電子部品の実装方法
【課題】両面リフロー用プリント基板において、サーマルパッド付電子部品を実装する際、はんだ印刷性に影響を与えるようなはんだ突出を防ぎ、また、実装不良を発生させることのない電子部品の実装方法を提供する。
【解決手段】サーマルパッドを備えた電子部品の搭載面とソルダーレジストを有し搭載面とは反対側の面とを貫通するスルーホールを有したプリント基板に電子部品を実装するための電子部品の実装方法であって、スルーホールは、プリント基板のサーマルパッドがはんだ付けされる部位に設けられ、プリント基板の反対側の面には、スルーホール孔を含む周囲以外の部位にソルダーレジストが設けられ、ソルダーレジストが設けられていない部位にははんだを吸収するパターン部材が設けられ、電子部品は、サーマルパッドを介してプリント基板の前記搭載面にはんだ付けされる。
【解決手段】サーマルパッドを備えた電子部品の搭載面とソルダーレジストを有し搭載面とは反対側の面とを貫通するスルーホールを有したプリント基板に電子部品を実装するための電子部品の実装方法であって、スルーホールは、プリント基板のサーマルパッドがはんだ付けされる部位に設けられ、プリント基板の反対側の面には、スルーホール孔を含む周囲以外の部位にソルダーレジストが設けられ、ソルダーレジストが設けられていない部位にははんだを吸収するパターン部材が設けられ、電子部品は、サーマルパッドを介してプリント基板の前記搭載面にはんだ付けされる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント基板への電子部品の実装方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器に使用される表面実装用部品は、高機能化、高密度化に対応するため、部品の底面部分に放熱及びＧＮＤ（接地）強化を目的とした電極（以降、サーマルパッドとする）を設ける場合が多くなってきている。特に、ＳＯＰ（Small Outline Package）、ＱＦＰ（Quad Flat Package）、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded Package）、ＳＯＮ（Small Outline Non-leaded Package）といったパッケージタイプの電子部品には、上記目的のため、サーマルパッドが設けられる場合が多い。
【０００３】
サーマルパッド付の電子部品の例について、図２〜図５を用いて説明する。図２は、ＱＦＰタイプのサーマルパッド付電子部品（以降、サーマルパッド付ＱＦＰ）の例である。この図は部品裏から見たものであり、中央にサーマルパッドが設けられている。また、図３は、ＱＦＮタイプのサーマルパッド付電子部品（以降、サーマルパッド付ＱＦＮ）の例である。サーマルパッド付ＱＦＰと同様、部品裏から見たものであり、中央にサーマルパッドが設けられている。
【０００４】
図４は、図１に示したサーマルパッド付ＱＦＰを実装するためのプリント基板のパッド例である。サーマルパッド付ＱＦＰのリード及びサーマルパッドと相対する位置に、リード接続用パッド及びサーマルパッド接続用パッドがそれぞれ設けられており、それぞれはんだ付けにより接続される。又、サーマルパッド接続用パッド内には、放熱及びＧＮＤの効果を高めるため、複数のスルーホールが配置されている。
【０００５】
図５は、図３に示したサーマルパッド付ＱＦＮを実装するためのプリント基板のパッド例である。図４と同様に、サーマルパッド付ＱＦＮの信号電極及びサーマルパッドと相対する位置に、信号電極接続用パッド及びサーマルパッド接続用パッドがそれぞれ設けられており、それぞれはんだ付けにより接続される。又、サーマルパッド接続用パッド内には、放熱及びＧＮＤの効果を高めるため、複数のスルーホールが配置されている。
【０００６】
次に、従来技術の課題を説明する。図６はサーマルパッド付電子部品をプリント基板に実装する場合の実装工程を示したものであり、サーマルパッド付ＱＦＰを両面実装する場合のリフロー実装工程のフロー図である。図６の左側に示す図は、同図の右側に示す部品はんだ付け工程フローに対応する形で、各工程でのプリント基板の断面図を示している。以降、工程フロー順に説明する。
【０００７】
まず、部品実装前のプリント基板の状態について説明する。プリント基板の表面側には、ＱＦＰを実装するためのパッドとして、リード接続用パッドとサーマルパッド接続用パッドが設けられており、これらのパッド上はソルダ―レジスト開口となっている。なお、サーマルパッド接続用パッド上には複数のスルーホールが配置されており、裏面側に貫通している。なお、裏面側のスルーホール部分は、スルーホール径と同程度のサイズでソルダーレジスト開口となっている。表面はんだ印刷工程では、プリント基板の各パッドに相対する位置に開口部が設けられたメタルマスクを配置し、スキージが図の左側から右側の方向に移動することで、クリームはんだが各パッド部に印刷される。部品搭載工程では、クリームはんだが印刷された各パッドに対応する形でサーマルパッド付ＱＦＰが搭載される。
【０００８】
リフロー工程では、各パッドのクリームはんだが溶け、サーマルパッド付ＱＦＰがプリント基板側へ沈み込み、はんだ付けされる。この時、サーマルパッド上で余剰となったはんだが押し出され、スルーホールを介して、裏面側に突出することが知られている。特に、サーマルパッドとサーマルパッド接続用パッドの隙間が、電子部品の寸法公差で、極端に狭い場合に突出発生となる可能性が高い。また、リフロー熱によってクリームはんだの溶融時に発生するフラックスガスが、スルーホール内を通り裏面側へ逃げようとし、はんだが押し出されることも突出の一因である。ここで、サーマルパッド上のスルーホールは、放熱やＧＮＤ（接地）強化の目的の他、リフロー時にはんだから発生するフラックスガスを外気へ逃がすという役割も有している。
