JP6772232B2 - プリント回路板及び電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、電子部品とプリント配線板との接続技術に関する。
電子機器の一例であるデジタルカメラやカメラ内蔵のスマートフォンなどの撮像装置は、イメージセンサなどの電子部品、及び電子部品が実装されるプリント配線板を有するプリント回路板を備えている。
電子機器の小型化に伴い、電子部品も小型化している。電子部品のランドとプリント配線板のランドとは、接続部の一例である、はんだを含むバンプで接続されており、電子部品の小型化に伴い、バンプも微細化している。バンプの微細化により、バンプの接続不良が問題となっている。特許文献1には、プリント配線板のパッド(ランド)を凹凸形状とし、バンプのX線透過像が円形のときはオープン不良と判定することが開示されている。
特開平9−219583号公報
しかし、特許文献1のようにランドを凹凸形状としても、バンプがプリント配線板のランドからはみ出し、バンプのX線透過像がオープン不良の形状と同じ形状となり、オープン不良であるかどうかを判定するのが困難となることがあった。
本発明は、接続部の接続状態の判定を容易にすることを目的とする。
本発明のプリント回路板は、第1ランドを有する電子部品と、前記電子部品の側から平面視すると前記第1ランドよりも大きい開口が形成されたレジスト部、及び第2ランドを有するプリント配線板と、前記第1ランドと前記第2ランドとを接続する接続部と、を備え、前記電子部品の側から平面視すると、前記第1ランドは、前記開口の内側に配置され、前記第2ランドは、前記開口の中に配置された本体部と、前記本体部から突出する突出部とを有し、前記本体部は前記第1ランドの外縁よりも内側に配置され、前記突出部の少なくとも一部は前記第1ランドよりも外側に突出している、ことを特徴とする。
本発明によれば、接続部の接続状態を判定するのが容易となる。
第1実施形態に係るプリント回路板の断面図である。 (a)は、第1実施形態に係る電子部品の平面図である。(b)は、第1実施形態に係るプリント配線板の平面図である。 (a)、(b)、及び(c)は、第1実施形態においてプリント回路板を製造する方法の各工程の説明図である。 (a)、(b)、及び(c)は、第1実施形態においてプリント回路板を製造する方法の各工程の説明図である。 第1実施形態においてプリント回路板を検査する方法の一工程の説明図である。 (a)は、第1実施形態に係るプリント配線板の一部分の拡大平面図である。(b)は、第1実施形態に係るプリント回路板の説明図である。 第1実施形態に係るX線透過像を用いた検査工程の説明図である。 (a)、(b)、(c)、(d)、(e)、及び(f)は、変形例のプリント配線板の一部分の拡大平面図である。 第2実施形態に係る電子機器の一例の説明図である。 第2実施形態に係る撮像ユニットの断面図である。 (a)は、第2実施形態に係るイメージセンサの平面図である。(b)は、第2実施形態に係るプリント配線板の平面図である。 (a)及び(b)は、第2実施形態に係るプリント配線板の一部分の拡大平面図である。 第2実施形態に係るX線透過像を用いた検査工程の説明図である。 実施例におけるリフロー加熱のプロファイルを示す図である。
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。
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係るプリント回路板300の断面図である。プリント回路板300は、電子部品100と、電子部品100が実装されるプリント配線板200と、を有する。電子部品100は、LGAのパッケージである。なお、電子部品100はBGAのパッケージであってもよい。電子部品100は、半導体素子101と、半導体素子101が実装されたパッケージ基板102と、を有する。パッケージ基板102は、絶縁基板103と、絶縁基板103の主面111に配置された複数の第1ランドであるランド130とを有する。半導体素子101は、絶縁基板103の主面111とは反対側の面112に配置されている。ランド130は、導電性を有する金属、例えば銅で形成された電極であり、例えば信号電極、電源電極、グラウンド電極、又はダミー電極である。主面111に沿う面内方向をXY方向、主面111に垂直な面外方向をZ方向とする。絶縁基板103は、例えばアルミナ等のセラミックで形成されたセラミック基板である。
