(57)【要約】【課題】  部品と基板がそれぞれ逆方向に反る場合が多く、反り値の合計の大きい部品の中央部付近での実装不良（ハンダオープン）が発生する。【解決手段】  複数の端子を備える部品を実装する基板であって、部品が実装される基板の配線パターンは、部品の複数の端子のそれぞれに対して配置され、その部品の端部付近の端子に対する配線パターンよりも当該部品の中央部付近の端子に対する配線パターンのサイズが小さい。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の端子を備える部品を実装する基板であって、
前記部品が実装される基板の配線パターンは、前記複数の端子のそれぞれに対して配置され、前記部品の端部付近の端子に対する配線パターンよりも当該部品の中央部付近の端子に対する配線パターンのサイズが小さいことを特徴とする基板。
【請求項２】
前記配線パターンのサイズは、前記部品の実装時に生じる前記部品の各端子の反り値と、対応する前記基板の各配線パターンの反り値に応じて決定されていることを特徴とする請求項１に記載の基板。
【請求項３】
前記基板の各配線パターンに塗布するクリームハンダの量は、前記配線パターンのサイズに関係なく同量であることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板。
【請求項４】
前記配線パターンは前記部品の端子のピッチ方向の長さが一定で、前記ピッチ方向に直交する方向の配線パターンの長さが、前記部品の中央部付近の端子に対する配線パターンよりも前記部品の端部付近の端子に対する配線パターンの方が長いことを特徴とする請求項１に記載の基板。
【請求項５】
ハンダの組成やクリームハンダの高さや各パターンの幅を考慮に入れた比例係数を前記部品と前記基板の反り値の合計に乗じて、前記ピッチ方向に直交する方向の配線パターンの長さが決定されていることを特徴とする請求項１に記載の基板。
【請求項６】
前記部品のピッチ方向の配線パターンの幅と前記ピッチ方向に直交する方向の配線パターンの長さとの積が、前記部品と前記基板の反り値の合計値に応じて変更されていることを特徴とする請求項１に記載の基板。
【請求項７】
複数の端子を備える部品を基板に実装する実装方法であって、
前記部品が実装される基板の配線パターンは、前記複数の端子のそれぞれに対して配置され、前記部品の端部の端子に対する配線パターンよりも当該部品の中央部付近の端子に対する配線パターンのサイズが小さくされており、
前記基板の各配線パターンに塗布するクリームハンダの量を前記配線パターンのサイズに関係なく同量としてリフロー実装を行うことを特徴とする実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、外形サイズが大きく多ピンの部品や、端子ピッチの小さい部品をリフロー実装する基板と、当該基板に部品を実装する実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ＢＧＡ（Ball Grid Array）やＣＳＰ（Chip Size Package）など、基板に搭載される部品は、端子ピッチが小さくなる一方で端子数が増加してきている。これらの部品は端子数が多いため、部品の外形サイズが大きくなり、外形サイズが大きいために、実装時の加熱によって部品内の温度が不均一になりやすく部品の反りが発生しやすい。また、これら部品を構成する材料は、パッケージ部のモールドや端子部の金属のように複数存在し、これら複数の材料の熱膨張係数の違いにより、部品の実装の際の加熱及び冷却による部品の反りなどが発生しやすくなる。
【０００３】
また、加熱による反りは、部品だけでなく基板でも発生しやすくなってきている。これは近年、基板の厚みを薄くする傾向にあり、基板の厚さを薄くすることによりＶＩＡホールの小径化が可能になり、狭ピッチの部品からの配線の引き出しや配線部分の面積の削減に有効であるからである。しかしその反面、基板の厚みが薄くなると基板の反りが発生しやすくなる。
【０００４】
それ以前でも、部品や基板の加熱による反りは発生していたが、近年は、上述した部品と基板の反りによって実装時に発生する問題が増加している。以前は、基板の反りが発生してもクリームハンダの量を増やすことによって対応できた。しかしながら、大型部品と端子ピッチの小さい狭ピッチ部品とが同一基板上に実装されるケースが増えてきたことにより、クリームハンダの量を増やすだけでは対応できなくなっている。それは、大型部品の実装にはハンダの量を増やしたいが、狭ピッチ部品にはブリッジを避けるためにハンダ量を減らしたいという矛盾が発生するからである。
【０００５】
