JP2018157121A - 実装基板および実装構造および実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品チップを高精度に位置決めできる実装基板を提供する。【解決手段】実装基板は、基材と、基材上に設けられた第１の台座と、第２の台座と、両者の間に設けられた電極とを有する。第１の台座は、基材上の所定高さにチップを支持する第１の支持面を有する。第２の台座は、第１の支持面ととものチップを所定高さに支持する第２の支持面と、第２の支持面から上方に延伸する突き当て部とを有する。電極の上面は、第１の支持面および第２の支持面より低く、両者を結ぶ方向に延伸部を有している。第１の台座方向に偏らせて電極に、はんだを乗せ、はんだにチップの電極を接触させてはんだを溶融すると、はんだが電極上を濡れ広がる力によって、チップの端部が突き当て部に押し当てられ、チップを精度よく位置決めして、はんだ接続を行うことができる。【選択図】 図１

Description

本発明は、実装基板および実装構造および実装方法に関する。

プリント配線板等の実装基板の電極上に、はんだを供給し、電子部品の裏面の電極をこのはんだと接触させ、加熱によって電極面とはんだを合金化して、電子部品を固着する実装方法が知られている。このような実装の中には、例えば、光学式センサや磁気式センサなどのように、基板への実装位置の精度によってセンサ自体の精度が大きく左右されるものや、ジャイロセンサなどのように実装姿勢に精度が左右されるものがある。このため、はんだ接合における、位置決め精度を向上する方法が検討されている。

例えば特許文献１には、基板上の電極（ランド）に対して、所定の位置に複数個の突起を設け、これらの突起が電子部品のリードを挟み込むように搭載しで、はんだ付けを行うことにより、電子部品を高精度に位置決めして実装する技術が開示されている。

特開２００１−８５８１７号公報

しかしながら、特許文献１の技術のように、複数個の突起がリードを隙間なく挟み込むように設計すると、リードの寸法バラツキにより突起の間に入らないものが出ることを避けられないという問題がある。また、あるリードの寸法バラツキを許容するように、リードと突起の間に遊びを設けると、はんだが溶融した際に、電子部品が動いて、位置決め精度が悪化する、さらに、ずれる方向が予測できないという問題がある。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、電子部品チップを高精度に位置決めできる実装基板を提供することを目的としている。

上記の課題を解決するため、実装基板は、基材と、基材上に設けられた第１の台座と、第２の台座と、両者の間に設けられた電極とを有する。第１の台座は、基材上の所定高さにチップを支持する第１の支持面を有する。第２の台座は、第１の支持面ととものチップを所定高さに支持する第２の支持面と、第２の支持面から上方に延伸する突き当て部とを有する。電極の上面は、第１の支持面および第２の支持面より低く、両者を結ぶ方向に延伸部を有している。第１の台座方向に偏らせて電極に、はんだを乗せ、はんだにチップの電極を接触させてはんだを溶融すると、はんだが電極上を濡れ広がる力によって、チップの端部が突き当て部に押し当てられ、チップを精度よく位置決めしてはんだ接続を行うことができる。

本発明の効果は、電子部品チップを高精度に位置決めできる実装基板を提供できることである。

第１の実施形態の実装基板を示す断面図である。 第２の実施形態のチップ実装状態を示す平面図である。 第２の実施形態の原理を示す断面図である。 第３の実施形態の実装基板を示す平面図である 第３の実施形態に用いるチップを示す平面図である。 第３の実施形態のチップ実装状態を示す平面図である。 第３の実施形態の実装工程の一部を示す断面図である。 第３の実施形態の実装工程の別の一部を示す断面図である。 第４の実施形態の実装基板を示す平面図である。 第４の実施形態に用いるチップを示す平面図である。 第４の実施形態のチップ実装状態を示す平面図である。 第４の実施形態の実装工程の一部を示す断面図である。 第４の実施形態の実装工程の別の一部を示す断面図である。 第４の実施形態の電極形状の具体例を示す平面図である。 第5の実施の形態の製造方法を示す断面模式図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。なお各図面の同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する場合がある。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の実装基板を示す断面図である。実装基板は、基材１と、第１の台座２と、第２の台座３と、電極４とを有している。

