JP4246426B2 - 回路基板 - Google Patents
回路基板 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4246426B2 JP4246426B2 JP2001328156A JP2001328156A JP4246426B2 JP 4246426 B2 JP4246426 B2 JP 4246426B2 JP 2001328156 A JP2001328156 A JP 2001328156A JP 2001328156 A JP2001328156 A JP 2001328156A JP 4246426 B2 JP4246426 B2 JP 4246426B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- soldered
- heat
- solder
- pad
- terminal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Structures For Mounting Electric Components On Printed Circuit Boards (AREA)
- Structure Of Printed Boards (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、高電圧や大電流を取り扱う電子部品が実装される回路基板に関するものであり、特に、駆動時の電子部品からの発熱を放熱するパッドを備えた回路基板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、高電圧や大電流を取り扱う電子部品が実装される回路基板としては、電源用の回路基板、電源供給回路部を有する回路基板あるいは各種アクチュエータのドライブ回路を有する回路基板等が挙げられる。これらの回路基板に実装される電子部品としては、パワーIC、パワートランジスタ、コイル等があり、いずれも駆動時に発熱を伴う電子部品である。
【0003】
これらのうち、パワーICやパワートランジスタは、駆動時に発生する熱を効率的に放熱するために金属製の放熱フィンを備えており、それ自体に発熱対策が施されている。しかし、取り扱う電圧や電流あるいは周りに実装される電子部品によっては、この放熱フィンだけでは適切に放熱するのに不十分な場合がある。そこで、これらの電子部品が実装される回路基板自体にも放熱部を備えた構造のものが提供されている。実装される電子部品に対して電気的導通を取るための電極パッドとは別に、例えば、パワートランジスタが備える放熱フィンを取り付けるための放熱用のパッドが放熱部として回路基板に形成してある。このパッドと放熱フィンとを半田付けしてパワートランジスタを回路基板に固定する。これにより、パワートランジスタと回路基板とは良好に熱結合されることになる。さらに、この放熱用のパッドは放熱フィンよりも広い面積を有しており、実効的に放熱フィンの面積を拡大する働きをしている。このようにしてパワートランジスタからの熱の放熱効率の向上が図られている。
【0004】
このようなパワートランジスタ等の駆動時に発熱を伴う電子部品の回路基板への取り付け方法は、他の電子部品と同じである。この回路基板への取り付け方法の一例として、リフロー半田付けがある。まず、各電子部品の取り付け位置に対応して、回路基板上にクリーム半田をスクリーン印刷したりディスペンサにより滴下して塗布する。パワートランジスタを含む各電子部品が、それぞれのクリーム半田が塗布された取り付け位置に仮止めされる。この電子部品が仮止めされた回路基板をリフロー炉に投入し、半田の溶融温度にまで加熱をしてクリーム半田をリフローさせる。この後に、冷却することで、各電子部品が所定の位置に半田付けされ、回路基板に実装されることになる。このようなリフロー半田付けにより、例えばパワートランジスタは、その通電用のリード端子が対応する電極パッ
ドに半田で固定されると共に、放熱フィンが回路基板に放熱用のパターンとして形成されたパッドに半田付けされることになる。このようにして、パワートランジスタ等の駆動時に発熱を伴う電子部品を含む、各種の電子部品が半田で固定された回路基板の実装品ができあがる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図7(a)−1と図7(a)−2に示すように、放熱フィン4が半田付けされる放熱用のパッド6は、放熱フィン4の占有面積より広い面積を有している。なお、図7(a)−1は、パワートランジスタ2が、回路基板12に形成されたパッド6に取り付けられている状態を示す図であり、図7(a)−2は、パワートランジスタ2が取り付けられるパッド6及び電極パッド10の平面図を示している。このパッド6に取り付けられるパワートランジスタ2の放熱フィン4は、リフロー前にはパッド6全面に塗布されたクリーム半田に対して押圧されて仮止めされているだけである。したがって、リフロー時には溶融した半田の表面張力によりパワートランジスタ2が浮くという現象が生じる。リフロー半田付けは、リフロー炉内において、回路基板12をコンベヤで搬送しながら塗布されたクリーム半田を加熱溶融させるもので、この搬送途中に生じる回路基板12の傾きや振動、あるいは溶融半田の対流現象等により溶融半田上に浮いているパワートランジスタ2は容易に仮止め位置からずれてしまう。これは、パワートランジスタ2のリード端子8が、対応する電極パッド10からずれた状態で半田付けされてしまうことを意味し、適切なリード端子8への電極パッド10からの通電ができない状態でパワートランジスタ2が実装されてしまうという不具合を起こす原因となるものである。また、パッド6の放熱フィン4が半田付けされる部分にだけクリーム半田を塗布した場合には、リフロー時に溶融した半田がパッド6のクリーム半田が塗布されてなかった部分に流れて拡がるので、放熱フィンを半田付けするのに十分な半田が確保できず、パワートランジスタ2の確実な固定ができない。
【0006】
このような不具合は、他の電子部品の実装終了後に、改めて手作業によって半田付けをすることで、図7(a)−1に示すように、回路基板12の所定の位置に固定することができる。しかし、新たな半田付けという工程が増えることを考えると、電子部品の実装方法としては生産性の高いものではなく、コスト高にもなる。
【0007】
