(57)【要約】【課題】  半田が固くて脆い材質に変化することを防止し、クラックの発生確率を低減させること。【解決手段】  回路基板上に第１の電気部品の一対の電極を半田によって固定するための一対の第１の電極パターンと、第２の電気部品の一方の電極を固定するとともに他方の電極にワイヤーボンドするための一対の第２の電極パターンを有した回路基板において、前記第１、第２の電極パターンの最上層に金層を有し、前記第１の電極パターンの最上層の金層の厚さを前記第２の電極パターンの最上層の金層の厚さよりも薄くした。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板上に第１の電気部品の一対の電極を半田によって固定するための一対の第１の電極パターンと、第２の電気部品の一方の電極を固定するとともに他方の電極にワイヤーボンドするための一対の第２の電極パターンを有した回路基板において、前記第１、第２の電極パターンの最上層に金層を有し、前記第１の電極パターンの最上層の金層の厚さを前記第２の電極パターンの最上層の金層の厚さよりも薄くしたことを特徴とする回路基板。
【請求項２】
回路基板上に第１の電気部品の一対の電極を半田によって固定するための一対の第１の電極パターンと、第２の電気部品の一方の電極を固定するとともに他方の電極にワイヤーボンドするための一対の第２の電極パターンを有するとともに、前記第１、第２の電極パターンの最上層に金層を有し、前記第１の電極パターンの最上層の金層の厚さを前記第２の電極パターンの最上層の金層の厚さよりも薄くした回路基板と、前記第１の電極パターン上に半田によって固定される第１の電気部品と、前記第２の電極パターンの一方の上に導電材で固定され、他方の電極にワイヤーボンドされる光学部品とを備えることを特徴とする表示装置。
【請求項３】
前記第１の電極パターンの最上層の金層の厚さは０．０２〜０．０８μｍとし、前記第２の電極パターンの最上層の金層の厚さは０．３〜０．６μｍとしたことを特徴とする請求項１あるいは２に記載の回路基板あるいは表示装置。
【請求項４】
前記第１の電極パターンに固定された半田に前記第１の電極パターンの最上層の金層が全て溶出したと仮定したときの該溶融した金の半田に占める重量比率が０．４％以下になるように、半田と金の量を設定したことを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
【請求項５】
回路基板上に第１の電気部品の一対の電極を半田によって固定するための一対の第１の電極パターンと、第２の電気部品の一方の電極を固定するとともに他方の電極にワイヤーボンドするための一対の第２の電極パターンを有するとともに、前記第１、第２の電極パターンの最上層に金層を有した回路基板と、前記第１の電極パターン上に半田によって固定される第１の電気部品と、前記第２の電極パターンの一方の上に導電材で固定され、他方の電極にワイヤーボンドされる光学部品とを備えることを特徴とする表示装置であって、前記第１の電極パターンに固定された半田に前記第１の電極パターンの最上層の金層が全て溶出したと仮定したときの該溶融した金の半田に占める重量比率が０．４％以下になるように、半田と金の量を設定したことを特徴とする表示装置。
【請求項６】
回路基板上に第１の電気部品の一対の電極を半田によって固定するための一対の第１の電極パターンと、第２の電気部品の一方の電極を固定するとともに他方の電極にワイヤーボンドするための一対の第２の電極パターンを有した回路基板において、前記第１の電極パターンの最上層を金を含有しない金属層とするとともに、前記第２の電極パターンの最上層に金層を形成し、前記回路基板を直線で２つの領域に分割して形成される一方の領域に前記第１の電極パターンを配置し、他方の領域に前記第２の電極パターンを配置したことを特徴とする回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回路基板及びそれを備える表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回路基板は一般に、絶縁性の基材上に銅パターンを形成し、銅パターンの防錆が必要な箇所、例えば電気部品の電極を接続する箇所に金メッキを施している（特許文献１参照）。このような金メッキが施された電極に電気部品の電極を半田を用いて固定すると、金の一部が半田の中に溶け出す。この溶け出した金が半田の主成分である錫（Ｓｎ）と合金化することによって、半田が固くて脆い材質に変化する。
