JP7322456B2 - 電子部品搭載基板 - Google Patents

Description

本発明は電子部品に関し、特に、ハンダや導体ペーストを介して基板に搭載される電子部品に関する。また、本発明は、このような電子部品が搭載された電子部品搭載基板に関する。

近年、回路基板に搭載される電子部品のモジュール化が進んでいる。このため、ある電子部品は、例えばモジュール化する際の表面実装プロセスにおいてリフローが行われるだけでなく、モジュール化された後、回路基板に搭載する際の表面実装プロセスにおいてもリフローが行われる。このように、モジュール化が進むと、同じ電子部品に対して２回又はそれ以上のリフローが行われるため、ハンダなどを用いた接合部の接合強度が低下するおそれがあった。

ハンダ接合の接合強度を高める方法としては、特許文献１に記載されているように、フラックスに熱硬化性樹脂組成物を添加する方法や、特許文献２に記載されているように、特殊組成のハンダを使う方法が挙げられる。

特開２０１２－８４８４５号公報 特表２０１６－５００５７８号公報

しかしながら、特許文献１に記載された方法では、複数回のリフローを行うと熱硬化性樹脂組成物が変質し、接合強度が低下してしまう。また、特許文献２に記載された方法では、特殊組成のハンダを使用するため、製造コストが増加するという問題があった。

したがって、本発明は、製造コストの増大を抑制しつつ、複数回のリフローを行っても高い接合強度を確保することが可能な端子電極を備えた電子部品を提供することを目的とする。また、本発明は、このような電子部品が搭載された電子部品搭載基板を提供することを目的とする。

本発明による電子部品は、実装面を有する本体部と、実装面から突出して設けられ、実装面と平行な主面と側面を有する平板状の端子電極とを備え、端子電極は、実装面に近づくにつれて径が縮小する部分を有しており、これにより、側面の少なくとも一部がオーバーハング形状を有することを特徴とする。

本発明によれば、端子電極の側面の少なくとも一部がオーバーハング形状を有していることから、この部分にハンダなどの接続導体材料を回り込ませることによって、複数回のリフローを行った場合であっても、高い接合強度を確保することが可能となる。

本発明による電子部品は、端子電極の主面上に設けられ、端子電極よりも融点の低い接続導体材料をさらに備えていても構わない。これによれば、電子部品を回路基板に搭載した後、リフローすることによって、接続導体材料を側面に回り込ませることが可能となる。つまり、リフロー前の状態では、接続導体材料が端子電極の主面にのみ存在し、リフロー後、オーバーハング形状を有する端子電極の側面を接続導体材料が覆うものであっても構わない。

本発明による電子部品搭載基板は、ランドパターンを有する基板と、基板に搭載された上記の電子部品とを備え、ランドパターンと端子電極は、接続導体材料を介して接続されていることを特徴とする。本発明によれば、接続導体材料を介した基板と電子部品の接合強度を高めることが可能となる。

本発明において、ランドパターンと端子電極の間に位置する接続導体材料の厚さは、３０μｍ以下であっても構わない。接続導体材料の厚さが３０μｍ以下まで薄くなると、接続導体材料による応力吸収能力が低下し、接続導体材料にクラックやデラミネーションが生じやすくなるが、接続導体材料が端子電極のオーバーハング部分を覆っていれば、クラックやデラミネーションの発生を抑制することが可能となる。

このように、本発明によれば、複数回のリフローを行った場合であっても、接続導体材料を介した基板と電子部品の接合強度を十分に確保することが可能となる。しかも、特殊組成のハンダを使用する必要もないため、製造コストの増加も抑制される。

