JP3643368B2 - 電子部品及びその製造法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品及びその製造法に関するものである。

電子部品を構成する絶縁基板の一方の面に回路素子、当該回路素子の端子接続用ランド及び導電性ボールからなる当該端子が配される電子部品については、米国特許第６，３２６，６７７号公報にその開示がある。当該公報では端子接続用ランドと導電性ボールからなる端子とをハンダペーストにより固着することにより電子部品を完成させている。
米国特許第６，３２６，６７７号公報

上記ハンダペーストによる固着は、その条件によっては固着力が不十分となる場合がある。例えば端子接続用ランドがメタルグレーズ系材料からなる場合は、当該メタルグレーズ焼成物と、ハンダペーストとの親和性が劣る。そのため予めメタルグレーズ焼成物（ランド）表面にハンダめっきを施す工程を経ることにより、前記親和性を向上させることが好ましい。

しかしながら上記ハンダめっきの工程を、十分なめっき厚を得るように実施することは非常に困難である。通常電子部品の端子部へのめっきは、主としてコスト面の問題からいわゆるバレルめっき法が採用されている。かかるバレルめっき法が適する被着面としての、電子部品端子部（ランド）の形状は、隣接するダミーボールの隙間への進入、そしてその進入状態でのダミーボールとの接触が可能な、例えば絶縁基板端面及び表裏面に亘る三次元形状である。

ところが、電子部品を構成する絶縁基板の一方の面に回路素子、当該回路素子の端子接続用ランドが配されている場合には、当該ランド形状は、通常上記絶縁基板端面及び表裏面に亘る三次元形状とはならず、絶縁基板面上の極限られた領域の二次元形状、若しくはその二次元形状表面に微細な凹凸が形成されるにとどまる。従って隣接するダミーボールの隙間へのランド部の進入が不可能である。

そこで上記二次元形状のランド部に、バレルめっき法によるめっき層を所定厚み形成するには、非常に径の小さなダミーボールを使用し、隣接するダミーボールの接点間距離を小さくすることで、ランド部にダミーボールを高い確率で接触させることが要求される。

しかし上記ダミーボールは、その使用により電着物が徐々に堆積し、その径が徐々に大きくなる。そのため当初径の小さなダミーボールを使用し、高い確率でランドとの接触を確保して高効率なめっきが実現できていたものが、徐々にめっきの効率が低下することとなる。すると十分な厚みのめっき層を得ることが非常に困難となる。従って絶縁基板の一方の面に回路素子、当該回路素子の端子接続用ランドが配されている電子部品では、当該ランドと、ランドに固着される端子としての導電性ボールとの固着力を十分に確保することが困難である。

また、導電性ボールを外部端子とする電子部品の全体形状では、当該導電性ボール部分が突出する。従って、通常の電子部品の取扱いにおいても、かかる突出部分（導電性ボール部分）への衝撃・応力付与がされ易い。すると導電性ボールと上記ランドとの固着部分が剥離するおそれがある。

そこで本発明が解決しようとする第１の課題は、電子部品を構成する絶縁基板の一方の面に回路素子と、当該回路素子を構成する端子接続用ランドと、当該ランドと接続される導電性ボールを有する電子部品において、当該ランドと、導電性ボールとの固着力を十分に確保することである。また本発明が解決しようとする第２の課題は、前記電子部品において、導電性ボールと前記ランドとの固着を確実化することである。

上記第１の課題を解決するため、電子部品を構成する絶縁基板１の一方の面に回路素子と、当該回路素子を構成する端子接続用ランド２と、当該ランド２と接続される導電性ボール３を有する第１の電子部品は、端子接続用ランド２と導電性ボール３からなる端子とが、導電性樹脂４により固着されていることを特徴とする。図１（ａ）に、本発明の第１の電子部品の一例の縦断面図を示した。

