JP5668621B2 - 電子部品の実装構造 - Google Patents

Description

本発明は、配線パターンにて囲まれる電極ランドに電子部品のリード電極をはんだを介して接合してなる電子部品の実装構造に関するものである。

従来より、基板に電子部品をはんだを介して実装することが知られている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、基板は、一面に、配線パターンと、当該配線パターンと電気的に接続され、外縁が配線パターンで囲まれている電極ランドとを備えている。また、電子部品は、基板側に向かって延びる根元部と、根元部から電子部品の外側に向かって折り曲げられた先端部とを有するリード電極を備えている。そして、当該リード電極の先端部が電極ランドにはんだを介して接合されることにより、電子部品が基板に実装されている。

このような電子部品の実装構造は、次のように製造される。すなわち、上記構造の配線パターンおよび電極ランドを有する基板を用意し、電極ランド上にはんだペーストを介してリード電極の先端部を配置する。その後、リフロー工程により、はんだペースト（電極ランド）に熱風を吹き付けてはんだペーストを溶かし、リード電極の先端部を電極ランドにはんだを介して接合することにより、電子部品を基板に実装する。

特開２０００−２２３１０号公報

しかしながら、このような実装構造では、リフロー工程において、電子部品の外側から熱風が吹きつけられる。すなわち、電極ランドおよびはんだペーストのうち、リード電極の先端部における根元部側と反対側の先端側と対応する部分に熱風が吹きつけられる。このため、電極ランドはリード電極の先端側と対応する部分からリード電極の根元部側と対応する部分に向かって温められることになる。このとき、電極ランドは外縁が配線パターンで囲まれているため、電極ランドの熱は配線パターンを介して放熱されることになる。したがって、電極ランドのうちリード電極の根元部側と対応する部分を高温状態に長時間維持することが難しく、リード電極の根元部側の部分でははんだ付け部分のはんだ上がりが不十分になってしまう。すなわち、はんだのバックフィレットが小さくなってしまう。このため、上記のような実装構造では、搬送時等に電子部品が基板から剥離してしまうことがあるという問題がある。特に、アルミ電解コンデンサ等の重心が高いものを含む電子部品の場合には、このような問題が発生しやすい。

この問題を解決するため、はんだのバックフィレットを大きくしてリード電極とはんだとの接合を強固にすることが考えられる。具体的には、例えば、リフロー工程の際の熱風の温度を高くすることによって、バックフィレットを大きくすることが考えられる。しかしながら、現状では、はんだとしてＰｂフリーはんだが用いられており、リフロー工程の際の熱風の温度が一般的に電子部品の耐熱補償温度の限界温度とされている。このため、熱風の温度を高くするためには電子部品の基本設計を変更しなければならず、電子部品のコストが高くなるという問題がある。

さらに、はんだのバックフィレットを大きくする別の方法として、はんだ量を増やすということも考えられるが、はんだ量を増やすとフロントフィレットの形状が変わり、外観検査が行い難くなるという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、電子部品の基本設計を変更せず、また、はんだ量を増やすことなく、電子部品が基板から剥離することを抑制することができる電子部品の実装構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、リード電極（１３）を有する電子部品（１０）と、一面に形成された配線パターン（２１）と、一面に形成されると共に配線パターン（２１）で囲まれており、当該配線パターン（２１）と電気的に接続されると共にリード電極（１３）と電気的に接続される電極ランド（２３）と、を有する基板（２０）と、を備え、リード電極（１３）を電極ランド（２３）にはんだ（３０）を介して接合してなる電子部品の実装構造において、電極ランド（２３）と配線パターン（２１）との間には、スリット（４０）が形成されており、電極ランド（２３）は、平面形状が矩形状とされていると共に長辺がリード電極（１３）の先端部（１３ｂ）が延びる方向と平行とされ、各辺が配線パターン（２１）に囲まれており、スリット（４０）は、電極ランド（２３）の外縁のうち先端部（１３ｂ）の根元部（１３ａ）側と対応する短辺と二つの長辺とに沿って形成されてコの字状とされていることを特徴としている。

