JPWO2007083378A1 - チップ部品の実装構造、実装方法及び電子装置 - Google Patents

チップ部品の実装構造、実装方法及び電子装置 Download PDF

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Abstract

本発明は高密度化を図りうるチップ部品の実装構造及び実装方法に関し、基板上に形成された信号電極，共通グランド電極にＬＥＤを表面実装するチップ部品の実装構造であって、信号電極と共通グランド電極とを異なる面積とし、かつ、ＬＥＤと信号電極，共通グランド電極とを導電性接着剤２１を用いて接合する。

Description

本発明はチップ部品の実装構造、実装方法及び電子装置に係り、特に高密度化を図りうるチップ部品の実装構造、実装方法及び電子装置に関する。
従来、抵抗チップ、コンデンサーチップ、発光ダイオード（以下。ＬＥＤという）等のチップ部品を基板に表面実装するには、基板に形成された電極にはんだを用いて接合することが行われている。
図１乃至図３は、従来のチップ部品の実装構造の一例を示している。尚、各図ではチップ部品としてＬＥＤ２Ａ〜２Ｃを用いた例を示している。図１に示す例では、３個のＬＥＤ２Ａ〜２Ｃを並列に近接配置することにより高密度実装を図っている。
基板１にはＬＥＤ２Ａ〜２Ｃの形状に対応した信号電極３Ａ〜３Ｃとグランド電極４Ａ〜４Ｃが形成されている。また、各ＬＥＤ２Ａ〜２Ｃは両端部には、接続端子が形成されている。そして、接続端子を各電極３Ａ〜３Ｃ，４Ａ〜４Ｃにはんだ６を用いて接合することにより、ＬＥＤ２Ａ〜２Ｃは基板１に実装される。
ところで、各ＬＥＤ２Ａ〜２Ｃは発光部５Ａ〜５Ｃを有しているが、各ＬＥＤ２Ａ〜２Ｃは各発光部５Ａ〜５Ｃで発光する色が異なるよう選定されている。この構成とすることにより、ＬＥＤ２Ａ〜２Ｃを選択的に点灯させることにより、全体として３色以上の種々の色の光を生成することが可能となる。
この際、各発光部５Ａ〜５Ｃが離間していると、色むらが発生したり、所望する色が実現できなかったりする。このため、各発光部５Ａ〜５Ｃが近接するよう、各ＬＥＤ２Ａ〜２Ｃを高密度実装することが必要となる。
この観点より図１の実装構造を検討すると、複数のＬＥＤ２Ａ〜２Ｃが並列した構成であるため、発光部５Ａも一直線状に並列した構成となる。この構成では、図中左側の発光部５Ａと、図中右側の発行素子５Ｃとの距離が離間してしまい、色むら等が発生するおそれがある。
図２に示す実装構造は、発光部５Ａ〜５Ｃが近接するように、複数のＬＥＤ２Ａ〜２Ｃを放射状に配置したものである。しかしながら、図２に示す実装構造では、各ＬＥＤ２Ａ〜２Ｃのそれぞれに対し信号電極３Ａ〜３Ｃ及びグランド電極４Ａ〜４Ｂが独立して形成された構成であった。このため、放射状の中心寄りにおいてもグランド電極４Ａ〜４Ｂは別個に形成されていたため、発光部５Ａ〜５Ｃを十分に近接させることができなかった。
そこで、図３に示されるように、電極の共通化が可能なグランド電極４Ａ〜４Ｃを一体して共通グランド電極７を形成し、これに対しＬＥＤ２Ａ〜２Ｃを放射状に配設する実装構造が提案されている。
一方、例えば引用文献１に示されるように、基板に対して複数のＬＥＤをダイボンディングすることにより固定し、基板とＬＥＤの電気的接続をワイヤを用いて行なう実装構造も提案されている。この構成では、ＬＥＤの配設位置はボンディングバッドの形成位置に拘らず設定することができるため、各ＬＥＤの発光部を近接させることが可能となる。
特開平１０−２９００２９号公報
しかしながら、図３に示す実装構造では、はんだ６による接合時にマンハッタン現象（チップ立ち現象）が発生してしまうという問題点があった。これについて、図３に加えて図４及び図５を用いて説明する。
図３に示すように、発光部５Ａ〜５Ｃを近接させるため、各ＬＥＤ２Ａ〜２Ｃのグランド接続端子が一括的に接続される共通グランド電極７を形成すると、この共通グランド電極７の面積は信号電極３Ａ〜３Ｃの面積に比べて必然的に広くなる。これに伴い、信号電極３Ａ〜３Ｃに配設されるはんだ６の配設量と、共通グランド電極７に配設されるはんだ６の配設量を比較すると、配設量は面積に略相関するため共通グランド電極７に配設されるはんだ６の配設量は各信号電極３Ａ〜３Ｃに配設されるはんだ６の配設量よりも多くなる。