【特許文献１】特開２０００−２９９５５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のように半田が固くて脆い材質に変化すると、ヒートサイクル試験（−３０℃と＋８５℃を各々３０分繰り返す）において、１０００サイクル前後で半田にクラックが発生する。５００サイクルを満足することができれば、一般的な使用範囲に於いては何ら問題なく使用することができるが、少なくとも２０００サイクル、場合によっては３０００サイクルを満たすことが必要な車載用途には用いることができない。
【０００４】
そこで本発明は、半田が固くて脆い材質に変化することを防止し、クラックの発生確率を低減させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の回路基板は請求項１に記載のように、回路基板上に第１の電気部品の一対の電極を半田によって固定するための一対の第１の電極パターンと、第２の電気部品の一方の電極を固定するとともに他方の電極にワイヤーボンドするための一対の第２の電極パターンを有した回路基板において、前記第１、第２の電極パターンの最上層に金層を有し、前記第１の電極パターンの最上層の金層の厚さを前記第２の電極パターンの最上層の金層の厚さよりも薄くしたことを特徴とする。
【０００６】
本発明の表示装置は請求項２に記載のように、回路基板上に第１の電気部品の一対の電極を半田によって固定するための一対の第１の電極パターンと、第２の電気部品の一方の電極を固定するとともに他方の電極にワイヤーボンドするための一対の第２の電極パターンを有するとともに、前記第１、第２の電極パターンの最上層に金層を有し、前記第１の電極パターンの最上層の金層の厚さを前記第２の電極パターンの最上層の金層の厚さよりも薄くした回路基板と、前記第１の電極パターン上に半田によって固定される第１の電気部品と、前記第２の電極パターンの一方の上に導電材で固定され、他方の電極にワイヤーボンドされる光学部品とを備えることを特徴とする。
【０００７】
上記構成において、前記第１の電極パターンの最上層の金層の厚さは０．０２〜０．０８μｍとし、前記第２の電極パターンの最上層の金層の厚さは０．３〜０．６μｍとすることができる。
【０００８】
上記構成において、前記第１の電極パターンに固定された半田に前記第１の電極パターンの最上層の金層が全て溶出したと仮定したときの該溶融した金の半田に占める重量比率が０．４％以下になるように半田と金の量を設定することができる。
【０００９】
本発明の表示装置は請求項５に記載のように、回路基板上に第１の電気部品の一対の電極を半田によって固定するための一対の第１の電極パターンと、第２の電気部品の一方の電極を固定するとともに他方の電極にワイヤーボンドするための一対の第２の電極パターンを有するとともに、前記第１、第２の電極パターンの最上層に金層を有した回路基板と、前記第１の電極パターン上に半田によって固定される第１の電気部品と、前記第２の電極パターンの一方の上に導電材で固定され、他方の電極にワイヤーボンドされる光学部品とを備えることを特徴とする表示装置であって、前記第１の電極パターンに固定された半田に前記第１の電極パターンの最上層の金層が全て溶出したと仮定したときの該溶融した金の半田に占める重量比率が０．４％以下になるように、半田と金の量を設定したことを特徴とする。
【００１０】
本発明の回路基板は請求項６に記載のように、回路基板上に第１の電気部品の一対の電極を半田によって固定するための一対の第１の電極パターンと、第２の電気部品の一方の電極を固定するとともに他方の電極にワイヤーボンドするための一対の第２の電極パターンを有した回路基板において、前記第１の電極パターンの最上層を金を含有しない金属層とするとともに、前記第２の電極パターンの最上層に金層を形成し、前記回路基板を直線で２つの領域に分割して形成される一方の領域に前記第１の電極パターンを配置し、他方の領域に前記第２の電極パターンを配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
