JP2016039181A - モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 半田接合の接合強度を向上する。【解決手段】 半田ペーストを第１部材の第１部分と第１部材の第２部分に分けて塗布する工程と、第１部材の第１部分に塗布された半田ペーストと第２部材の第１部分とを接触させ、第１部材の第２部分に塗布された半田ペーストと第２部材の第２部分とを接触させる工程と、第２部材の第１部分に接触した半田ペーストおよび第２部材の第２部分に接触した半田ペーストを溶融させる工程と、を有し、溶融させる工程において、第１部材の第１部分に接触した半田ペーストが溶融した溶融半田と、第１部材の第２部分に接触した半田ペーストが溶融した溶融半田と、を結合させる。【選択図】 図２

Description

本発明は、複数の部材が半田接合されたモジュールの製造方法に関する。

特許文献１には、電子部品をはんだ付けにより基板へ実装する場合において、電子部品側ランドにはんだ非着領域を設けることが開示されている。

特開２０１２−９４７１２号公報

特許文献１の技術では、基板側ランドとの半田接合の接合強度が十分でなく、信頼性に問題が生じる場合がある。本発明は、半田接合の接合強度を向上できるモジュールの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段は、
第１部材と第２部材とが半田接合されたモジュールの製造方法であって、半田ペーストを第１部材の第１部分と第２部分に塗布する工程と、前記第１部材の前記第１部分に塗布された前記半田ペーストと第２部材の第１部分とを接触させ、前記第１部材の前記第２部分に塗布された前記半田ペーストと前記第２部材の第２部分とを接触させる工程と、前記第２部材の前記第１部分に接触した前記半田ペーストおよび前記第２部材の前記第２部分に接触した前記半田ペーストを溶融させる工程と、を有し、前記第１部材の前記第１部分および前記第１部材の前記第２部分、または、前記第２部材の前記第１部分および前記第２部材の前記第２部分、が単一のランドに含まれ、前記塗布する工程において、前記第１部材の前記第１部分に塗布された前記半田ペーストと前記第１部材の第２部分に塗布された前記半田ペーストは互いに離間しており、前記溶融させる工程において、前記第１部材の前記第１部分に接触した前記半田ペーストが溶融した溶融半田と、前記第１部材の前記第２部分に接触した前記半田ペーストが溶融した溶融半田と、を互いに接触させることを特徴とする。

本発明のモジュールの製造方法によれば、半田接合の接合強度を向上することができる。

電子機器の断面模式図。 モジュールの製造方法を説明する断面模式図。 モジュールを構成する部材の平面模式図。 モジュールの製造方法を説明する断面模式図。 モジュールの製造方法を説明する断面模式図。 モジュールの製造方法を説明する断面模式図。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。なお、以下の説明および図面において、複数の図面に渡って共通の構成については共通の符号を付している。共通する構成を複数の図面を相互に参照して説明し、共通の構成については適宜説明を省略する。

図１は実施形態に関わる電子機器５００の断面模式図である。電子機器５００はモジュール３００と、モジュール３００を格納する筐体４００とを備える。電子機器５００はスマートフォンなどの情報機器やテレビなどの表示機器、カメラなどの撮像機器である。モジュール３００は、モジュール基板１００と、モジュール基板１００に半田３１１、半田３３１を介して半田接合された電子部品２００とを備える。モジュール３００は例えばカメラモジュールとして、レンズユニットを含むことができる。

モジュール基板１００は例えばフレキシブル基板やリジッド基板などの基体４０を用いたプリント配線基板であり、基体４０の表面には、電子部品２００と半田接合された接続部４１、４２を有する。基体４０は例えばガラスエポキシ樹脂、ガラスポリイミド樹脂複合材料などの有機樹脂を含む材料からなる。基体４０の表面に設けられた接続部４１、４２は銅、金、アルミニウム、ニッケル、半田、タングステンなどの金属からなる。

電子部品２００は、パッケージ５０と、接続部材５６によってパッケージ５０へ電気的に接続された電子デバイス５７と、電子デバイス５７を封止する封止部材５８を備える。

パッケージ５０は、外側接続部５１、５２と、基体５３と、内部配線５４と、内側接続部５５を有する。基体５３は例えば樹脂やセラミック、金属からなる。外側接続部５１、５２、５５は基体５３の外面に露出して設けられる。外側接続部５２は内部配線５４を介して内側接続部５５と導通している。外側接続部５１は補強用の接続部として機能し得る。したがって、外側接続部５１も別の内側接続部５５と導通させることができるが、外側接続部５１は内側接続部５５と導通していなくてもよい。外側接続部５１の接続強度を高めるために、外側接続部５１の面積を外側接続部５２の面積よりも大きくすることができる。外側接続部５１、５２の配置の類型としては、外側接続部５１、５２の基体５３の下面（うら面）に設けたランドグリッドアレイ（ＬＧＡ）型が挙げられる。他の類型としては、外側接続部５１、５２を基体５３の側面から下面に渡って設けたリードレスチップキャリア（ＬＣＣ）型も挙げられる。内側接続部５５は、基体５３の上面（おもて面）側に設けられる。尚、図１は模式的に、外側接続部５１、５２を１つずつ図示しているが、外側接続部５１と外側接続部５２はそれぞれ複数個設けることができる。