このような電子部品の実装構造では、電極ランド（２３）と配線パターン（２１）との間にはスリット（４０）が形成されており、電極ランド（２３）はスリット（４０）が形成されている部分において配線パターン（２１）と接続されていない。このため、リフロー工程において、スリット（４０）が形成されている部分では電極ランド（２３）の熱が配線パターン（２１）に伝達され難くなり、電極ランド（２３）の熱が配線パターン（２１）を介して放熱されることを抑制することができる。すなわち、電極ランド（２３）を高温状態に長時間維持することができ、はんだ（３０）のバックフィレット（３０ａ）を大きくすることができる。したがって、リード電極（１３）とはんだ（３０）との接合を強固にすることができ、搬送時等に電子部品（１０）が基板（２０）から剥離することを抑制することができる。

この場合、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の発明において、リード電極（１３）は、基板（２０）側に延びる根元部（１３ａ）と、根元部（１３ａ）と繋がっており、根元部（１３ａ）から電子部品（１０）の外側に向かって折り曲げられて電極ランド（２３）と対向する面を備えた先端部（１３ｂ）とを有するものとすることができる。そして、スリット（４０）を電極ランド（２３）の外縁のうち少なくとも先端部（１３ｂ）における根元部（１３ａ）側と対応する部分に沿って形成することができる。

これによれば、電極ランド（２３）のうちリード電極（１３）の先端部（１３ｂ）における根元部（１３ａ）側に対応する部分から配線パターン（２１）に熱が伝達されることを抑制することができ、当該部分を高温状態にさらに維持することができる。したがって、はんだ（３０）のバックフィレット（３０ａ）をさらに大きくすることができる。

さらに、請求項３に記載の発明のように、請求項４または５に記載の発明において、スリット（４０）は、電極ランド（２３）の外縁のうち先端部（１３ｂ）における根元部（１３ａ）側と対応する部分に沿って形成されるものに加えて、電極ランド（２３）の外縁のうち先端部（１３ｂ）における根元部（１３ａ）側と反対側の先端側と対応する部分に沿って複数離間して形成されていてもよい。

これによれば、電極ランド（２３）のうちリード電極（１３）の先端部（１３ｂ）における先端側と対応する部分からも配線パターン（２１）に熱が伝達されることを抑制することができる。

そして、請求項４に記載の発明のように、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の発明において、電子部品（１０）はアルミ電解コンデンサを含んで構成されるものとすることができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態における電子部品の実装構造の断面構成を示す図である。 図１に示す基板の平面図である。 図１に示す実装構造および従来の実装構造の落下試験の結果を示す図である。 本発明の第２実施形態における電子部品の実装構造に用いられる基板の平面図である。 本発明の第３実施形態における電子部品の実装構造に用いられる基板の平面図である。 本発明の第４実施形態における電子部品の実装構造に用いられる基板の平面図である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態における電子部品の実装構造は、重心が高い電子部品の実装構造に適用されると好適である。図１は、本実施形態における電子部品の実装構造の断面構成を示す図、図２は図１に示す基板の平面図である。なお、図１に示す基板は、図２中のＡ−Ａ断面に相当している。

図１に示されるように、電子部品１０が基板２０にはんだ３０を介して実装されている。電子部品１０は、本実施形態では、アルミ電解コンデンサ等で構成される円筒状の部品本体部１１と、部品本体部１１を搭載すると共に部品本体部１１と直径が等しくされている台座１２と、部品本体部１１と電気的に接続される一対のリード電極１３とを有している。

各リード電極１３は、部品本体部１１の底面から台座１２を貫通して基板２０側に向かって延びている根元部１３ａと、当該根元部１３ａから電子部品１０の径方向における外側に向かって折り曲げられて後述する基板２０の電極ランドと対向する面を備えた先端部１３ｂとを有している。すなわち、各リード電極１３の先端部１３ｂは、互いに反対方向に延びている。このようなリード電極１３としては、例えば、Ｃｕ等の母材表面にＳｎメッキやはんだメッキが施されたものが用いられる。

基板２０は、本実施形態では熱可塑性樹脂等を原料とする基材を複数枚積層してなる多層プリント基板とされている。そして、図１および図２に示されるように、電子部品１０側の一面にＣｕ等で構成される配線パターン２１が形成されていると共に、図１とは別断面の他面や内部に配線パターンが形成されている。図１および図２中に示されている２つの配線パターン２１は、互いに離間されており、それぞれビア２２を介して他面や内部に形成されている配線パターンとそれぞれ電気的に接続されている。

