JP6576892B2

JP6576892B2 - 回路装置

Info

Publication number: JP6576892B2
Application number: JP2016172004A
Authority: JP
Inventors: 吉田　勇; 勇吉田; 俊和執行; 勝鴨志田
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2016-09-02
Filing date: 2016-09-02
Publication date: 2019-09-18
Anticipated expiration: 2036-09-02
Also published as: JP2018037614A

Description

本発明は、回路装置に関する。

基板上にチップ抵抗器などの電子部品を設置する場合には、電子部品の電極と基板のランドとの接続に、はんだが用いられる。電子部品の電極とランドとのはんだによる接続箇所には、各部材の線膨張係数の差に起因して熱疲労による応力やひずみが発生する。そのため、各部材の最も弱い箇所から破壊が発生して進行する。一般的には、はんだ内で破壊することが多い。このはんだ内での破壊を抑制し、接続の信頼性を向上する為に、電極とランドの間の距離を伸ばして、はんだの厚さを厚くする方法がある。はんだは、厚さが厚くなることにより許容変形量が増加し、熱疲労により発生する応力やひずみを低減し、接続の信頼性が向上する。

チップ抵抗器などの電子部品は、はんだの厚さを確保するのが難しい。電子部品は、部品の側面と上下面に電極が形成されている。電子部品の電極とランドとをはんだで接続すると、はんだの表面張力や電子部品の重量、ランドの形状から、はんだは電子部品の側面側の接続に多く移動するため電子部品の底面側のはんだの厚さは薄くなる傾向にある。はんだが薄くなると許容できる変形量が小さいため、各部材の線膨張係数の差に起因して熱疲労による応力やひずみではんだ内の破壊が進行しやすい。また、はんだ内の小さいボイドも破壊の進行を助けることになる。

特許文献１には、はんだの接続部の信頼性を向上する技術が開示されている。この技術は、１つのランドに厚さの異なる厚肉部と薄肉部を形成し、厚肉部は少なくとも電極の直下に形成することにより、はんだの厚さを確保するものである。そして、ランドの厚肉部となる箇所にレジストマスクを形成し、エッチング処理を施すことにより薄肉部を形成し、レジストマスクを除去することにより厚肉部を形成するという工程を行う。

特開２０１４−２２０３３６号公報

上述した特許文献１に記載の技術では、基板の製造工程が多くなり、基板の製造コストがアップするという問題があった。

本発明の回路装置は、略長方形の本体の両端に電極が形成された電子部品と、前記電子部品の各電極に対して、少なくとも一部分が前記電子部品の搭載領域の内側に配置され、且つ、前記電子部品の短辺よりも短い第１のランドと、前記電子部品の前記搭載領域の外側に配置され、前記第１のランドよりも面積が大きい第２のランドとが形成された基板と、前記電極と前記第１のランドおよび前記第２のランドとを接続するはんだと、を備えた。

本発明によれば、基板の製造工程を多くすることなく、基板のランドと電子部品の電極との接続信頼性を向上できる。

第１の実施形態における電子部品を設置した基板の斜視図である。第１の実施形態における電子部品を設置した基板の断面位置を示す図である。第１の実施形態における電子部品を設置した基板の断面図である。第１の実施形態における基板の上面図である。第１の実施形態における電子部品を設置した基板の拡大断面図である。第２の実施形態における基板の上面図である。第２の実施形態における基板の断面図である。第３の実施形態における基板の上面図である。第３の実施形態における基板の断面図である。第４の実施形態における基板の上面図である。第４の実施形態における基板の断面図である。

（第１の実施形態）
本発明による回路装置の第１の実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
図1は、電子部品を設置した基板の斜視図である。基板１にはランド２が形成されている。電子部品３は略長方形の本体の両端に電極４が形成されている。そして、はんだ５によってランド２と電極４は電気的に接続され、電子部品３は基板１に設置される。基板１は、プリント基板、セラミック基板、フレキシブル基板などである。

基板１に電子部品３を一つ設置した例で説明するが、基板１には多種多様な電子部品が多数設置されている。また、基板１には、各電子部品３の電極が接続されるランドが多数形成され、その各ランドを電気的に接続する配線が施されている。さらに、基板１の表面には配線を保護するレジストがあってもよい。また、基板１は片面実装基板の例で説明するが、両面実装基板もしくは多層基板であってもよい。

ランド２の材質は、ＣｕやＡｇなどが用いられる。また、ランド２の形状で接続信頼性を向上する方法として、ＳＭＤ（Solder Mask Defined）構造をＮＳＭＤ（Non Solder Mask Defined）構造にすることが知られている。ＳＭＤ構造は、ランド２の周辺上部までレジストを設ける。一方、ＮＳＭＤ構造は、ランド２の全域にレジストが存在しない構造である。ＮＳＭＤ構造は、はんだ５がランド２の側面まで濡れることが特徴であり、はんだ５がランド２の側面まで濡れるため接続面積が増加し、熱応力を低減することにより接続信頼性が向上する。

