(57)【要約】【課題】鉛フリーはんだ付け時におけるランドの露出現象を防ぐ回路基板及びこの回路基板を用いた電子機器を提供する。【解決手段】回路基板１は、図示しない回路配線と、部品面１ａ側に形成された部品面ランド２と、はんだ面１ｂ側に形成されたはんだ面ランド３と、これらのランドを接続するスルーホール４とを有している。部品面ランド２の部品面露出部２ｂの径となる部品面レジスト径ｃとはんだ面ランド３のはんだ面露出部３ｂの径となるはんだ面レジスト径ｆが異なるように、部品面ランド端部２ａ，はんだ面ランド端部３ａがそれぞれソルダーレジスト５，６で覆われている。これにより、ランドの露出部に鉛フリーはんだ８を行き渡らせてランドの酸化を防ぐことができる。【選択図】図１
2007150100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路配線と、部品面側に形成された部品面ランドと、はんだ面側に形成されたはんだ面ランドと、前記部品面ランドと前記はんだ面ランドを接続するスルーホールとを有し、前記スルーホールに挿入部品が挿入された状態で鉛フリーはんだを用いて実装される回路基板において、前記部品面ランドの露出部の径と前記はんだ面ランドの露出部の径とが異なるように、前記部品面ランド及び前記はんだ面ランドの各外周端部がそれぞれ保護材で覆われたことを特徴とする回路基板。
【請求項２】
前記保護材は、ソルダーレジスト又は基板シルクであることを特徴とする請求項１記載の回路基板。
【請求項３】
前記挿入部品が前記鉛フリーはんだではんだ付け実装された請求項１又は請求項２に記載の回路基板を用いたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛フリーはんだ付けに対応した回路基板及びこの回路基板を用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＵのＲｏＨＳ指令（有害物質使用禁止）の適用に向けて、国内でもグリーン調達の動きが加速しており、将来的には鉛入りはんだを使う電子機器を販売することができなくなる。そこで、鉛入りはんだに替わる例えば錫亜鉛系，錫銀系，錫銅系などの鉛フリーはんだの普及が進んでいる。しかし、鉛フリーはんだ（無鉛はんだ）には今だ種々の問題があり、その一つにランド剥離がある。ランド剥離は、鉛フリーはんだを使用してフローはんだ付けを行う際に、溶融はんだの凝固収縮に伴いランドとの接合部に大きな応力が掛かることにより発生する。このランド剥離を抑制した回路基板として特許文献１に開示されるものがある。
【０００３】
以下、図３を参照しながら特許文献１に開示される回路基板の基本構成について説明する。
【０００４】
11は、例えばプリント基板などの回路配線を有する回路基板であり、挿入部品が実装される側の面が部品面11ａ、例えばはんだ噴流によるフローはんだ付けや手作業によるはんだ付けなどが行われる側の面がはんだ面11ｂとなる。部品面11ａには例えば銅箔などの金属箔を被覆してなる環状の部品面ランド２が形成される一方、はんだ面11ｂにおいて部品面ランド２と対向する位置に例えば銅箔などの金属箔を被覆してなる環状のはんだ面ランド３が形成されており、これら部品面ランド２とはんだ面ランド３とを接続する連通孔としてのスルーホール４が回路基板11に穿設されている。スルーホール４の内周面には例えば銅などのメッキ層が中空管状に形成されており、部品面ランド２及びはんだ面ランド３とそれぞれ結合することにより一体化している。
【０００５】
