專利名稱：電路基板、使用該電路基板的電子設(shè)備和電路基板的分選方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電路基板、使用該電路基板的電子設(shè)備和電路基板的分選方法，特別是涉及使用無鉛焊錫來安裝插入型電子元件的電路基板、使用該電路基板的電子設(shè)備和電路基板的分選方法。
背景技術(shù)：
以下利用

圖15至圖18，對(duì)現(xiàn)有的電路基板結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明。圖15是將電子元件安裝在電路基板上的焊點(diǎn)的透視圖，圖16是圖15的b-b′的剖視圖。
如圖16所示，現(xiàn)有的電路基板11是對(duì)銅箔進(jìn)行加熱加壓處理，然后將其貼附在絕緣板上而形成覆銅基板，上述絕緣板是將環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等滲入紙基材和玻璃基材、聚酯纖維基材等中形成的，在形成覆銅基板之后，在該基板的規(guī)定位置上形成通孔，在通孔的側(cè)面上添加催化劑之后，通過無電解鍍銅進(jìn)行基底電鍍，然后在其上進(jìn)行電解鍍銅而形成導(dǎo)電體，將該導(dǎo)電體和覆銅基板表面的銅膜接合而形成通孔4。然后，通過腐蝕覆銅基板表面上由銅構(gòu)成的導(dǎo)電膜，從而形成焊盤2。
最后，將阻焊劑5印刷涂覆在進(jìn)行錫焊的焊盤2以外的部分上，使其不粘附鉛錫焊料12，然后通過感光而形成電路基板11。此時(shí)，阻焊劑5承擔(dān)保護(hù)安裝了引線3的焊盤2以外的電路7的作用。
如圖15所示，在電路基板11上印刷阻焊劑5，使其比焊盤2的面積大，并使阻焊劑5不覆蓋焊盤2。這是因?yàn)?，在利用電子設(shè)備釬焊接合中使用最多的鉛錫共晶焊料(Sn63wt％，其余為Pb)的錫焊中，如果阻焊劑5覆蓋焊盤2，則會(huì)妨礙鉛錫焊料12的焊腳12a形成。
此外，近年來隨著安裝高密度化，對(duì)于焊盤2，在能確保最低限度焊接強(qiáng)度的范圍內(nèi)，盡量得形成小些。因此，使用上述現(xiàn)有的電路基板11制造的電子設(shè)備由于具有應(yīng)力緩和鉛錫共晶焊料與雜質(zhì)接合而產(chǎn)生的熱膨脹失配(mismatch)的作用，所以在可靠性上不會(huì)有問題。
但是，近年來隨著環(huán)保意識(shí)的提高，鉛造成的環(huán)境污染成為突出的問題，向不含鉛的無鉛焊錫的轉(zhuǎn)換的研究正在進(jìn)行。該無鉛焊錫以錫為主要成分，由銅、銀、鋅、鉍、銦、銻、鎳、鍺等構(gòu)成，與現(xiàn)在在電子設(shè)備焊錫接合中使用最多的鉛錫共晶焊料(Sn63wt％，其余為Pb，以下記為Pb-63Sn)相比，具有金屬的拉伸強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度大、并且延展率小等金屬特性。因此，在錫焊部不易由鉛焊錫引起應(yīng)力緩和，并且與鉛錫共晶焊料的熔融溫度183℃相比，無鉛焊錫的熔融溫度可以提高到190～230℃。
作為現(xiàn)在使用的主要無鉛焊錫，有錫鋅系列焊錫(以錫鋅的共晶成分Sn-9.0wt％Zn為中心，通過改變鋅的量，或添加其它元素來改善特性，統(tǒng)稱為錫鋅系列焊錫，其代表例為Sn-8.0Zn-3.0Bi)、錫銅系列焊錫(以錫銅的共晶成分Sn-0.7wt％Cu為中心，通過改變銅的量，或添加其它元素來改善特性，統(tǒng)稱為錫銅系列焊錫，其代表例為Sn-0.7Cu-0.3Ag)和錫銀系列焊錫(以錫銀的共晶成分Sn-3.5wt％Ag為中心，通過改變銀的量，或添加其它元素來改善特性，統(tǒng)稱為錫銀系列焊錫，其代表例為Sn-3.0Ag-0.5cu、Sn-3.5Ag-0.75Cu)等。
上述錫鋅系列焊錫具有融點(diǎn)低(190℃左右)的優(yōu)點(diǎn)，但由于易氧化，所以必須在惰性氣氛或真空中進(jìn)行釬焊，存在作業(yè)性差的問題。
