）は、本実施形態に係るプリント配線板１１との比較のため、従来から一般的に用いられているプリント配線板２００の構造例と、ピン挿入型電子部品２０の実装工程例を示した図である。
【００３９】
図８（ａ）は、メタルマスク３０を用いて半田ペースト５０を半田印刷した状態を示す図、図８（ｂ）はメタルマスク３０を取り外した状態を示す図、及び図８（ｃ）は、ピン挿入型電子部品２０を、ソルダレジスト層１３に密着するように押付けてマウントした状態を示す図である。
【００４０】
図８（ａ）乃至（ｃ）に示したように、従来から一般的に用いられているプリント配線板２００では、ストレート型のスルーホール１００が主に用いられており、本実施形態のようなざぐり部１６は設けられていない。
【００４１】
このため、ピン挿入型電子部品２０をマウントするときに、半田ペースト５０の一部がスルーホール１００の上部から押し出され、スルーホール１００の外縁部に設けられたランドの領域をはみ出して広がる場合がある。さらに、リフロー処理中に溶融した半田ペースト５０がスルーホール１００のランド周囲に飛散し、図８（ｃ）に示したように半田ボール６０となって残る場合もありうる。
【００４２】
半田ボール６０が発生すると、別途これを目視にて発見し除去するという余分な工程が必要となる。また、図８（ｃ）に例示したように、半田ボール６０が絶縁基板１２と部品本体２２の底面との間に発生したような場合には、目視でも確認できないため、半田ボール６０による絶縁不良が発生した場合には、その原因究明に多大な時間を要することになる。また、出荷確認試験の段階では絶縁不良が発生していなくとも、その後の振動や衝撃によって半田ボール６０が移動し、事後的に絶縁不良が発生する虞もある。
【００４３】
これに対して、本実施形態に係るプリント配線板１１では、スルーホール１４にざぐり部１６が設けられているため、部品マウント時に押し広げられた半田ペースト５０は、ざぐり部１６の外部にはみ出すことがなく、リフロー処理時に溶融した半田ペースト５０もざぐり部１６の内部に溜まり、スルーホール１４の外部に流れ出すことがなく、半田ボール６０が形成されることはない。この結果、絶縁不良等が生じることのない信頼性の高いプリント回路板１０、及びそれを内蔵した電子機器１を実現することができる。
【００４４】
（２）その他の実施形態
第１の実施形態では、図３或いは図５（ａ）乃至（ｅ）に示したように、スルーホール１４の両端にランドを設ける形態としているが、ピン挿入型電子部品２０と配線パターンの接続が部品実装面及び裏面の一方で行われる場合には、接続されない方のランドは省略してもよい。
【００４５】
例えば、部品実装面側において、ピン挿入型電子部品２０と配線パターンとの接続が不要な場合には、図６（ａ）又は（ｂ）に例示したように、ざぐり部１６の外縁にランドを設けない形態としてもよい。例えば、図６（ａ）は、スルーホール１４ａの貫通部１５の内周とざぐり部１６の内面（底面及び内周面）にのみ金属メッキ層１７を施したプリント配線板１１ａの実施形態であり、ざぐり部１６の内周面に連なる外縁部のランド用の金属メッキを省略している。さらに、図６（ｂ）は、ざぐり部１６の内周面の金属メッキ層の形成も省略したスルーホール１４ｂを備えるプリント配線板１１ｂの実施形態である。このように、ピン挿入型電子部品２０の接続ピン２１と配線パターンの接続状況に応じて、スルーホール内のメッキ形成領域やランド形成領域を適宜変更してもよい。
【００４６】
図７は、プリント配線板１１ｃを多層基板として構成した場合の実施形態の構造の一例を示す断面図である。
【００４７】
図７に示した例では、プリント配線板１１ｃは５層構造であり、第１層から第５層の絶縁基板１２ａ乃至１２eを具備している。このような多層構造のプリント配線板１１ｃでは、ざぐり部１６の深さが第１層の絶縁基板１２ａの厚みとほぼ同じ寸法となるようにざぐり部１６を形成するとよい。
【００４８】
通常、各層の間には配線パターンが形成されるが、ざぐり部１６の深さを第１層の絶縁基板１２ａの厚みとほぼ同じ寸法Ｔとすることにより、第１層の絶縁基板１２ａと第２層の絶縁基板１２ｂとの間の配線パターンの形成工程と、ざぐり部１６の底面の金属メッキ層の形成工程が共通化され、加工効率が向上するためである。
【００４９】
なお、本発明は上記の実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子機器の外観例を示す斜視図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るプリント回路板の外観例を示す斜視図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るプリント回路板の構造例を示す断面図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るプリント回路板の製造工程の一例を示すフローチャート。
【図５】（ａ）乃至（ｅ）は、プリント回路板の各製造工程を具体的に説明する断面図。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、本発明のその他の実施形態に係るプリント回路板の構造例を示す断面図。
【図７】プリント回路板を多層構造で構成した実施形態の構造例を示す断面図。
【図８】本実施形態に対する比較例として、従来から通常行われているプリント回路板の製造工程とその問題点を説明する図。
【符号の説明】
【００５１】
１  電子機器
１０  プリント回路板
１１  プリント配線板
１２  絶縁基板
１３  ソルダレジスト層
１４  スルーホール
１５  貫通部
１６  ざぐり部
１７  金属メッキ層
２０  ピン挿入型電子部品
２１  接続ピン
２２  部品本体
５０  半田ペースト
【図１】
2008135650.tif 000003
【図２】
2008135650.tif 000004
【図３】
2008135650.tif 000005
【図４】
2008135650.tif 000006
【図５】
2008135650.tif 000007
【図６】
2008135650.tif 000008
【図７】
2008135650.tif 000009
【図８】
2008135650.tif 000010