JP2018137276A - プリント回路板およびその製造方法、並びに電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】接合信頼性が高く、熱変形が小さくローコストなプリント回路板およびその製造方法、並びにプリント回路板を備えた電子機器を提供する。
【解決手段】プリント配線板の搭載面上に電子部品を搭載し、該電子部品の底面に設けられた複数の第１ランドと、該複数の第１のランドと対応するように該プリント配線板の搭載面上に形成されたソルダーレジストの開口部に設けられた複数の第２のランドを、はんだで接合するプリント回路板の製造方法であって、前記はんだペーストから分離した前記熱硬化性樹脂を、金属部材と接触させた状態で硬化させる樹脂硬化加熱工程をさらに含むことを特徴とするプリント回路板の製造方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プリント回路板およびその製造方法、並びに電子機器に関する。

近年、電子機器の小型化および高性能化に伴い、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、小型化およ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および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。

このはんだ接合部の断線を抑制するため、アンダーフィルではんだ接合部を補強する方法が用いられることがある。しかし、アンダーフィルによる補強は、電子部品をはんだ接合した後に電子部品とプリント配線板との間にアンダーフィルを充填する工程、さらにアンダーフィルを加熱し硬化する工程が必要であり、製造コストを上昇させるという問題がある。

このように、電子部品の小型化およ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を確保しつつ、製造コストを抑制させることが課題となっている。

この課題に対し、図９に示すように特許文献１では、はんだ粉末と熱硬化性のエポキシ樹脂を混合した熱硬化性樹脂入りはんだペーストと、この熱硬化性樹脂入りはんだペーストを用いて電子部品１００の第１のランド１０１とプリント配線板２００の第２のランド２０２とを接合し、プリント回路板（半導体装置）５００を製造する方法が開示されている。熱硬化性樹脂入りはんだペーストは、リフローはんだ付け（以下、「リフロー」ともいう。）工程で、はんだ融点以上ではんだと熱硬化性樹脂が分離し、はんだ接合部３０２の周囲のソルダーレジスト２０１の表面に熱硬化性樹脂がぬれ広がり、硬化することで、電子部品１００とプリント配線板２００を接着し、補強樹脂４０１として機能する材料である。熱硬化性樹脂入りはんだペーストを用いれば、リフロー工程ではんだ接合とはんだ接合部３０２の補強を同時に行うことができるため、アンダーフィル工程で必要であった補強樹脂の充填工程と硬化工程が不要となり、はんだ接合の信頼性をローコストで確保することができる。

特開２００２−２８３０９８号公報

リフロー工程において、熱硬化性樹脂がはんだの溶融より前に硬化すると、はんだの接合を阻害し接合不良の原因となるため、はんだの溶融および接合の後に熱硬化性樹脂の硬化が開始するように、反応速度の遅い樹脂が使用されている。反応速度の遅い熱硬化性樹脂を用いることによって、リフロー時にはんだが溶融し、電子部品の端子とプリント配線板のランドがはんだ接合された後に、熱硬化樹脂の硬化が開始するため、はんだ接合の阻害を抑制できる。

熱硬化性樹脂をプリント回路板のはんだ接合部の補強樹脂として機能させるためには、はんだ接合完了後も加熱を行い、十分に熱硬化性樹脂を硬化させる必要がある。そして、反応速度の遅い熱硬化性樹脂を十分に硬化させるには、リフロー温度を高温のまま保持するか、あるいは、はんだ接合が完了した後に加熱温度を低下させ低温で長時間加熱を行う必要がある。

しかし、リフローの温度を高温のまま保持することは、電子部品やプリント配線板が高温に曝される時間が長くなることによる熱ダメージによって、製造されるプリント回路板の品質を低下させる可能性があるため好ましくない。さらに、電子部品や基板の熱変形が大きい状態で熱硬化性樹脂が硬化するので、完成したプリント回路板が大きく変形することがある。この場合、小型化されプリント回路板の搭載スペースが制限された電子機器内に、変形したプリント回路板が収まりきらず搭載できないというリスクが発生する。このリスクを回避するには、プリント回路板の搭載スペースを大きくする設計する必要があり、結果として電子機器の小型化を妨げることになる。また、電子部品がＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｄｅ Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｄｃｕｔｏｒ）センサーを搭載した撮像装置の場合、変形が大きいとその光学性能を低下する。そのため、撮像装置に搭載するプリント回路板は、熱変形を抑制した状態で樹脂を硬化させる必要がある。

一方、リフロー時に、はんだ接合の完了後に加熱温度を低下させ、加熱時間を長くすることで熱硬化性樹脂を硬化させる方法では、プリント回路板の製造タクトが長くなるため、熱硬化性樹脂入りはんだペーストを用いたプリント回路板の製造コスト低減効果が薄れてしまうという問題がある。つまり、熱硬化性樹脂入りはんだペーストを用いて電子部品をプリント配線板に実装するプリント回路板の製造工程において、熱硬化性樹脂を低温かつ短時間で硬化させることが求められている。特にＬＧＡタイプの電子部品をプリント配線板に実装する場合、はんだボールを用いないため電子部品とプリント配線板の間隔が狭くなり、熱硬化性樹脂がぬれ広がることで、熱硬化性樹脂のはんだからの距離が遠くなる部分が生じる。はんだには熱硬化性樹脂の硬化を促進する触媒としての作用があるため、ＬＧＡタイプの電子部品でははんだから離れた熱硬化性樹脂が硬化しにくいという問題も生じる。

そこで本発明は上記の課題を鑑み、高品質で接合信頼性が高く、電子機器の小型化が可能なローコストなプリント回路板の製造方法、およ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している。