上記本発明のように、絶縁基板１の一方の面に回路素子及びその端子と接続される導電性ボール３を配置している構成を採用している理由は、製造の容易化のためである。即ち絶縁基板１の両面に部材を形成するためには、一方の絶縁基板１面の部材の配置と、他方の絶縁基板１面の部材の配置との位置合わせの微調整が必要な場合がある。かかる調整は、絶縁基板１の両面を同時に見ることができないため困難を伴う。また一方の絶縁基板１面に部材を配置する際に、他方の絶縁基板１面の清浄さを維持する必要や、既に当該他方の絶縁基板１面に配置した部材を損傷しないよう配慮する必要があるため、製造工程設計に多大な制限がある。その点、絶縁基板１の一方の面に回路素子及びその端子と接続される導電性ボール４を配置している構成では、そのような困難さや制限が無いか若しくは少ない。

上記導電性樹脂４は、例えば樹脂ペーストに導電性粉末を分散させたものを、加熱や紫外線照射等の方法で硬化させたものである。前記樹脂ペーストとして用いることができる物質は、エポキシ系、アクリル系又はゴム系等の樹脂である。また前記導電性粉末には、銀等の金属や黒鉛やアモルファスカーボン等の炭素材等を用いることができる。具体的には、市販されている導電性接着剤を用いることができる。

また上記導電性ボール３は、例えば中実の金属ボールや、いわゆる樹脂コアの金属ボール等である。これら金属には、ハンダ等の合金や銅等の純金属を用いることができる。

例えば上記樹脂ペーストは、その被着物表面がメタルグレーズ系材料焼成物であっても、親和性を十分に確保することができる。即ち当該親和性確保のために特にその表面材質を選ばない。また上記導電性ボール３についても同様に上記樹脂ペーストとの親和性を十分に確保することができる。従って当該ペーストを硬化する過程を経ることにより、端子接続用ランド２と導電性ボール３との固着力を十分に確保することができ、本発明の第１の課題を解決することができる。

また、電子部品を構成する絶縁基板１の一方の面に回路素子と、当該回路素子を構成する端子接続用ランド２と、当該ランド２と接続される導電性ボール３を有する電子部品は、導電性ボール３が当該絶縁基板１から突出している。当該突出部分に衝撃が付与され易い。当該突出部分に衝撃が付与されると、ランド２と導電性ボール３との接続部へ大きな応力が集中し、当該接続部における剥離等の問題が、従来のハンダペーストによる接続法では起き易かった。しかし、上記導電性樹脂４は、そのハンダ等の合金に比して柔軟なため、当該衝撃（熱ストレスの衝撃を含む）を吸収することができる。そのため前述した接続部における剥離のような現象は起き難い特長がある。この特長は、電子部品を回路板へ実装した後にも発揮される。実装状態での電子部品への振動・衝撃の付与という事態は十分に考えられるためである。従って本発明の第１の電子部品は、導電性ボール３とランド２との固着を確実化することができ、本発明の第２の課題を解決することができる。

ここで端子接続用ランド２が単一の絶縁基板１面につき、多数設けられる電子部品に上記本発明の第１の電子部品及びその好ましい構成を適用することが好ましい。従来のハンダペーストの使用による前記ランド２と導電性ボール３との接続では、当該ランド２の表面状態等によっては、前記ランド２とハンダペーストとの親和性が単一電子部品中で著しく異なる場合がある。例えば前述した、バレルめっき法によるメタルグレーズからなるランド２表面のハンダ層の被覆状態が著しく異なる場合である。このような製品は不良品として扱うこととなる。ランド２と導電性ボール３の接続の弱い箇所が単一の電子部品中に１つでもあると、全体として一定の特性の電子部品として機能しない場合があるためである。単一の絶縁基板１面に設けられるランド２数が多い電子部品にあっては、このような不良品の発生する確率が高いことは言うまでもない。

このような単一の絶縁基板１面につき設けられるランド２数が多い電子部品としては、絶縁基板１に複数の回路素子が配される、いわゆる複合電子部品が挙げられる。当該複合電子部品は、例えば抵抗素子及び／又はコンデンサ素子からなるものであり、多連、又はネットワークを構成しているものである。例えば多連抵抗器、ネットワーク抵抗器、多連コンデンサ、ネットワークコンデンサ又はいわゆるＣＲ複合部品である。

