專利名稱：布線板、電子器件和電子元件的安裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(fā)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(shù)：
以下參照圖19，對現(xiàn)有的布線板的一個(gè)構(gòu)成例進(jìn)行說明。在圖19所示的現(xiàn)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(huán)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，然后對銅箔進(jìn)行加壓加熱處理并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(guī)定位置上形成通孔12。通孔12的內(nèi)表面被與鍍銅膜疊層基板11表面的銅箔連接的導(dǎo)電膜(第一導(dǎo)電膜)13覆蓋。該導(dǎo)電膜13是例如在向通孔12的內(nèi)表面添加催化劑之后，通過無電解鍍銅工藝進(jìn)行基底電鍍，然后在其上電解鍍銅而形成的。以下，將被導(dǎo)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(dǎo)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(gè)表面，但有時(shí)也形成在基板11的一個(gè)表面上。關(guān)于焊盤15，近年來隨著高密度化安裝，在能確保最低限度的接合強(qiáng)度的范圍內(nèi)，盡可能地小地形成。
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(hù)膜的作用，保護(hù)涂覆焊錫的焊盤15以外的部分不被涂覆鉛錫焊料31，它是在印刷涂覆焊錫膏(paste)之后，通過感光而形成的。其中，為了盡量不妨礙鉛錫焊料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(dǎo)電部件)22插入上述構(gòu)成的布線板110A的通孔14內(nèi)，在該狀態(tài)下，通過鉛錫焊料31使引線22與通孔14接合。現(xiàn)在，作為鉛錫焊料31，大多使用錫鉛共晶焊料(Sn 63wt％，其余為Pb，以下記為Pb-63Sn)。鉛錫焊料31具有緩和由于雜質(zhì)接合而產(chǎn)生的熱膨脹失配(miss match)的應(yīng)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(chǎn)生連接缺陷。
但是，近年來隨著環(huán)境意識的提高，鉛造成的環(huán)境污染成為突出的問題，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(gòu)成的焊錫。無鉛焊錫的熔融溫度是190℃～230℃，上述Pb-63Sn的熔融溫度高于183℃。由于布線板110A的主材即環(huán)氧系列材料的?；瘻囟葹?25～140℃，所以當(dāng)用無鉛焊錫替代現(xiàn)在使用的Pb-63Sn時(shí)，凝固收縮溫度的差變大，涂覆焊錫時(shí)膨脹的布線板110A的基板收縮而引起的應(yīng)力變大。此外，無鉛焊錫與Pb-63Sn相比，具有金屬的拉伸強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度大，且延伸率小等金屬特性，所以不易緩和焊錫涂覆部位的應(yīng)力。根據(jù)上述理由可知，當(dāng)使用無鉛焊錫在現(xiàn)有的布線板110A上安裝電子元件20時(shí)，經(jīng)常發(fā)生焊盤剝離現(xiàn)象，而這種現(xiàn)象在使用鉛錫焊料31時(shí)幾乎不會發(fā)生。
當(dāng)使用無鉛焊錫32在現(xiàn)有的布線板110A上進(jìn)行焊錫涂覆時(shí)，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(tài)。此時(shí)，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(yīng)力。然后，當(dāng)進(jìn)行2000cyc反復(fù)過熱和冷卻的溫度循環(huán)試驗(yàn)，持續(xù)地施加熱應(yīng)力時(shí)，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(fā)生較大變形，直至斷線。由該驗(yàn)證試驗(yàn)可知，如果原封不動地使用發(fā)生焊盤剝離的現(xiàn)有布線板110A來制造電子器件，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(bào)中記載了一種抑制焊盤剝離的方法。在該公報(bào)所記載的現(xiàn)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(chǎn)品的現(xiàn)有的已有產(chǎn)品中，對于已經(jīng)出廠的產(chǎn)品，象圖19所示的現(xiàn)有布線板110A那樣，大多使用沒有采取防止焊盤剝離措施的布線板。當(dāng)這樣產(chǎn)品的電子元件發(fā)生故障，更換新的電子元件21進(jìn)行維修時(shí)，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(fā)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(dāng)對上述已有產(chǎn)品進(jìn)行維修時(shí)，可以考慮廢棄沒有采取防止焊盤剝離措施的布線板110A，而更換圖21所示的現(xiàn)有布線板110B。但是，為了制造新的布線板110B，必須設(shè)計(jì)用于將成為阻焊層117的焊錫膏印刷涂覆成規(guī)定圖形的模具，使用該模具來實(shí)際地形成阻焊層117，從而增加了成本。并且，由于廢棄了沒有故障的布線板110A，從而造成了浪費(fèi)。