図１は、本発明の好ましい実施形態による電子部品１の構造を示す図であり、（ａ）は略平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。 図２は、図１（ｂ）に示す領域Ｂの拡大図である。 図３は、基板３に電子部品１が搭載されてなる電子部品搭載基板２の模式図な断面図である。 図４は、図３に示す領域Ｃの拡大図である。 図５は、端子電極２０に接続導体材料５を形成した状態を示す模式図な断面図である。 図６は、ポジ型のフォトレジスト３１Ｐに対して露光を行う状態を説明するための模式図である。 図７は、現像後のフォトレジスト３１Ｐ／３１Ｎの形状を示す模式図である。 図８は、ネガ型のフォトレジスト３１Ｎに対して露光を行う状態を説明するための模式図である。 図９は、円形の端子電極２０を示す略平面図である。 図１０は、一部の側面２２ａのみがオーバーハング形状を有する端子電極２０の略平面図である。 図１１は、第１の変形例による端子電極２０の形状を説明するための断面図である。 図１２は、ポジ型のフォトレジスト３１Ｐに対して露光を行う状態を説明するための模式図である。 図１３は、現像後のフォトレジスト３１Ｐ／３１Ｎの形状を示す模式図である。 図１４は、ネガ型のフォトレジスト３１Ｎに対して露光を行う状態を説明するための模式図である。 図１５は、第２の変形例による端子電極２０の形状を説明するための断面図である。 図１６は、現像後のフォトレジスト３１Ｐ／３１Ｎの形状を示す模式図である。 図１７は、第３の変形例による端子電極２０の形状を説明するための断面図である。 図１８は、ネガ型のフォトレジスト３１Ｎに対して露光を行う状態を説明するための模式図である。 図１９は、現像後のフォトレジスト３１Ｎの形状を示す模式図である。 図２０は、第４の変形例による端子電極２０の形状を説明するための断面図である。 図２１は、第５の変形例による端子電極２０の形状を説明するための断面図である。 図２２は、電子部品１と電子部品１Ａを接続導体材料５によって接続した例を示す模式図な断面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい実施形態による電子部品１の構造を示す図であり、（ａ）は略平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。

本実施形態による電子部品１は表面実装型のチップ部品であり、図１に示すように、本体部１０と、本体部１０の実装面１０ａに設けられた端子電極２０とを備えている。電子部品１の種類については特に限定されず、キャパシタ、インダクタ、抵抗、フィルタなどの受動回路部品であっても構わないし、トランジスタや半導体ＩＣなどの能動回路部品であっても構わない。さらには、複数の受動回路部品と複数の能動回路部品が集積されたモジュール部品であっても構わないし、配線層が形成された配線基板であっても構わない。

図１に示す例では、ニッケル（Ｎｉ）などからなる基板１１と、基板１１上に設けられたキャパシタなどからなる機能層１２と、機能層を覆う絶縁層１３によって本体部１０が構成されている。そして、絶縁層１３の表面が実装面１０ａを構成し、実装面１０ａに端子電極２０が設けられている。端子電極２０は、絶縁層１３を貫通して設けられた接続部１４を介して機能層１２に接続されている。端子電極２０は、実装面１０ａから突出して設けられた平板状の電極であり、実装面１０ａと平行な主面２１と側面２２を有している。

図２は、図１（ｂ）に示す領域Ｂの拡大図である。

図２に示すように、端子電極２０の主面２１は実装面１０ａと平行であるのに対し、端子電極２０の側面２２は実装面１０ａに対して垂直ではなく、実装面１０ａと側面２２が成す角度θが９０°未満である逆テーパー形状を有している。つまり、端子電極２０の側面２２がオーバーハング形状を有しており、実装面１０ａに近づくにつれて端子電極２０の径が縮小する。角度θは、後述する効果を十分に得るためには８０°未満であることが好ましく、６０°未満であることがより好ましい。但し、角度θが小さすぎると、端子電極２０の形状が不安定になるとともに、端子電極２０の形成が困難となることから、３０°以上であることが好ましく、４５°以上であることがより好ましい。尚、側面２２が完全な平坦面ではなく、ある曲率を持った曲面である場合、角度θは一義的には決まらず、所定の範囲を持った値となる。また、オーバーハング量Ｗ、つまり、側面２２の実装面１０ａ側における端部と、側面２２の主面２１側における端部の平面距離は、０．５μｍ以上、３０μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上、１５μｍ以下であることがより好ましい。また、端子電極２０の厚みについては、０．５μｍ以上、３２μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上、２５μｍ以下であることがより好ましい。端子電極２０の平面サイズについては、一辺の長さが０．０１ｍｍ以上、４．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．０５ｍｍ以上、３．２ｍｍ以下であることがより好ましい。