【０００９】
一方、裏面はんだ印刷工程では、表面のはんだ付け後にプリント基板を反転し、表面と同様に、はんだ印刷を行う。裏面はんだ印刷工程の図に示すように、はんだが突出した状態で、はんだ印刷を行うと、メタルマスクがはんだ突出部と干渉し、突出部付近のパッドに対して余剰なはんだが供給されるため、付近の電子部品が実装不良（はんだブリッジ等）となるリスクを高めてしまうという課題があった。
【００１０】
上記に示した課題を解決するための従来技術として、特開２０１０−１０４９８号公報（特許文献１）がある。この公報には、情報印字用のインク又は部品固定用の接着剤、又は部品搭載工程時に穴を塞ぐことで、プリント基板の裏面への突出を防ぐ技術が開示されている。また、特開２００６−３２８３８号公報（特許文献２）がある。この公報には、接着剤を塗布してＶＩＡスルーホールの開口を塞ぐことによって、プリント回路板を形成する作業工程を増加させることなく、はんだフロー方式によるはんだ付けの際にＶＩＡスルーホールへ溶融したはんだが進入することを確実に防止することができ、はんだフロー面と反対側に搭載された部品に悪影響を与えることがないようにする技術が開示されている。さらに、特開平１１−１７２９９号公報（特許文献３）がある。この公報には、プリント基板の表面実装用パッド部に設けたスルーホールの導体層の内側に導電部材もしくは絶縁部材を充填することで、スルーホールへのはんだ流れ込みによるはんだショート不良を防止する技術が開示されている。
【００１１】
以上の先行技術文献は、いずれも接着剤、印刷用のインク等の材料を用いて、１度目のリフロー前にスルーホールを塞ぐことにより、裏面へのはんだ突出やショートを防止するものであった。ここで、サーマルパッド上のスルーホールは、放熱やＧＮＤ（接地）強化の目的の他、前述の通り、リフロー時にはんだから発生するフラックスガスを裏面へ逃がすという役割も持っている。従って、特許文献１〜３のようにスルーホールを塞ぐことは、フラックスガスの逃げ道をなくすことになり、場合によってはサーマルパッド部が浮き、リード部の未接を誘発したり、はんだボール等の実装不良を招く可能性があるという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１０−１０４９８号公報
【特許文献２】特開２００６−３２８３８号公報
【特許文献３】特開平１１−１７２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来技術には以下の様な課題があった。すなわち、上述したように、サーマルパッド付電子部品を両面リフロー実装する場合、プリント基板のサーマルパッド部におけるスルーホールを介して、プリント基板の裏面からはんだ突出を発生させない対策として、特許文献１〜３のように、リフロー前にスルーホールを塞ぐ手法があったが、これらの手法は実装不良の可能性を高めてしまうという課題あった。
【００１４】
本発明は、両面リフロー用プリント基板において、サーマルパッド付電子部品を実装する際、はんだ印刷性に影響を与えるようなはんだ突出を防ぎ、また、実装不良を発生させることのない電子部品の実装方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる電子部品の実装方法は、サーマルパッドを備えた電子部品の搭載面とソルダーレジストを有し前記搭載面とは反対側の面とを貫通するスルーホールを有したプリント基板に前記電子部品を実装するための電子部品の実装方法であって、前記スルーホールは、前記プリント基板の前記サーマルパッドがはんだ付けされる部位に設けられ、前記プリント基板の前記反対側の面には、前記スルーホール孔を含む周囲以外の部位に前記ソルダーレジストが設けられ、前記ソルダーレジストが設けられていない部位には前記はんだを吸収するパターン部材が設けられ、前記電子部品は、前記サーマルパッドを介して前記プリント基板の前記搭載面にはんだ付けされる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、両面リフロー用プリント基板において、サーマルパッド付電子部品を実装する際、はんだ印刷性に影響を与えるようなはんだ突出を防ぎ、また、実装不良を発生させることのない電子部品の実装方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例１になる電子部品実装後の断面図である。
【図２】サーマルパッド付電子部品であるＱＦＰを裏面から見た図である。
【図３】サーマルパッド付電子部品であるＱＦＮを裏面から見た図である。
【図４】サーマルパッド付ＱＦＰを実装するためのプリント基板上のパッド例である。
【図５】サーマルパッド付ＱＦＮを実装するためのプリント基板上のパッド例である。
【図６】サーマルパッド付ＱＦＰをプリント基板に実装する場合の実装工程フロー図である。
【図７】実施例１の設計例を説明するためのサーマルパッド付ＱＦＰ実装後の断面図である。
【図８】実施例１の設計例を説明するためのプリント基板パッド部の斜視図である。
【図９】本発明の実施例２になる電子部品実装後の断面図である。
【図１０】本発明の実施例３になる電子部品実装後の断面図である。
【図１１】本発明の実施例４になる電子部品実装後の断面図である。
