JP4421528B2 - 半田付け実装構造およびその製造方法、並びにその利用 - Google Patents

Description

本発明は、比較的重い部品であっても実装可能な、半田付け実装構造およびその製造方法、並びにその利用に関するものである。

基板上に、集積回路（ＩＣ）パッケージやチップ形状の電子部品（実装部品）を半田付けにより実装する方法として、基板の裏側（電子部品を実装する面とは反対の面）から加熱して、半田を溶融させることによって行われる方法がある。この方法では、半田を溶融させるために、基板の裏側を、半田の溶融温度よりもかなり高温に加熱する必要がある。その結果、熱ストレスにより半田接合部の基板の裏側部分に気泡が生じる。さらに、この方法では、半田付けの際に、電子部品を機械で押さえつけるため、半田部のショートや位置ずれするという問題も生じる。

そこで、これらの問題を解決するため、セルフアライメントにより、基板上に電子部品が実装する方法がある。セルフアライメントとは、溶融半田の表面張力と応力とにより電子部品が持ち上げられ、応力の復元力により、その電子部品が基板上の実装位置に、自己整列されることである。言い換えれば、セルフアライメントとは、加熱により溶融した半田が基板の電極上で濡れ拡がる際に、溶融半田の表面張力により、電子部品の電極が基板の電極に対応するように移動することである。

このように、セルフアライメントは、基板と基板に実装される電子部品とを無理なく高精度に位置合わせできる特性がある。このため、セルフアライメントは、高精度な位置合わせが要求される電子部品の実装方法として、注目されている。

例えば、非特許文献１には、光ファイバーケーブルの線芯と、受光素子の中心との位置合わせをセルフアライメントにより行うことが開示されている。この文献では、比較的高精度の位置合わせが要求される光学部材を、セルフアライメントにより位置合わせしている。

また、例えば、特許文献１および２には、ＩＣパッケージ（チップスケールパッケージ（ＣＳＰ））およびチップ形状の電子部品の実装を、セルフアライメントにより行うことが開示されている。

具体的には、特許文献１では、電子部品として、いわゆるチップ部品（抵抗・コンデンサ等）およびＩＣ部品などを、プリント基板に実装（面実装）する際に、その電子部品の実装位置を、セルフアライメントにより行っている。特許文献１では、セルフアライメントを円滑に行うために、電子部品の実装時に、プリント基板に超音波振動を与えている。

一方、特許文献２では、ＩＣパッケージ部品（ＣＳＰ）の半田接合部（端子ランド）の形状（面積）および配置を調整することにより、セルフアライメントの効果を高めている。

このように、セルフアライメントは、溶融半田の表面張力を利用するため、比較的軽い部品の実装に適用されてきた。例えば、ＩＣパッケージ（ＩＣ単体のベアチップ実装，ＱＦＰ等），チップ形状の電子部品等の位置合わせが、セルフアライメントにより行われてきた。
特開２００３−１８８５１５号公報（２００３年７月４日公開） 特開２００３−２４３７５７号公報（２００３年８月２９日公開） ジャーナル・オブ・アプライド・メカニックス、６２巻、３９０−３９７ページ、１９９５年６月（Journal of Applied Mechanics, Vol.62, JUNE 1995, 390-397.）

しかしながら、従来、セルフアライメントは、重い電子部品の実装には適用されてこなかった。これは、セルフアライメントは、溶融半田の表面張力を利用するため、基板に実装される電子部品が重すぎると、その重さに耐えきれず、表面張力が働かなくなるからである。表面張力が働かなくなれば、当然、セルフアライメントによる高精度な位置合わせを行うことができない。

ここで、最近のデジタルスチルカメラおよび携帯電話などに実装されたカメラモジュールは、オートフォーカス機能およびオートズーム機能等の多機能を有することが一般的である。このような多機能型のカメラモジュールは、特に高精度の位置合わせが必要である。

しかしながら、多機能型のカメラモジュールは、必然的に重量が重くなるため、セルフアライメントによる高精度な位置合わせが行われてこなかった。

それゆえ、多機能型のカメラモジュールなど、特に高精度の位置合わせを必要とし、重い電子部品の実装にも、セルフアライメントを適用する技術が切望されている。

なお、非特許文献１には、セルフアライメントが生じるためには、実装部品と溶融半田との間に働く表面張力と、実装部品の重量とが、弾性的に釣り合うことが前提条件となると記載されている。この記載からも、セルフアライメントは、比較的軽い部品を対象とせざるを得ないのが現状である。

