(57)【要約】【課題】表面実装部品を配線基板に対して傾きなく実装できるとともに、両者の隙間を低減でき、はんだ塗布量が多少ばらついても耐たわみ性や耐衝撃性に影響を及ぼさない表面実装部品の実装構造を提供する。【解決手段】配線基板１０に設けたランド１１に、表面実装部品２０の外部電極２１を対向させてはんだ３０付けしてなる表面実装部品の実装構造において、配線基板１０と対向する表面実装部品２０の対向面内における外部電極２１の面積を、表面実装部品２０を垂直投影した配線基板１０の領域１２内におけるランド１１の面積より大きくした。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板に設けたランドに、表面実装部品の外部電極を対向させてはんだ付けしてなる表面実装部品の実装構造において、
上記配線基板と対向する表面実装部品の対向面内における外部電極の面積を、上記表面実装部品を垂直投影した配線基板の領域内におけるランドの面積より大きくしたことを特徴とする表面実装部品の実装構造。
【請求項２】
上記外部電極は、対向するランドに比べて表面実装部品の対向面の中央側に延長されていることを特徴とする請求項１に記載の表面実装部品の実装構造。
【請求項３】
上記外部電極は、対向するランドに比べて幅方向に拡張されていることを特徴とする請求項１に記載の表面実装部品の実装構造。
【請求項４】
上記外部電極は、対向するランドに隣接するランドと対向する位置まで拡張されていることを特徴とする請求項１に記載の表面実装部品の実装構造。
【請求項５】
上記表面実装部品の対向面内における外部電極の面積は、表面実装部品を垂直投影した配線基板の領域内におけるランドの面積の１．３〜４倍であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の表面実装部品の実装構造。
【請求項６】
上記外部電極は、配線基板と対向する表面実装部品の対向面内にのみ形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の表面実装部品の実装構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は配線基板に設けたランドに、表面実装部品の外部電極を対向させてはんだ付けしてなる表面実装部品の実装構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平９−８３１２３号公報
従来、表面実装部品を配線基板に直接はんだ等で接続する場合、特許文献１に記載のように、表面実装部品の外部電極を、それに相対する配線基板のランドの形状と同等またはそれより小形となるように設計するのが通例である。
図１は実装構造の一例を示し、１は配線基板、２はランド、３は表面実装部品、４は外部電極、５ははんだである。表面実装部品３の下面側の外部電極４の寸法をａ、表面実装部品３の下面と対向する配線基板１の領域内におけるランド２の寸法をｂとすると、一般に、ランド２の対向寸法ｂは外部電極４の対向寸法ａに比べて等しいか、あるいは大きい。すなわち、ａ≦ｂに設定されている。
図１では紙面と平行な方向の寸法を比較したが、紙面に垂直な方向に対しても同様の関係にあり、表面実装部品３の下面側の外部電極４の面積は、表面実装部品３を垂直投影した配線基板１の領域内におけるランド２の面積と同等あるいはこれより小さい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように外部電極の面積がランドの面積に比べて同等あるいは小さい場合には、はんだ塗布量にばらつきがあると、表面実装部品に傾きが生じ、表面実装部品とランドとが平行に接続されないことになる。このような状態で配線基板に変形要因や衝撃力が加えられた場合、その影響が不均一なはんだ部分や不均一なはんだと接合している電極周辺部に応力集中として作用し、クラックなどの発生要因となる。そのため、応力集中を分散させる必要がある。
はんだ塗布量を均一に制御することにより、表面実装部品をランドと平行に実装できれば、この問題は緩和されるが、精度よくはんだ量をコントロールする必要があるという課題が残る。
【０００４】
また、はんだ量が多くなると、表面実装部品とランド間の空間が大きくなり、変形要因や衝撃が加えられた時、その影響が不均一なはんだ部分や不均一なはんだと接合している電極周辺部に応力集中として作用し、表面実装部品がランドから剥がれやすくなったり、クラックが発生しやすくなるなどの問題がある。よって、この場合にも応力集中を分散させる必要がある。
