JPWO2009096003A1 - チップコンデンサの実装構造、電子機器および実装方法 - Google Patents
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Abstract
開示のチップコンデンサの実装構造、その実装構造を備える電子機器および実装方法が、配線パターンが形成されたプリント基板等の薄板の表面にチップコンデンサを実装する際に、チップコンデンサの一対の端子間の部分が薄板に接触しないようにするために、薄板の中でチップコンデンサの一対の端子間の部分に対応する箇所に、穴状部または窪み状部を予め形成し、薄板上の穴状部または窪み状部が形成された箇所にチップコンデンサを搭載し、薄板上の配線パターンの所定の位置にチップコンデンサの一対の端子を固着するようにしている。
Description
本発明は、所定の配線パターンが形成されたプリント基板等の薄板の表面にチップ形状のチップコンデンサを実装するためのチップコンデンサの実装構造、その実装構造を備える電子機器および実装方法に関する。
近年、電子機器の小型化および高性能化に伴い、電子機器内でIC(Integrated Circuit)チップまたはLSI(Large Scale Integrated Circuit)チップ等の半導体デバイスにより構成される電源回路等に対しても、実装面積の節減やノイズの抑制等に対する要求がますます厳しくなっている。このため、電子機器内の電源回路や電源供給端子の近傍には、最小限の実装面積でもって電源電圧の変動によるノイズを抑制して安定な電源電圧を供給する機能を持たせるために、小型のチップ形状のチップコンデンサが一つまたは複数設けられている。このような機能を有するチップコンデンサとして、通常、高誘電率のセラミック系の誘電体(例えば、チタン酸バリウム(BaTiO3)等を主成分とする強誘電体)を含む積層セラミックコンデンサが用いられるようになっている。
より詳しく説明すると、積層セラミックコンデンサは、極性の異なる2種類の内部電極の複数の層が、高誘電率のセラミック系の誘電体の層を介して交互に積層されたコンデンサ本体と、このコンデンサ本体の両側の対向する端面に形成された一対の外部電極の端子とを備えている。ここで、一方の極性(例えば+)を有する内部電極の複数の層の各々は、一方の外部電極の端子に電気的に接続されており、他方の極性(例えば−)を有する内部電極の複数の層の各々は、他方の外部電極の端子に電気的に接続されている。
上記の電源回路では、通常、電源配線パターンやアース配線パターン等の各種の配線パターンが形成されたプリント基板等の薄板の表面に、ICチップやLSIチップ等の半導体デバイスが実装されると共に、一つまたは複数のチップコンデンサが実装される。このようなチップコンデンサのプリント基板等への実装構造を具体的に実現する場合、従来は、プリント基板等の薄板の表面に積層セラミックコンデンサを搭載し、この積層セラミックコンデンサの一対の外部電極の端子をはんだ等により配線パターンの所定の位置に固着することによって、積層セラミックコンデンサの表面実装を行う方法が採用されている。
このような方法によりプリント基板等の表面に積層セラミックコンデンサ等のチップコンデンサを実装した場合、積層セラミックコンデンサの両側の端子間に印加される電源電圧の変動によって、コンデンサ内部の誘電体の積層構造に機械的歪みが生じ、積層セラミックコンデンサの厚み方向に伸縮して振動する。この現象は、一般にピエゾ効果(圧電効果)として知られている。
より詳しく説明すると、高誘電率の誘電体の層が積層された積層セラミックコンデンサの両側の一対の端子間に直流電圧(例えば電源電圧)が印加されたときに、誘電体の層内の複数の誘電体粒子が同一の方向に分極した状態になる。このような分極の状態にある複数の誘電体粒子は、直流電圧の極性に従って同一の方向に並んで静止している。しかしながら、電源電圧の変動分に相当する交流電圧が印加されると、複数の誘電体粒子は、この交流電圧の方向に従って、チップコンデンサの厚み方向に繰り返し伸縮して振動する。特に電源電圧の変動が大きい場合、チップコンデンサの厚み方向の振動による変位がプリント基板等に伝達され、プリント基板等が厚み方向に振動する。このプリント基板の振動周波数に可聴周波数が含まれている場合、振動音として人間の耳に聞こえるという問題が生じてくる。
ここで、参考のため、従来のチップコンデンサの実装構造に関連した下記の特許文献1および特許文献2を先行技術文献として呈示する。
特許文献1においては、プリント基板の配線パターンの先端部でチップコンデンサの直下の位置に、幅(0.2〜0.5mm)および厚み(10〜100μm)を有する土手部を配設し、この土手部上にチップコンデンサを搭載した後に、上記配線パターンにチップコンデンサをはんだ付けしてプリント基板(プリント配線基板)から浮かせた構造にするようなチップコンデンサのプリント配線基板実装構造が開示されている。
しかしながら、特許文献1では、プリント配線基板実装構造の高さ方向の制限によって土手部の厚みは10〜100μm程度に制限されるので、電源電圧の変動によってチップコンデンサの厚み方向の振動による変位が大きくなった場合、この振動による変位がプリント基板に伝達されるのを実質的に抑制することが難しくなる。
特許文献2においては、チップコンデンサ等の部品を実装するための貫通穴を回路基板に予め形成すると共に、この貫通穴に対応して回路パターンを形成し、この回路パターンに接続されるチップコンデンサ等の部品を貫通穴内に実装し、このチップコンデンサ等の部品に対して立体的に半導体装置を実装するようにした半導体装置モジュールが開示されている。
しかしながら、特許文献2では、チップコンデンサの両側の端子のほぼ全ての部分がはんだを介して回路基板に接触しているので、特許文献1の場合と同様に、チップコンデンサの厚み方向の振動による変位がプリント基板に伝達されるのを実質的に抑制することが難しくなる。その上、特許文献2では、10〜50μm程度の薄い銅フィルム上にチップコンデンサ等の部品が搭載される構造になっているので、チップコンデンサの厚み方向の振動によってチップコンデンサが回路基板から脱落するおそれが生ずる。
換言すれば、特許文献1および特許文献2のいずれにおいても、前述のような従来のチップコンデンサの実装構造により発生する問題点に適切に対処することはできない。
