プリント配線板およびプリント回路装置ならびにプリント回路装置の製造方法
【課題】表面電極層等の剥がれが抑制されるプリント配線板、電子部品を実装したプリント回路装置、プリント回路装置の製造方法を提供する。
【解決手段】プリント配線板５１の基材１では、主表面に表面電極層２が形成され、所定の位置にスルーホール５が形成されている。スルーホール５の側壁には、スルーホール電極６が形成されている。基材１の内部には、内部電極層３が形成されている。内部電極層３は、スルーホール５の直径と同じ寸法を半径とする円の面積よりも大きい面積を有する。また、内部電極層３の厚さは、表面電極層２の厚さよりも厚くされている。
【解決手段】プリント配線板５１の基材１では、主表面に表面電極層２が形成され、所定の位置にスルーホール５が形成されている。スルーホール５の側壁には、スルーホール電極６が形成されている。基材１の内部には、内部電極層３が形成されている。内部電極層３は、スルーホール５の直径と同じ寸法を半径とする円の面積よりも大きい面積を有する。また、内部電極層３の厚さは、表面電極層２の厚さよりも厚くされている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント配線板およびプリント回路装置ならびにプリント回路装置の製造方法に関し、特に、電子部品がはんだ付けされるプリント配線板と、プリント配線板に電子部品がはんだ付けされたプリント回路装置と、そのようなプリント回路装置の製造方法とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリント配線板の一形態に、複数の電極層を備えた多層のプリント配線板がある。この種のプリント配線板では、基材の表面に表面電極が形成され、基材の内部に内部電極層が形成されている。表面電極層と内部電極層は、厚さ１８μｍ〜３５μｍ程度の銅箔をエッチングすることによって形成されている。プリント配線板における所定の位置には、電子部品を実装するためのスルーホールが形成されている。スルーホールの内壁には、無電解銅めっきあるいは電解銅めっきによってスルーホール電極が形成されている。スルーホール電極は、所定の表面電極層あるいは内部電極層に電気的に接続されている。また、表面電極のうち、はんだ付けが行われるランド以外の部分（領域）は、ソルダレジストによって覆われている。
【０００３】
近年、環境保護の観点から、電子部品をプリント配線板に実装するはんだとして、鉛を含まない無鉛はんだが使用されるようになった。ところが、自動車業界、電鉄業界あるいは社会インフラ業界等では、熱疲労耐性等の信頼性に問題があることから、無鉛はんだを使用することが見合わされている。
【０００４】
一方、部品メーカは、電極端子のめっき材やボール材に無鉛はんだを使用することを積極的に推進している。しかしながら、無鉛はんだを使用した電極にすず鉛共晶はんだを組み合わせると、継手の機械的特性が劣化する問題があることから、今後、上記業界においても、無鉛はんだを使用せざるを得ない場合が生じるとことが想定される。
【０００５】
無鉛はんだは、従来のすず鉛共晶はんだと比較すると、はんだとして引っ張り強さが大きく、伸びが少ない。また、無鉛はんだの溶融温度が、すず鉛共晶はんだの溶融温度よりも高いために、はんだ付けの際に、多層プリント配線板とはんだとの間の線膨張係数の差によって生じる歪が大きくなる。そのうえ、はんだ自体の応力緩和が起こりにくいために、プリント配線板が受ける応力が高くなる。その結果、スルーホールの周辺に位置するランドや、スルーホール内のスルーホール電極が基材から剥離してしまう現象が生じやすくなる。
【０００６】
このような剥離を防止するために、特許文献１では、ランドの外周端部をソルダレジストで覆う手法や、基材としてガラス転移点の高い基材を用いる手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２３７６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の手法では次のような問題点があった。プリント配線板の基材としてガラス転移点温度の高い基材を適用する場合には、通常適用されるガラスエポキシ樹脂基材と比較して、価格が高く、生産コストが上昇してしまうという問題がある。
【０００９】
また、ランド以外の領域をソルダレジストにて覆う場合には、ランドとしてある程度の領域（径）を確保する必要があり、導体の径が大きくなってしまう。そのため、スルーホールとスルーホールとの間隔（ピッチ）が狭い場合（狭ピッチ）には、この手法を適用することが困難になる。さらに、仮に、ソルダレジストによりランド（表面電極層）の剥離を抑制できたとしても、スルーホール内のスルーホール電極の剥離を防止することは困難である。
【００１０】
本発明の一つの目的は、上記した問題点を解決するプリント配線板を提供することであり、他の目的は、そのようなプリント配線板に電子部品を実装したプリント回路装置を提供することであり、さらに他の目的は、そのようなプリント回路装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るプリント配線板は、基材と貫通穴電極と第１電極層と第２電極層と内部電極層とを備えている。基材は、対向する第１主表面および第２主表面を有し、第１主表面の側から第２主表面の側へ向かって貫通する貫通穴を有する。貫通穴電極は、貫通穴の側壁に形成されている。第１電極層は、貫通穴における第１主表面側の第１開口端の周囲に形成され、貫通穴電極に接続される。第２電極層は、貫通穴における第２主表面側の第２開口端の周囲に形成され、貫通穴電極に接続されて溶融はんだに浸漬される。内部電極層は、貫通穴を周方向から取り囲むように、第１主表面と第２主表面との間の基材中に形成され、貫通穴の全周において貫通穴電極に接続されている。その内部電極層は、内部電極層の面積が、貫通穴の直径を半径とする円の面積よりも大きく設定されている条件、および、内部電極層の厚みが、第２電極層の厚みよりも厚く設定されている条件の少なくともいずれかの条件を具備するように形成されている。
【００１２】
本発明に係るプリント回路装置は、請求項１〜３のいずれかに記載のプリント配線板に、電子部品を実装したプリント回路装置であって、電子部品の端子とはんだとを備えている。電子部品の端子は基材の貫通穴に挿通される。はんだは、貫通穴電極と電子部品の端子とを電気的に接続して固定する。そのはんだとして、Ｓｎ−Ｓｂ系はんだ合金が適用される。
【００１３】
本発明に係るプリント回路装置の製造方法は、請求項４または５に記載のプリント回路装置の製造方法であって、以下の工程を備えている。基材の貫通穴に電子部品の端子を挿通する。基材の第２主表面の側を、はんだを溶融した溶融はんだに浸漬し、貫通穴に溶融はんだを充填する。溶融はんだから基材を引き上げて溶融はんだを冷却することにより、電子部品の端子を基材に固定する。溶融はんだを充填する工程では、貫通穴内のうち第２電極層から内部電極が形成されている位置まで溶融はんだが充填される条件のもとで溶融はんだに浸漬される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るプリント配線板によれば、内部電極層の面積が、貫通穴の直径を半径とする円の面積よりも大きく設定されている条件、および、内部電極層の厚みが、第２電極層の厚みよりも厚く設定されている条件の少なくともいずれかの条件を具備するように形成された内部電極層を備えていることで、溶融はんだに浸漬して電子部品をプリント配線板に実装する際に、貫通穴電極を伝導する溶融はんだの熱を内部電極層へ拡散させて、貫通穴の一方の開口端から溶融したはんだが他方の開口端へ向けて上がるのを抑制し、その結果、貫通穴電極等が基材から剥がれるのを効果的に防止することができる。
【００１５】
本発明に係るプリント回路装置によれば、溶融はんだが貫通穴を上昇するのが抑制される結果、第１電極層、第２電極層および貫通穴電極が基材から剥がれるのを阻止して、信頼性を確保することできる。
【００１６】
