片式元件的安装结构的制作方法

1.本发明涉及焊接在电路板的焊盘上的表面安装型的片式元件。


背景技术：

2.作为片式元件的一个例子的片式电阻器主要由以下构成：长方体形状的绝缘基板；在绝缘基板的主面(表面)具有规定间隔而相向配置的一对表面电极；将成对的表面电极彼此桥接的电阻体；覆盖电阻体的保护层；在绝缘基板的背面具有规定间隔而相向配置的一对背面电极；以桥接表面电极和背面电极的方式形成在绝缘基板的两端面的一对端面电极；在这些端面电极的外表面实施镀覆处理而形成的一对外部电极等。
3.像这样构成的片式电阻器是通过在设置于电路板的焊盘上搭载并焊接背面电极来进行表面安装的，但是当安装后片式电阻器发生热环境的反复变化(以下称为热冲击)时，该焊接部由于热应力而损伤，容易产生裂纹。并且，如果在焊接部产生由热冲击引起的裂纹，则由于焊接部是将片式电阻器的背面电极与电路板的焊盘进行电气且机械连接的部位，所以在最坏的情况下也有导致导通不良的情况。
4.因此，在现有技术中如专利文献1中记载的那样，提出了一种片式电阻器，其使用由烧结银形成的第一电极层和层叠在远离该第一电极层的边缘部的位置的由烧结银形成的第二电极层来构成背面电极，对覆盖这种背面电极的外部电极进行焊接。在这样的现有的片式电阻器中，在从第二电极层的侧面到第一电极层的表面的部分形成台阶，在外部电极上也形成与该台阶对应的台阶部分，因此通过用台阶部分使焊接部的厚度增加，从而利用焊料的挠性来缓和热冲击时的热应力。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开第2013-74044号公报。


技术实现要素：

8.发明要解决的问题
9.然而，近年来，随着汽车相关市场中的高寿命化、免维护化等，需要进一步提高耐热冲击性，在如专利文献1中记载的片式电阻器的安装结构中有时产生缺陷。例如，在使用被称为高强度焊料的无铅焊料来安装片式电阻器的情况下，由于其材质而成为坚硬的焊接，因此热冲击时的热应力没有被焊料吸收而传递至背面电极，有可能产生焊接部的损伤(焊料裂纹)、背面电极的剥离(脱层)。
10.本发明是鉴于这种现有技术的实际情况而完成的，其目的在于提供一种耐热冲击性高的片式元件的安装结构。
11.用于解决问题的方案
12.为了实现上述目的，本发明的片式元件的安装结构的特征在于，具有片式元件，所述片式元件在长方体形状的绝缘基板的背面的长度方向的两端部形成有一对背面电极，并
且所述片式元件在所述绝缘基板的长度方向的两端形成有与所述背面电极连接的端面电极，所述片式元件以使所述一对背面电极朝下的姿势搭载在设置于电路板的一对焊盘上，并且所述端面电极和所述背面电极通过焊料而连接在对应的所述焊盘，所述一对背面电极的间隔距离设定得比所述一对焊盘的分离距离短，所述背面电极的一部分以比对应的所述焊盘更向内侧凸出的状态配置。
13.在像这样构成的片式元件的安装结构中，在片式元件上形成的背面电极的一部分以比电路板的对应的焊盘更向内侧凸出的状态被焊接，由于在焊盘的内侧端的正上方不存在作为剥离的起点的背面电极的内侧端，因此即使热冲击时的热应力作用在背面电极，也能够防止背面电极从绝缘基板的背面剥离。
14.在上述结构中，背面电极可以是烧结银，但是当背面电极由在绝缘基板的背面形成为厚膜的含有导电性颗粒的树脂材料形成时，即使在使用了高强度焊料而成为坚硬的焊接的情况下，也能够利用背面电极的挠性来缓和热冲击时的热应力。
