JP2009076727A

JP2009076727A - プリント配線板、それを用いた電子機器、及びその製造方法

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Publication number: JP2009076727A
Application number: JP2007244937A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Tanabe; 剛田邊; Junichi Murai; 淳一村井; Goro Ideta; 吾朗出田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2009-04-09

Abstract

【課題】鉛フリーはんだを用いても、配線パターンの断線を防止でき、信頼性の高いプリント配線板、それを用いた電子機器、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】スルーホール２に設けられたランド３が複数の導電層からなることを特徴とするプリント配線板１であり、具体例としては、複数の導電層は、配線パターン５の延長部に形成され該配線パターン５に接続された第１の導電層３１と、この第１の導電層３１の表面側に形成され、上記スルーホール２側端部において該第１の導電層３１と相互に電気的、物理的に接続されている第２の導電層３２からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器に使用されるプリント配線板、それを用いた電子機器、及びその製造方法に関するものである。

従来の一般的なプリント配線板のスルーホールに回路部品を挿入してはんだ付した場合、Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだを用いた場合は正常なはんだ接合部が得られるのに対し、鉛フリーはんだを用いた場合は、ランドが浮き上がる状態となるいわゆるランド剥離と呼ばれる現象が多発する。ランド剥離が発生すると、ランドに接続されている配線パターンも浮き上がり、容易に配線パターンの断線に至る。このように、ランド剥離による配線パターンの断線は、プリント配線板を用いる電子機器の信頼性を著しく低下させる。このようなランド剥離を防止する対策として、ソルダーレジストをランドに被せることで、ランド剥離を防止することが提案されている（例えば特許文献１参照。）。

特許第３６８６８６１号公報（第１頁、図１）

上記のような従来技術では、ソルダーレジストでランドを覆うことにより、ランド上に形成されるはんだフィレットが小さくなり、はんだ付部の接合信頼性の低下が懸念されるという課題があった。

本発明は上記のような従来技術の課題を解消するためになされたもので、フィレットを小さくすることがなく、しかも鉛フリーはんだを用いても、配線パターンの断線を防止し得る信頼性の高いプリント配線板、それを用いた電子機器、及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るプリント配線板は、スルーホールに設けられたランドが複数の導電層からなることを特徴とするものである。
本発明に係る電子機器は、上記プリント配線板のスルーホールに回路部品のリード線が挿入され、はんだによって接続、固定されてなるものである。
本発明に係るプリント配線板の製造方法は、基材にスル−ホールを形成するための貫通孔を設ける工程と、上記貫通孔の内壁及び上記基材の表面に跨って第１の導電体を形成する工程と、フォトリソグラフィによって上記第１の導電体を選択的に除去してランドを構成する第１の導電層及び配線パターンを形成する工程と、上記基材表面、上記第１の導電層、及び上記配線パターンの上に絶縁層を形成する工程と、上記貫通孔の内壁及び上記絶縁層の上に跨って第２の導電体を形成する工程と、フォトリソグラフィにより上記第２の導電体を選択的に除去して上記ランドを構成する第２の導電層を形成する工程とを含むものである。

本発明のプリント配線板においては、スルーホールに設けられランドが複数の導電層に形成されているので、スルーホールに回路部品のリード線を挿入して鉛フリーはんだによりはんだ付けしたときに、ランドを構成する最上層の導電層のみが剥離を発生し、ランドを構成するその下の導電層は配線パターンとの接続が維持されることにより、配線パターンの断線が防止されるという効果がある。また、ランドを構成する最も上層の導電層の一部をソルダーレジストで覆う必要がないのでフィレット形状が小さくなることもない。

また、本発明のプリント配線板の製造方法においては、第１の導電層及び第２の導電層を有する複数の導電層からなるランドを一般的なプロセスの組み合わせによってスルーホールに容易に設けることができる。また、スルーホールに設けられたランドを構成する複数の導電層の内、最上層の第２の導電層のみが剥離し易く形成され、下層の第１の導電層の剥離を防止することで配線パターンの断線が防止された信頼性の高いプリント配線板が得られるという効果がある。

