安装基板及电路基板的制作方法

1.本发明关于一种安装基板及电路基板。


背景技术：

2.电气产品例如有智能手机、智能手表、便携式游戏机等，重要性与日俱增。多数电气产品使用电子零件，该电子零件安装于基板。由于这些电气产品多数被随身携带，故小型化非常重要，伴随于此，电子零件、基板的小型化、薄型化的要求也变高。为进一步推进该小型化、薄型化，而开发出多种技术。例如如专利文献1，公开有如下一种技术，即，在基材的一面形成与要安装的电子零件大致相同大小的凹部，且使在形成于背面的配线电路突起的电极端子贯通而与配线电路连接，由此获得提高安装精度的薄基板。[现有技术文献][专利文献]
[0003]
专利文献1：日本专利特开2003-197822号公报


技术实现要素：

[发明所要解决的问题]
[0004]
近年来，随着安装零件的小型化，有零件本身的强度变弱的情况。因此，有对于自外部施加的力或冲击，安装基板的可靠性降低的情况。由此，要求即便安装零件为小型仍具有较高可靠性的安装基板。
[0005]
本发明的目的在于提供一种可提高可靠性的安装基板及电路基板。[解决问题的技术手段]
[0006]
本发明的安装基板具备：具有至少一对第1端子的电子零件、与具有至少一对第2端子的电路基板，第1端子及第2端子通过包含金属元素的接合材料电性接合，电子零件及接合材料配置于由绝缘体形成的壁内，电子零件的下表面低于壁的上表面，若将由壁包围的区域的长边设为尺寸d1，将电子零件的长边设为尺寸d2时，(尺寸d1-尺寸d2)的值为10μm以下。
[0007]
本发明的安装基板中，电子零件及接合材料通过配置于由绝缘体形成的壁内，而通过壁包围周围。由此，可在电子零件及接合材料的周围设置由壁形成的冲击缓冲构造。再者，通过将(尺寸d1-尺寸d2)的值设为10μm以下，可充分减小电子零件与壁之间的间隙。因此，在安装基板自外部向电子零件的长边方向受力时，壁易于保护电子零件。根据以上，可提高安装基板的可靠性。
[0008]
在电子零件及接合材料、与壁之间，可配置构成材料。由此，可缓和施加于电子零件、或接合材料、或端子的力，而提高可靠性。
[0009]
构成材料可存在于较壁的上表面更上方。由此，通过构成材料较壁的上表面更高地包围电子零件，而进一步缓和施加于电子零件的力，可提高可靠性。
[0010]
在一对第2端子之间，可配置较壁的上表面更低的第1间隔件。如此，通过第1间隔
件存在于端子间，施加于电子零件的力不易施加于接合材料，可提高可靠性。
[0011]
可在壁的内周配置较壁的上表面更低的第2间隔件。通过第2间隔件存在于端子与壁之间，施加于电子零件的力不易施加于接合材料，可提高可靠性。
[0012]
若将壁的上表面的高度设为尺寸h1，将电子零件的上表面的高度设为尺寸h2时，(尺寸h2-尺寸h1)的值可为9μm以下。通过电子零件与壁的高度关系处于这样的范围内，而难以向电子零件施加力，可提高可靠性。
[0013]
可在电子零件的下部存在台阶差，且在下部与电路基板之间配置构成材料。通过台阶差的部分与构成材料相接，而更进一步缓和施加于电子零件的力，可提高可靠性。
[0014]
壁的内侧面可具有锥形状。因壁与基板的热膨胀率的差而在施加热冲击时自壁向接合材料施加力，但通过壁的内侧面具有锥形状，来自电子零件侧的壁的力不易施加于接合材料，而在热冲击试验中电子零件不易自电路基板剥离。
[0015]
本发明的电路基板是具有至少一对第2端子的电路基板，且将包含金属元素的接合材料配置于第2端子上，将一对第2端子及接合材料配置于由绝缘体形成的壁内，若将第2端子及接合材料的合计高度设为尺寸h3的时，尺寸h3为1μm以上、20μm以下，若将通过壁形成的空间的宽度设为尺寸d5时，尺寸d5为8μm以上、68μm以下。
