接合構造体および電子回路基板
【課題】はんだ付けによって電子部品が基板に接合された接合構造体において、リフトオフの発生を効果的に低減する。
【解決手段】本発明の接合構造体は、スルーホール（２）が設けられた基板（１）と、スルーホール（２）の周囲に設けられたランド（３ａ〜３ｃ）と、電子部品から引き出され、スルーホール（２）の内部に配置されるリード（５）とを備える。ランド（３ａ〜３ｃ）とリード（５）とを接続するフィレットは、表面ランド部分（３ａ）と接触する上部フィレット（６ａ）および裏面ランド部分（３ｂ）と接触する下部フィレット（６ｂ）を含み、上部フィレットの外径が、スルーホールの直径の１．５倍以下である。
【解決手段】本発明の接合構造体は、スルーホール（２）が設けられた基板（１）と、スルーホール（２）の周囲に設けられたランド（３ａ〜３ｃ）と、電子部品から引き出され、スルーホール（２）の内部に配置されるリード（５）とを備える。ランド（３ａ〜３ｃ）とリード（５）とを接続するフィレットは、表面ランド部分（３ａ）と接触する上部フィレット（６ａ）および裏面ランド部分（３ｂ）と接触する下部フィレット（６ｂ）を含み、上部フィレットの外径が、スルーホールの直径の１．５倍以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、はんだ付けによって電子部品が基板に接合された接合構造体、およびこれを含む電子回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子部品をプリント基板などの基板に接合して電子回路基板を作製する１つの方法として、いわゆる「フローはんだ付け」を用いる方法がある。図１３は、従来のフローはんだ付け方法に従って作製された電子回路基板の概略部分断面図であり、図１４（ｂ）は、図１３の部分拡大図であり、図１４（ａ）は図１４（ｂ）のフィレットを除いた概略上面図である。
【０００３】
図１３および図１４に示すように、一般的な従来のフローはんだ付け方法においては、まず、電子部品６７から引き出されたリード６５（例えば電極）を、基板６１に貫通して設けられたスルーホール６２の空洞に基板６１の表面（図中の上側面）から挿入して裏面（図中の下側面）へ通す。このとき、スルーホール６２の壁面ならびに該壁面の周囲に位置する基板６１の表面および裏面上の領域には、例えば銅箔などからなるランド６３（図１３）が形成されており、それぞれ壁面ランド部分６３ｃ、表面ランド部分６３ａ、裏面ランド部分６３ｂとする（図１４（ｂ））。このランド６３は、基板６１の表面または裏面に形成された回路パターン（図示せず）に接続されている。また、ランド６３を除く基板６１の表面および裏面上は、はんだレジスト６４（図１３に斜線を付して示す）によって覆われている。
【０００４】
その後、基板６１の裏面側から、加熱により溶融させたはんだ材料を噴流の形態で基板６１に接触させる。溶融状態のはんだ材料は、リード６５が挿入されたスルーホール６２の内部の環状空間（図１４（ａ）を参照のこと）を毛管現象によって濡れ上がり、表面ランド部分６３ａおよび裏面ランド部分６３ｂの表面で濡れ広がる。その後、はんだ材料は温度低下により固化して図１３および図１４（ｂ）に示すように接合部６６（図１４（ａ）に示さず）を形成する。このとき、はんだレジスト６４で覆われた領域にははんだ材料は付着しない。
【０００５】
以上のようにして、はんだ材料からなる接合部、いわゆる「フィレット」（以下、このような接合部を単に「フィレット」と言うものとする)６６が形成される。これにより、電子部品６７のリード６５と基板６１に形成されたランド６３とを電気的および物理的に接合して、電子回路基板７０が作製される。
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−１８１４２４号公報
【特許文献２】特開平１１−１８６７１２号公報
【特許文献３】特開２０００−３０７２２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のようにして作製される電子回路基板においては、従来、ＳｎおよびＰｂを主要構成成分とするＳｎ−Ｐｂ系のはんだ材料、特にＳｎ−Ｐｂ共晶はんだ材料が一般的に用いられている。しかし、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだ材料に含まれる鉛は、不適切な廃棄物処理により環境汚染を招く可能性があるため、鉛を含有するはんだ材料の代替として、鉛を含まないはんだ材料、いわゆる「鉛フリーはんだ材料」が工業規模で使用され始めている。しかし、鉛フリーはんだ材料を用いて、上記のようなフローはんだ付け方法により電子回路基板を作製すると、図１４（ｂ）に示すように、上部フィレット６６ａおよび／または下部フィレット６６ｂがそれぞれ表面ランド部分６３ａおよび／または裏面ランド部分６３ｂから剥離して、ランドとフィレットとの間の接合が不十分になるという問題がある。このような現象は一般に「リフトオフ」と呼ばれ、電子回路基板の高い信頼性を得るには電子部品のリードとランドとの間で十分に高い接合強度が要求されるため好ましくない。Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだ材料を用いる場合にはこのようなリフトオフはほとんど発生せず、問題視されていなかったが、近年、鉛フリーはんだ材料を用いる場合にリフトオフが顕著に発生することが知られ、リフトオフの発生が問題となっている。現在、従来のＳｎ−Ｐｂはんだ材料から鉛フリーはんだ材料への移行が推進されており、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に特有の問題であるリフトオフを防止することは電子回路基板の作製において非常に重要である。
【０００８】
鉛フリーはんだ材料を用いる場合に上述のようなリフトオフが発生する要因については、一般的に以下の２つのタイプが考えられている。
【０００９】
１つの要因としては、フローはんだ付けに用いる鉛フリーはんだ材料そのものの組成に起因するものが考えられる。より詳細には、はんだ材料として例えばＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ系合金を用いると、このＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ系合金を構成する各金属元素（即ち、Ｓｎ、Ａｇ、Ｂｉ）およびこれら金属元素の任意の組合せで構成され得る合金（即ち、Ｓｎ−Ａｇ系合金、Ｓｎ−Ｂｉ系合金、Ａｇ−Ｂｉ系合金）のうち、Ｓｎ−Ｂｉ共晶合金は、元のＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ系合金の融点（約２００℃）よりも低い融点（約１３８℃）を有する。以下、このように、元のはんだ材料よりも低い融点を有する金属および／または合金を単に低融点金属（または低融点合金）とも言うものとする。Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系合金については、Ｓｎ−Ｂｉ共晶合金が低融点金属となる。
【００１０】
よって、この場合、溶融状態で基板に供給されたＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ系合金が徐々に固化する際、元のＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ系合金に比べて低融点のＳｎ−Ｂｉ共晶合金は、フィレット内の温度勾配によって、まだ固化していない溶融部分へ移動して濃縮される。この結果、Ｓｎ−Ｂｉ共晶合金は、フィレット内の最高温部、即ち最も固化が遅くなる部分に集まって偏析する。ここで、フィレットの上方部分（上部フィレット）における最高温部は、熱の良導体である銅箔からなるランドとフィレットとの界面（以下、単にランド／フィレット界面とも言う）の近傍領域であり、図１４（ｂ）に示すように、このランド／フィレット界面の近傍にＳｎ−Ｂｉ共晶合金などの低融点合金７５が集まって偏析する。フィレットが凝固する過程で、まだ溶融状態にあって強度の弱い基板面上のランド／フィレット界面付近の低融点合金に、凝固収縮による張力（図１４（ｂ）に破線矢印にて模式的に上部フィレット６６ａについてのみ示す）が作用すると、ランド／フィレット界面の外周部からクラックが発生し、凝固が外周部から内部へ進行するにつれてクラックもフィレット６６ａおよび６６ｂの内部（または中央部）へと向かって拡大していく。このようにしてフィレットに形成されたクラックのために、図１４（ｂ）に示すように、フィレットの外周端部７１がランド７２の外周端部から剥離してリフトオフが発生すると考えられる。
【００１１】
もう１つの要因としては、リード６５の材料とフィレット６６のはんだ材料との組合せに起因するものが挙げられる。リード６５と溶融状態で接触するはんだ材料として、例えばＳｎ−０．７Ｃｕ共晶合金（即ち、０．７重量％のＣｕおよびＳｎ残部からなる合金）を用いる場合には、このはんだ材料を構成する全ての金属元素およびこれら金属元素の任意の組合せで構成され得る合金のうち、元のＳｎ−Ｃｕ共晶合金の融点（約２２７℃）よりも融点が低い低融点金属または低融点合金は存在しないため、上述の要因は当て嵌まらない。しかし、このような場合であっても上記のようなクラックが形成され、リフトオフが発生し得る。これは、リード材料、例えばリードのめっきの材料とフローはんだ付けに用いるはんだ材料との組合せに依存して起こると考えられる。
【００１２】
一般的に、リード６５は、母材と該母材を被覆するめっき（以下、単に「めっき」とも言うものとする）とからなる。通常、リードはＳｎ−Ｐｂ系めっきが施されているが、この場合、溶融状態の高温のはんだ材料がスルーホール６２内を濡れ上がる際、はんだ材料とめっきとが接触してめっき成分がはんだ材料中に溶け出し得る。Ｓｎ−Ｐｂ共晶合金は、はんだ材料であるＳｎ−Ｃｕ共晶合金の融点（約２２７℃）よりも低い融点（約１８３℃）を有するため、溶融したＳｎ−Ｃｕ共晶合金が固化（凝固）する際、上記と同様の過程を経て、低融点のＳｎ−Ｐｂ共晶合金がランド／フィレット界面近傍に偏析して、リフトオフを発生させ得る。
【００１３】
上述のＳｎ−Ｃｕ系はんだ材料とＳｎ−Ｐｂ系めっき材料との組合せ以外にも、例えばＳｎ−Ｃｕ（融点約２２７℃）、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ（融点約２２０℃）などのフロー付けに一般的に用いられている鉛フリーはんだ材料とＢｉ、Ｚｎ、またはＩｎ金属元素を含むめっきを用いる場合、Ｓｎ−Ｂｉ（融点約１３８℃）、Ｓｎ−Ｚｎ（融点１９９℃）またはＳｎ−Ｉｎ（融点約１１８℃）などの低融点合金を構成し得る。このように、はんだ材料だけでなく、はんだ材料およびリード（例えばめっき）を構成する全ての金属元素およびこれら金属元素の２つまたはそれ以上の任意の組合せで構成され得る合金のうち、元のはんだ材料よりも低融点のものが存在する場合にリフトオフが発生する。
【００１４】
これら２つの要因は、いずれもランド／フィレット界面近傍に、フィレット本体を構成する合金の組成（実質的に元のはんだ材料の組成に等しい）と異なる組成の低融点合金（または低融点金属）が析出することに起因する。また、実際には、これら２つの要因が組み合わされる場合もある。
【００１５】
従来のＳｎ−Ｐｂ共晶はんだ材料およびＳｎ−Ｐｂ系めっき材料の組合せでは、上記のような２つの要因のいずれもが無く、リフトオフの発生が問題にならなかったものと考えられる。リフトオフの発生は鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著に発生し、鉛フリーはんだ材料に特有の問題であると言える。
【００１６】
本発明は上記の従来の課題を解決すべくなされたものであり、本発明の目的は、フローはんだ付けによって電子部品が基板に接合された接合構造体であって、リフトオフの発生が効果的に低減された構造体ならびにそのような接合構造体を含む電子回路基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者らは、フローはんだ付けにおけるリフトオフの発生を効果的に低減すべく、接合構造体の構造面および材料面のそれぞれおよびこれらの両面からアプローチして、本発明を完成するに至った。
【００１８】
本発明の１つの要旨においては、スルーホールが貫通して設けられている、表面および裏面を有する基板と；スルーホールの壁面上にある壁面ランド部分、スルーホールの周囲の基板の表面および裏面上にそれぞれある表面ランド部分および裏面ランド部分とからなるランドと；電子部品から引き出され、基板の表面から裏面に向かってスルーホールを貫通して配置されるリードと；ランドおよびリードを接続するようにフローはんだ付けによってはんだ材料を用いて形成され、基板の表面上にある上部フィレットと基板の裏面上にある下部フィレットとを含むフィレットとを有する接合構造体であって：表面ランド部分と接触する上部フィレットの外形が、裏面ランド部分と接触する下部フィレットの外形よりも小さく、スルーホールの大きさ以上である接合構造体が提供される。
【００１９】
尚、本明細書において上部フィレットまたは下部フィレットの外形とは、基板の主面（または表面もしくは裏面）に対して実質的に平行な断面において、フィレットの面積が最大となるときのフィレット断面の外側の輪郭またはその断面積を言い、一般的には、フローはんだ付けにより基板に供給された溶融状態のはんだ材料が濡れ広がる表面ランド部分または裏面ランド部分の露出部の外側の輪郭またははんだ材料により濡れた面積に等しい。上部フィレットまたは下部フィレットの外形は、通常、表面ランド部分または裏面ランド部分の露出部がリング状の形状を有する（よって円形の外側輪郭を有する）場合には、露出部の外径（直径）で代表される。本明細書において、表面ランド部分または裏面ランド部分の「露出部」とは、フローはんだ付けによりはんだ材料を供給するに際して露出しており、はんだ材料と接触するようになる部分を言うものとする。
【００２０】
上記のような本発明の接合構造体においては、上部フィレットの外径が下部フィレットの外径よりも小さいため、上部フィレットの外径が下部フィレットの外径に対して大きい場合または等しい場合よりも、上部フィレットの傾斜している露出領域をより小さくでき、よって、はんだ材料の凝固収縮により生じる張力を低減することができる。これにより、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を従来よりも効果的に低減することが可能となる。
【００２１】
本発明の１つの態様においては、表面ランド部分の外形が裏面ランド部分の外形よりも小さく、および／または表面ランド部分の外縁部がはんだレジストで覆われている。表面ランド部分の外径が裏面ランド部分の外径より小さくなるようにランドを形成しておくことによって、上部フィレットの外径を下部フィレットの外径より小さくすることができる。また、表面ランド部分の外縁部をはんだレジストで覆って、表面ランド部分の露出部の外径を表面ランド部分自体の外径より小さくし、更に表面ランド部分の露出部の外径が裏面ランド部分の外径より小さくすることによっても、上部フィレットの外径を下部フィレットの外径より小さくすることができる。尚、表面ランド部分または裏面ランド部分の外形とは、基板の表面または裏面に形成されたままのランドの外側の輪郭または表面または裏面に平行な面上の面積を言うものとする。
【００２２】
好ましい態様においては、壁面ランド部分がその基板表面側の端部にてテーパー形状を有する。このようなテーパー形状を設けることにより、凝固過程においてはんだ材料はテーパー形状の近傍領域にて最も高温となり、低融点金属がその領域に溜まって、フィレットの外周端部付近に析出するのを低減できる。また、このようなテーパー形状によって、フィレットとランドとの間の接合強度を向上させて、フィレットとランドとの間の接合がはんだ材料の凝固収縮による張力に抗することができる。これにより、リフトオフの発生を更に低減することができる。
【００２３】
好ましい態様においては、上記スルーホールの近傍に別のスルーホールが基板を貫通して設けられ、上記ランドが該別のスルーホールの壁面を覆い、かつ基板の表面および裏面上にてこれらスルーホール間の領域を覆うように、ランドが接続されて形成され、基板表面のスルーホール間に位置するランド部分がはんだレジストで覆われている。このような構成においては、凝固過程においてはんだ材料は２つのスルーホール間に位置する部分にて最も高温となり、よって、２つのスルーホール間のランド部分の近傍に低融点金属を積極的に偏析させ、他のランド／フィレット界面近傍で析出する低融点金属を相対的に減少させることができる。これにより、クラックの発生をスルーホールの間の領域に集中させることができ、リフトオフがわずかに発生しても、ごく一部の領域、即ちスルーホールの間の近傍領域で積極的に起こさせ、その他の領域で起こりにくくして、全面的なリフトオフの発生を回避することが可能となる。
【００２４】
本発明の別の要旨においては、表面ランド部分と接触する上部フィレットの外形が、裏面ランド部分と接触する下部フィレットの外形よりも小さく、スルーホールの大きさ以上であることに代えて、またはこれに加えて、表面ランド部分の温度上昇を抑制するような構造を有する接合構造体が提供される。具体的には、以下に示すような態様がある。
【００２５】
本発明の１つの態様においては、表面ランド部分と接触する上部フィレットの外形は表面ランド部分の外形よりも小さい。これにより、上部フィレットと接触していない表面ランド部分の領域を通じてはんだ材料の熱を逃がすことができるため、表面ランド部分の温度を下げて、温度上昇を抑制することができ、この領域に偏析する低融点金属を低減することができる。この結果、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を従来よりも効果的に低減することが可能となる。例えば、表面ランド部分の外縁部をはんだレジストなどで予め覆った基板をフローはんだ付けすることにより上部フィレットの外形を表面ランド部分の外形よりも小さくすることができる。
【００２６】
本発明のもう１つの態様においては、基板は表面ランド部分と接触して形成された放熱板を含む。この場合、はんだ材料から表面ランド部分に伝導された熱を放熱板へ逃がすことができるため、上記態様と同様に表面ランド部分の温度上昇を抑制することができ、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を従来よりも効果的に低減することが可能となる。放熱板は、例えば、ランドを形成する前に予め基板に埋め込んで設け、この放熱板に表面ランド部分が接触するようにランドを形成するようにしてよい。
【００２７】
本発明のもう１つの態様においては、壁面ランド部分に切欠き部が形成されている。はんだ材料が放熱により温度低下して、その露出部から次第に凝固する際、フィレット全体では、上部フィレットおよび下部フィレットの間のフィレット部分が最も高温であり、従来、この部分のはんだ材料の熱が壁面ランド部分を通じて表面ランド部分に伝わることにより、表面ランド部分／フィレット界面近傍が高温となっていた。しかし、本態様のように壁面ランド部分に切欠き部を設けることにより、上部フィレットおよび下部フィレットの間のフィレット部分からの壁面ランド部分を介する熱の供給を遮断し、よって、表面ランド部分の温度を従来よりも速く低下させ、表面ランド部分の温度上昇を抑制することができる。これにより、この領域に偏析する低融点金属を低減し、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を従来よりも効果的に低減することが可能となる。
【００２８】
本発明の別の要旨においては、表面ランド部分と接触する上部フィレットの外形が、裏面ランド部分と接触する下部フィレットの外形よりも小さく、スルーホールの大きさ以上であることに代えて、あるいはこれに加えて、表面ランド部分および裏面ランド部分の少なくともいずれか一方の上に少なくとも１つの突起部が設けられている接合構造体が提供される。本態様によれば、表面ランド部分および／または裏面ランド部分に突起部が設けられているので、ランド／フィレット界面における外周端からリードの方向に向かうクラックの進行を突起により停止し、ランドとフィレットとの接合強度を向上させることができる。よって、フィレットとランドとの間の接合がはんだ材料の凝固収縮による張力に耐えることができ、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を効果的に低減することができる。
【００２９】
本発明の１つの態様においては、上記突起部が表面ランド部分および裏面ランド部分の少なくともいずれか一方の外縁部に位置する。本態様によれば、表面ランド部分および／または裏面ランド部分の外縁部に突起部が設けられているので、クラックの進行方向を、ランド／フィレット界面におけるランドの外周端からリードの方向に向かう方向でなく、突起部／フィレット界面における下向きの方向にすることができ、ランドとフィレットとの接合強度を向上させることができる。よって、フィレットとランドとの間の接合がはんだ材料の凝固収縮による張力に耐えることができ、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を効果的に低減することができる。
【００３０】
