特許 6352149 電子部品の実装構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6352149

(24)【登録日】2018年6月15日

(45)【発行日】2018年7月4日

(54)【発明の名称】電子部品の実装構造

(51)【国際特許分類】

   H05K 3/34 20060101AFI20180625BHJP

   H05K 1/18 20060101ALI20180625BHJP

   H05K 1/02 20060101ALI20180625BHJP

   H01L 23/36 20060101ALI20180625BHJP

   H01L 23/28 20060101ALN20180625BHJP

【ＦＩ】

   H05K3/34 501E

   H05K3/34 502D

   H05K3/34 507C

   H05K1/18 G

   H05K1/02 Q

   H01L23/36 C

   !H01L23/28 B

【請求項の数】5

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2014-223380(P2014-223380)

(22)【出願日】2014年10月31日

(65)【公開番号】特開2016-92138(P2016-92138A)

(43)【公開日】2016年5月23日

【審査請求日】2017年7月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004765

【氏名又は名称】カルソニックカンセイ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】240000327

【弁護士】

【氏名又は名称】弁護士法人クレオ国際法律特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100082670

【弁理士】

【氏名又は名称】西脇 民雄

(74)【代理人】

【識別番号】100180068

【弁理士】

【氏名又は名称】西脇 怜史

(72)【発明者】

【氏名】須永 英樹

(72)【発明者】

【氏名】島村 雄三

(72)【発明者】

【氏名】藤井 則男

(72)【発明者】

【氏名】大門 裕司

【審査官】 齊藤 健一

(56)【参考文献】

【文献】 特開平６−２５２２８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平９−２７５２４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平９−２８３５６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３０３３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２０５１０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−４４９６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１４６４７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−７５５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１０８３８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２６４６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１２９９２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−４６０２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１０５２１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平４−４７７９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 登録実用新案第３００９１７６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０１０７８６７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｋ１／００−３／４６

Ｈ０１Ｌ２３／２８

Ｈ０１Ｌ２３／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子部品パッケージの側辺部から突設された端子が、電子基板上に設けられたランドに重ねてリフロー方式でハンダ接合されていると共に、前記電子部品パッケージの底面に設けられたチップ放熱用部材が前記電子基板上に設けられた放熱金属パターンに重ねてリフロー方式でハンダ接合されている電子部品の実装構造において、
前記チップ放熱用部材は、前記電子部品パッケージを構成するパッケージ用樹脂によって四方を囲まれる大きさに形成されていると共に、
前記放熱金属パターンは、少なくともその一部が前記電子部品パッケージよりも大きくなるように、放熱金属パターンと連続して電子部品パッケージからハミ出すように延びて余剰のハンダを電子部品パッケージの外部へ導くパターン延長部を一体に有しており、
少なくとも、前記放熱金属パターンに、空隙部抑制用のスリット部が設けられると共に、
該空隙部抑制用のスリット部は、溶融したハンダを弾くものとされていることを特徴とする電子部品の実装構造。

【請求項2】

請求項１に記載の電子部品の実装構造であって、
前記パターン延長部は、前記電子部品パッケージの前記端子を設けた側辺部とは異なる別の側辺部または角部の位置に設けられていることを特徴とする電子部品の実装構造。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の電子部品の実装構造であって、
前記空隙部抑制用のスリット部の幅は、溶融したハンダがスリット部の両側間を移動しない間隔とされることを特徴とする電子部品の実装構造。

【請求項4】

請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電子部品の実装構造であって、
前記空隙部抑制用のスリット部は、前記パターン延長部の延設方向へ延びて前記放熱金属パターンを複数の細長い小領域に区分けするものとされ、
該複数の細長い小領域は、前記パターン延長部の側が連結部でつながっていると共に、前記パターン延長部とは反対の側が開口されていることを特徴とする電子部品の実装構造。

【請求項5】

請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電子部品の実装構造であって、
前記空隙部抑制用のスリット部が、前記パターン延長部の延設方向に対して傾斜していることを特徴とする電子部品の実装構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、電子部品の実装構造に関するものである。

【背景技術】

【0002】

電子機器には、各種の電子部品が使用されている。このような電子部品は、電子基板などに実装された状態で、電子機器の内部に設置されている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