実施の形態１．
図１〜図３は本発明の実施の形態１に係るプリント配線板、それを用いた電子機器、及びその製造方法を説明する図であり、図１はプリント配線板のスルーホール部を模式的に示す断面図、図２は図１に示すプリント配線板の製造方法を工程順に示す説明図、図３は図１に示すプリント配線板のスルーホールに回路部品のリード線を挿入し、鉛フリーはんだによって接続、固定した電子機器のスルーホール部を模式的に示す断面図である。図１において、本発明のプリント配線板１は、スルーホール２に設けられたランド３が複数の導電層によって形成されている。この実施の形態１では、ランド３を構成する複数の導電層は、基材４上に設けられた配線パターン５の延長部に形成され、該配線パターン５に接続された第１の導電層３１と、この第１の導電層３１の表面側に形成され、スルーホール２側端部において該第１の導電層３１と相互に電気的、物理的に接続されている第２の導電層３２からなっている。

そして、この実施の形態１では第１の導電層３１と第２の導電層３２の２つの導電層の間にソルダーレジストを熱硬化して形成された絶縁層６が介装されている。なお、この絶縁層６は基材４の表面上及び配線パターン５上に跨って一体的に設けられている。また、絶縁層６上のランド３を除く部分にはソルダーレジスト７が設けられている。また、上記ランド３はプリント配線板１の所定位置に所定数設けられ、各ランドは何れも基材４の表面（例えば図の上側）、及び裏面に対称的に形成され、スルーホール２の内壁面に設けられた導電体と一体的に形成されている。

次に、図２（ａ）〜（ｇ）を参照して上記実施の形態１に係るプリント配線板１の製造方法を説明する。まず、ガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させた基材４（図２（ａ））の所定位置にドリルなどによりスルーホール２を形成するための直径が０．９ｍｍの貫通孔２０をあけ、該貫通孔２０の内壁及び基材２の表面に無電解銅めっき及び電解めっきを行ない、無電解銅めっき層８１ａ及び電解めっき層８１ｂからなる第１の導電体８１を形成する（図２（ｂ））。次に、パターニングレジストでコートして第１の導電体８１をエッチングし、配線パターン５及びこの配線パターン５の延長部で接続されたランド３を構成する直径が１．３ｍｍの第１の導電層３１を形成する（図２（ｃ））。

続いて、ソルダーレジストを基材４の表面と該第１の導電層３１及び配線パターン５上に印刷塗布し、熱硬化させることで絶縁層６を形成する（図２（ｄ））。さらに、貫通孔２０の内壁及びソルダーレジストからなる絶縁層６上に無電解銅めっき及び電解めっきを行ない、無電解銅めっき層８２ａ及び電解めっき層８２ｂからなる第２の導電体８２を形成する（図２（ｅ））。さらに、パターニングレジストでコートして該第２の導電体８２をエッチングし、ランド３を構成する直径が１．３ｍｍの第２の導電層３２を形成する（図２（ｆ））。最後に、ソルダーレジスト７を印刷塗布し、露光、現像、熱硬化させ、本発明の実施の形態１のプリント配線板１を得る（図２（ｇ））。

また、上記のような実施の形態１の製造方法によって得られたプリント配線板１のスルーホール２に、詳細図示省略している回路部品（挿入部品）のリード線を挿入して溶融はんだに浸漬させるいわゆるフローはんだ付工程によりはんだ付けして電子機器を得た。なお、このときのはんだ組成は鉛フリーはんだ（Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ）であり、はんだ融液温度は２５０℃、コンベアスピードは１．０ｍ／ｍｉｎとした。また、フラックスは標準的なＲＭＡタイプのものを使用した。