このようなリフロー時のパワートランジスタ2の位置ずれに対する対策法として、図7(b)−1および図7(b)−2に示すように、ボンドのような接着剤20を用いてその放熱フィン4を回路基板12に対して固定しておく方法がある。この放熱フィン4の接着剤20による固定は、クリーム半田の塗布の後に行われる。さらに、放熱用のパッド6に対する熱的な結合は、クリーム半田により仮止めされている他の電子部品とともにリフロー処理することにより完了する。しかし、この対策法では接着剤20の塗布、乾燥、固化という新たな工程を加えることが必要となり、電子部品の実装方法としては生産性が低いといえる。
【0008】
別の対策法としては、図7(c)−1および図7(c)−2に示すように、回路基板12に通電可能なスルーホール14を予め作成しておき、対応するスルーホール14にパワートランジスタ2のリード端子8を挿入して固定しておく方法がある。この場合、パワートランジスタ2を回路基板12のスルーホール14に挿入する必要があり、単にクリーム半田に仮止めする他の電子部品と同時に実装することはできない。すなわち、リード端子8のスルーホール14への挿入、リード端子8とスルーホール14との半田付け、この後の放熱フィン4のパッド6への半田付けという新たな工程が必要になる。このうち、リード端子8のスルーホール14への挿入は手で行うことになる。また、回路基板12にスルーホール14を予め通電可能に形成しておくこと自体、回路基板12のコスト高を招くものであり、全体としても、電子部品の実装方法として生産性が低いといえる。
【0009】
また別の対策法として、リフロー時の半田の流れを最小限に押さえるために、図7(d)−1および図7(d)−2に示すように、放熱用のパッド6の放熱フィン4が取り付けられる領域を残して、他の部分を耐熱絶縁性の合成樹脂やレジストの膜16で被覆する方法がある。この場合、パッド6上ではパワートランジスタ2が半田付けされる領域を残して絶縁性の合成樹脂16で被覆されることになる。この合成樹脂16は、リフロー時の半田の流れを最小限に押さえることはできるが、パッド6の放熱部分を被覆するため、熱の放熱特性が被覆しない場合よりも低下する。つまり、このパッド6が有する面積に見合った放熱フィン4の実効的な面積の拡大は望めない。
【0010】
また、図7(e)−1および図7(e)−2に示すように、パワートランジスタ2のリード端子8が半田付けされる電極パッド10の周囲に、適宜の高さの耐熱絶縁体で形成された***部18を設置する対策法がある。トランジスタの移動を確実に防止するためには十分な高さの***部が必要であり、このような***部18の作成は、新たな工程として形成することになる。従って、電子部品の実装方法としては生産性が低いといえる。
【0011】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、パワーICやパワートランジスタのように発熱する電子部品をリフロー半田付けする場合に、これらの電子部品が位置ずれを起こすことなく、高い放熱効率を確保した状態で半田付けができる回路基板を提供することを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項1記載の発明は、放熱端子と通電端子とを有する電子部品が半田付けされる回路基板であって、前記放熱端子を半田付けされ、前記放熱端子が占有する面積より広い面積を有し、前記電子部品が発する熱を放熱する放熱パッドと、前記通電端子を半田付けされ、前記放熱パッドの面積より小さい面積を有し、前記電子部品に通電するための少なくとも1つの電極パッドと、前記放熱端子が半田付けされる半田付け領域を、前記放熱端子が半田付けされない前記放熱パッドの領域から区画するための、前記放熱パッド上に配置された半田規制層とを備え、
前記半田規制層は、前記半田付け領域に半田付けされた前記放熱端子の位置ずれが生じないように、前記放熱端子の前記放熱パッドに半田付けされる部分に沿って形成されているという構成を有している。
【0013】
このような構成では、放熱端子が半田付けされる放熱パッドの面積が、この放熱パッドに半田付けされる放熱端子の占有面積より広く、特に駆動時に発熱を伴う電子部品を実装する場合には、この熱を高い効率で放熱する。さらに、電子部品の通電端子が電極パッドに半田付けされるとともに、前記半田規制層は前記放熱パッドを放熱端子が半田付けされる領域と、半田付けされない領域とに区画し、半田付けの際に溶融した半田が半田規制層をこえて移動するのを防止する。この時、半田規制層で区画された半田付け領域は、電子部品の位置ずれを起こさない。
【0014】
また、請求項2記載の発明は、請求項1に記載の構成に加え、前記半田規制層は、溶融した半田が濡れにくい材質からなり、前記放熱端子が半田付けされる領域と前記放熱端子が半田付けされない領域の間において、溶融した半田が移動するのを阻害するという構成を有している。
【0015】
このような構成では、半田規制層が、溶融した半田に対して濡れにくい材質であるため、溶融した半田をはじいたり反発したりする。そのため、半田層の厚さに比べて半田規制層の方が厚い場合も、逆に、半田規制層の方が薄い場合でも、放熱端子が半田付けされる領域に存在する溶融した半田が他方の領域に移動することを適切に阻害する。もちろん、この逆の方向の半田の流れに対しても同様に阻害する。
【0016】
さらに、請求項3記載の発明は、請求項1あるいは2に記載の構成に加え、前記半田規制層が、所定の幅を有する帯状の合成樹脂層であるという構成を有している。
【0017】
このような構成では、半田規制層である帯状の合成樹脂層の幅を溶融した半田が横切ることができない幅にすることで、放熱特性の悪い合成樹脂により不必要に被覆される放熱パッドの面積が必要最小限にすることができる。また、半田規制層が、溶融した半田に対して濡れにくい合成樹脂層の場合は、溶融した半田が半田規制層を横切って移動してしまわない範囲内で、帯状の合成樹脂層の幅がさらに狭くすることができる。
【0018】
さらに、請求項4記載の発明は、請求項1から3のいずれかに記載の構成に加え、前記半田規制層により区画される半田付け領域は、前記放熱端子が半田付けされた際に、半田のはみ出しが生じない大きさで形成されているという構成を有している。
【0019】
このような構成では、前記放熱端子が半田付けされた際に、電子部品から半田がはみ出さない。
【0020】
【0021】
【0022】
また、請求項5記載の発明は、請求項1から4のいずれかに記載の構成に加え、前記半田規制層は、前記回路基板の前記放熱パッドを除く部分を被覆する層を形成する絶縁性の合成樹脂を用いて形成されるという構成を有している。
