(57)【要約】【課題】  回路基板にはんだ実装された電子部品の端子とはんだ接合部にフィレットを形成することにより、製造の歩留まりを向上させ、かつ、はんだ接続信頼性を向上させる。【解決手段】    外部電極との接続用の端子を備えた電子部品と、該電子部品がはんだにより実装される回路基板とを備えた電子制御装置において、該回路基板の電子部品が実装されるランドの厚みは、電子部品の端子の先端側が厚く電子部品の端子内側を薄くなるように傾斜を持たせて形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続用の端子を有する電子部品と、
該電子部品が実装され、前記接続用の端子とはんだにより接続される外部電極ランドを有する回路基板と、を備え、
前記電極ランドは、前記端子の先端側が、前記端子の内側より厚くなるような傾斜形状である電子制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電子制御装置において、
前記回路基板の電極ランドは直線傾斜とした電子制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電子制御装置において、
前記電極ランドの厚みは、前記端子の先端側が５０μｍ以下であり、前記端子の内側が３０μｍ以下である電子制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載の電子制御装置において、
前記電極ランドは、最も厚い部位と最も薄い部位との厚みの差が５０μｍ以下である電子制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載の電子制御装置において、
前記電極ランドが複数存在する場合、すべての電極ランドは同じ厚みおよび同じ傾斜となるよう形成されている電子制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかに記載の電子制御装置において、
前記電子部品は、アルミ電解コンデンサであることを特徴とした電子制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、はんだにより電子部品を回路基板に実装する電子制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品をはんだ合金等の導電性接合材により回路基板に実装する構造において、製造工程のリフロー工程での温度上昇に伴いはんだ合金は溶融し、電子部品の端子の先端に濡れ上がる。その後、はんだは、温度降下の後に電子部品の外側へ向かって裾広がりのようにフィレットを形成する。
【０００３】
はんだフィレットは、製造工程において、電子部品と回路基板のはんだ接合が良好に行われたか否かを確認するための要素であり、検査工程において利用されている。多くの場合、製造工程におけるリフロー後、光学式等の自動検査装置を用いたはんだ付け部の外観検査の工程が導入されている。外観検査工程において、はんだフィレットの有無、あるいははんだフィレットの長さを確認し、電子部品と回路基板が接合されているか否かを判定している。
【０００４】
しかし、はんだが端子の先端に濡れ上がらずフィレットが形成されていない場合、リフロー後の外観検査において、はんだフィレットを確認することができない。つまり、電子部品と回路基板が接合されているか否かの判断は難しくなる。その結果、電子部品と回路基板が接合されているか否かにかかわらず、検査判定は不良とせざる得なくなり製造の歩留まりは低下する。
【０００５】
はんだフィレットの未形成は、製造の歩留まり低下だけでなく、はんだ接続信頼性の低下にも繋がる可能性がある。はんだフィレットが存在しない場合、はんだと電子部品の接続長さは短くなる。電子部品と基板の接続部のはんだ寿命は、はんだに生じるひずみの大きさとはんだ接続長などに因って変化する。はんだと部材の接続長が短くなればはんだ寿命は低寿命となり、接続長が長くなるほど長寿命となる。よって、はんだフィレットが形成されていない場合、はんだ接続寿命は低寿命となる。
【０００６】
はんだフィレットが形成され難い条件は存在し、予めはんだフィレットの未形成を推測することは可能である。
【０００７】
例えば、はんだ接合に用いる電子部品の端子の先端にめっきが施されていない場合である。多くの場合、端子の材質はＣｕやＦｅであり、これらの材料の表面には、通常Ｓｎ等のはんだ合金が濡れ易い材料によりめっきが施されている。
【０００８】
また、はんだ量不足もはんだフィレットが形成され難い条件となる。回路基板にはんだ印刷マスクによりペースト状のはんだ合金を印刷する場合、印刷条件（印刷スキージの材料や印刷スキージの角度など）により、はんだ合金の印刷量が変化する。特に、アルミ電解コンデンサのように端子の面積が大きくはんだを印刷する面積が広い部品では、印刷条件によっては、はんだ量が大幅に減少することがある。これは、材質がウレタンのスキージでの印刷において頻繁に見られる現象である。柔らかく変形しやすいウレタンでは、印刷マスクの開口面積が広い場合にははんだをかきとってしまう。一方、ウレタンはその柔らかい性質から、印刷マスクを傷つけない等の利点もあり実装現場で広く利用されている。
