JP5287102B2 - 電子部品および電子部品用基板ならびにそれらの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面実装部品を実装した電子部品およびそれに用いる電子部品用基板ならびにそれらの製造方法に関し、特に、電子部品用基板上に表面実装部品を実装する技術に関する。

セラミック多層基板などの基板上に表面実装部品を実装する方法として、基板に設けられた外部導体にはんだペーストを塗布し、そのはんだペースト上に表面実装部品の端子電極を搭載し、リフローすることによりはんだペーストを溶融させて外部導体と表面実装部品の端子電極とを接合する方法がある。

ところで、近年、電子部品の小型化、高機能化が求められており、基板には基板内部だけでなく基板表面にも多数の配線が設けられている。そして、基板上に設けられた外部導体に表面実装部品を実装する際には、溶融したはんだが意図しない近接する配線の方向に流れることのないようにしなければならない。そのため、表面実装部品を実装する外部導体と他の配線との間隔を狭くすることは困難であった。

一方、外部導体に表面実装部品を搭載した状態でリフローすると、はんだのセルフアライメント効果によって、多かれ少なかれ搭載位置から表面実装部品が移動する。このセルフアライメント効果による表面実装部品の移動を考慮して、特許文献１（特開２００８−７２０３５）には、外部導体の位置ではなくはんだの位置に合わせて表面実装部品を搭載する技術が開示されている。この特許文献１の方法によれば、リフロー時に溶融したはんだが外部導体と表面実装部品とに適度に濡れ広がるため、セルフアライメント効果によって表面実装部品を外部導体の中央部に向けて移動させることができる。
特開２００８−７２０３５

しかし、特許文献１の方法によっては、セルフアライメント効果によって表面実装部品が外部導体の中央部に向けて移動するものの、選択するはんだやはんだと外部導体との濡れ性、その他のリフロー条件によって、セルフアライメント効果による表面実装部品の移動方向および移動距離は様々に変化する。そのため、表面実装部品が所望の位置に実装されるように表面実装部品の移動を制御するのは困難である。

そこで、本発明は、リフロー時の表面実装部品の移動を方向づけて、リフロー後の実装位置を制御した電子部品およびそれに用いる電子部品用基板ならびにそれらの製造方法を提供することにある。

上記問題点を解決するために、本発明の電子部品は、基材層と、基材層の少なくとも一方主面に形成された複数の外部導体と、を有する電子部品用基板と、外部導体の表面に形成されたはんだと、はんだを介して外部導体に電気的に接続された表面実装部品と、を備える電子部品において、少なくとも一部の外部導体が、その表面が基材層の主面に対して傾斜している傾斜外部導体であり、基材層を貫通して形成されている層間接続導体が傾斜外部導体の中心位置とは異なる位置で傾斜外部導体に電気的に接続されており、かつ、層間接続導体が基材層の主面に凸部または凹部を形成していることによって、傾斜外部導体が傾斜していることを特徴としている。

また、本発明の電子部品は、傾斜外部導体が隣接する外部導体に向かって傾斜していることが好ましい。

また、本発明の電子部品は、表面実装部品の端子電極の中心位置が、傾斜外部導体の中心位置よりも低端部側に近いことが好ましい。

なお、本発明において、基材層とは未焼成のものだけでなく焼成済のものも含む。すなわち、本発明における電子部品用基板を作成する工程においては、未焼成の基材層に外部導体を形成し、基材層および外部導体を一括焼成してもよいし、一旦焼成して作成した基材層に外部導体を形成し、基材層および外部導体を再度焼成してもよい。

本発明によれば、基板に形成された外部導体のうち少なくとも一部の外部導体が、その表面が基材層の主面に対して傾斜している傾斜外部導体であるため、リフロー時の表面実装部品の移動を方向づけて、リフロー後の実装位置を制御することができる。

以下、図１〜図９を参照しながら本発明を説明する。

図１は、本発明の実施例による電子部品用基板１１およびそれを用いた電子部品１を示す概略断面図である。図２は、電子部品用基板１１の上に表面実装部品１０ａおよび１０ｂが実装された状態を部分的に拡大して示す概略断面図である。図３は、図１で示した電子部品１を上から見た状態を示す上面図である。

