JP5465281B2 - チップ部品の実装構造 - Google Patents

Description

本発明はチップ部品の実装構造に関し、特に厚さが薄いいわゆる低背品の接合強度の低下を抑制可能な、チップ部品の実装構造に関するものである。

近年、チップ部品に対する小型化及び実装の高密度化が要請されるようになり、これらチップ部品の小型化及び実装の高密度化に伴う、様々な課題が顕在化されるに至っている。
例えば、特許文献１参照。この特許文献１では、印刷配線板に設けたランドに接続するチップ部品を、印刷配線板に実装後に剥離し難く接続信頼性を向上することを目的として、端子間の間隔をランド間の間隔よりも狭く設定している。
これにより、各ランドから互いに対向するランドの方向に延長した面に対して、はんだが鋭角に傾斜してチップ部品の端子に付着するため、チップ部品が剥離することに対する抵抗力が大きくなるとしている。

しかしながら、チップ部品の小型化及び実装の高密度化に伴う改善すべき課題は、上述の課題に限らない。例えば、高密度実装化は、ソルダーペーストの粒子径の微細化であったり、部品間の間隔の狭小化により、ブリッジ、部品ずれ、オープン、欠品、はんだボール、部品立ち、ＩＣ破損などの様々な課題がともなう。

例えば、特許文献２参照。この特許文献２では、はんだ接合部の強度を十分に確保した上で、はんだ溶融不良の発生のないようにするために、はんだ付け用ランドの接合面周辺部分のソルダレジストを、チップ部品を接続する基板上の左右ランド間に、チップ部品の短辺方向にチップ部品短辺よりも幅が狭いパターンとし、開口部の幅が左右ランド間と反対方向に向かって広くなるように形成している。

さらに、特許文献３参照。この特許文献３では、はんだボールの発生を抑制し、チップ部品の位置ずれ、チップ立ちのないようにするために、ブレント基板上の一対のランドを、電極載置部と、外側張出部と、内側張出部とで構成し、外側張出部の張出量を電極載置部の幅の１／４倍に設定すると共に、内側張出部の張出量を幅の１／５倍に設定するとしている。

特開平９−１３９３２４号公報 特開２０１０−２１２３１８号公報 特開２００５−２７６８８８号公報

以上のように、チップ部品の小型化、高密度実装化にあたり、改善すべき課題に対して様々な施策がなされているが、実装後に発生する課題に対する解決手段としては、特許文献１で示された手段では、不十分であるといわざるを得ない。すなわち、チップ部品の小型化は、長さ、幅寸法は勿論、厚さ寸法など、全ての寸法の面で微小化しているため、実装後にクラックの発生などの不具合についても原因究明と対策の総合的に検討する必要があると考えられるからである。

そこで、チップ部品の、長さ、幅寸法は勿論、厚さ寸法など、全ての寸法を基に、実装構造の最適化を探るべく総合的に検討してみる。
例えば図１３にチップ部品の実装構造を示す。この実装構造では、チップ部品１の素体１ａの両端部に設けられた一対の外部端子電極Ｅ_１、Ｅ_２を、取付基板における互いに対向する一対のランドＬ_１、Ｌ_２にそれぞれはんだを介しチップ部品１を接合している。
このような実装構造において、実装後にクラックの発生などの不具合について検討してみると、特に厚さの薄いチップ部品は、抗折強度が低く（特に外部端子電極端部）、応力が集中すると破壊に至る。その破壊は外部端子電極とチップ部品の素体との境界で発生することが多い。

