(57)【要約】【課題】  はんだ溶融時のボイド発生を抑制しはんだ接合不良を低減して安定した接合品質、電気特性及び放熱性を確保する配線基板を提供する。【解決手段】  電子部品１３の第１電極１４とはんだで接合するランド１２を備えた配線基板１１であり、ランド中央部に直線状流路１７を設け、流路端縁が流路延設方向の各端縁１７ａ，１７ｂにランド端縁に対して少なくとも１ｍｍ以上長く配設され、流路幅Ｗ１はランド幅Ｗ２の２０％以上３０％未満の長さであり、流路上部に、ランド上面から流路深さ方向に流路内面沿いに第２電極１６が形成され、第２電極と第１電極とランドとの間ではんだ接合部１５が形成され、流路下部のはんだ接合部下方に空間１７ｃが形成される。第２電極が、第１電極とランド間のはんだ接合部厚みの３倍以上５倍未満の長さで形成され、はんだ接合部下方の空間は、流路最底部からの高さがはんだ接合部厚みの少なくとも３倍以上の長さで形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品の第１電極とはんだを介して接合するランドを備えた配線基板であって、
前記配線基板において、前記ランドに直線状の流路が設けられ、
前記流路の延設方向の各端縁において、それぞれ前記ランドの端縁から前記流路の端縁までの長さが、少なくとも１ｍｍ以上長く配設されて、前記流路の各端部が熱風流出入口として開口し、
前記流路の上部の幅は、前記ランドの幅の２０％以上３０％未満の長さで形成され、
また、前記流路の前記上部において、前記ランドの上面から前記流路の深さ方向に前記流路の内面に沿って第２電極が形成され、前記第２電極と前記電子部品の前記第１電極と前記ランドとの間ではんだ接合部が形成され、前記流路の下部である前記はんだ接合部の下方において空間が形成され、
前記第２電極が、前記電子部品の前記第１電極と前記ランドとの間の前記はんだ接合部の厚みの３倍以上５倍未満の長さで形成され、さらに前記はんだ接合部の下方に形成された前記空間は、前記流路の最底部からの高さが、前記電子部品の前記第１電極と前記ランドとの間の前記はんだ接合部の前記厚みの少なくとも３倍以上の長さで形成されている、配線基板。
【請求項２】
前記流路の底部の幅が、前記ランドの上面の前記流路の幅より短く、前記配線基板において前記ランドが形成された面と、前記ランドが形成された前記面から前記流路の深さ方向に前記流路の前記内面に沿って前記第２電極が形成された面とのなす角度θが、１００°≦θ≦１５０°となるように構成されている、請求項１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、電子部品を実装する配線基板に関し、配線基板上のランドと電子部品の電極とのはんだ接合部における気泡（以下、ボイドという。）の発生を抑制する配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子部品を配線基板に実装する一般的な方法としては、はんだペーストを配線基板に供給し、その上に電子部品電極を配置した後、加熱により、はんだ付けする方法がある。図４は、従来の電子部品４６が実装された配線基板４１の電極部分の拡大断面図である。
【０００３】
図４では、配線基板４１上のランド４２と電子部品４６の電子部品電極４４とがはんだ付けされることで、はんだ接合部４５が形成される。はんだ接合部４５のはんだペーストの溶融時に、はんだペーストに含まれるフラックスから発生するガス、又は、はんだペーストの印刷若しくは塗布による供給時に巻き込んだ空気等の気体が、溶融しているクリームはんだの中に存在した状態のままで固まることにより、ボイド１８が発生している状態を示している。
【０００４】
ボイド１８がはんだ接合部４５の内部に残留することにより、はんだ付け状態を均一に保つことができず、電子部品４６の電極４４と配線基板４１上のランド４２との間の電気特性が安定しないという課題及び接合強度の低下といった課題があった。これらの課題を解決するために、はんだペーストに含まれるフラックスから発生する気体又ははんだペースト塗布時に巻き込んだ空気等の気体の抜け道を形成するといった方法がある（特許文献１参照）。
【０００５】
