JP2004200398A - 導電性ボールが端子と接続された電子部品及びその製造法 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁基板１の一方の面に回路素子及びその端子と接続される導電性ボール４が配置された電子部品において、絶縁基板１面の所望の位置に確実に導電性ボールを固定する。
【解決手段】絶縁基板１の導電性ボール４が配置される位置に貫通孔７を有し、当該貫通孔７に導電性ボール４が一部落下した状態とする。このとき貫通孔７が導電性ボール４配置側に広がるテーパー状であることが好ましい。回路素子として好適なのは、抵抗素子及び／又はコンデンサ素子であり、多連、又はネットワークを構成しているものである。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性ボールが端子と接続された電子部品及びその製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
絶縁基板の一方の面に回路素子及びその端子と接続される導電性ボールが配置された電子部品については、米国特許６，３２６，６７７号公報にその開示がある。かかる公報では、絶縁基板面が実質的に平滑であり、当該絶縁基板面の所定位置に電極ランドを有し、当該ランド上に導電性ボールが固定される構成を提案している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の実現で困難性を伴う事項の一つは、導電性ボールを端子となるべき位置に固定する手段である。その理由は、導電性ボールが、平滑面である絶縁基板面では転がり易いためである。また図４に示すように、絶縁基板５１上に半田ペースト等の導電ペースト５４を配し、当該半田ペースト上に導電性ボール５３を絶縁基板５１面にペーストの粘着力による仮固定をし、次いで当該導電ペースト５４を加熱硬化させことで、絶縁基板５１と導電性ボール５３とを固定する手段も考えられる。しかしその場合には、導電ペースト５４の揮発成分の飛散力や導電ペースト５４の変性に伴う変形等が導電性ボール５３を動かし、隣り合う導電性ボール５３がくっついてしまう場合もある。
【０００４】
そこで本発明が解決しようとする課題は、絶縁基板面の所望の位置に確実に導電性ボールを固定することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、絶縁基板１の一方の面に回路素子及びその端子と接続される導電性ボール４が配置された本発明の電子部品は、前記絶縁基板１の導電性ボール４が配置される位置に貫通孔７を有し、当該貫通孔７に導電性ボール４が一部落下した状態となっていることを特徴とする。
【０００６】
上記本発明のように、絶縁基板１の一方の面に回路素子及びその端子と接続される導電性ボール４を配置している構成を採用している理由は、製造の容易化のためである。即ち絶縁基板１の両面に部材を形成するためには、一方の絶縁基板１面の部材の配置と、他方の絶縁基板１面の部材の配置との位置合わせの微調整が必要な場合がある。かかる調整は、絶縁基板１の両面を同時に見ることができないため困難を伴う。また一方の絶縁基板１面に部材を配置する際に、他方の絶縁基板１面の清浄さを維持する必要や、既に当該他方の絶縁基板１面に配置した部材を損傷しないよう配慮する必要があるため、製造工程設計に多大な制限がある。その点、絶縁基板１の一方の面に回路素子及びその端子と接続される導電性ボール４を配置している構成では、そのような困難さや制限が無いか若しくは少ない。
【０００７】
上記「貫通孔７に導電性ボール４が一部落下した状態」とは、例えば図１に示すように、導電性ボール４の径よりも小さなサイズの貫通孔７に把捉された状態をいう。便宜上「落下した」という表現を用いているが、これは本発明の電子部品の製造工程において、「落下」の工程を必ず要する意味ではない。また「一部が落下」であるから、絶縁基板１面よりも外側にも導電性ボール４の部分が存在していることを要する。当該絶縁基板１面より外側に存在する導電性ボール４の部分が、いわゆるバンプとして回路板との接続に用いられることとなる。尚、上記「把捉」という語は、絶縁基板１が有する貫通孔７により単に捉まえられた状態を意味し、半田等の使用により、しっかりと「固定」又は「固着」された状態は含まない。
