专利名称：安装结构体的制作方法
技术领域：
本发明涉及用表面安装技术(Surface Mount Technology,以下简述为SMT)的方式制作的安装结构体。
背景技术：
现有的安装结构体通过如下所述的一系列SMT方式的工序来制作。首先，通过掩模印刷，将由球状的固体金属焊料和液状的助焊剂构成的焊料糊料涂布在设置于绝缘基板的表面的基板电极上。接下来，将具有电子元器件电极的芯片电容器、IC等电子元器件装载在焊料糊料上。然后，通过加热到焊料的熔点以上，使焊料熔融。最后，通过进行冷却来使焊料凝固，将基板电极和电子元器件电极导通连接。在该利用SMT方式的工序的安装结构体的制作工序中，有时会存在产生焊球的问题。图12是安装结构体产生了焊球时的主要部分放大图。在图12中，21是基板电极， 23是抗蚀层，25是电子元器件J6是电子元器件电极，27是由助焊剂和焊料构成的焊料糊料，四是焊球。焊球四是如图12所示的球状焊料，在电子元器件25旁边的抗蚀层23上产生。焊球四产生的原因如下由于印刷在基板电极21上的焊料糊料27在装载电子元器件25时、 被挤压到电子元器件25的下部的抗蚀层23上，或者，由于在加热时产生的、包含焊料粒子的助焊剂进行流动的过热现象，导致焊料粒子朝着电子元器件25的下部流动。由于该焊球四未与基板电极21、电子元器件电极沈进行金属接合，因此，在产生动载荷时，有可能从电子元器件25旁边脱落。由于脱落的焊球四移动到未进行电连接的两个基板电极之间，有可能产生短路，因此，成为电子设备产生误动作或故障等不良的原因。 特别是，对于用于汽车的绝缘基板的情况，动作时的振动等动载荷较大，焊球四发生脱落的频度较高，因此，抑制焊球四的产生在设备的安全性和动作可靠性的层面上是重要的。作为现有的以抑制焊球的产生为目的的安装结构体，存在抑制焊料糊料在装载电子元器件时朝着元器件下部流出的形状的安装结构体(例如，参照专利文献1)。图13表示专利文献1中记载的安装结构体的结构，图13(a)是侧视图，图13(b) 是俯视图。图13 (a)、图13(b)的安装结构体包括电子元器件25、电子元器件电极沈、焊料糊料27、以及具有基板电极21的绝缘基板20。在图13(a)、图13(b)中，在电子元器件电极沈的下侧形成金属掩模的开口部，使得焊料糊料27的边缘部27a、即金属掩模的开口部的边缘部(省略图示)比基板电极21的边缘部21a要靠近内侧，在装载电子元器件25时从基板电极21挤压出的焊料糊料27的量减少，而焊料糊料27的总量不会显著减少，从而抑制焊球的产生。专利文献1 日本专利公开2002-359461号公报
发明内容
然而，在图13(a)、图13(b)所示的现有结构中，虽然能抑制印刷在基板电极21上的焊料糊料27在装载电子元器件25时被挤压到电子元器件25下部，但由于无法抑制助焊剂在SMT方式的工序中加热时进行流动的过热，因此，无法抑制焊料朝着电子元器件25下部流动。在助焊剂因过热而流动时，由于在绝缘基板20与电子元器件25之间，形成宽度为 100 μ m左右的空间S，因此，因毛细现象而对助焊剂产生向电子元器件25下部的力，使助焊剂流动。由此，基板电极21上的焊料朝着电子元器件25的下部流动。该焊料在凝固时存在于电子元器件25的旁边，从而生成焊球。这样一来，由于过热所引起的焊料的流动是产生焊球的主要原因，因此，在上述现有结构中，抑制焊球的效果不充分。本发明是用于解决上述现有的问题，其目的在于提供一种抑制助焊剂的过热所引起的焊料流动、抑制焊球的产生的安装结构体。为了达到上述目的，第一本发明是一种安装结构体，所述安装结构体包括绝缘基板，该绝缘基板在表面具有至少设置了一个间隙的基板电极、以及以包围所述基板电极的方式形成的抗蚀层；电子元器件，该电子元器件具有与所述基板电极进行电接合的电子元器件电极； 以及焊料糊料，该焊料糊料印刷在所述基板电极的表面上，用于所述基板电极和所述电子元器件电极的焊料接合，所述间隙具有以下关系 0 < h ( μ m)彡 χ ( μ m) +75 ( μ m)，此时，h ( μ m)表示所述间隙的宽度，X ( μ m)表示所述间隙的深度，所述间隙的宽度被定义为作为所述间隙的短边方向的尺寸，所述间隙形成为从位于所述电子元器件电极的下方的、所述基板电极的区域的端部或所述基板电极的区域的内侧到所述基板电极的外周侧面，所述间隙未到达位于所述电子元器件的下方的、所述基板电极的外周侧面。