本発明の目的は、所定の配線パターンが形成されたプリント基板等の薄板の表面にチップコンデンサを実装したときに、電源電圧の変動等に起因して生ずるチップコンデンサの厚み方向の振動による変位がプリント基板に伝達されて発生し得るプリント基板等の薄板の振動音を大幅に軽減させることが可能なチップコンデンサの実装構造、その実装構造を備える電子機器および実装方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、第1の態様に係るチップコンデンサの実装構造は、配線パターンが形成された薄板の表面にチップコンデンサが実装される構造であって、このチップコンデンサの一対の端子間の部分(すなわち、コンデンサ本体の部分)が上記薄板に接触しないようにするために、上記薄板の中で上記チップコンデンサの一対の端子間の部分に対応する箇所に、穴状部を形成し、上記薄板の上記穴状部が形成された箇所に上記チップコンデンサを搭載し、上記薄板上の上記配線パターンの所定の位置に上記チップコンデンサの一対の端子を固着するようになっている。
また一方で、第2の態様に係るチップコンデンサの実装構造は、配線パターンが形成された薄板の表面にチップコンデンサが実装された構造であって、このチップコンデンサの一対の端子間の部分が上記薄板に接触しないようにするために、上記薄板の中で上記チップコンデンサの一対の端子間の部分に対応する箇所に、窪み状部を形成し、上記薄板の上記窪み状部が形成された箇所に上記チップコンデンサを搭載し、上記薄板上の上記配線パターンの所定の位置に上記チップコンデンサの一対の端子を固着するようになっている。
好ましくは、第1および第2の態様に係るチップコンデンサの実装構造において、チップコンデンサは、極性の異なる2種類の電極層が誘電体の層を介して交互に積層された構造の積層セラミックコンデンサである。
さらに、好ましくは、第1および第2の態様に係るチップコンデンサの実装構造において、薄板は、配線パターンが形成されたプリント基板を複数枚積層して得られる積層プリント基板である。
さらに、好ましくは、第1および第2の態様に係るチップコンデンサの実装構造を備える電子機器が開示されている。
また一方で、第1の態様に係るチップコンデンサの実装方法は、配線パターンが形成された薄板の表面にチップコンデンサを実装する方法であって、このチップコンデンサの一対の端子間の部分が上記薄板に接触しないようにするために、上記薄板の中で上記チップコンデンサの一対の端子間の部分に対応する箇所に、穴状部を予め形成するステップと、上記薄板の上記穴状部が形成された箇所に上記チップコンデンサを搭載し、上記薄板上の上記配線パターンの所定の位置に上記チップコンデンサの一対の端子を固着するステップとを有する。
また一方で、第2の態様に係るチップコンデンサの実装方法は、配線パターンが形成された薄板の表面にチップコンデンサを実装するための方法であって、このチップコンデンサの一対の端子間の部分が上記薄板に接触しないようにするために、上記薄板の中で上記チップコンデンサの一対の端子間の部分に対応する箇所に、窪み状部を予め形成するステップと、上記薄板の上記窪み状部が形成された箇所に上記チップコンデンサを搭載し、上記薄板上の上記配線パターンの所定の位置に上記チップコンデンサの一対の端子を固着するステップとを有する。
好ましくは、第1および第2の態様に係るチップコンデンサの実装方法において、チップコンデンサは、極性の異なる2種類の電極層が誘電体の層を介して交互に積層された構造の積層セラミックコンデンサである。
さらに、好ましくは、第1および第2の態様に係るチップコンデンサの実装方法において、上記薄板は、配線パターンが形成されたプリント基板を複数枚積層して得られる積層プリント基板である。
要約すれば、開示のチップコンデンサの実装構造、その実装構造を備える電子機器および実装方法では、第1に、プリント基板等の薄板の中でチップコンデンサの一対の端子間の部分に対応する箇所に、穴状部を予め形成しておき、この穴状部が形成された箇所にチップコンデンサを搭載してチップコンデンサの一対の端子を固着するようにしている。これによって、チップコンデンサの一対の端子間の部分が薄板に接触することがなくなる。この結果、電源電圧の変動等に起因して生ずるチップコンデンサの厚み方向の振動による変位がプリント基板等の薄板に伝達されるのが抑止され、薄板の振動音を大幅に軽減させることが可能になる。
また一方で、開示のチップコンデンサの実装構造、その実装構造を備える電子機器および実装方法では、第2に、プリント基板等の薄板の中でチップコンデンサの一対の端子間の部分に対応する箇所に、窪み状部を予め形成しておき、この窪み状部が形成された箇所にチップコンデンサを搭載してチップコンデンサの一対の端子を固着するようにしている。これによって、前述の穴状部を形成した場合と同様に、チップコンデンサの一対の端子間の部分が薄板に接触することがなくなる。この結果、電源電圧の変動等に起因して生ずるチップコンデンサの厚み方向の振動による変位がプリント基板等の薄板に伝達されるのが抑止され、薄板の振動音を大幅に軽減させることが可能になる。
ここで、薄板に窪み状部を形成した場合、前述の穴状部を形成した場合よりも薄板の振動音を軽減させる効果は小さくなるが、前述の穴状部を形成した場合よりも薄板上の配線パターンの有効利用面積が大きくなる。
開示のチップコンデンサの実装構造、その実装構造を備える電子機器および実装方法を、添付の図面を参照して以下に説明する。ここで、
図1は、一般のチップコンデンサの構造を示す斜視図、
図2は、図1のA−A断面図、
図3は、一般のチップコンデンサの機械的振動を説明するための模式図、
図4は、従来方式によりチップコンデンサをプリント基板に実装した状態を断面にて示す図、
図5は、第1の実施形態に係るチップコンデンサの実装構造を断面にて示す図、
図6は、第1の実施形態に関連した具体例を断面にて示す図、
図7は、第2の実施形態に係るチップコンデンサの実装構造を断面にて示す図、
図8は、第2の実施形態に関連した具体例を断面にて示す図、
図9は、第1および第2の実施形態に係るチップコンデンサの実装構造を備える電子機器の例を示す外観斜視図、そして
図10は、図9の電子機器に搭載されるプリント基板を示す平面図である。
まず、本実施形態に係るチップコンデンサの実装構造、その実装構造を備える電子機器および実装方法を説明する前に、従来のチップコンデンサの実装構造およびその問題点を、添付の図面(図1〜図4)を参照して詳述する。
