(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路パターンを形成する金属板を樹脂で覆うように成形した樹脂成形基板において、部品挿入穴を中心とした前記金属板の両面には、円形に樹脂を入れない部分を設けて電極部を形成することで前記電極部周辺が樹脂によって覆われ、前記電極部に前記部品挿入穴とは別に、半田付け時に発生するフラックスガスを噴出させるための少なくとも一つの穴を設けることを特徴とする樹脂成形基板。
【請求項２】
前記穴を前記電極部のみに設けるとともに、前記部品挿入穴の周囲に配することを特徴とする請求項１記載の樹脂成形基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属板で回路パターンを形成し、金属板を樹脂で覆うように成形して回路基板として使用する樹脂成形基板に関するものであり、特に、電子部品としてリード付き部品を挿入して使用するための部品挿入穴を電極部に有しており、電子部品の接合にはフロー半田付け、もしくはディップ半田付けを行う樹脂成形基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子部品は電子機器の小型化、高機能化の要求に伴って高密度実装化され、リード線のない表面実装型のものが注目されつつある。そしてこのプリント基板の電子部品の高密度実装化は、クリーム半田などによるリフロー半田付け技術の進歩とともに一段とはずみがかかっている。
しかしながら、大電流や高周波を扱う電子機器分野では、電子部品の表面実装化は遅れている。また従来のプリント基板では、ガラスエポキシ樹脂や紙フェノール樹脂に銅箔で回路パターンを形成しているため、高密度配線を行うと電気的な絶縁信頼性が十分に確保されず、電子機器を小型化することが困難であった。従って小型化を達成するために、複数の小型基板をコネクタやリード線を使って配線する方法もあるが、基板構成が複雑となり、組み立てやコネクタ間の配線作業が増加するとともに結果的にコストアップの要因となっている。
これらの課題を解決するために、金属板により回路パターンを形成し、樹脂で覆ってしまうことにより回路基板とする樹脂成形基板が注目を集めている。
ここで、図１３から図１７を参照しながら、一般的な樹脂成形基板の製作手順について説明する。
まず図１３に金属板１０１を示す。回路パターンを形成する金属板１０１は、通常銅や黄銅が用いられており、半田付け時の金属板表面の酸化を防止するために、錫や半田メッキを施されたものが使用される。この金属板１０１はプレスやエッチングにより所望の回路パターン形状に切断され、電子部品を挿入するための穴１０２が設けられる。
次に、図１４に示すように、金属板１０１を樹脂１０３で覆うようにして樹脂成形基板１０４を構成する。この時、金属板１０１に設けられた穴１０２の周囲は樹脂１０３が付着しないようにし、電子部品の電極部１０５として使用する。
この時に使用される樹脂には、エポキシ樹脂に代表される熱硬化性の樹脂や液晶ポリマーに代表される熱可塑性の樹脂等あらゆる樹脂が利用される。また樹脂成形の方法には、射出成形やトランスファー成形が一般的に利用される。
なお、パターンとなる金属板１０１は平面的に構成されている必要はなく、必要に応じて曲げ加工を施した後に成形を行うことにより、図１５に示すように、立体的な形状部１０６を持つ基板として使用することが可能である。
次に、上記のようにして構成した樹脂成形基板１０４に対する半田付け工程について説明する。このような樹脂成形基板１０４では金属板１０１の上下は樹脂１０３で覆われているため、表面実装型の部品を装着することが困難である。このため、一般的に樹脂成形基板では挿入型部品が使用される。
従って、樹脂成形基板１０４が平面形をしている場合にはフロー半田付け工法が用いられ、樹脂成形基板１０４が立体的な形状である場合にはディップ半田付け工法が利用される。