此外，錫銅系列焊錫和錫銀系列焊錫不存在氧化的問題，但錫銅系列焊錫的存在熔融溫度高(約230℃)、焊盤易發(fā)生剝離的缺點(diǎn)。
錫銀系列焊錫的熔融點(diǎn)為220℃，比錫銅系列焊錫的低，并且通過添加Bi(鉍)，可以使熔融點(diǎn)降至205℃左右。雖然其熔融點(diǎn)隨著鉍的添加量的增加而下降，但如果增加鉍的添加量，則存在焊腳易發(fā)生剝離的缺點(diǎn)。
另一方面，作為電路基板主要材料的環(huán)氧系列材料的?；瘻囟葹?25～140℃，當(dāng)使用錫鉛焊料時(shí)，凝固收縮溫度差變大，從而作用于無鉛焊錫的接合部的應(yīng)力變大。根據(jù)該無鉛焊錫的金屬特性，當(dāng)使用現(xiàn)有的電路基板11，利用無鉛焊錫6進(jìn)行插裝時(shí)，容易產(chǎn)生焊盤剝離現(xiàn)象，而這在利用錫鉛焊料12時(shí)幾乎是不發(fā)生的。
以下利用附圖，對(duì)發(fā)生焊盤剝離的實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)說明。圖17是示意地表示焊盤剝離的發(fā)生狀態(tài)的剖視圖。圖18是表示在驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中確認(rèn)的發(fā)生了焊盤剝離現(xiàn)象的圖，是圖17的B部分(左右反轉(zhuǎn))的剖面照片。
如圖17所示，當(dāng)使用現(xiàn)有的電路基板11進(jìn)行無鉛焊錫6的釬焊時(shí)，焊盤2和電路基板11之間剝離，焊盤2變?yōu)楦∑饋淼臓顟B(tài)。此時(shí)，與焊盤2連接的電路7預(yù)一起被拉起來，從而受到過大的應(yīng)力。在該狀態(tài)下，如果反復(fù)受到熱應(yīng)力，則電路7容易斷線，正如圖18的剖面照片所示。
這樣，存在以下問題，即焊盤剝離使電子設(shè)備的可靠性顯著下降。此外，使用發(fā)生了焊盤剝離的現(xiàn)有電路基板11進(jìn)行電子設(shè)備的制造，會(huì)使電子設(shè)備的可靠性顯著下降。
本發(fā)明就是鑒于上述問題而提出的，其主要目的是提供一種即使使用無鉛焊錫，也不發(fā)生焊盤剝離和焊腳剝離、可靠性高的電路基板。
此外，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供使用上述電路基板、可靠性高的電子設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的電路基板，在表面和背面具有電路布線，設(shè)有具有插入電子元件的導(dǎo)電部件的通孔、并且該通孔被導(dǎo)電膜覆蓋的焊盤，使用無鉛焊錫安裝上述導(dǎo)電部件和上述焊盤，并且在上述焊盤上形成上述無鉛焊錫的焊腳，其特征在于，具有覆蓋上述焊盤外周端部的至少一部分而形成的阻焊劑，在上述阻焊劑的至少一部分區(qū)域上，上述焊腳的半徑在上述阻焊劑的開口半徑以下。
在本發(fā)明中，優(yōu)選上述阻焊劑在上述焊盤外周端部之內(nèi)、覆蓋與形成于上述電路基板上的電路連接一側(cè)的端部而形成。此外，優(yōu)選上述阻焊劑在上述焊盤外周端部之內(nèi)、覆蓋與形成于上述電路基板上的電路連接一側(cè)相對(duì)的一側(cè)的端部而形成。上述焊盤的形狀可以為例如圓形、長圓形、多角形、十字形或星形的變形等。此外，優(yōu)選在上述焊盤和形成于上述電路基板上的電路之間的連接部上形成輔助焊盤。此外，上述無鉛焊錫可以列舉錫鋅系列焊錫、鋅銀系列焊錫或錫銅系列焊錫等。