内側接続部５５は接続部材５６を介して電子デバイス５７に接続されている。接続部材５６は、ワイヤボンディング接続におけるボンディングワイヤや、フリップチップ接続における半田バンプである。電子デバイス５７は基体５３の上面に接着材（不図示）を介して固定される。電子デバイス５７は典型的には半導体デバイスであり、演算デバイスや記憶デバイス、表示デバイスや撮像デバイス、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスである。撮像デバイスとしては、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサが代表的である。撮像デバイスの場合、図１に示すように、封止部材５８として板状のカバーを用いて、電子デバイス５７と封止部材５８との間に空間５９を設けた中空構造とするのが一般的である。

接続部４１と外側接続部５１とが、半田３１１によって半田接合されている。接続部４２と外側接続部５２とが、半田３３１によって半田接合されている。半田３１１、半田３３１は典型的にはスズ合金であって特にその組成は限定さないが、環境の観点から鉛フリー半田であることが望ましい。

以下、モジュール３００の製造方法について、第１実施形態、第２実施形態および参考形態を説明する。

＜第１実施形態＞
図２（ａ）〜（ｅ）および、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を用いてモジュールの製造方法の第１実施形態を説明する。図２（ａ）〜（ｅ）は図１において点線Ａで囲んだ部分の拡大図に対応する。

図２（ａ）は第１部材１を用意する工程ａを示している。第１部材１は例えば上述したモジュール基板１００と電子部品２００の一方に相当する。第１部材１は絶縁性の基体１０と、基体１０の上の導電膜１１、１２と、基体１０の上の絶縁膜１３と、を有する。第１部材１が例えば上述したモジュール基板１００であれば、基体１０は図１の基体４０に相当し、導電膜１１は図１の接続部４１に相当し、導電膜１２は図１の接続部４２に相当する。第１部材１が例えば上述した電子部品２００であれば、基体１０は図１の基体５３に相当し、導電膜１１は図１の外側接続部５１に相当し、導電膜１２は図１の外側接続部５２に相当する。

導電膜１１はランド１１０を、導電膜１２はランド１２０をそれぞれ含む。ランド１１０、１２０とは半田が接合可能な領域である。本例では、絶縁膜１３は導電膜１１、１２の上に開口を有する。そして、導電膜１１、１２の表面の内、絶縁膜１３の開口によって露出する領域が、ランド１１０、１２０である。従って、絶縁膜１３の開口の内縁がランドの外縁を画定する。絶縁膜１３によってランドを画定するのではなく、絶縁膜１３を設けずに、基体１０の上の導電膜１１、１２の有無のみによってランドを画定してもよい。その場合には、導電膜１１、１２の表面全体がランドとなりえ、導電膜１１、１２の外縁がランドの外縁を画定する。ランド１１０の或る一部を第１部分１０１とし、ランド１１０の別の一部を第２部分１０２とする。ランド１２０の一部を第３部分１０３とする。第１部分１０１と第２部分１０２は単一の導電膜１１の表面の一部であって、単一のランド１１０に含まれる。つまり、第１部分１０１と第２部分１０２との間では、半田が接合可能な領域が連続している。第３部分１０３は、第１部分１０１および第２部分１０２を有する導電膜１１とは別の導電膜１２の表面の一部である。第３部分１０３は、第１部分１０１および第２部分１０２を含むランド１１０とは別のランド１２０に含まれる。本例では、第３部分１０３を含むランド１２０の面積は、第１部分１０１および第２部分１０２を含む単一のランドよりも小さい面積を有するが、ランド１２０の面積はランド１１０の面積以上であってもよい。

図５（ａ）は第１実施形態における第１部材１のランドが設けられた面（接合面）のレイアウト例を示している。接合面には、基体１０の上に、計４つの導電膜１１が接合面の四隅の近傍にそれぞれ配されている。４つの導電膜１１の各々が単一のランド１１０を有している。また、接合面には、基体１０の上に、多数の導電膜１２が格子状に配列されている。多数の導電膜１２が、単一のランド１２０を有している。単一の導電膜１１の面積は単一の導電膜１２の面積よりも大きい。単一のランド１１０の面積は単一のランド１２０の面積よりも大きい。単一のランド１１０の面積は、そのランド１１０が設けられた導電膜１１の面積の２／３以上で有り得る。単一のランド１２０の面積は、そのランド１２０が設けられた導電膜１２の面積の２／３以上で有り得る。

図２（ｂ）は、半田ペースト３１、３２、３３を第１部材１に塗布する工程ｂを示している。半田ペースト３１、３２、３３の塗布の方法は、スクリーン印刷法やディスペンス法を用いることができる。工程ｂでは、半田ペースト３１は第１部分１０１に、半田ペースト３２は第２部分１０２に、半田ペースト３３は第３部分１０３に、それぞれ分けて塗布される。つまり、半田ペースト３１と半田ペースト３２は、互いに離間した状態で単一のランド１１０に塗布される。半田ペースト３３は、半田ペースト３１および半田ペースト３２から離間した状態で、ランド１１０とは別のランド１２０に塗布される。なお、半田ペースト３１の第１部分１０１への塗布と、半田ペースト３２の第２部分１０２への塗布と、半田ペースト３３の第３部分１０３への塗布は、同時行うことが好ましい。しかし、例えば半田ペーストの組成や塗布量を部分ごとに異ならせる場合には、各部分に異なるタイミングで半田ペーストを塗布こともできる。

