表面安裝基板的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明在使用無鉛焊料對電子部件進(jìn)行表面安裝的表面安裝基板中，提供能夠抑制熱循環(huán)應(yīng)力和外部應(yīng)力導(dǎo)致的電子部件的破裂和接合部的破裂產(chǎn)生的表面安裝基板。一種使用無鉛焊料對電子部件(4)、(5)進(jìn)行表面安裝的表面安裝基板(1)，在電子部件(4)、(5)的基板接合部的附近形成有應(yīng)力緩和部(11a)、(11b)、(16)。
【專利說明】表面安裝基板

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用無鉛焊料對電子部件進(jìn)行表面安裝的表面安裝基板。

【背景技術(shù)】
[0002]這種表面安裝基板在對電子部件進(jìn)行無鉛焊接時，由于在熱循環(huán)環(huán)境中的向芯片部件的焊料接合部的應(yīng)力集中和大型部件附近的芯片部件的焊料殘留應(yīng)力，容易產(chǎn)生焊料接合部的應(yīng)力破裂和部件破裂。由于組裝時的基板翹曲、變形，容易對芯片部件施加應(yīng)力，產(chǎn)生部件破損和焊料接合部的破裂。
[0003]因此，在使用利用矩陣狀配置的多個焊料球連接半導(dǎo)體元件和印刷配線板的BGA方式、CSP方式時，形成印刷配線板的環(huán)氧樹脂、玻璃環(huán)氧樹脂的線膨脹系數(shù)與形成半導(dǎo)體元件的由硅構(gòu)成的IC芯片的線膨脹系數(shù)相比，約大10倍左右。
[0004]因此，當(dāng)印刷配線板在焊料回流工序等加熱冷卻工序中被暴露于200度以上的高溫時，相對于包括線膨脹系數(shù)小的IC芯片的半導(dǎo)體元件的延展，印刷配線板的延展更大。由于該線膨脹系數(shù)的差，印刷配線板大幅翹曲，由此對焊料球施加大的應(yīng)力。因此，在焊料球產(chǎn)生裂紋或半導(dǎo)體元件與印刷配線板的接合脫離。此外，在組裝入產(chǎn)品之后，由于伴隨電源開閉(0N/0FF)的熱循環(huán)，在焊料球蓄積應(yīng)力，導(dǎo)致最終會斷裂。
[0005]為了僅降低在由于該線膨脹的差而被施加最大的應(yīng)力的焊料球所產(chǎn)生的接合應(yīng)力，提案有專利文獻(xiàn)I中記載的多層印刷基板。
[0006]S卩，多層印刷基板是，在包括多個疊層樹脂層和在多個樹脂層的邊界面形成的多個配線圖案層的多層印刷配線板中，在最外層的樹脂層配置有經(jīng)由焊料安裝半導(dǎo)體元件的多個連接盤。此外，配線圖案層的至少一層為開口部形成為網(wǎng)狀的網(wǎng)狀開口圖案層。而且，使開口部中伴隨上述半導(dǎo)體元件和多層印刷配線板的熱變形而應(yīng)力最集中的焊料所接合的連接盤的、位于下部的區(qū)域的開口部的尺寸比其它區(qū)域的開口部的尺寸大。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)1:日本特開2006-13455號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]發(fā)明所要解決的問題
[0011]因此，在上述專利文獻(xiàn)I中記載的現(xiàn)有例中，使位于應(yīng)力最集中的焊料球所連接的連接盤的下部的區(qū)域的、形成有網(wǎng)狀開口部的配線圖案層的開口部的尺寸比其它區(qū)域的開口部大。因此，能夠僅使與應(yīng)力最集中的焊料球?qū)?yīng)的內(nèi)層的熱膨脹系數(shù)降低。
[0012]但是，在上述現(xiàn)有例中，雖然能夠抑制形成印刷配線板的環(huán)氧樹脂或玻璃環(huán)氧樹脂的線膨脹系數(shù)與形成半導(dǎo)體元件的由硅構(gòu)成的IC芯片的線膨脹系數(shù)之差，但是僅限于能夠確定應(yīng)力最集中的焊料球的情況，存在在不使用焊料球的無鉛焊料中不能使用的未解決的問題。
[0013]因此，本發(fā)明著眼于上述現(xiàn)有例的未解決的問題而提出，其目的在于，提供使用無鉛焊料對電子部件進(jìn)行表面安裝的表面安裝基板中，能夠抑制由熱循環(huán)應(yīng)力、外部應(yīng)力引起的電子部件的破裂和接合部的破裂發(fā)生的表面安裝基板。
