JP5209179B2

JP5209179B2 - 電子部品

Info

Publication number: JP5209179B2
Application number: JP2005365667A
Authority: JP
Inventors: 基誠小倉
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-12-20
Filing date: 2005-12-20
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2025-12-20
Also published as: JP2007173335A

Description

本発明は、電子部品の構造に関し、３次元形状を成す基板と電子部品を接合させる実装技術に関する。

携帯電話、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、ポータブルＭＰ３プレーヤー、ポータブルＭＤプレーヤーを代表とする可搬型電子機器においては、利便性を追求して軽量化・薄型化・小型化されているのが通例である。このような、軽量化・薄型化・小型化を実現するためには、筐体内部の高密度実装が必要不可欠である。
従来、高密度実装とは基板上に電子部品を敷き詰めて２次元で高密度に実装するのが一般である。しかし近年、さらなる高密度化を実現するため、基板の上に基板を積層させたり、電子部品の上に電子部品を搭載したりと、３次元で高密度に実装することへの要求が高まりを見せている。このような要求に応ずるため、基板を３次元的に曲げて成形する技術や、筐体自体に配線を印刷して基板の代わりとする技術が開発されつつある。フレキシブル基板などもそうした基板の一つである。
こうした基板の開発に対して、電子部品の開発は進んでおらず、曲面を有する基板への電子部品の実装に際しては、曲面であってもその曲率半径が電子部品に対して大きく、電子部品を平面に実装するのと変わらない部分に、電子部品を実装することで対応している。このため、多様なサイズや形状を成す電子部品を実装させるのは難しい。また、曲面などを代表とする３次元形状の基板に対し電子部品の実装を行う際、ベアチップ実装よりも、ＱＦＰなどを代表とするリード端子を有する電子部品を実装する方が、実装部分の基板設計に自由度が持て、有効である。

このため、リード端子を有する電子部品を曲面に対して実装することが求められている。
例えば、図９に示すように、曲面を有する基板１０１に対して、電子部品１０３の底面１０４を基板形状に合わせて成形し、実装する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この技術では、一方向（Ｘ方向）にのみ無限大で無い曲率を有している曲面に対して、その曲率に合わせて電子部品１０３の底面１０４を加工している。さらに、電子部品１０３に接続されるリード端子１０５は、先端部がＹ方向に平行な直線上に位置するように配置されている。
しかし、この技術は、１方向に曲率を持つ面（例えば、円筒面）にしか適用できないうえ、電子部品１０３には、基板１０１の表面形状に合わせた加工が必要とされるので、汎用的に用いられることは難しい。また、図１０に示すように、Ｘ方向に加えて、Ｙ方向にも曲率を有する曲面（例えば、球面）に対しては、リード端子１０５の先端の一部が基板１０１に接することができず、リード端子１０５と基板１０１とを接続できないという問題が生じる。
また、他にも電子部品の本体部分を特殊形状にする事により、基板の曲面に対応する技術があるが、汎用性は低い。
特開平３−２７４７５４号公報

そこで本発明はこれらの課題を解決し、電子部品の本体部分を特殊形状にすることなく３次元形状を有する基板、例えば、任意の曲率の球面の一部により構成される基板に対して、適切に接続することが可能な電子部品を提供することを目的とする。

本発明による電子部品は、半導体を樹脂でモールドした直方体形状の本体部と、前記本体部から引き出した複数のリード端子とを有し、前記複数のリード端子の先端部に接する仮想球面の最小半径をａ１とした時、ａ１以上の曲率半径の球面の一部により構成される３次元形状を成す基板に実装される電子部品において、前記複数のリード端子は、前記本体部の一端面より突出するように引き出すとともに、先端部を同心円状に配置し、かつ前記仮想球面の中心から前記本体部の一端面までの距離Ｌ１は、ａ１以上としたことを特徴とする。
本発明では、先端部が同心円状に配置されているため、複数のリード端子の先端部に接する仮想球面の最小半径をａ１とした時、ａ１以上の曲率半径の球面の一部により構成される３次元形状を成す基板に電子部品を実装することが可能となる。特に、先端部の配列は常に同心円上に配列されているため、先端部と基板表面とが接する部分がそれぞれ仮想球面の一部でありさえすれば実装可能となる。