[0016]
根据本发明的电路基板，在安装电子零件时，可获得发挥与上述相同的作用、效果的安装基板。[发明的效果]
[0017]
根据本发明，可提供一种可提高可靠性的安装基板及电路基板。
附图说明
[0018]
图1为显示本发明的实施方式的安装基板的概略截面图。图2为自上侧观察安装基板的概略俯视图。图3为显示本发明的实施方式的电路基板的概略截面图。图4为显示变形例的安装基板的概略截面图。图5为显示变形例的安装基板的概略截面图。图6为显示变形例的安装基板的概略截面图。图7为显示变形例的安装基板的概略截面图。图8为显示变形例的安装基板的概略截面图。图9为显示变形例的安装基板的概略截面图。图10为显示变形例的安装基板的概略截面图。图11为显示实施例及比较例的条件及试验结果的表。
具体实施方式
[0019]
参照图1，对本发明的实施方式的安装基板1进行说明。图1为显示本发明的实施方式的安装基板1的概略截面图。如图1所示，安装基板1具备电子零件2与电路基板3。安装基板1为通过将电子零件2经由接合材料4安装于电路基板3而构成。
[0020]
电子零件2具备主体部6与一对端子7(第1端子)。主体部6为用以发挥作为电子零件2的功能的构件。端子7为形成于主体部6的主面的金属制的部分。作为端子7的材料，采用
选自cu、ti、au、ni、sn、bi、p、b、in、ag、zn、pd、mo、pt、cr、这些中至少二者的合金等。电子零件2由例如微型led(light emitting diode：发光二极管)等构成。微型led为根据来自电路基板3的输入而发光的零件。
[0021]
电路基板3具备基材8、壁9及一对端子10(第2端子)。基材8为电路基板3的平板状的主体部。壁9为形成于基材8的上表面的树脂制的层。作为壁9的材料，采用例如环氧树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、尿素树脂、醇酸树脂、siox、陶瓷等。优选为，作为壁9的材料，采用环氧树脂、丙烯酸树脂。端子10为形成于基材8的主面的金属制部分。作为端子10的材料，采用选自ni、cu、ti、cr、al、mo、pt、au、这些中至少二者的合金等。
[0022]
接合材料4为将电子零件2的端子7与电路基板3的端子10电性接合的构件。接合材料4包含金属元素，且由包含金属元素的合金构成。作为接合材料4的金属元素，例如由包含sn、bi、au等的合金构成。接合材料4作为焊料发挥功能。由此，在基材8与主体部6之间，自基材8的上表面依序层叠端子10、接合材料4及端子7。另，在该部位将端子10、接合材料4及端子7层叠后，进行焊料接合。因此，形成端子10、接合材料4及端子7各者的金属熔融扩散的构造。此种焊料接合后的构造可为包含脆性金属间化合物(imc：intermetallic compound)的构造。存在脆性构造的金属间化合物的情形时，可靠性容易降低。因此，由树脂的壁9包围该焊料接合的构造而成的构造所产生的效果更为显著。
[0023]
在壁9形成一对凹部11。凹部11由贯通壁9的贯通孔构成。由此，在凹部11的底侧，基材8的上表面露出。凹部11自电路基板3的厚度方向观察呈矩形(参照图2)。电子零件2的主体部6的下表面6f低于壁9的上表面9a。电子零件2、接合材料4及端子10因配置于形成于壁9的凹部11内，而由壁9包围周围。
[0024]
