JP2808898B2 - チップ部品の実装方法 - Google Patents

チップ部品の実装方法

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    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/303Surface mounted components, e.g. affixing before soldering, aligning means, spacing means
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    • H05K3/341Surface mounted components
    • H05K3/3431Leadless components

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  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、基板に対してチップ
部品を接着剤により仮止めした後に半田付けを行うチッ
プ部品の実装方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の技術として、例えば実開
昭62−23474号公報に開示されている。即ち、図
12に示すようにチップ部品21の実装に際して、その
チップ部品21を接着剤22により回路基板23に仮止
めして脱落を防止した後、そのチップ部品21を配線2
4に半田付けしている。又、一般に回路基板23、チッ
プ部品21、接着剤22及び半田25等の間には熱膨張
係数に差があることが知られ、その中でも接着剤22の
熱膨張係数が相対的に大きいことが知られている。その
ため、熱衝撃による半田付け部分の疲労の観点から、熱
膨張係数の大きい接着剤22は不利であり、仮止めのた
めの接着剤22の塗布量は、それにより発生する熱応力
を最小限に抑えるために、できる限り少なくしていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術のように接着剤22の塗布量をできる限り少なく
しても、回路基板23とチップ部品21の間で熱膨張係
数に避けられない違いがある。そのため、半田付けの際
の温度変化に起因して回路基板23とチップ部品21の
間で熱収縮差が発生すると、その熱応力によって半田付
け部分に疲労が生じ、クラック発生のおそれがあった。
つまり、半田付け部分の熱応力に対する信頼性の点で改
善の余地があった。
【0004】この発明は前述した事情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、仮止めのために使用される
接着剤を積極的に利用して、半田付け部分の熱応力に対
する信頼性をより向上させることが可能なチップ部品の
実装方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明においては、基板に対してチップ部品を
接着剤により仮止めした後に半田付けを行うチップ部品
の実装方法において、接着剤により半田付け部分に作用
する垂直方向の応力の、基板とチップ部品の熱収縮差に
よって半田付け部分に作用する水平方向の応力に対する
比が、およそ0.5〜1.5となるように接着剤の塗布
量を決定している。
【0006】
【作用】上記の構成によれば、半田付けに先立ってチッ
プ部品の仮止めのために使用される接着剤の塗布量を、
接着剤により半田付け部分に作用する垂直方向の応力
の、基板とチップ部品の熱収縮差によって半田付け部分
に作用する水平方向の応力に対する比が、およそ0.5
〜1.5となるように決定している。
【0007】そのため、基板とチップ部品の熱収縮差に
よる応力は、接着剤による応力との合成応力となって半
田付け部分で斜め上方へ分散される。よって、半田付け
部分における応力集中が回避される。
【0008】
【実施例】以下、この発明のチップ部品の実装方法を具
体化した一実施例を図1〜図11に基づいて詳細に説明
する。図1はこの実施例における角型のチップ部品1の
実装状態を示す正面図である。この実施例では実装方法
としてリフロー半田付け方法が採用されている。
【0009】即ち、図2に示すように表面に配線用のラ
ンド2を設けてなる回路基板3において、図3に示すよ
うに、先ずそれら各ランド2にペースト状の半田4を塗
布(印刷も含む)する。次に、図4に示すように、後工
程でチップ部品1を実装すべき位置の一対のランド2の
間に、仮止め用の接着剤5を塗布する。
【0010】そして、図5に示すように、チップ部品1
の両電極6を実装位置に対応するペースト状の半田4の
上に載置すると共に、チップ部品1の底面を接着剤5に
接着して仮止めする。その後、上記のようにチップ部品
1を搭載した状態の回路基板3をワークとして、そのワ
ークに対して予備加熱(プリヒート)、半田溶融(リフ
ロー)及び冷却等を施す。これにより、図6,7に示す
ように、ペースト状の半田4が溶融した後に冷却固化さ
れ、チップ部品1の両電極6が各ランド2に半田付けさ
れる。このようなリフロー半田付け方法によって、チッ
プ部品1の実装が行われる。
【0011】そして、この実施例では、チップ部品1の
仮止めのために使用される接着剤5を積極的に利用し
て、半田4の熱応力に対する疲労寿命を向上させる観点
から、接着剤5の塗布量に工夫がなされている。即ち、
図1に示すように、接着剤5により半田付け部分に作用
する垂直方向の剪断応力σvの、回路基板3とチップ部
品1の熱収縮差によって半田付け部分に作用する水平方
向の剪断応力σhに対する応力比σv/σhが、およそ
0.5〜1.5となるように接着剤5の塗布量が決定さ
れている。
【0012】ここで、図8に示すように、接着剤5の厚
さhaはランド2の厚さ及びランド2に塗布されるペー
スト状の半田4の膜厚に応じて変わることになるので、
接着剤5の塗布量はその塗布面積Saによって決まるこ
とになる。図9は接着剤5の塗布量に対するその塗布面
積Saの関係を示すグラフである。このグラフから明ら
かように、塗布量が多くなるに連れて塗布面積Saも比
例的に増える。従って、前述したように剪断応力σvの
剪断応力σhに対する応力比σv/σhがおよそ「0.
