(57)【要約】【課題】  電子部品とプリント配線板の熱膨張率の違いにより温度変化に起因して両者のはんだ接続部に応力が生じ、スルーホールコーナ部のはんだ破断が発生してプリント配線板上での電気的接続が破壊されるのを防止する。【解決手段】  スルーホール４が形成され、その周囲にランド６が形成され、そのランドから延びる接続配線５が形成されているプリント配線板１において、スルーホール４のコーナ部に導電性樹脂層２を形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピン端子を有する電子部品を実装するための、導電化されたスルーホールを備えるプリント配線板であって、少なくとも一部のスルーホールのコーナ部の導電層が導電性樹脂層により被覆されていることを特徴とするプリント配線板。
【請求項２】
前記導電性樹脂層はコーナ部の全周もしくはその一部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板。
【請求項３】
前記導電性樹脂層は、熱硬化型または紫外線硬化型の樹脂に金属微粒子を混入した材料により形成されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載のプリント配線板。
【請求項４】
前記スルーホールは、めっき層を有するスルーホール（プレーテッドスルーホール）であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のプリント配線板。
【請求項５】
前記スルーホールのコーナ部は面取りされていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のプリント配線板。
【請求項６】
前記導電化されたスルーホールの少なくとも一部は導電性樹脂に被覆されることなく露出されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のプリント配線板。
【請求項７】
少なくとも一つのピン端子付き電子部品の搭載部のその搭載面側に形成された導電性樹脂層の基板面からの高さが、反対側の面に形成された導電性樹脂層の基板面からの高さより高いことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のプリント配線板。
【請求項８】
ピン端子付き電子部品が無鉛はんだを用いて実装されている請求項１から７のいずれかに記載されたプリント配線板を有する電子機器。
【請求項９】
前記電子部品のプリント配線板上での取り付け高さが前記導電性樹脂層により規制されていることを特徴とする請求項８に記載の電子機器。
【請求項１０】
前記電子部品のピン端子はライン状に配列されており、該電子部品のピン端子の挿入されるスルーホールの内最外端のピン端子が挿入されるスルーホールにのみ前記導電性樹脂層が形成されていることを特徴とする請求項８または９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、電子部品を実装するためのスルーホール（本明細書において、スルーホールとはプレーテッドスルーホールのように壁面が導電層で被覆された貫通孔のことである）を有するプリント配線板とこれを用いた電子機器に関し、特に、電子部品とプリント配線板の接続材料として鉛を含まないはんだ（無鉛はんだ）を用いる場合に好都合なプリント配線板とこれに電子部品を実装したものを有する電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ピン端子付きの挿入型電子部品は、プリント配線板のスルーホールにそのピン端子を挿入することによってプリント配線板に搭載された後、はんだフロー工程を経てプリント配線板上に実装される。図５は、従来のプリント配線板にコネクタなどの電子部品を実装した状態を示す断面図である。図５に示されるように、プリント配線板１は、ＦＲ−4（ガラス布エポキシ樹脂）などの樹脂積層板３を基板として形成されたものであって、スルーホールめっき層４ａを有するスルーホール４が複数個形成されている。そして、基板表面および裏面のスルーホールの周辺にはランド６が形成されており、また、基板表・裏面には必要な接続配線５が形成されている。
プリント配線板１には、筐体部８とピン端子９とを有する電子部品７が実装されている。すなわち、電子部品７のピン端子９がスルーホール４に挿入され、ピン端子９ははんだフィレット１０によりスルーホールめっき層４ａおよびランド６に機械的に固定されると共に電気的に接続されている。
