(57)【要約】【課題】  電子回路装置の基板上に搭載されたリードレス部品のはんだ接合部信頼性を向上し、高信頼な電子回路装置を得る。【解決手段】  リードレス部品の破壊しやすいはんだ接合部に対し、基板のランドサイズを拡大すること及び拡大したランドサイズと同サイズのはんだペーストをランド上に供給することによりはんだ量を増加する。これにより、リード端子の先端部まではんだを濡れあがらせ、はんだとリード端子の接合している面積を大きくし、はんだ接合部の長寿命化を実現する。これにより、はんだ接合部の信頼性を向上し、高信頼な電子回路装置を得ることが可能である。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上の一主面にはんだにより接合されたリードレス部品を有する電子回路装置において、
前記リードレス部品の少なくとも一辺に形成された複数のリード端子及びそのリード端子に対して対向するように前記基板の主面上に一列に形成された前記基板の複数の電極パッドに対し、
その両端のリード端子のうち前記リードレス部品の前記一辺に並行な第一の方向の幅が、前記両端以外のリード端子のうち前記第一の方向の幅と同じであり、
かつ、前記両端の基板の電極パッドのうち前記第一の方向の幅が、前記両端以外の電極パッドのうち前記第一の方向の幅よりも大きく、
かつ、前記両端のリード端子の先端面の上端部まではんだが接合されていることを特徴とする電子回路装置
【請求項２】
請求項１の電子回路装置において、
前記両端の基板の電極パッドの前記第一の方向の幅のうち、前記両端のリード端子の先端面近傍の幅が、前記両端のリード端子の先端面近傍以外の幅よりも大きいことを特徴とする電子回路装置。
【請求項３】
請求項１及び請求項２の電子回路装置において、
前記リードレス部品の複数のリード端子が、前記リード部品の対向する二辺に形成されていることを特徴とする電子回路装置。
【請求項４】
請求項１及び請求項２の電子回路装置において、
前記リードレス部品の複数のリード端子が、前記リード部品の四辺すべてに形成されていることを特徴とする電子回路装置。
【請求項５】
請求項１及び請求項２の電子回路装置において、
前記リードレス部品の複数のリード端子が、前記リード部品の一辺のみに形成されていることを特徴とする電子回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、QFN等のリード端子の短い半導体部品をはんだにより接合して構成する電子回路装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
省エネルギやCO2排出削減、安全システム等の要求から、自動車に対する高機能化が進んでいる。これにより、自動車に搭載される電子回路装置の個数は増加傾向にあり小型化高機能化の要求がある。代表的な電子回路装置の模式図を図１に示す。このとき、これまで車載用の電子回路装置では、従来からSOPやQFP等のリード部品が多く用いられてきた。ところが、小型・高機能化の要求を満足するため、民生品の分野で使用されているリード端子の短いQFN等のリードレス部品が多く採用されつつある。リードレス部品は、基板とはんだ接合されるリード端子を短くし、小型化を実現したパッケージである。
【０００３】
リードレス部品の例を図２に示す。リードレス部品には、部品によってリード端子長さが異なる。リード端子の先端面が封止樹脂端面と同一面上に存在するものや、先端面が封止樹脂端面よりも飛び出しているものがある。
【０００４】
リードレス部品では、その製造プロセス上の理由から、リード端子の先端部にめっきが施されていないものが多い。リードレス部品のリード端子の断面模式図の例を図３に示す。図３より、パッケージ底面のリード端子上にはめっきが施されている。このとき、リード端子のめっきはSn系の材料が用いられる場合が多い。このため、はんだ接合時にリード端子のめっきも溶融する。よって、リード端子に対しはんだが濡れやすい。一方、リード端子の先端部である側面は、リード端子の材料であるCuが露出している。はんだはCuに対して濡れるが、めっきが施されている場合よりは濡れ性が悪い。表面の酸化の度合いや汚染状況により、Cu表面の濡れ性は大きく影響を受ける。よって、リード端子先端部全体にはんだが濡れ広がらず、途中まで濡れる場合、あるいは先端部に全く濡れない場合が存在する。リード端子の先端部にはんだが濡れない場合、濡れている場合に比べてはんだとリード端子の接合している面積が小さくなる。このため、はんだ接合部の信頼性が低下する。
