(57)【要約】    【目的】鉛フリーはんだを用いたフロー工法において導通不良や断線を引き起こしにくくて信頼性の高いプリント配線板を提供する。    【構成】配線パターン14を形成されていない下面に、ランド電極13に接続され且つ配線パターン14に対向した状態で平行に形成された補助配線パターン17を形成し、ランド電極13の近傍に、配線パターン14と補助配線パターン17を電気的に接続するミニバイヤ18を形成し、これを含めて配線パターン14および補助配線パターン17の表面をレジスト15で覆う。レジスト15で覆われるミニバイヤ18にはリフトオフ現象が発生せず、しかも配線パターン14および補助配線パターン17がミニバイヤ18で接続されるので、ランド電極13から配線パターン14への回路が上下2回路となり、ランド電極13でのリフトオフ現象の影響が軽減される。【選択図】        図１
2007109836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも両面を含む複数の異なる面内にランド電極間等を接続するためのそれぞれの配線パターンを有し、同一ランド電極から引き出された異なる面の配線パターンの内の少なくとも２つがパターンの一部または全部で互いに対向しており、且つ電子部品がランド電極部のリード挿入孔にそのリードを挿入されて鉛フリーはんだで実装されるプリント配線板であって、
前記の配線パターンの内の少なくとも２つが互いに対向している位置に形成されて、これらの配線パターンを電気的に接続するためのミニバイヤと、
このミニバイヤを覆うソルダマスクと、
を備えている、
ことを特徴とするプリント配線板。
【請求項２】
少なくとも両面を含む複数の異なる面内にランド電極間等を接続するためのそれぞれの配線パターンを有し、同一ランド電極から引き出された異なる面の配線パターンの内の少なくとも２つがパターンの一部または全部で互いに対向しており、且つ電子部品がランド電極部のリード挿入孔にそのリードを挿入されて鉛フリーはんだで実装されるプリント配線板であって、
前記の同一ランド電極から引き出された異なる面の配線パターンの内の、パターンの一部または全部で互いに対向している少なくとも２つの配線パターン以外の配線パターンの面の内の少なくとも1つに形成されて、前記同一ランド電極に接続され且つこのランド電極から前記の配線パターンの内の少なくとも２つが互いに対向している位置まで引き出されてこれらに対向する補助配線パターンと、
前記の配線パターンの内の少なくとも２つが互いに対向している位置に形成されて、これらの配線パターンおよび補助配線パターンを電気的に接続するためのミニバイヤと、
このミニバイヤを覆うソルダマスクと、
を備えている、
ことを特徴とするプリント配線板。
【請求項３】
少なくとも両面を含む複数の異なる面内にランド電極間等を接続するためのそれぞれの配線パターンを有し、同一ランド電極から引き出された異なる面の配線パターンの内のいずれもが互いのパターンを全く対向させておらず、且つ電子部品がランド電極部のリード挿入孔にそのリードを挿入されて鉛フリーはんだで実装されるプリント配線板であって、
いずれかの配線パターンを基準配線パターンとし、
基準配線パターン以外の面の内の少なくとも１つに形成されて、前記同一ランド電極に接続され且つこのランド電極から前記基準配線パターンに対向する位置まで引き出されてこれに対向するように形成された補助配線パターンと、
前記基準配線パターンと補助配線パターンが互いに対向している位置に形成されて、これらを電気的に接続するためのミニバイヤと、
このミニバイヤを覆うソルダマスクと、
を備えている、
ことを特徴とするプリント配線板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鉛フリーはんだを用いたフロー（はんだ付け）工法において採用されるプリント配線板に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉛-錫共晶はんだを用いてプリント配線板に電子部品を実装する従来の接合工法としては、表面実装電子部品対応の、赤外線および熱風を単独あるいは併用して加熱・はんだ付けするリフロー工法と、挿入実装電子部品対応の、はんだを溶融したはんだ浴の噴流部に電子部品のリードを挿入したプリント配線板を通過させて加熱・はんだ付けするフロー工法と、が広く採用されている。これらの工法は、鉛フリーはんだを用いる場合にも同様に適用される。
