JPH0810216Y2 - チップ部品の実装構造 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔概要〕 プリント基板に表面実装する抵抗，コンデンサ等のチ
ップ部品に関し、チップ部品をプリント基板の配線用の
パターンにリフロー半田付けする工程中に、チップ部品
の一方の電極側で電極とパターンとの間でパターン上に
被着された半田が溶融状態となり、他方の電極側で未溶
融状態である場合チップ部品における一方の電極側を支
点にして他方の電極側が立上がるという、所謂マンハッ
タン現象の発生を防止することを目的として、プリント
基板上で間隔を置いて配置される２個のパターン（７）
上にチップ部品（１）の両端の対応する電極（３）がリ
フロー半田固着されたチップ部品の実装構造において、 上面電極部、高さ（Ｈ）の端面電極部及び長さ（ｂ）
が端面電極部の高さ（Ｈ）と等しいかそれより大なる下
部電極部（11）の一体構成で、かつチップ部品端部の少
なくとも上下面及び端面を覆う電極と、 プリント基板上で、幅（ａ）が上記下部電極部の長さ
（ｂ）より大なるパターンとの間には、 端面電極部の端面をその上端（Ａ）からパターン面ま
で、上端（Ａ）からの傾斜面接線が端面に対し45度以下
の形状で覆い、かつパターン面上では下部電極部の下部
の内側端部（Ｂ）まで達する半田が介在する構造とす
る。

〔産業上の利用分野〕

本考案は、プリント基板に表面実装する抵抗，コンデ
ンサ等のチップ部品の実装構造に関する。

電子機器等の装置の高速化及び小型化が進むにつれ、
プリント基板の高密度実装が重要な問題となってきてい
る。

このことに伴い、搭載部品の端子をプリント基板のス
ルーホールに挿入し半田付けする実装構造から、チップ
部品の電極を直接プリント基板の配線用パターン（以下
パターンという）にリフロー半田付けして接続する表面
実装方法が採用されつつある。

［従来の技術］ 第３図に、従来の表面実装用のチップ部品を示す。

図においてチップ部品１は抵抗体２と電極３とよりな
り、抵抗体２の両側に形成した電極３は図示省略したプ
リント基板のパターンに半田付けされる。

電極３は、チップ部品１の上面の両端部に形成した上
面電極部と、端面の端面電極部10と下面の両端の下面電
極部11との一体構造で、例えば銀・パラジュウム等の厚
膜からなる。

前述のチップ部品１をプリント板に表面実装する場合
は、まず第４図（イ）に示すようにメタルスクリーン
（プリント基板６のパターン７に対応して孔５を有する
厚さ0.1mm程度の金属板）４を、プリント基板６に位置
合わせして載せ、スキージ９を用いてソルダペースト８
をパターン上にスクリーン印刷して塗布する。

次に第４図（ロ）に示すようにプリント基板６上にお
いて、半田13の塗布されたパターン７上に、電極３を位
置合わせしてチップ部品１を載せ、VPS装置内を通し加
熱しリフロー半田付けして、チップ部品１をプリント基
板６に表面実装する。VPS装置は、高沸点有機溶剤（例
えば沸点が215℃の弗素系有機溶剤）の高温蒸気を利用
して半田を溶融状態まで加熱する装置である。

即ち例えば弗素系有機溶剤が215℃で蒸気となってい
るVPS装置にプリント基板を挿入すると、それまでプリ
ント基板は略常温となっていたのでVPS装置内では、プ
リント基板の周囲で有機溶剤は初期段階で液化し、チッ
プ部品は液体に囲まれ液中にある如き状態となる。しか
し液化された溶剤の温度が上昇しはじめ、例えば半田と
して共晶半田を使用している場合には188.8度において
半田は溶融状態となり、さらに温度が上昇し、溶剤は再
び蒸気化され、この状態でプリント基板上へのチップ部
品のリフロー半田付工程は終了し、プリント基板はVPS
装置より取り出される。

なお、表面実装のチップ部品１の半田付けに用いる装
置としては、VPS装置の他に赤外線加熱装置がある。

しかし、赤外線加熱装置では、半田が所定の温度に上
昇するまでに相当長い時間を要するばかりでなく、上昇
の上限温度が不安定であるので、過度の高温にチップ部
品が加熱され損傷する恐れがある。