また、特許文献１のように、半田付けされるプリント基板に対して超音波振動を与えると、その振動により、プリント基板に接合される電子部品が損傷する虞がある。

また、特許文献２のように、半田接合部の形状および配置を調整したとしても、半田の表面張力によるセルフアライメントを行うことには変わらない。このため、基板に接合する電子部品が重くなると、その表面張力が働かなくなり、セルフアライメント効果が得られないという問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、セルフアライメントにより重量の重い部品が基板に半田接合された半田付け実装構造およびその製造方法、並びにそれらを利用した半田付け実装構造および電子機器を提供することにある。

すなわち、上記の目的を達成するために、本発明の半田付け実装構造は、基板に形成された基板電極と、その基板に実装された実装部品に形成された実装電極とが、半田接合部を介して接合され、上記半田接合部が、半田接合のための半田部と、実装部品を支持するための支持部とを有しており、基板電極と実装電極とが半田部と支持部とによるセルフアライメントにより位置合わせされており、上記支持部が、半田部を構成する半田よりも溶融温度が高い材料からなり、上記支持部の基板電極および実装電極との接触部分以外は、半田部に覆われており、さらに、上記支持部が、基板電極および実装電極のそれぞれに形成された凹部に挟持されていることを特徴としている。

上記の構成によれば、基板電極と実装電極とを接合する半田接合部が、半田接合のための半田部と、実装部品を支持するための支持部とを有している。このため、支持部を実装部品の支持のために用い、半田部をセルフアライメントのために用いることによって、支持部により実装部品を支持しながら、半田部のセルフアライメントによる位置合わせを行うことが可能となる。すなわち、基板電極と実装電極とが、セルフアライメントにより位置合わせされた半田付け実装構造を製造することが可能となる。従って、たとえ実装部品が重くても、セルフアライメントによる位置合わせが可能となる。それゆえ、基板電極と実装電極とが高精度に位置合わせされた半田付け実装構造を提供できる。

なお、従来、基板電極と実装電極とをセルフアライメントにより位置合わせするには、実装部品は、軽量・小型である必要があった。これは、溶融半田の表面張力のみにより、実装部品を支持していたため、実装部品の荷重に耐えきれなくなるためである。

さらに、上記の構成によれば、支持部を構成する材料が、半田部を構成する半田の溶融温度より高い材料からなっている。これにより、半田部を形成するために、半田を溶融させても、支持部は融解せず、固体のままである。従って、たとえ、実装部品が重くても、固体の支持部により、その実装部品を確実に支持することが可能となる。それゆえ、固体の支持部により実装部品を支持しながら、溶融した半田のセルフアライメントによる位置合わせが可能となる。

また、上記の構成によれば、支持部が、基板電極および実装電極のそれぞれに形成された凹部に挟持されているため、基板電極と実装電極との位置合わせを、より高精度に行うことができる。

本発明の半田付け実装構造では、上記支持部が、導電性物質からなることが好ましい。

上記の構成によれば、半田部だけでなく、支持部も導電性を有するため、基板と実装部品とを確実に接合することができる。

本発明の半田付け実装構造では、上記支持部が球状であるとともに、上記支持部が、上記基板電極および実装電極のそれぞれに形成された凹部に挟持されていることが好ましい。

上記の構成によれば、球状の支持部が、基板電極に形成された凹部と実装電極に形成された凹部との間に挟持されている。このため、セルフアライメント位置は、基板電極および実装電極のそれぞれに設けられた凹部が対向する位置となる。これにより、セルフアライメントの際に、確実に各電極の凹部に、支持部を留めることができる。従って、基板電極と実装電極との位置合わせを、より高精度に行うことができる。

本発明の半田付け実装構造では、上記基板電極および実装電極は、上記半田接合部に覆われていることが好ましい。

上記の構成によれば、半田接合部が、基板電極および実装電極を覆うように形成されているため、基板と実装部品とが確実に接合される。従って、接合信頼性の高い半田付け実装構造を提供できる。

本発明の半田付け実装構造では、上記支持部は、上記半田接合部の中央部に設けられていることが好ましい。

上記の構成によれば、実装部品を支持する支持部が、半田接合部の中央部に設けられているため、支持部により実装部品を安定して支持することができる。

本発明の半田付け実装構造では、上記半田部が、鉛フリー半田からなることが好ましい。これにより、環境に配慮した半田を用いた、半田付け実装構造を提供できる。

本発明の半田付け実装構造では、上記実装部品が、光学素子であってもよい。

デジタルスチルカメラおよび携帯電話等に実装されるカメラモジュールなどの光学素子は、特に高精度に位置合わせして基板に実装する必要がある。

上記の構成によれば、そのような光学素子を、セルフアライメントにより高精度に位置合わせすることができる。

本発明の半田付け実装構造の製造方法は、上記の目的を達成するために、基板に形成された基板電極と、その基板に実装される実装部品に形成された実装電極とが、半田接合部によって接合された半田付け実装構造の製造方法であって、半田接合のための半田部と、実装部品を支持するための支持部とを有する半田接合部を形成し、上記支持部を、半田部を構成する半田よりも溶融温度が高い材料から形成し、上記支持部の基板電極および実装電極との接触部分以外を、半田部によって覆い、さらに、上記支持部を、上記基板電極および実装電極のそれぞれに形成された凹部に挟持するとともに、上記支持部により実装部品を支持しながら、半田部を構成する半田のセルフアライメントにより、基板電極と実装電極との位置合わせを行うことを特徴としている。

