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