JP2020064998A - 実装基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パッケージとプリント配線板とのはんだ接合信頼性を向上させることが可能な実装基板およびその製造方法を提供する。【解決手段】実装基板は、第１のランドを備える電子部品と、第１のランドにはんだ接合される第２のランド４０１を備えるプリント配線板と、を有する。プリント配線板は、第１の配線パターン４０３と、第２のランドの周辺に形成され、第１の配線パターンの少なくとも一部を外部に露出させるレジスト開口４０２と、レジスト開口の周囲の少なくとも一部に配置されている第２の配線パターン４０４（ＧＮＤパターン）と、を備える。第１の配線パターンの熱容量は、第２の配線パターンの熱容量に比べて小さい。【選択図】図４

Description

本発明は、デジタルカメラなどの電子機器に搭載される実装基板およびその製造方法に関する。

近年、デジタルカメラ等の電子機器は、高性能化に合わせて大規模な電子回路を有する一方、使い勝手を向上させるために小型化が進んでいる。電子機器内の電子部品として、小型化および端子数の増加が可能な、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ），ＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）およびＬＣＣ（Ｌｅａｄｅｄ Ｃｈｉｐ Ｃａｒｒｉｅｒ）等のパッケージが多く使用されている。従来、はんだ粉末と熱硬化性のエポキシ樹脂とを混合した熱硬化性樹脂入りはんだペーストを用いてパッケージをプリント配線板にリフロー実装する方法が知られている。この方法では、パッケージとプリント配線板とのはんだ接合信頼性を向上させることが可能であるが、エポキシ樹脂の流動を制御しない場合、エポキシ樹脂はパッケージやプリント配線板の外に流れ出てしまう。エポキシ樹脂が流れ出ると、パッケージとプリント配線板との接着力不足や他部品への付着などの問題が生じる。特許文献１では、パッケージ外側に流れ出たエポキシ樹脂の挙動を制御するため、プリント配線板の外形に沿って枠型の部材を取付け、エポキシ樹脂を堰き止める構成を開示している。

特開２０１６−６２７６８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された構成では、枠型部材を別途プリント配線板に取りつける必要があるため、製造コストが増加してしまう。また、エポキシ樹脂は熱硬化性であるが、パッケージとプリント配線板とをはんだ接合するリフロー実装工程時間のみの熱負荷では硬化が不十分な場合がある。その場合、実装済みプリント配線板をオーブンなどで再加熱し、エポキシ樹脂を硬化させる必要がある。実装済みプリント配線板を再加熱する場合、工程の複雑化による製品コストが増加するとともに、パッケージに対する熱負荷も問題になる。多くのパッケージでは、パッケージとプリント配線板とをはんだ接合するリフロー実装工程時間のみの熱負荷が想定されており、その他の熱負荷がかかった場合、リーク電流や予期せぬ回路オープンなどの問題が発生してしまう。

本発明は、部品や工程を増やすことなく、パッケージとプリント配線板とのはんだ接合信頼性を向上させることが可能な実装基板およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての実装基板は、第１のランドを備える電子部品と、第１のランドにはんだ接合される第２のランドを備えるプリント配線板と、を有し、プリント配線板は、第１の配線パターンと、第２のランドの周辺に形成され、第１の配線パターンの少なくとも一部を外部に露出させるレジスト開口と、レジスト開口の周囲の少なくとも一部に配置されている第２の配線パターンと、を備え、第１の配線パターンの熱容量は、第２の配線パターンの熱容量に比べて小さいことを特徴とする。

本発明の他の側面としての実装基板の製造方法は、第１のランドを備える電子部品と、第１のランドにはんだ接合される第２のランドと、第１の配線パターンと、第２のランドの周辺に形成され、第１の配線パターンの少なくとも一部を外部に露出させるレジスト開口と、レジスト開口の周囲の少なくとも一部に配置され、熱容量が第１の配線パターンに比べて大きい第２の配線パターンと、を備えるプリント配線板と、を有する実装基板の製造方法であって、第２のランド上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ステップと、第１のランドが第２のランドに対向するように、プリント配線板上に電子部品を搭載する搭載ステップと、電子部品をはんだペーストによりプリント配線板にリフロー実装する実装ステップと、を有し、実装ステップでは、第１のランドと第２のランドとがはんだ接合するとともに、熱硬化性樹脂の硬化が促進されるように熱硬化性樹脂が第１の配線パターンに接触することを特徴とする。

