説明

実装基板への電子部品の実装構造、実装基板、および電子部品が実装された実装基板

【課題】実装基板のランド電極と電子部品の外部電極との高さ方向の距離が大きく、かつ、用いられるはんだ量が多く、はんだ接続信頼性の高い、実装基板への電子部品の実装構造を提供する。
【解決手段】基板1と、少なくとも2つのランド電極3a,3bと、ダミー電極4と、はんだ供給電極5a,5b,5c,5dと、ランド電極3a,3bおよびはんだ供給電極5a,5b,5c,5dを開口により外部に露出させるとともに、ダミー電極4を覆って基板上に形成された第1絶縁層6と、ダミー電極に対応する第1絶縁層上に形成された第2絶縁層7と、少なくとも2つの外部電極9a,9bを備えた電子部品9と、ランド電極3a,3bと電子部品9の外部電極9a,9bとを接続固定するはんだフィレット18a,18bとで、実装構造を構成するようにした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、実装基板への電子部品の実装構造に関し、さらに詳しくは、実装基板のランド電極と電子部品の外部電極との高さ方向の距離が大きく、かつ、用いられるはんだ量が多く、はんだ接続信頼性の高い、実装基板への電子部品の実装構造に関する。
【0002】
また、本発明は、上記実装構造に用いる実装基板、および上記実装構造を用いて電子部品が実装された実装基板に関する。
【背景技術】
【0003】
近時、自動車の電子化が進むなど、電子機器が過酷な条件下(高温、高湿度、高振動など)で使用されるようになってきており、電子機器の内部における、実装基板への電子部品の実装構造においても、はんだ接続信頼性の向上が重要な課題になっている。
【0004】
はんだ接続信頼性の向上を目的とした、実装基板への電子部品の実装構造として、たとえば、特許文献1(特開平10―308573号公報)や特許文献2(特開平7―111381号公報)に開示されたものがある。
【0005】
特許文献1に開示された実装構造を、図4(A)、(B)、図5(A)、(B)に示す。なお、図4(A)は電子部品を実装する前の実装基板を示す部分平面図、図4(B)は図4(A)の矢印Y−Y部分を示す部分断面図、図5(A)は電子部品を実装した後の実装基板を示す部分平面図、図5(B)は図5(A)の矢印Y−Y部分を示す部分断面図である。
【0006】
この実装構造は、たとえば、次の工程により形成される。
【0007】
まず、図4(A)、(B)に示すように、基板101上に、配線電極102と、配線電極102に接続された一対のランド電極103a、103bとを形成し、さらに、ランド電極103a、103bを開口106a、106bによって外部に露出させた状態で、基板101上に絶縁層106を形成する。
【0008】
次に、開口106a、106bから露出したランド電極103a、103b上に、それぞれ、はんだ層108a、108bを形成する。
【0009】
次に、図5(A)、(B)に示すように、開口106a、106bの間に、両端に一対の外部電極109a、109bを備えた電子部品109を配置し、加熱してはんだ層108a、108bを溶融し、さらに冷却して、高さF2を有する、はんだフィレット118a、118bを形成し、はんだフィレット118aで外部電極109aをランド電極103aに、はんだフィレット118bで電極109bをランド電極103bに、それぞれ接続固定している。
【0010】
この実装構造では、電子部品109の下に絶縁層106が存在するため、ランド電極103a、103bと、電子部品9の外部電極109a、109bとの間に、所定の大きさの間隔t2が形成されている。そして、特許文献1に説明されているように、ランド電極と、実装された電子部品の外部電極との間隔が大きいほど、はんだ接続信頼性は高くなる。特許文献1の実装構造は、絶縁層106によってかさ上げることにより、間隔t2を大きくして、はんだ接続信頼性の向上をはかっている。特許文献1においては、間隔t2を60μmにしたと記載されている。
【0011】
