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)明涉及通孔的焊接結(jié)構(gòu)，其中利用無鉛(Pb)焊料將電子元件的引線端焊接至在印刷電路板中形成的通孔。
背景技術(shù)：
在通過在印刷電路板中形成通孔將具有引線端的電子元件安裝至印刷電路板的情況下，處于將引線端插入通孔的狀態(tài)的印刷電路板將浸漬在熔融焊料池中，從而將焊料填充至通孔。通常在這種情況下，當使用共晶焊料(Sn-Pb)時，將通孔的開口面積設(shè)置為引線端橫截面積的大約兩倍。無需參考特定的文獻，因為以這種方式在印刷電路板上安裝元件是常用技術(shù)。
然而，考慮到環(huán)境污染，出現(xiàn)了不使用上述共晶焊料的趨勢，而使用無鉛焊料來代替共晶焊料。因為與共晶焊料相比，無鉛焊料具有更高的熔點，因而可能出現(xiàn)所謂的不充分焊接。具體地，當從熔融焊料池中取出印刷電路板時，焊料沒有在通孔的上表面充分地堆積(rise)起來。因此，存在出現(xiàn)不良焊接的問題。
例如，該問題如圖4所示。在圖4中，多層印刷電路板1具備通孔2。在通孔2兩側(cè)的相對部分上形成導電圖案3a、3b，它們處于通過焊接彼此電連接的狀態(tài)。圖4表示多層印刷電路板1處于電子元件的引線端4已經(jīng)插入到通孔2并被焊接的狀態(tài)。
在這種情況下，用于焊接的焊料是無鉛焊料5。如上所述，因為與Sn-Pb的共晶焊料相比，無鉛焊料5具有更高的熔點，所以當熱傳導差時，焊料堆積將不夠充分。因此，在熔融焊料池中的通常浸漬工藝中，不能實現(xiàn)完美的焊接，因為在無鉛焊料5從多層印刷電路板1的下表面?zhèn)鹊膶щ妶D案3b到達上表面?zhèn)鹊膶щ妶D案3a之前，無鉛焊料5將會凝固，如圖所示。
然而，在為了增加熱傳導從而改善焊料堆積而將多層電路板1長時間地浸漬在焊料池中的情況下，反而會對要焊接的電子元件和印刷電路板造成熱損害。因此，這在實際中不是良好的解決方案。從而，較好地是在最大可允許浸漬時間內(nèi)執(zhí)行焊接，但這也會引起不充分的焊料堆積，并且存在降低焊接性能的可能性。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述情況實現(xiàn)本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供一種通孔的焊接結(jié)構(gòu)，其中，即使在利用無鉛焊料將具有引線端的電子元件焊接至在印刷電路板中形成的通孔的情況下也能夠提高焊接性能。
根據(jù)本發(fā)明，一種焊接結(jié)構(gòu)包括印刷電路板；在該印刷電路板中形成的通孔；以及具有通過無鉛焊料焊接至該通孔的引線端的電子元件，其中通孔的開口面積是引線端橫截面積的四倍或者更大。
在上述結(jié)構(gòu)中，無鉛焊料優(yōu)選地是具有高熔點的Sn-Ag或者Sn-Ag-Cu的無鉛焊料。
根據(jù)本發(fā)明，在利用無鉛焊料進行焊接的情況下，形成通孔，使得該通孔的開口面積與引線端橫截面積之比為4或者更大。因此，能夠增強通孔中的熱傳導，并且當印刷電路板浸漬在無鉛焊料中時，無鉛焊料能夠通過通孔充分地堆積至印刷電路板的上表面。按照此方式，能夠?qū)崿F(xiàn)焊接性能的改善。
如上所述，通過將通孔開口面積與引線端橫截面積之比設(shè)置為4或更大，在使用常規(guī)共晶焊料的情況下可能出現(xiàn)裂縫。在這種情況下，難以應(yīng)用該發(fā)明。在這方面，在使用無鉛焊料的情況下，由于焊料的性質(zhì)，幾乎不出現(xiàn)裂縫。


圖1A和1B是表示本發(fā)明實施例的示意圖和示意平面圖。
圖2是表示為獲得數(shù)據(jù)而進行的實驗的設(shè)定條件的視圖。
圖3A和3B表示實驗結(jié)果的圖表，并且圖3C是表示焊料堆積評估與面積比的曲線圖。
圖4A和4B是對應(yīng)于圖1A和圖1B的用于說明現(xiàn)有技術(shù)的視圖。
具體實施例方式
下面將參考圖1至3說明本發(fā)明的實施例。
圖1A和1B是表示該實施例的剖視圖和平面圖。多層印刷電路板11包括彼此堆疊的多個布線層。用于布線的導電圖案在多層印刷電路板11的上表面和下表面上形成，并且用于布線的其它導電圖案也形成在其內(nèi)部中間層中。在所示部分形成用于安裝電子元件的通孔12。以如下這樣的方式在多層印刷電路板11的上表面和下表面上形成導電圖案13a和13b，即利用焊接部分13c的通孔將上和下導電圖案13a、13b彼此電連接在一起。
形成通孔12以在其中插入電子元件。電子元件的引線端14被插入至通孔12并且利用無鉛焊料15固定。在示出的狀態(tài)中，無鉛焊料15已經(jīng)到達在多層印刷電路板11的上表面上形成的導電圖案13a的表面，從而實現(xiàn)充分的焊料堆積，并且獲得良好的焊接性能。
在上述結(jié)構(gòu)中，可以從開口的直徑d獲得通孔12的開口面積S1，并且可以從其橫截面的縱向和橫向長度獲得引線端14的橫截面積S2。在該示出的結(jié)構(gòu)中，通孔12的開口面積S1由使面積S1是引線端14的橫截面積S2的4倍或更多的面積比R來確定。
