(57)【要約】【課題】基材が熱膨張などにより変形してもスルーホールの内周面と基材の各表面とに跨る接続導体にクラックが生じないようにした部品実装基板を提供する。【解決手段】部品実装基板１は、基材１ａの両面において部品の端子３ａが挿入されるスルーホール２の周囲にランド４が形成される。また、スルーホール２の内周面にはランド４に連続して接続導体を形成する導体層２ａが形成される。スルーホール２の両端部には基材１ａの厚み方向における内部から各表面に向かって内径を大きくするテーパ部８がそれぞれ形成される。【選択図】        図１
2004153013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁材料からなる基材と、基材の両面に設けた導体パターンと、基材に貫設され部品端子を挿入するスルーホールと、スルーホールの内周面およびスルーホールの両端周部の導体パターンに跨る接続導体とを有し、スルーホールの両端部の内周面には基材の厚み方向における内部から各表面に向かって内径を大きくするテーパ部がそれぞれ形成されていることを特徴とする部品実装基板。
【請求項２】
前記基材の両面に形成した前記導体パターンの層間接続を行う複数個のダミースルーホールが、前記スルーホールの周囲の応力を緩和できる程度の領域内でスルーホールの近傍に形成されていることを特徴とする請求項１記載の部品実装基板。
【請求項３】
前記スルーホールの周囲に形成したランドの領域内に前記ダミースルーホールが形成されていることを特徴とする請求項２記載の部品実装基板。
【請求項４】
前記接続導体のうち前記スルーホールの周部に形成した導体パターンの表面がはんだを結着する粗面であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の部品実装基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部品端子がスルーホールに挿入された形ではんだを用いて部品が実装される印刷配線基板からなる部品実装基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、印刷配線基板からなる部品実装基板に部品を実装する技術として、図９（ａ）に示すように、部品実装基板１に形成したスルーホール２に部品３（図６参照）の端子３ａを挿入し、スルーホール２の周囲に形成しているランド４にはんだ５を用いて端子３ａを固定する挿入実装技術が知られている。スルーホール２の内周面にはスルーホールめっきによる導体層２ａが形成されている。つまり、導体層２ａとランド４とにより接続導体としてのスルーホールランドが形成されている。
【０００３】
ところで、近年は鉛による環境汚染が問題視され鉛フリーはんだを用いることが提唱されている。ただし、鉛フリーはんだは一般に鉛を含有するはんだ（Ｓｎ−Ｐｂ）に比較すると融点が高く、Ｓｎ−Ｐｂはんだの融点が１８０℃程度であるのに対して、実用化されている鉛フリーはんだの融点は２３０〜２５０℃程度であるものが多い。
【０００４】
部品実装基板１がこのような高温に加熱されると、部品実装基板１の基材１ａの熱膨張によってスルーホール２を含む周辺部位が図９（ｂ）のように変形する。これは、スルーホール２の近傍では基材１ａの表裏に形成したランド４が導体層２ａにより拘束されていることによって厚み寸法がほとんど変化しないのに対して、スルーホール２から離れた部位では熱膨張によって基材１ａの厚み寸法が大きくなるからである。部品実装基板１が図９（ｂ）のように変形すると、スルーホール２の両端部において導体層２ａとランド４との連続部位にクラックが生じる可能性がある。
【０００５】
一方、部品端子をはんだで固定するランドに外力が作用することによって基材からランドが剥離するのを防止するために、ランドにダミースルーホールを形成し、ダミースルーホール内の接続導体を介して基材の表裏のランドを結合する技術が従来から知られている（たとえば、特許文献１参照）。この技術をスルーホール２の周囲のランド４に適用すれば、スルーホール２の周囲での変形を抑制して導体層２ａとランド４との連続部位にクラックが生じるのを防止することができると考えられる。
【０００６】
【特許文献１】
実開平７−３１６１号公報（第２頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献１に記載した技術を適用しようとすれば、スルーホール２の周囲に複数個のダミースルーホールを形成する必要があり、ダミースルーホールを含むスルーホール２の実質的な占有面積が大きくなり実装密度を高めることができないという問題がある。しかも、ダミースルーホールはスルーホール２の周囲の変形を抑制することができるとはいうものの、変形を完全に防止することができるわけではないから、依然として導体層２ａとランド４との連続部位にクラックが生じる可能性はある。