図５（ｃ）は、図５（ａ）に示すような第１実施形態における第１部材１のランドが設けられた面（接合面）のレイアウトに対する、半田ペーストのレイアウト例を示している。半田ペースト３１、３２、３５、３６が導電膜１１の上であって、単一のランド１１０上に配置されている。

図２（ｃ）は、第２部材２を用意する工程ｃを示している。第２部材２は例えば上述したモジュール基板１００と電子部品２００の他方に相当する。つまり、第１部材１がモジュール基板１００であれば、第２部材２は電子部品２００であり、第１部材１が電子部品２００であれば、第２部材２はモジュール基板１００である。第２部材２は絶縁性の基体２０と、基体２０の上の導電膜２１、２２と、基体２０の上の絶縁膜２３と、を有する。第２部材２が例えば上述した電子部品２００であれば、基体２０は図１の基体５３に相当し、導電膜２１は図１の外側接続部５１に相当し、導電膜２２は図１の外側接続部５２に相当する。第２部材２が例えば上述したモジュール基板１００であれば、基体２０は図１の基体４０に相当し、導電膜２１は図１の接続部４１に相当し、導電膜２２は図１の接続部４２に相当する。

導電膜２１はランド２１１とランド２１２を、導電膜２２はランド２２０をそれぞれ含む。ランド２１１、２１２、２２０とは半田が接合可能な領域である。別々のランド２１１、２１２、２２０の間では半田が接合可能な領域が連続していない。本例では、絶縁膜２３は導電膜２１、２２の上に開口を有する。そして、導電膜２１、２２の表面の内、絶縁膜２３の開口によって露出する領域が、ランド２１１、２１２、２２０である。ランド２１１とランド２１２は、単一の導電膜２１に含まれるが、単一の導電膜２１に接する、絶縁膜２３の一部である分離部２３１によって、画定されている。

絶縁膜２３は酸化アルミニウム（アルミナ）や窒化アルミニウムなどの金属化合物や、酸化シリコンや窒化シリコンなどのシリコン化合物で構成された無機材料膜で有り得る。あるいは、絶縁膜２３はソルダーレジストとして利用可能なエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などで構成された有機材料膜で有り得る。

絶縁膜２３によってランドを画定するのではなく、絶縁膜２３を設けずに、基体２０の上の導電膜２１、２２の有無によってランドを画定してもよい。その場合には、導電膜２１、２２の表面全体がランドとなる。ランド２１０の或る一部を第１部分２０１とし、ランド２１０の別の一部を第２部分２０２とする。ランド２２０の一部を第３部分２０３とする。第１部分２０１と第２部分２０２は単一の導電膜２１の表面の一部であって、単一のランド２１０に含まれる。第３部分２０３は、第１部分２０１および第２部分２０２を有する導電膜２１とは別の導電膜２２の表面の一部である。第３部分２０３は、第１部分２０１および第２部分２０２を含むランド２１０とは別のランド２２０に含まれる。本例では、第３部分２０３を含むランド２２０の面積は、第１部分１０１および第２部分１０２を含む単一のランド１１０よりも小さい面積を有するが、ランド２２０の面積はランド１１０の面積以下であってもよい。

図５（ｂ）は第１実施形態における第２部材２のランドが設けられた面（接合面）のレイアウトを示している。接合面には、基体２０の上に、計４つの導電膜１１が接合面の四隅の近傍にそれぞれ配されている。４つの導電膜２１の上には、それぞれ、導電膜２１に接する絶縁膜で構成された分離部２３１が設けられている。分離部２３１は十字形状になっており、４つの導電膜２１の各々が４つのランド２１１、２１２、２１３、２１４を有している。なお、分離部２３１は導電膜２１に接触する絶縁膜で構成されている。この絶縁膜は、導電膜２１以外に、導電膜２１と導電膜１２の間の部分を覆っているが、この部分については図示していない。また、接合面には、基体２０の上に、多数の導電膜２２が格子状に配列されている。多数の導電膜２２が、単一のランド２２０を有している。単一の導電膜２１の面積は単一の導電膜２２の面積よりも大きい。単一のランド２１１、２１２、２１３、２１４の面積は単一のランド２２０の面積と同程度であり、より大きくてもよいしより小さくてもよい。単一のランド２１１、２１２、２１３、２１４の面積は、そのランド２１１、２１２、２１３、２１４が設けられた導電膜２１の面積の１／２以下で有り得る。単一のランド２２０の面積は、そのランド２２０が設けられた導電膜２２の面積の２／３以上で有り得る。

