JP2011176368A - 電極、電子部品及び基板 - Google Patents

Abstract

【課題】電極本体と電子部品又は基板との接合面積の低下を抑制できる電極、電子部品及び基板の提供を課題とする。
【解決手段】本発明は、電子部品１２にはんだ付けされて設けられ、電子部品１２が基板１３に実装される際に、基板１２にはんだ付けされる電極１０である。この電極１０は、電子部品１２及び基板１２にはんだ付けされる柱状の電極本体１１を有している。電極本体１１が電子部品１２又は基板１３にはんだ付けされる際に、電極本体１１の接合面１１ａ，１１ｂと電子部品１２又は基板１３との間におけるはんだ１４内に発生する空気溜まり１５内の空気１５ａを排出する空気排出手段としての溝２０を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電極、電子部品及び基板に係り、更に詳細には、大電圧がかかる柱状の電極、これを用いた電子部品及び基板に関する。

例えば、電源部品や電源モジュールには、大電圧がかけられる。このように大電圧がかけられる電子部品には、図８（ａ），（ｂ）に示すように、円柱状のButt電極５０、又は図９（ａ），（ｂ）に示すように、四角柱状のButt電極５１が用いられる。

なお、図８（ａ），（ｂ）及び図９（ａ），（ｂ）中の符号５２は電子部品、５３は基板、５４ははんだ、５５は空気溜まり（ボイド）である。従来のButt電極５０，５１は、円柱状や四角柱状など、柱状の銅製棒部材が所定の長さに切断され、切りっぱなしの状態で使用されていた。つまり、Butt電極５０，５１における電子部品５２及び基板５３との接合面５０ａ，５０ｂ、５１ａ，５１ｂ、及び外周側面５０ｃ，５１ｃに他の加工が殆ど施されずに使用されていた。

特開平９−１６２２２０号公報

しかしながら、従来のButt電極５０，５１は、その接合面５０ａ，５０ｂ、５１ａ，５１ｂと電子部品５２又は基板５３との間におけるはんだ５４内に、円盤状の空気溜まり（ボイド）５５が残留するという問題があった。

この空気溜まり５５は、はんだペーストに含まれる空気が集められることによって生成される。

なお、図７（ａ），（ｂ）及び図８（ａ），（ｂ）には、Butt電極５０，５１の一方の接合面５０ｂ，５１ｂと基板５３との間におけるボイド５５のみ示されている。Butt電極５０，５１の他方の接合面５０ａ，５１ａと電子部品５２との間におけるはんだ５４内にも、空気溜まりが残留する。

このように、Butt電極５０，５１の接合面５０ａ，５１ａ、５０ｂ，５１ｂと電子部品５２又は基板５３との間に空気溜まり５５が残留すると、Butt電極５０，５１と電子部品５２又は基板５３との有効接合面積が減少する。この場合には、Butt電極５０，５１と電子部品５２又は基板５３との接合強度が低下するという問題が発生する。

また、Butt電極５０，５１における基板５３との接合面５０ｂ，５１ｂの面積が広いため、何らかの原因で基板５３が撓んだ際に、Butt電極５０，５１と基板５３との接合部に、比較的大きな曲げモーメントが発生する。

このように、Butt電極５０，５１と基板５３との接合部に大きな曲げモーメントが発生すると、接合部にクラックが発生するおそれがある。

さらに、上記のように、Butt電極５０，５１の接合面５０ａ，５０ｂ、５１ａ，５１ｂ
は平滑である。このため、これらの接合面５０ａ，５０ｂ、５１ａ，５１ｂに対して、はんだ５４のアンカー効果が発生しにくい。

この場合は、Butt電極５０，５１の接合面５０ａ，５０ｂ、５１ａ，５１ｂとはんだ５４との間に界面剥離が発生し、接合部が落下衝撃に弱くなるという問題が発生する。

さらに、Butt電極５０，５１の接合面５０ａ，５０ｂ、５１ａ，５１ｂが平滑なため、はんだ５４をはじいてしまうという問題があった。この場合には、接合強度が低下する。

本発明は、このような問題に鑑みなされたもので、電極本体の接合面と電子部品又は基板との間におけるはんだ内に発生する空気溜まりを除去でき、これにより、電極本体と電子部品又は基板との接合強度の低下を抑制できる電極、電子部品及び基板の提供を課題とする。