半田に溶ける金の量が削減されるので、半田が固くて脆い材質に変化することを防止し、クラックの発生確率を低減させることができる。その結果、車載用途の表示装置の品質を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１３】
図1は、本発明が適用された表示装置の部分的な平面図、図2（ａ）は、図1のＡ−Ａに沿った断面図で、図2（ｂ）は、図1のＢ−Ｂに沿った断面図である。
【００１４】
表示装置１は、短冊状の回路基板２の上に、チップ部品３と、発光表示部４を各々複数備えている。
【００１５】
回路基板２は、ガラスエポキシ、ポリイミドフィルムなどを基材とする絶縁性基材５の表面に配線パターン６として銅箔からなるパターン（図３（ａ）参照）と、絶縁性基材５の表面と配線パターン６の表面を覆う絶縁性の被膜７を形成している。
【００１６】
図２（ａ）に示すように、チップ部品３は、第1の電気部品を構成するチップ型の抵抗器で構成され、対向する２側面に一対の電極８を備えている。この一対の電極８は、抵抗器本体の上下の面にも延長されている。チップ部品３として、抵抗器以外のコンデンサーやＩＣ、その他の半田によって固定される電極を有する電気部品を用いることもできる。
【００１７】
前記一対の電極８と対応するように、回路基板２上に一対の電極（電極パターン）１０、１０が形成され、これに抵抗器３の一対の電極８が半田９によって固定される。
【００１８】
図２（ｂ）に示すように、発光表示部４は、第2の電気部品を構成する光学部品としての発光ダイオードチップ１１と、これを被覆する絶縁性で透光性を有する樹脂１２によって構成される。
【００１９】
回路基板２上に一対の電極（電極パターン）１３、１３が形成され、一方の電極１３に発光ダイオードチップ１１が銀ペーストなどの導電材で固定され、他方の電極１３に発光ダイオードチップ１１の上面電極が金線１４を用いてワイヤーボンドされる。
【００２０】
次に、図３，４を参照して表示装置１の製造方法について説明する。
【００２１】
まず、図３（ａ）に示すように、絶縁性基材５の表面に銅箔からなる配線パターン６を形成したものを準備する。
【００２２】
次に、図３（ｂ）にハッチングにて示すように、第1の電極１０，１０，第2の電極１３，１３を形成するためのパターンを除いて、絶縁性基材５と配線パターン６の表面に絶縁性の被膜（レジスト）７を形成する。
【００２３】
次に、図３（ｃ）にハッチングにて示すように、第1の電極１０，１０，第2の電極１３，１３を形成するためのパターン領域に金属メッキを形成する。この金属メッキは、銅と金の密着力を高めるための金属、例えばニッケルとすることが望ましい。このニッケル層は、電解メッキによって厚さが５μｍ以上とすることが望ましい。
【００２４】
次に、図３（ｄ）にハッチングにて示すように、第２の電極１３，１３を形成するパターン領域に電極表面を安定な状態に保つための金メッキを形成する。ここで、第1の電極１０，１０を形成する予定のパターン領域には、この金メッキが形成されないように予めマスク処理を施しておく。金メッキは例えば電解メッキによって形成され、これによって、ニッケルメッキ層の上に厚さが０．３〜０．６μｍの金層が形成される。
【００２５】
次に、図３（ｅ）にハッチングにて示すように、第１の電極を形成する領域に電極表面を安定な状態に保つための金メッキを形成する。金メッキは、例えばフラッシュメッキによって形成され、これによって、ニッケルメッキ層の上に厚さが０．０２〜０．０８μｍの金層が形成される。この金層は、第２の電極１３，１３の最上層に位置する金層の厚さよりも大幅に薄く形成されている。
【００２６】