【０００５】
小型・高機能化の要求される車載用の電子回路装置では、搭載される部品のはんだ接合部の長寿命化が課題である。現在、車載用の電子回路装置はエンジンルームに搭載される。また、自己発熱によりパッケージ温度は125℃以上まで上昇する。一方、冬季のアラスカ等、マイナス数十℃の環境にも放置される。自動車の耐用年数や走行距離も年々上昇しているため、温度上昇と低温冷却の温度サイクル寿命を長寿命化することが必要である。また、さらに部品自体も小型化、高機能化しており、部品の他ピン化、狭ピッチ化が進んでいる。はんだ接合されるリード端子のサイズも小さくなり、はんだ接合部の寿命が短くなっている。
【０００６】
このような状況において、リードレス部品のはんだ接合部を長寿命化させることは大きな課題である。はんだ接合部にかかる負荷を低減させるよう、部品の封止樹脂の線膨張係数と基板の線膨張係数を近づける必要がある。封止樹脂の線膨張係数を変更する場合、部品内部の配線にかかる負荷が上昇する。よって、部品の封止樹脂は適度な線膨張係数のものを選択せざるを得ない。また一方で、基板の線膨張係数を変更する手段がある。線膨張係数の小さい基材を用いた基板が開発されているが、現状広く普及しているものではないため高コストという問題がある。また、基板は基板内層の配線構造により線膨張係数が変化する。はんだ接合部の寿命を考慮した基板内層の配線構造を構築することも考えられるが、現実的にそのような構造を確立することは困難である。
【０００７】
上記の課題に対し、はんだ接合部の長寿命化を実現するものとして、破壊しやすいはんだ接合部のはんだ量を増加する方法がある。図２に示すような、二辺にリード端子を有するリードレス部品の場合には、その辺の両端のはんだ接合部が破壊しやすい。このはんだ接合部に対し、はんだ量を増加する。これにより、リード端子の先端部まではんだを濡れあがらせ、はんだとリード端子の接合している面積を大きくし、はんだ接合部の長寿命化を実現する。はんだ量の増加方法を示す公知例として、以下のようなものが存在する。特許文献１では、供給するはんだペーストの印刷マスクの厚さを変更することにより、相対的に中央部のはんだ量よりも端部のはんだ量を多くさせる手段を提供している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開2007-305759号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ただし、この発明では、印刷マスク厚と、リード端子幅と同じランドサイズによって決まるはんだペーストの体積がはんだ量となる。これ以上のはんだ量が必要な場合、はんだ量を増加させる手段を開示していない。はんだ量を増加させる方法として開示のある印刷マスク構造は、(1)安定的に所定のはんだ量を供給できるような印刷マスク構造でないこと、(2)供給できたとしても、隣接するはんだ接合部とブリッジする可能性が高いこと、等である。よって、妥当なはんだ量を増加する方法を開示していないと考えられる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では、破壊しやすいはんだ接合部に対し、(1)基板のランドサイズを拡大すること、(2)拡大したランドサイズと同サイズのはんだペーストをランド上に供給すること、によりはんだ量を増加する。これにより、リード端子の先端部まではんだを濡れあがらせ、はんだとリード端子の接合している面積を大きくし、はんだ接合部の長寿命化を実現する。例として、この二辺にリード端子を有するリードレス部品における本発明構造を図４に示す。これにより、はんだ接合部の寿命を飛躍的に長寿命化することが可能である。
【発明の効果】
【００１１】
リードレス部品に対し、本発明構造により、リード端子の先端部まではんだを濡れあがらせ、はんだリート端子の接合している面積を大きくし、はんだ接合部の長寿命化を実現する。これにより、リードレス部品のはんだ接合部信頼性を向上し、小型・高機能な電子回路装置を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に関連する電子回路装置の例を示した断面模式図である。