例えば図１４（ａ）〜（ｃ）参照。ここでは、一方のランドＬ_１における実装構造を示している。この場合、外部端子電極Ｅ１とチップ部品１の素体１ａとの境界線が、ランドＬ_１から突出する円弧状を示している。図１４（ａ）では、外部端子電極Ｅ_１とチップ部品１の素体１ａとの境界がランドＬ_１内外にある場合を合わせて示している。
図１４（ｂ）は境界がランドＬ_１外にある場合を示し、図１４（ｃ）は境界がランドＬ_１内にある場合を示している。ここで、外部端子電極Ｅ_１とチップ部品１の素体１ａとの境界のうち、チップ部品１の素体１ａの稜線と外部端子電極Ｅ_１との交点には応力が集中するため、この交点がクラックの開始点αとなる。このクラックの開始点αから取付基板上に向かう垂線と取付基板との交点を起点Ｐとして、かかる起点Ｐからランド縁部Ｌｅまで直交距離をＸとする。
一方、図１５（ａ）〜（ｃ）では、外部端子電極Ｅ_１とチップ部品１の素体１ａとの境界線が、図１４（ａ）とは逆に、ランドＬ_１側に突出する円弧状を示している。図１５（ｂ）は境界がランドＬ_１外にある場合を示し、図１５（ｃ）は境界がランドＬ_１内にある場合を示している。
これら図から諒解されるように、ランド縁部Ｌｅから起点Ｐまでの距離Ｘが短いものは強度が低下することがわかっている。

以上のことからいえることは、外部からの応力に対して、耐クラック性を発揮できる強度上の観点から、外部端子電極Ｅ_１、Ｅ_２とランド縁部Ｌｅとの寸法位置関係が要因となり得ると考えられる。
すなわち、
（１）外部端子電極とランド縁部との距離が小さいほど不利である。
（２）外部端子電極とランド縁部との距離が大きいほど有利である（外部端子電極がランドから突出しているか否かによらない）。クラックは、チップ部品１の素体と外部端子電極Ｅ_１、Ｅ_２との境目に発生するからである。
本発明は以上のような観点から提案されたものであって、チップ部品の小型化、高密度実装化において、外部端子電極と基板配線のランドとの接合位置関係を規定することで、低背のチップ部品における、実装時のクラック発生などの課題を解決し、接合部信頼性の向上を図った、チップ部品の実装構造を提供することを目的としている。

このような課題を解決するために、本発明の第１の特徴は、チップ部品の両端部に設けられた一対の外部端子電極を、互いに対向する一対の取付基板におけるランドにそれぞれはんだを介しチップ部品を接合してなる、チップ部品の実装構造であって、チップ部品は、厚さ寸法がチップ部品の素体の長さ寸法および幅寸法に比較して小さい寸法を有するものであり、チップ部品の平面部と側面部との稜線部における外部端子電極の形成縁部から垂線を下してランド面または仮想ランド面との交点を起点とし、起点から、導体配線引き出し側と反対側のランド縁部に向かって、下した垂線の前記ランド縁部との交点を終点とし、起点から終点までの距離をｄ、外部端子電極の形成縁部と前記起点との距離をｔとしたとき、ｄ≧ｔ／ｔａｎ３５°、好ましくはｄ≧ｔ／ｔａｎ２５°となるように設定した、ことを要旨とする。
なお、前記ランド面とは、外部端子電極の形成縁部から垂線を下した箇所にランドが存在する場合に該ランドの表面と定義する。また、前記仮想ランド面とは、外部端子電極の形成縁部から垂線を下した箇所にランドが存在しない場合に取付基板の表面から前記ランドの厚さだけ上方に隔たった仮想平面と定義する。

また本発明の第２の特徴は、外部端子電極の形成縁部が、取付基板のランド縁部よりランド内に位置している、ことを要旨とする。

また本発明の第３の特徴は、外部端子電極の形成縁部が、取付基板のランド縁部よりランド外に位置している、ことを要旨とする。

また本発明の第４の特徴は、外部端子電極の形成縁部は、直線形状である、ことを要旨とする。

また本発明の第５の特徴は、外部端子電極の形成縁部は、中間部位が互いに対向する一対の取付基板におけるランド縁部に向かって突出する曲線形状を有している、ことを要旨とする。

