JP2004281892A

JP2004281892A - 電子部品実装体及びその製造方法

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Publication number: JP2004281892A
Application number: JP2003073846A
Authority: JP
Inventors: Masami Segawa; 政美瀬川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】本発明は、電子部品実装体及びその製造方法に関し、電子部品と回路基板との接続の安定性を向上することを目的とする。
【解決手段】回路基板６の配線電極５で塞いだ状態に形成した開口穴１７にペースト状のはんだ３を充填し、このはんだ３に電子部品１の部品電極２を載置、又は挿入して、このはんだ３を溶融硬化して接続することにより、電子部品の部品電極への接合材の接続面積が大きくなり、機械的な外部応力や電子部品などの熱応力に対し接続部の安定性を向上した電子部品実装体及びその製造方法を提供できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品の実装分野において、基板上に電子部品を接続する際の電子部品実装体及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化が進展し、電子機器などに使用されるフラットパッケージの半導体やチップ抵抗などの電子部品は外形の小型化に伴って、回路基板との接続の安定性が要求されている。
【０００３】
このような従来の電子部品実装体について、図６、図７を用いて説明する。
【０００４】
図６は従来の面付電子部品実装体の断面図、図７は同リード付電子部品実装体の断面図であり、同図において、１，１１は電子部品であり、例えば、外形寸法が３．２ｍｍ×１．６ｍｍのチップ抵抗などの面付電子部品１やリード状の部品電極が一方向に出ているコンデンサなどのリード付電子部品１１である。
【０００５】
そして、チップ抵抗などの面付電子部品１は、その部品本体部に絶縁性樹脂４を適量塗布されて回路基板６に固着されると共に、回路基板６に形成された配線電極５の上面に、一般的に接合材としてペースト状のはんだ３が塗布された上に部品電極２を直接載置して、上記はんだ３を溶融硬化して接続されて電子部品実装体１００が構成されている。
【０００６】
また、図７に示すリード付電子部品１１は、そのリード状の部品電極２が回路基板６にプレス加工などして形成された部品穴７に挿通されて、部品電極２の先部を曲げて回路基板６へ保持され、一般的に溶融状のはんだ３の中に浸すなどして、回路基板６の下面に形成した配線電極５と接続されて電子部品実装体１０１が構成されている。
【０００７】
以上の構成において、面付電子部品１は、主にその部品電極２の下面と配線電極５との電気的な接続が図られ、リード付電子部品１１は、その部品電極２の曲げ加工した先部と配線電極５との電気的な接続が図られていた。
【０００８】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−３３２８４６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の電子部品実装体においては、面付電子部品１は外形の小型化に伴い部品電極２が小型化されて、一方、リード付電子部品１１は、その部品電極２の先部の曲げ角度φが小さくなると、これら各部品電極２と配線電極５とのはんだ３の接続面積が少なくなって、機械的な外部応力Ｆなどに対し接続部が不安定になるという課題があった。
【００１１】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、電子部品の部品電極への接合材の接続面積をできるだけ多くし、機械的な外部応力Ｆや、電子部品などの熱応力に対し接続部の安定性を向上した電子部品実装体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。
【００１３】
