JP4555211B2 - 電子部品実装構造及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、特に、電子部品と基板間の接合強度を強くすることが可能な電子部品実装構造に関する。

電子部品が実装される基板上にはランド部を有する配線パターンが形成され、さらに前記ランド部が露出する開口部を有するレジスト層が形成されている。前記電子部品は前記開口部内に設置され、前記電子部品の電極部と前記ランド部間は半田接合される。前記レジスト層は、半田広がりの防止や、前記配線パターンの基板への接合強度を補強するために設けられている。
特開２００３−１４２８０６号公報 特開平９−１３５０７０号公報

特許文献１に記載された発明は、レジスト層を基板上全面に塗布し、電子部品を、前記基板上に押し付け、このとき半硬化状態にある前記レジスト層が押しのけられ、前記基板上に設けられたランド部上の半田に前記電子部品の電極部が接触し、その後、加熱工程を施して前記レジスト層を硬化させることで前記電子部品を基板上に保持するといったものである。

しかし上記発明では、前記電極部と前記ランド部とを適切に電気的に接触させることが難しい。しかも、前記レジスト層を前記基板上全面に塗布すると、電子部品を実装するときに、高精度に位置合わせできないといった問題もある。

よって特許文献１の図５，図６（特許文献１における従来技術）に示すようにレジスト層には開口部を設け、前記開口部から前記ランド部を露出させて前記電子部品の電極部と前記ランド部間を半田接合させる構造であることが好ましい。

しかしかかる場合、前記電子部品と基板間の接合強度が弱いといった問題があった。
特許文献２にも、レジスト層に開口部を設け、前記開口部から前記ランド部を露出させて前記電子部品のランド部と前記ランド部間を半田接合させる構造が開示されている。

しかし、特許文献１及び特許文献２には、かかる構造において、前記電子部品と基板間の接合強度を向上させることについては何も記載されていない。

そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、電子部品と基板間の接合強度を強くすることが可能な電子部品実装構造を提供することを目的としている。

本発明は、基板上に電子部品が実装されて成る電子部品実装構造において、
前記基板上にはランド部を有する配線パターンと、開口部を有するレジスト層とが形成され、前記開口部から前記ランド部が露出しており、
前記電子部品の電極部は前記ランド部上に半田接合され、前記電子部品の周囲の少なくとも一部から前記レジスト層上に重ねて接着層が形成され、前記接着層は前記レジスト層に接合されており、
前記接着層と、前記レジスト層とは同種の材料で形成されており、
半田と前記接着層を構成する材料とは、前記半田接合の前、混合された半田接着層として少なくとも前記ランド部上に設けられ、前記半田接合の際、前記半田は前記ランド部上に凝集したものであり、前記半田接着層の接着層を構成する材料は、前記電子部品の周囲の少なくとも一部から前記レジスト層上にまで流れ出したものであることを特徴とするものである。
本発明では、前記半田は、ＳｎＢｉからなる低融点半田であることが好ましい。
また本発明では、前記レジスト層と前記接着層とは、互いの層が他方の層の内部に一部、侵入していることが好ましい。
また本発明では、前記開口部は、前記電子部品よりも大きく、前記半田接着層の接着層を構成する材料が、前記レジスト層上にまで流出可能な大きさで形成されることが好ましい。また、前記開口部は前記電子部品よりも一回り大きく、前記開口部の開口面積は、前記電子部品の平面面積に対して１．５倍以下の大きさであることが好ましい。
また本発明では、前記電極部と前記ランド部間を接合する前記低融点半田はフィレット状で形成されることが好ましい。

本発明では上記のように前記電子部品の周囲の少なくとも一部に設けられた接着層が前記レジスト層上にまで重ねて形成され、前記接着層は前記レジスト層に接合されており、しかも前記接着層と前記レジスト層とが同種の材料で形成されている。後述する実験によれば、本発明の構造により、電子部品と基板間の接合強度を適切に向上させることが出来ることがわかっている。ここで「同種」とは、同じ材料である場合のみならずその誘導体も含み、またコポリマーである場合に、一部、単量体が異なっていても主体とする単量体が同じであれば「同種」である。