はんだ量を少な目に塗布することによって、上記の傾きや空間を少なくすることは可能であるが、強度面や特性面で接合信頼性に問題を生じるようになる。
また、表面実装部品とランド間の空間は、実装時に荷重を加えながら実装するなどの手法によっても解決可能であるが、強制的に表面実装部品とランド間の空間を減少させようとした場合、余分なはんだが表面実装部品の端部に盛り上がったり、ハンダボールの生成を招き、実装信頼性を低下させる要因となっていた。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、表面実装部品を配線基板に対して傾きなく実装できるとともに、両者の隙間を低減でき、はんだ塗布量が多少ばらついても、耐たわみ性や耐衝撃性に影響を及ぼさない表面実装部品の実装構造を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、配線基板に設けたランドに、表面実装部品の外部電極を対向させてはんだ付けしてなる表面実装部品の実装構造において、上記配線基板と対向する表面実装部品の対向面内における外部電極の面積を、上記表面実装部品を垂直投影した配線基板の領域内におけるランドの面積より大きくしたことを特徴とする表面実装部品の実装構造を提供する。
【０００７】
本発明では、表面実装部品を垂直投影した配線基板の領域内におけるランドの面積に比べて、表面実装部品の対向面内における外部電極の面積を大きくしたので、はんだ塗布量のばらつきを外部電極の拡大部分で吸収し、表面実装部品の傾きを防止できる。また、はんだが外部電極に拡がることにより、ランドからみてはんだが拡がるように接合されるので、表面実装部品とランドとの間の隙間を低減することができ、実装に必要とされる実装高さを低くすることができる。また、はんだが外部電極に拡がって接合されるので、接合強度が向上し、耐たわみ性や耐衝撃性に優れた実装構造を得ることができる。
【０００８】
請求項２のように、外部電極を、対向するランドに比べて表面実装部品の対向面の中央側に延長してもよい。
この場合には、外部電極の幅を広げずに長さを長くすればよいので、隣合う外部電極間の距離（絶縁距離）を確保できる。換言すれば、外部電極間の距離を短縮することができる。
【０００９】
請求項３のように、外部電極を、対向するランドに比べて幅方向に拡張してもよい。この場合には、外部電極の幅を大きくすることで、ランドより大面積としたので、外部電極の長さは従前どおりでよく、表面実装部品の外形形状を大きくする必要がない。
【００１０】
請求項４のように、外部電極を、対向するランドに隣接するランドと対向する位置まで拡張してもよい。
同一電位の外部電極が並んでいる場合には、外部電極を対向するランドに隣接するランドと対向する位置まで拡張することにより、外部電極の面積を拡張し、接合強度を高めることができる。
これは、同一電位のランドが並んでいる場合に限られる。
【００１１】
請求項５のように、外部電極の面積を、対向するランドの面積の１．３〜４倍とするのがよい。
この場合には、耐たわみ性、耐衝撃性が向上するとともに、基板間隙間も大幅に小さくできる。
【００１２】
本発明は、請求項６のように、外部電極が配線基板と対向する対向面内にのみ形成されている表面実装部品に適用すると効果的である。
側面電極を有する表面実装部品の場合には、表面実装部品の側部に形成されるはんだフィレットではんだ塗布量のばらつきをある程度吸収できるが、外部電極が配線基板と対向する対向面内にのみ形成されている表面実装部品（側面電極を有しない表面実装部品）の場合、フィレットが形成されないため、はんだ塗布量のばらつきによって表面実装部品に傾きが発生しやすい。しかし、本発明のように外部電極の面積を拡大することによって、余分なはんだを吸収するので、表面実装部品の傾きを効果的に防止できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図２，図３は本発明にかかる表面実装部品の実装構造の第１実施例を示す。
図２は配線基板１０の平面図であり、１１は配線基板１０に設けられたランドである。図２の破線１２は、表面実装部品２０を垂直投影した配線基板１０の領域を示す。