しかしながら、鉛フリーはんだを用いたフロー工法においては、はんだの構成成分が多元素からなることや電子部品リードのめっき組成が混入することによって、液相線温度と固相線温度が10〜20℃の幅をもち、その結果として、はんだ噴流部通過後の冷却過程で、接合部のはんだが同時には凝固せず、凝固するまでに時間差を生ずる。これにより、プリント配線板の電極部とはんだの間に低融点成分の偏析が起きやすく、プリント配線板の電極部からはんだを剥離させるフィレット剥離現象が発生することがある。また、プリント配線板の電極部とはんだ間の接合強度が強い場合には、冷却過程でのはんだの凝固収縮およびプリント配線板の板厚方向の収縮（プリント配線板の基材の熱膨張係数がはんだや電子部品リードの熱膨張係数より大きい）によって、プリント配線板の基材から電極部を剥離させるランド剥離現象が発生することもある。これらの剥離現象をリフトオフ現象という。図５は、これらの現象をモデル的に示した、ランド電極13の中央および配線パターン14の中央を通る垂直面で切断した状態を示す断面図（以下では説明を簡便にするために「ランド電極中央および配線パターンの中央を通る垂直面で切断した状態を示す断面図」を単に「断面図」という)である。プリント配線板１の上面側にフィレット剥離発生部が示され、下面側にランド剥離発生部が示されている。通常、フィレット剥離は上面側で発生するが、ランド剥離は、上下いずれの面でも発生するし、中間配線がある場合にはこの部分でも発生する。なお、図5には示していないが、配線パターン14の表面は、ランド電極13との接続部の僅かの領域を除いて、はんだの濡れを防止するためのソルダマスクで覆われている。
【０００３】
このようなリフトオフ現象が発生すると、それ自体が問題になることもあるが、使用時における温度変化や振動、衝撃等によって、図６および図７に示すように、はんだ３やランド電極13、配線パターン14にクラックを発生させてこれを進展させ、導通不良や断線を引き起こす可能性があり、信頼性の面から問題となる。図６は、フィレット剥離発生部で、はんだ３の内部にクラックが進展した場合（上部左側）と、ランド電極13のコーナ部にクラックが進展した場合（上部右側）と、を示しており、図７は、ランド剥離発生部で、配線パターン14に断線が発生した場合（上部右側）を示している。ランド電極13でのクラックがその全周に及ぶと、これも導通不良や断線を引き起こす。
リフトオフ現象の抑制策としては、これまでに多くの技術が特許文献に開示されている。
【０００４】
図８は、従来のリフトオフ対策の一例を説明するための断面図であり、特許文献１に開示されているプリント配線板1aの断面図である。これにおいては、ランド電極13の外周部を、フォトリソグラフィやシルク印刷によって形成したソルダマスク（図では「レジスト」）15によって被覆して、ランド電極13上でのはんだの濡れ広がりを中間位置に止め、その結果として、はんだからの応力を抑制し、リフトオフ現象を抑制するものである。
図９は、従来のリフトオフ対策の他例を説明するための断面図であり、特許文献２に開示されているプリント配線板1bの断面図である。このプリント配線板1bは、両面に平行した配線パターンを有するプリント配線板であって、そのリード挿入孔12の近傍に補助導体挿入孔16が設けられており、この補助導体挿入孔16に両面の配線パターン間を電気的に接続する補助導体４が挿入され、電子部品リード22のはんだ付け時に補助導体４もはんだ付けされる。すなわち、このプリント配線板1bは、補助導体４を用いることによって両面の配線パターン間の接続を補助するという考えに基づいている。
【０００５】
更には、プリント配線板の基材としてガラス転移点が高く熱膨張係数が小さい材料を採用することで、はんだ付け時のプリント配線板の厚さ方向の膨張収縮を小さくして、ランド電極と基材間にかかる応力を減少させ、ランド剥離の発生を抑制するものもある。
しかしながら、特許文献１の対策は、部品の小型化や高密度化に伴ってランド電極が小形化すると、ランド電極の外周部をソルダマスクで覆うことが困難になる、という問題点を有し、特許文献２の対策は、補助導体４のはんだ接合が電子部品の挿入実装と本質的に変わらないので、リフトオフ現象の抑制策としては十分な効果を期待することが困難である。基材としてガラス転移点が高く熱膨張係数が小さい材料を採用することは、基材材料のコストを従来コストより高くすることになるので、プリント配線板が高価になるという問題点を有している。
【特許文献１】特開2001−332851号公報
【特許文献２】特開2002−185120号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明の課題は、鉛フリーはんだを用いたフロー工法において導通不良や断線を引き起こす可能性が低くて信頼性の高いプリント配線板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、少なくとも両面を含む複数の異なる面内にランド電極間等を接続するためのそれぞれの配線パターンを有し、同一ランド電極から引き出された異なる面の配線パターンの内の少なくとも2つがパターンの一部または全部で互いに対向しており、且つ電子部品がランド電極部のリード挿入孔にそのリードを挿入されて鉛フリーはんだで実装されるプリント配線板であって、前記の配線パターンの内の少なくとも2つが互いに対向している位置に形成されて、これらの配線パターンを電気的に接続するためのミニバイヤと、このミニバイヤを覆うソルダマスクと、を備えている。