【図１２】本発明の実施例５になる電子部品実装後の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明にかかる電子部品の実装方法の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本実施例におけるサーマルパッド付ＱＦＰをプリント基板に実装した状態の断面図である。まず、本構造における構成と特徴について図１を用いて説明する。プリント基板の表面に搭載されているサーマルパッド付ＱＦＰは、プリント基板と電気的に接続するために複数のリードと、部品の裏側にサーマルパッドが設けられている。本実施例では、サーマルパッド付電子部品の例として、ＱＦＰを用いたが、サーマルパッドが設けられている他のタイプの電子部品であってもよい。
【００２０】
一方、プリント基板には、表面側にサーマルパッド付ＱＦＰを実装するためのパッドとして、リード接続用パッドとサーマルパッド接続用パッドが設けられており、これらのパッド上はソルダ―レジスト開口となっている。また、裏面側は、スルーホール孔の周囲を含んだサーマルパッド接続用パッドと同程度の範囲の領域に対して、銅ベタパターン（余剰はんだ吸収用パターン）が設けられており、その部位はソルダーレジスト開口となっている。なお、サーマルパッド接続用パッド上には、複数のスルーホールが配置されており、裏面側の銅ベタパターンに接続されている。ここで、プリント基板上の各パッド、スルーホール、銅ベタパターンは一般に銅で形成されているが、例えば、銅表面の酸化防止目的等でめっきや防錆処理剤が施されていてもよい。
【００２１】
次に、本発明におけるサーマルパッド付ＱＦＰがリフロー工程ではんだ付けされる際のはんだの挙動について説明する。サーマルパッド付ＱＦＰは、図６を用いて前述したように、プリント基板に搭載後、リフロー工程で熱が加えられ、リード接続用パッド及びサーマルパッド接続用パッド上のクリームはんだが溶融し、接続される。この時、リード接続用パッド上のはんだは、サーマルパッド付ＱＦＰのリード部に濡れ広がり、同時に、サーマルパッド接続用パッド上のはんだも、サーマルパッド上に濡れ広がるが、一部の余剰となったはんだは、サーマルパッド上のスルーホールを介して、裏面の銅ベタパターン上に濡れ広がる。
【００２２】
例えば、サーマルパッド付ＱＦＰの部品製造公差等により、サーマルパッドとサーマルパッド接続用パッドの間隔が極端に狭い場合や、クリームはんだに含まれるフラックスの気化により、ガスが発生し、これがスルーホール内を通って逃げようとする場合に、ガスによりはんだがスルーホールへ押し込まれ、余剰はんだとなる場合がある。しかし、本構造とすることで、サーマルパッド付ＱＦＰのサーマルパッド接続用パッド上のはんだが余剰となった場合、スルーホールを介して裏面に到達するが、突出とはならず、銅ベタパターン表面に濡れ広がる。これにより、裏面のスルーホール部で、はんだが突出することがなくなるため、結果としてはんだ印刷性を安定させることが可能となる。
【００２３】
尚、裏面の銅ベタパターンのサイズは、必ずしもサーマルパッド接続用パッドサイズと同等である必要はなく、必要に応じて変更してもよい。銅ベタパターンのサイズを大きくすることで、余剰はんだの吸収量を多くすることができる。
【００２４】
また、裏面のソルダーレジストは、必要に応じて厚くしておいてもよい。これにより、裏面ソルダーレジスト厚みの分、余剰はんだが銅ベタパターン上に濡れ広がれる体積が増えるため、余剰はんだ吸収能力を高めることが可能となり、結果として、銅ベタパターン面積を小さくすることが可能である。
【００２５】
次に、図７及び図８を用いて、本発明の設計例について説明する。ここでは、銅ベタパターンの必要面積を求める例を示す。図７は、図１と同様に、本実施例におけるサーマルパッド付ＱＦＰをプリント基板に実装した状態の断面図である。図８は、本実施例におけるプリント基板の斜視図である。
【００２６】
まず、実装不良を発生させないための裏面側はんだ突出量の判定式を式１に示す。
ｔｂ＜ｔｓ・・・式１
ここで、裏面はんだ厚（ｔｂ）は、以下に示す式２で算出する事が出来、
ｔｂ＝Ｖｂ／ａ・・・式２
さらに、式１、式２より、式３の関係式が求められる。
ａ＞Ｖｂ／ｔｓ・・・式３
ここで、Ｖｂは以下に示す式４〜式７で算出できる。
Ｖｂ＝Ｖｓ−（Ｖｔ＋Ｖｔｈ）・・・式４
Ｖｓ＝ｓ×ｒ×ｔｍ・・・式５
Ｖｔ＝ｓ×ｇ・・・式６
Ｖｔｈ＝π×（ｄ／２）２×ｔｐ×ｋ・・・式７
ａ：銅ベタパターン面積、ｓ：サーマルパッド接続用パッド面積、ｓｍ：サーマルパッド接続用パッド部のメタルマスク開口面積、ｒ：はんだ供給面積比 ｓｍ／ｓ、ｋ：サーマルパッド上のスルーホール数、ｄ：サーマルパッド上のスルーホール径、ｔｐ：プリント基板板厚、ｔｓ：裏面パターン上のソルダーレジスト厚、ｇ：部品下ギャップ高さ、ｔｍ：メタルマスク厚、Ｖｂ：銅ベタパターン表面のはんだ体積、ｔｂ：裏面はんだ厚、Ｖｓ：供給されるはんだ体積、Ｖｔ：部品下に充填可能なはんだ体積、Ｖｔｈ：スルーホール内に充填可能なはんだ体積
設計例として、下記値をそれぞれ式３〜式７に代入すると、ｓ：３６ｍｍ２（６．０ｍｍ×６．０ｍｍ）、ｋ：３３個、ｄ：０．３ｍｍ、ｔｐ：１.０ｍｍ、ｔｓ：０．００７ｍｍ、ｇ：０．０５ｍｍ、ｔｍ：０．１５ｍｍ、ｒ：０．８、ａ＞２６．７ｍｍ2となる。
【００２７】
本計算例では、銅ベタパターンが正方形の場合、銅ベタパターンサイズを５．２×５．２ｍｍ以上にすれば、裏面側のはんだ実装不良を低減することが出来る。一方、裏面パターン上のソルダーレジスト厚（ｔｓ）を、例えば０．０２ｍｍと厚くしておくことで、はんだ吸収能力を高く出来る。結果として、銅ベタパターン面積（ａ）は、ａ＞９．４ｍｍ2となり、裏面の銅ベタパターンは、３．１×３．１ｍｍ程度のサイズで済む。
【実施例２】
【００２８】