本発明により、電子部品の本体部分を特殊形状に加工することなく３次元形状を有する基板、例えば、表面が任意の曲率の球面の一部により構成される基板に対して適切に接続することが可能な電子部品を提供することが可能となる。

本発明による実施の形態について図１〜図８を用いて説明する。
（実施の形態１）
実施の形態１について、図１〜図４を用いて説明する。
図１（ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施の形態１において、電子部品のリード端子を説明するための図である。
電子部品３００は、エポキシ等の樹脂でモールドされた直方体形状の本体部３０１と、この本体部３０１から引き出した銅、鉄、マグネシウムなどからなる複数のリード端子３０２とを有している。複数のリード端子３０２は、基端側が本体部３０１の一端面である底面３０１ａに固定されており、底面３０１ａに対して略垂直に延設されている。図１（ａ）では、リード端子３０２の端子先端部３０４は、ＸＹ平面上の中心点３０３を中心とした円上に一列に揃うように配置されている。
なお、端子先端部３０４が上述の条件を満たしていれば、本体部３０１における端子先端部３０４の配置は、図１（ｂ）〜（ｆ）に示すものであってもよい。図１（ａ）では、端子先端部３０４は、本体部３０１の底面３０１ａのほぼ中心部に対応する位置に設けられており、端子先端部３０４は、円周方向均等に全周にわたり配置されている。一方、図１（ｂ）〜（ｄ）に示すように、端子先端部３０４は、本体部３０１の底面のいずれの位置に設けられていてもよいし、端子先端部３０４は、円周方向の一部にのみ配置されていてもよい。また、端子先端部３０４同士の配置間隔（ピッチ）も任意に選択可能である。例えば、図１（ｅ）に示すように、同心円上であれば、端子先端部３０４がランダムに配置されていてもよい。

以上のような端子先端部３０４の配置を有する電子部品３００は、ＸＹ平面上の任意の中心点を中心とする任意の半径を有する曲面に対して実装可能となる。
実装時における電子部品３００と基板との接合安定性を考慮すると、できるだけ端子先端部３０４が、円周方向全周に配置されていることが望ましい。しかし、電子部品３００の本体部３０１の形状によっては、円周方向全周に端子先端部３０４を配置することが難しい場合がある。この場合については、端子先端部３０４が上述の条件を満たし、かつ、いずれか３つの端子先端部３０４により形成される仮想三角形を観念した時に、仮想三角形の全ての角が９０度以下となるように、端子先端部３０４を配置する事が望ましい。こうすれば、実装時に安定した姿勢をとる実装構造を実現することが可能となる。
この構造にする事により、電子部品３００は、例えば、端子先端部３０４が接する基板の曲面部分が仮想同心球面の一部となっているような基板であれば、任意の曲率半径を有する基板に対して実装可能となる。
また、一般的な平面の基板についても実装可能で、通常のクリームはんだなどを塗布した基板側のランドとはんだを介し表面実装することが可能となる。
また、任意の３つの端子先端部３０４をとり仮想三角形を観念した時、全ての角度が９０度以下であれば、実装時の部品全体の姿勢を安定させる事ができ、より好適である。

また、端子先端部３０４が配置される仮想平面への本体部３０１の重心の射影点が、リード端子３０２のうちのいずれか３本の端子先端部３０４が形成する仮想三角形の内部に位置すれば、実装時の部品全体の姿勢を安定させる事ができ、より好適である。
なお、電子部品３００では、リード端子３０２が底面３０１ａに対して略垂直に延設されていると説明したが、端子先端部３０４が上述の条件を満足すれば、リード端子３０２の形状やその底面３０１ａへの配置などは特に限定しない。これについて、図２を用いて説明する。
図２（ａ）は、底面３１７に対して傾斜するようにリード端子３１８が設けられた電子部品３１０を説明するための説明図である。
図２（ｂ）に示すように、電子部品３１０では、本体部３１９の底面３１７を含む仮想平面３１１に対する平面視におけるリード端子３１８の接続部３１３の配置は、楕円３１４であってもよい。
すなわち、図２（ｃ）に示すように、端子先端部３１６が整列している仮想平面３１２に対する平面視における端子先端部３１６が、中心点３２０を中心とする同心円３１５上に配置されていればよい。つまり、仮想平面３１２における端子先端部３１６の配置条件を満たしていれば、仮想平面３１１におけるリード端子３１８と本体部３１９との接続部３１３の配置は、どんな形状であってもかまわない。

