JP2013175567A - プリント配線板 - Google Patents

Abstract

【課題】一般的なプリント配線板の材料により生成され、局部的に熱ストレスを加えるはんだ付け工法を適用した場合においても、ミーズリング耐性を有し、生産性とコスト性を両立することができるプリント配線板を提供する。
【解決手段】金属箔張積層板を加工した内層回路板８と、ガラス繊維をクロス状に配置したガラスクロス４，５および樹脂６により形成されたプリプレグ材３と金属箔を積層して加工した外層回路板１０とを多層に積層しているリード挿入部品を搭載するプリント配線板１において、リード挿入部品をはんだ付けする際に溶融はんだと接触する面側の外層回路板１０における金属箔がない領域に樹脂６の量を削減するためのザグリ１３を備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、電子機器に搭載するプリント配線板のはんだ付け作業において熱負荷により発生するミーズリングを抑制するプリント配線板に関するものである。

近年、電子機器の小型化、多層化、高密度実装化が進み、プリント配線板用の積層板に対して、より一層の信頼性の向上が求められており、特に、耐熱性、寸法安定性、電気絶縁性に優れた積層板の必要性がますます高まってきている。このような特性を満足するために、ガラスクロスを基材とし、高ガラス転移点、低熱膨張率、耐電食性に優れた高Ｔｇエポキシ樹脂や、ビスマレイイミド樹脂、ポリイミド樹脂等をマトリックス樹脂とした積層板が実用化されている。

ここで、ガラスクロスを積層板の基材として使用する場合に、ガラス繊維と樹脂の界面における接合が問題となっていた。特に、挿入部品実装のはんだ処理において、積層板に局部的な熱衝撃を与えると、ガラス繊維と樹脂の熱膨張率の差から生じる熱応力が原因でミーズリングと呼ばれる界面剥離が発生し、大きな問題となっていた。

この問題の改善策として、特許文献１では、ガラス繊維と樹脂との界面を化学的に結合させるためにポリイミド繊維を使用した積層板用基板不織布について開示されている。
また、特許文献２では、はんだ付け工法によって改善する方法として、噴流ノズルから噴出される溶融はんだの波の幅を小さくしたり、搬送速度を上げることにより、はんだ浸漬時間を調節することについて開示されている。
さらに、特許文献３には、熱膨張の差による熱応力を抑制するための改善として、プリント配線板にスリットを設け、プリント配線板のはんだ付け部にかかる熱応力を緩和する方法について開示されている。

特開平１１−２００２１０号公報 特開２０００−３５７８６５号公報 特開平１１−１５４７８１号公報

しかしながら、特許文献１のような従来の積層板用基材不織布は、特殊な材料を使用するため、電気的、強度的、コスト的、調達性等を優先した材料選定ができないという課題があった。
また、特許文献２のような従来の溶融はんだの供給調整方法は、溶融はんだを供給する装置の構造が複雑になるという課題があった。
さらに、特許文献３のような従来のプリント配線板にスリットを設ける方法では、フロー方式のはんだ付けを行う際にスリットからはんだが噴き上がってしまい、インターフェースコネクタ等の搭載部品内部へのはんだ侵入による接点不良等を生じ、不良品が発生するという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、一般的なプリント配線板の材料により生成され、局部的に熱ストレスを加えるはんだ付け工法を適用した場合においても、ミーズリング耐性を有し、生産性とコスト性を両立することができるプリント配線板を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、この発明に係るプリント配線板は、金属箔張積層板を加工した内層回路板と、ガラス繊維をクロス状に配置したガラスクロスおよび樹脂により形成されたプリプレグ材と金属箔を積層して加工した外層回路板とを多層に積層しているリード挿入部品を搭載するプリント配線板において、前記リード挿入部品をはんだ付けする際に溶融はんだと接触する面側の前記外層回路板における前記金属箔がない領域に前記樹脂の量を削減するためのザグリを備えることを特徴とする。

この発明によれば、一般的なプリント配線板の材料により生成され、局部的に熱ストレスを加えるはんだ付け工法を適用した場合においても、ミーズリング耐性を有し、生産性とコスト性を両立することができる。