上記本発明の第１の電子部品及びその好ましい構成の電子部品において、導電性樹脂４を構成する樹脂が、光硬化性樹脂又は電子線硬化樹脂であることが好ましい。これらの樹脂を用いることにより、ランド２と導電性ボール３との固着のために過熱を要さず、電子部品の他の構成部材への加熱による悪影響を低減することができるためである。

上記光硬化性樹脂は、例えば紫外線照射によって硬化する樹脂である。これら光硬化性樹脂及び電子線硬化性樹脂の具体例は、不飽和ポリエステル系やアクリレート系材料である。

また上記本発明の第２の課題を解決するため、電子部品を構成する絶縁基板１の一方の面に回路素子と、当該回路素子を構成する端子接続用ランド２と、当該ランド２と接続される導電性ボール３を有する第２の電子部品は、上記ランド２と導電性ボール３との間に導電性樹脂層１２が配されていることを特徴とする。図１（ｂ）に、本発明の第２の電子部品の一例の縦断面図を示した。

上記本発明の第２の電子部品に係る導電性樹脂層１２が、緩衝材として機能するため、上記本発明の第１の電子部品が上記本発明の第２の課題を解決するのと同様に、上記本発明の第２の電子部品が上記本発明の第２の課題を解決することができる。

上記本発明の第２の電子部品は、例えば導電性樹脂層１２と導電性ボール３とが、ハンダ又は導電性接着剤にて固着される。ここで前記導電性接着剤には、上記本発明の第１の電子部品のランド２と導電性ボール３との固着に用いるものを用いることができる。また前記ハンダには、Ｐｂ−Ｓｎ系合金の他、いわゆる環境調和性に優れるＰｂフリーハンダを用いることができる。かかるＰｂフリーハンダは、Ｐｂ含有ハンダに比して一般に柔軟性に劣るため、上述した導電性ボール３への応力・衝撃を緩和し難かった。しかし本発明の第２の電子部品は、緩衝材として機能する導電性樹脂層１２が前記柔軟性を補うこととなり、上記本発明の第２の課題を解決することができる。

ここでいうＰｂフリーハンダとは、例えばＳｎ単体、Ｓｎ−Ｂｉ系合金、Ｓｎ−Ｉｎ−Ａｇ系合金、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｚｎ系合金、Ｓｎ−Ｚｎ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系合金、Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｓｂ系合金、Ｓｎ−Ａｇ系合金、Ｓｎ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ−Ｓｂ系合金等である。

また、上記Ｐｂフリーハンダは、Ｐｂ含有ハンダに比して一般的にＳｎ含有比率が高い。従ってランド２材料としてＡｇを含む材料（例えばＡｇ−Ｐｄ系合金）を用いた場合、ランド２とＰｂフリーハンダとが接合することにより、ＳｎがＡｇと合金化する、いわゆる「ハンダ喰われ」現象が生じ易かった。しかし本発明の第２の電子部品は、導電性樹脂層１２が前記ランド２とＰｂフリーハンダとの直接の接合を阻むため、前記「ハンダ喰われ」現象を抑制できるメリットがある。

本発明の第１の電子部品の製造法は、電子部品を構成する絶縁基板１の第１の面に回路素子と、当該回路素子を構成する端子接続用ランド２と、当該ランド２と接続される導電性ボール３を有する電子部品の製造法において、前記第１の面に回路素子及び当該回路素子の端子接続用ランド２を形成する第１の工程と、前記端子接続用ランド２上に導電性樹脂ペーストを配する第２の工程と、前記導電性樹脂ペーストを配した箇所に導電性ボールを搭載する第３の工程と、前記導電樹脂ペーストを硬化させる第４の工程を有し、第１〜第４の工程をこの順に実施することを特徴とする。

この本発明の電子部品の製造法により、上記本発明の第１の電子部品全てを製造することができる。またこの本発明の第１の電子部品の製造法は、ハンダペーストを用いて上記ランドと上記導電性ボール３とを接続させる工程を有していた従来の電子部品の製造法に比して、上記ランド２と上記導電性ボール３との接続強度を高いレベルで安定化できる点で非常に有利である。また従来の技術で、場合により必要とされていた上述したバレルめっき工程は、本発明の電子部品の製造法では要しないため、製造工程数低減効果をも有する点で極めて有利である。