この発明においては、同一ランド電極から引き出された異なる面の配線パターンの内の少なくとも2つがパターンの一部または全部で互いに対向しており、その対向位置にパターン間を電気的に接続するためのミニバイヤが形成されるので、ランド電極からミニバイヤまでは複数配線となる。しかも、ミニバイヤはソルダマスクで覆われているので、ミニバイヤにははんだが濡れ広がることはなく、ミニバイヤにおけるクラックの発生・進展の確率は、ランド電極におけるリフトオフ現象に伴うクラックの発生・進展の確率より大幅に低くなる。その結果として、ミニバイヤまでの複数配線が有効に機能し、複数配線の全てのランド電極部でリフトオフ現象が発生して進展しない限り、導通不良や断線となることは殆ど発生しなくなる。
【０００８】
請求項２の発明は、少なくとも両面を含む複数の異なる面内にランド電極間等を接続するためのそれぞれの配線パターンを有し、同一ランド電極から引き出された異なる面の配線パターンの内の少なくとも2つがパターンの一部または全部で互いに対向しており、且つ電子部品がランド電極部のリード挿入孔にそのリードを挿入されて鉛フリーはんだで実装されるプリント配線板であって、前記の同一ランド電極から引き出された異なる面の配線パターンの内の、パターンの一部または全部で互いに対向している少なくとも2つの配線パターン以外の配線パターンの面の内の少なくとも1つに形成されて、前記同一ランド電極に接続され且つこのランド電極から前記の配線パターンの内の少なくとも2つが互いに対向している位置まで引き出されてこれらに対向する補助配線パターンと、前記の配線パターンの内の少なくとも2つが互いに対向している位置に形成されて、これらの配線パターンおよび補助配線パターンを電気的に接続するためのミニバイヤと、このミニバイヤを覆うソルダマスクと、を備えている。
【０００９】
この発明においては、請求項１の発明におけるランド電極からミニバイヤまでの複数配線に補助配線パターンが追加されるので、導通不良や断線を発生する確率が更に低くなる。
請求項３の発明は、少なくとも両面を含む複数の異なる面内にランド電極間等を接続するためのそれぞれの配線パターンを有し、同一ランド電極から引き出された異なる面の配線パターンの内のいずれもが互いのパターンを全く対向させておらず、且つ電子部品がランド電極部のリード挿入孔にそのリードを挿入されて鉛フリーはんだで実装されるプリント配線板であって、いずれかの配線パターンを基準配線パターンとし、基準配線パターン以外の面の内の少なくとも１つに形成されて、前記同一ランド電極に接続され且つこのランド電極から前記基準配線パターンに対向する位置まで引き出されてこれに対向するように形成された補助配線パターンと、前記基準配線パターンと補助配線パターンが互いに対向している位置に形成されて、これらを電気的に接続するためのミニバイヤと、このミニバイヤを覆うソルダマスクと、を備えている。
【００１０】
この発明においても、補助配線パターンを形成することによって、ランド電極からミニバイヤまでを複数配線とするので、導通不良や断線を発生する確率が低くなる。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明においては、同一ランド電極から引き出された異なる面の配線パターンの内の少なくとも2つがパターンの一部または全部で互いに対向しており、その対向位置にパターン間を電気的に接続するためのミニバイヤが形成されるので、ランド電極からミニバイヤまでは複数配線となる。しかも、ミニバイヤはソルダマスクで覆われているので、ミニバイヤにははんだが濡れ広がることはなく、ミニバイヤにおけるクラックの発生・進展の確率は、ランド電極におけるリフトオフ現象に伴うクラックの発生・進展の確率より大幅に低くなる。その結果として、ミニバイヤまでの複数配線が有効に機能し、複数配線の全てのランド電極部でリフトオフ現象が発生して進展しない限り、導通不良や断線となることは殆ど発生しなくなる。したがって、この発明によれば、鉛フリーはんだを用いたフロー工法において導通不良や断線を引き起こす可能性が低くて信頼性の高いプリント配線板を提供することができる。
【００１２】
請求項２の発明においては、請求項１の発明におけるランド電極からミニバイヤまでの複数配線に補助配線パターンが追加されるので、導通不良や断線を発生する確率が更に低くなる。したがって、この発明によれば、鉛フリーはんだを用いたフロー工法において導通不良や断線を引き起こす可能性がより低くて信頼性の高いプリント配線板を提供することができる。