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、プリント配線板の搭載面上に電子部品を搭載し、該電子部品の底面に設けられた複数の第１のランドと、該複数の第１のランドと対応するように該プリント配線板の搭載面上に形成されたソルダーレジストの開口部に設けられた複数の第２のランドを、はんだで接合するプリント回路板の製造方法であって、前記複数の第２のランドに、はんだ粉末およ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高い温度に加熱することにより、前記はんだ粉末を溶融し、分離した前記はんだで前記複数の第１のランドと対応する前記第２のランドをはんだで接合するはんだ接合加熱工程と、を含み、前記第１のランドの半径をＲ_２、前記第２のランドの半径をＲ_１、前記はんだペーストのはんだ体積含有率をＷ_ｓ［ｖｏｌ％］としたとき、前記はんだペーストから分離した前記熱硬化性樹脂を、前記はんだおよび前記プリント配線板の搭載面上に形成されたソルダーレジストの開口部に、第２のランドの中心から、√｛（Ｒ_１ ^２+Ｒ_１Ｒ_２+Ｒ_２ ^２）／３（Ｗ_ｓ／１００）｝以内かつ前記第２のランドに接しない範囲に設けられた金属部材と接触した状態で硬化させる樹脂硬化加熱工程をさらに含むことを特徴とするプリント回路板の製造方法である。

また、本発明の一実施形態に係るプリント回路板は、プリント配線板の搭載面上に電子部品を搭載し、該電子部品の底面に複数の第１のランドが設けられ、該複数の第１のランドと対応するように該プリント配線板の搭載面上に形成されたソルダーレジストの開口部に複数の第２のランドが設けられ、前記複数の第１のランドと対応する前記複数の第２のランドとが、それぞれはんだで接合されたはんだ接合部を有するプリント回路板であって、前記はんだ接合部が補強樹脂で補強されており、前記第１のランドの半径をＲ_２、前記第２のランドの半径をＲ_１、前記はんだ接合部の体積と前記補強樹脂の体積の和に対する前記はんだ接合部の体積含有率がＷ_ｓ［ｖｏｌ％］であるとき、前記プリント配線板の前記第２のランドの周囲の搭載面の、前記第２のランドの中心から、√｛（Ｒ_１ ^２+Ｒ_１Ｒ_２+Ｒ_２ ^２）／３（Ｗ_ｓ／１００）｝以内かつ前記第２のランドに接しない距離に、金属部材が設けられていることを特徴とするプリント回路板である。

さらに、本発明の一実施形態に係る電子機器は、前記プリント回路板を備えることを特徴とする電子機器である。

本発明の熱硬化性樹脂入りはんだペーストを用いたプリント回路板の製造方法によれば、プリント配線板のランドの周囲に金属部材が備えられる。

金属部材とランドの中心からの距離は、熱硬化性樹脂入りはんだペーストに含まれるはんだ体積含有率をＷ_ｓ［ｖｏｌ％］、プリント配線板のランドの半径をＲ_１、電子部品のランドの半径をＲ_２としたときに、√｛（Ｒ_１ ^２+Ｒ_１Ｒ_２+Ｒ_２ ^２）／３（Ｗ_ｓ／１００）｝以下となる。

そのため、熱硬化性樹脂入りはんだペーストが溶融しはんだと分離した熱硬化性樹脂がぬれ広がり、金属部材と接触する。はんだと金属部材が熱硬化性樹脂の硬化を促進する触媒として作用するため、熱硬化性樹脂を低温かつ短時間で硬化させることが可能になる。これにより、電子部品やプリント配線板を高温にさらす時間が短くなり、プリント回路板の品質低下を防止することができる。

また、電子部品やプリント配線板の熱変形を抑制した状態で補強樹脂が硬化するため、プリント回路板の変形量を小さくすることができる。さらに、低温でも補強樹脂の硬化時間を短くすることができるため、製造コストの上昇を抑えることができ、ローコストで製造でき、接合信頼性の高いプリント回路板を提供することができる。

本発明のプリント回路板の製造方法における一端子のはんだ接合部近傍の断面図である。 本発明のプリント回路板の製造方法および製造されたプリント回路板を示す断面図である。 本発明に係るプリント回路板の製造方法で用いるプリント配線板の上視図である。 本発明のプリント回路板の製造方法および製造されたプリント回路板を示す断面図である。 本発明のプリント回路板の製造方法および製造されたプリント回路板を示す断面図である。 本発明の電子機器の一例の概略構成を示す図である。 金属部品の有無による熱硬化性樹脂硬化性を調べる方法を示す断面図である。 本発明のプリント回路板の製造方法に係る加熱温度プロファイルである。 従来の方法で熱硬化性樹脂入りはんだペーストを使用して製造されたプリント回路板を示す断面図である。

［はんだ接合部］
図１（ａ）および図１（ｂ）は、本発明のプリント回路板の製造工程における、一端子のはんだ接合部の断面図を示す。

以下、図１（ａ）および図１（ｂ）を用いて、熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａに含まれる熱硬化性樹脂を、金属部材に接触させるプリント回路板の製造方法を説明する。

図１（ａ）は、プリント配線板２００の搭載面上に形成されたソルダーレジスト２０１の開口部に設けられた半径Ｒ_１の第２のランド２０２上に、熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａが供給され、半径Ｒ_２の第１のランド１０１を有する電子部品１００が搭載された状態の一端子を拡大した断面図である。
このとき、熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａの供給体積をＶ_０、高さをＨ_０とする。

図１（ｂ）は、電子部品１００が搭載されたプリント配線板２００を加熱し、熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａが溶融し、溶融はんだ３０１と熱硬化性樹脂４００に分離した状態を示している。

熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａ中のはんだ粉末が溶融すると、第１のランド１０１と第２のランド２０２の間に凝集し、溶融はんだ３０１となる。同時に、熱硬化性樹脂４００が第１のランド１０１と第２のランド２０２の間からぬれ広がることで、高さＨ_０はＨ_１へと減少する。そのため、熱硬化性樹脂４００は、溶融はんだ３０１の外周を覆いつつ、電子部品１００とプリント配線板２００の間に、第２のランド２０２の中心からＬ_２の距離までぬれ広がる。

ここで、溶融はんだ３０１の体積Ｖ_ｓと熱硬化性樹脂４００の体積Ｖ_ｒを足し合わせると、分離前の熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａの体積：Ｖ_０と等しくなるため、以下の式で表すことができる。
Ｖ_０＝Ｖ_ｓ＋Ｖ_ｒ
熱硬化性樹脂入りはんだペーストの体積：Ｖ_０［ｍｍ^３］
溶融はんだの体積：Ｖ_ｓ［ｍｍ^３］
熱硬化性樹脂の体積：Ｖ_ｒ［ｍｍ^３］

つまり、熱硬化性樹脂４００がぬれ広がる距離Ｌ_２は、体積Ｖ_０の熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａが高さＨ_０からＨ_１に変化した時に押しつぶされて広がった距離と等しくなる。

第１のランド１０１の半径Ｒ_２と第２のランド２０２の半径Ｒ_１が等しいとき、溶融はんだ３０１と熱硬化性樹脂４００は、高さの等しい円柱に近似した形状となる。そのため、溶融はんだ３０１の体積Ｖ_ｓと熱硬化性樹脂４００の体積Ｖ_ｒから、溶融はんだ３０１からなる円柱の底面の半径と、溶融はんだ３０１と熱硬化性樹脂４００からなる円柱の底面の半径を求めることができる。溶融はんだ３０１からなる円柱の底面の半径は、溶融はんだ３０１がぬれ広がる距離Ｌ_１であり、第２のランド２０２の半径Ｒ_１に等しい。

溶融はんだ３０１と熱硬化性樹脂４００からなる円柱の底面の半径は、第２のランド２０２の中心から熱硬化性樹脂４００がぬれ広がる距離Ｌ_２であり、上述のように熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａが潰れて広がる距離と等しいため、体積Ｖ_０の円柱の底面の半径Ｒ_１＝Ｌ_１から求めることができる。

つまり、第２のランド２０２の中心から熱硬化性樹脂４００のぬれ広がる距離Ｌ_２は、Ｌ_１に（熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａの体積Ｖ_０／溶融はんだ３０１の体積Ｖ_ｓ）の平方根を乗じた値になることから、以下の式で表すことができる。
Ｌ_２＝Ｒ_１×√（Ｖ_０／Ｖ_ｓ）

ここで、熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａに占めるはんだ体積含有率をＷ_ｓ［ｖｏｌ％］とすると、
Ｖ_ｓ／Ｖ_０＝Ｗ_ｓ
であるから、
Ｌ_２＝Ｒ_１×√｛１／（Ｗ_ｓ／１００）｝
と表すことができる。

つまり、熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａに占めるはんだ体積含有率Ｗ_ｓ［ｖｏｌ％］を測定することで、第２のランド２０２の中心から熱硬化性樹脂４００のぬれ広がる距離Ｌ_２を求めることができる。

Ｌ_２が求まることにより、図１（ｂ）のように第２のランド２０２の中心からＬ_２以内の距離にソルダーレジスト２０１を介して金属部材２１０を設置することで、熱硬化性樹脂４００を金属部材２１０と接触させることができる。熱硬化性樹脂４００と金属部材２１０が接触した状態で加熱を行うことで、熱硬化性樹脂４００の硬化速度を速めることができる。

また、第２のランド２０２の半径Ｒ_１と、第１のランド１０１の半径Ｒ_２が異なる場合、Ｌ_２は以下の式で表すことができる。
Ｌ_２＝√｛（Ｒ_１ ^２+Ｒ_１Ｒ_２+Ｒ_２ ^２）／３（Ｗ_ｓ／１００）｝

例えば、電子部品１００の第１のランド１０１、プリント配線板２００の第２のランド２０２がそれぞれφ１．０［ｍｍ］であり、はんだ体積含有率Ｗ_ｓが４０［ｖｏｌ％］の熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａを供給する場合、Ｌ_２は以下のように求まる。
Ｌ_２＝√｛（０．５^２+０．５×０．５+０．５^２）／３×（４０／１００）｝＝０．７９［ｍｍ］

上述の結果から、第２のランド２０２の中心から０．７９［ｍｍ］以内の距離かつ第２のランド２０２と接しない範囲に金属部材２１０を設置すればよいことがわかる。

第２のランド２０２の中心から熱硬化性樹脂４００がぬれ広がる距離Ｌ_２に金属部材２１０を設けることで、加熱時に金属部材２１０が触媒として作用し、熱硬化性樹脂４００の硬化を促進し、低温でも短時間で硬化させることが可能になる。

そのため、プリント回路板５００の製造工程において、プリント回路板の熱変形を抑制しつつ、製造コストの抑制が可能になる。

［プリント回路板の製造］
以下、本発明のプリント回路板の製造方法の第１の態様を、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、本方法で使用される熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａについて説明する。
熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａは、少なくともはんだ粉末および熱硬化性樹脂を含有するはんだペーストであり、はんだ付に必要なフラックス成分をさら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３００ａは、通常のはんだペーストと同様、スクリーン印刷やディスペンサーなどで供給が可能であり、リフロー等の加熱ではんだ接合することができる。