そして、電子基板に対する電子部品の実装構造には、図５に示すように、電子部品パッケージ１の側辺部１ａ〜１ｄ（のいずれか）から突設された端子２を、電子基板３上に設けられたランド４に重ねてリフロー方式でハンダ接合したものがある。また、電子部品パッケージ１の底面に設けられたチップ放熱用部材５を、電子基板３上に設けられた放熱金属パターン６に重ねてリフロー方式でハンダ接合することも行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−１９５５４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記電子部品の実装構造には、以下のような問題があった。
即ち、例えば、チップ放熱用部材５と放熱金属パターン６とを接合するハンダの量が多過ぎる場合に、電子部品パッケージ１からハミ出した余剰のハンダが、電子部品パッケージ１の側辺部からランダムに飛び出してハンダボール１３などとなり、端子２やランド４などと接触してショートを引き起こすおそれがある。

【0006】

そこで、本発明は、上記した問題点を解決することを、主な目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明は、
電子部品パッケージの側辺部から突設された端子が、電子基板上に設けられたランドに重ねてリフロー方式でハンダ接合されていると共に、前記電子部品パッケージの底面に設けられたチップ放熱用部材が前記電子基板上に設けられた放熱金属パターンに重ねてリフロー方式でハンダ接合されている電子部品の実装構造において、
前記チップ放熱用部材は、前記電子部品パッケージを構成するパッケージ用樹脂によって四方を囲まれる大きさに形成されていると共に、
前記放熱金属パターンは、少なくともその一部が前記電子部品パッケージよりも大きくなるように、放熱金属パターンと連続して電子部品パッケージからハミ出すように延びて余剰のハンダを電子部品パッケージの外部へ導くパターン延長部を一体に有しており、
少なくとも、前記放熱金属パターンに、空隙部抑制用のスリット部が設けられると共に、
該空隙部抑制用のスリット部は、溶融したハンダを弾くものとされていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、上記構成によって、放熱金属パターンからハミ出した余剰のハンダを電子部品パッケージ外部のパターン延長部へ導くことにより、余剰のハンダが電子部品パッケージの外側へランダムに飛び出してハンダボールなどとなり、端子やランドなどと接触してショートを引き起こすのを防止することができる。
また、少なくとも放熱金属パターンに溶融したハンダを弾く空隙部抑制用のスリット部を設けることにより、空隙部を小さく抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本実施の形態にかかる電子部品の実装構造の平面図である。

【図2】図１の変形例にかかる電子部品の実装構造の平面図である。

【図3】電子部品の実装構造を示す断面図である。このうち、（ａ）は電子基板に対して電子部品パッケージを設置する前の状態、（ｂ）は設置した時の状態、（ｃ）はハンダ接合後の状態である。

【図4】スリット部を有する放熱金属パターンおよびパターン延長部の平面図である。このうち、（ａ）は延設方向全体に延びるスリット部、（ｂ）延設方向の一部に亘るスリット部（一端側が接続されているもの）、（ｃ）は延設方向の一部に亘るスリット部（両端側が接続されているもの）、（ｄ）は一部が傾斜したスリット部である。

【図5】ハンダボールやハンダボイドが形成された従来の電子部品の実装構造の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。
図１〜図４は、この実施の形態を説明するためのものである。

【実施例1】

【0011】

＜構成＞以下、この実施例の構成について説明する。

【0012】

電子機器には、各種の電子部品が使用されている。このような電子部品は、電子基板などに実装された状態で、電子機器の内部に設置される。

【0013】

そして、電子基板に対する電子部品の実装構造として、図１（または図２）に示すように、電子部品パッケージ１の側辺部１ａ〜１ｄ（のうちの少なくとも１つ）から突設された端子２を、電子基板３上に設けられたランド４に重ねてリフロー方式でハンダ接合する。また、上記電子部品パッケージ１の底面に設けられたチップ放熱用部材５を上記電子基板３上に設けられた放熱金属パターン６に重ねてリフロー方式でハンダ接合する。

【0014】

ここで、電子部品パッケージ１は、ＩＣやＬＳＩなどの集積回路を構成する半導体チップなどをパッケージ用樹脂で包み込んだものである。電子部品パッケージ１は、通常、平面視でほぼ四角形状のものとされる。そして、端子２は四角形状の電子部品パッケージ１における、対向する一対の側辺部１ａ，１ｃ（図１参照）や、二対の側辺部１ａ〜１ｄ（図２参照）から突設される。