図1は、一般のチップコンデンサの構造を示す斜視図であり、図2は、図1のA−A断面図である。ここでは、チップコンデンサ100として、極性の異なる2種類の内部電極の層が誘電体の層を介して交互に積層された構造の積層セラミックコンデンサを代表して示す。なお、これ以降、前述した構成要素と同様のものについては、同一の参照番号を付して表すこととする。
図1および図2に示すように、チップコンデンサ100を構成する積層セラミックコンデンサは、互いに極性の異なる一方の内部電極の層124と他方の内部電極の層126とが、高誘電率のセラミック系の誘電体130の層を介して交互に積層されたコンデンサ本体110と、このコンデンサ本体110の両側の対向する端面に形成された一対の外部電極の端子120、122とを備えている。コンデンサ本体110は、通常、直方体の形状になっているが、特に形状に制限はなく、用途に応じて適宜設定することが可能である。代表的に、コンデンサ本体の高さは、0.5〜2.5mm程度に設定することができる。
好ましくは、図1および図2に示す積層セラミックコンデンサでは、誘電体130の層と一方の内部電極の層124とを有するシート体と、誘電体130の層と他方の内部電極の層126とを有するシート体の層とが、互いに順次繰り返し多層に積層される。誘電体の層の積層数は、通常、5〜300程度である。一般的には、誘電体の層は、チタン酸バリウムを含む主成分と、酸化マグネシウム(MgO)や酸化カルシウム(CaO)等の酸化物を含む副成分とを有する強誘電体の結晶粒子(誘電体粒子)で構成される焼結体からなり、その厚さは3〜30μm程度である。また一方で、内部電極の層は、ニッケル(Ni)またはニッケル合金等の卑金属からなり、その厚さは0.5〜2.5μm程度である。
さらに、図1および図2に示すように、一方の内部電極124の層の各々は、電源電圧+Vが印加される側(電源側(+))の外部電極の端子120に接続されており、他方の内部電極の層126の各々は、0Vの電圧が印加される側(アース側(−))の外部電極の端子122に接続されている。一般的には、外部電極の端子は、ニッケルまたは銅(Cu)等の金属からなり、その厚さは10〜50μm程度である。
図3は、一般のチップコンデンサの機械的振動を説明するための模式図である。図3では、図1および図2のチップコンデンサ100に電源電圧を印加した場合の等価回路が図示されている。
前述のように、チップコンデンサ100を構成する積層セラミックコンデンサは、互いに極性の異なる2種類の内部電極の層が交互に積層された構造になっている。それゆえに、全体的に見れば、図3に示すように、印加される電源電圧の向きに対して、隣り合って配置された2つの内部電極に挟まれる誘電体の誘電体粒子PMが同一の方向に分極した状態になる。換言すれば、上記の積層セラミックコンデンサは、誘電体の層の積層数に相当する数だけコンデンサが並列に接続された構造と等価になる。このような構造の積層セラミックコンデンサでは、小型のチップコンデンサを用いて比較的大きなキャパシタンス(容量)の値を有するコンデンサを作製することが可能である。図3の等価回路におけるチップコンデンサ100の一対の等価電極140、142は、図1および図2の一対の外部電極の端子120、122にそれぞれ対応している。
プリント基板等の薄板の表面に積層セラミックコンデンサ等のチップコンデンサ100を実装した場合、チップコンデンサ100の両側の一対の端子間(すなわち、一対の等価電極140、142の端子間)に印加される電源電圧が変動したときに、ピエゾ効果によってコンデンサ内部の誘電体の積層構造に機械的歪みが生じ、チップコンデンサ100の厚み方向に伸縮して振動する。
より具体的には、図3の(A)に示すように、高誘電率の誘電体の層が積層されたチップコンデンサ100の両側の一対の端子間に電源電圧(例えば、直流電源Vsから供給される直流電圧)+Vが印加されたときに、誘電体の層内の誘電体粒子PMが同一の方向に分極した状態になる。このような分極の状態にある誘電体粒子PMの各々は、直流電圧の極性と反対の方向に並んで静止している。ここで、図3の(B)に示すように、電源電圧+Vの変動分に相当する交流電圧が、等価的な交流電源eから印加された場合を想定する。この場合、分極の状態にある誘電体粒子PMは、周期的に変化する交流電圧の極性の方向に従って、チップコンデンサ100の厚み方向(一対の外部電極の端子間方向と直角の方向)に繰り返し伸縮して振動する。電源電圧+Vの変動が大きい場合、チップコンデンサの厚み方向の振動による変位がプリント基板等に伝達され、プリント基板等が厚み方向に振動する。このプリント基板の振動周波数に可聴周波数が含まれている場合、振動音として人間の耳に聞こえるようになる。
図4は、従来方式によりチップコンデンサをプリント基板に実装した状態を断面にて示す図である。ここでは、例えば特開2000−133909号公報(特許文献1参照)に記載されている方法によりプリント基板(プリント配線基板)の表面にチップコンデンサを実装した場合のプリント配線基板実装構造を説明する。
図4に示すプリント配線基板実装構造では、プリント基板200に形成された配線パターン300、302の先端部でチップコンデンサ100の直下の位置に、幅(0.2〜0.5mm)および厚み(10〜100μm)を有する土手部210、212が配設されている。この土手部210、212は、樹脂部材、ゴム部材または導電性接着剤のうちのいずれか一つを、チップコンデンサ100の直下の位置にスクリーン印刷することにより形成される。ついで、土手部210、212の上にチップコンデンサ100を搭載した後に、配線パターンに予め塗布されているはんだ部150、152のはんだを再溶融すること(リフロー工程)によって、チップコンデンサ100の一対の端子120、122を配線パターン300、302にそれぞれはんだ付けする。このような実装構造によれば、チップコンデンサのコンデンサ本体110は、チップコンデンサ100の直下の土手部210、212の厚み分だけプリント基板200から浮くことになり、チップコンデンサ100の振動(チップコンデンサの振動方向は、チップコンデンサの厚み方向である)による変位が、プリント基板に伝達されてプリント基板200が振動するのを幾分抑えることができる(プリント基板の振動方向もまた、プリント基板の厚み方向である)。
しかしながら、図4のプリント配線基板実装構造では、実装時の高さ方向の制限によって土手部の厚みは10〜100μm程度に制限される。したがって、電源電圧の変動によってチップコンデンサ100の厚み方向の振動による変位が大きくなった場合、この振動による変位がプリント基板に伝達されるのを実質的に抑制することが難しくなるといったような不都合な事態が生じてくる。