本発明にかかる電子部品の実装方法の実施例２について、図９を用いて説明する。図９に示すように、図１に示したサーマルパッド接続用のスルーホール形状を基板裏側の方の幅を広くする形で、段付スルーホールとしてもよい。段付スルーホールの数は、複数であってもよく、スルーホールと組み合わせてもよい。段付するホールとすることで、段付スルーホール内に多くのはんだをとどめることができるため、裏面の銅ベタパターンの領域を大きくとれない場合に好適である。
【実施例３】
【００２９】
本発明にかかる電子部品の実装方法の実施例３について、図１０を用いて説明する。図１０に示すように、図１に示した構造に加え、裏面の銅ベタパターン近傍の領域に、余剰はんだ吸収用スルーホールを設けておいてもよい。余剰はんだ吸収用スルーホールを設けることで、裏面の銅ベタパターン内で吸収しきれなかったはんだが、毛細管現象で吸い上げられるため、図１と比較し、さらなる余剰はんだの吸収が可能となる。なお、余剰はんだ吸収用スルーホールは、裏面側の銅ベタパターンと接続されており、表面側のサーマルパッド接続用パッドとは接続されていない。余剰はんだ吸収用スルーホールの位置は、リフロー時における余剰はんだが入り込み易くするため、極力、銅ベタパターンの近傍に配置するとよい。また、その数は複数であってもよい。また、その径は、大きいほど吸収能力が高くなるため、表面及び裏面の配線パターンに影響を与えない範囲で大きくするとよい。
【実施例４】
【００３０】
本発明にかかる電子部品の実装方法の実施例４について図１１を用いて説明する。図１１に示すように、図１０の余剰はんだ吸収用スルーホールを配置する代わりに、非貫通ビアを配置してもよい。非貫通ビアとすることで表面のパターン配線に影響を与えることなく電子部品を搭載することができるとともに、余剰はんだの吸収が可能となる。なお、その径と長さは、余剰はんだの吸収能力を高めるため、配線パターンに影響を与えない範囲で大きく、長くするとよい。
【実施例５】
【００３１】
本発明にかかる電子部品の実装方法の実施例５について図１２を用いて説明する。図１１に示すように、図１０の余剰はんだ吸収用スルーホールを配置する代わりに、基板裏側の方を広くする形で、段付スルーホールを配置してもよい。段付スルーホールとすることで、図１０と比較し、より多くの余剰はんだが吸収となる。
【００３２】
このように、サーマルパッド付電子部品が実装される面（表面）とは反対側の面（裏面）において、サーマルパッド接続用の領域と同程度、もしくはそれより大きい領域に対して、銅ベタパターン（余剰はんだ吸収用パターン）を設け、その部位にソルダーレジスト開口部を設けた構造としているので、サーマルパッド付電子部品を実装する際に、当該部品直下の裏面からスルーホールを介して、はんだが突出しなくなり、安定したはんだ印刷が可能となると共に、スルーホールを塞ぐ従来技術での課題であった実装不良の発生を防ぐことが可能となる。
【００３３】
すなわち、放熱、ＧＮＤ（接地）強化用サーマルパッド付の電子部品を実装するプリント基板において、プリント基板上のサーマルパッド接続用パッド（フットプリント）内にスルーホールを設けた場合、そのスルーホールを介して、プリント板の裏面から、実装上、問題となるようなはんだ突出が発生することがなくなる。
【００３４】
なお、本発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができ、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素（実施例１〜５の構成）を組み合わせることももちろん可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１００ 電子部品
２００ サーマルパッド
３００ サーマルパッド接続用パッド
４００ スルーホール
５００ はんだ
６００ リード
７００ リード接続用パッド
８００ プリント基板
９００ ソルダーレジスト
１０００ ソルダーレジスト開口部
１１００ 銅ベタパターン
１２００ 段付スルーホール
１３００ 余剰はんだ吸収用スルーホール
１４００ 非貫通ビア
１５００ 段付スルーホール。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント基板への電子部品の実装方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器に使用される表面実装用部品は、高機能化、高密度化に対応するため、部品の底面部分に放熱及びＧＮＤ（接地）強化を目的とした電極（以降、サーマルパッドとする）を設ける場合が多くなってきている。特に、ＳＯＰ（Small Outline Package）、ＱＦＰ（Quad Flat Package）、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded Package）、ＳＯＮ（Small Outline Non-leaded Package）といったパッケージタイプの電子部品には、上記目的のため、サーマルパッドが設けられる場合が多い。
【０００３】
サーマルパッド付の電子部品の例について、図２〜図５を用いて説明する。図２は、ＱＦＰタイプのサーマルパッド付電子部品（以降、サーマルパッド付ＱＦＰ）の例である。この図は部品裏から見たものであり、中央にサーマルパッドが設けられている。また、図３は、ＱＦＮタイプのサーマルパッド付電子部品（以降、サーマルパッド付ＱＦＮ）の例である。サーマルパッド付ＱＦＰと同様、部品裏から見たものであり、中央にサーマルパッドが設けられている。
【０００４】
図４は、図１に示したサーマルパッド付ＱＦＰを実装するためのプリント基板のパッド例である。サーマルパッド付ＱＦＰのリード及びサーマルパッドと相対する位置に、リード接続用パッド及びサーマルパッド接続用パッドがそれぞれ設けられており、それぞれはんだ付けにより接続される。又、サーマルパッド接続用パッド内には、放熱及びＧＮＤの効果を高めるため、複数のスルーホールが配置されている。