なお、図３（ｃ）に示す金属メッキの形成工程において、最後にフラッシュメッキによってニッケルメッキ層の上に厚さが０．０２〜０．０８μｍの金層を形成することもできる。このようにすれば、図３（ｅ）に示すフラッシュメッキの工程を省略することができる。
【００２７】
次に、図４（ｆ）にハッチングにて示すように、第１の電極１０，１０を形成する領域に半田ぺ-スト９′をスクリーン印刷を用いて形成する。半田ぺ-スト９′の面積は、第１の電極１０，１０の合計面積の2倍以上、好ましくは2.5倍以上、さらに好ましくは3倍以上の面積に設定される。
【００２８】
次に、図４（ｇ）に示すように、半田ぺ-スト９′の上にチップ部品３をその電極８，８と第1の電極１０，１０が重なるように配置した後、リフロー処理を行い、チップ部品３の半田９による固定が実施される。ここで、半田ぺ-スト９′の面積は、第１の電極１０，１０の面積の2倍以上、好ましくは2.5倍以上、さらに好ましくは3倍以上の面積に設定されるので、溶融した半田９が電極１０，１０付近に集合し、電極１０，１０上で大きく盛り上がる。
【００２９】
次に、図４（ｈ）に示すように、一方の第2の電極１３の上に発光ダイオードチップ１１を半田以外の導電材、例えば銀ペーストを用いて固定するとともに、発光ダイオードチップ１１と他方の第2の電極１３の間に金線１４をワイヤーボンドにて接続する。隣接する4個の発光ダイオードチップ１１は、抵抗器３とともに直列に接続される。この直列回路に一定の電圧を供給すると、発光ダイオードチップ１１が発光する。
【００３０】
次に、図４（ｉ）にハッチングにて示すように、発光ダイオードチップ１１を覆うようにモールド用の樹脂１２を形成する。
【００３１】
直列接続された複数の発光ダイオードチップ１１を１つのグループとして、そのグループを回路基板２の長手方向に一列に配列することによって、線状の光源を備える表示装置が構成される。直列接続された発光ダイオードチップを回路基板２の長手方向あるいは短辺方向に複数列に配列することによって、マトリックス状の光源を備える表示装置が構成される。
【００３２】
上記のように第1の電極１０の最上層にある金層の厚さが、第２の電極１３の最上層にある金層の厚さの１／３以下、好ましくは１／５、さらに好ましくは１／１０以下とされ、極めて薄く設定されているので、第1の電極１０上に半田９を形成する際に半田９に溶け込む金の量を少なくすることができる。
【００３３】
第1の電極１０上の全ての金が半田に溶け込むと仮定した場合の従前の金の含有割合を計算（電極１０の大きさを縦２．５ｍｍ、横１ｍｍ、スクリーン印刷時の半田ペーストの厚さを１ｍｍ、金層の厚さを０．５μｍとして）で求めたところ、重量比率で０．８７％となるが、金層の厚さを０．０５μｍとした以外は同一条件で、本実施形態の金の含有割合を計算で求めれば、重量比率で０．０８７％になり、金の含有割合をほぼ１／１０にすることができる。
【００３４】
さらに、半田ペーストの塗布面積を２〜３倍にすれば、半田９の体積も２〜３倍になり、金の含有割合を重量比率で０．０１１〜０．０４３％に低減することができる。
【００３５】
仮に、電極１０の最上層の金層の厚さが従前と同じ０．５μｍであっても、半田ペーストの塗布面積を２．５〜３倍にすれば、半田９の体積も２．５〜３倍になり、金の含有割合を重量比率で１／３〜１／２．５、すなわち０．２９〜０．３５％に低減することができる。
【００３６】
その結果、半田に溶け込む金の含有割合を重量比で０．３５％以下とすることができ、従前の例に比べて本実施形態では金の含有割合を半分以下にすることができる。
【００３７】
上述のように、第1の電極１０上に半田ペースト９′を配置する際に、第1の電極１０の面積よりも広範囲に半田ペースト９′を配置しているので、加熱処理によって電極１０上に凝集する半田９の体積を増加させることができる。電極１０上に凝集する半田９は、図２（ａ）に示す断面図において、電極１０の上面と抵抗器の側面を２つの辺とする仮想の直角三角形の傾斜辺Ｓよりも盛り上がる。このように盛り上げることによって、電極上の半田の総量を従前に比べて２倍から３倍に増加させることができるので、半田９に溶け込む金の量が同じであるとすれば、半田９中の金の含有割合を半分から１／３に低下させることができる。