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、熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａより熱硬化性樹脂４００が分離し、熱硬化性樹脂４００が溶融はんだ３０１とその周囲で硬化し、接着することにより補強樹脂として機能する点が通常のはんだペーストと異なる。

そのため、熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａを用いることにより、電子部品１００とプリント配線板２００との接合が補強され、プリント回路板５００の接合信頼性を向上させることができる。

図２（ａ）乃至図２（ｄ）は、図１（ａ）および（ｂ）に示したプリント回路板５００の製造工程を示す断面図である。

図２（ａ）は、プリント配線板２００に形成された第２のランド２０２上に熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａを供給する供給工程を示す図である。
熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａは前述のとおり、スクリーン印刷やディスペンサーで供給することができる。

図２（ａ）に示すように、第２のランド２０２の周囲には、ソルダーレジスト２０１を介して金属部材２１０が、設置されている。

本発明のプリント回路板の製造方法では、第２のランド２０２の中心から金属部材２１０の距離は、第２のランド２０２の中心から熱硬化性樹脂４００がぬれ広がる距離Ｌ_２であり、第１のランド１０１の半径をＲ_２、第２のランド２０２の半径Ｒ_１、熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａのはんだ体積含有率Ｗ_ｓとした時に、
Ｌ_２＝√｛（Ｒ_１ ^２+Ｒ_１Ｒ_２+Ｒ_２ ^２）／３（Ｗ_ｓ／１００）｝
で求まるＬ_２以内の距離かつ金属部材２１０が第２のランド２０２と接しない範囲となる。

図２（ｂ）は、マウンターを用いて、熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａが供給されたプリント配線板２００の上にＬＧＡタイプの電子部品１００を搭載する搭載工程を示す図である。

電子部品１００は半導体素子１０２を搭載し、電子部品１００の底面には複数の第１のランド１０１が設けられている。

このとき、電子部品１００の第１のランド１０１は、接合されるプリント配線板２００の第２のランド２０２と対向する位置に合わせて搭載される。

図２（ｃ）は、熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａを溶融・接合させるはんだ接合加熱工程と、はんだ接合完了後に熱硬化性樹脂４００を硬化させる樹脂硬化加熱工程を示す図である。

はんだ接合加熱工程は、リフロー炉で行うことができ、樹脂硬化加熱工程はそのままリフロー炉内で継続して加熱してもよい。

リフロー炉のサイズが小さく、樹脂硬化加熱工程の時間が十分に取れない場合は、リフロー後に加熱炉などで樹脂硬化加熱工程を行ってもよい。

まず、はんだ接合加熱工程で、熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａが溶融し、溶融はんだ３０１と熱硬化性樹脂４００とに分離し、溶融はんだ３０１が電子部品１００の第１のランド１０１とプリント配線板２００の第２のランド２０２とを接合する。このとき分離した熱硬化性樹脂４００は、電子部品１００の底面およびプリント配線板２００に形成されたソルダーレジスト２０１の表面にぬれ広がり、プリント配線板２００上に形成された金属部材２１０に接触する。金属部材２１０は、熱硬化性樹脂４００の硬化反応において触媒として作用し、硬化を促進するため、金属部材２１０と接した熱硬化性樹脂４００の硬化時間を短くすることができる。また金属部材２１０は、樹脂を主成分とするソルダーレジスト２０１より熱伝導率が高く、加熱時の昇温速度が速く短時間で高温になるため、熱硬化性樹脂４００の硬化時間が短くなる。このとき、金属部材２１０は、プリント配線板２００のグラウンド配線（不図示）に電気的に接続されていてもよい。グラウンド配線は導体面積が大きいため、加熱時により昇温速度がより向上し、熱硬化性樹脂４００の硬化時間を、より短くすることができる。

樹脂硬化加熱工程は、はんだ接合加熱工程より低い温度で行うことで、プリント配線板２００や電子部品１００への熱ダメージや、それぞれ熱変形量を抑制することができる。

図２（ｄ）は、完成したプリント回路板５００を示す図である。
プリント回路板５００は、プリント配線板２００の搭載面上に電子部品１００が搭載されており、はんだ接合部３０２とその周囲は、熱硬化性樹脂４００が硬化した補強樹脂４０１によって周囲が接着・補強され、プリント回路板５００の接合信頼性が高くなる。
電子部品１００はＬＧＡに限られず、例えばＢＧＡでも同様の効果を得ることができる。

図３（ａ）および（ｂ）は、図１（ａ）および（ｂ）に示したプリント回路板５００に使用されるプリント配線板２００を示す平面図であり、電子部品搭載領域１１０内のソルダーレジスト２０１の開口部に、それぞれ形状の異なる金属部材２１０が複数個設けられている。
複数の金属部材２１０は、第２のランド２０２の中心からの距離Ｌ_２＝√｛（Ｒ_１ ^２+Ｒ_１Ｒ_２+Ｒ_２ ^２）／３（Ｗ_ｓ／１００）｝以内かつ第２のランド２０２に接しない位置に、設けられている。

図３（ａ）のように、複数の金属部材２１０を第２のランド２０２の周囲に配置することで、熱硬化性樹脂４００が金属部材２１０に接触する確率や面積を大きくすることができる。

