布線板、電子器件和電子元件的安裝方法
2023-06-09 14:30:51
專利名稱：布線板、電子器件和電子元件的安裝方法
技術領域：
本發明涉及一種布線板及使用該布線板的電子器件，特別是涉及一種使用無鉛焊錫來安裝電子元件的布線板及使用該布線板的電子器件。
此外，本發明涉及一種電子元件安裝方法，特別是涉及一種使用無鉛焊錫在布線板上安裝電子元件的電子元件安裝方法。
背景技術：
以下參照圖19，對現有的布線板的一個構成例進行說明。在圖19所示的現有布線板110A中，使用鍍銅膜疊層基板11。該鍍銅膜疊層基板11是將環氧樹脂、苯酚樹脂等滲入紙基體材料、玻璃基體材料或聚酯纖維基體材料等中，形成絕緣板，然後對銅箔進行加壓加熱處理並將其貼在該絕緣板的表面上而形成的。
在鍍銅膜疊層基板11的規定位置上形成通孔12。通孔12的內表面被與鍍銅膜疊層基板11表面的銅箔連接的導電膜(第一導電膜)13覆蓋。該導電膜13是例如在向通孔12的內表面添加催化劑之後，通過無電解鍍銅工藝進行基底電鍍，然後在其上電解鍍銅而形成的。以下，將被導電膜13覆蓋的通孔12稱為通孔14。
鍍銅膜疊層基板11表面的銅箔被腐蝕，在通孔14開口周圍形成圓形焊盤(land)(第二導電膜)15，以及與該焊盤15連接的電路布線16。焊盤15和電路布線16形成在基板11的兩個表面，但有時也形成在基板11的一個表面上。關於焊盤15，近年來隨著高密度化安裝，在能確保最低限度的接合強度的範圍內，儘可能地小地形成。
鍍銅膜疊層基板11表面的電路布線16等焊盤15以外的部分，被阻焊層(solder resistor)17覆蓋。該阻焊層17起到保護膜的作用，保護塗覆焊錫的焊盤15以外的部分不被塗覆鉛錫焊料31，它是在印刷塗覆焊錫膏(paste)之後，通過感光而形成的。其中，為了儘量不妨礙鉛錫焊料31的焊腳(fillet)31A的形成，阻焊層17不覆蓋焊盤15而形成。
從電子元件20的殼體21引出的引線(導電部件)22插入上述構成的布線板110A的通孔14內，在該狀態下，通過鉛錫焊料31使引線22與通孔14接合。現在，作為鉛錫焊料31，大多使用錫鉛共晶焊料(Sn 63wt％，其餘為Pb，以下記為Pb-63Sn)。鉛錫焊料31具有緩和由於雜質接合而產生的熱膨脹失配(miss match)的應力的作用，所以在電子元件20和布線板110A的接合處一般不會產生連接缺陷。
但是，近年來隨著環境意識的提高，鉛造成的環境汙染成為突出的問題，所以用不含鉛的無鉛焊錫替代鉛錫焊料31正在被研究。該無鉛焊錫是以錫為主要成分，由銀、銅、鋅、鉍、銦、銻、鎳、鍺等構成的焊錫。無鉛焊錫的熔融溫度是190℃～230℃，上述Pb-63Sn的熔融溫度高於183℃。由於布線板110A的主材即環氧系列材料的玻化溫度為125～140℃，所以當用無鉛焊錫替代現在使用的Pb-63Sn時，凝固收縮溫度的差變大，塗覆焊錫時膨脹的布線板110A的基板收縮而引起的應力變大。此外，無鉛焊錫與Pb-63Sn相比，具有金屬的拉伸強度、蠕變強度大，且延伸率小等金屬特性，所以不易緩和焊錫塗覆部位的應力。根據上述理由可知，當使用無鉛焊錫在現有的布線板110A上安裝電子元件20時，經常發生焊盤剝離現象，而這種現象在使用鉛錫焊料31時幾乎不會發生。
當使用無鉛焊錫32在現有的布線板110A上進行焊錫塗覆時，如圖20(a)的照片所示，焊盤15從布線板110A的基板上剝離，焊盤15成為浮起來的狀態。此時，與焊盤15連接的電路布線16也一起被拉起來，從而受到過大的應力。然後，當進行2000cyc反覆過熱和冷卻的溫度循環試驗，持續地施加熱應力時，如圖20(b)的照片所示，焊盤15的端部和電路布線16之間的鄰接部分發生較大變形，直至斷線。由該驗證試驗可知，如果原封不動地使用發生焊盤剝離的現有布線板110A來製造電子器件，則電子器件的可靠性顯著下降。