在制造現(xiàn)有的布線板110B時(shí)成本增加的問題，不限于維修已有產(chǎn)品的情況，在制造新產(chǎn)品時(shí)也會產(chǎn)生同樣的問題。
本發(fā)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，以低成本制造不產(chǎn)生焊盤剝離的布線板。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的布線板的特征在于，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。
焊錫涂覆時(shí)膨脹的基板收縮產(chǎn)生的力W和隨著無鉛焊錫凝固收縮產(chǎn)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(dāng)焊盤和基板之間的粘合力＜W+Tsinθ時(shí)發(fā)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(kuò)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(nèi)側(cè)。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相比能以低成本制造的被覆材料，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(gè)區(qū)域，也可以進(jìn)而覆蓋所有通孔的開口。無論哪種情況，由于在焊盤上不形成無鉛焊錫的焊腳，所以進(jìn)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硅酮橡膠形成。
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(shè)置輔助焊盤，可以進(jìn)一步強(qiáng)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(fā)明的電子器件的特征在于，具有覆蓋焊盤外周邊緣的至少一部分的被覆材料。
焊錫涂覆時(shí)膨脹的基板收縮產(chǎn)生的力W和隨著無鉛焊錫凝固收縮產(chǎn)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(dāng)焊盤和基板之間的粘合力＜W+Tsinθ時(shí)發(fā)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(kuò)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(nèi)側(cè)。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相比能以低成本制造的被覆材料，能以低成本抑制焊盤剝離。
此外，本發(fā)明的電子器件的特征在于，從布線板的基板表面伸出到外側(cè)的導(dǎo)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。
焊錫涂覆時(shí)膨脹的基板收縮產(chǎn)生的力W和隨著無鉛焊錫凝固收縮產(chǎn)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(dāng)焊盤和基板之間的粘合力＜W+Tsinθ時(shí)發(fā)生焊盤剝離。由于焊腳形成角θ越小，Tsinθ越小，所以通過使電子元件的導(dǎo)電部件從基板表面伸出到外側(cè)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(jìn)行導(dǎo)電部件從基板表面伸出到外側(cè)的長度的調(diào)整，所以能以低成本抑制焊盤剝離。
其中，導(dǎo)電部件的前端可以不從基板表面伸出到外側(cè)。
在上述電子器件中，可以在布線板和電子元件之間設(shè)置墊片。由于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(dǎo)電部件從基板表面伸出到外側(cè)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征在于，導(dǎo)電部件當(dāng)插入通孔時(shí)，從與通孔的內(nèi)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(yīng)能力比導(dǎo)電部件材料低的材料形成。
通過將上述導(dǎo)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(cè)，可以使無鉛焊錫不擴(kuò)散浸潤到被被覆膜覆蓋的部分，所以在導(dǎo)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，垂直于導(dǎo)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(fā)明的電子元件的組裝方法的特征在于，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(dǎo)電部件插入布線板的通孔，通過無鉛焊錫使通孔內(nèi)的第一導(dǎo)電膜和導(dǎo)電部件接合。
此外，本發(fā)明的電子元件的安裝方法的特征在于，包括以下工序第一工序，當(dāng)將電子元件的導(dǎo)電部件插入布線板的通孔時(shí)，使從布線板的基板表面伸出到外側(cè)的導(dǎo)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(tài)下，通過無鉛焊錫使通孔內(nèi)的第一導(dǎo)電膜和導(dǎo)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(tài)下，將導(dǎo)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(dǎo)電部件的長度加工得較短的工序。
