JP2004006580A - 電子部品及びその実装構造及びその実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラスパッケージ部品の無鉛はんだによると回路基板への実装を可能とし、環境汚染を生じない回路基板実装を実現することにある。
【解決手段】ガラスパッケージ１のガラス面の形成された部品の外部接続用電極２ははんだ３により回路基板４の基板電極５に接合される。
はんだ３にはＳｎ−ＺｎまたはＳｎ−Ｚｎ−ＢｉあるいはＳｎ−Ｂｉ主成分とする低温無鉛はんだを使用する。
【選択図】　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子部品の回路基板への実装構造、特にガラスパッケージを有する電子部品でその電子部品の回路基板への接続のための電極がガラスに形成されている電子部品の回路基板への実装構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
表面実装においてはまず回路基板の電極部にペースト状はんだを印刷し、次に回路基板に表面実装型部品を載せリフロー炉によりはんだを加熱溶融させる。
【０００３】
このようなリフロー方式の表面実装では部品が熱の影響を大きく受ける。
【０００４】
図４は表面実装部品の実装断面図である。
部品は両端に電極が形成されており部品の外部接続用電極２ははんだ３により回路基板４の基板電極５に接合される。
部品の外部接続用電極２と回路基板４の基板電極５には接合強度を向上するためフィレット部６が形成されることが多い。
基板としては紙フェノール樹脂基板やガラスエポキシ基板に代表されるリジット基板、ポリイミドやポリエステルのフィルムをベースとするフレキシブル基板更にセラミックを代表とする無機系基板などがある。
電子部品の外部接続用電極としてはチップコンデンサやチップ抵抗などでは厚膜電極が、タンタル電解コンデンサや水晶振動子、半導体などでは金属端子が主に使用されている。
【０００５】
なお厚膜電極ではそのうえにさらにめっきにより金属層が形成される。
【０００６】
これら電極特に金属端子の場合は熱による応力緩和がなされガラスパッケージには亀裂が比較的入り難い。
【０００７】
しかしこのようなガラスパッケージ部品では構造と製法を簡易にするためには薄膜電極を採用することが好ましい。
【０００８】
ガラスパッケージ部品の１例として水晶振動子ないしは一般的には圧電振動子がある。
【０００９】
たとえば図２に示すような水晶振動子が特開平５−１２１９８５や特開平５−１９９０５６などに開示されている。
【００１０】
図２では片持ち支持であるが両端支持でもかまわないし、また図２では支持部はパッケージを厚肉とすることにより振動空間を形成しているが水晶振動子の支持部を厚肉とすることにより振動空間を形成することもできる。
【００１１】
特開２００１−１６０６９では図３示すようなガラスパッケージ１とカバー７で水晶振動子１０を挟み込んで支持する構造が開示されている。
もちろんこれも特開２０００−６８７８０に開示されているように片持ち支持であってもかまわない。
【００１２】
上記のような電子部品の回路基板への部品実装はＳｎ−３７重量％Ｐｂの組成を中心とする融点１８３℃付近のＰｂ共晶はんだが使用される。
【００１３】
しかしながら上記Ｐｂ含有はんだの使用はＰｂの毒性により環境汚染等の問題を生ずる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
無鉛はんだとしては従来から知られているＳｎ−３．５Ａｇ共晶はんだを始めとして種々のはんだが考えられている。
【００１５】
しかしながら、このような無鉛はんだは融点の高いものが多くガラスをパッケージとするようなガラス上に外部接続電極を特に薄膜電極で形成した部品の回路基板への実装、特にリフロー実装ではガラスに亀裂が入りやすい。
【００１６】
特にフィレット部を形成するようなガラスパッケージ部品で亀裂が発生しやすくガラスパッケージ部品の信頼性上の大きな問題である。
【００１７】
本発明はこのようなガラスパッケージ部品の無鉛はんだによると回路基板への実装を可能とし、環境汚染を生じない回路基板実装を実現することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する手段として、本発明ではガラスに直接形成された薄膜の外部接続電極を有する電子部品の電極と回路基板電極の接合をＳｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系またはＳｎ−Ｂｉ系合金を主成分とする無鉛はんだにより行う。
【００１９】
これにより従来の鉛入りはんだと同じ温度ではんだ付けすることが可能となりガラスパッケージ部品での亀裂が発生を防止することが可能となる。
【００２０】
またガラスに形成された薄膜の外部接続電極を有する電子部品の外部接続電極にＳｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系またはＳｎ−Ｂｉ系合金を主成分とする被膜層ないしははんだめっきを形成する。
【００２１】
あるいはガラスに形成された薄膜の外部接続電極を有する電子部品をはんだ実装する回路基板の電極にＳｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系またはＳｎ−Ｂｉ系合金を主成分とする被膜層ないしははんだめっきを形成する。
【００２２】
これによりＳｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系またはＳｎ−Ｂｉ系合金の濡れ広がりの悪さにともなう接合強度の低下を防止できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１はガラスパッケージ部品を示す断面図である。
