JP2004312044A - シールドキャップ付き配線基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【目的】 素子の実装と同時にシールドキャップを接合することが可能で、かつ、シールドキャップ内部の熱伝導やガス抜けが良好で、素子実装部及びシールドキャップ接合部にボイド等の不具合が発生しにくいシールドキャップ付き配線基板を提供すること。
【構成】 素子の実装パッドとシールドキャップの接合パッドを配線基板の最表面上に設けて、同時にハンダ塗布を可能にする。また、シールドキャップの側面に開口部を設けて、ハンダリフロー時のガス抜き孔や対流伝熱路として利用する。素子の実装とキャップ接合とを同時に行う場合に対流伝熱路として有効に働くため、素子のハンダ付け状態を良好にできる。また、ハンダフラックス等の残留物を洗浄するためにも有効に利用できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シールドキャップ付き配線基板及びその製造方法に関する。更に詳しくは、高周波用途に適したシールドキャップ付き配線基板及びその製造方法に関する。本発明は、無線通信、家電製品、コンピュータ等に用いるＶＣＯ等のモジュール部品、ハイブリットＩＣ等のパッケージ及びそれに用いるシールドキャップ付き配線基板及びその製造方法に好適である。

高周波で用いられる配線基板には、電磁波ノイズを遮蔽したり、搭載素子を保護するためのシールドキャップが実装面上に装着される。シールドキャップ付き配線基板に関する従来技術が、特開昭５４−１８２７３号公報、特開昭６３−３１４８９８号公報、特開昭６３−３１４８９９号公報、特開平２−７８２９８号公報、特開平３−２７６１１号公報、特開平４−２１６６５２号公報、特開平８−９７３１８号公報、特公平８−１５２３６号公報等に開示されている。

通常、シールドキャップは、ハンダや接着剤等を用いて接合される。例えば、パンダペーストを用いてリフロー炉を通してハンダ接合する方法が簡便でよく用いられる。一般的には以下のような工程が必要である（図６を参照）。

まず、配線基板の実装面上に形成された実装パッド上に、スクリーン印刷法でハンダペーストを塗布する。次いで素子を載せて、リフロー炉でハンダを溶融させて素子をハンダ実装する。

その後、配線基板の実装面上に形成されたシールドキャップ接合用のシールリング上に、スクリーン印刷法でより低融点のハンダペーストを塗布するか、又は、配線基板側面のキャスタレーション部分にディスペンサ装置でハンダペーストを塗布する。次いでシールドキャップを載せて、リフロー炉で低融点ハンダを溶融させてシールドキャップをハンダ接合する。

従来のキャスタレーション部分でシールドキャップを接合した配線基板の例を図７に示す。シールドキャップ７の基板側端部に設けられた凸部が、配線基板６の側面に設けられたキャスタレーション（凹部）に嵌合されるようにしてハンダ接合されている。

工数低減のためには、実装部品のハンダ付けとシールドキャップのハンダ接合とを同時に行うのが好ましい。しかし、前記の従来方法はいずれも実装部品のハンダ付けとシールドキャップのハンダ接合を別個に２回に分けて行うものであった。更に、シールリングを用いる方法においては、実装部品のハンダ付けと従来の気密封止構造のシールドキャップを同時にハンダ接合すると、シールドキャップ中のガス抜けが悪くなり、ハンダ接合部にボイドが発生してしまう問題もあった。
特開昭５４−１８２７３号公報 特開昭６３−３１４８９８号公報 特開昭６３−３１４８９９号公報 特開平２−７８２９８号公報 特開平３−２７６１１号公報 特開平４−２１６６５２号公報 特開平８−９７３１８号公報 特公平８−１５２３６号公報

本発明の目的は、従来別々に行われていた素子の実装とシールドキャップの接合とを同時に行うことで、信頼性と生産性を向上したシールドキャップ付き配線基板及びその製造方法を提供することを目的とする。無線通信、家庭電化製品、