なお、図示されてはいないが、基板表・裏面のはんだ付け部以外の領域には通常ソルダーレジストの被膜が施される。
【０００３】
従来、電子部品のピン端子とプリント配線板のスルーホールとの接続は錫−鉛はんだにより行われてきた。而して、通常、電子部品が実装されたプリント配線板を電気・電子機器に組み込んだ場合、回路への通電により、電子部品の温度が上昇することがある。このため、電子・電気機器のオン・オフにより電子部品およびその周囲に温度の上昇・低下が発生する。また、電子・電気機器のおかれた環境により、外部気温で電子部品およびその周囲に温度の上昇・低下が発生する。
このような温度上昇・低下に伴い、電子部品および電子部品が実装されたプリント配線板とプリント配線板のはんだ接続部は膨張・収縮を繰り返すことになる。このとき、プリント配線板の熱膨張係数と電子部品（の筐体部）の熱膨張係数の違いにより、同じ温度変化に対して伸び量の差が生じ、その結果、両者を接続しているはんだ接続部に応力が発生する。
しかしながら、錫−鉛はんだを用いて実装を行った場合においては、錫−鉛はんだが柔らかく変形し易い材料であったため、その変形や電子部品のピン端子の変形で、接続部に繰り返しかかる応力が緩和され、接続部の破壊は防止され、機器が必要とする電気的接続の寿命を保つことができた。
【０００４】
ところが、近年、環境を考慮したもの作りが重視され、鉛を含まないはんだ（無鉛はんだ）が、電子部品のプリント配線板への実装に用いられるようになってきた。一般的に、無鉛はんだは、錫−鉛はんだと比較して、延性に乏しく剛性が高いという特徴がある。このため、無鉛はんだ用いた場合、前述のような電気・電子機器のオン・オフや外部環境温度の変化によって生じる接続部への応力を、はんだの変形によって緩和する効果は得られにくくなる。その結果、貫通孔壁面でのめっき層剥離（スルーホール剥離）、スルーホールコーナ部での導体破断が発生し、所望の電気的接続が破壊される事故が発生する可能性が高くなる。その状況を図面を参照してより詳しく説明する。
図６（ａ）は、ピン端子９が無鉛はんだからなるはんだフィレット１０によりスルーホール４にはんだ付けされた状態を示す断面図である。上述した温度変化に起因する応力は、プリント配線板のスルーホール内壁部を構成するスルーホールめっき層４ａとそのめっき層の施されている樹脂積層板３との界面Ａに集中するため、応力負荷がかかりつづけると、図６（ｂ）に示されるように、応力集中箇所においてめっき層４ａが樹脂積層板２から剥離するスルーホール剥離１１が発生する。その後、図６（ｃ）に示されるように、その発生したスルーホール剥離を起点として、プリント配線板のスルーホール４のコーナ部にまで亀裂が進行し、コーナ部に銅層破断１２とはんだ破断１３が生じ、電子部品のピン端子９とプリント配線板の接続配線５との接続が絶たれることになる。
さらに、電子部品のピン端子が太く剛性が高いような場合やプリント配線板と電子部品の筐体部のスタンドオフがほとんどない場合、ピン端子の弾性変形による応力緩和が期待できないことから、上記した不具合の発生はより顕著となる。
【０００５】
スルーホールのコーナ部の亀裂を抑制するために、スルーホールのコーナ部の基材に面取りを行うことが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。しかし、このスルーホールコーナ部を面取りする手法は、電子部品のピン端子によりスルーホールのコーナ部に直接作用する応力を緩和することはできるものの、スルーホール剥離を起点として引き起こされるスルーホールコーナ部の導体破壊については抑止する機能は低く、コーナ部の面取りを行ってもプリント配線板と電子部品筐体部との熱膨張係数差に起因して発生する電気的導通不良の発生を防止することは困難であった。
【特許文献１】特開平０２−２１８１９１号公報
【特許文献２】特開平０４−２６１０８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決することであって、その目的は、第１に、電気・電子機器のオン・オフおよび外部環境温度変化による電子部品および電子部品周囲温度の上昇・低下で、電子部品とプリント配線板の熱膨張率の違いにより、スルーホール剥離が生じ、これに起因するコーナ部の疲労破壊が発生することがあっても、電子部品のピン端子とプリント配線の接続配線との接続が破壊されることのないようにすることである。第２に、電子部品とプリント配線板のスタンドオフを確保できるにして、電子部品のピン端子の弾性変形により応力緩和効果を向上させることができるようにことである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、ピン端子を有する電子部品を実装するための、導電化されたスルーホールを備えるプリント配線板であって、少なくとも一部のスルーホールのコーナ部の導電層が導電性樹脂層により被覆されていることを特徴とするプリント配線板、が提供される。