図５は、特許文献１に記載の電子部品４６が実装された配線基板４１にはんだ付けされた後の断面図である。配線基板４１上のランド４２上に、レジスト４３が配置され、電子部品電極４４とランド４２とがはんだ接合されることで、はんだ接合部４５が形成されている。はんだ接合部４５でのボイドの発生を抑制する方法として、配線基板４１上のランド４２上に、レジスト４３により所定の幅でスリット５０を形成して、はんだ溶融時に発生する気体が、はんだ接合部４５の内部からスリット５０を通じて外部に排出されるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−３１１４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の配線基板４１にレジスト４３を形成して気体の流路としてスリット５０を形成する方法では、ボイドの原因となる気体をスリット５０から十分に排出できず、はんだ付け状態が不安定となって機械的接続強度の低下又は放熱性の低下を招くという課題があった。
【０００８】
本発明は、上記のような問題を解決するもので、電子部品電極とランドのはんだ接合部において、ボイドの発生を抑制することにより、良好なはんだ付け状態を確保し、高信頼性の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】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様では、次に述べる構成を特徴とするものである。
【００１０】
本発明の１つの態様によれば、電子部品の第１電極とはんだを介して接合するランドを備えた配線基板であって、
前記配線基板において、前記ランドに直線状の流路が設けられ、
前記流路の延設方向の各端縁において、それぞれ前記ランドの端縁から前記流路の端縁までの長さが、少なくとも１ｍｍ以上長く配設されて、前記流路の各端部が熱風流出入口として開口し、
前記流路の上部の幅は、前記ランドの幅の２０％以上３０％未満の長さで形成され、
また、前記流路の前記上部において、前記ランドの上面から前記流路の深さ方向に前記流路の内面に沿って第２電極が形成され、前記第２電極と前記電子部品の前記第１電極と前記ランドとの間ではんだ接合部が形成され、前記流路の下部である前記はんだ接合部の下方において空間が形成され、
前記第２電極が、前記電子部品の前記第１電極と前記ランドとの間の前記はんだ接合部の厚みの３倍以上５倍未満の長さで形成され、さらに前記はんだ接合部の下方に形成された前記空間は、前記流路の最底部からの高さが、前記電子部品の前記第１電極と前記ランドとの間の前記はんだ接合部の前記厚みの少なくとも３倍以上の長さで形成されている、配線基板を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の前記態様によれば、加熱時の熱風が熱風流出入口から流路内に流入することで、流路に形成された空間の直上のはんだの温度が高くなり、はんだの対流を促進してボイド発生気体の流路による排出を促し、流路から外部にボイド発生気体を排出することができる。その結果、はんだ接合部のはんだ内部に残存していたボイド発生気体を流路で外部へと排出してボイドの発生を抑制することができて、ボイド発生気体の残存による接合不良を抑制し、安定した接合品質、電気特性、及び放熱性を確保して、高信頼性の配線基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る配線基板の構成を示す上面図
【図２】図１の２−２線での拡大断面図
【図３】本発明の第２実施形態に係る配線基板の構成を示す図１の２−２線での拡大断面図
【図４】従来の電子部品がはんだ付けされた配線基板の拡大断面図
【図５】特許文献１に記載の配線基板の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態に係る配線基板について、図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１及び図２は、本発明の第１実施形態にかかる配線基板を説明するための図である。
図１は、電子部品１３の第１電極１４と配線基板１１のランド１２とがはんだ接合された状態を示す上面図である。また、図２は、図１の２−２線での拡大断面図である。
【００１５】