上記の方法によれば、半田部と支持部とを有する半田接合部を形成するため、支持部を実装部品の支持のために用い、半田部をセルフアライメントのために用いることによって、支持部により実装部品を支持しながら、半田部を構成する半田の溶融によって、セルフアライメントによる位置合わせを行うことが可能となる。従って、たとえ実装部品が重くても、セルフアライメントによる位置合わせが可能となる。それゆえ、基板電極と実装電極とが高精度に位置合わせされた半田付け実装構造を製造できる。

また、上記の方法によれば、上記基板電極および実装電極に凹部が形成されているため、基板電極と実装電極との位置合わせを、より高精度に行うことができる。

本発明の半田付け実装構造の製造方法では、上記支持部として、球状部材を用いてもよい。

上記の方法によれば、支持部を球状部材から構成するため、溶融した半田による基板と実装基板との相対的な水平方向の移動にあわせて、球状部材も回転する。このため、セルフアライメントがスムーズに進行する。

また、上記の方法によれば、上記基板電極および実装電極に凹部が形成されているため、セルフアライメントを行うと、球状部材の回転は、基板電極および実装電極のそれぞれに設けられた凹部が対向する位置で止まる。つまり、各電極の凹部に、球状部材が挟持された位置がセルフアライメント位置となる。これにより、セルフアライメントの際に、確実に各電極の凹部に、支持部を留めることができる。従って、基板電極と実装電極との位置合わせを、より高精度に行うことができる。

本発明の電子機器は、前記いずれかの半田付け実装構造を備えることを特徴としている。

上記の構成によれば、セルフアライメントにより高精度に位置合わせされた半田付け実装構造を備えた電子機器を提供できる。例えば、携帯電話・デジタルスチルカメラ等を提供できる。

本発明の半田付け実装方法は、上記の目的を達成するために、基板に形成された基板電極と、その基板に実装される実装部品に形成された実装電極とが、半田接合部によって接合された半田付け実装構造の製造方法であって、半田接合のための半田部と、実装部品を支持するための支持部とを有する半田接合部を形成し、上記支持部を、半田部を構成する半田よりも溶融温度が高い材料から形成し、上記支持部の基板電極および実装電極との接触部分以外を、半田部によって覆い、さらに、上記支持部を、上記基板電極および実装電極のそれぞれに形成された凹部に挟持するとともに、上記支持部により実装部品を支持しながら、半田部を構成する半田のセルフアライメントにより、基板電極と実装電極との位置合わせを行うことを特徴としている。

上記の構成によれば、半田付け実装構造の製造方法と同様に、たとえ実装部品が重くても、セルフアライメントによる位置合わせが可能となる。それゆえ、基板電極と実装電極とが高精度に位置合わせすることができる。

本発明は、以上のように、半田接合部が、半田接合のための半田部と、実装部品を支持するための支持部とを有する構成である。従って、たとえ実装部品が重くても、セルフアライメントによる位置合わせが可能となる。それゆえ、基板電極と実装電極とが高精度に位置合わせされた半田付け実装構造等を提供できるという効果を奏する。

以下、本発明の実施形態について、図１〜図１４に基づいて説明する。なお、本発明は、これに限定されるものではない。

本実施形態では、半田付け実装構造として、携帯電話およびデジタルスチルカメラ等の電子機器に備えられる、カメラモジュール構造について説明する。図１２は、本実施形態のカメラモジュール構造１０の部分断面図である。図１は、図１２のカメラモジュール構造１０における、半田接合部周辺の断面図である。図１１は、図１２のカメラモジュール構造１０における、プリント基板１の平面図である。

本実施形態のカメラモジュール構造１０は、プリント基板（基板）１と、プリント基板１に実装されたカメラモジュール（実装部品；光学素子）３とが、半田接合部５により、接合された構成である。言い換えれば、カメラモジュール構造１０は、プリント基板１上に、半田接合部（半田パッド）５を介して、カメラモジュール３が積層された構成である。

プリント基板１は、図１１に示すように、シート状の基板であり、一方の面に、複数の基板電極２と、コネクタ８とが形成されている。

基板電極２は、カメラモジュール３を半田接合するためのものである。つまり、複数の基板電極２が形成された領域に、カメラモジュール３（図１１には示さず）が、実装される。

