JP6114044B2 - プリント基板 - Google Patents

Description

本発明は、プリント基板に関するものである。

従来から電子制御装置等は、電子部品がプリント基板に実装され、このプリント基板が金属筐体に収容されて構成されている。このような電子部品の端子をプリント基板に接続するためのはんだ付けとして、フローはんだ付けが知られている。フローはんだ付けは、例えばめっきスルーホールに電子部品の端子を配置し、プリント基板の裏面（一方の面）側をはんだ溶融槽に浸すことによって行う。
このフローはんだ付けにおいては、溶融はんだがプリント基板の裏面から表面（他方の面）に向かってめっきスルーホールを上る、所謂はんだ上がりを良好にすることで、適切なはんだ付けが行われる。

下記特許文献１には、ベタパターンへの放熱による溶融はんだの流動性の低下を抑制し、良好なはんだ上がりを得るべく、ベタパターン上にめっきスルーホールを形成し、このめっきスルーホールの周縁にランドを設けたプリント基板において、ランドの外周の一部にサーマルランドを設け、このサーマルランドとベタパターンとの継ぎ目に貫通孔を形成することで、ベタパターンへの熱引きを抑制するものが開示されている。

特開２００８−１３１０１４号公報

しかしながら、上記従来技術においては、ベタパターンへの熱引きを抑制するための貫通孔を設ける工程が別途必要になるという問題がある。また、他のめっきスルーホールが隣接配置されている場合や、他のパターンがめっきスルーホールの近傍に配線されている場合には、貫通孔やサーマルランドを別途設けることは困難である。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成ではんだ上がりを良好にすることができるプリント基板の提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、基体の両表面に設けられたベタパターンと、前記両表面に貫通しためっきスルーホールと、前記両表面に設けられて前記めっきスルーホールのめっき部分と接続されたランドと、を有し、電子部品が前記両表面のうち一方の面側からのフローはんだ付けにより実装されるプリント基板であって、前記一方の面側において、前記ベタパターンと前記ランドとを第１の距離で接続する第１の引き出し線と、前記両表面のうち他方の面側において、前記ベタパターンと前記ランドとを前記第１の距離よりも長い第２の距離で接続する第２の引き出し線と、を有するという構成を採用する。

また、本発明においては、前記第１の引き出し線は、第１の幅を有し、前記第２の引き出し線は、前記第１の幅よりも小さい第２の幅を有する、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記他方の面側の前記ベタパターンと前記ランドとの最小距離は、前記一方の面側の前記ベタパターンと前記ランドとの最小距離よりも長い、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記基体は、内部に複数のパターン層が多層に形成された多層構造を有し、前記複数のパターン層のうち前記一方の面側のパターン層は、前記第１の距離の引き出し線を有し、前記複数のパターン層のうち前記他方の面側のパターン層は、前記第２の距離の引き出し線を有する、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記基体は、内部に複数のパターン層が多層に形成された多層構造を有し、前記パターン層の引き出し線は、前記一方の面側から前記他方の面側に向かうに従って、前記第１の距離と前記第２の距離との範囲内で順次長くなっている、という構成を採用する。

本発明は、ベタパターンによる放熱の影響が大きい他方の面側において、引き出し線を長くし、ランドからベタパターンへの距離を長く確保することで、ベタパターンへの熱引きを抑制する。また、本発明は、はんだ溶融槽に浸けられる一方の面側において、引き出し線を短くし、ランドからベタパターンへの距離を短くすることで、ベタパターンで受けた大量の熱により溶融はんだの流動性を高める。
このように、本発明によれば、引き出し線の長短により、一方の面側では大量の熱を獲得し、他方の面側では放熱を抑制することができるため、簡易な構成ではんだ上がりを良好にすることができるプリント基板が得られる。

本発明の実施形態におけるプリント基板の平面図と底面図である。 本発明の実施形態におけるプリント基板の断面図である。 本発明の別実施形態におけるプリント基板の断面図である。 本発明の別実施形態におけるプリント基板の平面図である。

以下、本発明の実施形態のプリント基板の放熱構造について図面を参照して説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

図１（ａ）は、本発明の実施形態におけるプリント基板１の平面図である。図１（ｂ）は、本発明の実施形態におけるプリント基板１の底面図である。図２は、本発明の実施形態におけるプリント基板１の断面図である。なお、図２は、図１（ａ）の矢視Ａ−Ａ断面に対応する。また、図１（ａ）は、図２の矢視Ｂ図に対応する。また、図１（ｂ）は、図２の矢視Ｃ図に対応する。

本実施形態のプリント基板１は、車両に搭載される電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）にかかるものである。図１及び図２に示すように、プリント基板１は、基体２と、基体２の両表面に設けられたベタパターン３と、両表面に貫通しためっきスルーホール４と、両表面に設けられてめっきスルーホール４のめっき部分と接続されたランド５と、を有している。