15.在这种情况下，当在背面电极形成有将焊盘侧作为顶部的厚壁部时，通过使膜厚变厚的厚壁部来提高背面电极的挠性，因此能够有效地缓和热冲击时的热应力。
16.另外，在上述结构中，当形成在背面电极的厚壁部的顶部位于焊盘的内侧端的正上方时，通过在热冲击时的热应力容易集中的位置配置厚壁部，能够可靠地防止背面电极的剥离。
17.另外，在上述结构中，背面电极由第一电极部和多个第二电极部构成，第一电极部为俯视时矩形形状，位于远离绝缘基板的端面的内侧，多个第二电极部夹着存在于绝缘基板的端面和第一电极部之间的缺口部在绝缘基板的宽度方向上分开排列，当该第一电极部为厚壁部时，利用作为背面电极的材料的树脂浆料的表面张力，通过一次印刷涂布就能够在背面电极形成厚壁部。
18.发明效果
19.根据本发明，能够提供一种耐热冲击性高的片式元件的安装结构。
附图说明
20.图1是示出第一实施方式的片式电阻器的安装结构的剖视图。
21.图2是示出第二实施方式的片式电阻器的安装结构的剖视图。
22.图3是在第二实施方式的安装结构中使用的片式电阻器的俯视图。
23.图4是沿图3的iv-iv线的剖视图。
24.图5是沿图3的v-v线的剖视图。
25.图6是示出该片式电阻器所具有的背面电极的说明图。
26.图7是示出该片式电阻器的制造工序的剖视图。
27.图8是示出该片式电阻器的制造工序的剖视图。
28.图9是示出该片式电阻器的制造工序的流程图。
29.图10是示出第三实施方式的片式电阻器的安装状态的剖视图。
具体实施方式
30.以下，一边参照附图，一边对发明的实施方式进行说明。
31.图1是示出第一实施方式的片式电阻器的安装结构的剖视图，如该图所示，片式电阻器1焊接在电路板30的焊盘31。电路板30由环氧玻璃基板(glass epoxy substrate)等刚性基板构成，在其表面设置有由铜箔等导电体构成的焊盘31。焊盘31是设置在电路板30上的电路图案(未图示)的焊接用焊盘，经由焊料32将片式电阻器1的后述的外部电极9连接在一对焊盘31。
32.作为片式元件的片式电阻器1由以下构成：绝缘基板2，为长方体形状；一对背面电极3，设置在该绝缘基板2的背面的长度方向的两端部；一对表面电极4，设置在绝缘基板2的表面的长度方向的两端部；电阻体5，以使两端部与该一对表面电极4重叠的方式设置在绝缘基板2的表面；一对端面电极6，以桥接背面电极3和表面电极4的方式，以截面呈
“コ”
字形设置在绝缘基板2的长度方向的两端面；双层结构的保护层(底涂层7和外涂层8)，覆盖电阻体5；双层结构的一对外部电极(镀ni层和镀sn层)9，对端面电极6和背面电极3的外表面实施镀覆处理而形成。
33.绝缘基板2是将氧化铝作为主成分的陶瓷基板。一对背面电极3是通过将含有ag、ni、碳等导电性颗粒的树脂浆料丝网印刷在大型基板的背面并使其加热固化而成的。一对表面电极4是通过将ag系浆料丝网印刷在大型基板的表面并使其干燥、烧成而成的。作为功能元件的电阻体5是通过将氧化钌等电阻体浆料丝网印刷在大型基板的表面并使其干燥、烧成而成的，该电阻体5的长度方向的两端部与一对表面电极4重叠。虽然省略了图示，但是在电阻体5形成有用于调整电阻值的调整槽。
34.一对端面电极6是通过溅射镍(ni)/铬(cr)等而形成的，隔着绝缘基板2的端面而分开的背面电极3和表面电极4通过该端面电极6被导通。此外，端面电极6超过表面电极4与外涂层8的边界位置而延伸至外涂层8的侧端部，外涂层8的平坦状的上表面未被端面电极6覆盖而露出。
