JP2000244105A - 電子部品の実装構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 対向する電子部品の電極部と回路基板の導体
部との間に導電接着剤を介在させ、これら電極部と導体
部とを電気的に接続するようにした電子部品の実装構造
において、導電性接着剤に発生する応力を低減しクラッ
クの発生を抑制する。 【解決手段】 チップコンデンサ等の電子部品１の電極
部２と回路基板３の導体部４とが対向する間に存在する
Ａｇペースト等の導電性接着剤５の体積をＭ１とし、そ
れ以外の部分にはみ出し部として存在する導電性接着剤
５の体積をＭ２としたとき、体積Ｍ２を体積Ｍ１の８倍
以下に少なくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、対向する電子部品
の電極部と回路基板の導体部との間に、導電接着剤を介
在させ、これら電極部と導体部とを電気的に接続するよ
うにした電子部品の実装構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、セラミック基板等の回路基板上に
おける電子部品（コンデンサ部品等）の接続手法におい
て、環境対応及び製造コスト低減の観点から、はんだ材
料を使用する接続からＡｇペースト等の導電性接着剤を
用いた接続が採用されるようになってきた。Ａｇペース
トを用いた一般的な接続方法をコンデンサ部品を例にと
って示すと、図５（ａ）、（ｂ）のようになる。

【０００３】基板Ｊ１上の導体ランドＪ２上にＡｇペー
ストＪ３を印刷手法により形成する（図５（ａ））。次
に、図５（ｂ）に示す様に、コンデンサ部品Ｊ４を図中
の白抜き矢印方向に所定の荷重をかけながら搭載し、加
熱によりＡｇペーストＪ３を硬化させる。このような形
成手法により接続された部品接続部の断面構造を図６に
示す。

【０００４】ＡｇペーストＪ３は、部品Ｊ４の電極Ｊ５
と導体ランドＪ２間の導通をとるために、一般にエポキ
シ樹脂Ｊ６中にＡｇフィラーＪ７が分散された構造とな
っている。また、ＡｇペーストＪ３は、部品Ｊ４搭載時
の荷重印加により、電極Ｊ５下部（電極Ｊ５と導体ラン
ドＪ２との対向する間）からはみ出した形となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記図６に示す構造に
おける導電性出現機構は、ＡｇペーストＪ３の硬化時に
おいて、エポキシ樹脂Ｊ６が硬化収縮をおこし、Ａｇフ
ィラーＪ７同士が接触することで発生する。しかしなが
ら、この収縮力が大きすぎると樹脂Ｊ６の内部に応力が
残留する。また、部品Ｊ４と基板Ｊ１との熱膨張係数の
差によって熱ストレス環境下においても応力が発生す
る。

【０００６】この応力によって、図７に示すように、Ａ
ｇペーストＪ３にはクラックＪ８が発生し、最悪の場
合、オープン不良に至る。応力発生については、本発明
者等がシミュレーションを行ってみたところ、実際の破
壊箇所に応力集中が発生していることが確認された。本
発明は上記問題に鑑み、対向する電子部品の電極部と回
路基板の導体部との間に導電接着剤を介在させ、これら
電極部と導体部とを電気的に接続するようにした電子部
品の実装構造において、導電性接着剤に発生する応力を
低減しクラックの発生を抑制することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記図５〜図
７に示したＡｇペースト接続部の断面構造に対して、導
電性出現機構と応力発生機構の２つの観点から以下に述
べるような検討を行い、「導電性が部品Ｊ４の電極Ｊ５
下部に存在するＡｇペーストＪ３によって、主に出現し
ていること」及び「応力低減のためには電極Ｊ５下部以
外に存在するＡｇペーストＪ３の量は基本的に少ない方
がよいこと」を見い出し、接続部のＡｇペーストＪ３の
存在形態を規定することによって熱ストレス環境下での
部品の接続寿命を確保するものである。

【０００８】上記検討内容について述べる。導電性が部
品Ｊ４の電極Ｊ５下部に存在するＡｇペーストＪ３から
主に出現している理由は、図８に示す様に、電極Ｊ５下
部付近のＡｇフィラーＪ７密度が外側部に比べて密にな
っていることによる。この密になっている理由は部品Ｊ
４の搭載時に荷重が加えられることによって、電極Ｊ５
下部のＡｇペーストＪ３が押しつぶされ、Ａｇフィラー
Ｊ７が垂直方向に堆積された構造となり、Ａｇフィラー
Ｊ７同士の接点数が増大するためである。

