JP2018056234A - プリント回路板、電子機器及びプリント回路板の製造方法 - Google Patents

プリント回路板、電子機器及びプリント回路板の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】電子部品の小型化及び高性能化と両立しつつ、接合信頼性が向上されたプリント回路板、その製造方法及びそのプリント回路板を備えた電子機器を提供する。【解決手段】底面及び側面を有し、前記底面に複数の第１のランドが設けられた電子部品と、搭載面を有し、前記搭載面に前記複数の第１のランドに対応する複数の第２のランドが設けられ、前記底面と前記搭載面とが対向するように前記電子部品が搭載されるプリント配線板と、前記搭載面において、前記複数の第２のランドの外側に設けられたはんだ凝集部材と、前記複数の第１のランドと、対応する前記複数の第２のランドとを接合する複数の第１のはんだと、前記はんだ凝集部材の上に形成された第２のはんだと、前記複数の第１のランドよりも外側の前記電子部品の前記底面と、前記複数の第２のランドよりも外側の前記プリント配線板の前記搭載面とに接着された熱硬化性樹脂とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、プリント回路板、電子機器及びプリント回路板の製造方法に関する。
近年、電子機器の小型化及び高性能化に伴い、電子機器に用いられるプリント配線板に搭載される電子部品もまた小型化、高性能化している。
モバイル機器、デジタルカメラ等の電子機器に用いられる電子部品には、小型化及び端子数の増加が可能な、ＢＧＡ（Ball Grid Array）、ＬＧＡ（Land Grid Array）等のパッケージが多く使用されている。
ＢＧＡ及びＬＧＡは、パッケージの底面に電極を設ける構造を有しているため、リード端子が不要であり、小型化が可能となる。また、パッケージ底面の電極のピッチを小さくすることにより、パッケージを大型化することなく信号、電源等の端子数を増加させることができる。そのため、高性能化への対応も可能となる。
一方、ＢＧＡ、ＬＧＡ等のパッケージの電極の端子数を増加させるためには、パッケージとプリント配線板との間のはんだ接合部を微細化する必要がある。この場合、はんだ接合部の強度の確保が課題となり得る。具体的には、電子機器の落下時の衝撃等によりはんだ接合部に断線が生じる場合がある。また、電子部品の高性能化により、動作時の発熱量が増大し、熱膨張による変形量が大きくなっているため、熱変形によりはんだ接合部に断線が生じる場合もある。このように、電子部品の小型化及び高性能化に伴って、パッケージとプリント配線板の間のはんだ接合部の接合信頼性の確保が課題となっている。
この課題に対し、特許文献１には、端子用の接続ランドと、接続ランドに対して３倍以上の面積を有する補強ランドとを有するモジュール部品が開示されている。補強ランドにより接合面積を大きくすることにより、はんだが受ける応力が低減され、接合信頼性を向上させることができる。補強ランドの配置例として、格子状に配置された接続ランドのエリア外の四隅に補強ランドを設ける構成、格子状に配置された接続ランドのエリア内の四隅を補強ランドとした構成等が開示されている。
特開平８−１３９２３３号公報
しかしながら、接続ランドのエリア外に補強ランドを設けた構成においては、パッケージが大型化する場合がある。また、接続ランドのエリア内の補強ランドを設けた構成においては、信号端子の個数が減少するため、所望の性能が得られない場合がある。このように、特許文献１の補強ランドを用いる手法は、電子部品の小型化及び高性能化と両立することが困難な場合がある。
そこで、本発明は、電子部品の小型化及び高性能化と両立しつつ、接合信頼性が向上されたプリント回路板、その製造方法及びそのプリント回路板を備えた電子機器を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態に係るプリント回路板は、底面及び側面を有し、前記底面に複数の第１のランドが設けられた電子部品と、搭載面を有し、前記搭載面に前記複数の第１のランドに対応する複数の第２のランドが設けられ、前記底面と前記搭載面とが対向するように前記電子部品が搭載されるプリント配線板と、前記搭載面において、前記複数の第２のランドの外側に設けられたはんだ凝集部材と、前記複数の第１のランドと、対応する前記複数の第２のランドとを接合する複数の第１のはんだと、前記はんだ凝集部材の上に形成された第２のはんだと、前記複数の第１のランドよりも外側の前記電子部品の前記底面と、前記複数の第２のランドよりも外側の前記プリント配線板の前記搭載面とに接着された熱硬化性樹脂とを備えることを特徴とする。
本発明の一実施形態に係る電子機器は、底面及び側面を有し、前記底面に複数の第１のランドが設けられた電子部品と、搭載面を有し、前記搭載面に前記複数の第１のランドに対応する複数の第２のランドが設けられ、前記底面と前記搭載面とが対向するように前記電子部品が搭載されるプリント配線板と、前記搭載面において、前記複数の第２のランドの外側に設けられたはんだ凝集部材と、前記複数の第１のランドと、対応する前記複数の第２のランドとを接合する複数の第１のはんだと、前記はんだ凝集部材の上に形成された第２のはんだと、前記複数の第１のランドよりも外側の前記電子部品の前記底面と、前記複数の第２のランドよりも外側の前記プリント配線板の前記搭載面とに接着された熱硬化性樹脂とを備えるプリント回路板を備えることを特徴とする。