35.底涂层7和外涂层8构成双层结构的保护膜。底涂层7是通过丝网印刷玻璃浆料并使其干燥、烧成而成的，该底涂层7是在形成调整槽之前以覆盖电阻体5的方式形成。外涂层8是通过丝网印刷环氧树脂浆料并使其加热固化(烧结)而成的，该外涂层8是在形成了调整槽之后以覆盖底涂层7的方式形成。
36.一对外部电极9由阻挡层和外部连接层的双层结构构成，其中，阻挡层为通过电镀镀覆而形成的镀ni层，外部连接层为通过电镀镀覆而形成的镀sn层。这些外部电极9覆盖端面电极6的整个表面。
37.如图1所示，像这样构成的片式电阻器1以使背面电极3朝下的姿势搭载在设置于电路板30的焊盘31上，通过经由焊料32将覆盖端面电极6和背面电极3的一对外部电极9分别与对应的焊盘31接合来进行表面安装。
38.在此，由于片式电阻器1的绝缘基板2和电路板30的线膨胀系数、杨氏模量等物性值大不相同，因此热冲击时的热应力由于电路板30发生伸缩而弯曲从而产生。此时，应力集中在焊盘31的内侧端与绝缘基板2之间，假设在背面电极3的内侧端存在于焊盘31的内侧端的正上方的情况下，背面电极3的内侧端成为起点，背面电极3从绝缘基板2的背面发生剥离。然而，在本实施方式的片式电阻器1的安装结构中，绝缘基板2的背面中的一对背面电极3的分离距离l1设定得比一对焊盘31的分离距离l2短，背面电极3的内侧端成为比对应的焊盘31更向内侧凸出的状态。像这样，背面电极3的内侧端配置在比焊盘31的内侧端更向内侧
偏移的位置，成为在焊盘31的内侧端的正上方不存在作为剥离的起点的背面电极3的内侧端的安装结构，因此即使热冲击时的热应力作用在背面电极3，也能够防止背面电极3从绝缘基板2的背面剥离。
39.如以上说明的那样，在第一实施方式的片式电阻器1的安装结构中，由于绝缘基板2背面中的一对背面电极3的分离距离l1设定得比一对焊盘31的分离距离l2短，背面电极3的内侧端以比对应的焊盘31更向内侧凸出的状态被焊接，因此位于焊盘31的内侧端的正上方的部分是背面电极3的面部分，作为剥离的起点的背面电极3的内侧端不位于焊盘31的内侧端的正上方。由此，即使热冲击时的热应力作用在背面电极3，也能够防止背面电极3从绝缘基板2的背面剥离。
40.而且，由于片式电阻器1的背面电极3是使用含有碳等导电性颗粒的树脂材料形成的，因此即使在焊料32为杨氏模量大的高强度焊料并成为坚硬的焊接的情况下，也能够利用背面电极3的挠性来缓和热冲击时的热应力，防止由热应力引起的焊料裂纹。
41.图2是示出第二实施方式的片式电阻器的安装结构的剖视图，图3是在第二实施方式的安装结构中使用的片式电阻器20的俯视图，图4是沿图3的iv-iv线的剖视图，图5是沿图3的v-v线的剖视图，对与图1对应的部分标注相同的标记。
42.第二实施方式的安装结构与第一实施方式的安装结构的不同点在于在电路板30上安装的片式电阻器20的背面电极3的结构，除此之外的结构基本相同。即，该片式电阻器20由以下构成：绝缘基板2，为长方体形状；一对背面电极3，设置在该绝缘基板2的背面的长度方向的两端部；一对表面电极4，设置在绝缘基板2的表面的长度方向的两端部；电阻体5，以使两端部与该一对表面电极4重叠的方式设置在绝缘基板2的表面；一对端面电极6，以桥接背面电极3和表面电极4的方式，以截面呈
“コ”
字形设置在绝缘基板2的长度方向的两端面；双层结构的保护层(底涂层7和外涂层8)，覆盖电阻体5；双层结构的一对外部电极(镀ni层和镀sn层)9，对端面电极6和背面电极3的外表面实施镀覆处理而形成。