そして、好ましくは、前記導電性樹脂層はコーナ部の全周もしくはその一部に形成されている。また、前記導電性樹脂層は、熱または紫外線硬化性樹脂に金属微粒子を混入した材料により形成されたものである。また、好ましくは、前記スルーホールのコーナ部は面取りされている。また、一層、好ましくは、ピン端子付き電子部品の搭載面側に形成された導電性樹脂層の基板面からの高さが、反対側の面に形成された導電性樹脂層の基板面からの高さより高い。
【０００８】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、ピン端子付き電子部品が無鉛はんだを用いて実装されている上記のプリント配線板を有する電子機器、が提供される。
そして、好ましくは、前記電子部品のプリント配線板上での取り付け高さが前記導電性樹脂層により規制されている。また、前記電子部品のピン端子はライン状に配列されている場合には、好ましくは、該電子部品のピン端子の挿入されるスルーホールの内最外端のピン端子が挿入されるスルーホールにのみ前記導電性樹脂層が形成される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、プリント配線板のコーナ部には導電性樹脂層が形成されるので、例えコーナ部のめっき層が金属疲労により破断されることがあってもその上に形成されている導電性樹脂層により、電子部品のピン端子とプリント配線板の接続配線との電気的な接続は維持されるので、接続信頼性を向上させることができる。また、本発明によれば、プリント配線板の部品搭載面側の導電性樹脂層により、電子部品の搭載高さを一定以上に確保することが可能になり、電子部品および周囲温度の上昇・低下の際にプリント配線板と電子部品の熱膨張係数差によって生じる応力を電子部品のピン端子の弾性変形により吸収することが可能になり、スルーホール内部にかかる応力負荷を緩和することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、本発明の実施の形態について図を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態を示す断面図である。図１に示されるプリント配線板1は、次のように作成される。ＦＲ−４からなる樹脂積層板３を基板とする両面銅張り積層板にＮＣドリルマシンを使ってスルーホール形成個所に貫通孔を形成する。貫通孔形成後、活性化処理、無電解銅めっき、電解銅めっきを行って、貫通孔壁面にスルーホールめっき層４ａを形成する。次に、テンティング法または穴埋め法を用いて、基板表・裏面に接続配線５を形成すると共にスルーホール４の周囲にランド６を形成する。テンティング法や穴埋め法に代えパターンめっき法を用いてスルーホール４、接続配線５およびランド６を形成するようにしてもよい。あるいは、サブトラクティブ法に代えアディティブ法を用いてプリント配線板を形成してもよい。その後、図示されていないがはんだ付け個所以外の領域をソルダーレジストによって被覆する。
プリント配線板１の樹脂積層板材料としては、ガラス布エポキシ系以外の、ガラス布／ガラス不織布エポキシ系（ＣＥＭ−３）やガラス布ポリイミド系や紙フェノール系であってもよい。また、本実施の形態は両面プリント配線板に係るものであるが、本発明はこれに限定されず多層プリント配線板についても適用可能なものである。
【００１１】
導電性パターンの形成後、スクリーン印刷法を用いてスルーホールのコーナ部に導電性樹脂を印刷・塗布して導電性樹脂層２を形成する。基板表・裏面に形成する必要があるため、２回に分けて印刷する。印刷後、加熱処理を行って樹脂を硬化させる。導電性樹脂２は、はんだとの親和性が高いものを用いるのが望ましいが、一方でスルーホール内のはんだ濡れ性をよくするために、導電性樹脂層２の形成部位は、スルーホールコーナ部のみに留めるのが望ましい。
【００１２】