ついで、上記のような不都合な事態に対処するために考え出された本実施形態に係るチップコンデンサの実装構造および実装方法を、添付の図面(図5〜図8)を参照して詳述する。
図5は、第1の実施形態に係るチップコンデンサの実装構造を断面にて示す図である。ここでは、複数のチップコンデンサ(図5では、3個のチップコンデンサが図示されている)1が薄板2の表面に実装された状態の第1の実施形態に係るチップコンデンサの実装構造が、断面にて図示されている。
図5の第1の実施形態に係る実装構造では、プリント基板等の薄板2の中で、チップコンデンサ1の一対の端子11a、11b間の部分に対応する箇所に、穴の形状を有する穴状部6が予め形成されている。なお、チップコンデンサ1の一対の端子11a、11b間の部分は、コンデンサ本体10の部分に相当する。
ここで、プリント基板等の薄板2を作製する工程を詳しく説明する。初めに、配線パターンが形成される前の厚さ1〜5mm程度の薄板2に対して穴あけ加工を行い、チップコンデンサ1の両側の一対の端子11a、11b間の部分に対応する箇所に、複数の穴状部6を形成する。ついで、複数の穴状部6を有する薄板2の両面にラミネートされた銅フィルムを形成する。さらに、この銅フィルム上にフォトレジストを塗布して露光およびパターンエッチングを行い、フォトレジストを除去する。このようにして形成された銅フィルムのパターン上にメッキを施すことによって、電源電圧供給用の第1の配線パターン3aおよびアース用の第2の配線パターン3bを含む各種の配線パターン(厚さ10〜50μm程度)が、薄板2の両面に形成される。さらに、薄板2の一方の面に形成された配線パターンと他方の面に形成された配線パターンとを電気的に接続するための複数の導通用スルーホール5も一緒に形成される。ここで、各種の配線パターンを設計する段階で、薄板2bの両面で穴状部6に対応する位置には配線パターンを形成しないようにすることが必要である。
さらに、図5に示すように、薄板2の表面で穴状部6が形成された箇所に複数のチップコンデンサ1を搭載する。その後、第1の配線パターン3aに予め塗布されているはんだ部12a(または、はんだ部12b)と第2の配線パターン3bに予め塗布されているはんだ部12b(または、はんだ部12a)のはんだを再溶融し(リフロー工程)、チップコンデンサ1の一対の端子11a、11bを第1の配線パターン3aおよび第2の配線パターン3bに固着することによって、チップコンデンサの実装構造が完成する。
好ましくは、図5に示す実装構造では、チップコンデンサ1として、極性の異なる2種類の内部電極の層が誘電体の層を介して交互に積層された構造の積層セラミックコンデンサが用いられる(図1および図2参照)。
さらに、好ましくは、薄板2として、各種の配線パターンが両面に形成された単層のプリント基板が用いられているが、図6を参照して後述するように、各種の配線パターンが形成されたプリント基板を複数枚積層して得られる積層プリント基板を用いることも可能である。
上記のようなチップコンデンサの実装構造から明らかなように、チップコンデンサ1の一対の端子間の部分(すなわち、コンデンサ本体10の部分)で薄板2の表面に対向する側には、穴状部が予め形成されているので、チップコンデンサ1の端子間の部分が薄板2に接触することがなくなる。それゆえに、第1の実施形態に係る実装構造では、電源電圧の変動等に起因して生ずるチップコンデンサの厚み方向の振動による変位が、プリント基板等の薄板2に伝達されるのをほぼ完全に抑止することができる。この結果、薄板が振動したときに発生し得る振動音を大幅に軽減させることが可能になる。
図6は、第1の実施形態に関連した具体例を断面にて示す図である。ここでは、複数のチップコンデンサ(図6では、4個のチップコンデンサが図示されている)1とICチップやLSIチップ等の半導体デバイス8とが積層プリント基板26の表面に実装された状態の第1の実施形態に関連した実装構造の具体例が、断面にて図示されている。
図6に示す実装構造では、前述の図5の実施形態と同様に、積層プリント基板26の中で、チップコンデンサ1の一対の端子11a、11b間の部分に対応する箇所に、貫通穴の形状を有する穴状空洞部60が予め形成されている。この穴状空洞部60は、前述の図5の穴状部6に実質的に対応するものである。ただし、半導体デバイス8は、電源電圧の変動によって厚み方向に振動することはないので、半導体デバイス8の積層プリント基板26の表面に対向する側には、穴状空洞部は形成されていない。
ここで、積層プリント基板26を作製する工程を詳しく説明する。初めに、配線パターンが形成される前の複数の層のフレキシブルプリント基板(各層のフレキシブルプリント基板の厚さ0.1〜0.5mm程度)20〜24の各々に対して位置合わせを行ってから穴あけ加工を行い、チップコンデンサ1の両側の一対の端子11a、11b間の部分に対応する箇所に、複数の穴状空洞部60を形成する。
ついで、複数の穴状空洞部60を有する最上層のフレキシブルプリント基板20の表面にラミネートされた銅フィルムを形成する。さらに、この銅フィルム上にフォトレジストを塗布して露光およびパターンエッチングを行い、フォトレジストを除去する。このようにして形成された銅フィルムのパターン上にメッキを施すことによって、電源電圧供給用の第1の配線パターン30a、アース用の第2の配線パターン30b、および信号伝達用の配線パターン30cを含む各種の配線パターン(厚さ10〜50μm程度)が、最上層のフレキシブルプリント基板20の表面(一方の面)に形成される。また一方で、複数の穴状空洞部60を有する最上層から2番目のフレキシブルプリント基板21の表面にラミネートされた銅フィルムを形成する。さらに、この銅フィルム上にフォトレジストを塗布して露光およびパターンエッチングを行い、フォトレジストを除去する。このようにして形成された銅フィルムのパターン上にメッキを施すことによって、任意の配線パターン31が、最上層から2番目のフレキシブルプリント基板21の表面に形成される。
また一方で、複数の穴状空洞部60を有する最上層から3番目のフレキシブルプリント基板22の表面にラミネートされた銅フィルムを形成する。さらに、この銅フィルム上にフォトレジストを塗布して露光およびパターンエッチングを行い、フォトレジストを除去する。このようにして形成された銅フィルムのパターン上にメッキを施すことによって、任意の配線パターン32が、最上層から3番目のフレキシブルプリント基板22の表面に形成される。