次に、特許文献2に開示された実装構造を、図6(A)、(B)、図7(A)、(B)に示す。なお、図6(A)は電子部品を実装する前の実装基板を示す部分平面図、図6(B)は図6(A)の矢印Z−Z部分の部分断面図、図7(A)は電子部品を実装した後の実装基板を示す部分平面図、図7(B)は図7(A)の矢印Z−Z部分の部分断面図である。
【0012】
この実装構造は、たとえば、次の工程により形成される。
【0013】
まず、図6(A)、(B)に示すように、基板201上に、配線電極202と、配線電極202に接続された一対のランド電極203a、203bと、ランド電極203a、203bの間に、ランド電極203aに連接したはんだ供給電極205aと、ランド電極203bに連接したはんだ供給電極205bとを形成する。
【0014】
次に、ランド電極203a、203b上、およびはんだ供給電極205a、205b上、さらに配線電極202の一部の上に、それぞれ、はんだ層208a、208bを形成する。はんだ層208a、208bは、上記位置に形成したため、それぞれ十字状をなしている。
【0015】
次に、図7(A)、(B)に示すように、はんだ層208a、208b上に、両端に一対の外部電極209a、209bを備えた電子部品209を配置し、加熱してはんだ層208a、208bを溶融し、さらに冷却して、高さF3を有する、はんだフィレット218a、218bを形成し、はんだフィレット218aで外部電極209aをランド電極203aに、はんだフィレット218bで外部電極209bをランド電極203bに、それぞれ接続固定している。
【0016】
この実装構造では、はんだ層208a、208bを、ランド電極203a、203b上のみならず、はんだ供給電極205a、205b上、さらに配線電極202上に設けているため、多量のはんだを用いてはんだフィレット218a、218bを形成することができ、その高さF3は十分に大きいものとなっている。はんだフィレットは、高さが大きいほど、はんだ接続信頼性は高くなる。特許文献2の実装構造は、十分なはんだを供給し、はんだフィレットの高さを大きくして、はんだ接続信頼性の向上をはかっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0017】
【特許文献1】特開平10―308573号公報
【特許文献2】特開平7―111381号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0018】
しかしながら、上述した、特許文献1や特許文献2に開示された従来の実装構造には、それぞれ、次のような課題があった。
【0019】
まず、特許文献1に開示された実装構造は、図5(B)に示すように、ランド電極103a、103bと、電子部品9の外部電極109a、109bとの間隔t2が大きいという利点があるが、その分、はんだフィレット118a、118bを形成するはんだが不足し、はんだフィレット118a、118bの高さF2が小さいという問題があった。このため、まだ、はんだ接続信頼性は十分ではなかった。
【0020】
一方、特許文献2に開示された実装構造は、図7(B)に示すように、十分なはんだが供給されるため、はんだフィレット218a、218bの高さF3は大きいが、ランド電極203a、203bと、電子部品209の外部電極209a、209bとの間隔t3を十分に大きくすることができないという問題があった。このため、まだ、はんだ接続信頼性は十分ではなかった。また、はんだ供給電極205a、205bを、近距離間に対向させて配置しているため、電子部品209を実装する際に、両者間にはんだボールが形成されるなどして、両者間が短絡してしまうおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【0021】
本発明は、上述した従来の実装構造の課題を解決するためになされたものであり、その手段として本発明の実装基板への電子部品の実装構造は、基板と、基板上に形成された配線電極と、配線電極に接続されるとともに、一定の間隔を開けて基板上に形成された少なくとも2つのランド電極と、ランド電極の間の基板上に形成されたダミー電極と、ランド電極のそれぞれに連接して、ランド電極の間以外の基板上に形成されたはんだ供給電極と、ランド電極およびはんだ供給電極を開口により外部に露出させるとともに、ダミー電極を覆って基板上に形成された第1絶縁層と、ダミー電極に対応する第1絶縁層上に形成された第2絶縁層と、第2絶縁層上に配置された、少なくとも2つの外部電極を備えた電子部品と、ランド電極と電子部品の外部電極とを接続固定するはんだフィレットとを備えるようにした。