【０００８】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、基材が熱膨張などにより変形してもスルーホールの内周面と基材の各表面とに跨る接続導体にクラックが生じないようにした部品実装基板を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、絶縁材料からなる基材と、基材の両面に設けた導体パターンと、基材に貫設され部品端子を挿入するスルーホールと、スルーホールの内周面およびスルーホールの両端周部の導体パターンに跨る接続導体とを有し、スルーホールの両端部の内周面には基材の厚み方向における内部から各表面に向かって内径を大きくするテーパ部がそれぞれ形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記基材の両面に形成した前記導体パターンの層間接続を行う複数個のダミースルーホールが、前記スルーホールの周囲の応力を緩和できる程度の領域内でスルーホールの近傍に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記スルーホールの周囲に形成したランドの領域内に前記ダミースルーホールが形成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記接続導体のうち前記スルーホールの周部に形成した導体パターンの表面がはんだを結着する粗面であることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に説明する実施形態では、図６に示すように、印刷配線基板からなる部品実装基板１に各種の部品３を実装した非常灯用の回路ブロックに本発明の技術思想を適用した例を示す。図６に示す例では部品実装基板１に、部品３としてトランスやコネクタやコンデンサなどを実装してある。部品実装基板１は両面基板であって、図７および図８に示すように、ガラスエポキシのような絶縁材料からなる基材１ａの両面に銅箔からなる導体パターン１ｂが形成してあり、適宜位置には部品３の端子３ａを挿入するスルーホール２が形成される。図７は部品３が配置される面を示しており、以下ではこの面を部品面と呼ぶ。また、図８は部品面の反対側の面を示しており、以下ではこの面をはんだ面と呼ぶ。部品面とはんだ面とのいずれにおいても、スルーホール２の周囲には導体パターン１ｂの一部であるランド４が形成される。図７および図８はコネクタを実装する部位を示してある。また、スルーホール２の内周面にはスルーホールめっきにより導体層２ａ（図１参照）が形成されている。導体層２ａとランド４とは一体に連続しており、スルーホール２の内周面およびスルーホール２の両端周部の導体パターン１ｂに跨る接続導体（いわゆる、スルーホールランド）を形成する。以下の実施形態では、スルーホール２の周辺形状を具体的に説明する。
【００１４】
（実施形態１）
本実施形態では、図１に示すように、スルーホール２の両端部の内周面に、基材１ａの厚み方向における内部から各表面（はんだ面およびめっき面）に向かって内径をしだいに大きくするテーパ部６を形成してある。すなわち、テーパ部６を形成したことにより、スルーホール２の内周面の導体層２ａとスルーホール２の両端周部に形成したランド４とを一体に連続させた接続導体および基材１ａにおいてスルーホール２に臨む部位に面取りを形成した形になっている。この構成により、部品実装基板１に外力が作用しても接続導体（とくに、ランド４と導体層２ａとがつながる部位）に応力が集中することがなく、接続導体のクラックの発生を防止することができる。なお、図１に示す例では部品実装基板１において接続導体を除く部位は、はんだレジスト７で覆ってある。
【００１５】
上述した形状の部品実装基板１を製造するには、基材１ａに銅箔を積層した両面基板にスルーホール２を形成する際にテーパ部６を形成し、導体層２ａをスルーホールめっきにより形成すればよい。その後、部品３の端子３ａをスルーホール２に挿入し、はんだ５によりランド４に端子３ａを固定すれば部品３を部品実装基板１に実装することができる。はんだ５の適用は、はんだ槽に部品実装基板１を漬けることによって行われ、はんだ５の一部はスルーホール２を通して部品面に吸い上げられる。ランド４は基材１ａの両面に形成してあるから、図１に示すように、はんだ５を部品実装基板１の両面において盛り上げることができ、スルーホール２に対応する部位を部品実装基板１の厚み方向における両面から金属であるはんだ５で挟む形になり、このことによってもスルーホール２への外力の影響を防止することができる。しかも、部品実装基板１の厚み方向の両側からはんだ５で挟んでいるから、ランド４からのはんだ５の剥離も抑制する効果が得られる。
【００１６】