また、図３（ｂ）のように、金属部材２１０で第２のランド２０２の外周を囲うことで、熱硬化性樹脂４００を金属部材２１０に確実に接触させることができる。

また、金属部材２１０の形状は、図３（ａ）の丸型や図３（ｂ）の円形だけでなく、上記距離の条件を満たせば、矩形や三角形などの形状でも同様の効果を得ることができる。

図４（ａ）乃至図４（ｄ）は、本発明のプリント回路板の製造方法の第２の態様に係るプリント回路板５００の製造工程を示す断面図である。

図４（ａ）乃至図４（ｄ）が、本発明のプリント回路板の製造方法の第１の態様と異なる箇所は、金属部材２１１が、金属部材２１０ｂ上に形成された第２のはんだである点である。金属部材２１１である第２のはんだは、はんだめっき、あるいはプリコートなどで予め金属部材２１０ｂ上に形成しておく。図４（ａ）における金属部材２１０ｂは、実質的にはプリント配線板２００に設置された第３のランドである。

図４（ａ）の熱硬化性樹脂入りはんだペースト供給工程において、熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａは、スクリーン印刷で供給できるが、金属部材２１１の高さによって印刷性が悪化する場合は、ディスペンスで供給してもよい。

図４（ｃ）は、はんだ接合加熱工程と、樹脂硬化加熱工程を示す図であるが、樹脂硬化加熱工程において金属部材２１１の第２のはんだは、固体または溶融状態のどちらの状態でも熱硬化性樹脂４００の硬化を促進する作用を発揮する。

その他の点は本発明のプリント回路板の製造方法の第１の態様と同じである。本態様の利点は、金属部材２１１を第２のはんだで立体化することによって、プリント配線板２００と電子部品１００との間にできる空間の容積が小さくなることである。この利点によって、プリント配線板２００と電子部品１００との間の熱硬化性樹脂４００の充填率が高まり、図４（ｄ）に示すようにプリント回路板５００における補強樹脂４０１が電子部品１００の底面と接着する面積が大きくなる。

この作用により、本発明のプリント回路板の製造方法の第１の態様と比較して、得られるプリント回路板５００の接合信頼性をさらに高めることができる。

図５（ａ）乃至図５（ｄ）は、本発明のプリント回路板の製造方法の第３の態様に係るプリント回路板５００の製造工程を示す断面図である。

図５（ａ）乃至図５（ｄ）が、本発明のプリント回路板の製造方法の第１の態様および第２の態様と異なる箇所は、金属部材２１２が金属部材２１０ｂ、すなわち第３のランド上に供給された熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ｂから溶融し分離した第２のはんだで形成される点である。

金属部材２１２の供給源となる熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ｂは、図５（ａ）の熱硬化性樹脂入りはんだペースト供給工程で、熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａと同時に供給することができる。これによって、めっきやプリコートで予め金属部材２１２を形成する必要がないため、第２の態様におけるプリント回路板の製造工程より工数を削減できる。

さらに、図５（ｃ）に示すように、接合加熱工程において、熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａと同様に、熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ｂからも熱硬化性樹脂４００が分離するため、電子部品１００とプリント配線板２００を接着する補強樹脂４０１の体積が増加する。補強樹脂４０１が増加すると、図５（ｄ）に示すようにプリント回路板５００における、補強樹脂４０１による電子部品１００とプリント配線板２００との接着面積がさらに大きくなり、他の態様と比較して、プリント回路板５００の接合信頼性をさらに高める効果を得ることができる。

［電子機器］
図６は、本発明の電子機器の一例であるデジタルカメラ６００の概略構成を示す図である。
デジタルカメラ６００は、レンズ交換式のデジタルカメラであり、本体部６０１とレンズユニット６０２とからなり、レンズユニット６０２が着脱可能である。本体部６０１は、本発明のプリント回路板の製造方法の第１の態様乃至第３の態様のいずれかで製造されたプリント回路板５２０および５３０を含む。

プリント回路板５２０は、プリント配線板２２０の上に半導体装置の一例である撮像装置１２０が搭載された構造を有する。撮像装置１２０は、例えば、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサまたはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサである。プリント回路板５２０は、レンズユニット６０２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５３０は、プリント配線板２３０の上に半導体装置の一例である画像処理装置１３０が搭載された構造を有する。画像処理装置１３０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５３０は、プリント回路板５２０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。

本発明のプリント回路板の製造方法で製造されたプリント回路板５２０、５３０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６００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５２０、５３０は、本発明のプリント回路板の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６００等の電子機器を提供することができる。

（熱硬化性樹脂入りはんだペースト中のはんだ体積含有率の測定）
熱硬化性樹脂入りはんだペースト中のはんだ体積含有率Ｗ_ｓ［ｖｏｌ％］を測定するため、以下の実験を行った。

実験には２種類の熱硬化性樹脂入りはんだペーストＡ（以下、「ペーストＡ」と表記する）を用いた。ペーストＡは、熱硬化性樹脂としてビスフェノールＡ型のエポキシ樹脂と、これと反応する硬化剤を含んでいる。ペーストＡのはんだ粉末の合金組成は、融点１３９［℃］のスズ−ビスマスを４２：５８の質量比で含む共晶組成であり、はんだ粉末の平均粒径は４０［μｍ］である。
このペーストＡのはんだ体積含有率Ｗ_ｓ［ｖｏｌ％］を以下の方法で測定した。

（１）はんだペースト密度［ｇ／ｃｍ^３］の測定
（ｉ）比重びんの重量ａ［ｇ］を測定する。
（ｉｉ）比重びんに純水を充填した重量ｂ［ｇ］を測定する。
（ｉｉｉ）（ｂ［ｇ］−ａ［ｇ］）÷純水の密度［ｇ／ｃｍ^３］＝比重びんの容積ｃ［ｃｍ^３］が求まる。
（ｉｖ）比重びんを乾燥後、はんだペーストを充填した該比重びんの重量ｄ［ｇ］を測定する。
（ｖ）ｄ［ｇ］−ａ［ｇ］＝はんだペースト重量ｅ［ｇ］が求まる。
（ｖｉ）次式より、はんだペースト密度［ｇ／ｃｍ^３］を算出する。
はんだペースト密度［ｇ／ｃｍ^３］＝ｅ［ｇ］÷ｃ［ｃｍ^３］