此外，本發(fā)明提供一種電路基板的分選方法，該電路基板在表面和背面具有電路布線，設(shè)有具有插入電子元件的導(dǎo)電部件的通孔、并且該通孔被導(dǎo)電膜覆蓋的焊盤，使用無鉛焊錫安裝上述導(dǎo)電部件和上述焊盤，并且在上述焊盤上形成上述無鉛焊錫的焊腳，該分選方法之特征在于，設(shè)上述電路基板的?；瘻囟葹門g、在比玻化溫度小的溫度條件下基板厚度方向的線膨脹系數(shù)為α1、在?；瘻囟纫陨系臏囟葪l件下基板厚度方向的線膨脹系數(shù)為α2、上述無鉛焊錫的熔融點(diǎn)為Tm、常溫為ts，并且將L1作為規(guī)定的基板膨脹率，則根據(jù)下式求得的上述電路基板的基板膨脹率L滿足
L＝{α1(Tg-Ts)+α2(tm-Tg)}/104≤L1…式(1)上述無鉛焊錫優(yōu)選錫鋅系列焊錫、鋅銀系列焊錫或錫銅系列焊錫等。
本發(fā)明的電子設(shè)備是用無鉛焊錫在上述構(gòu)成的電路基板上插裝電子元件的設(shè)備。
本發(fā)明的電路基板是在表面和背面具有電路布線，設(shè)有具有插入電子元件的導(dǎo)電部件的通孔、并且該通孔被導(dǎo)電膜覆蓋的焊盤的電路基板，即適用于兩面基板或多層基板等。
另外，所謂無鉛焊錫也包含在不改變性質(zhì)的前提下有時(shí)也含有作為雜質(zhì)存在的鉛。
因此，本發(fā)明的電路基板如圖1所示，在電路基板1的表面形成通過腐蝕法等(只要是焊盤形成方法即可)所形成的焊盤2。在該焊盤2的中心部形成用于插裝電子元件的引線(作為導(dǎo)電部件)3的通孔，對(duì)通孔的表面進(jìn)行電鍍，并與電路基板1表面的焊盤2接合，形成通孔4，為了在最后進(jìn)行釬焊的焊盤2以外的部分上不涂覆無鉛焊錫6，而印刷涂覆阻焊劑5，然后通過感光而成形。
此時(shí)，如圖2所示，使阻焊劑5覆蓋焊盤端部2a的整個(gè)圓周或一部分，并使焊腳的半徑為阻焊劑開口半徑以下，從而可以防止無鉛焊錫6浸潤擴(kuò)散到焊盤端部2a，防止焊腳6形成到焊盤端部2a。
由于焊腳6a在焊盤端部2a內(nèi)側(cè)形成，所以無鉛焊錫6收縮時(shí)沿焊腳6a的斜上方的張力和根據(jù)與焊腳形成角之間的關(guān)系而產(chǎn)生的、排斥電路基板1的熱收縮的作用力不是作用在與電路基板連接強(qiáng)度最弱的焊盤端部2a上，而是作用在與電路基板1的連接強(qiáng)度較大的焊盤2內(nèi)側(cè)，所以焊盤2不容易剝離。此外，由于焊盤端部2a沒有被無鉛焊錫6固定，所以焊盤2容易隨著電路基板1的熱膨脹收縮而移動(dòng)。
此外，利用滿足上式(1)的電路基板，在使用易受由于熔融溫度高而產(chǎn)生的熱膨脹系數(shù)失配的影響的無鉛焊錫6進(jìn)行制造的情況下，也可以抑制引起電路7斷線的焊盤剝離。由此，可以得到這樣的效果，即即使使用無鉛焊錫，也可以制造可靠性十分高的電子設(shè)備。
圖2是表示本發(fā)明電路基板的第一實(shí)施方式的剖視圖。
圖3是表示本發(fā)明第二實(shí)施方式的平面圖。
圖4是表示本發(fā)明第三實(shí)施方式的平面圖。
圖5是表示本發(fā)明第四實(shí)施方式的平面圖。
圖6是表示本發(fā)明第四實(shí)施方式的另一種構(gòu)造的平面圖。
圖7是表示本發(fā)明第四實(shí)施方式的另一種構(gòu)造的平面圖。
圖8是表示本發(fā)明第四實(shí)施方式的另一種構(gòu)造的平面圖。
圖9是表示本發(fā)明第四實(shí)施方式的另一種構(gòu)造的平面圖。
圖10是表示基于表1的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，現(xiàn)有構(gòu)成例發(fā)生制造缺陷的剖面照片。
圖11是圖10的局部放大圖。
圖12是表示基于表1的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的本發(fā)明第一實(shí)施方式的效果的剖面照片。
圖13是表示本發(fā)明第五實(shí)施方式的焊盤剝離缺陷發(fā)生率的圖。
圖14是表示表2的計(jì)算結(jié)果和基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的焊盤剝離發(fā)生率的關(guān)系圖。