第二本发明是在上述第一本发明的安装结构体中，所述间隙的一端在所述基板电极的所述区域的所述端部、或所述基板电极的所述区域的所述内侧封闭，另一端在除了位于所述电子元器件的下方的所述基板电极的所述外周侧面之外的所述基板电极的外周侧面开放。第三本发明是在上述第二本发明的安装结构体中，所述电子元器件的外形呈长方体状，在所述电子元器件的长边方向的两端配置有所述电子元器件电极，所述间隙的所述另一端在与所述两端的所述电子元器件电极对应配置的一对的所述基板电极的各自的所述外周侧面上，彼此位于相反侧的位置。 第四本发明是在上述第三本发明的安装结构体中， 所述间隙形成为从所述一对的所述基板电极的各自的所述区域的所述内部到位于所述电子元器件的短边方向的中央位置的、沿所述长边方向的所述各自的外周侧面的所述相反侧的位置。第五本发明是在上述第一至第四的任一项本发明的安装结构体中，在所述基板电极中形成多个所述间隙。第六本发明是在上述第一至第四的任一项本发明的安装结构体中，所述间隙的所述深度相当于所述基板电极的厚度。第七本发明是在上述第一至第四的任一项本发明的安装结构体中，所述抗蚀层具有与所述间隙相对的第二间隙。根据上述结构，在间隙，因毛细现象而引起助焊剂的流动，能抑制助焊剂朝着电子元器件下部的空间流动。根据本发明，由于能抑制助焊剂因在SMT方式的工序中加热时的过热而朝着电子元器件下部流动，从而能抑制焊料朝着电子元器件下部流动，因此，起到能抑制焊球的产生的效果。
图1(a)是将本发明的实施方式1中的安装结构体的主要部分放大后的示意图的俯视图，图1(b)是其A-A，剖视图。图2是表示使本实施方式1的电极缺口部宽度发生变化时焊球产生率的变化的图。图3是表示本实施方式1的焊球产生率与所产生的焊球的最大直径的关系的图。图4是表示本发明的实施方式2中的电极缺口部宽度和焊球产生率的变化的图。图5是表示本实施方式1、2的电极缺口部深度与电极缺口部最大宽度的关系的图。图6是表示本发明的实施方式3中的电极缺口部长度和焊球产生率的变化的图。图7是表示本发明的实施方式4中的安装结构体的放大主要部分的俯视图。图8是表示本实施方式4的电极缺口部宽度和焊球产生率的变化的图。图9(a)、图9(b)是表示本实施方式的设置有多个电极缺口部的安装结构体的示例的图。图10(a) 图10(d)、图10(g)是表示本实施方式的设置有多个电极缺口部的安装结构体的其他示例的图，图10(e)、图10(f)是表示安装结构体的其他基板电极的示例的图。图11(a)、图11(b)是表示本实施方式的安装结构体中的电极缺口部的其他结构的剖视图。图12是表示在现有的安装结构体中产生了焊球的状态的主要部分放大图。图13(a)是表示现有的安装结构体的结构的侧视图，图13(b)是其俯视图。
具体实施例方式下面，参照附图，详细说明本发明的实施方式。(实施方式1)图1 (a)、图1 (b)是将本发明的实施方式1中的安装结构体的主要部分放大后的示
5意图，图1(a)是俯视图，图1(b)是A-A’剖视图。图1 (a)、图1 (b)中的安装结构体18包括在表面具有基板电极11和抗蚀层13的绝缘基板10、具有电子元器件电极16的电子元器件15、以及用于基板电极11和电子元器件电极16的焊料接合的焊料糊料17。基板电极11具有一个电极缺口部12。焊料糊料17 是对金属组成为Sn-3. 5Ag-0. 5Β -6. OIn、粒径为38 53 μ m的焊料混合IOwt %的助焊剂， 粘度约为200Pa · s。基板电极11通过在粘贴了铜箔的绝缘基板10上、将铜箔蚀刻加工成规定的图案来形成。基板电极11的厚度为35μπι。基板电极11的形状是长方形，基板电极11的尺寸以所装载的电子元器件15的方向来表示，长边轴方向为0. 7mm，短边轴方向为0. 9mm。另外， 如图1(a)所示，长边轴方向对应于长边轴A-A’的方向，短边轴方向对应于短边轴B-B’的方向。