上述の理由により上限温度が一定で信頼度が高く、且
つ短時間で所定温度に加熱することができるVPS装置が
採用されることが多い。

〔考案が解決しようとする問題点〕

第３図に示すように、従来のチップ部品１は電極３の
下面電極部11は、チップ部品１の端面に端面電極部10を
厚膜印刷する際に、下面側に垂れ下がるようにして形成
したものが多く、この場合には下面電極部11の電極長ｂ
は比較的短く、且つその長さにばらつきがある。

さらに従来のチップ部品１はリフロー半田付けする場
合、多くの要因例えばソルダペーストは半田粒とペース
トとにより構成され、半田粒の酸化等により溶融後凝集
までの時間にばらつきがあり、特に半田として共晶半田
を使用する場合、チップ部品１の左右の電極３（特に端
面電極部）で、半田が溶融状態となって濡れるタイミン
グがずれ、第５図に図示したように半田付けの初期段階
において、図の左側の電極とパターンとの間の半田12は
溶融状態となっているのに対し、右側では半田13は未溶
融状態で、その電極とパターン間は未接続の状態となっ
ていることがある。

この場合、右側の電極は未溶融半田13上に単に置かれ
た状態であり、一方左側の電極はヌレ部12として示され
た溶融状態の半田上に浮いた状態となっているので、第
５図の点線で示すように、左側の電極の点Ａにおける溶
融半田の表面張力により、チップ部品１は左側の電極の
点Ｃを支点にして、右の電極側が立上るという、所謂マ
ンハッタン現象が発生する。

一方、常温のチップ部品をVPS装置に送り込むと、既
述の如く高沸点有機溶剤の蒸気は初期状態では液化し、
チップ部品は液化溶剤中で浮いた状態となるので、第５
図に図示したように、チップ部品１の重心位置に浮力Ff
が作用する。

また、チップ部品１の重心位置にはチップ部品１の自
重Ｗが、マンハッタン現象を抑制するように働いている
のであるが、この浮力Ffは自重Ｗの抑制力を弱めるよう
に働く。

即ち、従来チップ部品をプリント基板上にリフロー半
田付けする工程中初期段階で半田が一方の電極側では溶
融状態で他方の電極側では未溶融状態となっている場
合、下部電極部の長さｂが端面電極部の高さＨより小
で、しかも端面電極部の端面の上端Ａからパターン面ま
での溶融状態にある半田の上端からの傾斜面接線に相当
する表面張力とその垂直分力との角度が45度より大とな
っている場合、マンハッタン現象によってパターンと電
極との接続が不完全になるという問題がある。

本考案は上記問題点に鑑み、マンハッタン現象の発生
が防止されるチップ部品の実装構造を目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は本考案により第１図に示す如く、プリント
基板上で間隔を置いて配置される２個のパターン（７）
上にチップ部品（１）の両端の対応する電極（３）がリ
フロー半田固着されたチップ部品の実装構造において、 上面電極部、高さ（Ｈ）の端面電極部及び長さ（ｂ）
が端面電極部の高さ（Ｈ）と等しいかそれより大なる下
部電極部（11）の一体構成で、かつチップ部品端部の少
なくとも上下面及び端面を覆う電極と、 プリント基板上で、幅（ａ）が上記下部電極部の長さ
（ｂ）より大なるパターンとの間には、 端面電極部の端面をその上端（Ａ）からパターン面ま
で、上端（Ａ）からの傾斜面接線が端面に対し45度以下
の形状で覆い、かつパターン面上では下部電極部の下部
の内側端部（Ｂ）まで達する半田が介在することを特徴
とするチップ部品の実装構造によって達成される。

〔作用〕

本考案では下面電極部11の長さｂは、チップ部品の端
面電極部の高さＨに等しいかそれより大とされ、パター
ン７の幅ａは下面電極部11の長さｂより大とされてい
る。

そしてかかるチップ部品１が、プリント基板６上で、
パターン７の半田13上に載置され、VPS装置に挿入され
ると、その初期での急激な温度上昇のため特に半田とし
て共晶半田を使用する場合、第２図の如く左側の電極と
パターンとの間の半田12はヌレ部とあるように溶融状態
で左側の端面電極部の上端Ａまで、また下部電極部の端
部Ｂまでいづれも濡れた状態となっているのに対し、右
側の電極では、パターン７上の半田13は未溶融状態とな
っている場合がある。このため左側の電極は溶融半田12
上に浮いた状態にあり、一方右側の電極は未溶融の半田
13上に単に載置された状態となっている。