5〜1.5」となるように塗布面積Saを決定すれば、
接着剤5の塗布量も決まることになる。
【0013】ここで、応力比σv/σhをおよそ「0.
5〜1.5」に特定するに至った試験及びその結果を以
下に説明する。この試験では、図10に示すように、横
長さLcを「4.5mm」、幅Wcを「3.2mm」と
する比較的大きい「タイプ4532」の角型のチップ部
品1が使用された。又、回路基板3としては、板厚を
「1.6mm」としたコンポジット基板が使用された。
接着剤5としてはポリエステル系が使用された。更に、
半田4としては共晶が使用された。
【0014】そして、上記のような試験材料を使用し
て、接着剤5の塗布量を変えながら応力比σv/σhを
算出すると共に、各応力比σv/σhに対応する寿命比
を比較した。この寿命比は、仮止め用の接着剤を使用し
ない場合のチップ部品の半田付け部分における疲労寿命
に対する比である。又、応力比σv/σhを求めるため
に、剪断応力σv及び剪断応力σhが以下に示す各式
(1),(2)によって求められた。
【0015】
【数1】
【0016】ここで、Eaは接着剤5のヤング率、αa
は接着剤5の熱膨張係数、αsは半田4の熱膨張係数、
ΔTは温度変化、Saは接着剤5の塗布面積、Scはチ
ップ部品1の側面積である。
【0017】
【数2】
【0018】ここで、Ebは回路基板3のヤング率、α
bは回路基板3の熱膨張係数、αcはチップ部品1の熱
膨張係数、tcは回路基板3の厚さ、Wcはチップ部品
1の幅、Slはランド2の面積である。上記の試験結果
を図11のグラフに示す。このグラフからも明らかなよ
うに、接着剤5の塗布量を増やすと応力比σv/σhは
増大する。そして、この場合の半田付け部分の要求寿命
比を諸条件から「2.5」とすると、その要求寿命比を
充分に満足させる応力比σv/σhは「0.5」と
「1.5」となる。従って、応力比σv/σhが「0.
5」から「1.5」の間で要求寿命比を充分に満足させ
得るものとなり、接着剤5の塗布量に適合すべき応力比
σv/σhは「0.5〜1.5」となる。このようにし
て、応力比σv/σhの「0.5〜1.5」の範囲が特
定されたのである。
【0019】従って、接着剤5の塗布量は、応力比σv
/σhがおよそ「0.5〜1.5」となるように決定さ
れているので、図1に示すように、回路基板3とチップ
部品1の熱収縮差による水平方向の剪断応力σhは、接
着剤5による垂直方向の剪断応力σvとの合成応力σs
となって半田付け部分の斜め上方へ分散される。よっ
て、半田付け部分における応力集中が回避される。
【0020】その結果、半田付け部分においては、熱応
力による歪みを小さくすることができ、これによって半
田付け部分の疲労の進展を抑制することができ、疲労寿
命を向上させることができる。つまり、単に仮止めの目
的のみで最小限の接着剤22を使用しただけの従来例と
は異なり、本実施例では、接着剤5によって半田付け部
分の熱応力に対する信頼性をより向上させることができ
る。
【0021】又、上記ように、回路基板3とチップ部品
1の熱収縮差による剪断応力σhを合成応力σsによっ
て分散することができるので、回路基板3としては、原
価の高いガラエポ基板に代わって原価の安いコンポジッ
ト基板を使用することが可能となる。しかも、回路基板
3における縦方向の熱膨張係数としてはコンポジット基
板の方が小さいので、回路基板3にリード部品を併せて
実装した場合には、そのリード部品における半田付け部
分の耐熱衝撃性を向上させることもできる。
【0022】次に、上記のような応力比σv/σhの要
件を満たした接着剤5の塗布量の試算について、以下に
説明する。ここで、上記の各式(1),(2)におい
て、接着剤5のヤング率Eaを「0.8×106 g/m
2 」、接着剤5の熱膨張係数αaを「38×10-6
℃」、半田4の熱膨張係数αsを「23×10-6
℃」、温度変化ΔTを「165℃」、チップ部品1の側
面面積Scを「2.4mm2 」、回路基板3のヤング率
Ebを「1.0×106 g/mm2」、回路基板3の熱
膨張係数αbを「18×10-6/℃」、チップ部品1の