此外，本發(fā)明的電子元件的安裝方法的特征在于，包括以下工序第一工序，用被覆膜覆蓋導(dǎo)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(yīng)能力比電子元件的導(dǎo)電部件材料低的材料構(gòu)成；以及第二工序，將導(dǎo)電部件插入布線板的通孔，通過無鉛焊錫使通孔內(nèi)的第一導(dǎo)電膜和導(dǎo)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(fā)明第一實(shí)施方式的布線板局部構(gòu)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(gòu)成的電子器件的局部構(gòu)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是用于說明抑制焊盤從圖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(gè)變形例的剖視圖，(b)是表示圖1所示的電子器件的一個(gè)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(gè)變形例的剖視圖，(b)是表示圖1所示的電子器件的另一個(gè)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(jìn)行溫度循環(huán)試驗(yàn)之后的剖面。
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(fā)明第二實(shí)施方式的布線板局部構(gòu)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(gòu)成的電子器件的局部構(gòu)造的放大剖視圖。
圖9是表示本發(fā)明第三實(shí)施方式的電子器件局部構(gòu)造的放大剖視圖，(a)示出了引線從布線板表面伸出的狀態(tài)，(b)示出了引線沒有從布線板表面伸出的狀態(tài)。
圖10是用于說明抑制焊盤從圖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(jìn)行溫度循環(huán)試驗(yàn)之后的剖面照片。
圖12是表示本發(fā)明第四實(shí)施方式的電子器件局部構(gòu)造的放大剖視圖。
圖13是用于說明引線伸出長度的調(diào)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(tài)，(b)示出了配置墊片的狀態(tài)。
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(gòu)造，(b)放大示出了局部構(gòu)造。
圖15是表示本發(fā)明第五實(shí)施方式的電子器件局部構(gòu)造的放大剖視圖。
圖16是表示圖15所示的電子器件的各制造工序的剖視圖。
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(fā)明第六實(shí)施方式的電子器件局部構(gòu)造的放大剖視圖。
圖19(a)是表示現(xiàn)有的布線板局部構(gòu)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(gòu)造的放大剖視圖。
圖20是通過驗(yàn)證試驗(yàn)確認(rèn)的焊盤剝離的剖面照片，(a)示出了初始狀態(tài)，(b)示出了溫度循環(huán)試驗(yàn)之后的狀態(tài)。
圖21是表示特開2001-332851號公報(bào)中記載的現(xiàn)有的布線板局部構(gòu)造的放大剖視圖。
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖，對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。
(第一實(shí)施方式)圖1是表示本發(fā)明第一實(shí)施方式的布線板以及在該布線板上安裝電子元件而構(gòu)成的電子器件的局部構(gòu)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(biāo)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(nèi)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由相對于無鉛焊錫32的融點(diǎn)(例如，如果是Sn-Ag-Cu焊錫，則為216～217℃)具有耐熱性的材料構(gòu)成，可以使用例如Ni等金屬、環(huán)氧系列的耐熱性樹脂、耐熱性硅酮橡膠等。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(shí)，焊盤剝離被抑制的原理進(jìn)行說明。
如圖1(b)所示，當(dāng)在布線板10的通孔14內(nèi)插入從電子元件20的殼體21引出的引線22，然后使用無鉛焊錫32進(jìn)行焊錫涂覆時(shí)，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(kuò)散浸潤到外周邊緣15A。
