JP5220766B2 - 実装基板 - Google Patents
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Description
本願は、2007年12月26日に、日本国に出願された特願2007−334593号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
例えば特許文献1には、図12に示すような接続端子構造が開示されている。この接続端子構造は、第1のランド102を有した配線パターンが設けられた配線基板101を備え、第1のランド102上には、半田ヌレ性の悪い金属材からなる第2のランド103が設けられ、この第2のランド103上には、半田ヌレ性の良い貴金属材からなる半田接続用の第3のランド104が設けられている。この第3のランド104の外周には、半田106の排除面を形成する第2のランド103が存在する。そして、半田106を介して電子部品140の電極部141と配線基板101とが電気的に接続されている。この接続端子構造では、配線基板101が、エポキシ樹脂系、セラミック、あるいはアルミナであることから、配線パターンは銅から構成される回路である。そのため、特許文献1では、銅からなる配線上での一般的な半田付け実装の問題、例えば、半田接続用ランド(第3のランド104)や半田106の剥離等に対処している。
また、最近は電子部品240の電極部241が金メッキの他に錫メッキされたものが増えている。導電性接着剤260は通常、銀粉とエポキシ樹脂が主な成分となっているため、この場合だと、錫と、導電性接着剤260に含まれる銀とはガルバニック腐食が起きるなど相性が悪い。また、導電性接着剤260と電極部241との接続部界面において、エポキシ樹脂成分中に水分が入り込むこと、局部電池腐食(ガルバニック腐食)が発生し、錫の溶解もしくは酸化が起き、接続不良が発生する虞がある。これを防止するためには、水分が入り込まないように吸湿性を低減したバインダーを使用する必要がある。
さらに、導電性接着剤260aは、電子部品240を実装した際につぶれて拡がり、その後の加熱工程では、粘度が下がって塗布した場所から流れ出る虞がある。そのため、図13Bに示すように、2箇所に塗布された導電性接着剤260aが空間250に流れ出し、つながった状態(260b)となる可能性がある。よって、導電性接着剤260aを塗布する2箇所の距離を、ある程度広くしなければならないため、従来の実装基板ではサイズの小さい電子部品を実装することが困難であった。
(1)本発明の実装基板は、絶縁性基材と;この絶縁性基材の一面に複数配され、ランドを有した第一導体と;このランド上に配された第二導体と;前記第二導体上にそれぞれ個別に設けられた半田と;前記半田とそれぞれ独立して接する電極部を有する電子部品と;を備え、前記第一導体は少なくとも銀を含む第一部材から、前記第二導体は銀メッキ銅粉を含む第二部材から、前記半田は少なくとも錫を含む第三部材からそれぞれ構成され、前記銀メッキ銅粉は、前記第二導体と前記半田の界面において銅が露出している。
10 絶縁性基材
21 第一導体
21b ランド
22 第二導体
30(30A、30B) 半田
40 電子部品
41(41A、41B) 電極部
42 本体
50 空間
60 樹脂
70 レジスト
図1は、本発明の実装基板の一例を模式的に示した断面図である。
本発明の実装基板1は、絶縁性基材10と;この絶縁性基材10の一面10aに複数配され、ランド21bを有した第一導体21と;このランド21b上に配された第二導体22と;第二導体22上にそれぞれ個別に設けられた半田30と;半田30とそれぞれ独立して接する電極部41を有する電子部品40と;から概略構成されている。また、第一導体21は少なくとも銀を含む第一部材から、第二導体22は少なくとも銅を含む第二部材から、半田30は少なくとも錫を含む第三部材からそれぞれ構成されている。
以下、それぞれについて詳細に説明する。
特に絶縁性基材10がPET等のフィルムよりなるメンブレン回路基板に半田付けをする場合、通常の鉛フリー半田であると、半田付け温度が180℃以上であるため、絶縁性基材10に損傷が生じてしまう。従って、半田付け温度が165℃以下であるSn−Bi系低融点半田を用いることが好ましい。
本体42としては、特に限定されるものではなく、公知のものを適用することができる。