【0023】
半田規制層と放熱パッド以外の部分を被覆する絶縁性の合成樹脂層とが同じ材料を用いて形成されるため、半田規制層のための材料を特別に準備する必要がない。
【0024】
また、請求項6記載の発明は、請求項1から5のいずれかに記載の構成に加え、前記電子部品は、駆動時の発熱を放熱する放熱端子を有し、前記放熱パッドは、熱伝導率の高い材質からなり、前記放熱端子が前記放熱パッドの半田付け領域に半田付けされた際に、前記電子部品の発熱が前記放熱端子を介して前記放熱パッドから放熱されるという構成を有している。
【0025】
このような構成では、前記電子部品が駆動時に熱を発すると、前記放熱パッドが、前記放熱端子を介して前記電子部品の熱を効率的に放熱する。
【0026】
また、請求項7記載の発明は、放熱端子と通電端子とを有する電子部品が半田付けされる回路基板であって、放熱端子が半田付けされる放熱パッドの面積が、この放熱パッドに半田付けされる放熱端子の占有面積より広く、特に駆動時に発熱を伴う電子部品を実装する場合には、この熱を高い効率で放熱する。そして、絶縁性部材で構成された基材と、前記基材上に配設され、導電体で形成された複数の回路パターンと、前記回路パターンの一部として形成され、半田付けされる電子部品が発する熱を放熱する放熱パッドと、前記回路パターンの一部として形成され、半田付けされる前記通電端子を介して前記電子部品に通電するための電極パッドと、前記回路パターン間を電気的に絶縁するために、前記基材上に配設されたレジストパターンと、前記レジストパターンの一部として前記放熱パッド上に形成され、前記放熱パッドを前記放熱端子が半田付けされる半田付け領域と前記放熱端子が半田付けされない領域とに区画する半田規制層とを備えるという構成を有している。
【0027】
このような構成では、半田付けされる電子部品が発生する熱を放熱するパッドと、半田付けされる電子部品に通電するための電極パッドとが、いずれも基板上に形成される回路パターンの一部として一体に形成されている。さらに、各回路パターン間の電気的な絶縁性を確保するためのレジストパターンと、パッド上に形成される半田規制層とが一体に形成される。このレジストパターンと同じ材質で形成された半田規制層は、放熱端子が半田付けされる領域に存在する溶融した半田が、この半田規制層を横切る移動を阻害する。また、前記半田規制層は、前記放熱端子の前記放熱パッドに半田付けされる部分に沿って形成されている。この時、半田規制層で区画された半田付け領域は、電子部品の位置ずれを起こさない。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0029】
本発明は、パワーICやパワートランジスタのように発熱する電子部品をリフロー半田付けする場合に、生産性を犠牲にすることなく、これらの電子部品が位置ずれを起こさず、高い放熱効率を確保した状態で半田付けができる回路基板に関するものであり、このような回路基板の一例として、図2に、カラーレーザープリンタに用いるデータ変換用回路基板30の概略実装状態を表した配置図を示す。これには、外部から入力された各種印字用データをビデオ信号に変換する回路を構成する各種の電子部品が配置されている。ここで、データ変換用回路基板30は電気絶縁性の基板材上に、電子部品に通電するための陽極回路パターンと陰極回路パターンとデータ信号を伝達するための信号線回路パターンとが前記基板材上にエッチング法にて形成されている。これらの回路パターンは電気的に互いに絶縁されている。回路基板に使用する電子部品の種類によっては前記陰極回路パターンのかわりにアース回路パターンを設けることも可能で、陰極回路パターンとアース回路パターンとを同時に設けることもある。また、供給電圧の相違により、同一の基板上に異なる駆動電圧で駆動される電子部品を装着する際には、前記陽極回路パターンも駆動電圧毎に設けられることがある。そして前記基板材には、前記複数の回路パターンを除く表面部分に電気絶縁性のレジストによりレジストパターン(レジスト層59:図1参照)が形成されている。
【0030】
尚、図2はデータ変換用回路基板30の各種の電子部品の配置を示す図面であり、簡単のためにこれらの回路パターンの図示は省略してある。
【0031】
このデータ変換用回路基板30は、外部から各種印字用データが入力されるUSB端子34やシリアル端子36、入力データをプリンタエンジン用のビデオ信号に変換するCPU部38、CPU部38の動作プログラムが格納されているROM部40、CPU部38の一時的な作業領域として使われたり入力データの一時記憶領域として使われるRAM部42、入力信号から変化されたビデオ信号を出力するための出力用インターフェイス44とからなる。CPU部38からの命令信号に基づいてASIC部46が特定の回路部を選択し、CPU部38との信号の授受の仲介をするように構成されている。また、図示はしていないが、2つの異なる極性を持って各種の電子部品に対して電力を供給するための回路パターンや、各電子部品間の信号の授受をするためのバスとして働くパターン等が多数配設されている。
【0032】
このような回路構成を有するデータ変換用回路基板30には、CPU部38に対する電源回路として働く電源部48が設置されている。この電源部48では、駆動時に発熱を伴う電子部品であるレギュレーター50がデータ変換用回路基板30に半田付けされている。レギュレーター50は、CPU部38が必要とする電圧の1.65V(V:ボルト)を、レギュレーター50への供給電圧である3.3Vから変換して出力している。CPU部38に対して供給できる電流は0.5A(A:アンペア)であり、駆動中は発熱をする。この熱を放熱するために、図3に示すように、レギュレーター50自体に放熱用の放熱フィン52が取り付けてある。しかし、周りに配置される各種電子部品の要求する温度条件を満足するためやレギュレーター50自体の電圧変換効率を良好な状態に維持するためには、この放熱フィン52による大気への直接的な放熱だけでは不十分の場合がある。
【0033】
そのため、データ変換用回路基板30のうち、このレギュレーター50が半田付けされる部位には、レギュレーター50からの熱を効率的に放熱するための工夫がなされている。これを、図1(a)と図1(b)に示す。このうち、図1(a)は、レギュレーター50がデータ変換用回路基板30に半田付けされている状態を示した断面図であり、図1(b)はレギュレーター50が半田付けされる放熱パッド54を示した平面図である。この放熱パッドは、基板上で回路パターンと独立して設けることもできるし、グランド回路パターンの一部として設けることもできる。この電極パッド58は、陽極回路パターンと陰極回路パターンとにそれぞれ一体に設けられる。