與此相對，在特開2001-332851號公報中記載了一種抑制焊盤剝離的方法。在該公報所記載的現有布線板110B上，如圖21所示，用阻焊層117的延伸部分覆蓋焊盤15的外周邊緣，從而抑制了焊盤剝離。
但是，在不是新產品的現有的已有產品中，對於已經出廠的產品，象圖19所示的現有布線板110A那樣，大多使用沒有採取防止焊盤剝離措施的布線板。當這樣產品的電子元件發生故障，更換新的電子元件21進行維修時，如果使用無鉛焊錫32將新的電子元件21安裝在布線板110A，則會發生焊盤剝離，而存在可靠性上的問題。
因此，為了抑制焊盤剝離，當對上述已有產品進行維修時，可以考慮廢棄沒有採取防止焊盤剝離措施的布線板110A，而更換圖21所示的現有布線板110B。但是，為了製造新的布線板110B，必須設計用於將成為阻焊層117的焊錫膏印刷塗覆成規定圖形的模具，使用該模具來實際地形成阻焊層117，從而增加了成本。並且，由於廢棄了沒有故障的布線板110A，從而造成了浪費。
在製造現有的布線板110B時成本增加的問題，不限於維修已有產品的情況，在製造新產品時也會產生同樣的問題。
本發明就是為了解決上述問題而提出的，其目的是使用無鉛焊錫，以低成本製造不產生焊盤剝離的布線板。
發明內容
為了實現上述目的，本發明的布線板的特徵在於，具有覆蓋在基板上形成的焊盤外周邊緣的至少一部分的被覆材料。
焊錫塗覆時膨脹的基板收縮產生的力W和隨著無鉛焊錫凝固收縮產生的張力T的垂直方向成分Tsinθ(θ是焊腳和焊盤之間形成的角度，即焊腳形成角)作用在焊盤上，當焊盤和基板之間的粘合力＜W+Tsinθ時發生焊盤剝離。通過用被覆材料覆蓋焊盤外周邊緣，焊錫不會在焊盤上擴散浸潤到外周邊緣，所以Tsinθ不作用在焊盤和基板之間的粘合力較弱的焊盤外周邊緣上，而是作用在粘合力較大的內側。從而焊盤不易從基板上剝離。
此外，通過使用與重新形成圖21中的阻焊層117相比能以低成本製造的被覆材料，能以低成本抑制焊盤剝離。
其中，被覆材料可以覆蓋焊盤外周邊緣中與電路布線連接的部分，也可以覆蓋與電路布線連接的部分相對的部分。由此，抑制了焊盤和電路布線之間的連接部分的剝離。
此外，上述被覆材料可以覆蓋焊盤的整個區域，也可以進而覆蓋所有通孔的開口。無論哪種情況，由於在焊盤上不形成無鉛焊錫的焊腳，所以進一步抑制了焊盤剝離。
此外，被覆材料可以由耐熱性粘著膠帶、耐熱性樹脂或耐熱性矽酮橡膠形成。
另一方面，焊盤的形狀為圓形、長圓形、多角形、十字形、星形或各種變形。
此外，可以還具有在焊盤和電路布線之間的連接處形成的輔助焊盤。通過設置輔助焊盤，可以進一步強化焊盤和電路布線之間的連接。
此外，無鉛焊錫包括錫鋅系列焊錫、錫銀系列焊錫或錫銅系列焊錫。
此外，本發明的電子器件的特徵在於，具有覆蓋焊盤外周邊緣的至少一部分的被覆材料。
焊錫塗覆時膨脹的基板收縮產生的力W和隨著無鉛焊錫凝固收縮產生的張力T的垂直方向成分Tsinθ(θ是焊腳和焊盤之間形成的角度，即焊腳形成角)作用在焊盤上，當焊盤和基板之間的粘合力＜W+Tsinθ時發生焊盤剝離。通過用被覆材料覆蓋焊盤外周邊緣，焊錫不會在焊盤上擴散浸潤到外周邊緣，所以Tsinθ不作用在焊盤和基板之間的粘合力較弱的焊盤外周邊緣上，而是作用在粘合力較大的內側。從而焊盤不易從基板上剝離。
此外，通過使用與重新形成圖21中的阻焊層117相比能以低成本製造的被覆材料，能以低成本抑制焊盤剝離。
此外，本發明的電子器件的特徵在於，從布線板的基板表面伸出到外側的導電部件的前端長度為在布線板的基板上形成的焊盤半徑的1/2以下。
焊錫塗覆時膨脹的基板收縮產生的力W和隨著無鉛焊錫凝固收縮產生的張力T的垂直方向成分Tsinθ(θ是焊腳和焊盤之間形成的角度，即焊腳形成角)作用在焊盤上，當焊盤和基板之間的粘合力＜W+Tsinθ時發生焊盤剝離。由於焊腳形成角θ越小，Tsinθ越小，所以通過使電子元件的導電部件從基板表面伸出到外側的長度為焊盤半徑的1/2以下，可以降低焊腳的高度，從而焊盤不易從基板上剝離。
