(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とその実装方法を提供する。【解決手段】実装基板２００の端子パッド９に接続して搭載する表面実装型の電子デバイス１００の複数の実装端子５の各中心部に気泡を捕獲する小孔１０を設け、実装基板２００に形成する端子パッド９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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面実装型の電子デバイスを実装基板に実装する複数の実装端子を形成した表面実装型の電子デバイスであって、
前記実装端子の各中心部で、かつ当該実装端子の表面から当該電子デバイスの容器本体の表面に達する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。
【請求項２】
請求項１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。
【請求項３】
請求項１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。
【請求項４】
請求項３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。
【請求項５】
表面実装型の電子デバイスを実装基板に実装する複数の実装端子が形成され、前記実装端子の各中心部で、かつ当該実装端子の表面から当該電子デバイスの容器本体の表面に達する貫通した小孔を有する表面実装型の電子デバイスを、端子パッドを形成した実装基板に実装する表面実装型電子デバイスの実装方法であって、
前記実装基板の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実装端子の小孔に滞留させ、
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６】
請求項５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実装基板の端子パッドの間に当該端子パッド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。
【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実装基板の端子パッドと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とその実装方法に関する。
【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、或いはランドパターンとも称する）に面―面対応で半田膜を介して接続される。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、水晶発振器、ＳＡＷフィルタなどの水晶関連部品、積層回路部品、各種のディ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体で、あるいは発振回路に組み込まれて各種の電子機器に内蔵される。近年では、車載機器のような衝撃や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の発生、基板あるいは部品本体へのダメージを防止したものが求められている。
【０００４】
図５は、電子デバイスに設ける平面実装型の実装端子の従来例を説明する平面図である。なお、実装基板には、実装する表面実装型の電子部品の実装端子に応じてランドあるいはランドパターンとも称する端子パッドが設けられる。図中、符号５（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）は電子デバイス１００の腹面に形成された実装端子、１１は実装端子に設けた溝である。この実装端子５（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）は実装基板（図示せず）に設けた端子パッドのそれぞれと半田リフローにより接合される。
【０００５】
図５において、実装端子５（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）には、そ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を設けている。この構成としたことで、実装端子５（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）を実装基板に形成された端子パッドに半田膜で接合する際の半田リフロー工程時に、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、半田の硬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１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１４１４５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
表面実装型の電子部品の実装端子は、実装基板に設ける端子パッドとの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、実装端子と端子パッドと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、実装端子にその両端が外部に開放した溝を設けると、端子パッドとの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虞がある。
【０００８】
また、上記のような溝が実装端子に存在すると、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や電子部品、あるいは実装基板の破壊をもたらす虞がある。
【０００９】
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、電子デバイスの実装端子と実装基板の端子パッドと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とその実装方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明は、実装基板の端子パッドに接続して搭載する表面実装型の電子デバイスの複数の実装端子の各中心部に気泡を捕獲する小孔を設け、実装基板に形成する端子パッドの表面は平坦のままとして半田リフロー法で両者を接合することを特徴とする。すなわち、電子デバイスに設ける複数の実装端子にのみ設ける小孔は、実装端子を貫通して電子デバイスの容器本体の表面に達する。すなわち、小孔の底部には実装基板の表面が露出している。電子デバイスの容器本体は、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が、後述する本発明の実施例では、セラミックス板で形成されたものを用いるものとする。
【発明の効果】
【００１１】
電子デバイスの実装端子と実装基板の端子パッドと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した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実装端子に形成した溝を通して外部に放出することで、固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、電子デバイスに設ける複数の実装端子の中心部に設けた小孔に捕獲される。
【００１２】
気泡を捕獲する小孔を電子デバイスに設ける実装端子側に設けたことで、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端子パッド側よりも半田が濡れ難い電子デバイスの容器本体の表面側（小孔の底）に寄る傾向となる。溶融した半田は当該小孔の下方にある実装基板の連続して平坦な端子パッド全面を濡れ流動して当該端子パッドの全面に行き渡ったままとなる。そのため、両者の接合面積の減少は、実装端子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】
【００１３】
【図１】本発明による表面実装型電子デバイス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】本発明に係る電子デバイスの実施例２を説明する実装端子の要部を示す平面図である。
【図５】電子デバイスに設ける平面実装型の実装端子の従来例を説明する平面図である。
【図６】本発明に係る電子デバイスの実施例３を説明する実装端子の要部を示す平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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】
【００１５】