部品面ランド２の外周端部となる部品面ランド端部２ａにはソルダーレジスト15が被せられており、同様に、はんだ面ランド３の外周端部となるはんだ面ランド端部３ａにもソルダーレジスト16が被せられている。部品面ランド２及びはんだ面ランド３のうち、ソルダーレジスト15，16で覆われていない部分である部品面露出部２ｂ及びはんだ面露出部３ｂは、銅箔表面が露出したままであり、一般的には耐熱プリフラックスによる基板表面処理が施されている。部品面ランド２とソルダーレジスト15との重なりの下限は基本的にソルダーレジスト15が部品面ランド端部２ａを覆うように、ソルダーレジスト15の開口範囲（露出部２ｂの径）が部品面ランド２のランド径よりも小さければよいが、ランド２とソルダーレジスト15との重なり部分の幅が０．０１ｍｍ以上であることが望ましく、０．０２ｍｍ以上である方が更に望ましい。一方、重なり幅の上限は、後述するはんだフィレット８ａが形成でき、ソルダーレジスト15の開口範囲がスルーホール４の径よりも大きくなるような範囲で決定される。はんだ面ランド３とソルダーレジスト16との重なりについても上記と同様の範囲で決定される。
【０００６】
７は、挿入部品としての電子部品のリードであり、回路基板11の部品面11ａ側からスルーホール４に挿通され、はんだ面11ｂ側から鉛フリーはんだを使用したフローはんだ付けが行われる。当該フローはんだ付け工程において、各種挿入部品を実装した回路基板11を例えば噴流はんだ槽に通すと、当該噴流はんだ槽内で溶融した鉛フリーはんだがはんだ面ランド３を濡らすと共に、その表面張力によりスルーホール４内をはんだ上がりし、反対面の部品面ランド２をも濡らす。そして、回路基板11が前記噴流はんだ槽を抜けると、スルーホール４に溜まった鉛フリーはんだ８が冷却凝固し、部品面ランド２及びはんだ面ランド３には鉛フリーはんだ８によるはんだフィレット８ａ，８ｂが形成される。このはんだフィレット８ａ，８ｂの半径はソルダーレジスト15，16の開口半径以下となっている。
【０００７】
上記構成では、はんだフィレット８ａが部品面ランド端部２ａよりも内側に形成され、鉛フリーはんだ８が収縮する時のはんだフィレット８ａに沿った斜め上方向への張力と、はんだフィレット形成角との関係により発生する、回路基板11の熱収縮に反発する力が最も回路基板11との密着が弱いランド端部２ａではなく、回路基板11との密着がより高いランド２の内側に掛かるようになるため、部品面ランド２を剥がれにくくすることができる。また、部品面ランド端部２ａが鉛フリーはんだ８によって固定されないため、部品面ランド２が回路基板11の熱膨張収縮により追従しやすくなる。これにより、鉛フリーはんだ８にて多発するランドはく離を抑制することが可能となる。
【特許文献１】特開２００２−２３７６７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述のように、鉛フリーはんだに対応した回路基板11では、基板表面処理がはんだレベラーから主に耐熱プリフラックスに替わっており、部品面ランド２，はんだ面ランド３等のランドを形成する銅箔パターンが露出している。鉛フリーはんだははんだ濡れ性が鉛入りはんだより悪く、フローはんだ付けを行った場合に、回路基板11においてはんだ面11ｂ側から部品面11ａ側へのはんだ上がりが不足し、部品面ランド２の中心部分にのみはんだフィレット８ａが形成され、その周りの銅箔パターンである部品面露出部２ｂが環状に露出したままとなる、いわゆる赤目現象が生じるという問題があった。上記従来の回路基板では、この赤目現象に考えが及んでおらず、ランド剥離を抑制することに傾倒していた。そのため、部品面ランド２にも良好なはんだフィレット８ａが形成されるように、部品面ランド２の部品面露出部２ｂははんだ面ランド３のはんだ面露出部３ｂと略同じ径になっており、鉛フリーはんだのはんだ濡れ性の悪さから溶融した鉛フリーはんだ８が部品面露出部２ｂの外周端部まで濡れ広がることが困難であった。部品面露出部２ｂが露出したままであるとやがて酸化し、ひいては電子機器の信頼性低下を招く虞がある。
【０００９】
そこで本発明は上記問題点に鑑み、鉛フリーはんだ付け時におけるランドの露出現象を防ぐ回路基板及びこの回路基板を用いた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】
【００１０】
本発明における請求項１では、回路配線と、部品面側に形成された部品面ランドと、はんだ面側に形成されたはんだ面ランドと、前記部品面ランドと前記はんだ面ランドを接続するスルーホールとを有し、前記スルーホールに挿入部品が挿入された状態で鉛フリーはんだを用いて実装される回路基板において、前記部品面ランドの露出部の径と前記はんだ面ランドの露出部の径とが異なるように、前記部品面ランド及び前記はんだ面ランドの各外周端部がそれぞれ保護材で覆われている。