本発明の一実施形態に係るプリント回路板の製造方法は、底面及び側面を有し、前記底面に複数の第１のランドが設けられた電子部品と、搭載面を有し、前記搭載面に前記複数の第１のランドに対応する複数の第２のランドが設けられ、前記底面と前記搭載面とが対向するように前記電子部品が搭載されるプリント配線板と、前記搭載面において、前記複数の第２のランドの外側に設けられたはんだ凝集部材と、を備えるプリント回路板の製造方法であって、前記複数の第２のランド及び前記はんだ凝集部材の上に、はんだ粉末及び熱硬化性樹脂を含有するはんだペーストを供給する供給工程と、前記プリント配線板の上に前記電子部品を搭載する搭載工程と、前記はんだペーストを前記はんだ粉末の融点よりも高い温度に加熱することにより、前記はんだ粉末を溶融させて前記複数の第１のランドと対応する前記複数の第２のランドとを接合する複数の第１のはんだを形成し、かつ、前記はんだ凝集部材の上に第２のはんだを形成するとともに、前記はんだペーストから分離した前記熱硬化性樹脂を前記複数の第１のランドよりも外側の前記電子部品の前記底面と、前記複数の第２のランドよりも外側の前記プリント配線板の前記搭載面とに接着させる加熱工程とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、電子部品の小型化及び高性能化と両立しつつ、接合信頼性が向上されたプリント回路板、その製造方法及びそのプリント回路板を備えた電子機器を提供することができる。
本発明の第１実施形態に係るプリント回路板の断面図である。 本発明の第１実施形態に係るプリント配線板の平面図である。 本発明の第１実施形態に係るプリント回路板の製造工程を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係るプリント回路板の断面図である。 本発明の第２実施形態に係るプリント配線板の平面図である。 本発明の第２実施形態に係るプリント回路板の製造工程を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係るプリント回路板の製造工程を示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係る電子機器を示す図である。 プリント回路板の製造に用いられるリフロープロファイルの一例である。
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。複数の図面にわたって共通する要素については同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化することがある。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るプリント回路板６００の断面図である。プリント回路板６００は、半導体装置１００と、半導体装置１００が搭載されるプリント配線板２００とを有する。
半導体装置１００は、半導体素子１０１、パッケージ基板１０２及びモールド樹脂１０４を有する。半導体装置１００の底面、すなわち、パッケージ基板１０２の表面には複数のランド１０３（第１のランド）が設けられている。半導体装置１００は、ＬＧＡの端子を有する電子部品である。パッケージ基板１０２は、アルミナセラミック等により形成された絶縁体と、導電層とを有する基板であり、半導体素子１０１の端子とランド１０３とを電気的に接続する機能を有する。モールド樹脂１０４は、射出成形等の工法により半導体素子１０１を覆うように形成される樹脂であり、半導体素子１０１を保護する役割を有する。
プリント配線板２００は、基板２０１を有する。基板２０１の表面には、複数のランド２０２（第２のランド）が設けられており、基板２０１の表面は、半導体装置１００を搭載する搭載面として機能する。また、基板２０１の表面には、複数のランド２０２の外側にはんだ凝集部材２０３が設けられている。プリント配線板２００には、半導体装置１００の底面と、プリント配線板２００の搭載面とが対向するように半導体装置１００が搭載される。
ランド１０３とランド２０２は、はんだ３０１（第１のはんだ）によって接合される。はんだ凝集部材２０３の上には、はんだ３０２（第２のはんだ）が形成される。はんだ凝集部材２０３は、基板２０１の表面に形成されたランド（第３のランド）であってもよい。この場合、プリント配線板２００の製造時にランド２０２とはんだ凝集部材２０３を一括の工程で形成できるため、はんだ凝集部材２０３の形成が簡易となる。また、はんだ凝集部材２０３は、銅、ニッケル、４２アロイ等のはんだがぬれる金属を板状にして基板２０１の表面に接着したものであってもよい。基板２０１の表面には、ランド２０２及びはんだ凝集部材２０３の上部が開口部となっているソルダーレジストが更に形成されていてもよい。
半導体装置１００の外周部近傍の底面と、プリント配線板２００の外周部近傍の搭載面は、熱硬化性樹脂３０３ａによって接着されている。熱硬化性樹脂３０３ａが接着される半導体装置１００の底面の位置は、ランド１０３よりも外側である。また、熱硬化性樹脂３０３ａが接着されるプリント配線板２００の搭載面の位置は、ランド２０２よりも外側である。ここで、熱硬化性樹脂３０３ａは、はんだ３０２の上面及び半導体装置１００の側面にも接着されており、はんだ３０２と半導体装置１００の側面との間でフィレット３０４が形成されている。熱硬化性樹脂３０３ｂは、はんだ３０１を覆うようにその周囲に形成されている。
ここで、熱硬化性樹脂３０３ｂが絶縁体の場合には、隣接する複数の熱硬化性樹脂３０３ｂが一体化されていてもよい。また、熱硬化性樹脂３０３ａ及び熱硬化性樹脂３０３ｂがともに絶縁体の場合には、熱硬化性樹脂３０３ａと熱硬化性樹脂３０３ｂが一体化されていてもよい。
プリント配線板２００の搭載面に対して垂直な方向からの上面視において、半導体装置１００は、正方形又は長方形の形状を有している。また、上面視において、熱硬化性樹脂３０３ａは、半導体装置１００の四隅の近傍に形成されており、半導体装置１００の四隅の底面及び側面に接着するように形成されている。