本発明に係るプリント回路装置の製造方法によれば、溶融はんだが貫通穴を上昇するのを抑制して、第１電極層、第２電極層および貫通穴電極が基材から剥がれるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１に係るプリント配線板を示す部分平面図である。
【図２】同実施の形態において、図１に示す断面線ＩＩ−ＩＩにおける部分断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係るプリント回路装置の製造方法の一工程を示す部分断面図である。
【図４】同実施の形態において、図３に示す工程の後に行なわれる工程を示す部分断面図である。
【図５】同実施の形態において、図４に示す工程の後に行なわれる工程を示す部分断面図である。
【図６】比較例に係るプリント配線板を示す部分断面図である。
【図７】比較例に係るプリント回路装置の製造方法の一工程を示す部分断面図である。
【図８】図７に示す工程の後に行なわれる工程を示す部分断面図である。
【図９】比較例に係るプリント回路装置における問題点を説明するための部分断面図である。
【図１０】同実施の形態において、電子部品を実装する際の熱の流れを示す部分断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係るプリント配線板を示す部分断面図である。
【図１２】同実施の形態において、図１１に示すプリント配線板を用いたプリント回路装置の製造方法の一工程を示す部分断面図である。
【図１３】同実施の形態において、図１２に示す工程の後に行なわれる工程を示す部分断面図である。
【図１４】同実施の形態において、図１３に示す工程の後に行なわれる工程を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
実施の形態１
本発明の実施の形態１に係るプリント配線板について説明する。図１および図２に示すように、プリント配線板５１では、互いに対向する主表面を有する基材１のそれぞれの主表面に表面電極２が形成されている。基材１は、たとえば、ガラスエポキシ樹脂から形成されている。表面電極２は、銅箔による電極パターンとされる。基材１には、所定の位置に一方の主表面の側から他方の主表面の側へ向かって貫通したスルーホール５が形成されている。スルーホール５の直径は、たとえば１ｍｍとされる。スルーホール５の側壁には、スルーホール電極６が形成されている。スルーホール電極６は、無電解めっきまたは電解めっきによって、基材１を貫通する開口部１ａの側壁面を覆うように形成されている。
【００１９】
基材１の内部には、内部電極層３，３ａ，３ｂが形成されている。内部電極層３ａ，３ｂのそれぞれは、スルーホール５の直径と同じ寸法を半径とする円の面積よりも大きい面積を有し、スルーホール５の全周においてスルーホール電極６に接続されている。また、内部電極層３ａ，３ｂのそれぞれは、たとえば、表面電極層２の厚さ（Ｔ１：約３５μｍ）よりも厚い約１０５μｍの厚さ（Ｔ２）の銅箔から形成されて、その半径は１ｍｍとされる。
【００２０】
図１に示すように、溶融はんだに浸漬される側の表面電極層２のうち、はんだ付けが行われるランド４では、スルーホール５を周方向から断続的に取り囲む態様で表面電極層２の部分を除去した切欠き１３が設けられている。ランド４以外の領域では、表面電極層２を覆うようにソルダレジスト７が形成されている。
【００２１】
図２に示すように、この切欠き１３は、ソルダレジスト７によって覆われていない円形領域内に位置する表面電極層２の部分の外周部と、ランド４よりも外側に位置してソルダレジスト７によって覆われている表面電極層２の部分Ａの内周部とが繋がっている長さが、たとえば、この円形領域の全周の約２０％になるように形成されている。なお、表面電極２のうち、溶融はんだに浸漬される側は下端電極層１４となり、その反対側は上端電極層１５となる。
【００２２】
上述したプリント配線板５１では、基材１中に形成される内部電極層３が、スルーホール５の直径に基づく所定の面積を有するとともに、表面電極層２よりも厚い厚みを有し、スルーホール電極６とはスルーホール５の全周において接続されている。これにより、後で詳しく説明するように、溶融はんだに浸漬して電子部品をプリント配線基板５１に実装する際に、スルーホール電極６を伝導する溶融はんだの熱を十分な熱容量を有する内部電極層３へ拡散させることができる。その結果、溶融はんだに浸漬されたスルーホール５の一方の開口端から溶融したはんだが他方の開口端へ向けて上がるのが抑制されて、スルーホール電極６等が基材１から剥がれるを効果的に防止することができる。
【００２３】
また、溶融はんだに浸漬される側の表面電極層２では、スルーホール５を周方向から断続的に取り囲むように、表面電極層２の部分を除去した切欠き１３が設けられている。これにより、溶融はんだに浸漬する際に、表面電極２からスルーホール電極６に向かって伝導する溶融はんだの熱（量）が制限されて、一方の開口端から溶融したはんだが他方の開口端へ向けて上がるのを効果的に抑制することができる。
【００２４】
なお、上述したプリント配線板５１として、２層（下端電極層と上端電極層）の表面電極層２と２層の内部電極層３の合計４層の電極層の場合を例に挙げて説明した。プリント配線板としては、４層の電極層を備えたものに限られず、２層（下端電極層と上端電極層）の表面電極層と１層の内部電極層の少なくとも３層の電極層を備えたプリント配線板であれば、スルーホール電極を伝導する溶融はんだの熱を内部電極層へ拡散させることができる。
【００２５】
また、内部電極層３の大きさとして、外周が半径約１ｍｍの円となる環状の内部電極層３を例に挙げて説明した。内部電極層３の大きさとしてはこのサイズに限られるものではなく、スルーホール５の直径と同じ寸法の半径をの円の面積より大きい面積を有する内部電極層であれば、スルーホール電極６を伝導する溶融はんだの熱を内部電極層３へ拡散させることができる。
【００２６】
さらに、内部電極層３の厚さとして１０５μｍの内部電極層３を例に挙げて説明したが、溶融したはんだがスルーホール５内を上がるのを抑制できる熱容量を有し、スルーホール電極６との十分な接触面積を確保することができる厚みであれば、上述した厚みに限られるものではない。
【００２７】
また、切欠き１３として、ソルダレジスト７によって覆われていない円形領域の全周の約２０％となるように形成する場合を例に挙げて説明したが、スルーホール５の周辺からスルーホール５に向かって熱が伝導するのを抑制することができれば、このような切欠き１３に限られず、たとえば、三角形状や菱形形状の切欠きでもよい。さらに、表面電極層２の厚さとして３５μｍを例に挙げ、また、スルーホール５の開口径として１ｍｍを例に挙げたが、表面電極層３の厚さおよびスルーホール５の開口径としては、これらに限られるものではない。
【００２８】
実施の形態２
ここでは、前述したプリント配線板に電子部品を実装したプリント回路装置の製造方法について説明する。電子部品は、無鉛はんだによるフローはんだ付けによって、プリント配線板へ実装される。
【００２９】
まず、図３に示すように、スルーホール５に電子部品の電極端子８を挿入した後、溶融はんだとして、たとえば、Ｓｎ−Ｓｂ系組成を有する所定温度の溶融はんだ（Ｓｎ−Ｓｂ系はんだ合金）９にプリント配線板５１を所定時間だけ接触させて、電極端子８をスルーホール５にはんだ付けする。
【００３０】
このとき、溶融はんだ９はスルーホール５中を上昇して内部電極層３が位置する高さに到達すると、溶融はんだ９の熱が熱容量の大きい内部電極層３へ熱拡散（熱伝導）する。これにより、溶融はんだ９の温度は下がり、はんだの凝固が始まる。また、このとき、表面電極層（下端電極１４）からスルーホール５へ向かって伝導する溶融はんだの熱は、切り欠き１３によってその伝導が制限されることになる。
【００３１】
次に、図４に示すように、プリント配線板を溶融はんだから引き上げた直後では、溶融はんだの熱による温度上昇によって、基材１に熱膨張が生じている。時間が経過して、プリント配線板５１の温度が室温にまで冷却されると、基材１とスルーホール５に充填されたはんだ１０が収縮をする。このとき、図５に示すように、スルーホール５の全体にはんだ１０が充填されていないために、基材１は比較的自由に収縮することができ、ランド４とスルーホール電極６を引き剥がす応力は小さくなる。こうして、電子部品がはんだ付けによりプリント配線板に実装されたプリント回路装置６１が完成する。