本発明は、前記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明は、
電子部品にはんだ付けされて設けられ、前記電子部品が基板に実装される際に、前記基板にはんだ付けされる電極において、
前記電子部品及び前記基板にはんだ付けされる柱状の電極本体を有し、
前記電極本体が前記電子部品又は前記基板にはんだ付けされる際に、前記電極本体の接合面と前記電子部品又は前記基板との間におけるはんだ内に発生する空気溜まりの空気を排出する空気排出手段を備えていることを特徴とする。

柱状の電極を使用する電子部品としては、大電圧がかけられる電子部品、例えば電源部品や電源モジュールを例示できる。このような電極の形状として、例えば円柱状、四角柱状等を例示できる。

本発明では、電極本体を電子部品又は基板にはんだ付けする際に、電極本体の接合面と電子部品又は基板との間におけるはんだ内に発生する空気溜まり（ボイド）内の空気が、空気排出手段によって外部に排出される。従って、電極と電子部品又は基板との接合強度が低下するのを抑制できる。

前記空気排出手段として、前記電極本体の前記接合面における中心付近から、前記電極本体の外周側面まで延びる溝を例示できる。

空気排出手段が溝の場合は、電極本体の接合面と電子部品又は基板との間に発生した空気溜まり内の空気が、電極本体の接合面に設けられた溝から外周側面に設けられた溝を通して外部に排出される。

また、前記空気排出手段として、前記電極本体の前記接合面における略中心に設けられると共に、前記電極本体の外周側面に開口された凹部を例示できる。

空気溜まりが接合面の中心側に発生した場合は、空気溜まり内の空気が凹部から外部に排出される。

また、本発明は、
基板にはんだ付けされて実装される電子部品であって、
はんだ付けされた電極を有し、
前記電極が前記電子部品及び前記基板にはんだ付けされる柱状の電極本体を有し、
前記電極本体が前記電子部品又は前記基板にはんだ付けされる際に、前記電極本体の接合面と前記電子部品又は前記基板との間におけるはんだ内に発生する空気溜まりの空気を
排出する空気排出手段を備えていることを特徴とする。

また、本発明は、
はんだ付けされた電極を有する電子部品が実装された基板であって、
前記電極がはんだ付けされることにより前記電子部品が実装され、
前記電極が柱状の電極本体を有し、
前記電極本体が前記電子部品又は前記基板にはんだ付けされる際に、前記電極本体の接合面と前記電子部品又は前記基板との間におけるはんだ内に発生する空気溜まりの空気を排出する空気排出手段を備えていることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、電極本体の接合面と電子部品又は基板との間に発生する空気溜まり内の空気が、空気抜き手段によって外部に排出される。従って、電極本体と電子部品又は基板との接合強度の低下を抑制できる。

図１（ａ）は本発明に係る第１の実施の形態における電極、電子部品及び基板を示す図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 本発明に係る第１の実施の形態における空気排出手段としての溝を示す断面図である。 本発明に係る第１の実施の形態における空気排出手段の作用を示す断面図である。 本発明に係る第１の実施の形態における別の空気排出手段としての丸みを示す断面図である。 本発明に係る第１の実施の形態におけるアンカー効果の作用を説明する断面図である。 本発明に係る第１の実施の形態における別のアンカー効果発生手段としての凹凸を示す図である。 図７（ａ）は本発明に係る第２の実施の形態における電極、電子部品及び基板を示す図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 図８（ａ）は従来例に係る電極を示す図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。 図９（ａ）は別の従来例に係る電極を示す図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＹ−Ｙ断面図である。

以下、本発明に係る電極、電子部品及び基板について、図面を参照して詳細に説明する。
《第１の実施の形態》
図１（ａ）は本発明に係る第１の実施の形態のButt電極１０、電子部品１２及び基板１３を示す図、図１（ｂ）はButt電極１０の接合面１１ｂ（１１ａ）を示す図であり、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

Butt電極１０は、電源部品や電源モジュールなど大電圧が作用する電子部品１２にはんだ付けされて設けられる。また、この電子部品１２が基板１３に実装される際には、Butt電極１０が基板１３にはんだ付けされる。

