專利名稱：通孔的焊接結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如下情況中通孔的焊接結(jié)構(gòu)，其中對(duì)于穿過印制板形成的通孔，通過無(wú)鉛焊料來(lái)焊接電子元件的導(dǎo)線端子。
背景技術(shù)：
在形成通孔以在印制板上安裝包括導(dǎo)線端子的電子元件的情況中，導(dǎo)線被插入通孔并且在該狀態(tài)下被浸入在熔融焊料中，通孔部分就被焊料填充。
最近，在進(jìn)行焊接的情況中，因?yàn)榄h(huán)境的污染，含鉛的低共熔焊料不趨向于被使用。相反，無(wú)鉛的焊料正在被使用。
在這樣的情況下，這種無(wú)鉛焊料比低共熔焊料有更高的熔點(diǎn)。因此，在假定熔融焊接浴的浸入條件被設(shè)定為相同而進(jìn)行焊接的一些情況中，所謂的“焊料堆積(solder rise)”是不良的，換句話說(shuō)，焊料不能充分堆積至通孔的上表面。結(jié)果，在一些情況中，焊接失效發(fā)生了。
作為一種對(duì)策，例如，可建議采用在專利文獻(xiàn)1中公開的方法。
更明確地，參考在專利文獻(xiàn)1中公開的方法，在電子元件被安裝在印制板上的情況下，在通孔的附近形成熱傳導(dǎo)插腳以穿透印制板，并且熱量因而充分地供給到進(jìn)入通孔的焊料，因此增強(qiáng)了焊料堆積。
專利文獻(xiàn)1JP-A-7-170061公布然而，專利文獻(xiàn)1公開了提供熱傳導(dǎo)插腳的結(jié)構(gòu)。由于這個(gè)原因，必需采用預(yù)先將熱傳導(dǎo)插腳插入以穿透印制板的結(jié)構(gòu)。考慮該結(jié)構(gòu)，需要一種新的元件，此外，考慮生產(chǎn)過程，還需要采用提供熱傳導(dǎo)插腳的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
考慮這些情況而作出本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是提供一種通孔的焊接結(jié)構(gòu)，其中在通孔被設(shè)置在印制板上并且通過使用無(wú)鉛焊料將具有導(dǎo)線端子的電子元件焊接到那的情況中，不需分開提供熱傳導(dǎo)插腳也能增強(qiáng)焊接特性。
為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，本發(fā)明的特征在于具有以下配置。
(1).一種焊接結(jié)構(gòu)，包含印制板；通孔，其貫穿印制板而形成，并且要使用無(wú)鉛焊料把具有導(dǎo)線端子的電子元件焊接到其上；和用于保持焊料的輔助通孔，其被電隔離并在所述通孔的附近貫穿印制板而形成。
(2).根據(jù)(1)的焊接結(jié)構(gòu)，其中通孔邊緣和輔助通孔邊緣之間的距離等于或小于3mm。
(3).根據(jù)(1)的焊接結(jié)構(gòu)，其中輔助通孔的直徑等于或大于通孔直徑的50％。
(4).根據(jù)(2)的焊接結(jié)構(gòu)，其中輔助通孔的直徑等于或大于通孔直徑的50％。
(5).根據(jù)(1)的焊接結(jié)構(gòu)，其中對(duì)于一個(gè)通孔布置和形成多個(gè)輔助通孔。
(6).根據(jù)(2)的焊接結(jié)構(gòu)，其中對(duì)于一個(gè)通孔布置和形成多個(gè)輔助通孔。
(7).根據(jù)(3)的焊接結(jié)構(gòu)，其中對(duì)于一個(gè)通孔布置和形成多個(gè)輔助通孔。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，電隔離的用于保持焊料的輔助通孔設(shè)置在印制板的通孔附近。因此，在電子元件的導(dǎo)線端子安裝在通孔上的情況中，熔融的無(wú)鉛焊料進(jìn)入通孔，并且進(jìn)入輔助通孔。從而，通過對(duì)源自通孔的導(dǎo)體圖案的熱輻射的抑制和源自輔助通孔的熱量供應(yīng)，能夠使通孔中的熔融焊料堆積至通孔的上側(cè)。由此，能夠可靠地焊接導(dǎo)線端子。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，輔助通孔被如此布置和形成，即，使得相對(duì)于通孔的邊緣之間的距離等于或小于3mm。因此，通過對(duì)源自通孔的熱輻射的抑制和源自輔助通孔的熱量供應(yīng)，能夠可靠地進(jìn)行焊接。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，輔助通孔被如此形成，即，使得輔助通孔的直徑等于或大于通孔直徑的50％。因此，通過對(duì)源自通孔的熱輻射的抑制和源自輔助通孔的熱量供應(yīng)，能夠以和上述同樣的方式可靠地進(jìn)行焊接。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，對(duì)于一個(gè)通孔布置和形成多個(gè)輔助通孔。因此，能夠更大地提高優(yōu)越性，從而改善可靠性。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的典型截面圖。