この発明の実施の形態１に係るプリント配線板の各層の構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係るプリント配線板のザグリ加工を行う前の各層の構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係るプリント配線板への搭載部品のはんだ付け工法についての説明図である。 図２のＡ部を詳細図である。 この発明の実施の形態２に係るプリント配線板の各層の構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態２に係るプリント配線板への搭載部品のはんだ付け工法についての説明図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るプリント配線板１の各層の構成を示す断面図である。このプリント配線板１は、金属箔張積層板により形成されるコア材２を内層導体７として加工した内層回路板８と、エポキシ系樹脂にガラス繊維をクロス状に配置したガラスクロス４，５および樹脂６により形成されたプリプレグ材３と金属箔を積層して外層導体９として加工した外層回路板１０とを多層に積層形成されており、この積層を厚さ方向に貫くスルーホール１１，１２、はんだ付けする際に溶融はんだと接触する面側の外層回路板１０において金属箔がない領域にザグリ１３を有している。

実施の形態１に係るプリント配線板１の製造方法について説明する。図２は、この発明の実施の形態１に係るプリント配線板１のザグリ加工を行う前の各層の構成を示す断面図である。まず、コア材２を形成する金属箔張積層板の金属箔を内層導体７としてエッチング加工等をして内層回路板８を形成する。そして、この内層回路板８にプリプレグ材３を介して銅箔等の金属箔を重ねて積層成形することによって多層板を生成する。

次に、生成した多層板を厚さ方向に貫くスルーホール１１，１２を形成する。スルーホール１１，１２の表面全体には厚さ２０〜５０μｍ程度の金属メッキが施されており、この金属メッキにより上下の金属箔は電気的に接続されている。この金属箔と金属メッキを外層導体９としてエッチング加工等して外層回路板１０を形成する。

その後、搭載部品をはんだ付けする際に溶融はんだと接触する面側の外層導体９と接続されたパターンが設けられていない領域にザグリ加工を施してザグリ１３を形成し、プリント配線板１は製造される。ザグリ１３の深さは、ガラスクロス４，５および樹脂６を除去する深さ以上かつコア材２を除去する深さ未満とする。すなわち、ザグリ１３はガラスクロス４，５および樹脂６の量を削減するためのものである。

なお、ザグリ１３については、説明したように積層工程の後に機械加工によって形成してもよいし、また、積層工程の前にプリプレグ材３に金型やルータ加工により予め形成しておいてもよい。

ここで、プリント配線板にはんだ付けにより搭載部品を取り付ける方式は、表面実装部品のはんだ付けに適用されるリフロー方式と、リード挿入部品に適用されるフロー方式とに大別される。リフロー方式は、プリント配線板上に搭載部品が実装されるパッドにペースト状のクリームはんだを印刷し、部品搭載後に高温のリフロー炉でペーストはんだを溶融させて、はんだ接合する方式である。

一方、フロー方式は、プリント配線板のスルーホールに搭載部品のリードを挿入し、溶融はんだにプリント配線板の下面を接触させてはんだ付けする工法であり、さらに、プリント配線板を上下するだけの方式であるディップ方式、プリント配線板を搬送しながら浸漬する方式であるドラグ方式、はんだを噴流としてノズルから流出させる方式であるウェーブソルダリング方式の３種類の方式がある。
この発明の実施の形態１において、フロー方式のはんだ付けのうち装置構成を簡略化することが可能なウェーブソルダリング方式を用いて説明するが、フロー方式であればディップ方式、ドラグ方式を用いてもよく、余熱機構を削除するのに有効である。フロー方式は、余熱機構を設けないためはんだ付け設備の電気使用量を抑制し、省エネルギー効果を得ることができる。

図３は、この発明の実施の形態１に係るプリント配線板１への搭載部品１５のはんだ付け工法についての説明図であり、図３を用いてウェーブソルダリング方式によるはんだ付け工法について具体的に説明する。

まず、プリント配線板１のスルーホール１１，１２に搭載部品１５の部品リード１６を挿入し、ウェーブソルダリング槽１７にはんだ付けする部品リード１６を下にしてセットする。ウェーブソルダリング槽１７内は、溶融はんだ１８が充填され、溶融はんだ１８の溶融温度が一定の温度になるように制御されている。溶融はんだ１８は、はんだ噴流ノズル１９から噴流はんだ２０として部品リード１６とプリント配線板１の表面に吐出され、スルーホール１１，１２の金属メッキと部品リード１６とがはんだ付けされる。