本発明によれば、部品や工程を増やすことなく、パッケージとプリント配線板とのはんだ接合信頼性を向上させることが可能な実装基板およびその製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る電子機器の一例であるデジタル一眼レフカメラのブロック図である 撮像素子およびプリント配線板の斜視図である。 プリント配線板の正面図である。 プリント配線板のレジスト開口の拡大図である。 撮像ユニットの製造方法の説明図である。 リフロー炉の温度プロファイルを示す図である。 リフロー実装済みのプリント配線板を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る電子機器の一例であるデジタル一眼レフカメラ１のブロック図である。デジタル一眼レフカメラ１は、レンズユニット１００およびカメラボディ２００によって構成される。

レンズユニット１００は、焦点距離を所定範囲で自在に変化させる複数のズームレンズおよび被写体像を結像させる複数のフォーカスレンズで構成されたレンズ群１０１を有する。レンズ駆動手段１０２は、例えば、ステッピングモータ等のアクチュエータによって構成され、レンズ群１０１内のズームレンズの位置を変化させることで被写体像の光学的な倍率を変化させる。また、レンズ駆動手段１０２は、レンズ群１０１内のフォーカスレンズの位置を変化させることで被写体にピントを合わせる。レンズ制御回路１０３は、レンズ群１０１内のズームレンズおよびフォーカスレンズの移動量と移動速度に必要な駆動量を、レンズ駆動手段１０２に伝達し、レンズ群１０１内のズームレンズおよびフォーカスレンズの駆動を制御する。レンズマウント接点１０４は、レンズユニット１００がカメラボディ２００に取り付けられると、カメラボディ２００とレンズ制御回路１０３との間で通信される信号を送受信する機能を備える。

ＣＰＵ２０１は、カメラボディ２００内に配置され、レンズユニット１００およびカメラボディ２００の各種制御を行うための演算処理装置である。ミラーユニット２０２は、メインミラー２０２ａおよびサブミラー２０２ｂから構成される。メインミラー２０２ａおよびサブミラー２０２ｂの角度位置を変更することで、レンズユニット１００を通過する撮影光束の向きを変更することができる。ミラー駆動手段２０３は、モータ（不図示）およびギヤトレイン（不図示）などから構成され、ＣＰＵ２０１からの信号に応じてミラーユニット２０２のメインミラー２０２ａおよびサブミラー２０２ｂを駆動する。ファインダーユニット２０４は、メインミラー２０２ａによって反射された撮影光束を正立正像に変換反射するペンタプリズム２０４ａ、および被写体の明るさを検出する測光センサ（不図示）等によって構成されている。シャッターユニット２０５は、例えば、機械式フォーカルプレーンシャッタであり、不図示の先羽根群および後羽根群を走行させる機構を備える。シャッター駆動回路２０６は、ＣＰＵ２０１からの信号に基づいて、ユーザがファインダーユニット２０４から被写体像を観察している時には撮影光束を遮り、撮像時にはレリーズ信号に応じて所望の露光時間を得るように、シャッターユニット２０５を制御する。

撮像ユニット（実装基板）５００は、撮像素子（撮像センサ）３００およびプリント配線板４００から構成される。撮像素子３００は、行列配列された画素が設けられた撮像面を有するＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤ等である。プリント配線板４００は、撮像素子３００がリフロー実装工程により実装された多層基板である。

ここで、リフロー実装工程について説明する。リフロー実装工程では、プリント配線板にペースト状のはんだを印刷し、その上に実装対象となるパッケージをマウントし、リフロー炉に通す。リフロー炉内はピーク温度がはんだ融点以上の温度になっており、はんだが溶融し、その後の冷却工程によりパッケージとプリント配線板とがはんだ接合される。

撮像ユニット５００は、レンズユニット１００を介して被写体から入射した光を撮像面で受光し、被写体からの光を光電変換することで得られた画像をＣＰＵ２０１に供給する。撮像素子３００の撮像面には、被写体の画像を撮像するための撮像画素と、像面位相差方式のオートフォーカスに用いられ、被写体の光像の位相差を検出するための位相差検出画素とが設けられている。

ＣＰＵ２０１は、位相差検出画素から出力される画素信号から得られる、分割領域ごとの被写体の像（画像）、すなわち瞳分割した像の位相差（像間の距離）に基づいてデフォーカス量を算出する。ＣＰＵ２０１は、算出されたデフォーカス量を、レンズマウント接点１０４を介してレンズ制御回路１０３に送信する。レンズ駆動手段１０２は、レンズ制御回路１０３からの信号に応じて、レンズ群１０１内のフォーカスレンズを駆動させる。