【０００５】
図５は、図３に示したサーマルパッド付ＱＦＮを実装するためのプリント基板のパッド例である。図４と同様に、サーマルパッド付ＱＦＮの信号電極及びサーマルパッドと相対する位置に、信号電極接続用パッド及びサーマルパッド接続用パッドがそれぞれ設けられており、それぞれはんだ付けにより接続される。又、サーマルパッド接続用パッド内には、放熱及びＧＮＤの効果を高めるため、複数のスルーホールが配置されている。
【０００６】
次に、従来技術の課題を説明する。図６はサーマルパッド付電子部品をプリント基板に実装する場合の実装工程を示したものであり、サーマルパッド付ＱＦＰを両面実装する場合のリフロー実装工程のフロー図である。図６の左側に示す図は、同図の右側に示す部品はんだ付け工程フローに対応する形で、各工程でのプリント基板の断面図を示している。以降、工程フロー順に説明する。
【０００７】
まず、部品実装前のプリント基板の状態について説明する。プリント基板の表面側には、ＱＦＰを実装するためのパッドとして、リード接続用パッドとサーマルパッド接続用パッドが設けられており、これらのパッド上はソルダ―レジスト開口となっている。なお、サーマルパッド接続用パッド上には複数のスルーホールが配置されており、裏面側に貫通している。なお、裏面側のスルーホール部分は、スルーホール径と同程度のサイズでソルダーレジスト開口となっている。表面はんだ印刷工程では、プリント基板の各パッドに相対する位置に開口部が設けられたメタルマスクを配置し、スキージが図の左側から右側の方向に移動することで、クリームはんだが各パッド部に印刷される。部品搭載工程では、クリームはんだが印刷された各パッドに対応する形でサーマルパッド付ＱＦＰが搭載される。
【０００８】
リフロー工程では、各パッドのクリームはんだが溶け、サーマルパッド付ＱＦＰがプリント基板側へ沈み込み、はんだ付けされる。この時、サーマルパッド上で余剰となったはんだが押し出され、スルーホールを介して、裏面側に突出することが知られている。特に、サーマルパッドとサーマルパッド接続用パッドの隙間が、電子部品の寸法公差で、極端に狭い場合に突出発生となる可能性が高い。また、リフロー熱によってクリームはんだの溶融時に発生するフラックスガスが、スルーホール内を通り裏面側へ逃げようとし、はんだが押し出されることも突出の一因である。ここで、サーマルパッド上のスルーホールは、放熱やＧＮＤ（接地）強化の目的の他、リフロー時にはんだから発生するフラックスガスを外気へ逃がすという役割も有している。
【０００９】
一方、裏面はんだ印刷工程では、表面のはんだ付け後にプリント基板を反転し、表面と同様に、はんだ印刷を行う。裏面はんだ印刷工程の図に示すように、はんだが突出した状態で、はんだ印刷を行うと、メタルマスクがはんだ突出部と干渉し、突出部付近のパッドに対して余剰なはんだが供給されるため、付近の電子部品が実装不良（はんだブリッジ等）となるリスクを高めてしまうという課題があった。
【００１０】
上記に示した課題を解決するための従来技術として、特開２０１０−１０４９８号公報（特許文献１）がある。この公報には、情報印字用のインク又は部品固定用の接着剤、又は部品搭載工程時に穴を塞ぐことで、プリント基板の裏面への突出を防ぐ技術が開示されている。また、特開２００６−３２８３８号公報（特許文献２）がある。この公報には、接着剤を塗布してＶＩＡスルーホールの開口を塞ぐことによって、プリント回路板を形成する作業工程を増加させることなく、はんだフロー方式によるはんだ付けの際にＶＩＡスルーホールへ溶融したはんだが進入することを確実に防止することができ、はんだフロー面と反対側に搭載された部品に悪影響を与えることがないようにする技術が開示されている。さらに、特開平１１−１７２９９号公報（特許文献３）がある。この公報には、プリント基板の表面実装用パッド部に設けたスルーホールの導体層の内側に導電部材もしくは絶縁部材を充填することで、スルーホールへのはんだ流れ込みによるはんだショート不良を防止する技術が開示されている。
【００１１】
以上の先行技術文献は、いずれも接着剤、印刷用のインク等の材料を用いて、１度目のリフロー前にスルーホールを塞ぐことにより、裏面へのはんだ突出やショートを防止するものであった。ここで、サーマルパッド上のスルーホールは、放熱やＧＮＤ（接地）強化の目的の他、前述の通り、リフロー時にはんだから発生するフラックスガスを裏面へ逃がすという役割も持っている。従って、特許文献１〜３のようにスルーホールを塞ぐことは、フラックスガスの逃げ道をなくすことになり、場合によってはサーマルパッド部が浮き、リード部の未接を誘発したり、はんだボール等の実装不良を招く可能性があるという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１０−１０４９８号公報
【特許文献２】特開２００６−３２８３８号公報
【特許文献３】特開平１１−１７２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来技術には以下の様な課題があった。すなわち、上述したように、サーマルパッド付電子部品を両面リフロー実装する場合、プリント基板のサーマルパッド部におけるスルーホールを介して、プリント基板の裏面からはんだ突出を発生させない対策として、特許文献１〜３のように、リフロー前にスルーホールを塞ぐ手法があったが、これらの手法は実装不良の可能性を高めてしまうという課題あった。
【００１４】
