JP2003188041A - チップ部品およびそれを実装した回路装置 - Google Patents

チップ部品およびそれを実装した回路装置

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JP2003188041A JP2001384193A JP2001384193A JP2003188041A JP 2003188041 A JP2003188041 A JP 2003188041A JP 2001384193 A JP2001384193 A JP 2001384193A JP 2001384193 A JP2001384193 A JP 2001384193A JP 2003188041 A JP2003188041 A JP 2003188041A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 チップ部品12Bの電極をNi膜で形成し、
共晶型合金が形成されるのを防止する。そして、回路装
置10をリフローする時に、絶縁性樹脂にクラックが発
生するのを防止する。 【解決手段】 チップ部品12Bの電極をNi膜18で
形成する。半田15Bを介してチップ部品12Bを導電
パターン11に実装する。ここで、Niの半田付け性を
向上させるために、半田15Bには比較的多量のフラッ
クスが含まれる。以上のことにより、固相線温度が低い
共晶型合金が形成されてしまうのを防止することができ
る。従って、回路装置10をリフローにより基板に実装
した際に、絶縁性樹脂13にクラックが入り、回路装置
10が破損してしまうのを防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はチップ部品およびそ
れを実装した回路装置に関し、特に、回路装置を実装基
板にリフローする工程に於いて回路装置が破損してしま
うのを防止できるチップ部品およびそれを実装した回路
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】チップ抵抗やチップコンデンサ等の受動
部品は、外部との電気的接続が考慮されて、その両端に
は厚膜電極または薄膜電極を有する。そして、半田等の
導電ペーストを用いて、これら受動部品は実装基板に実
装される。
【0003】また従来は、プリント基板等のインターポ
ーザにチップ抵抗や半導体素子を実装して、回路装置を
形成していた。しかし、このインターポーザは本来不必
要な材料である。従って、インターポーザを採用した回
路装置は、薄型化・軽量化が難しい問題点を有してい
た。更に、プリント基板等をインターポーザとして使用
した場合、半導体素子等から発せられる熱の放熱性が悪
い問題もあった。
【0004】そこで本出願人は、実装基板を不要にした
軽量・薄型の回路装置を開発した。プリント基板等のイ
ンターポーザを不要にすることにより、回路装置の放熱
性を向上することが可能になった。以下に、実装基板を
不要にした回路装置10の構成を説明する。
【0005】図4を参照して、実装基板を不要にした回
路装置10の構成を説明する。図4は回路装置10の断
面図であり、図4(B)はチップ部品12Bが実装され
る部分の拡大図である。
【0006】回路装置10は、導電パターン11と、導
電パターン11の表面に形成されたメッキ膜14と、メ
ッキ膜14の上部に実装された半導体素子12Aと、導
電パターン11上に半田15Bを介して実装されたチッ
プ部品12Bと、半導体素子12Aと導電パターン11
との電気的接続を行う金属細線15Aと、上記要素を被
覆し且つ全体を支持する絶縁性樹脂13と、導電パター
ン11の裏面に形成される接続電極16とから構成され
ている。
【0007】上記した回路装置10を構成する各要素の
説明を行う。
【0008】導電パターン11としては、Cuを主材料
とした導電箔、Alを主材料とした導電箔、またはFe
−Ni等の合金から成る導電箔等を用いることができ
る。もちろん他の導電材料でも可能であり、特にエッチ
ングできる導電材、レーザで蒸発する導電材が好まし
い。
【0009】半導体素子12Aとしては、例えば、半導
体ベアチップが採用される。そして、半導体素子12A
はフェイスアップで固着され、金属細線15Aを介して
導電パターン11Bとの電気的接続が行われている。