【0022】
また、本発明の実装基板は、上記実装構造を用いるのに適した構造からなる。
【0023】
さらに、本発明の電子部品が実装された実装基板は、上記実装構造を用いて、電子部品を実装基板に実装することによって構成される。
【発明の効果】
【0024】
本発明の実装基板への電子部品の実装構造は、基板上に、ダミー電極と、第1絶縁層と、第2絶縁層とを順番に形成し、その上に電子部品を配置するようにしているため、ランド電極と電子部品の外部電極との高さ方向の距離を十分に大きくとることができ、はんだ接続信頼性が向上している。
【0025】
また、はんだ供給電極から、ランド電極に十分なはんだが供給されるため、電子部品の外部電極をランド電極に接続固定するはんだフィレットの高さを十分大きくすることができ、はんだ接続信頼性が向上している。
【0026】
さらに、はんだ供給電極が、ランド電極の間ではなく、ランド電極の間以外の実装基板上に形成されているため、電子部品を実装した際に、はんだ供給電極の間にはんだボールが形成されるなどして、両者間が短絡してしまうことがない。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明の実施形態にかかる実装構造に用いる実装基板を示し、図1(A)は部分平面図、図1(B)は図1(A)の矢印X−X部分の部分断面図である。
【図2】本発明の実施形態にかかる実装構造を示し、図2(A)は部分平面図、図2(B)は図2(A)の矢印X−X部分の部分断面図である。
【図3】実験例を示す断面図である。なお、図3(A)は実施例、図3(B)は比較例を示す。
【図4】特許文献1に開示された従来の実装構造に用いる実装基板を示し、図4(A)は部分平面図、図4(B)は図4(A)の矢印Y−Y部分の部分断面図である。
【図5】特許文献1に開示された従来の実装構造を示し、図5(A)は部分平面図、図5(B)は図5(A)の矢印Y−Y部分の部分断面図である。
【図6】特許文献2に開示された従来の実装構造に用いる実装基板を示し、図6(A)は部分平面図、図6(B)は図6(A)の矢印Z−Z部分の部分断面図である。
【図7】特許文献2に開示された従来の実装構造を示し、図7(A)は部分平面図、図7(B)は図7(A)の矢印Z−Z部分の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下、図面を用いて、本発明を実施するための形態について説明する。
【0029】
図1(A)、(B)、図2(A)、(B)に、本発明の実施形態にかかる、実装基板への電子部品の実装構造を示す。なお、図1(A)は電子部品を実装する前の実装基板を示す部分平面図、図1(B)は図1(A)の矢印X−X部分を示す部分断面図、図2(A)は電子部品を実装した後の実装基板を示す部分平面図、図2(B)は図2(A)の矢印X−X部分を示す部分断面図である。
【0030】
本実施形態にかかる実装構造は、次の構造からなる実装基板を用いる。
【0031】
実装基板は、平板状の、基板1をベースにして構成される。本実施形態においては、基板1としてガラスエポキシ基板を用いた。
【0032】
基板1の表面には、配線電極2、ランド電極3a、3b、ダミー電極4、はんだ供給電極5a、5b、5c、5dが形成されている。
【0033】
配線電極2は、一定の幅をもった帯状のパターンからなり、本実施形態においては、図面上、左右に伸びる2本の配線電極2が形成されている。
【0034】
ランド電極3a、3bは、いずれも矩形のパターンからなり、一定の間隔を開けて形成されている。そして、ランド電極3aが一方の配線電極2に、ランド電極3bが他方の配線電極2に接続されている。
【0035】