（２）はんだペースト中のはんだ合金重量含有率［ｗｔ％］の測定
（ｉ）るつぼの重量ｆ［ｇ］を測定する。
（ｉｉ）るつぼに熱硬化性樹脂入りはんだペーストをいれた重量ｇ［ｇ］を測定する。
（ｉｉｉ）はんだペーストをいれたるつぼをはんだ融点以上まで加熱し、はんだを溶融・凝集し熱硬化性樹脂成分と完全に分離する。
（ｉｖ）るつぼを冷却後に凝集したはんだ周囲の樹脂分を洗浄・除去し、はんだ合金の重量ｈ［ｇ］を測定する。
（ｖ）次式より、はんだペースト中のはんだ重量含有率［ｗｔ％］を算出する。
はんだ合金重量含有率［ｗｔ％］＝ｈ［ｇ］÷（ｇ［ｇ］−ｆ［ｇ］）×１００

（３）以下の式から、はんだペースト中のはんだ体積含有率Ｗ_ｓを算出する。
はんだ体積含有率Ｗ_ｓ［ｖｏｌ％］＝はんだペースト密度［ｇ／ｃｍ^３］×はんだ合金重量含有率［ｗｔ％］÷はんだ密度［ｇ／ｃｍ^３］
ここで、はんだ密度は８．６［ｇ／ｃｍ^３］である。

表１に、ペースト中のはんだ体積含有率測定結果を示す。

（金属部材の熱硬化性樹脂の硬化促進）
熱硬化性樹脂入りはんだペーストの熱硬化性樹脂の金属部材による硬化促進効果について図７を参照し説明する。

熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａとプリント配線板２００を用いて、金属部材２１０の有無による補強樹脂の硬化状態の差を確認した。

熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａとして、表１に示したペーストＡを用いた。プリント配線板２００は、金属部材の熱硬化性樹脂の硬化を促進する触媒作用を実験するためのものであり、ソルダーレジスト２０１の開口部には銅製の第２のランド２０２ａと銅製の第２のランド２０２ｂがそれぞれ設けられている。図７に示すように、第２のランド２０２ａの周囲には、ソルダーレジスト２０１を介しランドとして銅製の金属部材２１０が設けられている。一方、第２のランド２０２ｂの周囲には金属部材２１０は設けられていない。

図７（ａ）に示すように、版厚２００［μｍ］の印刷版を用いたスクリーン印刷によって、第２のランド２０２ａおよび２０２ｂ上に、それぞれ熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａをそれぞれ供給した。

次に図７（ｂ）に示すように、加熱によって熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａを中のはんだを溶融させ、溶融はんだ３０１ａおよび３０１ｂと熱硬化性樹脂４００ａおよび４００ｂにそれぞれ分離させるとともに熱硬化性樹脂４００ａおよび４００ｂを硬化させた。このとき、第２のランド２０２ａ上に供給した熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａから分離した熱硬化性樹脂４００ａの端部は、金属部材２１０までぬれ広がり、金属部材２１０に接触した状態で加熱された。

図７（ｃ）は、冷却後にはんだ接合部となるはんだ３０２ａおよび３０２ｂが凝固し、補強樹脂となる樹脂４０１ａおよび４０１ｂの硬化が終了した状態を示している。以下、ここでは便宜的に、はんだ接合部となるはんだ３０２ａおよび３０２ｂをはんだ３０２ａおよび３０２ｂといい、補強樹脂となる樹脂４０１ａおよび４０２ｂを補強樹脂４０１ａおよび４０２ｂという。この状態の補強樹脂４０１ａおよび４０１ｂの硬化状態を比較するため、それぞれの硬度をビッカーズ硬度計で測定した。

補強樹脂４０１ａの硬度は、はんだ３０２ａの上および第２のランド２０２ａ周囲の硬度が、共に１４［ＨＶ］以上の硬度であった。これらの硬度から、はんだから距離が離れた箇所の補強樹脂４０１ａも硬化が進行していることが分かり、溶融はんだ３０１ａ、金属部材２１０が熱硬化性樹脂４００ａの硬化を促進させる触媒として作用したと考えられる。

一方、補強樹脂４０１ｂは、はんだ３０２ｂ上では１４［ＨＶ］以上の硬度を示したが、はんだ３０２ｂから距離が離れると補強樹脂４０１ｂの硬度にばらつきが生じた。さらに場所によっては、熱硬化性樹脂４００ｂがほぼ未硬化の箇所もあった。これは、ソルダーレジスト２０１には熱硬化性樹脂の硬化を促進する作用が無いため、はんだ３０２ｂから離れた熱硬化性樹脂４００ｂの硬化が不十分であったことを示している。

この実験により、熱硬化性樹脂をはんだや銅といった金属と接触させた状態で加熱することにより、熱硬化性樹脂の硬化が促進され、硬化時間が短縮される効果があることを明らかにした。

（プリント回路板の製造方法）
本実施例のプリント回路板の製造方法を、図２（ａ）乃至図２（ｄ）および図３（ａ）を参照し、具体的に説明する。

熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａとして、上述のペーストＡを用いた。
電子部品１００として、ＡＰＳ−ＣサイズのＣＭＯＳイメージセンサを搭載した撮像装置であり、外形サイズは上面視で約３５．０［ｍｍ］×２８．０［ｍｍ］のＬＧＡタイプのものを用いた。電子部品１００の底面に設けられた外部端子である第１のランド１０１の直径はφ１．０［ｍｍ］であり、２．０［ｍｍ］ピッチでグリッド状に配置されている。ここで、電子部品１００の底面の材質はアルミナセラミックであり、第１のランド１０１はタングステン製の配線層のうえに、Ｎｉ／Ａｕめっき層が形成されている。

