JP4337685B2 - 樹脂封止基板 - Google Patents

Description

本発明は、金属薄板よりなる回路パターン基板に実装された電子部品を絶縁性の樹脂層により封止した樹脂封止基板に関する。

従来この種の樹脂封止基板としては、例えば特許文献１に記載されたものが公知である。

前記特許文献１に記載された「回路構成電子部品」は、金属薄板を打ち抜いて一体的に形成された回路パターンと接続端子を設け、回路パターン上に電子素子をはんだ付けした後、回路パターンと電子素子を絶縁樹脂により封止した構成となっており、回路基板と回路パターンを別々に設ける必要がない上、電子素子が樹脂により確実に保護できる等の効果を有している。

一方樹脂封止基板には、回路パターン基板に実装された電子部品を絶縁樹脂層により封止して樹脂封止基板の本体を製作後、さらにこの本体に後付けで電子部品を実装することがよくある。

このような用途の樹脂封止基板の場合、回路パターン基板ａには、予め後付け電子部品を実装するためのスルーホールｂが図１０に示すように形成されていて、絶縁樹脂層ｃにより電子部品を封止する際、絶縁樹脂層ｃがスルーホールｂを覆わないように、スルーホールｂの上面と下面側にテーパ状の凹部ｄが絶縁樹脂層ｃに形成されている。

これら凹部ｄは、絶縁樹脂層ｃの表面側が大径で、かつスルーホールｂ側へ順次小径となるテーパ状となっていて、絶縁樹脂層ｃを成形する金型（図示せず）と回路パターン基板ａの間に位置ずれがあったり、絶縁樹脂層ｃが熱収縮しても絶縁樹脂層ｃがスルーホールｂを覆うことがないように、凹部ｄにおけるスルーホールｂ側の径がスルーホールｂの径に対して十分に大きく設定されており、このため絶縁樹脂層ｃにより封止された回路パターン基板ａのスルーホールｂ周辺には、棚状部ｅが生じている。

回路パターン基板ａに実装された電子部品を絶縁樹脂層ｃで封止することにより形成された樹脂封止基板の本体に後付け部品を実装する場合、部品実装装置や作業者が手作業で後付け電子部品のリードｆを回路パターン基板ａのスルーホールｂへ挿入するが、スルーホールｂの周囲には棚状部ｅがあるため、リードｆの先端が図１１に示すように棚状部ｅに当たってしまうことがある。

このような場合後付け電子部品を水平方向に移動させながらリードｆの先端がスルーホールｂに合致するよう補正作業を行うが、部品実装装置を使用して後付け部品を実装する場合、リードｆの先端が棚状部ｅに当たるとリードｆの先端が変形して、スルーホールｂに挿入できなくなる問題がある。

また手作業で後付け電子部品を実装する場合は、後付け電子部品のリードｆをスルーホールｂに挿入する作業に時間を要して作業性が悪い問題がある。

一方後付け電子部品の実装が完了した樹脂封止基板は、フローはんだ工程でスルーホールｂに挿入された後付け電子部品のリードｆをはんだ付けする。

このとき図１２に示すように樹脂封止基板の裏面側よりはんだ噴流ｇを吹き付けてはんだ付けを行うが、後付け電子部品実装側の凹部ｄと同様に凹部ｄの径を予め小さくしておくと、はんだ噴流ｇがリードｆの挿入されたスルーホールｂに達しなくなり、その結果リードｆと回路パターンａがはんだ付けできなくなる問題が生じる。

本発明はかかる問題を改善するためになされたもので、後付け電子部品の実装が容易で、かつはんだ不良が発生することが少ない樹脂封止基板を提供することを目的とするものである。

本発明の樹脂封止基板は、金属薄板を打ち抜くことにより回路パターンや、電子部品を実装するためのスルーホールが穿設されたランド等を形成した回路パターン基板と、回路パターン基板の表裏面を被覆することにより回路パターン基板に実装された電子部品を封止する絶縁樹脂層とからなる樹脂封止基板であって、回路パターン基板の表裏面のうち後付け電子部品実装面となる側に設けられた絶縁樹脂層に形成され、かつ表面側が大径で、後付け電子部品を実装するスルーホール側へ順次小径となるテーパ状の第１の凹部と、第１の凹部を設けることによりスルーホールの周囲に形成された棚状部とを備え、棚状部の幅が後付け電子部品のリードの直径の１／２以下となるように第１の凹部の小径部の直径を設定すると共に、テーパ状の第１の凹部の内周面の傾斜角がほぼ５度に設定してなり、さらに、回路パターン基板の表裏面のうちはんだ面となる側に設けられた絶縁樹脂層に、表面側が大径で、後付け電子部品を実装するスルーホール側へ順次小径となるテーパ状をなし、かつ内周面の傾斜角がほぼ４５度に設定された第２の凹部を形成したことを特徴とする。