[0014]用于解決問題的技術(shù)方案
[0015]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的表面安裝基板的第一方式是使用無鉛焊料對電子部件進(jìn)行表面安裝的表面安裝基板。該表面安裝基板在電子部件的基板接合部的附近形成有應(yīng)力緩和部。
[0016]根據(jù)該第一方式，在安裝于表面安裝基板的電子部件的基板接合部的附近形成有應(yīng)力緩和部，因此，能夠利用該應(yīng)力緩和部將對電子部件的基板接合部作用的應(yīng)力分?jǐn)啵档蛯褰雍喜亢徒?jīng)由基板接合部對電子部件作用的應(yīng)力，提高接合部的連接可靠性。
[0017]此外，本發(fā)明的表面安裝基板的第二方式為，上述應(yīng)力緩和部由至少貫通安裝電子部件的表面層的貫通孔構(gòu)成。
[0018]根據(jù)該第二方式，在表面安裝基板由一個基板構(gòu)成的情況下，形成貫通該基板的貫通孔，在表面安裝基板由多層基板構(gòu)成的情況下，形成貫通表面安裝有電子部件的表面層的貫通孔。由此，能夠利用貫通孔將對電子部件的基板接合部作用的應(yīng)力分?jǐn)啵档妥饔糜趶?qiáng)度較弱的芯片部件和基板接合部的應(yīng)力。
[0019]此外，本發(fā)明的表面安裝基板的第三方式為，上述貫通孔由圓形孔和長孔中的任一種孔形成。
[0020]根據(jù)該第三方式，貫通孔由圓形孔和長圓孔中的任一種孔形成，因此，如果為圓形孔，則能夠利用鉆頭進(jìn)行穿透設(shè)置，能夠容易地進(jìn)行貫通孔的形成。如果為長圓孔，則能夠分?jǐn)鄬Υ蟮碾娮硬考饔玫膽?yīng)力、在固定螺紋件安裝部產(chǎn)生的應(yīng)力。
[0021]此外，本發(fā)明的表面安裝基板的第四方式為，上述應(yīng)力緩和部在緊固至固定部的固定螺紋件安裝部與電磁部件的接合部之間形成。
[0022]根據(jù)該第四方式，能夠利用應(yīng)力緩和部緩和在利用固定螺紋件安裝部將固定螺紋件緊固時產(chǎn)生的應(yīng)力，能夠降低作用于固定螺紋件安裝部的周圍的電子部件的基板接合部的應(yīng)力。
[0023]發(fā)明效果
[0024]根據(jù)本發(fā)明，因為在表面安裝基板的電子部件的基板接合部的附近形成有應(yīng)力緩和部，所以能夠緩和基板接合部、經(jīng)由基板接合部傳達(dá)至電子部件的應(yīng)力，提高無鉛焊料接合部的連接可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是表示本發(fā)明的表面安裝基板的平面圖。
[0026]圖2是圖1的A-A線上的截面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027]以下，基于附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0028]圖1是表示本發(fā)明的表面安裝基板的平面圖，圖2是圖1的A-A線上的截面圖。
[0029]圖中，I是表面安裝有電子部件的由一個基板形成的表面安裝基板，該電子部件例如構(gòu)成驅(qū)動電磁接觸器的電磁體單元的驅(qū)動電路。該表面安裝基板I在形成于表面(正面)的連接盤2和3回流焊有例如由整流二極管、肖特基二極管、電場效應(yīng)晶體管等半導(dǎo)體部件構(gòu)成的大型部件4，并且回流焊有電阻、電容器、線圈等芯片部件5。
[0030]此處，在回流焊中，首先在成為表面安裝基板I的部件安裝部的連接盤2和3預(yù)先絲網(wǎng)印刷無鉛焊料膏。此處，對大型部件4，在成為安裝面的下表面的整個面配置無鉛焊料膏6。此外，對芯片部件5，在與軸向兩端的電極部5a、5b相對的位置配置無鉛焊料膏7。[0031 ] 之后，在無鉛焊料膏6和7上裝載大型部件4和芯片部件5之后利用回流爐進(jìn)行加熱。此時，在回流爐中進(jìn)行預(yù)熱和主加熱。關(guān)于預(yù)熱，為了進(jìn)行對部件的急劇的熱沖擊的緩和、焊劑的活性化促進(jìn)、有機(jī)溶劑的氣化等，將基板和部件一般從150°C預(yù)熱至170°C左右。之后，進(jìn)行直至焊料熔化的溫度的短時間高溫的(一般從220°C至260°C)主加熱。在該主加熱中，熔融溫度根據(jù)焊料成分組成的不同而不同，在無鉛焊料的情況下需要達(dá)到高溫。