図１は、本発明による表面実装型電子デバイス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）は実装基板に表面実装型電子デバイスを実装した状態を示す要部断面図、同図（ｂ）は電子デバイスに形成された実装端子の平面図、同図（ｃ）は実装端子と端子パッドとの固着状態を拡大して示す同図（ａ）のＡ部分を拡大して示す模式図である。
【００１６】
図１（ａ）において、表面実装型の電子デバイス１００（以下、水晶振動子１００と表記する）は実装基板２００に搭載される。電子デバイス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。この実装基板２００側の端子パッド９の表面（外面）は全て平坦面となっている。一方、水晶振動子１００側の実装端子５には、図１（ｂ）に示したように、その中心部に小孔１０が形成されている。小孔１０は実装端子５を水晶振動子１００の容器本体方向に貫通して当該容器本体の表面に達している。本実施例では、図１（ｂ）に実線で示した水晶振動子１００の実装端子５は基板２００の端子パッド９より小さく図示されており、これが一般的である。しかし、端子パッド９よりも実装端子５の方が大きいものもある。
【００１７】
この種の電子デバイスの搭載機器基板への実装は、当該実装基板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に電子デバイス１００を、その実装端子５が端子パッド９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が溶融して電子デバイス１００の実装端子５の表面にも濡れ広がり、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することで電子デバイス１００が基板２００に実装される。
【００１８】
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膜中を端子パッド９の中心方向に移動し、端子パッド９に設けた小孔１０に停留する。リフロー工程の後段で半田膜１２が冷える過程で気泡８は縮小し、気泡のあった部分にボイド８０が形成された状態で半田膜は硬化する。
【００１９】
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の表面の略全域を覆うと共に、実装端子５の表面を小孔１０の周り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の間に充填される。小孔１０の底面（電子デバイスの容器本体の表面）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難い。そのため、気泡が端子パッド９の表面に接していても、半田は、この接した部分の気泡と端子パッド９の間に存在する。その結果、気泡は小孔１０の水晶振動子１００側に寄って停留する。
【００２０】
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。半田膜の温度低下に伴って気泡は縮小し、半田膜は端子パッド９の矢印Ｂで示した領域にも存在したままとなる。ボイド８０は端子パッド９から離れるように水晶振動子１００側に寄って形成され、元の気泡よりも小さく、かつ水晶振動子側に形成され、結果としてこの部分にボイドが形成される。なお、小孔１０は丸穴に限るものではなく、三角形以上の多角形とすることも可能であるが、角はなるべく鈍角とするのが望ましい。図１（ｃ）には、ボイド８０が実装端子５よりも端子パッド９側に大きく張り出しているように図示されているが、このボイド８０は実装端子５の表面よりも低い位置に形成される場合もある。
【００２１】
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は平面視が矩形の容器本体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。半田パッド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。実装端子５（５a、５ｂ、５ｃ、５ｄ）には、前記した小孔１０（１０a、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ）が形成されている。
【００２２】
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。水晶振動片２を取り付けた凹部１ｃは、金属膜６を介して金属板からなる蓋体７の固定で密封される。なお、図２（ｂ）で、実装端子５ｃにのみ向き識別部５０が形成されている。この向き識別部５０は、水晶振動子１００を自動機で実装する際の実装時の向きを識別する指標である。
【００２３】
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。水晶振動片２は、略矩形の薄い水晶片２０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）で水晶振動片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。
【００２４】
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、実装端子５に設けた小孔１０の位置でも端子パッド９の表面に存在する。したがって、電子デバイスの実装端子に小孔を形成しても、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、小孔を実装端子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、クラックの発生、電子デバイスの接続不良などが回避される。
【実施例２】
【００２５】
図４は、本発明に係る電子デバイスの実施例２を説明する実装端子の要部を示す平面図である。実施例２は電子デバイスの一例である水晶振動子１００の実装端子に設ける小孔１０を複数個としたものである。図４（ａ）は実装端子５（５a、５ｂ、５ｃ、５ｄ）の内側に９個の小孔を形成したものであり、同（ｂ）は実装端子５（５a、５ｂ、５ｃ、５ｄ）の内側に５個の小孔を形成したものである。なお、図４（ａ）（ｂ）には、実装端子５ａのみを示し、また小孔１０ａのみを示してある。
【００２６】
この実施例では、水晶振動子１００の実装端子５（５a、５ｂ、５ｃ、５ｄ）は、その各中心部分には小孔１０（１０a、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ）がバランスよく配置して形成されている。そして、これらの小孔のうちの一個は実装端子５の中心部に設けるのが望ましい。さらに、中央に位置する小孔を他の小孔より大きくする等のバリエーションを施すことも可能である。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。
【００２７】
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、実装端子５に設けた小孔１０の位置でも端子パッド９の全表面に存在する。したがって、電子デバイスの実装端子に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接合領域のクラックや接合強度の低下が抑制され、水晶振動子の実装不良などの発生が回避される。
【実施例３】
【００２８】
図６は、本発明に係る電子デバイスの実施例３を説明する実装端子の要部を示す平面図である。実施例３では、水晶振動子１００の実装端子５（５a、５ｂ、５ｃ、５ｄ）には、その各中心部分には十字形の小孔１０を形成した。十字形の腕を外側に向けて漸次細めて略星形としてもよい。図６に示した十字形の小孔１０は説明のために比較的大きく示してあるが、実際には実装端子５に対するサイズは図示の相対的サイズよりも小さい。何れの場合も各角部はなるべく鈍角とするのが望ましい。実施例３のその他の工程及び構成は実施例１、２とほぼ同様なので、説明は省略する。
【００２９】
実施例３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、実装端子５に設けた小孔１０の位置でも端子パッド９の全表面に存在する。したがって、電子デバイスの実装端子に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接合領域のクラックや接合強度の低下が抑制され、水晶振動子の実装不良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、各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、ＳＡＷフィルタ、ディスクリート部品、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・・・水晶振動片、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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