本発明では、前記接着層は、前記電子部品の一方向の両側側面から前記レジスト層上に重ねて前記接着層が形成されていることが好ましい。より好ましくは、前記接着層は前記電子部品の全周に広がり、しかも前記接着層の外縁全周が前記レジスト層上に重ねられていることである。これにより、前記電子部品と基板間の接合強度をより効果的に向上させることが可能である。

本発明では、前記接着層と前記レジスト層は、熱硬化性樹脂で形成されることが好ましい。熱処理をしたとき、前記接着層と前記レジスト層とが界面付近にて適切に混ざり合った状態（例えば互いの層が他方の層の内部に一部侵入しあう状態）で熱硬化され、このとき互いの層が同種の材料で形成されているために前記接着層と前記レジスト層との結合力が非常に強くなり、ひいては前記電子部品と基板間の接合強度を適切に向上させることが可能である。

本発明では、前記接着層と前記レジスト層は、エポキシ系の樹脂で形成されることが好ましい。後述する実験では、前記接着層と前記レジスト層を、エポキシ系の樹脂で形成することにより、前記電子部品と基板間の接合強度を適切に向上させることが出来ることがわかっている。

また本発明では、半田と前記接着層を構成する材料とは、前記半田接合の前、混合された半田接着層として少なくとも前記ランド部上に設けられ、前記半田接合の際、前記半田は前記ランド部上に凝集したものであり、前記接着層を構成する材料は、前記電子部品の周囲の少なくとも一部に流れ出したものである。これにより簡単な構造にて前記電子部品と基板間の接合強度を適切に向上させることが出来る。
また本発明は、基板上に電子部品が実装されて成る電子部品実装構造の製造方法において、
前記基板上にランド部を有する配線パターンを形成し、前記基板上から前記配線パターン上にかけてレジスト層を形成し、前記レジスト層に前記ランド部が露出する開口部を形成する工程、
前記ランド部上に、半田と接着層を構成する材料とが含まれる半田接着層を塗布する工程、
前記レジスト層の開口部内に電子部品を設置し、このとき前記電子部品の電極部を前記ランド部上に前記半田接着層を介して対向させる工程、
熱処理を施して、前記半田を溶融させて前記ランド部と前記電極部間に凝集させ、前記ランド部と前記電極部間を半田接合させるとともに、前記半田接着層に含まれる前記接着層を構成する材料を前記半田と分離させて前記レジスト層上に流れさせて前記接着層を前記レジスト上に重ねて接合する工程、
を有することを特徴とするものである。
本発明では、前記半田を、ＳｎＢｉの低融点半田で形成し、前記レジスト層と前記接着層を構成する材料とを熱硬化性樹脂で形成し、熱処理温度を１２０℃〜１６０℃の範囲内に設定することが好ましい。

本発明によれば、電子部品と基板間の接合強度を向上させることが可能である。

図１は本実施形態における電子部品実装基板（電子部品実装構造）の平面図、図２は図１に示すＡ−Ａ線から前記電子部品実装基板を高さ方向（膜厚方向）に切断し矢印方向から見た部分断面図、図３は、図１に示すＢ−Ｂ線から前記電子部品実装基板を高さ方向（膜厚方向）に切断し矢印方向から見た部分断面図、である。

図２に示す符号１は絶縁基板である。前記絶縁基板１は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）や、ポリイミド等で形成されるが、前記ＰＥＴで形成されることが好ましい。前記絶縁基板１を安価に形成できるからである。