請求項１の発明は、シールドキャップの接合部と素子の実装部とが配線基板の同一平面上に形成されるとともに、該シールドキャップの側面に開口部を有するシールドキャップ付き配線基板を要旨とする。かかる構成によれば、一度のスクリーン印刷でシールドキャップの接合部と素子の実装部に同時にハンダペーストを塗布することができ、シールドキャップ接合も素子搭載と同時に行え、ハンダリフローも一回リフロー炉に通すだけですむ。また、シールドキャップ側面に設けられた開口部は、ハンダリフロー時のガス抜き孔や対流伝熱路として利用できる。特には、素子の実装とキャップ接合とを同時に行う場合に対流伝熱路として有効に働くため、素子のハンダ付け状態を良好にできる。また、ハンダフラックス等の残留物を洗浄するためにも有効に利用できる。

シールドキャップ側面の開口部の数は１以上であれば特に制限されないが、ハンダリフロー時の対流伝熱効率やガス抜け性を良好にするために、２以上の開口部を設けることが好ましい。この場合、請求項２に記載の発明のように、２以上の開口部を有する一つのシールドキャップが２以上の接合部に接合された構造（図４を参照）の配線基板となる。一つのシールドキャップの接合部を２以上に分散することで、シールドキャップの接合時に発生する応力集中を緩和する効果も得られる。

シールドキャップ側面の開口部の形態は特に制限されない。シールドキャップの側面の一辺にわたって設けてもよいし（図１）、シールドキャップの側面の一辺に複数箇所設けてもよい（図２）。また、シールドキャップの側面の一辺に限らず、隣り合う他の辺にまで及んでもよい（図３）。もちろん、各辺毎に図１、図２のような開口部を設けてもよい。

本発明のシールドキャップ付き配線基板の好ましい構成を以下に示す。
前記シールドキャップの側面に形成された開口部の長手方向の寸法をＬ、前記シールドキャップ付き配線基板において使用する信号の最小管内波長をλ、前記シールドキャップの長手方向の寸法をＡ、前記シールドキャップの短手方向の寸法をＢ、前記シールドキャップ付き配線基板において使用する信号の周波数をｆ、光速をＣとした場合において、Ｌ、λ、Ａ、Ｂ、ｆ、Ｃが以下の３つの関係式の少なくとも１種を満たすことが好ましい。

（１）Ｌ＜λ／２の関係式を満たすこと。
これは、シールドキャップの開口部からの電磁波放射を防止する要件である。すなわち、かかる関係式を満たすシールドキャップを有する配線基板であれば、素子から発せられる電磁波がその開口部から放出されることはない。

（２）ｆ＞Ｃ／（２Ａ）の関係式を満たすこと。
これは、シールドキャップの開口部が導波管として動作するのを防止する要件である。すなわち、かかる関係式を満たすシールドキャップを有する配線基板であれば、開口部から使用周波数の信号が漏れるのを遮断することができる。

（３）ｆ＞Ｃ×（（１／Ａ）²＋（１／Ｂ）²）^0.5／２の関係式を満たすこと。
これは、シールドキャップが共振するのを防止する要件である。すなわち、かかる関係式を満たすシールドキャップを有する配線基板であれば、使用周波数においてシールドキャップが共振することはない。

ここにいう「素子」とは、いわゆる表面実装型の回路素子をいう。例えば、トランジスタ、ダイオード、チップ型コンデンサ、チップ型抵抗、チップ型コイル、フリップチップ実装型ＩＣチップ等を挙げることができる。ここにいう「実装部、接合部」とは、ロー材や導電性接着剤等を用いて素子やシールドリングを配線基板上に搭載するための実装手段、接合手段をいう。ハンダを用いる場合、実装部と接合部はハンダ耐熱性に優れた金属層で形成するのが好ましい。Ａｇ、Ａｇ／Ｐｄ、Ａｇ／Ｐｔ、Ｃｕ或いはこれらにニッケルメッキ、ニッケルメッキ／金メッキを施したものが好ましい。ハンダペースト印刷後は、図４に示すように、実装部品、シールドキャップの順番に搭載を行い、１回のハンダリフローによって同時に配線基板上に搭載される。