また一方で、複数の穴状空洞部60を有する最上層から4番目のフレキシブルプリント基板23の表面にラミネートされた銅フィルムを形成する。さらに、この銅フィルム上にフォトレジストを塗布して露光およびパターンエッチングを行い、フォトレジストを除去する。このようにして形成された銅フィルムのパターン上にメッキを施すことによって、任意の配線パターン33が、最上層から4番目のフレキシブルプリント基板23の表面に形成される。
また一方で、複数の穴状空洞部60を有する最下層のフレキシブルプリント基板24の両面にラミネートされた銅フィルムを形成する。さらに、この銅フィルム上にフォトレジストを塗布して露光およびパターンエッチングを行い、フォトレジストを除去する。このようにして形成された銅フィルムのパターン上にメッキを施すことによって、電源電圧供給用の第1の配線パターン35a、アース用の第2の配線パターン35b、およびその他の任意の配線パターン34を含む各種の配線パターンが、最下層のフレキシブルプリント基板24の両面に形成される。
この場合、ある特定の層のフレキシブルプリント基板の一方の面または他方の面に形成された配線パターンと、その他の層のフレキシブルプリント基板の一方の面または他方の面に形成された配線パターンとを電気的に接続するための複数の導通用スルーホール50、51および52を、各層のフレキシブルプリント基板に予め形成しておくことが必要である。さらに、各層のフレキシブルプリント基板上の各種の配線パターンを設計する段階で、各層のフレキシブルプリント基板20〜24の両面または一方の面で穴状空洞部60に対応する位置には配線パターンを形成しないようにすることが必要である。
上記のようにして各種の配線パターンが形成された複数の層のフレキシブルプリント基板20〜24を、プリプレグ等の接着材料により同時に接着することによって、各種の配線パターン、導通用スルーホール50〜52および穴状空洞部60が形成された積層プリント基板26が作製される。なお、図6に示す実装構造では、5枚のフレキシブルプリント基板を積層して積層プリント基板を作製する場合について説明したが、本実施形態の実装構造はこれに限定されるものではない。
さらに、図6に示すように、積層プリント基板26の表面で穴状空洞部60が形成された箇所に、複数のチップコンデンサ1を搭載する。その後、最上層のフレキシブルプリント基板20上の第1の配線パターン30aに予め塗布されているはんだ部12a(または、はんだ部12b)と第2の配線パターン30bに予め塗布されているはんだ部12b(または、はんだ部12a)のはんだを再溶融し、チップコンデンサ1の一対の端子11a、11bを第1の配線パターン30aおよび第2の配線パターン30bに固着する。
これと同時に、積層プリント基板26の表面で最上層のフレキシブルプリント基板20上の信号伝達用の配線パターン30cが形成されている位置に、半導体デバイス8を搭載する。その後、最上層のフレキシブルプリント基板20上の一方の信号伝達用の配線パターン30cに予め塗布されているはんだ部82aと他方の配線パターン30cに予め塗布されているはんだ部82bのはんだを再溶融し、半導体デバイス8の一方の側の複数の端子80aおよび他方の側の複数の端子80bを一方の信号伝達用の配線パターン30cおよび他方の信号伝達用の配線パターン30cに固着する。これによって、図6に示す実装構造が完成する。
図6に示す実装構造においても、前述の図5の実装構造とほぼ同様に、チップコンデンサ1の一対の端子間の部分で積層プリント基板26の表面に対向する側には、穴状空洞部が予め形成されているので、チップコンデンサ1の端子間の部分が積層プリント基板26に接触することがなくなる。それゆえに、図6に示す実装構造によっても、電源電圧の変動等に起因して生ずるチップコンデンサの厚み方向の振動による変位が、積層プリント基板に伝達されるのをほぼ完全に抑止することができる。この結果、積層プリント基板が振動したときに発生し得る振動音を大幅に軽減させることが可能になる。
図7は、第2の実施形態に係るチップコンデンサの実装構造を断面にて示す図である。ここでは、複数のチップコンデンサ(図7では、3個のチップコンデンサが図示されている)1が薄板2hの表面に実装された状態の第2の実施形態に係るチップコンデンサの実装構造が、断面にて図示されている。
図7の第2の実施形態に係る実装構造では、プリント基板等の薄板2hの中で、チップコンデンサ1の一対の端子11a、11b間の部分に対応する箇所に、窪みの形状を有する窪み状部7が予め形成されている。なお、チップコンデンサ1の一対の端子11a、11b間の部分は、コンデンサ本体10の部分に相当する。
ここで、プリント基板等の薄板2hを作製する工程を詳しく説明する。初めに、配線パターンが形成される前の厚さ1〜5mm程度の薄板2hに対して切削加工を行い、チップコンデンサ1の両側の一対の端子11a、11b間の部分に対応する箇所に、複数の窪み状部7を形成する。ついで、複数の窪み状部7を有する薄板2hの両面にラミネートされた銅フィルムを形成する。さらに、前述の図5の第1の実施形態の場合と同様の工程により、電源電圧供給用の第1の配線パターン3aおよびアース用の第2の配線パターン3bを含む各種の配線パターンが、薄板2hの両面に形成される。さらに、前述の図5の第1の実施形態の場合と同様に、薄板2hの一方の面に形成された配線パターンと他方の面に形成された配線パターンとを電気的に接続するための複数の導通用スルーホール5も一緒に形成される。ここで、各種の配線パターンを設計する段階で、薄板2hの表面で窪み状部7に対応する位置には配線パターンを形成しないようにすることが必要である。
さらに、図7に示すように、薄板2hの表面で窪み状部7が形成された箇所に複数のチップコンデンサ1を搭載する。その後、前述の図5の第1の実施形態の場合と同様に、第1の配線パターン3aに予め塗布されているはんだ部12a(または、はんだ部12b)と第2の配線パターン3bに予め塗布されているはんだ部12b(または、はんだ部12a)のはんだを再溶融し、チップコンデンサ1の一対の端子11a、11bを第1の配線パターン3aおよび第2の配線パターン3bに固着することによって、チップコンデンサの実装構造が完成する。
好ましくは、図7に示す実装構造においても、チップコンデンサ1として、極性の異なる2種類の内部電極の層が誘電体の層を介して交互に積層された構造の積層セラミックコンデンサが用いられる(図1および図2参照)。