図１に示すように、電子部品１３が搭載される配線基板１１に、幅Ｗ４の細い長方形の凹溝が形成されている。この細い長方形の凹溝は、長方形のランド１２の幅方向の中央部に配置され、ランド１２の長手方向沿いに延在しかつ直線状の熱風出入用流路１７として機能するように設けられている。ランド１２の幅方向に対する流路１７の位置は、ランド１２の幅方向の中央部にすれば、はんだ内のボイド発生気体を効率良く均等にはんだから排出させることができる。しかしながら、厳密に中央部に配置せずとも、中央部付近でよい。また、はんだ内のボイド発生気体を効率良く均等に排出させる観点から、一例として、直線状の流路１７の軸方向も、ランド１２の長手方向沿いに配置しているが、長手方向に対して傾斜していてもよい。
流路１７の延設方向の長さｄ２は、電子部品１３が搭載されるランド１２の流路１７の延設方向の長さｄ１より長く配設されている。すなわち、流路１７の延設方向の両端縁１７ａ，１７ｂのそれぞれにおいて、ランド１２の端縁１２ａ，１２ｂから流路１７の端縁１７ａ，１７ｂまでの長さｄ０１及びｄ０２は、それぞれ、少なくとも１ｍｍ以上長く配設されている。なお、詳しくは後述するが、流路１７の上部は、はんだ接合部１５で埋まっており、流路１７の下部、すなわち、はんだ接合部１５の下方において空間１７ｃが形成されている。実際には、この空間１７ｃが熱風用の流路として機能する。
【００１６】
このように、ランド１２の幅方向の中央部に直線状の流路１７が設けられるとき、流路１７の延設方向の長さｄ２が、電子部品１３が搭載されるランド１２の前記流路１７の延設方向の長さｄ１より、長さ（ｄ０１＋ｄ０２）だけ長く配設されて、両端部が開口している。言い換えれば、流路１７の長手方向の両端部が、ランド１２の端縁１２ａ，１２ｂにおいて熱風流出入口１７ｄ，１７ｅとして開口している。流路１７の延設方向の各端縁１７ａ，１７ｂにおいて、ランド１２の端縁１２ａ，１２ｂから流路１７の端縁１７ａ，１７ｂまでの長さｄ０１及びｄ０２がそれぞれ１ｍｍより短い場合は、ランド１２の延設方向の両端縁１２ａ，１２ｂの流路１７の熱風流出入口１７ｄ，１７ｅが小さくなるため、熱風の十分な流入量を確保できない。長さｄ０１及びｄ０２は、同じ寸法でもよいし、異なっていてもよい。長さｄ０１及びｄ０２のそれぞれの上限値は、配線基板１１のそれぞれの縁部までの寸法としてもよい。
【００１７】
また、図２に示すように、配線基板１１に形成されたランド１２上に、はんだペーストが供給されて、はんだ接合部１５が形成される。
次に、電子部品１３は、配線基板１１上に、配線基板１１のランド１２上に電子部品１３の第１電極１４が配置されるように搭載されて、はんだ接合部１５が、ランド１２と第１電極１４との間に介在するように位置する。
次に、リフロー装置等の図示しない加熱手段からの熱風による加熱により、はんだ接合部１５のはんだペースト内のはんだが溶融し、電子部品１３の第１電極１４と配線基板１１のランド１２とがはんだ付けされる。
【００１８】
はんだ溶融時に発生しかつボイドの原因となる気体（すなわち、ボイド発生気体）は、はんだ内の対流により、外気との接触距離が短い部分に排出されやすい。例えば、配線基板１１上の電子部品１３の第１電極１４とランド１２との間の、外気と接するはんだ接合部１５又は流路１７によって確保される空間１７ｃに流動する。しかしながら、電子部品１３の第１電極１４と配線基板１１のランド１２との間に形成されるはんだ接合部１５は、通常、１００〜２００μｍ程度の薄い厚みで形成されるため、リフロー時の熱風流入量によらず、はんだの流動性を低下させている。
【００１９】
図２において、流路１７の上部の幅Ｗ１は、ランド１２の幅Ｗ２の２０％以上３０％未満の長さで形成されている。
この場合、流路１７の幅Ｗ１（すなわち、流路１７の上部の第２電極１６間の間隔）が、ランド１２の幅Ｗ２の２０％未満の場合、ボイド発生気体を排出するための熱風の十分な流入量を得るための空間１７ｃを確保することができない。一方、流路１７の幅Ｗ１がランド１２の幅Ｗ２の３０％以上の場合は、はんだが流路１７の内面１７ｆに濡れずに、流路１７の底部にまで流れ込む。その結果、流路１７内に形成された空間１７ｃを塞ぎ、熱風の流入する空間１７ｃが小さくなってしまう。このため、熱風の十分な流入量を流路１７で確保できない。さらに、はんだとランド１２とが接触する面積が小さくなるため、はんだ接合面積が小さくなり、接合強度が低下してしまう。
また、流路１７の上部において、ランド１２の上面から流路１７の深さ方向に流路１７の内面１７ｆに沿って、長さＷ３の第２電極１６が形成されている。