前記構成により、後付け電子部品を実装する際、後付け電子部品のリード先端が凹部の内周面にガイドされ、かつスルーホール周辺の棚状部に突き当たることなくスルーホールへと挿入することができるため、後付け電子部品の実装作業が短時間で能率よく行えると共に、棚状部によりリードの先端が変形されることもないので、部品実装装置を使用して自動的に後付け電子部品を実装する場合でも、実装不能となることがない。

また前記構成により、実装した後付け電子部品のリードが第１の凹部の内周面に支持されるため、回路パターン基板の肉厚が薄い場合でも、実装された後付け電子部品の自立状態が不安定となることがない。

さらに前記構成により、後付け電子部品をフローはんだ工程によりはんだ付けする際、はんだ噴流が十分にスルーホールへ達してはんだ付け不良が発生することがなくなるため、フローはんだ付けの信頼性が向上する。

本発明の樹脂封止基板は、回路パターン上に後付け電子部品を複数実装する際において、各後付け電子部品のリードを実装するためのスルーホール同士が近接する場合には、各スルーホールに対応して形成された第２の凹部を、互いに連続するように形成し、かつ互いに近接する各スルーホールの間に薄肉部またはリブを形成したものである。

前記構成により、後付け電子部品を実装するランドが近接していても、内周面の傾斜角がほぼ４５度の第２の凹部が形成可能になるため、フローはんだによりはんだ付けする際はんだ付け不良が発生することがないと共に、各スルーホール間に形成された薄肉部やリブにより各スルーホール間がはんだにより短絡される心配もない。

本発明の樹脂封止基板は、回路パターンが分離しないように設けたタイバーを覆う絶縁樹脂層に長方形状の凹部を形成してタイバーを露出させ、かつ長方形状の凹部内にタイバーに達する薄肉部を形成すると共に、薄肉部を残してタイバーを打ち抜き切断したものである。

前記構成により、後付け電子部品をフローはんだによりはんだ付けする際、打ち抜き孔よりはんだが樹脂封止基板の上面側に吹き上がることがないため、はんだの吹き上げ高さを高く設定することができ、これによってフローはんだ付けの信頼性を向上させることができる。

本発明の樹脂封止基板によれば、後付け電子部品を実装する際、後付け電子部品のリード先端がスルーホール周辺の棚状部に突き当たることなくスルーホールへと挿入することができるため、後付け電子部品の実装作業が短時間で能率よく行えると共に、はんだ噴流が十分にスルーホールへ達してはんだ付け不良が発生することがなくなるため、フローはんだ付けの信頼性も向上する。

本発明の実施の形態を、図面を参照して詳述する。

図１は樹脂封止基板の上面（後付け電子部品実装面）側の斜視図、図２は同下面（はんだ面）側の平面図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図、図４は図２のＢ−Ｂ線に沿う拡大断面図、図５は図２のＣ円内の拡大図、図６は図５のD−D線に沿う断面図、図７ないし図９は作用説明図である。

樹脂封止基板の本体１は、金属薄板を回路パターン形状に打ち抜くことにより形成された回路パターン基板２と、回路パターン基板２に実装された電子部品３を封止する絶縁樹脂層４とからなる。

回路パターン基板２には、金属薄板を打ち抜いて回路パターン基板２を形成する際、ＩＣやチップ抵抗、コンデンサ、ダイオード等の電子部品３をはんだ付けするためのランドや、回路パターン（ともに図示せず）同士が分離しないように一時的に連結しているダイバー２ａ及び後付け電子部に５をはんだ付けするためのランド２ｂ等が形成されており、各ランド２ｂには電子部品３や後付け電子部品５のリード５ａを挿入するためのスルーホール２ｃが穿設されている。