図２（ｄ）は、半田ペースト３１、３２、３３を第２部材２に接触させる工程ｄを示している。本工程ｄでは、第１部材１の第１部分１０１に塗布された半田ペースト３１と第２部材２の第１部分２０１とを接触させる。また本工程ｄでは、第１部材１の第２部分１０２に塗布された半田ペースト３２と第２部材２の第２部分２０２とを接触させる。半田ペースト３１、３２は分離部２３１に接触しないようにするとよい。また本工程ｄでは、第１部材１の第３部分１０３に塗布された半田ペースト３３と第２部材２の第３部分２０３とを接触させる。

図２（ｅ）は、半田ペースト３１、３２、３３を溶融させる工程ｅを示している。半田ペースト３１、３２、３３を介して重ね合わせられた第１部材１と第２部材２は、加熱炉（リフロー炉）やホットプレートを用いて加熱される。半田ペースト３１、３２、３３は、半田ペースト３１、３２、３３に含まれる粒子状の半田の融点以上の温度まで加熱される。半田ペースト３１、３２、３３に含まれる粒子状の半田の融点は１７０℃以下であり得る。

本工程ｅでは、半田ペースト３１が溶融した溶融半田と、半田ペースト３２が溶融した溶融半田とを結合させる。この結合により、一体化した溶融半田３１０が形成される。溶融半田の結合は、半田ペースト３１が溶融しランド１１０の表面を濡れ広がった溶融半田と、半田ペースト３２が溶融しランド１１０の表面を濡れ広がった溶融半田が、相互に接触することで実現する。一体化した溶融半田３１０を形成するためには、半田ペースト３１、３２が溶融した溶融半田が、ランド１１０の表面を濡れ広がることで相互に接触するような距離だけ離間させて半田ペースト３１、３２を塗布すればよい。詳細には、半田ペースト３１が溶融した溶融半田がランド１１０の表面を濡れ広がる距離と半田ペースト３２が溶融した溶融半田がランド１１０の表面を濡れ広がる距離の和が、半田ペースト３１と半田ペースト３２の距離よりも大きければよい。溶融半田の結合のために特別な処理を行う必要はないが、例えば、第１部材１と第２部材２の少なくとも一方に振動を与えることで、溶融半田の結合を促進することも可能である。

溶融半田３１０と分離部２３１との間には空隙３２０が生じる。この分離部２３１に沿って延びるこの空隙３２０を通じて、半田ペースト３１、３２、３３の加熱時に発生したガスが排気されうる。工程ｄで半田ペースト３１、３２を分離部２３１に接触させない方が、空隙３２０を良好に形成することができる。本工程ｅでは、半田ペースト３３が溶融した溶融半田３３０は、第３部分２０３とは別の部分に接触した半田ペースト、例えば第１部分２０１や第２部分２０２に接触した半田ペースト３１、３２とは、結合しない。

その後、溶融半田３１０、３３０を冷却することで、溶融半田３１０、３３０が固化して図１に示すような半田３１１、３３１が形成され、斯くして第１部材１と第２部材２が半田接合されたモジュール３００を得ることができる。

＜第２実施形態＞
図３（ａ）〜（ｅ）および、図５（ａ）、（ｂ）、（ｄ）を用いてモジュールの製造方法の第２実施形態を説明する。図３（ａ）〜（ｅ）は図１において点線Ａで囲んだ部分の拡大図に対応する。

第２実施形態は、分離部の位置が第１実施形態と異なる以外は第１実施形態と同様のであるので詳細な説明を省略する。

図３（ａ）は第１部材１を用意する工程ａを示している。第１実施形態では、第２部材２の第１部分２０１と第２部材２の第２部分２０２が、別々のランド２１１、２１２に含まれる。これに対して、第２実施形態では、第１部材１の第１部分１０１と第１部材１の第２部分１０２が、別々のランド１１１、１１２に含まれる点で第１実施形態と異なる。第１実施形態では、ランド２１１とランド２１２が、第２部材２に設けられた、導電膜２１に接する絶縁膜２３の分離部２３１によって画定されている。これに対して、第２実施形態では、ランド１１１とランド１１２が、第１部材１に設けられた、導電膜１１に接する絶縁膜１３の分離部１３１によって画定されている点で第１実施形態と異なる。

図５（ｂ）は第２実施形態における第１部材１のランドが設けられた面（接合面）のレイアウト例を示している。第１部材１は基体１０の上に４つの導電膜１１と導電膜１１よりも面積の小さい多数の導電膜１２を有している。４つの導電膜１１の上には、導電膜１１に接する絶縁膜で構成された、十字形状の分離部１３１が設けられている。単一の導電膜１１は、分離部１３１により、互いに分離した４つのランド１１１、１１２、１１３、１１４を有する。多数の導電膜１２の各々は、単一のランド１２０を有する。なお、分離部１３１は導電膜１１に接触する絶縁膜で構成されている。この絶縁膜は、導電膜１１以外に、導電膜１１と導電膜１２の間の部分を覆っているが、この部分については図示していない。