図１，図２に示すように前記絶縁基板１上には配線パターン２，２が形成され、前記配線パターン２，２の先端部がランド部３，３となっている。前記配線パターン２，２は、スクリーン印刷等で形成されたものである。前記ランド部３，３を構成する材料と、前記ランド部３，３以外の配線パターン部分を構成する材料とは異なっていてもよいし、同じであってもよい。ただし前記ランド部３，３は半田濡れ性に優れていることが必要である。

図１〜図３に示すように、前記絶縁基板１上には開口部４ａを有するレジスト層４が形成されている。前記開口部４ａからは図１，図２に示すように前記ランド部３，３が露出している。前記開口部４ａは後述する電子部品５を設置する設置スペースであり、前記開口部４ａは、前記電子部品５よりも一回り大きい大きさで形成されている。前記レジスト層４は、半田広がりの防止や、前記配線パターン２，２の前記絶縁基板１への接合強度を強くため等に設けられたものである。

図１，図２に示すように前記電子部品５は例えば長方状で形成されており、前記電子部品５の長手方向両側には一対の電極部６，６が設けられている。前記電極部６，６は前記ランド部３，３上に対向し、前記電極部６，６と前記ランド部３，３は半田７により接合されている。前記半田７はフィレット状であることが、前記電極部６と前記ランド部３間の導通性を向上させることができ、また前記電極部６と前記ランド部３間の前記半田７による接合強度を向上させることができ好ましい。

さらに図１〜図３に示すように前記電子部品５の全周に接着層８が広がっており、前記接着層８は前記レジスト層４上に重ねて形成され、そして前記接着層８は前記レジスト層４に接合されている。図２に示すように、前記電極部６，６の対向方向（長手方向）の両側では、前記接着層８は、前記半田７上からレジスト層４上にかけて形成されている。また図３に示すように前記電極部６，６の対向方向と直交方向（短手方向）の両側では、前記接着層８，８は、前記電子部品５の側面から前記絶縁基板１上及び前記レジスト層４上にかけて形成されている。

また前記接着層８は図２，図３に示すように前記電子部品５の下面５ａと前記絶縁基板１の上面１ａ間にも介在している。なお前記ランド部３，３間に前記レジスト層４が設けられ、前記電子部品５の下面５ａ（電極部６の下面は除く）と前記レジスト層４の上面との間に前記接着層８が介在する構造であっても良い（あるいは前記接着層８が介在する隙間はなく前記レジスト層４の上面が前記電子部品５の下面５ａに接合されていてもよい）。

本実施形態では、前記接着層８と前記レジスト層４とは同種の材料で形成される。ここで「同種」とは、同じ材料である場合のみならずその誘導体も含み、またコポリマーである場合に、一部、単量体が異なっていても主体となる単量体が同じであれば「同種」である。前記接着層８と前記レジスト層４は熱硬化性樹脂であることが好ましく、具体的にはエポキシ系の樹脂で形成されることが好ましい。

本実施形態では、前記レジスト層４と前記接着層８とが少なくとも一部で重なって形成され、前記接着層８は前記レジスト層４に接合されており、しかも前記レジスト層４と前記接着層８とが同種の材料で形成されている点に特徴的部分がある。これにより前記レジスト層４と前記接着層８との結合力を強めることができ、ひいては前記電子部品５と絶縁基板１間の接合強度を強くすることが可能になる。特に上記したように、前記接着層８と前記レジスト層４がともに熱硬化性樹脂で形成されると、熱処理をしたとき、前記接着層８と前記レジスト層４とが界面付近にて適切に混ざり合う状態（例えば互いの層が他方の層の内部に一部侵入しあう状態となる）で熱硬化され、このとき互いの層が同種の材料で形成されるために前記接着層８と前記レジスト層４との結合力が非常に強くなり、より効果的に、前記電子部品５と絶縁基板１間の接合強度を適切に向上させることが可能である。

なお前記接着層８とレジスト層４とが同じ材質である場合でも、熱分析や熱分解ガスクロマトグラフ質量分析計による分析で、前記接着層８とレジスト層４とが別々の工程で形成されたことを明確に判別することが出来る。

