专利名称：通孔的焊接结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及如下情况中通孔的焊接结构，其中对于穿过印制板形成的通孔，通过无铅焊料来焊接电子元件的导线端子。
背景技术：
在形成通孔以在印制板上安装包括导线端子的电子元件的情况中，导线被插入通孔并且在该状态下被浸入在熔融焊料中，通孔部分就被焊料填充。
最近，在进行焊接的情况中，因为环境的污染，含铅的低共熔焊料不趋向于被使用。相反，无铅的焊料正在被使用。
在这样的情况下，这种无铅焊料比低共熔焊料有更高的熔点。因此，在假定熔融焊接浴的浸入条件被设定为相同而进行焊接的一些情况中，所谓的“焊料堆积(solder rise)”是不良的，换句话说，焊料不能充分堆积至通孔的上表面。结果，在一些情况中，焊接失效发生了。
作为一种对策，例如，可建议采用在专利文献1中公开的方法。
更明确地，参考在专利文献1中公开的方法，在电子元件被安装在印制板上的情况下，在通孔的附近形成热传导插脚以穿透印制板，并且热量因而充分地供给到进入通孔的焊料，因此增强了焊料堆积。
专利文献1JP-A-7-170061公布然而，专利文献1公开了提供热传导插脚的结构。由于这个原因，必需采用预先将热传导插脚插入以穿透印制板的结构。考虑该结构，需要一种新的元件，此外，考虑生产过程，还需要采用提供热传导插脚的结构。
发明内容
考虑这些情况而作出本发明，并且本发明的目的是提供一种通孔的焊接结构，其中在通孔被设置在印制板上并且通过使用无铅焊料将具有导线端子的电子元件焊接到那的情况中，不需分开提供热传导插脚也能增强焊接特性。
为了实现这个目标，本发明的特征在于具有以下配置。
(1).一种焊接结构，包含印制板；通孔，其贯穿印制板而形成，并且要使用无铅焊料把具有导线端子的电子元件焊接到其上；和用于保持焊料的辅助通孔，其被电隔离并在所述通孔的附近贯穿印制板而形成。
(2).根据(1)的焊接结构，其中通孔边缘和辅助通孔边缘之间的距离等于或小于3mm。
(3).根据(1)的焊接结构，其中辅助通孔的直径等于或大于通孔直径的50％。
(4).根据(2)的焊接结构，其中辅助通孔的直径等于或大于通孔直径的50％。
(5).根据(1)的焊接结构，其中对于一个通孔布置和形成多个辅助通孔。
(6).根据(2)的焊接结构，其中对于一个通孔布置和形成多个辅助通孔。
(7).根据(3)的焊接结构，其中对于一个通孔布置和形成多个辅助通孔。
根据本发明的第一方面，电隔离的用于保持焊料的辅助通孔设置在印制板的通孔附近。因此，在电子元件的导线端子安装在通孔上的情况中，熔融的无铅焊料进入通孔，并且进入辅助通孔。从而，通过对源自通孔的导体图案的热辐射的抑制和源自辅助通孔的热量供应，能够使通孔中的熔融焊料堆积至通孔的上侧。由此，能够可靠地焊接导线端子。
根据本发明的第二方面，辅助通孔被如此布置和形成，即，使得相对于通孔的边缘之间的距离等于或小于3mm。因此，通过对源自通孔的热辐射的抑制和源自辅助通孔的热量供应，能够可靠地进行焊接。
根据本发明的第三方面，辅助通孔被如此形成，即，使得辅助通孔的直径等于或大于通孔直径的50％。因此，通过对源自通孔的热辐射的抑制和源自辅助通孔的热量供应，能够以和上述同样的方式可靠地进行焊接。
根据本发明的第四方面，对于一个通孔布置和形成多个辅助通孔。因此，能够更大地提高优越性，从而改善可靠性。
图1是示出根据本发明的实施例的典型截面图。
图2是示出热通孔的布置情况的平面图。
图3是示出用于数据收集的实验的设定条件的图。
图4A到4C是示出焊料堆积的实验结果的曲线图。
具体实施例方式
依照本发明的实施例在下面参考图1到4C来说明。
图2是示出多层印制板1的平面图，其中在平面上形成布线导体图案2a、2b、2c和2d，而且提供用于安装电子元件的焊接区(land)3a、3b和3c，贯穿焊接区3a到3c形成焊接通孔4。电子元件(没有显示)的导线端子5被插入焊接区3a到3c的焊接通孔，并在该状态下通过无铅焊料6电连接。
