(57)【要約】【課題】端子パッドと実装端子の接合面の面積を極力低減させることなく、ボイドの形成に起因する半田接合強度の低下を抑制して、接合部分の強度を維持できる表面実装型電子デバイスの実装方法とその実装基板を提供する。【解決手段】表面実装型の電子デバイス１００を搭載する実装基板２００に設ける複数の端子パッド９の各中心部に気泡を捕獲する小孔１０を設け、電子デバイスの実装端子５側の表面は平坦のままとして半田リフロー法で両者を半田膜１２で接合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
端子パッドを形成した実装基板に表面が平坦な表面実装用の実装端子が形成された表面実装型の電子デバイスを実装する表面実装型電子デバイスの実装方法であって、
前記小孔を設けた前記端子パッドの上層を覆って、前記電子デバイスの実装端子をリフローにより接合するための半田膜を形成し、
前記電子デバイスの実装端子を前記実装基板の前記端子パッドに位置付けた状態で前記半田膜を加熱し、リフローすることにより、前記半田膜の溶融で発生する気泡が前記端子パッドの小孔に滞留させ、
前記半田膜を固化することで、前記気泡に起因するボイドを前記小孔の部分に形成することを特徴とする表面実装型電子デバイスの実装方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記端子パッドの小孔の部分に形成される前記ボイドと前記電子デバイスの実装端子の間に当該実装端子に接合した半田膜を形成することを特徴とする表面実装型電子デバイスの実装方法。
【請求項３】
表面実装型の電子デバイスを実装する端子パッドを形成した表面実装型の電子デバイスを搭載する実装基板であって、
前記端子パッドは、前記実装する電子デバイスの表面実装型の実装端子に対応した配置に形成されており、
前記端子パッドの各中心部で、かつ当該端子パッドの表面から前記実装基板の表面に貫通した小孔を有することを特徴とする表面実装型の電子デバイスを搭載する実装基板。
【請求項４】
請求項３において、
前記小孔は各端子パッドに一個形成されていることを特徴とする表面実装型の電子デバイスを搭載する実装基板。
【請求項５】
請求項３において、
前記小孔は各端子パッドに複数個形成されていることを特徴とする表面実装型の電子デバイスを搭載する実装基板。
【請求項６】
請求項５において、
前記複数の小孔の一つは各端子パッドの中央に形成されていることを特徴とする表面実装型の電子デバイスを搭載する実装基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面実装用の電子デバイスの実装構造に係り、特に、表面実装後における端子と接続パッドを接続する半田層のクラック等を防止し、強固な接続を可能とした表面実装型電子デバイスの実装方法とその実装基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機や所謂タブレットなどの携帯情報端末、あるいは車載の各種電子機器の普及に伴って、これらの機器に搭載される電子部品の多くは表面実装型デバイス（Surface Mounting Device）と称する小型かつ低背な部品として搭載されるようになった。表面実装型デバイスは、その腹面（実装基板との対向面）に平坦な接続端子（表面実装端子）を備え、実装基板の表面に形成された端子パッド（ランドとも称する）に面―面対応で半田接続される。ここでは、表面実装型デバイスとして水晶振動子を例として説明する。しかし、本発明は、これに限るものではなく、ＳＡＷフィルタなどの水晶関連部品、その他の積層回路部品、各種のデスクリート部品にも同様に適用できるものである。
【０００３】
ここで例として説明する水晶振動子は、小型・軽量であることから周波数や時間の基準源として単独で、あるいは他の関連回路に組み込まれ、各種の電子機器に内蔵される。近年では、車載機器のような温度環境に変化の大きい電子機器では、経時変化（ヒートサイクル）に伴う熱膨張係数差、あるいは外力印加による基板歪等の応力変化に起因する半田クラック、電子デバイスや実装基板のダメージを防止したものが求められている。
【０００４】
図６は、実装基板に設ける端子パッドの従来例の幾つかを説明する平面図である。なお、ランドあるいはランドパターンとも称する端子パッドは、実装基板に実装する表面実装型の電子デバイスの実装端子に応じて設けられる。図６には各２個の端子パッドのみを示した。図中、９（９ａ,９ｂ）は実装基板２００に形成した端子パッド、１１は溝であり、点線で示した符号（５ａ,５ｂ）は表面実装型の電子デバイスとしての水晶振動子の実装端子を示し、実装基板に設けた端子パッドのそれぞれと半田により接続される。