【０００９】
はんだフィレットを形成させるための策としては複数存在する。
【００１０】
一つは、電子部品の端子先端にめっきを施すことである。前記したように、めっきを施すことにより、はんだ濡れ性は向上する。これにより、はんだフィレットの形成を狙うことが可能となる。
【００１１】
また、電子部品をはんだ接続する回路基板の電極ランドと配線パターンとの間にスリットを形成することにより、はんだフィレットを形成させる技術が特許文献１に記載されている。この文献１には、「リード電極を有する電子部品と、一面に形成された配線パターンと、前記一面に形成されると共に前記配線パターンで囲まれており、当該配線パターンと電気的に接続されると共に前記リード電極と電気的に接続される電極ランドと、を有する基板と、を備え、前記リード電極を前記電極ランドにはんだを介して実装してなる電子部品の実装構造において、前記電極ランドと前記配線パターンとの間には、スリットが形成されていることを特徴とする電子部品の実装構造。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１３−１２６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前記したように、電子部品の端子先端にめっきを施すことによりはんだ濡れ性は向上する。これにより、はんだは端子先端面に濡れ上がり、はんだフィレットを形成することが可能となる。しかし、電子部品の製造工程において、端子先端にめっきを施すための工程が必要となる。多くの場合、めっきの工程は外部のメーカへ委託しているため、めっき工程が追加されるとなると、大幅なコストアップを招く。よって、電子部品の端子先端にめっきを施す、という対策では高品質且つ低コストな製品を目指すことは困難である。
【００１４】
特許文献１は、回路基板のランドと配線パターンの間にスリットを形成することにより、端子へのはんだ濡れ上がり量を増大させはんだフィレットを形成し、これにより電子部品が基板から剥離することを抑制する構造に関する。当該文献１の第一の実施形態によると、回路基板のランドと配線パターンの間のスリットの存在により、リフロー工程において電極ランドの熱が配線パターンを介して放熱されることを抑制することができる。すなわち、電極ランドの高温状態を長時間維持することが可能となり、はんだフィレットを大きくすることができる、と有る。しかし、当実施例は端子先端にめっきが施されていない電子部品での実現は難しい。世の中のほとんどの電子部品は、端子先端にはめっきが施されていない、ということが実情である。
【００１５】
また、電極の面積が大きい電子部品では、前述したように、はんだ印刷時にはんだがかきとられることによりはんだ印刷量が減少する事象が頻発するが、この場合に特許文献１の技術を実現することは不可能である。必要なはんだ体積は変わらないはずであり、にもかかわらずはんだ量が減った状態では、リフロー工程においてランドの熱が高温に維持されたとしても、端子先端にフィレットを形成するためのはんだ量を確保することは不可能である。
【００１６】
つまり、特許文献１では、電子部品を回路基板にはんだ実装する一般的な構造において、実現することは困難である。
【００１７】
以上に挙げたように、電子部品をはんだにより回路基板のランドに接続する電子制御装置において、電子部品の端子先端にはんだフィレットを形成することにより、製造の歩留まりを向上させ、はんだ接続寿命を長寿命とすることが課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本願は上記課題を解決するための発明であり、その概要を説明する。
外部電極との接続用の端子を備えた電子部品と、該電子部品がはんだにより実装される回路基板とを備えた電子制御装置において、該回路基板の電子部品が実装されるランドは、電子部品の端子の先端側が厚く電子部品下側の方が薄くなるよう、傾斜を持たせて形成されている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、電子部品をはんだにより回路基板に実装する電子制御装置において、電子部品の端子の先端面にはんだが濡れ上がり、はんだフィレットが形成されることが可能となる。これにより、製造工程での基板外観検査においてはんだ濡れ性の確認を容易に行うことを可能とし、製造の歩留まり向上を実現する。また、フィレットが形成されることによりはんだと端子の接続長が長くなるため、はんだ熱疲労破壊による接続寿命が長寿命となり、高信頼な電子制御装置を提供する。
【００２０】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第一の実施形態に関わる電子制御装置を示す断面図。