図３は、基板３に電子部品１が搭載されてなる電子部品搭載基板２の模式図な断面図である。

図３に示すように、基板３はランドパターン４を有しており、電子部品１の端子電極２０がランドパターン４と向かい合うよう、基板３に搭載される。端子電極２０とランドパターン４の接続は、ハンダや導体ペーストなど、端子電極２０やランドパターン４よりも融点の低い接続導体材料５を介して行われる。図３に示す例では、電子部品１の端子電極２０よりも基板３のランドパターン４の方が平面サイズが大きい。このため、電子部品１の端子電極２０についてはほぼ全表面が接続導体材料５で覆われるのに対し、基板３のランドパターン４については、その主面の一部が接続導体材料５で覆われることなく露出している。ランドパターン４の側面についても、接続導体材料５で覆われることなく露出している。

図４は、図３に示す領域Ｃの拡大図である。

図４に示すように、基板３に電子部品１が搭載されると、ハンダや導体ペーストなどの接続導体材料５は、端子電極２０の主面２１のみならず、オーバーハング形状を有する側面２２も覆う。これにより、例えば電子部品１に水平方向の外力が加わり、その結果、端子電極２０の主面２１と接続導体材料５の界面で剥離が生じたとしても、この剥離が主面２１と側面２２の境界となる鋭角な角部２３によって止まり、それ以上剥離が進行しにくくなる。ここで、ランドパターン４と端子電極２０の間に位置する接続導体材料５の厚さが十分に厚い場合には、電子部品１に水平方向の外力が加わったとしても、厚みの大きい接続導体材料５によってある程度応力を吸収することができる。しかしながら、ランドパターン４と端子電極２０の間に位置する接続導体材料が薄く、特に３０μｍ以下まで薄い場合には、接続導体材料５による応力吸収能力が低下し、接続導体材料５にクラックやデラミネーションが生じやすくなる。特に、接続導体材料５が鉛フリーハンダである場合、リフローを複数回繰り返すと、端子電極２０又はランドパターン４を構成する銅（Ｃｕ）などの金属と鉛フリーハンダからなる合金が成長し、クラックやデラミネーションが生じやすくなる。また、接続導体材料５が導電ペーストである場合も、ガラス転移点を超える温度のリフローを複数回繰り返すと、接着力が低下する。しかしながら、本実施形態においては、接続導体材料５が端子電極２０の主面２１のみならず、オーバーハング形状を有する側面２２をも覆っていることから、クラックやデラミネーションの発生を抑制することが可能となる。

基板３に電子部品１を搭載する際には、図５に示すように、電子部品１の端子電極２０側に接続導体材料５をあらかじめ形成しておき、この状態で電子部品１を基板３に搭載した後、リフローを行えば良い。端子電極２０に接続導体材料５を形成する方法としては、銅（Ｃｕ）などからなる端子電極２０の表面に防錆用のプリフラックス処理を行った後、例えば、鉛フリーハンダからなるハンダボールを端子電極２０に搭載し、リフローすることによって、接続導体材料５を端子電極２０の主面２１に広げればよい。端子電極２０の表面には、あらかじめニッケル（Ｎｉ）メッキや金（Ａｕ）メッキを施しておいても構わない。また、この時点では、接続導体材料５が端子電極２０の側面２２に回り込んでいなくても構わない。