本発明の別の要旨においては、表面ランド部分と接触する上部フィレットの外形が、裏面ランド部分と接触する下部フィレットの外形よりも小さく、スルーホールの大きさ以上であることに代えて、あるいはこれに加えて、リードのスルーホールに挿入されない部分であって、基板の表面側に位置する部分がはんだレジストで覆われ、該はんだレジストによって基板表面からのフィレットの高さが制限されている接合構造体が提供される。本態様によれば、はんだレジストでフィレットの高さが制限されているので、上部フィレット／表面ランド部分の界面端部にかかるはんだ材料の凝固収縮による張力の方向が、基板の表面に対してより鋭角になり、よって、この張力の垂直成分を小さくして、ランド／フィレット界面で剥離させにくくすることができる。これにより、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を効果的に低減することができる。
【００３１】
本発明の別の要旨においては、表面ランド部分と接触する上部フィレットの外形が、裏面ランド部分と接触する下部フィレットの外形よりも小さく、スルーホールの大きさ以上であることに代えて、あるいはこれに加えて、ランドが金属皮膜で覆われている接合構造体が提供される。本態様によれば、ランドが、好ましくはランド全体がはんだ材料と接触しないように金属皮膜で覆われているため、金属皮膜とランドとの間で拡散層を形成し、この拡散層は、フローはんだ付けの際、溶融したはんだ材料中に溶出せず、ランド／フィレットの界面に低融点金属が偏析することを回避できる。これにより、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を従来よりも効果的に低減することが可能となる。この金属皮膜は、好ましくはＳｎ、Ｓｎ−Ｃｕ、およびＳｎ−Ａｇからなる群から選択される金属からなる皮膜、例えばこのような材料からなるレベラーである。
【００３２】
上記のような本発明の種々の構造を有する接合構造体は、それらの特徴を単独で用いてもよいが、相互に組み合せて用いることもできる。
【００３３】
本発明の更に別の要旨によれば、スルーホールが貫通して設けられている、表面および裏面を有する基板と；スルーホールの壁面ならびにその周囲の基板の表面および裏面上に形成されたランドと；電子部品から引き出され、スルーホールの内部に配置されるリードと；はんだ材料を用いるフローはんだ付けによって形成された、ランドおよびリードを接続するフィレットとを有し、はんだ材料を構成する全ての金属元素ならびに該金属元素からなる群から選択される２つまたはそれ以上の金属元素からなる全ての合金が、該はんだ材料の融点以上の融点を有する接合構造体が提供される。
【００３４】
上記のような本発明の接合構造体においては、はんだ材料を構成する全ての金属元素およびこれら金属元素の任意の組合せで構成され得る全ての合金のうちに、元のはんだ材料よりも融点が低い低融点金属または低融点合金が存在せず、よって、フローはんだ付けに用いるはんだ材料そのものの組成に基づくリフトオフの１つの発生要因をなくすことができるため、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を従来よりも効果的に低減することが可能となる。
【００３５】
好ましい態様においては、リードが母材および該母材を被覆するめっきから成り、はんだ材料およびめっき材料を構成する全ての金属元素ならびに該金属元素からなる群から選択される２つまたはそれ以上の金属元素からなる全ての合金が、該はんだ材料の融点以上の融点を有する。この場合には、リードのめっき材料の組成とフローはんだ付けに用いるはんだ材料の組成との組合せに基づくリフトオフの更なる発生要因をなくすことができるため、リフトオフの発生を更に低減することが可能となる。
【００３６】
更に好ましい態様においては、はんだ材料、母材材料およびめっき材料を構成する全ての金属元素ならびに該金属元素からなる群から選択される２つまたはそれ以上の金属元素からなる全ての合金が、該はんだ材料の融点以上の融点を有する。この場合には、はんだ材料およびめっき材料に加えて、リードの母材の材料の組成をも考慮することにより、リフトオフの発生を更に低減することが可能となる。
【００３７】
はんだ材料は、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、およびＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕからなる群から選択される材料からなる鉛フリーはんだ材料であることが好ましい。めっきの材料は、Ｓｎ、Ｓｎ−Ｃｕ、およびＳｎ−Ａｇからなる群から選択される金属であることが好ましい。母材の材料は、Ｃｕ、Ｆｅ、およびＦｅ−Ｃｕ合金からなる群から選択される金属であることが好ましい。はんだ材料／めっき材料／母材材料の好ましい組合せとしては、Ｓｎ−Ｃｕ／Ｓｎ−Ｃｕ／Ｃｕ、Ｓｎ−Ｃｕ／Ｓｎ／Ｃｕ、Ｓｎ−Ｃｕ／Ｓｎ−Ｃｕ／Ｆｅ、Ｓｎ−Ｃｕ／Ｓｎ／Ｆｅ、Ｓｎ−Ｃｕ／Ｓｎ−Ａｇ／Ｃｕ、およびＳｎ−Ｃｕ／Ｓｎ−Ａｇ／Ｆｅなどが挙げられる。
【００３８】
もう１つの好ましい態様においては、リードは母材および該母材を被覆するめっきから成り、母材を構成する金属元素の少なくとも１つが、および／またははんだ材料およびめっきを構成する金属元素からなる群から選択される金属元素と母材を構成する金属元素との合金の少なくとも１つが、該はんだ材料の融点より低い融点を有し、リードが、母材を構成する金属元素をフィレット内に溶融させない手段を更に備える。例えば、母材がＺｎ系合金からなる場合、上記手段は、母材とめっきとの間に配置されたＮｉからなる下地めっきとすることができる。この場合、母材を構成するＺｎ元素がはんだ材料中に溶出せず、低融点金属の形成を回避できる。これにより、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を従来よりも効果的に低減することが可能となる。
【００３９】
このような本発明の接合構造体の材料的な特徴は、上記の構造的特徴を有する種々の本発明の接合構造体と組合せて用いられることが好ましく、これにより、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を従来よりも顕著に低減することが可能となる。
【００４０】
上述のような本発明のすべての接合構造体は、電子部品が基板に接合された接合構造体を含む電子回路基板に好適に用いられ得る。
【００４１】
また、本発明のすべての接合構造体は、鉛フリーはんだ材料を用いて電子部品を基板にフローはんだ付けするのに好適に用いられる。尚、本明細書において、鉛フリーはんだ材料とは、実質的に鉛を含有しない、一般的には鉛含有量が０．１重量％以下であるはんだ材料を言う。鉛はんだ材料には、例えば、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ、およびＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎなどのはんだ材料が含まれる。
【００４２】
本発明は以下の態様１〜３３を含むものとする。
【００４３】
（態様１） スルーホールが貫通して設けられている、表面および裏面を有する基板と；スルーホールの壁面上にある壁面ランド部分、スルーホールの周囲の基板の表面および裏面上にそれぞれある表面ランド部分および裏面ランド部分とからなるランドと；電子部品から引き出され、基板の表面から裏面に向かってスルーホールを貫通して配置されるリードと；はんだ材料を用いるフローはんだ付けによって形成された、ランドおよびリードを接続し、かつ基板の表面上にある上部フィレットと基板の裏面上にある下部フィレットとを含むフィレットとを有する接合構造体であって：表面ランド部分と接触する上部フィレットの外形が、裏面ランド部分と接触する下部フィレットの外形よりも小さく、スルーホールの内径（または直径）以上であることを特徴とする接合構造体。
【００４４】
（態様２） 表面ランド部分の外形が裏面ランド部分の外形よりも小さい、態様１に記載の接合構造体。
【００４５】
（態様３） 表面ランド部分の外縁部がはんだレジストで覆われている、態様１に記載の接合構造体。
【００４６】
（態様４） 壁面ランド部分がその基板表面側の端部にてテーパー形状を有する、態様１〜３のいずれかに記載の接合構造体。
【００４７】
（態様５） 前記スルーホールの近傍に別のスルーホールが基板を貫通して設けられ、前記ランドが該別のスルーホールの壁面を覆い、かつ基板の表面および裏面上にてこれらスルーホール間を接続して形成され、該ランドの基板表面のスルーホール間を接続する部分がはんだレジストで覆われている、態様１〜４のいずれかに記載の接合構造体。
【００４８】
（態様６） スルーホールが貫通して設けられている、表面および裏面を有する基板と；スルーホールの壁面上にある壁面ランド部分、スルーホールの周囲の基板の表面および裏面上にそれぞれある表面ランド部分および裏面ランド部分とからなるランドと；電子部品から引き出され、基板の表面から裏面に向かってスルーホールを貫通して配置されるリードと；はんだ材料を用いるフローはんだ付けによって形成され、ランドおよびリードを接続し、かつ基板の表面上にある上部フィレットと基板の裏面上にある下部フィレットとを含むフィレットとを有する接合構造体であって：表面ランド部分の温度上昇を抑制するような構造を有する接合構造体。
【００４９】
（態様７） 表面ランド部分と接触する上部フィレットの外形が表面ランド部分の外形よりも小さい、態様６に記載の接合構造体。
【００５０】
（態様８） 基板が表面ランド部分と接触して形成された放熱板を含む、態様６または７に記載の接合構造体。
【００５１】
（態様９） 壁面ランド部分に切欠き部が形成されている、態様６〜８のいずれかに記載の接合構造体。
【００５２】
（態様１０） スルーホールが貫通して設けられている、表面および裏面を有する基板と；スルーホールの壁面上にある壁面ランド部分、スルーホールの周囲の基板の表面および裏面上にそれぞれある表面ランド部分および裏面ランド部分とからなるランドと；電子部品から引き出され、基板の表面から裏面に向かってスルーホールを貫通して配置されるリードと；はんだ材料を用いるフローはんだ付けによって形成され、ランドおよびリードを接続し、かつ基板の表面上にある上部フィレットと基板の裏面上にある下部フィレットとを含むフィレットとを有する接合構造体であって：表面ランド部分および裏面ランド部分の少なくともいずれか一方の上に少なくとも１つの突起部が設けられている接合構造体。
【００５３】
（態様１１） 前記突起部が表面ランド部分および裏面ランド部分の少なくともいずれか一方の外縁部に位置する、態様１０に記載の接合構造体。
【００５４】
（態様１２） スルーホールが貫通して設けられている、表面および裏面を有する基板と；スルーホールの壁面上にある壁面ランド部分、スルーホールの周囲の基板の表面および裏面上にそれぞれある表面ランド部分および裏面ランド部分とからなるランドと；電子部品から引き出され、基板の表面から裏面に向かってスルーホールを貫通して配置されるリードと；はんだ材料を用いるフローはんだ付けによって形成され、ランドおよびリードを接続し、かつ基板の表面上にある上部フィレットと基板の裏面上にある下部フィレットとを含むフィレットとを有する接合構造体であって：リードのスルーホールに挿入されない部分であって、基板の表面側に位置する部分がはんだレジストで覆われ、該はんだレジストによって基板表面からのフィレットの高さが制限されている接合構造体。
【００５５】
（態様１３） スルーホールが貫通して設けられている、表面および裏面を有する基板と；スルーホールの壁面上にある壁面ランド部分、スルーホールの周囲の基板の表面および裏面上にそれぞれある表面ランド部分および裏面ランド部分とからなるランドと；電子部品から引き出され、基板の表面から裏面に向かってスルーホールを貫通して配置されるリードと；はんだ材料を用いるフローはんだ付けによって形成され、ランドおよびリードを接続し、かつ基板の表面上にある上部フィレットと基板の裏面上にある下部フィレットとを含むフィレットとを有する接合構造体であって：ランドが皮膜（例えば金属皮膜）で覆われている接合構造体。
【００５６】
（態様１４） 前記皮膜が、Ｓｎ、Ｓｎ−Ｃｕ、およびＳｎ−Ａｇからなる群から選択される金属からなる、態様１３に記載の接合構造体。
【００５７】
（態様１５） 態様１〜１４のいずれかに記載の接合構造体を含む電子回路基板。
【００５８】
（態様１６） はんだ材料を構成する全ての金属元素ならびに該金属元素の組合せからなる合金が、該はんだ材料の融点以上の融点を有する、態様１〜１４のいずれかに記載の接合構造体。
【００５９】
（態様１７） はんだ材料が、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、およびＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕからなる群から選択される、態様１６に記載の接合構造体。
【００６０】
（態様１８） リードが母材および該母材を被覆するめっきから成り、はんだ材料およびめっきを構成する全ての金属元素ならびに該金属元素の組合せからなる合金が、該はんだ材料の融点以上の融点を有する、態様１６または１７に記載の接合構造体。
【００６１】
（態様１９） めっきが、Ｓｎ、Ｓｎ−Ｃｕ、およびＳｎ−Ａｇからなる群から選択される金属からなる、態様１８に記載の接合構造体。
【００６２】
（態様２０） はんだ材料、母材およびめっきを構成する全ての金属元素ならびに該金属元素の組合せからなる合金が、該はんだ材料の融点以上の融点を有する、態様１８または１９に記載の接合構造体。
【００６３】
（態様２１） 母材が、Ｃｕ、Ｆｅ、およびＦｅ−Ｃｕ合金からなる群から選択される金属からなる、態様１８〜２０のいずれかに記載の接合構造体。
【００６４】
（態様２２） リードが母材および該母材を被覆するめっきから成り、はんだ材料、母材およびめっきを構成する全ての金属元素ならびに該金属元素の組合せからなる合金が、該はんだ材料の融点より低い融点を有し、リードが、母材を構成する金属元素をフィレット内に溶融させない手段を備える、態様１６または１７に記載の接合構造体。
【００６５】
（態様２３） 母材がＺｎ系合金からなり、前記手段が、母材とめっきとの間に配置されたＮｉからなる下地めっきである、態様２２に記載の接合構造体。
【００６６】
（態様２４） 態様１６〜２３のいずれかに記載の接合構造体を含む電子回路基板。
【００６７】
（態様２５） スルーホールが貫通して設けられている、表面および裏面を有する基板と；スルーホールの壁面ならびにその周囲の基板の表面および裏面上に形成されたランドと；電子部品から引き出され、スルーホールの内部に配置されるリードと；はんだ材料を用いるフローはんだ付けによって形成された、ランドおよびリードを接続するフィレットとを有する接合構造体であって：はんだ材料を構成する全ての金属元素ならびに該金属元素の組合せからなる合金が、該はんだ材料の融点以上の融点を有する接合構造体。
【００６８】
（態様２６） はんだ材料が、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、およびＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕからなる群から選択される、態様２５に記載の接合構造体。
【００６９】
（態様２７） リードが母材および該母材を被覆するめっきから成り、はんだ材料およびめっきを構成する全ての金属元素ならびに該金属元素の組合せからなる合金が、該はんだ材料の融点以上の融点を有する、態様２５または２６に記載の接合構造体。
【００７０】
（態様２８） めっきが、Ｓｎ、Ｓｎ−Ｃｕ、およびＳｎ−Ａｇからなる群から選択される金属からなる、態様２７に記載の接合構造体。
【００７１】
（態様２９） はんだ材料、母材およびめっきを構成する全ての金属元素ならびに該金属元素の組合せからなる合金が、該はんだ材料の融点以上の融点を有する、態様２７または２８に記載の接合構造体。
【００７２】
（態様３０） 母材が、Ｃｕ、Ｆｅ、およびＦｅ−Ｃｕ合金からなる群から選択される金属からなる、態様２７〜２９のいずれかに記載の接合構造体。
【００７３】
（態様３１） リードが母材および該母材を被覆するめっきから成り、はんだ材料、母材およびめっきを構成する全ての金属元素ならびに該金属元素の組合せからなる合金が、該はんだ材料の融点より低い融点を有し、リードが、母材を構成する金属元素をフィレット内に溶融させない手段を備える、態様２５または２６に記載の接合構造体。
【００７４】
（態様３２） 母材がＺｎ系合金からなり、前記手段が、母材とめっきとの間に配置されたＮｉからなる下地めっきである、態様３１に記載の接合構造体。
【００７５】
（態様３３） 態様２５〜３２のいずれかに記載の接合構造体を含む電子回路基板。
【発明の効果】
【００７６】
本発明によれば、はんだ付けによって電子部品が基板に接合された接合構造体であって、リフトオフの発生が効果的に低減された構造体ならびにそのような接合構造体を含む電子回路基板が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１〜図１２において、同様の部材には同様の参照番号を付している。各実施形態において、同様の構成については説明を省略し、異なる点を中心に記載する。
【００７８】
（実施形態１）
本実施形態は、表面ランド部分と接触する上部フィレットの外形が、裏面ランド部分と接触する下部フィレットの外形よりも小さく、スルーホールの大きさ以上である接合構造体を含む電子回路基板に関する。図１（ｂ）は、本実施形態の電子回路基板の概略断面図であり、図１（ａ）は、図１（ｂ）のフィレットを除いた概略上面図である。図１（ａ）は、フローはんだ付けによりはんだ材料を供給する前の状態の基板の上面図に等しく、後述する図２（ａ）、図３（ａ）および図４（ａ）についても同様である。
【００７９】
図１（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態の電子回路基板２０においては、スルーホール２が基板１を貫通して設けられている。スルーホール２の壁面上ならびにスルーホール２を取り囲む基板１の表面（図中の上側面）および裏面（図中の下側面）上にそれぞれ位置する壁面ランド部分３ｃ、表面ランド部分３ａおよび裏面ランド部分３ｂからなるランドが一体的に形成されている。この表面ランド部分３ａおよび／または裏面ランド部分３ｂは、基板１の表面および／または裏面上に形成された配線パターン（図示せず）に接続されている。他方、電子部品（図示せず）から引き出されたリード（電極）５が、基板１の表面から裏面に向かってスルーホール２を通して配置され、上部フィレット６ａおよび下部フィレット６ｂを含むフィレットによってランドと電気的および物理的に接合されている。より詳細には、フィレットは、フィレットのほぼ中央を通るリード５を除いて、略円錐形状を有する上部フィレット６ａおよび下部フィレット６ｂとこれら上部フィレット６ａおよび下部フィレット６ｂをつなぐ円筒状（スルーホールに等しい）のフィレット部分とで構成される。このフィレットははんだ材料から成り、フローはんだ付けによって形成される。
【００８０】
スルーホール２は、リード５が通過し得、またリード５とスルーホール２との間の環状空間をはんだ材料が濡れ上がるのに適する任意の形状を有する。例えば直径約０．５ｍｍの円形断面を有するようなリード５を用いる場合、スルーホール２は直径（Ｄ）約０．９〜１．０ｍｍの円筒形状を有する。
【００８１】
表面ランド部分３ａおよび裏面ランド部分３ｂの基板１の主面に平行な平面形状は、スルーホール２の部分を除いて、例えば円形、楕円形、および矩形などの任意の形状であってよい。本実施形態では、表面ランド部分３ａおよび裏面ランド部分３ｂの形状は、スルーホール５の部分を除いて円形（表面ランド部分３ａおよび裏面ランド部分３ｂの外側の輪郭が円形）であり、よって、スルーホール５を考慮すればリング状の形状を有するものとする（図１（ａ）を参照のこと）。ランドは、例えば約３０μｍの厚さを有する銅箔などの種々の金属材料などから成り得る。
【００８２】
また、上部フィレット６ａの外形Ａは、本実施形態のように表面ランド部分３ａの外側の輪郭が円形であり、表面ランド部分３ａがはんだレジスト４などにより覆われておらず表面ランド部分３ａの全面がはんだ材料で濡れる場合には表面ランド部分の外径（または上部フィレット６ａ自身の外径）で代表される。下部フィレット６ｂの外形Ｂは、上部フィレット６ａと同様に、本実施形態のように裏面ランド部分３ｂの外側の輪郭が円形であり、裏面ランド部分３ｂがはんだレジスト４などにより覆われておらず裏面ランド部分３ｂの全面がはんだ材料で濡れる場合には裏面ランド部分３ｂの外径（または下部フィレット６ｂ自身の外径）で代表される。スルーホール２の大きさＤは、本実施形態のようにスルーホール２が円形断面を有する場合にはその直径で代表される。本実施形態によれば、上部フィレット６ａの外径（または外形）Ａは、下部フィレット６ｂの外径（または外形）Ｂよりも小さく、スルーホール２の直径（または大きさ）Ｄ以上となり、よって、表面ランド部分３ａと接触する上部フィレット６ａの外形が、裏面ランド部分３ｂと接触する下部フィレット６ｂの外形よりも小さく、スルーホール２の大きさ以上となっている。
【００８３】