フロー半田付けは、図１６に示すように、半田槽１０６から溶融半田１０７を噴出させ、搬送部Ａを搬送されてきた樹脂成形基板１０４の半田付け面を溶融半田１０７に接触させることにより半田付けを行う工法である。
樹脂成形基板１０４は、良好な半田付けを行うために、あらかじめフラックスを塗布しておく。一般的なフロー半田付け装置ではフラクサＢと呼ばれるフラックス塗布装置を備えており、あらかじめフラックスを半田付け面に塗布している。ここで使用されるフラックスはロジンをイソプロピルアルコール等の有機溶剤に溶解させたものである。
ディップ半田付けは、図１７に示すように、半田槽１０６に溶融半田１０７を入れておき、あらかじめ半田付け面にフラックスを塗布した樹脂成形基板１０４を上方から接触させ、一定時間の後に樹脂成形基板１０４を引き上げることにより半田付けを行う工法である。ここで、半田槽１０６は静かに保たれている場合と、噴流させている場合があり、樹脂成形基板１０４の形態に応じて使い分けられる。
樹脂成形基板１０４が立体的な形状をしている場合、噴流半田により部分的に半田付けを行うことが多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構成では樹脂成形基板１０４に対する半田付けにおいて電極部１０５でフラックスガスが発生しやすく、発生したガスの逃げ場がないために良好な半田付けができないという問題点がある。以下この問題点について説明する。
フラックスは、半田付け時に電極部の酸化物を除去し、純粋な金属面を露出させることにより金属接合を確実なものとさせる役割がある。これは主に主成分であるロジンが金属酸化物と反応し、金属を還元させる作用に依存している。このため、反応開始とともに、除去された酸素とロジンとが化合物を生成することになり、その一部は半田付け後に残渣として残留するが、残りはガスとなって消失していくことになる。
図１８に電極部１０５における溶融半田１０７の流入状態を示す。同図において１０９は電子部品のリード線である。同図に示すように溶融半田１０７は、電極部１０５の周囲よりも先に中央部に流入する。従って、発生したフラックスガス１０８は、電極部１０５の周囲に滞留することになり溶融半田１０７が金属板１０１に接触することを阻害してしまう。このため、半田付けが十分になされないという現象が発生する。
さらに、半田付け時に金属板１０１まで溶融半田が届きにくく、良好な半田付けが行えないという問題点もある。
電極部１０５を形成する周囲の樹脂１０３は、通常半田に対して漏れ性を示さない。特に電極部１０５の径が小さい場合、溶融半田１０７の界面張力が大きくなってしまう。従って、図１９に示すように溶融半田１０７が電極部１０５内に十分に流入しない状態が発生する。このため、半田付けがなされないという現象が発生する。
また、さらには、フロー半田付けにおいて、半田槽を通過した後の溶融半田の切れる場所がランダムであるため、リード先端等に溶融半田の滴が溜まりやすく、隣接リード間に半田が付着し、半田付け不良が発生しやすいという問題点もある。以下図２０を用いてこの問題点について説明する。
フロー半田付けは同図に示すように、樹脂成形基板１０４を溶融半田１０７に接触させた後に引き上げるだけの工程であるため、樹脂成形基板１０４接触後の溶融半田１０７の流れを制御することは困難である。
通常、樹脂成形基板１０４の半田付け面には、電子部品のリード線１０９が突出しているため、溶融半田１０７から樹脂成形基板１０４を引き上げる時には、溶融半田１０７は一番最後まで接触している部分に残留する。
このため、リード線１０９同士が隣接している場所では、リード線１０９間に溶融半田１０７が残留してショートした状態となり、半田付け不良が発生しやすい。また樹脂成形基板１０４からの溶融半田１０７の離れ方を制御できないために、半田量が異なるといった不具合が発生する。
一方、一般的に図２１に示すようにガス抜き穴１１０は、通常のプリント回路基板１１１の表面実装部品の電極１１２に設ける場合がある。図２２に、このようなプリント回路基板１１１でのチップ部品１１３へのフロー半田付け時の状態を示す。同図に示すようにフラックスガス１０８は、溶融半田１０７の流れの反対側において溶融半田１０７が滞留することによって発生する。