ダミー電極4は、矩形のパターンからなり、ランド電極3a、3bの間に形成されている。ただし、ダミー電極4は、厚みを設けるためのものであり、電気的には機能せず、他のいずれの電極にも接続されていない。
【0036】
はんだ供給電極5a、5b、5c、5dは、いずれも矩形のパターンからなり、はんだ供給電極5a、5bは、ランド電極3aの後方(電子部品9が配置されない側)から、電子部品9の配置方向と垂直の方向の両側に、それぞれ連接して、はんだ供給電極5c、5dは、ランド電極3bの後方から、電子部品9の配置方向と垂直の方向の両側に、それぞれ連接して形成されている。
【0037】
本実施形態においては、配線電極2、ランド電極3a、3b、ダミー電極4、はんだ供給電極5a、5b、5c、5dの材質として銅を用いた。配線電極2、ランド電極3a、3b、ダミー電極4、はんだ供給電極5a、5b、5c、5dの形成方法としては、基板1の表面全面に銅箔を被覆したうえで、所望の形状にエッチングする方法によった。
【0038】
第1絶縁層6は、2つの開口6a、6bを有し、開口6aからランド電極3aとはんだ供給電極5a、5bを外部に露出させて、開口6bからランド電極3bとはんだ供給電極5c、5dを外部に露出させて、かつ、ダミー電極4を覆って、基板1上に形成されている。本実施形態においては、第1絶縁層6の材料として、ソルダレジスト材を用いた。第1絶縁層6の形成方法としては、第1絶縁層6を形成したい領域にソルダレジスト材をスクリーン印刷し、加熱して硬化させる方法によった。
【0039】
第2絶縁層7は、矩形のパターンからなり、ダミー電極4より上方に位置しており、第1絶縁層6上に形成されている。すなわち第2絶縁層7は、ダミー電極4に対応する第1絶縁層6上に形成されている。第2絶縁層7は、ダミー電極4より小さくても、同じ大きさでも、大きくても良いが、本実施形態においては、ダミー電極4と同じ大きさにした。また、第2絶縁層7の材料にはマーキングインクを用いた。また、第2絶縁層7の形成方法としては、マーキングインクをスクリーン印刷し、加熱して硬化させる方法によった。
【0040】
本実施形態の実装方法は、上述した実装基板を用い、さらに次の過程を経て構成される。
【0041】
まず、図1(A)、(B)に示すように、第1絶縁層6の開口6aから外部に露出されたランド電極3a、はんだ供給電極5a、5bの上、および開口6bから外部に露出されたランド電極3b、はんだ供給電極5c、5dの上に、はんだ層8a、8bを形成する。はんだ層8a、8bは、たとえば、クリームはんだをメタルマスクを用いて印刷することにより形成することができる。本実施例においては厚み150μmのメタルマスクを用いて、はんだ層8a、8bの厚みを150μmとした。
【0042】
次に、図2(A)、(B)に示すように、ランド電極3a、3bの間の第2絶縁層7上に、両端に外部電極9a、9bを備えた電子部品9を、配置したうえで、加熱して、はんだ層8a、8bを溶融させ、さらに冷却して、はんだフィレット18a、18bを形成する。この結果、はんだフィレット18aにより外部電極9aがランド電極3aに、はんだフィレット18bにより電極9bがランド電極3bに接続固定される。なお、本実施形態においては、電子部品9としてコンデンサを用いた。
【0043】
本発明の実装構造においては、電子部品9が、基板1の上に形成された、ダミー電極4、第1絶縁層6、第2絶縁層7の積層部分上に配置されるため、ランド電極3a、3bと電子部品9の外部電極9a、9bとの間の間隔t1を十分に大きく、たとえば80μmにすることができ、はんだ接続信頼性が向上している。ただし、第2絶縁層7の厚みを大きくしたり、第2絶縁層7を多層にしたりすることなどにより、間隔t1は80μmよりも大きく、たとえば90μmや100μmにすることもできる。
【0044】
また、本発明の実装構造においては、はんだフィレット18a、18bを形成するにあたり、はんだ供給電極5a、5b上のはんだ層8aからフィレット18aへ、はんだ供給電極5c、5d上のはんだ層8bからフィレット18bへ、十分なはんだが供給され、はんだが不足することがない。したがって、はんだフィレット18a、18bは十分に大きな高さF1を持ち、はんだ接続信頼性が向上している。