上記のように製造された電子機器におけるプリント配線板のスルーホール部を図３に模式的に示す。図において、回路部品のリード線９はスルーホール２に挿通され、鉛フリーはんだ１０によって接続、固定されている。従来のランドが単層のプリント配線板では矢印Ａで示す配線パターン５とランド３の境界付近に相当する部分が剥離して上方にめくれ上がり、配線パターン５が断線する問題があったが、この発明の実施の形態１では図に示すように、第２の導電層３２とソルダーレジストからなる絶縁層６の間において剥離が見られ、配線パターン５及びこの配線パターン５に接続された第１の導電層３１には全く剥離が見られず、従って断線も発生しなかった。

なお、上記製造方法によって得られたプリント配線板は、絶縁層６の上面側の第２の導電層３２との間の表面は、通常行われる化学研磨による表面粗化は行なわず、該絶縁層６の表面粗さは１μｍ以下としている。これは、第２の導電層３２と絶縁層６との間の密着性を表面粗化を行なわないことで意図的に低くし、第２の導電層６で積極的に剥離を発生させるためである。また、本発明においては、スルーホール２側端部からランド３の外周端部までの長さＬ（図１）が０．８ｍｍ以下の場合に特に有効である。これは、スルーホール２端からランド３外周までの長さＬが０．８ｍｍより長い場合は、ランド３と基材の密着力が大きくなるため、従来のプリント配線板においてもランド剥離は発生しないのに対し、０．８ｍｍ以下の場合、剥離しやすくなるためである。

上記実施の形態１の製造方法によって得られたプリント配線板、及び比較例として従来のプリント配線板について、鉛フリーはんだ（Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕはんだ）を用いて得られた図３に示すものと実質的に同様の電子機器に、−４０℃（３０ｍｉｎ）⇔＋１２５℃（３０ｍｉｎ）の温度サイクル試験を５００サイクル（ｃｙｃ）まで実施し、試験後サンプルを断面観察して配線パターン５の断線有無を確認した。本検証の結果を表１に示す。なお、同表中での数値は、断線発生数／評価配線数である。比較例として示す従来のプリント配線板においては、温度サイクル試験１００ｃｙｃ時点で配線パターンの断線が見られ、以降その割合が高くなるのに対し、本実施の形態１のプリント配線板１においては、温度サイクル試験５００ｃｙｃにおいても配線パターンの断線は全く見られなかった。

なお、上記実施の形態１では、基材４としてガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させた基材を用いた場合について説明したが、もとよりこれに限定されるものではなく、絶縁性を有する材料、例えば紙基材、ポリエステル基材などに例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂などの樹脂材料を含浸させた基材など、公知の基材は何れも特別な制限なく用いることができる。また、両面基板の場合について説明したが、これに限るものではなく、多層基板等でもよい。さらに、鉛フリーはんだとして、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだを用いた場合について説明したが、組成を含めてこれに限定されるものではなく、例えばＳｎ−Ｃｕ系はんだ、Ｓｎ−Ａｇ系はんだ、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ、及びＳｎ−Ｓｂはんだ等、公知の鉛フリーはんだは何れも特別な制限なく用いることができる。

上記説明したように本発明の実施の形態１に係るプリント配線板は、スルーホール２に設けられたランド３が複数の導電層によって形成されており、該複数の導電層は、配線パターン５の延長部に形成され該配線パターンに接続された第１の導電層３１と、この第１の導電層３１の表面側に形成され、上記スルーホール２側端部において該第１の導電層３１と相互に電気的、物理的に接続されている第２の導電層３２からなるものである。該実施の形態１によれば、ランド３部のスルーホール２に任意の電子部品のリード線を挿入して鉛フリーはんだで接続、固定したときに、配線パターン５の延長部では接続されていない第２の導電層３２とソルダーレジストからなる絶縁層６の間において剥離を発生させ、配線パターン５の延長部において接続された第１の導電層３１の剥離を防止することにより、第１の導電層３１と接続されている配線パターン５の断線を防止することができるという効果が得られる。