リフトオフは、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に基板の表面と裏面の両方のランド／フィレット界面で発生し得るが、例えばＳｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、またはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕなどのはんだ材料を用いる場合には、基板の表面側だけで発生することが多い。これは、スルーホールを濡れ上がるにつれてリードのめっき材料などがはんだ材料中により多く溶出することによると考えられる。リフトオフの発生率をより減少させるためには、上部フィレット６ａ／表面ランド部分３ａの界面でのクラック発生を低減することが効果的であることが本発明者らにより解っている。上部フィレット６ａ／表面ランド部分３ａの界面でのクラック発生を低減するためには上部フィレット６ａの外径をより小さくすることが好ましい。従来の電子回路基板では、上部フィレットの外径は、一般的にスルーホールの直径の約１．５倍よりも大きく、リフトオフの発生率を従来よりも低減するためには上部フィレット６ａの外径をより小さく、１．５倍以下とすることが好ましく、より好ましくは１．２倍以下である。また、上部フィレット６ａは、スルーホールを埋めるように形成されることが望まれるためスルーホール２の直径以上の外径を有することが好ましい。よって、上部フィレット６ａの外径Ａは、スルーホール２の直径Ｄに対して、好ましくは１．０〜１．５倍、より好ましくは１．１〜１．２倍である。
【００８４】
他方、下部フィレット６ｂの外径Ｂは、裏面側ではあまりリフトオフが発生しないため、従来のものと同程度としてよい。しかし、上部フィレットと表面ランド部分との接触面積が従来よりも減少したことに基づくフィレットとランドとの接合強度の減少を補償し、接合強度を確保するために、下部フィレット６ｂの外径をより大きくして下部フィレットと裏面ランドとの接触面積を大きくすることが好ましい。下部フィレット６ｂの外径Ｂは、スルーホール２の直径Ｄに対して、好ましくは１．５倍より大きく、より好ましくは２〜３倍である。
【００８５】
基板１には、例えば約１．６ｍｍの厚さを有するガラスエポキシ樹脂、紙フェノールなどからなる基板が用いられ得る。基板１に接合される電子部品としては、抵抗、コンデンサ、トランジスタ、インダクタなどのリード付チップ部品ならびにコネクタなどであってよい。
【００８６】
本実施形態によれば、表面ランド部分と接触する上部フィレットの外形（または外径）が、裏面ランド部分と接触する下部フィレットの外形（または外径）よりも小さく、スルーホールの大きさ（または直径）以上である構造が提供される。このような構造により、上部フィレットの外径が下部フィレットのある外径に対して大きい場合または等しい場合よりも、上部フィレットの傾斜している露出領域をより小さくでき、よって、はんだ材料の凝固収縮により上部フィレット／表面ランド界面に加わる張力を低減することができる。リフトオフの発生は、クラックの発生を少なくとも表面側において防止すれば効果的に低減されることが本発明者らにより解っているため、本実施形態のように上部フィレット／表面ランド界面に加わる張力を小さくしてクラックの発生を低減することにより、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生が従来よりも効果的に低減されるという効果を奏することができる。更に、本実施形態の接合構造体は製造が比較的容易であり、特別な設備を必要としないという利点がある。
【００８７】
これに加えて、このような電子回路基板２０において、フィレットのはんだ材料を構成する全ての金属元素および該金属元素からなる群から選択される２つまたはそれ以上の金属元素からなる全ての合金が、はんだ材料の融点以上の融点を有するように、はんだ材料が選択されていることが好ましい。具体的な材料としては、はんだ材料には、例えばＳｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、およびＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕなどを用いることが好ましい。
【００８８】
また、一般的にリード５は母材（図示せず）と該母材を被覆するめっき（図示せず）とにより構成されるが、フィレットの形成の際にめっき材料がはんだ材料中へ溶融する場合、はんだ材料およびめっき材料を構成する全ての金属元素ならびに該金属元素からなる群から選択される２つまたはそれ以上の金属元素からなる全ての合金が、該はんだ材料の融点以上の融点を有するように、はんだ材料およびめっき材料が選択されることが好ましい。更に、めっきおよび母材の両方の材料がはんだ材料中へ溶融し得る場合には、はんだ材料、母材およびめっきの材料を構成する全ての金属元素ならびに該金属元素からなる群から選択される２つまたはそれ以上の金属元素からなる全ての合金が、該はんだ材料の融点以上の融点を有するように、はんだ材料、母材の材料およびめっきの材料が選択されることが好ましい。
【００８９】
具体的な材料としては、リード５の母材の材料には、例えばＣｕ、Ｆｅ、およびＦｅ−Ｃｕ合金など、めっき材料には、例えばＳｎ、Ｓｎ−Ｃｕ、およびＳｎ−Ａｇなどが用いられ得る。はんだ材料／めっき材料／母材材料の組合せが、Ｓｎ−Ｃｕ／Ｓｎ−Ｃｕ／Ｃｕ、Ｓｎ−Ｃｕ／Ｓｎ／Ｃｕ、Ｓｎ−Ｃｕ／Ｓｎ−Ｃｕ／Ｆｅ、Ｓｎ−Ｃｕ／Ｓｎ／Ｆｅ、Ｓｎ−Ｃｕ／Ｓｎ−Ａｇ／Ｃｕ、またはＳｎ−Ｃｕ／Ｓｎ−Ａｇ／Ｆｅなどであることがより好ましい。
【００９０】
このように好ましくははんだ材料、より好ましくははんだ材料およびめっき材料の組合せ、更に好ましくははんだ材料、めっき材料および母材材料の組合せを選択することにより、フィレット内の温度勾配に起因してランド／フィレット界面近傍に低融点金属が偏析しない。これにより、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を更に効果的に低減することが可能となる。
【００９１】
しかし、本発明はこれに限定されず、はんだ材料、母材材料およびめっき材料を構成する全ての金属元素ならびに該金属元素からなる群から選択される２つまたはそれ以上の金属元素からなる全ての合金のうちの１つまたはそれ以上が、元のはんだ材料の融点より低い融点を有していてもよい。
【００９２】
例えば、リード５の母材が、はんだ材料中に溶融して低融点金属（Ｓｎ−Ｚｎ合金：融点１９９℃）を形成し得るようなＺｎ系合金からなるものを用いてもよい。このように、母材材料を構成する元素がはんだ材料および／またはめっきを構成する金属元素と合金を形成して低融点合金となる場合、または母材を構成する金属元素そのものが低融点金属となる場合には、母材とめっきとの間にＮｉからなる下地めっきを施して、この上から例えばＳｎ、Ｓｎ−Ｃｕ、およびＳｎ−Ａｇなどの材料からなるめっきを施すことが好ましい。これにより、母材材料のＺｎ元素がはんだ材料中に溶出せず、低融点金属の形成を回避でき、これにより、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を従来よりも効果的に低減することが可能となる。
【００９３】
（実施形態２）
本実施形態は、表面ランド部分と接触する上部フィレットの外形が、裏面ランド部分と接触する下部フィレットの外形よりも小さく、スルーホールの大きさ以上である接合構造体を含む電子回路基板に関するもう１つの実施形態である。図２（ｂ）は、本実施形態の電子回路基板の概略断面図であり、図２（ａ）は、図２（ｂ）のフィレットを除いた概略上面図である。
【００９４】
図２（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態の電子回路基板２１においては、表面ランド部分３ａの外縁部がはんだレジスト４で覆われている。より詳細には、図２（ａ）に示すように、図中に点線で示される円形の境界と、スルーホール２の輪郭に等しい円形の境界との間の領域にある表面ランド部分３ａのうち、その外縁部がはんだレジスト４（図中に斜線にて示される）により覆われることによって、表面ランド部分３ａの露出部がはんだレジスト４により制限されている。本実施形態のように表面ランド部分３ａの外縁部がはんだレジスト４により覆われており、表面ランド部分３ａの露出部の輪郭が円形であってその露出部だけがはんだ材料で濡れる場合には、上部フィレット６ａの外形Ａは、表面ランド部分の露出部の外径（または上部フィレット６ａの外径）で代表される。下部フィレット６ｂの外形Ｂは、実施形態１と同様に裏面ランド部分３ｂの外側の輪郭が円形であってその全面がはんだ材料で濡れる場合には裏面ランド部分３ｂの外径（または下部フィレット６ｂの外径）で代表される。スルーホール２の大きさＤは、実施形態１と同様に、スルーホール２が円形断面を有する場合にはその直径で代表される。実施形態によれば、上部フィレット６ａの外径（または外形）Ａは、下部フィレット６ｂの外径（または外形）Ｂよりも小さく、スルーホール２の直径（または大きさ）Ｄ以上となり、よって、表面ランド部分３ａと接触する上部フィレット６ａの外形が、裏面ランド部分３ｂと接触する下部フィレット６ｂの外形よりも小さく、スルーホール２の大きさ以上となっている。
【００９５】
本実施形態においても実施形態１と同様に、スルーホールの直径Ｄに対して、上部フィレット６ａの外径Ａは、好ましくは１．０〜１．５倍、より好ましくは１．１〜１．２倍であり、下部フィレット６ｂの外径Ｂは、好ましくは１．５倍より大きく、より好ましくは２〜３倍である。
【００９６】
尚、図２においては、表面ランド部分３ａの外径が裏面ランド部分３ｂの外径にほぼ等しいものとして示しているが、本発明はこれに限定されず、表面ランド部分３ａの外形（例えば外径）が裏面ランド部分３ｂの外形（外径）より大きくても、小さくてもよい。表面ランド部分３ａの外形（例えば外径）を裏面ランド部分３ｂの外形（外径）より大きくする場合には、後述の実施形態５による効果をも奏することが可能となる。
【００９７】
本実施形態の接合構造体によっても、実施形態１と同様に、表面ランド部分と接触する上部フィレットの外形が、裏面ランド部分と接触する下部フィレットの外形よりも小さく、スルーホールの大きさ以上である構造が提供され、よって、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生が従来よりも効果的に低減されるという効果を奏する。更に、本実施形態の接合構造体もまた、実施形態１と同様に製造が比較的容易であり、特別な設備を必要としないという利点がある。
【００９８】
（実施形態３）
本実施形態は実施形態２を改変したものである。図３（ｂ）は、本実施形態の電子回路基板の概略断面図であり、図３（ａ）は、図３（ｂ）のフィレットを除いた概略上面図である。
【００９９】
図３（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態の電子回路基板２２においては、スルーホール２の基板１の表面側の端部が面取りされ、壁面ランド部分３ｃが表面側の端部にテーパー形状（または傾斜部）７を有し、このテーパー形状を通じて表面ランド部分３ａと繋がっている。
【０１００】
本実施形態においては、壁面ランド部分の表面側端部をテーパー形状とすることにより、はんだ材料が凝固する過程においてテーパー形状の近傍領域が最も高温となり、低融点金属がその領域に溜まって、フィレットの外周端部付近に析出するのを低減できる。また、このようなテーパー形状によって、フィレットとランドとの間の接合強度を向上させて、フィレットとランドとの間の接合がはんだの凝固収縮による張力に抗することができる。これにより、実施形態２の場合よりも更にリフトオフの発生を低減することができる。
【０１０１】
本実施形態においては、テーパー形状を壁面ランド部分の基板表面側の端部にのみ設けるものとしたが、裏面側端部にのみ、あるいはこれらの両方に設けてもよい。リフトオフの発生は、クラックの発生を少なくとも表面側において防止すれば効果的に低減されることが本発明者らにより解っているため、テーパー形状を少なくとも基板表面側に設けることが好ましい。
【０１０２】
尚、本実施形態の特徴は、実施形態１の電子回路基板の接合構造体に組み合わせて利用することも可能である。
【０１０３】
（実施形態４）
本実施形態は実施形態２を改変したものである。図４（ｂ）は、本実施形態の電子回路基板の概略断面図であり、図４（ａ）は、図４（ｂ）のフィレットを除いた概略上面図である。
【０１０４】
図４（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態の電子回路基板２３においては、スルーホール２の近傍に別のスルーホール８が基板１を貫通して設けられている。ランド３は、スルーホール２だけでなく、スルーホール８の壁面をも覆い、基板１の表面および裏面上にてスルーホール２および８の間（図中の３ｄおよび３ｅの部分）の領域を覆って、スルーホール２および８の壁面を覆うランド部分同士が接続されて一体的に形成されている。基板１の表面において、ランド３のスルーホール２およびスルーホール８の間を接続する部分３ｄは、はんだレジスト４で覆われている。
【０１０５】
本実施形態の接合構造体においても、実施形態２と同様に、表面ランド部分３ａと接触する上部フィレット６ａの外形が、裏面ランド部分３ｂと接触する下部フィレット６ｂの外形よりも小さく、スルーホール２の大きさ以上である。これにより、実施形態２と同様に、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生が従来よりも効果的に低減されるという効果が得られる。
【０１０６】
更に、本実施形態の構造体によれば、以下のような効果を得ることができる。
【０１０７】
一般的には、はんだ材料からなるフィレットを形成する際、溶融状態のはんだ噴流から高い熱伝導性を有するランド（例えば銅）を通して伝導された熱は表面ランド部分３ａの外縁部から放出される。しかし、本実施形態によれば、スルーホール間のランド部分３ｄは、スルーホール２だけでなくスルーホール８を通じても熱供給されるため、スルーホール２および８の間を接続するランド部分３ｄが、スルーホール２の周囲にある他の表面ランド部分３ａよりも高い温度を有する。従って、局所的に温度が高い部分（即ち、スルーホール２および８の間のランド部分３ｄ）を基板表面に設けることができ、これにより、低融点金属の偏析を該高温部分３ｄに集中させて、クラックの発生箇所を該部分３ｄに積極的に集中させることにより、他の部分でのクラックの発生を相対的に低減することができる。これにより、リフトオフが発生しても、部分３ｄの近傍でしか剥離が起こらず、フィレットが完全にリフトオフすることが回避できる。
【０１０８】
尚、本実施形態の特徴は、実施形態１および３の電子回路基板の接合構造に組み合わせて利用することも可能である。
【０１０９】
（実施形態５）
本実施形態は、表面ランド部分の温度上昇を抑制するような構造を有する接合構造体を含む電子回路基板に関する。図５は、本実施形態の電子回路基板の概略断面図である。
【０１１０】
図５に示すように、本実施形態の電子回路基板２４では、表面ランド部分３ａの外縁部がはんだレジスト４で覆われ、このはんだレジスト４によってフィレット６の形成が制限されて、表面ランド部分３ａと接触する上部フィレット６ａの外形（例えば外径）Ａが、表面ランド部分３ａの外形（例えば外径）Ｅよりも小さくなっている。表面ランド部分３ａの外形Ｅは、好ましくは裏面ランド部分３ｂの外形Ｆよりも大きい。スルーホールの直径Ｄに対して、上部フィレット６ａの外径Ａは、好ましくは１〜５倍、より好ましくは１〜１．５倍であり、裏面ランド部分３ｂ（または下部フィレット６ｂ）の外径Ｆは、好ましくは２〜５倍である。表面ランド部分３ａの外径Ｅは、裏面ランド部分３ｂ（または下部フィレット６ｂ）の外径Ｆに対して好ましくは１〜３倍である。
【０１１１】
本実施形態によれば、表面ランド部分３ａがフィレット６ａに接触しない外縁部を有し、はんだ材料からなるフィレットの形成の際に、溶融状態のはんだ噴流からランドを通して伝導された熱を表面ランド部分３ａの外縁部から効果的に放出させることができる。これにより、表面ランド部分３ａの温度上昇が抑制されて、表面ランド部分３ａ／上部フィレット６ａ界面での低温合金の偏析を緩和し、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を効果的に低減することができる。更に、本実施形態の接合構造体は製造が比較的容易であり、特別な設備を必要としないという利点がある。
【０１１２】
本実施形態においては、フィレットに接触しない放熱用外縁部を表面ランド部分にのみ設けるものとしたが、裏面ランド部分にのみ、あるいはこれらの両方に設けてもよい。しかし、放熱用外縁部は、少なくとも表面ランド部分に設けられることが好ましく、表面および裏面ランド部分の両方に設けられることがより好ましい。
【０１１３】
尚、本実施形態の特徴は、実施形態２〜４の電子回路基板の接合構造に組み合わせて利用することも可能である。
【０１１４】
（実施形態６）
本実施形態は、表面ランド部分の温度上昇を抑制するような構造を有する接合構造体を含む電子回路基板に関するもう１つの実施形態である。図６は、本実施形態の電子回路基板の概略断面図である。
【０１１５】
図６に示すように、本実施形態の電子回路基板２５では、表面ランド部分３ａに接触する放熱板９が基板１に埋設されている。
【０１１６】
本実施形態によれば、上記のような放熱板９によって、実施形態５と同様に、溶融状態のはんだ噴流からランドを通して伝導された熱を効果的に逃がすことができる。これにより、実施形態５と同様に、表面ランド部分３ａの温度上昇が抑制されて、表面ランド部分３ａ／上部フィレット６ａ界面での低温合金の偏析を緩和し、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を効果的に低減することができる。
【０１１７】
本実施形態においては、放熱板を表面ランド部分に接触して基板表面にのみ設けるものとしたが、裏面ランド部分に接触して基板裏面にのみ設けてもよく、あるいはこれらの両方を設けてもよい。しかし、放熱板は、少なくとも表面ランド部分に設けられることが好ましく、表面および裏面ランド部分の両方に設けられることがより好ましい。
【０１１８】
尚、本実施形態の特徴は、実施形態１〜５の電子回路基板の接合構造に組み合わせて利用することも可能である。
【０１１９】
（実施形態７）
本実施形態は、表面ランド部分の温度上昇を抑制するような構造を有する接合構造体を含む電子回路基板に関するもう１つの別の実施形態である。図７は、本実施形態の電子回路基板の概略断面図である。
【０１２０】
図７に示すように、本実施形態の電子回路基板２６では、壁面ランド部分３ｃに切欠き部１０が形成されてランドのエッジ部が落とされており、これにより、表面ランド部分３ａと裏面ランド部分３ｂが少なくとも部分的に隔離されている。
【０１２１】
本実施形態によれば、上記のような切欠き部１０によって、溶融状態のはんだ噴流からランドを通して供給される熱の伝導経路を制限（表面ランド部分３ａが完全に隔離される場合には断絶）することによって、表面ランド部分３ａへの熱供給量を減少させることができる。これにより、実施形態５と同様に、表面ランド部分３ａの温度上昇が抑制されて、表面ランド部分３ａ／上部フィレット６ａ界面での低温合金の偏析を緩和し、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を効果的に低減することができる。
【０１２２】
本実施形態においては、切欠き部を壁面ランド部分の基板表面側のエッジに設けるものとしたが、壁面ランド部分の任意の位置に形成することができ、切欠き部は、任意の形状を有していてよい。表面ランド部分と裏面ランド部分との導通は失われていても、保たれていてもよい。
【０１２３】
尚、本実施形態の特徴は、実施形態１〜６の電子回路基板の接合構造に組み合わせて利用することも可能である。
【０１２４】
（実施形態８）
本実施形態は、表面ランド部分および裏面ランド部分上に少なくとも１つの突起部が設けられている接合構造体を含む電子回路基板に関するものである。図８は、本実施形態の電子回路基板の概略断面図である。
【０１２５】
図８に示すように、本実施形態の電子回路基板２７では、表面ランド部分３ａおよび裏面ランド部分３ｂに２つのリング状突起部１１をそれぞれ有する。
【０１２６】
本実施形態によれば、上記のような突起部１１によってランド／フィレット界面でのクラックの進行を停止し、上部フィレット６ａと表面ランド部分３ａ、ならびに下部フィレット６ｂと裏面ランド部分３ｂとの接合強度を向上させることができる。これにより、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を効果的に低減することができる。
【０１２７】
ただし、突起部１１の数および形状はこれに限定されるものではなく、表面ランド部分３ａおよび裏面ランド部分３ｂの上に凹凸が形成されるものであればよく、例えば、突起部が表面ランド部分３ａおよび裏面ランド部分３ｂの上にドット状に形成されていてもよい。
【０１２８】
また、表面ランド部分３ａおよび裏面ランド部分３ｃの両方の上に突起部が設けられている必要はなく、いずれか一方の上に設けられていてもよい。しかし、突起部は、少なくとも表面ランド部分に設けられることが好ましく、表面および裏面ランド部分の両方に設けられることがより好ましい。
【０１２９】
尚、本実施形態の特徴は、実施形態１〜７の電子回路基板の接合構造に組み合わせて利用することも可能である。