此外，在多层印制板1内，没有安装电子元件的焊接区7a和7b被布置和形成在焊接区3a和3c的附近。依照本发明，作为辅助通孔的热通孔8被贯穿焊接区7a和7b形成，并且被填充无铅焊料6。其上形成有热通孔8的焊接区7a和7b没有电连接到其他部分，而是用于很好地执行在下面将要说明的无铅焊料6的焊接处理，并且在它们不电连接到任何部分的状态下被提供。
热通孔8被布置和形成在例如相对于焊接通孔4为3mm或更小的位置。而且该热通孔8的直径被设置为等于或大于焊接通孔4的直径的50％。
图1是示出在图2所示的结构中的焊接区3a和焊接区7a的部分(沿图中的A-A线所示的部分)的截面图，其中焊接区3a上形成有焊接通孔4，焊接区7a上形成有热通孔8。在图1中，多层印制板1通过提供多个布线层来构成，并且布线导体图案被形成在上和下表面侧，而且还被形成在内部中间层。
在图中所示的部分中，焊接区3a的焊接通孔4在电子元件的导线端子5插入其中的状态下被无铅焊料6填充。在图中所示的状态下，无铅焊料6充分堆积至在多层印制板1的上表面形成的导体图案2a表面，因此获得了极好的焊接特性。
在无铅焊料6的焊接处理中，热通孔8可以获得下列功能。因此，在焊接通孔4中，能够可靠地进行导线端子5的焊接处理。
更明确的说，在对焊接通孔4的无铅焊料6的焊接处理中，无铅焊料6在浸焊浴的浸渍中缓慢上升，焊接通孔4和热通孔8被无铅焊料6填充。当多层印制板1从浸焊浴被拔出时，紧接着，无铅焊料6随温度下降而凝固。
焊接通孔4中无铅焊料6的热量从插入的导线端子5或连接到焊接区3a、3b和3c的导体图案2a、2b和2c传导，而且在多层印制板1内通过图中箭头S1所示的传导向周围辐射。另一方面，热通孔8中无铅焊料6的热量被辐射和供应给焊接通孔4，由此焊接通孔的热量辐射被抑制，并且在焊接通孔4中的焊料6的温降被减轻。从而，足够的焊料堆积被实现。
在图2所显示的布置情况中，在上面形成有焊接通孔4的焊接区3a到3c中，两个焊接区3a和3c设置在焊接区3b附近。因此，通过焊接通孔4中无铅焊料6的辐射和热量供应，能够获得与热通孔8同等的优势。所以焊接能够很好地进行。此外，参考焊接区3a和3c，分别布置和形成其上形成有热通孔8的焊接区7a和7b，而且焊接区3a的焊接通孔4起到热通孔8的作用。所以焊接能够很好地进行。
下面，对通过实验来证实布置和形成热通孔8的优越性所获得的结果进行说明。实验的内容是改变热通孔8的布置间距、直径和布置数量，以找到获得极好结果的条件。
图3是示出实验条件的典型图，其示出了贯穿多层印制板1形成的焊接通孔(焊接TH)4和热通孔(热TH)8之间的关系。热通孔的直径用α表示，焊接通孔的直径用β表示，它们之间的间距用A表示，直径比α/β用B表示，热通孔的数量用C表示。在图中所示的状态下，在热通孔的数量C被设为“2”的情况，它们被布置在相对的位置，焊接通孔介于其间。
在实验中采用的条件如下。对于焊接过程，采取“无铅流动焊接”方法。作为焊接材料的无铅焊料是Sn-Ag-Cu基材料，更明确的说，是“Sn-3.0Ag-0.5Cu”的焊料。焊接时间是“10秒”。
对于焊接的评价，即指是否获得了极好的焊料堆积状态，分四级计算分数作为评分，也就是，焊料堆积到元件表面并形成倒角(fillet)的状态被计算为“3”分，焊料堆积至元件表面的状态被计算为“2”分，焊料堆积至焊接通孔的75％或更多而未堆积至元件表面的状态被计算为“1”分，焊料堆积至小于焊接通孔的75％的状态被计算为“0”分，焊接数量的每一个被设置为4个分数，满分设置为12分，并且使评分对应条件，由此进行绘图。
图4A到4C显示了实验的结果，图4A显示了焊接通孔与热通孔边缘之间的距离A(mm)的条件，图4B显示了直径比B的条件，图4C显示了热通孔数C的条件。