上述した形状を有する端子電極２０の形成方法については特に限定されないが、図６に示すように、電子部品１の本体部１０にポジ型のフォトレジスト３１Ｐを形成し、マスク３２を介して光３３を照射することによって、フォトレジスト３１Ｐを図７に示す形状にパターニングする。露光時においては、光３３の強度を弱めに設定することによって、深さ方向に露光幅が徐々に狭くなるよう調整すれば、図７に示すように、深さ方向に幅が狭くなる開口部３１ａを形成することができる。そして、電解メッキによって開口部３１ａに端子電極２０を形成すれば、側面２２がオーバーハング形状を有する端子電極２０を形成することが可能となる。

或いは、図８に示すように、電子部品１の本体部１０にネガ型のフォトレジスト３１Ｎを形成し、マスク３２を介して光３３を照射することによって、フォトレジスト３１Ｎを図７に示す形状にパターニングする。露光時においては、光３３の強度を強めに設定することによって、深さ方向に露光幅が徐々に広くなるよう調整すれば、図７に示すように、深さ方向に幅が狭くなる開口部３１ａを形成することができる。そして、電解メッキによって開口部３１ａに端子電極２０を形成すれば、側面２２がオーバーハング形状を有する端子電極２０を形成することが可能となる。

端子電極２０の平面形状については特に限定されず、図１（ａ）に示すように矩形であっても構わないし、図９に示すように円形であっても構わない。また、端子電極２０の側面２２の全てがオーバーハング形状を有している必要はなく、少なくとも一部の側面がオーバーハング形状を有していれば足りる。例えば、図１０に示す端子電極２０は、対向する２つの側面２２ａがオーバーハング形状を有している一方、残りの側面２２ｂについてはオーバーハング形状を有しておらず、ほぼ垂直面である。この場合であっても、接続導体材料５をオーバーハング部分に回り込ませれば、クラックやデラミネーションの発生を抑制することが可能となる。

図１１は、第１の変形例による端子電極２０の形状を説明するための断面図である。

図１１に示すように、第１の変形例による端子電極２０は、側面２２が全て傾斜しているのではなく、実装面１０ａ側に位置する傾斜面２２Ａと、主面２１側に位置する垂直面２２Ｂを有している点において、図２に示した端子電極２０の形状と相違している。端子電極２０がこのような形状を有している場合であっても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

図１１の形状を有する端子電極２０の形成方法については特に限定されないが、図１２に示すように、電子部品１の本体部１０にポジ型のフォトレジスト３１Ｐを形成し、マスク３２を介して光３３を照射することによって、フォトレジスト３１Ｐを図１３に示す形状にパターニングする。現像時においては、現像条件を弱めに設定することによって、開口部３１ａの底部にフォトレジスト３１Ｐを残存させれば、深さ方向に途中から幅が狭くなる開口部３１ａを形成することができる。そして、電解メッキによって開口部３１ａに端子電極２０を形成すれば、傾斜面２２Ａと垂直面２２Ｂからなる側面２２を有する端子電極２０を形成することが可能となる。

或いは、図１４に示すように、電子部品１の本体部１０にネガ型のフォトレジスト３１Ｎを形成し、マスク３２を介して光３３を照射することによって、フォトレジスト３１Ｎを図１３に示す形状にパターニングしても構わない。この場合も、現像条件を弱めに設定することによって、深さ方向に途中から幅が狭くなる開口部３１ａを形成することができる。

図１５は、第２の変形例による端子電極２０の形状を説明するための断面図である。

図１５に示すように、第２の変形例による端子電極２０は、実装面１０ａに近づくにつれて端子電極２０の径が縮小する部分と、実装面１０ａに近づくにつれて端子電極２０の径が拡大する部分を有している。つまり、側面２２は、実装面１０ａに近づくにつれて端子電極２０の径が縮小する部分に対応する傾斜面２２Ａと、実装面１０ａに近づくにつれて端子電極２０の径が拡大する部分に対応する傾斜面２２Ｃによって構成される。図１５に示す例では、傾斜面２２Ａが主面２１側に位置し、傾斜面２２Ｃが実装面１０ａ側に位置している。端子電極２０がこのような形状を有している場合であっても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