基材１は、第１の台座２と、第２の台座３と、電極４とを支持する部材である。

第１の台座２は、基材１の上面から所定の高さに電子部品チップを支持する第１の支持面２ａを有する。なお電子部品チップは、電子的な機能を有するチップ状の部品である。以降の説明では電子部品チップ単にチップと呼称する。また、「高さ」とは、特に断らない限り基材１の上面からの高さを指すものとする。

第２の台座３は、第１の支持面２ａとともに、チップを支持する第２の支持面３ａと、第２の支持面３ａから高さが高い方向に延伸する突き当て部３ｂとを有する。

電極４は、第１の支持面２ａ前記第１の支持面および前記第２の支持面よりも上面の高さが低くなっている。また、第１の台座２と第２の台座３とを結ぶ方向に延伸する延伸部を有している。

上記の構成の実装基板を用いると、第１の支持面２ａと、第２の支持面３ａと、突き当て部３ｂとで、チップの移動が制限され、チップを正確に位置決めすることができる。手順としては、まず第１の台座側に偏らせて電極４に、はんだを乗せ、チップ電極をこのはんだに接触させて、はんだを溶融する。このようにすると、チップの下面が第１の支持面２ａと第２の支持面３ａとで支持された状態で、はんだが電極４の延伸方向に濡れ広がっていく。はんだが濡れ広がる力（界面張力）によって、チップ電極には、端面が突き当て部３ｂに突き当たる方向の力が働く。こうしてチップの端面が突き当て部３ｂに突き当てられ、チップを精度よく位置決めして、はんだ接続を行うことができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態の実装基板を用いることにより、実装基板にチップを精度よく位置決めして実装することができる。図２は、第１の実施形態と同様の構造を持つ実装基板１００に、チップ２００を実装した様子を示す平面図である。

実装基板１００は、基材１１０と、第１の台座１２０と、第２の台座１３０とを有する。チップは実装基板１００に対向する面にチップ電極２１０を有している。

第１の台座１２０および第２の台座１３０の構造は、第１の実施形態と同様である。すなわち、第１の台座は、チップ２００の下面を支持する第１の支持面１２１を有し、第２の台座は、同じくチップ２００の下面を支持する第２の支持面１３１を有している。第２の台座の第１の台座と反対側にはチップの端部が当接する突き当て部１３２が設けられている。

チップ２００は、第１の支持面１２１と、第２の支持面１３１と、突き当て部１３２とによって移動が制限され、位置決めがされている。図示はしていないが、チップ電極２１０の下方には、実装基板の電極があり、両者は、はんだで接続されている。

図３は、本実施形態におけるチップの位置決めの原理を示す断面模式図である。図３は、電極１４０上の、第１の台座１２０側に偏った位置に、はんだを乗せ、チップ電極２１０を電極１４０に対向させて、はんだ３００に接触させ、はんだ３００を溶融させた状態を示している。この構成で、はんだ３００が溶融すると、はんだ３００が電極１４０上を濡れ広がる力が発生し、チップ電極２１０を第２の台座１３０の方向に引っ張る力Ｆ（図中の矢印）が発生する。この力Ｆにより、チップ２００の端部が、突き当て部１３２に押し付けられる。その結果、はんだの溶融によるチップ２００の位置ずれが抑制され、水平方向の位置決めが高精度で実施される。また、チップの高さは、２つの支持面によって決められるため、高さ方向の位置決めも精度よく行うことができる。

（第３の実施形態）
本実施形態では、具体的な実装基板とチップの例を用いて、実装の構成と手順について詳細に説明する。

図４は、本実施形態に用いる実装基板４００を示す平面図である。実装基板４００では、第１の台座４２０が、４２０ａと４２０ｂｎ２つに分かれている。また第２の台座４３０も４３０ａと４３０ｂの２つに分かれている。第１の台座４２０には第１の支持面４２１が設けられ、第１の支持面の外側には、第１の支持面より高いガイド部４２２が設けられている。ガイド部４２２により、チップの横方向への移動が制限される。第２の台座４３０には、第２の支持面４３１と、第２の支持面より高いＬ字状の突き当て部４３２が設けられている。突き当て部４３２がチップの紙面上方向への移動を制限するとともに、紙面横方向の移動を制限している。これらの配置は、２つのガイド部４２２ａ、４２２ｂと２つの突き当て部４３２ａ、４３２ｂにチップが嵌合し、第１の支持面および第２の支持面でチップが支持されるように設定している。