此外，與重新形成圖21中的阻焊層117相比，能以低成本進行導電部件從基板表面伸出到外側的長度的調整，所以能以低成本抑制焊盤剝離。
其中，導電部件的前端可以不從基板表面伸出到外側。
在上述電子器件中，可以在布線板和電子元件之間設置墊片。由於電子元件殼體的位置升高了墊片的高度，所以電子元件的導電部件從基板表面伸出到外側的長度變短。
其中，墊片可以覆蓋與電子元件相對的焊盤外周邊緣的至少一部分。由此，與電子元件相對的焊盤不易從基板上剝離。
此外，被覆膜的電子器件的特徵在於，導電部件當插入通孔時，從與通孔的內表面相對的部分看，其前端和根部至少一方被被覆膜覆蓋，該被覆膜由與無鉛焊錫的反應能力比導電部件材料低的材料形成。
通過將上述導電部件插入通孔，使被被覆膜覆蓋的部分從基板表面伸出到外側，可以使無鉛焊錫不擴散浸潤到被被覆膜覆蓋的部分，所以在導電部件和焊盤之間不形成焊腳，抑制了焊盤剝離。
此外，與重新形成圖21中的阻焊層117相比，能以低成本形成被覆膜，所以能以低成本抑制焊盤剝離。
在上述電子器件中，垂直於導電部件的長度方向的截面形狀可以為圓形、長圓形、正方形、長方形、多角形、十字形、星形或各種變形。
此外，無鉛焊錫可以包括錫鋅系列焊錫、錫銀系列焊錫或錫銅系列焊錫。
此外，本發明的電子元件的組裝方法的特徵在於，包括以下工序第一工序，用被覆材料覆蓋在布線板的基板表面上的通孔的開口周圍形成的焊盤外周邊緣的至少一部分；以及第二工序，將電子元件的導電部件插入布線板的通孔，通過無鉛焊錫使通孔內的第一導電膜和導電部件接合。
此外，本發明的電子元件的安裝方法的特徵在於，包括以下工序第一工序，當將電子元件的導電部件插入布線板的通孔時，使從布線板的基板表面伸出到外側的導電部件的前端長度為在通孔的開口周圍形成的焊盤半徑的1/2以下；以及第二工序，在上述狀態下，通過無鉛焊錫使通孔內的第一導電膜和導電部件接合。
在該電子元件的安裝方法中，第一工序可以包括，在將墊片夾在布線板和電子元件之間的狀態下，將導電部件插入通孔的工序。
此外，在第一工序之前，還可以包括將導電部件的長度加工得較短的工序。
此外，本發明的電子元件的安裝方法的特徵在於，包括以下工序第一工序，用被覆膜覆蓋導電部件前端和根部的至少一方，被覆膜由與無鉛焊錫的反應能力比電子元件的導電部件材料低的材料構成；以及第二工序，將導電部件插入布線板的通孔，通過無鉛焊錫使通孔內的第一導電膜和導電部件上沒有被被覆膜覆蓋的部分接合。
圖1(a)是表示本發明第一實施方式的布線板局部構造的放大剖視圖，(b)是表示將電子元件安裝在上述布線板上而構成的電子器件的局部構造的放大剖視圖。
圖2是從II-II′線方向看圖1所示的布線板的平面圖。
圖3是用於說明抑制焊盤從圖1所示的布線板上剝離的原理圖，示意地示出了圖1中的III部分。
圖4(a)是表示圖1所示的布線板的一個變形例的剖視圖，(b)是表示圖1所示的電子器件的一個變形例的剖視圖。
圖5(a)是表示圖1所示的布線板的另一個變形例的剖視圖，(b)是表示圖1所示的電子器件的另一個變形例的剖視圖。
圖6是對圖5所示的布線板和電子器件進行溫度循環試驗之後的剖面。
圖7是具有輔助焊盤的布線板的平面圖。
圖8(a)是表示本發明第二實施方式的布線板局部構造的放大剖視圖，(b)是表示將電子元件安裝在上述布線板上而構成的電子器件的局部構造的放大剖視圖。
圖9是表示本發明第三實施方式的電子器件局部構造的放大剖視圖，(a)示出了引線從布線板表面伸出的狀態，(b)示出了引線沒有從布線板表面伸出的狀態。
圖10是用於說明抑制焊盤從圖9所示的布線板上剝離的原理圖，示意地示出了圖9中的X部分。
圖11是對圖9所示的電子器件進行溫度循環試驗之後的剖面照片。
圖12是表示本發明第四實施方式的電子器件局部構造的放大剖視圖。
圖13是用於說明引線伸出長度的調整原理的圖，(a)示出了在布線板和電子元件的殼體之間沒有配置墊片的狀態，(b)示出了配置墊片的狀態。