【０００５】
図６（ａ）は第1従来例で、端子パッド９（９ａ,９ｂ）の中央を通って交差し、各端が外部に開放した縦横の溝１１を設けたものである。この構成としたことで、実装端子（５ａ,５ｂ）を半田で接続する際の半田リフロー時に溶融した半田層内に発生する気泡をこの溝から外部に逃がすことで、半田の固化で形成されるボイドの発生を防止している（特許文献１参照）。
【０００６】
図６（ｂ）は第２従来例であり、端子パッド９（９ａ,９ｂ）の中央を通って両端が外部に開放した縦の溝１１を設けたものである。この構成としたことで、第1従来例と同様に、実装端子（５ａ,５ｂ）を半田で接続する際の半田リフロー時に溶融した半田層内に発生する気泡をこの溝１１から外部に逃がすことで、半田の固化で形成されるボイドの発生成を防止している（特許文献２参照）。
【０００７】
図６（ｃ）は第３従来例であり、端子パッド９（９ａ,９ｂ）の一辺から切り込んだ横溝（切り込み溝）１１を設けたものである。横溝１１は対辺まで届かずに端子パッド内で留まった形状に形成されている。この構成としたことでも、第1、２従来例と同様に、実装端子（５ａ,５ｂ）を半田で接続する際の半田リフロー時に溶融した半田層内に発生する気泡をこの溝１１から外部に逃がすことで、半田の固化で形成されるボイドの発生成を防止している（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００６／０３３１７０号
【特許文献２】特開平１０−７５０４２号公報
【特許文献３】特開２００７−１３０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
実装基板に設ける端子パッドは、表面実装型の電子デバイスの実装端子と当該端子パッドとの両者間に溶着した半田膜を介して接合される。この接合の強度は、半田膜の溶着強度が等しければ、端子パッドと実装端子の接合面の面積が広いほど大きい。したがって、前記した従来技術のように両端あるいは一端が外部に開放した溝を設けると、上記した接合面の面積は少なくなって、その分の接合強度は低下する場合がある。
【００１０】
また、上記のような溝が端子パッドに存在すると、実装基板あるいは搭載部品に対して外力の印加や温度ストレスにより、上記の溝部に応力が集中して接合力の分布が不均衡になり、接合部分の分離や接合部にクラックが発生して固着部の破壊や、電子デバイスや実装基板にダメージをもたらす虞がある。
【００１１】
本発明の目的は、このような従来技術における課題を解決することにあり、実装基板の端子パッドと電子デバイスの実装端子の接合面の面積を極力低減させることなく、溶融半田に発生する気泡に起因するボイドによる半田接合強度の低下を抑制して、接合部分の強度を接合面の全域でバランスよく維持できる表面実装型電子デバイスの実装方法とその実装基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明は、表面実装型の電子デバイスを搭載（実装）する実装基板に設ける複数の端子パッドの各中心部に気泡を捕獲する小孔を設け、電子デバイスの実装端子（外部端子）側の表面は平坦のままとして半田リフロー工程で両者を接合することを特徴とする。すなわち、実装基板に設ける複数の端子パッドにのみ設ける小孔は、端子パッドを貫通して基板面に達する。その底部には実装基板の表面が露出している。実装基板はガラスエポキシ板、セラミックス板などの絶縁材料で構成される。
【発明の効果】
【００１３】
端子パッドと実装端子の接合面を共にフラット、すなわち、上記したような溝などを形成しないものでは、半田の溶融で当該半田膜内に発生する気泡は溶融半田膜の中央部分に集まる傾向があることが経験的に分かっている。前記従来技術の技術思想は、発生する気泡を当該端子パッドに形成した溝等を通して外部に放出することで、硬化した半田膜にボイドが形成されることを防止するものである。これに対し、本発明では、リフロー半田の溶融により発生する気泡は、実装基板に設ける複数の端子パッドの中心部に設けた小孔に捕獲される。
【００１４】
気泡を捕獲する小孔を実装基板に設ける端子パッド側にのみ設けたことで、溶融した半田は当該小孔の上方にある連続して平坦な実装端子を濡れ流れて当該実装端子の全面に行き渡る。気泡の量がある程度多い場合でも、気泡は半田が存在する実装端子側よりも半田が濡れ難い実装基板の表面側（小孔の底）に寄る傾向となる。そのため、両者の接合面積は、端子パッドに設けた小孔部分に限定され、接合面積の低減は最小限に抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による表面実装型電子デバイスの一例としての水晶振動子の実装方法その実装基板の実施例１の説明図である。
