(57)【要約】【課題】温度変化による端子電極へのストレスを軽減するとともに、外部振動による表面実装部品の共振を防止し、かつ中継基板の破断などの問題を解消できる電子デバイスおよびこの電子デバイスを用いた電子回路装置を提供する。【解決手段】底面に端子電極４が設けられた表面実装部品１を、端子電極４と対応する位置に設けられた実装電極２１を有するプリント基板２０の上に面方向のせん断変位可能な中継基板１０を介して実装する。中継基板１０の上面には端子電極４と対面接続される第１中継電極１１が形成され、下面には実装電極２１と対面接続される第２中継電極１２が第１中継電極１１と同一位置に設けられる。温度上昇によりプリント基板２０が表面実装部品１より大きく熱膨張すると、中継基板１０が面方向にせん断変位し、端子電極４に加わるストレスを緩和する。【選択図】    図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底面に端子電極が設けられた表面実装部品と、
上記表面実装部品の底面に配置され、面方向のせん断変位可能な中継基板とからなり、
上記中継基板の上面に上記端子電極と対向し電気的に接続された第１中継電極が設けられ、上記中継基板の下面であって上記第１中継電極と相対する位置に第２中継電極が設けられ、上記第１中継電極および第２中継電極に対して中継基板の面方向にオフセットした位置に第１中継電極と第２中継電極とを相互に接続する接続部が設けられていることを特徴とする電子デバイス。
【請求項２】
上記接続部は、上記中継基板に設けられたスルーホールであることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項３】
上記端子電極と第１中継電極ははんだを介して電気的に接続され、
上記接続部の上面ははんだレジストによって覆われていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子デバイス。
【請求項４】
上記中継基板は上記表面実装部品の底面積とほぼ同等の大きさを有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電子デバイス。
【請求項５】
上記端子電極は表面実装部品の底面の複数箇所に設けられ、
上記中継基板は表面実装部品の底面積より小さく形成され、
上記中継基板は１個または複数個の端子電極ごとに個別に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電子デバイス。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の電子デバイスと、上面に上記第２中継電極と対向する実装電極が設けられた実装基板とからなり、
上記中継基板の第２中継電極と上記実装基板の実装電極とが電気的に接続されていることを特徴とする電子回路装置。
【請求項７】
上記実装電極と第２中継電極ははんだを介して電気的に接続され、
上記接続部の下面ははんだレジストによって覆われていることを特徴とする請求項６に記載の電子回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表面実装型の電子デバイス、特に車載用デバイスのように熱変動や外部振動の大きな環境で使用される電子デバイスの構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、表面実装型の電子部品が広く用いられている。このような電子部品は、電子部品を構成する基板の底面に端子電極が設けられ、端子電極はプリント基板の実装電極にはんだ付け等によって接続される。プリント基板へ実装した状態で熱変動が加わった場合、電子部品側の基板の線膨張係数とプリント基板の線膨張係数との差が大きいと、端子電極にストレスがかかるという問題がある。
【０００３】
この問題への対策として、特許文献１には、表面実装部品とプリント基板との間にフレキシブル基板を配置した構造の電子部品が提案されている。フレキシブル基板は電子部品より大形に形成され、フレキシブル基板の上面に形成された電極を表面実装部品の端子電極にはんだ付けし、フレキシブル基板の側端部に延長した電極の端部をプリント基板の実装電極にはんだ付けしている。
この構造の電子部品では、表面実装部品の端子電極の真下はプリント基板に対してはんだ付けされておらず、薄いフレキシブル基板が撓むことで応力を吸収するものである。この場合、フレキシブル基板の弾性によって表面実装部品が上下方向に動くので、外部振動に対して共振しやすくなり、フレキシブル基板が破断する可能性がある。また、フレキシブル基板が表面実装部品より大形であるため、実装面積が大きくなる欠点がある。
表面実装部品の上下振動を抑制するため、表面実装部品の底面にシリコンゴムなどの弾性シートを敷き込む例も開示されているが、これでは部品数が多くなるとともに、上下方向の寸法が大きくなる欠点がある。
【特許文献１】特開平７−２０１６５０号公報
【０００４】
