JP2006186136A - 両面部品実装回路基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 低剛性素材の回路基板を適用する場合でも、半田付け部分にストレスを与えることなく、基板の両面に回路部品を実装できるようにする。
【解決手段】 回路基板本体１０１の一方の面１０２に回路部品１０４〜１０６を実装後、実装された回路部品を避ける部品収容部１０９〜１１１を有した補強板１１２を、その部品収容部で部品を避けつつ、面１０２に貼り付ける。このとき補強板１１２の厚さ寸法を、実装された回路部品１０４〜１０６の高さ寸法より大きくなるように設定する。次に、回路基板１０１を反転させて反対側の面１０３を表にし、面１０３へ回路部品４０１〜４０３を実装する。面１０３への回路部品実装の際に、回路基板本体１０１が変形することがないため、半田付け部分にストレスを与えることがない。
【選択図】図１２

Description

この発明は、両面に部品が実装される回路基板及びその製造方法に関し、特に、厚さの薄い低剛性の回路基板であっても、回路基板としての品位を低下させる半田付け不良等の要因を抑制することが容易な両面部品実装回路基板及びその製造方法に関する。

電子機器においては、回路部品を実装した印刷配線基板で必要な回路を構築し、それを内部に収容するのが一般である。印刷配線基板としては、通常はリジッド（Rigid）印刷配線基板が一般的であるが、外形形状の小型化あるいは薄型化を要求される電子機器においては、その目的を達成するために基板の外形を薄くするという対策が採られることがある。

基板を薄くするには、リジッド印刷配線基板では、実装する回路部品の高さを低くすることはもとより、基板素材の板厚をも薄くするという措置を実行する。

一方で、印刷配線基板としてフレキシブル（Flexible）印刷配線基板を採用することも考えられる。この場合、基板としては、回路部品が実装可能な厚さを有するものが用いられる。

このような薄型の基板においても、通常の印刷配線基板と同様に、基板に設けられた配線パターンに、半田を介して回路部品のリード線を結合させることで回路部品の実装をすることになる。

しかしながら、薄型の基板においては、剛性が低いため、製造過程で変形して、配線パターンの位置が回路部品のリード線からずれてしまって半田付け不良が発生し易いという問題を有する。

特に、基板の両面に回路部品を実装するには、一方の面について回路部品を実装してから、他方の面の実装作業を行うことになるが、反対面に回路部品が実装されているため、実装作業を行う面を平面に保つことが難しく、回路部品の実装作業が極めて難しいものとなってしまうことになる。

さらにまた、回路部品の実装後も、取り扱いが難しく、基板の変形によって半田付部にストレスが加わって、半田にクラックが入って結合がはがれてしまう等の障害が発生することがある。

この傾向は、基板の部品実装面の面積が大きく、かつ板厚が薄いほどその傾向が顕著に現れる。

このため、電子機器に実際に使用されることは稀であるが、小型化を要求される電子機器においては、それを搭載できれば、その目的を達成するための大きな要素になり得る。

フレキシブル印刷配線基板の剛性を補強しようとする提案は、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１では、部品のリード部に対応する領域に開口部を設けた補強板を基板に接合するようにした構成が開示されているが、補強板の上に部品が実装されるようになるため、基板の厚さ方向の外形寸法が厚くなり、薄型化を要求される機器には適用できない。
特開平９−９７９５４号公報

以上のように、従来、剛性の低い印刷配線基板に回路部品を実装しようとすると、補強板を用いることになるが、この補強板を介して回路部品を実装することになるため、印刷配線基板の厚さ方向の寸法を薄くすることはできないという問題があった。

したがって、この発明は、剛性の低い基板であっても、半田付け不良の発生を抑制でき、かつ薄型化を達成することが可能な、両面部品実装回路基板を提供することを目的とする。

また、この発明は、製造の過程で半田付け不良の発生を抑制でき、かつ薄型化を達成することが可能な、両面部品実装回路基板の製造方法を提供することを目的とする。

この発明に係る両面部品実装回路基板は、配線パターンが設けられた平板状のベースと、前記ベースの両面に、前記配線パターンと接続されて回路を構成すべく実装された回路部品と、前記ベースの面と当接する当接部と、前記回路部品に対応して厚み方向に形成された前記回路部品の収容部とで構成され、前記ベースの少なくとも一方の面に、前記収容部で回路部品を避けつつ前記当接部が前記ベースの面に接するように装着された補強部材と、を具備したことを特徴とする。