【0045】
以上、本発明の実施形態にかかる、実装基板への電子部品の実装構造、その実装構造に用いる実装基板、電子部品が実装された実装基板、それらの形成方法などについて説明した。しかしながら、本発明が上記の内容に限定されることはなく、種々の変更をなすことができる。
【0046】
たとえば、上記実施形態においては、基板1としてガラスエポキシ基板を用いたが、これに限定されることはなく、たとえば、セラミック基板などを用いても良い。また、配線電極2、ランド電極3a、3b、ダミー電極4、はんだ供給電極5a、5b、5c、5dの材質として銅を用いたが、これに限定されることはなく、たとえば、銀などを用いても良い。また、第1絶縁層6の材料としてソルダレジスト材、第2絶縁層7の材料としてマーキングインクを用いたが、これに限定されることはなく、他の材料を用いても良い。さらに、配線電極2、ランド電極3a、3b、ダミー電極4、はんだ供給電極5a、5b、5c、5dの形状、大きさ、個数も任意であり、上記の内容に限定されることはない。
【0047】
また、上記実施形態においては、実装される電子部品9としてコンデンサを用いたが、これに限定されることはなく、抵抗、コイルなどであっても良い。さらには、ICなどのように多数の外部電極を備えた電子部品であっても良く、この場合には、各外部電極に対応する各ランド電極に、それぞれ、はんだ供給電極を連接して形成すれば良い。
【0048】
(実験例)
本発明の効果を確認するため、次の実験をおこなった。
【0049】
まず、本発明の実施例として図1(A)、(B)、図2(A)、(B)に示す、上記実施形態の実装構造を、次の寸法となるように形成した。なお、形成個数は5とした。
ランド電極3a、3bの大きさ・・・1.3mm×1.8mm
ランド電極3a、3bの間隔・・・1.3mm
ダミー電極4の厚み・・・35μm
はんだ供給電極5a、5b、5c、5dの大きさ・・・0.4mm×0.4mm
ダミー電極4上の第1絶縁層6の厚み・・・50μm
第2絶縁層7の厚み・・・30μm
電子部品9の寸法・・・3.2mm×1.6mm×1.15mm
この結果、実施例は、図3(A)に示すように、
ランド電極3aと外部電極9aとの間隔t1・・・80μm
外部電極9aに沿った形で、はんだフィレット18aが外部電極9aに接しているはんだ接続長さL1・・・1.27mm
となった。
【0050】
次に、比較例の実装構造として、図3(B)に示すように、実施例と同じ大きさ、同じ間隔で、1対のランド電極303a、303bを形成し、そこに端子電極309a、309bを備えた電子部品309を実装した。すなわち、はんだフィレット318aにより外部電極309aをランド電極303aに、はんだフィレット318bにより外部電極309bをランド電極303bに接続固定した。なお、図3(B)においては、実装構造の片側半分のみを示している。
【0051】
比較例の実装構造においては、ランド電極303a、303bははんだ供給電極を備えていない。また、ダミー電極、第1絶縁層、第2絶縁層も備えていない。ランド電極303a、303bの大きさと間隔は、次のとおりである。
ランド電極303a、303bの大きさ・・・1.3mm×1.8mm
ランド電極303a、303bの間隔・・・1.3mm
この結果、
ランド電極303aと外部電極309aとの間隔t4・・・50μm
外部電極309aに沿った形で、はんだフィレット318aが外部電極309aに接しているはんだ接続長さL2・・・1.22mm
となった。
【0052】
次に、実施例の実装構造5個、比較例の実装構造5個に対し、−40℃から125℃、2000サイクルの冷却、加熱をおこない、実装された電子部品の外部電極近傍のはんだフィレットに、き裂を発生させた。
【0053】
実施例の実装構造、比較例の実装構造の両方において、き裂の発生がみられた。図3(A)に実施例の実装構造に発生したき裂K1、図3(B)に実施例の実装構造に発生したき裂K2の発生部分を示す。なお、き裂が発生するのは、電子部品の下方におけるはんだ厚みの小さい箇所で、せん断歪みが最大となるためである。
【0054】
