(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁体基板の主表面に形成されたランド導体上に端子ピンの基端部が半田フィレットを介して接合されるとともに、
前記ランド導体は、前記端子ピンの基端部を取り囲む環状の主フィレット形成領域と、該主フィレット形成領域の半径方向外側に隣接するとともに、該ランド導体をなす導体層を放熱阻止切欠部によりランド周方向にて一部区間切り欠いた放熱阻止領域とを有し、
また、前記ランド導体を覆うとともに、前記端子ピンの基端部周囲にて前記主フィレット形成領域を環状に露出させるレジスト側第一切欠部と、前記放熱阻止領域にて前記放熱阻止切欠部が非形成とされた残存導体部を選択的に露出させるレジスト側第二切欠部とが形成されたソルダーレジスト層とを有し、
前記半田フィレットは、前記レジスト側第一切欠部の内側にて前記主フィレット形成領域上に配置され、前記端子ピンの前記基端部を覆う環状の主フィレットと、前記レジスト側第二切欠部の内側にて前記残存導体部上に配置された、前記主フィレットと導通するサブフィレットとを有し、
前記放熱阻止切欠部が周方向に複数断続形成され、前記残存導体部とこれに対応する前記レジスト側第二切欠部及び前記サブフィレットとが、隣接する放熱阻止切欠部間に放射状に形成されていることを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記半田がＳｎ系高温半田である請求項１記載の配線基板。
【請求項３】
前記レジスト側第二切欠部の前記端子ピンに近い側の端部が、前記レジスト側第一切欠部と連通してなる請求項１又は請求項２に記載の配線基板。
【請求項４】
前記ランド導体において前記放熱阻止切欠部が周方向に４つ形成され、前記残存導体部とこれに対応する前記レジスト側第二切欠部及び前記サブフィレットとが、前記主フィレット形成領域に連通する形で十字状に形成されている請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常の配線基板には、ＩＣ等とチップ接続するためのランド導体が形成され、半田によって端子ピンとランド導体とが接続された構造が採用されることがある。従来は、この接続用の半田としてＰｂを含有するものが用いられていたが、近年では環境問題への対応として、Ｐｂを含有しない、いわゆる無鉛半田が用いられる傾向にある。この無鉛半田は半田付け温度が高いといった問題があり、その対策として、端子ピン周囲にてランド導体を周方向に切り欠いて放熱阻止切欠部を形成したサーマルランドが使用される場合がある。放熱阻止切欠部においては、主要な熱伝導経路となる導体が存在しないので、溶融半田の放熱が抑制され、半田温度が下がり難くなる。従って、凝固点の高い無鉛半田の半田付けも問題なく行なうことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、上記のような従来のサーマルランドでは、放熱阻止切欠部と端子ピントの間の細い導体領域にしか半田フィレットを形成できないため、端子ピンの許容通電電流量が小さくなるという課題があった。
【０００４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ランド導体の半田接合部における放熱を抑制しつつ、そのランド導体から基板に流すことができる許容通電電流量を大きくとることが可能な配線基板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】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の配線基板は、絶縁体基板の主表面に形成されたランド導体上に端子ピンの基端部が半田フィレットを介して接合されるとともに、