圖15是表示現(xiàn)有的電路基板的構(gòu)成例的透視圖。
圖16是表示現(xiàn)有的電路基板的構(gòu)成例的剖視圖。
圖17是表示使用現(xiàn)有的電路基板的構(gòu)成例時(shí)發(fā)生制造缺陷的剖視圖。
圖18是表示使用現(xiàn)有的構(gòu)成例時(shí)發(fā)生制造缺陷的剖面照片。
如圖1和圖2所示，將阻焊劑5覆蓋在焊盤端部2a上，焊腳6a的半徑小于阻焊劑5的開口半徑。
采用上述構(gòu)成，焊腳6a在焊盤端部2a內(nèi)側(cè)形成，無鉛焊錫6收縮時(shí)沿焊腳6a斜向上的張力和根據(jù)與焊腳形成角之間的關(guān)系而產(chǎn)生的、排斥電路基板1的熱收縮的作用力不是作用在與電路基板連接強(qiáng)度最弱的焊盤端部2a上，而是作用在與電路基板1的連接強(qiáng)度較大的焊盤2內(nèi)側(cè)，所以焊盤2不容易剝離。此外，由于焊盤端部2a沒有被無鉛焊錫6固定，所以焊盤2容易隨著電路基板1的熱膨脹收縮而移動(dòng)。由此，可以抑制由于無鉛焊錫6而多發(fā)的焊盤剝離。
以下對(duì)使用本實(shí)施方式的電路基板1來制造電子設(shè)備時(shí)的效果進(jìn)行驗(yàn)證。利用其結(jié)果(表1)進(jìn)行具體說明。
表1

○電阻值無異?！麟娮柚瞪仙翑嗑€(斷路狀態(tài))對(duì)于現(xiàn)有的電路基板11和本實(shí)施方式的電路基板1，在完全相同的條件下使用無鉛焊錫(Sn-3.0Ag-0.5Cu)進(jìn)行釬焊。然后，反復(fù)進(jìn)行熱應(yīng)力循環(huán)試驗(yàn)(-40℃(30分)25℃(5分)125℃(30分)、試樣數(shù)10枚、16處/枚)，比較直到斷線時(shí)的循環(huán)次數(shù)。斷線的判定方法為，將電子元件安裝在使焊盤間短路的圖形上，然后測(cè)定其電阻，當(dāng)電阻無限大時(shí)，就判定為斷線。
驗(yàn)證結(jié)果顯示，在現(xiàn)有的無鉛焊錫用的電路基板11中，經(jīng)過200次循環(huán)之后出現(xiàn)斷線，然后斷線處增加，但本實(shí)施方式的電路基板1在經(jīng)過500次循環(huán)之后沒有出現(xiàn)斷線。
圖10示出了表1中※標(biāo)記(200次循環(huán)斷線處(圖17的C部分))所示的電路基板11的剖面照片。如圖10所示，焊盤2從電路基板11上浮起較大，與之連接的電路7也浮起較大。此外，從放大表示箭頭D部分的圖11可以看出，焊盤端部2a和電路7的邊界部分發(fā)生較大變形，直到斷線。即，由于發(fā)生焊盤剝離，電路7發(fā)生斷線，從而使電子設(shè)備的可靠性顯著下降。
圖12示出了在同樣的條件下進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的本實(shí)施方式的電路基板1的剖面照片(圖2的A部分)。從圖12中可以看出，在本實(shí)施方式的電路基板1中，焊盤2沒有發(fā)生異常，從而可以確認(rèn)本實(shí)施方式的構(gòu)成對(duì)抑制焊盤剝離有效。
因此，在反復(fù)施加熱應(yīng)力循環(huán)的情況下，通過比較直到斷線時(shí)的循環(huán)次數(shù)可知，易發(fā)生焊盤剝離的現(xiàn)有電路基板11直到斷線時(shí)的使用壽命明顯比本實(shí)施方式的電路基板1的小。此外，此外，本實(shí)施方式的電路基板1和使用該電路基板1制造的電子設(shè)備可以抑制由于無鉛焊錫而多發(fā)的焊盤剝離現(xiàn)象，從而能制造可靠性高的電子設(shè)備。