【０１３０】
（実施形態９）
本実施形態は、実施形態８を改変したものである。図９（ａ）は、本実施形態の電子回路基板の概略断面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）の部分拡大図である。
【０１３１】
図９（ａ）に示すように、本実施形態の電子回路基板２８では、表面ランド部分３ａおよび裏面ランド部分３ｂの外縁部に１つのリング状突起部１２をそれぞれ有する。
【０１３２】
本実施形態によれば、上記のような突起部１２によって、フィレットが凝固する過程における凝固収縮による張力（図９（ｂ）に破線矢印にて示す）は、上部フィレット６ａおよび突起部１２の界面に作用し、ここで発生したクラックの拡大（進行）方向は、上部フィレット６ａ／突起部１２の界面に沿って下方となる。これにより、クラックの進行方向を上部フィレット６ａ／表面ランド部分３ａの界面に沿った方向でなく、上部フィレット６ａ／突起部１２の界面に沿った方向にすることができ、ランドとフィレットとの接合強度を向上させることができる。よって、本実施形態によっても、実施形態８と同様に、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を効果的に低減することができる。
【０１３３】
また、表面ランド部分３ａおよび裏面ランド部分３ｃの両方の上に突起部が設けられている必要はなく、いずれか一方の上に設けられていてもよい。しかし、突起部は、少なくとも表面ランド部分に設けられることが好ましく、表面および裏面ランド部分の両方に設けられることがより好ましい。
【０１３４】
尚、本実施形態の特徴は、実施形態１、６、７、および８の電子回路基板の接合構造に組み合わせて利用することも可能である。
【０１３５】
（実施形態１０）
本実施形態は、リードが部分的にはんだレジストで覆われた接合構造体を含む電子回路基板に関するものである。図１０は、本実施形態の電子回路基板の概略断面図である。
【０１３６】
図１０に示すように、本実施形態の電子回路基板２９では、リード５のスルーホール２に挿入されない部分であって、基板１の表面側に位置する部分がはんだレジスト１３で覆われ、これにより上部フィレット６ａの基板１の表面からの高さが制限されている。
【０１３７】
本実施形態によれば、上記のようなはんだレジスト１３でフィレット６の高さが制限されることにより、上部フィレット６ａ／表面ランド部分３ａの界面端部にかかるはんだ材料の凝固収縮による張力（図１０（ｂ）に破線矢印にて示す）の方向を、基板１の主面に対して従来より鋭角にして、該張力の垂直成分を小さくし、ランド／フィレット界面を剥離させにくくすることができる。これにより、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を効果的に低減することができる。
【０１３８】
尚、本実施形態の特徴は、実施形態１〜９の電子回路基板の接合構造に組み合わせて利用することも可能である。
【０１３９】
（実施形態１１）
本実施形態は、ランドとはんだ材料とが直接接触しないようにランドが金属皮膜で覆われている接合構造体を含む電子回路基板に関するものである。図１１は、本実施形態の電子回路基板の概略断面図である。
【０１４０】
図１１に示すように、本実施形態の電子回路基板３０では、ランド上、即ち表面ランド部分３ａ、壁面ランド部分３ｃ、および裏面ランド部分３ｂの上に金属皮膜１４が形成されている。金属皮膜１４は、例えばいわゆる「レベラー」などの金属皮膜であり得、好ましくはＳｎ、Ｓｎ−Ｃｕ、およびＳｎ−Ａｇからなる群から選択される金属からなり、約１０〜１００μｍの厚さを有する。
【０１４１】
本実施形態によれば、上記のような金属皮膜１４でランドが覆われていることによって金属皮膜とランドとの間で拡散層を形成し、これにより表面ランド部分３ａ、裏面ランド部分３ｂおよび壁面ランド部分３ｃのいずれもが、はんだ材料と直接的に接触しない。この拡散層により、フローはんだ付けの際、溶融したはんだ材料中に溶出せず、上部フィレット６ａ／表面ランド部分３ａの界面に低融点金属が偏析することを回避できる。これにより、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を効果的に低減することができる。
【０１４２】
上記のようなレベラー（金属皮膜）は、当該技術分野において既知の方法によって形成することができる。
【０１４３】
また、本実施形態においては、表面、壁面および裏面ランド部分からなるランドの表面全てを覆うものとしたが、表面ランド部分のみを金属皮膜で覆うようにしてもリフトオフを有る程度低減することができる。この場合、クリームはんだなどのはんだ材料を基板表面に印刷する工程において、金属皮膜（レベラー）を表面ランド部分に同時に形成することもできる。
【０１４４】
尚、本実施形態の特徴は、実施形態１〜１０の電子回路基板の接合構造に組み合わせて利用することも可能である。
【０１４５】
（実施形態１２）
本実施形態は、従来の電子回路基板と実質的に同様の構造（または構成）を有するが、リードの母材の材料およびめっきの材料ならびにはんだ材料の組合せが適切に選択されている点で異なるものである。
【０１４６】
図１２に示すように、本実施形態の電子回路基板３１においては、スルーホール２が基板１を貫通して設けられている。スルーホール２の壁面上ならびにその周囲の基板１の表面（図中の上側面）および裏面（図中の下側面）上に、それぞれ壁面ランド部分３ｃ、表面ランド部分３ａおよび裏面ランド部分３ｂからなるランドが一体的に形成されている。このランドは、例えば銅からなり、基板１の表面および／または裏面上に形成された配線パターン（図示せず）に接続されている。他方、電子部品（図示せず）から引き出されたリード（電極）５が、スルーホール２を通って配置され、はんだ材料からなる、上部フィレット６ａおよび下部フィレット６ｂを含むフィレットによって基板１のランド３と電気的および物理的に接合されている。図１２には、表面ランド部分３ａおよび裏面ランド部分３ｂは実質的に同じ外形を有するものとして示すが、本発明はこれに限定されない。代表的には、表面ランド部分３ａおよび裏面ランド部分３ｂは、外径２〜３ｍｍのリング状の平面形状を有する。またランドは、例えば約３０μｍの厚さを有し得る。
【０１４７】
基板１には、例えば約１．６ｍｍの厚さを有するガラスエポキシ樹脂、紙フェノールなどからなる基板が用いられ得る。また、スルーホール２は、リード５が通過し得、またリード５とスルーホール２との間の環状空間をはんだ材料が濡れ上がるのに適する任意の形状を有し得るが、例えば直径約０．５ｍｍの円形断面を有するようなリード５を用いる場合、直径約０．９〜１．０ｍｍの円筒形状を有する。基板１に接合される電子部品５としては、抵抗、コンデンサ、トランジスタ、インダクタなどのリード付チップ部品ならびにコネクタなどであってよい。
【０１４８】
このような電子回路基板３１においては、フィレット６のはんだ材料を構成する全ての金属元素および該金属元素からなる群から選択される２つまたはそれ以上の金属元素からなる全ての合金が、はんだ材料の融点以上の融点を有するように、はんだ材料が選択されている。
【０１４９】
具体的な材料としては、はんだ材料には、例えばＳｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、およびＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕなどを用いることができる。
【０１５０】
また、一般的にリード５は母材（図示せず）と該母材を被覆するめっき（図示せず）とにより構成されるが、フィレットの形成の際にめっきの材料がはんだ材料中へ溶融する場合、はんだ材料およびめっきを構成する全ての金属元素ならびに該金属元素からなる群から選択される２つまたはそれ以上の金属元素からなる全ての合金が、該はんだ材料の融点以上の融点を有するように、はんだ材料およびめっきの材料が選択されることが好ましい。更に、めっきおよび母材の材料の両方がはんだ材料中へ溶融し得る場合には、はんだ材料、母材およびめっきを構成する全ての金属元素ならびに該金属元素からなる群から選択される２つまたはそれ以上の金属元素からなる全ての合金が、該はんだ材料の融点以上の融点を有するように、はんだ材料、母材およびめっきの材料が選択されることが好ましい。
【０１５１】
具体的な材料としては、リード５の母材には、例えばＣｕ、Ｆｅ、およびＦｅ−Ｃｕ合金など、めっきには、例えばＳｎ、Ｓｎ−Ｃｕ、およびＳｎ−Ａｇなどからなるものを用いることができる。
【０１５２】
はんだ材料／めっき材料／母材材料の好ましい組合せとしては、Ｓｎ−Ｃｕ／Ｓｎ−Ｃｕ／Ｃｕ、Ｓｎ−Ｃｕ／Ｓｎ／Ｃｕ、Ｓｎ−Ｃｕ／Ｓｎ−Ｃｕ／Ｆｅ、Ｓｎ−Ｃｕ／Ｓｎ／Ｆｅ、Ｓｎ−Ｃｕ／Ｓｎ−Ａｇ／Ｃｕ、およびＳｎ−Ｃｕ／Ｓｎ−Ａｇ／Ｆｅなどが挙げられる。
【０１５３】
本実施形態によれば、はんだ材料、好ましくははんだ材料およびめっき材料、更に好ましくははんだ材料、母材材料およびめっき材料は、各材料を構成する金属元素および該金属元素からなる群から選択される２つまたはそれ以上の金属元素からなる全ての合金がはんだ材料の融点以上の融点を有するように選択されている。従って、低融点金属が形成されず、フィレット内の温度勾配に起因してランド／フィレット界面近傍に低融点金属が偏析しない。これにより、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を従来よりも効果的に低減することが可能となる。
【０１５４】
（実施形態１３）
本実施形態は、実施形態１２と同様の構成を有するが、はんだ材料およびめっきを構成する金属元素からなる群から選択される金属元素と、母材を構成する金属元素との合金が、該はんだ材料の融点より低い融点を有する点で異なる。
【０１５５】
具体的には、本実施形態ではリードの母材として、例えばＺｎ系合金などの材料を用いている。Ｚｎ系合金に含まれるＺｎ金属元素ははんだ材料中に溶融して、例えばはんだ材料および／またはめっきを構成するＳｎ金属元素と共にＳｎ−Ｚｎ合金（融点１９９℃）を形成する。はんだ材料は、例えばＳｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕなどの鉛フリーはんだ材料であり、この場合Ｓｎ−Ｚｎ合金ははんだ材料よりも融点が低い低融点合金となる。更に、本実施形態においては、母材とめっきとの間にＮｉの下地めっきを施して、この上から、例えばＳｎ、Ｓｎ−Ｃｕ、およびＳｎ−Ａｇなどの材料からなるめっきを施している点で実施形態１２と異なる。Ｎｉは非常に高い融点を有するので、Ｎｉの下地めっきで母材を覆うことにより、母材のＺｎ金属元素がはんだ材料中に溶融することが回避される。
【０１５６】
このような構成により、母材を構成するＺｎ金属元素がはんだ材料中に溶出せず、Ｚｎ金族元素を含むＳｎ−Ｚｎ低融点合金の形成を回避できる。これにより、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を従来よりも効果的に低減することが可能となる。
【０１５７】
（実施例１）
実施形態１について、フローはんだ付けに用いるはんだ材料および上部フィレットの外形を種々に変化させて接合構造体を作製し、そのリフトオフの発生率を調べた。
【０１５８】
基板として、厚さ約１．６ｍｍ、縦約１８０ｍｍ、横約３００ｍｍの寸法を有するガラスエポキシ樹脂からなる基板を用いた。この基板には、直径約１．３ｍｍの円筒状のスルーホールが基板の主面に対して垂直に設けられていた。基板に設けるランドの材料は銅とした。表面ランド部分および裏面ランド部分はいずれも中央部にスルーホールが位置するリング形状とした。裏面ランド部分の外径（リング外径）を約２．０ｍｍとし、裏面ランド部分の全体が露出するように裏面ランド部分を除く基板の裏面をはんだレジストで覆った。この裏面ランド部分の外径は、スルーホールの直径の約１．５４倍となる。表面ランド部分のリング外径を約１．５ｍｍ、１．７ｍｍ、および２．０ｍｍとし、表面ランド部分の全体が露出するように表面ランド部分を除く基板の表面をはんだレジストで覆った。これら表面ランド部分の外径は、スルーホールの直径のそれぞれ約１．１５倍、１．３１倍、および１．５４倍となる。基板に接合する電子部品としてはダイオードを用いた。ダイオードから引き出されたリードは、直径約０．８ｍｍの円形断面を有する棒状体であり、Ｃｕからなる母材にＳｎ−Ｐｂめっき（Ｐｂ５〜１５％、Ｓｎ残部）が施されて構成されていた。ダイオードから引き出されたリードを基板のスルーホールに挿入し、フローはんだ付けによりダイオードのリードと基板のランドとを接合し電子回路基板を作成した。このフローはんだ付けは、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ（即ち、約３重量％のＡｇ、約０．５重量％のＣｕおよびＳｎ残部からなる合金）およびＳｎ−０．７Ｃｕ（即ち、約０．７重量％のＣｕおよびＳｎ残部からなる合金）をはんだ材料として用い、これら２つのはんだ材料の各々につきリング外形の異なる３種の基板に対してフローはんだ付けを実施した。得られた電子回路基板の上部フィレットの外径は、表面ランド部分の外径に実質的に等しかった。
【０１５９】
以上のようにして得られた電子回路基板のリフトオフの発生率を調べた。結果を表１に示す。
【０１６０】
【表１】
【０１６１】
表１より、上部フィレットの外径（本実施例では表面ランド部分の外径に等しい）を１．５４倍とするよりも、１．３１倍、更には１．１５倍としたほうがリフトオフの発生率が低下することが解る。これより、上部フィレットの外径を小さくすることによりリフトオフの発生率が減少する傾向にあることが理解されよう。
【０１６２】
（実施例２）
実施形態２について、フローはんだ付けに用いるはんだ材料および上部フィレットの外形を種々に変化させて接合構造体を作製し、そのリフトオフの発生率を調べた。本実施形態は、表面ランド部分の外径を全て約２．０ｍｍとし、表面ランド部分の外縁部をはんだレジストで覆って、表面ランド部分のはんだレジストから露出している部分の外径を約１．５ｍｍ、１．７ｍｍ、および２．０ｍｍとしたことを除き、実施例１と同様にして電子回路基板を作製した。これら表面ランド部分の露出部の外径は、スルーホールの直径のそれぞれ約１．１５倍、１．３１倍、および１．５４倍となり、得られた電子回路基板の上部フィレットの外径は、表面ランド部分の露出部の外径に実質的に等しかった。
【０１６３】
以上のようにして得られた電子回路基板のリフトオフの発生率を調べた。結果を表２に示す。
【０１６４】
【表２】
【０１６５】
表２より、上部フィレットの外径（本実施例では表面ランド部分のはんだレジストに覆われていない露出部の外径に等しい）を１．５４倍とするよりも、１．３１倍または１．１５倍としたほうがリフトオフの発生率が低下することが解る。これより、実施例１と同様に、上部フィレットの外径を小さくすることによりリフトオフの発生率が減少する傾向にあることが理解されよう。
【産業上の利用の可能性】
【０１６６】
本発明は、フローはんだ付けによって電子部品が基板に接合され、リフトオフの発生が効果的に低減された接合構造体、およびそのような接合構造体を含む電子回路基板を提供する。これにより、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を従来よりも効果的に低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１６７】
【図１】図１（ａ）は、本発明の１つの実施形態における接合構造体を有する電子回路基板を示す（フィレットを除く）概略上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の概略断面図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の別の実施形態における接合構造体を有する電子回路基板を示す（フィレットを除く）概略上面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の概略断面図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の別の実施形態における接合構造体を有する電子回路基板を示す（フィレットを除く）概略上面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の概略断面図である。
【図４】図４（ａ）は、本発明の別の実施形態における接合構造体を有する電子回路基板を示す（フィレットを除く）概略上面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の概略断面図である。
【図５】図５は、本発明の別の実施形態における接合構造体を有する電子回路基板を示す概略部分断面図である。
【図６】図６は、本発明の別の実施形態における接合構造体を有する電子回路基板を示す概略部分断面図である。
【図７】図７は、本発明の別の実施形態における接合構造体を有する電子回路基板を示す概略部分断面図である。
【図８】図８は、本発明の別の実施形態における接合構造体を有する電子回路基板を示す概略部分断面図である。
【図９】図９（ａ）は、本発明の別の実施形態における接合構造体を有する電子回路基板を示す概略部分断面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）の部分拡大図である。
【図１０】図１０は、本発明の別の実施形態における接合構造体を有する電子回路基板を示す概略部分断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の別の実施形態における接合構造体を有する電子回路基板を示す概略部分断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の別の実施形態における接合構造体を有する電子回路基板を示す概略部分断面図である。
【図１３】図１３は、従来の電子回路基板において、１つの電子部品が基板に接合されている様子を示す概略部分断面図である。
【図１４】図１４（ａ）は、図１３のフィレット近傍の（フィレットを除く）上面拡大図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の概略断面図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、はんだ付けによって電子部品が基板に接合された接合構造体、およびこれを含む電子回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子部品をプリント基板などの基板に接合して電子回路基板を作製する１つの方法として、いわゆる「フローはんだ付け」を用いる方法がある。図１３は、従来のフローはんだ付け方法に従って作製された電子回路基板の概略部分断面図であり、図１４（ｂ）は、図１３の部分拡大図であり、図１４（ａ）は図１４（ｂ）のフィレットを除いた概略上面図である。
【０００３】
図１３および図１４に示すように、一般的な従来のフローはんだ付け方法においては、まず、電子部品６７から引き出されたリード６５（例えば電極）を、基板６１に貫通して設けられたスルーホール６２の空洞に基板６１の表面（図中の上側面）から挿入して裏面（図中の下側面）へ通す。このとき、スルーホール６２の壁面ならびに該壁面の周囲に位置する基板６１の表面および裏面上の領域には、例えば銅箔などからなるランド６３（図１３）が形成されており、それぞれ壁面ランド部分６３ｃ、表面ランド部分６３ａ、裏面ランド部分６３ｂとする（図１４（ｂ））。このランド６３は、基板６１の表面または裏面に形成された回路パターン（図示せず）に接続されている。また、ランド６３を除く基板６１の表面および裏面上は、はんだレジスト６４（図１３に斜線を付して示す）によって覆われている。
【０００４】
その後、基板６１の裏面側から、加熱により溶融させたはんだ材料を噴流の形態で基板６１に接触させる。溶融状態のはんだ材料は、リード６５が挿入されたスルーホール６２の内部の環状空間（図１４（ａ）を参照のこと）を毛管現象によって濡れ上がり、表面ランド部分６３ａおよび裏面ランド部分６３ｂの表面で濡れ広がる。その後、はんだ材料は温度低下により固化して図１３および図１４（ｂ）に示すように接合部６６（図１４（ａ）に示さず）を形成する。このとき、はんだレジスト６４で覆われた領域にははんだ材料は付着しない。
【０００５】
以上のようにして、はんだ材料からなる接合部、いわゆる「フィレット」（以下、このような接合部を単に「フィレット」と言うものとする)６６が形成される。これにより、電子部品６７のリード６５と基板６１に形成されたランド６３とを電気的および物理的に接合して、電子回路基板７０が作製される。
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−１８１４２４号公報
【特許文献２】特開平１１−１８６７１２号公報