撮像画素に結像された被写体像は、光電変換によって撮像信号に変換され、アナログ信号として蓄積され、画像処理部２０７に送信される。画像処理部２０７は、撮像ユニット５００で蓄積された被写体像のアナログ信号を順次受信し、デジタル信号に変換した後、色補正、デモザイク処理、階調補正（γ補正）、およびＹＣ分離処理等の画像処理を行い、画像データに変換する。画像処理部２０７により生成された画像データは、所定の圧縮方式、例えばＪＰＥＧ方式でデータ圧縮され、外部メモリ２０８に保存される。外部メモリ２０８は、例えば、ＳＤメモリカードやコンパクトフラッシュ_{（登録商標）}等のカメラボディ２００に着脱可能な不揮発性メモリである。

表示ユニット２０９は、回転可能、かつ開閉可能なＴＦＴ液晶で構成されている。表示ユニット２０９は、画像処理部２０７で変換された画像データや外部メモリ２０８から読みだされ伸張された画像データを表示する。動画撮影中には、撮像ユニット５００が受光した撮影光束を毎時、画像処理部２０７が画像変換し、表示ユニット２０９に被写体像が表示される。

電源２１０は、着脱可能な二次電池、または家庭用のＡＣ電源等で構成されており、各ユニットに電源を供給する。

以下、電子部品の実装方法について説明する。図２は、撮像素子３００およびプリント配線板４００の斜視図である。図２（ａ）は正面側（被写体側）から見た図であり、図２（ｂ）は背面側から見た図である。図３は、プリント配線板４００の正面図である。図４は、プリント配線板４００のレジスト開口４０２の拡大図である。

撮像素子３００は、ＬＧＡパッケージである。撮像素子３００の裏面には、複数の撮像素子ランド（第１のランド）３０１および撮像素子補強端子３０２が設けられている。プリント配線板４００の第１の搭載面４００ａには、撮像素子ランド３０１にはんだ接合されるプリント配線板ランド（第２のランド）４０１および撮像素子補強端子３０２にはんだ接合されるプリント配線板補強端子４１１が設けられている。撮像素子ランド３０１およびプリント配線板ランド４０１は、熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０７によって接合される。撮像素子補強端子３０２およびプリント配線板補強端子４１１は、ＧＮＤ信号端子であり、撮像素子３００とプリント配線板４００とのはんだ接続信頼性と、ＧＮＤ接続性を向上させている。

熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０７は、少なくともはんだ粉末、および後述する熱硬化性樹脂４０８を含有するはんだペーストである。熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０７は、はんだ付けに必要なフラックス成分を含有していてもよい。熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０７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、リフロー実装工程等の加熱工程で撮像素子３００とプリント配線板４００とをはんだ接合することができる。リフロー実装工程の加熱時に、はんだ粉末が溶融すると、はんだ粉末と熱硬化性樹脂４０８とが分離する。分離後、熱硬化性樹脂４０８は、はんだとその周囲で硬化し、撮像素子３００とプリント配線板４００との接合を補強する補強樹脂として機能し、撮像素子３００とプリント配線板４００とのはんだ接合信頼性を向上させることができる。

本実施形態では、熱硬化性樹脂４０８は、嫌気性接着剤の一種である。嫌気性接着剤は、金属イオン存在化で酸素を遮断することで結合される、液状アクリル系などの接着剤であり、空気に触れている状態では硬化が進まず、金属に触れている状態で硬化が促進される。すなわち、熱硬化性樹脂４０８を効率的に硬化させるためには、熱を加えるとともに、金属に接触させればよい。

本実施形態では、撮像素子３００は、図２に示されるように、長辺および短辺を有する矩形形状である。プリント配線板４００には、プリント配線板補強端子４１１の間に、撮像素子３００の短辺に沿って、レジスト開口４０２が設けられている。

レジスト開口４０２は、プリント配線板ランド４０１の外側に設けられている。レジスト開口４０２内には、金属である銅箔露出部（第１の配線パターン）４０３が設けられている。レジスト開口４０２は、銅箔露出部４０３の少なくとも一部を外部に露出させるように設けられていればよい。レジスト開口４０２の周辺の少なくとも一部には、ＧＮＤパターン（第２の配線パターン）４０４が設けられている。銅箔露出部４０３は、図４（ａ）のプリント配線板ランド４０１からの信号線や図４（ｂ）の単独のスリットパターン等である。銅箔露出部４０３は、図４（ａ）および図４（ｂ）のいずれのパターンであっても、ＧＮＤパターン４０４に比べてパターンが細く、熱容量が小さくなっている。