図２（ａ）、図２（ｂ）及び図２（ｃ）は、プリント配線板２００の平面図の例である。図２（ａ）において、半導体装置１００は、基板２０１内の破線で示される搭載領域１０５に搭載される。複数のランド２０２は、搭載領域１０５内にグリッド状に設けられている。
はんだ凝集部材２０３は、Ｌ字型の形状をなしており、搭載領域１０５の四隅の近傍に設けられている。また、はんだ凝集部材２０３は、搭載領域１０５の内側と外側にまたがる位置に設けられている。
はんだ凝集部材２０３の形状は、Ｌ字型以外の形状であってもよい。図２（ｂ）及び図２（ｃ）ははんだ凝集部材の形状の変形例である。図２（ｂ）において、図２（ａ）のはんだ凝集部材２０３に対応するはんだ凝集部材２０４は、長方形の形状をなしている。図２（ｃ）において、図２（ａ）のはんだ凝集部材２０３に対応するはんだ凝集部材２０５は、円形の形状をなしている。はんだ凝集部材２０３の形状は、これ以外の形状であってもよく、例えば、正方形又は楕円形であってもよい。
図２（ａ）、図２（ｂ）及び図２（ｃ）では、はんだ凝集部材２０３は、搭載領域１０５の四隅近傍に設けられているが、これ以外の箇所に更にはんだ凝集部材２０３を追加してもよい。例えば、はんだ凝集部材２０３は、搭載領域１０５の四辺の中央近傍に更に設けられていてもよい。
以上のように、本実施形態では、熱硬化性樹脂３０３ａが半導体装置１００の外周部近傍の底面と、プリント配線板２００の搭載面に接着されている。そのため、熱膨張による応力、落下衝撃等に起因してはんだ３０１が受ける力が低減され、接合信頼性が向上する。また、本実施形態では、特許文献１のように面積の大きい補強ランドを半導体装置１００に設けることが必須でなく、半導体装置１００の小型化及び高機能化が接合信頼性の向上と両立される。
なお、はんだ凝集部材２０３の上に形成されたはんだ３０２の頂点は、図１に示すように、半導体装置１００の搭載領域１０５より外側、すなわち、半導体装置１００の側面よりも外側に位置するようにはんだ凝集部材２０３の位置を設定し得る。このようにすることで、熱硬化性樹脂３０３ａがかさ上げされ、熱硬化性樹脂３０３ａのフィレット３０４が半導体装置１００の側面のより高い位置まで接着されるようになる。
そのため、はんだ３０１が受ける応力が更に低減され、より接合信頼性が向上する。更に、熱硬化性樹脂３０３ａがかさ上げされることにより、はんだ凝集部材２０３がない場合に比べて製造工程における熱硬化性樹脂の使用量を少なくすることができるため、材料のコストが低減される。
接合信頼性を確保するために半導体装置の外周付近にＮＣ（Non-Connection）端子が設けられる場合がある。ＮＣ端子は信号端子としての機能を有しない端子であるため、ＮＣ端子を多く設けるとプリント回路板の性能向上の妨げとなることがある。これに対し、本実施形態でははんだ３０１の接合信頼性が向上するため、ＮＣ端子の個数を減少させることができ、あるいはＮＣ端子を設けないこともできる。そのため、プリント回路板６００を高性能化させることができる。
また、はんだ凝集部材２０３は、プリント配線板２００のグラウンド配線と電気的に接続されていてもよい。はんだ凝集部材２０３がフローティングとなっている場合、はんだ凝集部材２０３がアンテナとして機能し、放射ノイズ源となる場合がある。これに対し、はんだ凝集部材２０３をプリント配線板２００のグラウンド配線と電気的に接続すれば上述の問題が回避されるため、はんだ凝集部材２０３を設けた場合に生じ得るプリント回路板６００からの放射ノイズを低減することができる。
次に、上述のプリント回路板６００の製造工程を説明する。図３（ａ）乃至図３（ｄ）は、第１実施形態に係るプリント回路板の製造工程を示す断面図である。図３（ａ）は、はんだ凝集部材２０３及びランド２０２の上に熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０１ａ、４０１ｂをそれぞれ供給する供給工程を示す図である。
本工程で使用される熱硬化性樹脂入りはんだペーストについて説明する。熱硬化性樹脂入りはんだペーストは、少なくともはんだ粉末及び熱硬化性樹脂を含有するはんだペーストである。また、熱硬化性樹脂入りはんだペーストは、酸化膜の除去等を行うことによりはんだ付け性を向上させる機能を有するフラックス成分を更に含有していてもよい。熱硬化性樹脂入りはんだペーストは、熱硬化性樹脂を含有していない通常のはんだペーストと同様の工法により供給、リフロー等を行うことができる。しかしながら、リフロー加熱時にはんだ粉末が溶融すると、溶融したはんだから熱硬化性樹脂が分離する点が通常のはんだペーストと異なる。熱硬化性樹脂とはんだの分離後、熱硬化性樹脂が周囲の部材と接着することにより、半導体装置１００とプリント配線板２００との接合が補強され、接合信頼性が向上する。
なお、ランド２０２の上には熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０１ｂではなく、通常のはんだペーストを供給してもよい。しかしながら、ランド２０２の上にもはんだ凝集部材２０３の上と同時に熱硬化性樹脂入りはんだペーストを一括で供給する方が、コスト及び工程作業時間の低減を考慮すると望ましい。なお、熱硬化性樹脂入りはんだペーストを一括でランド２０２の上及びはんだ凝集部材２０３の上に供給する工法としては、例えばスクリーン印刷が用いられ得る。
図３（ｂ）は、マウンターを用いてプリント配線板２００の上に半導体装置１００を搭載する搭載工程を示す図である。図５（ｂ）に示されるように、熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０１ａは、半導体装置１００の底面に接触する高さ以上となるように供給されている。また、はんだ凝集部材２０３の中心は、半導体装置１００の搭載領域１０５の外側、すなわち半導体装置１００の側面よりも外側に位置している。更に、熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０１ａは、その中心が半導体装置１００の搭載領域１０５の外側、すなわち半導体装置１００の側面よりも外側となるように供給される。