コネクタ８は、カメラモジュール構造１０を別の部品に接続するためのものである。例えば、コネクタ８は、カメラモジュール３で撮影した画像データを、別の部材に送信する。このように、プリント基板１は、中継基板としても機能する。

カメラモジュール３は、携帯電話およびデジタルスチルカメラ等に搭載されるレンズ部材である。カメラモジュール３の底面には、プリント基板１の基板電極２に対応して、複数の実装電極４が形成されている。そして、これら複数の基板電極２および実装電極４が、対向するように配置され、半田接合部５によって接合されている。つまり、基板電極２および実装電極４は、接合端子である。

本実施形態では、図１に示すように、基板電極２および実装電極４には、それぞれ凹部２０ａ・２０ｂが形成されており、支持部１７（後述）がこれら凹部２０ａと凹部２０ｂとに挟持されている。

なお、基板電極２および実装電極４は、金属メッキ（金メッキ・銅メッキ・半田メッキなど）されていてもよい。

ここで、本実施形態のカメラモジュール構造１０の特徴部分について説明する。

カメラモジュール構造１０の最大の特徴は、基板電極２と実装電極４とがセルフアライメントにより位置合わせされており、基板電極２と実装電極４とを接合する半田接合部５が、半田接合のための半田から構成された半田部１６と、カメラモジュール３を支持するための支持部１７とを含んで構成されていることである。

なお、「基板電極２と実装電極４との位置合わせ」とは、例えば、基板電極２と実装電極４とが対向配置する位置であり、各電極を所定の位置に配列させることである。本実施形態では、この位置合わせを、半田部１６と支持部１７とによるセルフアライメントにより行っている。

セルフアライメントは、溶融半田の表面張力と応力とによって、実装部品を持ち上げる必要がある。このため、従来のセルフアライメントは、ＩＣパッケージ等の比較的小さく軽い実装部品についてのみ実施されていた。これは、重い実装部品のセルフアライメントを行うと、溶融半田がその重さに耐えきれず、表面張力が働かなくなるからである。

本発明者は、まず、溶融時の表面張力が高い半田を用いて、表面張力および応力を得ようと試みたところ、半田の濡れ性が悪くなり半田付け不良が起こるとともに、接合信頼性も損なうことが判明した。さらに、温度調整により、半田の溶融状態を制御することも試みたが、極めて高度な温度調整が要求され、現実的に大量生産には適さないことが判明した。

そこで、本発明者は、鋭意検討した結果、従来の半田接合部が、単一の半田から構成されていることに着目し、半田接合部を、半田部１６と支持部１７とから構成するに至った。

すなわち、本実施形態のカメラモジュール構造１０では、セルフアライメントによりプリント基板１とカメラモジュール３とを（より詳細には基板電極２と実装電極４とを）、高精度に位置合わせするために、半田接合部５が、表面張力によりカメラモジュール３を持ち上げるための半田部１６と、カメラモジュール３を支持するための支持部１７とから構成されている。

より詳細には、本実施形態では、半田接合部５は、支持部１７が、半田部１６を構成する半田の溶融温度より高い材料からなっている。これにより、半田部１６を形成するために、半田を溶融させても、支持部１７は融解せず、固体のままである。従って、カメラモジュール３のように重い実装部材も、支持部１７により確実に支持することが可能となる。それゆえ、固体の支持部１７によりカメラモジュール３を支持しながら、溶融した半田（半田部１６の半田）のセルフアライメントによる位置合わせが可能となる。

なお、半田接合部５において、半田部１６の領域および支持部１７領域の割合（半田接合部５における、半田部１６または支持部１７の占有率）は、特に限定されるものではなく、カメラモジュール３等の実装部品に応じて設定すればよい。例えば、実装部品が軽い場合には、半田部１６の割合を多くすることにより、表面張力が働きやすくなり、セルフアライメントをスムーズに行うことができる。一方、カメラモジュール３のように、実装部品が重い場合には、支持部１７の割合を多くすることにより、確実にその実装部品を支持できる。

なお、上記の構成では、支持部１７が、半田接合部５の中央部に設けられているため、カメラモジュール３を安定して支持することができるようになっている。また、半田接合部５が、基板電極２および実装電極４を覆うように形成されているため、プリント基板１とカメラモジュール３とが確実に接合される。従って、接合信頼性の高いカメラモジュール構造１０となっている。半田接合部５の形成方法については、後述する。

本実施形態では、図１１のように、基板電極２は、複数の電極が四角形状に配置された構成となっている。そして、四角形の頂点に配置された基板電極２のみが、半田部１６および支持部１７からなる半田接合部５により接合されており、頂点以外に配置された基板電極２が、半田部１６のみにより、接合されている。なお、図１０のように、半田部１６および支持部１７からなる半田接合部５は、全ての基板電極２に形成されていてもよい。