特許文献２および３には、底面に端子電極が設けられた半導体パッケージとプリント基板との間に可撓性シートを配置し、この可撓性シートの上面に端子電極と接続される中継電極を設け、可撓性シートの下面にプリント基板の電極と接続される中継電極を設けたものが開示されている。可撓性シートの上面の中継電極と下面の中継電極とは面方向にオフセットしており、可撓性シートの撓みによって端子電極にかかるストレスを緩和している。
この構造の電子回路装置の場合、可撓性シートが半導体パッケージから外部へ突出しないので、実装面積が大きくなる欠点はない。しかし、上面の中継電極と下面の中継電極とが面方向にオフセットしているため、電子回路装置に上下方向の振動が作用した時、半導体パッケージが共振しやすく、半導体パッケージの支持安定性が低くなるとともに、可撓性シートのうち上下の中継電極の間の領域に曲げ応力が集中し、可撓性シートの破断や電極の破断などの問題が発生しやすい。
【特許文献２】特開平８−２３６８９８号公報
【特許文献３】特開２００２−２３７５５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の目的は、温度変化による端子電極へのストレスを軽減するとともに、外部振動による表面実装部品の共振を防止し、かつ中継基板の破断などの問題を解消できる電子デバイスおよびこの電子デバイスを用いた電子回路装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、底面に端子電極が設けられた表面実装部品と、上記表面実装部品の底面に配置され、面方向のせん断変位可能な中継基板とからなり、上記中継基板の上面に上記端子電極と対向し電気的に接続された第１中継電極が設けられ、上記中継基板の下面であって上記第１中継電極と相対する位置に第２中継電極が設けられ、上記第１中継電極および第２中継電極に対して中継基板の面方向にオフセットした位置に第１中継電極と第２中継電極とを相互に接続する接続部が設けられていることを特徴とする電子デバイスを提供する。
【０００７】
本発明では、中継基板として面方向のせん断変位可能な基板を用いている。ここで、面方向のせん断変位（せん断ひずみ）とは、互いに平行な上面と下面とが面方向に相対ずれを起こすことをいう。中継基板の上面に形成された第１中継電極と下面に形成された第２中継電極とは上下相対する位置に形成されている。第１中継電極は表面実装部品の端子電極に対面接続され、第２中継電極はプリント基板などの電極に対面接続される。電子デバイスに上下方向の振動が加わった時、端子電極と第１，第２の中継電極と実装電極とが上下相対する位置にあるので、表面実装部品が上下に共振せず、安定して保持できる。また、電子回路装置に熱変動が加わると、表面実装部品を構成する基板と実装基板との線膨張係数差によって端子電極に大きなストレスがかかる可能性があるが、このストレスを従来のように中継基板の撓みによって吸収するのではなく、中継基板の面方向のせん断変位、つまり面方向のすべり変位によって吸収するので、端子電極へのストレスを緩和できるとともに、局所的な応力集中によって中継基板が破損する危険性も少ない。
中継基板の上面に形成された第１中継電極と下面に形成された第２中継電極とを電気的に接続するため、第１中継電極および第２中継電極に対して中継基板の面方向にオフセットした位置に接続部が設けられている。つまり、接続部は中継基板の面方向のせん断変位が生じる部位とは離れた部位に形成されているので、接続部にせん断変位が発生せず、しかも第１中継電極と第２中継電極との間のせん断変位を阻害することがなく、ストレス吸収効果が高い。
中継基板としては、面方向のせん断変位可能な基板が用いられるが、フレキシブル基板のような弾性を有する樹脂基板であれば、使用可能である。
【０００８】
請求項２のように、接続部を中継基板に設けられたスルーホールとするのがよい。
上下の中継電極を相互に接続するための接続部として、中継基板の端部を介して接続することも可能であるが、端部まで電極を引き延ばす必要があるため、電極長さが不必要に長くなる欠点がある。これに対し、スルーホールを介して接続すれば、任意の位置で上下の中継電極同志を接続することができるので、望ましい。
【０００９】
請求項３のように、端子電極と第１中継電極とをはんだを介して電気的に接続する場合、接続部の上面をはんだレジストによって覆うのがよい。
接続部の電極厚みが薄くなるので、はんだがこの接続部に付着すると、はんだ食われ現象により接続部が断線する可能性がある。これに対し、接続部をはんだレジストで覆えば、はんだが付着することによるはんだ食われを防止でき、断線の問題を解消できる。
【００１０】
請求項４のように、中継基板は表面実装部品の底面積とほぼ同等の大きさを有するものであってもよいし、請求項５のように、中継基板は表面実装部品の底面積より小さく形成され、中継基板は１個または複数個の端子電極ごとに個別に設けられているものでもよい。
前者の場合は、１個の表面実装部品に対して１枚の中継基板で足りるので、接続が簡単である。
