JP2007134402A - 電子部品実装構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子部品と基板間の接合強度を強くすることが可能な電子部品実装構造を提供することを目的としている。
【解決手段】 表面にランド部３を有する配線パターン２が形成された基板１１上には開口部４ａを有するレジスト層４が形成され、前記開口部４ａから前記ランド部３が露出している。電子部品５は前記開口部４ａ内に設置され、前記電子部品５の電極部６は前記ランド部３上に半田接合され、前記電子部品５の周囲には接着層８が広がり、前記接着層８は前記基板１１上に形成されているものの、前記レジスト層４には非接触状態である。そして前記接着層８と前記レジスト層４は異なる材料で形成される。これにより前記電子部品５と基板１１間の接合強度を強くすることが出来る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、特に、電子部品と基板間の接合強度を強くすることが可能な電子部品実装構造に関する。

電子部品が実装される基板上にはランド部を有する配線パターンが形成され、さらに前記ランド部が露出する開口部を有するレジスト層が形成されている。前記電子部品は前記開口部内に設置され、前記電子部品の電極部と前記ランド部間は半田接合される。前記レジスト層は、半田広がりの防止や、前記配線パターンの基板への接合強度を補強するために設けられている。
特開２００３−１４２８０６号公報 特開平９−１３５０７０号公報

特許文献１に記載された発明は、レジスト層を基板上全面に塗布し、電子部品を、前記基板上に押し付け、このとき半硬化状態にある前記レジスト層が押しのけられ、前記基板上に設けられたランド部上の半田に前記電子部品の電極部が接触し、その後、加熱工程を施して前記レジスト層を硬化させることで前記電子部品を基板上に保持するといったものである。

しかし上記発明では、前記電極部と前記ランド部とを適切に電気的に接触せることが難しい。しかも、前記レジスト層を前記基板上全面に塗布すると、電子部品を実装するときに、高精度に位置合わせできないといった問題もある。

よって特許文献１の図５，図６（特許文献１における従来技術）に示すようにレジスト層には開口部を設け、前記開口部から前記ランド部を露出させて前記電子部品の電極部と前記ランド部間を半田接合させる構造であることが好ましい。

しかしかかる場合、前記電子部品と基板間の接合強度が弱いといった問題があった。
特許文献２にも、レジスト層に開口部を設け、前記開口部から前記ランド部を露出させて前記電子部品のランド部と前記ランド部間を半田接合させる構造が開示されている。

しかし、特許文献１及び特許文献２には、かかる構造において、前記電子部品と基板間の接合強度を向上させることについては何も記載されていない。

そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、電子部品と基板間の接合強度を強くすることが可能な電子部品実装構造を提供することを目的としている。

本発明は、基板上に電子部品が実装されて成る電子部品実装構造において、
表面にランド部を有する配線パターンが形成された前記基板上に開口部を有するレジスト層が形成され、前記開口部から前記ランド部が露出しており、
前記電子部品は前記開口部内に設置され、前記電子部品の電極部は前記ランド部上に半田接合され、前記電子部品の周囲の少なくとも一部から、前記開口部内に露出する前記基板上にかけて接着層が形成され、前記接着層は前記基板上に接合されており、
前記接着層と、前記レジスト層とは異なる材料で形成されることを特徴とするものである。

本発明では上記のように前記電子部品の周囲の少なくとも一部に設けられた接着層が前記前記開口部内に露出する前記基板上に形成され、前記接着層は前記基板上に接合されており、しかも前記接着層と前記レジスト層とが異なる材料で形成されている。後述する実験によれば、本発明の構造により、電子部品と基板間の接合強度を適切に向上させることが出来ることがわかっている。ここで、一方の材質が他方の材質の誘導体である場合、またコポリマーである場合に、一部、単量体が異なっていても主体とする単量体が同じような場合は、「異なる材料」には含まれない。

また本発明では、前記接着層は、前記電子部品の一方向の両側側面から前記開口部内に露出する前記基板上に接合されることが好ましく、さらに前記接着層は前記電子部品の全周に広がっていることがより好ましい。これにより、前記電子部品と基板間の接合強度をより適切に向上させることが出来る。