また、回路パターン基板２の表裏面は、絶縁樹脂層４を層状に被覆することにより、回路パターン基板２に実装された電子部品３が封止されている。

回路パターン基板２の表裏面を被覆する絶縁樹脂層４は、上型と下型とからなる金型(図示せず) を使用して成形されているが、金型には回路パターン基板２に実装された電子部品３と合致する位置に、電子部品３の周囲を囲むようにキャビティが形成されている。

また後付け電子部品５を実装するランド３ｂが絶縁樹脂層４により被覆されないように、各ランド２ｂの上下面にテーパ状の凹部４ａ，４ｂを形成するための凸部(図示せず) が上型と下型にそれぞれ形成されている。

各ランド２ｂの上側及び下側に設けられた凹部４ａ，４ｂは、回路パターン基板２側が小径で、かつ絶縁層４の表面側へ順次大径となるテーパ状に形成するため、上型及び下型に形成された凸部は、先端側が順次小径となるテーパ状となっていて、各凸部の先端で回路パターン基板２のランド２ｂを上下方向から挟着するようになっており、この状態で金型内に溶融樹脂を射出することにより、回路パターン基板２に予め実装された電子部品３は絶縁樹脂層４により封止され、また後付け電子部品５を実装するランド２ｂの上下面に、図３に示すようにテーパ状の凹部４ａ，４ｂが形成されている。

一方回路パターン基板２の上面（後付け電子部品実装面）を覆う絶縁樹脂層４側に形成された凹部（第１の凹部）４ａは、後付け電子部品５のリード５ａがランド２ｂのスルーホール２ｃに挿入しやすいように次のように形成されている。

すなわちランド２ｂのスルーホール２ｃに後付け電子部品５のリード５ａが挿入しやすいように、リード５ａの先端は予め斜めにカットされていて鋭利となっており、カットの方法も、リード５ａ先端の片側だけをカットした片刃カットと、リード５ａの先端の両側をカットした両刃カットがある。

また金属薄板よりなる回路パターン基板２の板厚は、通常１．２〜１．６ｍｍ程度であるが、実施の形態ではこれより薄い０．８ｍｍのものを使用している。

ランド２ｂの上側に設けられた凹部４ａは、後付け電子部品５のリード５ａをランド２ｂのスルーホール２ｃに挿入する際ガイドとして使用するが、凹部４ａの小径側の直径が大きいと、スルーホール２ｃの周囲に大きな棚状部４ｃが生じて、リード５ａをスルーホール２ｃへ挿入する際の障害となる。

凹部４ａの小径側の直径を小さくすれば棚状部４ｃを小さくできるが、余り小さくすると、金型と回路パターン基板２の間に位置ずれ(通常０．１〜０．２ｍｍ程度)あると、スルーホール２ｃまで絶縁樹脂層４で覆われてリード５ａの挿入が困難となる。

後付け電子部品５のリード５ａは、前述したように先端を予め鋭利にカットしておくことにより、スルーホール２ｃの周囲に形成される棚状部４ｃの幅がリード５aの直径の１/２程度あっても、凹部４ａにガイドされてきたリード５ａの先端が棚状部４ｃに阻止されることがない上、金型と回路パターン基板２の間に位置ずれが生じてもスルーホール２ｃが絶縁樹脂層４により覆われることがないことから、棚状部４ｃの幅をリード５ａの直径の１/２以下に設定した。

これによって凹部４ａの小径側の直径はリード５ａの直径のほぼ２倍となる。

また凹部４ａのテーパ傾斜角θ１は、垂線に対しほぼ５度としており、これによって次のような効果も得られる。

回路パターン基板２の板厚は前述したように、通常の場合１．２〜１．６ｍｍ程度あることから、後付け電子部品５のリード５ａをスルーホール２ｃに挿入して後付け電子部品５を実装した際、回路パターン基板２の板厚により後付け電子部品５を自立させることができるが、実施の形態のように回路パターン基板２の板厚を０．８ｍｍ程度にした場合、後付け電子部品５の自立状態が不安定になる。

しかしランド２ｂの上側に設けられた凹部４ａの小径側の直径をリード５ａの直径のほぼ２倍に、そして傾斜角θ１を５度程度にすることにより、回路パターン基板２の板厚が薄くても後付け電子部品５を安定した状態で自立させることができるようになる。