この反りによる実装不良に対する対策として、２つのアプローチが考えられる。一つ目は部品や基板のそれぞれに対して反りの対策をすることである。例えば特許文献１は、ＢＧＡやＣＳＰの製造時に発生する反りに応じてボールサイズを部分的に変更してハンダによる接続状態を調整することにより、実装不良に対処するためのハンダバンプ形成方法を開示している。これによれば、部品が反ってしまった分をハンダボールの大きさで吸収して実装不良の発生を防止している。
【０００６】
二つ目のアプローチは、基板の実装時に塗布するクリームハンダの量を部分的に増減して反りの分を吸収することである。
【０００７】
図８（Ａ）は、従来のリフロー実装を行う際のハンダの状態を示した図である。図８（Ａ）で（ａ）は基板の上面図を示し、（ｂ）は基板の断面図を示す。図８（Ａ）の（１）は、ハンダを塗布する前の状態であり、図８（Ａ）（２）は、クリームハンダ３を塗布した状態を示す図である。従来は、基板の配線パターン２の寸法Ｙｂと同サイズＹｂの面積のクリームハンダ３を塗布し、塗布量を増やす場合にはメタルマスクの厚みｈを変更することによって実現している。図８（Ａ）の（３）は、リフロー実装を行った後のハンダ４の塗布状態を示す図で、ハンダ４は厚みｈ１で塗布されている。
【０００８】
クリームハンダ３の量を部分的に増やすためには、メタルマスクの厚みを部分的に変更する必要があり、特殊なメタルマスクが必要となってしまう。それに対して、例えば特許文献２は、部品毎に、対応する基板の配線パターンのランド厚さをそれぞれ変更することによって、塗布されるクリームハンダの厚みを部品毎に変更する方法を開示している。この方法によれば、特殊なメタルマスクを用いる必要がないため、コストアップにならず、かつ部品の間隔を密にできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−１０７１７６号公報
【特許文献２】特開２００９−１０２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、前者の部品や基板に反りに対する対策方法は、対応不能な部品も存在するため万全でない。実際の基板に搭載される部品の中には、多ピンのコネクタ等のように、ハンダバンプがなく、反りに対する対策ができない部品が多い。また、一般的に用いられている融点の高い材質の基板などがあり、これらを使用すると基板の反り対策として有効であるがコストアップになってしまう。
【００１１】
また、後者の部分的にクリームハンダの厚みを変更する方法は、パターンの厚みを部分的に変更するため、特殊な基板の製造工程が必要になる。別の方法として、パターンの厚みではなくクリームハンダの印刷に用いるメタルマスクの厚みを部分的に変更する方法が知られているが、メタルマスクが特殊な形状になるためコストアップにつながる。
【００１２】
更に、近年増え続けてきている多ピンコネクタのように、部品の外形が大きく、端子ピッチが小さい狭ピッチ部品の場合、一つの部品の中で端子の場所によってハンダ塗布量を変更する必要がある。
【００１３】
図１は、ある多ピンコネクタの加熱時の反り値と、そのコネクタが実装される基板の加熱時の反り値を示した図である。図１において、横軸は端子の位置を示し、縦軸は反り量を示している。
【００１４】
図１において、１０１は部品の端子（配線パッド）の反りを示し、１０２は基板の反りを示している。そして１０３は、これら部品の端子の反りと基板の反りを合わせた反り量を示し、部品の中央部付近と基板の中央部付近で反りが大きくなっている。この様に、部品と基板がそれぞれ逆方向に反る場合が多く、反り値の合計の大きい中央部付近での実装不良（ハンダオープン）が発生する。今後、高密度で部品の種類が増大する基板の実装においては、このような特性は非常に大きな問題となる。
【００１５】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決することを目的とする。
【００１６】
本発明の特徴は、搭載する部品の端子の反りと基板の反りが発生しても、特殊な基板製造工程や特殊なメタルマスクを用いることなく、良好なハンダ付けを可能とする基板及びその実装方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために本発明の一態様に係る基板は以下のような構成を備える。即ち、
複数の端子を備える部品を実装する基板であって、