ランド導体は、端子ピンの基端部を取り囲む環状の主フィレット形成領域と、該主フィレット形成領域の半径方向外側に隣接するとともに、該ランド導体をなす導体層を放熱阻止切欠部によりランド周方向にて一部区間切り欠いた放熱阻止領域とを有し、
また、ランド導体を覆うとともに、端子ピンの基端部周囲にて主フィレット形成領域を環状に露出させるレジスト側第一切欠部と、放熱阻止領域にて放熱阻止切欠部が非形成とされた残存導体部を選択的に露出させるレジスト側第二切欠部とが形成されたソルダーレジスト層とを有し、
半田フィレットは、レジスト側第一切欠部の内側にて主フィレット形成領域上に配置され、端子ピンの基端部を覆う環状の主フィレットと、レジスト側第二切欠部の内側にて残存導体部上に配置された、主フィレットと導通するサブフィレットとを有し、
放熱阻止切欠部が周方向に複数断続形成され、残存導体部とこれに対応するレジスト側第二切欠部及びサブフィレットとが、隣接する放熱阻止切欠部間に放射状に形成されていることを特徴とする。
【０００６】
上記構成によれば、ソルダーレジスト層に、ランド導体の放熱阻止切欠部間の残存導体部を露出させる形でレジスト側第二切欠部を形成し、該レジスト側第二切欠部を利用して主フィレットに導通するサブフィレットを形成することにより、ランド導体と半田フィレットの導通面積が増大し、ランド導体が放熱阻止用に切り欠かれているにも拘わらず許容通電電流量を効果的に増加させることができる。
【０００７】
本発明の配線基板は、半田をＳｎ系高温半田とすることができる。Ｓｎ系高温半田は、一般的に使用される共晶半田より高融点であり、端子ピンの半田接続時には放熱阻止切欠部の形成による半田放熱阻止が不可欠である。以下、本発明に採用可能なＳｎ系高温半田について説明する。Ｓｎ系高温半田とは、Ｓｎを主成分として液相線温度が２００℃以上２３２℃未満に調整された半田のことをいう。一般に多用されているＳｎ−Ｐｂ共晶半田は、Ｓｎ−３８質量％Ｐｂの共晶組成を有し、融点は１８３℃である。この組成からＰｂリッチ側にシフトしても、Ｓｎリッチ側にシフトしても合金の融点（液相線）は上昇する。単体のＳｎ金属は、共晶半田から単純に全てのＰｂを削減したものに相当し、融点が２３２℃である。本発明で採用可能なＳｎ系高温半田において「Ｓｎを主成分とする」とは、Ｓｎが共晶半田における６２質量％以上に含有されていることをいう。そして、その半田の融点を２００℃以上に設定することは、Ｓｎ−Ｐｂ共晶半田からＰｂ含有率を大幅に下げたＳｎ合金により半田を構成することを意味する（融点の上限は、例えばＳｎ単体の２３２℃である）。例えば、文献（「高信頼性Ｓｎ−Ａｇ系鉛フリー半田の開発」  豊田中央研究所Ｒ＆Ｄレビュー  Ｖｏｌ．３５  Ｎｏ．２  （２０００）  ３９頁）の表１に列挙されている各種組成のＰｂフリー半田においても、融点（液相線温度）Ｔｓは全て２００℃以上である。環境保護の観点からは、上記高温半田部材を構成するＳｎ合金は、Ｐｂ含有率が５質量％以下であること（より望ましくは１質量％以下であること、さらに望ましくは、不可避的不純物レベルのものを除き、Ｐｂが可及的に含有されていないこと）がよい、ということになる。
【０００８】
単体のＳｎ金属は融点が共晶半田の融点よりも５０℃近くも高く、そのままでは代替半田としての採用は難しい。この場合、採用可能なＳｎ系高温半田については、Ｓｎを主成分（前述のごとく、共晶半田における６２質量％以上の含有率をいう）として、共晶形成成分の主体はＰｂ以外の元素から模索する。Ｓｎ−Ｐｂ共晶半田からＰｂ含有率を大幅に下げたＳｎ合金により半田部材を構成しようとした場合、半田の融点は２００℃を超える高温半田となることが不可避となる。環境保護の観点からは、Ｓｎ系高温半田は、Ｐｂ含有率が５質量％以下であること（より望ましくは１質量％以下であること、さらに望ましくは、不可避的不純物レベルのものを除き、Ｐｂが可及的に含有されていないこと）がよい。