電極部41は、図1で示すように電子部品40の一面40aから側面40bを経由し、電子部品40の他面40cにまで渡って配されている。電極部41としては、公知のものを用いることができ、例えば、錫、金、銅等よりなるものが挙げられる。
なお、電極部41は、図1の形状に限るものではなく、電子部品40の一面40aから側面40bに配されたものでもよいし、電子部品40本体42の、絶縁性基材10と対向する一面40aにのみ配されたものでもよい。電極部41の領域を電子部品40の側面40bにまで延設し、半田30と導通をとることで、半田30と電極部41との接触面積が増大し、より接続信頼性の向上を図ることができる。また、電子部品40の角に電極部41を配した場合、3つの面で半田30と電気的に接続することになるので、より接触面積を増大させることができ、接続信頼性を向上できる。また、図1に示すように、電子部品40の一面40aから他面40c側にまで延設した電極部41としておけば、電子部品40の他面40c側においても、他の基板、あるいは他の電子部品と導通を図ることが可能である。
第一導体21は銀を含む第一部材から構成され、第二導体22は銅を含む第二部材から構成されている。ゆえに、第一導体21とのぬれ性が悪いが、第二導体22とはぬれ性が良好である低融点半田等の錫を含んだ半田30を用いることで、半田30と導体20との接続信頼性を向上できる。また、錫を含んだ半田30と、銅を含んだ第二導体22との接触は、錫を含んだ半田30と銀を含んだ第一導体21との接触と比較し、ガルバニック腐食が生じ難い。更に、この錫を含んだ半田30は、電極部41が錫や銅、金等から構成されたいずれのものであっても、安定した接続状態を保てる。したがって、半田30と第二導体22、及び半田30と電極部41との接続信頼性の向上が図れる。第二導体22に含まれる銅は、その抵抗値が第一導体21に含まれる銀の抵抗値と近いことから、第一導体21と第二導体22との間の界面で化学反応が生じ難い。以上より、接続信頼性の向上した実装基板1が得られる。
まず、図2Aに示すように、絶縁性基材10の一面10aに、銀ペースト等からなる第一部材を例えばスクリーン印刷で塗布し、加熱によって乾燥させ、ランド21bを有した第一導体21を形成する。
以上で、本実施形態の実装基板1Aが得られる。
図3A,3B,3Cは、本実施形態の変形例に係る実装基板1Bの一例を、模式的に示した図である。図3Aは断面図、図3Bは平面図、図3Cはランド21b近傍の平面図である。
本変形例の実装基板1Bは、第二導体22が第一導体21のランド21bよりも大きく形成されている。
第二導体22の厚さは、本実施形態の実装基板を適用する電子機器によって適宜調節される。実装基板に複数回の屈曲が生じるような場合では、第二導体の厚さは薄い方が好ましい。第二導体22の大きさに関しても同様で、実装基板に複数回の屈曲が生じる場合は、その半径R2は小さい方が好ましい。また、屈曲特性よりも、マイグレーションやガルバニック腐食、半田30短絡の防止を優先させたい場合には、第二導体22の半径R2を、十分に大きくする。
図4Aは、本発明の第2実施形態に係る実装基板1Cを模式的に示した断面図である。本実施形態の実装基板1Cが、第1実施形態の実装基板1Aと異なる点は、少なくとも電子部品40と絶縁性基材10との間の空間50に樹脂60が配されている点である。本実施形態においても、第一導体21は、この第一導体21のランド21bとその周囲を除いた部位が露出しないようにレジスト70により被覆されている。
導電性接着剤を用いた従来の実装基板では、図14に示すように、樹脂262で封止をする際は、電子部品240をも覆うように行なっていた。これに対し、本実施形態では、樹脂60が電子部品40を覆うことなく、導電部の封止と空間50の封止とを行なえる。そのため、本実施形態の実装基板1Cでは、上述した効果に加え、従来の実装基板よりも高密度実装が可能となる。
<第3実施形態>
図6A,6Bは、本発明の第4実施形態に係る実装基板1Fを模式的に示した図である。図6Aは断面図、図6Bは平面図である。本実施形態の実装基板1Fが第3実施形態の実装基板1Eと異なる点は、樹脂60が、少なくとも電子部品40と絶縁性基材10との間の空間50に配されている点である。
本実施形態でも、樹脂60に代えて、レジスト70を用いて、第一導体21と第二導体22とが露出しないように、電子部品40と低融点半田30以外を被覆してもよい。この場合、上述した樹脂60を用いた場合と同様に、結露等による水分が導電部(第一導体21、第二導体22、および半田30と、これらの接続部位)に浸入し難くなる。そのため、マイグレーション等の生じ難い実装基板を提供できる。