しかしながら、通常のチップ部品１１３は大きくても一辺の大きさが２．５ミリメートル程度であり、ガス抜き穴１１０として許される寸法はごく小さいものとなる。従って、ガス抜きの効果はごくわずかであるだけでなく、本来フラックスガス１０８の発生そのものもほとんどない。
さらに、このようなガス抜き穴１１０は、プリント回路基板１１１に設ける場合、基板を完成させた後に精度よくドリル等で追加工を行う必要がある。
【０００４】
本発明は、樹脂成形基板において、フラックスガスの発生により半田付けが阻害され、半田付け不良が発生することを抑止することを目的とする。
また、本発明は、溶融半田の表面張力により溶融半田が電極内部に流入せず、半田付けができないという現象を防止し、確実な半田付けを行うことを目的とする。
さらに本発明は、半田付け時に基板が溶融半田から引き上げられる時の溶融半田の流れを一定にし、半田付け不良を抑止することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明の樹脂成形基板は、回路パターンを形成する金属板を樹脂で覆うように成形した樹脂成形基板において、部品挿入穴を中心とした前記金属板の両面には、円形に樹脂を入れない部分を設けて電極部を形成することで前記電極部周辺が樹脂によって覆われ、前記電極部に前記部品挿入穴とは別に、少なくとも一つの穴を設けることを特徴とする。
請求項２記載の本発明の樹脂成形基板は、請求項１記載の樹脂成形基板において、穴は、部品挿入穴の周囲に配することを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態における樹脂成形基板は、部品挿入穴を中心とした金属板の両面には、円形に樹脂を入れない部分を設けて電極部を形成することで電極部周辺が樹脂によって覆われ、電極部に部品挿入穴とは別に、少なくとも一つの穴を設けることを特徴としたものであり、電極部内で発生したフラックスガスを基板面へ放出させることにより、溶融半田が電極部内に十分接触でき、良好な半田付けが行われるという作用を有する。
本発明の第２の実施の形態における樹脂成形基板は、穴は、前記部品挿入穴の周囲に配することを特徴としたものであり、フラックスガスの放出を効率よく行うことにより、効果的に良好な半田付けが行われるという作用を有する。
【０００７】
【実施例】
本発明の第１の実施例について、図１を参照しつつ以下に説明する。
なお、本実施例における樹脂成形基板４は、従来の技術で説明したように、回路パターンを形成する金属板１と、この金属板１を覆う樹脂３とより構成され、金属板１には部品挿入穴２を有し、この穴２が露出するように電極部５が設けられている。
金属板１としては、厚みが０．５ミリメートルである銅板を使用し、エッチングにより所望の回路パターンを形成した。部品挿入穴２としては、φ１ミリメートル〜φ３ミリメートルの穴を金属板１の所定の位置に設けた。この金属板１を金型に静置し、射出成形機を用いて、樹脂成形基板４を成形した。使用した樹脂３は、熱可塑性の樹脂であるＰＰＳを用いた。部品挿入穴２を中心とした金属板１の両面には、円形に樹脂を入れない部分を設けて電極部５を形成した。この電極部５の大きさはφ３ミリメートル〜φ７ミリメートルである。また、成形した樹脂３の厚みは、金属板１の両面にそれぞれ１ミリメートルずつである。
【０００８】
さらに、電極部５には、部品挿入穴２以外にφ０．５ミリメートルの穴２１を設けた。なお、樹脂成形基板４の外形寸法は幅が８０ミリメートル、長さが１５０ミリメートルである。
この樹脂成形基板４の電極部５に代表的な挿入型部品であるリード付き抵抗を挿入し半田付けを行った。半田付けは自動半田付け装置を使用した。搬送装置の搬送角度は５度であり、半田には一般的な共晶半田を使用し、溶融半田の温度は摂氏２４０度とした。さらに、フラックスは一般的なロジン系のフラックスを使用し、発泡フラクサにより基板の半田付け面に塗布した後に半田付けを行った。