图2为自上侧观察安装基板1的概略俯视图。如图2所示，壁9的凹部11具有一对长边11a、11b、与一对短边11c、11d。由此，通过各边11a、11b、11c、11d界定出由壁9包围的区域。电子零件2的主体部6具有一对长边6a、6b、与一对短边6c、6d。在凹部11的各边11a、11b、11c、11d与主体部6的各边6a、6b、6c、6d之间，形成微小的间隙。如图1所示，另外，在一端子7、接合材料4及端子10、与凹部11的短边11c之间，形成微小的间隙。在另一端子7、接合材料4及端子10、与凹部11的短边11d之间，形成微小的间隙。
[0025]
接着，参照图1及图2，对安装基板1的各要件的尺寸关系进行说明。另，在以后的说明中，仅提及「高度」时，设为以基材8的上表面为基准的高度。如图1所示，将壁9的上表面9a的高度设为尺寸h1，将电子零件2的主体部6的上表面6e的高度设为尺寸h2。此时，尺寸h1优选为3μm以上，更优选为4μm以上。另外，尺寸h1优选为30μm以下，更优选为15μm以下。尺寸h2优选为9μm以上，更优选为10μm以上。另外，尺寸h2优选为39μm以下，更优选为15μm以下。(尺寸h2-尺寸h1)的值优选为9μm以下，更优选为6μm以下。(尺寸h2-尺寸h1)的值的下限值未特别限定，在不影响制造的情形时，可将0μm作为下限值，也可将-3μm作为下限值。另，尺寸h1、h2可通过将安装基板1垂直切断，对截面进行sem(scanning electron microscope：扫描电子显微镜)观察等而测定。
[0026]
如图2所示，将通过壁9包围的区域，即凹部11的长边11a、11b设为尺寸d1，将电子零件2的主体部6的长边6a、6b设为尺寸d2。此时，尺寸d1优选为8μm以上，更优选为16μm以上。另外，尺寸d1优选为68μm以下，更优选为35μm以下。尺寸d2优选为7μm以上，更优选为15μm以上。另外，尺寸d2优选为58μm以下，更优选为25μm以下。(尺寸d1-尺寸d2)的值优选为10μ
m以下，更优选为6μm以下。(尺寸d1-尺寸d2)的值的下限值未特别限定，在不影响制造的情形时，可将0μm作为下限值。
[0027]
将通过壁9包围的区域，即凹部11的短边11c、11d设为尺寸d3，将电子零件2的主体部6的短边6c、6d设为尺寸d4。此时，尺寸d3优选为5μm以上，更优选为9μm以上。另外，尺寸d3优选为44μm以下，更优选为35μm以下。尺寸d4优选为4μm以上，更优选为8μm以上。另外，尺寸d4优选为58μm以下，更优选为25μm以下。(尺寸d3-尺寸d4)的值优选为10μm以下，更优选为6μm以下。(尺寸d3-尺寸d4)的值的下限值未特别限定，在不影响制造的情形时，可将0μm作为下限值。
[0028]
在壁9的凹部11的角部或主体部6、端子7、10的角部，可形成有角r。角r可设定为例如1μm、5μm、10μm等。
[0029]
如图2所示，壁9的凹部11为长方形的情形时，长边的尺寸相当于尺寸d1。壁9的凹部11为正方形的情形时，任一边的尺寸相当于尺寸d1。壁9的凹部11为圆形的情形时，直径相当于尺寸d1。壁9的凹部11为椭圆形的情形时，长径相当于尺寸d1。壁9的凹部11为五边形以上的多边形的情形时，测定各顶点与该顶点所面对的边的距离，将最长距离者作为尺寸d1。另，与主体部6的形状相应的尺寸d2的决定方法也与尺寸d1相同。
[0030]
接着，对安装基板1的制造方法及制造过程中电路基板3的结构进行说明。
[0031]
首先，准备如图3所示的电路基板3。该状态为接合材料4配置于端子10上的状态。该接合材料4由于为与电子零件2接合的前阶段的状态，故至少较图1的安装基板1的状态的接合材料4更厚。该接合材料4可为包含成为低温焊料的金属元素的金属，若其整体组成为低熔点，则也可为任意微细构造。在例如在电路基板3流通的阶段，接合材料4也可具有具备二层以上金属层的层叠构造。或者，也可预先加热，在设为包含2种以上金属的合金的状态下，在电路基板3流通。