【0010】絶縁性樹脂13としては、エポキシ樹脂等
の熱硬化性樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサル
ファイド等の熱可塑性樹脂を用いることができる。また
絶縁性樹脂は、金型を用いて固める樹脂、ディップ、塗
布をして被覆できる樹脂であれば、全ての樹脂が採用で
きる。本発明に於いて、絶縁性樹脂13は半導体素子等
を封止すると同時に、回路装置全体を支持する働きも有
する。
【0011】図4(B)を参照して、チップ部品12B
の説明を行う。チップ部品12Bとしてはチップ抵抗、
チップコンデンサ、コイル等を採用することができる。
そして、チップ部品12Bは半田を介して導電パターン
11に固着されている。
【0012】チップ部品12Bの両端には、チップ部品
12Bとの接着性が考慮されてAg膜18Aが形成され
る。更に、半田耐熱向上のために、Ag膜18Aの表面
にはNi膜18Bが形成される。更にまた、半田濡れ性
を向上させるために、電極の最外殻にはSn膜18Cが
形成される。このように、チップ部品12Bの電極は、
3層構造となっている。斯かる構造をとることにより、
良好に半田付けを行うことが可能となる。
【0013】図5を参照して、チップ部品12Bの電極
の具体的な形状を説明する。図5(A)は電極として厚
膜型端子電極を有するチップ部品12Bの斜視図であ
り、図5(B)は電極として薄膜型端子電極を有するチ
ップ部品12Bの斜視図である。
【0014】具体的に、チップ部品12Bがチップコン
デンサの場合、Ag膜18Aの厚さは20〜140μm
であり、Ni膜18Bの厚さは1〜6μmであり、Sn
膜18Cの厚さは2〜10μmである。
【0015】そして、チップ部品12Bがチップ抵抗の
場合、Ag膜18Aの厚さは10〜20μmであり、N
i膜18Bの厚さは3〜10μmであり、Sn膜18C
の厚さは3〜10μmである。
【0016】上記に於いて、Ag膜18Aの材料として
はAgの他に、Agを含む合金等を用いる場合もある。
また、Ni膜18Bの材料としてはNiの他にNiを含
む合金を用いる場合もある。また、Sn膜18Cの材料
としては、Snの他に半田、Ag合金等を用いる場合も
ある。
【0017】上記の様な構成を有するチップ部品12B
は、半田15Bを用いて導電パターン11に実装され
る。ここで用いる半田15Bとしては高温半田が採用さ
れる。具体的に、高温半田の組成は例えば95Pb−5
Snである。ここで、(95Pb−5Sn)とは、Pb
の重量比が95%でありSnの重量比が5%であること
を意味する。この様な組成を有する高温半田の固相線温
度は、例えば270℃である。
【0018】外部電極16について説明を行う。外部電
極16は導電パターン11の裏面に形成され、回路装置
10が実装される実装基板との電気的接続を行う。外部
電極16は半田で形成され、その組成は例えば40Pb
−60Snである。従って、接続電極16Cを構成する
半田の固相線温度は、例えば183℃である。
【0019】回路装置10は、リフローによって接続電
極16を融解することにより、実装基板に実装される。
リフロー時の温度は、接続電極16を完全に融解させる
ために、外部電極16を構成する半田の固相線温度より
も高い温度である。具体的にその温度は、例えば220
℃である。
【0020】以上にて説明したように、チップ部品12
Bを導電パターン11に実装するために使用する半田1
5Bの固相線温度は、例えば300℃と高い。それに対
して、外部電極16を構成する半田の固相線温度は18
3℃であり、半田15Bの固相線温度よりも低い。従っ
て、回路装置10を約220℃の温度でリフローして
も、半田15Bは融解しない。
【0021】図6のグラフを参照して、半田のPbとS
nとの割合と、固相線温度・液相線温度との関係を説明
する。同グラフに於いて、点線で示されるのは固相線温
度の変化であり、実線で示されるのは液相線温度の変化
である。
【0022】ここで、固相線温度とは物体が溶解を始め
る温度であり、液相線温度とは物体が完全に溶解して液
相となる温度である。そして、固相線温度と液相線温度
の間の温度に於いては、物体は固相と液相が入り混じっ
た状態となっている。
【0023】同グラフからも明らかなように、Pdの重