また、導電性樹脂としては、３次元架橋型のエポキシ樹脂などの熱硬化型樹脂中にＡｇ、Ｃｕ、Ａｕ等の良好な電気的良導体である金属粒子を分散させたものが用いられており、その比抵抗は１×１０−５Ωｃｍ程度である。樹脂材料としては、はんだフロー時の温度に耐え得るものであればエポキシ系以外の樹脂であってもよい。また、紫外線硬化型樹脂であってもよい。
導電性樹脂の供給方法としては、スクリーン印刷法に代え凹版印刷法など他の印刷法を用いてもよい。あるいは、ディスペンサにより塗布することもできる。さらには、印刷法とディスペンサによる塗布とを組み合わせて厚い塗膜を形成することもできる。
【００１３】
図２に示すように、上記のように形成されたプリント配線板１にピン端子付き電子部品を実装する。本実施の形態では、挿入型の電気部品としてコネクタを用いているが、コネクタに限定されるものではなく、電解コンデンサ等の挿入型の電子部品であってもよい。
図２に示されるように、プリント配線板に筐体部８とピン端子９とを有する電子部品７を搭載し、はんだフロー処理を行って電子部品のピン端子９をプリント配線板１のスルーホールめっき層４ａとランド６とにはんだフィレット１０によりはんだ付けする。
このはんだフロー処理工程は、概略次のように行われる。
１．プリント配線板の所定の位置に電子部品を搭載する。
２．プリント配線板の噴流はんだと接触する側にフラックスを塗布する。
３．予備加熱温度：100℃〜120℃程度に予備加熱する。
４．温度：250℃±5℃の錫−銀−銅系無鉛はんだを噴流するダブルウェーブはんだ槽にプリント配線板を、速度：0.8m〜1.2m/minにて接触させる。
５．冷却。
なお、はんだ材料は、錫−銀−銅系以外の無鉛はんだであってもよい。
【００１４】
図２に示すように電子部品７が実装されたプリント配線板１は、電気・電子機器に組み込まれ、最終製品の構成要素となる。これらの電子・電気機器は、回路への通電により、電子部品７およびその周囲が昇温する。このため、電気・電子機器における通電のオン・オフにより電子部品７およびその周囲に温度の上昇・低下が発生する。さらに、電気・電子機器のおかれた環境により、外部気温で電子部品７およびその周囲に温度の上昇・低下が発生する。そのため、電子部品７および電子部品７が搭載されたプリント配線板１が熱膨張・熱収縮を繰り返すことになる。ここで、コネクタの筐体材料としては、熱による膨張・収縮の大きいポリアミドやＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）などが一般的に用いられている。それぞれ熱膨張係数は、ポリアミドで８２ｐｐｍ／℃、ＰＢＴで８３ｐｐｍ／℃である。一方、一般的にプリント配線板の基材として用いられるガラス布基材エポキシ樹脂の基板面方向の熱膨張係数は１５ｐｐｍ／℃である。このように、プリント配線板の熱膨張・熱収縮量とコネクタなどの電子部品の熱膨張、熱収縮量との間にはに５〜６倍の差があり、両者を接続しているピン端子９−はんだフィレット１０−スルーホールめっき層４ａ間にその膨張差による応力が発生することになる。
【００１５】
錫−鉛はんだと異なり、錫−銀−銅系などの無鉛はんだは、剛性が高く変形による応力緩和能力が低い。また、電子部品の筐体部８のプリント配線板１に対するスタンドオフが小さい場合には、ピン端子９の変形による応力吸収効果も期待することはできず、応力は接着力の最も低い樹脂積層板３−スルーホールめっき層４ａ間に作用して、図３（ａ）に示されるように、ここにスルーホール剥離１１を発生させることになる。この剥離はスルーホールコーナ部に向かって進行し、図３（ｂ）に示されるように、銅層が切断される銅層破断１２を発生させるに至る。しかし、スルーホールコーナ部には導電性樹脂層２が形成されており、これは柔軟性に富む材料により形成されているため、樹脂積層板３−スルーホールめっき層４ａ界面より進行してきた剥離・破断はこの導電性樹脂層２により進行が停止される。そして、この導電性樹脂層２により電子部品のピン端子９とプリント配線板１のランド６および接続配線５との電気的な接続は確保されているので、接続不良による故障発生は回避される。
【００１６】
次に、図４を参照して導電性樹脂層２の各種の形成形態について説明する。