【0034】
放熱パッド54は、データ変換用回路基板30の電源部48に位置して形成され、ここにレギュレーター50の放熱端子である放熱フィン52が半田付けされている。このレギュレーター50に通電するための通電端子であるリード端子56も、放熱54に近接して形成されている電極パッド58に半田付けされている。
【0035】
ここでは、放熱パッド54が、ここに半田付けされるレギュレーター50の占有面積に比べて広い面積を有している。さらに、放熱パッド54は、レギュレーター50が半田付けされる領域54aと何も半田付けがなされない領域54bとに、合成樹脂でできた帯状のレジスト層60により区画されている。この帯状レジスト層60は、溶融した半田に対して濡れにくい性質を持ち、領域54aと領域54bとの間で溶融した半田が、他方の領域に移ることを規制する半田規制層として働く。本実施例の場合には、溶融した半田は、レギュレーター50が固定される領域54aに存在することになるので、帯状レジスト層60は、この半田が何も半田付けされない領域54bに流れることを規制する。
【0036】
このような溶融半田に対する規制効果は、帯状レジスト層60の厚さが領域54aに存在する半田の厚さ以上であれば当然のことながら良好に発揮されるが、帯状レジスト層60の厚さの方が薄くても溶融半田に対して濡れにくいことから、溶融した半田をはじいたり反発したりして、溶融した半田の流れに対する良好な規制層として働く。このような溶融半田に対する規制層としての働きは、当然ながら領域54bに半田が存在する場合も、領域54aと領域54bの両方に半田が存在する場合にも発揮される。本実施の形態では、帯状レジスト層60の幅は0.5mm以上あれば溶融した半田の領域間の移動を防ぐことができるので、放熱パッド54上に形成される帯状レジスト層60の幅は0.5mmとした。もちろん、これ以上の幅を帯状レジスト層60が有しておれば、より確実に一方の領域から他方の領域に半田が移動することを防ぐことができる。従って、帯状レジスト層60の幅は、この層60によって放熱パッド54の有する放熱特性が低下しない範囲で、適宜決めることができる。
【0037】
図4に、本実施の形態おける電源部48における、放熱パッド54及び電極パッド58のより実際的な形状を表す平面図を示す。放熱パッド54は、縦13.6mm×横13.2mmの略正方形をしている。このうち横13.2mmの一辺と幅0.5mmの帯状レジスト層60により、半田付けがされる領域54aを放熱パッド54中に区画してある。この帯状レジスト層60が放熱パッド54に対して占める面積的な割合は5%弱であり、放熱パッド54のほとんどの部分が、半田付けされる領域54aあるいは半田付けされない領域54bとして露出していることになる。このうち、半田付けがされる領域54aの形状とサイズは、ここに半田付けされるレギュレーター50が放熱パッド54に対して占有する部分の外形とほぼ同じになっている。このレギュレーター50は、図3に示したように、横幅6.6mmMaxの電子部品であるが、これに取り付けられている金属製の放熱フィン52は横幅5.2mmで縦幅が5mmである。これに対して、帯状レジスト層60により区画される領域54aは、横幅6.5mmで縦幅は5mmのサイズを有している。形状は、ほぼレギュレーター50の外形と相似になっている。さらに、この領域54aの近傍には、幅0.7mmで縦2.5mmの寸法を有した、レギュレーター50に通電するための電極パッド58が形成されている。ここには、レギュレーター50の通電端子であるリード端子56が半田付けされる。なお、放熱パッド54の面積は、ここに半田付けがされる、駆動時に発熱を伴う電子部品に対して要求される放熱特性に基づいて決められるものであって、この実施の形態で一例として挙げたレギュレーター50に対しては、上記の面積が必要とされるものである。
【0038】
以上に述べたように、駆動時に発熱を伴うレギュレーター50が半田付けされる放熱パッド54は、レギュレーター50の半田付けされる部分よりも広い面積を有している。これにより、半田付け後には、レギュレーター50の備える放熱フィン52の実効的な面積が広くなるので、放熱フィン52だけで放熱する場合に比べて高い放熱効率が実現されている。さらに、放熱パッド54に比べて放熱特性が劣る帯状レジスト層60によって被覆される面積も、放熱パッド54の5%弱と非常に狭いものであるので、この帯状レジスト層60による放熱パッド54の放熱効率の低下もほとんどない。
【0039】
また、レギュレーター50と帯状レジスト60との間の間隙は、レギュレーター50が位置ずれしても、電気的な接続が絶たれるといった導通不良や隣にある電極パッドにも導通してしまうような短絡といった半田付け不良にはならない範囲で設けてあればよい。このことはレギュレーター50の仮止め時の設置精度に自由度を持たせてあると言える。縦幅の方向にも、上述したような自由度を持たせることができる。この場合でも、半田付け中にレギュレーター50に位置ずれが生じても、所定の電極パッド58に対してリード端子56が完全に離れてしまって導通不良になってしまわない範囲内で、縦方向の間隙を決めればよい。
【0040】
一方で、電子部品が半田付けされる場合、半田量が多いと、半田が固化するときにレギュレーター50の重みによりレギュレーター50の周囲に半田がはみ出してしまい、そのまま残ってしまうという現象が起こりやすい。特に、回路基板30上での半田付け部分である領域54aの面積に対して、レギュレーター50が大きい場合には、溶融した半田がこの領域54aからはみ出してしまう可能性が高い。このようにはみ出して固化した半田は、何かの衝撃が加わると外れて、実装されている電子部品間で電気的な短絡を起こす原因になる。
【0041】
ここでは、半田のはみ出しの有無について、横幅6.6mmのレギュレーター50をパッド上の領域54aに実際に半田付けしてみて調べた。予め塗布してあるクリーム半田の厚みは一定にして、領域54aの幅(図4中の寸法:a)をレギュレーター50の横幅より0.5mm狭く(a=6.1mm)した場合、レギュレーター50の周囲に球状をした半田のはみ出しが生じた。これに対して、レギュレーター50の横幅より0.1mm狭い(a=6.5mm)か、同じ(a=6.6mm)寸法にした場合には、半田のはみ出しは生じず、良好な半田付けがなされた。しかし、レギュレーター50の横幅よりも1.5mm広い(a=8.1mm)場合には、半田のはみ出しな生じないが、レギュレーター50の位置ずれが生じ、そのリード端子56に導通不良というような半田付け不良が起こってしまった。