圖2是示出熱通孔的布置情況的平面圖。
圖3是示出用于數(shù)據(jù)收集的實(shí)驗(yàn)的設(shè)定條件的圖。
圖4A到4C是示出焊料堆積的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
依照本發(fā)明的實(shí)施例在下面參考圖1到4C來(lái)說(shuō)明。
圖2是示出多層印制板1的平面圖，其中在平面上形成布線導(dǎo)體圖案2a、2b、2c和2d，而且提供用于安裝電子元件的焊接區(qū)(land)3a、3b和3c，貫穿焊接區(qū)3a到3c形成焊接通孔4。電子元件(沒有顯示)的導(dǎo)線端子5被插入焊接區(qū)3a到3c的焊接通孔，并在該狀態(tài)下通過無(wú)鉛焊料6電連接。
此外，在多層印制板1內(nèi)，沒有安裝電子元件的焊接區(qū)7a和7b被布置和形成在焊接區(qū)3a和3c的附近。依照本發(fā)明，作為輔助通孔的熱通孔8被貫穿焊接區(qū)7a和7b形成，并且被填充無(wú)鉛焊料6。其上形成有熱通孔8的焊接區(qū)7a和7b沒有電連接到其他部分，而是用于很好地執(zhí)行在下面將要說(shuō)明的無(wú)鉛焊料6的焊接處理，并且在它們不電連接到任何部分的狀態(tài)下被提供。
熱通孔8被布置和形成在例如相對(duì)于焊接通孔4為3mm或更小的位置。而且該熱通孔8的直徑被設(shè)置為等于或大于焊接通孔4的直徑的50％。
圖1是示出在圖2所示的結(jié)構(gòu)中的焊接區(qū)3a和焊接區(qū)7a的部分(沿圖中的A-A線所示的部分)的截面圖，其中焊接區(qū)3a上形成有焊接通孔4，焊接區(qū)7a上形成有熱通孔8。在圖1中，多層印制板1通過提供多個(gè)布線層來(lái)構(gòu)成，并且布線導(dǎo)體圖案被形成在上和下表面?zhèn)?，而且還被形成在內(nèi)部中間層。
在圖中所示的部分中，焊接區(qū)3a的焊接通孔4在電子元件的導(dǎo)線端子5插入其中的狀態(tài)下被無(wú)鉛焊料6填充。在圖中所示的狀態(tài)下，無(wú)鉛焊料6充分堆積至在多層印制板1的上表面形成的導(dǎo)體圖案2a表面，因此獲得了極好的焊接特性。
在無(wú)鉛焊料6的焊接處理中，熱通孔8可以獲得下列功能。因此，在焊接通孔4中，能夠可靠地進(jìn)行導(dǎo)線端子5的焊接處理。
更明確的說(shuō)，在對(duì)焊接通孔4的無(wú)鉛焊料6的焊接處理中，無(wú)鉛焊料6在浸焊浴的浸漬中緩慢上升，焊接通孔4和熱通孔8被無(wú)鉛焊料6填充。當(dāng)多層印制板1從浸焊浴被拔出時(shí)，緊接著，無(wú)鉛焊料6隨溫度下降而凝固。
焊接通孔4中無(wú)鉛焊料6的熱量從插入的導(dǎo)線端子5或連接到焊接區(qū)3a、3b和3c的導(dǎo)體圖案2a、2b和2c傳導(dǎo)，而且在多層印制板1內(nèi)通過圖中箭頭S1所示的傳導(dǎo)向周圍輻射。另一方面，熱通孔8中無(wú)鉛焊料6的熱量被輻射和供應(yīng)給焊接通孔4，由此焊接通孔的熱量輻射被抑制，并且在焊接通孔4中的焊料6的溫降被減輕。從而，足夠的焊料堆積被實(shí)現(xiàn)。
在圖2所顯示的布置情況中，在上面形成有焊接通孔4的焊接區(qū)3a到3c中，兩個(gè)焊接區(qū)3a和3c設(shè)置在焊接區(qū)3b附近。因此，通過焊接通孔4中無(wú)鉛焊料6的輻射和熱量供應(yīng)，能夠獲得與熱通孔8同等的優(yōu)勢(shì)。所以焊接能夠很好地進(jìn)行。此外，參考焊接區(qū)3a和3c，分別布置和形成其上形成有熱通孔8的焊接區(qū)7a和7b，而且焊接區(qū)3a的焊接通孔4起到熱通孔8的作用。所以焊接能夠很好地進(jìn)行。