[0032]
该状态下，端子10及接合材料4通过配置于形成于壁9的凹部11内，而通过壁9包围周围。将端子10及接合材料4的合计厚度设为尺寸h3的情形时，尺寸h3优选为1μm以上，更优选为3μm以上。尺寸h3优选为20μm以下，更优选为9μm以下。将通过壁9形成的空间的宽度设为尺寸d5。通过壁9形成的空间相当于凹部11的内部空间。因此，空间的宽度由凹部11的宽度定义。尺寸d5优选为8μm以上，更优选为16μm以上。另外，尺寸d5优选为68μm以下，更优选为35μm以下。
[0033]
对电路基板3载置电子零件2。此时，在一对接合材料4上分别载置电子零件2的一对端子7。通过加热该状态的电路基板3及电子零件2而进行焊接。作为加热方式，可为置入炉等中进行加热的回焊(reflow)方式、一面压接电子零件2一面进行加热的热压接方式、通过照射光进行加热的光加热方式的任一者，也可将这些组合。通过以上，将电子零件2安装于电路基板3，安装基板1完成。
[0034]
对本实施方式的安装基板1及电路基板3的作用、效果进行说明。
[0035]
安装基板1中，电子零件2及接合材料4通过配置于由绝缘体形成的壁9内，而通过壁9包围周围。由此，可在电子零件2及接合材料4周围设置由壁9形成的冲击缓冲构造。再者，通过将(尺寸d1-尺寸d2)的值设为10μm以下，可充分减小电子零件2与壁9之间的间隙。因此，在安装基板1自外部向电子零件2的长边方向受力时，壁9易于保护电子零件2。根据以上，可提高安装基板1的可靠性。
[0036]
将壁9的上表面9a的高度设为尺寸h1，电子零件2的上表面6e的高度设为尺寸h2的情形时，(尺寸h2-尺寸h1)的值可为9μm以下。通过电子零件2与壁9的高度关系处于这样的范围内，而难以向电子零件2施加力，可提高可靠性。
[0037]
根据本实施方式的电路基板3，在安装电子零件2时，可获得发挥与上述相同的作用、效果的安装基板1。
[0038]
本发明并非限定于上述实施方式。
[0039]
例如，如图4所示，在电子零件2及接合材料4、与壁9之间，可配置构成材料20。由此，通过利用构成材料20加以支承，可不易使电子零件2自电路基板3剥离。另外，可缓和施加于电子零件2、或接合材料4、或端子7、10的力，而提高可靠性。图4所示的例中，构成材料20的上表面20a配置于较壁9的上表面9a更低的位置。作为构成材料20的材料，采用例如环氧树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、尿素树脂、醇酸树脂、siox(氧化硅)、陶瓷等。优选为，作为构成材料20的材料，采用环氧树脂、丙烯酸树脂。
[0040]
如图5所示，构成材料20可存在于较壁9的上表面9a更上方。构成材料20的上表面20a配置于较壁9的上表面9a更上方。由此，通过构成材料20较壁9的上表面9a更高地包围电子零件2，而进一步缓和施加于电子零件2的力，可提高可靠性。
[0041]
如图6的(a)所示，在一对端子10之间，可配置较壁9的上表面9a更低的间隔件30(第1间隔件)。如图6的(a)所示，间隔件30自壁9的一长边11a延伸至另一长边11b。其中，间隔件30的长度未特别限定。如此，通过间隔件30存在于端子10间，施加于电子零件2的力不易施加于接合材料4，可提高可靠性。
[0042]