図３（ａ）は、実施の形態１のリード端子の構造を用いた電子部品を説明するための説明図である。
電子部品４００は、直方体形状の本体部としての電子部品筐体４０１と、電子部品筐体４０１の一端面である底面４０５より突出するように引き出されたリード端子４０２とを有している。
電子部品筐体４０１は、半導体メモリチップをエポキシ樹脂でモールドさせたものであり、外形が縦８ｍｍ×横１５ｍｍ×厚さ１ｍｍに構成されている。リード端子４０２は、電子部品筐体４０１の半導体メモリチップとＦＲ−４でできた基板４０４（図３（ｂ）参照）とを電気接続させるためのマグネシウム製の端子であり、円周方向の片側に９本、両側で１８本設けられている。
また、このリード端子は、同一の長さＬ（リード長：３ｍｍ）に形成されており、その先端部は、図に示すように中心点４０３を中心とした半径６ｍｍの同心円４０７上（以下、先端部配置円）に配置されている。
また、電子部品４００は、底面４０５が長方形状であり、先端部配置円４０７は、その短辺寸法よりも長い直径を有する。これにより、先端部位置が底面４０５の２つの短辺に偏るようにリード端子４０２が配置されている。このため、底面が長方形である電子部品の実装時において、基板に振動などが付加されても、接合状態を安定化させることが可能となるとともに、リード端子を適切な本数だけ確保することが可能となる。

図４を用いて、電子部品４００の実装形態について説明する。なお、図３と同じ構成要素には同一番号を付している。
図４（ａ）に示すように、リード端子４０２（図３参照）の端子先端部５０３は、半球状に形成されている。端子先端部５０３は、基板表面５０２に、鉛フリーはんだ５０１（例えば、ＳｎＡｇＣｕで構成）を介して電気接続されている。
このような電子部品４００は、端子先端部５０３と基板表面５０２とのそれぞれの接点が仮想同心球面上に位置するような基板に対して実装可能である。この場合、この仮想同心球面の曲率半径は任意の値であってよい。すなわち、電子部品４００は、図４（ｂ）に示すような、球面の一部に穴が空いた形状の基板や、球面の一部に対して筒状面が連続された形状の基板に対して、安定して実装されることが可能となる。
（実施の形態２）
実施の形態２について、図５〜図７を用いて説明する。
図５は、本発明の実施の形態２の電子部品を説明するための説明図である。
図５（ａ）に示す電子部品６００のリード端子６０２は、実施の形態１で説明したのと同様の配列の端子先端部６０１を有する。これに加えて、端子先端部６０１は、外観形状が球状になっている事を特徴としている。

リード端子６０２の端子先端部６０１は、全て同じ半径を持った球体であり、リード端子６０２を電子部品６００の本体部分に取り付ける前に、放電加工などにより成形することが望ましい。このようにすれば、先端加工を技術的に容易に行うことが可能となり、不良が生じた場合のリサイクルが容易となる。
また、図５（ａ）に示した先端形状以外にも、図５（ｂ）〜（ｄ）に示す形状であってもよい。それぞれの先端形状は、端子先端部６０１が配置される仮想同心円の軸方向を含む平面による端子先端部６０１の断面の少なくとも一部が円弧状に形成されている。
図５（ｂ）と（ｃ）とに示す先端形状は、リード端子６０２の端子先端部６０１が半球面状になっている。図５（ｂ）に示す端子先端部６０１は、リード端子６０２と同じ直径を有し、同軸状に形成されている。図５（ｃ）に示す端子先端部６０１は、リード端子６０２の直径よりも大きい直径を有し、同軸状に形成されている。
図５（ｄ）に示す先端形状では、リード端子６０２の端子先端部６０１は、端子先端部６０１が配置される仮想同心円の軸方向を含む断面の曲率と、仮想同心円の径方向に直交する平面による断面の曲率とが異なる。より具体的には、図５（ｄ）では、端子先端部６０１が配置される同心円の中心から端子先端部６０１を結ぶ無限直線と、リード端子６０２の長手方向とからなる平面上で、端子先端部６０１が一定曲率で湾曲している。湾曲部分は、中心から見て外向きに曲がっていても内向きに曲がっていてもよいが、湾曲部分の曲率は、すべての端子先端部６０１において同じである。