ここで、このはんだ付けの工程において、噴流はんだ２０は鉛フリーはんだの場合、２６０℃で５〜１０秒間にわたりプリント配線板１の表面に吐出されるため、プリント配線板１の温度が急激に上昇してプリプレグ材３には熱膨張および熱収縮が生じ、図２に示すようなザグリ加工をしていないプリント配線板１の場合、熱応力によりプリプレグ材３の内部にミーズリングが発生する場合がある。

ここで、ミーズリングについて図４を用いて説明する。図４は、図２のＡ部の詳細図である。ミーズリング２１，２２はプリプレグ材３のガラスクロス４，５のガラス繊維の折り目のところで樹脂６から分離する現象である。この状態を、プリント配線板１を表面から見た場合、独立した白い点または“十字形”として現れる。

この発明の実施の形態１に係るプリント配線板１は、搭載部品１５をはんだ付けする際に溶融はんだ１８と接触する面側の外層回路板１０の外層導体９と接続されたパターンが設けられていない領域にザグリ１３を有するため、ザグリ１３を有する領域の樹脂６の量を削減することにより熱膨張量を低減し、ガラスクロス４，５と樹脂６の熱膨張率の差から生じる熱応力を緩和することができ、ミーズリング耐性が向上し、ミーズリング２１，２２の発生を防ぐことができる。

なお、ザグリ１３は、貫通した穴ではないため、搭載部品１５を設置する面側へはんだが噴き上がることがなく、インターフェースコネクタ等の搭載部品１５の内部へはんだが進入することによる接点不良等の歩留り低下を抑制できる。

なお、搭載部品１５が外部インターフェースコネクタである場合、外部インターフェースコネクタはケーブルへのノイズの伝播を抑制するため、搭載部品１５の直下にはノイズ対策のためのベタパターンを設けない構成とするのが一般的であるが、この場合、溶融はんだ１８が接触する部分の全てがコア材２、プリプレグ材３のみで形成された領域となるため熱応力が大きくなる。さらに周囲をベタパターンで囲われる構成となる場合は、特に樹脂６の熱収縮が周囲のベタパターンで拘束され、平面方向に緩和されないため、ミーズリングが顕著に発生しやすい状態となる。
このため、搭載部品１５が外部インターフェースコネクタである場合、溶融はんだと接触する面側の外層回路板１０の外部インターフェースコネクタの設置位置の直下の広い領域にザグリ１３を有する。

以上により、この発明の実施の形態１に係るプリント配線板１は、搭載部品１５をはんだ付けする際に溶融はんだ１８と接触する面側の外層回路板１０における金属箔がない領域に樹脂６の量を削減するためのザグリ１３を備えるように構成したので、一般的なプリント配線板１の材料により生成され、局部的に熱ストレスを加えるはんだ付け工法を適用した場合においても、ミーズリング耐性を有し、生産性とコスト性を両立することができる。

実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２に係るプリント配線板１の各層の構成を示す断面図である。実施の形態１で説明したものと同様の構成には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。図５に示すプリント配線板１と実施の形態１の図１に示すプリント配線板１との違いは、ザグリ１３の反対側の面である搭載部品を設置する面側の外層回路板１０において金属箔がない領域にザグリ１４を有する点である。

プリント配線板１にリード挿入部品をはんだ付けする際に溶融はんだと接触する面側の外層導体９と接続されたパターンが設けられていない領域に、搭載部品をはんだ付けする際に溶融はんだと接触する面側からザグリ加工を施してザグリ１３を形成し、また、搭載部品を設置する面側からザグリ加工を施してザグリ１４を形成する。ザグリ１３，１４の深さは、ガラスクロス４，５および樹脂６を除去する深さ以上かつコア材２を除去する深さ未満とする。すなわち、ザグリ１３，１４はガラスクロス４，５および樹脂６の量を削減するためのものである。