阻焊劑的開口范圍比焊盤直徑小即可，使焊盤2和阻焊劑5之間重疊，該重疊的下限原則上使阻焊劑5覆蓋焊盤端部2a，但優(yōu)選焊盤2和阻焊劑5之間的重疊部分的寬度為0.01mm以上，最好為0.02mm以上。其原因是，重疊寬度的下限是由曝光時(shí)的匹配余量(margin)和應(yīng)力之間的關(guān)系決定的，在只考慮焊腳形成產(chǎn)生的應(yīng)力的情況下，重疊0.01mm以上就不會(huì)產(chǎn)生焊盤剝離，如果考慮曝光時(shí)的匹配精度，則0.02mm以上的重疊難以發(fā)生制造缺陷。
另一方面，重疊寬度的上限是能形成焊腳，并且阻焊劑開口范圍比通孔直徑大的范圍。
(第二實(shí)施方式)以下參照?qǐng)D3，對(duì)本發(fā)明第二實(shí)施方式的電路基板進(jìn)行說明。圖3是表示以列為單位將阻焊劑5覆蓋在連續(xù)相鄰的長圓形焊盤8上時(shí)的一個(gè)例子的平面圖。
在圖3中設(shè)置有窄縫狀口的阻焊劑5，該阻焊劑5橫跨連續(xù)配置的多個(gè)長圓形焊盤8的長度方向的中央部。在各長圓形焊盤8上，阻焊劑5沒有覆蓋長度方向的中央部附近的寬度方向的焊盤端部8a，而僅覆蓋更易受無鉛焊錫6的熱收縮影響的、與電路7連接的長度方向的焊盤端部8b和與之相對(duì)的部分，其它部分不形成阻焊劑。如圖3所示，使多個(gè)長圓形焊盤8從阻焊劑開口部5a內(nèi)露出而形成阻焊劑5。
采用上述構(gòu)成，可以防止無鉛焊錫6浸潤長圓形焊盤8長度方向的焊盤端部8b，從而實(shí)現(xiàn)與上述第一實(shí)施方式大致相同的目的。該第二實(shí)施方式對(duì)電子元件的引線的間距小、難以將阻焊劑印刷在其間的情況特別有效。
(第三實(shí)施方式)以下參照?qǐng)D4，對(duì)本發(fā)明第三實(shí)施方式的電路基板進(jìn)行說明。
如圖4所示，在焊盤形狀為第一實(shí)施方式所示的圓形的情況下，僅在圓形焊盤2形成電路7一側(cè)的焊盤端部和與之相對(duì)的焊盤端部上覆蓋阻焊劑5，由此可以防止電路7從電路基板1上浮起，從而得到與第一實(shí)施方式相同的效果。
此外，僅在圓形焊盤2形成電路7一側(cè)的焊盤端部上覆蓋阻焊劑5，也可以防止電路7從電路基板1上浮起，從而得到與第一實(shí)施方式相同的效果。此外，僅在與圓形焊盤2形成電路7一側(cè)的焊盤端部相對(duì)的焊盤端部上覆蓋阻焊劑5，也可以抑制在焊盤端部發(fā)生的焊盤剝離。
(第四實(shí)施方式)以下參照?qǐng)D5～圖9，對(duì)本發(fā)明第四實(shí)施方式的電路基板進(jìn)行說明。圖5是表示將星形的異形焊盤9和圓形阻焊劑5開口進(jìn)行組合的一個(gè)例子的平面圖，圖6、圖7是表示設(shè)置了輔助焊盤10的構(gòu)成的平面圖，圖8、圖9是將十字形的異形焊盤和圓形的阻焊劑5開口進(jìn)行組合，以及將八角形的異形焊盤和圓形的阻焊劑5開口進(jìn)行組合的例子的平面圖。
在上述任一種焊盤形狀、阻焊劑5開口形狀的組合中，都使阻焊劑5覆蓋異形焊盤9的端部9a，由此可以防止無鉛焊錫浸潤到異形焊盤端部9a，從而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。
此外，在上述實(shí)施方式中，對(duì)于在焊盤2和電路7之間的接合部設(shè)置輔助焊盤10的情況也同樣。圖6、圖7示出了這樣的實(shí)例。如圖6、圖7所示，在具有輔助焊盤10的情況下，使插裝電子元件引線3的焊盤2的中心和阻焊劑5開口部的中心對(duì)齊而覆蓋阻焊劑5，由此，不僅能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，還能得到這樣的效果，即通過輔助焊盤10使焊盤2和電路7的連接更加強(qiáng)化。輔助焊盤10的形狀可以考慮為半圓形(圖6)、水滴(tear drop)形(圖7)等，可以是任一種上述形狀，也可以是其它的形狀。
(第五實(shí)施方式)以下參照?qǐng)D13，對(duì)本發(fā)明第五實(shí)施方式的電路基板進(jìn)行說明。第五實(shí)施方式使用?；瘻囟雀叩慕^緣基板。下述的線膨脹系數(shù)是表示基板厚度方向的線膨脹系數(shù)。