【特許文献３】特開２０００−３０７２２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のようにして作製される電子回路基板においては、従来、ＳｎおよびＰｂを主要構成成分とするＳｎ−Ｐｂ系のはんだ材料、特にＳｎ−Ｐｂ共晶はんだ材料が一般的に用いられている。しかし、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだ材料に含まれる鉛は、不適切な廃棄物処理により環境汚染を招く可能性があるため、鉛を含有するはんだ材料の代替として、鉛を含まないはんだ材料、いわゆる「鉛フリーはんだ材料」が工業規模で使用され始めている。しかし、鉛フリーはんだ材料を用いて、上記のようなフローはんだ付け方法により電子回路基板を作製すると、図１４（ｂ）に示すように、上部フィレット６６ａおよび／または下部フィレット６６ｂがそれぞれ表面ランド部分６３ａおよび／または裏面ランド部分６３ｂから剥離して、ランドとフィレットとの間の接合が不十分になるという問題がある。このような現象は一般に「リフトオフ」と呼ばれ、電子回路基板の高い信頼性を得るには電子部品のリードとランドとの間で十分に高い接合強度が要求されるため好ましくない。Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだ材料を用いる場合にはこのようなリフトオフはほとんど発生せず、問題視されていなかったが、近年、鉛フリーはんだ材料を用いる場合にリフトオフが顕著に発生することが知られ、リフトオフの発生が問題となっている。現在、従来のＳｎ−Ｐｂはんだ材料から鉛フリーはんだ材料への移行が推進されており、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に特有の問題であるリフトオフを防止することは電子回路基板の作製において非常に重要である。
【０００８】
鉛フリーはんだ材料を用いる場合に上述のようなリフトオフが発生する要因については、一般的に以下の２つのタイプが考えられている。
【０００９】
１つの要因としては、フローはんだ付けに用いる鉛フリーはんだ材料そのものの組成に起因するものが考えられる。より詳細には、はんだ材料として例えばＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ系合金を用いると、このＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ系合金を構成する各金属元素（即ち、Ｓｎ、Ａｇ、Ｂｉ）およびこれら金属元素の任意の組合せで構成され得る合金（即ち、Ｓｎ−Ａｇ系合金、Ｓｎ−Ｂｉ系合金、Ａｇ−Ｂｉ系合金）のうち、Ｓｎ−Ｂｉ共晶合金は、元のＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ系合金の融点（約２００℃）よりも低い融点（約１３８℃）を有する。以下、このように、元のはんだ材料よりも低い融点を有する金属および／または合金を単に低融点金属（または低融点合金）とも言うものとする。Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系合金については、Ｓｎ−Ｂｉ共晶合金が低融点金属となる。
【００１０】
よって、この場合、溶融状態で基板に供給されたＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ系合金が徐々に固化する際、元のＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ系合金に比べて低融点のＳｎ−Ｂｉ共晶合金は、フィレット内の温度勾配によって、まだ固化していない溶融部分へ移動して濃縮される。この結果、Ｓｎ−Ｂｉ共晶合金は、フィレット内の最高温部、即ち最も固化が遅くなる部分に集まって偏析する。ここで、フィレットの上方部分（上部フィレット）における最高温部は、熱の良導体である銅箔からなるランドとフィレットとの界面（以下、単にランド／フィレット界面とも言う）の近傍領域であり、図１４（ｂ）に示すように、このランド／フィレット界面の近傍にＳｎ−Ｂｉ共晶合金などの低融点合金７５が集まって偏析する。フィレットが凝固する過程で、まだ溶融状態にあって強度の弱い基板面上のランド／フィレット界面付近の低融点合金に、凝固収縮による張力（図１４（ｂ）に破線矢印にて模式的に上部フィレット６６ａについてのみ示す）が作用すると、ランド／フィレット界面の外周部からクラックが発生し、凝固が外周部から内部へ進行するにつれてクラックもフィレット６６ａおよび６６ｂの内部（または中央部）へと向かって拡大していく。このようにしてフィレットに形成されたクラックのために、図１４（ｂ）に示すように、フィレットの外周端部７１がランド７２の外周端部から剥離してリフトオフが発生すると考えられる。
【００１１】
もう１つの要因としては、リード６５の材料とフィレット６６のはんだ材料との組合せに起因するものが挙げられる。リード６５と溶融状態で接触するはんだ材料として、例えばＳｎ−０．７Ｃｕ共晶合金（即ち、０．７重量％のＣｕおよびＳｎ残部からなる合金）を用いる場合には、このはんだ材料を構成する全ての金属元素およびこれら金属元素の任意の組合せで構成され得る合金のうち、元のＳｎ−Ｃｕ共晶合金の融点（約２２７℃）よりも融点が低い低融点金属または低融点合金は存在しないため、上述の要因は当て嵌まらない。しかし、このような場合であっても上記のようなクラックが形成され、リフトオフが発生し得る。これは、リード材料、例えばリードのめっきの材料とフローはんだ付けに用いるはんだ材料との組合せに依存して起こると考えられる。
【００１２】
一般的に、リード６５は、母材と該母材を被覆するめっき（以下、単に「めっき」とも言うものとする）とからなる。通常、リードはＳｎ−Ｐｂ系めっきが施されているが、この場合、溶融状態の高温のはんだ材料がスルーホール６２内を濡れ上がる際、はんだ材料とめっきとが接触してめっき成分がはんだ材料中に溶け出し得る。Ｓｎ−Ｐｂ共晶合金は、はんだ材料であるＳｎ−Ｃｕ共晶合金の融点（約２２７℃）よりも低い融点（約１８３℃）を有するため、溶融したＳｎ−Ｃｕ共晶合金が固化（凝固）する際、上記と同様の過程を経て、低融点のＳｎ−Ｐｂ共晶合金がランド／フィレット界面近傍に偏析して、リフトオフを発生させ得る。
【００１３】
上述のＳｎ−Ｃｕ系はんだ材料とＳｎ−Ｐｂ系めっき材料との組合せ以外にも、例えばＳｎ−Ｃｕ（融点約２２７℃）、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ（融点約２２０℃）などのフロー付けに一般的に用いられている鉛フリーはんだ材料とＢｉ、Ｚｎ、またはＩｎ金属元素を含むめっきを用いる場合、Ｓｎ−Ｂｉ（融点約１３８℃）、Ｓｎ−Ｚｎ（融点１９９℃）またはＳｎ−Ｉｎ（融点約１１８℃）などの低融点合金を構成し得る。このように、はんだ材料だけでなく、はんだ材料およびリード（例えばめっき）を構成する全ての金属元素およびこれら金属元素の２つまたはそれ以上の任意の組合せで構成され得る合金のうち、元のはんだ材料よりも低融点のものが存在する場合にリフトオフが発生する。
【００１４】
これら２つの要因は、いずれもランド／フィレット界面近傍に、フィレット本体を構成する合金の組成（実質的に元のはんだ材料の組成に等しい）と異なる組成の低融点合金（または低融点金属）が析出することに起因する。また、実際には、これら２つの要因が組み合わされる場合もある。
【００１５】
従来のＳｎ−Ｐｂ共晶はんだ材料およびＳｎ−Ｐｂ系めっき材料の組合せでは、上記のような２つの要因のいずれもが無く、リフトオフの発生が問題にならなかったものと考えられる。リフトオフの発生は鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著に発生し、鉛フリーはんだ材料に特有の問題であると言える。
【００１６】
本発明は上記の従来の課題を解決すべくなされたものであり、本発明の目的は、フローはんだ付けによって電子部品が基板に接合された接合構造体であって、リフトオフの発生が効果的に低減された構造体ならびにそのような接合構造体を含む電子回路基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者らは、フローはんだ付けにおけるリフトオフの発生を効果的に低減すべく、接合構造体の構造面および材料面のそれぞれおよびこれらの両面からアプローチして、本発明を完成するに至った。
【００１８】
本発明の１つの要旨においては、スルーホールが貫通して設けられている、表面および裏面を有する基板と；スルーホールの壁面上にある壁面ランド部分、スルーホールの周囲の基板の表面および裏面上にそれぞれある表面ランド部分および裏面ランド部分とからなるランドと；電子部品から引き出され、基板の表面から裏面に向かってスルーホールを貫通して配置されるリードと；ランドおよびリードを接続するようにフローはんだ付けによってはんだ材料を用いて形成され、基板の表面上にある上部フィレットと基板の裏面上にある下部フィレットとを含むフィレットとを有する接合構造体であって：表面ランド部分と接触する上部フィレットの外形が、裏面ランド部分と接触する下部フィレットの外形よりも小さく、スルーホールの大きさ以上である接合構造体が提供される。
【００１９】
尚、本明細書において上部フィレットまたは下部フィレットの外形とは、基板の主面（または表面もしくは裏面）に対して実質的に平行な断面において、フィレットの面積が最大となるときのフィレット断面の外側の輪郭またはその断面積を言い、一般的には、フローはんだ付けにより基板に供給された溶融状態のはんだ材料が濡れ広がる表面ランド部分または裏面ランド部分の露出部の外側の輪郭またははんだ材料により濡れた面積に等しい。上部フィレットまたは下部フィレットの外形は、通常、表面ランド部分または裏面ランド部分の露出部がリング状の形状を有する（よって円形の外側輪郭を有する）場合には、露出部の外径（直径）で代表される。本明細書において、表面ランド部分または裏面ランド部分の「露出部」とは、フローはんだ付けによりはんだ材料を供給するに際して露出しており、はんだ材料と接触するようになる部分を言うものとする。
【００２０】
上記のような本発明の接合構造体においては、上部フィレットの外径が下部フィレットの外径よりも小さいため、上部フィレットの外径が下部フィレットの外径に対して大きい場合または等しい場合よりも、上部フィレットの傾斜している露出領域をより小さくでき、よって、はんだ材料の凝固収縮により生じる張力を低減することができる。これにより、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を従来よりも効果的に低減することが可能となる。
【００２１】
本発明の１つの態様においては、表面ランド部分の外形が裏面ランド部分の外形よりも小さく、および／または表面ランド部分の外縁部がはんだレジストで覆われている。表面ランド部分の外径が裏面ランド部分の外径より小さくなるようにランドを形成しておくことによって、上部フィレットの外径を下部フィレットの外径より小さくすることができる。また、表面ランド部分の外縁部をはんだレジストで覆って、表面ランド部分の露出部の外径を表面ランド部分自体の外径より小さくし、更に表面ランド部分の露出部の外径が裏面ランド部分の外径より小さくすることによっても、上部フィレットの外径を下部フィレットの外径より小さくすることができる。尚、表面ランド部分または裏面ランド部分の外形とは、基板の表面または裏面に形成されたままのランドの外側の輪郭または表面または裏面に平行な面上の面積を言うものとする。
【００２２】
好ましい態様においては、壁面ランド部分がその基板表面側の端部にてテーパー形状を有する。このようなテーパー形状を設けることにより、凝固過程においてはんだ材料はテーパー形状の近傍領域にて最も高温となり、低融点金属がその領域に溜まって、フィレットの外周端部付近に析出するのを低減できる。また、このようなテーパー形状によって、フィレットとランドとの間の接合強度を向上させて、フィレットとランドとの間の接合がはんだ材料の凝固収縮による張力に抗することができる。これにより、リフトオフの発生を更に低減することができる。
【００２３】
好ましい態様においては、上記スルーホールの近傍に別のスルーホールが基板を貫通して設けられ、上記ランドが該別のスルーホールの壁面を覆い、かつ基板の表面および裏面上にてこれらスルーホール間の領域を覆うように、ランドが接続されて形成され、基板表面のスルーホール間に位置するランド部分がはんだレジストで覆われている。このような構成においては、凝固過程においてはんだ材料は２つのスルーホール間に位置する部分にて最も高温となり、よって、２つのスルーホール間のランド部分の近傍に低融点金属を積極的に偏析させ、他のランド／フィレット界面近傍で析出する低融点金属を相対的に減少させることができる。これにより、クラックの発生をスルーホールの間の領域に集中させることができ、リフトオフがわずかに発生しても、ごく一部の領域、即ちスルーホールの間の近傍領域で積極的に起こさせ、その他の領域で起こりにくくして、全面的なリフトオフの発生を回避することが可能となる。
【００２４】
本発明の別の要旨においては、表面ランド部分と接触する上部フィレットの外形が、裏面ランド部分と接触する下部フィレットの外形よりも小さく、スルーホールの大きさ以上であることに代えて、またはこれに加えて、表面ランド部分の温度上昇を抑制するような構造を有する接合構造体が提供される。具体的には、以下に示すような態様がある。
【００２５】
本発明の１つの態様においては、表面ランド部分と接触する上部フィレットの外形は表面ランド部分の外形よりも小さい。これにより、上部フィレットと接触していない表面ランド部分の領域を通じてはんだ材料の熱を逃がすことができるため、表面ランド部分の温度を下げて、温度上昇を抑制することができ、この領域に偏析する低融点金属を低減することができる。この結果、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を従来よりも効果的に低減することが可能となる。例えば、表面ランド部分の外縁部をはんだレジストなどで予め覆った基板をフローはんだ付けすることにより上部フィレットの外形を表面ランド部分の外形よりも小さくすることができる。
【００２６】
本発明のもう１つの態様においては、基板は表面ランド部分と接触して形成された放熱板を含む。この場合、はんだ材料から表面ランド部分に伝導された熱を放熱板へ逃がすことができるため、上記態様と同様に表面ランド部分の温度上昇を抑制することができ、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を従来よりも効果的に低減することが可能となる。放熱板は、例えば、ランドを形成する前に予め基板に埋め込んで設け、この放熱板に表面ランド部分が接触するようにランドを形成するようにしてよい。
【００２７】
本発明のもう１つの態様においては、壁面ランド部分に切欠き部が形成されている。はんだ材料が放熱により温度低下して、その露出部から次第に凝固する際、フィレット全体では、上部フィレットおよび下部フィレットの間のフィレット部分が最も高温であり、従来、この部分のはんだ材料の熱が壁面ランド部分を通じて表面ランド部分に伝わることにより、表面ランド部分／フィレット界面近傍が高温となっていた。しかし、本態様のように壁面ランド部分に切欠き部を設けることにより、上部フィレットおよび下部フィレットの間のフィレット部分からの壁面ランド部分を介する熱の供給を遮断し、よって、表面ランド部分の温度を従来よりも速く低下させ、表面ランド部分の温度上昇を抑制することができる。これにより、この領域に偏析する低融点金属を低減し、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を従来よりも効果的に低減することが可能となる。
【００２８】
本発明の別の要旨においては、表面ランド部分と接触する上部フィレットの外形が、裏面ランド部分と接触する下部フィレットの外形よりも小さく、スルーホールの大きさ以上であることに代えて、あるいはこれに加えて、表面ランド部分および裏面ランド部分の少なくともいずれか一方の上に少なくとも１つの突起部が設けられている接合構造体が提供される。本態様によれば、表面ランド部分および／または裏面ランド部分に突起部が設けられているので、ランド／フィレット界面における外周端からリードの方向に向かうクラックの進行を突起により停止し、ランドとフィレットとの接合強度を向上させることができる。よって、フィレットとランドとの間の接合がはんだ材料の凝固収縮による張力に耐えることができ、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を効果的に低減することができる。
【００２９】
本発明の１つの態様においては、上記突起部が表面ランド部分および裏面ランド部分の少なくともいずれか一方の外縁部に位置する。本態様によれば、表面ランド部分および／または裏面ランド部分の外縁部に突起部が設けられているので、クラックの進行方向を、ランド／フィレット界面におけるランドの外周端からリードの方向に向かう方向でなく、突起部／フィレット界面における下向きの方向にすることができ、ランドとフィレットとの接合強度を向上させることができる。よって、フィレットとランドとの間の接合がはんだ材料の凝固収縮による張力に耐えることができ、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を効果的に低減することができる。
【００３０】
本発明の別の要旨においては、表面ランド部分と接触する上部フィレットの外形が、裏面ランド部分と接触する下部フィレットの外形よりも小さく、スルーホールの大きさ以上であることに代えて、あるいはこれに加えて、リードのスルーホールに挿入されない部分であって、基板の表面側に位置する部分がはんだレジストで覆われ、該はんだレジストによって基板表面からのフィレットの高さが制限されている接合構造体が提供される。本態様によれば、はんだレジストでフィレットの高さが制限されているので、上部フィレット／表面ランド部分の界面端部にかかるはんだ材料の凝固収縮による張力の方向が、基板の表面に対してより鋭角になり、よって、この張力の垂直成分を小さくして、ランド／フィレット界面で剥離させにくくすることができる。これにより、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を効果的に低減することができる。
【００３１】
本発明の別の要旨においては、表面ランド部分と接触する上部フィレットの外形が、裏面ランド部分と接触する下部フィレットの外形よりも小さく、スルーホールの大きさ以上であることに代えて、あるいはこれに加えて、ランドが金属皮膜で覆われている接合構造体が提供される。本態様によれば、ランドが、好ましくはランド全体がはんだ材料と接触しないように金属皮膜で覆われているため、金属皮膜とランドとの間で拡散層を形成し、この拡散層は、フローはんだ付けの際、溶融したはんだ材料中に溶出せず、ランド／フィレットの界面に低融点金属が偏析することを回避できる。これにより、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を従来よりも効果的に低減することが可能となる。この金属皮膜は、好ましくはＳｎ、Ｓｎ−Ｃｕ、およびＳｎ−Ａｇからなる群から選択される金属からなる皮膜、例えばこのような材料からなるレベラーである。
【００３２】
上記のような本発明の種々の構造を有する接合構造体は、それらの特徴を単独で用いてもよいが、相互に組み合せて用いることもできる。
【００３３】
本発明の更に別の要旨によれば、スルーホールが貫通して設けられている、表面および裏面を有する基板と；スルーホールの壁面ならびにその周囲の基板の表面および裏面上に形成されたランドと；電子部品から引き出され、スルーホールの内部に配置されるリードと；はんだ材料を用いるフローはんだ付けによって形成された、ランドおよびリードを接続するフィレットとを有し、はんだ材料を構成する全ての金属元素ならびに該金属元素からなる群から選択される２つまたはそれ以上の金属元素からなる全ての合金が、該はんだ材料の融点以上の融点を有する接合構造体が提供される。
【００３４】
上記のような本発明の接合構造体においては、はんだ材料を構成する全ての金属元素およびこれら金属元素の任意の組合せで構成され得る全ての合金のうちに、元のはんだ材料よりも融点が低い低融点金属または低融点合金が存在せず、よって、フローはんだ付けに用いるはんだ材料そのものの組成に基づくリフトオフの１つの発生要因をなくすことができるため、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を従来よりも効果的に低減することが可能となる。
【００３５】
好ましい態様においては、リードが母材および該母材を被覆するめっきから成り、はんだ材料およびめっき材料を構成する全ての金属元素ならびに該金属元素からなる群から選択される２つまたはそれ以上の金属元素からなる全ての合金が、該はんだ材料の融点以上の融点を有する。この場合には、リードのめっき材料の組成とフローはんだ付けに用いるはんだ材料の組成との組合せに基づくリフトオフの更なる発生要因をなくすことができるため、リフトオフの発生を更に低減することが可能となる。
【００３６】
更に好ましい態様においては、はんだ材料、母材材料およびめっき材料を構成する全ての金属元素ならびに該金属元素からなる群から選択される２つまたはそれ以上の金属元素からなる全ての合金が、該はんだ材料の融点以上の融点を有する。この場合には、はんだ材料およびめっき材料に加えて、リードの母材の材料の組成をも考慮することにより、リフトオフの発生を更に低減することが可能となる。
【００３７】