図４（ａ）、（ｂ）は、第１の形成形態を示す平面図と断面図である。この形成形態では導電性樹脂層２は、スルーホール４のコーナ部の一部にのみ形成されている。図示した例では３個所に分けて形成されているがその分割個数は限定されず任意の個数の領域に分けて形成することができる。このようにスルーホールのコーナ部の一部にのみ導電性樹脂層２を形成するのは、電子部品の筐体部の熱膨張係数がプリント配線板とのそれと比較して差が小さい場合や筐体部にＬＣＰ（液晶ポリエステル）やＰＢＴを使用する場合であってもガラス繊維の充填率が高い場合などであって、このような場合には導電性樹脂層をコーナ部の一部のみに形成しても上記の本発明の効果を得ることができる。
【００１７】
図４（ｃ）、（ｄ）は、導電性樹脂層の第２の形成形態を示す平面図と断面図である。この形成形態では、導電性樹脂層２は、スルーホール４のコーナ部の全周に形成されている。電子部品の筐体部がＡＢＳ（アクリロニトリルブタジェンスチレン）やポリアミド等を用いガラス繊維などがほとんど充填されていない材料で形成され、プリント配線板との熱膨張係数差が大きい場合は、この第２の形成形態のようにスルーホールコーナ部の全周に渡って導電性樹脂層を形成させるのが望ましく、これにより熱膨張係数差が大きい場合であっても高い信頼性を確保することができる。
【００１８】
図４（ｅ）は、導電性樹脂層の第３の形成形態を示す断面図である。この形成形態では、搭載される電子部品がその筐体部のプリント配線板からのスタンドオフを一定以上に確保することが望ましい場合に、その部品搭載部の導電性樹脂層２の基板面上の膜厚が厚くなされる。このようにすると、導電性樹脂層２によって搭載時の電子部品の底面高さが規制されることになり、一定程度の電子部品のピン端子の弾性変形が可能になるため、温度変化に起因するスルーホール内の応力を緩和することができる。スタンドオフを確保する必要のない電子部品の搭載個所に形成される導電性樹脂層や部品搭載面側と反対側に形成される導電性樹脂層に付いては、図４（ｅ）に示されるように高く形成する必要はない。
図４（ｆ）は、導電性樹脂層の第４の形成形態を示す断面図である。この形成形態では、スルーホールのエッジ部が面取りされている。この形成形態によれば、スルーホール内部に導電性樹脂層がはみ出さないようにすることができ、はんだフロー工程時にスルーホール内のはんだ濡れ上がりをはみ出した導電性樹脂層が阻害することがなくなり、信頼性の高いはんだ付けを行うことが可能になる。
図４（ｅ）、（ｆ）に示される第３、第４の形成形態は、スルーホールコーナ部の全周に形成されるものであってもまたその一部に形成されるものであってもよい。
【００１９】
導電性樹脂層破、必ずしもプリント配線板上のすべてのスルーホールのコーナ部に形成する必要はなく、通電のオン・オフおよび外部環境温度の変化に伴って生じる応力による亀裂が発生し易い電子部品のスルーホールのみに限定してもよい。応力による亀裂が発生し易い電子部品としては、ピン端子が太くピン端子の変形による応力緩和が期待しにくいものや筐体部の熱膨張係数が著しくプリント配線板のそれと異なるものが考えられる。また、その周辺部に形成されたランドが他の回路に接続されていないスルーホールについても、コーナ部に例え銅層破断やはんだ破断が発生しても、他の回路部と電気的接続がとれなくなるという不具合は生じないことから、導電性樹脂層の形成は省略することができる。
また、図２に示された電子部品のように、ピン端子がライン状に配列され、電子部品とプリント配線板の熱膨張、収縮による応力が最も負荷され易い部位が最外端のピン端子が挿入されるスルーホールである場合には、その最外端のピン端子が挿入されるスルーホールのコーナ部のみに導電性樹脂層の形成を限定することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明によるプリント配線板の一実施の形態を示す断面図。
【図２】図１に示されるプリント配線板に電子部品を実装した状態を示す断面図。
【図３】本発明の効果を説明するための断面図。
【図４】本発明の導電性樹脂層の形成形態を示す平面図と断面図。
【図５】従来のプリント配線板に電子部品を実装した状態を示す断面図。
【図６】従来例の問題点を説明するための断面図。
【符号の説明】
【００２１】
１  プリント配線板
２  導電性樹脂層
３  樹脂積層板
４  スルーホール
５  接続配線
６  ランド
７  電子部品
８  筐体部
９  ピン端子
１０  はんだフィレット
１１  スルーホール剥離
１２  銅層破断
１３  はんだ破断
【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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