また、基板２０の一面には、電子部品１０の各リード電極１３の先端部１３ｂに対応した位置に、Ｃｕ等で構成され、周囲が配線パターン２１で囲まれる電極ランド２３が形成されている。本実施形態では、各電極ランド２３は、平面形状が矩形状とされており、長辺が各リード電極１３の先端部１３ｂが延びる方向（図１および図２中の紙面左右方向）と平行とされている。また、各電極ランド２３は、各辺が配線パターン２１にて囲まれている。

そして、上記電子部品１０は、図１に示されるように、リード電極１３の先端部１３ｂがはんだ３０を介して電極ランド２３に接合される事により、基板２０に実装されている。はんだ３０は、リード電極１３の先端部１３ｂにおける根元部１３ａ側の部分にバックフィレット３０ａが形成されており、先端部１３ｂにおける根元部１３ａ側と反対側の先端側（以下では、単に先端側という）にフロントフィレット３０ｂが形成されている。はんだ３０としては、例えば、Ｐｂフリーはんだ等が採用される。

次に、本実施形態の電極ランド２３と配線パターン２１との関係について説明する。図１および図２に示されるように、各電極ランド２３と配線パターン２１との間には、各電極ランド２３の外縁に沿ってスリット４０が形成されている。

具体的には、各電極ランド２３と配線パターン２１との間には、各電極ランド２３の外縁のうちリード電極１３の根元部１３ａ側と対応する部分に沿って一繋ぎとされているコの字状のスリット４０が形成されている。より詳しくは、スリット４０は、電極ランド２３の外縁のうちリード電極１３の根元部１３ａ側に対応する短辺から当該短辺を挟む二つの各長辺に沿って、これら各長辺の途中部まで形成されてコの字状とされている。そして、各電極ランド２３の外縁のうちリード電極１３の先端部１３ｂにおける根元部１３ａ側に対応する部分は、スリット４０によって配線パターン２１と離間されている。

また、電極ランド２３と配線パターン２１との間には、各電極ランド２３の外縁のうちリード電極１３の先端側に対応する部分に沿って複数のスリット４０が形成されている。これら複数のスリット４０は、それぞれ正方形状とされていると共に互いに離間している。そして、各電極ランド２３のうちリード電極１３の先端部１３ｂにおける先端側に対応する部分は、各スリット４０の間にて配線パターン２１と接続されている。

次に、上記実装構造の製造方法について説明する。

まず、上記構成の電極ランド２３、配線パターン２１およびスリット４０を有する基板２０を用意する。その後、電極ランド２３上に印刷法等によってはんだペーストを配置し、電子部品１０のリード電極１３をはんだペースト上に配置する。

続いて、電子部品１０を配置した基板２０をリフロー工程することにより、電子部品１０を基板２０に実装する。具体的には、電子部品１０の外側から熱風を吹き付けて電極ランド２３およびはんだペーストを加熱し、はんだペーストを溶融させてリード電極１３を電極ランド２３に接合することにより、電子部品１０を基板２０に実装する。このとき、電極ランド２３およびはんだペーストには、リード電極１３の先端部１３ｂにおける先端側に対応する部分に熱風が吹き付けられる。このため、電極ランド２３は、リード電極１３の先端部１３ｂにおける先端側に対応する部分からリード電極１３の先端部１３ｂにおける根元部１３ａ側に対応する部分に向かって熱が伝達されて温められることになる。

この場合、上記のように、電極ランド２３と配線パターン２１との間には、スリット４０が形成され、当該スリット４０からは基板２０を構成する基材となる樹脂が露出している。そして、基材となる樹脂は、Ｃｕ等で構成される配線パターン２１より熱伝導率が低い。このため、電極ランド２３と配線パターン２１との間にスリット４０が形成されていない場合と比較して、電極ランド２３の熱が配線パターン２１に伝達され難くなり、電極ランド２３の熱が配線パターン２１を介して放熱されることを抑制することができる。すなわち、電極ランド２３の高温状態を長時間維持することができる。したがって、はんだ３０のバックフィレット３０ａを大きくすることができ、リード電極１３とはんだ３０との接合を強固にすることができる。