電極４４０は、４４０ａ、ｂ、ｃ、ｄの４つが設けられている。それぞれの電極４４０ａ〜ｄは、第１の台座４２０と第２の台座４３０とを結ぶ方向に延伸する形状を有している。基材４１０の材質は、例えばＳｉやＧａＡｓとすることができる。また、電極４４０の材質は、例えば、ＡｕやＰｔとすることができる。電極４４０の作製は、例えば、０．６〜１．０ｕｍの膜を、蒸着やめっきで形成して行うことができる。

図５は、実装基板４００に実装されるチップ５００を示す平面図である。上述したように、チップ５００のチップ基材５１０は、２つの突き当て部４３２と、２つのガイド部４２２の間に嵌合する外径を有している。またチップ５００の実装基板４００に対向する面には、チップ電極５２０が設けられている。この例ではチップ電極５２０が、実装基板４００側の電極４４０に対応するように４つ（５２０ａ〜ｄ）設けられている。なおこの例では電極４４０と対応するチップ電極５２０が略同一の形状を有しているものとしているが、チップ電極５２０の形状は、これに限られるものではない。

図６は実装基板４００にチップ５００を実装した状態を表す平面図である。上述したように、チップ５００の紙面上側端部は突き当て部４３０aおよび４３０ｂに突き当たり、チップ５００の紙面下方の側面は、２つのガイド部４２２ａ、４２２ｂに当接している。

以降では、図６のＢ−Ｂ´に対応する切断面を用いて実装方法について説明する。図７および図８は、実装方法を示す断面図である。まず、図７（ａ）のように、実装基板４００を用意する。実装基板４００の詳細は、既述のため説明を割愛する。次に、図７（ｂ）のように、電極４４０ａ、４４０ｃ上の、第１の台座４２０ａ側に偏った位置に、はんだ６００を搭載する。はんだ６００の量は、例えば、電極４４０の全面に、はんだが濡れ広がりかつ電極４４０とチップ電極５２０の間を隙間なく埋めることのできる量とすることができる。はんだ６００の材質は、例えば、ＡｕＳｎやＩｎを含む合金とすることができる。

次に、図７（ｃ）のように、アーム７００で、チップ５００のチップ電極と反対の面を吸着し、チップ５００を搬送して、チップ電極５２０を、はんだ６００に接触させる。アーム７００には、実装基板４００方向および第２の台座４３０方向に弱い力を加えるか、フリーとしておく。この状態で、はんだ６００を溶融すると、はんだ６００が電極４４０上を濡れ広がっていくため、図に矢印で示すような力Ｆａ、Ｆｃが、チップ電極５２０ａ、５２０ｃそれぞれに働く。これらの力により、チップ５００の端部が突き当て部４３２ａに押し付けられる。はんだ６００が溶融すると、図８（ａ）に示すように、電極４４０上に濡れ広がり、電極４４０とチップ電極と反応し合金層が形成さる。この状態で、はんだ６００を冷却、固化して、アーム７００を取り外すと、図８（ｂ）に示すように、実装基板４００上にチップ５００が精度よく位置決めされ実装構造が完成する。

以上説明したように、本実施形態によれば、実装基板上にチップを精度よく位置決めした実装構造を形成することができる。

（第４の実施形態）
本実施形態では、基本構成が第３の実施形態と同じで、チップ電極の形状が異なる例について説明する。

図９は、本実施形態に用いる実装基板４０１を示す平面図である。実装基板４０１の構成は、第３の実施形態の実装基板４００と同じである。しかしながら、実装する、チップ電極の形状が異なるため、チップ電極との関係から、電極４４０の形状について、異なる見方をする。すなわち、チップ電極に対向する部分と、チップ電極のないチップの面に対向する延伸部４４１を持っていると考える。実装基板４０１の構成については、第３の実施形態の実装基板４００と同一であるため説明を省略する。