また本実施形態において、前記接着層８は前記電子部品５の周囲の少なくとも一部から前記レジスト層４上に重ねて形成されていればよいが、少なくとも前記接着層８は、前記電子部品５の一方向の両側側面から前記レジスト層４上に重ねて形成されていることが好ましい。このとき前記電子部品５が長方形である場合等、各側面の大きさが異なる場合には、大きい面積を有する側面、すなわち図１では、前記電子部品５の短手方向の両側側面から前記レジスト層４上に重ねて前記接着層８が形成されていることが、接合強度を高める上で好ましい。

また前記電子部品５の前記電極部６の対向方向の両側側面、及び前対向方向と直交する方向の両側側面の夫々から、前記電子部品５の周囲を取り囲む前記レジスト層４上に重ねて前記接着層８が形成されていることがさらに好ましく、より好ましくは、前記接着層８は前記電子部品５の全周に広がり、しかも前記接着層８の外縁全周が前記レジスト層４上に重ねられている形態である。これにより効果的に前記電子部品５と前記絶縁基板１間の接合強度を強くすることが出来る。

また本実施形態では、前記半田７は低融点半田であることが好ましい。「低融点半田」とは融点が６０℃〜２００℃の範囲内のものを指す。例えば前記半田７はＳｎ−Ｂｉからなる。低融点半田を用いることにより、半田付け温度を低温に出来るため、加熱による前記電子部品５への熱的影響を低減でき、また熱に弱いＰＥＴ等で形成された前記絶縁基板１が溶けたり、あるいは前記配線パターン２内に含まれる樹脂成分が熱分解したりする不具合を抑制できる。

また前記半田７と熱硬化性樹脂で形成された前記接着層８とは、前記半田７を溶融し、さらに前記接着層８を熱硬化するための加熱工程前、混合された半田接着剤として少なくとも前記ランド部３上に塗布されたものであることが好ましい。加熱工程により、前記半田７は前記ランド部３上に凝集して前記ランド部３と電子部品５の電極部６間を半田接合する。一方、前記熱硬化性樹脂は、前記ランド部３上に凝集する前記半田５から分離して前記電子部品５の周囲に流れ出し熱硬化されて前記接着層８となる。なお前記半田接着剤を用いず、前記半田７による半田接合と接着層８による接着工程とを別工程により行っても良いが、製造工程の簡略化を図るには前記半田接着剤を用いることが好ましい。

以下、図１に示す電子部品実装基板の製造方法について説明する。図４，図５は、前記電子部品実装基板を製造方法する一工程を示し、各図は製造工程中の前記電子部品実装基板の平面図である。

図４に示す工程では絶縁基板１上に、配線パターン２，２をスクリーン印刷により形成し、さらに前記絶縁基板１上にレジスト層４をスクリーン印刷で開口部４ａとともに形成する。前記レジスト層４を後工程で形成される接着層８と同種の材料で形成する。例えば前記接着層８を熱硬化性樹脂であるエポキシ系の樹脂で形成する。

図４に示すように前記開口部４ａからは前記配線パターン２，２の先端部に設けられたランド部３が露出している。前記開口部４ａを前記電子部品５よりも一回り大きい大きさで形成するが、あまり大きい大きさで形成してしまうと、前記接着層８の前記レジスト層４上への重なり率が小さくなり、あるいは最悪の場合、前記接着層８が前記レジスト層４上に全く重ならない。前記電子部品５の平面面積に対し、前記開口部４ａの開口面積を１．５倍程度以下で形成することが好ましい。また前記開口部４ａは、ランド部３間にも設けられているが、前記ランド部３上のみ、あるいは前記ランド部３よりもやや大きい大きさの開口部が前記ランド部３上に設けられているだけでもよい。

次に前記ランド部３上に半田接着剤１０をメタルマスク印刷等で塗布する。前記半田接着剤には例えばＳｎ−Ｂｉの低融点半田と熱硬化性樹脂とが含まれている。前記熱硬化性樹脂の材質は、前記レジスト層４の材質と同種である。

