表面安装基板的制作方法
【专利摘要】本发明在使用无铅焊料对电子部件进行表面安装的表面安装基板中，提供能够抑制热循环应力和外部应力导致的电子部件的破裂和接合部的破裂产生的表面安装基板。一种使用无铅焊料对电子部件(4)、(5)进行表面安装的表面安装基板(1)，在电子部件(4)、(5)的基板接合部的附近形成有应力缓和部(11a)、(11b)、(16)。
【专利说明】表面安装基板
【技术领域】
[0001]本发明涉及使用无铅焊料对电子部件进行表面安装的表面安装基板。
【背景技术】
[0002]这种表面安装基板在对电子部件进行无铅焊接时，由于在热循环环境中的向芯片部件的焊料接合部的应力集中和大型部件附近的芯片部件的焊料残留应力，容易产生焊料接合部的应力破裂和部件破裂。由于组装时的基板翘曲、变形，容易对芯片部件施加应力，产生部件破损和焊料接合部的破裂。
[0003]因此，在使用利用矩阵状配置的多个焊料球连接半导体元件和印刷配线板的BGA方式、CSP方式时，形成印刷配线板的环氧树脂、玻璃环氧树脂的线膨胀系数与形成半导体元件的由硅构成的IC芯片的线膨胀系数相比，约大10倍左右。
[0004]因此，当印刷配线板在焊料回流工序等加热冷却工序中被暴露于200度以上的高温时，相对于包括线膨胀系数小的IC芯片的半导体元件的延展，印刷配线板的延展更大。由于该线膨胀系数的差，印刷配线板大幅翘曲，由此对焊料球施加大的应力。因此，在焊料球产生裂纹或半导体元件与印刷配线板的接合脱离。此外，在组装入产品之后，由于伴随电源开闭(0N/0FF)的热循环，在焊料球蓄积应力，导致最终会断裂。
[0005]为了仅降低在由于该线膨胀的差而被施加最大的应力的焊料球所产生的接合应力，提案有专利文献I中记载的多层印刷基板。
[0006]S卩，多层印刷基板是，在包括多个叠层树脂层和在多个树脂层的边界面形成的多个配线图案层的多层印刷配线板中，在最外层的树脂层配置有经由焊料安装半导体元件的多个连接盘。此外，配线图案层的至少一层为开口部形成为网状的网状开口图案层。而且，使开口部中伴随上述半导体元件和多层印刷配线板的热变形而应力最集中的焊料所接合的连接盘的、位于下部的区域的开口部的尺寸比其它区域的开口部的尺寸大。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:日本特开2006-13455号公报
【发明内容】
[0010]发明所要解决的问题
[0011]因此，在上述专利文献I中记载的现有例中，使位于应力最集中的焊料球所连接的连接盘的下部的区域的、形成有网状开口部的配线图案层的开口部的尺寸比其它区域的开口部大。因此，能够仅使与应力最集中的焊料球对应的内层的热膨胀系数降低。
[0012]但是，在上述现有例中，虽然能够抑制形成印刷配线板的环氧树脂或玻璃环氧树脂的线膨胀系数与形成半导体元件的由硅构成的IC芯片的线膨胀系数之差，但是仅限于能够确定应力最集中的焊料球的情况，存在在不使用焊料球的无铅焊料中不能使用的未解决的问题。
[0013]因此，本发明着眼于上述现有例的未解决的问题而提出，其目的在于，提供使用无铅焊料对电子部件进行表面安装的表面安装基板中，能够抑制由热循环应力、外部应力引起的电子部件的破裂和接合部的破裂发生的表面安装基板。
[0014]用于解决问题的技术方案
[0015]为了达到上述目的，本发明的表面安装基板的第一方式是使用无铅焊料对电子部件进行表面安装的表面安装基板。该表面安装基板在电子部件的基板接合部的附近形成有应力缓和部。
[0016]根据该第一方式，在安装于表面安装基板的电子部件的基板接合部的附近形成有应力缓和部，因此，能够利用该应力缓和部将对电子部件的基板接合部作用的应力分断，降低对基板接合部和经由基板接合部对电子部件作用的应力，提高接合部的连接可靠性。
[0017]此外，本发明的表面安装基板的第二方式为，上述应力缓和部由至少贯通安装电子部件的表面层的贯通孔构成。
[0018]根据该第二方式，在表面安装基板由一个基板构成的情况下，形成贯通该基板的贯通孔，在表面安装基板由多层基板构成的情况下，形成贯通表面安装有电子部件的表面层的贯通孔。由此，能够利用贯通孔将对电子部件的基板接合部作用的应力分断，降低作用于强度较弱的芯片部件和基板接合部的应力。
[0019]此外，本发明的表面安装基板的第三方式为，上述贯通孔由圆形孔和长孔中的任一种孔形成。
[0020]根据该第三方式，贯通孔由圆形孔和长圆孔中的任一种孔形成，因此，如果为圆形孔，则能够利用钻头进行穿透设置，能够容易地进行贯通孔的形成。如果为长圆孔，则能够分断对大的电子部件作用的应力、在固定螺纹件安装部产生的应力。