この発明に係わる両面部品実装回路基板の製造方法は、配線パターンが設けられた平板状のベースの一方の面に、前記配線パターンと接続されて回路を構成すべく回路部品を実装するステップと、前記ベースの面と当接する当接部と、前記回路部品に対応して厚み方向に形成された前記回路部品の収容部とで構成された補強部材を、前記収容部で回路部品を避けつつ前記当接部が前記ベースの面に接するように装着するステップと、前記ベースの他方の面に、前記配線パターンと接続されて回路を構成すべく回路部品を実装するステップと、でなることを特徴とする。

本発明によれば、回路部品を避けることが可能な収容部と、ベースの面と当接する当接部を有した補強板を、少なくともベース一方の面に、回路部品を避けつつ装着するようにしたので、ベースの反りを防止することができ、半田付け不良の発生を抑制することができるようになるものである。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態で構成された回路基板１００を模式的に示す斜視図である。図１において、回路基板１００は、平板状に形成され回路基板本体１０１を備えている。

回路基板本体１０１は、２つの平面１０２，１０３を有し、一方の面１０２に、小型の回路部品１０４，１０５が実装されると共に、さらに平面積の大きな回路部品１０６が実装されている。回路部品１０４，１０５はそれぞれ長手方向端部に端子電極１０７，１０８を備え、この端子電極１０７，１０８によって後述する配線パターンのパッドに半田付けされる。また、回路部品１０６は、図では示していないが回路基板１０１と対向する面に電極部が形成され、同様に配線パターンのパッドに半田付けされることで実装される。

さらに基板本体１０１の面１０２には、回路部品１０４，１０５，１０６に対応して、厚み方向に貫通する開口によって形成される部品収容部１０９，１１０，１１１が設けられた補強部材としての補強板１１２が、この部品収容部１０９，１１０，１１１によって各部品を避けつつ、例えば接着剤を介して貼り付けられることで、装着されている。

なお、図１では、３個の回路部品が実装されているものとして示しているが、これは、説明をより解り易くするために、模式的に図示した結果であり、実際には、さらに多くの種類の回路部品が実装されていることもあり、そのような回路基板も本発明に含まれることは述べるまでもない。

図２は、図１に示す回路基板１０１を、基板本体１０１と補強板１１０とに分けた状態を示すものである。基板本体１０１の面１０２には、当然ながら配線パターンが形成されており、図２では配線パターンの一部としてパッド２０１，２０２を図示し、回路部品１０４，１０５はその端子電極１０７，１０８が半田によってパッド２０１，２０２に接合されることで、基板本体１０１に実装されている。また、回路部品１０６も、前述したように半田によってパッドに接合されることで基板本体１０１に実装されている。

なお、図２では示していないが、回路基板本体１０１の他方の面１０３にも、回路部品が実装されている。

図３は、図２に示す回路部品１０４〜１０６が実装された回路基板本体１０１の面１０２の平面図である。図３に示すように、面１０２には、配線パターン３０１が設けられており、その一部として、回路部品１０４，１０５の端子電極１０７，１０８が半田付けされるパッド２０１，２０２が形成されている。また、回路部品１０６も図示しない端子電極が図示しないパッドに半田付けされている。なお、図３では、配線パターン３０１の一部を省略して示している。

図４は、回路基板本体１０１の反対側の面１０３の平面図である。図４に示すように面１０３には、小型の回路部品４０１，４０２が実装されると共に、さらに平面積の比較的大きな回路部品４０３が実装されている。

回路部品４０１，４０２は、その長手方向端部に端子電極４０４，４０５を有し、この端子電極４０４，４０５が面１０３に設けられた配線パターン４０６の一部として形成されたパッド４０７，４０８に半田付けされることで回路基板本体１０１の面１０３に実装される。