如图7所示，可在壁9的内周配置较壁9的上表面9a更低的间隔件40(第2间隔件)。通过间隔件40存在于端子10与壁9之间，施加于电子零件2的力不易施加于接合材料4，可提高可靠性。间隔件40可设置于壁9的内周的全部区域，也可设置于一部分。间隔件30、40的材料可采用与构成材料20相同的材料。间隔件30、40的宽度尺寸可为10μm以下，更优选为9μm以下。另，作为材料的硬度的关系，可成立「基材8＞壁9≥间隔件30、40≥构成材料20」的关系。
[0043]
如图8所示，在电子零件2的主体部6的下部，通过下表面6f及台阶差面6g而形成台阶差50。在下部与电路基板3之间配置构成材料20。构成材料20的上表面20a到达至下表面6f及台阶差面6g。通过台阶差50的部分与构成材料20相接，而更为缓和施加于电子零件2的力，可提高可靠性。
[0044]
如图9所示，壁9四侧的壁面也可不相连。该情形时，如图9的(a)所示，将夹着电子零件2的长边6a、6b的壁9(与长边11a、11b对应的部分)投影于电子零件2时，只要有与电子零件2的短边6c、6d重叠的部分即可。关于短边11c、11d侧的壁面也相同。然而，如图9的(b)所示，设置有构成材料20的情形时，上述投影与电子零件2的短边11c、11d也可不重叠，但必须为构成材料20卡住壁9的构造。
[0045]
另外，上述实施方式中在壁9内配置有一个电子零件2，但也可配置多个电子零件2。多个电子零件2的排列形态未特别限定。
[0046]
另外，如图10所示，与凹部11的各边11a、11b、11c、11d对应的壁9的内侧面可具有例如电子零件2侧变宽的锥形状。壁9与基材8的热膨胀率的差会在施加热冲击时自壁9向接合材料4施加力，但因壁9的内侧面具有锥形状，来自电子零件2侧的壁9的力不易施加于接
合材料4，在热冲击试验中电子零件2不易自电路基板3剥离。另，如要定义凹部11的宽度的尺寸d5(参照图3)时，将凹部11的上端(即壁9的上表面的位置)的宽度的尺寸设为尺寸d5。即，以凹部11中宽度的尺寸最大的部位决定尺寸d5。
[0047]
[实施例]对本公开的安装基板的实施例进行说明。另，本公开并不限定于以下的实施例。
[0048]
首先，利用如下的制造方法制作实施例1～7及比较例1的安装基板。首先，准备形成有端子10的基材8。作为基材8，采用环氧玻璃基板。作为端子10，采用被覆ni膜的cu端子。在基材8上形成100对端子10。接着，在端子10上，以所期望的厚度形成成对的bi/sn层叠焊垫，作为接合材料4。在基材8上，在100处形成成对的接合材料4。
[0049]
接着，在基材8上，以包围端子10及接合材料4的方式形成壁9。作为该壁9，采用环氧树脂。由此，获得如图3所示的电路基板3。接着，对该电路基板3载置led芯片作为电子零件2。对电路基板3安装100个led芯片。该led芯片具有au端子作为端子7。接着，将该状态下的安装基板1于150℃～190℃进行回焊。由此，将电路基板3及电子零件2接合。实施例1～7、及比较例1的尺寸及构成材料的有无显示于图11的表中。另，图11的表中「d5-s」为通过壁形成的空间的短边方向的宽度的尺寸，「d5-l」为通过壁形成的空间的长边方向的宽度的尺寸。「d5-l」相当于图3所示的「d5」。
[0050]
对如上述的实施例1～7、及比较例1的安装基板，进行如下试验。将获得的安装基板自30cm的高度自由落下10次。接着，将试验后剩余的led芯片的个数相对于试验前的安装基板整体的led芯片的个数的比例作为「led残存率」进行调查。在残存的led芯片中，将发光的led芯片的个数比例作为「残存led的发光率」进行调查。另，将残存led的发光率为50％以上设为合格(ok)。另外，将发光的led芯片的个数相对于试验前的led芯片的个数的比例作为「试验后ok比例」进行调查。此时的试验结果显示于图11的表中。
[0051]