図３（ｃ）は、半導体装置１００とプリント配線板２００をはんだ粉末の融点よりも高い温度に加熱する加熱工程を示す図である。この加熱工程により、ランド１０３とランド２０２がはんだで接合される。この加熱は、例えば、生産性が良好なリフロー炉により行われ得る。なお、この加熱工程は、はんだ粉末の溶融だけでなく、熱硬化性樹脂の硬化を兼ねているため、加熱温度は熱硬化性樹脂の硬化開始温度よりも高い温度に設定する。
熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０１ａ、４０１ｂが、はんだ粉末の融点よりも高い温度に加熱されると、はんだ粉末が溶融して一体化する。そのため、熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０１ａは、溶融したはんだ３０５ａと硬化前の熱硬化性樹脂３０６ａに分離する。同様に、熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０１ｂは、溶融したはんだ３０５ｂと硬化前の熱硬化性樹脂３０６ｂに分離する。
その後、更に加熱が進行すると、はんだ凝集部材２０３に溶融したはんだ３０５ａがぬれ、硬化前の熱硬化性樹脂３０６ａがはんだ凝集部材２０３の上に凝集する。そのため、はんだ凝集部材２０３は、溶融したはんだ３０５ａに対しぬれ性を有する金属で形成される。例えば、はんだがぬれる金属には、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、スズ（Ｓｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、鉄（Ｆｅ）及び亜鉛（Ｚｎ）からなる群から選択された１以上の金属が用いられ得る。また、はんだ凝集部材２０３は、これらの金属の合金で形成されていてもよく、これらの金属を含む積層膜であってもよい。
はんだ凝集部材２０３の中心は、半導体装置１００の搭載領域１０５の外側にあるため、搭載領域１０５内の溶融したはんだ３０５ａは半導体装置１００の外側の方向に流動する。そのため、溶融したはんだ３０５ａが、ランド２０２の方向、つまり溶融したはんだ３０５ｂの方向に流動しにくくなり、はんだブリッジ（隣接するはんだ同士のショート）の発生を低減することができる。
一方、硬化前の熱硬化性樹脂３０６ａは、毛細管現象により、半導体装置１００の底面とプリント配線板２００の搭載面の間に浸透する。図２（ａ）、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示されるように、はんだ凝集部材２０３は半導体装置１００の四隅の近傍に設けられているため、熱硬化性樹脂３０６ａが硬化すると、半導体装置１００の四隅の周辺が接着される。
また、図３（ｃ）に示されるようにはんだ凝集部材２０３の中心が半導体装置１００の搭載領域１０５より外側に位置するように設定されている場合には、上面視において溶融したはんだ３０５ａの頂点は半導体装置１００の側面よりも外側に位置する。硬化前の熱硬化性樹脂３０６ａの一部は、溶融したはんだ３０５ａによってかさ上げされ、半導体装置１００の側面のより高い位置まで付着する。これにより、硬化後にはフィレット３０４が形成される。
一方、熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０１ｂが溶融することにより、ランド１０３とランド２０２がはんだで接合される。このとき、熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０１ｂから分離した硬化前の熱硬化性樹脂３０６ｂと、はんだ凝集部材２０３上の熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０１ａから分離した硬化前の熱硬化性樹脂３０６ａとが一体化することがある。この場合、硬化後の熱硬化性樹脂３０３ａ及び硬化後の熱硬化性樹脂３０３ｂが絶縁体であれば、この一体化による端子間のショートを避けることができる。また、隣接する複数のランド上で、硬化前の熱硬化性樹脂３０６ｂ同士が一体化することもある。この場合、硬化後の熱硬化性樹脂３０３ｂが絶縁体であれば、この一体化による端子間のショートを避けることができる。
上述のようにはんだ凝集部材２０３は、半導体装置１００の四隅の近傍に設けることが望ましい。しかしながら、リフローの後に熱硬化性樹脂３０３ａが半導体装置１００の四隅の底面に接着される範囲内であれば、はんだ凝集部材２０３の位置が半導体装置１００の四隅から離れていてもよい。
図３（ｄ）は、熱硬化性樹脂の硬化温度を超える温度で所定の時間だけ加熱を続けた後、はんだの融点よりも低い温度に冷却した後の状態を示す図である。これにより、図１に示すプリント回路板６００が完成する。
以上、上述の製造方法によれば、半導体装置１００の外周部近傍の底面と、プリント配線板２００の搭載面を、熱硬化性樹脂３０３ａによって接着することができる。これにより、半導体装置１００とプリント配線板２００を接続するはんだ３０１の接合信頼性が向上する。また、当該製造方法は、アンダーフィルを供給する工程が不要であるため、プリント回路板６００を製造する際のコストが低減される。
また、特許文献１のようにパッケージに面積の大きい補強ランドを設ける構成では、補強ランドに多量のはんだペーストを供給する必要がある。この場合、はんだペーストの溶融時に補強ランド上のはんだが潰れ、補強ランドと他のランドとの間にはんだブリッジが生じることがある。これに対し、本実施形態では、上述のような態様の補強ランドを用いなくてもよいため、補強ランドに起因するはんだブリッジを抑制することができる。