端子先端部６０１の形状が、上述のように形成されているため、リード端子６０２と基板表面との接合強度を十分に確保することが可能となる。これについて図６を用いてさらに説明する。
図６は、球状の端子先端部６０１と基板６０５との接合部分を説明するための説明図である。
端子先端部６０１は、導電体６０４を介して、基板６０５の表面にある基板ランド６０３に電気接続される。導電体６０４の材料としては、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＡｇＩｎ、ＳｎＺｎなどの鉛フリーはんだや、炭素系物質や銀などをフィラーとして樹脂に混合した導電性接着剤などが考えられる。
図６（ａ）と（ｂ）とでは、リード端子６０２の長手方向６０８と、端子先端部６０１と基板６０５との接点における接線方向６０９とが交叉する角度６１０の大きさが異なる。しかし、どちらの場合においても端子先端部６０１が球状に形成されているため、端子先端部側の接合面６０６と基板ランド側の接合面６０７とは常に一定の面積で対向し、安定した接合強度を得ることが可能となる。
また、球面であればどんな曲率をもった基板に対しても、電子部品６００を搭載することができるため、汎用性に優れている。また、実施の形態１の端子先端部の配置に限定しなければ、球面以外の１方向にのみ曲率を有する基板（円筒状基板）などにも搭載することが可能である。

上述の電子部品は、図７に示す構造として実現することも可能である。
図７は、実施の形態２のリード端子の構造を用いた電子部品を説明するための説明図である。
電子部品７００は、本体部７０１と、本体部７０１の底面７１３に設けられたリード端子７０２とから主に構成される。
本体部７０１は、エポキシ樹脂でモールドされたパッケージであり、外形寸法は、縦１５ｍｍ×横１５ｍｍ×厚さ４ｍｍである。リード端子７０２は、本体部７０１の底面７１３より突起しており、その端子先端部７０３は、中心点７０４を中心として半径５ｍｍの仮想円７０５の円周上に配置されている。また端子先端部７０３は、図７（ｂ）に示すように、中心点７０８を中心として本体部７０１の外側方向かつ上面方向に２７０度回転するように湾曲している。さらに図７（ａ）に示すように、端子先端部７０３が配置される同心円を含む平面視で中心点７０４から径方向外方に向かう放射線７０６を含む平面内で湾曲している。
リード端子７０２は、マグネシウム合金でできており、リード端子７０２の長さは、４ｍｍである。

図７（ｂ）に示すように、電子部品７００のリード端子７０２は、鉛フリーはんだ７０７（例えば、ＳｎＡｇＣｕにより構成）を介して、基板７１１の基板表面７１２上に形成されたランド７０９に電気接続されている。
このときのはんだ７０７は、端子先端部側の接合面７１４と、基板側の接合面７１５とを接合しており、基板表面７１２の曲率が変化しても、接合面７１４と接合面７１５との接触角度が変化するだけである。このように、端子先端部７０３が放射方向には所定の曲率をもって形成されているため、端子先端部側の接合面７１４と基板ランド側の接合面７１５とは常に一定の面積で対向し、安定した接合強度を得ることが可能となる。
この構造により球面基板であれば任意の曲率の基板に対して一定の接合面積が得られ、これにより接合強度についても基板の形状に依存せず安定した強度を得ることが可能となる。
なお、本実施の形態および本変形例では、凸側の面への実装を例にしているが、凹側の面にも同様の実装が可能である。また、球面基板でなくとも、図４（ｂ）や（ｃ）に示した基板や、端子先端部の位置に合致する基板であれは様々な３次元形状の基板に対応可能である。