また、回路部品４０３は、リード４０９を有し、このリード４０８が配線パターン４０６の一部として形成されたパッド４１０に半田付けされることで実装されている。

なお、図４では、３個の回路部品が実装されているものとして示しているが、これは、説明をより解り易くするために、模式的に図示した結果であり、実際には、さらに多くの種類の回路部品が実装されていることもあることは述べるまでもない。また、配線パターン４０６は、その一部を省略して示している。

図５は、図１〜４で示すように回路部品が実装された回路基板１００を補強板１０９の方向から見た平面図であり、一点鎖線５０１で切断して、矢印Ａ−Ａ方向から見た図を図６に示す。

図６に示すように、本発明の回路基板１００は、回路基板本体１０１の面１０２に、回路部品１０４〜１０６が実装されている。回路部品１０４，１０５は、その端子電極１０７，１０８が半田６０１でパッド２０１，２０２に接合されている。また、回路部品１０６については、回路基板本体１０１の面１０２と対向するように端子電極（図示せず）が形成されており、回路基板本体１０１の面１０２に設けられたパッド６０２に半田６０１によって実装されている。

さらに、回路基板本体１０１の面１０２には、実装された回路部品１０４〜１０６を避けるように部品収容部１０９〜１１１が形成された補強板１１２が、接着剤によって面１０２に接着されている。補強板１１２の厚み（高さ）寸法は、実装されている回路部品１０４〜１０６の回路基板本体１０１の面１０２から高さ寸法より少し高くなるように形成されている。すなわち、回路部品１０４〜１０６が、部品収容部１０９〜１１１内に完全に収容されるように構成されている。

なお、補強板１１２としては、ガラスエポキシ、紙フェノール、耐熱プラスチック、ステンレス等の素材で構成することが可能である。さらに、補強板１１２を接着する接着剤としては、半田付けの際に加わる熱に耐え得る資質を備えたものが適用されるもので、例えば熱硬化タイプの耐熱接着剤が用いられる。

また、回路基板本体１０１の面１０３には、回路部品４０１〜４０３が実装されている。回路部品４０１，４０２は、その端子電極４０４，４０５が半田６０１でパッド４０７，４０８に接合されている。また、回路部品４０６は、そのリード４０９がパッド４１０に半田６０１で接合されている。

本発明の回路基板１００は以上のように構成されるため、回路基板本体１０１として、その材質が低剛性のものを適用したとしても、補強板１１２によって補強されて、所定の剛性を備えて素材自体で面方向への変形量を抑制することが可能なリジッド回路基板を用いたのと同等の信頼性を備えた回路基板を提供することができるものである。

すなわち、回路基板の両面に回路部品を実装する場合には、まず片方の面に、例えばクリーム半田を塗布して回路部品を装着し、リフロー半田付けで回路部品を実装する。次いで、反対面に、同様にクリーム半田を塗布して回路部品を装着し、リフロー半田付けで回路部品を実装するという手順を踏むことになるが、回路基板の素材が低剛性であれば、片面の回路部品実装を済ませた後、反対面の実装作業を行う際に、それを回路基板本体に面方向の変形（撓み）あるいはその他の変形を生じさせることなく実行することは、極めて困難である。

回路基板の変形によって半田付け部分にクラックが発生して回路部品実装の信頼性を損なう自体に陥るということは既に述べたとおりであるが、本発明の回路基板によれば、片方の面に回路部品を実装した後に、この回路部品を避けるように設けられた部品収容部を有した補強板を、その回路部品実装面に接着剤で貼り付けるように構成したので、回路基板の反対側の面への回路部品の実装作業に際して、回路基板本体に対して変形を生じさせることがなくなり、回路基板の信頼性を著しく高めることができるようになるものである。

また、補強版１１２の厚さ寸法を、回路基板本体１０１の面１０２に実装された回路部品の高さ寸法より大きく設定しているので、面１０３に回路部品を実装する際に、補強板１１２側を下に向けて、所定の台に載置しても回路部品が台に接することがないため、回路基板本体１０１が変形することなく、半田付けの品位を高い状態で維持したまま、面１０３への回路部品の実装を実行させることができるものである。