［第２実施形態］
図４は、本発明の第２実施形態に係るプリント回路板６２０の断面図である。図４において、第１実施形態の図１と異なる箇所は、はんだ凝集部材２０６の全体が、半導体装置１００の搭載領域１０５よりも外側、すなわち、半導体装置１００の側面よりも外側に設けられていることである。これにより、はんだ凝集部材２０６の上に形成されるはんだ３０７もその全体が半導体装置１００の搭載領域１０５よりも外側に位置することとなる。
図５（ａ）、図５（ｂ）及び図５（ｃ）は、プリント配線板２２０の平面図の例である。図５（ａ）、図５（ｂ）及び図５（ｃ）は、第１実施形態の図２（ａ）、図２（ｂ）及び図２（ｃ）にそれぞれ対応する図面である。第１実施形態の図２（ａ）においては、はんだ凝集部材２０３が搭載領域１０５の内側と外側にまたがる位置に設けられているが、これに対し、本実施形態の図５（ａ）では、はんだ凝集部材２０６の全体が、搭載領域１０５の外側に設けられている。図５（ｂ）のはんだ凝集部材２０７と図５（ｃ）のはんだ凝集部材２０８についても同様である。
図６（ａ）乃至図６（ｄ）は、第２実施形態に係るプリント回路板６２０の製造工程を示す断面図である。はんだ凝集部材２０６及びはんだ３０７が、上面視において、半導体装置１００の搭載領域１０５よりも外側である点を除き第１実施形態の図３と同様であるため、詳細な説明を省略する。
本実施形態においても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。本実施形態では、第１実施形態の構造によりはんだ凝集部材２０３が搭載領域１０５の内側に配置できない場合、すなわち、最外周のはんだ３０１と半導体装置１００のエッジとの距離が短い場合であっても、はんだ凝集部材２０３が配置可能となる。
［第３実施形態］
図７（ａ）乃至図７（ｄ）は、第３実施形態に係るプリント回路板６４０の製造工程を示す断面図である。図７（ａ）乃至図７（ｄ）が第２実施形態の図６（ａ）乃至図６（ｄ）と異なる箇所は、半導体装置１２０が、ＢＧＡの端子を有する電子部品である点である。半導体装置１２０は、複数のランド１０３のそれぞれの上に形成されたはんだボール１０６を有する。その他の点は第２実施形態と同様であるため、詳細な説明を省略する。
本実施形態によれば、ＢＧＡの端子を有する電子部品においても第１実施形態及び第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０１ａを供給する際に、供給された熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０１ａの高さは、はんだボール１０６よりも高くすることが望ましい。その理由は、以下の通りである。熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０１ａから分離した熱硬化性樹脂３０３ａの量が十分に確保され、接合信頼性をより向上させることができる。また、熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０１ａの高さを、はんだボール１０６よりも高くすることによって、半導体装置１２０に熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０１ａが接触する。そのため、熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０１ａが溶融した際に分離した硬化前の熱硬化性樹脂３０６ａが半導体装置１２０の側面にぬれ上がり、フィレット３０４を形成することができる。
熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０１ａの高さに制約がある場合が想定される。例えば、工法上の理由により供給可能な熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０１ａの高さに限界がある場合、熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０１ａの高さが高すぎると加熱後にはんだブリッジの問題が発生する場合等があり得る。このような場合には、はんだボール１０６の高さが熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０１ａの限界高さよりも低い端子構造を選択することで、熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０１ａの高さを、はんだボール１０６よりも高くすることができる。
［第４実施形態］
図８は、本発明の第４実施形態に係る電子機器の一例であるデジタルカメラ５００の概略構成を示す図である。デジタルカメラ５００は、レンズ交換式のデジタルカメラであり、本体部５０１とレンズユニット５０２が着脱可能である。本体部５０１は、第１乃至第３実施形態に係るプリント回路板を含む。
本体部５０１は、第１乃至第３実施形態のいずれかの構成を有するプリント回路板６６０、６８０を有する。プリント回路板６６０は、プリント配線板２４０の上に半導体装置の一例である撮像装置１４０が搭載された構造を有する。撮像装置１４０は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ又はＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサである。プリント回路板６６０は、レンズユニット５０２を介して入射した光を電気信号に変換する機能を有する。