プリント配線板200は、絶縁基板202と、絶縁基板202の主面211に配置された複数の第2ランドであるランド230と、を有する。ランド230は、導電性を有する金属、例えば銅で形成された電極であり、例えば信号電極、電源電極、グラウンド電極、又はダミー電極である。絶縁基板202は、エポキシ樹脂等の絶縁材料で形成されている。
主面211上には、レジスト部の一例として、ソルダーレジスト膜240が設けられている。ソルダーレジスト膜240には、ランド230に対応する位置に開口550が形成されている。
ランド130とランド230とは、はんだを含む接続部400で電気的及び機械的に接続されている。ランド230は、ソルダーレジスト膜240の開口550を通じて接続部400でランド130に接続されている。接続部400は、アンダーフィルである樹脂部450で覆われている。樹脂部450は、硬化性樹脂の硬化物を主に含んで形成されている。硬化性樹脂は、例えば、熱硬化性樹脂である。本実施形態では、複数の接続部400が一体の樹脂部450で覆われている。なお、複数の接続部400は、一体の樹脂部450で覆われているのが好ましいが、これに限定するものではなく、互いに分離した複数の樹脂部で覆われていてもよい。
図2(a)は、電子部品100を主面111側から視た平面図である。図2(b)は、プリント配線板200を主面211の側から視た平面図である。なお、図1に示すプリント回路板300の断面図は、図2(b)に示すI−I線に沿う断面図に相当する。図2(a)に示すように、複数のランド130は、グリッド状、即ち正方格子状に互いに間隔を空けて配置されている。図2(b)に示すように、複数のランド230は、グリッド状、即ち正方格子状に互いに間隔を空けて配置されている。各ランド230は、ランド230の本体となる本体部231と、本体部231から突出する突出部232とを含む。絶縁基板202の主面211の大部分は、ソルダーレジスト膜240に覆われているが、一部分は、ランド230と共にソルダーレジスト膜240の開口550から露出する。
プリント回路板300の製造方法、及び製造されたプリント回路板300の検査方法について説明する。図3(a)、図3(b)、図3(c)、図4(a)、図4(b)及び図4(c)は、第1実施形態において、図1に示すプリント回路板300を製造する方法の各工程の説明図、図5は、プリント回路板300を検査する方法の一工程の説明図である。
図3(a)に示すように、プリント配線板200を用意しておく。なお、図示は省略するが、電子部品100も不図示のマウンターに用意しておく(工程S1)。
次に、図2(a)に示すランド130及び図2(b)に示すランド230のうち一方又は両方に、本実施形態では、図3(b)に示すようにランド230に、ペーストPを配置する(工程S2)。
ペーストPは、はんだ粉末を含有するはんだペーストであり、本実施形態では、更に未硬化の熱硬化性樹脂を含有するはんだペーストである。熱硬化性樹脂は、熱硬化性のエポキシ樹脂が好ましく、特にビスフェノールA型エポキシ樹脂が好ましい。ペーストPは、はんだ付けに必要なフラックス成分を更に含有していてもよい。
工程S2では、スクリーン印刷やディスペンサーでペーストPをプリント配線板200に供給する。なお、ランド230の本体部231(図2(b))全体を覆うようにはんだペーストPを供給してもよいし、本体部231の一部を覆うようにはんだペーストPを供給するようにしてもよい。本実施形態では開口550全体が埋まるようにプリント配線板200にペーストPを供給する。
次に、図3(c)に示すように、ランド130とランド230とでペーストPを挟むようにプリント配線板200上に電子部品100を載置する(工程S3)。本実施形態では、工程S3では、不図示のマウンターを用いて、電子部品100をプリント配線板200上に載置する。このとき、電子部品100を、ランド130とランド230とが対向する位置に位置合わせしてプリント配線板200上に載置する。
次に、図4(a)に示すように、プリント配線板200上に電子部品100が載置された状態で、これらをリフロー炉1000に搬送する(工程S4)。そして、図4(b)に示す工程S5−1及び図4(c)に示す工程S5−2において、リフロー炉1000における炉内温度、即ち加熱温度を調整しながら、ペーストPを加熱し、電子部品100とプリント配線板200とを接合する。
まず、図4(b)に示す工程S5−1について説明する。工程S5−1では、ペーストPに含まれるはんだ粉末が溶融する温度以上の第1温度T1に、リフロー炉1000内の温度を調整する。これにより、ペーストPのはんだ粉末が溶融して、溶融はんだ401と、未硬化の熱硬化性樹脂451とに分離する。具体的には、溶融はんだ401が凝集し、溶融はんだ401の周囲に熱硬化性樹脂451が移動する。第1温度T1は、経過時間に対して一定であるのが好ましいが、変動していてもよい。