まず、図7A〜7Bに示すように、第1実施形態の際と同様に、絶縁性基材10の一面10aに、第一導体21と第二導体22とを形成する。この際、第二導体22は、第一導体21のランド21bが第二導体22よりも、印刷あわせ精度より大きくなるように形成する。これにより、第二導体22が常にランド21bの内側となるように形成できる。
次に、図7Cに示すように、露出した第一導体21を覆うように、レジスト70をランド21bの近傍にまでスクリーン印刷で印刷、乾燥する。さらに、第二導体22の、低融点半田30を塗布する部分以外の領域と、露出したランド21b及び第一導体21とに、樹脂60をスクリーン印刷で印刷する。樹脂60をこれらの領域に配することで、後の工程で、第一導体21と第二導体22とが露出せず、かつ導電部(第一導体21、第二導体22、および半田30と、これらの接続部位)を含むように、この樹脂60で封止できる。
次に、図7Dに示すように、第1実施形態の際と同様に、低融点半田30を第二導体22上に塗布する。
次に、図7Eに示すように、半田30が塗布された位置に電子部品40の電極部41を位置合わせし、電子部品40を実装する。その後、加熱する。
以上で、本実施形態の実装基板1Fが得られる。
本実施形態の製造方法では、低融点半田30が塗布される時には、ランド21bが樹脂60で覆われている。そのため、低融点半田30の溶融・硬化時に、この低融点半田30がランド21bに流れ込む虞がない。ゆえに、低融点半田30とランド21bとが接触することがなく、これらの間で生じるガルバニック腐食や、マイグレーションを防止できる。
図8A,8Bは、本発明の第5実施形態に係る実装基板1Gを模式的に示した図である。図8Aは断面図、図8Bは平面図である。本実施形態の実装基板1Gが第3実施形態の実装基板1Eと異なる点は、レジスト70が、第二導体22の低融点半田30が配された領域を除いて、この第二導体22と第一導体21とランド21bとを覆うように配されている点と、空間50に樹脂60が配され、この樹脂60が電子部品40と絶縁性基材10とを接着している点である。レジスト70の厚さは、適用する電子機器等に応じて適宜調節できるが、例えば20μm〜40μmである。電子部品40を実装するため、レジスト70が厚すぎると、実装特性(接続性や機械強度等)が低下する。一方、レジスト70が薄すぎると、レジストとしての特性を満たすことが困難となる。
まず、図9A〜9Bに示すように、第4実施形態の際と同様に、絶縁性基材10の一面10aに、第一導体21と第二導体22とを形成する。
次に、図9Cに示すように、第二導体22の低融点半田30を塗布する部分を除いて、第一導体21とランド21bと第二導体22とを被覆するようにレジスト70をスクリーン印刷で印刷する。その後、加熱して乾燥させる。
次に、図9Dに示すように、電子部品40を実装する下部に相当する部分に、スクリーン印刷もしくはディスペンスで樹脂60を塗布する。
次に、図9Eに示すように、第1実施形態の際と同様に、低融点半田30を塗布する。
次に、図9Fに示すように、半田30が塗布された位置に電子部品40の電極部41を位置合わせ、電子部品40を実装する。その後、加熱する。
以上で、本実施形態の実装基板1Gが得られる。
本実施形態の製造方法では、ランド21bがレジストで覆われているため、低融点半田30の溶融・硬化時に、この低融点半田30がランド21bに流れ込む虞がない。ゆえに、ガルバニック腐食や、マイグレーションの防止が図れる。また、本実施形態の製造方法では、レジスト70で第一導体21とランド21bと第二導体22とを被覆した後に樹脂60を塗布または印刷する。そのため、この第二導体22の端部に配されたレジスト70は、第二導体22の半田30が塗布される部位に樹脂60が侵入するのを抑制できる。ゆえに、歩留まりの向上が図れる。
図10A〜10C及び図11A〜11Bに示すように、銀メッキ銅粉を用いて第二導体22を作製した場合では、第二導体22と半田30との界面に銀は存在していない。したがって、第二導体22をなす第二部材として、銀メッキ銅粉を用いた場合であっても、第二導体22と半田30とでガルバニック腐食が生じるのを抑制できる。さらには、銅粉の酸化を防止することで、導電性の向上が図れる。