【０００９】
Ｓｎ系高温半田においてＳｎに添加する副成分は、融点低下効果がなるべく大きいことに加え、価格が安価であるか、多少高価であっても添加量が少なくて済むこと、半田付け性や流れ性が良好であること、耐食性に優れていること、などが条件となる。しかし、これらをバランスよく具備した副成分の種類は案外限られており、Ｚｎ、Ｂｉ、Ａｇ及びＣｕなど数元素に過ぎない。Ｓｎ−Ｚｎ系は１５質量％Ｚｎ付近に共晶点を有し、該組成で１９５℃程度まで融点が下がる。しかし、Ｚｎは耐食性に難点があり、通常は７〜１０質量％前後の添加量が留められるが、該組成付近の二元系では２１５℃前後までしか融点が下がらない。そこで、１〜５質量％のＢｉを添加して融点調整を行なうが、最終的に２００℃未満の融点を得ることは難しい。さらに、Ｂｉは高価であり、戦略物質でもあるため供給の安定性にも難がある。
【００１０】
一方、ＡｇやＣｕは、単独ではＳｎよりもはるかに高融点であるが、Ｓｎ−Ａｇ系については５質量％Ａｇ付近の、Ｓｎ−Ｃｕ系については２質量％Ｃｕ付近の、いずれもＳｎリッチ側に共晶点が存在する。また、Ａｇ−Ｃｕ系も共晶系であり、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕの三元共晶を利用することでさらに融点を下げることができる。しかし、Ｓｎ−Ａｇ系もＳｎ−Ｃｕ系も、いずれも二元共晶温度は２２０℃前後であり、３元共晶系を採用しても２００℃以下に融点を下げることは不可能である。
【００１１】
具体的には、低融点化の観点から、Ｓｎの含有量が９４質量％以上９９質量％以下であり、共晶形成副成分としてＡｇ及びＣｕの一方又は双方を合計で１質量％以上６質量％以下にて含有するＳｎ系高温半田を用いることが望ましい。例えば、Ｓｎ−Ａｇ系合金の場合、低融点化の観点からの推奨組成は、Ｓｎに対しＡｇ含有率が３質量％以上６質量％以下である。同様に、Ｓｎ−Ｃｕ系合金の場合、Ｓｎに対しＣｕ含有率が１質量％以上３質量％以下である。さらに、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金の場合は、Ａｇ＋Ｃｕが３質量％以上６質量％以下であり、Ｃｕ／（Ａｇ＋Ｃｕ）が質量比にて０．１以上０．５以下である。いずれの場合においても、半田の融点は２００℃以上となる。
【００１２】
次に、本発明の配線基板は、レジスト側第二切欠部の端子ピンに近い側の端部が、レジスト側第一切欠部と連通してなるものとすることができる。この構成のよれば、レジスト側第一切欠部とレジスト側第二切欠部とを連通させることで、レジスト側第一切欠部とレジスト側第二切欠部との間での半田の流動が容易となり、例えば半田ペーストをレジスト側第一切欠部で溶融すれば、半田はレジスト側第二切欠部にも回り込むため、主フィレット及びサブフィレットからなる半田フィレットを容易に形成することができる。また、レジスト側第一切欠部とレジスト側第二切欠部とが連通していることで、主フィレットとサブフィレットとを導通一体化させた構造を確実に得ることもできる。
【００１３】
本発明の配線基板では、放熱阻止切欠部が周方向に複数断続形成され、残存導体部とこれに対応するレジスト側第二切欠部及びサブフィレットとを、隣接する放熱阻止領域間に放射状に形成することができる。この構成によれば、サブフィレットを複数放射状に形成できるので、ランド面内の通電経路が均一に確保され、ひいてはランド導体の全体を有効活用して基板により多くの電流を流すことができる。
【００１４】