【0042】
次に、このデータ変換用回路基板30に用いる基板の作成手順を説明する。
【0043】
図5は、基板の作成工程を順に示した図である。まず、図5(a)に示すように、ガラスエポキシ等の絶縁基材62の裏表に銅箔64が形成された基板66を用意する。次に、銅箔64を所望のパターンにエッチングにより成形する。図5(b)は、この成形により回路パターンが基材上にできあがった状態を示している。この図には、将来スルーホール68として用いられるパターンと上述のレギュレーター50が半田付けされる放熱パッド54や電極パッド58を有する回路用いられるパターンが形成された状態を概略的に示している。このエッチングによるパターニングは、感光性のホトレジストを塗布した後に所望のパターンでマスク露光するホトリソ法を用いても良いし、銅箔64に対するエッチング剤に耐性を有するレジスト膜を所望のパターンで印刷するスクリーン印刷法を用いても良い。このエッチング処理の後、図5(c)に示すようにスルーホール68をドリル加工で開設する。さらに、スルーホール68部に対して銅のメッキ処理をすることにより、基材62の表面と裏面に残っているパターンを電気的に接続された状態にする。この状態を、図5の(d)に示す。最後に、各パターン間を電気的に絶縁するために絶縁性の合成樹脂であるレジストパターン70をスクリーン印刷法で塗布する。本実施の形態では、レジストパターン70の材料として、アクリレート系樹脂を使用して基材62上に15μm以上の厚さで塗布している。このレジストパターン(層)70の塗布には、ディスペンサからレジストを滴下することで塗布しても良いし、さらに、微細なパターンが要求される場合には、レジストの吐出時の液適量がディスペンサを用いた場合に比べ非常に少なくてすむ、インクジェット装置を用いたインクジェット法によって塗布しても良い。このレジストパターン(層)70は、溶融した半田に対して塗れにくい性質がある。この時、図5(e)に示すように、レギュレーター50が半田付けされる放熱パッド54上にも、溶融した半田に対する半田規制層として働く帯状レジスト層72も塗布する。この帯状レジスト層72は、他の電子部品間の絶縁性を確保するためのレジストパターン(層)70と同じ工程で形成される。この帯状レジスト層72は、レジストパターン(層)70と同じ材質のレジスト剤で形成される。本実施の形態では、5μm以上の厚さに塗布している。同一工程のため、新たに帯状レジスト層72を形成するための工程を増すことなく、電子部品実装用の基板66を作成することができる。もちろん、帯状レジスト層72を別工程で作成しても、得られる帯状レジスト層72は、溶融した半田に対する良好な規制層として働くと共に、帯状レジスト層72により区画される領域54aに半田付けされる電子部品の位置ずれを確実に防止できることに変わりはない。なお、この場合、レジストパターン(層)70とは異なり、溶融した半田に対してレジストパターン(層)に比べて、より塗れにくい材料で帯状レジスト層72を形成することもできる。この場合、帯状レジスト層72をさらに小さくすることができる。以上により、データ変換用回路基板30に用いることができる電子部品実装用の基板66の形成が完了する。
【0044】
ここで、放熱パッド54上において、何の電子部品も半田付けされることなく露出する領域54bに対して、この部分で露出することになる銅箔64の酸化防止を目的に、ごく薄い半田層を形成しておくことは基板66の長寿命化や実装される電子部品の安定動作のために好適である。この場合、放熱パッド54の放熱特性を低下させず、露出する銅箔64の酸化を防止するものであれば、領域54b上に形成する層の材質は自由である。これにより、所望の電子部品を実装できる基板66が形成される。ここでは、放熱パッド54は、基材62の一方の面にしか形成しない場合について説明しているが、放熱パッド54は、表裏両面に形成しても、さらに基材62の内部に形成しても良い。いずれの部位に形成される放熱パッド54の形状も、その周りに存在する他の電子部品や別のパターンに対して電気的あるいは熱的に干渉しないようにしておけば、自由に決められる。また、各部位にある放熱パッド54を熱的に結合する方法としては、上述のような、スルーホール68を介して行えばよい。このようにすれば、各部位に形成された放熱パッド54を好適に熱的に結合することができ、見かけ以上の放熱効果を揚げることができる。
【0045】
このように、本実施の形態では、溶融した半田に対する半田規制層として働く帯状レジスト層72と各パターン間の絶縁性を確保するためのレジストパターン(層)70とが同じ材質であり、基板66の作成時に同じ工程で形成もされている。また、この帯状レジスト層72を形成するために、特別な工程や新たな工程を用いてもいない。本発明の基板6
6は、生産性の高い構造を有する基板と言える。
【0046】
続いて、図6を用いて、この基板66に所望の電子部品を実装してデータ変換用回路基板30を形成する手順を説明する。ここでは、説明を簡単にするために、基板66の片面だけに実装する場合について述べる。
【0047】
各種の電子部品の実装は、レギュレーター50も含めてリフロー半田付け法を用いて行っている。まず、上述のようにして形成された基板66を用意する。ここには、図6(a)に示すように、レギュレーター50を半田付けするための放熱パッド54が帯状レジスト層72により区画された状態で形成されていると共に、レギュレーター50のリード端子56や他の電子部品76を半田付けするための電極パッド58も形成されている。帯状レジスト層72による放熱パッド54に対する区画は、上述したように、放熱パッド54に半田付けされるレギュレーター50の半田付け部分の外形とほぼ等しい形状とサイズで行われている。
【0048】
ここには図示してないが、前述したように、放熱パッド54上の電子部品が半田付けされない領域54bには、この部分に露出している銅箔64の酸化防止のための薄い半田層が形成されていても良い。このような薄い半田半田層は、レギュレーター50が半田付けされない領域54aに形成されていても良いし、全ての露出している銅箔64に対して施されていても良い。
【0049】