そして図５工程では、前記レジスト層４の開口部４ａ内に電子部品５を設置する。このとき前記電子部品５の電極部６を前記ランド部３上に前記半田接着剤１０を介して対向させる。そして熱処理を施す。

本実施形態では、ＳｎＢｉからなる前記低融点半田の融点は例えば１３８℃〜１４０℃の範囲であり、前記熱硬化性樹脂の熱硬化温度は例えば１２０℃〜１５０℃の範囲であるため、熱処理温度を１２０℃〜１６０℃の範囲内に設定すれば、前記低融点半田による半田接合と、前記熱硬化性樹脂の熱硬化とを適切に行うことが出来る。

前記熱処理により、前記低融点半田は溶融し、前記ランド部３と電極部６間に凝集する。これにより図２に示すように前記ランド部３と前記電極部６間を半田７により適切に接合することができる。一方、前記熱硬化性樹脂は前記低融点半田と分離して前記電子部品５の周囲に流れ出す。このとき前記熱硬化性樹脂の一部は前記レジスト層４上に広がる。前記熱硬化性樹脂とレジスト層４とが同種の材料であるため、前記レジスト層４上に前記熱硬化性樹脂が広がりやすい。前記レジスト層４上に広がった前記熱硬化性樹脂と前記レジスト層４との界面では、同種の材料であるため混合が進行し、例えば前記熱硬化性樹脂の一部が前記レジスト層４内に適切に侵入し、また前記レジスト層４の一部が前記熱硬化性樹脂の内部に適切に侵入する現象が促進され、そして前記熱硬化樹脂とレジスト層４とが同種の材料で形成されていることで前記熱硬化性樹脂とレジスト層４との結合力が非常に強くなる。前記熱硬化性樹脂は熱硬化されて図１，図２，図３に示す接着層８となり、前記接着層８は前記レジスト層４に強固に接合される。

本実施形態における電子部品実装基板の製造方法では、簡単な方法で、前記電子部品５と絶縁基板１間の接合強度を強くすることが出来る。また上記した半田接着剤１０を用いれば、ランド部３と電極部６間の半田接合と、接着層８による接着工程とを別々に行う必要がなく、製造工程を簡略化できる。また前記接着層８としてレジスト層４と同種の熱硬化性樹脂を用いることで、熱処理工程により、前記レジスト層４と前記接着層８との結合力を非常に強くでき、簡単且つ適切に前記電子部品５と絶縁基板１間の接合強度を強くすることが可能である。

図１〜図３に示す電子部品実装基板を製造し、前記接着層８はエポキシ系樹脂で統一し、前記レジスト層４の種類を変えた場合の前記電子部品５と絶縁基板１間の接合強度を測定した。実験では、前記電子部品５を５ｍｍ／ｍｉｎの速度で押した時に前記絶縁基板１からせん断破壊するのに必要な力を測定し、その力を接合強度とした。下記に示すようにレジスト層４にはポリウレタン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、エポキシ系樹脂を用いた。

表１に示すように、前記レジスト層４にポリウレタン系、塩化ビニル系の樹脂を用いると、エポキシ系樹脂を用いた場合に比べて接合強度が低下することがわかった。よって図１に示すように、前記レジスト層４と接着層８とを同じ材質で形成すると、前記接着層８と前記レジスト層４との重なり部分での結合力が強くなり、前記電子部品５と基板１間の接合強度を強く出来ることがわかった。

本実施形態における電子部品実装基板の平面図、 図１に示すＡ−Ａ線から前記電子部品実装基板を高さ方向（膜厚方向）に切断し矢印方向から見た部分断面図、 図１に示すＢ−Ｂ線から前記電子部品実装基板を高さ方向（膜厚方向）に切断し矢印方向から見た部分断面図、 本実施形態における電子部品実装基板の製造方法を示す一工程図（平面図）、 図４の次に行われる前記電子部品実装基板の製造方法を示す一工程図（平面図）、