圖14是表示圖12所示的電子器件的變形例的剖視圖，(a)示出了整體構造，(b)放大示出了局部構造。
圖15是表示本發明第五實施方式的電子器件局部構造的放大剖視圖。
圖16是表示圖15所示的電子器件的各製造工序的剖視圖。
圖17是表示圖15所示的電子器件的變形例的剖視圖。
圖18是表示本發明第六實施方式的電子器件局部構造的放大剖視圖。
圖19(a)是表示現有的布線板局部構造的放大剖視圖，(b)是表示將電子元件安裝在上述布線板上的局部構造的放大剖視圖。
圖20是通過驗證試驗確認的焊盤剝離的剖面照片，(a)示出了初始狀態，(b)示出了溫度循環試驗之後的狀態。
圖21是表示特開2001-332851號公報中記載的現有的布線板局部構造的放大剖視圖。
具體實施例方式
以下參照附圖，對本發明的實施方式進行詳細說明。
(第一實施方式)圖1是表示本發明第一實施方式的布線板以及在該布線板上安裝電子元件而構成的電子器件的局部構造的放大剖視圖。圖2是從II-II′線方向看圖1所示的布線板的平面圖。在上述圖中，對與圖19所示的部件相同的部件，用與圖19相同的標號表示。
如圖1(a)和圖2所示，布線板10具有覆蓋形成在圖19所示的布線板110A的表面上的圓形焊盤15外周邊緣15A的被覆材料18。將從通孔14的中心軸開始到被覆材料18內周邊緣的長度作為被覆材料18的開口半徑，將從通孔14的中心軸開始到焊盤15外周邊緣的長度作為焊盤15的半徑，被覆材料18的開口半徑比焊盤15的半徑稍小。
被覆材料18由相對於無鉛焊錫32的融點(例如，如果是Sn-Ag-Cu焊錫，則為216～217℃)具有耐熱性的材料構成，可以使用例如Ni等金屬、環氧系列的耐熱性樹脂、耐熱性矽酮橡膠等。布線板11A可以是兩面基板、多層基板等任意一種。
以下，對使用無鉛焊錫32在布線板10上安裝電子元件20時，焊盤剝離被抑制的原理進行說明。
如圖1(b)所示，當在布線板10的通孔14內插入從電子元件20的殼體21引出的引線22，然後使用無鉛焊錫32進行焊錫塗覆時，熔融的無鉛焊錫32被被覆材料18阻擋，從而不會在焊盤15上擴散浸潤到外周邊緣15A。
然後，當熔融的無鉛焊錫32冷卻並凝固收縮時，如圖3所示，沿焊腳32A向斜下方向產生張力T。將焊腳32A和焊盤15之間形成的角度作為焊腳形成角θ，在焊盤15和鍍銅膜疊層基板11之間的界面上，向下方向作用Tsinθ作用力，向上方向作用基板11的收縮力W。如上所述，由於熔融的無鉛焊錫32沒有在焊盤15上擴散浸潤到外周邊緣15A，所以Tsinθ作用在焊盤15的外周邊緣15A內側的P點上。基板11的表面和焊盤15之間的粘合力在焊盤15的外周邊緣15A處最弱，但由於Tsinθ沒有作用在該處，所以焊盤15不易從基板11上剝離。
此外，由於焊盤15的外周邊緣15A沒有被無鉛焊錫32固定，所以焊盤15容易跟隨基板11的熱膨脹收縮，從而不易引起焊盤剝離。
通過用被覆材料18覆蓋焊盤15的外周邊緣15A，抑制了在使用無鉛焊錫32來安裝電子元件20時多發的焊盤剝離，從而能製造使用壽命長、可靠性高的電子器件。此外，在圖21中，通過使用與重新形成阻焊層117相比能以低成本製造的被覆材料18，由此能抑制焊盤剝離，進而能以低成本製造使用壽命長、可靠性高的電子器件。
以上說明的電子元件20的安裝方法不僅能適用於製造新產品的情況，而且也能適用於在不是新產品的已有產品中，當已經出廠的產品的電子元件發生故障，更換新的電子元件20進行維修的情況。對於後者，當在已有產品中使用沒有被覆材料18的布線板110A時，可以在布線板110A上重新附加被覆材料18，然後安裝新的電子元件20。由此，可以在不廢棄已有產品上使用的布線板110A的情況下，使用無鉛焊錫32來進行維修。
以下，對被覆材料18的構成進行說明。