【００２５】
ガラスパッケージ１にカバー７が封止材８により封止されなかに素子９が入っている。
【００２６】
この図に示したガラスパッケージ部品は表面実装型である。
ガラスパッケージ１の底面には部品の外部接続用電極２が形成されこの電極はケースの側面まで続いている。この側面部に形成された電極は必ずしも必要なものではないが回路基板との接合の際フィレット部（部品の外部接続用電極と回路基板電極によって形成される角の部分の隅肉部）を形成して接合強度の向上に寄与する。
【００２７】
部品の外部接続用電極２はめっき法などによりＳｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系合金膜が形成されている。
【００２８】
図４は上記ガラスパッケージ部品の実装断面図である。
【００２９】
なお、ここでいうガラスとは珪酸塩ガラスあるいはガラスセラミックス（結晶化ガラスとも言う）をいう。
【００３０】
ガラスパッケージ１のガラス面の形成された部品の外部接続電極２ははんだ３により回路基板４の基板電極５に接合される。この際部品の外部接続電極２と基板電極５にフィレット部６を形成すると接合強度が向上する。
【００３１】
またこの外部接続電極はガラス上に直接、スパッタリング、蒸着、めっきなどにより形成された薄膜電極である。
【００３２】
めっきは無電解、電解どちらでもよい。
【００３３】
この薄膜電極は１層、１種類の金属ないしは合金とは限らない。たとえばＣｒとＡｕのように多層の場合もある。ただし厚膜電極のうえに薄膜電極というような構造は含まない。
【００３４】
上記はんだ付けはまず回路基板の電極部にペースト状はんだを印刷し、次にはんだ印刷部に部品の外部接続用電極が合う様に部品を載せリフロー炉によりはんだを加熱溶融させる。
【００３５】
回路基板４上の基板電極５と部品の外部接続用電極２を接合するはんだ３にはＳｎ−ＺｎまたはＳｎ−Ｚｎ−ＢｉあるいはＳｎ−Ｂｉ主成分とする低温無鉛はんだを使用する。
【００３６】
Ｓｎ−Ｚｎ系はんだはＳｎ−９重量％Ｚｎ共晶（融点１９８℃）を基礎としたもので、例としてＺｎは５〜１０重量％である。
【００３７】
濡れ性改善のため９重量％以下のＢｉを添加することが多い。
【００３８】
強度や信頼性改善のため更に他の成分を添加することもある。
【００３９】
そのような元素としてたとえばＡｌがある。
【００４０】
Ｓｎ−Ｂｉ系はんだはＳｎ−５８重量％Ｂｉ共晶（融点１３９℃）を基礎としたもので、例としてＢｉは２５〜７０重量％の範囲である。
【００４１】
強度や信頼性改善のため特に３．０重量％までのＡｇを添加することもある。
【００４２】
強度や信頼性等の特性改善のため更に他の成分を添加することも可能である。
【００４３】
なお本発明の無鉛はんだとは不可避不純物として０．２重量％以下しかＰｂを含まないものをいう。
【００４４】
Ｓｎ−Ｚｎ系は低コストで資源量も多く、しかも人体への悪影響も少なく有利である。
【００４５】
一方Ｓｎ−Ｂｉ系は融点が低く、信頼性もＳｎ−Ｚｎ系より劣り用途が限定される。
【００４６】
同じ基板に実装する他の部品はガラスパッケージ部品と一緒にＳｎ−ＺｎまたはＳｎ−Ｚｎ−ＢｉあるいはＳｎ−Ｂｉ主成分とする低温無鉛はんだでリフロー実装してもよい。
【００４７】
あるいは他の部品はあらかじめＳｎ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、またはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉを主成分とするＳｎ−ＺｎまたはＳｎ−Ｂｉ系はんだより融点の高いはんだで行ってもよい。
【００４８】
しかし基板上にすでに部分的に部品が搭載されているような場合、回路基板の電極へのはんだ供給を印刷で行うのは難しい。
【００４９】
このような場合はＳｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系またはＳｎ−Ｂｉ系ペースト状はんだの回路基板の電極への塗布はディスペンサで行うのが都合がよい。ディスペンサとは図５に示すようにシリンダ１１にペースト状はんだ１４を充填しピストン１２によりノズル１３から接合部に吐出する装置である。
【００５０】
Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系またはＳｎ−Ｂｉ系はんだによるリフローは窒素雰囲気で行うことが低リフロー温度化と濡れ広がり向上、ハンダボール低減に有効であり特にＳｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系でこの効果は大きい。
【００５１】
更にガラスへの亀裂発生防止のためにはできるだけ徐々に昇降温させることが望ましいが温度をゆっくりあげることはフラックスの劣化の原因となる。
【００５２】
このフラックスの劣化を防ぎゆっくり温度を昇温させるためにも窒素雰囲気でのリフローは有効である。
【００５３】
酸素濃度は１％以下好ましくは０．１％以下がよい。
回路基板の基板電極にはＳｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系またはＳｎ−Ｂｉ系合金を主成分とする被膜層ないしはんだめっきあるいは溶融はんだに浸漬して表面にはんだ層を形成することが有効である。
【００５４】
この部品の外部接続用電極あるは基板電極に形成するＳｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系またはＳｎ−Ｂｉ系合金を主成分とする被膜層はかならずしもはんだと全く同じ組成である必要はない。
【００５５】