前記部品が実装される基板の配線パターンは、前記複数の端子のそれぞれに対して配置され、前記部品の端部付近の端子に対する配線パターンよりも当該部品の中央部付近の端子に対する配線パターンのサイズが小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、搭載する部品の端子の反りと基板の反りが発生しても、特殊な基板製造工程や特殊なメタルマスクを用いることなく、ハンダオープンもハンダブリッジも発生しない良好な実装が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】多ピンコネクタの加熱時の反り値と、そのコネクタが実装される基板の加熱時の反り値を示した図。
【図２】本発明の実施形態に係る基板の配線パターン形状を示す図で、図２（Ａ）は、基板の断面図、図２（Ｂ）は基板の上面図。
【図３】本実施形態に係る配線パターンに塗布するクリームハンダを説明する図で、図３（Ａ）は基板の断面図、図３（Ｂ）は配線パターンの上面図。
【図４】本実施形態に係る配線パターンとリフロー工程によって得られる溶けたハンダ４を示す図で、図４（Ａ）は基板の断面図、図４（Ｂ）は配線パターンの上面図。
【図５】本実施形態に係る配線パターンの形状の実現方法を説明する図。
【図６】配線パターン２の寸法を調整した基板の同一面上に、より端子のピッチの狭い部品が搭載される場合を説明する図。
【図７】本発明の実施形態２に係る基板の配線パターンの形状を示す図で、図７（Ａ）は、基板の断面図、図７（Ｂ）は基板の上面図。
【図８】従来のリフロー実装を行う際のハンダの状態を示した図（Ａ）と、実施形態に係るリフロー実装を行う際のハンダの状態を示した図（Ｂ）。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る本発明を限定するものでなく、また本実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。尚、図２から図８までに記載される同一物あるいは相当するものには、説明の反復を避けるために同一符号を付けた。
【００２１】
図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示す従来の配線パターン２の形状とクリームハンダ３の塗布のやり方に対して、本実施形態の差分と基本的な原理を簡単に示した図である。図８（Ｂ）でも（ａ）は基板の上面図を示し、（ｂ）は基板の断面図を示す。基板の配線パターン２の形状の違いとしては、図８（Ｂ）の（１）に示すように、従来の配線パターンの長さＹｂよりも長いＹａに延長している。しかし、この配線パターン２に塗布するクリームハンダ３の寸法は、図８（Ｂ）の（２）に示すように、配線パターン２の長さの違いに関係なく従来と同じＹｂである。リフロー実装時、加熱されるとクリームハンダ３が溶けて広がるため、ハンダ４は、図８（Ｂ）の（３）に示すような形状になる。即ち、図８（Ｂ）の（３）では、クリームハンダ３が溶けて配線パターン２の全面に広がるため、ハンダ４も同様に広がり、ハンダ４の高さは図８（Ａ）の（３）に示す従来のｈ１よりも低いｈ２になる（ｈ２＜ｈ１）。この原理を用いて本実施形態を詳しく説明する。
【００２２】
図２（Ａ）（Ｂ）は、本発明の実施形態１に係る基板の配線パターン２の形状を示す図で、図２（Ａ）は、基板の断面図、図２（Ｂ）は基板の上面図である。
【００２３】
図２（Ａ）において、基板１を断面で見たとき、この基板１に配置された複数の配線パターン２の厚さは全て同じであるが、図２（Ｂ）の基板１の上面から見たときの各配線パターン２の形状が、場所によって異なることが特徴である。この特徴を詳しく述べると、まず、各配線パターン２の横（Ｘ：部品５の端子のピッチ方向）の幅（以後、パターン幅Ｗ）は全て同じである。しかし、配線パターン２の縦（Ｙ：部品５の端子のピッチ方向と直交方向）の長さ（以後、パターン長Ｌ）は、部品５の端子と基板の反り値の合計（図１の１０３）に比例した寸法を基に、配線パターン２の場所によって変更している。この例（図１の１０３）の場合、部品５と基板１では、両端部付近では反りが少なく中央部付近で反りが大きいため、パターン長Ｌは、部品の両端部付近では長く、中央部付近では短い形状になる。配線パターン２は、部品５と基板１の反りの合計が最も大きい中央部近傍のパターン長を基準として、反りの合計値の小さい部分のパターン長を反り値に比例した寸法で、両端部近傍で部品５の反対側の方向に延長している。具体的な延長寸法の計算には、ハンダの組成やクリームハンダの高さ（メタルマスク厚）や各パターン幅（Ｗ）を考慮した比例係数を用いる。
【００２４】
図３（Ａ）（Ｂ）は、本実施形態に係る部品の端子に対応する各配線パターン２に塗布するクリームハンダ３を説明する図で、図３（Ａ）は、基板の断面図、図３（Ｂ）は配線パターンの上面図である。
【００２５】