図７は、この発明に係る回路基板の他の実施の形態を示す断面図である。図７において、図１乃至図６と同じ構成部分に同一符号を付す。図７に示す実施の形態では、回路基板７００は、図１乃至図６に示す回路基板１００に対して、さらにその回路基板本体１０１の面１０３側に、接着剤等によって補強板７０１を貼り付けたものである。補強板７０１にも、回路部品４０１，４０２，４０３を収容するために、厚み方向に貫通する開口で形成された部品収容部７０２，７０３，７０４が設けられている。補強板７０１の厚さ寸法もまた、補強板１１２と同様に、回路基板本体１０１の面１０３に実装された回路部品４０１〜４０３の高さ寸法より高くなるように設定されている。

この実施の形態においては、回路基板本体１０１の両面１０２，１０３にそれぞれ補強板１１２，７０１を貼り付けるようにしたので、さらに回路基板本体１０１の剛性を補強することができるため、回路基板としての品位を高めることができるものである。

図８は、さらにこの発明の回路基板の他の実施の形態を示す断面図であり、この実施の形態では、回路基板８００は、補強板８０１として、その部品収容部８０２が、厚さ方向に貫通する開口ではなく、溝形状に形成されたものを適用している点を特徴としている。なお、補強板８０１は、図１乃至図６で説明した補強板１１２に対して、その上から蓋状のものを被せるようにして構成してもよく、あるいは一体的に形成するようにしてもよい。

この実施の形態では、補強板８０１が構造上さらに変形し難くなるため、補強効果をさらに向上させることができるため、回路基板の品位を向上させることができるものである。

図９は、さらにこの発明の回路基板の他の実施の形態を示す断面図であり、図９に示す回路基板９００は、補強板が、回路基板本体１０１の面１０２の全てに対応する形状ではなく、２つの部分９０１，９０２に分割され、それらがもっぱら、回路部品１０４〜１０６、４０１〜４０３が実装されている部位に対応するように回路基板本体１０１の面１０２にそれぞれ装着されているものである。その結果、回路部品が実装されていない部位は、補強板９０１，９０２で補強されることがないため、回路基板本体１０１が元々持っている低剛性のままである。

この実施の形態においては、回路基板９００は、回路部品が実装されることのない部位で低剛性を有するため、その部分で回路基板本体１０１を変形させることが可能となり、回路基板９００を製品に実装する際の自由度を高めることが可能である。

図１０は、この発明の回路基板のさらに他の実施の形態を示す断面図である。図１０に示す実施の形態では、回路基板１０００は、その補強板１００１が、スルーホール１００２を有したリジッド回路基板で構成されている。あるいは多層回路基板で構成されている。回路基板としての補強板１００１と、回路基板本体１０１との電気的接続は、例えば、回路基板本体１０１にも、スルーホール１０３を形成し、それらスルーホール同士を半田付けすることで行うことが可能である。また、補強板１００１がそもそも、回路基板であるため、そこに回路部品１００４，１００５を実装させることが可能である。

この実施の形態によれば、回路構成が複雑な回路基板にも適用できるものである。

図１１は、この発明の回路基板のさらに他の実施の形態を示す断面図である。図１１に示す実施の形態では、回路基板１１００は、図１乃至図６に示す補強板１１２の上から、放熱効果のある素材で形成された放熱部材１１０１を被せるように装着した点を特徴としている。このとき、特に発熱する回路部品１０６と放熱部材１１０１との間には、熱を放熱部材１１０１に伝達させるためのシートあるいはグリース１１０２が介在されている。放熱部材１１０１としては、銅、ステンレス、アルミ等の素材のものが適用可能である。

この実施の形態によれば、回路基板１１００は、回路基板本体１０１の補強を行うと共に、実装された回路部品から発せられる熱を放熱することが可能となるため、回路基板自体の品位を高めることができ、さらに、回路の電気的性能を高めることができるようになるものである。

次に、本発明の回路基板の製造工程について説明する。

図１２は、この発明に係る回路基板の製造方法の一実施の形態を説明するための図面である。

図１２（ａ）は、回路部品が実装される前の状態を示すものであり、回路基板本体１０１の面１０２には、回路部品が半田付けで接合される各パッド２０１，２０２，６０２に、クリーム半田１２０１が塗布される。