プリント配線板２００として、ＦＲ−４（Ｆｌａｍ Ｒｅｔａｒｄａｎｔ Ｔｙｐｅ ４）を基材とする、外形サイズが上面視で５０．０×５０．０［ｍｍ］のものを用いた。プリント配線板２００の表面にはソルダーレジスト２０１が設けられており、開口部には直径φ１．０［ｍｍ］の第２のランド２０２が複数個設けられている。第２のランド２０２の周囲には、図３（ａ）で示される直径がφ０．２［ｍｍ］の銅製の円形の金属部材２１０が、銅製の第２のランド２０２の中心から放射状に複数個設けられている。

第２のランド２０２の中心から金属部材２１０の第２のランド２０２側のエッジまでの距離が、第２のランド２０２の中心からペーストＡがぬれ広がる距離より短くなるように金属部材２１０を設置した。
すなわち、式Ｌ_２＝√｛（Ｒ_１ ^２+Ｒ_１Ｒ_２+Ｒ_２ ^２）／３（Ｗ_ｓ／１００）｝
より
Ｌ_２＝√｛（０．５^２+０．５×０．５+０．５^２）／３×（３８．８／１００）｝
＝０．８０３
となるため、金属部材２１０のエッジと第２のランド２０２の中心からの距離が０．７０［ｍｍ］となるように、金属部材２１０の中心を第２のランド２０２の中心から０．８［ｍｍ］の位置に設置した。

プリント回路板は、以下に示すように製造した。
図２（ａ）のはんだペースト供給工程に示すように、版厚２００［μｍ］の印刷版を用いたスクリーン印刷により、熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａをプリント配線板２００の複数の第２のランド２０２へ供給した。

そして、図２（ｂ）の搭載工程に示すように、マウンターを用いて、電子部品１００をプリント配線板２００上に、電子部品１００の第１のランド１０１とプリント配線板２００の第２のランド２０２とが互いに対向する位置に搭載した。このとき、電子部品１００の第１のランド１０１と熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａが接触するよう、また隣接する熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａ同士が接触しない程度の圧力で搭載した。

次に、熱硬化性樹脂がはんだ溶融前に硬化することを防止するため、図８に示す加熱温度プロファイルで、前段で予備加熱を行わずはんだ融点である１３９［℃］以上まで昇温し、はんだ接合を完了させた。このとき、図２（ｃ）の加熱工程に示すように、熱硬化性樹脂入りはんだペースト３００ａが分離した後、溶融はんだ３０１が第１のランド１０１および第２のランド２０２にぬれ広がり、また、分離した熱硬化性樹脂４００もぬれ広がることで金属部材２１０に接触した。

続いて、図２（ｄ）の樹脂硬化加熱工程において、はんだ融点以下である１３０［℃］程度まで降温し、はんだ接合部３０２が凝固した状態で熱硬化性樹脂４００を加熱し硬化させ、補強樹脂４０１ではんだ接合部３０２の周囲を補強し、プリント回路板５００を製造した。

上述の製造方法で得たプリント回路板５００は、電子部品１００の複数の第１のランド１０１とプリント配線板２００の複数の第２のランド２０２が、複数のはんだ接合部３０２によって接合され、はんだ接合部３０２とその周囲は、電子部品１００の底面およびソルダーレジスト２０１と接触した補強樹脂４０１によって補強され、はんだ接合部３０２の強度が向上していた。

（プリント回路板の評価）
上記で製造されたプリント回路板５００について、Ｘ線透過観察装置ではんだ接合部３０２の検査を行った結果、隣接するはんだ接合部３０２同士のはんだブリッジなどの接合不良はみられなかった。また、電気チェックによるはんだ接合部３０２の検査においても導通不良は確認されなかった。

樹脂硬化加熱工程をはんだ融点以下である１３０［℃］の低温で行ったため、電子部品１００として搭載された撮像装置の熱変形量は少なく、内蔵するＣＭＯＳイメージセンサの光学性能は、十分に保証できるものであった。

次に、電子部品１００とプリント配線板２００を引きはがし、はんだ接合部３０２と、補強樹脂４０１の状態を確認した。はんだ接合部３０２は、電子部品１００の第１のランド１０１およびプリント配線板２００の第２のランド２０２にぬれ広がった状態で接合されており、熱硬化性樹脂４００がはんだの接合を阻害した形跡は確認されなかった。

続いて、剥離後の補強樹脂４０１の状態を目視により確認した。補強樹脂４０１は、金属部材２１０と接触した状態で硬化していた。また補強樹脂４０１は、計算で求めたＬ_２より長い距離をぬれ広がっていた。これは、実際の溶融はんだ３０１が横に膨らむことで理想の円柱より高さが低くなり、電子部品１００とプリント配線板２００の間隔が狭くなるため、補強樹脂４０１がＬ_２よりぬれ広がったと考えられる。このことから、Ｌ_２が、熱硬化性樹脂４００と金属部材２１０を接触させるための距離として十分な距離であることがわかった。

さらに、ソルダーレジスト２０１と補強樹脂４０１との接着部は大部分が剥離せず、ソルダーレジスト２０１とプリント配線板２００とが剥離していたことから、補強樹脂４０１が十分に硬化し、ソルダーレジスト２０１と強い接着力で接着されていることが確認できた。

