JP2012049421A

JP2012049421A - 電子部品の実装構造

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Publication number: JP2012049421A
Application number: JP2010191884A
Authority: JP
Inventors: Ryuji Aso; 竜治阿相
Original assignee: Keihin Corp
Current assignee: Keihin Corp
Priority date: 2010-08-30
Filing date: 2010-08-30
Publication date: 2012-03-08
Also published as: TW201222741A; WO2012029712A1; TWI467710B; EP2613348A1; CN103250241A; CN103250241B; BR112013004863A2

Abstract

【課題】簡便な構成により、半導体チップを有する電子部品に対して電磁ノイズの不要な影響を排除することができると共に、電子部品を基板に確実に実装することができる電子部品の実装構造を提供する。
【解決手段】電子部品１０のリード１６が基板２０のパッド部２４に接続されることに対応して、電子部品において無電位に設定された導体である支持体１４の露出面１４ａと基板のグラウンド層２２の上面２２ａとの間に画成された間隙部Ｇに、かかる間隙部の体積以下に設定された体積を有する半田層３０が設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品の実装構造に関し、特に、支持体に半導体装置を載置した電子部品を基板に実装する実装構造に関する。

近年、自動車等の車両に要求される機能は高度化しており、これに伴って車両に搭載される電子部品の個数も増加しており、かかる電子部品内には各種の半導体装置が用いられるようにもなっている。

同時に、車両に各種の構成部品を搭載するスペースには限りがあるため、かかる電子部品は小型化かつ集約化して車両に搭載されることが求められていると共に、車両は温度や湿度等の変化の大きい環境下で使用されるものであるため、かかる電子部品は充分な耐久性を有することも求められている。

特許文献１は、半導体チップ２７を搭載するダイパッド２３が樹脂封止される半導体装置２１に関し、半導体チップ２７を搭載すると共に樹脂パッケージ３３の下面に半導体チップ２７の搭載面と反対側の面が露出される矩形状のダイパッド２３と、ダイパッド２３の長辺側の縁部を半導体チップ２７の搭載面側へ折り曲げた折曲部３５と、を備えた構成を開示する。

特開平９−９２７５７号公報

しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献１が開示する構成では、樹脂注入時においてダイパッドを安定させた状態で保持して、パッケージとの密着性を向上して耐久性を向上すると共に、薄型化を実現することを企図したものであるが、ダイパッドの露出面が外部に対して露出している構成を有するため、周囲に存在する不要な電磁ノイズに曝されて、ダイパッドが意図しない帯電状態となり、半導体チップの動作等に不要な影響が出ることが考えられる。

一方で、特許文献１が開示する構成において、ダイパッドの露出面をパッケージ用の樹脂の薄膜で覆ったり別の電磁シールド用の部材を付加する等して囲うと、ダイパッドに直接電磁ノイズが印加されることは抑制できるが、その構成自体が煩雑なものとなってしまう傾向がある。

つまり、電子部品の実装構造においては、基板への実装性を十分確保しながら、電磁ノイズの不要な影響を排除することのできる新規な構成が待望されている状況にある。

本発明は、以上の検討を経てなされたものであり、簡便な構成により、半導体チップを有する電子部品に対して電磁ノイズの不要な影響を排除すると共に、かかる電子部品を基板に確実に実装可能な電子部品の実装構造を提供することを目的とする。

以上のような目的を達成するため、本発明は、第１の局面においては、半導体チップ、
前記半導体チップを載置する支持体、前記半導体チップに連絡するリード、並びに前記半導体チップ、前記支持体の一部及び前記リードの一部を収容するケースを有して、前記半導体チップ、前記支持体の前記一部及び前記リードの前記一部を前記ケース内に樹脂を用いて一体的にパッケージ化した電子部品と、パッド部及びグラウンド層を有して、前記電子部品を実装する基板と、前記支持体と前記グラウンド層との間に介在して、前記支持体と前記グラウンド層とを接続する半田層と、を備えた電子部品の実装構造であって、前記支持体は、導体であって無電位に設定されると共に、前記支持体の前記一部が前記ケースの前記グラウンド層の側の面から露出する露出面を構成するように前記ケースに収容され、前記リードが前記基板の前記パッド部に接続されることに対応して、前記支持体の前記露出面と前記グラウンド層の上面との間に間隙部が画成され、前記半田層の体積は、前記間隙部の体積以下に設定された構成を有する。