本発明では、前記レジスト層は前記接着層が設けられる領域から離れた位置に設けられ、前記レジスト層と前記接着層は非接触状態であることがより好ましい。これにより、前記電子部品と基板間の接合強度を最も効果的に向上させることが出来る。

本発明では、前記接着層は熱硬化性樹脂で形成されることが好ましい。これにより前記電子部品と基板間の接合強度を適切に向上させることが出来る。

また本発明では、半田と前記接着層を構成する材料とは、前記半田接合の前、混合された半田接着層として少なくとも前記ランド部上に設けられ、前記半田接合の際、前記半田は前記ランド部上に凝集したものであり、前記接着層を構成する材料は、前記電子部品の周囲の少なくとも一部に流れ出したものであることが好ましい。これにより簡単な構造にて、前記電子部品と基板間の接合強度を適切に向上させることが出来る。

本発明によれば、電子部品と基板間の接合強度を向上させることが可能である。

図１は本実施形態における電子部品実装基板（電子部品実装構造）の平面図、図２は図１に示すＡ−Ａ線から前記電子部品実装基板を高さ方向（膜厚方向）に切断し矢印方向から見た部分断面図、図３は、図１に示すＢ−Ｂ線から前記電子部品実装基板を高さ方向（膜厚方向）に切断し矢印方向から見た部分断面図、である。

図２に示す符号１は絶縁基板である。前記絶縁基板１は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド等で形成されるが、前記ＰＥＴで形成されることが好ましい。前記絶縁基板１を安価に形成できるからである。

図１，図２に示すように前記絶縁基板１上には配線パターン２，２が形成され、前記配線パターン２，２の先端部がランド部３，３となっている。前記配線パターン２，２は、スクリーン印刷等で形成されたものである。前記ランド部３，３を構成する材料と、前記ランド部３，３以外の配線パターン部分を構成する材料とは異なっていてもよいし、同じであってもよい。ただし前記ランド部３，３は半田濡れ性に優れていることが必要である。前記絶縁基板１と前記配線パターン２，２とで基板１１が構成される。

図１〜図３に示すように、前記基板１１上には開口部４ａを有するレジスト層４が形成されている。前記開口部４ａからは図１，図２に示すように前記ランド部３，３が露出している。前記開口部４ａは後述する電子部品５を設置する設置スペースであり、前記開口部４ａは、前記電子部品５よりも十分に大きい大きさで形成されている。前記レジスト層４は、半田広がりの防止や、前記配線パターン２，２の前記絶縁基板１への接合強度を強くため等に設けられたものである。

図１，図２に示すように前記電子部品５は例えば長方状で形成されており、前記電子部品５の長手方向両側には一対の電極部６，６が設けられている。前記電極部６，６は前記ランド部３，３上に対向し、前記電極部６，６と前記ランド部３，３は半田７により接合されている。前記半田７はフィレット状であることが、前記電極部６と前記ランド部３間の導通性を向上させることができ、また前記電極部６と前記ランド部３間の前記半田７による接合強度を向上させることができ好ましい。

さらに図１〜図３に示すように前記電子部品５の全周に接着層８が広がっている。図１に示すように、前記開口部４ａの側壁面４ａ１は、前記接着層８の形成領域から離れた位置に形成されており、よって前記接着層８と前記レジスト層４とは完全に非接触状態となっている。なお、例えば図４に示すように前記接着層８の一部が前記レジスト層４上に重なっていてもよい。図４の形態では、前記電子部品５の短手方向の両側側面に広がる接着層８は、前記レジスト層４に接触せず、前記開口部４ａ内で前記絶縁基板１上に直接接合されており、前記電子部品５と基板１１間の接合強度を向上させることが出来る。ただし、図１に示すように前記接着層８と前記レジスト層４とが完全に非接触状態であることが、より効果的に前記電子部品５と基板１１間の接合強度を向上させる上で好ましい。