符号の説明

１ 基板
２ 配線パターン
３ ランド部
４ レジスト層
５ 電子部品
６ 電極部
７ 半田
８ 接着層
１０ 半田接着剤

Claims (13)

1. 基板上に電子部品が実装されて成る電子部品実装構造において、
   前記基板上にはランド部を有する配線パターンと、開口部を有するレジスト層とが形成され、前記開口部から前記ランド部が露出しており、
   前記電子部品の電極部は前記ランド部上に半田接合され、前記電子部品の周囲の少なくとも一部から前記レジスト層上に重ねて接着層が形成され、前記接着層は前記レジスト層に接合されており、
   前記接着層と、前記レジスト層とは同種の材料で形成されており、
   半田と前記接着層を構成する材料とは、前記半田接合の前、混合された半田接着層として少なくとも前記ランド部上に設けられ、前記半田接合の際、前記半田は前記ランド部上に凝集したものであり、前記半田接着層の接着層を構成する材料は、前記電子部品の周囲の少なくとも一部から前記レジスト層上にまで流れ出したものであることを特徴とする電子部品実装構造。
2. 前記半田は、ＳｎＢｉからなる低融点半田である請求項１記載の電子部品実装構造。
3. 前記レジスト層と前記接着層とは、互いの層が他方の層の内部に一部、侵入している請求項１又は２に記載の電子部品実装構造。
4. 前記開口部は、前記電子部品よりも大きく、前記半田接着層の接着層を構成する材料が、前記レジスト層上にまで流出可能な大きさで形成される請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電子部品実装構造。
5. 前記開口部は前記電子部品よりも一回り大きく、前記開口部の開口面積は、前記電子部品の平面面積に対して１．５倍以下の大きさである請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電子部品実装構造。
6. 前記電極部と前記ランド部間を接合する前記低融点半田はフィレット状で形成される請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電子部品実装構造。
7. 前記接着層は、前記電子部品の一方向の両側側面から前記レジスト層上に重ねて形成されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電子部品実装構造。
8. 前記接着層は前記電子部品の全周に広がっている請求項７記載の電子部品実装構造。
9. 前記接着層の外縁全周が前記レジスト層上に重ねられている請求項８記載の電子部品実装構造。
10. 前記接着層と前記レジスト層は、熱硬化性樹脂で形成される請求項１ないし９のいずれか１項に記載の電子部品実装構造。
11. 前記接着層と前記レジスト層は、エポキシ系の樹脂で形成される請求項１０記載の電子部品実装構造。
12. 基板上に電子部品が実装されて成る電子部品実装構造の製造方法において、
    前記基板上にランド部を有する配線パターンを形成し、前記基板上から前記配線パターン上にかけてレジスト層を形成し、前記レジスト層に前記ランド部が露出する開口部を形成する工程、
    前記ランド部上に、半田と接着層を構成する材料とが含まれる半田接着層を塗布する工程、
    前記レジスト層の開口部内に電子部品を設置し、このとき前記電子部品の電極部を前記ランド部上に前記半田接着層を介して対向させる工程、
    熱処理を施して、前記半田を溶融させて前記ランド部と前記電極部間に凝集させ、前記ランド部と前記電極部間を半田接合させるとともに、前記半田接着層に含まれる前記接着層を構成する材料を前記半田と分離させて前記レジスト層上に流れさせて前記接着層を前記レジスト上に重ねて接合する工程、
    を有することを特徴とする電子部品実装構造の製造方法。
13. 前記半田を、ＳｎＢｉの低融点半田で形成し、前記レジスト層と前記接着層を構成する材料とを熱硬化性樹脂で形成し、熱処理温度を１２０℃〜１６０℃の範囲内に設定する請求項１２記載の電子部品実装構造の製造方法。

Images