首先，在图4A中，进行实验，其中焊接通孔与热通孔边缘之间的距离A设为“1mm”，“2mm”，“3mm”和“4mm”四种条件，直径比B设为“1”，并且热通孔数C设为“1”。结果，发现在“1mm”的情况中获得最高评分，并且评分随着距离A的增大而递减。可以确定，当边缘之间的距离A的上限大约是“3mm”时，热通孔的优势可以被预料。
在图4B中，进行实验，其中热通孔对焊接通孔的直径比B设为五种条件，包括“0.25”，“0.5”，“0.75”和“1”四种条件，以及没有热通孔的“0”，边缘之间的距离A设为“2mm”，并且在提供热通孔的情况中数量C设为“1”。结果，发现直径比B为“1”得到了最高评分，并且当直径比B减小时评分也减小。此外，在直径比B为“0.25”和“0”的情况下，评分是相等的。因为这个原因，发现优势不可以被预料。参考直径比B，可以确定在B为“0.3”或更大时，优选在约为“0.5”(50％)或更大时，优势可以被预料。
在图4C中，进行实验，其中对热通孔数C设置“0”，“1”，“2”和“3”四种条件，边缘之间的距离A设为“2mm”，并且直径比B设为“0.7”。结果，发现在数量C为3时得到最高评分，并且评分随着数量C的减小而减少。此外还发现，如果热通孔数C为“1”，优势可以被充分获得。
根据该实施例，在将热通孔8设置在多层印制板1的焊接通孔4附近以使用无铅焊料6来焊接导线端子5的情况下，能够获得极好的焊料堆积状态，并因此能够增强焊接特性。
在该情况中，如果热通孔8和焊接通孔4的边缘之间的距离A等于或小于“3mm”，则能够获得极好的优势。发现，如果其间的直径比B等于或大于“0.3”，优选地等于或大于“50％(0.5)”，则可以获得极好的优势。此外还发现，如果布置的热通孔8的数量等于或大于“1”并且增加，则可预料更大的优势。
事实上，通过采用这些条件，可以获得下列实际的优势。
(1)在A基板的情况，当设置的条件为，对于有2mm直径的焊接通孔，热通孔的直径设置为1.3mm，也就是说，直径比B设置为0.65，并且边缘之间的距离A设置为1.5mm，则与未提供热通孔的情况相比，能够更大地增强焊料堆积。
(2)在B基板的情况，当设置的条件为，对于有1.4mm直径的焊接通孔，热通孔的直径设置为1.4mm，也就是说，直径比B设置为1.0，并且边缘之间的距离A设置为1.5mm，则与未提供热通孔的情况相比，会显著地增强焊料堆积。
本发明不限于这些例子，而是能以下面的方式改变或扩大。
在实施例中，对假定导线端子5具有正方形截面而进行实验的情况进行了说明。然而，导线端子5的形状不限于正方形，还可以是长方形，并且圆形同样也能应用于此。
虽然在该实施例中使用的无铅焊料是Sn-Ag-Cu基材料，此外，同样能使用Sn-Ag基材料。
权利要求
1.一种焊接结构，包含印制板；通孔，其贯穿印制板而形成，并且使用无铅焊料把具有导线端子的电子元件焊接到其上；和用于保持焊料的辅助通孔，其被电隔离并且在所述通孔的附近贯穿印制板而形成。
2.根据权利要求1的焊接结构，其中通孔边缘和辅助通孔边缘之间的距离等于或小于3mm。
3.根据权利要求1的焊接结构，其中辅助通孔的直径等于或大于通孔直径的50％。
4.根据权利要求2的焊接结构，其中辅助通孔的直径等于或大于通孔直径的50％。
5.根据权利要求1的焊接结构，其中对于一个通孔布置和形成多个辅助通孔。
6.根据权利要求2的焊接结构，其中对于一个通孔布置和形成多个辅助通孔。
7.根据权利要求3的焊接结构，其中对于一个通孔布置和形成多个辅助通孔。
全文摘要
在多层印制板中用于焊接导线端子的焊接区的焊接通孔附近，提供电隔离的焊接区以形成热通孔。在焊接中，通过热通孔中填充的无铅焊料的热量辐射和供应，能够抑制焊接通孔的热量辐射。因而，能够实现充分的焊料堆积并获得极好的焊接特性。
文档编号H05K3/34GK101072466SQ20071010099
公开日2007年11月14日 申请日期2007年5月8日 优先权日2006年5月8日
发明者铃木贵人, 箕浦章浩 申请人:株式会社东海理化电机制作所