本発明の請求項１に記載の発明は、回路基板の配線電極で塞いだ状態に設けた開口穴に接合材を充填して、この接合材の上に電子部品の部品電極を載置又は挿入し、この接合材を溶融硬化して部品電極と前記配線電極を電気的に接続する構成としたものであり、電子部品の部品電極への接合材の接続面積を多くすることができ、この接続部の安定性を向上することができるという作用を有する。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、回路基板の開口穴を電子部品の部品電極より大きくする構成としたものであり、部品電極を開口穴に埋没することができ、接合材を部品電極の全領域に供給できるという作用を有する。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発明において、接合材の充填を回路基板の板厚より高くする構成としたものであり、部品電極を接合材に埋没することができ、接合材を部品電極の全領域に充分供給できるという作用を有する。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１記載の発明において、配線電極に開口穴より小さい穴を設けたものであり、開口穴内に接合材を充填する際に空気抜きができるという作用を有する。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１記載の発明において、回路基板の開口穴に接合材を充填し、この接合材の上又は中に電子部品の部品電極を載置又は挿入して、この部品電極と前記配線電極を前記接合材を溶融硬化して電気的に接続する製造方法としたものであり、面付電子部品とリード付電子部品などの部品電極の形状違いに対し同じ接合材を使用できて、工程の簡略化が図れるという作用を有する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図５を用いて説明する。
【００１９】
なお、従来の技術の項で説明した構成と同一構成の部分には同一符号を付して、詳細な説明を簡略化する。
【００２０】
（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態による面付電子部品実装体の要部断面図、図２は同リード付電子部品実装体の要部断面図であり、同図において、１７は開口穴であり、この開口穴１７は回路基板６の下面の銅張層からなる配線電極５で塞いだ状態に設けられている。
【００２１】
そして、面付電子部品１の場合は、その部品電極２の下面側を開口穴１７内に凸状に食い込ませた状態で、部品電極２の上面側にも接合材である溶融硬化したはんだ３が供給されて、このはんだ３により部品電極２の全領域と配線電極５とが電気的に接続されて電子部品実装体２００が構成されている。
【００２２】
一方、リード付電子部品１１は、そのリード状の部品電極２が、開口穴１７内に挿入された状態で、部品電極２の全周にはんだ３が供給されて、このはんだ３により部品電極２の全領域と配線電極５とが電気的に接続されて電子部品実装体２０１が構成されている。
【００２３】
上記のように、開口穴１７の大きさは面付電子部品１やリード付電子部品１１の部品電極２の大きさａに応じてこれより大きく、少なくとも面付電子部品１の場合は、部品電極２の下面部ｂを開口穴１７内に埋没するようにしている。
【００２４】
また、特に面付電子部品１の場合は、はんだ３の溶融時にはんだ３が部品電極２の全領域に供給されるように、熔融前のはんだ３の高さを回路基板６の上面Ｌより高くするようにしている。
【００２５】
ここで、接合材ははんだ３として説明したが、接合材はペースト状のはんだ、銀または銅でも良い。
【００２６】
一般的に、はんだはＳｎ−Ｐｂ系や、鉛を用いないＳｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ系のものがあるが、最近の電子部品実装の分野では、はんだ合金中の鉛に対する規制が行われようとしており、電子部品の実装に鉛を用いない（以下、鉛フリーと記載する）実装技術の確立が急務となっている。
【００２７】
本発明の電子部品実装体は、面付電子部品とリード付電子部品とに同じペースト状の鉛フリーはんだを開口穴１７に充填した後、この鉛フリーはんだを熱炉を通して溶融硬化して使用できるため、鉛フリー実装技術の実施が可能である。