ここに、スルーホール２の周囲に複数個のダミースルーホールを形成した従来構成では、ダミースルーホールを含むスルーホール２の実質的な占有面積が大きくなり実装密度を高めることができないが、本実施形態の構成ではスルーホール２の周囲の加工が不要であり、ダミースルーホールを形成する場合に比較すると実装密度が高くなる。しかも、ダミースルーホールを形成する場合には、ダミースルーホールの間隔によっては熱膨張などにより生じた外力がスルーホール２に伝播することがあるが、本実施形態のようにテーパ部６を形成した構成ではスルーホール２自身において応力の集中が防止されるから、スルーホール２に外力が伝播しても接続導体にクラックが生じるのを防止することができる。つまり、ダミースルーホールを設ける場合よりも確実にクラックの発生を防止することができる。なお、本実施形態では、テーパ部６の形状としてスルーホール２の開口縁の角を落とした形状を採用することにより加工を容易にしているが、スルーホール２の内周面と基材１ａの表面とが滑らかに連続する形状とすれば、応力の集中をさらに緩和することができる。
【００１７】
（実施形態２）
本実施形態は、図２に示すように、実施形態１の構成に従来構成を組み合わせた構成を有するものであって、テーパ部６を設けたスルーホール２の周囲の複数箇所（図示例では４箇所）に基材１ａの両面の導体パターン１ｂの層間接続を行うダミースルーホール８を形成してある。ダミースルーホール８はスルーホール２よりも小径であって、スルーホール２の周方向において等間隔になるように配置してある。また、ダミースルーホール８は部品実装基板１に熱膨張などによる外力が作用したときにスルーホール２の周囲の応力を緩和できる程度の領域内でスルーホール２の近傍に形成してある。ダミースルーホール８の内周面にもスルーホール２と同様に導体層が形成され、導体層により基材１ａの厚み方向の両面の導体パターン１ｂ（ここでは、ランド４）の層間接続が行われる。つまり、スルーホール２の周囲において基材１ａの厚み方向の両面に形成したランド４はダミースルーホール８を介して電気的に接続される。
【００１８】
上述のように、スルーホール２の周囲に複数個のダミースルーホール８を形成していることによって、熱膨張などによる外力が作用したときにスルーホール２に応力が生じるのをダミースルーホール８がある程度緩和し、さらにテーパ部８によっても応力集中が防止されるから、導体層２ａとランド４とからなる接続導体にクラックが生じるのを防止することができる。本実施形態の構成を図７に示す導体パターン１ｂに適用すると図３のようになる。
【００１９】
本実施形態では、はんだ５がダミースルーホール８に流れないように、スルーホール２の周囲以外ははんだレジスト７で覆ってある。つまり、ダミースルーホール８の周囲もはんだレジスト７で覆ってあり、ダミースルーホール８にはんだ５が流れないようにしてある。また、本実施形態では、ランド４の領域内にダミースルーホール８を形成しているから、接続導体に万一クラックが生じたとしても基材１ａの各表面に形成した導体パターン１ｂ間の電気的接続状態をダミースルーホール８によって確保することができ、電気的接続の信頼性が高くなる。他の構成は実施形態１と同様である。
【００２０】
なお、図示例ではダミースルーホール８をランド４の領域内に形成しているが、このことは必須ではなくランド４とは電気的に接続されていない導体パターン１ｂを設けてダミースルーホール８を形成することも可能である。
【００２１】
（実施形態３）
本実施形態は、図４に示すように、実施形態２の構成において、スルーホール２とダミースルーホール８との周囲以外をはんだレジスト７で覆うようにしたものである。つまり、スルーホール２だけではなくダミースルーホール８にもはんだ５が流れるようにしたものである。したがって、はんだ５はスルーホール２だけではなくダミースルーホール８にも充填される。スルーホール２とダミースルーホール８との距離は実施形態２よりも小さくしてある。この構成によって、はんだ５を適用する際にはんだ５の一部はスルーホール２だけではなくダミースルーホール８にも吸い上げられ、ダミースルーホール８にはんだ５が充填される。他の構成は実施形態２と同様である。
【００２２】
本実施形態の構成を採用すると、スルーホール２とダミースルーホール８との両方に跨るようにはんだ５が流れるから、比較的広い面積に亘って金属であるはんだ５によりランド４の変形を抑制することができる上に、部品実装基板１の厚み方向の両側のはんだ５がスルーホール２を通して連結されるとともにダミースルーホール８を通しても連結されるから、ランド４とはんだ５との密着性が高くなり、電気的接続の信頼性が高くなる。
【００２３】