一方ランド２ｂのはんだ面に設けられた凹部（第２の凹部）４ｂは、径を小さくするとフローはんだ工程で吹き上がったはんだ噴流６がスルーホール２ｃに達せず、はんだ不良の原因となる。

これを防止するため、凹部４ｂの小径側の径は従来のものとほぼ同径とし、テーパ傾斜角θ２を垂線に対しほぼ４５度とした。

これによってフローはんだ工程で吹き上がったはんだ噴流６が図９に示すようにスルーホール２ｃに十分に達するため、はんだ不良が防止できるようになる。

また隣接するランド２ｂに設けられたスルーホール２ｃが近接している場合、凹部４ｂの傾斜角θ２を４５度にすると、互いに隣接する凹部４ｂ同士が図４に示すように連続してしまうが、各スルーホール２ｃの間に薄肉の堰４ｄや、仕切リブ４ｅを形成することにより、隣接するスルーホール２ｃ間にはんだが渡ることがないため、スルーホール２ｃ間がはんだにより短絡するのを防止することができるようになる。

なお薄肉の堰４ｄは、リブにより形成しても同様な効果が得られる。

一方回路パターン基板２の隣接する回路パターンが分離しないように、回路パターン同士を一時的に連結するタイバー２ａは、樹脂封止基板成形後、タイバー２ａの周囲を角孔状に打ち抜いてタイバー２ａを切断するが、従来では打ち抜かれた角孔からはんだ噴流が樹脂封止基板の上面側にまで吹き上がってしまうために、はんだ噴流の吹き上がり高さを余り高くできなかった。

そこで実施の形態では図５及び図６に示すように、タイバー２ａの長手方向に細長い長方形状の凹部４ｆを、タイバー２ａを囲むように形成する際、凹部４ｆ内に絶縁樹脂層４の薄肉部４ｇをタイバー２ａを挟み込むように形成している。

これによって従来では凹部４ｆ全体を打ち抜いてタイバー２ａを切断していたのに対して、薄肉部４ｇを残して打ち抜き孔２ｄを打ち抜くことにより、打ち抜き孔２ｄが小さくできるため、フローはんだ付けの際はんだ噴流６が打ち抜き孔２ｄより樹脂封板の上面側へ吹き上がるのを防止できるようになっている。

次に前記構成された樹脂封止基板の作用を説明する。

金属薄板よりなる回路パターン基板２の両面に絶縁樹脂層４が形成された樹脂封止基板の本体１に後付け電子部品５を実装するに当たっては、部品実装装置（マウンタ）を使用して自動的に後付け部品５を実装する方法と、作業者が手作業で実装する方法があるが、何れの場合も本体１の上面側より所定位置のランド２ｂに形成されたスルーホール２ｃに後付け電子部品５のリード５ａを図７に示すように挿入する。

このときテーパ状の凹部４ａがリード５ａの先端をスルーホール２ｃへとガイドするため、スルーホール２ｃへの挿入が短時間で円滑に行えるが、絶縁樹脂層４を成形する際回路パターン基板２に位置ずれがあってもスルーホール２ｃが絶縁樹脂層４により覆われないよう凹部４ａの小径側の直径を予めスルーホール２ｃの直径より大きくしてあるため、スルーホール２ｃの周囲に棚状部４ｃが生じている。

しかしこの棚状部４ｃの幅を予めリード５ａの直径１/２以下となるように設定してあるため、リード５ａの先端が図７に示すように棚状部４ｃに突き当たっても、リード５ａの径のほぼ半分はスルーホール２ｃにかかっていることから、リード５ａの位置を多少横へずらすだけでリード５ａの先端を図８に示すようにスルーホール２ｃへ簡単に挿入できるようになる。

また本体１に実装する後付け電子部品５のリード５ａの先端は、実装する前に図７の仮想線で示すように片刃カットや両刃カットにより鋭利となっていることから、通常リード５ａの先端が棚状部４ｃへ突き当たることがほとんどないため、スルーホール２ｃへ円滑に挿入できるようになる。

これによってマウンタを使用した自動実装の場合、リード５ａの先端が変形して実装不能になるとの問題が生じることがないと共に、手作業で実装する場合も、短時間で後付け電子部品５のリード５ａをスルーホール２ｃへ挿入することができるため、実装作業が能率よく行えるようになる。