通過使用這樣的結(jié)構(gòu)，能夠通過在將引線端14焊接至多層印刷電路板11時進行焊料浸漬來足夠地增強通孔12中的熱傳導。按照此方式，能夠獲得通孔12中的良好焊料堆積。
已經(jīng)通過實驗證實，將通孔12的開口面積S1與引線端14的橫截面積S2的面積比R設(shè)置為4或更多是有優(yōu)勢的。下面將描述出實驗結(jié)果。
圖2是表示實驗條件的示意圖，其中在多層印刷電路板11中形成的通孔12的直徑是d，并且引線端14的橫截面例如是方形，四邊長度為a。在圖2中，通孔12的開口面積S1和引線端14的橫截面積S2如下S1＝π×(d/2)2S2＝a2因此，它們之間的比率示出為面積比RR＝S1/S2＝π×(d/2a)2在該實驗中，在具有一邊邊長a為0.64mm的引線端14的橫截面積S2被設(shè)為常量，而通孔12的直徑d從1.0mm至2.0mm變化的情況下，進行了無鉛焊料的焊接，并評估了結(jié)果。具體地，在通孔12的直徑d變化為1.0mm、1.2mm、1.5mm、1.6mm、1.8mm、1.9mm和2.0mm的情況下計算了面積比R。采用的無鉛焊料是Sn-Ag-Cu的焊料，更具體地，是Sn-3.OAg-0.5Cu的焊料。
通過當焊料堆積是75％時計0分，當焊料堆積多于75％但小于100％時計1分，并且當焊料堆積是100％計2分來評價焊接性能。結(jié)果在圖3A中示出。在焊接時間為6秒和焊接時間為10秒的情況下，分別對四件進行評價。圖3B表示如上所述計算的分數(shù)，其中滿分8分被轉(zhuǎn)換為100分。
圖3是曲線圖，其中繪出了得到的分數(shù)與面積比R的關(guān)系。從該結(jié)果可以看出，隨著面積比從約4或者更多增加，作為近似的門限值，評估超過50分，并且提高了焊接性能。此外，在焊接時間為6秒或者10秒的情況下獲得了基本相同的結(jié)果。因此，從此實驗可以看出，通過將面積比R設(shè)置為4或者更多可以增強焊接性能。
盡管面積比R為4或更大已經(jīng)足夠，但是在實際應(yīng)用中仍然存在限制。具體地，優(yōu)選面積比是可以避免由于焊接造成氣孔出現(xiàn)的大小。由于氣孔出現(xiàn)的條件并不僅由面積比R確定，因此優(yōu)選地可通過實驗確定面積比。
根據(jù)上述實施例，通過設(shè)置多層印刷電路板11的通孔12的直徑d使得開口面積與引線端14的橫截面積之間的面積比R為4或更大，能夠在焊接無鉛焊料的情況下獲得良好的焊料堆積。結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)焊接性能的提高。
實際上，通過采用上述條件能夠獲得下面的實際效果。
(1)在板A的情況下，面積比R從2.09改變至4.91(通孔的直徑d從1.3mm改變至2.0mm，并且引線端的外形尺寸被設(shè)置為1.0mm×0.64mm)。按照此方式，能夠獲得良好的焊料堆積。
(2)在板B的情況下，面積比R從3.7改變至6.0(通孔的直徑d從1.1mm改變至1.4mm，并且引線端的外形尺寸被設(shè)置為0.64mm×0.40mm)。按照此方式，能夠顯著地增加焊料堆積。
(3)在板C的情況下，面積比R從2.09改變至4.91(通孔的直徑d從1.3mm改變至2.0mm，并且引線端的外形尺寸被設(shè)置為1.0mm×0.64mm)。按照此方式，能夠顯著地增加焊料堆積。
本發(fā)明并不限于上述實施例，而是可按照如下方式進行修改或者擴展。
在上述實施例中，已經(jīng)針對引線端14的橫截面為方形的情況說明了實驗。然而在應(yīng)用本發(fā)明時，除了方形之外，引線端14的橫截面可以為矩形或者圓形。
此外，盡管上述實施例中使用的無鉛焊料是Sn-Ag-Cu的焊料，但是還可以使用Sn-Ag的無鉛焊料。
權(quán)利要求
1.一種焊接結(jié)構(gòu)，包括印刷電路板；在所述印刷電路板中形成的通孔；以及電子元件，具有通過無鉛焊料焊接至所述通孔的引線端，其中所述通孔的開口面積是所述引線端橫截面積的四倍或者更大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接結(jié)構(gòu)，其中所述無鉛焊料是具有高熔點的Sn-Ag或者Sn-Ag-Cu的無鉛焊料。
全文摘要
在印刷電路板中形成通孔。按照如下這樣的方式在印刷電路板的上表面和下表面上形成導電圖案，即通過通孔焊料使導電圖案彼此電連接。將電子元件的引線端插入到通孔并且利用無鉛焊料進行焊接。根據(jù)本發(fā)明，將通孔的開口面積設(shè)置為引線端橫截面積的四倍或更大。按照此方式，能夠在進行焊接時增強熱傳導，并且能夠形成良好的焊接，即使當使用具有高熔點的無鉛焊料時也是如此。
文檔編號H05K3/42GK101031184SQ20071008542
公開日2007年9月5日 申請日期2007年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月3日
發(fā)明者鈴木貴人, 箕浦章浩 申請人:株式會社東海理化電機制作所