【図２】従来の電子制御装置を示す断面図。
【図３】本発明の第一の実施形態に関わる回路基板上面図。
【図４】はんだ疲労寿命とはんだ接続長さの関係を示す式。
【図５】本発明の第二の実施形態に関わる電子制御装置を示す断面図。
【図６】本発明の第三の実施形態に関わる電子制御装置を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明の第一の実施形態を示す電子制御装置を示す断面図である。
【００２４】
アルミ電解コンデンサ１の電極端子２と回路基板５の電極ランド４とがはんだ３により接続されている。アルミ電解コンデンサ１は、例えばφ１０ｍｍ以上のサイズとし、電極端子２の両サイドに耐振動用の補助端子が形成されているコンデンサである。
【００２５】
回路基板５はプリント基板である。回路基板５形成される電極ランド４は、その厚みが、アルミ電解コンデンサ１の内側が薄く、アルミ電解コンデンサ１の外側（電極端子２の先端側）へ向かって厚くなるよう傾斜を持たせて形成されている。この回路基板５の電極ランド４の傾斜が本実施例の特徴である。
【００２６】
一方、図２は従来の電子制御装置を示す断面図である。アルミ電解コンデンサ１の電極端子２と回路基板の電極ランド６とがはんだ３により接続されている。回路基板５の電極ランド６は傾斜や段差は持たず、厚みは一定となるよう形成されたランドである。
【００２７】
図１の本発明の電子制御装置と図２の従来の電子制御装置を比較すると、電極端子２と電極ランド４，６とを接続しているはんだ３の形状が異なる。図１の本発明の電子制御装置では、電極端子２の先端面にはんだが濡れ上がりフィレットを形成している。一方、図２の従来の電子制御装置では、電極端子２の先端面にはんだが濡れ上がっておらずフィレットが形成されていない。
【００２８】
はんだフィレットの有無は製造工程での基板外観検査において重要となる。基板外観検査では、電子部品の端子先端面のはんだフィレットの有無を確認することにより、電子部品と回路基板とがはんだにより接合されているか否かを判断している。外観検査は、例えば、自動光学検査ＡＯＩ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ）の装置が用いられ、はんだフィレットの有無あるいはフィレットの長さを確認する。
【００２９】
例えば、図２の従来の電子制御装置を検査した場合、電極端子２の先端面にはんだフィレットが形成されていないため、ＡＯＩ結果では不良と判定されることになる。アルミ電解コンデンサ下面にははんだが十分に濡れ、電極ランド６とははんだ接合されているためはんだ接続信頼性には問題ない可能性が十分高いのだが、はんだフィレットが形成されていないために不良品との判定になる。
【００３０】
一方、図１の本発明の電子制御装置の場合、電極端子２の先端面にはんだフィレットが形成されているため、ＡＯＩ結果は良品との判定になる。
【００３１】
図１及び図２に示したφ１０ｍｍ以上の耐振動用の補助端子付きのアルミ電解コンデンサのように、回路基板の電極ランドの面積が大きくはんだ体積が多い種類の電子部品の場合、はんだ印刷量が設計値よりも大幅に減少する可能性が高い。はんだ印刷量が足りない場合、電極端子２の先端面には、益々はんだが濡れ上がり難く、はんだフィレットが形成されない場合が多く発生する。
【００３２】
電極ランドの面積が大きい場合にはんだ印刷量が足りなくなる現象について、図３を用いて具体的に説明する。
【００３３】
図３は本発明の電子制御装置の回路基板５の上面図を示している。アルミ電解コンデンサ１の電極端子２がはんだ接続される電極ランド３が形成されており、その周囲には小型のチップ部品がはんだ接続される電極ランド７が形成されている。チップ部品の電極ランド７に対し、アルミ電解コンデンサの電極ランド３はサイズがかなり大きいことが分かる。
このような大小複数サイズの電極ランドが形成された回路基板にはんだを印刷する場合、全てのサイズの電極ランドに設計値通りのはんだ量を印刷することは困難である。
【００３４】
はんだ印刷量は印刷スキージの材料やスキージの角度、印刷スピード等の印刷条件によって変化する。図３の電極ランド７へのはんだ印刷は、印刷スキージの角度をできるだけ小さく、つまりスキージを回路基板に対してできるだけ寝かした状態にしなければ、印刷マスクの開口部からはんだが抜けない。一方、印刷スキージの角度を小さくすると、電極ランド３のように面積が大きなランドでは、はんだ印刷時にはんだがスキージによってかきとられ、はんだ印刷量は大幅に減少する。多くの場合、アルミ電解コンデンサのように電極ランドの面積が他の実装部品のランドの面積に対して大きい電子部品では、はんだ印刷量が減少し、このためにはんだフィレットが形成されない現象が生じる。
【００３５】