また本発明は、第１の局面に加えて、前記半田層の前記体積は、前記間隙部の前記体積の１／２以上２／３以下の範囲内に設定されたことを第２の局面とする。

また本発明は、第１又は第２の局面に加えて、前記支持体の形状と前記グラウンド層の形状とは、前記グラウンド層、前記半田層及び前記支持体が積層される積層方向から見て略同一形状に設定され、かつ、前記支持体と、前記半田層と、前記グラウンド層とは、前記積層方向において略同軸に設けられたことを第３の局面とする。

また本発明は、第１から第３のいずれかの局面に加えて、更に、前記間隙部における前記半田層の周辺で、付加半田層が設けられたことを第４の局面とする。

本発明の第１の局面における電子部品の実装構造においては、電子部品のリードが基板のパッド部に接続されることに対応して、電子部品において無電位に設定された導体である支持体の露出面と基板のグラウンド層の上面との間に画成された間隙部に、かかる間隙部の体積以下に設定された体積を有する半田層が設けられることにより、支持体とグラウンド層とを電気的に接続する構成を有するものであるため、簡便な構成により、半導体チップを有する電子部品に対して電磁ノイズの不要な影響を排除することができると共に、電子部品を基板に確実に実装することができる。

本発明の第２の局面における電子部品の実装構造においては、半田層の体積が、間隙部の体積の１／２以上２／３以下の範囲内に設定されているため、溶融状態の半田を塗布する場合であっても、電子部品の支持体と基板のグラウンド層とを充分に電気的に接続しながら、電子部品を不要に浮かせることなく基板に対して確実に実装することができる。

本発明の第３の局面における電子部品の実装構造においては、支持体の形状とグラウンド層の形状とが、グラウンド層、半田層及び支持体が積層される積層方向から見て略同一形状に設定され、かつ、支持体と、半田層と、グラウンド層とが、積層方向において略同軸に設けられているため、電子部品の支持体の露出面と基板のグラウンド層の上面の間において間隙部を相対的に大きな体積で確実に画成した上で、かかる間隙部に半田層を位置整合した状態ではみ出さないように確実に形成することができる。

本発明の第４の局面における電子部品の実装構造においては、更に、間隙部の周辺における半田層の周辺で、付加半田層が設けられているため、付加半田層が、半田層の機能を補完することができ、電子部品の支持体を基板のグラウンド層により確実に電気的に接続することができる。

本発明の第１の実施形態における電子部品の実装構造の模式的断面図である。本実施形態における電子部品の実装構造の要部平面図である。本発明の第２の実施形態における電子部品の実装構造の模式的断面図である。本実施形態における電子部品の実装構造の要部平面図である。

以下、本発明の各実施形態における電子部品の実装構造につき、適宜図面を参照して、詳細に説明する。なお、図中、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、３軸直交座標系を成し、ｚ軸の方向が上下方向であって積層方向に相当し、ｘ−ｙ平面に平行な面が水平面である。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態における電子部品の実装構造につき、図１及び図２を参照して、詳細に説明する。

図１は、本実施形態における電子部品の実装構造の模式的断面図である。また、図２は、本実施形態における電子部品の実装構造の要部平面であり、主として基板のグラウンド層上に半田層が形成された状態を示す。

図１及び図２に示すように、電子部品の実装構造Ｓ１は、電子部品１０と、電子部品１０が実装される基板２０と、電子部品１０を基板２０に接続する半田層３０と、を備える。

具体的には、電子部品１０は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等の半導体チップ１２、半導体チップ１２を載置して固定する支持体１４、半導体チップ１２に連絡するリード１６、並びに半導体チップ１２、支持体１４の一部及びリード１６の一部を収容するケース１８を有する。かかる半導体チップ１２、支持体１４の一部及びリード１６の一部は、合成樹脂を用いたモールド成形によりケース１８内に一体的に封止されてパッケージ化されている。

基板２０は、典型的にはプリント基板であり、いずれもその上面２０ａに露出して銅等の金属製であるグラウンド層２２及びパッド部２４を有する。かかるパッド部２４の上面２４ａには、半導体チップ１２のリード１６の端部１６ａの下面１６ｂが半田等により固着されて、半導体チップ１２と基板２０とが、電気的に接続される。