【００３８】
電極１０上の半田９の量を増加させる他の手法としては、半田ペースト９′の厚さを通常の０．１５ｍｍから０．５ｍｍに変更する手法を用いることができる。この場合は、半田ペースト９′の面積は、電極１０の面積とほぼ同じに設定しても良い。
【００３９】
金層の厚さを薄くする手法と、半田９の総量を増加させる手法を併用することによって、半田９に溶け出す金が半田９において占める割合を大幅（重量割合で０．３５％以下）に低下させることができる。半田９に溶ける金の割合を低下させることによって、金と錫（Ｓｎ）が化合することに起因する半田９の劣化を抑制し、クラックの発生を防止することができる。
【００４０】
半田に含まれる金の重量割合が０．４％以上の場合は、ヒートサイクル試験によって半田にクラックが発生するまでのサイクル数が１０００以下で有ったが、半田に含まれる金の重量割合が０．４％以下になると、サイクル数が増加をはじめ、半田に含まれる金の重量割合が０．３％以下になると、２０００以上になった。
【００４１】
なお、半田９としては、Ｐｂ―Ｓｎ系の半田を用いることができるが、Ｓｎ―Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ―Ｃｕ系、Ｓｎ―Ｚｎ系等の鉛フリー半田を用いることもできる。
【００４２】
上記の実施形態は、チップ部品３を半田９によって固定すべき電極１０、１０と半田以外の導電材や金線１４が配置される電極１３が基板２の長手方向に混在して配置されているが、図５に示すように、基板の両側に区分けして配置することもできる。すなわち、基板２の一辺、この例では長辺と平行な仮想の直線Ｌを基板２の表面に設定し、この仮想線Ｌを境界線として、一方の側の領域内に第１の電極１０，１０を配置し、他方の側の領域内に第２の電極１３，１３を配置することができる。
【００４３】
図５に示す実施形態では、第１の電極パターン１０，１０の最上層に薄い金層を設けているが、この金層に代えて防錆用のフラックスで被覆することもできる。すなわち、第１の電極パターン１０を、最上層に金層を含まないパターン、例えば銅パターンのみとし、その表面を半田が容易な保護層（フラックス）によって被覆した構成とすることができる。
【００４４】
図５に示す実施形態の様に、半田用途で金の含有を削減、あるいは排除したい第１の電極パターンと、ワイヤーボンド用途で金による表面保護が必要な第２の電極パターンを、直線Ｌを境界線にして別々の領域に区分けして配置しているので、第１の電極１０，１０と第２の電極１３，１３に対するメッキや防錆処理を各々別々に行うことが容易になり、それらの作業性が良好になる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、金メッキした電極上に電気部品を半田によって固定した表示装置に適用することができる。一般的な表示装置の他に、車載用の表示装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の表示装置の部分的な平面図である。
【図２】（ａ）は図１のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】本発明の表示装置の製造方法を説明するための工程図である。
【図４】本発明の表示装置の製造方法を説明するための工程図である。
【図５】本発明の別の実施形態の部分的な平面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  表示装置
２  回路基板
３  チップ部品（第１の電気部品）
４  発光表示部
５  絶縁性基材
６  配線パターン
７  絶縁性被膜
８  電極
９  半田
１０  電極
１１  発光ダイオードチップ（第２の電気部品）
１２  樹脂
１３  電極
１４  金線
【図１】
2005277124.tif 000003
【図２】
2005277124.tif 000004
【図３】
2005277124.tif 000005
【図４】
2005277124.tif 000006
【図５】
2005277124.tif 000007