JPH11163510A - 電子部品の実装構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子部品と実装基板との間に配すスペーサと
して、安価なもので容易に高さを確保できるようにする
と共に、電子部品と実装基板との間における歪みを誘発
させ難くし、はんだの熱疲労寿命を向上させる。 【解決手段】 チップ部品２とプリント基板１との間
に、シリカフィラーを含有したエポキシ樹脂からなる樹
脂部材７を配置する。これにより、はんだ４の高さを確
保できる。このような樹脂部材７は熱膨張係数が小さ
く、熱膨張してもチップ部品２とプリント基板１との間
に歪みを発生させ難い。さらに、樹脂部材７は熱膨張係
数が小さいことから、はんだ４の熱膨張係数に近似して
いるため、樹脂部材７の熱膨張がはんだ４の熱膨張と近
似し、樹脂部材７が熱膨張してチップ部品２とプリント
基板１との間を大きくしても、はんだ４への影響を少な
くできる。従って、はんだの熱疲労寿命を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子装置を構成す
る表面実装型の電子部品を実装基板上にはんだ付け実装
する実装構造に関し、特にセラミックで構成されるチッ
プ部品を樹脂で構成されるプリント基板に実装する際の
実装構造に適用して好適である。

【０００２】

【従来の技術】表面実装型の抵抗やコンデンサ等のチッ
プ部品は、一般的にプリント基板等の表面に形成された
配線パッド上にはんだペースト等を供給してリフローは
んだ付けされる。この場合において、はんだの熱疲労寿
命は、チップ部品及びプリント基板の相互の熱変位の
差、チップ部品と配線パッドとの間に介在するはんだの
高さに依存しており、熱変位の差／はんだの高さで表さ
れる剪断歪みに影響される。このため、はんだの高さが
少なくなれば剪断歪みが増加し、熱疲労寿命が著しく低
下する。

【０００３】これを考慮して、従来では図２に示すよう
に、プリント基板１０１とチップ部品１０２との間に予
めドライフィルムや液状レジストを用いて形成したスペ
ーサ１０３を備え、プリント基板１０１とチップ部品１
０２との間隔を確保することによってはんだ１０４の高
さを増加させるようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スペー
サ１０３の材料としてドライフィルムを用いた場合には
ドライフィルムが高価であるという問題があり、液状レ
ジストを用いた場合には材質上十分な高さが得られない
という問題がある。さらに、ドライフィルムや液状レジ
ストは両材質とも熱膨張係数が大きいことから、高温下
においてはスペーサ１０３の熱膨張により、はんだ１０
４に歪みを誘発し、はんだの熱疲労寿命の向上が図れな
いという問題がある。

【０００５】本発明は上記点に鑑みて成され、電子部品
と実装基板との間に配すスペーサとして、安価なもので
容易に高さを確保できるようにすると共に、電子部品と
実装基板との間にあるスペーサから歪みを誘発させ難く
し、はんだの熱疲労寿命を向上させることを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、以下に示す技術的手段を採用する。請求項１に記載
の発明においては、電子部品（２）と実装基板（１）と
の間に、無機物フィラーを含有した樹脂部材からなる第
１のスペーサ（７）を配置していることを特徴としてい
る。

【０００７】このように、電子部品（２）と実装基板
（１）との間に無機物フィラーを含有した樹脂という安
価な構成からなる第１のスペーサ（７）を配置すること
によって、電子部品（２）と実装基板（１）との間の距
離を確保することにより、はんだ（４）の高さを確保す
ることができる。また、無機物フィラーを含有した樹脂
は熱膨張係数が小さいことから、第１のスペーサ（７）
に電子部品（２）と実装基板（１）との間に歪みを発生
させ難い。さらに、無機物フィラーを含有した樹脂は熱
膨張係数が小さく、はんだ（４）の熱膨張係数に近似し
ていることから、第１のスペーサ（７）の熱膨張がはん
だ（４）の熱膨張と近似し、例えば第１のスペーサ
（７）が熱膨張して電子部品（２）と実装基板（１）と
の間を大きくしても、はんだ（４）への影響を少なくす
ることができる。