【００３２】
上述したプリント回路装置の製造方法では、前述したプリント配線板を適用することで、ランドの剥離、あるいは、スルーホール電極の剥離を防止することができる。このことについて、比較例との関係で説明する。
【００３３】
まず、比較例に係るプリント配線板１５１では、図６に示すように、基材１０１の表面に表面電極１０２が形成され、基材１０１の内部に内部電極層１０３．１０３ａ，１０３ｂが形成されている。表面電極層１０２と内部電極層１０３は、厚さ１８μｍ〜３５μｍ程度の銅箔をエッチングすることによって形成されている。プリント配線板１５１に形成されたスルーホール１０５の内壁には、スルーホール電極１０６が形成されている。スルーホール電極１０６は、所定の表面電極層１０２あるいは内部電極層１０３に電気的に接続されている。また、表面電極１０２のうち、はんだ付けが行われるランド１０４以外の部分は、ソルダレジスト１０７によって覆われている。
【００３４】
まず、図７に示すように、スルーホール１０５に電子部品の電極端子１０８を挿入した後、所定温度の溶融はんだ１０９にプリント配線板１５１を接触させて、電極端子１０８をスルーホール１０５にはんだ付けする。次に、図８に示すように、プリント配線板１５１を溶融はんだ１０９から引き上げた直後では、溶融はんだ１０９の熱による温度上昇によって、基材１０１に熱膨張が生じている。
【００３５】
たとえば、ガラスエポキシ樹脂からなる基材１０１の厚さ方向での線膨張係数は、ガラス転移点温度（たとえば１４０℃）以下では通常５０〜７０ｐｐｍ／℃であり、ガラス転移点温度以上では２００〜３５０ｐｐｍ／℃である。このため、室温２０℃、無鉛はんだの溶融温度を２２０℃とすると、厚さ１．６ｍｍの基材の場合では、基材は熱膨張により厚み方向に３５〜６０μｍ膨張することになる。
【００３６】
一方、はんだの線膨張係数は２０〜２５ｐｐｍ／℃である。このため、上記同じ条件（室温２０℃、溶融温度２２０℃）のもとでは、はんだは、はんだフィレット厚を１ｍｍとすると、熱膨張により４〜５μｍ膨張することになる。
【００３７】
このように、フローはんだ付けによって電子部品をプリント配線板に実装する際に生じる熱膨張においては、プリント配線板１５１の基材１０１の熱膨張がはんだ１１０の熱膨張よりも１桁程度大きい。このため、熱膨張したプリント配線板１５１の基材１０１とはんだ１１０が室温（２０℃）程度にまで冷却される際には、プリント配線板１５１の基材１０１がはんだ１１０よりもより大きく収縮することになる。
【００３８】
プリント配線板１５１の基材１０１は、加熱前の状態に戻ろうとして収縮しようとするが、スルーホール１０５内に充填されたはんだ１１０によって拘束されてしまい、自由に収縮することができなくなる。このため、図９に示すように、ランド１０４とプリント配線板１５１の基材１０１との界面にランド１０４を引き剥がす方向の応力が発生し、ランド１０４が基材１０１から剥離してしまうことがある。また、スルーホール電極１０６がスルーホール１０５の側壁から剥がれてしまう場合もある。
【００３９】
さらに、ランド１０４が基材１０１から剥離して熱ストレスを受けると、剥離したランド１０４に接続されている配線パターン（図示せず）も基材１０１から剥離することがある。また、スルーホール電極１０６が剥離して熱ストレスを受けると、スルーホール電極１０６と内部電極層１０３との接続部分（図示せず）が断裂することがある。
【００４０】
これに対して、本実施の形態に係るプリント回路装置の製造方法では、まず、プリント配線板として前述したプリント配線板５１を用いる。プリント配線板５１では、内部電極層３がスルーホール５の直径に基づく所定の面積を有するとともに、表面電極層２よりも厚い厚みを有し、スルーホール電極６とはスルーホール５の全周において接続されている。これにより、図１０に示すように、溶融はんだ９に浸漬して電子部品をプリント配線基板５１に実装する際に、スルーホール電極６を伝導する溶融はんだ９の熱を十分な熱容量を有する内部電極層３へ拡散させることができる（矢印７３と矢印７４を参照）。
【００４１】
また、溶融はんだ９に浸漬される側の表面電極層２では、スルーホール５を周方向から断続的に取り囲むように、表面電極層２の部分を除去した切欠き１３（図１参照）が設けられている。これにより、溶融はんだ９に浸漬する際に、表面電極２からスルーホール電極６に向かって伝導する溶融はんだ９の熱（量）を制限することができる（矢印７１と矢印７２を参照）。
【００４２】
しかも、はんだ付け条件として、溶融はんだ９が内部電極層３が位置する高さに到達した時点で、溶融はんだ９が凝固するように、溶融はんだ９との接触時間等の条件があらかじめ設定されている。これにより、はんだ１０をスルーホール５内の全体にわたって充填させることなく、スルーホール５内の一部に部分的に充填した状態をより確実に実現して、電子部品をプリント配線板５１に実装することができる。
【００４３】
このため、プリント配線板５１等が室温にまで冷却される際に、プリント配線板５１の基材１は、比較例の場合と比べて、スルーホール５内に充填されたはんだ１０によって拘束されることが抑制されて、より自由に収縮することができる。その結果、ランド４およびスルーホール電極６を引き剥がす応力が小さくなって、ランド４やスルーホール電極６等が基材１から剥がれるを効果的に防止することができる。
【００４４】
また、上述したプリント回路装置の製造方法では、はんだとして、Ｓｎ−Ｓｂ系はんだ合金を用いた場合について説明した。Ｓｎ−Ｓｂ系はんだ合金の場合には、スルーホール５内の一部に部分的に充填して電子部品を実装した場合であっても、スルーホールの全体にわたってＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金を充填して電子部品を実装した場合に比べて、電子部品の電極端子が接続されている部分の信頼性は高いことが発明者らによって確認された。
【００４５】
実施の形態３
ここでは、基材を貫通させない非貫通スルーホールを備えたプリント配線板と、それを用いたプリント回路装置の製造方法について説明する。
【００４６】
図１１に示すように、プリント配線板５２では、溶融はんだに浸漬されない側の表面から内部電極層３ｂを貫通して内部電極層３ａに達する、基材１を貫通させない非貫通スルーホール１６が形成されている。非貫通スルーホール１６の側壁には、銅などの熱伝導性の高い膜が形成されている。内部電極層３と表面電極層（上端電極層１５）２とを、非貫通スルーホール１６の側壁に形成された熱伝導性の高い膜によって接続することで、内部電極層３の熱容量がより大きくなる。なお、これ以外に構成については、図２に示すプリント配線板５１と同様なので、同一部材には同一符号を付しその説明を繰り返さない。
【００４７】
次に、上述したプリント配線板５２に電子部品を実装したプリント回路装置の製造方法について説明する。まず、図１２に示すように、スルーホール５に電子部品の電極端子８を挿入した後、たとえば、Ｓｎ−Ｓｂ系組成を有する所定温度の溶融はんだ（Ｓｎ−Ｓｂ系はんだ合金）９にプリント配線板５２を所定時間だけ接触させて、電極端子８をスルーホール５にはんだ付けする。
【００４８】
このとき、溶融はんだ９はスルーホール５中を上昇して内部電極層３が位置する高さに到達すると、溶融はんだ９の熱が熱容量の大きい内部電極層３へ熱拡散（熱伝導）する。内部電極層３へ伝導した熱は、さらに、非貫通スルーホールの側壁に形成された熱伝導性の高い膜を伝導して表面電極層（上端電極層１５）２に達し、外気に放熱されることになる。
【００４９】
これにより、溶融はんだ９の温度はより速く下がり、はんだの凝固が速められる。また、前述したように、内部電極層（下端電極１４）からスルーホール５へ向かって伝導する溶融はんだの熱は、切り欠き（図示せず）によってその伝導が制限されることになる。
【００５０】