本発明の第２の電子部品の製造法は、電子部品を構成する絶縁基板１の第１の面に回路素子と、当該回路素子を構成する端子接続用ランド２と、当該ランド２と接続される導電性ボール３を有する電子部品の製造法において、前記第１の面に回路素子及び当該回路素子の端子接続用ランド２を形成する第１１の工程と、前記端子接続用ランド２上に第１の導電性樹脂ペーストを配する第１２の工程と、前記導電性樹脂ペーストを硬化して導電性樹脂層１２を形成する第１３の工程と、前記導電性樹脂層１２上に第２の導電性樹脂ペースト又はハンダペーストを配する第１４の工程と、前記第２の導電性樹脂ペースト又はハンダペーストを配した箇所に導電性ボール３を搭載する第１５の工程と、前記第２の導電性樹脂ペースト又はハンダペーストと導電性ボール３とを固着させる第１６の工程を有し、第１１〜第１６の工程をこの順に実施することを特徴とする。

上記第１の工程は、第１１の工程に相当する。また上記第２の工程は第１４の工程に略相当する。また上記第３の工程は第１５の工程に相当する。また上記第４の工程は第１６の工程に略相当する。即ち本発明の第２の電子部品の製造法は、上記本発明の第１の電子部品の製造法における第１の工程と第２の工程との間に、導電性樹脂層１２を形成するための第１２の工程及び第１３の工程を付加したものである。従って基本的に、上記本発明の第１の電子部品の製造法にて得ることができる効果は、上記本発明の第２の電子部品の製造法でも得ることができる。

上記「第１の導電性樹脂ペースト」と「第２の導電性樹脂ペースト」とは、その材料が同一であってもよい。また目的に応じ、両ペースト材料を異ならせることもできる。例えば工程の簡略化の観点から、一方のペーストを光硬化性樹脂とすることや、導電性樹脂層１２のハンダ喰われ防止機能強化の観点から、導電性樹脂層１２の導電性樹脂ペーストの導電材を炭素材とする等である。

本発明により、電子部品を構成する絶縁基板の一方の面に回路素子と、当該回路素子を構成する端子接続用ランドと、当該ランドと接続される導電性ボールを有する電子部品において、当該ランドと、導電性ボールとの固着力を十分に確保することができた。

また本発明により、ランドと導電性ボールとの固着の際には、当該ランド表面の材質により当該固着力の大きな違いが生じることがない。

また本発明により、電子部品へ付与される衝撃・振動によるランドと導電性ボールとの接続部接続部における剥離等の発生を低減できる。

また本発明により、本発明に係る電子部品の製造を極めて簡易なものとすることができた。

（本発明の第１の電子部品の製造）
アルミナセラミックからなる大型の絶縁基板１を用意する。当該大型の絶縁基板１の片面には縦横に分割用の溝が設けられており、かかる分割後の最小単位の絶縁基板１が単位電子部品を構成する。その溝を有する大型の絶縁基板１面に回路素子等を形成していく過程を、図２を参照しながら以下に説明する。かかる図面では、前記最小単位の絶縁基板１について示している。

まず、図２（ａ）に示す絶縁基板１に対し、メタルグレーズ系のＡｇ−Ｐｄ系導電ペーストをスクリーン印刷し、その後焼成して、回路素子用の電極兼当該回路素子の端子接続用ランド２及び共通電極１１を得る（図２（ａ））。当該共通電極１１は後に端子接続用ランド２を兼ねることとなる。

次に共通電極１１と上記電極の双方に接触するよう、酸化ルテニウムとガラスフリットを主成分とするメタルグレーズ系抵抗体ペーストをスクリーン印刷し、その後焼成して抵抗体５を得る（図２（ｂ））。次に抵抗体５を覆うようにガラスペーストをスクリーン印刷し、その後焼成してガラス６の膜を得る（図２（ｃ））。

次に上記電極と共通電極１１と抵抗体５で構成される抵抗素子の抵抗値を所望の値にするため、レーザ照射により抵抗体５にトリミング溝９を形成して抵抗値を調整する工程を経る（図２（ｄ））。このとき前記ガラス６の膜は、抵抗体５全体の損傷を極力抑えるよう作用する。