このように、半田部１６および支持部１７からなる半田接合部５は、基板電極２の少なくとも一部に形成されていればよい。また、基板電極２の配置は、実装する部品に合わせて設定すればよく、特に限定されるものではない。

次に、本実施形態のカメラモジュール構造１０の製造方法について説明する。図２〜図８は、カメラモジュール構造１０の製造工程を示す断面図である。

本実施形態のカメラモジュール構造１０の製造方法は、プリント基板１に形成された基板電極２と、カメラモジュール３に形成された実装電極４とを接合するための半田接合部５を形成する工程（半田接合部形成工程）を有している。

本実施形態のカメラモジュール構造１０の製造方法は、この半田接合部形成工程において、半田接合部５を支持部１７と半田部１６とから形成するとともに、セルフアライメントにより基板電極２と実装電極４との位置合わせを行うことを特徴としている。

以下、カメラモジュール構造１０の製造方法について詳細に説明する。

まず、図２に示すように、プリント基板１上の基板電極２の領域に、半田を供給するために、半田マスク１００を配置する。半田マスク１００には、基板電極２に対応する部分によりもやや広い開口部が形成されている。このため、プリント基板１に半田マスク１００を配置すると、プリント基板１の基板電極２の形成領域が露出する。次に、半田マスク１００の開口部（つまり露出した基板電極２）に、支持部１７を形成するために、球状部材（例えば、ビーズなど）を配する。例えば、支持部１７のビーズを半田マスク１００の上に撒き散らせば、半田マスク１００の開口部に容易に支持部１７を構成する部材が供給される。つまり、基板電極２に、確実に支持部１７を形成するためのビーズを供給できる。

次に、図３に示すように、さらに、半田マスク１００上から、半田部１６の半田を塗布（プリント）する。ここでは、半田部１６の半田として半田ペーストを用い、半田印刷により半田部１６の半田を半田マスク１００の開口部に塗布した。また、半田部１６の半田を塗布する際には、半田部１６の半田が支持部１７のビーズを覆うように、半田部１６の半田を塗布した。これにより、図３に示すように、支持部１７のビーズは、半田部１６の内部に包含される。

次に、図４に示すように、半田部１６の半田の塗布完了後、半田マスク１００をプリント基板１から取り除く。これにより、図５に示すように、プリント基板１の基板電極２上に、半田部１６と支持部１７とからなる半田接合部５（半田パッド）が形成される。なお、半田マスク１００の開口部は、基板電極２よりもやや大きいため、基板電極２は、半田部１６および支持部１７により覆われている。

なお、ここでは、半田部１６の半田の溶融温度は、支持部１７のビーズの溶融温度（融点）よりも低いものとする。

次に、図６に示すように、半田接合部５上に、カメラモジュール３を、搭載機（搬送装置）により搭載する。このとき、カメラモジュール３に形成された実装電極４が、プリント基板１の基板電極２と対向するように、カメラモジュール３を配置する。

ここで、カメラモジュール３は、高精度の位置合わせが必要である。しかしながら、搭載機によるカメラモジュール３の配置では、基板電極２と実装電極４との位置合わせは、不十分である。例えば、図６の破線で示すように、基板電極２および実装電極４が配置されるべき位置（セルフアライメント位置）を、基板電極２と実装電極４とが対向し、各電極の両端がそれぞれ揃った位置（凹部２０ａと凹部２０ｂとが対向した位置）とすると、図６に示す基板電極２と実装電極４との位置合わせは不十分である。このため、例えば、図６の破線矢印で示すように、カメラモジュール３を左側に移動させて、基板電極２と実装電極４とを位置合わせする必要がある。

本実施形態では、このような不十分な位置合わせを、溶融半田によるセルフアライメントにより行う。

前述のように、半田部１６の半田の溶融温度は、支持部１７のビーズの溶融温度よりも低い。このため、セルフアライメントを行うには、まず、半田部１６の半田の溶融温度以上、支持部１７のビーズの溶融温度未満に加熱する。これにより、図７に示すように、半田部１６の半田は溶融するのに対し、支持部１７のビーズは溶融しない。このため、半田部１６の半田が溶融しても、カメラモジュール３は、溶融していない支持部１７により支持される。従って、カメラモジュール３の荷重に耐えられずに、半田部１６および支持部１７が押しつぶされることはない（図中矢印）。

なお、この加熱は、例えば、リフロー装置により行うことができる。また、カメラモジュール３は、支持部１７のみにより支持されるのではなく、溶融された半田部１６の半田の表面張力によっても支持される。

また、この加熱により半田部１６の半田は、水平方向に濡れ拡がり、図６と図７とを比べてもわかるように、半田部１６の厚さ（高さ）は、薄く（低く）なる。つまり、加熱により、基板電極２と実装電極４との間隔が小さくなる。また、溶融した半田部１６の半田と実装電極４との間には表面張力が働き、支持部１７のビーズ（固体）はカメラモジュールを支持する。