さらに本発明の第６の特徴は、外部端子電極の形成縁部は、中間部位がそれぞれの取付基板におけるランド縁部から後退する曲線形状を有している、ことを特徴とする。

本発明によれば、外部端子電極と基板配線のランドとの接合位置関係を規定することで、低背のチップ部品における、実装時のクラック発生などの課題を解決し、接合部信頼性の向上を図った、チップ部品の実装構造を提供することができる。

本発明のチップ部品の実装構造に係る実施形態を示した模式的な平面図である。 図１に示す実装構造を示した、模式的な分解斜視説明図である。 図１に示す実装構造において、外部端子電極の形成縁部が基板配線のランド内にある一例を示した、模式的な平面図である。 図１に示す実装構造において、外部端子電極の形成縁部が基板配線のランド外から突出した一例を示した、模式的な平面図である。 図３に示す外部端子電極の形成縁部が基板配線のランド内にある実装構造において、寸法規定を説明するための部分的な模式説明図である。 図４に示す外部端子電極の形成縁部が基板配線のランド外にある実装構造において、寸法規定を説明するための部分的な模式説明図である。 本発明のチップ部品の実装構造に係るもう一つの実施形態を示したチップ部品の模式的な斜視説明図である。 図７に示す実装構造において、外部端子電極の形成縁部が基板配線のランド内にある一例を示した、模式的な平面図である。 図８に示す実装構造において、外部端子電極の形成縁部が基板配線のランド外にある一例を示した、模式的な平面図である。 本発明のチップ部品の実装構造に係る、さらにもう一つの実施形態を示したチップ部品の模式的な斜視説明図である。 図１０に示す実装構造において、外部端子電極の形成縁部が基板配線のランド内にある一例を示した、模式的な平面図である。 図１０に示す実装構造において、外部端子電極の形成縁部が基板配線のランド外にある一例を示した、模式的な平面図である。 チップ部品の実装構造について、最適化のための検討に供する模式的な平面図である。 （ａ）図１３に示す実装構造において、クラック発生の起点を説明するための模式的な説明図である。（ｂ）外部端子電極とチップ部品の素体との境界が基板配線のランド外にある場合の側面図である。（ｃ）外部端子電極とチップ部品の素体との境界が基板配線のランド内にある場合の側面図である。 （ａ）図１３に示す実装構造において、クラック発生の起点を説明するための模式的な説明図である。（ｂ）外部端子電極とチップ部品の素体との境界が基板配線のランド外にある場合の側面図である。（ｃ）外部端子電極とチップ部品の素体との境界が基板配線のランド内にある場合の側面図である。 チップ部品１０の実装構造を側面から観た図である。

以下、本発明に係るチップ部品の実装構造につき、実施形態を挙げて、添付図に基づいて説明する。

図１に、実施形態に係るチップ部品の実装構造を説明するための模式図を示す。
ここでは、例えばチップ部品１０として、厚さ寸法がチップ部品の素体の長さ寸法および幅寸法に比較して小さい寸法の１００５サイズ（Ｌ＝１．００±０．０５，Ｗ＝０．５０±０．０５，ｔ＝０．３５±０．０５）を挙げて示している。すなわち、チップ部品１０は、上記寸法の断面矩形状の素体１０ａに対し、両端に外部端子電極１０Ｅ_１、１０Ｅ_２を設けた構成としている。
以上のようなチップ部品１０は、図２に示すように素体１０ａ両端部の外部端子電極１０Ｅ_１、Ｅ_２を介し、取付基板１の表面に形成された互いに対向する一対のランド２０Ｌ_１、２０Ｌ_２にそれぞれはんだにより接合されている。
そしてこのような構造においては、外部端子電極１０Ｅ_１、１０Ｅ_２とチップ部品１０の素体１０ａとの境界である、素体１０ａの稜線と外部端子電極１０Ｅ_１、１０Ｅ_２との交点を応力のかかるポイントとしてクラック開始点αとして示すことができる。
なお、図１６（ａ）は、上述したチップ部品１０の実装構造を側面から観た図である。図１６（ａ）から明らかとなるように、チップ部品１０の外部端子電極１０Ｅ_１、１０Ｅ_２は、それぞれ、取付基板１の表面に形成されたランド２０Ｌ_１、２０Ｌ_２にはんだ３０を介して取り付けられている。ここで、チップ部品１０は、はんだ３０によって、取付基板１との間に隙間Ｔを有して配置されるようになっている。また、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）に示したＥｆ、ｔ、Ｐ、ｄ、２０Ｌｅの関係を拡大して描いた図である。