また、第２電極１６と電子部品１３の第１電極１４とランド１２との間には、はんだ接合部１５が形成され、流路１７の上部が、はんだ接合部１５で埋まっている。また、流路１７の下部、すなわち、はんだ接合部１５の下方において空間１７ｃが形成されている。ここで、第２電極１６の長さＷ３は、電子部品１３の第１電極１４と配線基板１１のランド１２との間のはんだ接合部１５の厚みｈ１の３倍以上５倍未満で形成されている。さらに、はんだ接合部１５の下方に形成された空間１７ｃは、流路１７の最底部からの高さｈ２が、電子部品１３の第１電極１４とランド１２との間のはんだ接合部１５の厚みｈ１の少なくとも３倍以上の長さで形成されたものである。
すなわち、ランド１２の上面から流路１７の深さ方向に流路１７の内面１７ｆに沿って形成された第２電極１６の長さＷ３は、電子部品１３の第１電極１４とランド１２との間のはんだ接合部１５の厚みｈ１の３倍以上５倍未満の長さで形成されている。この結果、配線基板加熱時、はんだは、ランド１２の上面から流路１７の深さ方向に流路１７の内面１７ｆに沿って形成された第２電極１６の部分にしか濡れ広がらないため、第２電極１６が形成されていない流路１７の内面１７ｇには、はんだ接合部１５が形成されない。このため、第２電極１６が形成されていない流路１７の内面１７ｇには、流路１７の空間１７ｃが確保される。
【００２０】
このような構成において、第２電極１６の長さＷ３が、ランド１２の上面から流路１７の深さ方向に流路１７の内面１７ｆに沿って、電子部品１３の第１電極１４とランド１２との間のはんだ接合部１５の厚みｈ１の３倍より短く形成される場合が考えられる。このような場合では、はんだの対流を促進してボイド発生気体を流動させる距離が確保できないため、はんだの対流によるボイド発生気体の排出が困難になる。
【００２１】
また、第２電極１６の長さＷ３が、ランド１２の上面から流路１７の深さ方向に流路１７の内面１７ｆに沿って、電子部品１３の第１電極１４とランド１２間のはんだ接合部厚みｈ１の５倍以上長く形成される場合も考えられる。このような場合も、流路１７の深さ方向に流路１７の内面１７ｆに沿って形成された第２電極１６の端部まではんだが濡れ広がっているため、はんだの対流によるボイド発生気体が流動する距離が長くなり、ボイド発生気体が排出しきれない。
【００２２】
さらに、流路１７の下部、すなわち、はんだ接合部１５の下方に形成される空間１７ｃにおいて、流路１７の最底部からの高さｈ２が、電子部品１３の第１電極１４とランド１２間のはんだ接合部厚みｈ１の３倍未満の場合、ボイド発生気体を排出するために熱風の十分な流入量を得るための空間１７ｃが確保できない。
【００２３】
第１実施形態によれば、前記構成により、リフロー時、熱風により加熱された電子部品１３又は配線基板１１から伝達した熱によって加熱されるはんだ内の上部の温度よりも、熱風流出入口１７ｄ，１７ｅから流路１７へ流入した熱風により加熱されるはんだ内の下部の温度のほうが高くなる。このため、はんだ内には温度差が生じ、温度の高いはんだ内の下部のはんだは、膨張して密度が小さくなる。よって、はんだ内において、軽くなってはんだ内の下部のはんだが上部へ向かう流れが生じる。さらに、はんだ内の下部よりも温度が低い、はんだ内の上部のはんだは、はんだ内の下部から上部へ向かう流れと入れ替わって、はんだ内の上部から下部へ向かう流れとなる。
【００２４】
つまり、はんだ内においては、流路１７の空間１７ｃの直上のはんだ内の下部から、はんだ内の上部すなわち電子部品１３の第１電極１４の下部のはんだへの対流が発生し、はんだ内のボイド発生気体は、このはんだの循環する流れに乗って流路１７の空間１７ｃ内に排出される。
【００２５】
以上の構成により、加熱時の熱風が熱風流出入口１７ｄ又は１７ｅから流路１７内に流入することで、流路１７に形成された空間１７ｃの直上のはんだの温度が高くなり、はんだ溶融時のはんだの対流を促進して、はんだの流動性を向上させることができる。はんだの対流が促進されることにより、はんだ接合部１５のはんだのボイド発生気体の流路１７の空間１７ｃへの排出を促し、排出されたボイド発生気体を流路１７の空間１７ｃから熱風流出入口１７ｅ又は１７ｄを通して流路外部に排出することができる。その結果、ボイドの発生を抑制することができて、ボイド発生気体の残存による接合不良を抑制し、安定した接合品質、電気特性、及び放熱性を確保して、高信頼性の配線基板を提供することができる。
【００２６】
図３は、本発明の第２実施形態にかかる配線基板を説明するための図である。
【００２７】
