JP2005223090A - 実装基板と部品との接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】面実装タイプの部品をハンダを介して実装基板上に搭載する場合、部品基板と実装基板との熱膨張係数違いから接続するハンダ部に熱応力が印加され、ハンダ部にクラックが発生することがある。クラックが発生すれば部品がはずれてしまうといった不具合が発生し、接続信頼性が低くなってしまうという問題が生じる。この問題は、部品の基板裏面の四隅に形成されている端子電極を接続するハンダ部において顕著に発生する。このような接続不良を防止する実装基板と部品との接続構造を提供する。
【解決手段】実装基板６１の部品実装面に形成された接続電極２１ａと、部品５１裏面の四隅に形成された端子電極１１ａとがハンダ部３１ａを介して接続される実装基板６１と部品５１との接続構造において、接続電極２１ａ側または端子電極１１ａ側の少なくとも一方側において、部品裏面の対角線のうちハンダ部３１ａ上を通る対角線が延びる方向でハンダ部３１ａを２つ以上の領域に分ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、実装基板とその実装基板上に接続される部品との接続構造に関するものである。

一般的に、面実装タイプの電子部品を実装基板上に搭載する場合、部品側に形成されている端子電極と実装基板側に形成されている接続電極とはハンダを介して接続される。部品側の端子電極の形成されている基板は熱膨張係数の比較的小さいセラミック等を材質とするのに対し、実装基板は熱膨張係数の比較的大きいガラスエポキシ樹脂等を材質とすることが多い。この時、製品となった後の稼動環境下における温度変化により、両基板の熱膨張係数の違いから両基板を接続する箇所であるハンダ部に熱応力が発生する。特に部品の中心から最も離れた位置にあるハンダ部で大きな熱応力が発生する。

近年、ハンダで部品を接合している実装基板はパソコンや自動車のような高温化で稼動するセット品にも搭載されることが多い。また、そのセット品の使用は稼動と非稼動が繰り返し行われるものであり、それに伴ない温度変化も激しくなり、ハンダ部には熱衝撃が何度も加えられることとなる。この条件下では、ハンダ部にはクラックが発生しやすくなり、最悪の場合搭載したはずの部品がはずれてしまうといった不具合が発生するなど、接続信頼性が低くなってしまうという問題が生じる。

また、この接続信頼性の問題は、形成される電極に含有する金属成分によっても影響を受ける。ハンダ付け時に電極に含有する金属成分がハンダ部内に溶解し、ハンダ部のうち電極寄りの付近が金属化合物を多く含むことになる。特に、一般的に用いられる電極材料の中では銀がハンダに溶解し易い。銀とハンダとの化合物はハンダ単体よりも強度が弱いため、ハンダ部の中でも電極寄りの付近でクラックが生じ易くなる。

このような問題点に対し、特許文献１では基板四隅に大径の電極を形成することで接続強度を高める実装基板が提案されている。
特開２００１−２１０７４９号

しかしながら、特許文献１で提案されているような大径の電極を形成することを実装基板に搭載する部品の端子電極に適用するとした場合、端子電極の接続強度を高めるのに比例して端子電極面積が大きくなってしまう。このため、必然的に部品裏面の空き領域が狭くなる。狭い空き領域の中に他の用途の電極等を形成したいとしても、部品の基板自体の大きさを拡大して空き領域を増やさざるを得ないこととなり、近年要望されている部品サイズの小型化を妨げる要因となる。

また、端子電極面積を変更すると、接続強度が落ちないように接続先の実装基板側の接続電極面積も変更する必要が生じる。一方の変更が他方にも影響を与えることになり、設計変更に対する対応が増加する。

そこで、本発明の目的は、上述の課題を解決できる実装基板と部品との接続構造を提供することにある。

上記の課題を解決すべく本発明の実装基板と部品との接続構造は、実装基板の部品実装面に形成された接続電極と、部品裏面の四隅に形成された端子電極とがハンダ部を介して接続され、前記ハンダ部は、前記接続電極側または前記端子電極側の少なくとも一方側において、前記部品裏面の対角線のうち前記ハンダ部上を通る対角線が延びる方向で２つ以上の領域に分かれていることを特徴とする。

また、本発明の実装基板と部品との接続構造は、前記ハンダ部が、前記端子電極または前記接続電極の少なくとも一方にスリットが設けられることにより２つ以上の領域に分かれていることを特徴とする。