量割合が大きい半田の固相線温度および液相線温度は高
い。それに対して、60Pd−40Snの半田の固相線
温度および液相線温度は、183℃であり非常に低い。
また、60Pd−40Snの半田は、固相線温度と液相
線温度が共に183℃であるので、この温度を境にして
半田は固相から液相に変化することになる。
【0024】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Sn膜
18Cを最外殻に有するチップ部品を半田15Bを介し
て導電パターン11に実装すると、チップ部品の最外殻
メッキ層であるSnと接続半田との界面付近で共晶型合
金が形成されてしまう。すなわち、回路装置10を約2
20℃の温度でリフローにより基板に実装する際に、こ
のSn/Pb共晶型合金の部分は融解してしまう。この
共晶型合金の部分は、融解することにより体積が膨張す
る。従って、絶縁性樹脂13にクラックが発生したり、
他の接合界面を剥離させたりしてしまう問題があった。
【0025】回路装置10では、Cuを主材料とする導
電パターン11上にチップ部品12Bが固着されてい
る。ここで、Cuは熱の伝導性が非常に良い材料であ
る。従って、リフロー時の熱が、導電パターン11を介
して共晶型合金の部分に容易に到達してしまうのも、上
記のような問題が発生してしまう原因の1つである。
【0026】また、従来例の説明では、実装基板を不要
とした構成を有する回路装置10について説明を行っ
た。しかし、実装基板を使用するタイプの回路装置でも
上記のような問題が発生する場合がある。
【0027】従って、本発明の目的は、チップ部品12
Bと半田15Bとの界面に共晶型合金が形成されない回
路装置10を提供するのが目的である。
【0028】
【課題を解決するための手段】本発明のチップ部品は、
前述した課題に鑑みて成され、請求項1の発明のチップ
部品は、メタル端子と、前記メタル端子を保護するNi
膜とから形成される電極を両端に有することを特徴とす
る。
【0029】請求項2の発明のチップ部品は、メタル端
子と、前記メタル端子を保護するNi膜とから形成され
る電極を両端に有するチップ部品であり、前記Ni膜を
前記チップ部品の電極の最外殻とすることにより、前記
チップ部品を半田を用いて実装する際に、前記チップ部
品の電極と前記半田とで金属間化合物が形成され、前記
金属間化合物の固相線温度は、リフロー時の温度よりも
高いことを特徴とする。
【0030】請求項3の発明のチップ部品は、請求項1
または請求項2の発明に於いて、前記チップ部品は、コ
ンデンサ、抵抗またはコイルであることを特徴とする。
【0031】請求項4の発明のチップ部品は、請求項1
〜請求項3のいずれかの発明に於いて、前記メタル端子
は、Agを主体とする材料から形成されることを特徴と
する。
【0032】請求項5の発明のチップ部品は、請求項1
〜請求項4のいずれかの発明に於いて、前記Ni膜は、
Niを主体とする材料から形成されることを特徴とす
る。
【0033】請求項6の発明の回路装置は、請求項1〜
請求項5のいずれか一項記載のチップ部品と、前記チッ
プ部品が実装される導電パターンと、前記チップ部品と
前記導電パターンとの電気的接続を行う半田と、前記チ
ップ部品を被覆し且つ全体を支持する絶縁性樹脂とを有
することを特徴とする。
【0034】請求項7の発明の回路装置は、請求項6の
発明に於いて、前記半田には、塩素換算で0.7%以上
のフラックスが添加されることを特徴とする。
【0035】請求項8の発明の回路装置は、請求項7の
発明に於いて、前記フラックスは、ロジン系フラックス
または水溶性フラックスであることを特徴とする。
【0036】請求項9の発明の回路装置は、請求項1〜
請求項5のいずれか一項記載のチップ部品と、前記チッ
プ部品が実装される導電パターンが表面に形成された基
板と、前記チップ部品と前記導電パターンとの電気的接
続を行う半田と、前記チップ部品を被覆し、全体を支持
する絶縁性樹脂とを有することを特徴とする。
【0037】請求項10の発明の回路装置は、請求項9
の発明に於いて、前記基板は、絶縁金属基板、プリント
基板、セラミック基板、またはアルミナ基板であること
を特徴とする。
【0038】請求項11の発明の回路装置は、請求項9
または請求項10の発明に於いて、前記半田には、塩素
