JPH10190161A - 電子部品の実装構造 - Google Patents

電子部品の実装構造

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JPH10190161A
JPH10190161A JP34825996A JP34825996A JPH10190161A JP H10190161 A JPH10190161 A JP H10190161A JP 34825996 A JP34825996 A JP 34825996A JP 34825996 A JP34825996 A JP 34825996A JP H10190161 A JPH10190161 A JP H10190161A
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JP
Japan
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sintered body
parts
electronic component
circuit board
ceramic sintered
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JP34825996A
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Takashi Ono
孝 小野
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/11Printed elements for providing electric connections to or between printed circuits
    • H05K1/111Pads for surface mounting, e.g. lay-out
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/341Surface mounted components
    • H05K3/3431Leadless components
    • H05K3/3442Leadless components having edge contacts, e.g. leadless chip capacitors, chip carriers

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  • Structure Of Printed Boards (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】外部電気回路基板に電子部品を半田付けで強固
に表面実装でき、電子部品の端子電極部近傍に亀裂を生
ぜず、使用中に加熱冷却等の熱履歴が加わっても、ある
いは電子部品に外力が加わっても、表面実装された電子
部品が破壊されたり、電気特性が劣化したりしない電子
部品の実装構造を得る。 【解決手段】外部電気回路基板2の配線パターン3の線
幅7が、半田付けにて表面実装する電子部品1を構成す
るセラミック焼結体4の幅8の1.0〜1.2倍である
部分に、前記セラミック焼結体4から成る電子部品1の
端子電極5を半田付けして外部電気回路基板2に表面実
装した構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電子部品の実装構造
に関するもので、特に、積層セラミックコンデンサ等、
端部に端子電極が形成された電子部品を外部電気回路基
板の配線パターン上に半田付けにて表面実装した場合に
おける熱的及び機械的強度を向上させた電子部品の実装
構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、端部に端子電極が形成された
電子部品を外部電気回路基板の配線パターン上に表面実
装するには、例えば、誘電体セラミックスの間に内部電
極を層状に埋設して積層体を形成し、該積層体の両端の
内部電極の露出面に銀等を主成分とする端子電極を形成
したセラミック積層コンデンサでは、図5に示すように
該積層セラミックコンデンサ11の端子電極12を、外
部電気回路基板13の配線パターン14上に半田15に
より接続されていた。
【0003】しかしながら、前記従来の表面実装では外
部電気回路基板13と、積層セラミックコンデンサ11
を構成する誘電体セラミック焼結体16、端子電極12
及び半田15が有する熱膨張係数がそれぞれ異なるた