支持部１７によりカメラモジュール３が支持された状態で、半田部１６の半田が溶融されると、図８に示すように、半田部１６の半田は、弾性応力により水平方向（図中矢印）への移動が可能となる。この移動により、基板電極２と実装電極４との位置合わせ（図中の破線）が行われる。このように、半田部１６は、弾性応力による位置合わせを行うように作用し、支持部１７は、カメラモジュール３を支持するように作用することによって、セルフアライメントが行われる。

本実施形態では、支持部１７として球状のビーズを用いるため、半田部１６の半田によるプリント基板１とカメラモジュール３との相対的な水平方向の移動にあわせて、支持部１７のビーズも回転する。このため、セルフアライメントがスムーズに進行する。

さらに、基板電極２および実装電極４には、凹部２０ａおよび２０ｂが形成されている。このため、セルフアライメント時に、支持部１７を構成するビーズは、凹部２０ａと凹部２０ｂとが対向する位置に留まり、それ以上には進まない。従って、基板電極２と実装電極４との位置合わせを、より正確に行うことができる。

最後に、溶融した半田部１６を冷却することにより、半田接合部５の形成が完了する。

このように、本実施形態によれば、支持部１７によりカメラモジュール３を支持しながら、溶融した半田部１６の半田の表面張力によるセルフアライメント効果が得られる。このため、たとえ、プリント基板１にカメラモジュール３のような比較的重い部材を実装する場合であっても、カメラモジュール３の荷重のためにセルフアライメント効果を達成できないといった問題を解消できる。

これに対し、従来は、半田接合部５が、単一（１種類）の半田から構成されていたため、カメラモジュール３を溶融半田の表面張力のみによって支持することになる。すなわち、半田部１６の半田の表面張力のみによって、カメラモジュール３を支持することになる。しかしながら、表面張力のみでは、カメラモジュール３のような重い実装部品を支持することができず、セルフアライメントを実現できなかった。また、溶融半田の表面張力および応力を得るために、単一の半田として溶融時の表面張力が高い半田を用いると、高表面張力であることが原因となり、半田付け不良（不濡れ）および信頼性が損なわれる。

なお、本実施形態において、半田部１６は、１種類の半田から構成されていてもよいし、特性の異なる複数種類の半田から構成されていてもよい。例えば、それら複数種類の半田は、溶融温度および／または表面張力が異なるものであってもよい。

また、本実施形態では、半田マスク１００の開口部に、支持部１７のビーズを供給した後、半田部１６の半田を供給したが、半田部１６の半田と、支持部１７のビーズとの供給順序も特に限定されるものではなく、同時に供給しても、半田部１６の半田を先に供給してもよい。

また、本実施形態では、支持部１７を球状のビーズから構成したが、支持部１７を構成する材料は、特に限定されるものではない。支持部１７は、例えば、ガラス、セラミック、金属などから構成することができる。また、支持部１７は、半田付けの品質という観点から、半田との親和性および電気伝導性のよい材料、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、スズ（Ｓｎ）、およびこれらの合金の群から任意に選択される材料によって、メッキ処理されたものであることが好ましい。

また、本実施形態では、図１１に示すように、基板電極２の一部について、支持部１７を形成したが、支持部１７は、任意の基板電極２に配置すればよく、図１０に示すように、全ての基板電極２に、支持部１７を配置してもよい。

また、本実施形態では、半田マスク１００の開口部に供給する支持部１７のビーズは、１つの基板電極２に対して１つずつ供給していた。しかしながら、基板電極２に対して複数個のビーズを供給し、複数の支持部１７を形成してもよい。図１３は、半田接合部５に、支持部１７の領域が２つ形成された例を示す断面図である。図１３に示すように、半田接合部５に、支持部１７の形成された領域が複数形成されていてもよい。

本実施形態では、半田部１６の半田の溶融温度および溶融時間は、プリント基板１に搭載する部品（カメラモジュール３）の耐熱性を考慮して設定すればよい。つまり、半田部１６の半田の溶融温度および溶融時間は、プリント基板１およびカメラモジュール３が破損しない範囲で設定すればよく、特に限定されるものではない。

例えば、図９は、実際に、プリント基板１にカメラモジュール３を半田付けする際の半田を溶融する温度プロファイルである。図９に示すように、一旦、半田部１６の半田溶融温度以下の予備加熱温度（Ｔｐ）に保持し、プリント基板１上の温度分布を均一化する（予備加熱）。その後、半田部１６の半田溶融温度（Ｔ１）以上に加熱し、半田の粒化防止の為に急冷する（本加熱）。