以上説明したように、本実施形態では、電極ランド２３と配線パターン２１との間にスリット４０が形成されている。このため、リフロー工程において、スリット４０が形成されている部分では電極ランド２３の熱が配線パターン２１に伝達され難くなり、電極ランド２３の熱が配線パターン２１を介して放熱されることを抑制することができる。すなわち、電極ランド２３の高温状態を長時間維持することができ、はんだ３０のバックフィレット３０ａを大きくすることができる。したがって、リード電極１３とはんだ３０との接合を強固にすることができ、搬送時等に電子部品１０が基板２０から剥離することを抑制することができる。

また、本実施形態では、電極ランド２３の外縁のうち、リード電極１３の先端部１３ｂにおける根元部１３ａ側に対応する部分では、上記のようにコの字状のスリット４０が形成されており、当該スリット４０によって電極ランド２３と配線パターン２１とが完全に離間されている。このため、電極ランド２３のうちリード電極１３の先端部１３ｂにおける根元部１３ａ側に対応する部分が配線パターン２１と接続されている場合と比較して、当該部分から配線パターン２１に熱が伝達されることを抑制することができ、この部分を高温状態にさらに維持することができる。したがって、はんだ３０のバックフィレット３０ａをさらに大きくすることができる。

以下に、本実施形態の具体的な効果について説明する。本発明者らは、本実施形態における電子部品１０の剥離を調べるために落下試験を行った。図３は、本実施形態における実装構造および従来の実装構造の落下試験の結果を示す図であり、電子部品１０が基板２０から剥離するまでの落下の回数を調べたものである。なお、図３は、電子部品１０として、部品本体部１１がアルミ電解コンデンサであって直径が６．３ｍｍ、台座１２を含む高さが１１．１５ｍｍのものを用い、１ｍの高さからコンクリートに向かって自然落下させたときの結果を示す図である。また、落下試験は、電極ランド２３の短辺と平行な方向から落下させて行った。そして、図３では、電子部品１０が剥離しなかった場合を○、電子部品１０が剥離した場合を×として示してある。さらに、本実施形態における実装構造と従来の実装構造とは、はんだ量が等しくされていると共にリフロー工程の際の熱風の設定温度も等しくされている。また、従来の実装構造とは、基板として、図２中のスリット４０が形成されていないものを用いたものである。

図３に示されるように、従来の実装構造では、３回目の落下試験のときに電子部品１０の剥離が発生している。これに対し、本実施形態の実装構造では、６回目の落下試験のときに電子部品１０の剥離が発生している。このように、電極ランド２３と配線パターン２１との間にスリット４０を形成することによって、電子部品１０が剥離することを抑制することができることが確認される。

さらに、本実施形態では、スリット４０によって電極ランド２３の熱を配線パターン２１に伝達され難くすることによってはんだ３０のバックフィレット３０ａを大きくしている。すなわち、従来のリフロー工程における熱風の温度と同じ温度でリフロー工程を行うことができ、電子部品１０を再度設計し直す必要がないため、コストが大幅に増大することもない。

そして、はんだ３０量も従来と変更していないため、フロントフィレット３０ｂの形状が変化することもなく、リフロー工程後の外観検査が困難になることもない。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、基板２０の一面に形成される配線パターン２１の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。図４は、本実施形態における基板２０の平面図である。

図４に示されるように、本実施形態では、電極ランド２３は、三辺が配線パターン２１に囲まれており、一辺が配線パターン２１から露出している。具体的には、電極ランド２３は、二つの長辺およびリード電極１３の先端部１３ｂにおける先端側に対応する短辺のみが配線パターン２１にて囲まれており、リード電極１３の先端部１３ｂにおける根元部１３ａ側に対応する短辺が配線パターン２１から露出している。つまり、本明細書において、電極ランド２３が配線パターン２１に囲まれているとは、図４のように、電極ランド２３のうちの一部が配線パターン２１から露出するものを含むものである。

また、電極ランド２３と配線パターン２１との間には、各電極ランド２３の外縁に沿ってそれぞれ正方形状とされていると共に互いに離間しているスリット４０が複数形成されている。

このような基板２０に電子部品１０を実装しても、電極ランド２３と配線パターン２１との間にはスリット４０が形成されているため、電極ランド２３の熱を配線パターン２１に伝達され難くすることができ、電子部品１０が基板２０から剥離することを抑制することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第２実施形態に対して、スリット４０の構成を変更したものであり、その他に関しては第２実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。図５は、本実施形態における基板２０の平面図である。