め、表面実装時の加熱冷却等の熱衝撃による互いの熱収
縮差により、前記誘電体セラミック焼結体16に応力が
発生し、該セラミック焼結体16の端子電極部に亀裂が
発生するという問題があった。
【0004】しかも、前記亀裂は微小であるため、外部
電気回路基板への表面実装時には電気特性は問題となら
ない場合もあるが、使用中に周囲の温度変化が繰り返し
加わる場合には、前記微小な亀裂が徐々に成長するため
に電気特性が劣化する恐れがあった。
【0005】そこで、前記問題を解決するために、電子
部品を構成するセラミック焼結体の全長に対して、端子
電極の長さを一定の範囲に制御することが提案されてい
る(特開平4−294512号公報参照)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記提
案では外部電気回路基板に電子部品を半田付けで強固に
表面実装できるものの、セラミック焼結体の側面下部に
発生する応力が、長期にわたる使用中の熱履歴により電
子部品の端子電極部近傍に亀裂を生じる恐れが高くな
り、外力が加わると電子部品が破壊されたり、電気特性
が劣化する恐れがあるという課題があった。
【0007】
【発明の目的】本発明は前記課題を解消せんとして成さ
れたもので、その目的は外部電気回路基板に電子部品を
半田付けで強固に表面実装できるとともに、表面実装し
た電子部品の端子電極部近傍に亀裂を生じることなく、
使用中に加熱冷却等の熱履歴が加わっても、あるいは電
子部品に外力が加わっても、表面実装された電子部品が
破壊されたり、電気特性が劣化したりしない電子部品の
実装構造を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題に
鑑み電子部品に亀裂を生じたり、破壊したり、電気特性
が劣化したりすることなく外部電気回路基板への電子部
品の表面実装が可能となる種々の実装構造について熱衝
撃試験、及び応力の解析等を行った結果、外部電気回路
基板の表面実装部の配線パターンの線幅と、電子部品を
構成するセラミック焼結体の幅との相関関係が表面実装
部の強度に影響し、該相関関係を一定範囲に保つことに
よりセラミック焼結体への応力集中を低減でき、亀裂の
発生や過酷な条件下での亀裂の成長が防止できることを
見いだした。
【0009】即ち、本発明の電子部品の実装構造は、外
部電気回路基板の配線パターンの線幅が、半田付けにて
表面実装する電子部品を構成するセラミック焼結体の幅
の1.0〜1.2倍である部分に、前記セラミック焼結
体から成る電子部品の端子電極を半田付けして外部電気
回路基板に表面実装した構造を特徴とするものであり、
とりわけ両端に端子電極を有する積層セラミックコンデ
ンサに好適な実装構造である。
【0010】
【作用】本発明によれば、電子部品が半田付けされた外
部電気回路基板の配線パターンの線幅が、前記半田付け
部における電子部品を構成するセラミック焼結体の幅の
1.0〜1.2倍であることから、表面実装時の加熱冷
却等の熱衝撃による外部電気回路基板、電子部品及び半
田間の互いの熱収縮差により発生する電子部品を構成す
るセラミック焼結体への応力集中が低減することが可能
となる。
【0011】その結果、電子部品を構成するセラミック
焼結体に亀裂が発生せず、しかも使用中に加熱冷却等の
熱履歴が加わるような過酷な条件下でも、あるいは電子
部品に外力が加わっても、亀裂の進展や電気特性の劣化
がなく、電子部品の実装時の歩留りが向上するととも
に、長期的な信頼性を得ることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の電子部品の実装構造を図
面に基づき詳述する。図1は本発明の電子部品を積層セ
ラミックコンデンサに適用し、外部電気回路基板に表面
実装した実装構造を示す斜視図である。
【0013】図1において、1はAg、Pd、Ag−P
d、Ni、Cu等から成る内部電極(不図示)を層状に
埋設したチタン酸バリウム(BaTiO3 )や、チタン
酸鉛(PbTiO3 、PbZrTiO3 )等を主成分と
する誘電体セラミックスから成るセラミック焼結体4の
両端に、Ag、Cu、Ni、Ag−Pd等から成る端子
電極5を有する積層セラミックコンデンサを成す電子部
品であり、該電子部品1はその端子電極5が半田6によ
り外部電気回路基板2に形成された配線パターン3に表
面実装された構造を成している。
【0014】本発明によれば、電子部品1の端子電極5
を半田6により外部電気回路基板2に表面実装するため
の配線パターン3の線幅7が、前記半田付け部における
電子部品1を構成するセラミック焼結体4の幅8より狭