請求項３の発明においても、補助配線パターンを形成することによって、ランド電極からミニバイヤまでを複数配線とするので、導通不良や断線を発生する確率が低くなり、鉛フリーはんだを用いたフロー工法において導通不良や断線を引き起こす可能性が低くて信頼性の高いプリント配線板を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この発明によるプリント配線板は、ランド電極からの引き出し配線部をミニバイヤで電気的に接続された異なる配線パターン面からの複数配線にし、且つミニバイヤをソルダレジストで覆うことを特徴としている。
以下において、この発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明する。
なお、従来技術と同じ機能の部分には同じ符号を付ける。
【実施例１】
【００１４】
図１は、この発明によるプリント配線板の実施例１の構造を示し、（ａ）は外観斜視図であり、（ｂ）は（ランド電極中央および配線中央を通る垂直面で切断した状態の）断面図である。
この実施例のプリント配線板1cは、基材の上下両面のみに配線パターンを形成されるプリント配線板であって、請求項３の発明に該当し、挿入実装型電子部品のリードを挿入するリード挿入孔12を有するランド電極13には、基材11の上面に形成された配線パターン14のみが接続されるパターン構成のものである。このプリント配線板1cのランド電極13の近傍には、上面の配線パターン14に加えて、ランド電極13に接続され且つ配線パターン14にパターン面を対向させた状態で下面に平行に配置された補助配線パターン17と、配線パターン14と補助配線パターン17を電気的に接続するためのミニバイヤ18と、配線パターン14およびミニバイヤ18の表面を覆うソルダマスク（図１ではレジスト）15と、が形成されている。ソルダマスク15は、はんだの濡れを防止するための表面保護層であって、フォトリソグラフィやシルク印刷によって形成される。
【００１５】
このような構造にすると、電子部品実装時に、はんだがミニバイヤ18上に塗れ広がることはなく、その結果として、ミニバイヤ18にクラックが発生して進展することが殆どない。しかも、ミニバイヤ18によって上面の配線パターン14と下面の補助配線パターン17が電気的に接続されているので、ランド電極13からの引き出し配線は上下両面の複数配線となり、上下両面のランド電極13で同時にリフトオフ現象が発生して導通不良や断線を引き起こさない限り、実装された電子部品と配線パターン14とはランド電極13の外周につながる上下両面の配線パターンの両方またはいずれかを介して確実に接続される。
この実施例と同様の構成は、下面にのみ配線パターンが形成される場合にも適用できる。この場合には、補助配線パターンが上面に形成される。
【実施例２】
【００１６】
図２は、この発明によるプリント配線板の実施例２の構造を示す断面図である。
この実施例のプリント配線板1dは、実施例１と同様に基材の上下両面のみに配線パターンを形成されるプリント配線板であって、請求項１の発明に該当し、基材11の上下両面に対向して平行に形成された配線パターン14がランド電極13に接続されるパターン構成のものである。このプリント配線板1dには、上下両面の平行な一対の配線パターン14に加えて、ランド電極13の近傍位置に両面の配線パターン14を電気的に接続するためのミニバイヤ18と、配線パターン14およびミニバイヤ18の表面を覆うソルダマスク（図２ではレジスト）15と、が形成されている。
この実施例の場合は、ランド電極13に接続されている上下面の配線パターン14が対向して平行に形成されているので、実施例１のように補助配線パターンを形成する必要がなく、両配線パターン14をミニバイヤ18で接続し、ミニバイヤ18の表面もソルダマスク15で覆うことによって、実施例１とまったく同じ効果を得ることができる。
【００１７】
以上2つの実施例は、上下両面に配線パターンを形成されるプリント配線板のランド電極近傍のある方向の構成例を示したものであるが、実際のプリント配線板においては、1つのランド電極に複数の配線パターンが接続されることも多く、実施例１に記した２つの構成と実施例2の構成とが組み合わされて配置される。また、同一ランド電極から引き出された上下の配線パターンが途中で交差状態となってパターン面を対向させることもある。この場合にも、その対向位置に上下パターンを接続するためのミニバイヤを形成してその表面をソルダマスクで覆えば、実施例２と同様の機能をもつ。
【実施例３】
【００１８】
図３は、この発明によるプリント配線板の実施例３の構造を示す断面図である。