次いで、回路部品１０４〜１０６を、その端子電極が、クリーム半田１２０１が塗布されたパッド２０１，２０２，６０２に位置するように装着した後、リフローによって、回路部品１０４，１０５の端子電極１０７，１０８とパッド２０１，２０２の半田付けと、回路部品１０６の端子電極とパッド６０２の半田付けを行う。図１２（ｂ）は、半田付けが完了した状態を示すものである。

次に、図１２（ｃ）に示すように、回路部品１０４〜１０６が実装された回路基板本体１０１の面１０２に、補強板１１２を接着剤によって貼り付ける。接着剤としては、半田付け時の熱に耐え得る例えば熱硬化性の素材を適用することができる。

次に、図１２（ｄ）に示すように、補強板１１２を貼り付けた回路基板本体１０１を裏返して、補強板１１２を下側にして、例えば所定の台の上に載置する。その結果、回路基板本体１０１の面１０３が露出することになる。

次に、回路基板本体１０１の面１０３のパッド４０７，４０８，４１０にクリーム半田１２０１を塗布する。

次いで、回路部品４０１〜４０３を、その端子電極４０４，４０５及びリード４０９が、クリーム半田１２０１が塗布されたパッド４０７，４０８，４１０に位置するように装着した後、リフローによって、回路部品４０１，４０２の端子電極４０４，４０５とパッド４０７，４０８の半田付けを行うと共に、回路部品４０３のリード４０９とパッド４１０の半田付けを行う。図１２（ｅ）は、半田付けが完了した状態を示すものであり、これによって回路基板１００が完了する。

以上示したこの発明に係る回路基板１００の製造方法によれば、回路基板本体１０１の一方の面１０２に回路部品を実装した後、補強板１１２を、その回路部品収容部１０９〜１１１に回路部品１０４〜１０６を収容しつつ、面１０２に貼り付けるようにしたので、低剛性の回路基板本体１０１の剛性を高めることが可能となる。

それによって、回路基板本体１０１の他方の面１０３への回路部品４０１〜４０３の実装工程を実行する際に、回路基板本体１０１が変形することがなくなるため、作業がし易くなるものである。さらに面１０３への回路部品の実装作業を行う際に、回路基板本体１０１が変形することが抑制されるため、回路部品１０４〜１０６の半田付け部分にストレスを与えることなく、回路部品４０１〜４０３を実装する作業を簡単に確実に実行することができるようになり、回路基板の品位を高めることができるものである。

図１３は、この発明の回路基板の製造方法の他の実施の形態を示すものである。図１３に示す製造方法は、図１３（ｆ）に示すように、最後に補強板１１２を取り去るようにしたものであり、この目的のため、補強板１１２を回路基板本体１０１の面１０２に接着する際の接着剤としては、半田付け時の受ける熱によっても硬化することなく、粘着性を備えた性質を有するもので、粘着タイプの耐熱接着剤が適用できる。他の工程は、図１２の製造方法の過程と同一である。

粘着性有する接着剤を適用することで、貼り付けた補強板１１２を人手によって、面１０２から取り外すことが可能である。

この実施の形態によれば、製造過程での半田付け部に対するストレスを抑制することが可能であり、さらに回路基板を製品に組み込んでから、あるいは組み込む直前で、補強板を除去することが可能であり、品位の高い回路基板を製品に組み込むことが可能で、さらに、組み込んだ回路基板は補強板がないため、回路基板としての形状を小型かつシンプルなものにすることができるものである。

以上説明したように、この発明の回路基板は、回路部品収容部を備えた補強板を、この回路部品収容部で回路部品を避けるようにして、回路基板本体の一方の面に貼り付けるように構成したものであり、それによって回路基板本体の剛性が高くなり、他方の面に回路部品を実装する過程で、回路基板本体を変形させることがなくなるため、半田部付け部にストレスを与えることがなくなる。それによって、半田付け部にクラック等の機械的障害を発生させることがなくなり、回路基板の信頼性を向上させることができるものである。