本発明の開口部を有するシールドキャップを接合する接合部は、従来のシールリングのようにリング状にすることを要しない。ハンダ接合時の応力集中を緩和するために、図４に例示するように、２以上の接合パッドとして形成するのが好ましい。請求項２に記載の発明がこれに該当する。

本発明のシールドキャップの接合面には、例えば特開平４−２１６６５２号公報に開示されたシールドキャップに設けられているような、いわゆるつばの部分が無いことが好ましい。かかる構成のシールドキャップを用いることで、表面実装密度を高めるとともに、ハンダリフロー時にシールドキャップに食われる熱量を最小限に抑えて、素子のハンダ実装状態とシールドキャップのハンダ接合状態の両方を良好な状態にできるからである。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のシールドキャップ付き配線基板の製造方法であって、前記素子の実装と前記シールドキャップの接合とを同時に行うことを要旨とする。「素子の実装とシールドキャップの接合とを同時に行う」とは、例えば、素子のハンダ実装とシールドキャップのハンダ接合とを１回のハンダリフロー時に同時に行うことをいう。また、導電性接着剤や異方性導電性接着剤等を用いて熱硬化により素子の実装とシールドキャップの接合を同時に行うことも含まれる。

図５にハンダリフローを用いた場合の本発明の製造方法のフローチャートを示す。また、図６に比較例として従来の製造方法のフローチャートを示す。本発明の製造方法によれば、従来と比較して工程数を少なくできるため、製品のコスト低減を図ることができる。ここにいう「ハンダ」とは、Ｐｂ−Ｓｎ系の共晶ハンダ等に限定されるものではなく、Ｐｂフリーハンダも含まれる。例えば、Ｓｎ−Ａｇ系にＢｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｉｎ等を添加したもの、Ｓｎ−Ｂｉ系にＡｇ、Ｃｕ等を添加したもの、Ｓｎ−Ｚｎ系にＡｇ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｂｉ等を添加したもの、Ｓｎ−Ｉｎ系にＡｇ等を添加したものが挙げられる。

本発明の開口部を有するシールドキャップ付き配線基板によれば、素子のハンダ実装とシールドキャップのハンダ接合とを１回のハンダリフロー時に同時に行っても、実装・接合時の諸問題の発生を防止できる。リフロー炉は、耐熱伝熱或いは一部ふく射伝熱を併用して加熱するので、シールドキャップにはかかる対流伝熱の実行を図るための開口部が必要だからである。

本発明によれば、従来別々に行われていた素子の実装とシールドキャップの接合とを同時に行うことが可能となり、信頼性と生産性を向上したシールドキャップ付き配線基板及びその製造方法を提供できる。

本発明の実施例を以下に説明する。実施例ではセラミック配線基板を用いたが、ガラス−エポキシ複合材料やフッソ系樹脂等を用いた有機系配線基板に対しても本発明は適用可能である。用いるハンダの種類は、これら樹脂材料の耐熱性を加味して決定すればよい。また、ハンダ以外に導電性接着剤等を用いても良い。

（１）配線基板の製造
アルミナホウケイ酸鉛系ガラス５０重量部に対してアルミナフィラー５０重量部を含むガラスセラミック複合材料からなるセラミックグリーンシートをドクダーブレード法にて作製する。シート厚みは２００μｍとした。

外径寸法６０×６０（単位；ｍｍ）のセラミックグリーンシート上にＡｇ導電ペーストをスクリーン印刷法にて所定の回路パターンを印刷形成する。尚、１枚のセラミックスグリーンシート上には６行×８例の合計４８個の配線基板に該当する回路パターンが形成されている。

各層を熱圧着して積層一体化して、６層構造のグリーン積層体を得る。次いで、得られたグリーン積層体に、個々の配線基板を焼成・実装後に分割するための分割溝を切断刃を用いて入れる。その後、加熱炉を用いて２５０℃にて有機成分を分解除去した後、ベルト式炉を用いて８５０℃にて保持・焼成して所望のセラミック配線基板を得る。