被覆材料18可以覆蓋焊盤15外周邊緣的至少一部分。其中，被覆材料18可以覆蓋焊盤15的整個外周邊緣，也可以僅覆蓋焊盤15的外周邊緣中容易受無鉛焊錫32的凝固收縮影響的部分。例如，僅覆蓋焊盤15外周邊緣中與電路布線16連接的部分，從而可以抑制焊盤15在該部分上的剝離，防止焊盤15和電路布線16之間的切斷。僅覆蓋焊盤15外周邊緣中與電路布線16連接的部分相對的部分，也可以獲得同樣的效果。也可以覆蓋焊盤15外周邊緣中與電路布線16連接的部分以及與其相對的部分兩方。
此外，圖2示出了被覆材料18的開口半徑比焊盤15的半徑稍小的例子，但被覆材料18和焊盤15之間的重疊寬度不限於此，也可以象圖4(a)所示的布線板10A那樣構成，被覆材料18A覆蓋焊盤15的整個區域。使用無鉛焊錫32在布線板10A上安裝電子元件20的狀態如圖4(b)所示。
此外，也可以象圖5(a)所示的布線板10B那樣，被覆材料18B不僅覆蓋焊盤15的整個區域，而且覆蓋通孔14的開口。在這種情況下，可以在包含焊盤15的基板11上，用耐熱性的粘著膠帶等可較容易地開孔的材料形成被覆材料18B，然後用電子元件20的引線22貫通被覆材料18B，再將引線22原封不動地插入通孔14中。然後進行焊錫塗覆，從而如圖5(b)所示，在形成被覆材料18B一側(圖5(b)中的上側)不形成焊腳32A，抑制了焊盤剝離。
對使用無鉛焊錫32將電子元件20安裝在圖5(a)所示的布線板10B上的電子器件的可靠性進行了驗證。其中，在與上述現有的布線板10A相同的條件下，進行200cyc溫度循環試驗。其結果是，如圖6的照片所示，由於無鉛焊錫32不與焊盤15接觸，不形成焊腳32A，所以不會發生焊盤剝離，從而可以確認圖5所示的結構對防止焊盤剝離是有效的。
如圖5所示，當通孔14的開孔被堵塞時，考慮到用於焊錫塗覆的焊劑(flux)的氣化會造成引線22難以從通孔14中拔出，所以可以在引線22和被覆材料18之間設置間隙。
圖1、圖4和圖5中的被覆材料18、18A、18B，在焊錫塗覆之後，可以原封不動地留在基板11上，也可以除去。
焊盤15的平面形狀不限於圓形，可以是長圓形、多角形、十字形、星形或各種變形中的任意一種。此外，如圖7所示，可以在焊盤15和電路布線16之間的連接處設置半圓形的輔助焊盤(sub-land)19。設置輔助焊盤19，可以緩和從焊盤15向電路布線16的寬度變化，從而能進一步強化焊盤15和電路布線16之間的連接。也可以對於不是圓形的焊盤形成輔助焊盤，輔助焊盤的形狀也不限於半圓形。
作為無鉛焊錫32，可以使用錫鋅系列焊錫、錫銀系列焊錫和錫銅系列焊錫中的任意一種。其中，所謂的錫鋅系列焊錫，是指以錫鋅的共晶成分Sn-9.0wt％Zn為中心，改變鋅的含量，或添加其他元素來改善其特性的焊錫的總稱。其代表例為Sn-8.0Zn-3.0Bi。所謂的錫銀系列焊錫，是指以錫銀的共晶成分Sn-3.5wt％Ag為中心，改變銀的含量，或添加其他元素來改善其特性的焊錫的總稱。其代表例為Sn-3.0Ag-0.5Cu、Sn-3.5Ag-0.75Cu。所謂的錫銅系列焊錫，是指以錫銅的共晶成分Sn-0.7wt％Cu為中心，改變銅的含量，或添加其他元素來改善其特性的焊錫的總稱。其代表例為Sn-0.7Cu-0.3Ag。在無鉛焊錫32中，有時含有不會改變其性質的雜質鉛。
(第二實施方式)圖8是表示本發明第二實施方式的布線板以及在該布線板上安裝電子元件而構成的電子器件的局部構造的放大剖視圖。
對被覆材料的厚度不特別限制，如圖8所示，使被覆材料18C的厚度與布線板10C和電子元件20的殼體21之間的間隔相等，從而可以用被覆材料18C無間隙地填充布線板10C和殼體21之間。
在這種情況下，在被覆材料18C中使用耐熱性的矽酮橡膠等彈性體，從而可以緩和作用在電子元件20的引線22和無鉛焊錫32之間或無鉛焊錫32和通孔14之間的應力，抑制無鉛焊錫32從引線22或通孔14上剝離。
(第三實施方式)圖9是表示本發明第三實施方式的電子器件的局部構造的放大剖視圖。在該圖中，對與圖19所示的部件相同的部件，用與圖19相同的標號表示。