【0015】

電子基板３は、図３に示すように、ベース材１１の表面に絶縁層１０を介して配線パターンを設けたものである。ランド４は、この場合、配線パターンのうちの、端子２に対してハンダ接合を行う部分を示すものとする。また、放熱金属パターン６は、この場合、配線パターンのうちの、チップ放熱用部材５に対してハンダ接合を行う部分を示すものとする。ランド４や放熱金属パターン６は、溶融したハンダに対する親和性を有する。よって、ハンダは、溶融するとランド４や放熱金属パターン６の上で表面張力によって盛り上がることになる。なお、ベース材１１の表面における配線パターン以外の部分などには、レジスト１２などの絶縁性保護皮膜が形成される。このレジスト１２は、溶融したハンダを弾く性質を有するものである。よって、余剰のハンダが電子部品パッケージ１の外側へハミ出すと、このレジスト１２で弾かれることによって、図５に示すようなハンダボール１３が形成されることになる。

【0016】

リフロー方式とは、図示しないマスクを用いてハンダペースト１４を塗布した電子基板３のランド４や放熱金属パターン６の上に、図３（ａ）（ｂ）に順に示すように、電子部品パッケージ１の端子２やチップ放熱用部材５をそれぞれ載せるように設置し、その後、ハンダペースト１４を熱で溶かすことにより、図３（ｃ）に示すように、ハンダ接合を行う方式のことである。電子部品パッケージ１は、ハンダペースト１４の上に僅かに浮いた状態に設置され、ハンダペースト１４が溶けると、電子部品パッケージ１が自重で沈み込むことにより、電子部品パッケージ１に押されたハンダペースト１４は電子部品パッケージ１の外へ溢れ出ようとする。ハンダペースト１４の溶融は、例えば、電子部品パッケージ１を設置した電子基板３をコンベヤなどを用いてリフロー炉へ通しながら電子基板３全体を加熱することなどによって行われる。なお、リフロー炉で加熱する他に、温風や、加熱蒸気や、赤外線や、レーザーなどを用いてハンダペースト１４を溶融することもできる。

【0017】

ハンダペースト１４は、細かいハンダの粉末をペーストに混ぜたものである。ハンダペースト１４を溶融すると、内部に含まれるハンダの粉末どうしが結合して成長することにより、ハンダ接合が行われる。なお、ペーストには空気が含まれているので、ハンダ接合を行った部分に、上記した空気が集まって気泡ができたり、気泡が成長して図５に示すような空隙部１５（ハンダボイド）となったりする傾向がある。なお、空隙部１５の発生原因については、完全に解明されていないが、上記の他にも、ハンダペースト１４にハンダの粉末が均等に分散されていないことや、ハンダ接合の補助剤として使用されるフラックスが気化してできるガスが抜け切らないことなども原因として考えられている。空隙部１５は、例えば、ハンダがリング状に溶融して内部に気泡が閉じ込められることなどによっても形成される。

【0018】

チップ放熱用部材５は、ボトムパッドやヒートスプレッタなどと呼ばれる金属パッドである。このチップ放熱用部材５は、電子部品パッケージ１におけるパッケージ樹脂の底面に対して面一または若干下方へ突出された面などとされている。

【0019】

以上のような基本的な構成に対し、この実施例では、以下のような構成を備えている。

【0020】

（１）図１（または図２）に示すように、上記チップ放熱用部材５は、上記電子部品パッケージ１を構成するパッケージ用樹脂によって四方を囲まれる大きさに形成される。
そして、上記放熱金属パターン６は、少なくともその一部が上記電子部品パッケージ１よりも大きくなるように、放熱金属パターン６と連続して電子部品パッケージ１からハミ出すように延びて余剰のハンダ２１を電子部品パッケージ１の外部へ導くパターン延長部２２を一体に有するものとする。

【0021】

ここで、チップ放熱用部材５は、平面視四角形状をした電子部品パッケージ１の底面に、電子部品パッケージ１とほぼ相似形となるように設置された平面視四角形状の放熱板とされる。また、放熱金属パターン６は、放熱のために電子基板３の回路パターンに形成されたものであり、電子部品パッケージ１よりは小さく、また、チップ放熱用部材５よりは一回り程度大きくなるように形成される。なお、ハンダペースト１４は、放熱金属パターン６よりも小さ目の範囲に塗布するのが好ましい。パターン延長部２２は、余剰のハンダ２１を電子部品パッケージ１の外側へ導くことを目的としたものであり、放熱金属パターン６の一辺（短辺など）の幅よりも狭い幅を有して、放熱金属パターン６から真っ直ぐに延びるものなどとされる。パターン延長部２２は、後述するように、ランド４の無い部分へ向けて延ばされる。例えば、四角形状の放熱金属パターン６に対して、パターン延長部２２は、旗竿状や持ち手状に延びるものなどとされる。