Butt電極１０は、円柱状の電極本体１１を有している。この電極本体１１は、電子部品
１２又は基板１３にはんだ付けされる際に、電極本体１１の一方の接合面１１ａと電子部品１２との間、又は電極本体１１の他方の接合面１１ｂと基板１３との間に発生する円盤状の空気溜まり（ボイド）１５内の空気１５ａを外部に排出するための空気排出手段である溝２０が設けられている。

この溝２０は、図１（ｂ）に示すように、電極本体１１の接合面１１ａ，１１ｂ（接合面１１ｂのみ図示。）における中心１１ｄ付近から、電極本体１１の外周側面１１ｃ迄延びている。また、溝２０は、所定の間隔で多数設けられている。

この溝２０の断面形状は、図２に示すように、円弧状に形成されている。これは、溝２０内に角があると、空気１５ａが角の部分に滞り易くなるからである。なお、溝２０の形状は円弧状に限らず、角がない形状であれば任意に設定できる。

また、溝２０は、空気溜まり１５内の空気１５ａが外部にスムーズに排出される程度の大きさに設定されている。溝２０が小さすぎる場合には、空気１５ａが流れにくくなるので、適宜な大きさに設定する。

図４に示すように、電極本体１１の接合面１１ａ，１１ｂにおける外周縁側には、空気排出手段としての丸みＲが設けられている。この丸みＲは、比較的大きな曲率半径Ｒ１を有している。丸みＲは、接合面１１ａ，１１ｂの全周に亘って設けられている。

更に、電極本体１１には、図１に示すように、はんだ１４にアンカー効果を発生させるアンカー効果発生手段としての小溝２１が設けられている。この小溝２１は、上記溝２０，２０間に所定の間隔をあけて多数設けられている。

なお、アンカー効果とは、周知のように、接着剤やはんだなどが、材料表面の凹凸や隙間に侵入した後、硬化することである。アンカー効果は、投錨効果或いはファスナー効果とも呼ばれる。このアンカー効果によって、接着剤やはんだの接合効果が向上する。

この小溝２１の断面積は、図２に示すように、上記溝２０に比べて非常に小さく形成されている。また、小溝２１は、溝２０と同様に、電極本体１１の接合面１１ａ，１１ｂにおける中心１１ｄの付近から、電極本体１１の外周側面１１ｃ迄延びている（図１参照）。

次に、このButt電極１０の作用を説明する。本発明のButt電極１０は、上記のように、電極本体１１の接合面１１ａ，１１ｂ及び外周側面１１ｃに、空気排出手段である複数の溝２０が設けられている。また、接合面１１，１１ｂの外周縁側には、空気排出手段としての丸みＲが設けられている。

このButt電極１０が電子部品１２又は基板１３にはんだ付けされる際には、Butt電極１０が上側、電子部品１２又は基板１３が下側に配置される。

また、Butt電極１０が電子部品１２又は基板１３にはんだ付けされる際には、図３に示すように、電極本体１１の接合面１１ａ，１１ｂと電子部品１２又は基板１３との間におけるはんだ１４内に、はんだペースト内に含まれる空気が集められて空気溜まり１５が発生することがある。

この空気溜まり１５内の空気１５ａは、はんだ１４が硬化する前に、電極本体１１の接合面１１ａ，１１ｂに設けられている多数の溝２０及び丸みＲを通過し、外周側面１１ｃに設けられている溝２０に流れる。この空気１５ａは、外周側面１１ｃの溝２０における
はんだ１４によって囲まれていない部分から外部に放出される。これにより、空気溜まり１５が除去される。

本発明では、空気排出手段である溝２０及び丸みＲによって、はんだ１４内に発生した空気溜まり１５を除去できるので、Butt電極１０と電子部品１２又は基板１３との有効接合面積を保持できる。

従って、Butt電極１０と電子部品１２又は基板１３との接合強度、及び電子部品１２と基板１３との接合強度の低下を抑制できる。

また、接合面１１ａ，１１ｂの外周縁側に比較的大きな丸みＲが設けられているので、接合面１１，１１ｂの外周縁側に応力が集中するのを避けることができる。

これにより、基板１３が撓んだ際に、Butt電極１０と電子部品１２又は基板１３との接合部に、クラックが発生するのを抑制できる。

また、本発明では、図５に示すように、電極本体１１の接合面１１ａ，１１ｂ、及び外周側面１１ｃにアンカー効果発生手段として多数の小溝２１が設けられている。この多数の小溝２１にはんだ１４が入り込み、アンカー効果が有効に発生する。