半田層３０は、典型的には錫、銀及び銅の合金や錫及びビスマスの合金等から成るいわゆる鉛フリー半田であり、電子部品１０の支持体１４と基板２０のグラウンド層２２との間に介在して、支持体１４をグラウンド電位にあるグラウンド層２２に電気的に接続する。ここで、基板２０に対しては、グラウンド層２２、半田層３０及び支持体１４が、この順で上方に向かい積層方向に沿って積層されることになる。

より詳しくは、電子部品１０の支持体１４は、典型的には直方体状の形状を有してアルミニウム合金等の金属製であり、それ単独では電源や電気回路等の電気的な構成要素に電気的に接続されないで無電位に設定されると共に、支持体１４の下部がケース１８における基板２０のグラウンド層２２の側の下面１８ａからそれに面一で露出する露出面１４ａを構成するようにケース１８に収容されている。なお、かかる露出面１４ａは、ケース１８の下面１８ａから露出して半田層３０に対して確実に接続される態様であれば、下面１８ａに対して突設されていても陥設されていてもかまわない。また、支持体１４は、金属製に限らず、半導体チップ１２、支持体１４の一部及びリード１６の一部を覆うケース１８の材質である合成樹脂よりも導電率が高い導体製であれば足りる。

また、基板２０のグラウンド層２２は、典型的には平薄板状の形状を有するものであり、電子部品１０の支持体１４の露出面１４ａとグラウンド層２２の上面２２ａとは、半田層３０を介して対向する。

ここで、電子部品１０のリード１６は、ケース１８から延出部１６ｃで延出すると共に、かかる延出部１６ｃに連なる端部１６ａの下面１６ｂが、電子部品１０の支持体１４の露出面１４ａよりも距離ｈでもって下方に位置されている。よって、リード１６の端部１６ａにおける下面１６ｂが、基板２０のパッド部２４の上面２４ａに当接された状態では、電子部品１０の支持体１４の露出面１４ａと基板２０のグラウンド層２２の上面２２ａとの間に、露出面１４ａと上面２２ａとで挟まれて高さｈを呈する間隙部Ｇが画成される。

更に、電子部品１０の支持体１４は、半田層３０によりグラウンド層２２に対して確実に電気的に接続される必要があるため、かかる観点からは、半田層３０は、支持体１４の露出面１４ａと基板２０のグラウンド層２２の上面２２ａとの間で画成される間隙部Ｇを充分に満たすような大きさを有していればよいことになる。具体的には、半田層３０の体積は、かかる間隙部Ｇの体積以下に設定されていることが必要である。というのは、半田層３０の体積が間隙部Ｇの体積を超えていると、半田層３０の大きさ自体が過剰となり、つまり、半田層３０の高さが間隙部Ｇの高さｈよりも幾何学的に大きくなって、支持体１４の露出面１４ａよりも距離ｈでもって下方に位置されているリード１６の端部１６ａの下面１６ｂが、基板２０のパッド部２４の上面２４ａから離間し、リード１６とパッド部２４との電気的な接続が充分になされ得ない事態が発生する可能性があるからである。

また更に、半田層３０の体積は、かかる間隙部Ｇの体積の１／２以上２／３以下の範囲内に設定されることがより好ましい。というのは、半田層３０が、基板２０のグラウンド層２２の上面２２ａに、予め塗布マスクを用いて、溶融状態の典型的には鉛フリーの半田材料を所定量で塗布した後に、電子部品１０のリード１６の端部１６ａの下面１６ｂをパッド部２４の上面２４ａに当接しながら、このようにグラウンド層２２の上面２２ａに塗布した半田材料を固化することにより形成されることを考慮した場合には、半田層３０の体積が間隙部Ｇの体積の１／２未満の設定であると、半田層３０の大きさ自体が不足して、電子部品１０の支持体１４が半田層３０によりグラウンド層２２に充分に電気的に接続され得ない事態が発生する可能性がある一方で、半田層３０の体積が間隙部Ｇの体積の２／３を超えると、半田層３０の大きさ自体が過剰となり、電子部品１０のリード１６の端部１６ａの下面１６ｂが、基板２０のパッド部２４の上面２４ａから離間し、リード１６とパッド部２４との電気的な接続が充分になされ得ない事態が発生する可能性があるからである。