この実施例のプリント配線板1eは、基材の上下両面の配線パターンに加えて基材の内部に中間配線パターンを形成されるプリント配線板であって、請求項１の発明に該当し、互いに対向して平行な上面の配線パターン14および基材11の内部の中間配線パターン14aがランド電極13に接続されるパターン構成のものである。このプリント配線板1eのランド電極13の近傍には、配線パターン14および中間配線パターン14aを電気的に接続するためのミニバイヤ18aと、配線パターン14およびミニバイヤ18aの表面を覆うソルダマスク（図３ではレジスト）15と、が形成されている。
この実施例の場合は、ランド電極13に接続されている配線パターン14および中間配線パターン14aが対向して平行に形成されているので、実施例2と同様に、ミニバイヤ18aを形成し、このミニバイヤ18aもソルダマスク（図３ではレジスト）15で覆うことによって、実施例１と同様の効果を得ることができる。
【実施例４】
【００１９】
図４は、この発明によるプリント配線板の実施例４の構造を示す断面図である。
この実施例のプリント配線板1fは、実施例3と同じパターン構成のものであるが、請求項２の発明に該当する。このプリント配線板1fのランド電極13の近傍には、共にランド電極13に接続され且つ互いに対向して平行な上面の配線パターン14および内部の中間配線パターン14aに加えて、ランド電極13に接続され且つ中間配線パターン14aにパターン面を対向させた状態で下面に配置された補助配線パターン17と、配線パターン14と中間配線パターン14aと補助配線パターン17を電気的に接続するためのミニバイヤ18bと、配線パターン14およびミニバイヤ18bの表面を覆うソルダマスク（図４ではレジスト）15と、が形成されている。
この実施例の場合は、補助配線パターン17を形成することによって、ミニバイヤ18bで互いに接続されるランド電極13からの配線回路数が3つとなるので、上記3つの実施例より導通不良や断線を生ずる可能性が低くなる。
【００２０】
以上2つの実施例は、基材11の上下両面および内部の１層に配線パターンが形成されるプリント配線板の構造例を示したものであるが、中間配線パターンは１層に限定されるものではなく、また、ランド電極13に接続され且つ互いに対向して平行に形成されている配線パターンの組み合わせには、上記実施例の場合以外にも多くの組み合わせがある。また、上述したように、互いに対向して平行に形成されている配線パターンだけではなく、配線の途中で交差することによって対向しているものにも適用することができる。したがって、これらの組み合わせの全てに対して、必要に応じた補助配線パターンの配置と、ミニバイヤの形成およびソルダマスクの塗布が、実施例と同等あるいはそれ以上の効果を発揮することは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明によるプリント配線板の実施例１の構造を示し、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は断面図
【図２】この発明によるプリント配線板の実施例２の構造を示す断面図
【図３】この発明によるプリント配線板の実施例３の構造を示す断面図
【図４】この発明によるプリント配線板の実施例４の構造を示す断面図
【図５】従来技術によるプリント配線板の問題点を説明するための断面図
【図６】フィレット剥離に伴う問題点を説明するための断面図
【図７】ランド剥離に伴う問題点を説明するための断面図
【図８】従来のリフトオフ対策の一例を説明するための断面図
【図９】従来のリフトオフ対策の他例を説明するための断面図
【符号の説明】
【００２２】
１、1a、1b、1c、1d、1e、1f  プリント配線板
11  基材                            12  リード挿入孔
13  ランド電極                      14  配線パターン
14a  中間配線パターン               15  レジスト
16  補助導体挿入孔                  17  補助配線パターン
18、18a、18b  ミニバイヤ
２  電子部品
21  電子部品ボディ                  22  電子部品リード
３  はんだ
４  補助導体
【図１】
2007109836.tif 000003
【図２】
2007109836.tif 000004
【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】
2007109836.tif 000009
【図８】
2007109836.tif 000010
【図９】
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