図２に示す第１実施形態に加え、第２実施形態では、図３に示すように、配線基板１１上のランド１２の上面から流路１７の深さ方向に徐々に狭まるように傾斜した流路１７の傾斜内面１７ｈに沿って傾斜して形成された第２電極１６の面と配線基板１１の上面（すなわち、配線基板１１のランド１２が形成された面）とのなす角度θを１００°≦θ≦１５０°とする。また、このように第２電極１６が傾斜して対向することにより、流路１７の底部の幅Ｗ４が、ランド１２の上面の流路１７の幅Ｗ１より短くなるように形成している。このように構成することで、流路１７に形成された空間１７ｃの直上のはんだは、電子部品１３の第１電極１４と配線基板１１上のランド１２とに挟まれたはんだよりも、はんだが対流する経路の断面積が大きくなり、はんだの内部に圧力差が生じる。
【００２８】
この圧力差によって、断面積が小さく圧力の低い電子部品１３の第１電極１４と配線基板１１上のランド１２に挟まれたはんだは、断面積が大きく圧力の高い流路１７に形成された空間１７ｃの直上のはんだよりも、はんだの対流が速くなるため、はんだの内部でのはんだの対流をより促進することができる。
【００２９】
この際、角度θが１００°より小さい場合は、ランド１２の上面から流路１７の深さ方向に流路１７の内面１７ｆに沿って形成された第２電極１６とランド１２が形成された面とに挟まれたはんだ及び電子部品１３の第１電極１４の下部とランド１２が形成された面とに挟まれたはんだでは、はんだの対流する経路の断面積が変化しないため、はんだの対流が促進されにくい。また、角度θが１５０°より大きい場合は、流路１７の空間１７ｃが狭まるので、はんだの内部で温度差を生じさせ、はんだの対流を促すための十分な熱風量を確保できない。
【００３０】
以上の構成により、流路１７の縦断面形状の上部を逆台形状（例えば逆等脚台形状）に形成してはんだ接合部１５を配置して、流路１７に形成された空間１７ｃの直上のはんだ（すなわち、空間直上はんだ）は、電子部品１３の第１電極１４と配線基板１１上のランド１２とに挟まれたはんだ（すなわち、電極−ランド間はんだ）よりも、はんだが対流する経路の断面積が大きくなり、はんだの内部に圧力差が生じるようにしている。この圧力差によって、断面積が小さく圧力の低い電極−ランド間はんだは、断面積が大きく圧力の高い空間直上はんだよりも、はんだの対流が速くなるため、はんだの内部でのはんだの対流をより促進することができる。このような状態で、加熱時の熱風が熱風流出入口１７ｄ又は１７ｅから流路１７内に流入して熱風流出入口１７ｅ又は１７ｄから排出されれば、流路１７に形成された空間１７ｃの直上のはんだの温度が高くなる。すると、はんだ溶融時のはんだの対流をより促進して、はんだの流動性をより向上させることができる。よって、ボイド発生気体の流路１７による排出をより促し、はんだ接合部１５の内部から外部へ流路１７を通じてボイド発生気体を効率良く排出することができる。その結果、ボイドの発生を抑制することができて、ボイド発生気体の残存による接合不良を抑制し、安定した接合品質、電気特性及び放熱性を確保して、高信頼性の配線基板を提供することができる。
【００３１】
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の前記態様にかかる配線基板は、ボイド発生気体の残存による接合不良を抑制し、安定した接合品質、電気特性及び放熱性を確保することができるという効果を有するので、電子部品実装に限らず、はんだ接合面を有する部材間の接合であれば、他の技術分野にも応用が可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１１  配線基板
１２  ランド
１２ａ，１２ｂ  ランドの端縁
１３  電子部品
１４  電子部品の第１電極
１５  はんだ接合部
１６  第２電極
１７  流路
１７ａ，１７ｂ  流路の端縁
１７ｃ  空間
１７ｄ，１７ｅ  熱風流出入口
１７ｆ  第２電極が形成される、流路の内面
１７ｇ  第２電極が形成されていない、流路の内面
１８  ボイド
４１  配線基板
４２  ランド
４３  レジスト
４４  電子部品電極
４５  はんだ接合部
４６  電子部品
【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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