図４は、クリームはんだ９を用いてＬＥＤ２Ａ（図４，５では、図示の便宜上、ＬＥＤ２Ａのみを図示する）を信号電極３Ａ及び共通グランド電極７に仮止めした状態を示している。この状態にいて加熱処理を行い、クリームはんだ９の有機成分を除去すると共にはんだが溶融すると、図５に示すようにＬＥＤ２Ａが信号電極３Ａから離間して立ち上がる現象（いわゆる、マンハッタン現象）が発生する。
このマンハッタン現象は、溶融したはんだ６に発生する表面張力、はんだ６の熱膨張力等の種々の要因が関係して発生すると考えられている。しかしながら、図１及び図２に示したように、ＬＥＤ２Ａ〜２Ｃの両端部に配置される信号電極３Ａ〜３Ｃとグランド電極４Ａ〜４Ｃの面積が等しい場合には、マンハッタン現象は発生しないことが知られている。これに対し、図３に示すように信号電極３Ａ〜３Ｃと共通グランド電極７との面積が異なる場合、ＬＥＤ２Ａが面積の小さな信号電極３Ａから離脱し、面積の大きい共通グランド電極７に立ち上がるマンハッタン現象が発生する。
このため、図３に示す実装構造では、発光部５Ａ〜５Ｃを近接配置できるため色むら等のない良好な発光を実現できるものの、実装信頼性が低いという問題点があった。
一方、引用文献１に開示された発明では、上記のように各ＬＥＤの発光部を近接させることが可能となるものの、ワイヤを配設する必要があり、更にワイヤを保護するために何らかの封止処理が必要となるため、当該実装構造が適用される電子装置が大型化してしまうという問題点があった。
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決する、改良された有用なチップ部品の実装構造、実装方法及び電子装置を提供することを総括的な目的としている。
本発明のより詳細な目的は、高密度化を図りつつマンハッタン現象の発生を抑制しうるチップ部品の実装構造、実装方法及び電子装置を提供することを目的とする。
この目的を達成するために本発明は、基板上に形成された一対の電極にチップ部品を表面実装するチップ部品の実装構造であって、前記一対の電極を異なる面積とし、かつ、前記チップ部品と前記電極とを導電性接着材を用いて接合に接続したことを特徴とするものである。
上記発明によれば、導電性接着材はチップ部品が接合される電極の面積に相違があったとしても、チップ部品の接合時に表面張力や熱膨張力等のマンハッタン現象の原因となる力が発生しない。このため、チップ部品が接合される電極の面積に影響されることなく、基板上の電極を任意に設定することが可能となり、チップ部品の高密度実装に対応した電極の設定が可能となる。
また、上記発明において、前記基板に複数の前記チップ部品を配設する構成とし、各々の前記複数のチップ部品の同一特性を有する接続端子を、前記基板に形成された一つの共通電極に接続した構成としてもよい。
上記構成とすることにより、複数のチップ部品を近接配置するこが可能となる。
また、上記発明において、前記基板に複数の前記チップ部品を配設する構成とし、各々の前記複数のチップ部品の同一特性を有する接続端子を、前記基板に形成された一つの共通電極に接続し、かつ、前記複数のチップ部品を前記共通電極を中心として放射状となるよう配置した構成としてもよい。
また、上記発明において、前記チップ部品をＬＥＤとすると共に、複数の該ＬＥＤを前記基板に配設する構成とし、各々の前記複数のＬＥＤの同一特性を有する接続端子を、前記基板に形成された一つの共通電極に接続し、かつ、前記複数のＬＥＤを前記共通電極を中心として放射状となるよう配置した構成としてもよい。
また、上記発明において、前記導電性接着材として、はんだよりも表面張力が小さいものを用いる構成としてもよい。
また、上記の目的を達成するために本発明は、前記チップ部品の実装構造を有する前記基板を備えた電子装置を特徴とするものである。
また、上記の目的を達成するために本発明は、基板上に形成された一対の電極にチップ部品を表面実装するチップ部品の実装方法であって、異なる面積を有した前記一対の電極に導電性接着材を配設する工程と、該導電性接着材により前記チップ部品を前記電極に接続する工程とを有することを特徴とするものである。