[0021]此外，本发明的表面安装基板的第四方式为，上述应力缓和部在紧固至固定部的固定螺纹件安装部与电磁部件的接合部之间形成。
[0022]根据该第四方式，能够利用应力缓和部缓和在利用固定螺纹件安装部将固定螺纹件紧固时产生的应力，能够降低作用于固定螺纹件安装部的周围的电子部件的基板接合部的应力。
[0023]发明效果
[0024]根据本发明，因为在表面安装基板的电子部件的基板接合部的附近形成有应力缓和部，所以能够缓和基板接合部、经由基板接合部传达至电子部件的应力，提高无铅焊料接合部的连接可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是表示本发明的表面安装基板的平面图。
[0026]图2是图1的A-A线上的截面图。
【具体实施方式】
[0027]以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。
[0028]图1是表示本发明的表面安装基板的平面图，图2是图1的A-A线上的截面图。
[0029]图中，I是表面安装有电子部件的由一个基板形成的表面安装基板，该电子部件例如构成驱动电磁接触器的电磁体单元的驱动电路。该表面安装基板I在形成于表面(正面)的连接盘2和3回流焊有例如由整流二极管、肖特基二极管、电场效应晶体管等半导体部件构成的大型部件4，并且回流焊有电阻、电容器、线圈等芯片部件5。
[0030]此处，在回流焊中，首先在成为表面安装基板I的部件安装部的连接盘2和3预先丝网印刷无铅焊料膏。此处，对大型部件4，在成为安装面的下表面的整个面配置无铅焊料膏6。此外，对芯片部件5，在与轴向两端的电极部5a、5b相对的位置配置无铅焊料膏7。[0031 ] 之后，在无铅焊料膏6和7上装载大型部件4和芯片部件5之后利用回流炉进行加热。此时，在回流炉中进行预热和主加热。关于预热，为了进行对部件的急剧的热冲击的缓和、焊剂的活性化促进、有机溶剂的气化等，将基板和部件一般从150°C预热至170°C左右。之后，进行直至焊料熔化的温度的短时间高温的(一般从220°C至260°C)主加热。在该主加热中，熔融温度根据焊料成分组成的不同而不同，在无铅焊料的情况下需要达到高温。
[0032]而且，在表面安装基板1，在大型部件4的附近、芯片部件5的电极间，形成有作为应力缓和部的贯通孔11。作为该贯通孔11，如图1所示，由圆形孔11a、长圆形孔Ilb中的任一个构成均可，与要缓和的应力相应地设定圆形孔Ila和数量和长圆形孔Ilb的长度。
[0033]进一步，在表面安装基板I的例如四个角部，形成有螺纹件插通孔12。将表面安装基板I载置在基板安装部13上。即，在基板安装部13，与表面安装基板I的螺纹件插通孔12相对地形成有雌螺纹部14。在使该雌螺纹部14与表面安装基板I的螺纹件插通孔12一致的状态下，从表面安装基板I的上方将固定螺纹件15插通在螺纹件插通孔12中，与雌螺纹部14螺纹接合并紧固，由此表面安装基板I被固定在基板安装部13。
[0034]从而，因为产生固定螺纹件15的紧固引起的外部应力，所以在该螺纹件插通孔12与其附近的大型部件4或芯片部件5之间形成有作为应力缓和部的长圆形孔16。
[0035]于是，安装有大型部件4和芯片部件5的表面安装基板I安装于例如被插入高电压/高电流的直流电流通路的电磁接触器内，在严酷的热循环环境下控制通电。
[0036]接着，对上述实施方式的动作进行说明。
[0037]首先，在表面安装基板1，在预先形成通孔(未图示)时或另外作用有应力的位置，即大型部件4的周围、芯片部件5的电极部5a、5b间，穿透设置有圆形孔Ila或长圆形孔Ilb,并且在螺纹件插通孔12与其附近的大型部件4或芯片部件5之间也穿透设置有长圆形孔16。
[0038]之后或在此之前在表面安装基板I形成包括铜制的连接盘的配线图案。
[0039]在对大型部件4和芯片部件5进行表面安装的安装面丝网印刷无铅焊料膏6和7。
[0040]之后，在被丝网印刷的无铅焊料膏6和7上装载大型部件4和芯片部件5之后输送至回流炉，进行预热和主加热之后进行冷却，由此进行回流焊，将大型部件4和芯片部件5焊接于表面安装基板I。
[0041]这样，表面安装有大型部件4和芯片部件5的表面安装基板I被配置在被插入高电压/高电流的直流电流通路的电磁接触器内，该电磁接触器被放置于汽车等周围环境的温度变化较大的热循环环境中。