本発明の配線基板では、ランド導体において放熱阻止切欠部が周方向に４つ形成され、残存導体部とこれに対応するレジスト側第二切欠部及びサブフィレットとを、主フィレット形成領域に連通する形で十字状に形成することができる。この構成によれば、放熱阻止切欠部に対し、熱伝導経路となる残存導体部の形成比率が適度に抑えられ、またサブフィレットが十字状に形成されることで、ランド面内の通電も均一に行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図１、図２、図３を参照しつつ本発明の配線基板の第一実施例を説明する。本発明の配線基板は、端子ピン接続部の構造に特徴を有するものであり、この端子ピン接続部の構造を周知の配線基板、例えば、誘電体層と導体層とが積層され、主表面上に複数の端子ピン接続部が形成されるプリント配線基板に設けたものである。図１は、本発明の配線基板における端子ピン接続部１００の拡大斜視図であり、図２は図１のＡ１−Ａ１断面図、図３は図１のＢ１−Ｂ１断面図である。なお、配線基板の内部構造は周知のものとすることができるため、説明を省略する。
【００１６】
図１に示す端子ピン接続部１００は、ランド導体４が絶縁体基板の主表面に露出するよう形成されており、端子ピン１とランド導体４とが半田フィレット２により接合されている。ランド導体４は、図２に示すように、端子ピン１の基端部１ａを取り囲む環状の主フィレット形成領域５ａと、その主フィレット形成領域５ａの半径方向外側に隣接して、ランド導体４の周方向にて一部区間を放熱阻止切欠部４ｃにより切り欠いた放熱阻止領域５ｂと、ランド外周端形成領域５ｃとにまたがって形成され、下層の絶縁体層（誘電体層）６と接触している。放熱阻止領域５ｂは、ランド導体４が切り欠かれた放熱阻止切欠部４ｃとランド導体４が残存する残存導体部４ｂとが交互に連続して形成される環状の領域であり、放熱阻止切欠部４ｃは周方向に複数断続形成され、本実施例では４つ形成されている。
【００１７】
本実施例においては、端子ピン基端と主フィレット形成領域５ａと放熱阻止領域５ｂとランド導体の面積比が、１．１３：２．２７：４．５２：１．４４となっており、また、放熱阻止領域における放熱阻止切欠部４ｃと残存導体部４ｂとの面積比が１．６９：０．５６とされている。また、レジスト側第一切欠部３ａの内周側から外周側までの半径方向の長さとレジスト側第二切欠部３ｂの内周側から外周側までの半径方向の長さの比が２：１とされている。
【００１８】
また、ランド導体４は、ソルダーレジスト層３によってその一部が覆われている。ソルダーレジスト層３には、端子ピン１の基端部１ａの周囲にて主フィレット形成領域５ａを環状に露出させるレジスト側第一切欠部３ａと、放熱阻止領域５ｂにて放熱阻止切欠部４ｃが非形成とされた残存導体部４ｂを選択的に露出させるレジスト側第二切欠部３ｂとが形成されている。また、レジスト側第二切欠部３ｂは、主フィレット形成領域５ａの端部から残存導体部４ｂが形成される残存導体領域５ｂ´に向けて放射状に形成され、レジスト側第一切欠部３ａと連通しており、ソルダーレジスト層３には十字形状の切欠部３ａ，３ｂが形成されている。そして、これら切欠部３ａ，３ｂには半田フィレット２（２ａ，２ｂ）が充填される。
【００１９】
半田フィレット２は、ランド導体４と端子ピン１とを接合するためにレジスト側第一切欠部３ａの内側に充填される主フィレット２ａと、端子ピン１との接触面積を大きくとるために放射状に設けられたレジスト側第二切欠部３ｂの内側に充填されるサブフィレットとが一体をなすようにして形成され、下面においてランド導体４と接触している。
【００２０】
この半田フィレット２には、前述のＳｎ系高温半田が用いられる。含有される半田粉末がＳｎ系高温半田からなる半田ペーストをレジスト側第一切欠部３ａにて溶融させ、レジスト側第一切欠部３ａからレジスト側第二切欠部３ｂに濡れ拡がらせて形成される。半田フィレットを構成するＳｎ系高温半田として、例えば、Ｓｎの含有量が９４質量％以上９９質量％以下であり、共晶形成副成分としてＡｇ及びＣｕの一方又は双方を合計で１質量％以上６質量％にて含有するＳｎ系高温半田を用いられている。