在圖9(a)所示的電子器件中，從布線板110A的表面伸出到外側電子元件20的引線22的前端長度(以下稱為伸出長度)，為布線板110A的焊盤15半徑的1/2以下。如圖9(b)所示，導線22的前端也可以不從布線板110A的表面伸出，此時導線22的伸出長度為0或負值。
為了形成上述電子器件，在將引線22插入布線板110A的通孔14中時，使引線22的伸出長度為焊盤15半徑的1/2以下，在該狀態下，通過無鉛焊錫32使通孔14和引線22接合。
當熔融的無鉛焊錫32冷卻並凝固收縮時，如圖10所示，沿焊腳32A向斜下方向產生張力T。此時，在焊盤15和鍍銅膜疊層基板11之間的界面上，向下方向作用Tsinθ的作用力，向上方向作用基板11的收縮力W。焊腳形成角θ越小Tsinθ越小，而焊腳32B的高度h越低焊腳形成角θ越小。因此，通過使引線22的伸出長度為焊盤15半徑的1/2以下，降低焊腳32B的高度h，可以使Tsinθ變小，從而焊盤15不易從基板11上剝離。
對圖9所示的電子器件的可靠性進行了驗證。其中，在與上述現有的布線板110A相同的條件下，進行200cyc溫度循環試驗。其結果是，如圖11的照片所示，無鉛焊錫32與焊盤15接觸，所形成的焊腳32B與圖20(a)、(b)相比，焊腳形成角θ小，所以不會發生焊盤剝離。因此，可以確認圖9所示的結構對防止焊盤剝離有效。
因此，通過使引線22的伸出長度為焊盤15半徑的1/2以下，可以抑制使用無鉛焊錫32安裝電子元件20時多發的焊盤剝離，從而能製造使用壽命長、可靠性高的電子器件。此外，與重新形成圖21的阻焊層117相比，能以低成本進行引線22伸出長度的調整，所以能以低成本抑制焊盤剝離，從而能製造使用壽命長、可靠性高的電子器件。
以上說明的電子元件20的安裝方法不僅能適用於製造新產品的情況，而且也能適用於在不是新產品的已有產品中，當已經出廠的產品的電子元件發生故障，更換新的電子元件20進行維修的情況。由此，可以在不廢棄已有產品上使用的布線板110A的情況下，使用無鉛焊錫32來進行維修。
垂直於引線22長度方向的截面形狀不特別限定，可以是圓形、長圓形、正方形、長方形、多角形、十字形、星形或各種變形中的任意一種。
作為無鉛焊錫32，可以使用錫鋅系列焊錫、錫銀系列焊錫和錫銅系列焊錫中的任意一種。
可以使引線22的伸出長度為1mm以下。
(第四實施方式)圖12是表示本發明第四實施方式的電子器件的局部構造的放大剖視圖。
在圖12所示的電子器件中，與殼體21整個表面接觸的墊片(spacer)41夾在布線板110A和電子元件20的殼體21之間。為了形成該電子器件，可以首先將墊片41配置在布線板110A的表面上，通過該墊片41，將電子元件20的引線22插入布線板110A的通孔14中，然後通過無鉛焊錫32使引線22和通孔14接合。
從圖13(a)、(b)可以看出，通過將電子元件20的殼體21配置在墊片41上，殼體21的位置升高了墊片41的高度，所以電子元件20的引線22的伸出長度變短。因此，通過使用規定高度的墊片41，可以容易地將引線22的伸出長度調整到焊盤15半徑的1/2以下。其結果是可以獲得以下效果，即能抑制焊盤剝離、製造使用壽命長、可靠性高的電子器件，這與第三實施方式相同。
此外，墊片41具有上述被覆材料18的功能，也可以通過覆蓋與殼體21相對的焊盤15外周邊緣的至少一部分，獲得抑制與殼體21相對的焊盤15剝離的效果。
可以如圖12所示，配置與殼體21整個表面接觸的墊片41，也可以如圖14所示，沿殼體21的外周配置墊片42。在這種情況下，作為防止與殼體21相對的焊盤15剝離的措施，需要另外設置圖1、4、5、8中的被覆材料18、18A～18C。
關於墊片41、42的材質，只要相對於焊錫塗覆時的基板表面溫度具有耐熱性即可，可以使用例如Ni等金屬、環氧類耐熱性樹脂、耐熱性矽酮橡膠等。
