JP2013038144A - チップ部品構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】積層コンデンサを搭載するインターポーザーを回路基板に実装した後に、インターポーザーと回路基板との間隙の洗浄を効果的に行えるチップ部品構造体を実現する。
【解決手段】チップ部品構造体１は積層コンデンサ２を搭載するインターポーザー３を備える。インターポーザー３は、基板３１、部品接続用電極３２Ａ，３２Ｂ、外部接続用電極３３Ａ，３３Ｂ、および側面電極３４Ａ，３４Ｂを備える。部品接続用電極３２Ａ，３２Ｂと外部接続用電極３３Ａ，３３Ｂとの間は、側面電極３４Ａ，３４Ｂにより電気的に接続される。部品接続用電極３２Ａ，３２Ｂは積層コンデンサ２の外部電極が接合される。基板３１には、両主面に開口して対向する空間同士を連通させる連通孔３９Ｂが形成される
【選択図】 図３

Description

本発明は、積層コンデンサと、そのコンデンサを搭載して回路基板に実装されるインターポーザーとを備えたチップ部品構造体に関する。

現在、チップ部品、特に小型の積層コンデンサが携帯電話等の移動体端末の回路基板に多く利用されている。通常、積層コンデンサは、複数の誘電体層間に内部電極を設けた直方体状の積層体と、積層体の長手方向に対向する両端面に形成された外部電極とから構成される。

一般的に積層コンデンサは、回路基板の実装用ランド上に外部電極を載置し、実装用ランドと外部電極とをはんだ等の接合剤で接合することにより、回路基板に対して電気的、物理的に接続される（例えば、特許文献１参照。）。

このような積層コンデンサは、電圧印加によって微小な機械的歪みが生じ、この歪みが回路基板に伝達されることにより回路基板から可聴音を発生させることがある。これを解決する構成として、他の部材を間に介在させてコンデンサを回路基板に実装することがある（例えば特許文献２，３参照。）。コンデンサと回路基板との間に介在させる部材としては、例えばインターポーザーや導電性支持部材が用いられる。

インターポーザーは、積層コンデンサの外部電極が接合される上面電極と、回路基板の実装用ランドに接合される下面電極と、インターポーザーの側端面に設けられ上面電極と下面電極との間を接続する側面電極と、を備える基板である。
導電性支持部材は、下部が回路基板の実装用ランドに接合される支持脚を備え、対をなす支持脚との間に積層コンデンサを挟み込むことで、積層コンデンサを中空に支持する部材である。

特開平８−５５７５２号公報 特開２００４−１３４４３０号公報 特開２０１０−１２３６１４号公報

インターポーザーを介して積層コンデンサを回路基板に実装する場合には、例えば、回路基板の実装用ランド上にフラックスおよび接合剤を設け、その上にチップ部品構造体を載置し、接合剤を固化させることにより、回路基板への実装が行われる。実装後には固化した接合剤の周囲にフラックスの残滓が残り、周囲の電極を腐食して、さび等を発生させてしまう。そのため実装後にはフラックスの残滓を洗浄する必要がある。しかしながら、回路基板とインターポーター基板との間隙にフラックスの残滓が残留していると、その残滓を十分に洗浄することが困難である。

そこで本発明の目的は、積層コンデンサを搭載するインターポーザーを回路基板に実装した後に、インターポーザーと回路基板との間隙の洗浄を効果的に行えるチップ部品構造体を実現することにある。

この発明は、インターポーザーに積層コンデンサを搭載したチップ部品構造体に関する。積層コンデンサは、積層体と外部電極とを備える。積層体は、誘電体層と内部電極とを複数積層した直方体状の構成である。外部電極は、積層体の側面に形成されていて内部電極に電気的に接続されている。インターポーザーは、基板と部品接続用電極と外部接続用電極と側面電極とを備える。部品接続用電極は、基板の一方の主面である部品搭載面に形成され外部電極に接合されている。外部接続用電極は基板の他方の主面である実装面に形成されている。側面電極は、基板の部品搭載面および実装面に交差する側面に形成され部品接続用電極と基板接続用電極との間を電気的に接続している。基板は、実装面側の空間を部品搭載面と積層コンデンサとの間の空間に連通させる連通部が形成されている。