次に、図１３に示すように、プリント配線板５２を溶融はんだ９から引き上げた直後では、溶融はんだ９の熱による温度上昇によって、基材１に熱膨張が生じている。時間が経過して、プリント配線板５２の温度が室温にまで冷却されると、基材１とスルーホール５に充填されたはんだ１０が収縮をする。このとき、図１４に示すように、スルーホール５の全体にはんだ１０が充填されていないために、基材１は比較的自由に収縮することができ、ランド４とスルーホール電極６を引き剥がす応力は小さくなる。こうして、電子部品がはんだ付けによりプリント配線板５２に実装されたプリント回路装置６１が完成する。
【００５１】
上述したプリント回路装置の製造方法では、まず、前述したプリント配線板５１と同様に、表面電極２からスルーホール電極６に向かって伝導する溶融はんだ９の熱（量）を制限することができ、また、溶融はんだ９が内部電極層３が位置する高さに到達した時点で、溶融はんだ９が凝固するように、溶融はんだ９との接触時間等の条件があらかじめ設定されている。
【００５２】
しかも、プリント配線板として、非貫通スルーホール１６が形成されたプリント配線板５２を用いることで、プリント配線板の熱容量をより大きくすることができるとともに、スルーホール電極６から内部電極層３に伝導した熱を、非貫通スルーホール１６を経て表面電極層（上端電極層１５）２から大気中へ放出（放熱）させることができる。
【００５３】
これにより、はんだ１０をスルーホール５内の全体にわたって充填させることなく、スルーホール５内の一部に部分的に充填した状態を確実に実現して、電子部品をプリント配線板５２に実装することができる。
【００５４】
なお、上述した各実施の形態において説明したプリント配線板５１，５２では、内部電極層３の面積が、スルーホール５の直径を半径とする円の面積よりも大きく設定されている条件（条件Ａ）と、内部電極層３の厚みが、表面電極層２の厚みよりも厚く設定されている条件（条件Ｂ）の双方の条件を備えたプリント配線板を例に挙げて説明した。
【００５５】
プリント配線板としては、必ずしも条件Ａと条件Ｂの双方の条件を備えたプリント配線板に限られず、溶融はんだが、スルーホールの全体にわたって充填されず、内部電極が形成されている位置まで溶融はんだを上昇させて凝固させることができれば、いずれか一方の条件だけを備えたプリント配線板でもよい。
【００５６】
また、上述したプリント回路装置の製造方法では、プリント配線板５２として、２層（下端電極層と上端電極層）の表面電極層２と２層の内部電極層３の合計４層の電極層の場合を例に挙げて説明したが、前述したプリント配線板５１の場合と同様に、少なくとも３層の電極層を備えたプリント配線板であれば、スルーホール電極６を伝導する溶融はんだの熱を内部電極層３へ拡散させることができる。
【００５７】
さらに、実施の形態２，３では、電子部品をプリント配線板に実装するはんだとしては、Ｓｎ−Ｓｂ系はんだ合金を例に挙げて説明した。はんだとしては、Ｓｎ−Ｓｂ系はんだ合金の他に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｓｂ系はんだ合金、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｓｂ系はんだ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｓｂ系はんだ合金、Ｓｎ−Ｉｎ系はんだ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ系はんだ合金、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｉｎ系はんだ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｉｎ系はんだ合金、Ｓｎ−Ｂｉ系はんだ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系はんだ合金、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｂｉ系はんだ合金、あるいは、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ系はんだ合金でもよい。また、Ｓｂ、ＩｎおよびＢｉのうちのいずれか２つ以上の金属を添加したＳｎ系はんだ合金でもよい。これらのはんだの場合にも、Ｓｎ−Ｓｂ系はんだ合金の場合と同様の効果を得ることができる。
【００５８】
また、上述した各プリント回路装置の製造方法では、フローはんだ付けにより電子部品をプリント配線板に実装する場合について説明した。電子部品をプリント配線板に実装する手法としては、フローはんだ付けによる他に、たとえば、はんだをコテにより溶融させてはんだ付けする方法でもよい。
【００５９】
今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、プリント配線板を用いた機器の製造に有効に利用される。
【符号の説明】
【００６１】
１ 基材、１ａ 開口部、２ 表面電極層、３，３ａ，３ｂ 内部電極層、４ ランド、５ スルーホール、６ スルーホール電極、７ ソルダレジスト、８ 電子部品の電極端子、９ 溶融はんだ、１０ はんだ、１３ 切り欠き、１４ 下端電極層、１５ 上端電極層、１６ 非貫通スルーホール、５１ プリント配線板、５２ プリント配線板、６１ プリント回路装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント配線板およびプリント回路装置ならびにプリント回路装置の製造方法に関し、特に、電子部品がはんだ付けされるプリント配線板と、プリント配線板に電子部品がはんだ付けされたプリント回路装置と、そのようなプリント回路装置の製造方法とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリント配線板の一形態に、複数の電極層を備えた多層のプリント配線板がある。この種のプリント配線板では、基材の表面に表面電極が形成され、基材の内部に内部電極層が形成されている。表面電極層と内部電極層は、厚さ１８μｍ〜３５μｍ程度の銅箔をエッチングすることによって形成されている。プリント配線板における所定の位置には、電子部品を実装するためのスルーホールが形成されている。スルーホールの内壁には、無電解銅めっきあるいは電解銅めっきによってスルーホール電極が形成されている。スルーホール電極は、所定の表面電極層あるいは内部電極層に電気的に接続されている。また、表面電極のうち、はんだ付けが行われるランド以外の部分（領域）は、ソルダレジストによって覆われている。
【０００３】
近年、環境保護の観点から、電子部品をプリント配線板に実装するはんだとして、鉛を含まない無鉛はんだが使用されるようになった。ところが、自動車業界、電鉄業界あるいは社会インフラ業界等では、熱疲労耐性等の信頼性に問題があることから、無鉛はんだを使用することが見合わされている。
【０００４】
一方、部品メーカは、電極端子のめっき材やボール材に無鉛はんだを使用することを積極的に推進している。しかしながら、無鉛はんだを使用した電極にすず鉛共晶はんだを組み合わせると、継手の機械的特性が劣化する問題があることから、今後、上記業界においても、無鉛はんだを使用せざるを得ない場合が生じるとことが想定される。
【０００５】
無鉛はんだは、従来のすず鉛共晶はんだと比較すると、はんだとして引っ張り強さが大きく、伸びが少ない。また、無鉛はんだの溶融温度が、すず鉛共晶はんだの溶融温度よりも高いために、はんだ付けの際に、多層プリント配線板とはんだとの間の線膨張係数の差によって生じる歪が大きくなる。そのうえ、はんだ自体の応力緩和が起こりにくいために、プリント配線板が受ける応力が高くなる。その結果、スルーホールの周辺に位置するランドや、スルーホール内のスルーホール電極が基材から剥離してしまう現象が生じやすくなる。
【０００６】