図１０は、チップ５０１を示す平面図である。チップ５０１のチップ電極５２１は、第４の実施の形態のチップ電極５２０より、紙面上下方向の長さが短くなっている。

図１１は、実装基板４０１にチップ５０１を実装した状態を示す平面図である。チップ電極５２１が短いため、チップ５０１を実装基板４０１に実装すると、電極４４０には、チップ電極５２１に対向する部分と、チップ電極５２１に対向しない部分とができる。このチップ電極５２１に対向しない部分は、対向する部分の第２の台座側に配置される延伸部４４１となる。こうして、図９に示すように４つの電極それぞれに、延伸部４４１ａ−ｃが設けられる。

次に、図１１のＣ−Ｃ´に対応する切断面を用いて実装方法について説明する。図１２および図１３は、実装方法を示す断面図である。まず、図１２（ａ）のように、実装基板４０１を用意する。実装基板４０１の詳細は実装基板４００と同様であるため説明を割愛する。次に、図１２（ｂ）のように、電極４４０ａ、４４０ｃ上の、第１の台座４２０ａ側に偏った位置に、はんだ６００を搭載する。はんだ６００の量は、例えば、電極４４０およびチップ電極５２１の全面に、はんだが濡れ広がり、かつ電極４４０とチップ電極５２１の間を隙間なく埋めることのできる量とすることができる。

次に、図１２（ｃ）のように、アーム７００で、チップ５０１のチップ電極５２１と反対の面を吸着し、チップ５０１を搬送して、チップ電極５２１を、６００に接触させる。この状態でチップ５０１の吸着を解除してアーム７００を取り去る。

次に全体を加熱し、はんだ６００を溶融させる。すると、図１３（ａ）に示すように、はんだ６００が電極４４０ａ、ｃの延伸部４４１ａ、ｃに向かって濡れ広がり、チップ５０１が沈んで基材４１０に接近する方向に移動する。それとともに、チップ電極５２０ａ、ｃを突き当て部４３２ａの方向に引っ張る力Ｆａ、Ｆｃが働く。この時、延伸部４４１がチップ電極５２０より、突き当て部４３２ａ側にあるため、力の方向が他の方向に動くことが無い。このため、突き当て方向が安定する。

その結果、図１３（ｂ）に示すように、チップ５０１の下面が、第1の支持面４２１ａと第２の支持面４３１ａとに支持され、端部が突き当て部４３２ａに突き当たった位置に、チップ５０１が精度よく位置決めされる。この状態で、はんだ６００を冷却、固化することで、チップ５０１が位置決めされた状態で、実装基板４０１に実装することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、チップを精度よく位置決めして、実装基板に実装することができる。

（第５の実施形態）
第３、第４の実施の形態では、実装基板の電極および延伸部が矩形の例を用いて説明したが、形状はこれに限られるものではない。図１４は、電極の形状と、対応するチップ電極の形状の例を示す平面図である。図１４（ａ）には、延伸部４４１ｅが先細りの三角形となっている電極４４０ｅの例を示している。ここで、チップ電極５２０ｅに対向する部分を対向部４４２ｅとしている。延伸部４４１ｅを先細りの三角形にすることで、少ない量のはんだで、チップ電極５２０ｅを突き当て部方向引っ張る力を発生させることができる。

図１４（ｂ）は、対向部４４２ｆが円形で、延伸部４４１ｆが対向部４４２ｆより幅の狭い矩形の例を示す平面図である。チップ電極５２０ｆは対向部４４２ｆに対応させて円形としている。この構成では、対向部４４２ｆより延伸部４４１ｆの幅が狭いため、図１４（ａ）と同様に、少ないはんだで、効率よく、チップ電極５２０ｆを突き当て部方向引っ張る力を発生させることができる。