(第五實施方式)圖15是表示本發明第五實施方式的電子器件的局部構造的放大剖視圖。
在圖15所示的電子器件中，如圖16(a)、(b)所示，將電子元件20的引線22的長度加工得較短，如圖16(c)所示，將這樣加工而成的電子元件20A的引線23插入安裝在布線板110A的通孔14中。此外，也可以預先使用引線23的長度短的電子元件20A。由此，可以容易地將引線23的伸出長度調整到焊盤15半徑的1/2以下。其結果是，能獲得抑制焊盤剝離，製造使用壽命長、可靠性高的電子器件的效果，這與第三實施方式相同。
當將電子元件20A安裝在布線板110A上時，使電子元件20A的殼體21與布線板110A的表面接觸，由此殼體21起到與上述被覆材料18相同的作用，抑制了與殼體21相對的焊盤15的剝離。但是，在殼體21相對於焊錫塗覆時的基板表面溫度不具有耐熱性的情況下，或無法使殼體21與布線板110A的表面接觸的情況下，作為防止與殼體21相對的焊盤15的剝離措施，如圖17所示，需要另外設置被覆材料18B。也可以設置圖1、4、8中的被覆材料18、18A、18C。
(第六實施方式)圖18是表示本發明第六實施方式的電子器件的局部構造的放大剖視圖。
在圖18所示的電子器件中，除了電子元件20B的引線24的長度方向中央部分，其前端和根部均被被覆膜25所覆蓋。引線24的中央部分，相當於當引線24被插入布線板110A的通孔14中時，與通孔14內表面相對的部分，引線24中央部分的長度與通孔14的長度相等。
被覆膜25相對於無鉛焊錫32的融點(例如如果是Sn-Ag-Cu焊錫，則為216～217℃)具有耐熱性，並且由與熔融焊錫的反應能力比引線24的材料低的材料構成，例如可以使用Ni等金屬、環氧類耐熱性樹脂、耐熱性矽酮橡膠等。作為被覆膜25，可以將耐熱性的粘著膠帶纏繞貼附在引線24上。
將形成了上述被覆膜25的引線24插入布線板110A的通孔14中，引線24中僅被被覆膜25覆蓋的部分伸出到布線板110A的外側。在該狀態下，通過無鉛焊錫32使引線24沒有被被覆膜25覆蓋的露出部分和通孔14的導電膜13接合。由此，可以製造圖18所示的電子器件。
在該電子器件中，從布線板110A表面伸出到外側的引線24的表面被被覆膜25覆蓋，由於無鉛焊錫32不會擴散浸潤到沒有被被覆膜25覆蓋的部分上，所以在引線24和焊盤15之間不會形成無鉛焊錫32的焊腳32。由此，可以抑制焊盤剝離，製造使用壽命長、可靠性高的電子器件。此外，與重新形成阻焊層117相比，能以低成本形成被覆膜25，所以能以低成本抑制焊盤剝離、製造使用壽命長、可靠性高的電子器件。
以上說明的電子元件20B的安裝方法不僅能適用於製造新產品的情況，而且也能適用於在不是新產品的已有產品中，當已經出廠的產品的電子元件發生故障，更換新的電子元件20B進行維修的情況。由此，可以在不廢棄已有產品上使用的布線板110A的情況下，使用無鉛焊錫32來進行維修。
圖18示出了在引線24的前端和根部兩方形成被覆膜25的例子，但也可以僅在引線24的前端或根部形成被覆膜25。在這種情況下，在沒有形成被覆膜25的一方，必須採取第一～第五實施方式所示的焊盤剝離措施。
此外，當引線24插入布線板110A的通孔14中時，可以用被覆膜僅覆蓋與通孔14內表面相對的部分和伸出布線板110A外側的部分之間的邊界部分。
作為適用本發明的電子器件，有例如印表機、傳真機、LCD監視器、個人計算機、大型計算機(包括伺服器、超級計算機)、交換機、傳輸設備、基站裝置等。
上述第一～第六實施方式可以單獨實施，也可以與其他實施方式組合實施。此外，本發明不限於第一～第六實施方式，在本發明的技術思想的範圍內，各實施方式可以進行適當變更。
如上所述，在本發明中，通過使用被覆材料覆蓋焊盤的外周邊緣，無鉛焊錫不會擴散浸潤到焊盤的外周邊緣。由此，Tsinθ不會作用在焊盤和基板之間的粘合力較弱的焊盤外周邊緣上，從而焊盤不易從基板上剝離。而且，通過使用與阻焊層不同的被覆材料，能以低成本抑制焊盤剝離。