然后，當(dāng)熔融的無鉛焊錫32冷卻并凝固收縮時(shí)，如圖3所示，沿焊腳32A向斜下方向產(chǎn)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，由于熔融的無鉛焊錫32沒有在焊盤15上擴(kuò)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(nèi)側(cè)的P點(diǎn)上?；?1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，但由于Tsinθ沒有作用在該處，所以焊盤15不易從基板11上剝離。
此外，由于焊盤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(shí)多發(fā)的焊盤剝離，從而能制造使用壽命長、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相比能以低成本制造的被覆材料18，由此能抑制焊盤剝離，進(jìn)而能以低成本制造使用壽命長、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于制造新產(chǎn)品的情況，而且也能適用于在不是新產(chǎn)品的已有產(chǎn)品中，當(dāng)已經(jīng)出廠的產(chǎn)品的電子元件發(fā)生故障，更換新的電子元件20進(jìn)行維修的情況。對于后者，當(dāng)在已有產(chǎn)品中使用沒有被覆材料18的布線板110A時(shí)，可以在布線板110A上重新附加被覆材料18，然后安裝新的電子元件20。由此，可以在不廢棄已有產(chǎn)品上使用的布線板110A的情況下，使用無鉛焊錫32來進(jìn)行維修。
以下，對被覆材料18的構(gòu)成進(jìn)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(gè)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于此，也可以象圖4(a)所示的布線板10A那樣構(gòu)成，被覆材料18A覆蓋焊盤15的整個(gè)區(qū)域。使用無鉛焊錫32在布線板10A上安裝電子元件20的狀態(tài)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(gè)區(qū)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，然后用電子元件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。然后進(jìn)行焊錫涂覆，從而如圖5(b)所示，在形成被覆材料18B一側(cè)(圖5(b)中的上側(cè))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(jìn)行了驗(yàn)證。其中，在與上述現(xiàn)有的布線板10A相同的條件下，進(jìn)行200cyc溫度循環(huán)試驗(yàn)。其結(jié)果是，如圖6的照片所示，由于無鉛焊錫32不與焊盤15接觸，不形成焊腳32A，所以不會發(fā)生焊盤剝離，從而可以確認(rèn)圖5所示的結(jié)構(gòu)對防止焊盤剝離是有效的。
如圖5所示，當(dāng)通孔14的開孔被堵塞時(shí)，考慮到用于焊錫涂覆的焊劑(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(shè)置間隙。
圖1、圖4和圖5中的被覆材料18、18A、18B，在焊錫涂覆之后，可以原封不動地留在基板11上，也可以除去。
焊盤15的平面形狀不限于圓形，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(shè)置半圓形的輔助焊盤(sub-land)19。設(shè)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(jìn)一步強(qiáng)化焊盤15和電路布線16之間的連接。也可以對于不是圓形的焊盤形成輔助焊盤，輔助焊盤的形狀也不限于半圓形。
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(shí)含有不會改變其性質(zhì)的雜質(zhì)鉛。
(第二實(shí)施方式)圖8是表示本發(fā)明第二實(shí)施方式的布線板以及在該布線板上安裝電子元件而構(gòu)成的電子器件的局部構(gòu)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中使用耐熱性的硅酮橡膠等彈性體，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(yīng)力，抑制無鉛焊錫32從引線22或通孔14上剝離。
(第三實(shí)施方式)圖9是表示本發(fā)明第三實(shí)施方式的電子器件的局部構(gòu)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(biāo)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(cè)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(dǎo)線22的前端也可以不從布線板110A的表面伸出，此時(shí)導(dǎo)線22的伸出長度為0或負(fù)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(shí)，使引線22的伸出長度為焊盤15半徑的1/2以下，在該狀態(tài)下，通過無鉛焊錫32使通孔14和引線22接合。