かかる状態において、左側の電極では溶融半田のＡ点
にはFbに示す如き表面張力が働き、またＢ点でもFeに示
す如き表面張力が働いており、Fb＝Feである。

そしてFbにおける水平分力Fa,垂直分力をFcとし、Fe
に対する水平分力をFd,垂直分力をFvとすると、チップ
部品の右側の電極は半田13上に単に乗った状態であり、
左側の電極は溶融状態にある半田12に浮いた状態にあ
り、しかもその位置は安定状態にあるからFaとFdは等し
く、このためFc＝Fvである。

そして本考案では、半田が固化状態において端面電極
部の端面の上端Ａからパターン上まで、上端Ａからの傾
斜面接線が端面に対し45度以下の形状となる如く覆い、
かつパターン面上では下部電極部の下部の内側端部Ｂま
で達する如くなるように半田の量が調整されている。

従って溶融状態でも半田は同様の形状となっており、
FbとFcとの角度及びFeとFvとの角度は45度以下となって
おり、Fa＜Fvとなる。

またチップ部品が左側の電極部分での溶融半田上に浮
いた状態にあり、しかも高沸点有機溶剤が一時的に液化
状態となってチップ部品を囲む状態となってチップ部品
の重心位置に浮力が発生するが、この浮力をFfとする
と、この重心位置では同時に自重Ｗによる重力が作用し
ている。

即ちかかる状態において、左側の端面電極部10の下端
Ｃを中心とする左廻りのモーメントは （Fa×Ｈ）＋（Ff×ｌ）であり、 右廻りのモーメントは （Fv×ｂ）＋（Ｗ×ｌ）である。

しかも通常Ff＜Ｗであり、また上述の如くFa＜Fvであ
り、さらにＨ≦ｂとしているので、Ｃ点を中心とする右
廻りのモーメントは左廻りのモーメントより大となる。

従って本考案のチップ部品の配置構造では、チップ部
品の電極をパターン間に載置し、リフロー半田工程にお
いて一方の電極側の半田が溶融状態となり、他方の電極
側ではパターン上の半田が未溶融状態で、チップ部品が
溶融状態にある半田上で浮いた状態となっている時で
も、Ｃ点を中心として他方の電極側が立上るというマン
ハッタン現象の発生は防止される。

そしてVPS装置でのリフロー半田工程の進むにつれて
チップ部品の右側の電極における半田13も溶融状態とな
り、その電極とパターンとの間は半田が濡れ状態となり
完全なリフロー半田付けが行なわれることになる。

かかるリフロー半田工程の後、チップ部品とパターン
間の半田の固着状態は、溶融状態の場合と同じで、端面
電極部の端面はその上端からパターン面までが、上端で
の傾斜面接線が端面に対し45度以下となっている様な形
状で覆われ、かつパターン面上では下部電極部の下部内
側端部まで半田が達するようになっている。

〔実施例〕

以下図を参照しながら、本考案を具体的に説明する。
なお、全図を通じて同一符号は同一対象物を示す。

第１図は本考案の実施例を示す図、第２図は本考案の
半田溶融時の表面張力の説明図である。

第１図，第２図において１はチップ部品、２は抵抗
体、３は電極である。

電極３は上面電極部、端面電極部10及び下部電極部11
からなる。

そして下部電極部11の電極長ｂは、チップ部品１の高
さＨに等しいか、それよりも大きくしている。

またパターン７の幅ａは、下部電極部11の長さｂより
大となっている。

メタルスクリーンとスキージを用いて、プリント基板
６のパターン７上に、ソルダペーストをスクリーン印刷
して塗布する。

その後、電極３を位置合わせしてチップ部品１の下部
電極11をプリント基板６のパターン７の半田13上に載
せ、VPS装置内に挿入してリフロー半田付け工程に入
る。

この工程では既述の如くチップ部品１の左右の電極３
（特に端面電極部）に、半田が濡れるタイミングがず
れ、第２図に図示したように半田付けの初期段階では、
左側では電極とパターン間の半田は溶融状態となり、か
つ電極の点Ａ及びＢの位置まで半田の濡れ状態となるの
に対し、右側の電極は、パターン上の未溶融状態にある
半田13上に単に置かれた状態となっている。