基体２は、ガラスエポキシ材等の絶縁性材料から形成されている。この基体２は、図２に示すように、多層構造を有し、例えばビルトアップ工法を用いて形成されている。基体２には、導体の複数のパターン層６ａ〜６ｂが層状に形成されている。この基体２の両表面のうち一方の面２ａ側は、フローはんだ付けの際に不図示のはんだ溶融槽に浸けられる（以下、フロー側と称する場合がある）。また、この基体２の両表面のうち他方の面２ｂ側は、電子部品１００が実装される（以下、非フロー側と称する場合がある）。

ベタパターン３は、図１に示すように、ランド５に対して十分に大きい面積を有している。このベタパターン３は、電気的に接地されている。また、ベタパターン３は、ランド５の周囲に設けられている。ベタパターン３とランド５との間は、絶縁性の基体２の表面が露出する等して絶縁パターン７が形成されている。
ランド５は、電子部品１００の端子１０１を良好に接続するためのものであり、めっきスルーホール４の周囲に設けられている。ランド５の外縁は、円形に形成されている。

めっきスルーホール４は、基体２の厚み方向において一方の面２ａから他方の面２ｂに貫通して設けられている。めっきスルーホール４は、例えばレーザー加工によって穴あけされ、内面及びその開口周辺がめっきされたものである。このめっきスルーホール４は、図２に示すように、めっきによって各層のパターン層６ａ〜６ｄを電気的に接続すると共に、熱的にも接続する。

図１（ｂ）に示すように、一方の面２ａ側には、ベタパターン３とランド５とを接続する第１の引き出し線８ａが設けられている。第１の引き出し線８ａは、例えばベタパターン３と共にパターニングにされた導体パターンである。
また、図１（ａ）に示すように、他方の面２ｂ側には、ベタパターン３とランド５とを接続する第２の引き出し線８ｂが設けられている。第２の引き出し線８ｂは、例えばベタパターン３と共にパターニングにされた導体パターンである。

第１の引き出し線８ａは、フロー側の一方の面２ａにおいて、第１の距離Ｌ１でベタパターン３とランド５とを接続するものである。他方、第２の引き出し線８ｂは、非フロー側の他方の面２ｂにおいて、第１の距離Ｌ１よりも長い第２の距離Ｌ２でベタパターン３とランド５とを接続するものである。すなわち、第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２との関係は、下式（１）で表される。
Ｌ１ ＜ Ｌ２ …（１）
例えば、第１の距離Ｌ１が０．５ｍｍで設定される場合、第２の距離Ｌ２は１．０ｍｍに設定される。

また、第１の引き出し線８ａは、直線的に延在しており、第１の幅Ｗ１を有する。他方、第２の引き出し線８ｂは、直線的に延在しており、第１の幅Ｗ１よりも小さい第２の幅Ｗ２を有する。すなわち、第１の幅Ｗ１と第２の幅Ｗ２との関係は、下式（２）で表される。
Ｗ１ ＞ Ｗ２ …（２）
例えば、第１の幅Ｗ１が１．３ｍｍで設定される場合、第２の幅Ｗ２は０．７ｍｍで設定される。

なお、本実施形態の第１の幅Ｗ１は、図１（ｂ）に示すように、フロー側の一方の面２ａのランド５の径と同一であるが、ランド５の径と同等若しくはそれ以上の大きさに設定してもよい。また、本実施形態の第２の幅Ｗ２は、図１（ａ）に示すように、非フロー側の他方の面２ｂのランド５の径より小さいが、上式（２）の関係を満たせば、ランド５の径と同等若しくはそれ以下の大きさに設定してもよい。

また、図１（ａ）に示す非フロー側の他方の面２ｂにおけるベタパターン３とランド５との最小距離Ｄ２は、図１（ｂ）に示すフロー側の一方の面２ａにおけるベタパターン３とランド５との最小距離Ｄ１よりも長くなっている。すなわち、最小距離Ｄ１と最小距離Ｄ２との関係は、下式（３）で表される。
Ｄ１ ＜ Ｄ２ …（３）
例えば、最小距離Ｄ１が０．４ｍｍで設定される場合、最小距離Ｄ２は０．９ｍｍに設定される。

本実施形態の基体２は、図２に示すように、表層にパターン層６ａ，６ｂが形成され、内層にパターン層６ｃ，６ｄが形成された多層構造を有している。
一方の面２ａ側の内部のパターン層６ｃは、上述した一方の面２ａのパターン層６ａと同様の構成となっている。すなわち、パターン層６ｃは、第１の距離Ｌ１の引き出し線８ｃを有する。また、パターン層６ｃでは、引き出し線８ｃが第１の幅Ｗ１（図示せず）を有し、ベタパターン３とランド５との間が最小距離Ｄ１となっている。