また、本発明の実装基板と部品との接続構造は、前記ハンダ部が、前記端子電極または前記接続電極の少なくとも一方にハンダが付着しない線状の膜が塗布されることにより２つ以上の領域に分かれていることを特徴とする。

また、本発明の実装基板と部品との接続構造は、前記ハンダ部が２つ以上の領域に分かれている側の電極の主成分が銀であることを特徴とする。

さらに、本発明の実装基板と部品との接続構造は、実装基板の部品実装面に形成された接続電極と、部品裏面の四隅に形成された端子電極とがハンダ部を介して接続され、前記端子電極の表面には複数の凹凸部が形成されていることを特徴とする。

また、本発明の実装基板と部品との接続構造は、前記端子電極の主成分が銀であることを特徴とする。

本発明の実装基板と部品との接続構造を用いれば、仮に部品の端子電極と実装基板の接続電極との間に位置するハンダ部にクラックが生じたとしても、ハンダ部が２つ以上の領域に分かれているためクラックの進行を途中で止め、ハンダ部全体にまでは広がらないようにすることができる。この結果、実装基板上から部品がはずれてしまうことはなく、接続信頼性が低くなることはない。

また、本発明は両電極を接続するハンダ部の形状に特徴を有するものであるため、電極の形成領域を必要以上に大きくすることはなく、一方の電極の形状を変更したとしても他方の電極の形状変更は必要ない。

図１は、本発明の第１の実施例を説明するための、実装基板上に部品が搭載されている状態を示す斜視図である。一般的に実装基板には多数の部品が搭載されるが、図１においては一つの部品５１と、その部品５１が搭載されている実装基板６１の一部分に絞って図示している。

図１に示す部品５１には、セラミック製基板の裏面の四隅に銀を主成分とした端子電極１１ａが形成されている。部品５１の裏面は略矩形の形状である。一方、実装基板６１の材質はガラスエポキシ樹脂であり、部品実装面には銅を主成分とした接続電極２１ａが形成されている。この端子電極１１ａと接続電極２１ａとはハンダ部３１ａを介して接続されている。

図２は、図１において部品５１（端子電極１１ａを含む）を取り外した状態を仮定した時のハンダ部３１ａと実装基板６１（接続電極２１ａを含む）を拡大した斜視図である。この状態においてはハンダ部３１ａには溝３２が形成されているように見え、しかもハンダ３１ａはこの溝３２を境にして端子電極１１ａ側において２つの領域３４，３５に分かれている。図２に記載されている１点鎖線Ｄは、図１に記載されている部品５１の基板裏面の四隅を結ぶ対角線のうち、ハンダ部３１ａ上を通る対角線に相当するものである。１点鎖線Ｄの矢印は部品５１の中心から離れる方向に従って向いており、ハンダ部３１ａはその対角線の延びる方向で２つの領域に分かれている。ハンダ部３１ａはこの２つの領域で完全に分離されているわけではなく、溝３２の直下にはハンダが付着しており、接続電極２１ａ側においては２つの領域はつながっている。

このようなハンダ部３１ａの領域を２つに分ける方法として、本実施例では、端子電極１１ａにスリットを設ける方法を用いている。図３は、図１の部品５１を裏返し、４つある端子電極１１ａのうちの１つを拡大した斜視図である。図３によると、端子電極１１ａはスリット１２を設けることにより、元々は１つの領域であった端子電極１１ａを２つの領域１６，１７に分断したものである。このような２つの領域１６，１７に分断した端子電極１１ａを接続電極２１ａにハンダ付けすると、スリット１２部分にはハンダが付着せず、ハンダ部３１ａは図２に示すような溝３２を境にして２つの領域に分かれることとなる。

このような接続構造を有する部品５１搭載の実装基板６１を温度変化の大きな環境下におくと、従来と同様に、部品５１のセラミック基板とガラスエポキシ樹脂の実装基板６１との熱膨張係数の違いにより、ハンダ部３１ａに熱応力が発生する。その結果、端子電極１１ａ側寄りのハンダ部３１ａには、部品の中心から最も離れた隅部からクラックが発生し、図２に記載した１点鎖線Ｄの矢印とは逆方向にクラックが進行する。