そして溶融半田のＡ点での表面張力Fbにより、Ｃ点を
中心とする左廻りのモーメントによってチップ部品の右
側が上方に立ち上がる力を受ける。

一方下部電極部11のＢ点において、溶融半田の表面張
力FeによるＣ点を中心に右廻りのモーメントが働き、右
側を下方に押し下げる力が作用する。

そして既述の如く電極の点Ａよりｌの距離にあるチッ
プ部品の中心での自重Ｗによる重力は、通常その点での
浮力Ffより大、またｂ≧Ｈ、パターンの幅ａ＞ｂとなっ
ており、さらに電極とパターン間における溶融状態での
半田の濡れは、パターンの幅ａの選定及びパターン上に
被着する半田の量の調節によって半田は端面電極部の端
面を、その上端Ａからパターン面まで上端Ａからの傾斜
面接線が端面に対し45度以下の形状で覆い、かつパター
ン面上では下部電極の下部の内側電極Ｂまで達する如く
に介在する。そしてかかる半田形状は固化状態でも同様
となる。

従って溶融状態の半田ではその表面張力Fbとその垂直
分力Fcとの間及びFeとその垂直分力Fvとの角度が45度以
下となるので、水平分力のFaと上記Fvとの関係はFa＜Fv
となっている。

従ってＣ点を中心とする左廻りのモーメントは右廻り
のモーメントより常に小となり、リフロー半田付け工程
の初期状態におけるチップ部品の左右電極での半田が異
なる状態にあっても、マンハッタン現象の生ずることは
ない。

本考案では、従来の上面電極部の形成工程、端面電極
部の形成工程に加えて、下部電極部の形成工程を実施し
て所定の電極長ｂが確保された下部電極部11としてい
る。

そして例えば、チップ部品１は、長さ2.00mm×幅1.2m
m×厚さ（高さ）1.45mmで、下部電極部11の電極長ｂを
0.5mmとし、さらにパターンの幅は1mmとしている。

以下具体的にチップ部品１の製造工程を示すと次のよ
うになる。

1.多数個取りの大形のセラミック板の表面に、抵抗体を
スパッタリング等して形成する。

2.複数条の上面電極パターンを表面側にスクリーン印刷
して上面電極部を形成する。

3.電極長ｂの複数条の下部電極パターンを裏面にスクリ
ーン印刷して、下部電極部11を形成する。

4.それぞれの上面電極パターンの中心線部分でセラミッ
ク板を切断する。

5.切断端面にスクリーン印刷して、端面電極部10を形成
する。

6.上面電極パターンに直交する線上を、チップ部品の幅
に等しい間隔で切断することで、個々のチップ部品に分
離する。

7.電極面に所望の金属を電解めっきして、電極を完成さ
れる。

続いてかかるチップ部品の電極はプリント基板のパタ
ーン上に既述の如きリフロー半田工程でマンハッタン現
象が生ずることなく固着され、所望のチップ部品の実装
構造が実現される。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案は表面実装するチップ部
品の下部電極部の電極の長さを、チップ部品の高さに等
しいか、それよりも大きくし、この下部電極部の長さよ
りパターンの幅を大とし、また半田の量を調整すること
によって電極とパターン間のリフロー半田固着により半
田の形状が、それが溶融状態の時にも一方の電極側を支
点として他方の電極側が立ち上がるという、所謂マンハ
ッタン現象が防止できる様な形状となっているので、パ
ターンと電極との接続の信頼度が高いという効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施を説明する図、 第２図は本考案の半田溶融時の表面張力の説明図、 第３図は従来のチップ部品の斜視図、 第４図は従来の面実装用チップ部品の半田付けを説明す
る図、 第５図は従来例での半田溶融時の表面張力の説明図であ
る。 図において、 １はチップ部品、２は抵抗体、３は電極、４はメタルス
クリーン、６はプリント基板、７はパターン、10は端面
電極部、11は下部電極部、12は溶融状態にある半田、13
はパターン上の未溶融の半田をそれぞれ示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】プリント基板上で間隔を置いて配置される
   ２個のパターン（７）上にチップ部品（１）の両端の対
   応する電極（３）がリフロー半田固着されたチップ部品
   の実装構造において、 上面電極部、高さ（Ｈ）の端面電極部及び長さ（ｂ）が
   端面電極部の高さ（Ｈ）と等しいかそれより大なる下部
   電極部（11）の一体構成で、かつチップ部品端部の少な
   くとも上下面及び端面を覆う電極と、 プリント基板上で、幅（ａ）が上記下部電極部の長さ
   （ｂ）より大なるパターンとの間には、 端面電極部の端面をその上端（Ａ）からパターン面ま
   で、上端（Ａ）からの傾斜面接線が端面に対し45度以下
   の形状で覆い、かつパターン面上では下部電極部の下部
   の内側端部（Ｂ）まで達する半田が介在することを特徴
   とするチップ部品の実装構造。