【0022】

（２）図１に示すように、上記パターン延長部２２は、上記電子部品パッケージ１の上記端子２を設けた側辺部１ａ，１ｃとは異なる別の側辺部１ｂ，１ｄに設けられるようにする。
または、図２に示すように、上記パターン延長部２２は、上記電子部品パッケージ１の上記端子２を設けた側辺部１ａ〜１ｄ間の角部３１ａ〜３１ｄの位置に設けられるようにする。

【0023】

ここで、図１の場合の、別の側辺部１ｂ，１ｄとは、例えば、対向する一対の側辺部１ａ，１ｃに端子２が設けられた四角形状の電子部品パッケージ１における、残りの一対の側辺部１ｂ，１ｄのうちの少なくとも一方のことである。なお、この場合には、側辺部１ｄとなっているが、側辺部１ｂとしても、両方の側辺部１ｂ，１ｄとしても良い。

【0024】

また、図２の場合の、角部３１ａ〜３１ｄとは、例えば、対向する二対の側辺部１ａ〜１ｄに端子２が設けられた四角形状の電子部品パッケージ１における、４つの角部３１ａ〜３１ｄのうちの少なくとも一つのことである。なお、この場合には、角部３１ｄとなっている。

【0025】

（３）図４に示すように、上記放熱金属パターン６およびパターン延長部２２に空隙部抑制用のスリット部４１を設ける。

【0026】

ここで、スリット部４１は、放熱金属パターン６に対するパターン延長部２２の延設方向（或いは、端子２の側へ向かわない方向）へ延びるものとするのが好ましい。これにより、スリット部４１は、放熱金属パターン６やパターン延長部２２を、細長い幾つかの小領域４２に区分けするものとなる。そして、このスリット部４１には、溶融したハンダを弾く性質を有するレジスト１２などの絶縁性保護皮膜が形成される。これにより、溶融したハンダは、スリット部４１内のレジスト１２によってスリット部４１から弾かれると共に、その表面張力によってスリット部４１で区分けされた小領域４２の上でそれぞれ盛り上がることになる。この際、スリット部４１の幅は、溶融したハンダがスリット部４１を介して隣接する小領域４２へ移動しないぎりぎりの間隔に形成されるのが好ましい。なお、スリット部４１の幅を上記よりも僅かに狭くしても良いが、このようにすると、各小領域４２上のハンダが互いに繋がると共に、繋がったハンダ内におけるスリット部４１の位置に空気層のトンネルが形成されることになる。

【0027】

スリット部４１の形状は、例えば、図４（ａ）に示すように、放熱金属パターン６およびパターン延長部２２の延設方向全体に亘って延びるように形成されて、放熱金属パターン６およびパターン延長部２２を、幅の狭い複数の（ほぼ短冊状の）小領域４２に完全に分割するものとしても良い。

【0028】

また、スリット部４１は、例えば、図４（ｂ）または図４（ｃ）に示すように、放熱金属パターン６およびパターン延長部２２の延設方向の一部に対して延びるように形成されて、放熱金属パターン６およびパターン延長部２２を、一部がつながった幅の狭い複数の小領域４２を画成するものとしても良い（連結部４３）。

【0029】

或いは、スリット部４１は、例えば、図４（ｄ）に示すように、放熱金属パターン６およびパターン延長部２２の延設方向へ延びるものの他に、延設方向に対して僅かに傾斜して延びるものを有して、放熱金属パターン６およびパターン延長部２２を、電子部品パッケージ１の外側へ向けて広がる幅の狭い複数の鋭角三角形状の小領域４２に画成するものなどとしても良い。

【0030】

＜作用効果＞この実施例によれば、以下のような作用効果を得ることができる。

【0031】

電子部品パッケージ１の実装構造は、電子部品パッケージ１の側辺部１ａ〜１ｄ（のいずれか）から突設された端子２を、電子基板３上に設けられたランド４に重ねてリフロー方式でハンダ接合すると共に、電子部品パッケージ１の底面に設けられたチップ放熱用部材５を電子基板３上に設けられた放熱金属パターン６に重ねてリフロー方式でハンダ接合したものである。