連通部は、基板における積層コンデンサに対向する領域の中心近傍で開口する孔であってもよい。
また、連通部は、基板の側面に、積層コンデンサに対向する領域に及ぶ溝深さで形成された溝であってもよい。

これらの構成では、連通部を空気や洗浄剤が抜けるため、フラックスの残滓を回路基板とインターポーター基板との間隙から洗浄する効率を高めることができる。

上述のチップ部品構造体は、主面法線方向から視て積層コンデンサに重なる位置に側面電極が形成されていてもよい。
また、上記チップ部品構造体は、前記側面電極が形成される基板の側面を、その側面に平行する位置のセラミック積層体の側面よりも外側に配した構成であってもよい。

これらの構成では、インターポーザーの側面電極をぬれ上がって積層コンデンサの外部電極に到達する接合剤の量をさらに抑制でき、回路基板での可聴音の発生を抑制することが可能になる。

この発明に示すチップ部品構造体を用いれば、処理液や空気が連通部から抜け易くなるため、実装状態でインターポーザーと回路基板との間隙に残留するフラックスの残滓を効果的に洗浄することが可能になる。

第１の実施形態に係る積層コンデンサの構成を説明する図である。 第１の実施形態に係るインターポーザーの構成を説明する図である。 第１の実施形態に係るチップ部品構造体の構成を説明する図である。 第１の実施形態に係るチップ部品構造体の実装状態を説明する図である。 第２の実施形態に係るチップ部品構造体の構成を説明する図である。 第３の実施形態に係るチップ部品構造体の構成を説明する図である。 第４の実施形態に係るチップ部品構造体の構成を説明する図である。

《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態に係るチップ部品構造体１について説明する。
チップ部品構造体１は、詳細構造を後述する積層コンデンサ２とインターポーザー３とを備えている。

図１（Ａ）は積層コンデンサ２の平面図、図１（Ｂ）は正面図、図１（Ｃ）は右側面図である。
積層コンデンサ２は、積層体２１と外部電極２２Ａ，２２Ｂと内部電極２３とを備えている。
積層体２１は、天面２１Ａ、底面２１Ｂ、正面２１Ｃ、背面２１Ｄ、左側面２１Ｅ、および、右側面２１Ｆを有する概略直方体状の外形を有する。天面２１Ａ、底面２１Ｂ、正面２１Ｃ、および背面２１Ｄは、略長方形状であり、互いに長辺側で隣接する。左側面２１Ｅおよび右側面２１Ｆは、略正方形状であり、天面２１Ａ、底面２１Ｂ、正面２１Ｃ、および背面２１Ｄの短辺側に隣接する。この積層体２１は、天面２１Ａおよび底面２１Ｂに対して垂直な方向に、複数の誘電体層を積層して構成されている。
内部電極２３は積層体２１の内部に誘電体層を挟んで積層されている。
外部電極２２Ａは、積層体２１の天面２１Ａ、底面２１Ｂ、正面２１Ｃ、背面２１Ｄにおける左側面２１Ｅから一定距離の領域、および、左側面２１Ｅ、に設けられている。外部電極２２Ｂは、天面２１Ａ、底面２１Ｂ、正面２１Ｃ、背面２１Ｄにおける右側面２１Ｆから一定距離の領域、および、右側面２１Ｆ、に設けられている。
なお、外部電極２２Ａ，２２Ｂには、耐腐食性や導電性を加味して所定の金属メッキが施されていてもよい。また、積層コンデンサ２としては一般に普及している外形寸法のものを利用すると良く、例えば、長手方向寸法×短手方向寸法が３．２ｍｍ×１．６ｍｍ、２．０ｍｍ×１．２５ｍｍ、１．６ｍｍ×０．８ｍｍ、１．０ｍｍ×０．５ｍｍ、０．６ｍｍ×０．３ｍｍなどのものを利用することができる。