【０００９】このことについての裏付けは、図９（ａ）
に示すように、側面の電極Ｊ５と導通するＡｇペースト
Ｊ３の量（図９（ｂ）に示すフィレット高さＦＨ）が変
わっても導電性が増加しない（接続抵抗が変化しない）
ことからも示される。このように、部品Ｊ４の電極Ｊ５
下部以外のはみ出し部分に存在するＡｇペーストＪ３
は、導電性にはほとんど寄与していない。また、電極Ｊ
５下部に存在するＡｇペーストＪ３の量は少ない方が好
ましく、実験的に確認したところでは、電極Ｊ５下部に
存在するＡｇペーストＪ３の厚さが１０μｍ以下が好適
な形態である。

【００１０】さらに言うならば、応力発生を緩和するた
めには、電極Ｊ５下部以外のはみ出し部分のＡｇペース
トＪ３が存在しない方が良い。その理由は以下による。
ＡｇペーストＪ３が硬化時の収縮をする際には、図１０
に示す様に、電極Ｊ５下部以外の部分におけるＡｇペー
ストＪ３は、その中心にむかって収縮する。従って、応
力は体積の大きいはみ出し部分で大きくＡ部及びＢ部が
最大となる。熱ストレス環境下でも同様の応力は発生す
る。このことから、電極Ｊ５下部以外のＡｇペーストＪ
３は初期における接合強度確保のため以外には不要であ
る。

【００１１】請求項１ないし請求項３記載の発明は、上
記検討に基づいてなされたものである。即ち、請求項１
記載の実装構造では、対向する電子部品（１）の電極部
（２）と回路基板（３）の導体部（４）との間に導電接
着剤（５）を介在させ、これら電極部と導体部とを電気
的に接続する場合に、該電極部と該導体部とが対向する
間に存在する該導電性接着剤（５ａ）の体積をＭ１と
し、それ以外の部分に存在する該導電性接着剤（５ｂ）
の体積をＭ２としたとき、体積Ｍ２を体積Ｍ１の８倍以
下に少なくしたことを特徴としている。

【００１２】本発明によれば、電子部品の電極部の下部
以外に存在する導電性接着剤の量を低減することによっ
て導電性接着剤に発生する応力を低減できるため、導電
性接着剤の硬化時及び熱ストレス環境下（例えば、−４
０℃と１５０℃とを各３０分、１０００サイクル行う気
相冷熱サイクル試験）において、クラック未発生である
ことを実験的に確認できた。

【００１３】また、上記体積Ｍ２は、請求項２記載の発
明のように、上記体積Ｍ１の４倍以下に少なくすること
が好ましい。さらには、請求項３記載の発明のように、
導電性接着剤（５）は、電極部（２）と導体部（４）と
が対向する間にのみ存在することがより好ましい。な
お、上記した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の
具体的手段との対応関係を示す一例である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１は本発明の電子部品の実装構造
の一実施形態を示す概略断面図で、対向する電子部品１
の電極部２と回路基板３の導体部４との間に導電接着剤
（図１中、ハッチング図示）５を介在させ、これら電極
部２と導体部４とを電気的に接続するようにした例であ
る。

【００１５】ここで、実装される電子部品（実装部品）
１としては、本例では電極部２の材質がＡｇ−Ｐｄであ
る３２１６型積層セラミックチップコンデンサを適用し
ているが、その他、電子部品１としては、抵抗素子、半
導体チップ、抵抗チップ、矩形モールドコンデンサ、チ
ップコイル、水晶振動子等に電極の付いたものが挙げら
れる。

【００１６】また、電子部品１の電極部２としては、Ａ
ｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉ等の厚膜やＮ
ｉ、Ｓｎ、Ｓｎ−Ｐｂ、Ｃｕ等のめっき等より構成でき
る。なお、電極部２は、回路基板３の導体部４と対向す
る対向電極部２ａと、この対向電極部２ａと導通しチッ
プコンデンサ１の側面に位置する側面電極部２ｂとから
なるが、側面電極部２ｂはそもそもはんだ付けを前提と
して作られた電子部品のはんだ接続を確保するために存
在するものである。

【００１７】回路基板３はセラミックや樹脂等より構成
できるが、本例ではセラミック基板としている。回路基
板３上に形成された導体部（導体ランド）４は、Ｃｕ厚
膜、Ｃｕめっき、Ａｇ厚膜、Ａｇ−Ｐｔ厚膜、Ｎｉめっ
き、Ａｕめっき、Ａｕ厚膜、Ａｇ−Ｐｄ厚膜等より構成
できる。また、導電性接着剤３は、熱硬化製の樹脂ペー
ストに導電性のフィラーが分散され、ペースト状態で印
刷等により塗布し、加熱硬化させるものを用いることが
できる。