【0032】

このように、チップ放熱用部材５を放熱金属パターン６にハンダ接合することにより、電子部品パッケージ１で発生した熱を電子基板３へ効率良く逃がすことができる。

【0033】

（１）この際、放熱金属パターン６にパターン延長部２２を設けるようにした。これにより、例えば、チップ放熱用部材５と放熱金属パターン６とを接合するハンダの量が多過ぎる場合に、放熱金属パターン６からハミ出した余剰のハンダ２１を、パターン延長部２２を逃げ道として、電子部品パッケージ１の外部へ突出されたパターン延長部２２の側へと積極的に導くことができる。これにより、余剰のハンダ２１が電子部品パッケージ１の側辺部１ａ〜１ｄからランダムに飛び出して（電子基板３の表面を覆うレジスト１２に弾かれることで）ハンダボール１３となることが防止される。その結果、ハンダボール１３が、端子２やランド４などと接触してショートを引き起こすことなどが防止される。

【0034】

（２）パターン延長部２２を、電子部品パッケージ１の端子２を設けた側辺部１ａ，１ｃとは異なる別の側辺部１ｂ，１ｄに設けた（図１）。または、パターン延長部２２を、電子部品パッケージ１の端子２を設けた側辺部１ａ〜１ｄ間の角部３１ａ〜３１ｄの位置に設けた（図２）。これにより、電子基板３に対して、ランド４と干渉することなくパターン延長部２２を形成することができる。よって、パターン延長部２２へ導かれる余剰のハンダ２１を、ランド４から確実に遠避けることができる。

【0035】

（３）放熱金属パターン６およびパターン延長部２２に、空隙部抑制用のスリット部４１を設けた。このスリット部４１によって放熱金属パターン６およびパターン延長部２２が、幅の狭い複数の小領域４２などに小分けされたり、スリット部４１の分だけ放熱金属パターン６およびパターン延長部２２の総面積が小さくなったりするので、塗布されたハンダペースト１４の量が少なかった場合であっても、放熱金属パターン６に対して溶融したハンダが行き渡り易くなるため、ハンダに空隙部１５が形成され難くなる。また、上記した空隙部１５は小領域４２の幅よりも大きく成長することができないので、空隙部１５を小さく抑えることができる。或いは、空隙部１５を小領域４２やスリット部４１に沿ってパターン延長部２２へ向けて追い出し易くすることができる。よって、大きな空隙部１５が存在することによる放熱性能の低下（または放熱抵抗の増大）を防止して、電子部品パッケージ１の温度上昇を防止することができる。

【0036】

なお、スリット部４１に傾斜して延びるものを設けることにより、小領域４２が鋭角三角形状となるので、空隙部１５を小領域４２の幅の狭い部分から幅の広い部分へ向けて案内することができる。

【0037】

また、小領域４２やスリット部４１がパターン延長部２２へ向けて余剰のハンダ２１を案内することにより、塗布されたハンダペースト１４の量が多かった場合における、端子２の周辺でのハンダボール１３の発生をより効果的に抑制することができる。

【0038】

以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、実施例はこの発明の例示にしか過ぎないものである。よって、この発明は実施例の構成にのみ限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれることは勿論である。また、例えば、各実施例に複数の構成が含まれている場合には、特に記載がなくとも、これらの構成の可能な組合せが含まれることは勿論である。また、複数の実施例や変形例がこの発明のものとして開示されている場合には、特に記載がなくとも、これらに跨がった構成の組合せのうちの可能なものが含まれることは勿論である。また、図面に描かれている構成については、特に記載がなくとも、含まれることは勿論である。更に、「等」の用語がある場合には、同等のものを含むという意味で用いられている。また、「ほぼ」「約」「程度」などの用語がある場合には、常識的に認められる範囲や精度のものを含むという意味で用いられている。

【符号の説明】

【0039】

１ 電子部品パッケージ
１ａ〜１ｄ 側辺部
２ 端子
３ 電子基板
４ ランド
５ チップ放熱用部材
６ 放熱金属パターン
２１ 余剰のハンダ
２２ パターン延長部
３１ａ〜３１ｄ 角部
４１ スリット部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】