図４は、クラックを発生させた後の図１に示した部品５１を２点鎖線Ａ−Ａに沿って実装基板６１までを切断したと仮定した断面図である。２点鎖線Ａ−Ａは、基板裏面の対角線と対向するものである。図４によると、端子電極１１ａ側寄りのハンダ部３１ａには、外側から内部に向けてクラック３３ａが発生していることが示されている。しかしながらクラック３３ａはハンダ部３１ａの全域にまでは広がらず、溝３２のところで止まっている。すなわち、溝３２がクラック３３ａの進行を途中で止め、領域３５までは広がらないように機能している。

図５は、本発明の第２の実施例を説明するための、実装基板上に部品が搭載されている状態を示す斜視図である。第１の実施例と同様に、一つの部品５２と、その部品５２が搭載されている実装基板６２の一部分に絞って図示している。

図５に示す部品５２には、セラミック製基板の裏面の四隅に銅を主成分とした端子電極１１ｂが形成されている。部品５２の裏面は略矩形の形状である。一方、実装基板６２の材質はガラスエポキシ樹脂であり、部品実装面には銀を主成分とした接続電極２１ｂが形成されている。この端子電極１１ｂと接続電極２１ｂとはハンダ部３１ｂを介して接続されている。

図６は、図５において部品５２（端子電極１１ｂを含む）を取り外した状態を仮定した時のハンダ部３１ｂと実装基板６２（接続電極２１ｂを含む）を拡大した斜視図である。この状態においてはハンダ部３１ｂにはトンネルのような穴３６が形成されているように見え、しかもをハンダ部３１ｂはこの穴３６を境にして接続電極２１ｂ側において２つの領域３４，３５に分かれている。この領域３４，３５は、第１の実施例と同様に、部品５２の基板裏面の四隅を結ぶ対角線のうちハンダ部３１ｂ上を通る対角線の延びる方向で２つの領域に分かれているものである。ハンダ部３１ｂはこの２つの領域で完全に分離されているわけではなく、穴３６の直上にはハンダが付着しており、端子電極１１ｂ側においては２つの領域はつながっている。

このようなハンダ部３１ｂの領域を２つに分ける方法として、本実施例では、接続電極１１ｂにスリットを設ける方法を用いている。図７は、図５の実装基板６２に形成されている１つの接続電極２１ｂを拡大した斜視図である。図７によると、接続電極２１ｂはスリット２３を設けることにより、元々は１つの領域であった接続電極２１ｂを２つの領域１８，１９に分断したものである。このような２つの領域１８，１９に分断した接続電極２１ｂを端子電極１１ｂにハンダ付けすると、スリット２３部分にはハンダが付着せず、ハンダ部３１ｂは図６に示すような穴３６を境にして２つの領域に分かれることとなる。

このような接続構造を有する部品５２搭載の実装基板６２を温度変化の大きな環境下におくと、第１の実施例と同様に、ハンダ部３２ａに熱応力が発生する。その結果、接続電極２１ｂ側寄りのハンダ部３１ｂには、部品の中心から最も離れた隅部からクラックが発生し、ハンダ部３１ｂ内部に向けてクラックが進行する。

図８は、クラックを発生させた後の図５に示した部品５２を２点鎖線Ｂ−Ｂに沿って実装基板６２までを切断したと仮定した断面図である。２点鎖線Ｂ−Ｂは、基板裏面の対角線と対向するものである。図８によると、接続電極２１ｂ側寄りのハンダ部３１ｂには、外側から内部に向けてクラック３３ｂが発生していることが示されている。しかしながらクラック３３ｂはハンダ部３１ｂの全域にまでは広がらず、穴３６のところで止まっている。すなわち、穴３６がクラック３３ｂの進行を途中で止め、領域３５までは広がらないように機能している。

図９は、本発明の第３の実施例を説明するための、実装基板上に部品が搭載されている状態を示す斜視図である。第１の実施例と同様に、一つの部品５３と、その部品５３が搭載されている実装基板６３の一部分に絞って図示している。

図９に示す部品５３には、セラミック製基板の裏面の四隅に銀を主成分とした端子電極１１ａが形成されている。部品５３の裏面は略矩形の形状である。一方、実装基板６３の材質はガラスエポキシ樹脂であり、部品実装面には端子電極１１ａと同様に、銀を主成分とした接続電極２１ｂが形成されている。この端子電極１１ａと接続電極２１ｂとはハンダ部３１ｃを介して接続されている。