厚さ100μmのPETフィルムを絶縁性基材として用いた。このPETフィルム上に、銀フィラーを主成分とする導電性ペーストをスクリーン印刷にて塗布し、回路パターンを作製した。この際、回路パターンの膜厚は10μmとした。その後、導電性ペーストを加熱により乾燥させ、絶縁性基材上に、ランドを有した回路としての第一導体を形成した。
次に、第一導体のランド上に、銅フィラーを主成分とする導電性ペーストをスクリーン印刷にて塗布した。その後、導電性ペーストを加熱により乾燥させ、第二導体を形成した。
次に、第二導体上に、ディスペンサーでSn/Bi系低融点半田を塗布した。なお、半田の塗布条件は、ノズル径が0.2mm、エアー圧力が60kPa、吐出時間は500msec、第二導体からノズルまでの高さを0.1mmとした。
上記で塗布したSn/Bi系低融点半田と電子部品の電極部とが電気的に接続するように電子部品を実装した。電子部品としては、寸法(L×W×H)が、1.6×0.8×0.45mm、電極部が錫メッキされたジャンパーチップ抵抗器を使用した。その後加熱して、Sn/Bi系低融点半田を溶解させて実装基板を作製し、これを実施例1とした。
実施例1と同様に第一導体、第二導体を形成し、この第二導体上にディスペンサーを用いて導電性接着剤を塗布した。なお、導電性接着剤の塗布条件は、ノズル径が0.2mm、エアー圧力が50kPa、吐出時間が200msec、第二導体からノズルまでの高さを0.1mmとした。
次に、実装機を用いて、導電性接着剤を塗布した位置に、電子部品の錫メッキにより形成された電極部が合わさるように、電子部品を実装した。その後、導電性接着剤を乾燥させて硬化した。なお、電子部品は実施例と同一である。
次に、ディスペンサーを用い、実装された電子部品の四辺を覆うように封止樹脂として熱硬化性樹脂を塗布した。この際、封止樹脂が電子部品の上面に付着しないようにした。
その後、封止樹脂を硬化させて実装基板を作製し、これを比較例とした。
上記で得た実施例1及び比較例の実装基板に関して、接続抵抗と湿熱試験後の接続抵抗との評価を行った。その結果を表1に示す。それぞれの評価方法は以下の通りである。
実施例1及び比較例の実装基板に、定電圧電流発生装置(アドバンテスト社製、R6142)を用いて電流1mAを流し、マルチメーター(ケースレー社製、MODEL2000)により、電子部品と第一導体(基板回路)との間にかかる電圧を測定した。測定された電圧から、電子部品と第一導体との間の抵抗(接続抵抗)を算出した。被測定サンプル数は、実施例1及び比較例共に20であった。表1には、実施例1及び比較例で得られた抵抗値(Ω)の、平均値を示している。
接続抵抗を測定した実装基板を、試験槽(楠本化成社製、キーレスチャンバーTH412)にて60℃、95%RHの雰囲気中に置き、240時間放置した。その後、再度接続抵抗を測定した。
なお、被測定サンプル数は、上記の接続抵抗を測定したものと同様に20である。表1には、実施例1及び比較例で得られた抵抗値(Ω)の、平均値を示している。
湿熱試験後の接続抵抗をみると、比較例では抵抗値がかなり上昇していた。これは、電子部品の電極部が錫メッキ処理されているため、導電性接着剤との相性が悪く、接続界面で腐食が発生したためである。実施例1では、湿熱後の接続抵抗がほとんど変化していなかった。
実施例2として、図3に示す実装基板を作製した。PETフィルム上に実施例1と同様に回路(第一導体)を作製した。この際、回路の膜厚は10μm、ランドの直径は1.2mmとした。次に、このランド上に銅フィラーを主成分とする導電性ペーストをスクリーン印刷にて塗布し、銅ランド(第二導体)を作製した。銅ランドの膜厚は30μm、銅ランドの直径は1.6mmとした。その後、実施例1と同様に低融点半田を形成し、電子部品の実装を行なった。得られた実装基板を、実施例2とした。
実施例3として、図4Bに示すようにレジストを配した実装基板を作製した。実施例2と同様に、PETフィルム上に回路(第一導体)と銅ランド(第二導体)を作製した。次に、銅ランドの、低融点半田が塗布される領域を除いて、回路と銅ランドを被覆するようにレジストをスクリーン印刷にて塗布し、加熱して乾燥させた。レジストの膜厚は20μm、低融点半田が塗布される部分(銅ランド上で、レジストが塗布されていない部位)の直径は、1.2mmとした。その後、実施例1と同様に低融点半田を形成し、電子部品の実装を行なった。得られた実装基板を、実施例3とした。