図５に示されるように、本実施形態では、電極ランド２３の各長辺に沿った外縁のうちリード電極１３の先端部１３ｂにおける根元部１３ａ側に対応する部分に沿って形成されるスリット４０は、一繋ぎとされて矩形状とされている。

このような基板２０に電子部品１０を実装した場合には、電極ランド２３のうちリード電極１３の根元部１３ａ側に対応する部分がスリット４０により配線パターン２１と完全に離間される。このため、上記第２実施形態と比較して、リフロー工程において、電極ランド２３のうちリード電極１３の根元部１３ａ側に位置する部分を高温状態に長時間維持することができ、はんだ３０のバックフィレット３０ａを大きくすることができる。すなわち、電極ランド２３とリード電極１３との接合をより強固にすることができ、さらに電子部品１０が剥離することを抑制することができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、第３実施形態に対して、スリット４０の構成を変更したものであり、その他に関しては第３実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。図６は、本実施形態における基板２０の平面図である。

図６に示されるように、本実施形態では、電極ランド２３の外縁のうちリード電極１３の先端部１３ｂにおける先端側に対応する部分にはスリット４０が形成されていない。具体的には、電極ランド２３の外縁のうちリード電極１３の先端側に対応する短辺および各長辺のうち当該短辺側の部分にはスリット４０が形成されていない。すなわち、上記第３実施形態における複数の正方形状のスリット４０が形成されていない。

このような基板２０に電子部品１０を実装しても、電極ランド２３と配線パターン２１との間には、スリット４０が形成されているため、電極ランド２３の熱が配線パターン２１に伝達されることを抑制することができ、電子部品１０が基板２０から剥離することを抑制することができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、一対のリード電極１３を有する電子部品１０を説明したが、例えば、リード電極１３を３本以上備える電子部品１０であってもよい。

また、上記各実施形態では、電極ランド２３が矩形状とされているものを説明したが、電極ランド２３は、例えば、円形状とされていてもよい。

さらに、上記第１実施形態では、上記第２実施形態のように、各電極ランド２３の外縁に沿って正方形状のスリット４０が複数離間して形成されるようにしてもよい。

１０ 電子部品
１３ リード電極
２０ 基板
２１ 配線パターン
２３ 電極ランド
３０ はんだ
４０ スリット

Claims (4)

1. リード電極（１３）を有する電子部品（１０）と、
   一面に形成された配線パターン（２１）と、前記一面に形成されると共に前記配線パターン（２１）で囲まれており、当該配線パターン（２１）と電気的に接続されると共に前記リード電極（１３）と電気的に接続される電極ランド（２３）と、を有する基板（２０）と、を備え、
   前記リード電極（１３）を前記電極ランド（２３）にはんだ（３０）を介して実装してなる電子部品の実装構造において、
   前記電極ランド（２３）と前記配線パターン（２１）との間には、スリット（４０）が形成されており、
   前記電極ランド（２３）は、平面形状が矩形状とされていると共に長辺が前記リード電極（１３）の先端部（１３ｂ）が延びる方向と平行とされ、各辺が前記配線パターン（２１）に囲まれており、
   前記スリット（４０）は、前記電極ランド（２３）の外縁のうち前記先端部（１３ｂ）の根元部（１３ａ）側と対応する短辺と二つの前記長辺とに沿って形成されてコの字状とされていることを特徴とする電子部品の実装構造。
2. 前記リード電極（１３）は、前記基板（２０）側に延びる根元部（１３ａ）と、前記根元部（１３ａ）と繋がっており、前記根元部（１３ａ）から前記電子部品（１０）の外側に向かって折り曲げられて前記電極ランド（２３）と対向する面を備えた先端部（１３ｂ）とを有し、
   前記スリット（４０）は、前記電極ランド（２３）の外縁のうち少なくとも前記先端部（１３ｂ）における前記根元部（１３ａ）側と対応する部分に沿って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装構造。
3. 前記スリット（４０）は、前記電極ランド（２３）の外縁のうち前記先端部（１３ｂ）における前記根元部（１３ａ）側と対応する部分に沿って形成されるものに加えて、前記電極ランド（２３）の外縁のうち前記先端部（１３ｂ）における前記根元部（１３ａ）側と反対側の先端側と対応する部分に沿って複数離間して形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品の実装構造。
4. 前記電子部品（１０）は、アルミ電解コンデンサを含んで構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電子部品の実装構造。

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