図２に示すように、前記電極部６，６の対向方向（長手方向）の両側では、前記接着層８は、前記半田７上から配線パターン２上にかけて形成されており、前記接着層８は前記レジスト層４に接触していない。また図３に示すように前記電極部６，６の対向方向と直交方向（短手方向）の両側では、前記接着層８，８は、前記電子部品５の側面から前記絶縁基板１上にかけて形成され、前記絶縁基板１上に直接接合されている。

また前記接着層８は図２，図３に示すように前記電子部品５の下面５ａと前記絶縁基板１の上面１ａ間にも介在している。

本実施形態では、前記接着層８と前記レジスト層４とは異なる材料で形成される。ここで、一方の材質が他方の材質の誘導体である場合、またコポリマーである場合に、一部、単量体が異なっていても主体とする単量体が同じような場合は、「異なる材料」には含まれない。前記接着層８と前記レジスト層４とは異なる材料であるには、前記接着層８がエポキシ系で、前記レジスト層４が塩化ビニル系のごとく主体となる単量体が異なっていることが必要である。

本実施形態では、前記接着層８が前記電子部品５の側面から前記基板１１上にかけて形成され、前記接着層８は前記基板１１上に接合されており、しかも前記レジスト層４と前記接着層８とが異なる材料で形成されている点に特徴的部分がある。これにより前記電子部品５と基板１１間の接合強度を強くすることが可能になる。後述する実験では、前記レジスト層４と前記接着層８とが異なる材料で形成され、前記接着層８が前記基板１１上に接合されていると、前記接合強度を同種材料より強く出来ることがわかっている。

本実施形態において、前記接着層８は前記電子部品５の周囲の少なくとも一部から前記基板１１上に形成され、前記接着層８は前記基板１１上に接合されていればよいが、少なくとも前記接着層８は、前記電子部品５の一方向の両側側面から前記基板１１上に接合されていることが好ましい。このとき前記電子部品５が長方形である場合等、各側面の大きさが異なる場合には、大きい面積を有する側面、すなわち図１では、前記電子部品５の短手方向の両側側面から前記基板１１上にかけて前記接着層８が形成されていることが、接合強度を高める上で好ましい。また前記接着層８は、配線パターン２，２上でなく前記絶縁基板１上に接合されることがより適切に前記接合強度を高めることができて好ましい。

また前記接着層８は前記電子部品５の全周に広がって形成されていることがより好ましく、さらに図１に示すように、前記接着層８が材質の異なる前記レジスト層４と完全に非接触状態であることが最も好ましい。

また本実施形態では、前記半田７は低融点半田であることが好ましい。「低融点半田」とは融点が６０℃〜２００℃の範囲内のものを指す。例えば前記半田７はＳｎ−Ｂｉ合金からなる。低融点半田を用いることにより、半田付け温度を低温に出来るため、加熱による前記電子部品５への熱的影響を低減でき、また熱に弱いＰＥＴ等で形成された前記絶縁基板１が溶けたり、あるいは前記配線パターン２内に含まれる樹脂成分が熱分解したりする不具合を抑制できる。

前記接着層８は熱硬化性樹脂であることが、前記電子部品５と基板１１間の接合強度を適切に向上させる上で好ましい。例えば前記熱硬化性樹脂にはエポキシ系樹脂が選択される。

また前記半田７と熱硬化性樹脂で形成された前記接着層８とは、前記半田７を溶融し、さらに前記接着層８を熱硬化するための加熱工程前、低融点半田粉と熱硬化性樹脂が混合されたペーストを半田接着剤として少なくとも前記ランド部３上に塗布されたものであることが好ましい。加熱工程により、前記半田７は前記ランド部３上に凝集して前記ランド部３と電子部品５の電極部６間を半田接合する。一方、前記熱硬化性樹脂は、前記ランド部３上に凝集する前記半田７から分離して前記電子部品５の周囲に流れ出し熱硬化されて前記接着層８となる。なお前記半田接着剤を用いず、前記半田７による半田接合と接着層８による接着工程とを別工程により行っても良いが、製造工程の簡略化を図るには前記半田接着剤を用いることが好ましい。