図３は各種の表面実装部品２０の底面図を示し、これら表面実装部品２０は例えばセラミック多層基板よりなる電子部品である。表面実装部品２０の周端部下面には外部電極２１が形成されている。
【００１４】
配線基板１０と対向する表面実装部品２０の対向面内における外部電極２１の面積Ｓ１は、表面実装部品２０を垂直投影した配線基板の領域１２内におけるランド１１の面積Ｓ２より大きい。例えば、外部電極２１の長さａ、ランド１１の領域１２内における長さｂ、外部電極２１の幅ｃ、ランド１１の幅ｄとした場合に、図３（Ａ）に示すように、ｃ＝ｄでかつａ＞ｂとしてもよいし、図３（Ｂ）のように、ａ＝ｂでかつｃ＞ｄとしてもよいし、図３（Ｃ）のように、ａ＞ｂでかつｃ＞ｄとしてもよい。さらに、図３（Ｄ）のように、ａ＝ｂで、外部電極２１の幅ｃを隣接するランド１１と対向する位置まで拡張してもよいし、図３の（Ｅ）のように、外部電極２１を表面実装部品２０の外周縁より内側に配置するとともに、ａ＞ｂでかつｃ＞ｄとしてもよい。
外部電極２１とランド１１の形状は上記に限定されるものではない。
【００１５】
外部電極２１の下面側の面積をＳ１、ランド１１の領域１２内における面積をＳ２としたとき、Ｓ１／Ｓ２≧１．１とするのがよく、さらに望ましくは
４≧Ｓ１／Ｓ２≧１．３
とするのがよい。
【００１６】
外部電極２１の形状は、図４（Ａ）のように、表面実装部品２０の下面から側面に延びる形状であってもよいし、図４（Ｂ）のように表面実装部品２０の下面の縁部で終端となる形状、さらには図４（Ｃ）のように表面実装部品２０の下面の縁部より内側で終端となる形状であってもよい。
【００１７】
上記のような形状の外部電極２１を有する表面実装部品２０を配線基板１０にはんだ３０で接続すると、実装領域１２内における配線基板１０のランド１１に比べて表面実装部品２０の外部電極２１の方が大面積であるから、図４に示すように、はんだ３０は拡張された外部電極２１に濡れ拡がる。そのため、はんだ塗布量のばらつきを外部電極２１の拡大部分で吸収し、表面実装部品２０の傾きを防止できる。また、はんだ３０が外部電極２１に拡がることにより、表面実装部品２０とランド１１との間の隙間ｅを小さくすることができ、実装高さを低くすることができる。さらに、はんだ３０と外部電極２１との接合面積が大きくなるので、接合強度が高くなり、耐たわみ性や耐衝撃性を向上させることができる。
【００１８】
表１は、従来例（図１参照）と本発明品１〜３との耐たわみ量、落下サイクル、基板間隙間を比較したものである。
本発明品１とは外部電極の面積Ｓ１をランドの対向面積Ｓ２の１．１〜１．３倍としたもの、本発明品２とは１．３〜４倍、本発明品３とは４倍以上にしたものである。
ここでは、ランドの面積Ｓ２を一定（ｂ＝０．５ｍｍ，ｄ＝０．６ｍｍ）とし、外部電極の面積Ｓ１（寸法ａ，ｃ）を変更したものである。外部電極の形状は、図３の（Ａ）〜（Ｅ）に示すように種々の形状があるが、それらの平均値を求めた。使用はんだ量は、表面実装部品１個につき平均１６．１ｍｇ（１７．６〜１５．０ｍｇ）とした。従来例、本発明品１〜３とも１０個の平均値を求めた。
たわみ試験は、配線基板の中央部に表面実装部品を実装し、配線基板を裏返しにして両端を支持し、中央部を背後からマイクを設けた治具で押圧して、破断音が観測された時点での配線基板中央の変位量（平均値）を測定した。
落下試験は、高さ１．２５ｍからコンクリート上への６面落下を１サイクルとした。１０サイクル以上とは、１０サイクル経過後も破損がみられないことを指す。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
表１から明らかなように、外部電極の対向面積Ｓ１をランドの対向面積Ｓ２の１．１〜１．３倍（本発明品１）としたときには、従来例に比べて耐たわみ量は約２倍、落下サイクルは１．５倍に増加した。つまり、外部電極に対する応力集中を分散できるため、耐たわみ性および耐衝撃性が向上したことがわかる。なお、基板間隙間の低減量は比較的少ない。
外部電極の対向面積Ｓ１をランドの対向面積Ｓ２の１．３〜４倍（本発明品２）としたときには、従来に比べて耐たわみ量および落下サイクルが共に２倍以上となり、基板間隙間も従来例に比べて１／２以下にできた。したがって、信頼性が高く、低背の実装構造を実現できた。