【図２】リードレス部品の例を示した外観模式図である。
【図３】リードレス部品のリード端子の例を示した断面模式図である。
【図４】本発明の実施形態におけるリードレス部品のランド形状、はんだペースト印刷形状及びそれを用いた部品接合後のはんだ接合部構造を示した模式図である。
【図５】四辺にリード端子を有するリードレス部品の例を示した外観模式図である。
【図６】１辺にリード端子を有するリードレス部品の例を示した外観模式図である。
【図７】四辺にリード端子を有するリードレス部品を用いた場合において、ランドに対し本発明の実施形態を示した模式図である。
【図８】１辺にリード端子を有するリードレス部品を用いた場合において、ランドに対し本発明の実施形態を示した模式図である。
【図９】リードレス部品をランド上に搭載した状態でのリードレス部品透視上面模式図である。
【図１０】本発明の実施形態におけるランド拡大の例を示したリードレス部品透視上面模式図である。
【図１１】実施例１において、従来のランド形状を用いた場合、本発明の実施形態におけるランド拡大を行った場合のサンプルに対し、耐久試験後の断面観察結果からき裂進展割合の結果をまとめた図である。
【図１２】実施例２において、従来のランド形状を用いた場合、本発明の実施形態におけるランド拡大を行った場合のサンプルに対し、耐久試験後の断面観察結果からき裂進展割合の結果をまとめた図である。
【図１３】実施例３において、従来のランド形状を用いた場合、本発明の実施形態におけるランド拡大を行った場合のサンプルに対し、耐久試験後の断面観察結果からき裂進展割合の結果をまとめた図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明における対象部品は、QFN等のリードレス部品である。リードレス部品はいくつか種類が存在する。前述のような部品の二辺に対しリード端子を有するものの他、四辺すべてにリード端子を有するものや１辺のみにリード端子を有するものがある。これらのリードレス部品の例を図５、図６に示す。四辺すべてにリード端子を有する場合、四隅のコーナー部に存在する８つのはんだ接合部が破壊しやすい。一方、１辺のみにリード端子を有する場合、その１辺の両端部のはんだ接合部が破壊しやすい。これらのはんだ接合部に対し、ランドサイズを拡大し、供給するはんだペースト量を増加させる。これらのリードレス部品に対する本発明構造のランド形状を図７、図８に示す。
【００１４】
また、前述のようにリードレス部品では、そのリード端子の先端面が封止樹脂端面と同一面上に存在する場合及び先端面が封止樹脂端面よりも飛び出している場合の両方が存在する。本発明構造はいずれのリード端子構造においても有効である。
【００１５】
本発明構造において、供給するはんだペーストは、印刷後の形状に対し拡大したランドサイズと同等とするのが望ましい。はんだ量は可能な限り多い方がリード端子先端部への濡れを向上できると考える。よって、印刷後のはんだペーストは可能な限り多くする方が好適である。ただし、ランドサイズよりも大きく印刷する場合には、リフロー時にランドからはみ出しているはんだペーストからはんだボールが形成されやすくなる。ショート不良の原因となるため、はんだペーストをランドサイズよりも大きくすることは好適でない。
【００１６】
また、ランドの形状に対し、リード端子先端部近傍のランドを拡大することが好適である。ランド上に搭載した状態でのリードレス部品透視上面図を図９に、この透視上面図によるランド拡大の例を図10に示す。リード端子先端部にはんだが多く存在する場合、リード端子先端部にはんだが濡れやすいためである。また、拡大する方向をリード端子の先端面に垂直な方向とするよりも、並行な方向とする方が好適である。
【００１７】
はんだ材に関しては、一般的なSn系はんだが好適である。濡れ性を向上させる場合には、Sn-Ag系のはんだを用いてもよい。
【００１８】
接合条件に関しては、採用するはんだの融点直上から260℃程度までの間から選定すればよい。濡れ性を向上させる場合には高温側の温度が好適である。リフロー時の雰囲気は、大気中よりもN2雰囲気の方が望ましい。
【実施例１】
【００１９】