また、図１に示す実装構造においては、外部端子電極１０Ｅ_１、１０Ｅ_２は、素体１０ａの長手軸方向の寸法を以下のように任意に設定することができる。
すなわち、チップ部品１０の素体１０ａと外部端子電極１０Ｅ_１、１０Ｅ_２との境界である形成縁部Ｅｆ、Ｅｆが、図中実線で示されるように、また、図３に示すように、一対のランド２０Ｌ_１、２０Ｌ_２内に収まるように、寸法設定がなされている。
また、外部端子電極１０Ｅ_１、１０Ｅ_２は、外部端子電極１０Ｅ_１、１０Ｅ_２の形成縁部Ｅｆ、Ｅｆが、図中、一点鎖線で示されるように、ランド２０Ｌ_１、２０Ｌ_２における互いに対向するランド縁部２０Ｌｅと重なるように寸法設定することも可能である。
さらに、外部端子電極１０Ｅ１、１０Ｅ２は、外部端子電極１０Ｅ１、１０Ｅ２の形成縁部Ｅｆ、Ｅｆが、図中、二点鎖線で示されるように、また、図４に示すように、互いにランド２０Ｌ_１、２０Ｌ_２における互いに対向するランド縁部２０Ｌｅから内側に近接するように寸法設定することもできる。
なお、以上に示した外部端子電極１０Ｅ_１、１０Ｅ_２の形成縁部Ｅｆ、Ｅｆは直線状に形成された例を示している。

次に、本発明では、実装後における外部からの応力に対して耐クラック性を発揮するために、前述した観点、すなわち、
（１）外部端子電極とランド縁部との距離が小さいほど不利である。
（２）外部端子電極とランド縁部との距離が大きいほど有利である（外部端子電極がランドから突出しているか否かによらない）
を基に、外部端子電極Ｅとランド縁部Ｌｅとの寸法位置関係を説明する。
図１、図２において、チップ部品１０における素体１０ａの平面部と側面部との稜線部における外部端子電極１０Ｅ_１、１０Ｅ_２の形成縁部Ｅｆ、Ｅｆ、すなわちクラックの開始点αから取付基板１に向けての垂線とランド２０Ｌ_１、２０Ｌ_２の表面との交点を起点Ｐとして、それぞれランド２０Ｌ_１、２０Ｌ_２における互いに対向するランド縁部２０Ｌｅに向けての垂線とランド縁部２０Ｌｅとの交点を終点として、起点Ｐからランド縁部２０Ｌｅに向けての垂線までの、すなわち、チップ部品１０の素体１０ａの長手軸方向に平行な軸方向の寸法をｄ、外部端子電極１０Ｅ_１、１０Ｅ_２の形成縁部Ｅｆ、Ｅｆと前記起点Ｐとの距離をｔ（図１６参照）としたとき、ｄ≧ｔ／ｔａｎ３５°となるように設定した。
ここで、ｔは、チップ部品１０の外部端子１０Ｅ_１、１０Ｅ_２が、それぞれ、はんだ３０によって、ランド２０Ｌ_１、２０Ｌ_２から隔たった距離を示し、通常、２５μｍ（０．０２５ｍｍ）〜３５μｍ（０．０３５ｍｍ）の値をとる。そして、外部端子電極１０Ｅ_１、１０Ｅ_２とランド縁部Ｌｅとの距離を大きくする場合において、該ｔの値も考慮することによって、すなわち、ｔが大きくなれば、それに従って、外部端子電極１０Ｅ_１、１０Ｅ_２とランド縁部Ｌｅとの距離を大きくすることによって耐クラックを確保するようにしている。
この場合において、｜ｄ｜≧０．１０ｍｍ以上、望ましくは０．１５ｍｍ以上としている。ただし、このチップ部品１０として、１００５サイズ（Ｌ＝１．００±０．０５，Ｗ＝０．５０±０．０５，ｔ＝０．３５±０．０５）のチップ部品を前提としている。すなわち、１００５サイズの寸法のうち、ｄは、厚さ寸法（ｔ＝０．３５±０．０５）に比較して小さい。
ここで、｜ｄ｜≧０．１０ｍｍ以上としたのは、外部端子電極１０Ｅ_１、１０Ｅ_２の形成縁部Ｅｆ、Ｅｆが、ランド２０Ｌ_１、２０Ｌ_２内にあるか（図５参照）、ランド２０Ｌ_１、２０Ｌ_２外に突出しているか（図６参照）にかかわらず、実装後における外部からの応力に対して耐クラック性を発揮する条件を満たすことができるからである。
なお、図６の場合において、前記起点Ｐは、ランド２０Ｌ_１、２０Ｌ_２が形成されていない取付基板１の表面から該ランド２０Ｌ_１、２０Ｌ_２の厚さだけ上方に隔たった平面（この明細書において仮想ランド面と定義する。図１６（ａ）において符号Ｓで示す）上にあるものとして上式ｄ≧ｔ／ｔａｎ３５°が適用される。