後者の場合は、端子電極間にスペースがある場合、個々の中継基板を小型化できる利点がある。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、中継基板の上下面の相対する位置に第１，第２の中継電極が形成されているので、表面実装部品の端子電極の真下で第１，第２の中継電極が固定される。そのため、中継基板が撓まず、表面実装部品は安定して固定され、かつ外部振動による共振の発生を防止できる。
また、電子デバイスに熱変動が加わった場合に、表面実装部品を構成する基板とプリント基板との線膨張係数差によって、端子電極に大きなストレスがかかる可能性があるが、このストレスを中継基板の面方向のせん断変形によって緩和するため、端子電極へのストレスを軽減できる。
さらに、上下の中継電極を相互に接続する接続部が中継電極から離れた位置に設けられているので、中継基板のせん断変形を阻害せず、端子電極へのストレス緩和効果が高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態を、実施例を参照して説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１〜図３は本発明にかかる電子デバイスＡの一例を示す。
電子デバイスＡは、表面実装部品１と中継基板１０とで構成されている。この実施例の表面実装部品１は、外形サイズが５×３ｍｍの基板２の上に複数の素子３を搭載したものであり、基板２の底面のコーナ部に４個の端子電極４（図２参照）が形成されている。基板２は、例えばアルミナなどの線膨張係数の比較的小さな材料で構成されている。端子電極４は例えば厚膜電極で形成されており、そのサイズは例えば０．９×０．８５ｍｍの四角形である。
【００１４】
この実施例の中継基板１０は、表面実装部品１の基板２と同一サイズで、厚みが７５μｍの面方向のせん断ひずみ可能な基板で構成されている。ここでは、アラミド基材フレキシブル基板を使用している。中継基板１０の上面には、図３に示すように表面実装部品１の端子電極４と対応する位置に４個の第１中継電極１１が形成され、中継基板１０の下面には、第１中継電極１１と同一形状の第２中継電極１２が第１中継電極１１と上下相対する位置に形成されている。なお、図３では中継基板１０の上面のみ示したが、下面も同一形状である。中継電極１１，１２は例えばＣｕ電極よりなり、公知のプリント配線技術によって形成されている。第１中継電極１１は、図４，図５に示すように、はんだ３０によって表面実装部品１の端子電極４と接続されている。第１中継電極１１および第２中継電極１２の一部は中継基板１０の面方向にオフセットした位置に延長され、この延長部にスルーホールよりなる接続部１３が設けられている。接続部１３によって上下の中継電極１１，１２が相互に電気接続されている。接続部１３の上下面は、はんだが付着しないように、はんだレジスト１４によって覆われている。ここでは、隣合う２つの接続部１３を１つのはんだレジスト１４によって被覆したが、各接続部１３を個別に被覆してもよいし、接続部１３が相互に近接している場合には１つのはんだレジスト１４ですべての接続部１３を被覆してもよい。
【００１５】
上記電子デバイスＡを実装するプリント基板２０には、図４，図５に示すように表面実装部品１の端子電極４と対応する位置に実装電極２１が形成されている。プリント基板２０は周知のようにエポキシ系やフェノール系などの樹脂基板の表面に実装電極２１をプリント配線したものであり、ここでは実装電極２１はＣｕ電極で構成されている。実装電極２１には、はんだ３１によって第２中継電極１２が接続され、電子デバイスＡはプリント基板２０に実装される。上記のように中継基板１０の上面の第１中継電極１１と下面の第２中継電極１２は上下相対する位置に形成されており、第１中継電極１１と表面実装部品１の端子電極４とが対面接続され、第２中継電極１２とプリント基板２０の実装電極２１とが対面接続されているので、表面実装部品１の端子電極４の真下に第１，第２の中継電極１１，１２および実装電極２１が配置され、これらがそれぞれはんだ３０，３１によって接合されている。
【００１６】
ここで、電子デバイスＡをプリント基板２０に実装した電子回路装置について説明する。
この電子回路装置を車載用機器に適用した場合、熱変動や振動が加わる。一般に、プリント基板２０の線膨張係数は表面実装部品１の基板２の線膨張係数より大きく、温度上昇によってプリント基板２０の方が大きく膨張し、表面実装部品１の端子電極４にストレスがかかる。
この様子を図６に示す。図６は原理を理解しやすくするため、中継基板１０の変位を拡大して示してある。
プリント基板２０が矢印で示すように面方向に膨張すると、実装電極２１が表面実装部品１の端子電極４に対して外側へ広がろうとし、両電極２１，４の間に相対ずれが生じる。しかし、このずれを中継基板１０の面方向のせん断ひずみによって吸収するので、端子電極４にかかるストレスは緩和され、端子電極４の剥離やはんだの剥離などの問題が解消される。