【０００８】
上記「導電性ボール４」には、中実の、又は樹脂をコアとする半田ボールや、金属ボール等が含まれる。少なくとも導電性ボール４表面にはめっき技術等で形成された半田層が存在することが好ましい。回路板との接続に半田ペーストを用いる既存のリフロー設備を用いることができ、従来の成熟した技術を活用できるためである。そのため前記金属には、Ｓｎを含む半田との濡れ性の良好な銅、金等が好適である。これら半田ボール、半田層、半田ペーストに用いられる半田の合金組成は、Ｓｎ−Ｐｂ系合金を用いることができるのは言うまでもない。但し環境調和性の観点から、Ｐｂを含まないＳｎ単体、Ｓｎ−Ｂｉ系合金、Ｓｎ−Ｉｎ−Ａｇ系合金、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｚｎ系合金、Ｓｎ−Ｚｎ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系合金、Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｓｂ系合金、Ｓｎ−Ａｇ系合金、Ｓｎ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ−Ｓｂ系合金から選ばれることが更に好ましい。
【０００９】
上記「貫通孔７」は、絶縁基板１に予め設けられている。予め導電性ボール４配置位置として貫通孔７を設けることは、例えば絶縁基板１がアルミナ等からなるセラミックや、ガラス繊維混入エポキシ系樹脂等である場合には、それらを成型する金型等によりなされる。また貫通孔７の形成位置に合わせて、回路素子を構成する各部材を配置することにはそれ程大きな困難性はない。前述のように貫通孔７が導電性ボールを把捉する機構を利用できることとなれば、当該貫通孔７の存在によって、絶縁基板１面の所望の位置に確実に導電性ボール４を固定することができる。
【００１０】
上記本発明の構成及びそれを基本とした好ましい電子部品の構成において、貫通孔７が導電性ボール４配置側に広がるテーパー状であることが好ましい。かかるテーパー状の貫通孔７は、例えば図１に示したものである。テーパー状とすることにより、貫通孔７による導電性ボール４の把捉が容易且つ確実となる。その理由は、導電性ボール４配置側の貫通孔７開口径を大きくすることができ、たとえ多少ずれた位置に導電性ボール４が配置されようとしても、結局は貫通孔７の内壁面に沿って導電性ボール４が移動し、位置修正された上で、貫通孔７により導電性ボール４が把捉されるためである。このように貫通孔７をテーパー状とすることは、上記金型の設計等により実現できる、比較的容易な事項である。
【００１１】
上記本発明の構成及びそれを基本とした好ましい電子部品の構成において、回路素子として好適なのは、抵抗素子及び／又はコンデンサ素子であり、多連、又はネットワークを構成しているものである。例えば多連抵抗素子、ネットワーク抵抗素子、多連コンデンサ素子、ネットワークコンデンサ素子又はいわゆるＣＲ複合素子である。これら素子は、絶縁基板１面に形成した場合、絶縁基板１の端部のみならず絶縁基板１の中央部等にも回路板との接続部を設けることで、通常のチップ型電子部品の用途が拡大する余地がある。それを実現するのが、任意の絶縁基板１面位置に、回路板との接続部としての導電性ボール４を配置することである。
【００１２】
上記課題を解決するため、絶縁基板１の第１の面に回路素子及びその端子と接続される、本発明の導電性ボール４が配置された電子部品の製造法は、絶縁基板１として、導電性ボール４が配置される位置に貫通孔７を有するものを用い、第１の面に回路素子を形成する第１の工程と、前記貫通孔７位置に導電性ボール４を配置する第２の工程と、導電性ボール４と端子とを固定する第３の工程とをこの順に実施し、第１の工程の際には、回路素子の端子を上記貫通孔７周辺及び／又は内壁に形成し、第２の工程は、貫通孔７に導電性ボール４を一部落下させる過程を有することを特徴とする。