実施例4として、図6A,6Bに示す実装基板を作製した。PETフィルム上に実施例1と同様に回路(第一導体)と銅ランド(第二導体)とを作製した。この際、回路のランドの直径は1.6mm、銅ランドの直径は1.2mmとした。その後、露出した回路を覆うように、レジストを回路のランド近傍にまでスクリーン印刷で印刷した。さらに、銅ランドの、低融点半田を塗布する部分以外の領域と、露出した回路のランド及び回路とに、熱硬化型不導電性接着剤をスクリーン印刷にて塗布した。この際、熱硬化型不導電性接着剤の膜厚は30μm、低融点半田が塗布される部分(銅ランド上で、熱硬化型不導電性接着剤が塗布されていない部位)の直径は、1.2mmとした。その後、実施例1と同様に低融点半田を形成し、電子部品の実装を行なった。得られた実装基板を、実施例4とした。
実施例5として、図8A,8Bに示す実装基板を作製した。実施例4と同様に、回路と銅ランドとを作製した。その後、銅ランドの低融点半田を塗布する部分を除いて、回路と回路のランドと銅ランドとを被覆するように、レジストをスクリーン印刷で印刷し、加熱して乾燥させた。次に、実装部品下部に相当する部位に、熱硬化型不導電性接着剤をスクリーン印刷で印刷した。その後、実施例1と同様に低融点半田を形成し、電子部品の実装を行なった。得られた実装基板を、実施例5とした。
接続抵抗の評価方法に関しては、上述したとおりであり、被測定サンプル数は、それぞれ20である。表2には、実施例1〜5及び比較例で得られた抵抗値(Ω)の平均値を示している。
実施例1〜5及び比較例の実装基板の裏から電子部品の実装部分を観察して、導電性接着剤、もしくは半田の繋がりが起きているかを確認した。繋がりが起きていない場合をGOOD、繋がりが起きている場合をBADとして表に示す。なお、観察した実装基板数は、実施例1〜5、比較例それぞれ50である。
実施例1〜5及び比較例の実装基板の、部品が実装された部分に水滴をたらし、回路に定電圧電流発生源(アドバンテスト社製、R6142)を使って電流5mAを負荷した。この電流を負荷した状態で、ランド間を観察して、マイグレーションの発生の有無を確認した。試験時間は、3時間行なった。多くの実装基板でマイグレーションが観察された場合をBAD、数個の実装基板でマイグレーションが観察された場合をNOT GOOD、マイグレーションが観察されなかった場合をGOODとした。観察した実装基板は、実施例1〜5、及び比較例それぞれ50である。
実施例1,4,5及び比較例の実装基板において、電子部品を横から押し、この電子部品が剥がれた際の強度を測定した。測定サンプル数は実施例1,4,5、及び比較例それぞれ20である。表3には、実施例1,4,5及び比較例で得られた固着強度(N)の、平均値を示している。
以上から、実施例1〜5において、電子部品の錫からなる電極や、電子部品のサイズに関係なく、安定して電子部品を実装することが可能になったと言える。特に、電子部品と絶縁性基材との間に樹脂を配することで、マイグレーションの防止と、電子部品の固着強度の向上とが図れることが可能になったといえる。
Claims (5)
- 絶縁性基材と;
この絶縁性基材の一面に複数配され、ランドを有した第一導体と;
このランド上に配された第二導体と;
前記第二導体上にそれぞれ個別に設けられた半田と;
前記半田とそれぞれ独立して接する電極部を有する電子部品と;
を備え、
前記第一導体は少なくとも銀を含む第一部材から、前記第二導体は銀メッキ銅粉を含む第二部材から、前記半田は少なくとも錫を含む第三部材からそれぞれ構成され、
前記銀メッキ銅粉は、前記第二導体と前記半田の界面において銅が露出していることを特徴とする実装基板。 - 少なくとも前記電子部品と前記絶縁性基材との間に樹脂が配され、露出した前記第一導体と、該第一導体のランドと、前記第二導体とを、前記樹脂が被覆していることを特徴とする請求項1に記載の実装基板。
- 前記絶縁性基材は、ポリエチレンテレフタレートからなることを特徴とする請求項1または2に記載の実装基板。
- 前記ランドの大きさは、前記第二導体よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の実装基板。
- 前記ランドの半径と前記第二導体の半径の差が0.2mm以上であることを特徴とする請求項4に記載の実装基板。
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