本発明は、両面リフロー用プリント基板において、サーマルパッド付電子部品を実装する際、はんだ印刷性に影響を与えるようなはんだ突出を防ぎ、また、実装不良を発生させることのない電子部品の実装方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる電子部品の実装方法は、サーマルパッドを備えた電子部品の搭載面とソルダーレジストを有し前記搭載面とは反対側の面とを貫通するスルーホールを有したプリント基板に前記電子部品を実装するための電子部品の実装方法であって、前記スルーホールは、前記プリント基板の前記サーマルパッドがはんだ付けされる部位に設けられ、前記プリント基板の前記反対側の面には、前記スルーホール孔を含む周囲以外の部位に前記ソルダーレジストが設けられ、前記ソルダーレジストが設けられていない部位には前記はんだを吸収するパターン部材が設けられ、前記電子部品は、前記サーマルパッドを介して前記プリント基板の前記搭載面にはんだ付けされる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、両面リフロー用プリント基板において、サーマルパッド付電子部品を実装する際、はんだ印刷性に影響を与えるようなはんだ突出を防ぎ、また、実装不良を発生させることのない電子部品の実装方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例１になる電子部品実装後の断面図である。
【図２】サーマルパッド付電子部品であるＱＦＰを裏面から見た図である。
【図３】サーマルパッド付電子部品であるＱＦＮを裏面から見た図である。
【図４】サーマルパッド付ＱＦＰを実装するためのプリント基板上のパッド例である。
【図５】サーマルパッド付ＱＦＮを実装するためのプリント基板上のパッド例である。
【図６】サーマルパッド付ＱＦＰをプリント基板に実装する場合の実装工程フロー図である。
【図７】実施例１の設計例を説明するためのサーマルパッド付ＱＦＰ実装後の断面図である。
【図８】実施例１の設計例を説明するためのプリント基板パッド部の斜視図である。
【図９】本発明の実施例２になる電子部品実装後の断面図である。
【図１０】本発明の実施例３になる電子部品実装後の断面図である。
【図１１】本発明の実施例４になる電子部品実装後の断面図である。
【図１２】本発明の実施例５になる電子部品実装後の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明にかかる電子部品の実装方法の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本実施例におけるサーマルパッド付ＱＦＰをプリント基板に実装した状態の断面図である。まず、本構造における構成と特徴について図１を用いて説明する。プリント基板の表面に搭載されているサーマルパッド付ＱＦＰは、プリント基板と電気的に接続するために複数のリードと、部品の裏側にサーマルパッドが設けられている。本実施例では、サーマルパッド付電子部品の例として、ＱＦＰを用いたが、サーマルパッドが設けられている他のタイプの電子部品であってもよい。
【００２０】
一方、プリント基板には、表面側にサーマルパッド付ＱＦＰを実装するためのパッドとして、リード接続用パッドとサーマルパッド接続用パッドが設けられており、これらのパッド上はソルダ―レジスト開口となっている。また、裏面側は、スルーホール孔の周囲を含んだサーマルパッド接続用パッドと同程度の範囲の領域に対して、銅ベタパターン（余剰はんだ吸収用パターン）が設けられており、その部位はソルダーレジスト開口となっている。なお、サーマルパッド接続用パッド上には、複数のスルーホールが配置されており、裏面側の銅ベタパターンに接続されている。ここで、プリント基板上の各パッド、スルーホール、銅ベタパターンは一般に銅で形成されているが、例えば、銅表面の酸化防止目的等でめっきや防錆処理剤が施されていてもよい。
【００２１】
次に、本発明におけるサーマルパッド付ＱＦＰがリフロー工程ではんだ付けされる際のはんだの挙動について説明する。サーマルパッド付ＱＦＰは、図６を用いて前述したように、プリント基板に搭載後、リフロー工程で熱が加えられ、リード接続用パッド及びサーマルパッド接続用パッド上のクリームはんだが溶融し、接続される。この時、リード接続用パッド上のはんだは、サーマルパッド付ＱＦＰのリード部に濡れ広がり、同時に、サーマルパッド接続用パッド上のはんだも、サーマルパッド上に濡れ広がるが、一部の余剰となったはんだは、サーマルパッド上のスルーホールを介して、裏面の銅ベタパターン上に濡れ広がる。
【００２２】
例えば、サーマルパッド付ＱＦＰの部品製造公差等により、サーマルパッドとサーマルパッド接続用パッドの間隔が極端に狭い場合や、クリームはんだに含まれるフラックスの気化により、ガスが発生し、これがスルーホール内を通って逃げようとする場合に、ガスによりはんだがスルーホールへ押し込まれ、余剰はんだとなる場合がある。しかし、本構造とすることで、サーマルパッド付ＱＦＰのサーマルパッド接続用パッド上のはんだが余剰となった場合、スルーホールを介して裏面に到達するが、突出とはならず、銅ベタパターン表面に濡れ広がる。これにより、裏面のスルーホール部で、はんだが突出することがなくなるため、結果としてはんだ印刷性を安定させることが可能となる。
【００２３】
尚、裏面の銅ベタパターンのサイズは、必ずしもサーマルパッド接続用パッドサイズと同等である必要はなく、必要に応じて変更してもよい。銅ベタパターンのサイズを大きくすることで、余剰はんだの吸収量を多くすることができる。
【００２４】
また、裏面のソルダーレジストは、必要に応じて厚くしておいてもよい。これにより、裏面ソルダーレジスト厚みの分、余剰はんだが銅ベタパターン上に濡れ広がれる体積が増えるため、余剰はんだ吸収能力を高めることが可能となり、結果として、銅ベタパターン面積を小さくすることが可能である。