さらに、好ましくは、薄板2hとして、各種の配線パターンが両面に形成された単層のプリント基板が用いられているが、図8を参照して後述するように、各種の配線パターンが形成されたプリント基板を複数枚積層して得られる積層プリント基板を用いることも可能である。
上記のようなチップコンデンサの実装構造から明らかなように、チップコンデンサ1の一対の端子間の部分で薄板2hの表面に対向する側には、窪み状部が予め形成されているので、チップコンデンサ1の端子間の部分が薄板2hに接触することがなくなる。それゆえに、第2の実施形態に係る実装構造では、前述の第1の実施形態に係る実装構造と同様に、電源電圧の変動等に起因して生ずるチップコンデンサの厚み方向の振動による変位が、プリント基板等の薄板2hに伝達されるのをほぼ完全に抑止することができる。
図7に示す実装構造で薄板に窪み状部を形成した場合、この窪み状部の深さは、前述の図5の実装構造で形成される穴状部の深さよりも小さくなる。したがって、図7に示す実装構造により薄板の振動音を軽減させる効果は、前述の図5の実装構造により薄板の振動音を軽減させる効果よりも小さくなる点に注意すべきである。ただし、図7に示す実装構造で薄板に窪み状部を形成した場合は、前述の図5の実装構造で穴状部を形成した場合よりも薄板の一方の面の配線パターンの有効利用面積が大きくなるという利点を有している。
図8は、第2の実施形態に関連した具体例を断面にて示す図である。ここでは、複数のチップコンデンサ(図8では、4個のチップコンデンサが図示されている)1と半導体デバイス8とが積層プリント基板26hの表面に実装された状態の第2の実施形態に関連した実装構造の具体例が、断面にて図示されている。
図8に示す実装構造では、前述の図7の実施形態と同様に、積層プリント基板26hの中で、チップコンデンサ1の一対の端子11a、11b間の部分に対応する箇所に、窪みの形状を有する窪み状空洞部70が予め形成されている。この窪み状空洞部70は、前述の図7の窪み状部7に実質的に対応するものである。ただし、半導体デバイス8は、電源電圧の変動によって厚み方向に振動することはないので、半導体デバイス8の積層プリント基板26hの表面に対向する側には、窪み状空洞部は形成されていない。
ここで、積層プリント基板26hを作製する工程を詳しく説明する。初めに、配線パターンが形成される前の複数の層のフレキシブルプリント基板20h〜24hの中で、最上層、最上層から2番目の層、および最上層から3番目の層のフレキシブルプリント基板20h〜22hの各々に対して位置合わせを行ってから切削加工を行い、チップコンデンサ1の両側の一対の端子11a、11b間の部分に対応する箇所に、複数の窪み状空洞部70を形成する。
ついで、複数の窪み状空洞部70を有する最上層のフレキシブルプリント基板20hの表面にラミネートされた銅フィルムを形成する。さらに、この銅フィルム上にフォトレジストを塗布して露光およびパターンエッチングを行い、フォトレジストを除去する。このようにして形成された銅フィルムのパターン上にメッキを施すことによって、電源電圧供給用の第1の配線パターン30a、アース用の第2の配線パターン30b、および信号伝達用の配線パターン30cを含む各種の配線パターンが、最上層のフレキシブルプリント基板20hの表面に形成される。また一方で、複数の窪み状空洞部70を有する最上層から2番目のフレキシブルプリント基板21hの表面にラミネートされた銅フィルムを形成する。また一方で、複数の窪み状空洞部70を有する最上層から2番目のフレキシブルプリント基板21hの表面にラミネートされた銅フィルムを形成する。さらに、この銅フィルム上にフォトレジストを塗布して露光およびパターンエッチングを行い、フォトレジストを除去する。このようにして形成された銅フィルムのパターン上にメッキを施すことによって、任意の配線パターン31が、最上層から2番目のフレキシブルプリント基板21hの表面に形成される。
また一方で、複数の窪み状空洞部70を有する最上層から3番目のフレキシブルプリント基板22hの表面にラミネートされた銅フィルムを形成する。さらに、この銅フィルム上にフォトレジストを塗布して露光およびパターンエッチングを行い、フォトレジストを除去する。このようにして形成された銅フィルムのパターン上にメッキを施すことによって、任意の配線パターン32が、最上層から3番目のフレキシブルプリント基板22hの表面に形成される。
また一方で、窪み状空洞部が形成されていない最上層から4番目のフレキシブルプリント基板23hの表面にラミネートされた銅フィルムを形成する。さらに、この銅フィルム上にフォトレジストを塗布して露光およびパターンエッチングを行い、フォトレジストを除去する。このようにして形成された銅フィルムのパターン上にメッキを施すことによって、任意の配線パターン33が、最上層から4番目のフレキシブルプリント基板23hの表面に形成される。
また一方で、窪み状空洞部が形成されていない最下層のフレキシブルプリント基板24hの両面にラミネートされた銅フィルムを形成する。さらに、この銅フィルム上にフォトレジストを塗布して露光およびパターンエッチングを行い、フォトレジストを除去する。このようにして形成された銅フィルムのパターン上にメッキを施すことによって、電源電圧供給用の第1の配線パターン35a、アース用の第2の配線パターン35b、およびその他の任意の配線パターン34を含む各種の配線パターンが、最下層のフレキシブルプリント基板24hの両面に形成される。
この場合、前述の図6の実装構造の場合と同様に、複数の導通用スルーホール50、51および52を各層のフレキシブルプリント基板に予め形成しておくことが必要である。さらに、各層のフレキシブルプリント基板上の各種の配線パターンを設計する段階で、最上層、最上層から2番目の層、および最上層から3番目の層のフレキシブルプリント基板20h〜22hの両面または一方の面で窪み状空洞部70に対応する位置には配線パターンを形成しないようにすることが必要である。
上記のようにして各種の配線パターンが形成された複数の層のフレキシブルプリント基板20h〜24hを、プリプレグ等の接着材料により同時に接着することによって、各種の配線パターン、導通用スルーホール50〜52および窪み状空洞部70が形成された積層プリント基板26hが作製される。なお、図8に示す実装構造では、5枚のフレキシブルプリント基板を積層して積層プリント基板を作製する場合について説明したが、本実施形態の実装構造はこれに限定されるものではない。