図３（ｂ）は第１部材１に半田ペースト３１、３２、３３を塗布する工程ｂを示している。半田ペースト３１は第１部分１０１に、半田ペースト３２は第２部分１０２に、半田ペースト３３は第３部分１０３に、それぞれ分けて塗布される。半田ペースト３１、３２は分離部１３１に接触しないようにするとよい。

図５（ｄ）は、図５（ｂ）に示すような第２実施形態における第１部材１のランドが設けられた面（接合面）のレイアウトに対する、半田ペーストのレイアウト例を示している。半田ペースト３１、３２、３５、３６が導電膜１１の上に配置されている。半田ペースト３１、３２、３５、３６の各々の間には分離部１３１が位置している。

図３（ｃ）は第２部材２を用意する工程ｃを示している。第１実施形態では、第１部材１の第１部分１０１および第１部材１の第２部分１０２が単一のランド１１０に含まれている。これに対して、第２実施形態では、第２部材２の第１部分２０１および第２部材２の第２部分２０２が単一のランド２１０に含まれている点で第１実施形態と異なる。

図３（ｄ）は第１部材１に塗布された半田ペースト３１、３２、３３を第２部材２に接触させる工程ｄを示している。半田ペースト３１は第２部分２０１に、半田ペースト３２は第２部分２０２に、半田ペースト３３は第３部分２０３に、それぞれ接触する。

図３（ｅ）は第２部材２に接触させた半田ペースト３１、３２、３３を溶融させる工程ｅを示している。第１実施形態と同様に、半田ペースト３１が溶融した溶融半田と、半田ペースト３２が溶融した溶融半田とを結合させる。この結合により、一体化した溶融半田３１０が形成される。溶融半田３１０と分離部１３１との間には空隙３２０が生じる。工程ｂで半田ペースト３１、３２を分離部１３１に接触させない方が、空隙３２０を良好に形成することができる。溶融半田３３０は、溶融半田３３０など他の溶融半田とは接触しない。

以上説明した第１実施形態および第２実施形態では、第１部材１に半田ペースト３１、３２、３３を塗布する形態を説明している。半田ペースト３１、３２、３３が塗布される第１部材１は、モジュール基板１００であってもよいし、電子部品２００であってもよい。しかし、生産性の観点では、電子部品２００よりも取り扱いやすいモジュール基板１００を第１部材１として、一般的にモジュール基板１００よりも小型な電子部品２００を第２部材２とするのがよい。つまり、モジュール基板１００に半田ペースト３１、３２、３３を塗布し、塗布された半田ペースト３１、３２、３３を電子部品２００に接触させるとよい。

＜参考形態＞
図４（ａ）〜（ｅ）を用いてモジュールの製造方法の参考形態を説明する。参考形態は、半田ペーストの塗布形状が異なる点以外は第１実施形態と同様であるので詳細な説明を省略する。

図４（ａ）は第１部材１を用意する工程ａを示している。第１部材１は第１実施形態と同様に、単一の導電膜１１が単一のランド１１０を有し、第１部分１０１と第２部分１０２が単一のランド１１０に含まれる。

図４（ｂ）は第１部材１に半田ペースト３３、３４を塗布する工程ｂを示している。第１実施形態では、半田ペースト３１、３２は相互に分離するように分けて塗布された。これに対して、参考形態では、単一のランド１１０の含まれる第１部分１０１と第２部分１０２には、連続した半田ペースト３４が塗布されている。

図４（ｃ）は第２部材２を用意する工程ｃを示している。第２部材２は第１実施形態と同様に、単一の導電膜２１が分離部２３１によって画定された別々のランド２１１、２１２を有し、第１部分２０１はランド２１１に、第２部分２０２はランド２１２に含まれる。

図４（ｄ）は第１部材１に塗布された半田ペースト３３、３４を第２部材２に接触させる工程ｄを示している。半田ペースト３４は第１部分２０１と第２部部分２０２の双方に接触する。また、半田ペースト３４は分離部２３１にも接触する。

図４（ｅ）は第２部材２に接触させた半田ペースト３３、３４を溶融させる工程ｅを示している。半田ペースト３４が溶融した溶融半田３４０が、半田ペースト３３が溶融した溶融半田３３０などの他の溶融半田と結合することはない。

このように、単一のランド１１０に対して、半田ペースト３４を第１部分１０１と第２部分１０２に連続的に塗布すると、半田ペーストの溶融時に、半田がランド中央部に集まってしまう。その結果、図４（ｅ）に示すように、単一のランド１１０の端部まで半田が濡れ広がりにくくなる。

一方、第１実施形態のように単一のランド１１０に対して、半田ペースト３１、３２を分けて塗布する、あるいは、第２実施形態のように単一のランド２１０に対して、半田ペースト３１、３２を分けて接触させる。このようにすることで、半田ペーストの溶融時に半田がランド中央に集まるのが抑制される。そして、ランドの端部まで半田が濡れ広がりやすくなる。その結果、第１実施形態においては単一のランド１１０上で広い範囲に半田を形成することができ、接合強度を高めることが可能である。また、第２実施形態においては単一のランド２１０上で広い範囲に半田を形成することができ、接合強度を高めることが可能である。よって、参考形態と比較して、第１実施形態、第２実施形態の場合は、単一のランド１１０上での半田の面積が広くなり、接合強度が向上する。融点が１７０℃以下の低融点半田は金や銅などで表面が構成されるランドに対する濡れ性が低いため、融点が１７０℃以下の半田を用いる場合に、第１実施形態や第２実施形態は特に有効である。