このような剥離を防止するために、特許文献１では、ランドの外周端部をソルダレジストで覆う手法や、基材としてガラス転移点の高い基材を用いる手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２３７６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の手法では次のような問題点があった。プリント配線板の基材としてガラス転移点温度の高い基材を適用する場合には、通常適用されるガラスエポキシ樹脂基材と比較して、価格が高く、生産コストが上昇してしまうという問題がある。
【０００９】
また、ランド以外の領域をソルダレジストにて覆う場合には、ランドとしてある程度の領域（径）を確保する必要があり、導体の径が大きくなってしまう。そのため、スルーホールとスルーホールとの間隔（ピッチ）が狭い場合（狭ピッチ）には、この手法を適用することが困難になる。さらに、仮に、ソルダレジストによりランド（表面電極層）の剥離を抑制できたとしても、スルーホール内のスルーホール電極の剥離を防止することは困難である。
【００１０】
本発明の一つの目的は、上記した問題点を解決するプリント配線板を提供することであり、他の目的は、そのようなプリント配線板に電子部品を実装したプリント回路装置を提供することであり、さらに他の目的は、そのようなプリント回路装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るプリント配線板は、基材と貫通穴電極と第１電極層と第２電極層と内部電極層とを備えている。基材は、対向する第１主表面および第２主表面を有し、第１主表面の側から第２主表面の側へ向かって貫通する貫通穴を有する。貫通穴電極は、貫通穴の側壁に形成されている。第１電極層は、貫通穴における第１主表面側の第１開口端の周囲に形成され、貫通穴電極に接続される。第２電極層は、貫通穴における第２主表面側の第２開口端の周囲に形成され、貫通穴電極に接続されて溶融はんだに浸漬される。内部電極層は、貫通穴を周方向から取り囲むように、第１主表面と第２主表面との間の基材中に形成され、貫通穴の全周において貫通穴電極に接続されている。その内部電極層は、内部電極層の面積が、貫通穴の直径を半径とする円の面積よりも大きく設定されている条件、および、内部電極層の厚みが、第２電極層の厚みよりも厚く設定されている条件の少なくともいずれかの条件を具備するように形成されている。
【００１２】
本発明に係るプリント回路装置は、請求項１〜３のいずれかに記載のプリント配線板に、電子部品を実装したプリント回路装置であって、電子部品の端子とはんだとを備えている。電子部品の端子は基材の貫通穴に挿通される。はんだは、貫通穴電極と電子部品の端子とを電気的に接続して固定する。そのはんだとして、Ｓｎ−Ｓｂ系はんだ合金が適用される。
【００１３】
本発明に係るプリント回路装置の製造方法は、請求項４または５に記載のプリント回路装置の製造方法であって、以下の工程を備えている。基材の貫通穴に電子部品の端子を挿通する。基材の第２主表面の側を、はんだを溶融した溶融はんだに浸漬し、貫通穴に溶融はんだを充填する。溶融はんだから基材を引き上げて溶融はんだを冷却することにより、電子部品の端子を基材に固定する。溶融はんだを充填する工程では、貫通穴内のうち第２電極層から内部電極が形成されている位置まで溶融はんだが充填される条件のもとで溶融はんだに浸漬される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るプリント配線板によれば、内部電極層の面積が、貫通穴の直径を半径とする円の面積よりも大きく設定されている条件、および、内部電極層の厚みが、第２電極層の厚みよりも厚く設定されている条件の少なくともいずれかの条件を具備するように形成された内部電極層を備えていることで、溶融はんだに浸漬して電子部品をプリント配線板に実装する際に、貫通穴電極を伝導する溶融はんだの熱を内部電極層へ拡散させて、貫通穴の一方の開口端から溶融したはんだが他方の開口端へ向けて上がるのを抑制し、その結果、貫通穴電極等が基材から剥がれるのを効果的に防止することができる。
【００１５】
本発明に係るプリント回路装置によれば、溶融はんだが貫通穴を上昇するのが抑制される結果、第１電極層、第２電極層および貫通穴電極が基材から剥がれるのを阻止して、信頼性を確保することできる。
【００１６】
本発明に係るプリント回路装置の製造方法によれば、溶融はんだが貫通穴を上昇するのを抑制して、第１電極層、第２電極層および貫通穴電極が基材から剥がれるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１に係るプリント配線板を示す部分平面図である。
【図２】同実施の形態において、図１に示す断面線ＩＩ−ＩＩにおける部分断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係るプリント回路装置の製造方法の一工程を示す部分断面図である。
【図４】同実施の形態において、図３に示す工程の後に行なわれる工程を示す部分断面図である。
【図５】同実施の形態において、図４に示す工程の後に行なわれる工程を示す部分断面図である。
【図６】比較例に係るプリント配線板を示す部分断面図である。
【図７】比較例に係るプリント回路装置の製造方法の一工程を示す部分断面図である。
【図８】図７に示す工程の後に行なわれる工程を示す部分断面図である。
【図９】比較例に係るプリント回路装置における問題点を説明するための部分断面図である。
【図１０】同実施の形態において、電子部品を実装する際の熱の流れを示す部分断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係るプリント配線板を示す部分断面図である。
【図１２】同実施の形態において、図１１に示すプリント配線板を用いたプリント回路装置の製造方法の一工程を示す部分断面図である。
【図１３】同実施の形態において、図１２に示す工程の後に行なわれる工程を示す部分断面図である。
【図１４】同実施の形態において、図１３に示す工程の後に行なわれる工程を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
実施の形態１
本発明の実施の形態１に係るプリント配線板について説明する。図１および図２に示すように、プリント配線板５１では、互いに対向する主表面を有する基材１のそれぞれの主表面に表面電極２が形成されている。基材１は、たとえば、ガラスエポキシ樹脂から形成されている。表面電極２は、銅箔による電極パターンとされる。基材１には、所定の位置に一方の主表面の側から他方の主表面の側へ向かって貫通したスルーホール５が形成されている。スルーホール５の直径は、たとえば１ｍｍとされる。スルーホール５の側壁には、スルーホール電極６が形成されている。スルーホール電極６は、無電解めっきまたは電解めっきによって、基材１を貫通する開口部１ａの側壁面を覆うように形成されている。
【００１９】
基材１の内部には、内部電極層３，３ａ，３ｂが形成されている。内部電極層３ａ，３ｂのそれぞれは、スルーホール５の直径と同じ寸法を半径とする円の面積よりも大きい面積を有し、スルーホール５の全周においてスルーホール電極６に接続されている。また、内部電極層３ａ，３ｂのそれぞれは、たとえば、表面電極層２の厚さ（Ｔ１：約３５μｍ）よりも厚い約１０５μｍの厚さ（Ｔ２）の銅箔から形成されて、その半径は１ｍｍとされる。
【００２０】
図１に示すように、溶融はんだに浸漬される側の表面電極層２のうち、はんだ付けが行われるランド４では、スルーホール５を周方向から断続的に取り囲む態様で表面電極層２の部分を除去した切欠き１３が設けられている。ランド４以外の領域では、表面電極層２を覆うようにソルダレジスト７が形成されている。
【００２１】
図２に示すように、この切欠き１３は、ソルダレジスト７によって覆われていない円形領域内に位置する表面電極層２の部分の外周部と、ランド４よりも外側に位置してソルダレジスト７によって覆われている表面電極層２の部分Ａの内周部とが繋がっている長さが、たとえば、この円形領域の全周の約２０％になるように形成されている。なお、表面電極２のうち、溶融はんだに浸漬される側は下端電極層１４となり、その反対側は上端電極層１５となる。