図２（Ａ）はインターポーザー３の平面図、図２（Ｂ）は正面図、図２（Ｃ）は右側面図、図２（Ｄ）は底面図、図２（Ｅ）は側面断面図、図２（Ｆ）は正面断面図である。
インターポーザー３は、基板３１と部品接続用電極３２Ａ，３２Ｂと外部接続用電極３３Ａ，３３Ｂと側面電極３４Ａ，３４Ｂとを備えている。

基板３１は材質が絶縁性樹脂であり、天面３１Ａ、底面３１Ｂ、正面３１Ｃ、背面３１Ｄ、左側面３１Ｅ、および、右側面３１Ｆを有する矩形平板状の外形を有する。天面３１Ａは、部品搭載面である。底面３１Ｂは実装面である。天面３１Ａおよび底面３１Ｂに直交する主面法線方向の厚みは、例えば０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度である。

この基板３１は、溝部３９Ａおよび連通孔３９Ｂを設けている。溝部３９Ａは、左側面３１Ｅおよび右側面３１Ｆそれぞれに設けられていて、主面法線方向から視て平面形状が半円弧状であり、奥行き方向（正面３１Ｃ及び背面３１Ｄに対して垂直な方向）の中央から主面法線方向に延設されている。連通孔３９Ｂは、天面３１Ａおよび底面３１Ｂそれぞれの中央付近で円形状に開口するように、天面３１Ａと底面３１Ｂとの間を貫通して設けられている。

部品接続用電極３２Ａ，３２Ｂは、天面３１Ａに形成している。部品接続用電極３２Ａは、天面３１Ａと左側面３１Ｅとの境界線の全長に亘る幅で、その境界線から一定距離であって、連通孔３９Ｂの周縁部を除く領域に形成している。部品接続用電極３２Ｂは、天面３１Ａと右側面３１Ｆとの境界線の全長に亘る幅で、その境界線から一定距離であって、連通孔３９Ｂの周縁部を除く領域に形成している。
なお、部品接続用電極３２Ａ，３２Ｂは、天面３１Ａと側面３１Ｅ，３１Ｆとの境界線と接する形状であればどのような形状であっても良い。例えば、積層コンデンサ２の外部電極２２Ａ，２２Ｂの平面形状に略一致する平面形状とすれば、所謂セルフアライメント効果により所望の位置に積層コンデンサ２を高い精度で実装できる。

外部接続用電極３３Ａ，３３Ｂは、底面３１Ｂに形成している。外部接続用電極３３Ａは、底面３１Ｂと左側面３１Ｅとの境界線における両脇の一定寸法を除く幅で、その境界線から一定距離であって、連通孔３９Ｂの周縁部を除く領域に形成している。外部接続用電極３３Ｂは、底面３１Ｂと右側面３１Ｆとの境界線における両脇の一定寸法を除く幅で、その境界線から一定距離であって、連通孔３９Ｂの周縁部を除く領域に形成している。
なお、外部接続用電極３３Ａ，３３Ｂは底面３１Ｂと側面３１Ｅ，３１Ｆとの境界線に接するような形状であればどのような形状であっても良い。例えば、チップ部品構造体１を実装する回路基板の実装用ランドに応じて形状を設定すればよい。

側面電極３４Ａ，３４Ｂは、溝部３９Ａの円弧状の側壁面に形成している。側面電極３４Ａは部品接続用電極３２Ａと外部接続用電極３３Ａとを導通させる。側面電極３４Ｂは部品接続用電極３２Ｂと外部接続用電極３３Ｂとを導通させる。

図３（Ａ）はチップ部品構造体１の外観斜視図、図３（Ｂ）は平面図、図３（Ｃ）は正面図、図３（Ｄ）は右側面図、図３（Ｅ）は底面図、図３（Ｆ）は正面断面図である。
チップ部品構造体１は前述の積層コンデンサ２をインターポーザー３に搭載して構成している。なお、インターポーザー３に対する積層コンデンサ２の搭載面は、前述の天面２１Ａ、底面２１Ｂ、正面２１Ｃ、背面２１Ｄのいずれであってもよい。本実施形態では、基板本体３１の平面形状をコンデンサ２の平面形状よりも若干大きくしていて、インターポーザー３の溝部３９Ａが、底部付近で部分的に積層セラミックコンデンサ２に重なるようにしている。