プリント回路板６８０は、プリント配線板２６０の上に半導体装置の一例である画像処理装置１６０が搭載された構造を有する。画像処理装置１６０は、例えば、デジタルシグナルプロセッサである。プリント回路板６８０は、プリント回路板６６０で得られた電気信号に補正等の信号処理を行い、画像データを生成する機能を有する。
第１乃至第３実施形態のいずれかの構成を有するプリント回路板６６０、６８０は、接合信頼性が向上されている。したがって、本実施形態によれば、信頼性が向上されたデジタルカメラ５００等の電子機器を提供することができる。
また、プリント回路板６６０、６８０は、第１乃至第３実施形態で述べた製造方法により製造され得るため、コストが低減されたデジタルカメラ５００等の電子機器を提供することができる。
［実施例］
以下、第２実施形態に係るプリント回路板を製造し、評価を行った実施例について説明する。
（プリント回路板の製造）
まず、本実施例において製造したプリント回路板を構成する部材について、再び図４、図５（ａ）、図５（ｂ）及び図５（ｃ）を参照しつつ説明する。本実施例で用いた半導体装置１００は、イメージセンサを含む装置であり、半導体装置１００の外形のサイズは、上面視で約３５．０［ｍｍ］×２８．０［ｍｍ］である。また、半導体装置１００の外部端子はＬＧＡである。
この半導体装置１００に用いられたパッケージ基板１０２の主材質はアルミナセラミックであり、その厚さは１．０［ｍｍ］である。半導体装置１００の底面に形成されたランド１０３の直径は、１．０［ｍｍ］である。ランド１０３は、１．６［ｍｍ］ピッチでグリッド状に配置されている。
プリント配線板２２０の基板２０１は、ＦＲ−４（Flame Retardant Type 4）を基材とする。プリント配線板２２０の外形のサイズは、上面視で約５０．０［ｍｍ］×５０．０［ｍｍ］であり、プリント配線板２２０の表面はソルダーレジストでコーティングされている。
ランド２０２は、基板２０１においてランド１０３と対応する位置に形成されている。基板２０１の上に形成されたはんだ凝集部材２０６は、ランド２０２と同様に、基板２０１の上に形成されたランドであり、主材質は銅である。
プリント回路板の動作時に、はんだ凝集部材２０６からの放射ノイズを低減するため、はんだ凝集部材２０６は、プリント配線板２２０内のビアを介してプリント配線板２２０の内層のグラウンド層に電気的に接続されている。はんだ凝集部材２０６は、搭載領域１０５の四隅の近傍、かつ搭載領域１０５の外側に設けられている。
本実施例においては、はんだ凝集部材の形状が異なる３種類のプリント回路板を製造した。３種のプリント回路板のはんだ凝集部材２０６、２０７、２０８の形状は、それぞれ図５（ａ）乃至図５（ｃ）に示されるＬ字型、長方形、円形である。
Ｌ字型のはんだ凝集部材２０６は、幅が１．０［ｍｍ］、長さが６．５［ｍｍ］の矩形のランドをＬ字型に重ね合わせた形状である。長方形のはんだ凝集部材２０７は、幅が１．０［ｍｍ］、長さが５．５［ｍｍ］の長方形である。はんだ凝集部材２０７は、搭載領域１０５の１つの角に対して２つずつ設けられている。
円形のはんだ凝集部材２０８は、直径が１．０［ｍｍ］であり、ピッチが１．６［ｍｍ］となるように配列されている。はんだ凝集部材２０８は、搭載領域１０５の１つの角につき５つずつ設けられている。図５（ａ）乃至図５（ｃ）に示されるように、はんだ凝集部材２０６、２０７、２０８の全体が搭載領域１０５の外側に設けられている。搭載領域１０５とはんだ凝集部材２０６、２０７、２０８の間隔は０．５０［ｍｍ］である。
次に、プリント回路板の製造に用いた熱硬化性樹脂入りはんだペーストについて説明する。本実施例で用いた熱硬化性樹脂入りはんだペーストのはんだ粉末は、融点が１３９［℃］のＳｎ−５８Ｂｉはんだである。また、熱硬化性樹脂入りはんだペースト中のはんだ粉末の含有率は約４０［ｗｔ％］である。
熱硬化性樹脂入りはんだペースト中に含まれる熱硬化性樹脂は、硬化開始温度が約１２０℃のエポキシ樹脂である。硬化後において、熱硬化性樹脂は絶縁体である。なお、熱硬化性樹脂入りはんだペーストには、はんだ付け性を確保するためのフラックス成分が更に含まれている。
次に、プリント回路板の製造工程について再び図６（ａ）乃至図６（ｄ）を参照しつつ具体的に説明する。まず、熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０１ａ、４０１ｂをはんだ凝集部材２０６及びランド２０２上に、厚さが０．２０［ｍｍ］の印刷版を用いて、スクリーン印刷により供給した。
このとき、熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０１ａは、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示されるように、はんだ凝集部材２０６の上だけでなく、半導体装置１００の搭載領域１０５にも０．３［ｍｍ］だけ重なるように供給した。
なお、熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０１ａと、はんだ凝集部材２０６に最も近い位置にあるランド２０２の上に供給された熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０１ｂとの間の距離は０．６０［ｍｍ］である。
次に、マウンターを用いてプリント配線板２２０の上に半導体装置１００を搭載した。このとき、図６（ｂ）に示されるように、熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０１ａが、半導体装置１００の底面に接触するように搭載した。
このときのマウンターの搭載圧力は、複数のランド２０２の上に供給された熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０１ｂが潰れても、隣接する熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０１ｂ同士が接触しない範囲内の圧力に調整した。