（実施の形態３）
実施の形態３について、図８を用いて説明する。
図８は、本発明の実施の形態３の電子部品を説明するための説明図である。なお、重要な部分を示すため、電子部品のリード端子および端子先端部は破線で示している。
図８（ａ）に示す電子部品８００のリード端子８０２は、実施の形態１で説明したのと同様の配列の端子先端部８０４を有する。これに加えて、リード端子８０２の長さＬ１を適切に設定したことを特徴としている。
具体的には、リード端子８０２の長さＬ１は、端子先端部８０４に接する仮想球面のうち、最小半径の仮想球面８０５の半径ａ１以上に設定されている。この構造により、リード端子８０２の長さＬ１が、仮想球面８０５の中心点８０３から電子部品８００の本体部８０１の底面８０８までの距離以上となる。このため、ａ１以上の曲率半径の曲面（平面を含む）を有する基板に対して、基板と本体部８０１の底面８０８とを干渉させること無く、電子部品８００を配置することが可能となる。すなわち、実装時に底面８０８と基板との接触によりリード端子８０２が浮くという課題を解決できる。
なお、厳密には、リード端子８０２の長さＬ１とは、仮想球面８０５と端子先端部８０４との接点から底面８０８までの距離を意味している。

なお、図８（ａ）では、リード端子８０２が底面８０８に対して垂直に配設されている場合について説明したが、図２（ａ）に示したような電子部品３１０に対しても同様の思想によりリード端子３１８の長さを設定することが可能である。この場合には、端子先端部３１６に接する仮想球面のうち、最小半径の仮想球面の半径が、仮想球面の中心点から電子部品３１０の本体部３１９の底面３１７までの距離以上となるとなるように、端子先端部３１６の位置、およびリード端子３１８の長さがそれぞれ設定される。
また、必要以上にリード端子を長くする事ができない実装条件がある場合で、かつ球面基板の曲率が既知である場合については、次のようにリード端子の長さを設定すればよい。これについて、図８（ｂ）を参照して説明する。
球面基板８１０の曲率半径をｂ、曲率半径ｂの球面基板８１０と端子先端部８０４との接点が位置する同心円の半径をａ２とする場合に、それぞれの接点から本体部８０１の底面８０８までの最小距離が、ｂ−（ｂ²−ａ２²）^1/2以上であれば、球面基板８１０と底面８０８とが干渉しない。よって、例えば、底面８０８に対して垂直にリード端子８０２を設ける場合には、リード端子８０２の長さＬ２は、ｂ−（ｂ²−ａ２²）^1/2以上に設定される。これにより、リード端子の長さを短く維持しつつ、実装不良を回避することが可能となる。

以上の構造により、同じ電子部品であっても、より多くの３次元基板に対して実装可能とすることが可能となる。特に、球面基板に対しては、任意の曲率を有する基板に電子部品を搭載することが可能となる。

本発明による電子部品は、配線が印刷されている筐体を有する電子機器や、熱により反り形状を有している基板、また３次元的に成形されている基板等に実装することが可能であり、有用である。

実施の形態１にかかる電子部品を説明するための説明図実施の形態１にかかる電子部品を説明するための説明図実施の形態１にかかる電子部品を説明するための説明図実施の形態１にかかる電子部品と基板との接合について説明する説明図実施の形態２にかかる電子部品を説明するための説明図実施の形態２にかかる電子部品と基板との接合について説明する説明図実施の形態２にかかる電子部品を説明するための説明図実施の形態３にかかる電子部品を説明するための説明図従来技術としての電子部品を説明するための説明図従来技術の課題について説明する説明図

符号の説明

３００電子部品
３０１本体部
３０１ａ底面
３０２リード端子
３０４端子先端部

Claims

半導体を樹脂でモールドした直方体形状の本体部と、前記本体部から引き出した複数のリード端子とを有し、前記複数のリード端子の先端部に接する仮想球面の最小半径をａ１とした時、ａ１以上の曲率半径の球面の一部により構成される３次元形状を成す基板に実装される電子部品において、前記複数のリード端子は、前記本体部の一端面より突出するように引き出すとともに、先端部を同心円状に配置し、かつ前記仮想球面の中心から前記本体部の一端面までの距離Ｌ１は、ａ１以上としたことを特徴とする電子部品。