積層コンデンサ２は、外部電極２２Ａ，２２Ｂが溝部３９Ａに部分的に重なるようにインターポーザー３に搭載され、外部電極２２Ａ，２２Ｂが部品接続用電極３２Ａ，３２Ｂに接合される。これにより、積層コンデンサ２の外部電極２２Ａ，２２Ｂが、インターポーザー３の部品接続用電極３２Ａ，３２Ｂと、側面電極３４Ａ，３４Ｂと、を介して外部接続用電極３３Ａ，３３Ｂに接続される。
なお、外部電極２２Ａ，２２Ｂと部品接続用電極３２Ａ，３２Ｂとの接合はどのような方法を用いてもよいが、例えば部品接続用電極３２Ａ，３２Ｂや外部電極２２Ａ，２２Ｂに予め再溶融可能な金属メッキ（例えば錫メッキ）を設けておき、その金属メッキの再溶融により実現することができる。このような接合方法を用いることにより、部品接続用電極３２Ａ，３２Ｂと外部電極２２Ａ，２２Ｂとの間は再溶融した金属メッキにより接続することができる。なお、その他の接合方法を用いても良く、例えばはんだ等の接合剤を利用して、積層コンデンサ２とインターポーザー３とを接合してもよい。

図４（Ａ）はチップ部品構造体１を回路基板１００に実装した状態での斜視図であり、図３（Ｂ）は正面図、図３（Ｃ）は右側面図である。

チップ部品構造体１は接合剤としてはんだ２００を用いて回路基板１００に実装される。回路基板１００は、はんだペーストおよびフラックスが塗布される実装用ランド１０１Ａ，１０１Ｂを備え、実装用ランド１０１Ａ，１０１Ｂ上にチップ部品構造体１の外部接続用電極３３Ａ，３３Ｂを接触させた状態で、はんだペーストを溶融、固化させることにより、チップ部品構造体１は回路基板１００に実装される。はんだペーストを溶融、固化させると、溶融はんだがチップ部品構造体１の側面電極３４Ａ，３４Ｂをぬれ上がりフィレットが形成される。

はんだ２００のフィレットは、少なくとも実装用ランド１０１Ａ，１０１Ｂから側面電極３４Ａ，３４Ｂにかけて形成される。したがって、チップ部品構造体１と回路基板１００との間を十分な接合強度で接合することができる。また、チップ部品構造体１の回路基板１００からの浮きを防ぐことができる。また、フィレット形状から接合不良を目視確認することができる。接合剤としては、はんだ２００の他、適切なぬれ性を有し導電性を有するものであれば、どのような接合剤を用いてもよい。

このような構成のチップ部品構造体１では、チップ部品構造体１の回路基板１００への実装後には、はんだ２００の周囲にフラックスの残滓が残ることがある。フラックスの残滓は周囲の電極を腐食して、さび等を発生させるため、フラックスの残滓を実装後の洗浄により除去する。本構成では、連通孔３９Ｂがインターポーザー３の両主面に対向する空間、則ち、インターポーザー３と積層コンデンサ２との間の空間、およびインターポーザー３と回路基板１００との間の空間、それぞれに開口して、それらの空間の間を通気させるため、洗浄処理液や空気が連通孔３９Ｂを介して抜け易く、インターポーザー３と回路基板１００との間の間隙を効果的に洗浄することができる。

また、このチップ部品構造体１では、インターポーザー３の基板端面が積層コンデンサ２の部品端面から離間し、積層コンデンサ２の底面側に溝部３９Ａが入り込み、その溝部３９Ａの側壁面のみに側面電極３４Ａ，３４Ｂを形成している構成のため、側面電極３４Ａ，３４Ｂから積層コンデンサ２の底面を超えてインターポーザー３の上面側にはんだ２００がぬれ上がり難くなる。したがって、はんだペーストの供給量がある程度大きくても、積層コンデンサ２の両端面の外部電極２２Ａ，２２Ｂにまではんだ２００がぬれ上がり難くなり、外部電極２２Ａ，２２Ｂに到達するはんだ２００の量を抑制することができる。例えば、実装用ランド１０１Ａ，１０１Ｂに積層コンデンサ２を直接実装する場合と同程度のはんだ量であれば、外部電極２２Ａ，２２Ｂまでぬれ上がるはんだ２００の高さ（Ｈ_ｔｈ）を、鳴きが抑制できる程度の高さとすることができる。