工程S5−1においては、凝集した溶融はんだ401と、溶融はんだ401の周囲に流動した未硬化の熱硬化性樹脂451とに分離する。このとき、未硬化の熱硬化性樹脂451は、ペースト状態の時よりも表面積が小さくなり、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451は、毛細管現象により、間隙が狭い部分へ流動しようとする。
その後、図4(c)に示す工程S5−2において、はんだ粉末の融点よりも低い第2温度T2(<T1)にリフロー炉1000内の温度を調整することで、溶融はんだ401を固化させる。これにより、ランド130とランド230とを接続する接続部400が形成される。
第2温度T2は、熱硬化性樹脂451が硬化する温度でもあり、リフロー炉1000内の温度は、熱硬化性樹脂451が硬化するのに要する所定時間以上、第2温度T2に維持される。これにより、熱硬化性樹脂451が徐々に硬化して、図1に示す樹脂部450が形成される。第2温度T2は、経過時間に対して一定であるのが好ましいが、変動していてもよい。
図1に示す樹脂部450により、接続部400、より具体的には接続部400とランド130との接触部分、及び接続部400とランド230との接触部分が補強され、接続部400における接続の信頼性が向上する。
なお、図4(b)に示す工程S5−1と図4(c)に示す工程S5−2とを同じリフロー炉1000で引き続き行う場合について説明したが、これに限定するものではない。リフロー炉1000のサイズが小さく工程S5−2の時間を十分にとることができない場合には、工程S5−1におけるリフロー炉1000による加熱後に不図示の加熱炉に中間品を移動させて、熱硬化性樹脂451を第2温度T2に加熱して硬化させてもよい。
熱硬化性樹脂入りのペーストPを用いてプリント回路板300を製造することで、加熱工程(S5−1,S5−2)だけではんだ接合とアンダーフィルの形成を同時に行うことができる。即ち、ペーストPが熱硬化性樹脂を含有していない、はんだ粉末を含有するペーストであってもよいが、本実施形態では熱硬化性樹脂入りのペーストPを用いることで、アンダーフィル材を注入する工程を削減できる。このため、プリント回路板300の製造が容易となる。
次に、製造されたプリント回路板300を、図5に示すように、X線撮像装置900によりZ方向から撮像する(撮像工程S6)。この撮像により得られたX線透過像を、人が目視により、又はコンピュータによる画像解析により、接続部400の良否判定を行う(検査工程)。X線透過像においては、はんだを含む接続部400と絶縁材とでは、コントラスト(濃淡)が異なるため、人がモニタ等に映し出されたX線透過像を目視しても、接続部400を容易に認識することができる。
図6(a)は、第1実施形態に係るプリント配線板200の一部分である、ランド230及びランド230の周囲の拡大平面図である。なお、図6(a)において、説明の便宜上、電子部品100のランド130を破線で図示している。
ランド230は、本体部231と、本体部231から突出する突出部232を有する。ランド230は、突出部232を1つ又は2つ有する場合であってもよいが、3つ以上有するのが好ましく、本実施形態では、4つの突出部232を有する。各突出部232は、Z方向から視た平面視で本体部231の外周から放射状に延びて形成されている。4つの突出部232は、本体部231の周方向にほぼ等間隔、即ち90度間隔に配置されている。本体部231の全部は、ソルダーレジスト膜240の開口550から露出する位置に形成され、各突出部232の一部又は全部(本実施形態では一部)は、ソルダーレジスト膜240の開口550から露出する位置に形成されている。開口550における本体部231の面積は、複数の突出部232の総面積よりも広いことが好ましく、本体部231は、はんだ接合の主要部となる。
電子部品100のランド130は、Z方向から視た平面視で、円形状に形成されている。ランド230の本体部231は、Z方向から視た平面視で、円形状に形成されている。ソルダーレジスト膜240の開口550は、Z方向から視た平面視で、円形状に形成されている。ソルダーレジスト膜240の開口550は、Z方向から視た平面視で、ランド130よりも大きく形成されている。