第１実施形態では、半田ペースト３１、３２が塗布される第１部材１ではない第２部材２に分離部２３１を設けており、第２実施形態では、半田ペースト３１、３２が塗布される第１部材１に分離部１３１を設けている。しかし、半田ペースト３１と半田ペースト３２を互いに離間して塗布し、溶融後にこれらを結合させれば、第１部材１と第２部材２のいずれにも分離部を設けなくてもよい。しかし、空隙３２０を形成する上では、分離部を第１部材１と第２部材２の何れかに形成する方が好ましい。

第１実施形態において導電膜２１をランド２１１とランド２１２に分離する分離部２３１は導電膜２１に接する絶縁膜である。同様に、第２実施形態において導電膜１１をランド１１１とランド１１２に分離する分離部１３１は、導電膜２２に接する絶縁膜である。絶縁膜を用いずに、導電膜２１や導電膜１１に溝を設けることでランドを分離することもできる。しかし、分離部２３１、１３１として、半田の濡れ性の低い絶縁膜を用いることで、半田が単一のランド１１０あるいはランド２１０の中央に集まる現象がより抑制される。そして、分離部２３１、１３１の形状は、ランドに対して略直線状であることが好ましい。略直線状でない場合は、分離されたランド間での半田の結合が場所によって不安定となるからである。

また、ランドの分離部２３１、１３１の幅、換言すればランド２１１とランド２１２の距離、あるいは、ランド１１１とランド１１２の距離は、半田接合後の半田層の厚さの０．５倍以上２．５倍以下であることが好ましい。分離部２３１、１３１の幅が半田層の厚さの０．５倍未満であると、分離部２３１、１３１を設けた効果が極端に低下する。すなわち、溶融した半田がランド中央に集まりやすくなり、結果としてランド端部に半田が濡れ広がりにくくなる。一方、分離部２３１、１３１の幅が半田層の厚さの２．５倍を超えると、半田の溶融時にランド中央で溶融半田が結合しにくくなり、半田接合強度が低下する場合がある。

上述した第１実施形態、第２実施形態において、第１部材１と第２部材２の組み合わせは、モジュール基板１００と電子部品２００との接続に限定されるものではない。図６（ａ）はＬＣＣ型の外側接続部５１、５２を基体５３の側面から下面（うら面）に渡って設けたリードレスチップキャリア（ＬＣＣ）型の電子部品２００を用いる例を示している。外側接続部５１は基体５３の裏面に電子部品２００の支持用および放熱用に設けられている。そして、外側接続部５１は半田３１１を介して、モジュール基板１００とは別のモジュール基板４５に接続されている。このモジュール基板４５は、支持基板及び／又は放熱基板として機能するもので、電気的な機能を有していなくてもよい。そしてのモジュール基板４５が第１部材１あるいは第２部材２に相当する。モジュール基板４５は金属からなり、モジュール基板４５の表面全体が半田との接合を可能としている。外側接続部５２は半田３３１を介して、モジュール基板１００に接続されている。モジュール基板１００はプリント配線基板などの電気的な機能を有するモジュール基板である。

図６（ｂ）は外側接続部５１、５２が設けられる電子部品２００の接合面のランドのレイアウト例である。図６（ｂ）に示すように、本例では、電子部品２００の外側接続部５１に相当する導電膜２１に分離部２３１を設けている。これにより単一の導電膜２１が別々のランド２１１、２１２を有する構成となっている。別々のランド２１１、２１２を有する外側接続部５１が単一のランドとしての基板４５と半田３１１を介して半田接合している。半田接合を成す半田３１１は、基板４５の複数の部分に分けて塗布された半田ペーストをリフロー法によって溶融し、溶融半田同士が結合することで得られる。なお、第２実施形態のように分離部を基板４５に設けてもよいし、半田ペーストを電子部品２００に塗布してもよい。このような方法によれば、溶融半田が基板４５の表面に濡れ広がり基板４５と接合面席を広くすることができる。したがって、電子部品２００と基板４５との接合強度を高めることができる。

図２（ａ）〜（ｅ）および図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示した第１部材１として、図１（ａ）に示したモジュール基板１００を用い、第２部材２として、図１（ａ）に示した電子部品２００を用いた。

まず、第１部材１としてのモジュール基板１００の構成について図１を用いて説明する。モジュール基板１００は、熱膨張係数が１５ｐｐｍ／℃のガラスエポキシからなる基体４０を有する。モジュール基板１００は、基体４０の表面に、基体４０側から順に銅層、ニッケル層、金層で構成された積層構造を有する接続部４１、４２を有する。基体４０が図２（ａ）〜（ｅ）における第１部材１の基体１０に相当する。接続部４１が導電膜１１に、接続部４２が導電膜１２に対応する。絶縁膜１３として、樹脂からなるソルダーレジストを用いた。これにより、図５（ａ）に示すランドパターンを得た。