図１に示すように、電子部品用基板１１は、積層された複数の基材層２を備えている。また、基材層２の少なくとも一方主面３には複数の外部導体６が形成されている。実施例１による電子部品用基板１１では、基材層２の反対の主面１３にも外部導体６が形成されている。主面１３に形成された外部導体６は、図示しないプリント基板などのマザーボードに電子部品用基板１１を電気的に接続するために用いられる。なお、主面１３に形成された外部導体６には、表面実装部品を接続してもよい。この場合、主面１３を樹脂で封止した上でマザーボードに接続する。また、基材層２の各層には、各基材層２を貫通して形成される層間接続導体４や面内導体５が必要に応じて設けられている。

図２に示すように、一部の外部導体６は、外部導体６の表面７が基材層２の主面３に対して傾斜している傾斜外部導体１６である。この傾斜外部導体１６は、層間接続導体４が傾斜外部導体１６の中心位置Ｂとは異なる位置で傾斜外部導体１６と接続されており、かつ、この層間接続導体４が基材層２の主面３に対して凸部１４を形成することによって外部導体６が傾斜したものである。図１および図２においては、傾斜外部導体１６は、隣接する外部導体６に向かって傾斜している。

電子部品１は、図１に示すように、電子部品用基板１１に複数の表面実装部品１０ａ〜１０ｃを実装したものである。具体的には、図２に示すように、表面実装部品１０ｂが、基材層２に形成された外部導体６の表面７に設けられたはんだ８を介して外部導体６に電気的に接続されている。

また、図２に示すように、本実施例においては、傾斜外部導体１６があるため、傾斜外部導体１６に実装された表面実装部品１０ａの端子電極１５の中心位置Ａは、傾斜外部導体１６の中心位置Ｂよりも低端部１６ａ側に近い。これは、電子部品用基板１１に表面実装部品１０ａを実装する際に、リフロー時の熱によってはんだ８が溶融して表面実装部品１０ａが移動するからである。なお、ここで表面実装部品１０ａの端子電極１５の中心位置Ａおよび傾斜外部導体１６の中心位置Ｂとは、平面方向の両端部からの中点のことをいう。

その結果、図３に示すように、表面実装部品１０ａと隣接する表面実装部品１０ｂとの間隔を狭くすることができるため、より多くの表面実装部品を実装することができる。また、図３に示すように、表面実装部品１０ａと表面実装部品１０ｂとの間隔を狭くすることによって、表面実装部品１０ａと電子部品用基板１１の端部２３との間隔を広くすることができる。これにより、表面実装部品１０ａを実装したとしても、電子部品用基板１１の主面を覆うシールドケースを取り付ける部分を確保することができる。この基板の端部２３との間隔は、基板分割時の干渉防止のためにも必要である。

なお、実施例１では、図３に示すように、表面実装部品１０ａの端子電極が並ぶ方向に対して垂直な方向、すなわち隣接する表面実装部品１０ｂの方向に移動させているが、表面実装部品１０ａの端子電極が並ぶ方向に対して平行な方向に移動させてもよい。

また、図４に示すように、複数の傾斜外部導体１６を設ける場合は同じ方向に傾斜させる必要はない。リフロー前に間隔を広く取りたい部分およびリフロー後に表面実装部品の間隔を狭くしたい部分を考慮して傾斜方向を適宜調整することができる。実施例１においては、層間接続導体４の形成位置によって傾斜外部導体１６の傾斜方向を容易に調整することができる。

また、傾斜外部導体１６は、表面実装部品の間隔を狭くしたり、基板の端部との間隔を確保する場合に限らず、傾斜外部導体１６と隣接する外部導体とにまたがるようにはんだが塗布された場合に、当該はんだを確実に傾斜外部導体の方へ移動させるためにも用いることができる。