此外，通過使電子元件的導電部件從基板表面伸出到外側的長度為焊盤半徑的1/2以下，可以降低焊腳的高度，與此相應，Tsinθ也變小，所以焊盤不易從基板上剝離。而且，由於只要調整導電部件從基板表面伸出到外側的長度即可，所以能以低成本抑制焊盤剝離。
此外，在本發明中，用被覆膜覆蓋電子元件的導電部件的前端和根部至少一方，並且使被被覆膜覆蓋的部分從基板表面伸出到外側，由此無鉛焊錫不會擴散浸潤到被被覆膜覆蓋的部分。由此，在導電部件和焊盤之間不會形成焊腳，從而抑制了焊盤剝離。而且，由於只要在導電部件上形成被覆膜即可，所以能以低成本抑制焊盤剝離。
這樣，通過抑制焊盤剝離，能以低成本提高包括將電子元件安裝在布線板上的結構的電子器件的可靠性。
特別是，在不是新產品的現有的已有產品中，當已經出廠的電子元件發生故障，更換新的電子元件進行維修時，也能以低成本使用無鉛焊錫進行維修。而且，不必廢棄沒有故障的布線板，而能進行再利用。
權利要求
1.一種電子器件，包括布線板，該布線板具有基板，具有通孔；第一導電膜，覆蓋上述通孔的內表面；焊盤，由形成在上述基板表面上的上述通孔的開口周圍，並且與上述第一導電膜連接的第二導電膜構成；和電路布線，形成在上述基板表面，並且與上述焊盤連接；以及電子元件，具有在插入上述布線板的上述通孔中的狀態下，通過無鉛焊錫與上述第一導電膜接合的導電部件，其特徵在於，從上述基板表面伸出到外側的上述導電部件的前端長度為上述焊盤半徑的1/2以下。
2.根據權利要求1所述的電子器件，其特徵在於，上述導電部件的前端不從上述基板表面伸出到外側。
3.根據權利要求1或2所述的電子器件，其特徵在於，具有配置在上述布線板和上述電子元件之間的墊片。
4.根據權利要求3所述的電子器件，其特徵在於，上述墊片覆蓋與上述電子元件相對的焊盤的外周邊緣的至少一部分。
5.根據權利要求1至4任意一項所述的電子器件，其特徵在於，垂直於上述導電部件的長度方向的截面形狀為圓形、長圓形、正方形、長方形、多角形、十字形、星形或各種變形。
6.根據權利要求1至5任意一項所述的電子器件，其特徵在於，上述無鉛焊錫包括錫鋅系列焊錫、錫銀系列焊錫或錫銅系列焊錫。
7.一種電子元件的安裝方法，將具有導電部件的電子元件安裝在布線板上，該布線板具有基板，具有通孔；第一導電膜，覆蓋上述通孔的內表面；焊盤，由形成在上述基板表面上上述通孔的開口周圍，並且與上述第一導電膜連接的第二導電膜構成；以及電路布線，形成在上述基板表面，並且與上述焊盤連接，其特徵在於，包括以下工序第一工序，當將上述導電部件插入上述通孔時，使從上述基板表面伸出到外側的上述導電部件的前端長度為上述焊盤半徑的1/2以下；以及第二工序，在上述狀態下，通過無鉛焊錫使上述通孔內的上述第一導電膜和上述導電部件接合。
8.根據權利要求7所述的電子元件的安裝方法，其特徵在於，上述第一工序包括，在將墊片夾在上述布線板和上述電子元件之間的狀態下，將上述導電部件插入上述通孔的工序。
9.根據權利要求7所述的電子元件的安裝方法，其特徵在於，在上述第一工序之前，還包括將上述導電部件的長度加工得較短的工序。
全文摘要
本發明提供一種布線板、電子器件和電子元件的安裝方法，即使使用無鉛焊錫，也能以低成本防止焊盤剝離。該布線板具有基板11，具有通孔12；第一導電膜13，覆蓋通孔12的內表面；焊盤15，由形成在基板11表面上通孔12的開口周圍，並且與第一導電膜13連接的第二導電膜構成；電路布線16，形成在基板11表面，並且與焊盤15連接；保護膜17，覆蓋電路布線16；以及被覆材料18，覆蓋焊盤15的外周邊緣15A的至少一部分。
文檔編號H05K1/03GK1747627SQ20051008494
公開日2006年3月15日 申請日期2003年4月22日 優先權日2002年4月22日
發明者百川裕希 申請人:日本電氣株式會社