また、第１の導電層３１と第２の導電層３２はランド３のスルーホール２側のみで電気的・物理的（機械的）に接続され、下層の第１の導電層３１のみ配線パターン５の延長部で接続されているので、第２の導電層３２と絶縁層６の間における剥離が容易となり、配線パターン５の延長部で接続される第１の導電層３１の剥離を防止することにより、配線パターン５の断線を防止することができる。また、第１の導電層３１と第２の導電層３２に介在されたソルダーレジストからなる絶縁層６は第２の導電層３２にのみ剥離を発生させ、配線パターン５に接続される第１の導電層３１の剥離の防止に寄与している。

加えて、該絶縁層６の表面は、通常行われる化学研磨による表面粗化は行わず、表面粗さが１μｍ以下としたことにより、配線パターン５の延長部では接続されていない第２の導電層３２と絶縁層６の間において容易に剥離を発生させ、配線パターン５に接続される第１の導電層３１の剥離を防止し、配線パターン５の断線を効果的に防止している。しかも、ランド３の寸法がスルーホール２端からランド３の外周までの長さＬが０．８ｍｍ以下と小さいものであっても、配線パターン５に接続される第１の導電層３１の剥離を防止することにより、配線パターン５の断線を防止した信頼性の高いプリント配線板を提供できるという効果がある。
また、実施の形態１による上記プリント配線板を用いた電子機器（図示省略）は、上記のような特有の構成、作用効果を有するプリント配線板が用いられたことにより、配線パターン５の断線が防止され、信頼性が向上されると言う効果が得られる。

また、実施の形態１によるプリント配線板の製造方法は、基材４に貫通孔２０を形成する工程と、貫通孔２０の内壁及び基材４の表面に跨って第１の導電体８１を形成する工程と、フォトリソグラフィによって第１の導電体８１を選択的に除去して第１の導電層３１及び配線パターン５を形成する工程と、基材２０の表面、第１の導電層３１、及び配線パターン５の上に絶縁層６を形成する工程と、貫通孔２０の内壁及び絶縁層６の上に跨って第２の導電体８２を形成する工程と、フォトリソグラフィにより第２の導電体８２を選択的に除去して第２の導電層３２を形成する工程とを有するようにしたことにより、スルーホール２に設けられたランド３が複数の導電層に形成され、ランドを構成する複数の導電層の内、最上層の第２の導電層３２のみが剥離し易く形成され、下層の第１の導電層３１の剥離を防止することで配線パターン５の断線が防止された信頼性の高いプリント配線板が得られるという効果がある。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２によるプリント配線板の製造方法を工程順に示す説明図である。なお、各図を通じて同一符号は同一または相当部分を示している。この実施の形態２では、実施の形態１と同様のガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させた基板４１の表裏に銅箔４２を備えたいわゆる銅張積層板からなる基材４Ａ（図４（ａ））を用いる。先ず、基材４Ａの所定部にドリルなどによりスルーホール２を形成するための直径が０．９ｍｍの貫通孔２０をあける（図４（ｂ））。次に、貫通孔２０の内壁及び銅箔４２の表面に無電解銅めっき及び電解めっきを行い、無電解銅めっき層８１ａ及び電解めっき層８１ｂからなる第１の導電体８１を形成する（図４（ｃ））。続いて、パターニングレジストでコートして第１の導電体８１をエッチングし、配線パターン５及びこの配線パターン５の延長部で接続された直径が１．３ｍｍの第１の導電層３１を形成する（図４（ｄ））。