熱膨張係数αcを「9×10-6/℃」、回路基板3の厚
さtcを「1.6mm」、チップ部品1の幅Wcを
「4.0mm」、ランド2の面積Slを「6.8mm」
とする。
【0023】よって、式(1)により、 σv=412×S3 となる。又、式(2)により、 σh=1397g/mm2 となる。
【0024】そして、応力比σv/σhの条件が 0.5≦σv/σh≦1.5 であることから、接着剤5の塗布面積Saは 1.69≦Sa≦3.39mm2 となる。
【0025】よって、図9のグラフを参照して、接着剤
5の塗布量は 0.51〜1.05mg となる。従って、接着剤5の塗布量を「0.51〜1.
05mg」とすることにより、半田付け部分で熱応力に
よる歪みを小さくして疲労寿命を向上させることがで
き、図11に示すように要求寿命比に見合った寿命比を
得ることができる。
【0026】尚、この発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において構成
の一部を適宜に変更して実施することもできる。例え
ば、前記実施例では、チップ部品1の実装方法としてリ
フロー半田付け方法を作用したが、これに限定されるも
のではなく、例えばチップ部品を接着剤により回路基板
に仮止めした後に半田噴液槽を通過させて半田付けを行
う実装方法を採用することもできる。
【0027】
【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、接着剤により半田付け部分に作用する垂直方向の応
力の、基板とチップ部品の熱収縮差によって半田付け部
分に作用する水平方向の応力に対する比が、およそ0.
5〜1.5となるように接着剤の塗布量を決定している
ので、仮止めのために使用される接着剤を積極的に利用
して、半田付け部分の熱応力による歪みを小さくして疲
労寿命を向上させることができ、半田付け部分の熱応力
に対する信頼性をより向上させることができるという優
れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明を具体化した一実施例におけるチップ
部品の実装状態を示す正面図である。
【図2】 一実施例において一連の実装工程に入る前の回路基板を
示す正面図である。
【図3】一実施例において回路基板のランドにペースト
状の半田を塗布した状態を示す正面図である。
【図4】一実施例において回路基板のランドの間に接着
剤を塗布した状態を示す正面図である。
【図5】一実施例において接着剤によりチップ部品を回
路基板に仮止めした状態を示す正面図である。
【図6】一実施例においてチップ部品を回路基板に半田
付けした状態を示す正面図である。
【図7】一実施例においてチップ部品を回路基板に半田
付けした状態を示す平面図である。
【図8】一実施例において塗布された接着剤を示す斜視
図である。
【図9】一実施例において接着剤の塗布量に対するその
塗布面積の関係を示すグラフである。
【図10】一実施例においてチップ部品の実装状態を示
す斜視図である。
【図11】一実施例において接着剤の塗布量及び応力比
と半田付け部分の寿命比との関係についての試験結果を
示すグラフである。
【図12】従来例におけるチップ部品の実装状態を示す
断面図である。
【符号の説明】
1…チップ部品 3…回路基板 4…半田 5…接着剤 σv…垂直方向の剪断応力 σh…水平方向の剪断応力 σs…合成応力

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板に対してチップ部品を接着剤により
    仮止めした後に半田付けを行うチップ部品の実装方法に
    おいて、前記接着剤により半田付け部分に作用する垂直
    方向の応力の、前記基板と前記チップ部品の熱収縮差に
    よって前記半田付け部分に作用する水平方向の応力に対
    する比が、およそ0.5〜1.5となるように前記接着
    剤の塗布量を決定したことを特徴とするチップ部品の実
    装方法。
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