電極４は、メッキで作ることが多く、下地にＮｉ、Ｃｕ、もしくはＮｉとＣｕの２層からなる構造が多く、表面にＳｎ、Ｃｕ、Ａｕなどで形成されている。
基板１やランド２や電極４等の各部材の材質や構造は、用途、放熱性、電気特性、コスト、長期信頼性などの観点から決定する。

図２は、電子部品３を設置した基板１の断面位置を示す図である。断面Ａは、電子部品３の短辺の中央部であって電子部品３の長辺方向に沿った切断を示す。

図３は、電子部品３を設置した基板１の断面図であり、図２に示す断面Ａである。
電子部品３の両端には電極４が形成されており、基板１には電子部品３の電極４に対してランド２が形成されている。電極４とランド２の間には両者を電気的に接続し、電子部品３を基板１に固定するためのはんだ５が施されている。

図４は、基板１を上から見た上面図である。この図では、基板１上から電子部品３及びはんだ５を除いた状態で、ランド２の形状を示す。電子部品３は、図中に破線で示す搭載領域８において基板１と対向するように基板１上に設置される。ランド２は、図４に示すように、電子部品３の１つの電極に対して二つのランド２ａ、２ｂが形成されている。そして、ランド２ａの少なくとも一部分は、搭載領域８の内側に配置される。ランド２ｂは搭載領域８の外側に配置される。なお、ランド２ａ、２ｂはＮＳＭＤ構造になっており、ランド２ａ、２ｂの間の側面部６は、はんだ５が濡れる。

図５は、電子部品３を設置した基板１の拡大断面図であり、図３のＢ部分である。
電子部品３の電極４は、基板１に形成されたランド２ａ、２ｂとはんだ５によって接続される。ランド２ａ、２ｂの間の側面部６は、はんだ５が濡れてフィレット７が形成される。そのため、はんだ５の底面側からもボイドが抜ける経路を確保できるのではんだ５内のボイドを低減することができる。

ランド２ａ、２ｂの間の側面部６は、フィレット７を形成し、ＮＳＭＤ構造に近い形状にはんだ５を施すことができ、電極４とランド２との接続信頼性を向上することができる。また、はんだ５に亀裂が生じた場合、その亀裂は電子部品３の底面側から側面側へ進展するが、ランド２ｂが電子部品３の配置位置の外側へ伸びているので、はんだ５との接続信頼性が向上する。

（第２の実施形態）
本発明による回路装置の第２の実施形態について、図６〜図７を参照して説明する。
なお、第２の実施形態においても、第１の実施形態で図示した図１の電子部品を設置した基板の斜視図、図２の電子部品を設置した基板の断面位置を示す図、図３の電子部品を設置した基板の断面図、図５の電子部品を設置した基板の拡大断面図は同様であるので、図示およびその説明を省略する。

図６は、基板１を上から見た上面図である。この図では、基板１上から電子部品３及びはんだ５を除いた状態で、ランド２の形状を示す。電子部品３は、図中に破線で示す搭載領域８において基板１と対向するように基板１上に設置される。ランド２は、図６に示すように、電子部品３の１つの電極に対して二つのランド２ａ、２ｂが形成されている。そして、ランド２ａは、搭載領域８の内側に配置され、且つ、電子部品３の短辺よりも短い。ランド２ｂは搭載領域８の外側に配置され、ランド２ａの面積よりも大きい。

図７は、図６のＣ−Ｃ’断面図である。なお、図７は、電子部品３の電極４をはんだ５でランド２ａと接続した状態の断面図である。図７に示すように、ランド２ａの面積を小さくしているので、電子部品３の底面側のはんだ５の量が少なくなる。このため、ランド２ａの位置で発生したはんだ５の亀裂は、ランド２ｂの位置のはんだ５に伝わることを遅延させることができ、接続信頼性の向上ができる。また、はんだ５の底面側からもボイドが抜ける経路を確保できるので、はんだ５のボイドを低減することができる。

（第３の実施形態）
本発明による回路装置の第３の実施形態について、図８〜図９を参照して説明する。
なお、第３の実施形態においても、基板１やランド２や電極４等の各部材の材質や構造は第１の実施形態で説明したものと同様である。

図８は、基板１を上から見た上面図である。この図では、基板１上から電子部品３及びはんだ５を除いた状態で、ランド２の形状を示すものである。電子部品３は、図中に破線で示す搭載領域８において基板１と対向するように基板１上に設置される。ランド２は、図８に示すように、電子部品３の１つの電極に対して三つのランド２ａ、２ｂ、２ｃが形成されている。そして、ランド２ａの少なくとも一部分は、搭載領域８の内側に配置される。ランド２ｂ、２ｃは搭載領域８の外側に配置され、ランド２ｂ、２ｃは離間して配置される。