【００２５】
次に、図７及び図８を用いて、本発明の設計例について説明する。ここでは、銅ベタパターンの必要面積を求める例を示す。図７は、図１と同様に、本実施例におけるサーマルパッド付ＱＦＰをプリント基板に実装した状態の断面図である。図８は、本実施例におけるプリント基板の斜視図である。
【００２６】
まず、実装不良を発生させないための裏面側はんだ突出量の判定式を式１に示す。
ｔｂ＜ｔｓ・・・式１
ここで、裏面はんだ厚（ｔｂ）は、以下に示す式２で算出する事が出来、
ｔｂ＝Ｖｂ／ａ・・・式２
さらに、式１、式２より、式３の関係式が求められる。
ａ＞Ｖｂ／ｔｓ・・・式３
ここで、Ｖｂは以下に示す式４〜式７で算出できる。
Ｖｂ＝Ｖｓ−（Ｖｔ＋Ｖｔｈ）・・・式４
Ｖｓ＝ｓ×ｒ×ｔｍ・・・式５
Ｖｔ＝ｓ×ｇ・・・式６
Ｖｔｈ＝π×（ｄ／２）２×ｔｐ×ｋ・・・式７
ａ：銅ベタパターン面積、ｓ：サーマルパッド接続用パッド面積、ｓｍ：サーマルパッド接続用パッド部のメタルマスク開口面積、ｒ：はんだ供給面積比 ｓｍ／ｓ、ｋ：サーマルパッド上のスルーホール数、ｄ：サーマルパッド上のスルーホール径、ｔｐ：プリント基板板厚、ｔｓ：裏面パターン上のソルダーレジスト厚、ｇ：部品下ギャップ高さ、ｔｍ：メタルマスク厚、Ｖｂ：銅ベタパターン表面のはんだ体積、ｔｂ：裏面はんだ厚、Ｖｓ：供給されるはんだ体積、Ｖｔ：部品下に充填可能なはんだ体積、Ｖｔｈ：スルーホール内に充填可能なはんだ体積
設計例として、下記値をそれぞれ式３〜式７に代入すると、ｓ：３６ｍｍ２（６．０ｍｍ×６．０ｍｍ）、ｋ：３３個、ｄ：０．３ｍｍ、ｔｐ：１.０ｍｍ、ｔｓ：０．００７ｍｍ、ｇ：０．０５ｍｍ、ｔｍ：０．１５ｍｍ、ｒ：０．８、ａ＞２６．７ｍｍ2となる。
【００２７】
本計算例では、銅ベタパターンが正方形の場合、銅ベタパターンサイズを５．２×５．２ｍｍ以上にすれば、裏面側のはんだ実装不良を低減することが出来る。一方、裏面パターン上のソルダーレジスト厚（ｔｓ）を、例えば０．０２ｍｍと厚くしておくことで、はんだ吸収能力を高く出来る。結果として、銅ベタパターン面積（ａ）は、ａ＞９．４ｍｍ2となり、裏面の銅ベタパターンは、３．１×３．１ｍｍ程度のサイズで済む。
【実施例２】
【００２８】
本発明にかかる電子部品の実装方法の実施例２について、図９を用いて説明する。図９に示すように、図１に示したサーマルパッド接続用のスルーホール形状を基板裏側の方の幅を広くする形で、段付スルーホールとしてもよい。段付スルーホールの数は、複数であってもよく、スルーホールと組み合わせてもよい。段付するホールとすることで、段付スルーホール内に多くのはんだをとどめることができるため、裏面の銅ベタパターンの領域を大きくとれない場合に好適である。
【実施例３】
【００２９】
本発明にかかる電子部品の実装方法の実施例３について、図１０を用いて説明する。図１０に示すように、図１に示した構造に加え、裏面の銅ベタパターン近傍の領域に、余剰はんだ吸収用スルーホールを設けておいてもよい。余剰はんだ吸収用スルーホールを設けることで、裏面の銅ベタパターン内で吸収しきれなかったはんだが、毛細管現象で吸い上げられるため、図１と比較し、さらなる余剰はんだの吸収が可能となる。なお、余剰はんだ吸収用スルーホールは、裏面側の銅ベタパターンと接続されており、表面側のサーマルパッド接続用パッドとは接続されていない。余剰はんだ吸収用スルーホールの位置は、リフロー時における余剰はんだが入り込み易くするため、極力、銅ベタパターンの近傍に配置するとよい。また、その数は複数であってもよい。また、その径は、大きいほど吸収能力が高くなるため、表面及び裏面の配線パターンに影響を与えない範囲で大きくするとよい。
【実施例４】
【００３０】
本発明にかかる電子部品の実装方法の実施例４について図１１を用いて説明する。図１１に示すように、図１０の余剰はんだ吸収用スルーホールを配置する代わりに、非貫通ビアを配置してもよい。非貫通ビアとすることで表面のパターン配線に影響を与えることなく電子部品を搭載することができるとともに、余剰はんだの吸収が可能となる。なお、その径と長さは、余剰はんだの吸収能力を高めるため、配線パターンに影響を与えない範囲で大きく、長くするとよい。
【実施例５】
【００３１】
本発明にかかる電子部品の実装方法の実施例５について図１２を用いて説明する。図１１に示すように、図１０の余剰はんだ吸収用スルーホールを配置する代わりに、基板裏側の方を広くする形で、段付スルーホールを配置してもよい。段付スルーホールとすることで、図１０と比較し、より多くの余剰はんだが吸収となる。
【００３２】
このように、サーマルパッド付電子部品が実装される面（表面）とは反対側の面（裏面）において、サーマルパッド接続用の領域と同程度、もしくはそれより大きい領域に対して、銅ベタパターン（余剰はんだ吸収用パターン）を設け、その部位にソルダーレジスト開口部を設けた構造としているので、サーマルパッド付電子部品を実装する際に、当該部品直下の裏面からスルーホールを介して、はんだが突出しなくなり、安定したはんだ印刷が可能となると共に、スルーホールを塞ぐ従来技術での課題であった実装不良の発生を防ぐことが可能となる。
【００３３】
すなわち、放熱、ＧＮＤ（接地）強化用サーマルパッド付の電子部品を実装するプリント基板において、プリント基板上のサーマルパッド接続用パッド（フットプリント）内にスルーホールを設けた場合、そのスルーホールを介して、プリント板の裏面から、実装上、問題となるようなはんだ突出が発生することがなくなる。
【００３４】