【００１８】そのようなものとしては、ペーストとして
エポキシ樹脂材料であって、このエポキシ樹脂材料中に
Ａｇフィラーが分散されたＡｇペーストが挙げられる。
本例では該Ａｇペーストを導電性接着剤５に採用してい
る。なお、導電性接着剤５のフィラー成分としては、Ｎ
ｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ−Ｐｄ等でもよい。ここで、図２
は図１を回路基板３の実装面上方からみたもの（図１
中、Ａ矢視）で、硬化された導電性接着剤（Ａｇペース
ト）５の詳細配置を示したものである。図２中、対向電
極部２ａ（二点鎖線にて図示）、導電性接着剤５、導体
部４のみ示す。

【００１９】図１および図２に示す様に、導電性接着剤
５は、電極部２の下部に存在する部分とそれ以外に存在
する部分、即ち、電極部２の対向電極部２ａと導体部４
とが対向する間に存在する対向間部（図２中、クロスハ
ッチングで図示）５ａと、この対向間部５ａからはみ出
した部分であるはみ出し部（図２中、片側ハッチングで
図示）５ｂとの領域に区別される。

【００２０】そして、硬化された導電性接着剤５におい
て対向間部５ａの体積をＭ１とし、それ以外の部分に存
在するはみ出し部５ｂの体積をＭ２としたとき、体積Ｍ
２は、体積Ｍ１の８倍以下に少なくした構成としてい
る。つまり、電子部品１の電極部２下部以外に存在する
導電性接着剤５の量を低減することによって、硬化時及
び熱ストレス環境下における導電性接着剤５に発生する
応力を低減し、クラック発生を抑制する。本例では、Ｍ
１：Ｍ２の比が１：４となるようにしている。

【００２１】上記例に示した本実施形態の電子部品の実
装方法について、次に述べる。セラミック（基板）上に
導体部（導体ランド）４としてのＡｇ電極が施された回
路基板３を用意した。Ａｇ電極は厚膜手法により形成
し、本例では膜厚は１０μｍとした。ここで、図３は、
図２と同様、回路基板３の実装面上方からみたもので、
本例における導体部４の平面形状を示す図である。図３
中の寸法の単位はｍｍ（ミリ）である。

【００２２】次に、スクリーン印刷手法を用いて、ペー
スト状の導電性接着剤（Ａｇペースト）５を導体部４上
に形成した（導電性接着剤印刷工程））。図４は印刷の
寸法例を示す説明図であり、この印刷工程の後、導体部
４に対して電子部品１の電極部２が、二点鎖線に示す様
に配置される。本例の３２１６型積層セラミックチップ
コンデンサの場合、電極部２は、ａ１が０．５５ｍｍ、
ａ２が１．６ｍｍの矩形の投影面（導体部４に対する）
を有するＡｇ−Ｐｄ厚膜である。

【００２３】この印刷工程において本例では、図４に示
す寸法ｃ３を０．１ｍｍとした。つまり、導電性接着剤
５の印刷領域Ｋは、その領域の外周が電極部２の投影面
よりも０．１ｍｍだけ内側になるように転写した（図４
中、ｃ１が０．３５ｍｍ、ｃ２が１．４ｍｍ）。印刷に
は、厚さ７０μｍのステンレスメタルマスクを用い、印
圧０．１Ｎ、スキージ速度３０ｍｍ／ｓにて行った。

【００２４】なお、本例のＡｇペースト材料は、上記の
ように、エポキシ樹脂材料に、Ａｇフィラーを分散した
ものである。次に、電子部品（チップコンデンサ）１の
電極部２（対向電極部２ａ）と回路基板３の導体部４と
を対向させ、電極部２をペースト状の導電性接着剤５に
加圧しつつ押しつけることにより、電子部品１を回路基
板３に搭載する（電子部品搭載工程）。本例では、搭載
は、１Ｎの荷重で０．５秒間押し付けることにより行っ
た。

【００２５】続いて、ペースト状の導電性接着剤５を加
熱して硬化させ、電子部品１を回路基板３に固定する
（導電性接着剤硬化工程）。本例の導電性接着剤５の硬
化は、Ｎ₂ ガス中にて１５０℃、１０分間の加熱処理を
行った。こうして、図１に示す様な電子部品の実装構造
が出来上がる。本例の実装方法によれば、部品搭載時に
ペースト状の導電性接着剤５は、電極部２によって押し
つぶされて対向間部５ａの厚さが１０μｍとなり、電極
部２の領域に対して、電子部品１の外側方向（図１及び
図２に示す寸法ｂ１）に０．１ｍｍ、電子部品１の内側
方向（図１及び図２に示す寸法ｂ２）に０．２ｍｍ広が
った。