図１５に示す形状の端子電極２０を形成するためには、図６を用いて説明したように、ポジ型のフォトレジスト３１Ｐを形成した状態で光３３の強度を強めに設定するか、或いは、図８を用いて説明したように、ネガ型のフォトレジスト３１Ｎを形成した状態で光３３の強度を弱めに設定した後、現像条件を弱めに調整することによって、開口部３１ａの形状を図１６に示す形状とする。そして、電解メッキによって開口部３１ａに端子電極２０を形成すれば、図１５に示す形状の端子電極２０を形成することが可能となる。

図１７は、第３の変形例による端子電極２０の形状を説明するための断面図である。

図１７に示すように、第３の変形例による端子電極２０は、傾斜面２２Ａと傾斜面２２Ｃの位置が逆である点において、図１５に示す第２の変形例と相違している。端子電極２０がこのような形状を有している場合であっても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

図１７に示す形状の端子電極２０を形成するためには、図１８に示すように、ネガ型のフォトレジスト３１Ｎを形成した状態で光３３の強度を弱めに設定した後、現像条件を弱めに調整することによって、開口部３１ａの形状を図１９に示す形状とする。そして、電解メッキによって開口部３１ａに端子電極２０を形成すれば、図１７に示す形状の端子電極２０を形成することが可能となる。

図２０は、第４の変形例による端子電極２０の形状を説明するための断面図である。

図２０に示すように、第４の変形例による端子電極２０は、ある厚さ位置で端子電極２０の径が変化する形状を有している。側面２２は、主面２１側に位置し、径の大きい部分に対応する垂直面２２Ｂ_１と、実装面１０ａ側に位置し、径の小さい部分に対応する垂直面２２Ｂ_２と、垂直面２２Ｂ_１と垂直面２２Ｂ_２を繋ぐ水平面２２Ｄからなる。端子電極２０がこのような形状を有している場合であっても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。このような形状を有する端子電極２０は、フォトレジストを用いた露光を２段階で行うことによって得ることができる。

図２１は、第５の変形例による端子電極２０の形状を説明するための断面図である。

図２１に示すように、第５の変形例による端子電極２０は、実装面１０ａからの距離にかかわらず径が一定である部分と、実装面１０ａに近づくにつれて端子電極２０の径が縮小する部分を有している。側面２２は、径が一定である部分に対応する垂直面２２Ｂと、径が縮小する部分に対応する傾斜面２２Ａと、垂直面２２Ｂと傾斜面２２Ａを繋ぐ水平面２２Ｅからなる。端子電極２０がこのような形状を有している場合であっても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。このような形状を有する端子電極２０ついても、フォトレジストを用いた露光を２段階で行うことによって得ることができる。

本実施形態において、電子部品１が搭載される基板が単なる回路基板である必要はなく、図２２に示すように、別の電子部品１Ａであっても構わない。別の電子部品１Ａは、キャパシタ、インダクタ、抵抗、フィルタなどの受動回路部品であっても構わないし、トランジスタや半導体ＩＣなどの能動回路部品であっても構わない。さらには、複数の受動回路部品と複数の能動回路部品が集積されたモジュール部品であっても構わないし、配線層が形成された配線基板であっても構わない。

別の電子部品１Ａが備える端子電極２０は、電子部品１の端子電極２０と同様の形状を有していても構わない。これによれば、電子部品１の端子電極２０のオーバーハング部分と電子部品１Ａの端子電極２０のオーバーハング部分の両方が接続導体材料５で覆われることから、電子部品１と電子部品１Ａの接合強度をより高めることが可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

厚さ１ｍｍの評価用有機基板に、図１及び図２に示す構造を有する薄膜キャパシタを実装することによって、実施例１のサンプルＡを２０個作製した。薄膜キャパシタの平面サイズは１．６ｍｍ×０．８ｍｍであり、厚さは０．８ｍｍである。薄膜キャパシタに設けられた端子電極の平面サイズは、０．４ｍｍ×０．７ｍｍである。また、逆テーパー形状を有する端子電極の側面は、完全な平坦面ではなく湾曲しており、その角度θは３０°～７０°の範囲である。実装後におけるハンダの高さは、２０μｍに制御した。