用鋅銀系列的無鉛焊錫(Sn-3.0Ag-0.5Cu)在250℃/5秒/大氣中將電子元件釬焊在使用了現(xiàn)有的環(huán)氧樹脂制成的絕緣基板(玻化溫度為125～140℃、在小于?；瘻囟鹊臏囟认碌木€膨脹系數(shù)(α1)為50～70ppm、在?；瘻囟纫陨系木€膨脹系數(shù)(α2)為200～350ppm)的電路基板上。
與此相對(duì)，用錫銀系列的無鉛焊錫(Sn-3.0Ag-0.5Cu)在250℃/5秒/大氣中將電子元件釬焊在低熱膨脹·高?；瘻囟鹊幕迳?圖13)，上述基板是使用了由除去了鹵族元素的環(huán)氧樹脂構(gòu)成的、日立化成制的MCL-RO-67G(?；瘻囟葹?50℃、在小于?；瘻囟鹊臏囟认碌木€膨脹系數(shù)(α1)為38ppm、在?；瘻囟纫陨系木€膨脹系數(shù)(α2)為185ppm，以下簡記為150℃、38ppm、185ppm)的電路基板。
對(duì)上述兩種電路基板反復(fù)進(jìn)行熱應(yīng)力循環(huán)試驗(yàn)((-40℃(30分)25℃(5分)125℃(30分)、試樣數(shù)10枚、16處/枚)500次，確認(rèn)其可靠性。其結(jié)果是，在使用現(xiàn)有的環(huán)氧樹脂制成的基板的電路基板中發(fā)生了焊盤剝離，而在用作低熱膨脹·高?；瘻囟然濉⑷樟⒒芍频腗CL-RO-67G(150℃、38ppm、185ppm)的電路基板中，如圖13所示，沒有發(fā)生焊盤剝離。
從以上的結(jié)果可以看出，如果?；瘻囟葹橐?guī)定值以上，并且?；瘻囟纫陨系木€膨脹系數(shù)為規(guī)定值以下，則不會(huì)發(fā)生焊盤剝離。
此外，具體地示出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以明了用無鉛焊錫進(jìn)行釬焊時(shí)電路基板的玻化溫度Tg、基板厚度方向在比?；瘻囟刃〉臏囟葪l件下的線膨脹系數(shù)α和在?；瘻囟纫陨蠗l件下的線膨脹系數(shù)α2、焊錫的熔融點(diǎn)Tm之間的關(guān)系。
下式(2)示出了將電路基板的?；瘻囟萒g、基板厚度方向在比玻化溫度小的溫度條件下的線膨脹系數(shù)α1和在?；瘻囟纫陨蠗l件下的線膨脹系數(shù)α2、焊錫的熔融點(diǎn)Tm、常溫Ts(通常為25℃)作為參數(shù)而計(jì)算出的基板膨脹率L。
式(2)所示的基板膨脹率L是在使進(jìn)行了釬焊的電路基板冷卻的過程中，焊錫從熔融狀態(tài)起通過熔融點(diǎn)而開始凝固之后，直到焊錫接合部恢復(fù)常溫時(shí)的電路基板的熱膨脹變化率。
{α1(Tg-Ts)+α2(tm-Tg)}/104＝L …式(2)L基板膨脹率(％)Tg?；瘻囟?℃)α1在比?；瘻囟刃〉臏囟葪l件下的線膨脹系數(shù)(ppm)
α2在玻化溫度以上的條件下的線膨脹系數(shù)(ppm)Tm焊錫的熔融點(diǎn)(相當(dāng)于冷卻時(shí)的凝固開始點(diǎn))(℃)Ts常溫(焊錫接合部恢復(fù)常態(tài)的溫度)(℃)本發(fā)明人已經(jīng)驗(yàn)證，如果由式(2)求出的熱膨脹率L為規(guī)定的熱膨脹率L1以下，則不會(huì)發(fā)生焊盤剝離。
利用式(2)，對(duì)用Sn-Ag-Cu焊錫進(jìn)行釬焊的5種電路基板(實(shí)施例1～3、比較例1、2)的基板膨脹率L進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果表示在表2中。其中，實(shí)施例2的基板與上述日立化成制的MCL-RO-67G相同。
表2

焊盤剝離缺陷發(fā)生率實(shí)驗(yàn)條件通孔直徑1.0mm焊盤直徑1.6mm安裝部件DIP-IC(Ni-Pd電鍍)釬焊條件250℃/5秒/大氣中在表2中，是在Ts為25℃、Tm為與Sn-Ag-Cu無鉛焊錫相當(dāng)?shù)?20℃的條件下進(jìn)行計(jì)算的。