図１０は、図９において部品５３（端子電極１１ａを含む）を取り外した状態を仮定した時のハンダ部３１ｃと実装基板６３（接続電極２１ｂを含む）を拡大した斜視図である。この状態においてはハンダ部３１ｃには隙間３７が形成されているように見え、しかもをハンダ部３１ｃは隙間３７を境にして２つの領域３４，３５に完全に分かれている。この領域３４，３５は、部品５３の基板裏面の四隅を結ぶ対角線のうちハンダ部３１ｃ上を通る対角線の延びる方向で２つの領域に分かれているものである。

このようなハンダ部３１ｃの領域を完全に２つに分ける方法として、本実施例では、端子電極１１ａにも接続電極１１ｂにもスリットを設ける方法を用いている。

図１１は、このような接続構造を有する部品５３搭載の実装基板６３を温度変化の大きな環境下におき、クラックを発生させた後の図９に示した部品５３を２点鎖線Ｃ−Ｃに沿って実装基板６３までを切断したと仮定した断面図である。２点鎖線Ｃ−Ｃは、基板裏面の対角線と対向するものである。図１１によると、ハンダ部３１ｃには外側から内部に向けてクラック３３ｃが生じていることが示されている。しかしながらクラック３３ｃはハンダ部３１ｃの全域にまでは広がらず、隙間３７のところで止まっている。すなわち、隙間３７がクラック３３ｃの進行を途中で止め、領域３５までは広がらないように機能している。

本実施例では、端子電極１１ａと接続電極２１ｂにどちらも銀が用いられているため、ハンダ部に発生するクラックの位置が端子電極１１ａ側寄りか接続電極２１ｂ側寄りかどちらになるか予測できない。このようにクラックの発生位置が予測できない場合でも確実にその進行を止めるには、本実施例のようにハンダ部を完全に分離することが好ましい。

以上の実施例では、端子電極と接続電極の少なくとも一方の電極に、電極の形状と合わせて矩形に分かれるようスリットを設けているが、図１２に示すような１本の直線のスリットとしても構わない。

図１２は、端子電極１１ｅに１本の直線のスリット４４を形成した状態を示す斜視図である。部品５５の基板に形成された端子電極１１ｅの端面と隣接する端面とを１本の直線で結ぶようにスリット４４を設け、端子電極１１ｅを２つの領域１６，１７に分けている。このような２つの領域１６，１７に分断した端子電極１１ｅを接続電極にハンダ付けすると、スリット４４部分にはハンダが付着せず、ハンダ部は部品の基板裏面の四隅を結ぶ対角線のうちハンダ部上を通る対角線の延びる方向で２つの領域に分かれることとなる。この結果、クラックの進行を止めることができる２つに分かれたハンダ部を形成することができる。

また、直線ではなく曲線のスリットでも構わない。スリットの形状に限定されない。

また、以上の実施例ではハンダ部を２つに分けるとしたが、部品の基板裏面の四隅を結ぶ対角線のうちハンダ部上を通る対角線の延びる方向でさらに細かく３つ以上の複数個に分けても構わない。

また、以上の実施例では、ハンダ部を複数個に分ける方法として端子電極と接続電極の少なくとも一方の電極にスリットを設けることとしたが、ハンダが付着しない線状の膜を塗布する方法を用いても構わない。

図１３は、端子電極１１ｆにハンダが付着しない線状の膜４５を塗布した状態を示す斜視図である。部品５６の基板に形成された端子電極１１ｆに膜４５を設け、端子電極１１ｆを２つの領域１６，１７に分けている。膜４５の塗布方法は、例えばセラミックペースト等をスクリーン印刷する方法がある。

このような２つの領域１６，１７に分断した端子電極１１ｆを接続電極にハンダ付けすると、ハンダ部は部品の基板裏面の四隅を結ぶ対角線のうちハンダ部上を通る対角線の延びる方向で２つの領域に分かれ、クラックが発生してもその進行を止めることができる。

図１４は、本発明の第４の実施例を説明するための、実装基板上に部品が搭載されている状態を示す断面図である。部品５４には、セラミック製基板の裏面四隅に銀を主成分とした端子電極１１ｄが形成されている。一方、実装基板６４の材質はガラスエポキシ樹脂であり、部品実装面には銅を主成分とした接続電極２１ｄが形成されている。この端子電極１１ｄと接続電極２１ｄとはハンダ部３１ｄを介して接続されている。