【図２】本発明における電子デバイスの一例である水晶振動子の説明図である。
【図３】本発明における電子デバイスの一例である水晶振動子を構成する水晶振動片の構成例の説明図である。
【図４】本発明の電子デバイスである水晶振動子を実装する実装基板に設けた端子パッドの一例の説明図である。
【図５】本発明による表面実装型電子デバイスの一例である水晶振動子の実装方法とその実装基板の実施例２の説明図である。
【図６】実装基板に設ける端子パッドの従来例の幾つかを説明する平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明による表面実装型電子デバイスの一例としての水晶振動子の実装方法その実装基板の実施例１の説明図である。図１（ａ）は実装基板に水晶振動子を実装した状態を示す要部断面図、同図（ｂ）は実装基板に形成された端子パッド（ランドまたはランドパターン）の平面図、同図（ｃ）は同図（ａ）のＡ部分を拡大して示す模式図である。
【００１８】
図１（ａ）において、表面実装型の電子デバイスである水晶振動子１００は実装基板２００に搭載される。水晶振動子１００の腹面（実装面）には複数の実装端子５が設けられており、実装基板２００の主面（実装面）には、実装端子と対応する複数のランドパターン、すなわち端子パッド９が形成されている。実装端子５の全表面（全外面）は平坦面となっている。一方、実装基板２００側の端子パッド９には、図１（ｂ）に拡大して示したように、その中心部に小孔１０が形成されている。小孔１０は端子パッド９を基板方向に貫通して当該基板の表面に達し、開口している。本実施例では、図１（ｂ）に破線で示した水晶振動子１００の端子パッド５は、実線で示す端子パッド９より小さいのが一般的であるが、これに限らず、端子パッド９の方が実装端子５よりも小さい場合もある。
【００１９】
水晶振動子１００など、この種の電子デバイスの基板への実装は、当該基板２００の端子パッド９に半田膜１２を塗布しておき、この端子パッド９に水晶振動子１００を実装端子５が当該端子パッドの位置と一致するよう位置づけした状態で加熱炉、あるいはホットプレートを用いてリフロー処理を施す。リフロー工程において、半田膜１２が溶融して水晶振動子１００の実装端子５の表面に濡れ広がり、端子パッド９との間に半田膜が満たされる。その後、半田膜が冷えて硬化（固化）することで水晶振動子１００が基板２００に実装される。
【００２０】
この半田リフロー工程において、半田膜に含まれる溶剤が気化して当該半田膜中に気泡が発生する。この気泡は溶融した半田の中を実装端子５の中心方向に移動し、実装端子５に設けた小孔１０に逗留する。リフロー工程の後段で半田膜１２が冷えて硬化する過程で気泡８は縮小し、気泡のあった部分にボイドが形成される。
【００２１】
図１（ｃ）は同（ａ）のＡ部分を拡大して示す模式図である。前記したように、半田リフロー工程で溶融した半田は端子パッド９の表面の全域を覆うと共に、実装端子５の表面を小孔１０を迂回するように流動して端子パッド９の表面と実装端子５の間を充填して流動する。小孔１０の底面（水晶振動子の容器本体の表面）は溶融半田に対する濡れ性が低いため、小孔１０の底面には半田は流れ込みにくい。そのため、気泡が端子パッド９の表面に接していても、この接した部分の気泡と端子パッド９の間を押し広げて流動する。その結果、気泡は小孔１０の基板側に寄って留まる。
【００２２】
半田の温度が低下し、半田膜１２が冷えて硬化したとき、気泡が存在する部分にボイド（空間）８０が形成される。ボイド８０は実装基板側に形成される。図１（ｃ）では、ボイド８０が端子パッド９の表面より高い位置にまで存在しているように図示されているが、このような状態でボイド８０が形成されるものに限らず、端子パッド９の表面より低い位置に形成される場合もある。
【００２３】
図２は、本発明における電子デバイスの一例である水晶振動子の説明図である。図２（ａ）は一部を断面で示す側面図、同図（ｂ）は実装面である腹面を示す平面図である。この水晶振動子１００は容器本体１の内部空間（凹部、キャビティとも称する）に水晶振動片２が設置されている。容器本体１は多層のセラミック基板からなり、実装面である背面に４個の実装端子５（５a、５ｂ、５ｃ、５ｄ）が設けられている。実装端子５は水晶振動子の外部端子とも称し、この水晶振動子が搭載される機器の実装基板に形成された端子パッド９に半田膜のリフロー処理で接合される。端子パッド９は実装基板に形成された配線・回路パターンに接続するランドパターンとも称する部分である。