[0032]而且，在表面安裝基板1，在大型部件4的附近、芯片部件5的電極間，形成有作為應(yīng)力緩和部的貫通孔11。作為該貫通孔11，如圖1所示，由圓形孔11a、長圓形孔Ilb中的任一個構(gòu)成均可，與要緩和的應(yīng)力相應(yīng)地設(shè)定圓形孔Ila和數(shù)量和長圓形孔Ilb的長度。
[0033]進(jìn)一步，在表面安裝基板I的例如四個角部，形成有螺紋件插通孔12。將表面安裝基板I載置在基板安裝部13上。即，在基板安裝部13，與表面安裝基板I的螺紋件插通孔12相對地形成有雌螺紋部14。在使該雌螺紋部14與表面安裝基板I的螺紋件插通孔12一致的狀態(tài)下，從表面安裝基板I的上方將固定螺紋件15插通在螺紋件插通孔12中，與雌螺紋部14螺紋接合并緊固，由此表面安裝基板I被固定在基板安裝部13。
[0034]從而，因為產(chǎn)生固定螺紋件15的緊固引起的外部應(yīng)力，所以在該螺紋件插通孔12與其附近的大型部件4或芯片部件5之間形成有作為應(yīng)力緩和部的長圓形孔16。
[0035]于是，安裝有大型部件4和芯片部件5的表面安裝基板I安裝于例如被插入高電壓/高電流的直流電流通路的電磁接觸器內(nèi)，在嚴(yán)酷的熱循環(huán)環(huán)境下控制通電。
[0036]接著，對上述實(shí)施方式的動作進(jìn)行說明。
[0037]首先，在表面安裝基板1，在預(yù)先形成通孔(未圖示)時或另外作用有應(yīng)力的位置，即大型部件4的周圍、芯片部件5的電極部5a、5b間，穿透設(shè)置有圓形孔Ila或長圓形孔Ilb,并且在螺紋件插通孔12與其附近的大型部件4或芯片部件5之間也穿透設(shè)置有長圓形孔16。
[0038]之后或在此之前在表面安裝基板I形成包括銅制的連接盤的配線圖案。
[0039]在對大型部件4和芯片部件5進(jìn)行表面安裝的安裝面絲網(wǎng)印刷無鉛焊料膏6和7。
[0040]之后，在被絲網(wǎng)印刷的無鉛焊料膏6和7上裝載大型部件4和芯片部件5之后輸送至回流爐，進(jìn)行預(yù)熱和主加熱之后進(jìn)行冷卻，由此進(jìn)行回流焊，將大型部件4和芯片部件5焊接于表面安裝基板I。
[0041]這樣，表面安裝有大型部件4和芯片部件5的表面安裝基板I被配置在被插入高電壓/高電流的直流電流通路的電磁接觸器內(nèi)，該電磁接觸器被放置于汽車等周圍環(huán)境的溫度變化較大的熱循環(huán)環(huán)境中。
[0042]因此，在熱循環(huán)環(huán)境中的芯片部件5的焊料接合部9產(chǎn)生圖2中以標(biāo)記X表示的應(yīng)力集中。此外，大型部件4的焊料接合部8的焊料殘留應(yīng)力如圖2中以標(biāo)記Y所示那樣對附近的芯片部件5的焊料接合部9產(chǎn)生作用。
[0043]但是，在表面安裝基板1，在應(yīng)力產(chǎn)生的位置，形成有包括規(guī)定數(shù)量的圓形孔Ila或規(guī)定長度的長圓形孔Ilb的貫通孔11，因此，例如關(guān)于對芯片部件5作用的拉伸芯片部件5的方向的應(yīng)力，能夠使應(yīng)力集中于在焊接電極部5a和5b的連接盤3間形成的圓形孔Ila或長圓形孔11b，使對芯片部件5及其焊料接合部9作用的應(yīng)力緩和。
[0044]同樣，關(guān)于對大型部件4的焊料接合部8的焊料殘留應(yīng)力，也能夠使應(yīng)力集中在配置于其周圍的圓形孔IIa或長圓形孔I Ib,使對芯片部件5及其焊料接合部9作用的應(yīng)力緩和。
[0045]進(jìn)一步，在將表面安裝基板I固定于基板安裝部13時，產(chǎn)生使固定螺紋件15通過螺紋件插通孔12與形成于基板安裝部13的雌螺紋部14螺紋結(jié)合而進(jìn)行緊固所導(dǎo)致的外部原因引起的外部應(yīng)力。關(guān)于該外部應(yīng)力，也因為在螺紋件插通孔12與其附近的大型部件4或芯片部件5之間形成有長圓形孔16，所以能夠使應(yīng)力集中于該長圓形孔16，使對大型部件4或芯片部件5作用的外部應(yīng)力緩和。