さらに、外部電極の対向面積Ｓ１をランドの対向面積Ｓ２の４倍以上（本発明品３）としたときには、１．３〜４倍としたときとほぼ同様の効果が得られるが、有効面積の拡大分ほど耐たわみ量、落下サイクル、基板間隙間の向上効果が得られていない。なお、この場合には表面実装部品の電極占有面積が大きくなる。
以上の結果から、外部電極の対向面積Ｓ１をランドの対向面積Ｓ２の１．３〜４倍（本発明品２）としたとき、耐たわみ量、落下サイクル、基板間隙間の点で最も優れた効果が得られたことがわかる。
【００２１】
本発明にかかる表面実装部品は、何ら限定されるものではない。例えば外部電極と内部に配線構造を有するセラミック多層部品を用いてもよい。この場合、セラミックパッケージ、アンテナ、ディレイライン、カプラ、バラン、スイッチ、フィルタ、デユプレクサ、ダイプレクサなど、性能や形状に限定されない。
【００２２】
本発明が対象とする表面実装部品は、図４の（Ａ）のような側面電極を有するもの、図４の（Ｂ）や（Ｃ）のような側面電極を有しないもののいずれでもよいが、本発明は側面電極を有しない場合に効果が大きい。すなわち、側面電極を有する場合には、表面実装部品の側部に形成されるはんだフィレットではんだ塗布量のばらつきをある程度吸収できるが、側面電極を有しない表面実装部品の場合、フィレットが形成されない（フィレットレス）ため、はんだ塗布量のばらつきによって表面実装部品に傾きが発生しやすいからである。しかし、本発明では外部電極の面積を拡大することによって、余分なはんだを吸収するので、表面実装部品の傾きを効果的に防止できる。
【００２３】
本発明において、表面実装部品を垂直投影した配線基板の領域内におけるランドの面積とは、ランドが露出している面積のことである。例えば、表面にレジストなどを印刷塗布することで、ランドを部分的に露出させた構造の配線基板１０の場合には、配線基板１０の表面に形成された領域１２内におけるランドの面積そのものではなく、レジストから露出している面積を指す。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、次のような作用効果を有する。表面実装部品を垂直投影した配線基板の領域内におけるランドの面積に比べて表面実装部品の外部電極の面積を大きくしたので、はんだ塗布量のばらつき分を拡大した外部電極で吸収し、はんだ塗布量の精度に多少ばらつきがあっても、表面実装部品を配線基板に対して傾きなく実装することができる。
また、ランドから外部電極側にかけてはんだが拡がるように接合されるので、外部電極端への応力集中を抑制し、電極自体の接合強度を増加させることができる。そのため、耐たわみ性や耐衝撃性などの機械的強度に優れた接合構造を得ることができる。
また、はんだが表面実装部品の電極に拡がるので、従来に比べて表面実装部品とランドとの隙間を小さくできる。そのため、実装に必要とされる実装高さを低減することができる。
ランドからみて表面実装部品側に向かってはんだが拡がるように接合されるので、表面実装部品の下側にあるランド間に配線などがあっても、はんだの影響を受けにくい。
実装時に強制荷重などを必要とせず、自然に表面実装部品とランドとの隙間を低減できるので、はんだボールや配線基板への余分なはんだ盛りなどが発生せず、実装信頼性を損なうことがない。
耐たわみ性や耐衝撃性を向上させるためのダミー電極を使用する必要がないので、余分に表面実装部品側や配線基板側の実装面積を消費することがない。
配線基板側にスペースの余裕がなく、ランドの拡大やダミー電極の追加が行なえない場合でも、表面実装部品の電極形状を変更するだけで対応できるため、配線基板側の設計が確定した後でも対応可能であり、幅広い応用範囲を見込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の表面実装部品の実装構造を示す断面図である。
【図２】配線基板の一部の平面図である。
【図３】本発明にかかる表面実装部品のいくつかの例の底面図である。
【図４】本発明にかかる表面実装部品の実装構造の複数例の断面図である。
【符号の説明】
１０      配線基板
１１      ランド
１２      投影領域
２０      表面実装部品
２１      外部電極
３０      はんだ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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