【０００９】
本実施例の樹脂成形基板４では、図２に示すように樹脂成形基板４が溶融半田７に接触したときに発生するフラックスガス８は、電極部５に設けられた部品挿入穴２以外の穴２１により噴出し、良好な半田付けが行われた。なお、同図において９は電子部品のリード線である。
実際にはフラックスガス８の噴出時間はごくわずかであり、フラックスガス８噴出後は穴２１から溶融半田７が溢れ出し、電極部５上面をも覆うことにより半田付けの強度向上も期待できる。
本実施例の樹脂成形基板４には、部品挿入穴２のみを設けた従来の形式の電極部も設けて比較実験を行ったが、樹脂成形基板４を１００枚半田付けを行ったところ、本実施例の形態による電極部５では１０件の半田不足が発生したのに対し、従来の形式の電極部では４４件の半田不足が発生した。
なお、本実施例の樹脂成形基板４では電極部５に設ける穴２１の形状を丸穴としたが、半田付け時に発生するフラックスガスの逃げ穴としての機能を有するものであれば、形状は丸穴に限定されない。さらに、電極部に設ける穴が電極部内部に収まっている必要もなく、穴の一部が樹脂に覆われていても同様の効果が得られる。
【００１０】
さらに、図３に示すように電極部５における部品挿入穴２の周囲に穴２１を配置した場合には、上記半田付け条件にて半田付けを行ったところ半田不足が発生しなかったため、より効果的であることが確認できた。
なお、従来においてもプリント回路基板の電極にガス抜き穴を設ける場合があることを図２１を用いて説明したが、本実施例の樹脂成形基板４では、電極部５が基板の表面に存在せず、電極となる金属板１そのものにのみ穴を設けるという点で構成が異なっている。さらに、本実施例の樹脂成形基板４は、基板製作上、プレス等によって回路パターンを形成するため、金属板１の生成時に穴２１を同時に開口できるという点でも差異が認められる。また、半田付け後に溶融半田７が電極部５上部に回り込んで接合強度の向上が期待されるという点でも優れている。
【００１１】
本発明の第２の実施例について、図４、図５を参照しつつ以下に説明する。
本実施例において、第１の実施形態のものと基本的には同一の構成要件には同一符号を付して説明を省略する。以下の実施例においても同様である。
なお、本実施例では樹脂３としてメッキグレードの液晶ポリマーを用いた。一般的な成形用の樹脂では金属をメッキすることは不可能であるが、樹脂の配合を変えることによりメッキを可能とした樹脂が市販されている。
ここでは、このような樹脂３を用いて成形を行い、成形後に電極部５の周囲の側面部に錫メッキ２２を施した。この錫メッキ２２を施すにあたっては、メッキを必要としない部分にはマスキングを施し、不必要な部分に錫が付着しないようにした。
【００１２】
本実施例の樹脂成形基板４に第１の実施例と同様にして半田付けを行ったところ、樹脂成形基板４が半田に接触すると同時に電極部５の側面にも半田が濡れ上がり図５に示されるようなフィレット形状が得られた。
これにより、半田不足が従来の電極部に対し、約５０パーセントに減少させることができた。さらに、フィレットが従来の電極部から生成されるものと比較して大きくできることにより、従来の半田付け強度よりも大きな半田付け強度を持たせることができた。さらに、電極部５に第１の実施例の樹脂成形基板と同様の穴を設けることにより、より確実に半田付け不良を抑止することができた。
本実施例では樹脂３に液晶ポリマーを使用し、電極部５の側面部に錫メッキ２２を施したが、半田と濡れる物質を電極部の側面部に用いることで同様の効果が得られる。
【００１３】
第３の実施例を図６に示す。
同図に示すように第３の実施例による樹脂成形基板４は電極部５の側面と同一形状の銅板２３を嵌め込んでいる。側面部に嵌め込まれた銅板２３の厚みは０．１ミリメートルであり、基板成形後に接着剤等を用いて側面部に接着した。
これにより半田付けに対して第２の実施形態と同様の効果が得られた。