【００１１】
本発明では鉛フリーはんだの濡れ広がり性があまり良くないという特性に着目し、部品面ランドの露出部の径とはんだ面ランドの露出部の径とを異ならせることにより、ランドの露出部に鉛フリーはんだを行き渡らせてランドの酸化を防ぐことができる。
【００１２】
本発明における請求項２の回路基板では、前記保護材は、ソルダーレジスト又は基板シルクであることを特徴とする。
【００１３】
このようにすると、回路基板に一般的に使用されている既存の材料を利用して各ランドを保護することができる。
【００１４】
本発明における請求項３の電子機器では、前記挿入部品が前記鉛フリーはんだではんだ付け実装された請求項１又は請求項２に記載の回路基板を用いたことを特徴とする。
【００１５】
このようにすると、鉛フリーはんだに対応した回路基板であっても信頼性の高い電子機器を提供することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の請求項１によると、鉛フリーはんだ付け時におけるランドの露出現象を防ぐ回路基板を提供することができる。
【００１７】
本発明の請求項２によると、低コストでランドを保護することができる。
【００１８】
本発明の請求項３によると、電子機器の信頼性を保ちながら鉛フリーはんだに対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しながら、本発明における回路基板の好ましい実施例を説明する。なお、従来例と同一箇所には同一符号を付し、共通する部分の説明は重複するため極力省略する。
【００２０】
図１は、本実施例における回路基板１の構成を示す縦断面図であるが、ソルダーレジスト５の被せ量以外の構成については、従来例の回路基板11と略同様である。すなわち、回路基板１は、図示しない回路配線と、部品面１ａ側に形成された部品面ランド２と、はんだ面１ｂ側に形成されたはんだ面ランド３と、これらのランドを接続するスルーホール４とを有している。部品面ランド２の外周端部となる部品面ランド端部２ａにはソルダーレジスト５が被せられており、同様に、はんだ面ランド３の外周端部となるはんだ面ランド端部３ａにもソルダーレジスト６が被せられているが、従来例と異なり、部品面露出部２ｂの径とはんだ面露出部３ｂの径との大小関係が異なっている。
【００２１】
同図において、ａはスルーホール４の直径を表すＴ／Ｈ径、ｂは部品面ランド２又ははんだ面ランド３の直径を表すランド径、ｃは部品面１ａ側に塗布されたソルダーレジスト５の開口直径を表す部品面レジスト径、ｄは部品面ランド２の部品面露出部２ｂの幅を表す部品面ランド残量、ｅは部品面ランド２の部品面ランド端部２ａとソルダーレジスト５との重なり幅を表す部品面レジスト被せ量、ｆははんだ面１ｂ側に塗布されたソルダーレジスト６の開口直径を表すはんだ面レジスト径、ｇははんだ面ランド３のはんだ面露出部３ｂの幅を表すはんだ面ランド残量、ｈははんだ面ランド３のはんだ面ランド端部３ａとソルダーレジスト６との重なり幅を表すはんだ面レジスト被せ量である。ここで、部品面レジスト径ｃ及び部品面レジスト被せ量ｅは部品面ランド残量ｄに合わせて設定される一方、はんだ面レジスト径ｆ及びはんだ面ランド残量ｇははんだ面レジスト被せ量ｈに合わせて設定されている。これは、部品面ランド２では、常に、はんだ上がりした鉛フリーはんだ８が濡れ広がることが可能なランド残量ｄとするためである。一方、はんだ面ランド３では、レジスト被せ量ｈをランド剥離が発生しない最小の値として、ランド残量ｇをできるだけ大きくして良好なはんだフィレット８ｂを形成させるためである。このように、ランド径ｂの増大量に比べて部品面レジスト径ｃの増大量は少ない、すなわち部品面ランド残量ｄは常にはんだ面ランド残量ｇよりも小さな値に設定されている。これに対してはんだ面レジスト径ｆ及びはんだ面ランド残量ｇはランド径ｂの大きさに比例して大きくなっている。なお、従来では、部品面ランド残量ｄははんだ面ランド残量ｇと略同値であり、どちらもランド径ｂの大きさに比例して大きくなっていた。