本実施例は、第１の実施例のようにハンダ部３１ａを２つの領域に分けるものではなく、端子電極１１ｄの表面に複数の凹凸部１５を形成するものである。端子電極１１ｄの凹凸部１５の形状に応じて、必然的に、ハンダ部３１ｄの面の形状も凹凸となる。

図１４のように端子電極１１ｄの表面に複数の凹凸を形成するには、例えば、端子電極１１ｄとなる電極ペーストをスクリーン印刷にする際に用いるスクリーンのメッシュの形状を水玉模様にし、メッシュ開口部を通じて塗布される電極ペースト量を制御するといった方法で行える。

図１４では、このような接続構造を有する部品５４搭載の実装基板６４を温度変化の大きな環境下におき、クラックを発生させた後の状態も示されている。クラック３３ｄは、端子電極１１ｄ側寄りにおいて、部品の中心から最も離れた隅部から発生し、端子電極１１ｄの表面形状に沿うようにハンダ部３１ｄ内部に向けて進行している。しかしながらクラック３３ｄはハンダ部３１ｄの全域にまでは広がらず、端子電極３１ｄが有する凹凸部１５のところで止まっている。すなわち、凹凸部１５がクラック３３ｄの進行を途中で止めるように機能している。

本発明の第１の実施例を説明するための、実装基板上に部品が搭載されている状態を示す斜視図である。 図１のハンダ部の拡大斜視図である。 図１の部品を裏返し、端子電極を拡大した斜視図である。 図１に示した部品の一方の隅から対角線に沿って実装基板までを切断したと仮定した断面図である。 本発明の第２の実施例を説明するための、実装基板上に部品が搭載されている状態を示す斜視図である。 図５のハンダ部の拡大斜視図である。 図５の接続電極を拡大した斜視図である。 図５に示した部品の一方の隅から対角線に沿って実装基板までを切断したと仮定した断面図である。 本発明の第３の実施例を説明するための、実装基板上に部品が搭載されている状態を示す斜視図である。 図９のハンダ部の拡大斜視図である。 図９に示した部品の一方の隅から対角線に沿って実装基板までを切断したと仮定した断面図である。 スリットの形状の変形例を示すための端子電極の斜視図である。 ハンダが付着しない線状の膜が形成された端子電極の斜視図である。 本発明の第４の実施例を説明するための、実装基板上に部品が搭載されている状態を示す断面図である。

符号の説明

１１ａ〜１１ｆ 端子電極
１２、２３、４４ スリット
１５ 凹凸部
１６、１７ 端子電極の領域
１８、１９ 接続電極の領域
２１ａ、２１ｂ、２１ｄ 接続電極
３１ａ〜３１ｄ ハンダ部
３２ 溝
３３ａ〜３３ｄ クラック
３４、３５ ハンダ部の領域
３６ 穴
３７ 隙間
４５ ハンダが付着しない線状の膜
５１〜５６ 部品
６１〜６４ 実装基板

Claims (6)

1. 実装基板の部品実装面に形成された接続電極と、部品裏面の四隅に形成された端子電極とがハンダ部を介して接続される実装基板と部品との接続構造において、
   前記ハンダ部は、前記接続電極側または前記端子電極側の少なくとも一方側において、前記部品裏面の対角線のうち前記ハンダ部上を通る対角線が延びる方向で２つ以上の領域に分かれていることを特徴とする、実装基板と部品との接続構造。
2. 前記ハンダ部は、前記端子電極または前記接続電極の少なくとも一方にスリットが設けられることにより２つ以上の領域に分かれていることを特徴とする、請求項１記載の実装基板と部品との接続構造。
3. 前記ハンダ部は、前記端子電極または前記接続電極の少なくとも一方にハンダが付着しない線状の膜が塗布されることにより２つ以上の領域に分かれていることを特徴とする、請求項１記載の実装基板と部品との接続構造。
4. 前記ハンダ部が２つ以上の領域に分かれている側の電極の主成分が銀であることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載の実装基板と部品との接続構造。
5. 実装基板の部品実装面に形成された接続電極と、部品裏面の四隅に形成された端子電極とがハンダ部を介して接続される実装基板と部品との接続構造において、
   前記端子電極の表面には複数の凹凸部が形成されていることを特徴とする、実装基板と部品との接続構造。
6. 前記端子電極の主成分が銀であることを特徴とする、請求項５記載の実装基板と部品との接続構造。

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