上記発明によれば、導電性接着材を用いてチップ部品を電極に接続するため、はんだを用いる接合方法に比べ、低温環境下で接合処理を行なうことができるため、実装処理の容易化を図ることができる。
本発明によれば、マンハッタン現象の発生を抑制できるため実装信頼性の向上を図ることができると共に、基板上の電極を任意に設定することが可能となるためチップ部品の高密度実装が可能となる。
第１の従来例であるチップ部品の実装構造を説明するための平面図である。 第２の従来例であるチップ部品の実装構造を説明するための平面図である。 第３の従来例であるチップ部品の実装構造を説明するための平面図である。 図３に示す実装構造の問題点を説明するための図である（その１）。 図３に示す実装構造の問題点を説明するための図である（その１）。 本発明の一実施例であるチップ部品の実装構造を適用しうる電子装置を示す図である。 本発明の一実施例であるチップ部品の実装構造を適用した基板を示す平面図である。 本発明の一実施例であるチップ部品の実装構造を適用した基板の要部を拡大して示す平面図である。 本発明の一実施例であるチップ部品の実装構造を拡大して示す図である。 図９に示す実施例の変形例であるチップ部品の実装構造を拡大して示す図である。
符号の説明
１０ パーソナルコンピュータ
１７ バッテリー表示部
２０ 基板
２１ 導電性接着剤
２２Ａ〜２２Ｃ ＬＥＤ
２３Ａ〜２３Ｃ 信号電極
２６ 基板本体
２７Ａ，２７Ｂ 共通グランド電極
次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。
図６は、本発明の一実施例であるチップ部品の実装構造を適用しうる電子装置を示している。同図では、電子装置としてパーソナルコンピュータ１０を例に挙げているが、本発明は他の電子装置についても広く適用が可能なものである。また、以下の説明では、チップ部品として発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）を例に挙げて説明するが、他のチップ部品に対しても本発明は適用可能なものである。
パーソナルコンピュータ１０は、大略すると本体部１１と蓋体部１２とにより構成されており、ヒンジ部１８により蓋体部１２は本体部１１に対して開閉可能な構成とされている。
本体部１１にはキーボード１３及びフラットポイント１４等が配設されている。また、蓋体部１２には液晶ディスプレイ１５等が配設されている。更に、本体部１１と蓋体部１２との間に位置するヒンジ部１８には、状態表示部１６及びバッテリー表示部１７等が配設されている。
状態表示部１６は、例えば電源のＯＮ／ＯＦＦ表示、ハードディスクアクセス表示、ＰＣカードのアクセス表示等が表示される構成となっている。また、バッテリー表示部１７はバッテリー残量を表示するものであり、本実施例に係る実装構造はこの部位に適用されている。バッテリー表示部１７は、本実施例では３つの表示部分から構成されており、後述するように各表示部には３個のＬＥＤ２２Ａ〜２２Ｃ（図９参照）が配設されている。
この３個のＬＥＤ２２Ａ〜２２Ｃは異なる色を発光するよう選定されている。よって、ＬＥＤ２Ａ〜２Ｃを選択的に点灯させることにより、全体として３色以上の種々の色の光を生成することが可能となる。よって、バッテリー残量が十分に残っている場合には、例えば３つのすべての表示においてＬＥＤ２２Ａ〜２２Ｃが黄緑色を発光するようにし、バッテリー残量が減るに従い３つ表示がオレンジ色、赤色と変化するよう各ＬＥＤ２２Ａ〜２２Ｃの発光を調整する。このようなバッテリーの残量表示を行なうことにより、使用者に対してバッテリーの残量を適確に知らせることが可能となる。
図７及び図８は、ＬＥＤ２２Ａ〜２２Ｃが実装される基板２０を示している。本実施例では、基板２０としてフレキシブル基板を用いている。この基板２０は、樹脂製（例えば、ポリイミド）の可撓性フィルムよりなる基板本体２６に所定の配線パターン２８と、後述する信号電極２３Ａ〜２３Ｃ及び共通グランド電極２７Ａ等が形成された構成とされている。この配線パターン２８，信号電極２３Ａ〜２３Ｃ，及び共通グランド電極２７Ａは、銅をプリント技術により所定のパターンで形成し、その上部に保護層を形成した構成とされている。