电极缺口部12通过利用化学蚀刻将基板电极11的一部分在厚度方向上完全去除来形成，其尺寸和宽度将在后面阐述。对于电极缺口部12的位置，利用装载了电子元器件 15的基板电极11的配置来进行说明。此外，电极缺口部12的宽度被定义为作为电极缺口部12的短边方向的尺寸(参照图1(a)中的h)。另外，本发明的间隙的一个示例相当于本实施方式的电极缺口部12。此外，本发明的间隙的宽度的一个示例相当于本实施方式的电极缺口部12的宽度h(y m)。此外，本发明的电子元器件的长边方向的一个示例相当于本实施方式的长边轴方向，本发明的电子元器件的短边方向的一个示例相当于本实施方式的短边轴方向。如图1(a)所示，从上方观察安装结构体18时，配置有电极缺口部12的位置在端点12a与端点12b之间，该端点1 在位于所装载的电子元器件15的电子元器件电极16 与基板电极11重叠以进行接合的区域的下方的、基板电极11的区域100(在图1(a)中为标注斜线的区域)的端部上，并在电子元器件15的长边轴A-A’上，该端点12b在长边轴 A-A'上的电子元器件15的外侧(位于电子元器件电极16与基板电极11重叠的区域的下方的、基板电极11的区域100的外侧)，并在基板电极11的外周的侧面上。电极缺口部12 设置成端点12b侧贯穿基板电极11的外周侧面，在长边轴A-A’方向电极缺口部12的长度为0. 3mm。此外，电极缺口部12的深度χ与基板电极11的厚度相同，为35 μ m。此外，由于电极缺口部12在端点12b贯穿基板电极11的侧面，因此，与在基板电极11的侧面与抗蚀层13之间产生的间隙110相连通。另外，虽然在图1(a)中示出该间隙110沿左右配置的一对四边形基板电极11的外侧的一边形成的情况，但并不限于此，间隙110也可以形成为包围基板电极11的外周侧面。这对于其他附图也是相同的。另外，本发明的间隙的一端的一个示例相当于本实施方式的端点12a，而本发明的间隙的另一端的一个示例相当于本实施方式的端点12b。此外，本发明的基板电极的区域一个示例相当于本实施方式的区域100。利用印刷机及厚度为150 μ m的金属掩模将焊料糊料17印刷在基板电极11及电极缺口部12上。利用1608尺寸的芯片电阻，由安装机来装载电子元器件15。
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利用大气压下的回流炉，将峰值温度加热到约为235°C，从而将电子元器件电极 16和基板电极11导通连接。图2是表示在本实施方式1中使电极缺口部12的宽度h(ym)变化时、焊球的产生率(％ )的变化的图。在(表1)示出本实施方式1中准备的电极缺口部12的宽度h(ym)和焊球产生率(％ )。[表1]
电极缺口部宽度(μιη)608090100110120焊球产生率(％)000102025图3是表示本实施方式1中的焊球产生率与所产生的焊球中的最大焊球的直径的关系的图。在(表2)中示出图3所示的值。[表 2]
焊球产生率(％ )102030焊球直径(μ m)75141231如图3所示，焊球的产生率越高，越容易产生直径较大的焊球。此外，在现有例中，所产生的焊球中的最大焊球的直径约为210μπι。由于当前一般使用的BGA(Ball Grid Array 球栅阵列)元器件的端子间隔的最小值为200 μ m左右，因此，当产生该间隔以上的焊球时，发生短路的可能性变大。因此，将本发明产生效果的焊球产生率的上限值设为不会产生200 μ m以上的焊球的20%以下。如图2所示，若电极缺口部12的宽度在90 120 μ m之间，则随着电极缺口部12 的宽度h变小，焊球产生率变低，在电极缺口部12的宽度h为110 μ m以下的情况下，本发明产生效果，在电极缺口部12的宽度h为90 μ m以下的情况下，焊球产生率成为0%。根据图2的结果，在本实施方式1中，为了抑制焊球，需要将电极缺口部12的宽度 h设定为110 μ m以下，特别是，优选设定为90 μ m以下(但是，去除未设置电极缺口部12的情况即0 μ m)。在图2中，将表示焊球产生率为20 %的线条用虚线200来表示，将表示未形成有电极缺口部的情况下的焊球产生率(30%)用实线210来表示以作为参考。