はんだ材料は、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、およびＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕからなる群から選択される材料からなる鉛フリーはんだ材料であることが好ましい。めっきの材料は、Ｓｎ、Ｓｎ−Ｃｕ、およびＳｎ−Ａｇからなる群から選択される金属であることが好ましい。母材の材料は、Ｃｕ、Ｆｅ、およびＦｅ−Ｃｕ合金からなる群から選択される金属であることが好ましい。はんだ材料／めっき材料／母材材料の好ましい組合せとしては、Ｓｎ−Ｃｕ／Ｓｎ−Ｃｕ／Ｃｕ、Ｓｎ−Ｃｕ／Ｓｎ／Ｃｕ、Ｓｎ−Ｃｕ／Ｓｎ−Ｃｕ／Ｆｅ、Ｓｎ−Ｃｕ／Ｓｎ／Ｆｅ、Ｓｎ−Ｃｕ／Ｓｎ−Ａｇ／Ｃｕ、およびＳｎ−Ｃｕ／Ｓｎ−Ａｇ／Ｆｅなどが挙げられる。
【００３８】
もう１つの好ましい態様においては、リードは母材および該母材を被覆するめっきから成り、母材を構成する金属元素の少なくとも１つが、および／またははんだ材料およびめっきを構成する金属元素からなる群から選択される金属元素と母材を構成する金属元素との合金の少なくとも１つが、該はんだ材料の融点より低い融点を有し、リードが、母材を構成する金属元素をフィレット内に溶融させない手段を更に備える。例えば、母材がＺｎ系合金からなる場合、上記手段は、母材とめっきとの間に配置されたＮｉからなる下地めっきとすることができる。この場合、母材を構成するＺｎ元素がはんだ材料中に溶出せず、低融点金属の形成を回避できる。これにより、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を従来よりも効果的に低減することが可能となる。
【００３９】
このような本発明の接合構造体の材料的な特徴は、上記の構造的特徴を有する種々の本発明の接合構造体と組合せて用いられることが好ましく、これにより、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を従来よりも顕著に低減することが可能となる。
【００４０】
上述のような本発明のすべての接合構造体は、電子部品が基板に接合された接合構造体を含む電子回路基板に好適に用いられ得る。
【００４１】
また、本発明のすべての接合構造体は、鉛フリーはんだ材料を用いて電子部品を基板にフローはんだ付けするのに好適に用いられる。尚、本明細書において、鉛フリーはんだ材料とは、実質的に鉛を含有しない、一般的には鉛含有量が０．１重量％以下であるはんだ材料を言う。鉛はんだ材料には、例えば、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ、およびＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎなどのはんだ材料が含まれる。
【００４２】
本発明は以下の態様１〜３３を含むものとする。
【００４３】
（態様１） スルーホールが貫通して設けられている、表面および裏面を有する基板と；スルーホールの壁面上にある壁面ランド部分、スルーホールの周囲の基板の表面および裏面上にそれぞれある表面ランド部分および裏面ランド部分とからなるランドと；電子部品から引き出され、基板の表面から裏面に向かってスルーホールを貫通して配置されるリードと；はんだ材料を用いるフローはんだ付けによって形成された、ランドおよびリードを接続し、かつ基板の表面上にある上部フィレットと基板の裏面上にある下部フィレットとを含むフィレットとを有する接合構造体であって：表面ランド部分と接触する上部フィレットの外形が、裏面ランド部分と接触する下部フィレットの外形よりも小さく、スルーホールの内径（または直径）以上であることを特徴とする接合構造体。
【００４４】
（態様２） 表面ランド部分の外形が裏面ランド部分の外形よりも小さい、態様１に記載の接合構造体。
【００４５】
（態様３） 表面ランド部分の外縁部がはんだレジストで覆われている、態様１に記載の接合構造体。
【００４６】
（態様４） 壁面ランド部分がその基板表面側の端部にてテーパー形状を有する、態様１〜３のいずれかに記載の接合構造体。
【００４７】
（態様５） 前記スルーホールの近傍に別のスルーホールが基板を貫通して設けられ、前記ランドが該別のスルーホールの壁面を覆い、かつ基板の表面および裏面上にてこれらスルーホール間を接続して形成され、該ランドの基板表面のスルーホール間を接続する部分がはんだレジストで覆われている、態様１〜４のいずれかに記載の接合構造体。
【００４８】
（態様６） スルーホールが貫通して設けられている、表面および裏面を有する基板と；スルーホールの壁面上にある壁面ランド部分、スルーホールの周囲の基板の表面および裏面上にそれぞれある表面ランド部分および裏面ランド部分とからなるランドと；電子部品から引き出され、基板の表面から裏面に向かってスルーホールを貫通して配置されるリードと；はんだ材料を用いるフローはんだ付けによって形成され、ランドおよびリードを接続し、かつ基板の表面上にある上部フィレットと基板の裏面上にある下部フィレットとを含むフィレットとを有する接合構造体であって：表面ランド部分の温度上昇を抑制するような構造を有する接合構造体。
【００４９】
（態様７） 表面ランド部分と接触する上部フィレットの外形が表面ランド部分の外形よりも小さい、態様６に記載の接合構造体。
【００５０】
（態様８） 基板が表面ランド部分と接触して形成された放熱板を含む、態様６または７に記載の接合構造体。
【００５１】
（態様９） 壁面ランド部分に切欠き部が形成されている、態様６〜８のいずれかに記載の接合構造体。
【００５２】
（態様１０） スルーホールが貫通して設けられている、表面および裏面を有する基板と；スルーホールの壁面上にある壁面ランド部分、スルーホールの周囲の基板の表面および裏面上にそれぞれある表面ランド部分および裏面ランド部分とからなるランドと；電子部品から引き出され、基板の表面から裏面に向かってスルーホールを貫通して配置されるリードと；はんだ材料を用いるフローはんだ付けによって形成され、ランドおよびリードを接続し、かつ基板の表面上にある上部フィレットと基板の裏面上にある下部フィレットとを含むフィレットとを有する接合構造体であって：表面ランド部分および裏面ランド部分の少なくともいずれか一方の上に少なくとも１つの突起部が設けられている接合構造体。
【００５３】
（態様１１） 前記突起部が表面ランド部分および裏面ランド部分の少なくともいずれか一方の外縁部に位置する、態様１０に記載の接合構造体。
【００５４】
（態様１２） スルーホールが貫通して設けられている、表面および裏面を有する基板と；スルーホールの壁面上にある壁面ランド部分、スルーホールの周囲の基板の表面および裏面上にそれぞれある表面ランド部分および裏面ランド部分とからなるランドと；電子部品から引き出され、基板の表面から裏面に向かってスルーホールを貫通して配置されるリードと；はんだ材料を用いるフローはんだ付けによって形成され、ランドおよびリードを接続し、かつ基板の表面上にある上部フィレットと基板の裏面上にある下部フィレットとを含むフィレットとを有する接合構造体であって：リードのスルーホールに挿入されない部分であって、基板の表面側に位置する部分がはんだレジストで覆われ、該はんだレジストによって基板表面からのフィレットの高さが制限されている接合構造体。
【００５５】
（態様１３） スルーホールが貫通して設けられている、表面および裏面を有する基板と；スルーホールの壁面上にある壁面ランド部分、スルーホールの周囲の基板の表面および裏面上にそれぞれある表面ランド部分および裏面ランド部分とからなるランドと；電子部品から引き出され、基板の表面から裏面に向かってスルーホールを貫通して配置されるリードと；はんだ材料を用いるフローはんだ付けによって形成され、ランドおよびリードを接続し、かつ基板の表面上にある上部フィレットと基板の裏面上にある下部フィレットとを含むフィレットとを有する接合構造体であって：ランドが皮膜（例えば金属皮膜）で覆われている接合構造体。
【００５６】
（態様１４） 前記皮膜が、Ｓｎ、Ｓｎ−Ｃｕ、およびＳｎ−Ａｇからなる群から選択される金属からなる、態様１３に記載の接合構造体。
【００５７】
（態様１５） 態様１〜１４のいずれかに記載の接合構造体を含む電子回路基板。
【００５８】
（態様１６） はんだ材料を構成する全ての金属元素ならびに該金属元素の組合せからなる合金が、該はんだ材料の融点以上の融点を有する、態様１〜１４のいずれかに記載の接合構造体。
【００５９】
（態様１７） はんだ材料が、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、およびＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕからなる群から選択される、態様１６に記載の接合構造体。
【００６０】
（態様１８） リードが母材および該母材を被覆するめっきから成り、はんだ材料およびめっきを構成する全ての金属元素ならびに該金属元素の組合せからなる合金が、該はんだ材料の融点以上の融点を有する、態様１６または１７に記載の接合構造体。
【００６１】
（態様１９） めっきが、Ｓｎ、Ｓｎ−Ｃｕ、およびＳｎ−Ａｇからなる群から選択される金属からなる、態様１８に記載の接合構造体。
【００６２】
（態様２０） はんだ材料、母材およびめっきを構成する全ての金属元素ならびに該金属元素の組合せからなる合金が、該はんだ材料の融点以上の融点を有する、態様１８または１９に記載の接合構造体。
【００６３】
（態様２１） 母材が、Ｃｕ、Ｆｅ、およびＦｅ−Ｃｕ合金からなる群から選択される金属からなる、態様１８〜２０のいずれかに記載の接合構造体。
【００６４】
（態様２２） リードが母材および該母材を被覆するめっきから成り、はんだ材料、母材およびめっきを構成する全ての金属元素ならびに該金属元素の組合せからなる合金が、該はんだ材料の融点より低い融点を有し、リードが、母材を構成する金属元素をフィレット内に溶融させない手段を備える、態様１６または１７に記載の接合構造体。
【００６５】
（態様２３） 母材がＺｎ系合金からなり、前記手段が、母材とめっきとの間に配置されたＮｉからなる下地めっきである、態様２２に記載の接合構造体。
【００６６】
（態様２４） 態様１６〜２３のいずれかに記載の接合構造体を含む電子回路基板。
【００６７】
（態様２５） スルーホールが貫通して設けられている、表面および裏面を有する基板と；スルーホールの壁面ならびにその周囲の基板の表面および裏面上に形成されたランドと；電子部品から引き出され、スルーホールの内部に配置されるリードと；はんだ材料を用いるフローはんだ付けによって形成された、ランドおよびリードを接続するフィレットとを有する接合構造体であって：はんだ材料を構成する全ての金属元素ならびに該金属元素の組合せからなる合金が、該はんだ材料の融点以上の融点を有する接合構造体。
【００６８】
（態様２６） はんだ材料が、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、およびＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕからなる群から選択される、態様２５に記載の接合構造体。
【００６９】
（態様２７） リードが母材および該母材を被覆するめっきから成り、はんだ材料およびめっきを構成する全ての金属元素ならびに該金属元素の組合せからなる合金が、該はんだ材料の融点以上の融点を有する、態様２５または２６に記載の接合構造体。
【００７０】
（態様２８） めっきが、Ｓｎ、Ｓｎ−Ｃｕ、およびＳｎ−Ａｇからなる群から選択される金属からなる、態様２７に記載の接合構造体。
【００７１】
（態様２９） はんだ材料、母材およびめっきを構成する全ての金属元素ならびに該金属元素の組合せからなる合金が、該はんだ材料の融点以上の融点を有する、態様２７または２８に記載の接合構造体。
【００７２】
（態様３０） 母材が、Ｃｕ、Ｆｅ、およびＦｅ−Ｃｕ合金からなる群から選択される金属からなる、態様２７〜２９のいずれかに記載の接合構造体。
【００７３】
（態様３１） リードが母材および該母材を被覆するめっきから成り、はんだ材料、母材およびめっきを構成する全ての金属元素ならびに該金属元素の組合せからなる合金が、該はんだ材料の融点より低い融点を有し、リードが、母材を構成する金属元素をフィレット内に溶融させない手段を備える、態様２５または２６に記載の接合構造体。
【００７４】
（態様３２） 母材がＺｎ系合金からなり、前記手段が、母材とめっきとの間に配置されたＮｉからなる下地めっきである、態様３１に記載の接合構造体。
【００７５】
（態様３３） 態様２５〜３２のいずれかに記載の接合構造体を含む電子回路基板。
【発明の効果】
【００７６】
本発明によれば、はんだ付けによって電子部品が基板に接合された接合構造体であって、リフトオフの発生が効果的に低減された構造体ならびにそのような接合構造体を含む電子回路基板が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１〜図１２において、同様の部材には同様の参照番号を付している。各実施形態において、同様の構成については説明を省略し、異なる点を中心に記載する。
【００７８】
（実施形態１）
本実施形態は、表面ランド部分と接触する上部フィレットの外形が、裏面ランド部分と接触する下部フィレットの外形よりも小さく、スルーホールの大きさ以上である接合構造体を含む電子回路基板に関する。図１（ｂ）は、本実施形態の電子回路基板の概略断面図であり、図１（ａ）は、図１（ｂ）のフィレットを除いた概略上面図である。図１（ａ）は、フローはんだ付けによりはんだ材料を供給する前の状態の基板の上面図に等しく、後述する図２（ａ）、図３（ａ）および図４（ａ）についても同様である。
【００７９】
図１（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態の電子回路基板２０においては、スルーホール２が基板１を貫通して設けられている。スルーホール２の壁面上ならびにスルーホール２を取り囲む基板１の表面（図中の上側面）および裏面（図中の下側面）上にそれぞれ位置する壁面ランド部分３ｃ、表面ランド部分３ａおよび裏面ランド部分３ｂからなるランドが一体的に形成されている。この表面ランド部分３ａおよび／または裏面ランド部分３ｂは、基板１の表面および／または裏面上に形成された配線パターン（図示せず）に接続されている。他方、電子部品（図示せず）から引き出されたリード（電極）５が、基板１の表面から裏面に向かってスルーホール２を通して配置され、上部フィレット６ａおよび下部フィレット６ｂを含むフィレットによってランドと電気的および物理的に接合されている。より詳細には、フィレットは、フィレットのほぼ中央を通るリード５を除いて、略円錐形状を有する上部フィレット６ａおよび下部フィレット６ｂとこれら上部フィレット６ａおよび下部フィレット６ｂをつなぐ円筒状（スルーホールに等しい）のフィレット部分とで構成される。このフィレットははんだ材料から成り、フローはんだ付けによって形成される。
【００８０】
スルーホール２は、リード５が通過し得、またリード５とスルーホール２との間の環状空間をはんだ材料が濡れ上がるのに適する任意の形状を有する。例えば直径約０．５ｍｍの円形断面を有するようなリード５を用いる場合、スルーホール２は直径（Ｄ）約０．９〜１．０ｍｍの円筒形状を有する。
【００８１】
表面ランド部分３ａおよび裏面ランド部分３ｂの基板１の主面に平行な平面形状は、スルーホール２の部分を除いて、例えば円形、楕円形、および矩形などの任意の形状であってよい。本実施形態では、表面ランド部分３ａおよび裏面ランド部分３ｂの形状は、スルーホール５の部分を除いて円形（表面ランド部分３ａおよび裏面ランド部分３ｂの外側の輪郭が円形）であり、よって、スルーホール５を考慮すればリング状の形状を有するものとする（図１（ａ）を参照のこと）。ランドは、例えば約３０μｍの厚さを有する銅箔などの種々の金属材料などから成り得る。
【００８２】
また、上部フィレット６ａの外形Ａは、本実施形態のように表面ランド部分３ａの外側の輪郭が円形であり、表面ランド部分３ａがはんだレジスト４などにより覆われておらず表面ランド部分３ａの全面がはんだ材料で濡れる場合には表面ランド部分の外径（または上部フィレット６ａ自身の外径）で代表される。下部フィレット６ｂの外形Ｂは、上部フィレット６ａと同様に、本実施形態のように裏面ランド部分３ｂの外側の輪郭が円形であり、裏面ランド部分３ｂがはんだレジスト４などにより覆われておらず裏面ランド部分３ｂの全面がはんだ材料で濡れる場合には裏面ランド部分３ｂの外径（または下部フィレット６ｂ自身の外径）で代表される。スルーホール２の大きさＤは、本実施形態のようにスルーホール２が円形断面を有する場合にはその直径で代表される。本実施形態によれば、上部フィレット６ａの外径（または外形）Ａは、下部フィレット６ｂの外径（または外形）Ｂよりも小さく、スルーホール２の直径（または大きさ）Ｄ以上となり、よって、表面ランド部分３ａと接触する上部フィレット６ａの外形が、裏面ランド部分３ｂと接触する下部フィレット６ｂの外形よりも小さく、スルーホール２の大きさ以上となっている。
【００８３】
リフトオフは、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に基板の表面と裏面の両方のランド／フィレット界面で発生し得るが、例えばＳｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、またはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕなどのはんだ材料を用いる場合には、基板の表面側だけで発生することが多い。これは、スルーホールを濡れ上がるにつれてリードのめっき材料などがはんだ材料中により多く溶出することによると考えられる。リフトオフの発生率をより減少させるためには、上部フィレット６ａ／表面ランド部分３ａの界面でのクラック発生を低減することが効果的であることが本発明者らにより解っている。上部フィレット６ａ／表面ランド部分３ａの界面でのクラック発生を低減するためには上部フィレット６ａの外径をより小さくすることが好ましい。従来の電子回路基板では、上部フィレットの外径は、一般的にスルーホールの直径の約１．５倍よりも大きく、リフトオフの発生率を従来よりも低減するためには上部フィレット６ａの外径をより小さく、１．５倍以下とすることが好ましく、より好ましくは１．２倍以下である。また、上部フィレット６ａは、スルーホールを埋めるように形成されることが望まれるためスルーホール２の直径以上の外径を有することが好ましい。よって、上部フィレット６ａの外径Ａは、スルーホール２の直径Ｄに対して、好ましくは１．０〜１．５倍、より好ましくは１．１〜１．２倍である。
【００８４】
他方、下部フィレット６ｂの外径Ｂは、裏面側ではあまりリフトオフが発生しないため、従来のものと同程度としてよい。しかし、上部フィレットと表面ランド部分との接触面積が従来よりも減少したことに基づくフィレットとランドとの接合強度の減少を補償し、接合強度を確保するために、下部フィレット６ｂの外径をより大きくして下部フィレットと裏面ランドとの接触面積を大きくすることが好ましい。下部フィレット６ｂの外径Ｂは、スルーホール２の直径Ｄに対して、好ましくは１．５倍より大きく、より好ましくは２〜３倍である。
【００８５】
基板１には、例えば約１．６ｍｍの厚さを有するガラスエポキシ樹脂、紙フェノールなどからなる基板が用いられ得る。基板１に接合される電子部品としては、抵抗、コンデンサ、トランジスタ、インダクタなどのリード付チップ部品ならびにコネクタなどであってよい。
【００８６】
本実施形態によれば、表面ランド部分と接触する上部フィレットの外形（または外径）が、裏面ランド部分と接触する下部フィレットの外形（または外径）よりも小さく、スルーホールの大きさ（または直径）以上である構造が提供される。このような構造により、上部フィレットの外径が下部フィレットのある外径に対して大きい場合または等しい場合よりも、上部フィレットの傾斜している露出領域をより小さくでき、よって、はんだ材料の凝固収縮により上部フィレット／表面ランド界面に加わる張力を低減することができる。リフトオフの発生は、クラックの発生を少なくとも表面側において防止すれば効果的に低減されることが本発明者らにより解っているため、本実施形態のように上部フィレット／表面ランド界面に加わる張力を小さくしてクラックの発生を低減することにより、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生が従来よりも効果的に低減されるという効果を奏することができる。更に、本実施形態の接合構造体は製造が比較的容易であり、特別な設備を必要としないという利点がある。
【００８７】
これに加えて、このような電子回路基板２０において、フィレットのはんだ材料を構成する全ての金属元素および該金属元素からなる群から選択される２つまたはそれ以上の金属元素からなる全ての合金が、はんだ材料の融点以上の融点を有するように、はんだ材料が選択されていることが好ましい。具体的な材料としては、はんだ材料には、例えばＳｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、およびＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕなどを用いることが好ましい。
【００８８】