本体部231は、Z方向から視た平面視で、ランド130よりも小さく形成されている。よって、溶融はんだ401(図4(b))は、本体部231の外側にも濡れ広がろうとする。また、ソルダーレジスト膜240の開口550の側壁は、溶融はんだ401をせき止める役割もある。開口550の側壁により、それ以上溶融はんだ401が濡れ広がるのを抑制している。
本体部231の面積を調整しておくことで、溶融はんだ401には、電子部品100とプリント配線板200との間隔を狭めようとする収縮力と、絶縁基板202やソルダーレジスト膜240の絶縁材に接触する部分の表面張力による反発力とが生じる。これら力の均衡により、溶融はんだ401のZ方向の高さを制御する。電子部品100がLGAのパッケージである場合、特に熱硬化性樹脂入りのはんだペーストPを用いてプリント回路板300を製造する場合、BGAのパッケージに比べてはんだの量が少ないため、溶融はんだ401のZ方向の高さの制御が重要となる。よって、本実施形態では、ランド230の本体部231をランド130よりも小さくしている。しかし、プリント配線板のランドから溶融はんだがはみ出るような状況下においては、単にプリント配線板のランドを凹凸形状にしただけでは、X線透過像においてほとんどの接続部が円形状となってしまう。
そこで、本実施形態では、各突出部232は、Z方向から視た平面視で、ランド130よりも外側に突出して形成されている。各突出部232により、接続部400の形状を制御する。オープン不良でなければ、つまり接続部400の接続状態が良好であれば、接続部400は、濡れ性の高い突出部232に沿って濡れ広がる。つまり、接続部400は、開口550内において、本体部231上、複数の突出部232上、複数の突出部232のうち隣接する2つの突出部の間の部分上に濡れ広がって形成される。突出部232は、2つの突出部232の間の絶縁基板202の主面211よりもはんだが濡れ広がりやすい。このため、はんだの量が最適であれば、接続部400は、平面視で円形とは異なる、突出部232に応じた形状となる。
ランド130もX線透過像において影となって写る。このため、各突出部232をランド130よりも外側に突出させておくことで、接続部400にオープン不良がなければ、X線透過像において、接続部400は、ランド130よりも大きく、ランド130とは異なる形状の像となって写る。接続部400の形状を制御する観点から、ユーザが接続部400のX線透過像の形状を識別しやすいように、突出部232の数は3つ以上が好ましい。突出部232の数を3つ以上とすることで、接続部400のX線透過像が、ユーザにとって識別しやすい略多角形状となりやすい。特に、突出部232の数は4つ以上6つ以下が好ましい。突出部232の数を4以上6つ以下とすることで、接続部400のX線透過像が、略多角形状の中でも特にユーザにとって識別しやすい、略四角形状、略五角形状、又は略六角形状となりやすい。突出部232の数は、4つ以上6つ以下の中でも、特に接続部400のX線透過像がユーザにとって識別しやすい略四角形状となりやすい、4つが好適である。
各突出部232の突出方向D11と直交する幅方向D12の最大幅W1は、突出方向D11に一定であってもよいし、突出方向D11の先端233に向かうに連れ、徐々に細くなるようにしてもよい。各突出部232の最小幅は、ペーストの種類や供給量、プリント配線板及び電子部品のそれぞれ表面の粗さ、ランドの材料、製造プロセスにも依存するが、溶融はんだ401(図4(b))が突出部232に沿って濡れ広がる幅であればよい。具体的には、各突出部232の最大幅W1は、接続部400の形状を制御する観点から、突出方向D11に溶融はんだが濡れ広がりやすいように、10[μm]以上であるのが好ましい。最大幅W1が10[μm]未満では、溶融はんだ401が突出部に沿って濡れ広がりにくいためである。突出部232の数が4つ以上6つ以下の場合、接続部400の形状を制御する観点から、最大幅W1は50[μm]以上300[μm]以下が好ましい。
各突出部232の先端233は、ソルダーレジスト膜240に覆われているのが好ましい。これにより、突出部232、即ちランド230が絶縁基板202の主面211から剥離するのが防止され、接続部400における接続の信頼性が向上する。
図6(b)は、プリント回路板300において電子部品100の一部を削除した説明図である。図7は、第1実施形態に係るX線透過像を用いた検査工程の説明図である。図7には、(1)から(7)のX線透過像のパターンを示し、そのときの図6(b)に示すVIIA−VIIA断面、VIIB−VIIB断面、判定結果を図示している。判定結果「A」は「とても良い」、判定結果「B」は「良い」を示し、いずれもオープン不良ではない。判定結果「C」は、「オープン不良の可能性があり」を示し、オープン不良であるかどうか、導通検査が必要であることを示す。