首先，比较例1可确认，由于(尺寸d1-尺寸d2)过宽，故无法保护led芯片免受试验的冲击，led芯片容易自电路基板取下。与之相比，实施例1～7确认，残存的led芯片较多，且，残存的led芯片也可以较高的比例发光。
[0052]
自实施例1、2、3理解，通过(尺寸d1-尺寸d2)在适当的范围内，led芯片的一部分与壁接触，壁缓和试验中对led芯片及接合部的冲击，由此提高led残存率及led发生率。自实施例4理解，由于(尺寸h2-尺寸h1)较实施例2大，故led芯片与壁的接触性略微降低，led芯片的冲击传递至接合材料，由此可承受试验的led芯片略微减少。自实施例5、6理解，由于(尺寸h2-尺寸h1)较实施例4更大，故led芯片与壁的接触性略微降低，led芯片的冲击传递至接合材料，由此可承受试验的led芯片略微减少，残存led发光率略微降低。自实施例7理解，任何项目中皆为良好结果。符号说明
[0053]1…
安装基板、2
…
电子零件、3
…
电路基板、4
…
接合材料、6
…
主体部、7
…
端子(第1端子)、9
…
壁、10
…
端子(第2端子)、20
…
构成材料、30
…
间隔件(第1间隔件)、40
…
间隔件(第2间隔件)、50
…
台阶差。

技术特征：
1.一种安装基板，其中，是具备电子零件和电路基板的安装基板，所述电子零件具有至少一对第1端子，所述电路基板具有至少一对第2端子，所述第1端子及所述第2端子通过包含金属元素的接合材料电性接合，所述电子零件及所述接合材料配置于由绝缘体形成的壁内，所述电子零件的下表面低于所述壁的上表面，将由所述壁包围的区域的长边设为尺寸d1，将所述电子零件的长边设为尺寸d2时，(尺寸d1-尺寸d2)的值为10μm以下。2.如权利要求1所述的安装基板，其中，在所述电子零件及所述接合材料、与所述壁之间，配置构成材料。3.如权利要求2所述的安装基板，其中，所述构成材料存在于较所述壁的所述上表面更上方。4.如权利要求1至3中任一项所述的安装基板，其中，在一对所述第2端子之间，配置较所述壁的所述上表面更低的第1间隔件。5.如权利要求1至4中任一项所述的安装基板，其中，在所述壁的内周配置较所述壁的所述上表面更低的第2间隔件。6.如权利要求1至5中任一项所述的安装基板，其中，将所述壁的所述上表面的高度设为尺寸h1，将所述电子零件的上表面的高度设为尺寸h2时，(尺寸h2-尺寸h1)的值为9μm以下。7.如权利要求1至6中任一项所述的安装基板，其中，在所述电子零件的下部存在台阶差，且在所述下部与所述电路基板之间配置构成材料。8.如权利要求1至7中任一项所述的安装基板，其中，所述壁的内侧面具有锥形状。9.一种电路基板，其中，是具有至少一对第2端子的电路基板，包含金属元素的接合材料配置于所述第2端子上，一对所述第2端子及所述接合材料配置于由绝缘体形成的壁内，将所述第2端子及所述接合材料的合计高度设为尺寸h3时，尺寸h3为1μm以上、20μm以下，将由所述壁形成的空间的宽度设为尺寸d5时，尺寸d5为8μm以上、68μm以下。

技术总结
本发明的安装基板具备：具有至少一对第1端子的电子零件、与具有至少一对第2端子的电路基板，且第1端子及第2端子通过包含金属元素的接合材料电性接合，电子零件及接合材料配置于由绝缘体形成的壁内，电子零件的下表面低于壁的上表面，将由壁包围的区域的长边设为尺寸d1，将电子零件的长边设为尺寸d2时，(尺寸d1-尺寸d2)的值为10μm以下。尺寸d2)的值为10μm以下。尺寸d2)的值为10μm以下。


技术研发人员：池部桐生 水户瀬智久 关映子 谷口晋 阿部寿之
受保护的技术使用者：TDK株式会社
技术研发日：2021.11.15
技术公布日：2023/8/9