43.在像这样构成的片式电阻器20中，除了背面电极3以外的各部分与第一实施方式的片式电阻器1相同，因此省略重复的说明，以下对背面电极3进行详细说明。
44.图6是示出在绝缘基板2的背面形成的背面电极3的说明图，为了容易理解背面电极3的形状而省略了端面电极6和外部电极9。如图6所示，当俯视地观察时，背面电极3形成为沟槽形状(
“コ”
字形)，具有第一电极部3a和两个第二电极部3b，该第一电极部3a位于远离绝缘基板2的端面的内侧且俯视时为矩形形状，两个第二电极部3b夹着存在于绝缘基板2的端面和第一电极部3a之间的缺口部3c在绝缘基板2的宽度方向上分开排列。缺口部3c是背面电极3的未印刷形成树脂材料的非涂布部，第一电极部3a和两个第二电极部3b以包围该缺口部3c的方式呈
“コ”
字形连续。
45.在此，第一电极部3a中的用虚线s围成的部分的截面形状是高度从沿着绝缘基板2的长度方向的两端部向中央部逐渐变厚的拱形(半圆柱形)，由于该拱形，第一电极部3a成为膜厚比第二电极部3b厚的厚壁部。此外，通过一次涂布作为背面电极3的材料的树脂浆料，从而能够利用树脂浆料的表面张力容易地形成这种拱形的第一电极部3a。
46.接下来，一边参照图7至图9，一边对如上述那样构成的片式电阻器20的制造方法进行说明。此外，图7和图8是示出片式电阻器20的制造工序的剖视图，图9是示出片式电阻器20的制造工序的流程图。
47.首先，如图9的步骤s1所示，准备要制造多件绝缘基板2的片状的大型基板20a(大型基板的准备工序)。在该大型基板20a设置有呈格子状延伸的一次分割槽和二次分割槽(均未图示)，由这两种分割槽划分出的各个方格为一个片形形成区域。此外，虽然在图7和图8中示出了对应于一个片形形成区域的剖视图，但是实际上对相当于许多个片形形成区域的大型基板20a批量地进行以下说明的各工序。
48.即，在图9的步骤s2中，在大型基板20a的表面中的被二次分割槽夹着的区域内，以跨越各一次分割槽的方式丝网印刷ag系浆料，并将其干燥、烧成，从而如图7(a)所示那样，在大型基板20a的表面形成夹着片形形成区域而相向的表面电极4(表面电极形成工序)。
49.接着，在图9的步骤s3中，通过在大型基板10的表面丝网印刷氧化钌等电阻体浆料并进行干燥、烧成，从而如图7(b)所示那样形成跨越在成对的表面电极4间的电阻体5(电阻体形成工序)。
50.接着，在图9的步骤s4中，通过丝网印刷玻璃浆料并进行干燥、烧成，从而如图7(c)所示那样形成覆盖电阻体5的底涂层7(底涂层形成工序)。之后，从该底涂层7的上方在电阻体5形成未图示的调整槽来调整电阻值。
51.接着，在图9的步骤s5中，通过从底涂层7的上方丝网印刷环氧系树脂浆料并进行加热固化，从而如图7(d)所示那样形成覆盖表面电极4的一部分和电阻体5整体的外涂层8(外涂层形成工序)。利用这些底涂层7和外涂层8，形成覆盖电阻体5的双层结构的保护层。
52.接着，在图9的步骤s6中，通过在大型基板10的背面中的被二次分割槽夹着的区域内，以跨越各一次分割槽的方式丝网印刷含有导电性颗粒(例如ag)的树脂浆料并进行加热固化，从而如图7(e)所示那样在大型基板20a背面中的各片形形成区域形成夹着一次分割槽而相向的背面电极3(背面电极形成工序)。