本発明の実施例１を以下に示す。サンプルは二辺にリード端子が５つずつ配置されている10ピンのQFNパッケージを用いた。パッケージのリード端子に対し、それぞれ両端のリード端子の基板ランドを拡大した。また、その拡大したランドと同じサイズのはんだペーストを供給し、リフローによりはんだ接合を行った。はんだペーストはSn3Ag0.5Cuはんだを用いた。リフローはN2リフロー装置を用い、250℃ピークの温度プロファイルを用いて接合した。ランドを拡大したはんだ接合部は、リード端子先端部まではんだが濡れあがっていることを確認した。
【００２０】
上記のように作成したサンプル20個に対し、温度サイクル試験槽を用いて耐久試験を行った。また、比較として、ランドを拡大していない通常のサンプルについても同様にサンプルを作成し、耐久試験を行った。温度条件は、-40℃/125℃で低温及び高温での保持時間各30分で行った。2000サイクル後に断面観察を行い、き裂進展状況を確認した。
【００２１】
き裂進展状況を確認した結果を図11に示す。はんだ接合部を連結した場合には、通常のサンプルに比べて飛躍的にき裂進展割合が小さく、長寿命であることが確認できた。
【実施例２】
【００２２】
本発明の実施例２を以下に示す。サンプルは四辺すべてにリード端子が５つずつ配置されている20ピンのQFNパッケージを用いた。パッケージの四隅のコーナー部に存在する８つのリード端子に対し、基板ランド拡大した。基板ランド拡大後の形状は図７を参考とした。また、その拡大したランドと同じサイズのはんだペーストを供給し、リフローによりはんだ接合を行った。はんだペーストはSn3Ag0.5Cuはんだを用いた。リフローはN2リフロー装置を用い、250℃ピークの温度プロファイルを用いて接合した。ランドを拡大したはんだ接合部は、リード端子先端部まではんだが濡れあがっていることを確認した。
【００２３】
上記のように作成したサンプル20個に対し、温度サイクル試験槽を用いて耐久試験を行った。また、比較として、ランドを拡大していない通常のサンプルについても同様にサンプルを作成し、耐久試験を行った。温度条件は、-40℃/125℃で低温及び高温での保持時間各30分で行った。2000サイクル後に断面観察を行い、き裂進展状況を確認した。
【００２４】
き裂進展状況を確認した結果を図12に示す。はんだ接合部を連結した場合には、通常のサンプルに比べて飛躍的にき裂進展割合が小さく、長寿命であることが確認できた。
【実施例３】
【００２５】
本発明の実施例３を以下に示す。サンプルはある１辺に対し４つのリード端子が配置されており、またパッケージ底面から前記リード端子と対向する辺に伸びるようにヒートスプレッダが形成されているリードレス部品を用いた。４つのリード端子のうち、両端に存在する２つのリード端子に対し基板ランド拡大した。基板ランド拡大後の形状は図８を参考とした。また、その拡大したランドと同じサイズのはんだペーストを供給し、リフローによりはんだ接合を行った。はんだペーストはSn3Ag0.5Cuはんだを用いた。リフローはN2リフロー装置を用い、250℃ピークの温度プロファイルを用いて接合した。ランドを拡大したはんだ接合部は、リード端子先端部まではんだが濡れあがっていることを確認した。
【００２６】
上記のように作成したサンプル20個に対し、温度サイクル試験槽を用いて耐久試験を行った。また、比較として、ランドを拡大していない通常のサンプルについても同様にサンプルを作成し、耐久試験を行った。温度条件は、-40℃/125℃で低温及び高温での保持時間各30分で行った。2000サイクル後に断面観察を行い、き裂進展状況を確認した。
【００２７】
き裂進展状況を確認した結果を図13に示す。はんだ接合部を連結した場合には、通常のサンプルに比べて飛躍的にき裂進展割合が小さく、長寿命であることが確認できた。
【符号の説明】
【００２８】
1・・・電子回路装置
2・・・リードレス部品
21・・・リード端子
22・・・リード端子先端面
23・・・封止樹脂
24・・・めっき
25・・・ヒートスプレッダ
26・・・リードレス部品外形部
3・・・基板
31・・・ランド
4・・・はんだ
51・・・チップ部品
52・・・リード部品
6・・・カバー
7・・・ベース
71・・・ボス
81・・・コネクタ
82・・・コネクタピン
91・・・シール材
92・・・放熱接着剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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