また、一般的にリード５は母材（図示せず）と該母材を被覆するめっき（図示せず）とにより構成されるが、フィレットの形成の際にめっき材料がはんだ材料中へ溶融する場合、はんだ材料およびめっき材料を構成する全ての金属元素ならびに該金属元素からなる群から選択される２つまたはそれ以上の金属元素からなる全ての合金が、該はんだ材料の融点以上の融点を有するように、はんだ材料およびめっき材料が選択されることが好ましい。更に、めっきおよび母材の両方の材料がはんだ材料中へ溶融し得る場合には、はんだ材料、母材およびめっきの材料を構成する全ての金属元素ならびに該金属元素からなる群から選択される２つまたはそれ以上の金属元素からなる全ての合金が、該はんだ材料の融点以上の融点を有するように、はんだ材料、母材の材料およびめっきの材料が選択されることが好ましい。
【００８９】
具体的な材料としては、リード５の母材の材料には、例えばＣｕ、Ｆｅ、およびＦｅ−Ｃｕ合金など、めっき材料には、例えばＳｎ、Ｓｎ−Ｃｕ、およびＳｎ−Ａｇなどが用いられ得る。はんだ材料／めっき材料／母材材料の組合せが、Ｓｎ−Ｃｕ／Ｓｎ−Ｃｕ／Ｃｕ、Ｓｎ−Ｃｕ／Ｓｎ／Ｃｕ、Ｓｎ−Ｃｕ／Ｓｎ−Ｃｕ／Ｆｅ、Ｓｎ−Ｃｕ／Ｓｎ／Ｆｅ、Ｓｎ−Ｃｕ／Ｓｎ−Ａｇ／Ｃｕ、またはＳｎ−Ｃｕ／Ｓｎ−Ａｇ／Ｆｅなどであることがより好ましい。
【００９０】
このように好ましくははんだ材料、より好ましくははんだ材料およびめっき材料の組合せ、更に好ましくははんだ材料、めっき材料および母材材料の組合せを選択することにより、フィレット内の温度勾配に起因してランド／フィレット界面近傍に低融点金属が偏析しない。これにより、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を更に効果的に低減することが可能となる。
【００９１】
しかし、本発明はこれに限定されず、はんだ材料、母材材料およびめっき材料を構成する全ての金属元素ならびに該金属元素からなる群から選択される２つまたはそれ以上の金属元素からなる全ての合金のうちの１つまたはそれ以上が、元のはんだ材料の融点より低い融点を有していてもよい。
【００９２】
例えば、リード５の母材が、はんだ材料中に溶融して低融点金属（Ｓｎ−Ｚｎ合金：融点１９９℃）を形成し得るようなＺｎ系合金からなるものを用いてもよい。このように、母材材料を構成する元素がはんだ材料および／またはめっきを構成する金属元素と合金を形成して低融点合金となる場合、または母材を構成する金属元素そのものが低融点金属となる場合には、母材とめっきとの間にＮｉからなる下地めっきを施して、この上から例えばＳｎ、Ｓｎ−Ｃｕ、およびＳｎ−Ａｇなどの材料からなるめっきを施すことが好ましい。これにより、母材材料のＺｎ元素がはんだ材料中に溶出せず、低融点金属の形成を回避でき、これにより、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を従来よりも効果的に低減することが可能となる。
【００９３】
（実施形態２）
本実施形態は、表面ランド部分と接触する上部フィレットの外形が、裏面ランド部分と接触する下部フィレットの外形よりも小さく、スルーホールの大きさ以上である接合構造体を含む電子回路基板に関するもう１つの実施形態である。図２（ｂ）は、本実施形態の電子回路基板の概略断面図であり、図２（ａ）は、図２（ｂ）のフィレットを除いた概略上面図である。
【００９４】
図２（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態の電子回路基板２１においては、表面ランド部分３ａの外縁部がはんだレジスト４で覆われている。より詳細には、図２（ａ）に示すように、図中に点線で示される円形の境界と、スルーホール２の輪郭に等しい円形の境界との間の領域にある表面ランド部分３ａのうち、その外縁部がはんだレジスト４（図中に斜線にて示される）により覆われることによって、表面ランド部分３ａの露出部がはんだレジスト４により制限されている。本実施形態のように表面ランド部分３ａの外縁部がはんだレジスト４により覆われており、表面ランド部分３ａの露出部の輪郭が円形であってその露出部だけがはんだ材料で濡れる場合には、上部フィレット６ａの外形Ａは、表面ランド部分の露出部の外径（または上部フィレット６ａの外径）で代表される。下部フィレット６ｂの外形Ｂは、実施形態１と同様に裏面ランド部分３ｂの外側の輪郭が円形であってその全面がはんだ材料で濡れる場合には裏面ランド部分３ｂの外径（または下部フィレット６ｂの外径）で代表される。スルーホール２の大きさＤは、実施形態１と同様に、スルーホール２が円形断面を有する場合にはその直径で代表される。実施形態によれば、上部フィレット６ａの外径（または外形）Ａは、下部フィレット６ｂの外径（または外形）Ｂよりも小さく、スルーホール２の直径（または大きさ）Ｄ以上となり、よって、表面ランド部分３ａと接触する上部フィレット６ａの外形が、裏面ランド部分３ｂと接触する下部フィレット６ｂの外形よりも小さく、スルーホール２の大きさ以上となっている。
【００９５】
本実施形態においても実施形態１と同様に、スルーホールの直径Ｄに対して、上部フィレット６ａの外径Ａは、好ましくは１．０〜１．５倍、より好ましくは１．１〜１．２倍であり、下部フィレット６ｂの外径Ｂは、好ましくは１．５倍より大きく、より好ましくは２〜３倍である。
【００９６】
尚、図２においては、表面ランド部分３ａの外径が裏面ランド部分３ｂの外径にほぼ等しいものとして示しているが、本発明はこれに限定されず、表面ランド部分３ａの外形（例えば外径）が裏面ランド部分３ｂの外形（外径）より大きくても、小さくてもよい。表面ランド部分３ａの外形（例えば外径）を裏面ランド部分３ｂの外形（外径）より大きくする場合には、後述の実施形態５による効果をも奏することが可能となる。
【００９７】
本実施形態の接合構造体によっても、実施形態１と同様に、表面ランド部分と接触する上部フィレットの外形が、裏面ランド部分と接触する下部フィレットの外形よりも小さく、スルーホールの大きさ以上である構造が提供され、よって、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生が従来よりも効果的に低減されるという効果を奏する。更に、本実施形態の接合構造体もまた、実施形態１と同様に製造が比較的容易であり、特別な設備を必要としないという利点がある。
【００９８】
（実施形態３）
本実施形態は実施形態２を改変したものである。図３（ｂ）は、本実施形態の電子回路基板の概略断面図であり、図３（ａ）は、図３（ｂ）のフィレットを除いた概略上面図である。
【００９９】
図３（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態の電子回路基板２２においては、スルーホール２の基板１の表面側の端部が面取りされ、壁面ランド部分３ｃが表面側の端部にテーパー形状（または傾斜部）７を有し、このテーパー形状を通じて表面ランド部分３ａと繋がっている。
【０１００】
本実施形態においては、壁面ランド部分の表面側端部をテーパー形状とすることにより、はんだ材料が凝固する過程においてテーパー形状の近傍領域が最も高温となり、低融点金属がその領域に溜まって、フィレットの外周端部付近に析出するのを低減できる。また、このようなテーパー形状によって、フィレットとランドとの間の接合強度を向上させて、フィレットとランドとの間の接合がはんだの凝固収縮による張力に抗することができる。これにより、実施形態２の場合よりも更にリフトオフの発生を低減することができる。
【０１０１】
本実施形態においては、テーパー形状を壁面ランド部分の基板表面側の端部にのみ設けるものとしたが、裏面側端部にのみ、あるいはこれらの両方に設けてもよい。リフトオフの発生は、クラックの発生を少なくとも表面側において防止すれば効果的に低減されることが本発明者らにより解っているため、テーパー形状を少なくとも基板表面側に設けることが好ましい。
【０１０２】
尚、本実施形態の特徴は、実施形態１の電子回路基板の接合構造体に組み合わせて利用することも可能である。
【０１０３】
（実施形態４）
本実施形態は実施形態２を改変したものである。図４（ｂ）は、本実施形態の電子回路基板の概略断面図であり、図４（ａ）は、図４（ｂ）のフィレットを除いた概略上面図である。
【０１０４】
図４（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態の電子回路基板２３においては、スルーホール２の近傍に別のスルーホール８が基板１を貫通して設けられている。ランド３は、スルーホール２だけでなく、スルーホール８の壁面をも覆い、基板１の表面および裏面上にてスルーホール２および８の間（図中の３ｄおよび３ｅの部分）の領域を覆って、スルーホール２および８の壁面を覆うランド部分同士が接続されて一体的に形成されている。基板１の表面において、ランド３のスルーホール２およびスルーホール８の間を接続する部分３ｄは、はんだレジスト４で覆われている。
【０１０５】
本実施形態の接合構造体においても、実施形態２と同様に、表面ランド部分３ａと接触する上部フィレット６ａの外形が、裏面ランド部分３ｂと接触する下部フィレット６ｂの外形よりも小さく、スルーホール２の大きさ以上である。これにより、実施形態２と同様に、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生が従来よりも効果的に低減されるという効果が得られる。
【０１０６】
更に、本実施形態の構造体によれば、以下のような効果を得ることができる。
【０１０７】
一般的には、はんだ材料からなるフィレットを形成する際、溶融状態のはんだ噴流から高い熱伝導性を有するランド（例えば銅）を通して伝導された熱は表面ランド部分３ａの外縁部から放出される。しかし、本実施形態によれば、スルーホール間のランド部分３ｄは、スルーホール２だけでなくスルーホール８を通じても熱供給されるため、スルーホール２および８の間を接続するランド部分３ｄが、スルーホール２の周囲にある他の表面ランド部分３ａよりも高い温度を有する。従って、局所的に温度が高い部分（即ち、スルーホール２および８の間のランド部分３ｄ）を基板表面に設けることができ、これにより、低融点金属の偏析を該高温部分３ｄに集中させて、クラックの発生箇所を該部分３ｄに積極的に集中させることにより、他の部分でのクラックの発生を相対的に低減することができる。これにより、リフトオフが発生しても、部分３ｄの近傍でしか剥離が起こらず、フィレットが完全にリフトオフすることが回避できる。
【０１０８】
尚、本実施形態の特徴は、実施形態１および３の電子回路基板の接合構造に組み合わせて利用することも可能である。
【０１０９】
（実施形態５）
本実施形態は、表面ランド部分の温度上昇を抑制するような構造を有する接合構造体を含む電子回路基板に関する。図５は、本実施形態の電子回路基板の概略断面図である。
【０１１０】
図５に示すように、本実施形態の電子回路基板２４では、表面ランド部分３ａの外縁部がはんだレジスト４で覆われ、このはんだレジスト４によってフィレット６の形成が制限されて、表面ランド部分３ａと接触する上部フィレット６ａの外形（例えば外径）Ａが、表面ランド部分３ａの外形（例えば外径）Ｅよりも小さくなっている。表面ランド部分３ａの外形Ｅは、好ましくは裏面ランド部分３ｂの外形Ｆよりも大きい。スルーホールの直径Ｄに対して、上部フィレット６ａの外径Ａは、好ましくは１〜５倍、より好ましくは１〜１．５倍であり、裏面ランド部分３ｂ（または下部フィレット６ｂ）の外径Ｆは、好ましくは２〜５倍である。表面ランド部分３ａの外径Ｅは、裏面ランド部分３ｂ（または下部フィレット６ｂ）の外径Ｆに対して好ましくは１〜３倍である。
【０１１１】
本実施形態によれば、表面ランド部分３ａがフィレット６ａに接触しない外縁部を有し、はんだ材料からなるフィレットの形成の際に、溶融状態のはんだ噴流からランドを通して伝導された熱を表面ランド部分３ａの外縁部から効果的に放出させることができる。これにより、表面ランド部分３ａの温度上昇が抑制されて、表面ランド部分３ａ／上部フィレット６ａ界面での低温合金の偏析を緩和し、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を効果的に低減することができる。更に、本実施形態の接合構造体は製造が比較的容易であり、特別な設備を必要としないという利点がある。
【０１１２】
本実施形態においては、フィレットに接触しない放熱用外縁部を表面ランド部分にのみ設けるものとしたが、裏面ランド部分にのみ、あるいはこれらの両方に設けてもよい。しかし、放熱用外縁部は、少なくとも表面ランド部分に設けられることが好ましく、表面および裏面ランド部分の両方に設けられることがより好ましい。
【０１１３】
尚、本実施形態の特徴は、実施形態２〜４の電子回路基板の接合構造に組み合わせて利用することも可能である。
【０１１４】
（実施形態６）
本実施形態は、表面ランド部分の温度上昇を抑制するような構造を有する接合構造体を含む電子回路基板に関するもう１つの実施形態である。図６は、本実施形態の電子回路基板の概略断面図である。
【０１１５】
図６に示すように、本実施形態の電子回路基板２５では、表面ランド部分３ａに接触する放熱板９が基板１に埋設されている。
【０１１６】
本実施形態によれば、上記のような放熱板９によって、実施形態５と同様に、溶融状態のはんだ噴流からランドを通して伝導された熱を効果的に逃がすことができる。これにより、実施形態５と同様に、表面ランド部分３ａの温度上昇が抑制されて、表面ランド部分３ａ／上部フィレット６ａ界面での低温合金の偏析を緩和し、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を効果的に低減することができる。
【０１１７】
本実施形態においては、放熱板を表面ランド部分に接触して基板表面にのみ設けるものとしたが、裏面ランド部分に接触して基板裏面にのみ設けてもよく、あるいはこれらの両方を設けてもよい。しかし、放熱板は、少なくとも表面ランド部分に設けられることが好ましく、表面および裏面ランド部分の両方に設けられることがより好ましい。
【０１１８】
尚、本実施形態の特徴は、実施形態１〜５の電子回路基板の接合構造に組み合わせて利用することも可能である。
【０１１９】
（実施形態７）
本実施形態は、表面ランド部分の温度上昇を抑制するような構造を有する接合構造体を含む電子回路基板に関するもう１つの別の実施形態である。図７は、本実施形態の電子回路基板の概略断面図である。
【０１２０】
図７に示すように、本実施形態の電子回路基板２６では、壁面ランド部分３ｃに切欠き部１０が形成されてランドのエッジ部が落とされており、これにより、表面ランド部分３ａと裏面ランド部分３ｂが少なくとも部分的に隔離されている。
【０１２１】
本実施形態によれば、上記のような切欠き部１０によって、溶融状態のはんだ噴流からランドを通して供給される熱の伝導経路を制限（表面ランド部分３ａが完全に隔離される場合には断絶）することによって、表面ランド部分３ａへの熱供給量を減少させることができる。これにより、実施形態５と同様に、表面ランド部分３ａの温度上昇が抑制されて、表面ランド部分３ａ／上部フィレット６ａ界面での低温合金の偏析を緩和し、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を効果的に低減することができる。
【０１２２】
本実施形態においては、切欠き部を壁面ランド部分の基板表面側のエッジに設けるものとしたが、壁面ランド部分の任意の位置に形成することができ、切欠き部は、任意の形状を有していてよい。表面ランド部分と裏面ランド部分との導通は失われていても、保たれていてもよい。
【０１２３】
尚、本実施形態の特徴は、実施形態１〜６の電子回路基板の接合構造に組み合わせて利用することも可能である。
【０１２４】
（実施形態８）
本実施形態は、表面ランド部分および裏面ランド部分上に少なくとも１つの突起部が設けられている接合構造体を含む電子回路基板に関するものである。図８は、本実施形態の電子回路基板の概略断面図である。
【０１２５】
図８に示すように、本実施形態の電子回路基板２７では、表面ランド部分３ａおよび裏面ランド部分３ｂに２つのリング状突起部１１をそれぞれ有する。
【０１２６】
本実施形態によれば、上記のような突起部１１によってランド／フィレット界面でのクラックの進行を停止し、上部フィレット６ａと表面ランド部分３ａ、ならびに下部フィレット６ｂと裏面ランド部分３ｂとの接合強度を向上させることができる。これにより、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を効果的に低減することができる。
【０１２７】
ただし、突起部１１の数および形状はこれに限定されるものではなく、表面ランド部分３ａおよび裏面ランド部分３ｂの上に凹凸が形成されるものであればよく、例えば、突起部が表面ランド部分３ａおよび裏面ランド部分３ｂの上にドット状に形成されていてもよい。
【０１２８】
また、表面ランド部分３ａおよび裏面ランド部分３ｃの両方の上に突起部が設けられている必要はなく、いずれか一方の上に設けられていてもよい。しかし、突起部は、少なくとも表面ランド部分に設けられることが好ましく、表面および裏面ランド部分の両方に設けられることがより好ましい。
【０１２９】
尚、本実施形態の特徴は、実施形態１〜７の電子回路基板の接合構造に組み合わせて利用することも可能である。
【０１３０】
（実施形態９）
本実施形態は、実施形態８を改変したものである。図９（ａ）は、本実施形態の電子回路基板の概略断面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）の部分拡大図である。
【０１３１】
図９（ａ）に示すように、本実施形態の電子回路基板２８では、表面ランド部分３ａおよび裏面ランド部分３ｂの外縁部に１つのリング状突起部１２をそれぞれ有する。
【０１３２】
本実施形態によれば、上記のような突起部１２によって、フィレットが凝固する過程における凝固収縮による張力（図９（ｂ）に破線矢印にて示す）は、上部フィレット６ａおよび突起部１２の界面に作用し、ここで発生したクラックの拡大（進行）方向は、上部フィレット６ａ／突起部１２の界面に沿って下方となる。これにより、クラックの進行方向を上部フィレット６ａ／表面ランド部分３ａの界面に沿った方向でなく、上部フィレット６ａ／突起部１２の界面に沿った方向にすることができ、ランドとフィレットとの接合強度を向上させることができる。よって、本実施形態によっても、実施形態８と同様に、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を効果的に低減することができる。
【０１３３】
また、表面ランド部分３ａおよび裏面ランド部分３ｃの両方の上に突起部が設けられている必要はなく、いずれか一方の上に設けられていてもよい。しかし、突起部は、少なくとも表面ランド部分に設けられることが好ましく、表面および裏面ランド部分の両方に設けられることがより好ましい。
【０１３４】
尚、本実施形態の特徴は、実施形態１、６、７、および８の電子回路基板の接合構造に組み合わせて利用することも可能である。
【０１３５】
（実施形態１０）
本実施形態は、リードが部分的にはんだレジストで覆われた接合構造体を含む電子回路基板に関するものである。図１０は、本実施形態の電子回路基板の概略断面図である。
【０１３６】
図１０に示すように、本実施形態の電子回路基板２９では、リード５のスルーホール２に挿入されない部分であって、基板１の表面側に位置する部分がはんだレジスト１３で覆われ、これにより上部フィレット６ａの基板１の表面からの高さが制限されている。
【０１３７】
本実施形態によれば、上記のようなはんだレジスト１３でフィレット６の高さが制限されることにより、上部フィレット６ａ／表面ランド部分３ａの界面端部にかかるはんだ材料の凝固収縮による張力（図１０（ｂ）に破線矢印にて示す）の方向を、基板１の主面に対して従来より鋭角にして、該張力の垂直成分を小さくし、ランド／フィレット界面を剥離させにくくすることができる。これにより、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を効果的に低減することができる。
【０１３８】
尚、本実施形態の特徴は、実施形態１〜９の電子回路基板の接合構造に組み合わせて利用することも可能である。
【０１３９】
（実施形態１１）
本実施形態は、ランドとはんだ材料とが直接接触しないようにランドが金属皮膜で覆われている接合構造体を含む電子回路基板に関するものである。図１１は、本実施形態の電子回路基板の概略断面図である。
【０１４０】
図１１に示すように、本実施形態の電子回路基板３０では、ランド上、即ち表面ランド部分３ａ、壁面ランド部分３ｃ、および裏面ランド部分３ｂの上に金属皮膜１４が形成されている。金属皮膜１４は、例えばいわゆる「レベラー」などの金属皮膜であり得、好ましくはＳｎ、Ｓｎ−Ｃｕ、およびＳｎ−Ａｇからなる群から選択される金属からなり、約１０〜１００μｍの厚さを有する。
【０１４１】
本実施形態によれば、上記のような金属皮膜１４でランドが覆われていることによって金属皮膜とランドとの間で拡散層を形成し、これにより表面ランド部分３ａ、裏面ランド部分３ｂおよび壁面ランド部分３ｃのいずれもが、はんだ材料と直接的に接触しない。この拡散層により、フローはんだ付けの際、溶融したはんだ材料中に溶出せず、上部フィレット６ａ／表面ランド部分３ａの界面に低融点金属が偏析することを回避できる。これにより、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を効果的に低減することができる。
【０１４２】
上記のようなレベラー（金属皮膜）は、当該技術分野において既知の方法によって形成することができる。
【０１４３】