【００２４】
容器本体１は底壁１ａ、枠壁１ｂの積層体であり、枠壁１bで囲まれた凹部１ｃの内底面に設けた水晶端子（図示せず）に導電性接着剤４（４ａ，４ｂ）で固定される。水晶片２を取り付けた凹部１ｃは金属板からなる蓋体７で密封される。なお、図２（ｂ）で、実装端子５ｃにのみ向き識別部５０を形成してある。この突起は、水晶振動子１００の実装時の向きを識別する指標である。
【００２５】
図３は、本発明における電子デバイスの一例である水晶振動子を構成する水晶振動片の構成例の説明図である。水晶片２は、略矩形の薄い水晶片の表裏に励振電極２（２ａ，２ｂ）を形成してある。励振電極２（２ａ，２ｂ）は引出電極３（３ａ，３ｂ）で水晶片２の一端に引き出されている。この端部で前記した導電性接着剤４（４ａ，４ｂ）を用いて凹部１ｃの内底面に設けた水晶端子に固定される。
【００２６】
図４は、本発明の電子デバイスである水晶振動子を実装する実装基板に設けた端子パッドの一例の説明図で、同図（a）は平面図、同図（b）は同図（a）のＸ−Ｘ’線に沿った断面図である。端子パッド９（９a、９ｂ、９ｃ、９ｄ）は前記した水晶振動子の実装端子に対応させた配置と大きさで形成されている。そして、各端子パッド９（９a、９ｂ、９ｃ、９ｄ）の中心部分には小孔１０（１０a、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ）が形成されている。
【００２７】
実施例１によれば、実装基板２００に形成された端子パッド９と電子デバイスである水晶振動子１００の実装端子５の間に介在して両者を接合する半田膜１２は、端子パッド９に設けた小孔１０の位置でも実装端子５の表面に存在する。したがって、小孔を形成しても、両者の接合面積の減少は少なく、接合強度に大幅な低下はない。これに加えて、小孔を端子パッドの中心部に形成したことで、外力印加や温度ストレスによる接続領域の接合強度のバランス崩れが抑制され、水晶振動子の接続不良や破壊などの発生が回避される。
【実施例２】
【００２８】
図５は、本発明による表面実装型電子デバイスの一例である水晶振動子の実装方法とその実装基板の実施例２の説明図である。ここには、（a）(ｂ)２つの例を示した。この実施例２では、実装基板２００に形成する端子パッドに複数の小孔１０を設けたものである。そして、図５（ａ）では、小孔１０が全体として端子パッド９の中央部分に集まるように形成される。また、図５（ｂ）では、小孔１０が端子パッド９の領域内に均一に配置される。この小孔１０の１個の構成は前記した実施例１と同様である。実施例２は、複数の小孔を設けたものであるが、これらの小孔は端子パッドの中心に対してバランスよく配置され、そのうちの一個は端子パッド９の中心部に設けるのが望ましい。また、中心部に設ける小孔を他のものより大きくしてもよい。実施例２のその他の工程及び構成は実施例１とほぼ同様なので、説明は省略する。
【００２９】
実施例２によっても、実装基板２００に形成された端子パッド９と水晶振動子１００の実装端子５の間に介在して両者を接合する半田膜１２は、端子パッド９に設けた各小孔１０の位置でも実装端子５の表面に存在する。したがって、複数の小孔を形成しても、両者の接合面積の減少は比較的少なく、接合強度に大幅な低下はない。そのため、外力印加や温度ストレスによる説具領域の接合強度の低下が抑制され、水晶振動子の接続不良や破壊などの発生が回避される。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、実施例で説明した実装基板への水晶振動子の実装に限るものではなく、水晶発振器やＳＡＷデバイスなどの水晶関連部品、デスクリート部品、その他の表面実装型の電子デバイスの実装にも同様に適用できる。
【符号の説明】
【００３１】
１・・・容器本体、１a・・・底壁、１b・・・枠壁、１ｃ・・・凹部、２・・・水晶片、２ａ,２ｂ・・・励振電極、３（３ａ,３ｂ）・・・引出電極、４（４ａ,４ｂ）・・・導電性接着剤、５（５ａ,５ｂ,５ｃ,５ｄ）・・・実装端子、５０・・・向き識別部、６・・・金属膜、７・・・蓋体、８・・・気泡、８０・・・ボイド、９（９ａ,９ｂ,９ｃ,９ｄ）・・・端子パッド、１０（１０ａ,１０ｂ,１０ｃ,１０ｄ）・・・小孔、１００・・・電子デバイス（水晶振動子）、２００・・・実装基板。
【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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