バッテリー表示部１７を構成する３つの表示部分は、ＬＥＤ２２Ａ〜２３Ａと、基板２０に形成された信号電極２３Ａ〜２３Ｃ及び共通グランド電極２７Ａとがそれぞれ配設された構成とされている。図９は、そのうちの一つの表示部分を拡大して示している。
同図に示すように、本実施例では複数（本実施例では３個）のＬＥＤ２２Ａ〜２２Ｄの発光部２５Ａ〜２５Ｃが近接するように、各ＬＥＤ２２Ａ〜２２Ｃを放射状に配置した構成としている。また、各ＬＥＤ２２Ａ〜２２Ｃのグランド側の接続端子が接続されるグランド電極を各ＬＥＤ２２Ａ〜２２Ｃで共通化し、共通グランド電極２７Ａとしている。このように、共通グランド電極２７Ａを用いることにより、更にＬＥＤ２２Ａ〜２２Ｄの発光部２５Ａ〜２５Ｃを近接させることが可能となり、発光時の色むらの発生等を防止でき、良好な発光を行なうことが可能となる。
しかしながら、本実施例の信号電極２３Ａ〜２３Ｃ及び共通グランド電極２７Ａの構成において、ＬＥＤ２２Ａ〜２２Ｄと共通グランド電極２７Ａとをはんだ６を用いて接合した場合には、各電極２３Ａ〜２３Ｃ，２７Ａの面積の相違に起因してマンハッタン現象が発生してしまうことは前述した通りである。
そこで本実施例では、ＬＥＤ２２Ａ〜２２Ｃと信号電極２３Ａ〜２３Ｃとの接合、及びＬＥＤ２２Ａ〜２２Ｃと共通グランド電極２７Ａとの接合を導電性接着剤２１を用いて行なったことを特徴とする。導電性接着剤２１は、例えばエポキシ等の樹脂に導電性を有する銀フィラーを混入したものであり、樹脂を硬化させることにより導電性部材として機能するものである。
よって、樹脂が硬化することにより、ＬＥＤ２２Ａ〜２２Ｃと信号電極２３Ａ〜２３Ｃ及び共通グランド電極２７Ａは、接合された状態となる。ここで、接合された状態とは、ＬＥＤ２２Ａ〜２２Ｃと信号電極２３Ａ〜２３Ｃ及び共通グランド電極２７Ａが電気的に接続された状態となり、かつＬＥＤ２２Ａ〜２２Ｃが信号電極２３Ａ〜２３Ｃ及び共通グランド電極２７Ａと機械的に接着固定された状態となることをいう。従って、導電性接着剤２１は、従来のはんだ６と等価の機能を奏することとなる。
但し、導電性接着剤２１は、上記のように樹脂材に導電性金属よりなるフィラーを混入した構成であるため、はんだ６と異なり溶融しないため加熱しても表面張力が発生することはない。また、熱膨張率は導電性金属と共に他のフィラーを添加することにより調整することが可能であり、ＬＥＤ２２Ａ〜２２Ｃの移動を発生させない程度の熱膨張率にすることができる。
従って、信号電極２３Ａ〜２３Ｃと、共通グランド電極２７Ａとの面積に相違があったとしても、ＬＥＤ２２Ａ〜２２Ｃを各電極２３Ａ〜２３Ｃ，２７Ａに接合する際、マンハッタン現象が発生することを抑制することができる。これにより、基板２０に信号電極２３Ａ〜２３Ｃ及び共通グランド電極２７Ａを配設する際、各電極２３Ａ〜２３Ｃ，２７Ａの面積を気にすることなく設計ができるため、ＬＥＤ２２Ａ〜２２Ｃの高密度実装に適応した各電極２３Ａ〜２３Ｃ，２７Ａの設定が可能となる。
一方、ＬＥＤ２２Ａ〜２２Ｃを基板２０に実装する方法としては、先ず異なる面積を有した各電極２３Ａ〜２３Ｃ，２７Ａに導電性接着剤２１を塗布する。この導電性接着剤２１の塗布の方法としては、例えばスクリーン法を用いることができる。
続いて、導電性接着剤２１が塗布された各電極２３Ａ〜２３Ｃ，２７Ａ上に、ＬＥＤ２２Ａ〜２２Ｃを搭載する。この際、導電性接着剤２１を構成する樹脂は硬化されていない状態であるため、ＬＥＤ２２Ａ〜２２Ｃは各電極２３Ａ〜２３Ｃ，２７Ａ上に仮止めされた状態となる。
続いて、ＬＥＤ２２Ａ〜２２Ｃが仮止めされた基板２０は、加熱炉に入れられ、導電性接着剤２１の硬化温度まで加熱される。この時の加熱温度は、従来のように接合材としてはんだ６を用いた場合に比べ低温化することができる。よって、導電性接着剤２１による接合処理を従来に比べて低温環境下で行なうことができるため、実装処理の容易化を図ることができる。