【００２２】
上述したプリント配線板５１では、基材１中に形成される内部電極層３が、スルーホール５の直径に基づく所定の面積を有するとともに、表面電極層２よりも厚い厚みを有し、スルーホール電極６とはスルーホール５の全周において接続されている。これにより、後で詳しく説明するように、溶融はんだに浸漬して電子部品をプリント配線基板５１に実装する際に、スルーホール電極６を伝導する溶融はんだの熱を十分な熱容量を有する内部電極層３へ拡散させることができる。その結果、溶融はんだに浸漬されたスルーホール５の一方の開口端から溶融したはんだが他方の開口端へ向けて上がるのが抑制されて、スルーホール電極６等が基材１から剥がれるを効果的に防止することができる。
【００２３】
また、溶融はんだに浸漬される側の表面電極層２では、スルーホール５を周方向から断続的に取り囲むように、表面電極層２の部分を除去した切欠き１３が設けられている。これにより、溶融はんだに浸漬する際に、表面電極２からスルーホール電極６に向かって伝導する溶融はんだの熱（量）が制限されて、一方の開口端から溶融したはんだが他方の開口端へ向けて上がるのを効果的に抑制することができる。
【００２４】
なお、上述したプリント配線板５１として、２層（下端電極層と上端電極層）の表面電極層２と２層の内部電極層３の合計４層の電極層の場合を例に挙げて説明した。プリント配線板としては、４層の電極層を備えたものに限られず、２層（下端電極層と上端電極層）の表面電極層と１層の内部電極層の少なくとも３層の電極層を備えたプリント配線板であれば、スルーホール電極を伝導する溶融はんだの熱を内部電極層へ拡散させることができる。
【００２５】
また、内部電極層３の大きさとして、外周が半径約１ｍｍの円となる環状の内部電極層３を例に挙げて説明した。内部電極層３の大きさとしてはこのサイズに限られるものではなく、スルーホール５の直径と同じ寸法の半径をの円の面積より大きい面積を有する内部電極層であれば、スルーホール電極６を伝導する溶融はんだの熱を内部電極層３へ拡散させることができる。
【００２６】
さらに、内部電極層３の厚さとして１０５μｍの内部電極層３を例に挙げて説明したが、溶融したはんだがスルーホール５内を上がるのを抑制できる熱容量を有し、スルーホール電極６との十分な接触面積を確保することができる厚みであれば、上述した厚みに限られるものではない。
【００２７】
また、切欠き１３として、ソルダレジスト７によって覆われていない円形領域の全周の約２０％となるように形成する場合を例に挙げて説明したが、スルーホール５の周辺からスルーホール５に向かって熱が伝導するのを抑制することができれば、このような切欠き１３に限られず、たとえば、三角形状や菱形形状の切欠きでもよい。さらに、表面電極層２の厚さとして３５μｍを例に挙げ、また、スルーホール５の開口径として１ｍｍを例に挙げたが、表面電極層３の厚さおよびスルーホール５の開口径としては、これらに限られるものではない。
【００２８】
実施の形態２
ここでは、前述したプリント配線板に電子部品を実装したプリント回路装置の製造方法について説明する。電子部品は、無鉛はんだによるフローはんだ付けによって、プリント配線板へ実装される。
【００２９】
まず、図３に示すように、スルーホール５に電子部品の電極端子８を挿入した後、溶融はんだとして、たとえば、Ｓｎ−Ｓｂ系組成を有する所定温度の溶融はんだ（Ｓｎ−Ｓｂ系はんだ合金）９にプリント配線板５１を所定時間だけ接触させて、電極端子８をスルーホール５にはんだ付けする。
【００３０】
このとき、溶融はんだ９はスルーホール５中を上昇して内部電極層３が位置する高さに到達すると、溶融はんだ９の熱が熱容量の大きい内部電極層３へ熱拡散（熱伝導）する。これにより、溶融はんだ９の温度は下がり、はんだの凝固が始まる。また、このとき、表面電極層（下端電極１４）からスルーホール５へ向かって伝導する溶融はんだの熱は、切り欠き１３によってその伝導が制限されることになる。
【００３１】
次に、図４に示すように、プリント配線板を溶融はんだから引き上げた直後では、溶融はんだの熱による温度上昇によって、基材１に熱膨張が生じている。時間が経過して、プリント配線板５１の温度が室温にまで冷却されると、基材１とスルーホール５に充填されたはんだ１０が収縮をする。このとき、図５に示すように、スルーホール５の全体にはんだ１０が充填されていないために、基材１は比較的自由に収縮することができ、ランド４とスルーホール電極６を引き剥がす応力は小さくなる。こうして、電子部品がはんだ付けによりプリント配線板に実装されたプリント回路装置６１が完成する。
【００３２】
上述したプリント回路装置の製造方法では、前述したプリント配線板を適用することで、ランドの剥離、あるいは、スルーホール電極の剥離を防止することができる。このことについて、比較例との関係で説明する。
【００３３】
まず、比較例に係るプリント配線板１５１では、図６に示すように、基材１０１の表面に表面電極１０２が形成され、基材１０１の内部に内部電極層１０３．１０３ａ，１０３ｂが形成されている。表面電極層１０２と内部電極層１０３は、厚さ１８μｍ〜３５μｍ程度の銅箔をエッチングすることによって形成されている。プリント配線板１５１に形成されたスルーホール１０５の内壁には、スルーホール電極１０６が形成されている。スルーホール電極１０６は、所定の表面電極層１０２あるいは内部電極層１０３に電気的に接続されている。また、表面電極１０２のうち、はんだ付けが行われるランド１０４以外の部分は、ソルダレジスト１０７によって覆われている。
【００３４】
まず、図７に示すように、スルーホール１０５に電子部品の電極端子１０８を挿入した後、所定温度の溶融はんだ１０９にプリント配線板１５１を接触させて、電極端子１０８をスルーホール１０５にはんだ付けする。次に、図８に示すように、プリント配線板１５１を溶融はんだ１０９から引き上げた直後では、溶融はんだ１０９の熱による温度上昇によって、基材１０１に熱膨張が生じている。
【００３５】
たとえば、ガラスエポキシ樹脂からなる基材１０１の厚さ方向での線膨張係数は、ガラス転移点温度（たとえば１４０℃）以下では通常５０〜７０ｐｐｍ／℃であり、ガラス転移点温度以上では２００〜３５０ｐｐｍ／℃である。このため、室温２０℃、無鉛はんだの溶融温度を２２０℃とすると、厚さ１．６ｍｍの基材の場合では、基材は熱膨張により厚み方向に３５〜６０μｍ膨張することになる。
【００３６】
一方、はんだの線膨張係数は２０〜２５ｐｐｍ／℃である。このため、上記同じ条件（室温２０℃、溶融温度２２０℃）のもとでは、はんだは、はんだフィレット厚を１ｍｍとすると、熱膨張により４〜５μｍ膨張することになる。
【００３７】
このように、フローはんだ付けによって電子部品をプリント配線板に実装する際に生じる熱膨張においては、プリント配線板１５１の基材１０１の熱膨張がはんだ１１０の熱膨張よりも１桁程度大きい。このため、熱膨張したプリント配線板１５１の基材１０１とはんだ１１０が室温（２０℃）程度にまで冷却される際には、プリント配線板１５１の基材１０１がはんだ１１０よりもより大きく収縮することになる。
【００３８】
プリント配線板１５１の基材１０１は、加熱前の状態に戻ろうとして収縮しようとするが、スルーホール１０５内に充填されたはんだ１１０によって拘束されてしまい、自由に収縮することができなくなる。このため、図９に示すように、ランド１０４とプリント配線板１５１の基材１０１との界面にランド１０４を引き剥がす方向の応力が発生し、ランド１０４が基材１０１から剥離してしまうことがある。また、スルーホール電極１０６がスルーホール１０５の側壁から剥がれてしまう場合もある。
【００３９】
さらに、ランド１０４が基材１０１から剥離して熱ストレスを受けると、剥離したランド１０４に接続されている配線パターン（図示せず）も基材１０１から剥離することがある。また、スルーホール電極１０６が剥離して熱ストレスを受けると、スルーホール電極１０６と内部電極層１０３との接続部分（図示せず）が断裂することがある。
【００４０】