次に、電子部品２００の構成について図１を用いて説明する。電子部品２００には、基体５３として、熱膨張係数が７ｐｐｍ／℃のアルミナセラミック材料を用いた。ワイヤボンディング用の接続部としての内側接続部５５と、内部配線５４と、底面に外側接続部５１、５２を有するパッケージ５０を作製した。

具体的には、まず、これらを基体５３の前駆体としてのグリーンシートの表面にタングステンペーストを印刷し、１３００〜１６００℃の温度で焼成して外側接続部５１、５２用および内側接続部５５用のタングステン層を形成する。基体５３のサイズは、縦２５ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ０．８ｍｍとした。次に、電解ニッケルメッキにより外側接続部５１、５２用および内側接続部５５用のタングステン層上に、ニッケル層を形成した。そして、外側接続部５１、５２用および内側接続部５５用のニッケル層上に、電解金メッキ処理によって、厚さ０．５μｍの金層を形成した。これにより、基体５３側から順にタングステン層、ニッケル層、金層で構成された積層構造を有する外側接続部５１、５２を形成した。基体５３が図２（ａ）〜（ｅ）における第２部材２の基体２０に相当する。外側接続部５１が導電膜２１に、外側接続部５２が導電膜２２に対応する。絶縁膜２３としてのアルミナ膜をパッケージ５０の裏面に形成した。これにより、図５（ｂ）に示すランドパターンを得た。導電膜２１の上に位置するアルミナ膜の分離部２３１の幅を０．３ｍｍとした。

さらに、この基体５３上にＣＭＯＳイメージセンサである電子デバイス５７をダイボンディングペースト（不図示）で接着した。そして、電子デバイス５７の接続用パッドと内側接続部５５を接続部材５６としてのボンディングワイヤで接続した。さらに、基体５３の上部に、封止部材５８としてのガラス板を不図示の接着剤で接着した。このようにして第２部材２としての電子部品２００を作製した。作製した電子部品２００は接続部材５６を介して電子デバイス５７に接続された外側接続部５２にプローブピンを当てて電気特性の検査を行った。

そして、図２（ｂ）に示すように、第１部材１（モジュール基板１００）の導電膜１１、１２に半田ペースト３１、３２、３３をスクリーン印刷により塗布した。このとき、導電膜１１、１２上の半田ペーストのパターンは図５（ｃ）に示すように、対向する電子部品２００のランドのパターンと略同じパターンになるようにした。

モジュール基板１００としての第１部材１と、電子部品２００としての第２部材２とを位置合わせして、ランド１１０と、ランド２１１、２１２とを重ね合わせ、同様にランド１２０とランド２２０とを重ね合わせた。

そして、半田ペーストを加熱溶融（リフロー）させて第１部材１のランド１１０に第２部材２のランド２１１、２１２を、第１部材１のランド１２０に第２部材２のランド２２０を、０．２ｍｍの厚さの半田３１１、半田３３１でそれぞれ接合した。半田３１１、３３１には融点が１６５℃、スズ−ビスマス（Ｓｎ−Ｂｉ）系の鉛フリー半田を用いた。

このモジュール３００を１０個作製して、それぞれに対して、−２５℃と１２５℃の各温度に制御した恒温槽に試験サンプルをそれぞれ１０分ずつ保持する工程を１サイクルとする温度サイクル試験を１０００サイクル実施した。そして、試験前後のモジュール基板１００と電子部品２００との間の電気抵抗を測定した。また、このモジュール３００の試験前後の半田接合状態を、Ｘ線検査装置を用いて観察した。その結果、実施例のモジュール３００は１０個いずれも１０００サイクル後の電気抵抗に変化は認められなかった。また、試験前後で半田接合部にクラックや破断などの異常は観察されなかった。

＜参考例＞
実施例における第１部材１のランド１１０上の半田ペーストの塗布パターンを、図５（ｄ）に示すように分割されていないパターンとした以外は、実施例と同様にして比較用モジュールを１０個作製した。

この１０個の比較用モジュールに対して、実施例と同じ温度サイクル試験を実施して、電気抵抗の評価を行った。また、Ｘ線検査装置による半田接合状態の観察を行った。

その結果、温度サイクル試験後において、電子部品２００の外側接続部５１とモジュール基板１００の接続部４１との半田接合が破壊される場合があることが分かった。また、それに伴い、半田接合破壊部周辺の半田接合部の電気抵抗が高くなる傾向にあった。Ｘ線検査装置による観察の結果、ランド１１０の端部まで半田が濡れ広がっておらず、半田接合強度が不足していたのが半田接合破壊の一因として推測された。また、電気抵抗が高くなった半田接合部の周辺は微小なクラックが観察された。面積がランド１２０よりも大きいランド１１０における半田接合の破壊に伴い、周辺の半田接合部への応力増大がクラックの原因と推察された。

以上の結果から、本実施例の電子部品の実装方法によれば、ランド、特に半田接合強度への影響が大きい面積の大きな半田接合の補強用ランド全体に半田を行きわたらせることができる。そのため、プリント配線基板と電子部品の電極接続部との接合信頼性を向上させ、温度サイクル等の熱ストレスによって半田接合部が破断することがないモジュールを得ることができる。