【００２２】
回路基板１の部品面１ａ側からスルーホール４にリード７が挿通され、はんだ面１ｂ側から鉛フリーはんだを使用したフローはんだ付けが行われる。当該フローはんだ付け工程において、各種挿入部品を実装した回路基板１を例えば噴流はんだ槽に通すと、当該噴流はんだ槽内で溶融した鉛フリーはんだがはんだ面ランド３を濡らすと共に、その表面張力によりスルーホール４内をはんだ上がりし、反対面の部品面ランド２をも濡らす。このとき、部品面ランド２の部品面露出部２ｂは鉛フリーはんだ８が十分に濡れ広がることが可能な量しかないため、部品面露出部２ｂの露出面は鉛フリーはんだ８により全面覆われる。そして、回路基板１が前記噴流はんだ槽を抜けると、スルーホール４に溜まった鉛フリーはんだ８が冷却凝固し、部品面ランド２及びはんだ面ランド３には鉛フリーはんだ８によるはんだフィレット８ａ，８ｂが形成される。このはんだフィレット８ａの直径は部品面レジスト径ｃと常に同値になり、部品面ランド２を形成する例えば銅箔などの金属箔が露出したままになることはない。従って、鉛フリーはんだ８の濡れ広がり性があまり良くなくても赤目現象を防止することができる。
【００２３】
このように、部品面ランド２の部品面露出部２ｂを小さくすることにより、赤目現象を効果的に防ぐことができるが、部品面ランド端部２ａを覆う保護材としてはソルダーレジスト５に限られず、部品面ランド２を被覆して酸化や腐食を防ぐことが可能なものであればどのようなものでもよい。従って、回路基板１の回路記号表示等に使用される基板シルクなどを保護材として使用してもよく、この場合は部品面ランド端部２ａにシルクスクリーン印刷を行うことで容易に実施可能である。
【００２４】
図２は、本実施例の変形例を示したものであり、部品面ランド２が全てソルダーレジスト５により覆われている。すなわち、当該変形例では部品面ランド２には部品面露出部２ｂが完全に無くなった状態になっている。図１の回路基板１に限らず、従来の回路基板11においても鉛フリーはんだ８の濡れ広がり性が良い特性を有する材料を使用した場合には、部品面露出部２ｂを全てはんだフィレット８ａで覆うことはできるが、いわゆるリフトオフの発生によりはんだフィレット８ａの裾がめくれ上がってしまい、露出する虞がある。そこで、当該変形例では、部品面ランド２を全てソルダーレジスト５で覆うことにより、部品面ランド２が露出する虞を完全に払拭している。但し、実際には、部品面ランド２の全面にソルダーレジスト５を塗布してしまうと、ソルダーレジスト５の位置誤差によりスルーホール４内にソルダーレジスト５が侵入してしまう虞があるため、当該位置誤差を見込んだ値のランド残量ｄを残すのが好ましい。
【００２５】
さらに、当該変形例では、いわゆる引け巣（凝固割れ）をも防ぐことができる。この引け巣は、金属が凝固する際における体積収縮の時間差により発生した歪みであり、溶融している鉛フリーはんだ８の容積が大きい程、顕著に発生し易い。従って、上記従来例で示したように部品面１ａとはんだ面１ｂの両面側に大きなはんだフィレット８ａ，８ｂが形成される両面基板に発生し易いが、部品面ランド２が全面ソルダーレジスト５で覆われているため、はんだフィレット８ａの形成が抑制され、鉛フリーはんだ８の容積をはんだフィレット８ａ分減少させて引け巣を防ぐことができる。このことから、引け巣を防ぐには最低限、部品面ランド２の部品面露出部２ｂの径となる部品面レジスト径ｃがソルダーレジスト５を設けない場合に部品面ランド２に形成される鉛フリーはんだ８のはんだフィレット８ａの径より小さくなるように、部品面ランド２を覆うようにすればよい。そうすれば、部品面ランド２に形成されるはんだフィレット８ａが従来に比べて小さくなり、鉛フリーはんだ８の容積を減少させることができる。ここでは、ソルダーレジスト５は部品面ランド２を覆うと共に溶融した鉛フリーはんだ８による濡れを阻害する保護材として作用している。もちろん、当該保護材は前述のように基板シルクとしてもよい。このような利点を得る反面、部品面１ａ側にはんだフィレット８ａが形成されないことによる接合強度不足が懸念されるが、鉛フリーはんだは現行の鉛入りはんだと同等以上の接合強度を有しているため、この点に関しては全く問題にならない。