これに対して、本実施の形態に係るプリント回路装置の製造方法では、まず、プリント配線板として前述したプリント配線板５１を用いる。プリント配線板５１では、内部電極層３がスルーホール５の直径に基づく所定の面積を有するとともに、表面電極層２よりも厚い厚みを有し、スルーホール電極６とはスルーホール５の全周において接続されている。これにより、図１０に示すように、溶融はんだ９に浸漬して電子部品をプリント配線基板５１に実装する際に、スルーホール電極６を伝導する溶融はんだ９の熱を十分な熱容量を有する内部電極層３へ拡散させることができる（矢印７３と矢印７４を参照）。
【００４１】
また、溶融はんだ９に浸漬される側の表面電極層２では、スルーホール５を周方向から断続的に取り囲むように、表面電極層２の部分を除去した切欠き１３（図１参照）が設けられている。これにより、溶融はんだ９に浸漬する際に、表面電極２からスルーホール電極６に向かって伝導する溶融はんだ９の熱（量）を制限することができる（矢印７１と矢印７２を参照）。
【００４２】
しかも、はんだ付け条件として、溶融はんだ９が内部電極層３が位置する高さに到達した時点で、溶融はんだ９が凝固するように、溶融はんだ９との接触時間等の条件があらかじめ設定されている。これにより、はんだ１０をスルーホール５内の全体にわたって充填させることなく、スルーホール５内の一部に部分的に充填した状態をより確実に実現して、電子部品をプリント配線板５１に実装することができる。
【００４３】
このため、プリント配線板５１等が室温にまで冷却される際に、プリント配線板５１の基材１は、比較例の場合と比べて、スルーホール５内に充填されたはんだ１０によって拘束されることが抑制されて、より自由に収縮することができる。その結果、ランド４およびスルーホール電極６を引き剥がす応力が小さくなって、ランド４やスルーホール電極６等が基材１から剥がれるを効果的に防止することができる。
【００４４】
また、上述したプリント回路装置の製造方法では、はんだとして、Ｓｎ−Ｓｂ系はんだ合金を用いた場合について説明した。Ｓｎ−Ｓｂ系はんだ合金の場合には、スルーホール５内の一部に部分的に充填して電子部品を実装した場合であっても、スルーホールの全体にわたってＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金を充填して電子部品を実装した場合に比べて、電子部品の電極端子が接続されている部分の信頼性は高いことが発明者らによって確認された。
【００４５】
実施の形態３
ここでは、基材を貫通させない非貫通スルーホールを備えたプリント配線板と、それを用いたプリント回路装置の製造方法について説明する。
【００４６】
図１１に示すように、プリント配線板５２では、溶融はんだに浸漬されない側の表面から内部電極層３ｂを貫通して内部電極層３ａに達する、基材１を貫通させない非貫通スルーホール１６が形成されている。非貫通スルーホール１６の側壁には、銅などの熱伝導性の高い膜が形成されている。内部電極層３と表面電極層（上端電極層１５）２とを、非貫通スルーホール１６の側壁に形成された熱伝導性の高い膜によって接続することで、内部電極層３の熱容量がより大きくなる。なお、これ以外に構成については、図２に示すプリント配線板５１と同様なので、同一部材には同一符号を付しその説明を繰り返さない。
【００４７】
次に、上述したプリント配線板５２に電子部品を実装したプリント回路装置の製造方法について説明する。まず、図１２に示すように、スルーホール５に電子部品の電極端子８を挿入した後、たとえば、Ｓｎ−Ｓｂ系組成を有する所定温度の溶融はんだ（Ｓｎ−Ｓｂ系はんだ合金）９にプリント配線板５２を所定時間だけ接触させて、電極端子８をスルーホール５にはんだ付けする。
【００４８】
このとき、溶融はんだ９はスルーホール５中を上昇して内部電極層３が位置する高さに到達すると、溶融はんだ９の熱が熱容量の大きい内部電極層３へ熱拡散（熱伝導）する。内部電極層３へ伝導した熱は、さらに、非貫通スルーホールの側壁に形成された熱伝導性の高い膜を伝導して表面電極層（上端電極層１５）２に達し、外気に放熱されることになる。
【００４９】
これにより、溶融はんだ９の温度はより速く下がり、はんだの凝固が速められる。また、前述したように、内部電極層（下端電極１４）からスルーホール５へ向かって伝導する溶融はんだの熱は、切り欠き（図示せず）によってその伝導が制限されることになる。
【００５０】
次に、図１３に示すように、プリント配線板５２を溶融はんだ９から引き上げた直後では、溶融はんだ９の熱による温度上昇によって、基材１に熱膨張が生じている。時間が経過して、プリント配線板５２の温度が室温にまで冷却されると、基材１とスルーホール５に充填されたはんだ１０が収縮をする。このとき、図１４に示すように、スルーホール５の全体にはんだ１０が充填されていないために、基材１は比較的自由に収縮することができ、ランド４とスルーホール電極６を引き剥がす応力は小さくなる。こうして、電子部品がはんだ付けによりプリント配線板５２に実装されたプリント回路装置６１が完成する。
【００５１】
上述したプリント回路装置の製造方法では、まず、前述したプリント配線板５１と同様に、表面電極２からスルーホール電極６に向かって伝導する溶融はんだ９の熱（量）を制限することができ、また、溶融はんだ９が内部電極層３が位置する高さに到達した時点で、溶融はんだ９が凝固するように、溶融はんだ９との接触時間等の条件があらかじめ設定されている。
【００５２】
しかも、プリント配線板として、非貫通スルーホール１６が形成されたプリント配線板５２を用いることで、プリント配線板の熱容量をより大きくすることができるとともに、スルーホール電極６から内部電極層３に伝導した熱を、非貫通スルーホール１６を経て表面電極層（上端電極層１５）２から大気中へ放出（放熱）させることができる。
【００５３】
これにより、はんだ１０をスルーホール５内の全体にわたって充填させることなく、スルーホール５内の一部に部分的に充填した状態を確実に実現して、電子部品をプリント配線板５２に実装することができる。
【００５４】
なお、上述した各実施の形態において説明したプリント配線板５１，５２では、内部電極層３の面積が、スルーホール５の直径を半径とする円の面積よりも大きく設定されている条件（条件Ａ）と、内部電極層３の厚みが、表面電極層２の厚みよりも厚く設定されている条件（条件Ｂ）の双方の条件を備えたプリント配線板を例に挙げて説明した。
【００５５】
プリント配線板としては、必ずしも条件Ａと条件Ｂの双方の条件を備えたプリント配線板に限られず、溶融はんだが、スルーホールの全体にわたって充填されず、内部電極が形成されている位置まで溶融はんだを上昇させて凝固させることができれば、いずれか一方の条件だけを備えたプリント配線板でもよい。
【００５６】
また、上述したプリント回路装置の製造方法では、プリント配線板５２として、２層（下端電極層と上端電極層）の表面電極層２と２層の内部電極層３の合計４層の電極層の場合を例に挙げて説明したが、前述したプリント配線板５１の場合と同様に、少なくとも３層の電極層を備えたプリント配線板であれば、スルーホール電極６を伝導する溶融はんだの熱を内部電極層３へ拡散させることができる。
【００５７】
さらに、実施の形態２，３では、電子部品をプリント配線板に実装するはんだとしては、Ｓｎ−Ｓｂ系はんだ合金を例に挙げて説明した。はんだとしては、Ｓｎ−Ｓｂ系はんだ合金の他に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｓｂ系はんだ合金、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｓｂ系はんだ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｓｂ系はんだ合金、Ｓｎ−Ｉｎ系はんだ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ系はんだ合金、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｉｎ系はんだ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｉｎ系はんだ合金、Ｓｎ−Ｂｉ系はんだ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系はんだ合金、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｂｉ系はんだ合金、あるいは、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ系はんだ合金でもよい。また、Ｓｂ、ＩｎおよびＢｉのうちのいずれか２つ以上の金属を添加したＳｎ系はんだ合金でもよい。これらのはんだの場合にも、Ｓｎ−Ｓｂ系はんだ合金の場合と同様の効果を得ることができる。