次にエポキシ樹脂系ペーストにて、抵抗素子全体を保護するため、オーバーコート７をスクリーン印刷し、その後当該エポキシ樹脂ペーストを加熱硬化させる（図２（ｅ））。オーバーコート７を配する際には、上記電極及び共通電極１１における必要な部分、即ち導電性ボール３と接触するランド２部分を露出させる。本例におけるここまでの工程が、前述した本発明の電子部品の製造法における「第１の工程」である。

次に当該ランド２部分に、市販のエポキシ系の樹脂ペーストに銀又は銅粉末が混入された導電性接着剤からなる導電性樹脂ペーストをスクリーン印刷により配する（図２（ｆ））。この工程が、前述した本発明の電子部品の製造法における「第２の工程」である。

その後市販のハンダボール搭載装置にて、導電性ボール３としての市販のハンダボール（Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕからなる）を上記ペースト状部分に搭載する。この工程が、前述した本発明の電子部品の製造法における「第３の工程」である。

その後上記導電性樹脂ペーストが硬化する温度にて、回路素子及びハンダボールと共に絶縁基板１を所定時間保持し、ランド２と導電性ボール３（ハンダボール）とを固着・接続させる。この工程が、前述した本発明の電子部品の製造法における「第４の工程」である。

以上の過程を経ることで、本発明の電子部品を得ることができる。その後絶縁基板１に設けられている全ての分割用溝を開く方向に応力を付与して分割すると、個々の電子部品を得ることができる。

（本発明の第２の電子部品の製造）
第１１の工程は、上記第１の工程（図２（ａ）乃至図２（ｅ））と同条件で実施する。そして上記第２の工程と同様に第１の導電性樹脂ペーストをスクリーン印刷により配し（図２（ｆ）、第１２の工程）、当該ペーストを硬化させ（第１３の工程）、導電性樹脂層１２を得る。次いでＳｎ単体からなるハンダペーストをスクリーン印刷により当該導電性樹脂層１２上に配しする（第１４の工程、図示しない）。次いで上記第３の工程と同様に前記ハンダペースト上にＳｎ単体からなるハンダボールを搭載する（第１５の工程）。その後リフロー工程を経てハンダペーストとハンダボールとを固着させる（第１６の工程）。その後上記のように、全ての分割用溝を開く方向に応力を付与して分割し、個々の電子部品を得る。

上記本発明の第１及び第２の電子部品の製造では、電子部品として、共通電極１１を有するネットワーク抵抗器の製造方法について説明した。しかし本発明はこれに限定されないことは言うまでもない。他に、電子部品の素子が抵抗素子及び／又はキャパシタ素子及び／又はインダクタ素子であり、当該素子が多連又はネットワーク素子として絶縁基板１面に形成されるもの等にも適用できる。

また上記本発明の第１及び第２の電子部品の製造では導電性樹脂ペーストをランド２部分に配する手段として、スクリーン印刷法を採用したが、これ以外の手段を採用できることは言うまでもない。例えばディスペンサにて当該ペーストをランド２部部分に供給する手段等である。但し、本例のようにスクリーン印刷法を採用することにより、製造作業面での困難性が大幅に低減され、本発明の電子部品の量産性に極めて優れる利点がある。

また上記本発明の第１及び第２の電子部品の製造では、絶縁基板１に分割用溝を設け、当該溝を開く方向に応力を付与して分割することにより、大型の絶縁基板１から個々の電子部品サイズの絶縁基板１を得たが、当該分割の手段はこれに限定されないことは言うまでもない。例えばダイヤモンドブレードを高速で回転させ、絶縁基板１を切断する、いわゆるダイシングによることも可能である。この場合、大型の絶縁基板１には溝は不要となる。

また上記本発明の第１及び第２の電子部品の製造では、ランド２の材料にメタルグレーズ系材料の焼成物を用いたが、それ以外の材料を用いることができるのは言うまでもない。例えば回路板表面に配され、パターニングされる銅箔材料等も好適に使用できる。