【００１３】
ここで絶縁基板１の「第１の面に回路素子を形成する」第１の工程では、その際に、回路素子の端子を上記貫通孔７周辺及び／又は内壁に形成するとある。具体的には図１に示す電極２の存在状態であり、例えばスクリーン印刷法により電極２となるペースト状物質を第１の面の貫通孔７周辺に厚膜形成する際に、当該第１の面とは反対面の第２の面側から当該貫通孔７を通じて吸気することによる。かかる吸気によりペースト状物質が貫通孔７周辺ばかりでなく、貫通孔７内壁面にも付着させることができ、後に加熱等で当該ペースト状物質を硬化・安定化させることができる。
【００１４】
また「貫通孔７に導電性ボール４を一部落下させる」第２の工程は、例えば絶縁基板１の第１の面上に多数の導電性ボールを供給し、且つ転がすことにより徐々に貫通孔７へ導電性ボール４を一部落下（把捉）させ、全ての貫通孔７に導電性ボール４が把捉されたら、余剰分の導電性ボール４を前記第１の面上から第１の面の外側に落下・除去させる工程である。
【００１５】
また「導電性ボール４と端子とを固定する」第３の工程における「固定」には、上述した半田リフロー工程等が適用できる。
【００１６】
上記本発明の製造法、及びそれを基本とした好ましい電子部品の製造法において、第２の工程が、第１の面の裏側の第２の面から貫通孔７を通じて吸気しながら実施することが好ましい。当該吸気が導電性ボール４を貫通孔７に引き寄せ、早期に導電性ボール４を全ての貫通孔７へ把捉することができ、製造の効率化が図れるためである。
【００１７】
上記本発明の製造法、及びそれを基本とした好ましい電子部品の製造法において、第２の工程が、実質的に水平に維持された第１の面に過剰量の導電性ボール４を供給する第２ａの工程と、その後導電性ボール４を全ての貫通孔７に一部落下させる第２ｂの工程と、その後上記第２の面から貫通孔７を通じて吸気しながら第１の面を傾ける第２ｃの工程とを有することが好ましい。
【００１８】
第２ｂの工程により、導電性ボール４が全ての貫通孔７を実質的に塞ぐか、若しくは貫通孔７の貫通部を非常に狭くする。その状態で第２ｃの工程である、上記第２の面からの吸気をすることにより、貫通孔７に把捉された導電性ボール４が貫通孔７に引き寄せられる。その状態を維持しながら第１の面を傾けると、第２ａの工程にて供給された過剰量の導電性ボール４のうち、余剰分が第１の面の外側に排除される。吸気による引き寄せ力を受けないためである。そして貫通孔７に把捉された、電子部品の端子として必要な導電性ボール４のみが第１の面に残ることとなる。
【００１９】
また上記本発明の製造法、及びそれを基本とした好ましい電子部品の製造法において、貫通孔７が第１の面側に広がるテーパー状であることが好ましい。かかるテーパー状の貫通孔７は、例えば図１に示したものである。テーパー状とすることにより、貫通孔７による導電性ボール４の把捉が容易且つ確実となる。その理由は上述した通りである。更にテーパー状とすることにより、貫通孔７による導電性ボール４の把捉を早期に実現できる。その理由は、前記理由と略同じであり、導電性ボールが貫通孔７に把捉され易くなるためである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
アルミナセラミックからなる大型の絶縁基板１を用意する。当該大型の絶縁基板１の、後に導電性ボール４が配置される位置には貫通孔７が予め形成されている（図２（ａ））。かかる貫通孔７の断面形状は図１に示すようなテーパー状である。かかるテーパー形状は、図２（ａ）に示した絶縁基板１面側に広がる形状である。また当該大型の絶縁基板１の片面には縦横に分割用の溝が設けられており、かかる分割後の最小単位の絶縁基板１が単位電子部品を構成する。その溝を有する大型の絶縁基板１面に素子等を形成していく過程を、図面を参照しながら以下に説明する。かかる図面では、前記最小単位の絶縁基板１について示している。
【００２１】