従って、電極本体１１の接合面１１ａ，１１ｂ及び外周側面１１ｃと、はんだ１４との間に界面剥離が発生するのを抑制できる。これにより、Butt電極１０と電子部品１２又は基板１３との接合部が落下衝撃に対して弱くなるのを抑制できる。

また、アンカー効果により、はんだ１４が電極本体１１の接合面１１ａ，１１ｂ及び外周側面１１ｃによって弾かれるのを防止できる。従って、Butt電極１０と電子部品１２又は基板１３との接合強度が低下するのを抑制できる。

本発明によれば、例えばマザーボードなどを筐体内に挿入する際に発生する応力、製品搬送中の振動、組み立て工程において発生する応力、落下による衝撃、地震による震動などに対して、電源部品や電源モジュールなどにおけるButt電極１０のはんだ接合部が破壊されるのを防止できる。

また、現在は、電源モジュールなどが大型化し、その電極は小型化する傾向にある。そして、電極は上記の応力や振動の影響を受けやすくなっているが、本発明により、電極の受ける影響を最小限に抑えることができる。

なお、上記の実施の形態では、アンカー効果発生手段として小溝２１を設けた場合について説明したが、図６に示すように、アンカー効果発生手段として小さな凹部又は凸部２１を多数設けることもできる。また、アンカー効果発生手段は、格子状の溝でも良い。

《第２の実施の形態》
次に、本発明に係る第２の実施の形態の電極、電子部品及び基板について説明する。なお、第１の実施の形態における電極１０、電子部品１２及び基板１３と同様な部分には、同一の符号を付けて詳細な説明を省略する。

図７（ａ）は本発明に係る第２の実施の形態のButt電極３０、電子部品３２及び基板３３を示す縦断面図、図７（ｂ）はButt電極３０の横断面図であり、図７（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

このButt電極３０は、四角柱状の電極本体３１を有している。この電極本体３１の基板３３と対向する接合面３１ｂには、その略中心に位置する空気排出手段としての凹部４０が設けられている。

この凹部４０は、図５（ｂ）に示すように、比較的大きな容積を有している。また、この凹部は、十字型に形成されている。そして、電極本体３１の４個の外周側面３１ｃにおけるそれぞれの略中心に、凹部４０の開口４０ａが設けられている。開口４０ａの一部は、はんだ１４から外側に出ている。

Butt電極３０の電極本体３１が基板１３にはんだ付けされる際には、電極本体３１の接合面３１ｂと基板１３との間に発生する空気溜まり１５内の空気１５ａが、接合面３１ｂの中心部に逃げた場合には、この空気１５ａが凹部４０を通して外部に放出される。これにより、空気溜まり１５が除去される。

従って、このButt電極３０によれば、電極本体３１とはんだ１４の接合強度の低下を抑制できる。また、このButt電極３０を用いた電子部品１２と基板１３との接合強度の低下を抑制できる。また、凹部４１の内面がはんだ付けされるため、曲げや捻りに対して強化される。

なお、凹部４１の形状、深さ、幅は、電極本体３１の強度が低下しない限り、任意に設定できる。

また、本発明の電極、電子部品及び基板は、以下の付記的事項を含むものである。

〔その他〕
本発明は、以下のように特定することができる。

（付記１）電子部品にはんだ付けされて設けられ、前記電子部品が基板に実装される際に、前記基板にはんだ付けされる電極において、
前記電子部品及び前記基板にはんだ付けされる柱状の電極本体を有し、
前記電極本体が前記電子部品又は前記基板にはんだ付けされる際に、前記電極本体の接合面と前記電子部品又は前記基板との間におけるはんだ内に発生する空気溜まりの空気を排出する空気排出手段を備えていることを特徴とする電極。

（付記２）前記空気排出手段は、前記電極本体における前記電子部品又は前記基板に対向する接合面における中心付近から、前記電極本体の外周側面まで延びる溝であることを特徴とする付記１に記載の電極。