実施例の実装構造5個の平均のき裂長さk1は、0.32mmであった。上記のとおり、はんだ接続長さL1は1.27mmであるため、き裂長さk1を接続長さL1で除した、平均のき裂長さ比率r1は25.2%となった。
【0055】
一方、比較例の平均のき裂長さk2は0.62mm、平均のき裂長さ比率r2は50.8%であった。結果を表1に示す。
【0056】
【表1】

【0057】
実施例は、比較例に比較して、もともと接続長さL1が大きく、はんだ接続信頼性が高い。それに加えて、冷却、加熱を繰り返しても、発生するき裂K1のき裂長さk1が小さく、き裂長さ比率r1が小さい。本発明によれば、初期のはんだ接続信頼性が高く、経時的にもはんだ接続信頼性が低下しない、優れた実装構造を得られることがわかった。
【符号の説明】
【0058】
1:基板
2:配線電極
3a、3b:ランド電極
4:ダミー電極
5a、5b、5c、5d:はんだ供給電極
6:第1絶縁層
7:第2絶縁層
8a、8b:はんだ層
9:電子部品
9a、9b:外部電極
18a、18b:はんだフィレット

【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、
前記基板上に形成された配線電極と、
前記配線電極に接続されるとともに、一定の間隔を開けて前記基板上に形成された少なくとも2つのランド電極と、
前記ランド電極の間の前記基板上に形成されたダミー電極と、
前記ランド電極のそれぞれに連接して、前記ランド電極の間以外の前記基板上に形成されたはんだ供給電極と、
前記ランド電極および前記はんだ供給電極を開口により外部に露出させるとともに、前記ダミー電極を覆って前記基板上に形成された第1絶縁層と、
前記ダミー電極に対応する前記第1絶縁層上に形成された第2絶縁層と、
前記第2絶縁層上に配置された、少なくとも2つの外部電極を備えた電子部品と、
前記ランド電極と、前記電子部品の前記外部電極とを接続固定するはんだフィレットとを備えた、実装基板への電子部品の実装構造。
【請求項2】
前記ランド電極と前記電子部品の前記外部電極との高さ方向の距離が80μm以上である、請求項1に記載された実装基板への電子部品の実装構造。
【請求項3】
基板と、
前記基板上に形成された配線電極と、
前記配線電極に接続されるとともに、一定の間隔を開けて前記基板上に形成された少なくとも2つのランド電極と、
前記ランド電極の間の前記基板上に形成されたダミー電極と、
前記ランド電極のそれぞれに連接して、前記ランド電極の間以外の前記基板上に形成されたはんだ供給電極と、
前記ランド電極および前記はんだ供給電極を開口により外部に露出させるとともに、前記ダミー電極を覆って前記基板上に形成された第1絶縁層と、
前記ダミー電極に対応する前記第1絶縁層上に形成された第2絶縁層とを備えた実装基板。
【請求項4】
基板と、
前記基板上に形成された配線電極と、
前記配線電極に接続されるとともに、一定の間隔を開けて前記基板上に形成された少なくとも2つのランド電極と、
前記ランド電極の間の前記基板上に形成されたダミー電極と、
前記ランド電極のそれぞれに連接して、前記ランド電極の間以外の前記基板上に形成されたはんだ供給電極と、
前記ランド電極および前記はんだ供給電極を開口により外部に露出させるとともに、前記ダミー電極を覆って前記基板上に形成された第1絶縁層と、
前記ダミー電極に対応する前記第1絶縁層上に形成された第2絶縁層と、
前記第2絶縁層上に配置された、少なくとも2つの外部電極を備えた電子部品と、
前記ランド電極と、前記電子部品の前記外部電極とを接続固定するはんだフィレットとを備えた、電子部品が実装された実装基板。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2011−142130(P2011−142130A)
【公開日】平成23年7月21日(2011.7.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−660(P2010−660)
【出願日】平成22年1月5日(2010.1.5)
【出願人】(000006231)株式会社村田製作所 (3,635)
【Fターム(参考)】