【００２８】
以上のように構成された電子部品実装体２００，２０１について、以下にその製造方法を図３も参照しながら説明する。
【００２９】
図３は本発明の電子部品実装体の製造方法を示す要部断面図であり、まず、図３（ａ）に示す片面銅張基板１６の銅張層１５を従来の写真法による焼付け、現像、溶解処理（以下、エッチング処理と記載する）して、図３（ｂ）に示すように配線電極５などの配線パターンを設けた回路基板６を形成する。
【００３０】
次に、図３（ｃ）に示すように、上記エッチング処理により形成された配線電極５を有する回路基板６を、配線電極５を下面にしてＸＹステージ９上に固定し、エキシマレーザ装置（図示せず）から出射された紫外領域の波長２４８ｎｍのレーザビーム８を所定の配線電極５に対向して照射する。
【００３１】
そして、レーザビーム８を照射された回路基板６の基材層は光化学反応で分解し除去されて略円柱状の開口穴１７が形成される。
【００３２】
更に、ＸＹステージ９を移動させながら上記の照射動作を繰り返すことにより、例えば、板厚１．６ｍｍの回路基板６に開口径が１ｍｍの開口穴１７を所定の位置に形成する。
【００３３】
ここで、本発明によるレーザビーム８はエキシマレーザであり、炭酸ガスレーザやＹＡＧレーザによる加工が赤外波長領域の熱分解加工であるのに対して、ピークパワーが数１０ＭＷに達する紫外波長領域のレーザビームによる光分解加工であり、また、レーザビームのパルス幅が短いために、加工領域以外の周囲への熱的影響が少なく、その結果、エキシマレーザによる加工では、開口形状が形の良い開口穴１７の形成を行うことができる。
【００３４】
更に、レーザビーム８のエキシマレーザによる加工では、紫外波長領域のため金属である配線電極５に照射してもビームが反射するため配線電極５にダメージを与えることはなく、回路基板６の基材層と、配線電極５と基材層との接着層を十分に除去できて基材層などの残渣が残ることはない。
【００３５】
そして、上記の方法で形成された開口穴１７の典型的な断面形状は、図３（ｃ）に示すように、レーザ加工工程での光学系の特性を適切に調整することによって、その側面角度θが２〜６０°のテーパ角を有する台形状の断面形状を有するように形成される。
【００３６】
上記で、配線電極５を形成した後に、開口穴１７を形成するとして説明したが、この工程順は逆でも良く、片面銅張基板１６の上面の所定の位置に開口穴１７を形成した後に、片面銅張基板１６の銅張層１５をエッチング処理して配線電極５を形成するのも可能である。
【００３７】
次に、図３（ｄ）に示すように、上記の開口穴１７部へスクリーン印刷、メタルマスク印刷又はディスペンサーなどを用いてペースト状のはんだ３の充填を行う。
【００３８】
ここで、開口穴１７内へのはんだ３の充填は、図３（ｃ）に示した開口穴１７のテーパ角を有する台形状の断面形状により容易に実施できる。
【００３９】
なお、配線電極５に、開口穴１７の径より小さい穴を設けても良く、配線電極５に開口穴１７より小さい穴を設けると、開口穴１７内にはんだ３を充填する際に空気抜きができて、充填したはんだ３内にボイドの発生を防止できる。
【００４０】
最後に、面付電子部品１の部品電極２をこのはんだ３の上面に載置して、熱炉（図示せず）を通し、図３（ｅ）に示すように、ペースト状のはんだ３を溶融硬化して、上記の部品電極２と配線電極５をはんだ３で電気的に接続して電子部品実装体２００を製造するものである。
【００４１】
なお、図３（ｄ）に示したように、はんだ３の充填量は回路基板６の板厚より所定の厚さｈ厚くしているが、これは特に面付電子部品１の場合は、その部品電極２の下面側を開口穴１７内に凸状に食い込ませた状態に載置できて、部品電極２の上面側にもはんだ３の溶融硬化時の表面張力によりはんだ３が供給できる。
【００４２】
図４は上記の製造方法による電子部品実装体の別形態例を示す要部断面図であり、ここで、配線電極５ａ，５ｂを有する電子部品実装体２０２の場合を説明する。
【００４３】
一方の配線電極５ａは、その上面を開口穴１７内の上はんだ３ａを介して回路基板６の上面に搭載されたチップ抵抗などの面付電子部品１と接続される。
【００４４】
更に、配線電極５ａは、その下面を下はんだ３ｂを介して回路基板６の下面に搭載されたフラットパッケージの半導体などの面付電子部品２１の部品電極１２に接続したものである。