しかし、本発明の電子制御装置（図１）では、回路基板５のはんだ接続部の電極ランド４の厚みを電子部品の内側の方が薄く外側（電極端子の先端側）が厚くなるよう形成することで、電子部品の電極端子の先端面にはんだを濡れ上がらせ、はんだフィレットを形成することを可能とする。これは、電子部品の電極端子が回路基板上に印刷されたはんだに対して水平に実装されず、角度を持って実装されることで電子部品の電極端子先端面にはんだが濡れ上がり易くなるためであると考える。これは、はんだ印刷量が設計値に対して多少足りていない場合でも得られる効果である。
【００３６】
以上の理由から、本発明を用いることで、電極ランドのサイズが異なる複数の電子部品を実装する回路基板であっても、大型の電子部品の端子先端面にはんだフィレットを形成することを実現し、製造の歩留まりを向上させることが可能となる。
【００３７】
また、本発明は製造の歩留まりを向上させるという効果だけでなく、はんだ接続寿命を向上させることを可能とする。図４は、はんだ疲労寿命を表すコフィンマンソク則を示す式であり、はんだ接続寿命を予測する場合に広く用いられている考え方である。コフィンマンソク則によると、はんだ接続寿命ははんだ接続長さに比例し、接続長さが長くなるほどはんだ接続寿命は長寿命となる。
【００３８】
電子部品の端子の先端面にはんだフィレットが形成されるということは、はんだ接続長さは長くなるということである。つまり、はんだフィレットが形成されることにより、はんだ接続寿命は長寿命化する。
【００３９】
この結果、はんだ接続信頼性を向上させた品質の高い電子制御装置を得ることが可能となる。
【実施例２】
【００４０】
本実施例では、実施例１とは構造の異なる種類の電子部品に本発明を適用した場合の構造について説明する。
【００４１】
図５に示す本発明の電子制御装置の半導体パッケージ８は、電極端子が回路基板に対してフラットになる形の半導体でありリードレス部品とも呼ばれている。本実施例では、例えばＳＯＮ（Ｓｍａｌｌ  Ｏｕｔｌｉｎｅ  Ｎｏｎ  ｌｅａｄ  Ｐａｃｋａｇｅ）の構造のリードレス部品を用いる。ＳＯＮ等のリードレス構造の半導体パッケージは、近年の電子制御装置の小型化の要求に応えるため需要が拡大している電子部品である。しかし、その多くは端子の先端面にめっきが施されておらず、はんだは濡れ上がらない仕様となっている。これは、製造プロセスに因る構造であり、リードレス構造の半導体パッケージは複数個の端子がつながった形で作りこみ、樹脂封止し端子にめっきを施した後に個片にカットしていく。このとき、カットする面が端子の先端面となる。よって、リードレス構造の半導体パッケージは最終的に端子の先端面の端子の母材が剥き出した仕様となる。このため、はんだ付けの際にははんだが濡れ上がり難くなる。
【００４２】
しかし、本発明の、回路基板の電極ランドに傾斜を持たせた形状にすることで、はんだが濡れ上がり易くなり、はんだフィレットが形成され易くなる。この結果、リードレス構造の半導体部品でも、製造工程での外観検査においてはんだフィレットを確認することが可能となり、製造の歩留まり向上に繋げることが可能となる。
【００４３】
図６は図５とは異なるタイプのリードレス構造の半導体パッケージに本発明を適用した電子制御装置である。ここで用いた半導体パッケージは、電極端子と封止樹脂の端面に同じ面に位置するタイプの部品であり、例えばＱＦＮ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｎｏｎ  ｌｅａｄ）とする。
【実施例３】
【００４４】
本発明の電子制御装置の回路基板はプリント基板以外にも、金属ベース基板やフレキ基板、セラミック基板等複数種の回路基板の適用可能である。いずれも、通常の基板製造工程にエッチングの工程を追加することで、配線導体に傾斜を形成することが可能である。
【００４５】
本実施例によれば、車載用、民生品用、あらゆる製品の電子制御装置において適用することが可能であり、大型の電子部品や汎用の安価なリードレス半導体パッケージであっても、実装工程の歩留まり向上とはんだ接続信頼性の向上を得ることが可能となり、さらにこれらは大きなコストアップを招くことなく実現することが可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１    アルミ電解コンデンサ
２    アルミ電解コンデンサの電極端子
３    はんだ
４    本発明の回路基板の電極ランド
５    回路基板
６    従来構造の回路基板の電極ランド
７    チップ部品実装用の電極ランド
８    リードレス構造の半導体パッケージ１
９    リードレス構造の半導体パッケージ１の電極端子
１０  リードレス構造の半導体パッケージ２
１１  リードレス構造の半導体パッケージ２の電極端子
１２  リードレス構造の半導体パッケージ２のヒートスプレッダ接続用の電極ランド
【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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