換算で0.7%以上のフラックスが添加されることを特
徴とする。
【0039】請求項12の発明の回路装置は、請求項1
1の発明に於いて、前記フラックスは、ロジン系フラッ
クスまたは水溶性フラックスであることを特徴とする。
【0040】チップ部品の電極の最外殻にNi膜を採用
することにより、固相線温度の低い共晶型合金の形成を
防止することができる。共晶型合金が生成されなけれ
ば、回路装置を実装基板に実装する際のリフロー時に、
半田と母材との接合部が融解しない。従って、リフロー
時に共晶型合金が融解して、絶縁性樹脂にクラックが発
生してしまうのを防止することができる。
【0041】更に、チップ部品を導電パターンに実装す
る際に使用する半田に多量のフラックスを添加すること
により、Niの半田付け性を向上させることができる。
【0042】
【発明の実施の形態】本発明に斯かる回路装置10につ
いて、図1を参照しながら説明する。図1(A)は回路
装置10の断面図であり、図1(B)はチップ部品12
Bが実装される部分の拡大図である。尚、従来例と同じ
番号を付した部分は同一物を表している。
【0043】図1(A)を参照して、本発明に係る回路
装置10は、導電パターン11と、導電パターン11の
表面に形成されたメッキ膜14と、メッキ膜14の上部
に実装された半導体素子12Aと、導電パターン11上
に半田15Bを介して実装されたチップ部品12Bと、
半導体素子12Aと導電パターン11Bとの電気的接続
を行う金属細線15Aと、上記要素を被覆し且つ全体を
支持する絶縁性樹脂13と、導電パターン11の裏面に
形成される外部電極16とから構成されている。
【0044】上記したように、本発明に斯かる回路装置
10の構造は基本的に従来例と同一である。本発明の特
徴とする部分は、チップ部品12Bの電極の構造にあ
る。従って、本実施の形態ではこの点についてのみ説明
を行う。
【0045】図1(B)を参照して、チップ部品12B
の両端の電極には、チップ部品12Bとの接着性が考慮
されてAg膜18Aが形成される。更に、半田中へのA
gの拡散を防止するためにのために、Ag膜18Aの表
面にはNi膜18Bが形成される。
【0046】本発明のポイントは、チップ部品12Bの
電極がAg膜18AとNi膜18Bとから構成されるこ
とにある。つまり、従来例のSn膜18Cを除去した構
造と成っており、電極の最外殻はNi膜18Bで形成さ
れる。この様なチップ部品12Bを半田15Bを用いて
実装することにより、Ni膜18Bと半田15Bとの界
面には合金化合物が形成される。
【0047】この合金化合物は、従来のチップ部品の電
極と半田とで形成されていたSn/Pb共晶型合金とは
性質が異なるものである。従来に於いて形成されたSn
/Pb共晶型合金は、固相線温度が低いために、リフロ
ー時の温度(例えば220℃)で融解してしまう。それ
に対して、Ni膜18Bと半田15Bとの界面に形成さ
れる合金化合物は、固相線温度が約400℃と非常に高
く、リフロー時の温度(例えば220℃)でも融解しな
い。従って、リフロー時の加熱による樹脂のクラック発
生や界面剥離等の問題は発生しない。
【0048】図2を参照して、本発明に斯かるチップ部
品12Bの電極の具体的な形状を説明する。図2(A)
は電極として厚膜型端子電極を有するチップ部品12B
の斜視図であり、図2(B)は電極として薄膜型端子電
極を有するチップ部品12Bの斜視図である。
【0049】具体的に、チップ部品12Bがチップコン
デンサの場合、Ag膜18Aの厚さは20〜140μm
であり、Ni膜18Bの厚さは1〜6μmである。
【0050】そして、チップ部品12Bがチップ抵抗の
場合、Ag膜18Aの厚さは10〜20μmであり、N
i膜18Bの厚さは3〜10μmである。
【0051】上記に於いて、Ag膜18Aの材料として
はAgの他に、Agを含む合金等を用いる場合もある。
また、Ni膜18Bの材料としてはNiの他にNiを含
む合金を用いる場合もある。
【0052】半田15Bに添加するフラックスについて
説明する。本発明では、半田付け性が悪いNi膜18B
と半田15Bとの拡散を促すためにフラックスを用いて
いる。フラックスを使用することにより、Ni膜18B
の表面に形成される酸化膜を除去することができる。更
に、半田付け時のNi膜18Bの再酸化をも防止するこ