なお、ザグリ１３，１４は、積層工程の後に機械加工によって形成してもよいし、また、積層工程の前にプリプレグ材３に金型やルータ加工によって予め形成しておいてもよい。

図６は、この発明の実施の形態２に係るプリント配線板１への搭載部品１５のはんだ付け工法についての説明図である。

この発明の実施の形態２に係るプリント配線板１は、搭載部品１５をはんだ付けする際に溶融はんだ１８と接触する面側の外層回路板１０の外層導体９と接続されたパターンが設けられていない領域にザグリ１３を有するため、ザグリ１３を有する領域の樹脂６の量を削減することにより熱膨張量を低減し、ガラスクロス４，５と樹脂６の熱膨張率の差から生じる熱応力を緩和することができ、ミーズリング耐性が向上し、ミーズリング２１，２２の発生を防ぐことができる。

また、この発明の実施の形態２に係るプリント配線板１は、搭載部品１５を設置する面側の外層回路板１０の外層導体９と接続されたパターンが設けられていない領域にザグリ１４を有するため、ザグリ１４を有する領域の樹脂６の量を削減することにより熱膨張量を低減し、ガラスクロス４，５と樹脂６の熱膨張率の差から生じる熱応力を緩和することができ、ミーズリング耐性をさらに向上し、ミーズリング２１，２２の発生を防ぐことができる。

なお、ザグリ１３，１４は、貫通した穴ではないため、搭載部品１５を設置する面側へはんだが噴き上がることはなく、インターフェースコネクタ等の搭載部品１５の内部へはんだが進入することによる接点不良等の歩留り低下を抑制できる。

なお、搭載部品１５が外部インターフェースコネクタである場合、外部インターフェースコネクタはケーブルへのノイズの伝播を抑制するため、搭載部品１５の直下にはノイズ対策のためのベタパターンを設けない構成とするのが一般的であるが、この場合、溶融はんだ１８が接触する部分の全てがコア材２、プリプレグ材３のみで形成された領域となるため熱応力が大きくなる。さらに周囲をベタパターンで囲われる構成となる場合は、特に樹脂６の熱収縮が周囲のベタパターンで拘束され、平面方向に緩和されないため、ミーズリングが顕著に発生しやすい状態となる。
このため、搭載部品１５が外部インターフェースコネクタである場合、溶融はんだ１８と接触する面側および搭載部品１５を設置する面側の外層回路板１０の外部インターフェースコネクタの設置位置の直下の広い領域にザグリ１３，１４を有する。

なお、この発明の実施の形態２において、フロー方式のはんだ付けのうち装置構成を簡略化することが可能なウェーブソルダリング方式を用いて説明したが、リフロー方式でなくフロー方式であればディップ方式、ドラグ方式を用いてもよく、余熱機構を削除するのに有効である。フロー方式は、余熱機構を設けないためはんだ付け設備の電気使用量を抑制し、省エネルギー効果を得ることができる。

以上により、この発明の実施の形態２に係るプリント配線板１は、実施の形態１の構成に加え、搭載部品１５を設置する面側の外層回路板１０における金属箔がない領域に樹脂６の量を削減するためのザグリ１４を備えるように構成したので、さらにミーズリング耐性を向上させることができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ プリント配線板、２ コア材、３ プリプレグ材、４，５ ガラスクロス、６ 樹脂、７ 内層導体、８ 内層回路板、９ 外層導体、１０ 外層回路板、１１，１２ スルーホール、１３，１４ ザグリ、１５ 搭載部品、１６ 部品リード、１７ ウェーブソルダリング槽、１８ 溶融はんだ、１９ はんだ噴流ノズル、２０ 噴流はんだ、２１，２２ ミーズリング。

Claims (3)

1. 金属箔張積層板を加工した内層回路板と、ガラス繊維をクロス状に配置したガラスクロスおよび樹脂により形成されたプリプレグ材と金属箔を積層して加工した外層回路板とを多層に積層しているリード挿入部品を搭載するプリント配線板において、
   前記リード挿入部品をはんだ付けする際に溶融はんだと接触する面側の前記外層回路板における前記金属箔がない領域に前記樹脂の量を削減するためのザグリを備える
   ことを特徴とするプリント配線板。
2. 前記リード挿入部品を搭載する面側の前記外層回路板における前記金属箔がない領域に前記樹脂の量を削減するためのザグリを備える
   ことを特徴とする請求項１記載のプリント配線板。
3. 前記リード挿入部品が外部インターフェースコネクタである場合に、
   前記外層回路板の前記外部インターフェースコネクタの設置位置の直下の領域に前記樹脂の量を削減するためのザグリを備える
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載のプリント配線板。

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