また、他方の面２ｂ側の内部のパターン層６ｄは、上述した他方の面２ｂのパターン層６ｂと同様の構成となっている。すなわち、パターン層６ｄは、第２の距離Ｌ２の引き出し線８ｄを有する。また、パターン層６ｄでは、引き出し線８ｄが第２の幅Ｗ２（図示せず）を有し、ベタパターン３とランド５との間が最小距離Ｄ２となっている。

続いて、上記構成のプリント基板１の作用効果について説明する。

上述したようにプリント基板１においては、フローはんだ付けにより、電子部品１００を実装する。フローはんだ付けは、図２に示すように、めっきスルーホール４に電子部品１００の端子１０１を配置し、一方の面２ａ側を不図示のはんだ溶融槽に浸け込むことで行う。溶融はんだは、温度が高い程、流動性が高くなり、一方の面２ａ側から他方の面２ｂ側に向かってめっきスルーホール４を適切に上ることで、端子１０１との良好な接続状態が形成される。

ところで、他方の面２ｂ側は、非フロー側であり、ベタパターン３から広い面積で熱が放熱される。このため、他方の面２ｂ側では、ベタパターン３と熱的に接続されるランド５及びめっきスルーホール４から熱が奪われ（熱引きされ）、溶融はんだの流動性が低下することとなる。そこで、本実施形態では、ベタパターン３による放熱の影響が大きい他方の面２ｂ側においては、第２の引き出し線８ｂによって、ランド５からベタパターン３への第２の距離Ｌ２を長く確保することで、ベタパターン３への熱引きを抑制している。このため、他方の面２ｂ側において、良好なはんだ上がりを得るための溶融はんだの流動性を維持することができる。

一方の面２ａ側は、フロー側であり、溶融はんだの流動性を高めるため大量の熱を獲得する必要がある。このため、非フロー側と同様に第１の引き出し線８ａを長くしたのでは、ベタパターン３の広い面積で獲得した熱がランド５及びめっきスルーホール４に伝り難くなり、溶融はんだの流動性が低下することとなる。そこで、本実施形態では、はんだ溶融槽に浸けられる一方の面２ａ側においては、第１の引き出し線８ａによって、ランド５からベタパターン３への第１の距離Ｌ１を短くすることで、ベタパターン３からランド５及びめっきスルーホール４への熱の伝わりをよくしている。このため、一方の面２ａ側において、良好なはんだ上がりを得るための溶融はんだの流動性を維持することができる。

このように、本実施形態によれば、第１の引き出し線８ａ、第２の引き出し線８ｂの長短により、一方の面２ａ側では大量の熱を獲得し、他方の面２ｂ側では放熱を抑制することができるため、簡易な構成ではんだ上がりを良好にすることができる。
また、本実施形態においては、第１の引き出し線８ａは、第１の幅Ｗ１を有し、第２の引き出し線８ｂは、第１の幅Ｗ１よりも小さい第２の幅Ｗ２を有する。このため、他方の面２ｂ側では熱逃げ経路が狭くなり、一方の面２ａ側では熱獲得経路が広くなるため、上述の作用効果をより高めることができる。

さらに、本実施形態においては、他方の面２ｂ側のベタパターン３とランド５との最小距離Ｄ２は、一方の面２ａ側のベタパターン３とランド５との最小距離Ｄ１よりも長い、という構成を採用している。この構成によれば、他方の面２ｂ側では第２の引き出し線８ｂの熱逃げ経路以外（絶縁パターン７を越える経路）からの熱逃げが抑制され、一方の面２ａ側では第１の引き出し線８ａの熱獲得経路以外（絶縁パターン７を越える経路）からの熱獲得量が増大するため、上述の作用効果をより高めることができる。

また、溶融はんだの熱は、はんだ上がりの過程で、図２に示すパターン層６ｃ，６ｄにも奪われるが、一方の面２ａ側のパターン層６ｃは、第１の距離Ｌ１の引き出し線８ｃを有して、一方の面２ａ側からの熱獲得に寄与し、複数のパターン層６のうち他方の面２ｂ側のパターン層６ｄは、第２の距離Ｌ２の引き出し線８ｄを有して、他方の面２ｂ側からの熱逃げ抑制に寄与するため、上述の作用効果をより高めることができる。