とができる。
【0053】ここで用いるフラックスの種類は、大きく
分けて2つある。1つはロジン系フラックスであり、も
う1つは水溶性フラックスである。ロジン系フラックス
は、ロジン系樹脂を含み、半田付け後に洗浄を行うタイ
プのフラックスである。そしてこのロジン系フラックス
には、活性剤としてカルボン酸類やアミンハロゲン化塩
が加えられる。
【0054】水溶性フラックスは、溶剤に非イオン系界
面活性剤を溶融したもので、半田付け後の残渣は温水で
洗浄除去が可能である。活性剤としてはアミン酸塩等が
使用される。
【0055】通常の場合、半田に含まれるフラックスの
量は、例えば塩素換算で0.3%程度である。しかし本
発明の場合、Ni膜18Bの半田付け性の悪さが考慮さ
れて多量のフラックスが使用される。具体的に、本発明
において使用するフラックスの量は、例えば塩素換算で
0.7%程度である。このように多量のフラックスを使
用することにより、Ni膜18Bの半田付け性を向上さ
せることができる。
【0056】以上の説明に於いては、PbとSnとから
構成される半田を用いて説明を行った。しかし環境への
配慮から、Pbを用いない半田が使用されるようになっ
た。このようにPbを使用しない半田を、一般的に鉛フ
リー半田という。本発明に於いても、鉛フリー半田を使
用することが可能である。具体的に、鉛フリー半田の組
成としては、Sn−58Bi、Sn−Ag−Bi、Sn
−2Ag−7.5Bi−0.5Cu、Sn−Ag−Cu
−In、Sn−3.5AgおよびSn−Ag−Cu等が
挙げられる。
【0057】図3を参照して、プリント基板21等のイ
ンターポーザを用いた回路装置20について説明を行
う。図3(A)は回路装置20の断面図であり、図3
(B)は図3(B)はチップ部品12Bが実装される部
分の拡大図である。
【0058】図3(A)を参照して、本発明に係る回路
装置20は、プリント基板21と、プリント基板21上
に形成された導電パターン11と、導電パターン11の
表面に形成されたメッキ膜14と、メッキ膜14の上部
に実装された半導体素子12Aと、導電パターン11上
に半田15Bを介して実装されたチップ部品12Bと、
半導体素子12Aと導電パターン11Bとの電気的接続
を行う金属細線15Aと、上記要素を被覆する絶縁性樹
脂13と、プリント基板21の裏面に形成される外部電
極16とから構成されている。
【0059】このように、回路装置20の構成はプリン
ト基板21以外の構成は回路装置10と同様である。こ
こでプリント基板の替わりに絶縁金属基板、セラミック
基板またはアルミナ基板を使用することが可能である。
【0060】回路装置20は、外部電極16と半田15
Bとの間にプリント基板21を有する。従って、基板を
不要にした回路装置10と比較すると、リフロー時に半
田15Bに伝わる熱量は少ない。それにもかかわらず、
従来に於いては、半田15BとSn膜18Cとで形成さ
れた共晶型合金が、リフロー時に融解してしまう問題が
発生していた。
【0061】このような問題も、回路装置10と同じよ
うに、Ni膜18Bを半田15Bで直接半田付けするこ
とによって解決することができる。
【0062】チップ部品12Bの形状は、回路装置10
の場合と同様である。また半田15Bに添加されるフラ
ックスの種類およびその量も、回路装置10の場合と同
様である。従ってこれらの説明は省略する。
【0063】
【発明の効果】本発明のチップ部品およびそれを実装し
た回路装置によれば、以下に示すような効果を奏するこ
とができる。
【0064】第1に、チップ部品の電極の最外殻をNi
膜で形成することにより、半田を用いてチップ部品を導
電パターンに実装する際に、半田とNi膜との界面に金
属間化合物を生成することができる。この金属間化合物
は、固相線温度が非常に高い物質である。従って、チッ
プ部品が実装された回路装置をリフローで基板に実装す
る際に、共晶型合金が融解して回路装置が破損してしま
うのを防止することができる。
【0065】第2に、半田に多量のフラックスを添加す
ることにより、チップ部品の電極のNi膜表面に形成さ
れた酸化膜を除去することができる。従って、Ni膜の
半田付け性を向上させ、半田とチップ部品との結合を強
固にすることができる。
【0066】第3に、従来のチップ部品の電極はAg