下面，對(duì)通過實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)布置和形成熱通孔8的優(yōu)越性所獲得的結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容是改變熱通孔8的布置間距、直徑和布置數(shù)量，以找到獲得極好結(jié)果的條件。
圖3是示出實(shí)驗(yàn)條件的典型圖，其示出了貫穿多層印制板1形成的焊接通孔(焊接TH)4和熱通孔(熱TH)8之間的關(guān)系。熱通孔的直徑用α表示，焊接通孔的直徑用β表示，它們之間的間距用A表示，直徑比α/β用B表示，熱通孔的數(shù)量用C表示。在圖中所示的狀態(tài)下，在熱通孔的數(shù)量C被設(shè)為“2”的情況，它們被布置在相對(duì)的位置，焊接通孔介于其間。
在實(shí)驗(yàn)中采用的條件如下。對(duì)于焊接過程，采取“無(wú)鉛流動(dòng)焊接”方法。作為焊接材料的無(wú)鉛焊料是Sn-Ag-Cu基材料，更明確的說(shuō)，是“Sn-3.0Ag-0.5Cu”的焊料。焊接時(shí)間是“10秒”。
對(duì)于焊接的評(píng)價(jià)，即指是否獲得了極好的焊料堆積狀態(tài)，分四級(jí)計(jì)算分?jǐn)?shù)作為評(píng)分，也就是，焊料堆積到元件表面并形成倒角(fillet)的狀態(tài)被計(jì)算為“3”分，焊料堆積至元件表面的狀態(tài)被計(jì)算為“2”分，焊料堆積至焊接通孔的75％或更多而未堆積至元件表面的狀態(tài)被計(jì)算為“1”分，焊料堆積至小于焊接通孔的75％的狀態(tài)被計(jì)算為“0”分，焊接數(shù)量的每一個(gè)被設(shè)置為4個(gè)分?jǐn)?shù)，滿分設(shè)置為12分，并且使評(píng)分對(duì)應(yīng)條件，由此進(jìn)行繪圖。
圖4A到4C顯示了實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，圖4A顯示了焊接通孔與熱通孔邊緣之間的距離A(mm)的條件，圖4B顯示了直徑比B的條件，圖4C顯示了熱通孔數(shù)C的條件。
首先，在圖4A中，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其中焊接通孔與熱通孔邊緣之間的距離A設(shè)為“1mm”，“2mm”，“3mm”和“4mm”四種條件，直徑比B設(shè)為“1”，并且熱通孔數(shù)C設(shè)為“1”。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在“1mm”的情況中獲得最高評(píng)分，并且評(píng)分隨著距離A的增大而遞減。可以確定，當(dāng)邊緣之間的距離A的上限大約是“3mm”時(shí)，熱通孔的優(yōu)勢(shì)可以被預(yù)料。
在圖4B中，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其中熱通孔對(duì)焊接通孔的直徑比B設(shè)為五種條件，包括“0.25”，“0.5”，“0.75”和“1”四種條件，以及沒有熱通孔的“0”，邊緣之間的距離A設(shè)為“2mm”，并且在提供熱通孔的情況中數(shù)量C設(shè)為“1”。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)直徑比B為“1”得到了最高評(píng)分，并且當(dāng)直徑比B減小時(shí)評(píng)分也減小。此外，在直徑比B為“0.25”和“0”的情況下，評(píng)分是相等的。因?yàn)檫@個(gè)原因，發(fā)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)不可以被預(yù)料。參考直徑比B，可以確定在B為“0.3”或更大時(shí)，優(yōu)選在約為“0.5”(50％)或更大時(shí)，優(yōu)勢(shì)可以被預(yù)料。
在圖4C中，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其中對(duì)熱通孔數(shù)C設(shè)置“0”，“1”，“2”和“3”四種條件，邊緣之間的距離A設(shè)為“2mm”，并且直徑比B設(shè)為“0.7”。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在數(shù)量C為3時(shí)得到最高評(píng)分，并且評(píng)分隨著數(shù)量C的減小而減少。此外還發(fā)現(xiàn)，如果熱通孔數(shù)C為“1”，優(yōu)勢(shì)可以被充分獲得。