このように、本実施形態では、チップ部品の平面部と側面部との稜線部における前記外部端子電極１０Ｅ_１、１０Ｅ_２の形成縁部Ｅｆ、Ｅｆから垂線を下して前記ランド２０Ｌ_１、２０Ｌ_２が形成されている場合のランド面または前記ランド２０Ｌ_１、２０Ｌ_２が形成されていない場合の仮想ランド面との交点を起点Ｐとし、該起点Ｐから、導体配線引き出し側と反対側のランド縁部２０Ｌｅに向かって、下した垂線の前記ランド縁部２０Ｌｅとの交点を終点とし、前記起点Ｐから前記終点までの距離をｄ、外部端子電極１０Ｅ_１、１０Ｅ_２の形成縁部Ｅｆ、Ｅｆと前記起点Ｐとの距離をｔとしたとき、ｄ≧ｔ／ｔａｎ３５°となるように設定したことで、実装後における外部からの応力に対して耐クラック性を発揮することができ、所望の実装後の強度を得ることができる。

以上、本発明に係るチップ部品の実装構造について、チップ部品１０の素体１０ａに対する外部端子電極１０Ｅ_１、１０Ｅ_２の形成縁部Ｅｆ、Ｅｆが直線状に形成された例を挙げて説明した。
形成縁部Ｅｆ、Ｅｆは、直線に限られないのは勿論である。
例えば、図７参照。この場合、形成縁部Ｅｆ、Ｅｆは、中間部位が互いに対向する一対の取付基板１におけるランド縁部２０Ｌｅに向かって突出する曲線形状を有している。この場合のクラックの開始点αは、チップ部品１０の素体１０ａの稜線と形成縁部Ｅｆ、Ｅｆとの交点であることに留意する。すなわち、かかる交点に応力が集中し、クラックの開始部位となり得るからである。
すなわち、外部端子電極１０Ｅ_１、１０Ｅ_２がランド２０Ｌ_１、２０Ｌ_２内にあるか（図８参照）、ランド２０Ｌ_１、２０Ｌ_２外に突出しているか（図９参照）にかかわらず、クラックの開始点αは、チップ部品１０の素体１０ａの稜線と形成縁部Ｅｆ、Ｅｆとの交点にある。
そしてクラックの開始点αから取付基板１に向けての垂線と取付基板１との交点が起点Ｐとして、かかる起点Ｐからランド縁部２０Ｌｅに向けての垂線の距離がｄということになる。