図4(b)に示す工程S5−1では、溶融はんだ401は、電子部品100のランド130とプリント配線板200のランド230に挟まれ、XY方向(図1)に拡がろうとする。ランド130,230は金属で形成されているため、樹脂からなるソルダーレジスト膜240やプリント配線板200の絶縁基板の表面、電子部品100の絶縁基板の表面よりは、はんだとの濡れ性が高い。凝集した溶融はんだ401は、最初に濡れ性の高いランド130と、ランド230の本体部231を濡れ広がる。この状態で溶融はんだ401が固化すれば、ランド130の方がランド230の本体部231よりも大きいため、接続部400は、ランド130と同じ大きさの円形状となって図7のパターン(2)のようなX線透過像となる。なお、接続部400がオープン不良の場合も、接続部400は、ランド130と同じ大きさの円形状となって図7のパターン(1)のようなX線透過像となる。パターン(1),(2)のいずれの場合も、突出部232は、ソルダーレジスト膜240の開口550において、ランド130から外側に突出する部分が、まわりの絶縁材とは異なるコントラストとなるX線透過像となる。即ち、突出部232は、X線透過像において、まわりの絶縁材とは異なるコントラストとなるので、絶縁材と区別することができる。なお、突出部232において、ソルダーレジスト膜240に覆われている部分は、X線透過像でコントラストが不鮮明となり、開口550に位置する部分と区別することができる。パターン(1),(2)のいずれかの場合、判定結果は「C」となる。
溶融はんだ401がパターン(2)の状態で冷え固まらなかった場合、更に、溶融はんだ401は、ランド230の各突出部232に沿って、ソルダーレジスト膜240の開口550の縁に向かって濡れ広がる。開口550の縁におけるソルダーレジスト膜240の段差分の側壁がダムとなり、ソルダーレジスト膜240のはんだの濡れ性の低さと、はんだの表面張力により、溶融はんだの濡れ広がりが抑制される。これと同時に、本体部231がランド130よりも小さいため、隣り合う2つの突出部232の間の部分にも溶融はんだ401が濡れ広がる。これにより、接続部400は、図7のパターン(3)のような、パターン(1),(2)とは異なる略四角形状のX線透過像となる。この形状が最も識別しやすく、接続部400の接続状態も良好であり、接続部400の高さも適正であるため、判定結果は「A」となる。
溶融はんだ401がパターン(3)の状態で冷え固まらなかった場合、更に、溶融はんだ401は濡れ広がり、電子部品100とプリント配線板200とのZ方向の間隔も狭くなって、溶融はんだ401が潰される。溶融はんだ401がソルダーレジスト膜240の開口550の縁まで濡れ広がって冷え固まると、接続部400は、パターン(4),(5)のような形状のX線透過像となる。この場合も、接続部400の接続状態も良好であり、判定結果は「A」となる。
溶融はんだ401がパターン(3)の状態で冷え固まらなかった場合、更に、溶融はんだ401は濡れ広がり、電子部品100とプリント配線板200とのZ方向の間隔も更に狭くなる。接続部400は、パターン(6)のように、ソルダーレジスト膜240の開口550と同じ大きさの円形状のX線透過像となる。この場合、判定結果は「B」となる。
ペーストPが供給過多の場合、溶融はんだ401がソルダーレジスト膜240の段差を超え、接続部400は、パターン(7)のような異形となる。なお、パターン(7)の場合、隣の接続部とのショート不良は発生していない。この場合、判定結果は「B」となる。ショート不良であるかどうかは、X線透過像から容易に判定できる。
パターン(3),(4),(5)の場合、ランド130とランド230にはんだが濡れ広がっていると判断できるため、はんだの接合状態は良好と容易に判定することができる。また、パターン(7)のように、はんだが開口550よりもはみ出して異形の場合は、隣の接続部400とショートしていなければ、プリント回路板300としては良品と判定できる。しかし、ショートのリスクが高まっていると判断できるので、別のロットでパターン(7)が同じ位置で継続して発生するのか、突発的なのか等を考慮して、プロセス条件を見直す等の対策を行うことも可能となる。接続部400がパターン(7)のような形状になる原因としては、はんだペーストPの供給過多や、電子部品100又はプリント配線板200の反り等々が考えられ、現象によって適宜最適な対策を行えばよい。