次に、図５〜図９を参照して電子部品用基板１１およびそれを用いた電子部品１の製造方法を説明する。
（１）電子部品用基板の製造方法
図５は、実施例１による電子部品用基板１１の製造方法を示す概略工程図である。図５（ａ）は基材層用セラミックグリーンシートに外部導体を形成した状態を示す図、図５（ｂ）は焼成後の電子部品用基板を示す図である。電子部品用基板１１は、所定の導体パターンを形成したセラミックグリーンシート２ａを積層し、これを焼成することによって作製する。
1.基材層を準備する工程
実施例１においては、図５（ａ）に示すように、基材層用セラミックグリーンシート２ａを準備する。基材層用セラミックグリーンシート２ａを作製するにあたっては、まず、セラミック粉末に、バインダー、分散剤、可塑剤および有機溶剤などを各々適量添加し、これらを混合することにより、セラミックスラリーを作製する。実施例１では、セラミック粉末として、アルミナ粉末を用いた。

次に、このセラミックスラリーをドクターブレード法などの方法によってシート状に成形し、基材層用セラミックグリーンシート２ａを作製する。
2.外部導体を形成する工程
次に、基材層用セラミックグリーンシート２ａに、所定の導体パターンを形成する。図５（ａ）に示すように、実施例１においては、未焼成の層間接続導体４ａ、未焼成の面内導体５ａおよび未焼成の外部導体６ａを基材層用セラミックグリーンシート２ａに形成する。未焼成の層間接続導体４ａは、基材層用セラミックグリーンシート２ａに、これを貫通する層間接続導体用孔をレーザー照射などの方法によって設け、この層間接続導体用孔に導電性ペーストを充填することにより形成する。未焼成の面内導体５ａおよび未焼成の外部導体６ａは、基材層用セラミックグリーンシート２ａ上に導電性ペーストをスクリーン印刷することによって形成する。なお、未焼成の層間接続導体４ａ、未焼成の面内導体５ａおよび未焼成の外部導体６ａは電子写真法やインクジェット法により形成してもよい。

ここで、導電性ペーストは、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｔ合金、Ａｇ−Ｐｄ合金、Ｃｕ、Ａｕなどの低融点かつ比抵抗の小さい金属と樹脂とを混合させてなる。

特に、層間接続導体用の導電性ペーストに含まれる樹脂の量が少ないと、焼成工程における層間接続導体４の収縮率が基材層２の収縮率よりも低くなるため、基材層２の主面３に対して凸部１４を形成することが可能になる。反対に、基材層２の主面３に対して凹部を形成する場合には、層間接続導体用の導電性ペーストに含まれる樹脂の量を多くして、層間接続導体４の収縮率を基材層２の収縮率よりも高くすればよい。

また、未焼成の外部導体６ａは、未焼成の層間接続導体４ａの中心位置が未焼成の外部導体６ａの中心位置になるように形成するのが一般的である。しかし、一部の未焼成の外部導体６ａは、未焼成の層間接続導体４ａの中心位置が未焼成の外部導体６ａの中心位置とは異なる位置で電気的に接続されるように形成する。これにより、図５（ｂ）に示すように、後述する焼成工程において層間接続導体が基材層の主面に対して凸部１４または凹部を形成した際に、外部導体６が傾斜して傾斜外部導体１６を形成する。具体的には、図５（ａ）に示すように、基材層の主面に対して凸部を形成するように未焼成の層間接続導体４ａを形成する場合には、未焼成の層間接続導体４ａが、未焼成の外部導体６ａの中心位置よりも隣接する未焼成の外部導体６ａから遠い位置に形成される。反対に、図６に示すように、基材層の主面に対して凹部を形成するように層間接続導体４を形成する場合には、層間接続導体４が、傾斜外部導体１６の中心位置よりも隣接する外部導体６に近い位置に形成される。

次に、基材層用セラミックグリーンシート２ａを必要に応じて積層、圧着する。

なお、各基材層用セラミックグリーンシート２ａの間または最外層に、基材層用セラミックグリーンシート２ａの焼結温度では実質的に焼結しない拘束層用セラミックグリーンシートを積層してもよい。実質的に焼結しない拘束層用セラミックグリーンシートは焼成工程において実質的に収縮しない。そのため、焼成工程における基材層の平面方向への収縮を抑制することができ、電子部品用基板１１の寸法精度を高めることができるからである。
3.焼成する工程
次に、基材層用セラミックグリーンシート２ａと未焼成の層間接続導体４ａと未焼成の面内導体５ａと未焼成の外部導体６ａとを、基材層用セラミックグリーンシート２ａが焼結する温度で焼成する。基材層用セラミックグリーンシート２ａの焼結温度は、その材料として低温焼結セラミック材料を用いた場合には、１０５０℃以下であり、特に８００〜１０５０℃であることが好ましい。このとき、基材層を上下方向から一定の圧力を加えながら焼成してもよいし、圧力を加えずに、無加圧の状態で焼成してもよい。ただし、基材層２の主面に対して凸部を形成するように未焼成の層間接続導体４ａを形成した場合には、無加圧焼成が好ましい。加圧焼成の場合、焼成により未焼成の層間接続導体４ａを隆起させることができないからである。