い場合、実装時にセラミック焼結体4が配線パターン3
に対してねじれて接合され、その際に電子部品が剥離す
る等の実装不良が発生する恐れがあり、耐久性に問題が
ある。
【0015】逆に、前記配線パターン3の線幅7が、前
記セラミック焼結体4の幅8より広い場合には、セラミ
ック焼結体4に顕著な応力集中が生じて亀裂が発生し易
くなる。
【0016】従って、本発明では電子部品1が半田付け
された配線パターン3の線幅7が、前記半田付け部にお
ける電子部品1を構成するセラミック焼結体4の幅8の
1.0〜1.2倍に特定される。
【0017】また、前記端子電極5には、とりわけAg
から成る下地層と、Ni層、Sn層の積層構造により構
成し、半田6との濡れ性や端子電極5のセラミック焼結
体4への密着性を高めることが望ましい。
【0018】一方、電子部品1を外部電気回路基板2に
実装して、該外部電気回路基板2に形成された配線パタ
ーン3と電子部品1の端子電極5とを接続する際に用い
られる半田は、Sn−Pb系共晶半田等が好適である。
【0019】尚、セラミック焼結体4の端子電極5が形
成される端面は、角部と合わせて稜線も曲面で形成する
ことが望ましく、これらは、通常のバレル研磨加工など
により容易に形成することができる。
【0020】更に、本発明における電子部品の実装構造
は、上述した積層セラミックコンデンサの例だけでな
く、電子部品を構成するセラミック焼結体の両側端面に
端子電極が形成されたものに対しても同様な効果を奏す
るものであり、例えば、セラミック焼結体を構成部材と
する積層コイルやLC複合フィルタ等にも適用可能であ
る。
【0021】
【実施例】以下、本発明の電子部品の実装構造を具体的
な実験例と応力解析例で詳述する。 (実験例)先ず、本発明の実装構造を評価するための評
価用試料として、BaTiO3 を主成分とする長さ2.
0mm×幅1.25mm×厚さ1.0mmの直方体形状
の誘電体セラミック焼結体の内部に、Agから成る内部
電極を形成した積層セラミックコンデンサ本体を作製し
た後、その両端面に順次、Ag、Ni、Snを焼き付け
端子電極を形成した。
【0022】この積層セラミックコンデンサを外部電気
回路基板としてアルミナ基板の配線層に、Sn63%−
Pd37%から成る半田を用いて積層セラミックコンデ
ンサの端子電極を230℃で接続して表面実装した。
【0023】尚、前記アルミナ基板の配線パターンの形
状は長さ1.2mmで一定とし、配線パターンの線幅を
1.10mm、1.25mm、1.40mm、1.55
mmとした4種類を用意し、該配線パターンの線幅は積
層セラミックコンデンサのセラミック焼結体の幅に対し
て、それぞれ順に0.9、1.0、1.2、1.3倍と
なる。
【0024】かくして得られた評価用の実装構造体を−
40℃と130℃のガルデン液中に各5分間保持するこ
とを1サイクルとする熱衝撃試験をそれぞれの評価用の
実装構造体10個について合計1000サイクル実施
し、500サイクルと1000サイクル試験後に立体顕
微鏡を用いた目視検査と、浸透探傷法で、セラミック焼
結体に亀裂が発生した個数を調査した。
【0025】
【表1】
【0026】表1の結果から明らかなように、本発明の
請求範囲外である配線パターンの線幅が積層セラミック
コンデンサのセラミック焼結体の幅に対して0.9倍と
なる試料番号1では、熱衝撃試験では問題はないもの
の、前述のようにねじれて実装されており、セラミック
焼結体が剥離してしまうという欠点があり、同じく1.
3倍となる試料番号4では、500サイクルで1個、1
000サイクルでは2個、合計3個のセラミック焼結体
に亀裂が確認され、いずれも実用的でない。
【0027】それに対して、本発明ではいずれもセラミ
ック焼結体に亀裂の発生は認められなかった。
【0028】(応力解析例)一方、本発明者は、前記実
験例を説明するために、有限要素法による応力解析を行
った。
【0029】図2に有限要素法による応力解析に用いた
1/4カットモデルの一例を示し、図中の符号は図1の
符号に該当するものである。
【0030】本解析では、解析を詳細に行うために、実
験例で使用した積層セラミックコンデンサ実装部品の形
状を再現した3次元モデルを3種類作成し、セラミック
焼結体、端子電極、半田、配線パターン、アルミナ基板
の物性値を各々の要素にて考慮した。特に、半田の部分
は塑性を考慮し、弾塑性熱応力解析を行った。
【0031】解析結果の代表例として、図2に示すA方
向のセラミック焼結体を右側隅下方より見た時の応力分
布図を、それぞれ図3は配線パターンの線幅が積層セラ
ミックコンデンサのセラミック焼結体の幅に対して1.