このため、積層コンデンサ２と回路基板１００とは、はんだ２００を介して直接的に接合されるのではなく、実質的にインターポーザー３を介して間接的に接合されることになり、実装用ランド１０１Ａ，１０１Ｂから電圧を印加することで生じる積層コンデンサ２の歪みが、はんだ２００を介して直接的に回路基板１００に伝達されることがなくなり、回路基板１００で生じる可聴音を大幅に低減することができる。

なお、本実施形態では、基板３１の平面形状を積層コンデンサ２の平面形状よりも若干大きくしていていたが、基板３１のサイズはより大きくてもよく、また、より小さくてもよい。例えば、インターポーザー３の左側面３１Ｅから右側面３１Ｆまでの寸法と、積層セラミックコンデンサ２の左側面２１Ｅから右側面２１Ｆまでの寸法とが一致しても、積層コンデンサ２の底面側に溝部３９Ａが入り込むようにしておけば、積層コンデンサ２の底面を超えて積層コンデンサ２の側面までぬれ上がるはんだ量を抑制することができる。

《第２の実施形態》
図５（Ａ）は第２の実施形態に係るチップ部品構造体１Ａの平面図、図５（Ｂ）は正面断面図、図５（Ｃ）は底面図である。

本実施形態のチップ部品構造体１Ａは、第１の実施形態のチップ部品構造体１に対して、積層コンデンサ２の構造は同じであるが、サイズが異なるインターポーザー３Ａを備える点で相違する。そのため以下の説明では、第１の実施形態の構成と対応する構成には同じ符号を付す。

インターポーザー３Ａは平面視した外形が積層コンデンサ２と略同一である。そのため、基板３１の長手方向の両端面に設ける溝部３９Ａは積層コンデンサ２の外部電極２２Ａおよび外部電極２２Ｂの底面下に円弧の全体が入り込む。

この構成でも、連通孔３９Ｂがインターポーザー３Ａの両主面に対向する空間、則ち、インターポーザー３Ａと積層コンデンサ２との間の空間、およびインターポーザー３Ａと回路基板との間の空間、それぞれに開口して、それらの空間の間を通気させるため、洗浄処理液や空気が連通孔３９Ｂを介して抜け易く、インターポーザー３Ａと回路基板との間の間隙を効果的に洗浄することができる。

また、側面電極３４Ａ，３４Ｂをぬれ上がるはんだが、積層コンデンサ２の底面によってインターポーザー３Ａの上面側への回り込みを阻害されるため、外部電極２２Ａ，２２Ｂに到達するはんだ量を抑制して振動音抑制効果が得られる。

また、インターポーザー３Ａの平面視した面積が、積層コンデンサ２を平面視した面積とほぼ同一であるので、インターポーザー３Ａを用いても実装面積が拡大することがない。したがって必要最小限の実装面積でチップ部品構造体１Ａを実装することができる。

《第３の実施形態》
図６（Ａ）は第３の実施形態に係るチップ部品構造体１Ｂの平面図、図６（Ｂ）は正面断面図、図６（Ｃ）は底面図である。

本実施形態のチップ部品構造体１Ｂは、第１の実施形態のチップ部品構造体１に対して、積層コンデンサ２の構造は同じであるが、サイズが異なるインターポーザー３Ｂを備える点で相違する。そのため以下の説明では、第１の実施形態の構成と対応する構成には同じ符号を付す。

インターポーザー３Ｂは第１の実施形態に示したインターポーザー３よりもさらに広い面積で構成する。そして、基板３１の長手方向の両端面に設ける溝部３９Ａは主面法線方向から視て積層コンデンサ２の外部電極２２Ａおよび外部電極２２Ｂと重ならず円弧の全体が露出する。