以下、図１に示す電子部品実装基板の製造方法について説明する。図５，図６は、前記電子部品実装基板を製造方法する一工程を示し、各図は製造工程中の前記電子部品実装基板の平面図である。

図５に示す工程では絶縁基板１上に、配線パターン２，２をスクリーン印刷により形成し、さらに前記絶縁基板１上にレジスト層４をスクリーン印刷で開口部４ａとともに形成する。前記レジスト層４を後工程で形成される接着層８と異なる材料で形成する。例えば前記レジスト層４を塩化ビニル系あるいはポリウレタン系の樹脂で形成する。ここで「塩化ビニル系の樹脂」とは、公知の塩化ビニルの単独重合であるホモポリマー樹脂、または公知の各種コポリマー樹脂であり、特に限定されるものではない。ポリウレタン系の樹脂も同様である。

図４に示すように前記開口部４ａからは前記配線パターン２，２の先端部に設けられたランド部３が露出する。前記開口部４ａを前記電子部品５よりも十分に大きい大きさで形成する。本実施形態では、前記電子部品５の平面面積に対し、前記開口部４ａの開口面積を１．３倍〜５倍程度で形成することが好ましい。

次に前記ランド部３上に半田接着剤１０をメタルマスク印刷等で塗布する。前記半田接着剤には例えばＳｎ−Ｂｉ合金の低融点半田と熱硬化性樹脂とが含まれている。前記熱硬化性樹脂には例えばエポキシ系の樹脂を用いる。

そして図６工程では、前記レジスト層４の開口部４ａ内に電子部品５を設置する。このとき前記電子部品５の電極部６を前記ランド部３上に前記半田接着剤１０を介して対向させる。そして熱処理を施す。

本実施形態では、前記低融点半田の融点は１３８℃〜１４０℃の範囲であり、前記熱硬化性樹脂の熱硬化温度は１２０℃〜１５０℃の範囲であるため、熱処理温度を１２０℃〜１６０℃の範囲内に設定すれば、前記低融点半田による半田接合と、前記熱硬化性樹脂の熱硬化とを適切に行うことが出来る。

前記熱処理により、前記低融点半田は溶融し、前記ランド部３と電極部６間に凝集する。これにより図２に示すように前記ランド部３と前記電極部６間を半田７により適切に接合することができる。一方、前記熱硬化性樹脂は前記低融点半田と分離して前記電子部品５の周囲の基板１１上に流れ出す。上記したように前記開口部４ａの大きさは前記電子部品５に比べて十分に大きく形成されているので、前記熱硬化性樹脂は前記レジスト層４上にまで流れにくい。前記レジスト層４上にまで流れ出したとしても、その重なり率を本実施形態では十分に小さく抑えることができる。そして前記熱硬化性樹脂は熱硬化されて図１，図２，図３に示す接着層８となり前記基板１１上に接合される。

本実施形態における電子部品実装基板の製造方法では、簡単な方法で、前記電子部品５と基板１１間の接合強度を強くすることが出来る。また上記した半田接着剤１０を用いれば、ランド部３と電極部６間の半田接合と、接着層８による接着工程とを別々に行う必要がなく、製造工程を簡略化できる。また前記接着層８として熱硬化性樹脂を用いることで、簡単且つ適切に前記電子部品５と基板１１間の接合強度を強くすることが可能である。

図４に示す電子部品実装基板を製造し、前記接着層８はエポキシ系樹脂で統一し、前記レジスト層４の種類と開口部４ａの長手方向は電子部品５の長手方向の１．４倍の長さで、開口部４ａの短手方向の長さをを変えた場合の前記電子部品５と基板１１間の接合強度を測定した。実験では、前記電子部品５を５ｍｍ／ｍｉｎの速度で押した時に前記基板１１からせん断破壊するのに必要な力を測定し、その力を接合強度とした。下記に示すようにレジスト層４には塩化ビニル系樹脂、及びポリウレタン系樹脂を用いた。