焼成によって、基材層用セラミックグリーンシート２ａは少なくとも厚み方向に収縮する。上述の拘束層用セラミックグリーンシートを設けた場合には、基材層の平面方向への収縮は実質的に抑制できるが、厚み方向には収縮する。

ここで、先述したように、導電性ペーストにおける樹脂の含有量を調整することによって、基材層用セラミックグリーンシート２ａと未焼成の層間接続導体４ａの収縮率を異ならせることができる。図５（ｂ）に示すように、基材層２の収縮率よりも層間接続導体４の収縮率が小さければ、層間接続導体４は隆起し、基材層２の主面３に対して凸部を形成する。このように、層間接続導体４が隆起することによって未焼成の外部導体が傾斜し、傾斜外部導体１６を形成する。ここで、収縮率とは、厚み方向への収縮のみならず平面方向への収縮も含む。ただし、先述した拘束層用セラミックグリーンシートを設けた場合には、平面方向への収縮は実質的に抑制されるため、基材層と層間接続導体の収縮率の差は、専ら厚み方向への収縮率の差に起因する。

なお、最外層に拘束層用セラミックグリーンシートを積層して焼成した場合には、焼成後の拘束層を除去する。除去方法としては、ウェットブラスト、サンドブラスト、超音波洗浄などを用いることができる。

以上の工程を経ることにより、傾斜外部導体１６を備えた電子部品用基板１１が作製される。
（２）電子部品の製造方法
電子部品１は、電子部品用基板１１の外部導体６にはんだ８を介して表面実装部品１０を実装することにより作製される。表面実装部品１０としては、トランジスタやＩＣなどの能動素子、チップコンデンサやチップ抵抗などの受動素子を実装する。

図７は、電子部品用基板１１の外部導体６にはんだペースト８ａ~８ｃを塗布し、はんだ８ａおよび８ｂの上に表面実装部品１０ａ〜１０ｃを搭載した状態、すなわちリフロー前の状態を示す概略断面図である。

図２および図７に示すように、外部導体６および傾斜外部導体１６の表面７にはんだペースト８ａ〜８ｃを塗布する。塗布方法としては、印刷やディップなどの方法を用いることができる。

傾斜外部導体１６にはんだペースト８ａを塗布する場合には、図２および図７に示すように、傾斜外部導体１６の高端部１６ｂ側にはんだペースト８ａを塗布する。高端部１６ｂ側にはんだペースト８ａを塗布することにより、中心部にはんだペーストを塗布した場合に比べて、隣接するはんだペースト８ｂとの間隔を広くすることができる。そのため、はんだペースト８ａに表面実装部品１０ａを搭載する際に、隣接する表面実装部品１０ｂとの接触をさけるための表面実装部品間の間隔を確保することが可能になる。

次に、はんだペースト８ａ〜８ｃの上に表面実装部品１０ａ〜１０ｃを搭載する。その後、所定の温度でリフローすることによりはんだペースト８ａ〜８ｃを溶融させ、外部導体６および傾斜外部導体１６と表面実装部品１０ａ〜１０ｃの端子電極とを接合させる。

ここで、はんだ８はリフロー時に外部導体６と表面実装部品１０の端子電極とに適度に濡れ広がる。その結果、いわゆるセルフアライメント効果によって、表面実装部品１０が移動する。このとき、傾斜外部導体１６の高端部１６ｂ側に搭載されていた表面実装部品１０ａは、傾斜に沿って、低端部１６ａ側に移動する。すなわち、傾斜外部導体１６の傾斜方向に、はんだ８の流れおよび表面実装部品の移動を方向づけることができる。そのため、傾斜外部導体１６に近接する配線が設けられていたとしても、配線側の傾斜を高くすることにより、当該はんだ８が近接する配線の方へ移動することを防止できる。