[0046]同樣，關(guān)于在表面安裝基板I的成形時產(chǎn)生的翹曲所引起的應(yīng)力，也能夠通過設(shè)置于大型部件4和芯片部件5的周圍或內(nèi)側(cè)的圓形孔Ila和長圓形孔Ilb來緩和。
[0047]這樣，在上述實(shí)施方式中，在對安裝在表面安裝基板I的大型部件4和芯片部件5產(chǎn)生作用的應(yīng)力的產(chǎn)生位置形成有圓形孔11a、長圓形孔Ilb和16。利用這些圓形孔11a、長圓形孔Ilb和16構(gòu)成應(yīng)力緩和部，能夠緩和對大型部件4和芯片部件5及其焊料接合部9作用的應(yīng)力。
[0048]因此，即使例如在汽車那樣的外部環(huán)境的溫度變化劇烈的熱循環(huán)環(huán)境中使用時，也能夠提高耐熱循環(huán)性。此外，能夠利用應(yīng)力緩和部將表面安裝基板I的翹曲、變形、焊料殘留應(yīng)力等應(yīng)力分?jǐn)啵軌蚩煽康胤乐乖诖笮筒考托酒考捌浜噶辖雍喜慨a(chǎn)生破裂和破損。
[0049]另外，在上述實(shí)施方式中，對表面安裝基板I由一個基板構(gòu)成的情況進(jìn)行了說明，但是并不限定于此，在表面安裝基板I由多層基板形成的情況下，僅在安裝大型部件4和芯片部件5的表面層形成應(yīng)力緩和部即可。
[0050]此外，在上述實(shí)施方式中，對僅在表面安裝基板I的表面安裝大型部件4和芯片部件5的情況進(jìn)行了說明，但是并不限定于此，也可以僅在表面安裝基板I的背面或在表面安裝基板I的表面背面這兩面安裝大型部件4或芯片部件5。
[0051]進(jìn)一步，在上述實(shí)施方式中，對使用長圓形孔Ilb作為應(yīng)力緩和部的情況進(jìn)行了說明，但是并不限定于此，也可以代替圓形孔形成橢圓孔或代替長圓形孔Ilb形成狹縫孔?？傊?，只要為實(shí)現(xiàn)應(yīng)力緩和的孔形狀就能夠使用任意的孔形狀。
[0052]此外，在上述實(shí)施方式中，對構(gòu)成應(yīng)力緩和部的長圓形孔Ilb呈直線狀延長的情況進(jìn)行了說明，但是并不限定于此，能夠形成為圓弧狀或L字形等任意的形狀。
[0053]產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0054]根據(jù)本發(fā)明，因為在表面安裝基板的電子部件的基板接合部的附近形成有應(yīng)力緩和部，所以在使用無鉛焊料對電子部件進(jìn)行表面安裝的表面安裝基板中，能夠提供抑制熱循環(huán)應(yīng)力和外部應(yīng)力導(dǎo)致的電子部件的破裂和接合部的破裂產(chǎn)生的表面安裝基板。
[0055]附圖標(biāo)記的說明
[0056]I……表面安裝基板；2、3……連接盤；4……大型部件；5……芯片部件；6、7……無鉛焊料膏；11……貫通孔；lla……圓形孔；llb……長圓形孔；12……螺紋件插通孔；13……基板安裝部；14……雌螺紋部；15……固定螺紋件；16……長圓形孔。
【權(quán)利要求】
1.一種表面安裝基板，其使用無鉛焊料對電子部件進(jìn)行表面安裝，該表面安裝基板的特征在于: 在用于接合電子部件的基板接合部的附近形成有應(yīng)力緩和部。
2.如權(quán)利要求1所述的表面安裝基板，其特征在于: 所述應(yīng)力緩和部由至少貫通用于安裝電子部件的表面層的貫通孔構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求2所述的表面安裝基板，其特征在于: 所述貫通孔由圓形孔和長孔中的任一種孔形成。
4.如權(quán)利要求1?3中任一項所述的表面安裝基板，其特征在于: 所述應(yīng)力緩和部在用于將螺紋件緊固于固定部的固定螺紋件安裝部與電磁部件的接合部之間形成。
【文檔編號】H05K1/02GK104247581SQ201380019078
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月11日
【發(fā)明者】岡本幸吉, 田口貴裕 申請人:富士電機(jī)機(jī)器制御株式會社