さらに、第４の実施例を図７に示す。
同図に示すように第４の実施例による樹脂成形基板４は、その樹脂３の材料としてＰＰＳを用い、電極部５の周囲にはメッキグレードの液晶ポリマー２４を用いて２段階成形を行った。さらに、錫メッキ２５を施している。
上述したように一般的な樹脂では金属のメッキが不可能であるため、半田との濡れ性を確保したい部分にのみメッキが可能な樹脂を用いることにより、メッキ時にマスキングを必要とせず、効率よく製作することが可能である。
【００１４】
次に本発明の第５の実施例について、図８、図９を参照しつつ以下に説明する。
本実施例は、樹脂成形基板４の半田付けを行う面に、板状の突起部２６を設けたものである。本実施例による板状の突起部２６は、高さ３ミリメートル、幅０．５ミリメートル、長さ４ミリメートルのものであり、樹脂成形基板４上に５ヶ所設置している。
樹脂成形基板４は、成形機を用いて樹脂成形を行うことから金型の形状によりこれらの突起部を一体的に形成することが可能である。
これらの突起部２６は樹脂でできているため半田との濡れ性を示さない。そのため半田付け時に溶融半田の流れを整流することができる。溶融半田から樹脂成形基板を引き上げるときに、溶融半田の滴がランダムに発生し、これらが挿入部品のリード線等の突起部に溜まりやすくなるが、これらの樹脂の突起部２６により滞留しようとする溶融半田の滴の切れる位置を決めることができる。上述した滴の滞留を発生しやすい箇所の近傍に樹脂の突起部を配置することにより効果的に半田付け不良の発生を抑止することができる。
これらの突起部は溶融半田の流れを制御できる形であればよく、本実施形態における形状、寸法に限定されるものではない。
【００１５】
さらに、図９に示すように、板状の突起部２７に傾斜をつけることにより、より効果的に溶融半田の流れを抑制することができ、良好な半田付けを行うことができる。さらに、これらの傾斜を有する板状の突起部２７を搬送方向と平行、つまり半田の流れと平行になるように配置することにより、より好適な半田付けを行うことができる。
【００１６】
次に、本発明の第６の実施例について、図１０を参照しつつ以下に説明する。
本実施例は、樹脂成形基板４の半田付けを行う面に溝部２８を設けたものである。本実施例による溝部２８は、深さ０．５ミリメートル、幅０．５ミリメートルで、樹脂成形基板４の長手方向を貫くように配置されている。
本実施例による溝部２８は、半田付け時に発生する滴の滞留を防止し、溶融半田の流れを制御することで半田付け不良を抑止できる。ここでは、溝部２８を溶融半田が滞留しやすい箇所の近辺に配置し、滞留する溶融半田を溝部２８の方向へ流し込むことにより防止することができる。
この溝部２８は、溶融半田の流れを制御できる形であればよく、本実施形態における形状、寸法に限定されるものではない。
さらに、この溝部２８を搬送方向と平行、つまり半田の流れと平行になるように配置することにより、より好適な半田付けを行うことができる。
【００１７】
次に、本発明の第７の実施例について、図１１を参照しつつ以下に説明する。
本実施例は、電極部５の周辺樹脂部に溝部２９を設けたものである。電極部５は、φ３ミリメートルであり、溝部２９は、幅１ミリメートル、長さ１ミリメートルとした。また、溝部２９の深さは０．７ミリメートルとし、金属板１が露出しない深さとした。
本実施例による溝部２９は、電極部５の開口部を大きくすることにより見かけの界面張力を小さくすることができる。
また、この溝部２９を設けることにより、溶融半田の流れを溝部２９の方向に導くような制御ができるために、半田付けを効果的に行うことができる。
これらの溝部２９は溶融半田の流れを制御できる形であればよく、本実施形態における形状、寸法に限定されるものではない。
さらに、これらの溝部２９を搬送方向と平行、つまり半田の流れと平行になるように配置することにより、より溶融半田の流入を行いやすくするだけでなく、溶融半田の切れもよくなり、より好適な半田付けを行うことができる。