また、ランド130とランド230との材質が異なり、ランド130の方がはんだの濡れ性が高い場合や、同じ材質であっても、ランド230上になんらかの汚染物が付着していて、ランド230のはんだの濡れ性が低下する場合もある。この場合、溶融はんだ401は、ランド130の側に引き寄せられ、かつ、電子部品100とプリント配線板200との間隔が大きく、ランド230からはんだが浮いた状態のオープン不良となる。パターン(1),(2)の場合、オープン不良であるかどうかを、電気的導通検査により判定してもよい。なお、電気的導通検査の結果、導通が確認されたとしても、経年劣化により断線する可能性がある。パターン(1),(2)のいずれの場合であっても、ランドの状態を確認すれば、プロセス条件を見直す等の対策を行うことが可能となる。
以上、本実施形態によれば、X線透過像から、パターン(1)〜(7)のいずれかであるかを判定でき、接続部400の接続状態、即ちオープン不良かどうかを判定するのが容易となる。したがって、接続部400における接続の信頼性の高いプリント回路板300を得ることができる。
[変形例]
図8(a)、図8(b)、図8(c)、図8(d)、図8(e)、及び図8(f)は、変形例のプリント配線板の一部分である、ランド及びその周囲の拡大平面図である。ランド230の本体部231の平面視の形状は、円形状が好適であるが、これに限定するものではなく、例えば図8(a)及び図8(b)に示すように、四角形状であってもよい。また、ソルダーレジスト膜240の開口550平面視の形状は、円形状が好適であるが、これに限定するものではなく、例えば図8(c)に示すように、四角形状であってもよい。また、本体部231から突出する突出部232の数も、4つが好適であるが、これに限定するものではなく、例えば図8(d)に示すように、3つであってもよいし、図8(e)に示すように、5つであってもよい。また、突出部232の先端233がソルダーレジスト膜240に覆われているのが好ましいが、これに限定するものではなく、図8(f)に示すように、先端233がソルダーレジスト膜240に覆われていなくてもよい。先端233がソルダーレジスト膜240に覆われていない場合、突出部232は、ソルダーレジスト膜240の開口550の縁まで延びているのが好ましい。なお、ランド230の本体部231、及びソルダーレジスト膜240の開口550の形状は、これら例示した形状に限定するものではない。また、図示は省略するが、ランド130の平面視の形状も、円形状に限定するものではなく、四角形状やその他の形状であってもよい。
[第2実施形態]
図9は、第2実施形態に係る電子機器の一例としての撮像装置であるデジタルカメラ1500の説明図である。撮像装置であるデジタルカメラ1500は、レンズ交換式のデジタルカメラであり、カメラ本体2000を備える。カメラ本体2000には、レンズ鏡筒3000が着脱可能となっている。カメラ本体2000は、筐体2001と、筐体2001の内部に配置された、プリント回路板である撮像ユニット300Aと、画像処理装置2240と、を備えている。カメラ本体2000は、筐体2001から外部に露出するよう筐体2001に固定された液晶ディスプレイ2250を備えている。撮像ユニット300Aは、電子部品の一例であるイメージセンサ100Aと、イメージセンサ100Aが実装されたプリント配線板200Aと、を有する。
レンズ鏡筒3000は、筐体3001と、筐体3001の内部に配置され、筐体3001(レンズ鏡筒3000)が筐体2001に装着されたときにイメージセンサ100Aに光像を結像させる撮像光学系3100とを有する。撮像光学系3100は、複数のレンズを有して構成されている。
筐体3001は開口が形成されたレンズ側マウント3010を有しており、筐体2001は開口が形成されたカメラ側マウント2010を有している。レンズ側マウント3010とカメラ側マウント2010とを嵌合させることで、レンズ鏡筒3000(筐体3001)がカメラ本体2000(筐体2001)に装着される。撮像光学系3100の光軸方向Lに進行する光は、筐体3001におけるレンズ側マウント3010の開口、筐体2001におけるカメラ側マウント2010の開口を通じて、筐体2001内に導かれる。筐体2001の内部には、光軸方向Lに沿って、ミラー2220及びシャッター2230などがイメージセンサ100Aに対して光軸方向Lの手前に設けられている。