0倍である場合の1/4カットモデルを、同じく図4は
1.3倍である場合を図示する。
【0032】従って、図3及び図4では、符号9はセラ
ミック焼結体の幅の1/2の幅を図示している。
【0033】その結果、セラミック焼結体の側面下部に
発生する最大応力10は、配線パターンの線幅が積層セ
ラミックコンデンサのセラミック焼結体の幅に対して
1.0倍である場合、5.5kgf/mm2 であるのに
対し、1.3倍となる条件の場合には9.0kgf/m
2 となり、その応力は約1.6倍にも達する。
【0034】この応力解析結果から、配線パターンの線
幅が積層セラミックコンデンサのセラミック焼結体の幅
に対して大きくなるほど、セラミック焼結体に発生する
応力は大きくなり、亀裂が発生する可能性が高くなるこ
とが判る。
【0035】以上の実験例と応力解析例の結果から、セ
ラミック焼結体から成る電子部品を外部電気回路基板の
配線パターンに表面実装するためには、配線パターンの
線幅が電子部品を構成するセラミック焼結体の幅に対し
て1.0〜1.2倍を満足するように設計することによ
り、電子部品を外部電気回路基板へ表面実装する際の熱
膨張差に起因する応力集中を低減することができるとと
もに、半田の硬化収縮に起因する応力の発生をも低減す
ることができることが分かる。
【0036】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の電子部品の
実装構造によれば、電子部品を外部電気回路基板へ半田
付けにより表面実装する構造において、温度変化が繰り
返し加わるような過酷な条件下でも電子部品を構成する
セラミック焼結体に亀裂を発生せず、電子部品としての
電気特性の劣化もなく、電子部品の表面実装時の歩留り
が高く、かつ長期的な信頼性に優れた電子部品の実装構
造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電子部品を積層セラミックコンデンサ
に適用し、外部電気回路基板に表面実装した実装構造を
示す斜視図である。
【図2】有限要素法による応力解析に用いた1/4カッ
トモデルの一例を示す。
【図3】配線パターンの線幅が積層セラミックコンデン
サのセラミック焼結体の幅に対して1.0倍である場合
の図2に示すA方向のセラミック焼結体を右側隅下方よ
り見た時の1/4カットモデルの応力分布図である。
【図4】配線パターンの線幅が積層セラミックコンデン
サのセラミック焼結体の幅に対して1.3倍である場合
の図2に示すA方向のセラミック焼結体を右側隅下方よ
り見た時の1/4カットモデルの応力分布図である。
【図5】従来の電子部品の例である積層セラミックコン
デンサを外部電気回路基板に表面実装した構造を示す断
面図である。
【符号の説明】
1 電子部品 2 外部電気回路基板 3 配線パターン 4 セラミック焼結体 5 端子電極 6 半田 7 配線パターンの線幅 8 セラミック焼結体の幅

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】外部電気回路基板の配線パターン上にセラ
    ミック焼結体から成る電子部品の端子電極を半田付けに
    て表面実装する電子部品の実装構造であって、前記電子
    部品が半田付けされた配線パターンの線幅が、前記半田
    付け部における電子部品を構成するセラミック焼結体の
    幅の1.0〜1.2倍であることを特徴とする電子部品
    の実装構造。
  2. 【請求項2】前記電子部品が積層セラミックコンデンサ
    であることを特徴とする請求項1記載の電子部品の実装
    構造。
JP34825996A 1996-12-26 1996-12-26 電子部品の実装構造 Pending JPH10190161A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008002869A (ja) * 2006-06-21 2008-01-10 Denso Corp はんだの寿命予測方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008002869A (ja) * 2006-06-21 2008-01-10 Denso Corp はんだの寿命予測方法
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