【０００８】これにより、はんだ（４）の熱疲労寿命を
向上させることができる。請求項２に記載の発明におい
ては、第２の電極（３）と共に形成された該第２の電極
（３）と同材料からなる第２のスペーサ（５）上に、第
１のスペーサ（７）を形成していることを特徴としてい
る。このように、第２のスペーサ（５）上に第１のスペ
ーサ（７）を形成すれば、第２のスペーサ（５）の分だ
けはんだ（４）の高さを高くすることができるため、さ
らにはんだ（４）の熱疲労寿命を向上させることができ
る。

【０００９】また、請求項３に示すように、第２のスペ
ーサ（５）を配線保護用のレジスト（６）で覆うように
し、このレジスト（６）の上に第１のスペーサ（７）を
形成すれば、レジスト（６）の分だけさらにはんだ
（４）の高さを高くすることができるため、よりはんだ
（４）の熱疲労寿命を向上させることができる。なお、
具体的には、第１のスペーサ（７）として、請求項４に
示すように、シリカフィラーを含有したエポキシ樹脂を
適用することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。本実施形態における電子部品の実装
構造を図１に示し、以下この実装構造について説明す
る。実装基板としてのプリント基板１上に、セラミック
製の電子部品として構成されたチップ部品２が搭載され
ている。このチップ部品２の側面及び下面の一部には、
チップ部品２の内部素子と電気的に接続された電極２ａ
が形成されている。

【００１１】プリント基板１の表面には、所定パターン
の銅配線に接続された銅パッド３が形成されている。こ
の銅パッド３は、チップ部品２がプリント基板１に搭載
された場合に電極２ａが位置する場所と一致するように
形成されており、はんだ４を介して電極２ａと電気的に
接続されている。これにより、チップ部品２は、銅パッ
ド３及び銅配線を介して外部との電気的接続が行えるよ
うになっている。

【００１２】チップ部品２が搭載される位置の中央部に
は、銅配線の配線パターンを形成する際に同時に形成さ
れた外部との電気的接続が成されていない厚さ３０〜４
０μｍ程度の銅薄膜５が備えられている。この銅薄膜５
が第２のスペーサとしての役割を果たす。また、プリン
ト基板１の表面のうち、銅パッド３が形成されていない
部分には、エポキシ樹脂等で構成された厚さ１０μｍ程
度の配線保護用のはんだレジスト（ソルダレジスト）６
が形成されており、銅配線及び銅薄膜５はこのはんだレ
ジスト６によって覆われている。このはんだレジスト６
のうち、銅薄膜５上に形成された部分は、銅薄膜５によ
って高くなっているが、この銅薄膜５上によって高くな
っているはんだレジスト６の上には、さらに樹脂部材７
がチップ部品２と接触した状態で備えられている。この
樹脂部材７は、無機物フィラーを含有した樹脂、例えば
シリカフィラーを３０％程度含有したエポキシ樹脂によ
って構成されており、第１のスペーサとしての役割を果
たす。

【００１３】このように、プリント基板１とチップ部品
２との間、つまりはんだ４の高さは、第２のスペーサと
しての銅薄膜５、はんだレジスト６及び第１のスペーサ
の３層構造によって確保されている。具体的には、６０
〜９０μｍ程度の厚さをこの３層構造によって確保する
ことができる。但し、このような３層構造にしているの
は、はんだ４の高さをより高くするためであり、以下に
示すように３層構造を構成するもののうち第１のスペー
サである樹脂部材７のみによってはんだ４の高さを確保
しつつ、はんだ４の熱疲労寿命を低減することも可能で
ある。