【００２６】この場合、上述のように、硬化後の導電性
接着剤５における対向間部５ａの体積Ｍ１とはみ出し部
５ｂの体積Ｍ２との比は、Ｍ１：Ｍ２＝１：４となる。
ここで、例えば、対向間部５ａの体積Ｍ１は、対向電極
部２ａの面積と対向間部５ａの厚さとの積から求め、は
み出し部５ｂの体積Ｍ２は、印刷時の導電性接着剤５の
体積から体積Ｍ１を差し引くことにより、求めることが
できる。

【００２７】Ｍ１：Ｍ２＝１：４とした本例の実装構造
については、導電性接着剤５の硬化時にクラックの発生
は見られなかった。また、絶縁油またはフロン系液体中
に上記実装構造を浸し、−４０℃と１５０℃とを各３０
分繰り返す気相冷熱サイクル試験を１０００サイクル行
ったところ、クラックは未発生であった。なお、同様の
サイクル試験により、Ｍ１：Ｍ２＝１：８まではクラッ
クは未発生であった。

【００２８】このように、本実施形態によれば、導電性
接着剤５の印刷（塗布）において、その印刷領域を電子
部品１の電極部２の投影面積の範囲内とすることで、電
子部品１の加圧搭載により広がる導電性接着剤５の量を
低減できる。そのため、従来、クラック発生の元となっ
た体積の大きいはみ出し部の体積（量）を低減でき、硬
化時及び熱ストレス環境下における導電性接着剤に発生
する応力を低減でき、クラック発生を抑制できるのであ
る。

【００２９】なお、導電性接着剤の印刷において回路基
板の導体部よりも０．１ｍｍだけ内側に印刷する従来の
実装方法によれば、上記の体積比Ｍ１：Ｍ２は１：１２
であり、同様のサイクル試験を行ったところ、１０００
サイクル未満でクラックが発生した。本実施形態の上記
例でははみ出し部５ｂの体積Ｍ２を１／３に低減してい
る。

【００３０】なお、より好適な形態としては、導電性接
着剤５の印刷領域をさらに減らし、電子部品１の電極部
２の下部の内側のみ、即ち、該電極部２と回路基板３の
導体部４とが対向する間にのみに、導電性接着剤５が存
在するようにすると良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子部品の実装構造の一実施形態を示
す概略断面図である。

【図２】図１における導電性接着剤の詳細配置を示す説
明図である。

【図３】図１における導体部の平面形状を示す説明図で
ある。

【図４】上記実施形態における導電性接着剤印刷工程の
寸法例を示す説明図である。

【図５】従来の電子部品の実装構造の部品接続方法を示
す説明図である。

【図６】図５の接続方法により接続された部品接続部の
断面構造を示す説明図である。

【図７】従来の電子部品の実装構造におけるクラック発
生の様子を示す図である。

【図８】導電性接着剤による導電性出現機構を示す説明
図である。

【図９】導電性接着剤におけるフィレット高さと接続抵
抗との関係を示す図である。

【図１０】従来の電子部品の実装構造における導電性接
着剤の応力発生の様子を示す図である。

【符号の説明】

１…電子部品、２…電子部品の電極部、３…回路基板、
４…回路基板の導体部、５…導電性接着剤、５ａ…導電
性接着剤の対向間部、５ｂ…導電性接着剤のはみ出し
部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長坂 崇 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 5E319 AA03 BB11 CC61 5E336 AA04 AA16 CC31 CC51 DD13 EE08

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向する電子部品（１）の電極部（２）
   と回路基板（３）の導体部（４）との間に、導電接着剤
   （５）を介在させ、これら電極部と導体部とを電気的に
   接続するようにした電子部品の実装構造において、 前記電極部と前記導体部とが対向する間に存在する前記
   導電性接着剤（５ａ）の体積をＭ１とし、それ以外の部
   分に存在する前記導電性接着剤の体積（５ｂ）をＭ２と
   したとき、前記体積Ｍ２は、前記体積Ｍ１の８倍以下で
   あることを特徴とする電子部品の実装構造。
2. 【請求項２】 前記体積Ｍ２は、前記体積Ｍ１の４倍以
   下であることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の
   実装構造。
3. 【請求項３】 前記導電性接着剤（５）は、前記電極部
   （２）と前記導体部（４）とが対向する間にのみ存在す
   ることを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品
   の実装構造。