（付記３）前記空気排出手段は、前記電極本体における前記電子部品又は前記基板に対向する接合面における外周縁側に設けられた丸みであることを特徴とする付記１又は２に記載の電極。

（付記４）前記空気排出手段は、前記電極本体の前記接合面における略中心に設けられると共に、前記電極本体の外周側面に開口された凹部であることを特徴とする付記１から３の何れかに記載の電極。

（付記５）前記電極本体に、前記はんだのアンカー効果を発生させるアンカー効果発生手段が設けられていることを特徴とする付記１から４の何れかに記載の電極。

（付記６）前記アンカー効果発生手段は、溝であることを特徴とする付記５に記載の電極
。

（付記７）前記アンカー効果発生手段は、凹凸であることを特徴とする付記５に記載の電極。

（付記８）基板にはんだ付けされて実装される電子部品であって、
はんだ付けされた電極を有し、
前記電極が前記電子部品及び前記基板にはんだ付けされる柱状の電極本体を有し、
前記電極本体が前記電子部品又は前記基板にはんだ付けされる際に、前記電極本体の接合面と前記電子部品又は前記基板との間におけるはんだ内に発生する空気溜まりの空気を排出する空気排出手段を備えていることを特徴とする電子部品。

（付記９）はんだ付けされた電極を有する電子部品が実装された基板であって、
前記電極がはんだ付けされることにより前記電子部品が実装され、
前記電極が柱状の電極本体を有し、
前記電極本体が前記電子部品又は前記基板にはんだ付けされる際に、前記電極本体の接合面と前記電子部品又は前記基板との間におけるはんだ内に発生する空気溜まりの空気を排出する空気排出手段を備えていることを特徴とする基板。

１０ Ｂｕｔｔ電極（柱状の電極）
１１ 電極本体
１１ａ 接合面
１１ｂ 接合面
１１ｃ 外周側面
１１ｄ 接合面の中心
１２ 電子部品
１３ 基板
１５ 空気溜まり（ボイド）
１５ａ 空気
２０ 溝（空気排出手段）
２１ 小溝（アンカー効果発生手段）
３０ 電極
３１ 電極本体
３１ｂ 接合面
３１ｃ 外周側面
３２ 電子部品
３３ 基板
４０ 凹部（空気排出手段）
４０ａ 凹部の開口
５０ 電極
５０ａ 接合面
５０ｂ 接合面
５０ｃ 外周側面
５１ 電極
５２ 電子部品
５３ 基板
５４ はんだ
５５ 空気溜まり（ボイド）
Ｒ 丸み（空気排出手段）
Ｒ１ 丸みの曲率半径

Claims (6)

1. 電子部品と対向する底面を有する柱状の電極と、
   前記電極の底面と前記電子部品との間に配置されるはんだと、を備え、
   前記柱状の電極は、前記はんだ内の空気溜まりを排出する、前記柱状の電極の底面中心部から側面に放射状に延びる複数の第一の溝を有し、
   前記柱状の電極は、前記第一の溝に隣接する複数の第二の溝を更に有し、
   前記第二の溝の各幅は、前記第一の溝の各幅よりも狭い、表面実装される電子部品。
2. 前記柱状の電極は、前記底面と側面との間に設けられた丸みを有する、請求項１に記載の電子部品。
3. 前記第二の溝は、前記第一の溝に隣接して斜めに配置されている、請求項１に記載の電子部品。
4. 基板と、
   前記基板の表面に実装される電子部品と、
   前記基板と前記電子部品との間に配置される柱状の電極であって、前記電子部品と対向する底面を有する柱状の電極と、
   前記電極の底面と前記電子部品との間に配置されるはんだと、を備え、
   前記柱状の電極は、前記はんだ内の空気溜まりを排出する、前記柱状の電極の底面中心部から側面に放射状に延びる複数の第一の溝を有し、
   前記柱状の電極は、前記第一の溝に隣接する複数の第二の溝を更に有し、
   前記第二の溝の各幅は、前記第一の溝の各幅よりも狭い、基板。
5. 前記柱状の電極は、前記底面と側面との間に設けられた丸みを有する、請求項４に記載の基板。
6. 前記第二の溝は、前記第一の溝に隣接して斜めに配置されている、請求項４に記載の基板。

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