さらに、ソルダーレジストを基板４１の表面と第１の導電層３１及び配線パターン５上に印刷塗布し、熱硬化させることで絶縁層６を形成する（図４（ｅ））。さらに、貫通孔２０の内壁及びソルダーレジストからなる絶縁層６の上に無電解銅めっき及び電解めっきを行い、無電解銅めっき層８２ａ及び電解めっき層８２ｂからなる第２の導電体８２を形成する（図４（ｆ））。さらに、パターニングレジストでコートして第２の導電体８２をエッチングし、直径が１．３ｍｍの第２の導電層３２部を形成する（図４（ｇ））。最後に、ソルダーレジスト７を印刷塗布し、露光、現像、熱硬化させ、本発明の実施の形態２のプリント配線板１Ａを得る（図４（ｈ））。

上記のようにして得られたプリント配線板１Ａは、銅張積層板からなる基材４Ａが用いられている他は、スルーホール２に設けられたランド３が実施の形態１と同様に第１の導電層３１及び第２の導電層３２から構成される複数の導電層からなるものであり、上記実施の形態１と同様の動作により、同様の効果が得られる。

なお、上記実施の形態１及び２で示したスルーホール２、及びランド３の大きさや形状は一例に過ぎず、例示したものに限定されないことは言うまでもない。また、第１の導電層３１及び第２の導電層３２の間にソルダーレジストからなる絶縁層６を設けたが、該絶縁層６を他のものに置き換えても良い。要するに第２の導電層３２を第１の導電層３１に対して剥離し易くするもので、ソルダーレジストと同様の機能を有するものであれば他の材料に変えても差し支えない。その他、この発明の範囲内で種々の変形や変更等が可能であることは勿論である。

本発明の実施の形態１に係るプリント配線板のスルーホール部を模式的に示す断面図。図１に示すプリント配線板の製造方法を工程順に示す説明図。図１に示すプリント配線板のスルーホールに回路部品のリード線を挿入し、鉛フリーはんだによって接続、固定した電子機器のスルーホール部を模式的に示す断面図。本発明の実施の形態２によるプリント配線板の製造方法を工程順に示す説明図。

符号の説明

１、１Ａプリント配線板、２スルーホール、３ランド、３１第１の導電層、３２第２の導電層、４基材、４Ａ基材（銅張積層板）、４１基板、４２銅箔、５配線パターン、６絶縁層、７ソルダーレジスト、８１第１の導電体、８２第２の導電体、９リード線、１０鉛フリーはんだ、２０貫通孔。

Claims

スルーホールに設けられたランドが複数の導電層からなることを特徴とするプリント配線板。
上記複数の導電層は、配線パターンの延長部に形成され該配線パターンに接続された第１の導電層と、この第１の導電層の表面側に形成され、上記スルーホール側端部において該第１の導電層と相互に電気的、物理的に接続されている第２の導電層からなることを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板。
上記複数の導電層の間に絶縁層が介装されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプリント配線板。
上記絶縁層の表面粗さは１μｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載のプリント配線板。
上記ランドを構成する最上層の導電層における上記スルーホールの端部から外側端部までの寸法が０．８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載のプリント配線板。
上記請求項１から請求項５の何れかに記載のプリント配線板のスルーホールに回路部品のリード線が挿入され、はんだによって接続、固定されてなることを特徴とする電子機器。
上記はんだは鉛フリーはんだであることを特徴とする請求項６に記載の電子機器。
基材にスル−ホールを形成するための貫通孔を設ける工程と、上記貫通孔の内壁及び上記基材の表面に跨って第１の導電体を形成する工程と、フォトリソグラフィによって上記第１の導電体を選択的に除去してランドを構成する第１の導電層及び配線パターンを形成する工程と、上記基材表面、上記第１の導電層、及び上記配線パターンの上に絶縁層を形成する工程と、上記貫通孔の内壁及び上記絶縁層の上に跨って第２の導電体を形成する工程と、フォトリソグラフィにより上記第２の導電体を選択的に除去して上記ランドを構成する第２の導電層を形成する工程とを含むことを特徴とするプリント配線板の製造方法。
上記基材として、表面及び裏面に銅箔を有する銅張積層板を用いるようにしたことを特徴とする請求項８に記載のプリント配線板の製造方法。