对于图4、图8也相同。根据上述结构，当助焊剂因SMT加热时的过热而流动时，毛细现象所产生的力作用于电极缺口部12附近的助焊剂，从存在于电极缺口部12的周边部的助焊剂依次引入到电极缺口部12。其结果是，助焊剂朝着电极缺口部12的方向流动，抑制助焊剂因过热而朝着电子元器件15下部的空间S流动，并抑制随之而来的焊料的流动。另外，沿电极缺口部12产生的助焊剂的流动是从端点12a向间隙110移动。如上所述，根据本实施方式1的安装结构体18，由于能抑制焊料朝着电子元器件 15的下部流动，因此，能抑制焊球的产生。(实施方式2)在本发明的实施方式2中，说明将在上述实施方式1中设定为35 μ m的基板电极 11的厚度变更为105 μ m的情况。
此夕卜，电极缺口部12的深度χ与基板电极11的厚度相同，为105 μ m。与上述实施方式1相同，如图1(a)所示，从上方观察安装结构体18时，配置有电极缺口部12的位置在端点1 与端点12b之间，该端点1 在位于所装载的电子元器件15的电子元器件电极 16与基板电极11重叠的区域的下方的、基板电极11的区域100的端部上，并在电子元器件 15的长边轴A-A’上，该端点12b在长边轴A-A’上的电子元器件15的外侧，并在基板电极 11的外周的侧面上。电极缺口部12设置成端点12b侧贯穿基板电极11的外周侧面，在长边轴A-A’方向电极缺口部12的长度为0. 3mm。图4是表示在本实施方式2中使电极缺口部12的宽度h(ym)变化时、焊球的产生率(％ )的变化的图。在(表3)示出本实施方式2中准备的电极缺口部12的宽度h( μ m)和焊球产生率(％ )。[表 3]
电极缺口部宽度(um)80100110120130140150160170180190200210220焊球产生率(％ )000005510101520252525与实施方式1的情况相同，本发明产生效果的焊球产生率的基准值为20%以下。如图4所示，若电极缺口部12的宽度h在130 210 μ m之间，则随着电极缺口部 12的宽度h变小，焊球产生率变低，在电极缺口部12的宽度h为190 μ m以下的情况下，本发明产生效果，在电极缺口部12的宽度h为130μπι以下的情况下，焊球产生率成为0%。根据图4的结果，在本实施方式2中，为了抑制焊球，需要将电极缺口部12的宽度 h设定为190 μ m以下，特别是，优选设定为130 μ m以下。图5是表示本实施方式1、2中的电极缺口部12的深度χ与本发明产生效果的电极缺口部12的最大宽度h之间的关系的图。如图5所示，在电极缺口部12的深度χ为35 μ m的情况下，电极缺口部12的最大宽度h为110 μ m (参照图5的A点(35，110))，在电极缺口部12的深度χ为105 μ m的情况下，电极缺口部12的最大宽度h为190 μ m(参照图5的B点(105，190))。电极缺口部12的深度χ越大，电极缺口部12的与宽度方向(图1的短边轴B_B’ 的方向)平行的剖面的面积越大。因此，毛细现象所产生的使助焊剂朝着电极缺口部12的方向流动的作用变大，能将本发明产生效果的电极缺口部12的宽度h设计得更大。根据图5，对于电极缺口部12的个数是一个的情况，当基板电极的厚度范围为一般的9 μ m以上、1000 μ m以下时，在电极缺口部12的宽度h ( μ m)和深度χ ( μ m)具有下式 (1)0 < h ( μ m) ^ χ ( μ m) +75 ( μ m)......(1)的关系的情况下，本发明产生效果。即，图5所示的直线300是通过A点(35，110)和B点(105，190)、与纵轴(表示电极缺口部宽度h的轴)的截距为75(μπι)的直线，具有下式O)h ( μ m) = χ ( μ m) +75 ( μ m)......(2)的关系。因而，将纵轴作为基准，若是在满足式O)的直线300的下方区域存在的、电极缺口部12的宽度h(ym)与深度x(ym)的组合，则本发明产生效果。