このように、上述の本実施形態によれば、基体２の両表面に設けられたベタパターン３と、両表面に貫通しためっきスルーホール４と、両表面に設けられてめっきスルーホール４のめっき部分と接続されたランド５と、を有し、電子部品が両表面のうち一方の面２ａ側からのフローはんだ付けにより実装されるプリント基板１であって、一方の面２ａ側において、ベタパターン３とランド５とを第１の距離Ｌ１で接続する第１の引き出し線８ａと、両表面のうち他方の面２ｂ側において、ベタパターン３とランド５とを第１の距離Ｌ１よりも長い第２の距離Ｌ２で接続する第２の引き出し線８ｂと、を有するという構成を採用することによって、一方の面２ａ側では大量の熱を獲得し、他方の面２ｂ側では放熱を抑制することができるため、簡易な構成ではんだ上がりを良好にすることができるプリント基板１が得られる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態に限定されるものではなく、次のような変形例を採用することができる。

図３は、本発明の別実施形態におけるプリント基板１の断面図である。
図３に示すように、基体２は、内部に複数のパターン層６ｃ，６ｄが形成された多層構造を有し、パターン層６ｃ，６ｄの引き出し線８ｃ，８ｄは、一方の面２ａ側から他方の面２ｂ側に向かうに従って、第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２との範囲内で順次長くなっている。また、ベタパターン３とランド５との最小距離も、一方の面２ａ側から他方の面２ｂ側に向かうに従って、最小距離Ｄ１と最小距離Ｄ２との範囲内で順次長くなっている。このような構成によれば、一方の面２ａ側から他方の面２ｂ側に向かうに従って大きくなる放熱特性に応じて熱逃げを効果的に抑制できるため、良好なはんだ上がりを得ることができる。

図４は、本発明の別実施形態におけるプリント基板１の平面図である。
図４に示すように、他方の面２ｂ側の第２の引き出し線８ｂに絞り部９を設けてもよい。絞り部９は、第２の距離Ｌ２より小さい第３の距離Ｌ３で設けられ、第２の引き出し線８ｂの幅を第２の幅Ｗ２より小さい第３の幅Ｗ３に絞るものである。この構成によれば、第２の引き出し線８ｂの熱逃げ経路が狭くなるため、ベタパターン３への熱引きをより抑制することができる。

また、例えば、上記実施形態では、プリント基板が多層構造である形態を例示したが、単層基板であっても本発明を適用できる。また、プリント基板の層数も上記実施形態に限定されるものではなく、さらに層数が多くても、少なくてもよい。

また、例えば、上記実施形態では、本発明を車両用の電子制御装置に用いられるプリント基板に適用した場合について説明したが、本発明のプリント基板はこれ以外の電子装置にも適用可能である。

１…プリント基板、２…基体、２ａ…一方の面、２ｂ…他方の面、３…ベタパターン、４…めっきスルーホール、５…ランド、６ａ〜６ｄ…パターン層、８ａ…第１の引き出し線、８ｂ…第２の引き出し線、８ｃ，８ｄ…引き出し線、Ｄ１…最小距離、Ｄ２…最小距離、Ｌ１…第１の距離、Ｌ２…第２の距離、Ｗ１…第１の幅、Ｗ２…第２の幅、１００…電子部品

Claims (4)

1. 基体の両表面に設けられたベタパターンと、前記両表面に貫通しためっきスルーホールと、前記両表面に設けられて前記めっきスルーホールのめっき部分と接続されたランドと、を有し、電子部品が前記両表面のうち一方の面側からのフローはんだ付けにより実装されるプリント基板であって、
   前記一方の面側において、前記ベタパターンと前記ランドとを第１の距離で接続する第１の引き出し線と、
   前記両表面のうち他方の面側において、前記ベタパターンと前記ランドとを前記第１の距離よりも長い第２の距離で接続する第２の引き出し線と、を有し、
   前記一方の面側の前記ベタパターンと前記ランドとの第１の最小距離よりも、前記他方の面側の前記ベタパターンと前記ランドとの第２の最小距離の方が長い、ことを特徴とするプリント基板。
2. 前記第１の引き出し線は、第１の幅を有し、
   前記第２の引き出し線は、前記第１の幅よりも小さい第２の幅を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のプリント基板。
3. 前記基体は、内部に複数のパターン層が多層に形成された多層構造を有し、
   前記複数のパターン層のうち前記一方の面側のパターン層は、前記第１の距離の引き出し線を有し、
   前記複数のパターン層のうち前記他方の面側のパターン層は、前記第２の距離の引き出し線を有する、ことを特徴とする請求項１または２に記載のプリント基板。
4. 前記基体は、内部に複数のパターン層が多層に形成された多層構造を有し、
   前記パターン層の引き出し線は、前記一方の面側から前記他方の面側に向かうに従って、前記第１の距離と前記第２の距離との範囲内で順次長くなり、
   前記パターン層の前記ベタパターンと前記ランドとの最小距離は、前記一方の面側から前記他方の面側に向かうに従って、前記第１の最小距離と前記第２の最小距離との範囲内で順次長くなっている、ことを特徴とする請求項１または２に記載のプリント基板。

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