まず、図２（ａ）に示す絶縁基板１に対し、Ａｇ−Ｐｄ系導電ペーストをスクリーン印刷し、その後焼成して、素子用の電極２兼及び共通電極１１を得る（図２（ｂ））。次に共通電極１１と電極２の双方に接触するよう、酸化ルテニウムとガラスフリットを主成分とするメタルグレーズ系抵抗体ペーストをスクリーン印刷し、その後焼成して抵抗体３を得る（図２（ｃ））。次に抵抗体３を覆うようにガラスペーストをスクリーン印刷し、その後焼成してガラス膜５を得る（図２（ｄ））。次に電極２と共通電極１１と抵抗体３で構成される抵抗素子の抵抗値を所望の値にするため、レーザ照射により抵抗体３にトリミング溝９を形成して抵抗値を調整する工程を経る（図２（ｅ））。このとき前記ガラス膜５は、抵抗体３全体の損傷を極力抑えるよう作用する。次にエポキシ樹脂系ペーストにて、抵抗素子全体を保護するため、オーバーコート６をスクリーン印刷し、その後当該エポキシ樹脂ペーストを加熱硬化させる（図２（ｆ））。オーバーコート６を配する際には、電極２及び共通電極１１における必要な部分、即ち導電性ボール４と接触する部分を露出させる（図２（ｆ））。次に当該部分に、半田ペースト１２を図２（ｇ）に示すようにスクリーン印刷により配する。
【００２２】
次に過剰量の半田からなる導電性ボール４をオーバーコート６面に供給する（図３（ａ））。当該導電性ボール４の直径は、図１に示すように貫通孔７の広がった開口部と同等である。次に絶縁基板１を震とう装置により振動させる。すると過剰量の導電性ボール４が当該オーバーコート６面上で移動し、全ての貫通孔７へ導電性ボール４が一部落下する（図３（ｂ））。全ての貫通孔７が導電性ボール４を把捉したら、絶縁基板１の下面全体を吸気できる装置（図示しない）により、必要な導電性ボール４を貫通孔７を通じて吸引・保持しつつ、余剰分の導電性ボール４を、絶縁基板１を傾けることによりオーバーコート６面から外に落下・排出する（図３（ｃ））。そして貫通孔７に把捉された、ネットワーク抵抗器の端子として必要十分な導電性ボール４のみが第１の面に残ることとなる（図３（ｄ））。
【００２３】
次に、上記半田ペーストが溶融するが、導電性ボール４は実質的に溶融しない温度で所定時間加熱処理する。この半田からなる導電性ボール４と半田ペースト１２のように、互いに融点の異なる半田の一方を溶融させると、他方の表層がいわゆる半田食われの現象が起こり、両者間の界面に新たな合金層が形成され、両者は融合する。本例の場合は、半田ペースト１２の全てと導電性ボール４の表層が融合する。融合が十分でない場合は、予め導電性ボール４表面にバレルめっき等で半田ペーストと略同組成の層や、略同融点の層を設けておく等することが好ましい。また厚膜形成された電極２と半田ペースト１２についても同様の融合現象が起こる。電極２と半田ペースト１２との融合が十分でない場合は、予め電極２表面にバレルめっき等で半田ペースト１２と略同組成の層や、略同融点の層を設けておく等することが好ましい。
【００２４】
このようにして加熱融合させた導電性ボール４と絶縁基板１を、室温放置等で冷却することで、融合状態から固着状態となり安定化する。以上の過程を経ることで、本発明の電子部品を得ることができる。その後絶縁基板１に設けられている全ての分割用溝を開く方向に応力を付与して分割すると、個々の電子部品を得ることができる。
【００２５】
本例では電子部品として、共通電極１１を有するネットワーク抵抗器の製造方法について説明した。しかし本発明はこれに限定されないことは言うまでもないことである。他に、電子部品の素子が抵抗素子及び／又はキャパシタ素子であり、当該素子が多連又はネットワーク素子として絶縁基板１面に形成されるもの等にも適用できる。
【００２６】
また本例では、絶縁基板１に分割用溝を設け、当該溝を開く方向に応力を付与して分割することにより、大型の絶縁基板１から個々の電子部品サイズの絶縁基板１を得たが、当該分割の手段はこれに限定されないことは言うまでもない。例えばダイヤモンドブレードを高速で回転させ、絶縁基板１を切断する、いわゆるダイシングによることも可能である。この場合、大型の絶縁基板１には溝は不要となる。
【００２７】
また本例における、導電性ボール４を貫通孔に把捉させる工程では、絶縁基板１の裏側から吸気することにより、かかる工程の効率化を図ることができる。