當(dāng)熔融的無鉛焊錫32冷卻并凝固收縮時(shí)，如圖10所示，沿焊腳32A向斜下方向產(chǎn)生張力T。此時(shí)，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(jìn)行了驗(yàn)證。其中，在與上述現(xiàn)有的布線板110A相同的條件下，進(jìn)行200cyc溫度循環(huán)試驗(yàn)。其結(jié)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(fā)生焊盤剝離。因此，可以確認(rèn)圖9所示的結(jié)構(gòu)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(shí)多發(fā)的焊盤剝離，從而能制造使用壽命長、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(jìn)行引線22伸出長度的調(diào)整，所以能以低成本抑制焊盤剝離，從而能制造使用壽命長、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于制造新產(chǎn)品的情況，而且也能適用于在不是新產(chǎn)品的已有產(chǎn)品中，當(dāng)已經(jīng)出廠的產(chǎn)品的電子元件發(fā)生故障，更換新的電子元件20進(jìn)行維修的情況。由此，可以在不廢棄已有產(chǎn)品上使用的布線板110A的情況下，使用無鉛焊錫32來進(jìn)行維修。
垂直于引線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(shí)施方式)圖12是表示本發(fā)明第四實(shí)施方式的電子器件的局部構(gòu)造的放大剖視圖。
在圖12所示的電子器件中，與殼體21整個(gè)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，然后通過無鉛焊錫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(guī)定高度的墊片41，可以容易地將引線22的伸出長度調(diào)整到焊盤15半徑的1/2以下。其結(jié)果是可以獲得以下效果，即能抑制焊盤剝離、制造使用壽命長、可靠性高的電子器件，這與第三實(shí)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(gè)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(shè)置圖1、4、5、8中的被覆材料18、18A～18C。
關(guān)于墊片41、42的材質(zhì)，只要相對于焊錫涂覆時(shí)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(huán)氧類耐熱性樹脂、耐熱性硅酮橡膠等。
(第五實(shí)施方式)圖15是表示本發(fā)明第五實(shí)施方式的電子器件的局部構(gòu)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(yù)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(diào)整到焊盤15半徑的1/2以下。其結(jié)果是，能獲得抑制焊盤剝離，制造使用壽命長、可靠性高的電子器件的效果，這與第三實(shí)施方式相同。
當(dāng)將電子元件20A安裝在布線板110A上時(shí)，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相對于焊錫涂覆時(shí)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(shè)置被覆材料18B。也可以設(shè)置圖1、4、8中的被覆材料18、18A、18C。
(第六實(shí)施方式)圖18是表示本發(fā)明第六實(shí)施方式的電子器件的局部構(gòu)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(dāng)于當(dāng)引線24被插入布線板110A的通孔14中時(shí)，與通孔14內(nèi)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相對于無鉛焊錫32的融點(diǎn)(例如如果是Sn-Ag-Cu焊錫，則為216～217℃)具有耐熱性，并且由與熔融焊錫的反應(yīng)能力比引線24的材料低的材料構(gòu)成，例如可以使用Ni等金屬、環(huán)氧類耐熱性樹脂、耐熱性硅酮橡膠等。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(cè)。在該狀態(tài)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(dǎo)電膜13接合。由此，可以制造圖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(cè)的引線24的表面被被覆膜25覆蓋，由于無鉛焊錫32不會擴(kuò)散浸潤到?jīng)]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，制造使用壽命長、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、制造使用壽命長、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于制造新產(chǎn)品的情況，而且也能適用于在不是新產(chǎn)品的已有產(chǎn)品中，當(dāng)已經(jīng)出廠的產(chǎn)品的電子元件發(fā)生故障，更換新的電子元件20B進(jìn)行維修的情況。由此，可以在不廢棄已有產(chǎn)品上使用的布線板110A的情況下，使用無鉛焊錫32來進(jìn)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，必須采取第一～第五實(shí)施方式所示的焊盤剝離措施。
此外，當(dāng)引線24插入布線板110A的通孔14中時(shí)，可以用被覆膜僅覆蓋與通孔14內(nèi)表面相對的部分和伸出布線板110A外側(cè)的部分之間的邊界部分。