図３（Ａ）に示すように、各配線パターン２に塗布するクリームハンダ３の厚みは全て同じである。また、各配線パターン２に塗布するクリームハンダ３の幅Ｗと長さＬｃも全て同じであることが特徴である。この図３（Ｂ）の例では、最短の配線パターン２の長さＬと同じ長さ（Ｌｃ＝Ｌ）のクリームハンダ３を全ての配線パターン２に同量塗布している。しかしながら、このクリームハンダ３の塗布の長さＬｃを、最短の配線パターンの長さＬよりも更に短く（Ｌc＜Ｌ）しても良い。但し、本実施形態では、全ての配線パターン２に対して同量のクリームハンダ３を塗布することが重要である。
【００２６】
図４（Ａ）（Ｂ）は、本実施形態に係る配線パターンとリフロー工程によって得られる溶けたハンダ４のパターンを示す図で、図４（Ａ）は、基板の断面図、図４（Ｂ）は配線パターンの上面図である。
【００２７】
実際には部品をマウンタで搭載してからリフローされるが、ここでは部品を搭載した場合は図示はしない。図４（Ａ）に示すように、部品を搭載しないでリフローにかけた場合には、基板の配線パターン２に応じて部品の両端部付近の溶けたハンダ４の高さが低く、中央部付近の溶けたハンダ４の高さが高いハンダ断面を得ることができる。これは部品の両端部付近では、クリームハンダ３が塗布されていなかった配線パターン２の部分に溶けたクリームハンダ３が流れることによって溶融したハンダ４が広がったため（図４（Ｂ））、溶融したハンダ４の高さが低くなるためである。
【００２８】
このように配線パターン２の形状とクリームハンダ３の塗布の状態によって、例え部品と基板が反っても、それらの反りの合計に応じて、溶けたハンダ４の高さを調整できるため、ハンダオープンによる実装不良が起こらない。また、ハンダ４の高さを高くするためにクリームハンダ３の厚さを多くしても、クリームハンダ３が塗布されていない配線パターン２の開口部にハンダが流れるため、ハンダブリッジの実装不良も起こらない。
【００２９】
具体的なパターンの形状としては、図５（Ａ）（Ｂ）に示すどちらの実現方法でもよい。図５（Ａ）のように、全ての配線パターン２の長さが同じで、その上に形成されるオーバーレジスト６の開口寸法長を変更しても良い。または図５（Ｂ）のように、全ての配線パターン２に対するレジスト６の開口寸法を全て同一にして、内部の配線パターン２の長さを変更しても良い。
【００３０】
更に、上述のような配線パターン２の寸法を調整した基板の同一面上に、より端子のピッチの狭い部品が搭載される場合を図６（Ａ）〜（Ｄ）を参照して説明する。
【００３１】
図６（Ａ）（Ｂ）は、図３と同様に、図６（Ａ）は、基板の断面図、図６（Ｂ）は配線パターンの上面図である。図６（Ａ）に示すように、各配線パターン２に塗布するクリームハンダ３の厚みは全て同じである。図６（Ｂ）では、最短の配線パターン２の長さと同じ長さの量のクリームハンダ３を全ての配線パターン２に同量塗布している。
【００３２】
図６（Ｃ）（Ｄ）は、端子のピッチが狭い部品に対する配線パターン２に塗布するクリームハンダ３を説明する図で、図６（Ｃ）は、基板の断面図、図６（Ｄ）は配線パターンの上面図である。ここでは、配線パターン２の長さを、クリームハンダ３を塗布する長さよりも長くすることで、基板全体での実装精度を向上させている。
［実施形態２］
前述の実施形態１では、配線パターン２の幅Ｗを一定にして、配線パターン２の長さＬでハンダ量を調整する方法を述べてきた。これに対して実施形態２では、配線パターン２の幅Ｗと長さＬで調整する例を説明する。
【００３３】
図７（Ａ）（Ｂ）は、本発明の実施形態２に係る基板の配線パターンの形状を示す図で、図７（Ａ）は、基板の断面図、図７（Ｂ）は基板の上面図である。
【００３４】
図７に示すように、各配線パターン２の幅Ｗと配線パターンの長さＬの積（Ｗ×Ｌ）（サイズ）を反り値の合計値に準じて決定しても良い。即ち、部品５の反り値が大きい中央部付近では狭い配線パターン２の幅Ｗ１と短い配線パターンの長さＬ１とし、部品５の反り値の小さい両端部付近では広い配線パターン２の幅Ｗ２（Ｗ１＜Ｗ２）と長い配線パターン２の長さＬ２（Ｌ１＜Ｌ２）を用いる。この場合にも、ハンダの組成やクリームハンダの高さ（メタルマスク厚）を考慮に入れた比例係数を用いて計算する。
【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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【図７】
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【図８】
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