【００１４】上述したように、第１のスペーサはシリカ
フィラーを含有したエポキシ樹脂からなる樹脂部材７で
構成されている。これは、エポキシ樹脂にてはんだ４の
高さを確保すると共に、エポキシ樹脂にシリカフィラー
を添加することで樹脂部材７の熱膨張係数を小さくし
て、はんだ４の熱膨張係数に近似させるためである。す
なわち、樹脂部材７の熱膨張はチップ部品２とプリント
基板１との歪み、例えばチップ部品２とプリント基板１
との間を押し広げる等の歪みを発生させる要因となる
が、樹脂部材７の熱膨張係数を小さくすればその歪みを
低減することができるからである。さらに、樹脂部材７
の熱膨張係数をはんだ４の熱膨張係数に近似させれば、
樹脂部材７の熱膨張とはんだ４の熱膨張が近似し、チッ
プ部品２とプリント基板１との間が押し広げられたりせ
ず、はんだ４にその影響を与えないようにすることがで
きるからである。

【００１５】従って、樹脂部材７の熱膨張係数を小さく
し、はんだ４の熱膨張係数に近似させられれば、高温下
における樹脂部材７の熱膨張によるチップ部品２とプリ
ント基板１との歪みを低減できると共に、樹脂部材７の
熱膨張によるはんだ４の熱疲労寿命の低下を防止するこ
とができるのである。しかしながら、仮に、エポキシ樹
脂のみを用いて樹脂部材７を構成した場合、熱膨張係数
が８０〜１００ｐｐｍ／℃程度と比較的高くなるため、
熱膨張係数を小さくし、はんだ４の熱膨張係数に近似さ
せることができず、はんだ４の高さを確保できても上記
効果を得ることができない。

【００１６】このため、本実施形態のようにエポキシ樹
脂にシリカフィラーを添加することにより熱膨張係数を
低下させて、はんだ４の熱膨張係数に近似させ、上記効
果が得られるようにしている。なお、上述したようにシ
リカフィラーを３０％含有したエポキシ樹脂の場合、樹
脂部材７の熱膨張係数は３０〜５０ｐｐｍ／℃程度にな
り、エポキシ樹脂のみの場合よりも十分に熱膨張係数が
低減できる。

【００１７】このように、エポキシ樹脂にシリカフィラ
ーを添加して構成した第１のスペーサとしての樹脂部材
７をチップ部品２とプリント基板１との間に配置するこ
とにより、高温下における樹脂部材７の熱膨張によるチ
ップ部品２とプリント基板１との歪みを低減できると共
に、樹脂部材７の熱膨張によるはんだ４の熱疲労寿命の
低下を防止することができる。

【００１８】また、銅薄膜５とレジスト６は、はんだ４
の高さをさらに高くするために用いている。すなわち、
上述したように樹脂部材７によって上記効果を得ること
が可能であるが、はんだ４の熱疲労寿命ははんだ４の高
さに依存する。従って、より熱疲労寿命を向上させるた
めには、はんだ４の高さを高くすることが好ましい。こ
のため、樹脂部材７の高さだけではなく、銅薄膜５とは
んだレジスト６の高さを加えることにより、はんだ４の
高さをさらに高くし、はんだ４の熱疲労寿命をさらに向
上させている。特に、本実施形態のようにセラミック製
のチップ部品２と樹脂製のプリント基板１のように熱膨
張差が大きい実装構造の場合には、はんだ４の高さをよ
り高くすることによって好適に熱疲労寿命を向上させる
ことができる。

【００１９】なお、銅薄膜５は熱膨張係数がプリント基
板１とほぼ同等であり、またはんだレジスト６は厚さが
非常に薄いため、熱膨張係数の相違によってプリント基
板１とチップ部品２との歪みを誘発することはなく、チ
ップ部品２とプリント基板１との間を押し広げることに
よる影響もない。次に、本実施形態におけるチップ部品
２の実装構造を実現するための製造工程を説明する。

【００２０】まず、プリント基板１を用意し、このプリ
ント基板１の表面の全面に銅箔を貼り付ける。続いて、
フォトリソグラフィ・エッチングによって銅泊に所定の
パターンの銅配線を形成すると共に、チップ部品２の電
極２ａと接続するための銅パッド３を形成する。このと
き、チップ部品２が搭載される予定の中央部に第２のス
ペーサとしての銅薄膜５を同時に残しておく。