【００５８】
また、上述した各プリント回路装置の製造方法では、フローはんだ付けにより電子部品をプリント配線板に実装する場合について説明した。電子部品をプリント配線板に実装する手法としては、フローはんだ付けによる他に、たとえば、はんだをコテにより溶融させてはんだ付けする方法でもよい。
【００５９】
今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、プリント配線板を用いた機器の製造に有効に利用される。
【符号の説明】
【００６１】
１ 基材、１ａ 開口部、２ 表面電極層、３，３ａ，３ｂ 内部電極層、４ ランド、５ スルーホール、６ スルーホール電極、７ ソルダレジスト、８ 電子部品の電極端子、９ 溶融はんだ、１０ はんだ、１３ 切り欠き、１４ 下端電極層、１５ 上端電極層、１６ 非貫通スルーホール、５１ プリント配線板、５２ プリント配線板、６１ プリント回路装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する第１主表面および第２主表面を有し、前記第１主表面の側から前記第２主表面の側へ向かって貫通する貫通穴を有する基材と、
前記貫通穴の側壁に形成された貫通穴電極と、
前記貫通穴における前記第１主表面側の第１開口端の周囲に形成され、前記貫通穴電極に接続される第１電極層と、
前記貫通穴における前記第２主表面側の第２開口端の周囲に形成され、前記貫通穴電極に接続されて溶融はんだに浸漬される第２電極層と、
前記貫通穴を周方向から取り囲むように、前記第１主表面と前記第２主表面との間の前記基材中に形成され、前記貫通穴の全周において前記貫通穴電極に接続された内部電極層と
を有し、
前記内部電極層は、前記内部電極層の面積が、前記貫通穴の直径を半径とする円の面積よりも大きく設定されている条件、および、前記内部電極層の厚みが、前記第２電極層の厚みよりも厚く設定されている条件の少なくともいずれかの条件を具備するように形成された、プリント配線板。
【請求項２】
前記第２主表面では、前記第２開口端を断続的に取り囲む態様で、前記第２電極層の部分が除去された切欠き部が形成された、請求項１記載のプリント配線板。
【請求項３】
前記基材を貫通させない態様で、前記第１電極層を貫通して前記内部電極層に達するように前記基材に形成された非貫通穴と、
前記非貫通穴の側壁に形成され、前記第１電極層および前記内部電極層と接続される非貫通穴電極と
を備えた、請求項１または２に記載のプリント配線板。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のプリント配線板に、電子部品を実装したプリント回路装置であって、
前記基材の前記貫通穴に挿通された電子部品の端子と、
前記貫通穴電極と前記電子部品の端子とを電気的に接続して固定するはんだと
を備え、
前記はんだとしてＳｎ−Ｓｂ系はんだ合金を適用した、プリント回路装置。
【請求項５】
前記はんだは、前記貫通穴内のうち前記第２電極層から前記内部電極が形成されている位置まで充填された、請求項４記載のプリント回路装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載のプリント回路装置の製造方法であって、
前記基材の前記貫通穴に電子部品の端子を挿通する工程と、
前記基材の前記第２主表面の側を、前記はんだを溶融した溶融はんだに浸漬し、前記貫通穴に前記溶融はんだを充填する工程と、
前記溶融はんだから前記基材を引き上げて前記溶融はんだを冷却することにより、前記電子部品の前記端子を前記基材に固定する工程と、
を備え、
前記溶融はんだを充填する工程では、前記貫通穴内のうち前記第２電極層から前記内部電極が形成されている位置まで前記溶融はんだが充填される条件のもとで前記溶融はんだに浸漬される、プリント回路装置の製造方法。
【請求項１】
対向する第１主表面および第２主表面を有し、前記第１主表面の側から前記第２主表面の側へ向かって貫通する貫通穴を有する基材と、
前記貫通穴の側壁に形成された貫通穴電極と、
前記貫通穴における前記第１主表面側の第１開口端の周囲に形成され、前記貫通穴電極に接続される第１電極層と、
前記貫通穴における前記第２主表面側の第２開口端の周囲に形成され、前記貫通穴電極に接続されて溶融はんだに浸漬される第２電極層と、
前記貫通穴を周方向から取り囲むように、前記第１主表面と前記第２主表面との間の前記基材中に形成され、前記貫通穴の全周において前記貫通穴電極に接続された内部電極層と
を有し、
前記内部電極層は、前記内部電極層の面積が、前記貫通穴の直径を半径とする円の面積よりも大きく設定されている条件、および、前記内部電極層の厚みが、前記第２電極層の厚みよりも厚く設定されている条件の少なくともいずれかの条件を具備するように形成された、プリント配線板。
【請求項２】
前記第２主表面では、前記第２開口端を断続的に取り囲む態様で、前記第２電極層の部分が除去された切欠き部が形成された、請求項１記載のプリント配線板。
【請求項３】
前記基材を貫通させない態様で、前記第１電極層を貫通して前記内部電極層に達するように前記基材に形成された非貫通穴と、
前記非貫通穴の側壁に形成され、前記第１電極層および前記内部電極層と接続される非貫通穴電極と
を備えた、請求項１または２に記載のプリント配線板。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のプリント配線板に、電子部品を実装したプリント回路装置であって、
前記基材の前記貫通穴に挿通された電子部品の端子と、
前記貫通穴電極と前記電子部品の端子とを電気的に接続して固定するはんだと
を備え、
前記はんだとしてＳｎ−Ｓｂ系はんだ合金を適用した、プリント回路装置。
【請求項５】
前記はんだは、前記貫通穴内のうち前記第２電極層から前記内部電極が形成されている位置まで充填された、請求項４記載のプリント回路装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載のプリント回路装置の製造方法であって、
前記基材の前記貫通穴に電子部品の端子を挿通する工程と、
前記基材の前記第２主表面の側を、前記はんだを溶融した溶融はんだに浸漬し、前記貫通穴に前記溶融はんだを充填する工程と、
前記溶融はんだから前記基材を引き上げて前記溶融はんだを冷却することにより、前記電子部品の前記端子を前記基材に固定する工程と、
を備え、
前記溶融はんだを充填する工程では、前記貫通穴内のうち前記第２電極層から前記内部電極が形成されている位置まで前記溶融はんだが充填される条件のもとで前記溶融はんだに浸漬される、プリント回路装置の製造方法。
【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２０１１−２２２６２５（Ｐ２０１１−２２２６２５Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８７８５１（Ｐ２０１０−８７８５１）
【出願日】平成２２年４月６日（２０１０．４．６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月６日（２０１０．４．６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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