作為適用本發(fā)明的電子器件，有例如打印機(jī)、傳真機(jī)、LCD監(jiān)視器、個(gè)人計(jì)算機(jī)、大型計(jì)算機(jī)(包括服務(wù)器、超級計(jì)算機(jī))、交換機(jī)、傳輸設(shè)備、基站裝置等。
上述第一～第六實(shí)施方式可以單獨(dú)實(shí)施，也可以與其他實(shí)施方式組合實(shí)施。此外，本發(fā)明不限于第一～第六實(shí)施方式，在本發(fā)明的技術(shù)思想的范圍內(nèi)，各實(shí)施方式可以進(jìn)行適當(dāng)變更。
如上所述，在本發(fā)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(kuò)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(dǎo)電部件從基板表面伸出到外側(cè)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(yīng)，Tsinθ也變小，所以焊盤不易從基板上剝離。而且，由于只要調(diào)整導(dǎo)電部件從基板表面伸出到外側(cè)的長度即可，所以能以低成本抑制焊盤剝離。
此外，在本發(fā)明中，用被覆膜覆蓋電子元件的導(dǎo)電部件的前端和根部至少一方，并且使被被覆膜覆蓋的部分從基板表面伸出到外側(cè)，由此無鉛焊錫不會擴(kuò)散浸潤到被被覆膜覆蓋的部分。由此，在導(dǎo)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，由于只要在導(dǎo)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(jié)構(gòu)的電子器件的可靠性。
特別是，在不是新產(chǎn)品的現(xiàn)有的已有產(chǎn)品中，當(dāng)已經(jīng)出廠的電子元件發(fā)生故障，更換新的電子元件進(jìn)行維修時(shí)，也能以低成本使用無鉛焊錫進(jìn)行維修。而且，不必廢棄沒有故障的布線板，而能進(jìn)行再利用。
權(quán)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(dǎo)電膜，覆蓋上述通孔的內(nèi)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，并且與上述第一導(dǎo)電膜連接的第二導(dǎo)電膜構(gòu)成；和電路布線，形成在上述基板表面，并且與上述焊盤連接；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(tài)下，通過無鉛焊錫與上述第一導(dǎo)電膜接合的導(dǎo)電部件，其特征在于，從上述基板表面伸出到外側(cè)的上述導(dǎo)電部件的前端長度為上述焊盤半徑的1/2以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子器件，其特征在于，上述導(dǎo)電部件的前端不從上述基板表面伸出到外側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子器件，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求3所述的電子器件，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的電子器件，其特征在于，垂直于上述導(dǎo)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(jù)權(quán)利要求1至5任意一項(xiàng)所述的電子器件，其特征在于，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(dǎo)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(dǎo)電膜，覆蓋上述通孔的內(nèi)表面；焊盤，由形成在上述基板表面上上述通孔的開口周圍，并且與上述第一導(dǎo)電膜連接的第二導(dǎo)電膜構(gòu)成；以及電路布線，形成在上述基板表面，并且與上述焊盤連接，其特征在于，包括以下工序第一工序，當(dāng)將上述導(dǎo)電部件插入上述通孔時(shí)，使從上述基板表面伸出到外側(cè)的上述導(dǎo)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(tài)下，通過無鉛焊錫使上述通孔內(nèi)的上述第一導(dǎo)電膜和上述導(dǎo)電部件接合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電子元件的安裝方法，其特征在于，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(tài)下，將上述導(dǎo)電部件插入上述通孔的工序。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電子元件的安裝方法，其特征在于，在上述第一工序之前，還包括將上述導(dǎo)電部件的長度加工得較短的工序。
全文摘要
本發(fā)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(dǎo)電膜13，覆蓋通孔12的內(nèi)表面；焊盤15，由形成在基板11表面上通孔12的開口周圍，并且與第一導(dǎo)電膜13連接的第二導(dǎo)電膜構(gòu)成；電路布線16，形成在基板11表面，并且與焊盤15連接；保護(hù)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(yōu)先權(quán)日2002年4月22日
發(fā)明者百川裕希 申請人:日本電氣株式會社