(实施方式3)在本发明的实施方式3中，说明使图1中说明过的电极缺口部12的端点12a的位置发生变化的情况。此外，电极缺口部12的另一端点12b的位置与实施方式1、2相同。因而，由于电极缺口部12的长度由电极缺口部12的端点1 的位置来确定，在下面的说明中，用电极缺口部12的长度来表示电极缺口部12的端点12a的位置。另外，本实施方式3的电极缺口部12的深度χ与基板电极11的厚度相同，为 35 μ m, ^ith 力 80ym。图6是表示本实施方式3中的电极缺口部12的长度和焊球产生率的变化的图。当电极缺口部12在长边轴A-A’方向上的长度为0.3mm时(参照图1的安装结构体18)，电极缺口部12的端点1 位于电子元器件电极16的端部的下方。此外，如图6中的安装结构体180b所示，当电极缺口部12的长度为0. 7mm时，电极缺口部12的端点1 处于将基板电极11的外周侧面贯穿的状态。此外，在图6中的安装结构体180a中，电极缺口部12的长度为大于0. 3mm且小于 0. 7mm的值，在图6中的安装结构体180c中，电极缺口部12的长度在0 0. 2mm之间。在(表4)示出本实施方式3中准备的电极缺口部12的长度和焊球产生率。[表4]
权利要求
1.一种安装结构体，其特征在于，包括绝缘基板，该绝缘基板在表面具有至少设置了一个间隙的基板电极、以及以包围所述基板电极的方式形成的抗蚀层；电子元器件，该电子元器件具有与所述基板电极进行电接合的电子元器件电极；以及焊料糊料，该焊料糊料印刷在所述基板电极的表面上，用于所述基板电极和所述电子元器件电极的焊料接合， 所述间隙具有以下关系 0 < h ( μ m)彡 χ ( μ m) +75 ( μ m),此时，h(ym)表示所述间隙的宽度，χ(μ m)表示所述间隙的深度， 所述间隙的宽度被定义为作为所述间隙的短边方向的尺寸，所述间隙形成为从位于所述电子元器件电极的下方的、所述基板电极的区域的端部或所述基板电极的区域的内侧到所述基板电极的外周侧面，所述间隙未到达位于所述电子元器件的下方的、所述基板电极的外周侧面。
2.如权利要求1所述的安装结构体，其特征在于，所述间隙的一端在所述基板电极的所述区域的所述端部、或所述基板电极的所述区域的所述内侧封闭，另一端在除了位于所述电子元器件的下方的所述基板电极的所述外周侧面之外的所述基板电极的外周侧面开放。
3.如权利要求2所述的安装结构体，其特征在于，所述电子元器件的外形呈长方体状，在所述电子元器件的长边方向的两端配置有所述电子元器件电极，所述间隙的所述另一端在与所述两端的所述电子元器件电极对应配置的一对的所述基板电极的各自的所述外周侧面上，彼此位于相反侧的位置。
4.如权利要求3所述的安装结构体，其特征在于，所述间隙形成为从所述一对的所述基板电极的各自的所述区域的所述内部到位于所述电子元器件的短边方向的中央位置的、沿所述长边方向的所述各自的外周侧面的所述相反侧的位置。
5.如权利要求1至4的任一项所述的安装结构体，其特征在于， 在所述基板电极中形成多个所述间隙。
6.如权利要求1至4的任一项所述的安装结构体，其特征在于， 所述间隙的所述深度相当于所述基板电极的厚度。
7.如权利要求1至4的任一项所述的安装结构体，其特征在于， 所述抗蚀层具有与所述间隙相对的第二间隙。
全文摘要
本发明公开的安装结构体在利用SMT方式制作安装结构体时，抑制助焊剂的过热所引起的焊料流动，抑制焊球的产生。安装结构体(18)包括具有至少设置了一个电极缺口部(12)的基板电极(11)和抗蚀层(13)的绝缘基板(10)、具有与基板电极进行电接合的电子元器件电极(16)的电子元器件(15)、以及配置在基板电极的表面上以用于基板电极和电子元器件电极的焊料接合的焊料糊料(17)，在设电极缺口部的宽度为h、深度为x时，电极缺口部(12)具有0＜h(μm)≤x(μm)+75(μm)的关系，电极缺口部(12)形成为从位于电子元器件电极的下方的、基板电极的区域(100)的端部或基板电极的区域(100)的内侧到基板电极的外周侧面，电极缺口部(12)未到达位于电子元器件的下方的、基板电极的外周侧面。
文档编号H05K13/04GK102281751SQ201110138310
公开日2011年12月14日 申请日期2011年5月18日 优先权日2010年5月20日
发明者古泽彰男, 日根清裕, 酒谷茂昭 申请人:松下电器产业株式会社