また、プリント基板２０に外部振動が加わると、プリント基板２０に実装された電子デバイスＡが共振し、表面実装部品１に損傷を与える可能性がある。しかし、本発明では表面実装部品１の端子電極４の直下に、第１，第２の中継電極１１，１２およびプリント基板２０の実装電極２１が配置され、これらがはんだ３０，３１によって相互に固定されているので、中継基板１０が撓み変形を起こさず、表面実装部品１が安定して固定される。そのため、外部振動によって表面実装部品１が共振する現象を防止できる。
さらに、端子電極４と第１中継電極１１とを接続するはんだ３０、および第２中継電極１２と実装電極２１とを接続するハンダ３１は、はんだレジスト１４によって接続部１３に付着することがないので、はんだ食われ現象による接続部１３の断線を確実に防止できる。
【００１７】
表１は、上記実施例の電子デバイスＡと、中継基板を有しない電子デバイスとを、厚み１．６ｍｍのプリント基板（材料はガラスエポキシ）にはんだ付けし、−４０℃〜８５℃の熱衝撃試験を実施し、プリント基板から電子デバイスが剥離するまでの熱サイクル回数を測定した結果である。
表１から明らかなように、本発明にかかる電子デバイスＡでは中継基板１０によって２倍の寿命を有することがわかる。
【００１８】
【表１】
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【実施例２】
【００１９】
図７，図８は本発明における電子デバイスの第２実施例を示す。
この実施例は、中継基板１０を各端子電極４ごとに個別に設けたものである。図７，図８において、第１実施例と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施例では、中継基板１０が複数個に分割され、各中継基板１０の上下面に第１中継電極１１と第２中継電極１２とが１個ずつ設けられている。中継基板１０が複数個に分割されているので、プリント基板２０に実装した状態で熱変動が加わった時、各中継基板１０の間で張力が発生することがなく、中継基板１０の負荷が小さくてすむ。また、中継基板１０が各端子毎に分割されているので、通常のチッププレーサ（部品搭載装置）で部品と同じ様に中継基板１０を表面実装部品の底面に搭載できる。
【００２０】
本発明は上記実施例のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
上記実施例では、中継基板１０を表面実装部品１とほぼ同一サイズとした例と、各端子電極ごとに分割した例とを示したが、表面実装部品１より小さいサイズでかつ複数の端子電極（例えば２個の端子電極）ごとに形成してもよい。
また、本発明にかかる電子デバイスを製造する方法として、表面実装部品１に対して中継基板１０を個別に接続する方法のほか、中継基板１０をマザー基板状態で製作し、その上面にパターン形成された第１中継電極上に複数の表面実装部品１を実装した後、中継基板１０を分割カットすることで、製造することができる。この場合、カット刃が表面実装部品１と干渉しないように、中継基板１０のサイズを表面実装部品１よりやや大きくしてもよい。
上記実施例では、端子電極と第１中継電極、および第２中継電極と実装電極とをそれぞれはんだ付けによって接続したが、導電性接着剤などの別の接合材を用いることも可能であるし、バンプを用いて接続することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明にかかる電子デバイスの第１実施例の概略斜視図である。
【図２】図１に示す電子デバイスで用いられる表面実装部品の底面からみた斜視図である。
【図３】図１に示す電子デバイスで用いられる中継基板の斜視図である。
【図４】図１に示す電子デバイスをプリント基板に実装した状態の正面図および一部拡大断面図である。
【図５】図１に示す電子デバイスをプリント基板に実装した状態の側面図および一部拡大断面図である。
【図６】温度上昇時における電子回路装置の正面図である。
【図７】本発明にかかる電子デバイスの第２実施例の底面図である。
【図８】図７に示す電子デバイスをプリント基板に実装した状態の正面図および一部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
Ａ            電子デバイス
１            表面実装部品
２            基板
３            素子
４            端子電極
１０          中継基板
１１          第１中継電極
１２          第２中継電極
１３          接続部（スルーホール）
１４          はんだレジスト
２０          実装基板（プリント基板）
２１          実装電極
【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】
2005347657.tif 000008
【図６】
2005347657.tif 000009
【図７】
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【図８】
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