基板電極では溶融はんだに浸漬して表面にはんだ層を形成する方法（レベラーあるいはＨＡＬ処理などと呼ばれる方法）が低コスト化にむいており都合がよい。
【００５６】
Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系またはＳｎ−Ｂｉ系はんだは濡れ性が悪く、特にＳｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系はんだは濡れ性が悪い。またＳｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系はボイドが発生しやすい。
回路基板ないしは部品の外部接続用電極の少なくともどちらか一方にＳｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系またはＳｎ−Ｂｉ系合金を主成分とする層を形成することは濡れ性不足対策として有効であり、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系はんだの場合は特にボイド抑制に大きな効果がある。
【００５７】
このようにＳｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系またはＳｎ−Ｂｉ系はんだを使用し、更に部品の外部接続用電極あるいは基板電極にもＳｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系またはＳｎ−Ｂｉ系合金層を設けてリフローを行うことにより、リフロー温度、特にピーク温度を従来のＰｂ含有はんだと同等にすることができガラスパッケージ部品での亀裂発生が抑制でき、ガラスパッケージ部品の無鉛はんだによると回路基板への実装を可能とし、環境汚染を生じない回路基板実装を実現することができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、ガラスパッケージ部品と回路基板の接合をＳｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系またはＳｎ−Ｂｉ系合金を主成分とする無鉛はんだにより行うことにより鉛入りはんだと同じ温度ではんだ付けすることが可能となりガラスパッケージ部品での亀裂が発生を防止することが可能となり回路基板実装の無鉛化を可能とし環境汚染を生じない回路基板実装を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガラスパッケージ部品の断面図である。
【図２】水晶振動子の断面図である。
【図３】水晶振動子の断面図である。
【図４】ガラスパッケージ部品の回路基板への実装断面図である。
【図５】ディスペンサの断面図である。
【符号の説明】
１　・・・パッケージ
２　・・・外部接続用電極
３　・・・はんだ
４　・・・回路基板
５　・・・基板電極
６　・・・フィレット部
７　・・・カバー
８　・・・封止材
９　・・・素子
１０　・・・水晶振動子
１１　・・・シリンダ
１２　・・・ピストン
１３　・・・ノズル
１４　・・・ペースト状はんだ

Claims (14)

1. ガラスに形成された外部接続用電極を有し、かつその外部接続用電極にＳｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系またはＳｎ−Ｂｉ系合金を主成分とする被膜層が形成されていることを特徴とする電子部品。
2. 前記外部接続用電極が薄膜電極であることを特徴とする請求項１記載の電子部品。
3. 前記電子部品が表面実装部品であることを特徴とする請求項１記載の電子部品。
4. 前記電子部品が水晶振動子であることを特徴とする請求項１記載の電子部品。
5. ガラスに形成された外部接続用電極を有する電子部品の前記外部接続用電極と回路基板電極の接合がＳｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系またはＳｎ−Ｂｉ系合金を主成分とする無鉛はんだで行われていることを特徴とする電子部品の実装構造。
6. 前記電子部品の外部接続用電極が薄膜電極であることを特徴とする請求項５記載の電子部品の実装構造。
7. 前記電子部品が表面実装部品であることを特徴とする請求項５記載の電子部品の実装構造。
8. 前記電子部品の電極と回路基板電極の接合がフィレット部を形成していることを特徴とする請求項５記載の電子部品の実装構造。
9. 前記電子部品が水晶振動子であることを特徴とする請求項５記載の電子部品の実装構造。
10. ガラスに形成された外部接続用電極を有する電子部品の前記外部接続用電極と回路基板電極の接合をＳｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系またはＳｎ−Ｂｉ系合金を主成分とする無鉛はんだによりリフロー方式で行うことを特徴とする電子部品の実装方法。
11. 前記回路基板電極がＳｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系またはＳｎ−Ｂｉ系合金を主成分とする合金で表面被覆されていることを特徴とする請求項１０記載の電子部品の実装方法。
12. 前記電子部品の電極がＳｎ−Ｚｎ系合金、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系またはＳｎ−Ｂｉ系合金を主成分とする合金で表面被覆されていることを特徴とする請求項１０記載の電子部品の実装方法。
13. 前記リフローを窒素ガス雰囲気中で行うことを特徴とする請求項１０記載の電子部品の実装方法。
14. 前記はんだの回路基板への塗布をディスペンサで行うことを特徴とする請求項１０記載の電子部品の実装方法。

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