得られたセラミック配線基板の外径寸法は、幅５０×長さ５０×厚み０．８（単位；ｍｍ）である。この基板上には６行×８例の合計４８個の部品が多数個取りできるように形成されている。各部品の外径寸法は、幅５×長さ６．７×厚み０．８（単位；ｍｍ）である。各部品の最表面には、素子実装用の実装パッドと、シールドキャップ接合用の接合パッドが形成されている。

（２）シールドキャップ
用いるシールドキャップの外径寸法は、幅４．６×長さ６．３×高さ０．３（単位；ｍｍ）とする。開口形状は、図１、図２及び図３に示す３種類の形状とする。材質は洋白（亜鉛−銅−ニッケル合金）である。また、比較例として、図７に示す開口部の無いシールドキャップも用意する。開口部が無い以外は、上記外径寸法と同一寸法である。

（３）素子の実装及びシールドキャップの接合
上記セラミック配線基板をスクリーン印刷機の台座にセットする。次いで、実装パッドと接合パッドに対応する開口部を有するメタルマスクをスクリーン印刷機にセットして、ハンダペーストをスクリーン印刷にて実装パッド及び接合パッドの上に同時に印刷形成する。尚、比較例については、実装パッドのみに印刷して先にリフロー実装を行い、キャップ接合時に再度接合パッドのみに印刷してリフロー接合する（図６を参照）。

チップマウンターを用いて、素子及びシールドキャップをそれぞれ実装用パッド及び接合用パッドの上にセットする。セット完了した配線基板をリフロー炉を通して実装と接合を同時に行う。リフロー条件は最高保持温度２６０℃とする。得られたシールドキャップ付き配線基板をＸ線透過装置を用いて素子のハンダ実装部及びシールドキャップのハンダ接合部を観察し、ボイドの有無を確認する。結果を表１に示す。

表１の結果より、本発明の開口部を有するシールドキャップを用いた実施例である試料番号１乃至試料番号３においては、ボイドの無い良好な素子のハンダ実装及びシールドキャップのハンダ接合がなされていることがわかる。

一方、従来の開口部の無いシールドキャップを用いた比較例である試料番号４においては、素子のハンダ実装部分及びシールドキャップのハンダ接合部分にボイドが発生していることがわかる。キャップ側面がほぼ全域開口部である試料番号１でも実用上十分であるが、特には開口部がキャップの他の側面にまで及び試料番号３が良好である。

本発明のシールドキャップ付き配線基板の一実施例を示す説明図。 本発明のシールドキャップ付き配線基板の一実施例を示す説明図。 本発明のシールドキャップ付き配線基板の一実施例を示す説明図。 本発明のシールドキャップ付き配線基板の素子及びシールドキャップの搭載状態を示す説明図。 本発明のシールドキャップ付き配線基板の製造方法のフローチャート。 従来のシールドキャップ付き配線基板の製造方法のフローチャート。 従来のシールドキャップ付き配線基板の一実施例を示す説明図。

符号の説明

１ 本発明の配線基板
２〜４ 開口部を有するシールドキャップ
２ａ〜４ａ シールドキャップの開口部
５ 素子
６ 従来の配線基板
７ 従来の開口部の無いシールドキャップ

Claims (3)

1. 配線基板の実装部に素子を搭載するとともに、該配線基板の接合部に該素子搭載部の少なくとも一部を覆うように接合されたシールドキャップを有する配線基板であって、
   該接合部と該実装部とが配線基板の同一平面上に形成されるとともに、該シールドキャップの側面に開口部を有することを特徴とするシールドキャップ付き配線基板。
2. 一つのシールドキャップが２以上の接合部に接合されていることを特徴とする請求項１に記載のシールドキャップ付き配線基板。
3. 前記素子の実装と前記シールドキャップの接合とを同時に行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシールドキャップ付き配線基板の製造方法。