次に、リフロー加熱によって熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０１ａ、４０１ｂを溶融させた。このときのリフロープロファイルを図９に示す。図９のリフロープロファイルの特徴的な点は、はんだ粉末が溶融する温度（融点）よりも低い温度を維持するプリヒート工程（予備加熱工程）が無いことと、最高温度である１６０℃付近を所定の硬化時間だけ維持させる硬化工程があることである。この最高温度は、はんだ粉末が溶融する温度より高く、かつ、熱硬化性樹脂の硬化開始温度よりも高い。
プリヒートの工程が無い理由は、プリヒートの際に熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０１ａ、４０１ｂのはんだ粉末が溶融する前に、熱硬化性樹脂が硬化し、流動性を失うことを防止するためである。
また、最高温度付近を所定時間維持させる理由は、はんだ粉末が溶融した後にはんだと分離した熱硬化性樹脂を硬化させて、半導体装置１００とプリント配線板２２０と接着させるためである。
本実施例の加熱工程では、図９のリフロープロファイルに示されるように、１５０［℃］以上の温度を約３５０［秒］の間維持させることにより、熱硬化性樹脂を硬化させ、半導体装置１００とプリント配線板２２０とを接着させた。その後、リフロー炉の冷却ゾーンを通過することで、プリント回路板をはんだの融点である１３９［℃］を下回る温度まで冷却してはんだを凝固させ、接合を完了させた。
（プリント回路板の評価）
まず、上述の製造方法により製造されたプリント回路板の、リフロー後の外観を確認した。はんだ凝集部材の形状がＬ字型、長方形、円形のいずれの場合においても、はんだ凝集部材上にははんだ３０７が形成されており、はんだ３０７の頂点は半導体装置１００の外周よりも外側に位置していた。また、はんだ３０７の形成時に分離した熱硬化性樹脂３０３ａが、はんだ３０７によってかさ上げされたことにより、半導体装置１００の側面の上部付近まで付着しており、フィレット３０４が形成されていた。
次に、透過型Ｘ線検査装置を用いて、はんだブリッジの発生の有無を確認した。はんだ凝集部材の形状がＬ字型、長方形、円形のいずれの場合においても、はんだ３０１とはんだ３０７の間でのはんだブリッジはみられなかった。これは、熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０１ａに含まれるはんだ粉末は、はんだ凝集部材２０６の上に凝集するため、はんだ凝集部材２０６とランド２０２の間には残存しないからである。同様に、複数のはんだ３０１同士の間にも、はんだブリッジはみられなかった。
次に、硬化後の熱硬化性樹脂３０３ａの形状を確認するため、半導体装置１００をプリント配線板２２０から引き剥がして観察した。はんだ凝集部材の形状がＬ字型、長方形、円形のいずれの場合においても、硬化後の熱硬化性樹脂３０３ａは、半導体装置１００の四隅の底面近傍で硬化し、半導体装置１００の底面とプリント配線板２２０の表面を接着していた。
この引き剥がし作業において、プリント配線板２２０の表面に形成されているソルダーレジストが基板２０１から剥離する現象がみられた。この現象から、硬化後の熱硬化性樹脂３０３ａの接着強度はソルダーレジストとプリント配線板２２０の接着強度と同等以上であると考えられ、熱硬化性樹脂３０３ａは、半導体装置１００とプリント配線板２２０とを強固に接着していることがわかった。したがって、半導体装置１００の動作時の発熱に起因する変形及び落下時の衝撃によるはんだへの負荷、特に、半導体装置１００の四隅近傍のはんだ３０１への負荷が低減されており、接合信頼性を向上することができた。
また、引き剥がし後の観察において熱硬化性樹脂３０３ａがはんだ３０１の周囲の熱硬化性樹脂３０３ｂと一体化しているものがみられたが、硬化後の熱硬化性樹脂は絶縁体であるため、電気的な不具合はみられなかった。
［その他の実施形態］
上述の実施形態及び実施例は、本発明を適用しうるいくつかの態様を例示したものに過ぎない。すなわち、本発明は、上述の実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜修正や変形を行うことができる。
上述の実施形態では、半導体装置として撮像装置及び画像処理装置を例示しているが、例えば、メモリＩＣ（Integrated Circuit）、電源ＩＣ等の半導体装置にも適用可能である。また、半導体装置は電子部品の例示であり、本発明は、ＢＧＡ又はＬＧＡの外部端子を有していれば半導体装置以外の電子部品にも適用可能である。
また、第４実施形態において、電子機器の一例としてデジタルカメラ５００を例示しているが、これに限定されるものではなく、モバイル通信機器等のあらゆる電子機器に適用可能である。
１００ 半導体装置（電子部品）
１０３ ランド（第１のランド）
２００ プリント配線板
２０２ ランド（第２のランド）
２０３ はんだ凝集部材
３０１ はんだ（第１のはんだ）
３０２ はんだ（第２のはんだ）
３０３ａ 熱硬化性樹脂
６００ プリント配線板

Claims (20)

  1. 底面及び側面を有し、前記底面に複数の第１のランドが設けられた電子部品と、
    搭載面を有し、前記搭載面に前記複数の第１のランドに対応する複数の第２のランドが設けられ、前記底面と前記搭載面とが対向するように前記電子部品が搭載されるプリント配線板と、
    前記搭載面において、前記複数の第２のランドの外側に設けられたはんだ凝集部材と、
    前記複数の第１のランドと、対応する前記複数の第２のランドとを接合する複数の第１のはんだと、