【００４５】
また、他方の配線電極５ｂの上面にはリード付電力抵抗などの発熱するリード付電子部品１１が搭載されて、その放熱の為に回路基板６との間に空隙を設ける場合であり、リード付電子部品１１の部品電極２２の先端部２２ａを平板状に加工して開口穴１７に保持できると共に、はんだ３ａの接続面積を大きくして接続されている。
【００４６】
ここで、配線電極５ｂの下面に面付電子部品２１などが搭載されていても、面付電子部品２１によりリード付電子部品１１と配線電極５ｂとの接続に何ら支障をきたすことは無い。
【００４７】
さらに、はんだ３ａの接続面積を大きくすることで電力抵抗の場合、この電力抵抗への通電のオン・オフの繰返しの熱衝撃によるはんだ接続部の信頼性の長寿命化を図ることができる。
【００４８】
このように本実施の形態によれば、回路基板の配線電極で塞いだ状態に設けた開口穴にペースト状の接合材を充填して、この接合材を溶融硬化して接続するため、部品電極への接続面積を多くすることができ接続部の安定性が図れると共に、電子部品の形状違いや面付電子部品やリード付電子部品などの部品電極の形状違いにも同じ接合材を使用できて、工程の簡略化を図ることができるものである。
【００４９】
そして、開口穴を電子部品の部品電極より大きくしているため、部品電極を開口穴に埋没することができ、接合材を部品電極の全領域に供給できて部品電極の接続の安定性が図れるものである。
【００５０】
また、接合材の充填を回路基板の板厚より高くしているため、特に面付電子部品の場合は部品電極を接合材に埋没することができ、接合材を部品電極の全領域に充分供給できて部品電極の接続の安定性が図れるものである。
【００５１】
さらに、配線電極に開口穴より小さい穴を設けた場合、開口穴内に接合材を充填する際に空気抜きができてボイドの発生を抑えることができる。
【００５２】
なお、本実施の形態では開口穴として片面銅張の回路基板６に設けるために、非スルーホール状態に形成したが、他の例として、図５に示す電子部品実装体２０３のように開口穴２７を両面銅張の回路基板６にスルーホール状態に形成しても良く、また多層銅張の回路基板（図示せず）でも実施は可能であり、開口穴に接合材が充填できる構成であれば同様の効果が得られるものである。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、回路基板の配線電極で塞いだ状態に開口穴を設けたので、開口穴に接合材を充填して、この接合材を溶融硬化して接続するため、電子部品の部品電極への接続面積を多くすることができて接続部の安定性が図れるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による面付電子部品実装体の要部断面図
【図２】同リード付電子部品実装体の要部断面図
【図３】同電子部品実装体の製造方法を示す要部断面図
【図４】同製造方法による電子部品実装体の別形態例を示す要部断面図
【図５】更に別形態による面付電子部品実装体の断面図
【図６】従来の面付電子部品実装体の断面図
【図７】同リード付電子部品実装体の断面図
【符号の説明】
１，１１，２１電子部品
２，１２，２２部品電極
３，３ａ，３ｂ接合材（はんだ）
５，５ａ，５ｂ配線電極
６回路基板
１７，２７開口穴
２００〜２０３電子部品実装体

Claims

回路基板に設けられた開口穴と、この開口穴の上面又は下面を塞いだ状態に形成された配線電極と、前記開口穴に充填された接合材と、この接合材の上に載置又は挿入された電子部品の部品電極からなり、この部品電極と前記配線電極とを前記接合材を溶融硬化して電気的に接続した電子部品実装体。
回路基板の開口穴を電子部品の部品電極より大きくした請求項１記載の電子部品実装体。
接合材の充填を回路基板の板厚より高くした積層１記載の電子部品実装体。
配線電極に所定の穴を設けた請求項１記載の電子部品実装体。
回路基板に開口穴を形成し、この開口穴を塞ぐ状態に配線電極を形成し、前記開口穴に接合材を充填し、この接合材の上又は中に電子部品の部品電極を載置又は挿入して、この部品電極と前記配線電極とを前記接合材を溶融硬化して電気的に接続する請求項１記載の電子部品実装体の製造方法。