また、リフロー後に、傾斜外部導体１６の中心位置よりも低端部１６ａ側に近いところに表面実装部品１０ａの端子電極の中心位置が移動していると、隣接する表面実装部品１０ｂとの間隔を狭くすることができる。この場合、表面実装部品を搭載する際、すなわちリフロー前には表面実装部品と隣接する表面実装部品との間隔を広くすることができ、かつ、表面実装部品を実装した後、すなわちリフロー後には表面実装備品と電子部品用基板の端部との間隔を広くすることができる。そのため、従来であれば、搭載時の表面実装部品同士の接触や実装後のシールドケースとの接触を避けるために表面実装部品を実装できなかった部分にも、本発明によれば表面実装部品を実装することができる。また、基板の端部に表面実装部品を実装する場合だけでなく、本発明によれば、表面実装部品同士の間隔を狭くすることができるため、従来よりも多くの表面実装部品を実装することが可能になる。なお、図１〜図４に示すように、傾斜外部導体１６に接合された表面実装部品１０ａは、傾斜に沿って傾くことがある。

以上の工程により、リフロー時の表面実装部品の移動を方向づけて、リフロー後の表面実装部品の実装位置を制御した高密度配線の電子部品を作製できる。

図８は、本発明の電子部品用基板１１の製造方法の他の実施例を示す概略工程図である。図８（ａ）は基材層用セラミックグリーンシートと突起電極形成用セラミックグリーンシートとを積層した状態を示す図であり、図８（ｂ）は焼成後に突起電極形成用セラミックグリーンシートを除去した状態を示す図、図８（ｃ）基材層に外部導体を形成した状態を示す図である。なお、傾斜外部導体１６の作製方法以外は実施例１と同様であるため省略する。また、この電子部品用基板１１を用いて電子部品１を作製する工程も実施例１と同様であるため省略する。

実施例１では、焼成工程によって未焼成の外部導体６ａを傾斜させることにより傾斜外部導体１６を作製したが、実施例２では、未焼成の外部導体６ａを基材層２の主面に形成する工程において、未焼成の傾斜外部導体１６ａを作製する。具体的には、図８に示すように、突起電極２４が形成された基材層２を準備する工程と、基材層２に未焼成の外部導体６ａおよび未焼成の傾斜外部導体１６ａを形成する工程と、これらを焼成する工程を経ることにより、傾斜外部導体１６を備える電子部品用基板１１を作製する。以下、各工程を詳細に説明する。

図８（ａ）（ｂ）は、基材層２に突起電極２４を形成する工程を示す図である。まず、所定の未焼成の面内導体５ａや層間接続導体４ａを形成した基材層用セラミックグリーンシート２ａに未焼成の突起電極形成用層間接続導体２４ａを形成した突起電極形成用セラミックグリーンシート１２ａを積層する。突起電極形成用セラミックグリーンシート１２ａは基材層用セラミックグリーンシート２ａの焼結温度では焼結しない。そのため、突起電極形成用セラミックグリーンシート１２ａは焼成後に除去することができる。このようにして、図８（ｂ）に示すような、突起電極２４が形成された基材層２を作製することができる。

次に、図８（ｃ）に示すように、突起電極２４が形成された基材層２の主面に未焼成の外部導体６ａを形成する。このとき、突起電極２４が外部導体６の中心位置とは異なる位置で外部導体６に電気的に接続されるように未焼成の外部導体６ａをスクリーン印刷などによって形成すれば、未焼成の外部導体６ａは突起電極２４の部分で盛り上がるため、未焼成の傾斜外部導体１６ａを形成することができる。すなわち、突起電極２４は、未焼成の傾斜外部導体１６ａの高端部側に近い位置に設けられている。

次に、基材層２と未焼成の外部導体６ａおよび未焼成の傾斜外部導体１６ａを焼成することにより、基材層２の主面に外部導体６および傾斜外部導体１６を備える電子部品用基板１１を作製する。