【００２１】そして、プリント基板１の上面に配線保護
用のはんだレジスト６を印刷する。これにより銅配線及
び銅薄膜５は、はんだレジスト６で覆われ、銅パッド３
部分は露出した状態となる。次に、銅薄膜５上に位置す
るはんだレジスト６の上に、樹脂部材７を印刷する。こ
れにより、銅薄膜５とはんだレジスト６及び樹脂部材７
からなる３層構造のスペーサが構成される。

【００２２】さらに、銅パッド３上にペースト状のはん
だ４を印刷する。このとき、スクリーン印刷手法によっ
てはんだ４を供給しているため、高くに位置する樹脂部
材７により前記スクリーンと銅パッド３との隙間がひら
き、この隙間部にペースト状のはんだ４が入り込む。こ
れにより、はんだ４の印刷量、つまり充填量が増大する
ため、チップ部品２との電気的な接続をより確実に行え
るようにすることができる。

【００２３】この後、チップ部品２に形成された電極２
ａと銅パッド３とが一致するように位置合わせして、チ
ップ部品２をプリント基板１上に搭載する。そして、リ
フロー炉内での熱処理にてリフローはんだ付けを行い、
電極２ａと銅パッド３とを電気的に接続する。この熱処
理時にはんだ４が溶融するが、はんだ４が横方向へ熱ダ
レすることをスペーサによって制限することができるた
め、結果的にはんだボールの少ないリフローはんだ付け
が可能になる。

【００２４】このようにして、図１に示す実装構造にて
チップ部品２とプリント基板１との実装が完了する。な
お、本実施形態に示す実装構造で実装を行った場合と、
スペーサがない構造で実装を行った場合のはんだ４の熱
疲労寿命を比較したところ、本実施形態に示す実装構造
の場合はスペーサがない構造の場合の１．５〜２倍の熱
疲労寿命となり、熱疲労寿命は向上していることが確認
されている。

【００２５】本実施形態では、３０％のシリカフィラー
を添加したエポキシ樹脂によって樹脂部材７を構成した
が、スペーサとして高さを確保でき、かつ熱膨張係数を
小さくすることができるものであれば、この他の添加物
や樹脂を用いることは構わない。また、シリカフィラー
の含有割合を３０％としてるが、この割合については一
例であり、この割合以上、若しくは以下にしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態におけるチップ部品２の実装構造を
示す断面図である。

【図２】従来におけるチップ部品２の実装構造を示す断
面図である。

【符号の説明】

１…プリント基板、２…チップ部品、２ａ…電極、３…
銅パッド、４…はんだ、５…第２のスペーサとしての銅
薄膜、６…はんだレジスト、７…第１のスペーサとして
の樹脂部材。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 端部に第１の電極（２ａ）が形成された
   電子部品（２）を実装基板（１）上に搭載し、前記実装
   基板（１）上に形成された第２の電極（３）と前記第１
   の電極（２ａ）とをはんだ（４）によって電気的接続し
   てなる電子部品の実装構造において、 前記電子部品（２）と前記実装基板（１）との間に、無
   機物フィラーを含有した樹脂からなる第１のスペーサ
   （７）を配置していることを特徴とする電子部品の実装
   構造。
2. 【請求項２】 前記実装基板（１）上には、前記第２の
   電極（３）と共に形成された該第２の電極（３）と同一
   の材料からなる第２のスペーサ（５）が形成されてお
   り、前記第１のスペーサ（７）は前記第２のスペーサ
   （５）の上に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. 【請求項３】 前記実装基板（１）上には、前記第２の
   電極（３）と電気的に接続された電気配線が形成されて
   いると共に、この電気配線と前記第２のスペーサ（５）
   とを覆うレジスト（６）が形成されており、 前記第１のスペーサ（７）は前記レジスト（６）に覆わ
   れた前記第２のスペーサ（５）の上に形成されているこ
   とを特徴とする請求項２に記載の電子部品の実装構造。
4. 【請求項４】 前記第１のスペーサ（７）は、シリカフ
   ィラーを含有したエポキシ樹脂から構成されていること
   を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の電
   子部品の実装構造。