さらに、図8に示すように、積層プリント基板26hの表面で窪み状空洞部70が形成された箇所に、複数のチップコンデンサ1を搭載する。その後、最上層のフレキシブルプリント基板20h上の第1の配線パターン30aに予め塗布されているはんだ部12a(または、はんだ部12b)と第2の配線パターン3bに予め塗布されているはんだ部12b(または、はんだ部12a)のはんだを再溶融し、チップコンデンサ1の一対の端子11a、11bを第1の配線パターン30aおよび第2の配線パターン30bに固着する。
これと同時に、積層プリント基板26hの表面で最上層のフレキシブルプリント基板20h上の信号伝達用の配線パターン30cが形成されている位置に、半導体デバイス8を搭載する。その後、最上層のフレキシブルプリント基板20h上の一方の信号伝達用の配線パターン30cに予め塗布されているはんだ部82aと他方の配線パターン30cに予め塗布されているはんだ部82bのはんだを再溶融し、半導体デバイス8の一方の側の複数の端子80aおよび他方の側の複数の端子80bを一方の信号伝達用の配線パターン30cおよび他方の信号伝達用の配線パターン30cに固着する。これによって、図8に示す実装構造が完成する。
図8に示す実装構造においても、前述の図7の実装構造とほぼ同様に、チップコンデンサ1の一対の端子間の部分で積層プリント基板26hの表面に対向する側には、窪み状空洞部が予め形成されているので、チップコンデンサ1の端子間の部分が積層プリント基板26hに接触することがなくなる。それゆえに、図8に示す実装構造によっても、電源電圧の変動等に起因して生ずるチップコンデンサの厚み方向の振動による変位が、積層プリント基板に伝達されるのをほぼ完全に抑止することができる。
図8に示す実装構造で積層プリント基板に窪み状空洞部を形成した場合、この窪み状空洞部の深さは、前述の図6の実装構造で形成される穴状空洞部の深さよりも小さくなる。したがって、図8に示す実装構造により積層プリント基板の振動音を軽減させる効果は、前述の図6の実装構造により積層プリント基板の振動音を軽減させる効果よりも小さくなる点に注意すべきである。ただし、図8に示す実装構造で積層プリント基板に窪み状空洞部を形成した場合は、積層プリント基板の一部の層にのみ窪み状空洞部が形成されることになるので、前述の図6の実装構造で積層プリント基板の全ての層に穴状空洞部を形成した場合よりも積層プリント基板の各層の配線パターンの有効利用面積が大きくなるという利点を有している。
ついで、本実施形態に係るチップコンデンサの実装構造を備える電子機器の例を、添付の図面(図9および図10)を参照して詳述する。
図9は、第1および第2の実施形態に係るチップコンデンサの実装構造を備える電子機器の例を示す外観斜視図であり、図10は、図9の電子機器に搭載されるプリント基板を示す平面図である。
図9に示すようなノート型パーソナルコンピュータ等の電子機器40は、第1ユニット400と第2ユニット500とを備えており、これらの第1ユニット400および第2ユニット500は、第2ユニット500が第1ユニット400に対し矢印A−A方向に開閉自在であって、かつ、矢印B−B方向(垂直な回動軸のまわり)に回動自在となるように、二軸の連結部45で連結されている。この図9には、第2ユニット500が第1ユニット400に対し開いた状態(開状態)にある電子機器が例示されている。
図9の電子機器40の第1ユニット400には、その上面を覆う上カバー93に、キーボード421、トラックパッド422、左クリックボタン423、右クリックボタン424、および、第2ユニット500を閉じたときに当該第2ユニット500を係止する係止ユニット425が備えられている。この係止ユニット425には、第2ユニット500側の留め具が入り込む係止穴451と、この係止穴451に入り込んだ留め具の係止を解除する係止解除ボタン452とが設けられている。また一方で、この第1ユニット400の側面には、CD(Compact Disc)やDVD(Digital Versatile Disc)等の光ディスクを搭載して駆動しアクセスする光ディスクドライブ460の開閉蓋461が外面に現れている。この開閉蓋461には、それを押すことによって当該開閉蓋461が開くイジェクトボタン462が備えられている。
ここで、第1ユニット400の上カバー93の下側には、本実施形態に係るチップコンデンサの実装構造を備えるプリント基板92(後述の図10参照)等の薄板が配置されている。図8〜図10を参照して説明したように、この薄板では、チップコンデンサの一対の端子間の部分に対応する箇所に、穴の形状を有する穴状部、または窪みの形状を有する窪み状部が予め形成されている。
図9の電子機器40の第2ユニット500には、その前面に表示窓531を有するカバー530が備えられている。この表示窓531には、内蔵された表示パネル510の表示画面540が広がっている。ここでは、表示窓531から覗いた状態の表示画面540を表示窓531と区別せずに指し示すときは、表示画面510と称する。さらに、この第2ユニット500では、当該表示画面510よりも下側に複数の押しボタン532が設けられ、当該表示画面510よりも上側には、この第2ユニット500を閉じたときに第1ユニット400の係止ユニット425に係止する留め具を備えた留め具ユニット550が備えられている。この留め具ユニット550には2つの留め具があり、図9では、表示画面側の開口551aから、2つの留め具のうちのいずれか一つの留め具552aが突出している。
また一方で、図10では、図9に示した電子機器40の第1ユニット400の底カバー91の一部と、この底カバー91の上側であって、かつ、上カバー93(図9参照)の下側に配備されるような、本実施形態に係るチップコンデンサの実装構造を備えるプリント基板92等の薄板とが図示されている。
図9に示した電子機器40の第1ユニット400は、図10に示す底カバー91と、この底カバー91の上側に配備されるプリント基板92と、電源回路等を構成するためにプリント基板92上に搭載される半導体デバイス922、924および925やチップコンデンサ923等の各種の電子部品と、キーボード421(図9参照)等を含む上カバー93とを備えている。
図10に示すように、底カバー91には、半導体デバイス922、924および925やチップコンデンサ923等の各種の電子部品を適切な位置に配置するための複数の開口911a、911bおよび911cと、空気流通用の複数の空気穴912a、912bおよび912cと、他の電子機器との間の電気的接続を実現するための底カバー側コネクタ部927とが設けられている。