図９は、本発明の電子部品用基板１１の製造方法の他の実施例を示す概略断面図である。なお、未焼成の傾斜外部導体２６ａの作製方法以外は実施例１と同様であるため省略する。また、電子部品用基板１１を用いて電子部品１を作製する工程も、実施例１と同様であるため省略する。

図９に示すように、基材層２の主面３に未焼成の外部導体を形成する際に、導電性ペーストの塗布量を変化させることによって未焼成の傾斜外部導体を形成し、これを焼成することによって傾斜外部導体２６を作製する。実施例３における傾斜外部導体は、その表面７のみが基材層２の主面３に対して傾斜している。実施例３によると、未焼成の外部導体を印刷する際に、実施例１および２のように未焼成の層間接続導体の位置を考慮しなくてよい点で好ましい。

その他、未焼成の外部導体をプレスすることにより傾斜させるなど、種々の方法によって傾斜外部導体を備える電子部品用基板を作製することが可能である。

また、傾斜外部導体は、必ずしも隣接する表面実装部品との間隔を狭くするために用いる必要はない。傾斜外部導体の傾斜によりはんだの流れを方向づけることによって、はんだが意図しない方向に流れて表面実装部品が所望の外部導体とは異なる外部導体に実装されるのを防止するために、傾斜外部導体を用いることも可能である。

本発明の実施例１にかかる電子部品用基板およびそれを用いた電子部品を示す概略断面図である。 本発明の実施例１にかかる電子部品用基板に表面実装部品を実装した状態を部分的に拡大して示す概略断面図である。 図１に示した電子部品を上から見た状態を示す上面図である。 本発明の実施例１にかかる他の電子部品用基板およびそれを用いた電子部品を示す概略断面図である。 本発明の実施例１にかかる電子部品用基板の製造方法を示す概略工程図であり、（ａ）は基材層用セラミックグリーンシートに外部導体を形成した状態を示す図、（ｂ）は焼成後の電子部品用基板を示す図である。 本発明の実施例１にかかる電子部品用基板の他の製造方法を示す概略断面図である。 本発明の実施例１にかかる電子部品の製造方法を示す概略断面図である。 本発明の実施例１にかかる電子部品用基板の他の製造方法を示す概略工程図であり、（ａ）は基材層用セラミックグリーンシートと突起電極形成用セラミックグリーンシートとを積層した状態を示す図、（ｂ）は焼成後に突起電極形成用セラミックグリーンシートを除去した状態を示す図、（ｃ）基材層に外部導体を形成した状態を示す図である。 本発明の実施例１にかかる電子部品用基板の他の製造方法を示す概略断面図である。

符号の説明

１ 電子部品
２ 基材層
３，１３ 基材層の主面
４ 層間接続導体
６ 外部導体
７ 外部導体の表面
８ はんだ
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 表面実装部品
１１ 電子部品用基板
１２ａ 突起電極形成用グリーンシート
１４ 凸部
１５ 表面実装部品の端子電極
１６，２６ 傾斜外部導体
１６ａ 傾斜外部導体の低端部
１６ｂ 傾斜外部導体の高端部
２３ 電子部品用基板の端部
２４ 突起電極

Claims (3)

1. 基材層と、前記基材層の少なくとも一方主面に形成された複数の外部導体と、を有する電子部品用基板と、
   前記外部導体の表面に形成されたはんだと、
   前記はんだを介して前記外部導体に電気的に接続された表面実装部品と、を備える電子部品において、
   少なくとも一部の前記外部導体は、表面が前記基材層の主面に対して傾斜している傾斜外部導体であり、
   前記基材層を貫通して形成されている層間接続導体が前記傾斜外部導体の中心位置とは異なる位置で前記傾斜外部導体に電気的に接続されており、かつ、前記層間接続導体が前記基材層の主面に凸部または凹部を形成していることによって、前記傾斜外部導体が傾斜していることを特徴とする電子部品。
2. 前記傾斜外部導体は、隣接する前記外部導体に向かって傾斜していることを特徴とする、請求項１に記載の電子部品。
3. 前記表面実装部品の端子電極の中心位置は、前記傾斜外部導体の中心位置よりも低端部側に近いことを特徴とする、請求項１または２に記載の電子部品。

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