また更に、電子部品１０の支持体１４の形状と基板２０のグラウンド層２２の形状とは、積層方向から見て略同一形状、つまり略同一の面積及び略同一の輪郭形状を有するように設定され、かつ、電子部品１０の支持体１４と、半田層３０と、基板２０のグラウンド層２２と、は、積層方向において共通の中心軸Ｃを有するように略同軸に設けられることが好ましい。というのは、かかる構成であれば、支持体１４の露出面１４ａとグラウンド層２２の上面２２ａとが形状的及び位置的に整合しているため、これらで挟まれて画成される間隙部Ｇが大きく確保できると共に、かかる間隙部Ｇに半田層３０を位置的に整合した状態で外部にはみ出さないように形成することができるからである。なお、ここで略という文言は、量産時において、公差内に各寸法が収まる寸法精度を有することを意味する。

説明の便宜上、電子部品１０の支持体１４の露出面１４ａが、ケース１８の下面１８ａからそれと面一に水平面における矩形状でもって露出し、基板２０のグラウンド層２２の
上面２２ａが、基板２０の上面２０ａからそれと面一に水平面における矩形状でもって露出し、基板２０のパッド部２４の上面２４ａが、基板２０の上面２０ａからそれと面一に水平面でもって露出し、支持体１４の露出面１４ａとグラウンド層２２の上面２２ａとが、前述のように形状整合及び位置整合しているとすれば、半田層３０は、直方体状の形状を有することになり、水平面において直交するその２辺の長さがａ１及びａ２であるとすれば、その体積ＶＳはａ１ｘａ２ｘｈと示すことができ、電子部品１０の支持体１４及び基板２０のグラウンド層２２の水平面において直交するその２辺の長さがｂ１及びｂ２であるとすれば、間隙部Ｇの体積ＶＧはｂ１ｘｂ２ｘｈと示すことができる。つまり、かかる場合には、このようにして規定される間隙部Ｇの体積ＶＧ以下となるように、又はより好適には体積ＶＧに対して１／２以上２／３以下の範囲となるように、半田層３０の体積ＶＳを規定すればよいことになる。

以上のように構成した電子部品の実装構造Ｓ１における電子部品１０を動作させたときに、電子部品１０が外部からの電磁ノイズに曝されてその支持体１４が帯電するような場合であっても、支持体１４に帯電した電荷は、速やかに、半田層３０を介して基板２０のグラウンド層２２に移動して、電子部品１０全体の帯電状態も速やかに解消される。

さて、以上の構成の電子部品の実装構造Ｓ１は、以下の製造方法により好適に得ることができる。

まず、基板２０を用意して、そのグラウンド層２２の上面２２ａ上に図示を省略する金属製等の塗布マスクを載置する。ここで、塗布マスクは、半田層３０の形状を規定する開口部を有して、かかる開口部の中心軸がグラウンド層２２の中心軸Ｃと略同軸になるように整合した状態で、グラウンド層２２の上面２２ａ上に載置されるものである。

次に、このように載置された塗布マスクの開口部内に溶融状態の半田を充填して、グラウンド層２２の上面２２ａ上に半田を塗布する。

そして、このように半田をグラウンド層２２の上面２２ａ上に塗布した後で、電子部品１０のリード１６の端部１６ａにおける下面１６ｂを基板２０のパッド部２４の上面２４ａに当接して半田等により固定すると共に、グラウンド層２２の上面２２ａ上に塗布された半田を固化させて電子部品１０の支持体１４の露出面１４ａをグラウンド層２２の上面２２ａに接続し、電子部品１０を基板２０に実装することになる。

なお、塗布マスクを基板２０のグラウンド層２２の上面２２ａから取り外すタイミングは、グラウンド層２２の上面２２ａ上に塗布された半田が適度な粘度に調整されている場合には、電子部品１０のリード１６の端部１６ａにおける下面１６ｂを基板２０のパッド部２４の上面２４ａに当接する前であってもよいし、塗布マスクが分割できる構成を有する場合には、グラウンド層２２の上面２２ａ上に塗布された半田を固化させて電子部品１０の支持体１４の露出面１４ａをグラウンド層２２の上面２２ａに接続した後であってもよい。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態における電子部品の実装構造につき、図３及び図４をも参照して、詳細に説明する。

図３は、本実施形態における電子部品の実装構造の模式的断面図である。また、図４は、本実施形態における電子部品の実装構造の要部平面であり、主として基板のグラウンド層上に半田層が形成された状態を示す。

本実施形態の電子部品の実装構造Ｓ２においては、第１の実施形態の電子部品の実装構造Ｓ１に対して、半田層の構成が異なることが主たる相違点であり、残余の構成は同一である。よって、本実施形態においては、かかる相違点に着目して説明することとし、同一な構成については同一の符号を付して適宜説明を簡略化又は省略する。