（第５の実施形態）
本実施形態では、実装基板に基材に台座を形成する方法の具体例について説明する。まず、図１５（ａ）のように、平板上の基材４１０ａを用意し、第１の台座をと第２の台座とを形成する場所にフォトレジスト８００をパターニングする。次に図１５（ｂ）に示すように、フォトレジスト８００の無い部分をエッチングし、台座の元となる４１１ａ、４１１ｂとを形成する。エッチングには、例えばドライエッチを用いることができる。次にフォトレジスト８００を取り除き、図１５（ｃ）に示すように、突き当て部となる部分４１２と、先にエッチングした部分にフォトレジスト８００をパターニングする。次に図１５（ｄ）に示すようにエッチングで基材を削る。これにより、突き当て部４１３が形成される。最後に、図１５（ｅ）のようにフォトレジスト８００を除去して、第１の台座部４１４ａと第２の台座部４１４ｂを持った基材が完成する。

以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上記実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。

１、１１０、４１０ 基材
２、１２０、４２０ 第１の台座
２ａ、１２１、４２１ 第１の支持面
３、１３０、４３０ 第２の台座
３ａ、１３１、４３１ 第２の支持面
３ｂ、１３２、４３２ 突き当て部
４、１４０、４４０ 電極
１００、４００ 実装基板
２００、５００ チップ
２１０ チップ電極
３００、６００ はんだ
５１０ チップ基材
７００ アーム
８００ フォトレジスト

Claims (10)

1. 基材と、
   前記基材上の所定高さに電子部品チップを支持する第１の支持面を有する第１の台座と、
   前記第１の支持面とともの前記電子部品チップを所定高さに支持する第２の支持面と、前記第２の支持面の前記第１の支持面と反対の方向に位置し、上方に延伸する突き当て部とを有する第２の台座と、
   前記基材上の前記第１の台座と前記第２の台座との間に設けられた電極と
   を有し、
   前記電極は、
   前記第１の支持面および前記第２の支持面よりも上面の高さが低く、
   前記第１の台座と前記第２の台座とを結ぶ方向に延伸する延伸部を有する
   ことを特徴とする実装基板。
2. 前記第１の支持面と前記第２の支持面とが基材上の略同一の高さにある
   ことを特徴とする請求項１に記載の実装基板。
3. 前記突き当て部が、
   前記第２の支持面に対して略垂直上方に延伸する平面である
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の実装基板。
4. 請求項１乃至請求項３いずれか一項に記載の実装基板と、
   前記第１の支持面と前記第２の支持面とで所定高さに支持され、端部が前記突き当て部に突き当たり、前記電極に対向するチップ電極を有する前記電子部品チップと、
   前記電極と前記チップ電極とを接続する、はんだと
   を有することを特徴とする実装構造。
5. 前記電極が、
   前記チップ電極と対向する対向部と、
   前記対向部から前記第２の台座方向に延伸する延伸部と
   を有することを特徴とする請求項４に記載の実装構造。
6. 前記延伸部の幅が前記対向部より狭い部分を有する
   ことを特徴とする請求項５に記載の実装構造。
7. 基材上の所定高さに電子部品チップを支持する第１の支持面を有する第１の台座を設け、
   前記第１の支持面とともに前記電子部品チップを所定高さに支持する第２の支持面と、前記第２の支持面の前記第１の支持面と反対の方向に位置し、上方に延伸する突き当て部とを有する第２の台座を前記基材上に設け、
   前記基材上の前記第１の台座と前記第２の台座との間に、前記第１の支持面および前記第２の支持面よりも上面の高さが低く、前記第１の台座と前記第２の台座とを結ぶ方向に延伸する延伸部を有する設けられた電極を設け
   前記電極上の前記第１の台座側に偏った位置に、はんだを搭載し、
   前記はんだに前記電子部品チップのチップ電極を接触させ、
   前記はんだを溶融する
   ことを特徴とする実装方法。
8. 前記電極に、
   前記チップ電極と対向する対向部から前記第２の台座側に延伸する延伸部を形成する
   ことを特徴とする請求項７に記載の実装方法。
9. 前記電子部品チップの前記チップ電極とは反対の面をアームに固定し、
   前記チップ電極を前記はんだに接触させる
   ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の実装方法。
10. 前記アームに、前記基材の方向に向かう力と、前記突き当て部方向に向かう力を加えて、
    前記はんだを溶融する
    ことを特徴とする請求項９に記載の実装方法。

Images