以下、図５および図６を参照して、撮像素子３００をプリント配線板４００に熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０７を用いてリフロー実装する方法について説明する。図５は、撮像ユニット５００の製造方法の説明図である。撮像素子３００とプリント配線板４００との実装形態を示す図である。図６は、リフロー炉の温度プロファイルを示す図である。

図５（ａ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。プリント配線板４００は、ガラスエポキシ材等の基材４０５と銅箔等の導体部４０６とが交互に積層された多層基板である。プリント配線板４００の上面（第１の搭載面４００ａ）には、プリント配線板ランド４０１と銅箔露出部４０３とが設けられている。また、プリント配線板４００の上面は、絶縁層となるソルダーレジスト４１０で部分的に覆われている。

図５（ｂ）は、プリント配線板ランド４０１上に熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０７を供給する供給工程（供給ステップ）が完了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４０７は、上述したように、はんだ粉末および熱硬化性樹脂４０８を含有し、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。熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０７は、図５（ｂ）に示されるように、プリント配線板ランド４０１を完全に覆うように供給されてもよいし、いわゆるオフセット印刷のようにプリント配線板ランド４０１を部分的に覆うように供給されてもよい。

図５（ｃ）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４０７が供給されたプリント配線板４００上に撮像素子３００を搭載する工程（搭載ステップ）が完了した状態を示している。撮像素子３００は、撮像素子ランド３０１がプリント配線板ランド４０１に対向するように、マウンターによってプリント配線板４００上に搭載される。

図５（ｄ）は、熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０７に含まれるはんだ粉末を溶融させた後に撮像素子３００とプリント配線板４００とを接合させるはんだ接合加熱工程（実装ステップ）を示している。はんだ接合加熱工程は、リフロー炉で行われる。はんだ接合加熱工程では、熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０７に含まれる、はんだ粉末が溶融し、熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０７がはんだと熱硬化性樹脂４０８とに分離する。溶融したはんだは、プリント配線板ランド４０１と撮像素子ランド３０１とを接合するはんだ接合部４０９になる。熱硬化性樹脂入りはんだペースト４０７が溶融し、はんだと熱硬化性樹脂４０８とに分離する際、熱硬化性樹脂４０８はペースト状態である場合に比べて表面積が小さくなり、その結果見かけ上の粘度が低下して流動性が高まる。流動性が高まった熱硬化性樹脂４０８は、毛細管現象によりプリント配線板４００と撮像素子３００との間の間隙が狭い部分に流動しようとする。プリント配線板４００および撮像素子３００の表面は理想的な平面となっていないため、それぞれの反り状態によっては、撮像素子３００およびプリント配線板４００の外側の間隙が相対的に狭くなる。したがって、熱硬化性樹脂４０８は、撮像素子３００およびプリント配線板４００の外側に流動しようとする。熱硬化性樹脂４０８が撮像素子３００およびプリント配線板４００の外側に流れ出ると、撮像素子３００とプリント配線板４００との接着量が十分確保できないばかりでなく、熱硬化性樹脂４０８の他部品への付着による弊害が懸念される。そのため、従来では、はんだ接合加熱工程後、オーブン等を用いて樹脂硬化加熱工程を行う必要がある。

本実施形態では、はんだ接合加熱工程において、前述したように、熱硬化性樹脂４０８は撮像素子３００およびプリント配線板４００の外側に流動しようとする。その際、熱硬化性樹脂４０８は、銅箔露出部４０３上を通過する。銅箔露出部４０３は、前述したように、周囲のＧＮＤパターン４０４よりも熱容量が小さくなっている。図６に示されるように、ＧＮＤパターン４０４の温度上昇は緩やかであるが、銅箔露出部４０３は熱容量が小さいため、温度上昇はほぼリフロー炉の温度プロファイルに沿っている。そのため、銅箔露出部４０３は、はんだ接合加熱工程の開始直後から長時間にわたり高温に保たれる。銅箔露出部４０３が長時間にわたり高温に保たれることにより、銅箔露出部４０３上に流れ出た熱硬化性樹脂４０８は硬化が促進される。また、熱硬化性樹脂４０８は、嫌気性接着剤であるため、金属である銅箔露出部４０３に接触することで、硬化が促進される。本実施形態では、上述したように、レジスト開口４０２、および熱容量が小さく、長時間にわたり高温に保たれる銅箔露出部４０３を設けることで、熱硬化性樹脂４０８の硬化を促進することができる。したがって、本実施形態では、従来のように、はんだ接合加熱工程後、樹脂硬化加熱工程を行う必要がない。そのため、実装工程を簡略化することが可能であるとともに、撮像素子３００を含むプリント配線板４００上の素子に対する熱負荷を軽減することが可能である。