さらに形成縁部Ｅｆ、Ｅｆは、図１０に示すように、中間部位がそれぞれの取付基板１におけるランド縁部２０Ｌｅから後退する曲線形状とすることもできる。この場合においても、クラックの開始点αは、チップ部品１０の素体１０ａの稜線と形成縁部Ｅｆ、Ｅｆとの交点である。
すなわち、同様に、外部端子電極１０Ｅ１、１０Ｅ２がランド２０Ｌ１、２０Ｌ２内にあるか（図１１参照）、ランド２０Ｌ１、２０Ｌ２外に突出しているか（図１２参照）にかかわらず、クラックの開始点αは、チップ部品１０の素体１０ａの稜線と形成縁部Ｅｆ、Ｅｆとの交点にある。
そしてクラックの開始点αから取付基板１に向けての垂線と取付基板１との交点が起点Ｐとして、かかる起点Ｐからランド縁部２０Ｌｅに向けての垂線の距離がｄということになる。

以上、本発明にかかるチップ部品の実装構造について、種々の実施形態を挙げ、説明した。
いずれにしても、本発明では、チップ部品の平面部と側面部との稜線部における前記外部端子電極の形成縁部から垂線を下してランド面または仮想ランド面との交点を起点とし、該起点から、導体配線引き出し側と反対側のランド縁部に向かって、下した垂線の前記ランド縁部との交点を終点とし、前記起点から前記終点までの距離をｄ、外部端子電極の形成縁部と前記起点との距離をｔとしたとき、ｄ≧ｔ／ｔａｎ３５°となるように設定したことで、実装後における外部からの応力に対して耐クラック性を発揮することができ、所望の実装後の強度を得ることができ、従来の実装構造では得られない、使用されるチップ部品の寸法に対応して最適化した実装構造を実現することができるという、格別の効果を奏することができる。

１ 取付基板
１０ チップ部品
１０ａ 素体
１０Ｅ_１、１０Ｅ_２ 外部端子電極
２０Ｌ_１、２０Ｌ_２ ランド
２０Ｌｅ ランド縁部
３０ はんだ
Ｅｆ 形成縁部
α 開始点
Ｐ 起点

Claims (6)

1. チップ部品の両端部に設けられた一対の外部端子電極を、互いに対向する一対の取付基板におけるランドにそれぞれはんだを介し前記チップ部品を接合してなる、チップ部品の実装構造であって、
   前記チップ部品は、厚さ寸法が前記チップ部品の素体の長さ寸法および幅寸法に比較して小さい寸法を有するものであり、
   前記チップ部品の平面部と側面部との稜線部における前記外部端子電極の形成縁部から垂線を下してランド面または仮想ランド面との交点を起点とし、
   該起点から、導体配線引き出し側と反対側のランド縁部に向かって、下した垂線の前記ランド縁部との交点を終点とし、
   前記起点から前記終点までの距離をｄ、外部端子電極の形成縁部と前記起点との距離をｔとしたとき、ｄ≧ｔ／ｔａｎ３５°となるように設定した、
   ことを特徴とするチップ部品の実装構造。
2. 前記外部端子電極の前記形成縁部が、前記取付基板の前記ランド縁部より前記ランド内に位置している、請求項１に記載のチップ部品の実装構造。
3. 前記外部端子電極の前記形成縁部が、前記取付基板の前記ランド縁部より前記ランド外に位置している、請求項１に記載のチップ部品の実装構造。
4. 前記外部端子電極の前記形成縁部は、直線形状である、請求項１から３のうち、いずれか１項に記載のチップ部品の実装構造。
5. 前記外部端子電極の前記形成縁部は、中間部位が互いに対向する一対の前記取付基板における前記ランド縁部に向かって突出する曲線形状を有している、請求項１から３のうち、いずれか１項に記載のチップ部品の実装構造。
6. 前記外部端子電極の前記形成縁部は、中間部位がそれぞれの前記取付基板における前記ランド縁部から後退する曲線形状を有している、請求項１から３のうち、いずれか１項に記載のチップ部品の実装構造。
   
   
   
   
   

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