以上、説明した実施形態は、本発明の思想を逸脱しない範囲において適宜変更、組み合わせが可能である。なお、本明細書において特に図示されない、或いは説明されない部分に関しては、当該技術分野の周知或いは公知の技術を適用することができる。

Claims (12)

1. 第１部材と第２部材とが半田接合されたモジュールの製造方法であって、
   半田ペーストを第１部材の第１部分と第２部分に塗布する工程と、
   前記第１部材の前記第１部分に塗布された前記半田ペーストと第２部材の第１部分とを接触させ、前記第１部材の前記第２部分に塗布された前記半田ペーストと前記第２部材の第２部分とを接触させる工程と、
   前記第２部材の前記第１部分に接触した前記半田ペーストおよび前記第２部材の前記第２部分に接触した前記半田ペーストを溶融させる工程と、を有し、
   前記第１部材の前記第１部分および前記第１部材の前記第２部分は単一のランドに含まれ、
   前記塗布する工程において、前記第１部材の前記第１部分に塗布された前記半田ペーストと前記第１部材の第２部分に塗布された前記半田ペーストは互いに離間しており、
   前記溶融させる工程において、前記第１部材の前記第１部分に接触した前記半田ペーストが溶融した溶融半田と、前記第１部材の前記第２部分に接触した前記半田ペーストが溶融した溶融半田と、を互いに接触させることを特徴とするモジュールの製造方法。
2. 前記第２部材の前記第１部分と前記第２部材の前記第２部分は、別々のランドに含まれる、請求項１に記載のモジュールの製造方法。
3. 第１部材と第２部材とが半田接合されたモジュールの製造方法であって、
   半田ペーストを第１部材の第１部分と第２部分に塗布する工程と、
   前記第１部材の前記第１部分に塗布された前記半田ペーストと第２部材の第１部分とを接触させ、前記第１部材の前記第２部分に塗布された前記半田ペーストと前記第２部材の第２部分とを接触させる工程と、
   前記第２部材の前記第１部分に接触した前記半田ペーストおよび前記第２部材の前記第２部分に接触した前記半田ペーストを溶融させる工程と、を有し、 前記第２部材の前記第１部分および前記第２部材の前記第２部分は単一のランドに含まれ、
   前記塗布する工程において、前記第１部材の前記第１部分に塗布された前記半田ペーストと前記第１部材の第２部分に塗布された前記半田ペーストは互いに離間しており、
   前記溶融させる工程において、前記第１部材の前記第１部分に接触した前記半田ペーストが溶融した溶融半田と、前記第１部材の前記第２部分に接触した前記半田ペーストが溶融した溶融半田と、を互いに接触させることを特徴とするモジュールの製造方法。
4. 前記第１部材の前記第１部分と前記第１部材の前記第２部分は、別々のランドに含まれる、請求項３に記載のモジュールの製造方法。
5. 前記別々のランドは単一の導電膜に含まれ、前記別々のランドは前記単一の導電膜に接する絶縁膜によって画定されている、請求項２または４に記載のモジュールの製造方法。
6. 前記別々のランドを画定する前記絶縁膜の幅は、前記半田接合を成す半田層の厚さの０．５倍以上２．５倍以下である、請求項５に記載のモジュールの製造方法。
7. 前記絶縁膜は無機材料膜である、請求項５または６に記載のモジュールの製造方法。
8. 前記半田ペーストに含まれる半田の融点が１７０℃以下である、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のモジュールの製造方法。
9. 前記塗布する工程において、半田ペーストを前記第１部材の第３部分に塗布し、
   前記接触させる工程において、前記第１部材の前記第３部分に塗布された前記半田ペーストと前記第２部材の第３部分とを接触させ、
   前記溶融させる工程において、前記第２部材の前記第３部分に接触した前記半田ペーストを溶融させ、
   前記塗布する工程において、前記第１部材の前記第３部分に塗布された前記半田ペーストは、前記第１部材の第１部分に塗布された前記半田ペーストおよび前記第１部材の第２部分に塗布された前記半田ペーストから離間しており、
   前記溶融させる工程において、前記第２部材の前記第３部分に接触した前記半田ペーストを溶融させた溶融半田は、前記第２部材の前記第３部分とは別の部分に接触した半田ペーストを溶融させた溶融半田と結合しない、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のモジュールの製造方法。
10. 前記第１部材の前記第３部分および前記第２部材の前記第３部分の少なくとも一方は、前記単一のランドの面積よりも小さい面積を有するランドに含まれる、請求項９に記載のモジュールの製造方法。
11. 前記第２部材は電子デバイスを含み、前記第２部材の前記第１部分および前記第２部分は前記電子デバイスへ電気的に接続されておらず、前記第２部材の前記第３部分が前記電子デバイスへ電気的に接続されている、請求項９または１０に記載のモジュールの製造方法。
12. 前記第１部材はモジュール基板であり、前記第２部材は電子部品である、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のモジュールの製造方法。

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