図９において、カメラモジュール３の耐熱条件で制約される実装ピーク温度をＴmaxとすると、半田部１６の半田溶融温度（Ｔ１）はＴmax以下である必要があるが、支持部１７の溶融温度（Ｔ２）はＴmax以上でもよい。また温度は、通常、室温から徐々に上昇させて、半田部１６の半田溶融温度（Ｔ１）未満の温度で一旦保持して予備加熱を行う。その後、半田部１６の半田溶融温度以上に引き上げ、急激に冷却する。

なお、例えば、半田部１６の半田の溶融温度は、１４０℃〜２１９℃であることが好ましく、１８３℃〜１９０℃であることがより好ましい。支持部１７は、半田部１６よりも溶融温度が高ければ特に限定されるものではない。また、半田部１６の半田と支持部１７の溶融温度差は、特に限定されるものではないが、その温度差が大きいほど、半田部１６のみを確実に溶融させることができる。

また、半田部１６の半田は、支持部１７の材料と親和性の高いものであることが好ましい。例えば、支持部１７がＡｕ、Ａｇ、Ｓｎ、又はこれらのいずれかがメッキされた材料から構成されている場合、半田部１６の半田は、Ｓｎ、Ａｇ、Ｂｉ、またはＩｎから構成することが好ましい。これにより、半田部１６と支持部１７とが分離されることなく、半田接合部５を形成することができる。

また、本実施形態で用いる半田の種類も特に限定されるものではないが、環境に配慮して、いわゆる鉛フリー半田であることが好ましい。鉛フリー半田としては、例えば、Ｓｎ−Ａｇ系半田，Ｓｎ−Ｚｎ系半田，Ｓｎ−Ｂｉ系半田，Ｓｎ−Ｉｎ系半田，Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系半田等が例示されるが、特に限定されるものではない。また、各半田成分の組成比も特に限定されるものではない。

また、半田部１６の半田は、フラックスが混入されたものであってもよい。言い換えれば、半田部１６の半田は、フラックス剤等が含まれていた半田ペースト（クリーム半田）であってもよい。これにより、半田の濡れ性および流動性が向上するため、より高いセルフアライメント効果が得られる。

フラックスの種類は、実装部品および基板のそれぞれに形成された電極の成分によって設定すればよく、特に限定されるものではない。フラックスとしては、例えば、腐食性フラックス（ＺｎＣｌ_２−ＮＨ_４Ｃｌ系の混合塩など），緩性フラックス（有機酸およびその誘導体など），非腐食性フラックス（松やに（ロジン））とイソプロピルアルコールとの混合物など），水溶性フラックス（ロジン系フラックスなど），低残渣フラックス（固形成分が５％以下で有機酸を活性剤とする、ロジン系または樹脂系のフラックス等）などを用いることができる。

本実施形態の半田接合部５は、以下のように構成することもできる。図１３および図１４は、半田接合部５の別の構成を示す断面図である。

図１の構成では、１つの半田接合部５に対して、支持部１７の領域が１つであったのに対し、図１３の構成では、１つの半田接合部５に対して、支持部１７の領域が複数（図１３では２つ）である。この構成では、カメラモジュール３を安定して支持することができる。

また、図１の構成では、基板電極２および実装電極４は、プリント基板１およびカメラモジュール３の内側に窪んだ、凹部２０ａ・２０ｂを有している。また、支持部１７は、球状のビーズから構成されているのに対し、図１４の構成では、基板電極２および実装電極４は、平坦である。

本実施形態のカメラモジュール構造１０の製造方法は、半田付け実装方法としても適用することが可能となる。これにより、基板と実装部品とを、セルフアライメントにより、高精度に位置合わせをして、半田接合することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合せて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、半田接合部を複数の半田から構成することによって、基板に実装される電子部品を支持するとともに、セルフアライメントによる位置合わせを行うことができる。それゆえ、あらゆる半田付け実装構造に適用可能であり、電子部品産業にて利用可能である。特に、例えば、デジタルスチルカメラおよび携帯電話等の撮像用のレンズと固体撮像素子とが一体となったカメラモジュールなどの、重量の重い電子部品を接合するための接合用基板（プリント基板）等の半田付けに好適である。

本発明にかかる半田付け実装構造の半田接合部を示す断面図である。 図１の半田接合部の形成工程を示す断面図である。 図１の半田接合部の形成工程を示す断面図である。 図１の半田接合部の形成工程を示す断面図である。 図１の半田接合部の形成工程を示す断面図である。 図１の半田接合部の形成工程を示す断面図である。 図１の半田接合部の形成工程を示す断面図である。 図１の半田接合部の形成工程を示す断面図である。 図１の半田接合部に用いる半田の温度プロファイルを示すグラフである。 本発明にかかる半田付け実装構造におけるプリント基板の平面図である。 本発明にかかる半田付け実装構造における別のプリント基板の平面図である。 本発明にかかる半田付け実装構造の部分断面図である。 本発明にかかる別の半田付け実装構造における半田接合部の断面図である。 本発明にかかるさらに別の半田付け実装構造における半田接合部の断面図である。