一方後付け電子部品５の実装が完了した樹脂封止基板は、フローはんだ工程へ送られてフローはんだに供されるが、樹脂封止基板のはんだ面側に形成された絶縁樹脂層４の凹部４ｂは、傾斜角θ２がほぼ４５度のテーパにより形成されているため、樹脂封止基板４の下面に向って吹き上げられるはんだ噴流６が凹部４ｂを通って図９に示すようにスルーホール２ｃへ十分達するようになる。

これによってスルーホール２ｃに挿入されたリード５ａがランド２ｂにはんだ付けされない等のはんだ不良が発生することがほとんどない。

またタイバー２ａをカットするために打ち抜かれた打ち抜き孔２ｄも、従来のものに比べて十分に小さいことから、はんだ噴流６が打ち抜き孔２ｄより樹脂封止基板の上面側へ吹き上がることがないため、はんだ噴流６の吹き上げ高さを高くでき、これによりフローはんだ付けの信頼性を向上させることもできる。

本発明の樹脂封止基板は、後付け電子部品を実装する際、後付け電子部品のリード先端がスルーホール周辺の棚状部に突き当たることなくスルーホールへと挿入することができるため、金属薄板よりなる回路パターン基板に実装された電子部品を絶縁樹脂層で封止した樹脂封止基板に最適である。

本発明の実施の形態になる樹脂封止基板の上方から斜視図。 本発明の実施の形態になる樹脂封止基板の下面側の平面図。 図２のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図。 図２のＢ−Ｂ線に沿う拡大断面図。 図２のＣ円内の拡大平面図。 図５のＤ−Ｄ線に沿う断面図。 本発明の実施の形態になる樹脂封止基板の作用説明図。 本発明の実施の形態になる樹脂封止基板の作用説明図。 本発明の実施の形態になる樹脂封止基板の作用説明図。 従来の樹脂封止基板の説明図。 従来の樹脂封止基板の説明図。 従来の樹脂封止基板の説明図。

符号の説明

２ 回路パターン基板
２ａ タイバー
２ｂ ランド
２ｃ スルーホール
３ 電子部品
４ 絶縁樹脂層
４ａ 凹部
４ｂ 凹部
４ｃ 棚状部
４ｆ 凹部
４ｇ 薄肉部
５ 後付け電子部品
５ａ リード
６ はんだ噴流

Claims (3)

1. 金属薄板を打ち抜くことにより回路パターンや、電子部品を実装するためのスルーホールが穿設されたランド等を形成した回路パターン基板と、前記回路パターン基板の表裏面を被覆することにより前記回路パターン基板に実装された電子部品を封止する絶縁樹脂層とからなる樹脂封止基板であって、前記回路パターン基板の前記表裏面のうち後付け電子部品実装面となる側に設けられた前記絶縁樹脂層に形成され、かつ表面側が大径で、前記後付け電子部品を実装するスルーホール側へ順次小径となるテーパ状の第１の凹部と、前記第１の凹部を設けることにより前記スルーホールの周囲に形成された棚状部とを備え、前記棚状部の幅が前記後付け電子部品のリードの直径の１／２以下となるように前記第１の凹部の小径部の直径を設定すると共に、前記テーパ状の第１の凹部の内周面の傾斜角がほぼ５度に設定してなり、
   さらに、前記回路パターン基板の前記表裏面のうちはんだ面となる側に設けられた前記絶縁樹脂層に、表面側が大径で、前記後付け電子部品を実装する前記スルーホール側へ順次小径となるテーパ状をなし、かつ内周面の傾斜角がほぼ４５度に設定された第２の凹部を形成したことを特徴とする樹脂封止基板。
2. 前記回路パターン上に前記後付け電子部品を複数実装する際において、各後付け電子部品のリードを実装するための前記スルーホール同士が近接する場合には、前記各スルーホールに対応して形成された前記第２の凹部を、互いに連続するように形成し、かつ互いに近接する前記各スルーホールの間に薄肉部またはリブを形成してなる請求項１に記載の樹脂封止基板。
3. 前記回路パターンが分離しないように設けたタイバーを覆う前記絶縁樹脂層に長方形状の凹部を形成して前記タイバーを露出させ、かつ前記長方形状の凹部内に前記タイバーに達する薄肉部を形成すると共に、前記薄肉部を残して前記タイバーを打ち抜き切断してなる請求項１または請求項２に記載の樹脂封止基板。

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