この構成でも、連通孔３９Ｂがインターポーザー３Ｂの両主面に対向する空間、則ち、インターポーザー３Ｂと積層コンデンサ２との間の空間、およびインターポーザー３Ｂと回路基板との間の空間、それぞれに開口して、それらの空間の間を通気させるため、洗浄処理液や空気が連通孔３９Ｂを介して抜け易く、インターポーザー３Ｂと回路基板との間の間隙を効果的に洗浄することができる。

また、インターポーザー３Ｂの基板端面と積層コンデンサ２の部品端面とが大きく離間しているので、外部電極２２Ａ，２２Ｂへのはんだの到達とぬれ上がりを抑制して振動音抑制効果を得ることができる。

なお、この構成での外部接続用電極３３Ａ，３３Ｂは回路基板の実装用ランドの形状に応じて適宜形状を設定すればよい。また、溝部３９Ａは省略することもでき、この場合、側面電極３４Ａ，３４Ｂは基板端面に適宜形成すればよい。

《第４の実施形態》
図７（Ａ）は第４の実施形態に係るチップ部品構造体１Ｃの平面図であり、図７（Ｂ）はその正面図、図７（Ｃ）はその右側面図、図７（Ｄ）はその底面図である。

本実施形態のチップ部品構造体１Ｃは、第１の実施形態のチップ部品構造体１に対して、積層コンデンサ２の構造は同じであるが、連通孔を省いて連通溝を設けたインターポーザー３Ｃを備える点で相違する。そのため以下の説明では、第１の実施形態の構成と対応する構成には同じ符号を付す。

インターポーザー３Ｃの基板３１は、正面および背面の中央に、両端部が両主面に到達する連通溝３９Ｃを備える。ここでは、連通溝３９Ｃが部分的に積層コンデンサ２の下部に重なるように、その溝深さを設定している。このような構成であっても、積層コンデンサ２とインターポーザー３Ｃとの間の空間、および、インターポーザー３Ｃと回路基板との間の空間、それぞれに連通溝３９Ｃが開口するため、それらの空間の間を通気させて、洗浄処理液や空気が連通溝３９Ｃを介して抜け易くなり、インターポーザー３Ｃと回路基板との間の間隙を効果的に洗浄することができる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…チップ部品構造体
２…積層コンデンサ
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ…インターポーザー
２１…積層体
２２Ａ，２２Ｂ…外部電極
２３…内部電極
３１…基板
３２Ａ，３２Ｂ…部品接続用電極
３３Ａ，３３Ｂ…外部接続用電極
３４Ａ，３４Ｂ…側面電極
３９Ａ…溝部
３９Ｂ…連通孔
３９Ｃ…連通溝
１００…回路基板
１０１Ａ，１０１Ｂ…実装用ランド
２００…はんだ

Claims (5)

1. 誘電体層と内部電極とを複数積層した直方体状の積層体と、前記内部電極と電気的に接続して前記積層体の側面に形成された外部電極と、を備える積層コンデンサ、
   および、
   平板状の基板と、前記基板の一方の主面である部品搭載面に形成され前記外部電極に接合される部品接続用電極と、前記基板の他方の主面である実装面に形成された外部接続用電極と、前記基板の前記部品搭載面および前記実装面に交差する側面に形成され前記部品接続用電極と前記外部接続用電極との間を電気的に接続する側面電極と、を備えるインターポーザー、
   を備え、
   前記基板は、前記実装面側の空間を前記部品搭載面と前記積層コンデンサとの間の空間に連通させる連通部が設けられたものであるチップ部品構造体。
2. 前記連通部は、前記基板における前記積層コンデンサに対向する領域の中心近傍で開口する孔である、請求項１に記載のチップ部品構造体。
3. 前記連通部は、前記基板の側面に、前記積層コンデンサに対向する領域に及ぶ溝深さで形成された溝である、請求項１または２に記載のチップ部品構造体。
4. 前記側面電極は、前記インターポーザーを主面法線方向から視て、前記積層コンデンサに重なる位置に形成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のチップ部品構造体。
5. 前記インターポーザーは、前記側面電極が形成される側面を、その側面と平行に位置する前記積層体の側面よりも外側に配した構成である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のチップ部品構造体。

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