図７は、リフロー実装済みのプリント配線板４００を示す図である。プリント配線板４００の第１の搭載面４００ａとは反対側の第２の搭載面４００ｂには、発熱部品であるバイパスコンデンサ６００等の素子が実装されている。バイパスコンデンサ６００は、第２の搭載面４００ｂに設けられたバイパスコンデンサランド（第３のランド）６０１に実装されている。バイパスコンデンサ６００の温度は、デジタル一眼レフカメラ１による静止画連写や動画撮影などを行い、撮像素子３００を駆動させる際に、撮像素子３００の温度とともに上昇する。バイパスコンデンサランド６０１はスルーホール４１２を介して銅箔露出部４０３に接続されているため、バイパスコンデンサ６００の発熱は銅箔露出部４０３に伝達される。そのため、仮に、はんだ接合加熱工程で熱硬化性樹脂４０８が完全に硬化しない場合でも、デジタル一眼レフカメラ１による静止画連写や動画撮影などが行われることで、バイパスコンデンサ６００が高温になり、熱硬化性樹脂４０８の硬化を促進することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

３００ 撮像素子（電子部品）
３０１ 撮像素子ランド（第１のランド）
４００ プリント配線板
４０１ プリント配線板ランド（第２のランド）
４０２ レジスト開口
４０３ 銅箔露出部（第１の配線パターン）
４０４ ＧＮＤパターン（第２の配線パターン）
５００ 撮像ユニット（実装基板）

Claims (8)

1. 第１のランドを備える電子部品と、
   前記第１のランドにはんだ接合される第２のランドを備えるプリント配線板と、を有し、
   前記プリント配線板は、第１の配線パターンと、前記第２のランドの周辺に形成され、前記第１の配線パターンの少なくとも一部を外部に露出させるレジスト開口と、前記レジスト開口の周囲の少なくとも一部に配置されている第２の配線パターンと、を備え、
   前記第１の配線パターンの熱容量は、前記第２の配線パターンの熱容量に比べて小さいことを特徴とする実装基板。
2. 前記電子部品は、長辺および短辺を有する矩形形状であり、
   前記レジスト開口は、前記短辺に沿って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の実装基板。
3. 前記電子部品は、撮像センサであることを特徴とする請求項１または２に記載の実装基板。
4. 前記電子部品は、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により、プリント配線板にリフロー実装されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の実装基板。
5. 前記熱硬化性樹脂は、金属に接触することで硬化が促進される、嫌気性接着剤であることを特徴とする請求項４に記載の実装基板。
6. 前記プリント配線板は、前記第２のランドが設けられた面とは反対側の面に設けられ、前記第１の配線パターンにスルーホールを介して接続される第３のランドと、前記第３のランドにはんだ接合される発熱部品と、を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の実装基板。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の実装基板を有することを特徴とする電子機器。
8. 第１のランドを備える電子部品と、前記第１のランドにはんだ接合される第２のランドと、第１の配線パターンと、前記第２のランドの周辺に形成され、前記第１の配線パターンの少なくとも一部を外部に露出させるレジスト開口と、前記レジスト開口の周囲の少なくとも一部に配置され、熱容量が前記第１の配線パターンに比べて大きい第２の配線パターンと、を備えるプリント配線板と、を有する実装基板の製造方法であって、
   前記第２のランド上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ステップと、
   前記第１のランドが前記第２のランドに対向するように、前記プリント配線板上に前記電子部品を搭載する搭載ステップと、
   前記電子部品を前記はんだペーストにより前記プリント配線板にリフロー実装する実装ステップと、を有し、
   前記実装ステップでは、前記第１のランドと前記第２のランドとがはんだ接合するとともに、前記熱硬化性樹脂の硬化が促進されるように前記熱硬化性樹脂が前記第１の配線パターンに接触することを特徴とする実装基板の製造方法。