また、上記したように、加熱処理を行っても導電性接着剤２１に表面張力やＬＥＤ２２Ａ〜２２Ｃを移動させるような大きな熱膨張に起因した力は発生しないため、マンハッタン現象が発生することはない。よって、本実施例に係る実装方法を用いることにより、実装信頼性を高めることができる。
図１０は、上記した実施例の変形例を示している。上記した実施例では、共通グランド電極２７Ａを中心位置に配設し、これを中心として複数のＬＥＤ２２Ａ〜２２Ｃを放射状に配置する構成とした。しかしながら、同図に示すように、共通グランド電極２７Ｂを帯状に長く直線状に延出する構成とし、この側部に複数のＬＥＤ２２Ａ〜２２Ｃを接続する構成についても、本願発明は有効である。
即ち、共通グランド電極２７Ｂは帯状に長く配設されるものであるため、その面積は広い。これに対して、各ＬＥＤ２２Ａ〜２２Ｃの共通グランド電極２７Ａの接続端子と反対側の接続端子が接続される信号電極２３Ａ〜２３Ｃは、共通グランド電極２７Ａに比べて面積は小さい。従って、本変形例の電極構造でも、接合材としてはんだ６を用いた場合には、上記した理由によりマンハッタン現象が発生する。
本変形例の構成の電極構造であっても、接合材として導電性接着剤２１を用いることにより、マンハッタン現象を確実に抑制することができる。本変形例の構成は、特にチップ部品として抵抗チップ、コンデンサーチップを用いた場合において、利益が大である。

Claims (11)

  1. 基板上に形成された一対の電極にチップ部品を表面実装するチップ部品の実装構造であって、
    前記一対の電極を異なる面積とし、
    かつ、前記チップ部品と前記電極とを導電性接着材を用いて接合したことを特徴とするチップ部品の実装構造。
  2. 前記基板に複数の前記チップ部品を配設する構成とし、
    各々の前記複数のチップ部品の同一特性を有する接続端子を、前記基板に形成された一つの共通電極に接続したことを特徴とする請求項１記載のチップ部品の実装構造。
  3. 前記基板に複数の前記チップ部品を配設する構成とし、
    各々の前記複数のチップ部品の同一特性を有する接続端子を、前記基板に形成された一つの共通電極に接続し、
    かつ、前記複数のチップ部品を前記共通電極を中心として放射状となるよう配置したことを特徴とする請求項１記載のチップ部品の実装構造。
  4. 前記チップ部品をＬＥＤとすると共に、複数の該ＬＥＤを前記基板に配設する構成とし、
    各々の前記複数のＬＥＤの同一特性を有する接続端子を、前記基板に形成された一つの共通電極に接続し、
    かつ、前記複数のＬＥＤを前記共通電極を中心として放射状となるよう配置したことを特徴とする請求項１記載のチップ部品の実装構造。
  5. 前記複数のＬＥＤはそれぞれ発光色が異なることを特徴とする請求項４記載のチップ部品の実装構造。
  6. 前記導電性接着材として、はんだよりも表面張力が小さいものを用いたことを特徴とする請求項１記載のチップ部品の実装構造。
  7. 請求項１〜６記載のいずれかのチップ部品の実装構造を有する前記基板を備えたことを特徴とする電子装置。
  8. 基板上に形成された一対の電極にチップ部品を表面実装するチップ部品の実装構造であって、
    前記基板に複数の前記チップ部品を配設する構成とし、
    各々の前記複数のチップ部品の同一特性を有する接続端子を、導電性接着材を用いて前記基板に形成された一つの共通電極に接続し、
    かつ、前記複数のチップ部品を前記共通電極を中心として放射状となるよう配置したことを特徴とするチップ部品の実装構造。
  9. 前記複数のチップ部品をそれぞれ発光色が異なるＬＥＤとしたことを特徴とする請求項８記載のチップ部品の実装構造。
  10. 請求項８または９記載のチップ部品の実装構造を有する前記基板を備えたことを特徴とする電子装置。
  11. 基板上に形成された一対の電極にチップ部品を表面実装するチップ部品の実装方法であって、
    異なる面積を有した前記一対の電極に導電性接着材を配設する工程と、
    該導電性接着材により前記チップ部品を前記電極に接続する工程とを有することを特徴とするチップ部品の実装方法。
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