【００２１】
また、ソルダーレジスト３には、層の主体となる樹脂材料として、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂等の絶縁性プラスチック材料が用いられる。この場合、紫外線硬化性兼加熱硬化性樹脂を使用すれば、同時に多数のランド導体４の露出部、すなわちレジスト側第一切欠部３ａやレジスト側第二切欠部３ｂを形成することができるから生産性向上を図る上で望ましい。材料の具体例としては、エポキシアクリレート樹脂、エポキシ樹脂の部分アクリル化樹脂、エポキシアクリレート樹脂への酸無水物付加物、無水マレイン酸共重合体等のアクリル系ポリマーとオリゴマーとの組み合わせ等を例示することができる。
【００２２】
以上、本発明の実施例を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００２３】
例えば、図４、図５、図６に示す端子ピン接続部１０１のように、レジスト側第一切欠部３ａとレジスト側第二切欠部３ｂとがつながっていないものであってもよい。従って、レジスト側第一切欠部３ａとレジスト側第二切欠部３ｂとの間にソルダーレジスト３が残存していたとしても、レジスト側第一切欠部３ａからレジスト側第二切欠部３ｂへの半田の流動を過度に妨げない範囲であればよく、最終的には、溶融した半田が残存するソルダーレジスト３を越えてレジスト側第一切欠部３ａからレジスト側第二切欠部３ｂへと流動し、主フィレット２ａ´とサブフィレット２ｂとが一体をなして形成されていればよい。なお、図４は、本発明の配線基板における端子ピン接続部１０１の拡大斜視図であり、図５は図１のＡ２−Ａ２断面図、図６は図４のＢ２−Ｂ２断面図である。
【００２４】
また、レジスト側第二切欠部３ｂ及びサブフィレット２ｂの数は、上記実施例のように４つに限られるものではなく、少なくともランド導体４の中心位置に対して周方向に等間隔で、かつ２以上配置されていればよい。例えば、レジスト側第二切欠部３ｂ及びサブフィレット２ｂを、ランド導体４の中心位置に対して周方向に等間隔で３つ又は５つ設けてもよい。これにより、端子ピン１からランド導体４への通電を均一に行なうことが可能となる。また、これらと同様に、放熱阻止切欠部４ｃ及び残存導体部４ｂの形成も周方向に等間隔に形成することで、熱伝導経路を端子ピン接続部内でバランスよく設けることが可能となる。なお、レジスト側第二切欠部３ｂは、全ての残存導体部４ｂ上に設ける必要は無く、上記のようにランド導体４の中心位置に対して周方向に等間隔で複数配置されていればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の配線基板における端子ピン接続部の第一実施例を示す斜視図。
【図２】図１のＡ１−Ａ１断面図。
【図３】図１のＢ１−Ｂ１断面図。
【図４】本発明の配線基板における端子ピン接続部の第二実施例を示す斜視図。
【図５】図４のＡ２−Ａ２断面図。
【図６】図４のＢ２−Ｂ２断面図。
【符号の説明】
【００２６】
１００、１０１  端子ピン接続部
１  端子ピン
２  半田フィレット
２ａ，２ａ´  主フィレット
２ｂ  サブフィレット
３ａ  レジスト側第一切欠部
３ｂ  レジスト側第二切欠部
４  ランド導体
４ｂ  残存導体部
４ｃ  放熱阻止切欠部
５ａ  主フィレット形成領域
５ｂ  放熱阻止領域
５ｃ  ランド外周端形成領域
【図１】
0004656419.tif 000002
【図２】
0004656419.tif 000003
【図３】
0004656419.tif 000004
【図４】
0004656419.tif 000005
【図５】
0004656419.tif 000006
【図６】
0004656419.tif 000007