端子電極の側面が垂直である他は、上記のサンプルＡと同じ構造を有する比較例１のサンプルＢ１を２０個作製した。

端子電極の側面の角度θが１１０°～１５０°である順テーパー形状を有している他は、上記のサンプルＡと同じ構造を有する比較例２のサンプルＢ２を２０個作製した。

これらのサンプルＡ，Ｂ１，Ｂ２に対して２５０℃で８回リフローを行った後、重さ１３０ｇのアルミ筐体へボルトで固定し、１７０ｃｍの高さから、ｘ方向、－ｘ方向、ｙ方向、－ｙ方向、ｚ方向、－ｚ方向へそれぞれ５０回ずつ合計３００回、コンクリート面へ自由落下させた。本試験の自由落下の衝撃荷重は、３０００Ｇ相当と見積もられる。

その後、電気接続のオープン故障チェックを行ったところ、実施例１のサンプルＡを２０個とも故障がないことが確認された。これに対し、比較例１のサンプルＢ１では２０個あたり１個の故障が認められ、比較例２のサンプルＢ２では２０個あたり３個の故障が認められた。

１，１Ａ 電子部品
２ 電子部品搭載基板
３ 基板
４ ランドパターン
５ 接続導体材料
１０ 本体部
１０ａ 実装面
１１ 基板
１２ 機能層
１３ 絶縁層
１４ 接続部
２０ 端子電極
２１ 主面
２２，２２ａ，２２ｂ 側面
２２Ａ 傾斜面
２２Ｂ 垂直面
２２Ｂ_１ 垂直面
２２Ｂ_２ 垂直面
２２Ｃ 傾斜面
２２Ｄ 水平面
２２Ｅ 水平面
２３ 角部
３１Ｎ フォトレジスト（ネガ型）
３１Ｐ フォトレジスト（ポジ型）
３１ａ 開口部
３２ マスク
３３ 光

Claims (5)

1. 主面及び側面を有する平板状のランドパターンを有する基板と、
   前記基板に搭載された電子部品と、を備え、
   前記電子部品は、
   実装面を有する本体部と、
   前記実装面から突出して設けられ、前記実装面と平行な主面と側面を有する平板状の端子電極と、を備え、
   前記端子電極よりも前記ランドパターンの方が平面サイズが大きく、
   前記ランドパターンと前記端子電極は、前記ランドパターンの前記主面と前記端子電極の前記主面の間に位置し、前記端子電極よりも融点の低い接続導体材料を介して接続されており、
   前記端子電極は、前記実装面に近づくにつれて径が縮小する部分を有しており、これにより、前記端子電極の前記側面の少なくとも一部がオーバーハング形状を有し、
   前記接続導体材料は、前記ランドパターンの前記側面を覆うことなく、オーバーハング形状を有する前記端子電極の前記側面を覆っていることを特徴とする電子部品搭載基板。
2. 前記ランドパターンの前記主面の一部は、前記接続導体材料で覆われることなく露出していることを特徴とする請求項１に記載の電子部品搭載基板。
3. 前記端子電極の前記側面は、前記実装面側に位置する傾斜面と、前記主面側に位置する垂直面を有し、前記傾斜面がオーバーハング形状を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品搭載基板。
4. 前記端子電極の前記側面は、前記実装面側に位置し、前記実装面に近づくにつれて前記端子電極の径が縮小する第１の傾斜面と、前記主面側に位置し、前記実装面に近づくにつれて前記端子電極の径が拡大する第２の傾斜面と含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品搭載基板。
5. 前記ランドパターンと前記端子電極の間に位置する前記接続導体材料の厚さは３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電子部品搭載基板。

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