圖14是根據(jù)表2的計(jì)算結(jié)果，把基板膨脹率L和利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)而得到的焊盤剝離發(fā)生率的圖表。從圖14可以看出，在基板膨脹率L為2.56％以下的電路基板中不發(fā)生焊盤剝離。即，設(shè)L1＝2.56％，選擇熱膨脹率L為該值以下的電路基板，則不會(huì)發(fā)生焊盤剝離。
由此，例如當(dāng)使用熔融點(diǎn)Tm為220℃的Sn-Ag-Cu焊錫進(jìn)行釬焊時(shí)，在?；瘻囟萒g為141℃請(qǐng)?；瘻囟纫陨系木€膨脹系數(shù)α2為264ppm以下的實(shí)施例1～3的基板的情況下，如果根據(jù)?；瘻囟群途€膨脹系數(shù)計(jì)算出的基板膨脹率L為2.56％以下，則可以抑制焊盤剝離。
式(3)是根據(jù)上述結(jié)果，對(duì)式(2)重新進(jìn)行整理的計(jì)算式。式(3)將常溫設(shè)為25℃。
L＝{α1(Tg-25)+α2(Tm-Tg)}/104≤2.56 …式(3)L基板膨脹率(％)Tg?；瘻囟?℃)α1在比玻化溫度小的溫度條件下的線膨脹系數(shù)(ppm)α2在?；瘻囟纫陨系臈l件下的線膨脹系數(shù)(ppm)Tm焊錫的熔融點(diǎn)(相當(dāng)于冷卻時(shí)的凝固開始點(diǎn))(℃)利用式(3)，如果知道電路基板的?；瘻囟萒g、線膨脹系數(shù)(α1、α2)、焊錫的熔融點(diǎn)TM，則可以預(yù)測(cè)焊盤剝離的發(fā)生。
此外，利用式(3)，能容易地選擇具有抑制焊盤剝離效果的電路基板，從而可以抑制焊盤剝離。
即使改變焊錫的種類，通過置換Tm，也可以進(jìn)行同樣的計(jì)算，所使用的焊錫的熔融點(diǎn)越低，基板膨脹率L在2.56以下的電路基板的種類就越多。
例如，如果用現(xiàn)有的Sn-37Pb焊錫(熔融點(diǎn)183℃)來計(jì)算用Sn-Ag-Cu焊錫易發(fā)生焊盤剝離的、現(xiàn)有的環(huán)氧樹脂制成的絕緣基板(?；瘻囟?125～140℃、在比?；瘻囟刃〉臏囟葪l件下的線膨脹系數(shù)(α1)50～70ppm、在?；瘻囟纫陨系臈l件下的線膨脹系數(shù)(α2)200～350ppm)的基板膨脹率L，為約1.9％，所以滿足式(3)，則可以認(rèn)為在現(xiàn)有的釬焊中不會(huì)發(fā)生焊盤剝離。
使用上述電路基板制造電子設(shè)備，可以制造循環(huán)熱應(yīng)力強(qiáng)度高、使用壽命長且可靠性高的電子設(shè)備。作為上述電子設(shè)備，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(jí)計(jì)算機(jī))、交換機(jī)、傳輸設(shè)備、基站裝置等。
本發(fā)明不限于上述各實(shí)施方式，在本發(fā)明的技術(shù)思想的范圍內(nèi)，可以對(duì)上述各實(shí)施方式進(jìn)行適當(dāng)變更。
如上所述，采用本發(fā)明，可以防止無鉛焊錫浸潤擴(kuò)散到焊盤端部，從而防止焊腳形成至焊盤端部。通過使焊腳形成在焊盤端部內(nèi)側(cè)，從而可以抑制在焊盤端部產(chǎn)生的無鉛焊錫的熱膨脹收縮應(yīng)力，使焊盤易于隨著電路基板熱膨脹收縮而移動(dòng)，從而可以提供能抑制由于無鉛焊錫而多發(fā)的焊盤剝離的電路基板。
此外，使用該電路基板制造的電子設(shè)備在反復(fù)進(jìn)行的熱應(yīng)力循環(huán)實(shí)驗(yàn)中，其使用壽命比使用現(xiàn)有的電路基板的電子設(shè)備高得多。由此，使用無鉛焊錫也能制造可靠性十分高的電子設(shè)備。
此外，利用式(1)，可以容易地選擇具有焊盤剝離抑制效果的電路基板，從而能抑制焊盤剝離的發(fā)生。
權(quán)利要求