つぎに、プリント配線板２００から剥離し、補強樹脂４０１と接着したソルダーレジスト２０１を削ぎ落とし、ビッカーズ硬度計で硬度を測定した。その結果、補強樹脂４０１は、表２に示した補強樹脂４０１ａとほぼ同等の硬度を示し、補強樹脂４０１が十分に硬化していることがわかった。

（その他実施形態）
上述の実施形態および実施例は、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。即ち、本発明は、上述の説明した実施形態およ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、電子部品の例として撮像装置および画像処理用半導体装置について例示しているが、その他の電子部品、例えばメモリＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）や電源ＩＣなどにも適用可能である。また、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宜使用可能である。

さらに、電子機器の一例としてデジタルカメラ６００を例示しているが、これに限定するものではなく、その他モバイル通信機器などのあらゆる電子機器に適用可能である。

１００ 電子部品
１０１ 第１のランド
１０２ 半導体素子
１１０ 電子部品搭載領域
１２０ 撮像装置
１３０ 画像処理装置
２００ プリント配線板
２０１ ソルダーレジスト
２０２、２０２ａ、２０２ｂ 第２のランド
２１０ 金属部材
２１０ｂ 金属部材（第３のランド）
２１１ 金属部材（第２のはんだ）
２１２ 金属部材（熱硬化性樹脂入りはんだペーストから分離した第２のはんだ）
２２０ プリント配線板
２３０ プリント配線板
３００ａ、３００ｂ 熱硬化性樹脂入りはんだペースト
３０１ 溶融はんだ
３０２ はんだ接合部
４００、４００ａ、４００ｂ 熱硬化性樹脂
４０１、４０１ａ、４０１ｂ 補強樹脂（硬化後の熱硬化性樹脂）
５００ プリント回路板
５２０ プリント回路板
５３０ プリント回路板
６００ デジタルカメラ
６０１ 本体部
６０２ レンズユニット

Claims (12)

1. プリント配線板の搭載面上に電子部品を搭載し、該電子部品の底面に設けられた複数の第１のランドと、該複数の第１のランドと対応するように該プリント配線板の搭載面上に形成されたソルダーレジストの開口部に設けられた複数の第２のランドを、はんだで接合するプリント回路板の製造方法であって、
   前記複数の第２のランドに、はんだ粉末およ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高い温度に加熱することにより、前記はんだ粉末を溶融し、分離した前記はんだで前記複数の第１のランドと対応する前記第２のランドを接合するはんだ接合加熱工程と、を含み、
   前記第１のランドの半径をＲ_２、前記第２のランドの半径をＲ_１、前記はんだペーストのはんだ体積含有率をＷ_ｓ［ｖｏｌ％］としたとき、
   前記はんだペーストから分離した前記熱硬化性樹脂を、前記はんだおよび前記プリント配線板の搭載面上に形成されたソルダーレジストの開口部に、前記第２のランドの中心から√｛（Ｒ_１ ^２+Ｒ_１Ｒ_２+Ｒ_２ ^２）／３（Ｗ_ｓ／１００）｝以内の距離かつ前記第２のランドに接しない範囲に設けられた金属部材と接触した状態で硬化させる樹脂硬化加熱工程をさらに含むことを特徴とするプリント回路板の製造方法。
2. 前記金属部材は、前記プリント配線板のグラウンド配線に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のプリント回路板の製造方法。
3. 前記金属部材は、前記第２のランドの周囲に複数個設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載のプリント回路板の製造方法。
4. 前記金属部材は、前記第２のランドの周囲を囲うように設けられていることを特徴とする、請求項３に記載のプリント回路板の製造方法。
5. 前記金属部材は、第３のランド上に設けられた第２のはんだ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の製造方法。
6. 前記第２のはんだは、前記はんだペースト供給工程において、前記第３のランド上に供給されたはんだペースト中のはんだ粉末が、前記はんだ接合加熱工程で溶融することにより形成されることを特徴とする請求項５に記載のプリント回路板の製造方法。
7. プリント配線板の搭載面上に電子部品を搭載し、該電子部品の底面に複数の第１ランドが設けられ、該複数の第１のランドと対応するように該プリント配線板の搭載面上に形成されたソルダーレジストの開口部に複数の第２のランドが設けられ、前記複数の第１のランドと対応する前記複数の第２のランドとが、それぞれはんだで接合されたはんだ接合部を有するプリント回路板であって、
   前記はんだ接合部が補強樹脂で補強されており、
   前記第１のランドの半径をＲ_２、前記第２のランドの半径をＲ_１、前記はんだ接合部の体積と前記補強樹脂の体積の和に対する前記はんだ接合部の体積含有率がＷ_ｓ［ｖｏｌ％］であるとき、
   前記プリント配線板の前記第２のランドの周囲に、前記第２のランドの中心から、√｛（Ｒ_１ ^２+Ｒ_１Ｒ_２+Ｒ_２ ^２）／３（Ｗ_ｓ／１００）｝以内の距離かつ前記第２のランドに接しない範囲に設けられ金属部材を有することを特徴とするプリント回路板。
8. 前記金属部材は、前記プリント配線板のグラウンド配線に電気的に接続されていることを特徴とする請求項７に記載のプリント回路板。
9. 前記金属部材は、前記第２のランドの周囲に複数個設けられていることを特徴とする、請求項７または８に記載のプリント回路板。
10. 前記金属部材は、前記第２のランドの周囲を囲うように設けられていることを特徴とする、請求項９に記載のプリント回路板。
11. 前記金属部材は、第３のランド上に設けられた第２のはんだであることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載のプリント回路板。
12. 請求項７乃至１１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。

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