【００２６】
以上のように本実施例では、回路配線と、部品面１ａ側に形成された部品面ランド２と、はんだ面１ｂ側に形成されたはんだ面ランド３と、部品面ランド２とはんだ面ランド３を貫通するスルーホール４とを有し、スルーホール４に挿入部品が挿入された状態で鉛フリーはんだ８を用いて実装される回路基板１において、部品面ランド２の部品面露出部２ｂの径となる部品面レジスト径ｃとはんだ面ランド３のはんだ面露出部３ｂの径となるはんだ面レジスト径ｆが異なるように、部品面ランド２及びはんだ面ランド３の各外周端部としての部品面ランド端部２ａ，はんだ面ランド端部３ａがそれぞれ保護材としてのソルダーレジスト５，６で覆われている。
【００２７】
本発明では鉛フリーはんだ８の濡れ広がり性があまり良くないという特性に着目し、部品面レジスト径ｃとはんだ面レジスト径ｆとを異ならせることにより、ランドの露出部に鉛フリーはんだ８を行き渡らせてランドの酸化を防ぐことができる。従って、鉛フリーはんだ付け時におけるランドの露出現象を防ぐ回路基板１を提供することができる。
【００２８】
また本実施例の回路基板１では、前記保護材は、ソルダーレジスト５，６又は基板シルクであることを特徴とする。
【００２９】
このようにすると、回路基板１に一般的に使用されている既存の材料を利用して部品面ランド２，はんだ面ランド３を保護することができる。従って、低コストでランドを保護することができる。
【００３０】
さらに本実施例の回路基板１では、部品面ランド２を覆うと共に溶融した鉛フリーはんだ８による濡れを阻害する保護材としてのソルダーレジスト５を設け、当該ソルダーレジスト５は、部品面ランド２の部品面露出部２ｂの径となる部品面レジスト径ｃがソルダーレジスト５を設けない場合に部品面ランド２に形成される鉛フリーはんだ８のはんだフィレット８ａの径より小さくなるように、部品面ランド２を覆うものであることを特徴とする。
【００３１】
このようにすると、部品面ランド２に形成されるはんだフィレット８ａが従来に比べて小さくなり、鉛フリーはんだ８の容積を減少させて引け巣を防ぐことができる。
【００３２】
そして、前記挿入部品が鉛フリーはんだ８ではんだ付け実装された回路基板１を電子機器に用いることにより、鉛フリーはんだ８に対応した回路基板１であっても信頼性の高い電子機器を提供することができる。従って、電子機器の信頼性を保ちながら鉛フリーはんだ８に対応することができる。
【００３３】
なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。本発明の回路基板１はあらゆる電子機器に使用可能であり、実装部品に関しても挿入部品と表面実装部品とを混載してもよい。また、回路基板１自体の構成については例えば材質，形状，層数などあらゆる回路基板に対して適用可能である。ランドの形状も特に限定されるものではなく、例えば、三角形や四角形等の多角形の他、楕円形，星形，十字形などどのような形状でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明における回路基板のスルーホール構造を示す縦断面図である。
【図２】同上、スルーホール構造の変形例を示す縦断面図である。
【図３】従来における回路基板のスルーホール構造を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  回路基板
１ａ  部品面
１ｂ  はんだ面
２  部品面ランド
２ａ  部品面ランド端部
２ｂ  部品面露出部
３  はんだ面ランド
３ａ  はんだ面ランド端部
３ｂ  はんだ面露出部
４  スルーホール
５，６  ソルダーレジスト（保護材）
８  鉛フリーはんだ
【図１】
2007150100.tif 000003
【図２】
2007150100.tif 000004
【図３】
2007150100.tif 000005