53.如图6所示，该背面电极3具有第一电极部3a和两个第二电极部3b，第一电极部3a位于远离一次分割槽的片形形成区域的内侧，两个第二电极部3b夹着存在于一次分割槽和第一电极部3a之间的缺口部3c而沿着二次分割槽分开排列，在各片形形成区域的长度方向的两端部形成为沟槽形状(
“コ”
字形)的平面形状。即，缺口部3c是未印刷形成树脂浆料的非涂布部，以包围该缺口部3c的方式，彼此平行地延伸的两个第二电极部3b和第一电极部3a呈
“コ”
字形连续。而且，即使这种形状的背面电极3是仅涂布一次树脂浆料的单层结构，由于树脂浆料的表面张力使得第一电极部3a的最大高度比第二电极部3b的最大高度高，也能够在第一电极部3a容易地形成截面为拱形的厚壁部。
54.至此为止的工序是对大型基板20a的批量处理，接下来，将大型基板20a沿一次分割槽进行一次折断(一次分割)而得到条状基板20b。此时，在背面电极3的两个第二电极部3b之间形成作为树脂浆料的非涂布部的缺口部3c，由于该缺口部3c位于一次分割槽上，因此能够提高在对大型基板20a进行一次折断时的折断性。
55.之后，在图9的步骤s7中，通过对该条状基板20b的分割面溅射ni-cr，从而如图8(f)所示那样，在条状基板20b的两端面形成使表面电极4和背面电极3之间导通的端面电极6(端面电极形成工序)。此外，利用该端面电极6分别覆盖从缺口部3c露出的条状基板20b的背面以及背面电极3的第一电极部3a除外的两个第二电极部3b。
56.接着，通过将条状基板20b沿着二次分割槽进行二次折断(二次分割)，从而得到与片式电阻器20同等大小的片式单体20c。
57.最后，在图9的步骤s8中，对单片化的各片式单体20c实施电镀镀覆，如图8(g)所示，在端面电极6的整个表面和背面电极3的第一电极部3a的表面形成由镀ni层和镀sn层构成的外部电极9(外部电极形成工序)。由此，完成如图3至图5所示的片式电阻器20。
58.如图2所示，像这样制造的片式电阻器20以背面电极3朝下的姿势搭载在电路板30的焊盘31上，通过将一对外部电极9分别经由焊料32与对应的焊盘31接合来进行表面安装。
59.在第二实施方式的片式电阻器20的安装结构中，也与第一实施方式相同地，绝缘基板2的背面中的一对背面电极3的分离距离l1设定得比一对焊盘31的分离距离l2短，背面电极3的内侧端成为比对应的焊盘31更向内侧凸出的状态。像这样，背面电极3的内侧端配置在比焊盘31的内侧端更向内侧偏移的位置，成为在焊盘31的内侧端的正上方不存在作为剥离的起点的背面电极3的内侧端的安装结构，因此即使热冲击时的热应力作用在背面电极3，也能够防止背面电极3从绝缘基板2的背面剥离。
60.另外，在第二实施方式的片式电阻器20的安装结构中，由于在片式电阻器20的背面电极3形成有将焊盘31侧作为顶部的截面为拱形的第一电极部3a(厚壁部)，因此能够通过膜厚较厚的第一电极部3a(厚壁部)来提高背面电极3的挠性，有效地缓和热冲击时作用于背面电极3的热应力。并且，由于使第一电极部3a的顶部位于热冲击时的热应力容易集中的焊盘31的内侧端的正上方，因此热冲击时的热应力有效地被第一电极部3a的厚壁部吸收，能够可靠地防止背面电极3的剥离。
61.进而，在第二实施方式的片式电阻器20的安装结构中，安装在电路板30上的片式电阻器20的背面电极3具有第一电极部3a和两个第二电极部3b，该第一电极部3a位于远离绝缘基板2的端面的内侧且俯视时为矩形形状，两个第二电极部3b夹着存在于绝缘基板2的端面和第一电极部3a之间的缺口部3c在绝缘基板2的宽度方向上分开排列，背面电极3整体形成为沟槽形状，因此利用作为背面电极3的材料的树脂浆料的表面张力，通过一次印刷涂布就能够在背面电极3形成厚壁形状的第一电极部3a。