なお、本発明は、以上示した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々変形可能である。

この発明に係わる両面部品実装回路基板の一実施の形態を説明するための示す斜視図。 図1に示す回路基板を、回路基板本体と補強板に分解して示す斜視図。 図1に示す回路基板本体の一方の面を示す平面図。 図1に示す回路基板本体の他方の面を示す平面図。 図1に示す回路基板を補強板方向から見た平面図。 図１に示す回路基板を図５のＡ−Ａ線で切断して矢印方向から見た断面図。 本発明に係わる両面部品実装回路基板の他の実施の形態を説明するために示す断面図。 本発明に係わる両面部品実装回路基板のさらに他の実施の形態を説明するために示す断面図。 本発明に係わる両面部品実装回路基板のさらに他の実施の形態を説明するために示す断面図。 本発明に係わる両面部品実装回路基板のさらに他の実施の形態を説明するために示す断面図。 本発明に係わる両面部品実装回路基板のさらに他の実施の形態を説明するために示す断面図。 本発明に係わる両面部品実装回路基板の製造方法の一実施の形態を説明するために示す図。 本発明に係わる両面部品実装回路基板の製造方法の他の実施の形態を説明するために示す図。

符号の説明

１００，７００，８００，９００，１０００，１１００…回路基板
１０１…回路基板本体
１０２…回路基板本体の一方の面
１０３…回路基板本体の他方の面
１０４，１０５，１０６…回路部品
１０７，１０８…端子電極
１０９，１１０，１１１…回路部品収容部
１１２，７０１，８０１，９０１，９０２，１００１…補強板
２０１，２０２，４０７，４０８，４１０，６０２…パッド
３０１，４０６…配線パターン
４０１，４０２，４０３…回路部品
４０９…リード
６０１，１２０１…半田

Claims (11)

1. 配線パターンが設けられた平板状のベースと、
   前記ベースの両面に、前記配線パターンと接続されて回路を構成すべく実装された回路部品と、
   前記ベースの面と当接する当接部と、前記回路部品に対応して厚み方向に形成された前記回路部品の収容部とで構成され、前記ベースの少なくとも一方の面に、前記収容部で回路部品を避けつつ前記当接部が前記ベースの面に接するように装着された補強部材と、
   を具備したことを特徴とする両面部品実装回路基板。
2. 前記補強部材は、前記収容部の周囲に前記当接部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の両面部品実装回路基板。
3. 前記補強部材は、前記ベースの面に接着剤によって接着されていることを特徴とする請求項１または２に記載の両面部品実装回路基板。
4. 前記補強部材は、外形寸法が前記ベースの外形寸法と同一に形成され、前記収納部以外の部分が全て前記当接部であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の両面部品実装回路基板。
5. 前記補強部材は、前記収容部が厚さ方向に貫通された開口で形成された第１の部材と、前記開口を覆うように当該第１の部材に結合された第２の部材でなることを特徴する請求項１乃至４のいずれかに記載の両面部品実装回路基板。
6. 前記補強部材は、その前記第２の部材が、前記熱伝導率の高い素材で形成され、前記収容部に位置する回路部品に直接的あるいは熱伝導物質を介して間接的に接するように配設されていることを特徴とする請求項５に記載の両面部品実装回路基板。
7. 前記補強部材は、前記ベースに対して取り外し可能に装着されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の両面部品実装回路基板。
8. 前記ベースが低剛性であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の両面部品実装回路基板。
9. 配線パターンが設けられた平板状のベースの一方の面に、前記配線パターンと接続されて回路を構成すべく回路部品を実装するステップと、
   前記ベースの面と当接する当接部と、前記回路部品に対応して厚み方向に形成された前記回路部品の収容部とで構成された補強部材を、前記収容部で回路部品を避けつつ前記当接部が前記ベースの面に接するように装着するステップと、
   前記ベースの他方の面に、前記配線パターンと接続されて回路を構成すべく回路部品を実装するステップと、
   でなることを特徴とする両面部品実装回路基板の製造方法。
10. さらに、前記ベースの前記補強部材が装着されていない面に、前記ベースの面と当接する当接部と、前記回路部品に対応して厚み方向に形成された前記回路部品の収容部とで構成された補強部材を、前記収容部で回路部品を避けつつ前記当接部が前記ベースの面に接するように装着するステップを備えることを特徴とする請求項９に記載の両面部品実装回路基板の製造方法。
11. さらに前記補強部材をベースから取り外すステップを備えることを特徴とする請求項９に記載の両面部品実装回路基板の製造方法。

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