また上記本発明の第１の電子部品の製造では、導電性樹脂４を構成する樹脂にペースト状のものを用いたが、それ以外の性状のものも用いることができる。例えば上記「第２の工程」に代えて熱可塑性樹脂を用いた導電性樹脂４の固形物を配し、上記「第４の工程」に代えて当該固形物を加熱等により軟化・流動化させてランド２と導電性ボール３との親和性を良好にし、その後冷却等することでランド２と、導電性ボール３との電気接続を実現しながら固着させることもできる。

また上記本発明の第１及び第２の電子部品の製造では、ハンダボールにＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕからなるものを用いているが、これと異なる組成のハンダボールを用いることができる。またハンダボールに代えて、Ｃｕ等のハンダ以外の導電性ボール表面を、Ｓｎ単体等のはんだにより、めっき等の手法で被覆した導電性ボール３を用いることができる。

本発明は、導電性ボールを外部端子として用いる電子部品及びそれに関連する産業上の利用可能性がある。

（ａ）は、本発明の第１の電子部品の一例の縦断面図、（ｂ）は、本発明の第２の電子部品の一例の縦断面図を示したものである。 本発明の電子部品の製造法過程の一例を示したものである。

符号の説明

１．絶縁基板
２．ランド
３．導電性ボール
４．導電性樹脂
５．抵抗体
６．ガラス
７．オーバーコート
９．トリミング溝
１１．共通電極
１２．導電性樹脂層

Claims (8)

1. 電子部品を構成する絶縁基板の一方の面に回路素子と、当該回路素子を構成する端子接続用ランドと、当該ランドと接続される導電性ボールを有する電子部品において、
   上記端子接続用ランドと導電性ボールからなる端子とが、導電性樹脂により固着されていることを特徴とする電子部品。
2. 上記端子接続用ランドがメタルグレーズ系材料からなることを特徴とする請求項１記載の電子部品。
3. 絶縁基板に複数の回路素子が配されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品。
4. 電子部品を構成する絶縁基板の一方の面に回路素子と、当該回路素子を構成する端子接続用ランドと、当該ランドと接続される導電性ボールを有する電子部品において、
   上記ランドと導電性ボールとの間に導電性樹脂層が配されていることを特徴とする電子部品。
5. 導電性樹脂層と導電性ボールとが、ハンダ又は導電性接着剤にて固着されることを特徴とする請求項４記載の電子部品。
6. 導電性樹脂を構成する樹脂が、エポキシ系樹脂であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電子部品。
7. 電子部品を構成する絶縁基板の第１の面に回路素子と、当該回路素子を構成する端子接続用ランドと、当該ランドと接続される導電性ボールを有する電子部品の製造法において、
   前記第１の面に回路素子及び当該回路素子の端子接続用ランドを形成する第１の工程と、
   前記端子接続用ランド上に導電性樹脂ペーストを配する第２の工程と、
   前記導電性樹脂ペーストを配した箇所に導電性ボールを搭載する第３の工程と、
   前記導電樹脂ペーストを硬化させる第４の工程を有し、
   第１乃至第４の工程をこの順に実施することを特徴とする電子部品の製造法。
8. 電子部品を構成する絶縁基板の第１の面に回路素子と、当該回路素子を構成する端子接続用ランドと、当該ランドと接続される導電性ボールを有する電子部品の製造法において、
   前記第１の面に回路素子及び当該回路素子の端子接続用ランドを形成する第１１の工程と、
   前記端子接続用ランド上に第１の導電性樹脂ペーストを配する第１２の工程と、
   前記導電性樹脂ペーストを硬化して導電性樹脂層を形成する第１３の工程と、
   前記導電性樹脂層上に第２の導電性樹脂ペースト又はハンダペーストを配する第１４の工程と、
   前記第２の導電性樹脂ペースト又はハンダペーストを配した箇所に導電性ボールを搭載する第１５の工程と、
   前記第２の導電性樹脂ペースト又はハンダペーストと導電性ボールとを固着させる第１６の工程を有し、
   第１１乃至第１６の工程をこの順に実施することを特徴とする電子部品の製造法。
   

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