上記のとおり、図10に示すプリント基板92には、電源回路等を構成するための複数個の半導体デバイスや複数個のチップコンデンサ等を含む各種の電子部品が搭載されている。例えば、図10に示すプリント基板92には、電源回路として機能する複数個のDC−DCコンバータ回路を構成するための半導体デバイスやチップコンデンサ等の各種の電子部品が搭載されており、かつ、複数個のDC−DCコンバータ回路に使用される複数個の外付けコイル921と、プリント基板92上に搭載される各種の電子部品と他の電子機器との間で信号のやり取りを行うためのプリント基板側コネクタ部926とが設けられている。
図10には、底カバー91の内側の面と、プリント基板92の、底カバー91側の面とが示されている。このプリント基板92は、図10に示す矢印のように、図10に示されている面が底カバー91側を向くように底カバー91上に配置される。
上記のDC−DCコンバータ回路に関していえば、図9の電子機器が交流電源に接続されているときには、19V(ボルト)の電圧の電力がDC−DCコンバータ回路のゲート回路(図示していない)に入力され、バッテリーを使用しているときには、10.8Vの電圧の電力がゲート回路に入力される。このゲート回路は、コントロール回路(図示していない)の制御の下で例えば250KHz〜400kHz程度の周波数で入力電力をオン・オフし、外付けコイル921を使用して所定の直流電圧の電力を生成する。
図9および図10に示すような本実施形態のチップコンデンサの実装構造を備える電子機器40では、各々のチップコンデンサ923の一対の端子間の部分でプリント基板92の表面に対向する側には、穴状部または窪み状部が予め形成されているので、各々のチップコンデンサ923の端子間の部分がプリント基板92に接触することがなくなる。それゆえに、DC−DCコンバータ回路等の電源回路が搭載されたプリント基板92を有する電子機器40では、電源回路から供給される電源電圧の変動等に起因して生ずるチップコンデンサの厚み方向の振動による変位が、プリント基板92に伝達されるのをほぼ完全に抑止することができる。この結果、プリント基板92等の薄板が振動したときに発生し得る振動音を大幅に軽減させることが可能になる。
以上の実施形態により開示されているチップコンデンサの実装構造、その実装構造を備える電子機器および実装方法は、ICチップまたはLSIチップ等の半導体デバイスおよびチップコンデンサが実装される電源回路やその他の電子回路が内蔵された電子機器に適用され得る。
Claims (13)
- 配線パターンが形成された薄板の表面にチップコンデンサが実装されたチップコンデンサの実装構造であって、
前記チップコンデンサの一対の端子間の部分が前記薄板に接触しないようにするために、前記薄板の中で前記チップコンデンサの前記一対の端子間の部分に対応する箇所に、穴状部を形成し、
前記薄板の前記穴状部が形成された箇所に前記チップコンデンサを搭載し、前記薄板上の前記配線パターンの所定の位置に前記チップコンデンサの一対の端子を固着するようになっていることを特徴とする、チップコンデンサの実装構造。 - 前記チップコンデンサは、極性の異なる2種類の電極層が誘電体の層を介して交互に積層された構造の積層セラミックコンデンサである請求項1記載のチップコンデンサの実装構造。
- 前記薄板は、配線パターンが形成されたプリント基板を複数枚積層して得られる積層プリント基板である請求項1または2記載のチップコンデンサの実装構造。
- 配線パターンが形成された薄板の表面にチップコンデンサが実装されたチップコンデンサの実装構造であって、
前記チップコンデンサの一対の端子間の部分が前記薄板に接触しないようにするために、前記薄板の中で前記チップコンデンサの前記一対の端子間の部分に対応する箇所に、窪み状部を形成し、
前記薄板の前記窪み状部が形成された箇所に前記チップコンデンサを搭載し、前記薄板上の前記配線パターンの所定の位置に前記チップコンデンサの一対の端子を固着するようになっていることを特徴とする、チップコンデンサの実装構造。 - 前記チップコンデンサは、極性の異なる2種類の電極層が誘電体の層を介して交互に積層された構造の積層セラミックコンデンサである請求項4記載のチップコンデンサの実装構造。
- 前記薄板は、配線パターンが形成されたプリント基板を複数枚積層して得られる積層プリント基板である請求項4または5記載のチップコンデンサの実装構造。
- 請求項1乃至6のいずれか一項に記載のチップコンデンサの実装構造を備える電子機器。
- 配線パターンが形成された薄板の表面にチップコンデンサを実装するためのチップコンデンサの実装方法であって、
前記チップコンデンサの一対の端子間の部分が前記薄板に接触しないようにするために、前記薄板の中で前記チップコンデンサの前記一対の端子間の部分に対応する箇所に、穴状部を予め形成するステップと、
前記薄板の前記穴状部が形成された箇所に前記チップコンデンサを搭載し、前記薄板上の前記配線パターンの所定の位置に前記チップコンデンサの一対の端子を固着するステップとを有することを特徴とする、チップコンデンサの実装方法。 - 前記チップコンデンサは、極性の異なる2種類の電極層が誘電体の層を介して交互に積層された構造の積層セラミックコンデンサである請求項8記載のチップコンデンサの実装方法。
- 前記薄板は、配線パターンが形成されたプリント基板を複数枚積層して得られる積層プリント基板である請求項8または9記載のチップコンデンサの実装方法。
- 配線パターンが形成された薄板の表面にチップコンデンサを実装するためのチップコンデンサの実装方法であって、
前記チップコンデンサの一対の端子間の部分が前記薄板に接触しないようにするために、前記薄板の中で前記チップコンデンサの前記一対の端子間の部分に対応する箇所に、窪み状部を予め形成するステップと、
前記薄板の前記窪み状部が形成された箇所に前記チップコンデンサを搭載し、前記薄板上の前記配線パターンの所定の位置に前記チップコンデンサの一対の端子を固着するステップとを有することを特徴とする、チップコンデンサの実装方法。 - 前記チップコンデンサは、極性の異なる2種類の電極層が誘電体の層を介して交互に積層された構造の積層セラミックコンデンサである請求項11記載のチップコンデンサの実装方法。
- 前記薄板は、配線パターンが形成されたプリント基板を複数枚積層して得られる積層プリント基板である請求項11または12記載のチップコンデンサの実装方法。
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