[0042]因此，在热循环环境中的芯片部件5的焊料接合部9产生图2中以标记X表示的应力集中。此外，大型部件4的焊料接合部8的焊料残留应力如图2中以标记Y所示那样对附近的芯片部件5的焊料接合部9产生作用。
[0043]但是，在表面安装基板1，在应力产生的位置，形成有包括规定数量的圆形孔Ila或规定长度的长圆形孔Ilb的贯通孔11，因此，例如关于对芯片部件5作用的拉伸芯片部件5的方向的应力，能够使应力集中于在焊接电极部5a和5b的连接盘3间形成的圆形孔Ila或长圆形孔11b，使对芯片部件5及其焊料接合部9作用的应力缓和。
[0044]同样，关于对大型部件4的焊料接合部8的焊料残留应力，也能够使应力集中在配置于其周围的圆形孔IIa或长圆形孔I Ib,使对芯片部件5及其焊料接合部9作用的应力缓和。
[0045]进一步，在将表面安装基板I固定于基板安装部13时，产生使固定螺纹件15通过螺纹件插通孔12与形成于基板安装部13的雌螺纹部14螺纹结合而进行紧固所导致的外部原因引起的外部应力。关于该外部应力，也因为在螺纹件插通孔12与其附近的大型部件4或芯片部件5之间形成有长圆形孔16，所以能够使应力集中于该长圆形孔16，使对大型部件4或芯片部件5作用的外部应力缓和。
[0046]同样，关于在表面安装基板I的成形时产生的翘曲所引起的应力，也能够通过设置于大型部件4和芯片部件5的周围或内侧的圆形孔Ila和长圆形孔Ilb来缓和。
[0047]这样，在上述实施方式中，在对安装在表面安装基板I的大型部件4和芯片部件5产生作用的应力的产生位置形成有圆形孔11a、长圆形孔Ilb和16。利用这些圆形孔11a、长圆形孔Ilb和16构成应力缓和部，能够缓和对大型部件4和芯片部件5及其焊料接合部9作用的应力。
[0048]因此，即使例如在汽车那样的外部环境的温度变化剧烈的热循环环境中使用时，也能够提高耐热循环性。此外，能够利用应力缓和部将表面安装基板I的翘曲、变形、焊料残留应力等应力分断，能够可靠地防止在大型部件和芯片部件及其焊料接合部产生破裂和破损。
[0049]另外，在上述实施方式中，对表面安装基板I由一个基板构成的情况进行了说明，但是并不限定于此，在表面安装基板I由多层基板形成的情况下，仅在安装大型部件4和芯片部件5的表面层形成应力缓和部即可。
[0050]此外，在上述实施方式中，对仅在表面安装基板I的表面安装大型部件4和芯片部件5的情况进行了说明，但是并不限定于此，也可以仅在表面安装基板I的背面或在表面安装基板I的表面背面这两面安装大型部件4或芯片部件5。
[0051]进一步，在上述实施方式中，对使用长圆形孔Ilb作为应力缓和部的情况进行了说明，但是并不限定于此，也可以代替圆形孔形成椭圆孔或代替长圆形孔Ilb形成狭缝孔。总之，只要为实现应力缓和的孔形状就能够使用任意的孔形状。
[0052]此外，在上述实施方式中，对构成应力缓和部的长圆形孔Ilb呈直线状延长的情况进行了说明，但是并不限定于此，能够形成为圆弧状或L字形等任意的形状。
[0053]产业上的可利用性
[0054]根据本发明，因为在表面安装基板的电子部件的基板接合部的附近形成有应力缓和部，所以在使用无铅焊料对电子部件进行表面安装的表面安装基板中，能够提供抑制热循环应力和外部应力导致的电子部件的破裂和接合部的破裂产生的表面安装基板。
[0055]附图标记的说明
[0056]I……表面安装基板；2、3……连接盘；4……大型部件；5……芯片部件；6、7……无铅焊料膏；11……贯通孔；lla……圆形孔；llb……长圆形孔；12……螺纹件插通孔；13……基板安装部；14……雌螺纹部；15……固定螺纹件；16……长圆形孔。
【权利要求】
1.一种表面安装基板，其使用无铅焊料对电子部件进行表面安装，该表面安装基板的特征在于: 在用于接合电子部件的基板接合部的附近形成有应力缓和部。
2.如权利要求1所述的表面安装基板，其特征在于: 所述应力缓和部由至少贯通用于安装电子部件的表面层的贯通孔构成。
3.如权利要求2所述的表面安装基板，其特征在于: 所述贯通孔由圆形孔和长孔中的任一种孔形成。
4.如权利要求1?3中任一项所述的表面安装基板，其特征在于: 所述应力缓和部在用于将螺纹件紧固于固定部的固定螺纹件安装部与电磁部件的接合部之间形成。
【文档编号】H05K1/02GK104247581SQ201380019078
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年4月11日 优先权日:2012年5月11日
【发明者】冈本幸吉, 田口贵裕 申请人:富士电机机器制御株式会社