なお、本発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができ、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素（実施例１〜５の構成）を組み合わせることももちろん可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１００ 電子部品
２００ サーマルパッド
３００ サーマルパッド接続用パッド
４００ スルーホール
５００ はんだ
６００ リード
７００ リード接続用パッド
８００ プリント基板
９００ ソルダーレジスト
１０００ ソルダーレジスト開口部
１１００ 銅ベタパターン
１２００ 段付スルーホール
１３００ 余剰はんだ吸収用スルーホール
１４００ 非貫通ビア
１５００ 段付スルーホール。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーマルパッドを備えた電子部品の搭載面とソルダーレジストを有し前記搭載面とは反対側の面とを貫通するスルーホールを有したプリント基板に前記電子部品を実装するための電子部品の実装方法であって、
前記スルーホールは、前記プリント基板の前記サーマルパッドがはんだ付けされる部位に設けられ、
前記プリント基板の前記反対側の面には、前記スルーホール孔を含む周囲以外の部位に前記ソルダーレジストが設けられ、前記ソルダーレジストが設けられていない部位には前記はんだを吸収するパターン部材が設けられ、
前記電子部品は、前記サーマルパッドを介して前記プリント基板の前記搭載面にはんだ付けされる、
ことを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項２】
前記スルーホールの形状は、前記プリント基板の前記搭載面の方向よりも前記反対側の面の方向に広い幅を有した段付き形状である、
ことを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装方法。
【請求項３】
前記プリント基板の前記搭載面のうちの前記サーマルパッドを介してはんだ付けされる部位以外の部位と、前記プリント基板の前記反対側の面のうちの前記パターン部材が設けられた前記スルーホールの近傍の部位とを貫通する吸収用スルーホールをさらに備える、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品の実装方法。
【請求項４】
前記吸収用スルーホールの形状は、前記プリント基板の前記搭載面の方向よりも前記反対側の面の方向に広い幅を有した段付き形状である、
ことを特徴とする請求項３に記載の電子部品の実装方法。
【請求項５】
前記プリント基板の前記反対側の面のうちの前記パターン部材が設けられた前記スルーホールの近傍の部位に非貫通ビアをさらに備える、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子部品の実装方法。
【請求項１】
サーマルパッドを備えた電子部品の搭載面とソルダーレジストを有し前記搭載面とは反対側の面とを貫通するスルーホールを有したプリント基板に前記電子部品を実装するための電子部品の実装方法であって、
前記スルーホールは、前記プリント基板の前記サーマルパッドがはんだ付けされる部位に設けられ、
前記プリント基板の前記反対側の面には、前記スルーホール孔を含む周囲以外の部位に前記ソルダーレジストが設けられ、前記ソルダーレジストが設けられていない部位には前記はんだを吸収するパターン部材が設けられ、
前記電子部品は、前記サーマルパッドを介して前記プリント基板の前記搭載面にはんだ付けされる、
ことを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項２】
前記スルーホールの形状は、前記プリント基板の前記搭載面の方向よりも前記反対側の面の方向に広い幅を有した段付き形状である、
ことを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装方法。
【請求項３】
前記プリント基板の前記搭載面のうちの前記サーマルパッドを介してはんだ付けされる部位以外の部位と、前記プリント基板の前記反対側の面のうちの前記パターン部材が設けられた前記スルーホールの近傍の部位とを貫通する吸収用スルーホールをさらに備える、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品の実装方法。
【請求項４】
前記吸収用スルーホールの形状は、前記プリント基板の前記搭載面の方向よりも前記反対側の面の方向に広い幅を有した段付き形状である、
ことを特徴とする請求項３に記載の電子部品の実装方法。
【請求項５】
前記プリント基板の前記反対側の面のうちの前記パターン部材が設けられた前記スルーホールの近傍の部位に非貫通ビアをさらに備える、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子部品の実装方法。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２２７３４９（Ｐ２０１２−２２７３４９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９３４５７（Ｐ２０１１−９３４５７）
【出願日】平成２３年４月１９日（２０１１．４．１９）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１９日（２０１１．４．１９）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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