符号の説明

１ プリント基板（基板）
２ 基板電極（凹部が形成された電極）
３ カメラモジュール（実装部品、光学素子）
４ 実装電極（凹部が形成された電極）
５ 半田接合部
１０ カメラモジュール構造（半田付け実装構造）
１６ 半田部
１７ 支持部（球状部材）
２０ａ，２０ｂ 凹部

Claims (11)

1. 基板に形成された基板電極と、その基板に実装された実装部品に形成された実装電極とが、半田接合部を介して接合され、
   上記半田接合部が、半田接合のための半田部と、実装部品を支持するための支持部とを有しており、
   上記支持部が球状であり、
   溶融した半田部の半田の表面張力および支持部によって、実装部品を支持しつつ、基板電極と実装電極とがセルフアライメントにより位置合わせされており、
   上記支持部が、半田部を構成する半田よりも溶融温度が高い材料からなり、
   上記支持部の基板電極および実装電極との接触部分以外は、全て半田部に覆われており、
   さらに、上記支持部が、基板電極自身および実装電極自身がそれぞれ窪んで形成された凹部に挟持されており、
   上記基板電極および実装電極の各凹部は、底部が平らではなく、底部の中央部に向けて傾斜した形状であることを特徴とする半田付け実装構造。
2. 上記半田接合部は、支持部の占有率が、半田部の占有率よりも高くなっていることを特徴とする請求項１に記載の半田付け実装構造。
3. 上記支持部が、導電性物質からなることを特徴とする請求項１に記載の半田付け実装構造。
4. 上記基板電極および実装電極は、上記半田接合部に覆われていることを特徴とする請求項１に記載の半田付け実装構造。
5. 上記支持部は、上記半田接合部の中央部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半田付け実装構造。
6. 上記半田部が、鉛フリー半田からなることを特徴とする請求項１に記載の半田付け実装構造。
7. 上記実装部品が、光学素子であることを特徴とする請求項１に記載の半田付け実装構造。
8. 基板に形成された基板電極と、その基板に実装される実装部品に形成された実装電極とが、半田接合部によって接合された半田付け実装構造の製造方法であって、
   上記半田接合部は、半田接合のための半田部と、実装部品を支持するための支持部とを有し、
   上記半田接合部が形成された基板と実装部品とを対向配置した後、半田部の溶融温度以上、支持部の溶融温度未満に加熱する工程を有し、
   上記支持部が、球状であり、
   上記支持部が、半田部を構成する半田よりも溶融温度が高い材料からなり、
   上記半田接合部が形成された基板は、上記支持部の基板電極との接触部分以外が、全て半田部に覆われており、
   上記基板電極および実装電極には、基板電極自身および実装電極自身がそれぞれ窪んで形成された凹部が形成されており、
   上記基板電極および実装電極の各凹部は、底部が平らではなく、底部の中央部に向けて傾斜した形状であり、
   上記加熱によって溶融した半田部の半田の表面張力および支持部によって、実装部品を支持しつつ、基板電極と実装電極とをセルフアライメントにより位置合わせすることによって、上記支持部を、上記基板電極および実装電極の各凹部に挟持することを特徴とする半田付け実装構造の製造方法。
9. 上記半田接合部は、支持部の占有率が、半田部の占有率よりも高くなっていることを特徴とする請求項８に記載の半田付け実装構造の製造方法。
10. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の半田付け実装構造を備えることを特徴とする電子機器。
11. 基板に形成された基板電極と、その基板に実装される実装部品に形成された実装電極とを、半田接合部によって接合する半田付け実装方法であって、
    上記半田接合部は、半田接合のための半田部と、実装部品を支持するための支持部とを有し、
    上記半田接合部が形成された基板と実装部品とを対向配置した後、半田部の溶融温度以上、支持部の溶融温度未満に加熱する工程を有し、
    上記支持部が、球状であり、
    上記支持部が、半田部を構成する半田よりも溶融温度が高い材料からなり、
    上記半田接合部が形成された基板は、上記支持部の基板電極との接触部分以外が、全て半田部に覆われており、
    上記基板電極および実装電極には、基板電極自身および実装電極自身がそれぞれ窪んで形成された凹部が形成されており、
    上記基板電極および実装電極の各凹部は、底部が平らではなく、底部の中央部に向けて傾斜した形状であり、
    上記加熱によって溶融した半田部の半田の表面張力および支持部によって、実装部品を支持しつつ、基板電極と実装電極とをセルフアライメントにより位置合わせすることによって、上記支持部を、上記基板電極および実装電極の各凹部に挟持することを特徴とする半田付け実装方法。

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