1.一種電路基板，在表面和背面具有電路布線，設(shè)有具有插入電子元件的導(dǎo)電部件的通孔、并且該通孔被導(dǎo)電膜覆蓋的焊盤，使用無鉛焊錫安裝上述導(dǎo)電部件和上述焊盤，并且在上述焊盤上形成上述無鉛焊錫的焊腳，其特征在于，具有覆蓋上述焊盤外周端部的至少一部分而形成的阻焊劑，在上述阻焊劑的至少一部分區(qū)域上，上述焊腳的半徑在上述阻焊劑的開口半徑以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路基板，其特征在于，上述阻焊劑在上述焊盤外周端部之內(nèi)、覆蓋與形成于上述電路基板上的電路連接一側(cè)的端部而形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路基板，其特征在于，上述阻焊劑在上述焊盤外周端部之內(nèi)、覆蓋與形成于上述電路基板上的電路連接一側(cè)相對(duì)的一側(cè)的端部而形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路基板，其特征在于，上述阻焊劑在上述焊盤外周端部之內(nèi)、覆蓋與形成于上述電路基板上的電路連接一側(cè)相對(duì)的一側(cè)的端部而形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路基板，其特征在于，上述焊盤的形狀為圓形、長圓形、多角形、十字形或星形的變形中的任一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路基板，其特征在于，在上述焊盤和形成于上述電路基板上的電路之間的連接部上形成輔助焊盤。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路基板，其特征在于，上述無鉛焊錫包括錫鋅系列焊錫、鋅銀系列焊錫或錫銅系列焊錫中的任一種。
8.一種電子設(shè)備，其特征在于，使用以無鉛焊錫插裝電子元件的、權(quán)利要求1所述的電路基板。
9.一種電路基板的分選方法，該電路基板在表面和背面具有電路布線，設(shè)有具有插入電子元件的導(dǎo)電部件的通孔、并且該通孔被導(dǎo)電膜覆蓋的焊盤，使用無鉛焊錫安裝上述導(dǎo)電部件和上述焊盤，并且在上述焊盤上形成上述無鉛焊錫的焊腳，該分選方法之特征在于，設(shè)上述電路基板的?；瘻囟葹門g、在比玻化溫度小的溫度條件下基板厚度方向的線膨脹系數(shù)為α1、在?；瘻囟纫陨系臏囟葪l件下基板厚度方向的線膨脹系數(shù)為α2、上述無鉛焊錫的熔融點(diǎn)為Tm、常溫為ts，并且將L1作為規(guī)定的基板膨脹率，則根據(jù)下式求得的上述電路基板的基板膨脹率L滿足L＝{α1(Tg-Ts)+α2(tm-Tg)}/104≤L1
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路基板的分選方法，其特征在于，上述無鉛焊錫包括錫鋅系列焊錫、鋅銀系列焊錫或錫銅系列焊錫中的任一種。
全文摘要
本發(fā)明的電路基板設(shè)有用于插入電子元件的引線3的通孔4，并且設(shè)有無鉛焊錫6安裝引線3和焊盤2，保護(hù)電路基板1的阻焊劑5覆蓋焊盤外周端部2a的至少一部分而形成，從而抑制了焊盤剝離。阻焊劑5至少覆蓋焊盤外周端部2a之內(nèi)、易受焊錫的熱收縮影響的部分而形成。阻焊劑覆蓋焊盤外周端部之內(nèi)、與形成于電路基板上的電路連接一側(cè)或/和與該端部相對(duì)一側(cè)的端部而形成。
文檔編號(hào)H05K3/34GK1480014SQ01820066
公開日2004年3月3日 申請(qǐng)日期2001年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月8日
發(fā)明者石塚直美, 松本昭一, 河野英一, 鈴木元治, 佐藤明弘, 松岡洋, 金井政史, 一, 史, 弘, 治, 石 直美 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社