根據(jù)該實(shí)施例，在將熱通孔8設(shè)置在多層印制板1的焊接通孔4附近以使用無(wú)鉛焊料6來(lái)焊接導(dǎo)線端子5的情況下，能夠獲得極好的焊料堆積狀態(tài)，并因此能夠增強(qiáng)焊接特性。
在該情況中，如果熱通孔8和焊接通孔4的邊緣之間的距離A等于或小于“3mm”，則能夠獲得極好的優(yōu)勢(shì)。發(fā)現(xiàn)，如果其間的直徑比B等于或大于“0.3”，優(yōu)選地等于或大于“50％(0.5)”，則可以獲得極好的優(yōu)勢(shì)。此外還發(fā)現(xiàn)，如果布置的熱通孔8的數(shù)量等于或大于“1”并且增加，則可預(yù)料更大的優(yōu)勢(shì)。
事實(shí)上，通過采用這些條件，可以獲得下列實(shí)際的優(yōu)勢(shì)。
(1)在A基板的情況，當(dāng)設(shè)置的條件為，對(duì)于有2mm直徑的焊接通孔，熱通孔的直徑設(shè)置為1.3mm，也就是說(shuō)，直徑比B設(shè)置為0.65，并且邊緣之間的距離A設(shè)置為1.5mm，則與未提供熱通孔的情況相比，能夠更大地增強(qiáng)焊料堆積。
(2)在B基板的情況，當(dāng)設(shè)置的條件為，對(duì)于有1.4mm直徑的焊接通孔，熱通孔的直徑設(shè)置為1.4mm，也就是說(shuō)，直徑比B設(shè)置為1.0，并且邊緣之間的距離A設(shè)置為1.5mm，則與未提供熱通孔的情況相比，會(huì)顯著地增強(qiáng)焊料堆積。
本發(fā)明不限于這些例子，而是能以下面的方式改變或擴(kuò)大。
在實(shí)施例中，對(duì)假定導(dǎo)線端子5具有正方形截面而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的情況進(jìn)行了說(shuō)明。然而，導(dǎo)線端子5的形狀不限于正方形，還可以是長(zhǎng)方形，并且圓形同樣也能應(yīng)用于此。
雖然在該實(shí)施例中使用的無(wú)鉛焊料是Sn-Ag-Cu基材料，此外，同樣能使用Sn-Ag基材料。
權(quán)利要求
1.一種焊接結(jié)構(gòu)，包含印制板；通孔，其貫穿印制板而形成，并且使用無(wú)鉛焊料把具有導(dǎo)線端子的電子元件焊接到其上；和用于保持焊料的輔助通孔，其被電隔離并且在所述通孔的附近貫穿印制板而形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的焊接結(jié)構(gòu)，其中通孔邊緣和輔助通孔邊緣之間的距離等于或小于3mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的焊接結(jié)構(gòu)，其中輔助通孔的直徑等于或大于通孔直徑的50％。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的焊接結(jié)構(gòu)，其中輔助通孔的直徑等于或大于通孔直徑的50％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的焊接結(jié)構(gòu)，其中對(duì)于一個(gè)通孔布置和形成多個(gè)輔助通孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的焊接結(jié)構(gòu)，其中對(duì)于一個(gè)通孔布置和形成多個(gè)輔助通孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的焊接結(jié)構(gòu)，其中對(duì)于一個(gè)通孔布置和形成多個(gè)輔助通孔。
全文摘要
在多層印制板中用于焊接導(dǎo)線端子的焊接區(qū)的焊接通孔附近，提供電隔離的焊接區(qū)以形成熱通孔。在焊接中，通過熱通孔中填充的無(wú)鉛焊料的熱量輻射和供應(yīng)，能夠抑制焊接通孔的熱量輻射。因而，能夠?qū)崿F(xiàn)充分的焊料堆積并獲得極好的焊接特性。
文檔編號(hào)H05K3/34GK101072466SQ20071010099
公開日2007年11月14日 申請(qǐng)日期2007年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月8日
發(fā)明者鈴木貴人, 箕浦章浩 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東海理化電機(jī)制作所