ところで、一般に鉛フリーはんだは比較的濡れ性が低く収縮時にランド４から剥離しやすいことが知られている。つまり、図５に示すように、はんだ５が収縮するとフィレット５ａの先端部がランド４を含む導体パターン１ｂから剥離して導体パターン１ｂとフィレット５ａとの間に隙間Ｇを生じる現象（いわゆる、「リフトオフ」）を生じることがある。このような隙間Ｇが生じると、電気的接続の信頼性が損なわれ、機械的な結合強度も低下する。そこで、導体パターン１ｂからのはんだ５の剥離を防止するために、導体パターン１ｂの表面ははんだ５を結着する粗面とするのが望ましい。つまり、導体パターン１ｂを凹凸のある粗面とすることにより、はんだ５の一部が粗面に食い込むことによって碇効果を生じ、導体パターン１ｂからのはんだ５の剥離を防止することができる。導体パターン１ｂの粗面化には、製造工程の最終工程でソフトエッチングあるいはレーザ加工を行う技術、途中工程（はんだレジスト７を塗布する前）でローレットあるいは電析を行う技術、両面を粗化した銅箔を基材１ａに接着することによって印刷配線基板を製造する技術などを採用することができる。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１の発明は、絶縁材料からなる基材と、基材の両面に設けた導体パターンと、基材に貫設され部品端子を挿入するスルーホールと、スルーホールの内周面およびスルーホールの両端周部の導体パターンに跨る接続導体とを有し、スルーホールの両端部の内周面には基材の厚み方向における内部から各表面に向かって内径を大きくするテーパ部がそれぞれ形成されているものであり、スルーホールの両端部にテーパ部を形成していることによって、スルーホールの内周面と基材の各表面とに跨る部位において接続導体が比較的滑らかに連続することになり、結果的に熱膨張などにより基材が変形しても接続導体の特定部位に応力が集中せずクラックが生じにくくなる。しかも、１つのスルーホールの両端部においてテーパ部を形成するだけであるから、スルーホールの周囲に複数個のダミースルーホールを形成する場合に比較すると実装密度を高めることが可能になる。
【００２５】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、基材の両面に形成した導体パターンの層間接続を行う複数個のダミースルーホールが、スルーホールの周囲の応力を緩和できる程度の領域内でスルーホールの近傍に形成されているので、ダミースルーホールを形成することによってダミースルーホールを設けていない場合に比較すると実装密度が低くなるが、ダミースルーホールによって基材の変形を抑制することに加えてテーパ部によって応力の集中を防止しているから、両者の効果が相乗的に作用して接続導体にクラックが生じるのを確実に防止することができる。
【００２６】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、スルーホールの周囲に形成したランドの領域内にダミースルーホールが形成されているので、基材の各表面の導体パターンがスルーホールにおいて電気的に接続されるだけではなく、ダミースルーホールによっても基材の各表面の導体パターンが電気的に接続されることになり、仮にスルーホールの内周面で接続導体に断裂が生じたとしてもダミースルーホールの部位で電気的接続状態を維持することができる。つまり、電気的接続の信頼性が高くなる。しかも、スルーホールの周囲の複数箇所で基材の各表面のランドを接合しているから、ランドの基材に対する接合強度が高くなり、ランドが剥離しにくくなる。
【００２７】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、接続導体のうちスルーホールの周部に形成した導体パターンの表面がはんだを結着する粗面であるから、ランドに対するはんだの結合力が高まり、はんだが溶融後に固化する際に収縮することによってはんだの一部がランドから浮き上がる現象（いわゆる、「リフトオフ」）が発生しにくくなり、部品とランドとの電気的接続の信頼性が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１を示す要部断面図である。
【図２】本発明の実施形態２を示し、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は要部断面図である。
【図３】同上の要部平面図である。
【図４】本発明の実施形態３を示し、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は要部断面図である。
【図５】実装時の問題点を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は拡大断面図である。
【図６】本発明の適用例を示す斜視図である。
【図７】図６に示した装置に用いる部品実装基板の要部平面図である。
【図８】図６に示した装置に用いる部品実装基板の要部下面図である。
【図９】従来例の問題点を示し、（ａ）は常温時の要部断面図、（ｂ）は高温時の要部断面図である。
【符号の説明】
１  部品実装基板
１ａ  基材
１ｂ  導体パターン
２  スルーホール
２ａ  導体層
３  部品
３ａ  端子
４  ランド
５  はんだ
６  テーパ部
８  ダミースルーホール
【図１】
2004153013.tif 000003
【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】
2004153013.tif 000010
【図９】
2004153013.tif 000011