さらに、図１２に示すように溝部２９に外側が高くなっていくような傾斜面２９ａを設けることにより、効果をより高めることができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、電極部内で発生したフラックスガスを基板面へ放出させることにより、溶融半田が電極部内に十分接触でき、良好な半田付けが行われるという効果を有する。
また本発明は、フラックスガスの放出を効率よく行うことにより、効果的に良好な半田付けが行われるという効果を有する。
また本発明は、電極部周囲の表面が溶融半田に対し濡れ性を示すことで、溶融半田の界面張力を小さくすることにより、電極部への溶融半田の流入を容易なものとし、良好な半田付けが行われるという効果を有するとともに、接合される半田量を増加させ、強固な半田付けが行われるという効果を有する。
また本発明は、溶融半田の界面張力を低下させ、電極部への溶融半田の搬入を容易なものとし、良好な半田付けが行われるという効果を有する。
また本発明は、フロー半田付け時に基板が溶融半田から離れるときの溶融半田の流れを突起部により整流することにより、良好な半田付けが行われるという効果を有する。
また本発明は、溶融半田の流れを突起部により、さらに効率よく整流することにより、良好な半田付けが行われるという効果を有する。
また本発明は、溶融半田の流れを溝部により、整流することにより、良好な半田付けが行われるという効果を有する。
また本発明は、電極部分の開口寸法を大きくすることにより見かけ上溶融半田の界面張力を小さくし、電極部への溶融半田の流入を促進することにより良好な半田付けが行われるという効果を有するとともに、溝部により溶融半田の流動を一定にし、半田付け不良を抑止するという効果を有する。
また本発明は、電極部への溶融半田の流入を促進することにより良好な半田付けが行われるという効果を有するとともに、溝部により溶融半田の流動を一定にし、半田付け不良を抑止するという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施例である樹脂成形基板の構成を示す概念図
【図２】  同樹脂成形基板の断面図
【図３】  他の実施形態である樹脂成形基板の要部を示す概念図
【図４】  本発明の第２の実施例である樹脂成形基板の構成を示す断面図
【図５】  同樹脂成形基板の半田付け後のフィレット形状を示す断面図
【図６】  本発明の第３の実施例である樹脂成形基板の構成を示す断面図
【図７】  本発明の第４の実施例である樹脂成形基板の構成を示す断面図
【図８】  本発明の第５の実施例である樹脂成形基板の構成を示す概念図
【図９】  同傾斜付き突起部を示す概念図
【図１０】  本発明の第６の実施例である樹脂成形基板の構成を示す概念図
【図１１】  本発明の第７の実施形態である樹脂成形基板の構成を示す概念図
【図１２】  同傾斜付き溝を示す断面図
【図１３】  従来例における樹脂成形基板の金属板のみを示す概念図
【図１４】  同金属板を樹脂で覆った様子を示す概念図
【図１５】  曲げ加工部を有する従来例における樹脂成形基板を示す概念図
【図１６】  従来例におけるフロー半田付けを示す概念図
【図１７】  従来例におけるディップ半田付けを示す概念図
【図１８】  従来例における樹脂成形基板のフラックスガスの発生を示す断面図
【図１９】  従来例における樹脂成形基板の溶融半田の流入の抑止を示す断面図
【図２０】  従来例における樹脂成形基板のフロー半田付けにおける半田付け不良の様子を示す概念図
【図２１】  従来例におけるプリント回路基板上のガス抜き穴の構成を示す概念図
【図２２】  同半田付け時の様子を示す概念図
【符号の説明】
１  金属板
２  部品挿入穴
３  樹脂
４  樹脂成形基板
５  電極部
２１  穴
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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