このような基板66に対して、図6(b)に示すように、クリーム半田層74を塗布する。クリーム半田層74は、各電子部品が半田付けされる部位にのみ塗布すればよく、特に、放熱パッド54上においては、帯状レジスト層72により区画された領域54aにだけスクリーン印刷法で塗布される。このクリーム半田層74の塗布は、ディスペンサから所定量の半田を滴下する方法で形成しても良い。この放熱パッド54の有する面積は、基板上でクリーム半田を塗布しなければならない面積に対して無視できない広さを有しているので、領域54aに限定して塗布すればよいことは、クリーム半田の使用量、ひいてはコストの低減につながる。次に、図6(c)に示すように、所望の電子部品をそれぞれ所定の位置にマウントして仮止めをしておく。最後に、このように各種の電子部品が仮止めされている基板66を、半田の溶融温度まで昇温されているリフロー炉に通す。リフロー炉の温度設定は、基板66の搬送速度と炉内での滞在時間で決まるが、ここでは270℃にした。これにより、図6(d)に示すように、仮止めされていた各種の電子部品が半田によりそれぞれの所定位置に固定されることになる。この後、外観検査を行って不具合が見つからなければ、データ変換用回路基板30の完成である。
【0050】
このように、本実施の形態では、帯状レジスト層72により、レギュレーター50が半田付けされる領域54aが、ほぼ半田付けされるレギュレーター50と同じ外形を有しているので、広い面積を有する放熱パッド54に対しても必要最小限の半田の使用量で済む。これは、製造コストの低減につながる。また、半田付けされるレギュレーター50の外形とほぼ等しい外形を有する領域54aは、帯状レジスト層72により区画されている。そのため、リフロー炉の通過中に生じる基板66の傾きや振動あるいは溶融した半田の対流現象によって、位置ずれしやすいレギュレーター50が位置ずれすることもほとんどなく、他の電子部品と同時にリフロー半田付けができる。このように、本発明の基板66は、生産性の高い構造を有する基板であるとともに、広い面積の領域に半田付けをする必要がある電子部品に対しても、リフロー半田付け時に位置ずれが生じて半田付け不良を起こすことがない構造を有した基板であるとも言える。
【0051】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、請求項1記載の回路基板は、放熱端子が半田付
けされる部分が占有する面積よりも広い面積を有し、電子部品が発する熱を放熱する放熱パッドに対し、半田規制層が放熱端子を半田付けする半田付け領域と半田付けされない領域に区画しているので、半田付け領域の溶融半田が半田付け領域から半田付けされない領域に流出することが防止される。この流出が防止されるため、電子部品の半田付け位置が所定の取付位置からずれてしまうことがなく、確実且つ正確な半田付けが可能となる。電子部品として駆動時に発熱するものを半田付けした場合には、放熱パッドを介して放熱が効率よく行なうことができる。また、電子部品の通電端子が電極パッドに半田付けされるとともに、前記半田規制層は、前記放熱端子の前記放熱パッドに半田付けされる部分に沿って形成されている。この時、半田規制層で区画された半田付け領域は、電子部品の位置ずれを起こさない大きさで形成されているので、半田付け不良を起こすような位置ずれが確実に防止できる。
【0052】
また、請求項2記載の回路基板は、請求項1の効果に加え、半田規制層を、溶融した半田に対して濡れにくい材質にすることで、この半田規制層は溶融した半田をはじいたり反発したりする。そのため、半田層の厚さに比べて半田規制層の方が厚い場合も、逆に、半田規制層の方が薄い場合でも、放熱端子が半田付けされる領域に存在する溶融した半田が他方の領域に移動することを適切に阻害することができる。もちろん、この逆の方向の半田の流れに対する阻害効果も同様に有している。このように、この半田規制層を介する半田の移動を防ぐことができるので、リフロー半田付けを行う場合に起こりがちな電子部品の位置ずれを効果的に防ぐことができる。
【0053】
また、請求項3記載の回路基板は、請求項1あるいは請求項2の効果に加え、半田規制層である帯状の合成樹脂層の幅を溶融した半田が横切ることができない幅にすることで、放熱特性の悪い合成樹脂により不必要に被覆される放熱パッドの面積を必要最小限に少なくできる。また、半田規制層は、溶融した半田に対して濡れにくい合成樹脂層にする場合には、溶融した半田が半田規制層を横切って移動してしまわない範囲内で、帯状の合成樹脂層の幅をより狭くすることができる。これにより、放熱パッドの露出面積を広く取れるので、その放熱効果をより高くすることができる。
【0054】
また、請求項4記載の回路基板は、請求項1から請求項3のいずれかの効果に加え、放熱端子が半田付けされた際に、半田規制層により放熱パッド上に区画された領域は、半田のはみ出しが生じない大きさを有して形成されているので、はみ出した半田が何かの原因で外れてしまい、実装されている電子部品を短絡するような不具合を防ぐことができる。
【0055】
【0056】
また、請求項5記載の回路基板は、請求項1から請求項4のいずれかの効果に加え、半田規制層と放熱パッド以外の部分を被覆する絶縁性の合成樹脂層とを同じ材料を用いているので、新たに別の材料を用いて半田規制層を形成しなくても良い。
【0057】
また、請求項6記載の回路基板は、請求項1から請求項5のいずれかの効果に加え、電子部品は駆動時に発熱するが、この発熱を放熱する放熱端子を電子部品が有しているので、容易に電子部品からの発熱を外部に放熱することができる。さらに、この放熱端子は、放熱端子より広い面積を有する、熱の良導体でできた放熱パッドに半田付けされる。これにより、半田付けされた電子部品は、放熱端子の実効的な面積が広くなり、より高い放熱特性が得られる。
【0058】
また、請求項7記載の回路基板は、放熱端子が半田付けされる放熱パッドの面積が、この放熱パッドに半田付けされる放熱端子の占有面積より広く、特に駆動時に発熱を伴う電子部品を実装する場合には、この熱を高い効率で放熱する。そして、半田付けされる電子部品が発する熱を伝導する放熱パッドと、半田付けされる通電端子を介して電子部品に通電するための電極パッドとが、いずれも基板上に形成される回路パターンの一部として一体に形成される。これにより、基板の作成工程の数が少なくてすむ。さらに、各回路パターン間の電気的な絶縁性を確保するためのレジスト層と、放熱パッド上に形成される半田規制層とが一体に形成される。これにより、半田規制層は、レジスト層と同じ材質で形成され、放熱端子が半田付けされる領域に存在する溶融した半田が、この層を横切る移動を阻害することができる。これにより、電子部品の実装法として高い生産性も実現する。またさらに、この半田規制層を、放熱パッド上の位置に設置し、放熱端子の放熱パッドに半田付けされる部分に沿って形成することで、半田付け時の電子部品の位置ずれも防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (a)は、本発明の一実施形態を示し、駆動時に発熱を伴う電子部品の実装状態を示す断面図であり、(b)は、この電子部品が半田付けされる部位のパターン形状を示す平面図である。