【００２８】
また本例では図１に示すように貫通孔７形状をテーパー状としたが、これに限定されないことは言うまでもない。例えば導電性ボール４の径よりも小さな径の円柱形状ともすることができる。
【００２９】
また本例では、当初過剰に供給した導電性ボール４を排除する際に、絶縁基板１の下面全体を吸気できる装置により、必要な導電性ボール４を貫通孔７を通じて吸引・保持しつつ、余剰分の導電性ボール４をオーバーコート６面から外に落下・排出した。しかし、半田ペースト１２の粘着力が十分な場合や貫通孔７の形状等によっては前記絶縁基板１の下面全体を吸気できる装置を要せずとも本発明の電子部品は作製可能な場合もある。
【００３０】
上記絶縁基板１の下面全体を吸気できる装置の吸気力が強ければ、図３（ｃ）の絶縁基板１を傾けた状態から更に絶縁基板１の上下を反転させる状態まで至らしめ、導電性ボール４を絶縁基板１の下にした状態で平滑な板面上等に載置し、次のリフロー工程に供することができる。すると、導電性ボール４高さの揃った電子部品を得ることができる点で好ましい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明により、絶縁基板面の所望の位置に確実に導電性ボールを固定することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子部品の一例を示す縦断面図である。
【図２】本発明の電子部品の製造過程の一例を示す図である。
【図３】本発明にかかる、絶縁基板の貫通孔に導電性ボールを把捉させる技術を示す図である。
【図４】従来の、絶縁基板の平滑面に導電性ボールを固定する技術を示す図である。
【符号の説明】
１．絶縁基板
２．電極
３．抵抗体
４．導電性ボール
５．ガラス
６．オーバーコート
７．貫通孔
９．トリミング溝
１１．共通電極
１２．半田ペースト
５１．絶縁基板
５３．導電性ボール
５４．導体ペースト

Claims (7)

1. 絶縁基板の一方の面に回路素子及びその端子と接続される導電性ボールが配置された電子部品において、
   前記絶縁基板の導電性ボールが配置される位置に貫通孔を有し、当該貫通孔に導電性ボールが一部落下した状態となっていることを特徴とする導電性ボールが端子と接続された電子部品。
2. 貫通孔が導電性ボール配置側に広がるテーパー状であることを特徴とする請求項１記載の導電性ボールが端子と接続された電子部品。
3. 回路素子が抵抗素子及び／又はコンデンサ素子であり、多連、又はネットワークを構成していることを特徴とする請求項１又は２記載の導電性ボールが端子と接続された電子部品。
4. 絶縁基板の第１の面に回路素子及びその端子と接続される導電性ボールが配置された電子部品の製造法において、
   絶縁基板として、導電性ボールが配置される位置に貫通孔を有するものを用い、
   第１の面に回路素子を形成する第１の工程と、
   前記貫通孔位置に導電性ボールを配置する第２の工程と、
   導電性ボールと端子とを固定する第３の工程とをこの順に実施し、
   第１の工程の際には、回路素子の端子を上記貫通孔周辺及び／又は内壁に形成し、
   第２の工程は、貫通孔に導電性ボールを一部落下させる過程を有することを特徴とする導電性ボールが配置された電子部品の製造法。
5. 第２の工程が、第１の面の裏側の第２の面から貫通孔を通じて吸気しながら実施することを特徴とする、請求項４記載の導電性ボールが配置された電子部品の製造法。
6. 第２の工程が、実質的に水平に維持された第１の面に過剰量の導電性ボールを供給する第２ａの工程と、
   その後導電性ボールを全ての貫通孔に一部落下させる第２ｂの工程と、
   その後第２の面から貫通孔を通じて吸気しながら第１の面を傾ける第２ｃの工程とを有することを特徴とする請求項４又は５記載の導電性ボールが配置された電子部品の製造法。
7. 貫通孔が第１の面側に広がるテーパー状であることを特徴とする、請求項４〜６のいずれかに記載の導電性ボールが配置された電子部品の製造法。

Images