また比較例として、図７に示す電子部品実装基板を製造した。図７に示す符号２０は絶縁基板、２１は、配線パターン、２２はランド部、２３は電子部品、２４は電極部、２５はレジスト層、２５ａは開口部、２６は接着層、２７は半田である。図７の構造は図４の構造と比較して、レジスト層２５の開口部２５ａの長手方向は電子部品２３の長手方向の１．４倍の長さで、開口部２５ａの短手方向は電子部品２３の短手方向の１．０倍の長さである。すなわち図７では、電子部品５の周囲の絶縁基板２０がほとんどレジスト層４により覆われており、前記接着層２６が前記レジスト層２５上に大部分重ねられている。図７でも、前記接着層２６にはエポキシ系樹脂を用い、前記レジスト層２５には、塩化ビニル系樹脂、及びポリウレタン系樹脂を用いた。そして上記した実験により、接合強度を測定した。

表１に示すように、前記レジスト層に前記接着層とは異なる材質を用いると、すなわち塩化ビニル系樹脂およびポリウレタン系樹脂を用いると、図７のようにレジスト層２５上に前記接着層２６を重ねるより、図４のように前記接着層８を基板１１上に直接接合させたほうが、前記電子部品と基板間の接合強度を向上できることがわかった。すなわち塩化ビニル系樹脂およびポリウレタン系樹脂を接着層８として用いた場合、基板１１との接合強度が強くなり、ひいては前記電子部品５と基板１１との接合強度を強く出来ることがわかった。

本実施形態における電子部品実装基板の平面図、 図１に示すＡ−Ａ線から前記電子部品実装基板を高さ方向（膜厚方向）に切断し矢印方向から見た部分断面図、 図１に示すＢ−Ｂ線から前記電子部品実装基板を高さ方向（膜厚方向）に切断し矢印方向から見た部分断面図、 本実施形態における別の電子部品実装基板の平面図、 本実施形態における電子部品実装基板の製造方法を示す一工程図（平面図）、 図４の次に行われる前記電子部品実装基板の製造方法を示す一工程図（平面図）、 実験に用いた比較例の電子部品実装基板の平面図、

符号の説明

１ 絶縁基板
２ 配線パターン
３ ランド部
４ レジスト層
５ 電子部品
６ 電極部
７ 半田
８ 接着層
１０ 半田接着剤
１１ 基板

Claims (6)

1. 基板上に電子部品が実装されて成る電子部品実装構造において、
   表面にランド部を有する配線パターンが形成された前記基板上に開口部を有するレジスト層が形成され、前記開口部から前記ランド部が露出しており、
   前記電子部品は前記開口部内に設置され、前記電子部品の電極部は前記ランド部上に半田接合され、前記電子部品の周囲の少なくとも一部から、前記開口部内に露出する前記基板上にかけて接着層が形成され、前記接着層は前記基板上に接合されており、
   前記接着層と、前記レジスト層とは異なる材料で形成されることを特徴とする電子部品実装構造。
2. 前記接着層は、前記電子部品の一方向の両側側面から前記開口部内に露出する前記基板上に接合される請求項１記載の電子部品実装構造。
3. 前記接着層は前記電子部品の全周に広がっている請求項２記載の電子部品実装構造。
4. 前記レジスト層は前記接着層が設けられる領域から離れた位置に設けられ、前記レジスト層と前記接着層は非接触状態である請求項１ないし３のいずれかに記載の電子部品実装構造。
5. 前記接着層は熱硬化性樹脂で形成される請求項１ないし４のいずれかに記載の電子部品実装構造。
6. 半田と前記接着層を構成する材料とは、前記半田接合の前、混合された半田接着層として少なくとも前記ランド部上に設けられ、前記半田接合の際、前記半田は前記ランド部上に凝集したものであり、前記接着層を構成する材料は、前記電子部品の周囲の少なくとも一部に流れ出したものである請求項１ないし５のいずれかに記載の電子部品実装構造。

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