【図2】 本発明の基板構造を有して作成された一実施形態を示し、データ変換用回路基板の実装状態を示す各種電子部品の概略配置図である。
【図3】 (a)は、データ変換用回路基板に実装する駆動時に発熱を伴う電子部品であるレギュレーターの正面を示す概略図である。(b)は、その側面図である。
【図4】 レギュレーターが半田付けされる部位のパターン形状を詳細に説明した平面図である。
【図5】 基板の作成工程を説明した図面である。
【図6】 (a)、(b)、(c)および(d)は、実際に電子部品を基板に実装する実装工程をそれぞれ示す図面である。
【図7】 (a)−1、(b)−1、(c)−1、(d)−1および(e)−1は、従来の駆動時に発熱を伴う電子部品の実装状態を示す断面図であり、(a)−2、(b)−2、(c)−2、(d)−2および(e)−2は、この電子部品が半田付けされる部位のパターン形状を示す平面図である。
【符号の説明】
48 電源部
54 放熱パッド
58 電極パッド
62 基材
64 銅箔
66 基板
70 レジストパターン(層)
72 帯状レジスト層
74 クリーム半田層
Claims (7)
- 放熱端子と通電端子とを有する電子部品が半田付けされる回路基板であって、
前記放熱端子を半田付けされ、前記放熱端子が占有する面積より広い面積を有し、前記電子部品が発する熱を放熱する放熱パッドと、
前記通電端子を半田付けされ、前記放熱パッドの面積より小さい面積を有し、前記電子部品に通電するための少なくとも1つの電極パッドと、
前記放熱端子が半田付けされる半田付け領域を、前記放熱端子が半田付けされない前記放熱パッドの領域から区画するための、前記放熱パッド上に配置された半田規制層とを備え、
前記半田規制層は、前記半田付け領域に半田付けされた前記放熱端子の位置ずれが生じないように、前記放熱端子の前記放熱パッドに半田付けされる部分に沿って形成されていることを特徴とする回路基板。 - 前記半田規制層は、溶融した半田が濡れにくい材質からなり、前記放熱端子が半田付けされる半田付け領域と前記放熱端子が半田付けされない領域との間において、溶融した半田が移動するのを阻害することを特徴とする請求項1に記載の回路基板。
- 前記半田規制層は、所定の幅を有する帯状の合成樹脂層であることを特徴とする請求項1あるいは2に記載の回路基板。
- 前記半田規制層により区画される半田付け領域は、前記放熱端子が半田付けされた際に、半田のはみ出しが生じない大きさで形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の回路基板。
- 前記半田規制層は、前記回路基板の前記放熱パッドを除く部分を被覆する層を形成する絶縁性の合成樹脂を用いて形成されることを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の回路基板。
- 前記電子部品は、駆動時の発熱を放熱する放熱端子を有し、
前記放熱パッドは、熱伝導率の高い材質からなり、
前記放熱端子が前記放熱パッドの半田付け領域に半田付けされた際に、前記電子部品の発熱が前記放熱端子を介して前記放熱パッドから放熱されることを特徴とする請求項1から5のいずれか1つに記載の回路基板。 - 放熱端子と通電端子とを有する電子部品が半田付けされる回路基板であって、
絶縁性部材で構成された基材と、
前記基材上に配設され、導電体で形成された複数の回路パターンと、
前記回路パターンの一部として形成され、前記放熱端子の半田付けされる部分が占有する面積より広い面積を有し、前記電子部品が発する熱を放熱する放熱パッドと、
前記回路パターンの一部として形成され、前記放熱パッドの面積より小さい面積を有し、半田付けされる前記通電端子を介して前記電子部品に通電するための電極パッドと、
前記回路パターン間を電気的に絶縁するために、前記基材上に配設されたレジストパターンと、
前記レジストパターンの一部として前記放熱パッド上に形成され、前記放熱パッドを前記放熱端子が半田付けされる半田付け領域と前記放熱端子が半田付けされない領域とに区画する半田規制層とを備え、
前記半田規制層は、前記放熱端子が半田付けされる半田付け領域と前記放熱端子が半田付けされない領域との間において、溶融した半田が移動するのを阻害し、且つ前記半田付け領域に半田付けされた前記放熱端子の位置ずれが生じないように、前記放熱端子の前記放熱パッドに半田付けされる部分に沿って形成されていることを特徴とする回路基板。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001328156A JP4246426B2 (ja) | 2001-10-25 | 2001-10-25 | 回路基板 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001328156A JP4246426B2 (ja) | 2001-10-25 | 2001-10-25 | 回路基板 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003133713A JP2003133713A (ja) | 2003-05-09 |
JP4246426B2 true JP4246426B2 (ja) | 2009-04-02 |
Family
ID=19144264
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001328156A Expired - Fee Related JP4246426B2 (ja) | 2001-10-25 | 2001-10-25 | 回路基板 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4246426B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007227484A (ja) * | 2006-02-22 | 2007-09-06 | Hitachi Ltd | プリント配線板構造 |