62.此外，在第二实施方式中，在背面电极3的内端侧形成有厚壁部(第一电极部3a)，使该厚壁部的顶部位于焊盘31的内侧端的正上方，但是背面电极3的厚壁部的形成部位不限于内端侧。例如，如图10所示的第三实施方式的片式电阻器的安装结构那样，可以在远离绝缘基板2的端面的内侧形成膜厚较薄的第二电极部3b，在背面电极3的外端侧形成具有厚壁部的第一电极3a，或者也可以在背面电极3的中央部附近形成厚壁部(第一电极部3a)。
63.另外，在上述各实施方式中，将本发明应用于具有电阻体作为功能元件的片式电阻器，但是本发明也能够应用于具有除电阻体以外的功能元件、例如电感器、电容器等的片式元件。
64.符号说明
65.1、20：片式电阻器(片式元件)
66.2：绝缘基板
67.3：背面电极
68.3a：第一电极部(厚壁部)
69.3b：第二电极部
70.3c：缺口部
71.4：表面电极
72.5：电阻体(功能元件)
73.6：端面电极
74.7：底涂层
75.8：外涂层
76.9：外部电极
77.20a：大型基板
78.20b：条状基板
79.20c：片式单体
80.30：电路板
81.31：焊盘
82.32：焊料

技术特征：
1.一种片式元件的安装结构，其特征在于，其具有片式元件，所述片式元件在长方体形状的绝缘基板的背面的长度方向的两端部形成有一对背面电极，并且所述片式元件在所述绝缘基板的长度方向的两端形成有与所述背面电极连接的端面电极，所述片式元件以使一对所述背面电极朝下的姿势搭载在设置于电路板的一对焊盘上，并且所述端面电极和所述背面电极通过焊料而连接在对应的所述焊盘，一对所述背面电极的间隔距离设定得比一对所述焊盘的分离距离短，所述背面电极的一部分以比对应的所述焊盘更向内侧凸出的状态配置。2.根据权利要求1所述的片式元件的安装结构，其特征在于：所述背面电极由所述绝缘基板的背面形成为厚膜的树脂材料构成，所述树脂材料含有导电性颗粒。3.根据权利要求2所述的片式元件的安装结构，其特征在于：在所述背面电极形成有将所述焊盘侧作为顶部的厚壁部。4.根据权利要求3所述的片式元件的安装结构，其特征在于：所述厚壁部的所述顶部位于所述焊盘的内侧端的正上方。5.根据权利要求4所述的片式元件的安装结构，其特征在于：所述背面电极由第一电极部和多个第二电极部构成，所述第一电极部为俯视时矩形形状，位于远离所述绝缘基板的端面的内侧，所述多个第二电极部夹着存在于所述绝缘基板的端面和所述第一电极部之间的缺口部在所述绝缘基板的宽度方向上分开排列，所述厚壁部形成在所述第一电极部。

技术总结
本发明提供一种耐热冲击性高的片式元件的安装结构。在本发明的片式电阻器(1)的安装结构中，在片式电阻器(20)的绝缘基板(2)形成的一对背面电极(3)的分离距离(L1)设定得比设置在电路板(30)的一对焊盘(31)的分离距离(L2)短。在背面电极(3)形成有厚壁部(第一电极部(3a))，以使该厚壁部的顶部位于焊盘(31)的内侧端的正上方的状态，将黏附在背面电极(3)的外部电极(9)通过焊料(32)而连接在对应的焊盘(31)上。盘(31)上。盘(31)上。


技术研发人员：赤羽泰
受保护的技术使用者：KOA株式会社
技术研发日：2022.02.24
技术公布日：2023/8/28