また、本実施形態においては、表面、壁面および裏面ランド部分からなるランドの表面全てを覆うものとしたが、表面ランド部分のみを金属皮膜で覆うようにしてもリフトオフを有る程度低減することができる。この場合、クリームはんだなどのはんだ材料を基板表面に印刷する工程において、金属皮膜（レベラー）を表面ランド部分に同時に形成することもできる。
【０１４４】
尚、本実施形態の特徴は、実施形態１〜１０の電子回路基板の接合構造に組み合わせて利用することも可能である。
【０１４５】
（実施形態１２）
本実施形態は、従来の電子回路基板と実質的に同様の構造（または構成）を有するが、リードの母材の材料およびめっきの材料ならびにはんだ材料の組合せが適切に選択されている点で異なるものである。
【０１４６】
図１２に示すように、本実施形態の電子回路基板３１においては、スルーホール２が基板１を貫通して設けられている。スルーホール２の壁面上ならびにその周囲の基板１の表面（図中の上側面）および裏面（図中の下側面）上に、それぞれ壁面ランド部分３ｃ、表面ランド部分３ａおよび裏面ランド部分３ｂからなるランドが一体的に形成されている。このランドは、例えば銅からなり、基板１の表面および／または裏面上に形成された配線パターン（図示せず）に接続されている。他方、電子部品（図示せず）から引き出されたリード（電極）５が、スルーホール２を通って配置され、はんだ材料からなる、上部フィレット６ａおよび下部フィレット６ｂを含むフィレットによって基板１のランド３と電気的および物理的に接合されている。図１２には、表面ランド部分３ａおよび裏面ランド部分３ｂは実質的に同じ外形を有するものとして示すが、本発明はこれに限定されない。代表的には、表面ランド部分３ａおよび裏面ランド部分３ｂは、外径２〜３ｍｍのリング状の平面形状を有する。またランドは、例えば約３０μｍの厚さを有し得る。
【０１４７】
基板１には、例えば約１．６ｍｍの厚さを有するガラスエポキシ樹脂、紙フェノールなどからなる基板が用いられ得る。また、スルーホール２は、リード５が通過し得、またリード５とスルーホール２との間の環状空間をはんだ材料が濡れ上がるのに適する任意の形状を有し得るが、例えば直径約０．５ｍｍの円形断面を有するようなリード５を用いる場合、直径約０．９〜１．０ｍｍの円筒形状を有する。基板１に接合される電子部品５としては、抵抗、コンデンサ、トランジスタ、インダクタなどのリード付チップ部品ならびにコネクタなどであってよい。
【０１４８】
このような電子回路基板３１においては、フィレット６のはんだ材料を構成する全ての金属元素および該金属元素からなる群から選択される２つまたはそれ以上の金属元素からなる全ての合金が、はんだ材料の融点以上の融点を有するように、はんだ材料が選択されている。
【０１４９】
具体的な材料としては、はんだ材料には、例えばＳｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、およびＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕなどを用いることができる。
【０１５０】
また、一般的にリード５は母材（図示せず）と該母材を被覆するめっき（図示せず）とにより構成されるが、フィレットの形成の際にめっきの材料がはんだ材料中へ溶融する場合、はんだ材料およびめっきを構成する全ての金属元素ならびに該金属元素からなる群から選択される２つまたはそれ以上の金属元素からなる全ての合金が、該はんだ材料の融点以上の融点を有するように、はんだ材料およびめっきの材料が選択されることが好ましい。更に、めっきおよび母材の材料の両方がはんだ材料中へ溶融し得る場合には、はんだ材料、母材およびめっきを構成する全ての金属元素ならびに該金属元素からなる群から選択される２つまたはそれ以上の金属元素からなる全ての合金が、該はんだ材料の融点以上の融点を有するように、はんだ材料、母材およびめっきの材料が選択されることが好ましい。
【０１５１】
具体的な材料としては、リード５の母材には、例えばＣｕ、Ｆｅ、およびＦｅ−Ｃｕ合金など、めっきには、例えばＳｎ、Ｓｎ−Ｃｕ、およびＳｎ−Ａｇなどからなるものを用いることができる。
【０１５２】
はんだ材料／めっき材料／母材材料の好ましい組合せとしては、Ｓｎ−Ｃｕ／Ｓｎ−Ｃｕ／Ｃｕ、Ｓｎ−Ｃｕ／Ｓｎ／Ｃｕ、Ｓｎ−Ｃｕ／Ｓｎ−Ｃｕ／Ｆｅ、Ｓｎ−Ｃｕ／Ｓｎ／Ｆｅ、Ｓｎ−Ｃｕ／Ｓｎ−Ａｇ／Ｃｕ、およびＳｎ−Ｃｕ／Ｓｎ−Ａｇ／Ｆｅなどが挙げられる。
【０１５３】
本実施形態によれば、はんだ材料、好ましくははんだ材料およびめっき材料、更に好ましくははんだ材料、母材材料およびめっき材料は、各材料を構成する金属元素および該金属元素からなる群から選択される２つまたはそれ以上の金属元素からなる全ての合金がはんだ材料の融点以上の融点を有するように選択されている。従って、低融点金属が形成されず、フィレット内の温度勾配に起因してランド／フィレット界面近傍に低融点金属が偏析しない。これにより、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を従来よりも効果的に低減することが可能となる。
【０１５４】
（実施形態１３）
本実施形態は、実施形態１２と同様の構成を有するが、はんだ材料およびめっきを構成する金属元素からなる群から選択される金属元素と、母材を構成する金属元素との合金が、該はんだ材料の融点より低い融点を有する点で異なる。
【０１５５】
具体的には、本実施形態ではリードの母材として、例えばＺｎ系合金などの材料を用いている。Ｚｎ系合金に含まれるＺｎ金属元素ははんだ材料中に溶融して、例えばはんだ材料および／またはめっきを構成するＳｎ金属元素と共にＳｎ−Ｚｎ合金（融点１９９℃）を形成する。はんだ材料は、例えばＳｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕなどの鉛フリーはんだ材料であり、この場合Ｓｎ−Ｚｎ合金ははんだ材料よりも融点が低い低融点合金となる。更に、本実施形態においては、母材とめっきとの間にＮｉの下地めっきを施して、この上から、例えばＳｎ、Ｓｎ−Ｃｕ、およびＳｎ−Ａｇなどの材料からなるめっきを施している点で実施形態１２と異なる。Ｎｉは非常に高い融点を有するので、Ｎｉの下地めっきで母材を覆うことにより、母材のＺｎ金属元素がはんだ材料中に溶融することが回避される。
【０１５６】
このような構成により、母材を構成するＺｎ金属元素がはんだ材料中に溶出せず、Ｚｎ金族元素を含むＳｎ−Ｚｎ低融点合金の形成を回避できる。これにより、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を従来よりも効果的に低減することが可能となる。
【０１５７】
（実施例１）
実施形態１について、フローはんだ付けに用いるはんだ材料および上部フィレットの外形を種々に変化させて接合構造体を作製し、そのリフトオフの発生率を調べた。
【０１５８】
基板として、厚さ約１．６ｍｍ、縦約１８０ｍｍ、横約３００ｍｍの寸法を有するガラスエポキシ樹脂からなる基板を用いた。この基板には、直径約１．３ｍｍの円筒状のスルーホールが基板の主面に対して垂直に設けられていた。基板に設けるランドの材料は銅とした。表面ランド部分および裏面ランド部分はいずれも中央部にスルーホールが位置するリング形状とした。裏面ランド部分の外径（リング外径）を約２．０ｍｍとし、裏面ランド部分の全体が露出するように裏面ランド部分を除く基板の裏面をはんだレジストで覆った。この裏面ランド部分の外径は、スルーホールの直径の約１．５４倍となる。表面ランド部分のリング外径を約１．５ｍｍ、１．７ｍｍ、および２．０ｍｍとし、表面ランド部分の全体が露出するように表面ランド部分を除く基板の表面をはんだレジストで覆った。これら表面ランド部分の外径は、スルーホールの直径のそれぞれ約１．１５倍、１．３１倍、および１．５４倍となる。基板に接合する電子部品としてはダイオードを用いた。ダイオードから引き出されたリードは、直径約０．８ｍｍの円形断面を有する棒状体であり、Ｃｕからなる母材にＳｎ−Ｐｂめっき（Ｐｂ５〜１５％、Ｓｎ残部）が施されて構成されていた。ダイオードから引き出されたリードを基板のスルーホールに挿入し、フローはんだ付けによりダイオードのリードと基板のランドとを接合し電子回路基板を作成した。このフローはんだ付けは、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ（即ち、約３重量％のＡｇ、約０．５重量％のＣｕおよびＳｎ残部からなる合金）およびＳｎ−０．７Ｃｕ（即ち、約０．７重量％のＣｕおよびＳｎ残部からなる合金）をはんだ材料として用い、これら２つのはんだ材料の各々につきリング外形の異なる３種の基板に対してフローはんだ付けを実施した。得られた電子回路基板の上部フィレットの外径は、表面ランド部分の外径に実質的に等しかった。
【０１５９】
以上のようにして得られた電子回路基板のリフトオフの発生率を調べた。結果を表１に示す。
【０１６０】
【表１】
【０１６１】
表１より、上部フィレットの外径（本実施例では表面ランド部分の外径に等しい）を１．５４倍とするよりも、１．３１倍、更には１．１５倍としたほうがリフトオフの発生率が低下することが解る。これより、上部フィレットの外径を小さくすることによりリフトオフの発生率が減少する傾向にあることが理解されよう。
【０１６２】
（実施例２）
実施形態２について、フローはんだ付けに用いるはんだ材料および上部フィレットの外形を種々に変化させて接合構造体を作製し、そのリフトオフの発生率を調べた。本実施形態は、表面ランド部分の外径を全て約２．０ｍｍとし、表面ランド部分の外縁部をはんだレジストで覆って、表面ランド部分のはんだレジストから露出している部分の外径を約１．５ｍｍ、１．７ｍｍ、および２．０ｍｍとしたことを除き、実施例１と同様にして電子回路基板を作製した。これら表面ランド部分の露出部の外径は、スルーホールの直径のそれぞれ約１．１５倍、１．３１倍、および１．５４倍となり、得られた電子回路基板の上部フィレットの外径は、表面ランド部分の露出部の外径に実質的に等しかった。
【０１６３】
以上のようにして得られた電子回路基板のリフトオフの発生率を調べた。結果を表２に示す。
【０１６４】
【表２】
【０１６５】
表２より、上部フィレットの外径（本実施例では表面ランド部分のはんだレジストに覆われていない露出部の外径に等しい）を１．５４倍とするよりも、１．３１倍または１．１５倍としたほうがリフトオフの発生率が低下することが解る。これより、実施例１と同様に、上部フィレットの外径を小さくすることによりリフトオフの発生率が減少する傾向にあることが理解されよう。
【産業上の利用の可能性】
【０１６６】
本発明は、フローはんだ付けによって電子部品が基板に接合され、リフトオフの発生が効果的に低減された接合構造体、およびそのような接合構造体を含む電子回路基板を提供する。これにより、鉛フリーはんだ材料を用いる場合に顕著なリフトオフの発生を従来よりも効果的に低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１６７】
【図１】図１（ａ）は、本発明の１つの実施形態における接合構造体を有する電子回路基板を示す（フィレットを除く）概略上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の概略断面図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の別の実施形態における接合構造体を有する電子回路基板を示す（フィレットを除く）概略上面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の概略断面図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の別の実施形態における接合構造体を有する電子回路基板を示す（フィレットを除く）概略上面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の概略断面図である。
【図４】図４（ａ）は、本発明の別の実施形態における接合構造体を有する電子回路基板を示す（フィレットを除く）概略上面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の概略断面図である。
【図５】図５は、本発明の別の実施形態における接合構造体を有する電子回路基板を示す概略部分断面図である。
【図６】図６は、本発明の別の実施形態における接合構造体を有する電子回路基板を示す概略部分断面図である。
【図７】図７は、本発明の別の実施形態における接合構造体を有する電子回路基板を示す概略部分断面図である。
【図８】図８は、本発明の別の実施形態における接合構造体を有する電子回路基板を示す概略部分断面図である。
【図９】図９（ａ）は、本発明の別の実施形態における接合構造体を有する電子回路基板を示す概略部分断面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）の部分拡大図である。
【図１０】図１０は、本発明の別の実施形態における接合構造体を有する電子回路基板を示す概略部分断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の別の実施形態における接合構造体を有する電子回路基板を示す概略部分断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の別の実施形態における接合構造体を有する電子回路基板を示す概略部分断面図である。
【図１３】図１３は、従来の電子回路基板において、１つの電子部品が基板に接合されている様子を示す概略部分断面図である。
【図１４】図１４（ａ）は、図１３のフィレット近傍の（フィレットを除く）上面拡大図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の概略断面図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スルーホールが貫通して設けられている、表面および裏面を有する基板と、
スルーホールの壁面上にある壁面ランド部分、スルーホールの周囲の基板の表面および裏面上にそれぞれある表面ランド部分および裏面ランド部分とからなるランドと、
電子部品から引き出され、基板の表面から裏面に向かってスルーホールを貫通して配置されるリードと、
ランドおよびリードを接続するようにフローはんだ付けによってはんだ材料を用いて形成され、基板の表面上にある上部フィレットと基板の裏面上にある下部フィレットとを含むフィレットと
を有する接合構造体であって、表面ランド部分と接触する上部フィレットの外形が、裏面ランド部分と接触する下部フィレットの外形よりも小さく、スルーホールの大きさ以上である接合構造体。
【請求項２】
表面ランド部分の外形が裏面ランド部分の外形よりも小さい、請求項１に記載の接合構造体。
【請求項３】
表面ランド部分の外縁部がはんだレジストで覆われている、請求項１に記載の接合構造体。
【請求項４】
はんだ材料が、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、およびＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕからなる群から選択される鉛フリーはんだ材料である、請求項１に記載の接合構造体。
【請求項５】
はんだ材料を構成する全ての金属元素、ならびに
該金属元素からなる群から選択される２つまたはそれ以上の金属元素からなる全ての合金が、
該はんだ材料の融点以上の融点を有する、請求項１に記載の接合構造体。
【請求項６】
リードが母材および該母材を被覆するめっきから成り：
はんだ材料およびめっきを構成する全ての金属元素、ならびに
該金属元素からなる群から選択される２つまたはそれ以上の金属元素からなる全ての合金が、
該はんだ材料の融点以上の融点を有する、請求項５に記載の接合構造体。
【請求項７】
めっきが、Ｓｎ、Ｓｎ−Ｃｕ、およびＳｎ−Ａｇからなる群から選択される金属からなる、請求項６に記載の接合構造体。
【請求項８】
はんだ材料、母材およびめっきを構成する全ての金属元素、ならびに
該金属元素からなる群から選択される２つまたはそれ以上の金属元素からなる全ての合金が、
該はんだ材料の融点以上の融点を有する、請求項６に記載の接合構造体。
【請求項９】
母材が、Ｃｕ、Ｆｅ、およびＦｅ−Ｃｕ合金からなる群から選択される金属からなる、請求項６に記載の接合構造体。
【請求項１０】
リードが母材および該母材を被覆するめっきから成り：
母材を構成する金属元素、ならびに
はんだ材料およびめっきを構成する金属元素からなる群から選択される金属元素と、母材を構成する金属元素との合金
のうちの少なくとも１つが、該はんだ材料の融点より低い融点を有し：
リードが、母材を構成する金属元素をフィレット内に溶融させない手段を備える、請求項１に記載の接合構造体。
【請求項１１】
母材がＺｎ系合金からなり、前記手段が、母材とめっきとの間に配置されたＮｉからなる下地めっきである、請求項１０に記載の接合構造体。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の接合構造体を含む電子回路基板。
【請求項１】
スルーホールが貫通して設けられている、表面および裏面を有する基板と、
スルーホールの壁面上にある壁面ランド部分、スルーホールの周囲の基板の表面および裏面上にそれぞれある表面ランド部分および裏面ランド部分とからなるランドと、
電子部品から引き出され、基板の表面から裏面に向かってスルーホールを貫通して配置されるリードと、
ランドおよびリードを接続するようにフローはんだ付けによってはんだ材料を用いて形成され、基板の表面上にある上部フィレットと基板の裏面上にある下部フィレットとを含むフィレットと
を有する接合構造体であって、表面ランド部分と接触する上部フィレットの外形が、裏面ランド部分と接触する下部フィレットの外形よりも小さく、スルーホールの大きさ以上である接合構造体。
【請求項２】
表面ランド部分の外形が裏面ランド部分の外形よりも小さい、請求項１に記載の接合構造体。
【請求項３】
表面ランド部分の外縁部がはんだレジストで覆われている、請求項１に記載の接合構造体。
【請求項４】
はんだ材料が、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、およびＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕからなる群から選択される鉛フリーはんだ材料である、請求項１に記載の接合構造体。
【請求項５】
はんだ材料を構成する全ての金属元素、ならびに
該金属元素からなる群から選択される２つまたはそれ以上の金属元素からなる全ての合金が、
該はんだ材料の融点以上の融点を有する、請求項１に記載の接合構造体。
【請求項６】
リードが母材および該母材を被覆するめっきから成り：
はんだ材料およびめっきを構成する全ての金属元素、ならびに
該金属元素からなる群から選択される２つまたはそれ以上の金属元素からなる全ての合金が、
該はんだ材料の融点以上の融点を有する、請求項５に記載の接合構造体。
【請求項７】
めっきが、Ｓｎ、Ｓｎ−Ｃｕ、およびＳｎ−Ａｇからなる群から選択される金属からなる、請求項６に記載の接合構造体。
【請求項８】
はんだ材料、母材およびめっきを構成する全ての金属元素、ならびに
該金属元素からなる群から選択される２つまたはそれ以上の金属元素からなる全ての合金が、
該はんだ材料の融点以上の融点を有する、請求項６に記載の接合構造体。
【請求項９】
母材が、Ｃｕ、Ｆｅ、およびＦｅ−Ｃｕ合金からなる群から選択される金属からなる、請求項６に記載の接合構造体。
【請求項１０】
リードが母材および該母材を被覆するめっきから成り：
母材を構成する金属元素、ならびに
はんだ材料およびめっきを構成する金属元素からなる群から選択される金属元素と、母材を構成する金属元素との合金
のうちの少なくとも１つが、該はんだ材料の融点より低い融点を有し：
リードが、母材を構成する金属元素をフィレット内に溶融させない手段を備える、請求項１に記載の接合構造体。
【請求項１１】
母材がＺｎ系合金からなり、前記手段が、母材とめっきとの間に配置されたＮｉからなる下地めっきである、請求項１０に記載の接合構造体。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の接合構造体を含む電子回路基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００９−８８５７３（Ｐ２００９−８８５７３Ａ）
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４４９８（Ｐ２００９−１４４９８）
【出願日】平成２１年１月２６日（２００９．１．２６）
【分割の表示】特願２００１−５６６６０６（Ｐ２００１−５６６６０６）の分割
【原出願日】平成１３年３月１４日（２００１．３．１４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２６日（２００９．１．２６）
【分割の表示】特願２００１−５６６６０６（Ｐ２００１−５６６６０６）の分割
【原出願日】平成１３年３月１４日（２００１．３．１４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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