膜、Ni膜およびSn膜とで形成されていたが、本発明
に斯かるチップ部品の電極はAg膜およびNi膜のみで
形成されている。従って、チップ部品の構造を簡素化す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に斯かるチップ部品およびそれを実装し
た回路装置を説明する図である。
【図2】本発明に斯かるチップ部品の電極の形状を説明
する図である。
【図3】本発明に斯かるチップ部品およびそれを実装し
た回路装置を説明する図である。
【図4】従来の回路装置を説明する図である。
【図5】従来の回路装置に実装するチップ部品の電極の
形状を説明する図である。
【図6】半田の組成と、固相線温度および液相線温度と
の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
10 回路装置 11 導電パターン 12B チップ部品 15B 半田 18A Ag膜 18B Ni膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5E028 AA04 BB01 CA02 DA04 JC02 JC03 JC12 5E319 AA03 AB05 AC01 BB01 CC33 CD21 GG03

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 メタル端子と、前記メタル端子を保護す
    るNi膜とから形成される電極を両端に有することを特
    徴とするチップ部品。
  2. 【請求項2】 メタル端子と、前記メタル端子を保護す
    るNi膜とから形成される電極を両端に有するチップ部
    品であり、 前記Ni膜を前記チップ部品の電極の最外殻とすること
    により、前記チップ部品を半田を用いて実装する際に、
    前記チップ部品の電極と前記半田とで金属間化合物が形
    成され、 前記金属間化合物の固相線温度は、リフロー時の温度よ
    りも高いことを特徴とするチップ部品。
  3. 【請求項3】 前記チップ部品は、コンデンサ、抵抗ま
    たはコイルであることを特徴とする請求項1または請求
    項2記載のチップ部品。
  4. 【請求項4】 前記メタル端子は、Agを主体とする材
    料から形成されることを特徴とする請求項1〜請求項3
    のいずれか一項記載のチップ部品。
  5. 【請求項5】 前記Ni膜は、Niを主体とする材料か
    ら形成されることを特徴とする請求項1〜請求項4のい
    ずれか一項記載のチップ部品。
  6. 【請求項6】 請求項1〜請求項5のいずれか一項記載
    のチップ部品と、 前記チップ部品が実装される導電パターンと、 前記チップ部品と前記導電パターンとの電気的接続を行
    う半田と、 前記チップ部品を被覆し且つ全体を支持する絶縁性樹脂
    とを有することを特徴とする回路装置。
  7. 【請求項7】 前記半田には、塩素換算で0.7%以上
    のフラックスが添加されることを特徴とする請求項6記
    載の回路装置。
  8. 【請求項8】 前記フラックスは、ロジン系フラックス
    または水溶性フラックスであることを特徴とする請求項
    7記載の回路装置。
  9. 【請求項9】 請求項1〜請求項5のいずれか一項記載
    のチップ部品と、 前記チップ部品が実装される導電パターンが表面に形成
    された基板と、 前記チップ部品と前記導電パターンとの電気的接続を行
    う半田と、 前記チップ部品を被覆し、全体を支持する絶縁性樹脂と
    を有することを特徴とする回路装置。
  10. 【請求項10】 前記基板は、絶縁金属基板、プリント
    基板、セラミック基板、またはアルミナ基板であること
    を特徴とする請求項9記載の回路装置。
  11. 【請求項11】 前記半田には、塩素換算で0.7%以
    上のフラックスが添加されることを特徴とする請求項9
    または請求項10記載の回路装置。
  12. 【請求項12】 前記フラックスは、ロジン系フラック
    スまたは水溶性フラックスであることを特徴とする請求
    項11記載の回路装置。
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