図９は、図８のＤ−Ｄ’断面図である。なお、図９は、電子部品３の電極４をはんだ５でランド２ｂ、２ｃと接続した状態の断面図である。また、図８のＥ−Ｅ’断面図は、第１の実施形態で図示した図５の拡大断面図と同様であり、その説明を省略する。図９に示すように、ランド２ｂ、２ｃの間の側面部６には、フィレット７が形成され、ＮＳＭＤ構造ではんだ５を施すことができ、接続信頼性を向上できる。また、ランド２ｂ、２ｃの間からもボイドが抜ける経路を確保しているのではんだ５内のボイドを低減することができる。

なお、搭載領域８の外側に配置されるランド２ｂ、２ｃは、二つ設けたが、ランドを分割して三つ以上設けてもよい。この場合、各ランド間にフィレット７が各々形成されるので、更に接続信頼性を向上できる。

（第４の実施形態）
本発明による回路装置の第４の実施形態について、図１０〜図１１を参照して説明する。
なお、第４の実施形態においても、第１の実施形態で図示した図１の電子部品を設置した基板の斜視図は同様であるので、図示およびその説明を省略する。また、基板１やランド２や電極４等の各部材の材質や構造は第１の実施形態で説明したものと同様である。

図１０は、基板１を上から見た上面図である。この図では、基板１上から電子部品３及びはんだ５を除いた状態を図示する。電子部品３は、図中に破線で示す搭載領域８において基板１と対向するように基板１上に設置される。基板１上には、ランド２ｄが形成され、電子部品３を支持固定する固定部材９が設置されている。ランド２ｄは搭載領域８の外側に配置される。固定部材９は円筒形状で絶縁性の高いエポキシ樹脂であり、搭載領域８の略中央部に固定的に設置される。

図１１は、図１０のＦ−Ｆ’断面図である。なお、図１１は、電子部品３の電極４をはんだ５でランド２ｄと接続した状態の断面図である。電子部品３の両端には電極４が形成されており、基板１には電子部品３の電極４に対してランド２ｄが形成されている。電極４とランド２ｄの間には両者を電気的に接続し、電子部品３を基板１に固定するためのはんだ５が施されている。固定部材９は、電子部品３を基板１から離間する間隔を決定するもので、固定部材９の厚さはランド２ｄの厚さよりも大きくする。なお、固定部材９は円筒形状に限らず、電子部品３を基板１から離間するものであればその形状を問わない。
固定部材９により、電子部品３を高い位置に固定することにより、はんだ５の厚さを厚く確保することができ、接続信頼性を向上することができる。

なお、搭載領域８の外側に配置されるランド２ｄは、一つ設けたが、ランド２ｄを分割して二つ以上設けてもよい。この場合、第３の実施形態で説明したように、各ランド間にフィレット７が各々形成されるので、更に接続信頼性を向上できる。

以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）第１〜第３の実施形態では、回路装置は、電極４が形成された電子部品３と、電子部品３の１つの電極４に対して複数のランド２（２ａ、２ｂ、２ｃ）が形成された基板１と、電極４とランド２とを接続するはんだ５と、を備えた。これにより、基板の製造工程を多くすることなく、基板のランドと電子部品の電極との接続信頼性を向上できる。
（２）第４の実施形態では、回路装置は、電極４が形成された電子部品３と、電子部品３の１つの電極４に対してランド２ｄが形成された基板１と、電子部品３と基板１との間に設けられ、電子部品３を基板１から離間して固定する固定部材９と、電極４とランド２ｄとを接続するはんだ５と、を備える。電子部品３は、所定の搭載領域８において基板１と対向するように基板１上に設置されており、ランド２ｄは、搭載領域８の外側に配置される。これにより、第１〜第３の実施形態と同様に、基板の製造工程を多くすることなく、基板のランドと電子部品の電極との接続信頼性を向上できる。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上述の各実施形態を組み合わせた構成としてもよい。

１基板
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄランド
３電子部品
４電極
５はんだ
７フィレット
９固定部材

Claims

略長方形の本体の両端に電極が形成された電子部品と、
前記電子部品の各電極に対して、少なくとも一部分が前記電子部品の搭載領域の内側に配置され、且つ、前記電子部品の短辺よりも短い第１のランドと、前記電子部品の前記搭載領域の外側に配置され、前記第１のランドよりも面積が大きく、且つ、前記電子部品の短辺よりも長い第２のランドとが形成された基板と、
前記電極と前記第１のランドおよび前記第２のランドとを接続するはんだと、を備えた回路装置。