JP7074798B2 (ja) * | 2020-05-18 | 2022-05-24 | 矢崎総業株式会社 | 回路接続モジュール |
-
2001
- 2001-10-25 JP JP2001328156A patent/JP4246426B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2003133713A (ja) | 2003-05-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3639505B2 (ja) | プリント配線基板及び半導体装置 | |
KR102254469B1 (ko) | 전력 전자 회로의 냉각 | |
JP5142119B2 (ja) | 放熱構造を備えたプリント基板の製造方法および該方法で製造されたプリント基板の放熱構造 | |
US6922339B2 (en) | Heat dissipating structure of printed circuit board and fabricating method thereof | |
US9282634B2 (en) | Printed wiring board, printed circuit board, and printed circuit board manufacturing method | |
US7057284B2 (en) | Fine pitch low-cost flip chip substrate | |
KR19980032644A (ko) | 집적 회로로부터 히트 싱크로 열을 전달하기 위해 인쇄 회로 기판 구멍에 설치된 열전도 기판 | |
JP2007234303A (ja) | 面状照明装置 | |
US20090211788A1 (en) | Heat dissipation structure of a print circuit board | |
US20220130750A1 (en) | Solder mask for thermal pad of a printed circuit board to provide reliable solder contact to an integrated circuit | |
US7902465B1 (en) | Optimizing PCB power and ground connections for lead free solder processes | |
JP4246426B2 (ja) | 回路基板 | |
CN110931447B (zh) | 控制用模块及印刷基板 | |
JP4455074B2 (ja) | 電気光学装置 | |
JP2001168476A (ja) | 回路基板上での放熱構造 | |
JP6961902B2 (ja) | 部品実装体及び電子機器 | |
US7417312B2 (en) | Use of solder paste for heat dissipation | |
JP2003318579A (ja) | 放熱板付きfetの放熱方法 | |
KR20000056832A (ko) | 방열부재를 구비한 인쇄회로기판 및 그 제조방법 | |
JP2006019660A (ja) | パワー素子面実装用の回路基板 | |
JP2002111260A (ja) | 電子機器の放熱構造 | |
JP5004569B2 (ja) | プリント基板装置 | |
JP4952904B2 (ja) | プリント配線基板とこれを備えたモータ制御装置 | |
WO2020166000A1 (ja) | 電力変換装置 | |
JP2001352641A (ja) | パワー素子とバスバーの接続構造 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060501 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060516 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060713 |
|
RD07 | Notification of extinguishment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7427 Effective date: 20060810 |
|
RD07 | Notification of extinguishment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7427 Effective date: 20060905 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060912 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061110 |
|
A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20061117 |
|
A912 | Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20061208 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090108 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4246426 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120116 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120116 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130116 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140116 Year of fee payment: 5 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |