JP6696332B2 - プリント基板 - Google Patents

Description

本発明はプリント基板に係り、特に、積層基板であって、電子部品実装時に実施される半田付けのための導電層を備えたプリント基板に関するものである。

一般的に、積層基板として構成されたプリント基板には、導電層（以下、「ランド」）が形成されており、このランドと電子部品（素子等）の端子ピンとが半田付けにより接続される。そして、このような半田付けを行うにあたり、従来では、鉛を含有する半田が用いられていた。
しかしながら、昨今、環境問題が重要な課題として認知されるに至り、重金属である鉛を使用しない所謂「鉛フリー半田」が使用されるようになってきている。
しかしながら、この鉛フリー半田は、従来の鉛含有半田に比して融点が高く、このため、より高温を維持しなければ半田付けを行うことができないという問題点がある。
このような問題点を解消するために、所謂「サーマルランド」を使用することも多い。
サーマルランドを使用すると、半田付け時に、ランドにおける放熱が抑制され、半田の温度が下がり難くなるため、効率的に半田付けを実行することができる（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、多層プリント配線板が開示されている。
この多層プリント配線板には、スルーホールが形成されており、このスルーホールの周囲には、半田付けの際の熱拡散を抑制するためのサーマルランドが形成されている。
このサーマルランドは、スルーホールを取り囲むように環状導体部（ランドに相当）と、この環状導体部（ランドに相当）の外側に配設された複数の絶縁部と、これらの絶縁部の外側に配設された外側導体部と、を有して構成されている。
そして、このような技術では、導通を良好なものとするために、環状導体部（ランドに相当）と外側導体部と、を径方向に連結する連結導体部が４個（中心角９０°分離隔して）形成されている。

特開２００９−２０６３２７号公報

このような技術では、確かに、環状導体部（ランドに相当）における半田付けを行う際、熱が拡散する経路が、連結導体部のみとなるため、熱損失を低減させるという点に関して有利となる。
しかしながら、この連結導体部から半田の熱が放出されてしまうという事実は変わらないため、更なる環状導体部における利用熱量向上を目指す必要があった。特に、周辺がベタパターンである場合には、熱の放出が顕著となるため、利用熱量を向上させる技術はこの点からも更に望まれている。
このように、環状導体部における利用熱量を向上させるためには、一つの方法として、環状導体部からの熱放出を更に抑制する方法がある。この例として、連結導体部の面積を小さく（つまり、幅を狭く）すること考えられるが、このように連結導体部の面積を小さく（つまり、幅を狭く）してしまうと、通電許容電流量が小さくなってしまうという問題があった。
このような状況下、連結導体部を有するサーマルランドを使用するにあたり、連結導体部の構造を変化させることなく、通電許容電流量を維持しながら、環状導体部（ランドに相当）での利用熱量を向上させることができる技術の開発が望まれていた。

本発明の目的は、上記各問題点を解決することにあり、サーマルランドを形成するにあたり、外側導体部と導電層（ランド）とを連結する連結導体部の形状を変化させることなく、導電層（ランド）に対して部品実装のために与えられる熱量を向上させることが可能なプリント基板を提供することにある。

上記課題は、本発明に係るプリント基板によれば、少なくとも一層のベタ配線層を有する複数の配線層と、厚み方向に貫通するスルーホールと、該スルーホールを囲むように形成され前記配線層に接続される導電層と、厚み方向の両端に各々露出している外端面に配設される絶縁層である表面レジスト層と、を備え、前記外端面の少なくとも一方には、前記導電層と熱的に導通する伝熱面が形成されていて、前記スルーホールの内壁面に設けられ、前記複数の配線層のうち前記表面レジスト層に被覆される配線層のみに接続するスルーホール導体部と、前記導電層と該導電層の周囲にある配線層とを分断して、前記導電層を囲むように形成された複数の絶縁部と、を備えることにより解決される。

このように、構成されているので、伝熱面に熱を加えると、導電層（ランド）に対して熱を伝導することができる。
よって、導電層（ランド）において、半田付けのための熱量を向上させることができ、半田付けの作業性が向上する。

このとき、具体的には、前記伝熱面は、前記絶縁層から露出した前記配線層であると、簡易に伝熱面を形成することができるため好適である。
更に、このとき、別の具体的な構成としては、前記伝熱面は、前記絶縁層の外側面に形成された熱伝導性部材であり、該熱伝導性部材は、直接的若しくは間接的に前記導電層に熱伝導可能に接続されていると、この構成においても簡易に伝熱面を形成することができるため好適である。
また、この別の具体的な構成においては、前記熱伝導性部材は、熱伝導性の導線により、前記導電層と接続されているとよい。
そして、導電層（ランド）は、サーマルランドを構成するため、導電層（ランド）での熱効率が、更に向上する。

本発明によれば、導電層（ランド）とは別に、伝熱面を備えており、この伝熱面は、導電層（ランド）と熱的に導通している。このような構造を有することにより、伝熱面に熱を与えると、導電層（ランド）へと熱が伝導される。
これにより、導電層（ランド）へと半田付けを行う際に、高い熱量を確保することができる。
よって、サーマルランドを形成するにあたり、外側導体部と部品取付部とを連結する連絡導通部の形状を変化させることなく（通電許容電流量が小さくなることなく）、導電層（ランド）に対して部品実装のために与えられる熱量を向上させることが可能となる。

本発明の第一実施形態に係るプリント基板（表層）の概略構成図である。 本発明の第一実施形態に係るプリント基板（表層）を示す上面図である。 図２のＡ−Ａ線端面図である。 本発明の第一実施形態に係るプリント基板の熱伝導を示す説明図である。 本発明の第二実施形態に係るプリント基板（表層）を示す上面図である。 図５のＢ−Ｂ線端面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下に説明する構成は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
本実施形態は、積層基板として構成されているプリント基板に対するものであり、スルーホールが形成されているものを対象としている。スルーホールを囲むように形成された導電層（ランド）はサーマルランドを構成しており、この導電層（ランド）に熱を供給するための構造を形成したことを特徴とする。

図１乃至図４は、本発明の第一実施形態を示すものであり、図１はプリント基板（表層）の概略構成図、図２はプリント基板（表層）を示す上面図、図３は図２のＡ−Ａ線端面図、図４はプリント基板の熱伝導を示す説明図である。
また、図５及び図６は、本発明の第二実施形態を示すものであり、図５はプリント基板（表層）を示す上面図、図６は図５のＢ−Ｂ線端面図である。

≪第一実施形態≫
最初に、第一実施形態について説明する。
図１乃至図３により、本実施形態に係るプリント基板１について説明する。
図３に示すように、本実施形態に係るプリント基板１は、所謂「多層プリント基板」であり、複数の配線層２が積層されて一つのプリント基板１として構成されている。この配線層２は、銅を含有する導電性及び熱伝導性を有する材料で形成された板体である。

本実施形態においては、配線層２Ａ乃至２Ｄが厚み方向に積層された４層体であり、厚み方向に対向する配線層２Ａ，２Ｂ間、配線層２Ｂ，２Ｃ間、配線層２Ｃ，２Ｄ間には、絶縁層５が介在している。
また、配線層２Ａ及び配線層２Ｂの外側面にもまた、これら外側面を被覆するように絶縁層５が形成されているが、彼是区別するために、本実施形態においては、配線層２Ａ及び配線層２Ｂの外側面に形成された絶縁層５を特に、「表面レジスト層５１」と記し、それ以外の絶縁層５を必要であれば「層間レジスト層５２」と記す。なお、絶縁層５は、ガラス繊維とエポキシ樹脂とで形成された被膜である。
この絶縁層５のうち、「表面レジスト層５１」が、特許請求の範囲の「絶縁層」に相当する。

また、このプリント基板１には、電子部品を挿入しこれを半田付けして接続するためのスルーホール３が形成されている。このスルーホール３は、厚み方向に貫通する孔部であり、その内壁面には、配線層２Ａ及び配線層２Ｄ（つまり、厚み方向端部に配置される一方及び他方の外層）と接続されるスルーホール導体部３ａが備えられている。そして、配線層２Ａ及び配線層２Ｄにおいて、このスルーホール３の周辺には、半田付けの際の熱拡散を抑制するためのサーマルランド４が形成されている。
また、このサーマルランド４の周辺は、ベタパターンが形成されており、当該ベタパターンは、グランド又は電源と接続される。

なお、本実施形態では、多層のプリント基板１として、４層の配線層２（２Ａ乃至２Ｄ）から構成された構造を例示しているが、これに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何層のものであってもよい。
なお、スルーホール３に実装される電子部品は、コネクタ、電界コンデンサ等、どのようなものでもよいが、本実施形態においては、ファン駆動用ブラシレスモータの電機子を構成する巻線Ｋとした。この巻線Ｋが、スルーホール３に貫通した状態で半田付けされる。

本実施形態においては、サーマルランド４は、図２及び図３に示すように、ランド４１と、絶縁部４２と、連結導体部４３と、を少なくとも有して構成されるものとする。なお、この「ランド４１」が、特許請求の範囲の「導電層」に相当する。
本実施形態に係るランド４１は、スルーホール３を囲むように形成された上面視円環形状の部分であり、例えば、熱及び電気を伝導する導電性部材により構成されている。
このランド４１は、図１に示すように、スルーホール３に巻線Ｋを貫通させた状で、半田付けを行うための部分である。
なお、このランド４１の周囲は、配線層２となっているが、本実施形態では、説明の便宜上、配線層２において、ランド４１の周囲にある部分を、「外側導体部２１」と記す。

また、本実施形態に係る絶縁部４２は、ランド４１と外側導体部２１とを分断して絶縁するものであり、ランド４１の同心の円周に沿って、円環が４等分されるように形成されている。これは、例えば、外側導体部２１（配線層２）の表層をエッチング除去することにより形成されるとよい。
更に、本実施形態に係る連結導体部４３は、熱及び電気を伝導する導電性部材により構成されており、ランド４１と外側導体部２１とを半径方向に連結するように形成されるものである。換言すれば、隣接する絶縁部４２，４２の分断位置、つまり、これらの間に形成されるものである。

このように構成されたサーマルランド４では、ランド４１に加えられた熱が、外側導体部２１へと拡散する経路を、４個の連結導体部４３のみに限定し、周囲への熱拡散を低減させることができる。
しかしながら、更に、ランド４１での熱効率を向上させるために、本実施形態においては、プレヒートランド６が形成されている。
以下、プレヒートランド６について説明する。

本実施形態に係るプレヒートランド６は、ランド４１と若干離隔して形成される部分である。
このプレヒートランド６は、表面レジスト層５１を除去して、配線層２（本実施形態においては、配線層２Ａ）の表面（外側面）を露出させた箇所である。
よって、プレヒートランド６が特許請求の範囲の「伝熱面」に相当する。なお、詳しく言えば、プレヒートランド６において、表面レジスト層５１が除去されて、外側に露出している面が、特許請求の範囲の「伝熱面」に相当する。

このように構成されているため、図４に示すように、プレヒートランド６に与えられた熱Ｈ２は、外側導体部２１→連結導体部４３→ランド４１と伝導する。
また、よって半田には、半田コテから与えられる熱Ｈ１とプレヒートランド６に与えられた熱Ｈ２から伝導された熱との双方が与えられることとなる。
よって、連結導体部４３から、熱Ｈ１が拡散しても、プレヒートランド６に与えられた熱Ｈ２が伝導してくるため、半田の温度が低下することを防止し、ランド４１での半田付けに対する熱効率が向上する。
プレヒートランド６に熱Ｈ２を与える方法としては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、どのような方法であってもよい。例としては、プレヒートランド６に対して、温風を当てる方法、半田コテを当てる方法等が挙げられる。

≪第二実施形態≫
次いで、図５及び図６により、第二実施形態を説明する。
第二実施形態においては、第一実施形態に比してプレヒートランド６の構成が異なっている。なお、このプレヒートランド６以外の構成は、上記第一実施形態と同様であるため、説明は省略する。
上記のプレヒートランド６と彼是区別するため、本実施形態では、第二プレヒートランド１０６と記す。

図６に示すように第二プレヒートランド１０６は、矩形の板状体である加熱部１６１と、熱伝導媒体１６２と、を有して構成されている。
本実施形態に係る加熱部１６１は、配線層２と同じ熱伝導性材料で形成された矩形の板状態である。
この加熱部１６１は、配線層２Ａの外側面に形成された表面レジスト層５１の外側面に取付けられている。このため、上記第一実施形態とは異なり、加熱部１６１と配線層２Ａとは、熱伝導的には遮断されている。
本実施形態に係る熱伝導媒体１６２は、熱伝送性材料で形成された導線である。
この熱伝導媒体１６２は、一端部が加熱部１６１に接続されるとともに、他端部がランド４１に接続されている。

このように構成されているため、加熱部１６１に与えられた熱Ｈ１は、熱伝導媒体１６２を介して、ランド４１へと伝えられる。つまり、この熱伝導媒体１６２により、加熱部１６１は、熱伝導的に連結されることとなる。
よって、本実施形態においては、加熱部１６１の外側面が、特許請求の範囲の「伝熱面」に相当する。

なお、本実施形態においては、加熱部１６１とランド４１とを、熱伝導媒体１６２により間接的に連結したが、これに限られることはなく、例えば、加熱部１６１と熱伝導媒体とを一体的に構成し、加熱部１６１とランド４１とを直接的に連結してもよい。
また、加熱部１６１が表面レジスト５１を貫通するように構成し、加熱部１６１の底面（外側面と反対側の面）を配線層２Ａに接触させるように構成されていてもよい。

なお、上記各実施形態においては、プレヒートランド６及び第二プレヒートランド１０６の機能説明のため、一個のプレヒートランド６及び第二プレヒートランド１０６と一個のサーマルランド４との関係を例示したが、これに限られることはない。
つまり、複数個のサーマルランド４に対して、一個のプレヒートランド６及び第二プレヒートランド１０６を設け、この一個のプレヒートランド６及び第二プレヒートランド１０６によって複数のサーマルランド４に熱が与えられるような構成としてもよい。

１・・プリント基板、２（２Ａ乃至２Ｂ）・・配線層、２１・・外側導体部、
３・・スルーホール、３ａ・・スルーホール導体部、
４・・サーマルランド、
４１・・ランド（導電層）、４２・・絶縁部、４３・・連結導体部、
５・・絶縁層、５１・・表面レジスト層、５２・・層間レジスト層、
６・・プレヒートランド（伝熱面）、
１０６・・第二プレヒートランド、１６１・・加熱部、１６２・・熱伝導媒体、
Ｋ 巻線

Claims (5)

1. 少なくとも一層のベタ配線層を有する複数の配線層と、厚み方向に貫通するスルーホールと、該スルーホールを囲むように形成され前記配線層に接続される導電層と、厚み方向の両端に各々露出している外端面に配設される絶縁層である表面レジスト層と、を備え、
   前記外端面の少なくとも一方には、前記導電層と熱的に導通する伝熱面が形成されていて、
   前記スルーホールの内壁面に設けられ、前記複数の配線層のうち前記表面レジスト層に被覆される配線層のみに接続するスルーホール導体部と、
   前記導電層と該導電層の周囲にある配線層とを分断して、前記導電層を囲むように形成された複数の絶縁部と、を備えることを特徴とするプリント基板。
2. 前記伝熱面は、前記絶縁層から露出した前記配線層であることを特徴とする請求項１に記載のプリント基板。
3. 前記伝熱面は、前記絶縁層の外側面に形成された熱伝導性部材であり、該熱伝導性部材は、直接的若しくは間接的に前記導電層に熱伝導可能に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のプリント基板。
4. 前記熱伝導性部材は、熱伝導性の導線により、前記導電層と接続されていることを特徴とする請求項３に記載のプリント基板。
5. 前記導電層は、サーマルランドを構成することを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれか一項に記載のプリント基板。

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