    前記はんだ凝集部材の上に形成された第２のはんだと、
    前記複数の第１のランドよりも外側の前記電子部品の前記底面と、前記複数の第２のランドよりも外側の前記プリント配線板の前記搭載面とに接着された熱硬化性樹脂と
    を備えることを特徴とするプリント回路板。
  2. 前記第２のはんだの頂点は、前記搭載面に対して垂直な方向からの上面視において、前記電子部品の前記側面よりも外側に位置することを特徴とする請求項１に記載のプリント回路板。
  3. 前記はんだ凝集部材は、前記搭載面に対して垂直な方向からの上面視において、前記電子部品の前記側面よりも外側に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載のプリント回路板。
  4. 前記熱硬化性樹脂は、更に前記電子部品の前記側面に接着されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプリント回路板。
  5. 前記はんだ凝集部材は、前記プリント配線板のグラウンドに接続された第３のランドであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプリント回路板。
  6. 前記熱硬化性樹脂は、硬化後において絶縁体であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のプリント回路板。
  7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のプリント回路板を備えることを特徴とする電子機器。
  8. 底面及び側面を有し、前記底面に複数の第１のランドが設けられた電子部品と、
    搭載面を有し、前記搭載面に前記複数の第１のランドに対応する複数の第２のランドが設けられ、前記底面と前記搭載面とが対向するように前記電子部品が搭載されるプリント配線板と、
    前記搭載面において、前記複数の第２のランドの外側に設けられたはんだ凝集部材と、
    を備えるプリント回路板の製造方法であって、
    前記複数の第２のランド及び前記はんだ凝集部材の上に、はんだ粉末及び熱硬化性樹脂を含有するはんだペーストを供給する供給工程と、
    前記プリント配線板の上に前記電子部品を搭載する搭載工程と、
    前記はんだペーストを前記はんだ粉末の融点よりも高い温度に加熱することにより、前記はんだ粉末を溶融させて前記複数の第１のランドと対応する前記複数の第２のランドとを接合する複数の第１のはんだを形成し、かつ、前記はんだ凝集部材の上に第２のはんだを形成するとともに、前記はんだペーストから分離した前記熱硬化性樹脂を前記複数の第１のランドよりも外側の前記電子部品の前記底面と、前記複数の第２のランドよりも外側の前記プリント配線板の前記搭載面とに接着させる加熱工程と
    を備えることを特徴とするプリント回路板の製造方法。
  9. 前記第２のはんだの頂点は、前記搭載面に対して垂直な方向からの上面視において、前記電子部品の前記側面よりも外側に位置することを特徴とする請求項８に記載のプリント回路板の製造方法。
  10. 前記はんだ凝集部材は、前記搭載面に対して垂直な方向からの上面視において、前記電子部品の前記側面よりも外側に位置することを特徴とすることを特徴とする請求項８又は９に記載のプリント回路板の製造方法。
  11. 前記熱硬化性樹脂は、更に前記電子部品の前記側面に接着されていることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載のプリント回路板の製造方法。
  12. 前記はんだ凝集部材は、溶融したはんだに対してぬれ性を有する金属で形成されていることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載のプリント回路板の製造方法。
  13. 前記はんだ凝集部材は、銅、ニッケル、金、スズ、ビスマス、鉄及び亜鉛からなる群から選択された１以上の金属で形成されていることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載のプリント回路板の製造方法。
  14. 前記はんだ凝集部材は、前記プリント配線板のグラウンドに接続された第３のランドであることを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか１項に記載のプリント回路板の製造方法。
  15. 前記はんだペーストは、スクリーン印刷によって供給されることを特徴とする請求項８乃至１４のいずれか１項に記載のプリント回路板の製造方法。
  16. 前記加熱工程が、リフロー加熱であることを特徴とする請求項８乃至１５のいずれか１項に記載のプリント回路板の製造方法。
  17. 前記熱硬化性樹脂は、硬化後において絶縁体であることを特徴とする請求項８乃至１６のいずれか１項に記載のプリント回路板の製造方法。
  18. 前記加熱工程は、前記はんだ粉末の融点よりも低い温度を維持させるプリヒート工程を含まず、かつ、前記はんだ粉末の融点及び前記熱硬化性樹脂の硬化開始温度よりも高い温度を所定の硬化時間だけ維持させる硬化工程を含むことを特徴とする請求項８乃至１７のいずれか１項に記載のプリント回路板の製造方法。
  19. 前記電子部品は、前記搭載工程の前に前記複数の第１のランドのそれぞれの上に形成されたはんだボールを更に有することを特徴とする請求項８乃至１８のいずれか１項に記載のプリント回路板の製造方法。
  20. 前記供給工程において供給される前記はんだペーストの高さは、前記はんだボールの高さよりも高いことを特徴とする請求項１９に記載のプリント回路板の製造方法。
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