図３及び図４に示すように、電子部品の実装構造Ｓ２においては、半田層３０に加えて、その周辺部において、典型的には半田層３０と同一材料から成る付加半田層３２が設けられ、電子部品１０の支持体１４と基板２０のグラウンド層２２との間に介在して、支持体１４をグラウンド電位にあるグラウンド層２２に電気的に接続している。

より詳しくは、付加半田層３２は、電子部品１０の支持体１４の露出面１４ａと基板２０のグラウンド層２２の上面２２ａとで挟まれて画成される間隙部Ｇにおいて、典型的には直方体状の半田層３０の４隅に設けられ、支持体１４の露出面１４ａと基板２０のグラウンド層２２の上面２２ａとの間に介在して、半田層３０による支持体１４及びグラウンド層２２間の電気的な接続性を補完自在である。

つまり、付加半田層３２は、半田層３０の電気的な抵抗が不要に上昇したり、半田層３０自体が欠落したような場合であっても、電子部品１０の支持体１４の露出面１４ａと基板２０のグラウンド層２２の上面２２ａとの間に確実に介在し得て、支持体１４及びグラウンド層２２間の電気的な接続を確実に維持することができると共に、ラインオフ後等に簡便にリペアすることができる。

なお、以上の構成において、付加半田層３２は、電子部品１０の支持体１４の露出面１４ａと基板２０のグラウンド層２２の上面２２ａとで挟まれて画成される間隙部Ｇにおいて、半田層３０の周辺部に配置されれば足り、その個数も４個に限定されるものではない。

また、以上の構成の電子部品の実装構造Ｓ２は、第１の実施形態において説明したように半田層３０を形成した後に、電子部品１０の支持体１４の露出面１４ａと基板２０のグラウンド層２２の上面２２ａとで挟まれて画成される間隙部Ｇにおいて、半田層３０の周辺部に溶融状態の半田を注入して固化することにより付加半田層３２を形成することで、好適に得ることができる。

なお、本発明においては、部材の種類、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。

以上のように、本発明においては、簡便な構成により、半導体チップを有する電子部品に対して電磁ノイズの不要な影響を排除することができると共に、電子部品を基板に確実に実装することが可能な電子部品の実装構造を提供することができ、その汎用普遍的な性格から車両等の電子部品に広範に適用され得るものと期待される。

１０…電子部品
１２…半導体チップ
１４…支持体
１４ａ…露出面
１６…リード
１６ａ…接続部
１６ｂ、１８ａ…下面
１６ｃ…延出部
１８…ケース
２０…基板
２０ａ、２２ａ、２４ａ…上面
２２…グラウンド層
２４…パッド部
３０…半田層
３２…付加半田層

Claims

半導体チップ、前記半導体チップを載置する支持体、前記半導体チップに連絡するリード、並びに前記半導体チップ、前記支持体の一部及び前記リードの一部を収容するケースを有して、前記半導体チップ、前記支持体の前記一部及び前記リードの前記一部を前記ケース内に樹脂を用いて一体的にパッケージ化した電子部品と、
パッド部及びグラウンド層を有して、前記電子部品を実装する基板と、
前記支持体と前記グラウンド層との間に介在して、前記支持体と前記グラウンド層とを接続する半田層と、
を備えた電子部品の実装構造であって、
前記支持体は、導体であって無電位に設定されると共に、前記支持体の前記一部が前記ケースの前記グラウンド層の側の面から露出する露出面を構成するように前記ケースに収容され、
前記リードが前記基板の前記パッド部に接続されることに対応して、前記支持体の前記露出面と前記グラウンド層の上面との間に間隙部が画成され、
前記半田層の体積は、前記間隙部の体積以下に設定されたことを特徴とする電子部品の実装構造。
前記半田層の前記体積は、前記間隙部の前記体積の１／２以上２／３以下の範囲内に設定されたことを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装構造。
前記支持体の形状と前記グラウンド層の形状とは、前記グラウンド層、前記半田層及び前記支持体が積層される積層方向から見て略同一形状に設定され、かつ、前記支持体と、前記半田層と、前記グラウンド層とは、前記積層方向において略同軸に設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品の実装構造。
更に、前記間隙部における前記半田層の周辺で、付加半田層が設けられたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電子部品の実装構造。