イメージセンサ100A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。イメージセンサ100Aは、入射した光を電気信号に変換する機能を有する。画像処理装置2240は、例えばデジタルシグナルプロセッサである。画像処理装置2240は、イメージセンサ100Aから電気信号を取得し、取得した電気信号を補正する処理を行い、画像データを生成する機能を有する。
図10は、第2実施形態に係る撮像ユニット300Aの断面図である。電子部品であるイメージセンサ100Aは、LGAのパッケージである。なお、イメージセンサ100AはBGAのパッケージであってもよい。イメージセンサ100Aは、半導体素子であるセンサ素子101Aと、センサ素子101Aが実装されたパッケージ基板102Aと、を有する。パッケージ基板102Aは、絶縁基板103Aと、絶縁基板103Aの主面111Aに配置された複数の第1ランドであるランド130A及びランド130Bとを有する。センサ素子101Aは、絶縁基板103Aの主面111Aとは反対側の面112Aに配置されている。絶縁基板103Aの面112A側には、センサ素子101Aと接触しないようにガラス104Aが配置されており、ガラス104A及び絶縁基板103Aにより囲まれた中空部分にセンサ素子101Aが配置されている。ランド130A,130Bは、導電性を有する金属、例えば銅で形成された電極であり、例えば信号電極、電源電極、グラウンド電極、又はダミー電極である。主面111Aに沿う面内方向をXY方向、主面111Aに垂直な面外方向をZ方向とする。絶縁基板103Aは、例えばアルミナ等のセラミックで形成されたセラミック基板である。
プリント配線板200Aは、絶縁基板202Aと、絶縁基板202Aの主面211Aに配置された複数の第2ランドであるランド230A及びランド230Bと、を有する。ランド230A,230Bは、導電性を有する金属、例えば銅で形成された電極であり、例えば信号電極、電源電極、グラウンド電極、又はダミー電極である。絶縁基板202Aは、エポキシ樹脂等の絶縁材料で形成されている。
主面211A上には、レジスト部の一例として、ソルダーレジスト膜240Aが設けられている。ソルダーレジスト膜240Aには、ランド230Aに対応する位置に開口550A、ランド230Bに対応する位置に開口550Bがそれぞれ形成されている。
ランド130Aとランド230Aとは、はんだを含む接続部400Aで電気的及び機械的に接続されている。ランド230Aは、ソルダーレジスト膜240Aの開口550Aを通じて接続部400Aでランド130Aに接続されている。ランド130Bとランド230Bとは、はんだを含む接続部400Bで電気的及び機械的に接続されている。ランド230Bは、ソルダーレジスト膜240Aの開口550Bを通じて接続部400Bでランド130Bに接続されている。接続部400A,400Bは、アンダーフィルである樹脂部450Aで覆われている。樹脂部450Aは、硬化性樹脂の硬化物を主に含んで形成されている。硬化性樹脂は、例えば熱硬化性樹脂である。本実施形態では、複数の接続部400A,400Bが一体の樹脂部450Aで覆われている。なお、複数の接続部400A,400Bは、一体の樹脂部450Aで覆われているのが好ましいが、これに限定するものではなく、互いに分離した複数の樹脂部で覆われていてもよい。
図11(a)は、イメージセンサ100Aを主面111A側から視た平面図である。図11(b)は、プリント配線板200Aを主面211Aの側から視た平面図である。なお、図10に示す撮像ユニット300Aの断面図は、図11(b)に示すXA−XA線に沿う断面図に相当する。図11(a)に示すように、複数のランド130A,130Bは、グリッド状、即ち正方格子状に互いに間隔を空けて配置されている。格子状に配列された複数のランド130A,130Bのうち、ランド130Bは、絶縁基板103Aの角部に位置する。ランド130Bは、応力が集中する接続部400Bの強度を高めるため、ランド130Aよりも大きく形成されている。
図11(b)に示すように、複数のランド230A,230Bは、グリッド状、即ち正方格子状に互いに間隔を空けて配置されている。格子状に配列された複数のランド230A,230Bのうち、ランド230Bは、絶縁基板202Aの角部に位置する。ランド230Bは、応力が集中する接続部400Bの強度を高めるため、ランド230Aよりも大きく形成されている。絶縁基板202Aの主面211Aの大部分は、ソルダーレジスト膜240Aに覆われているが、一部分は、ソルダーレジスト膜240Aの開口550A,550Bから露出する。
プリント回路板である撮像ユニット300Aの製造方法、及び製造された撮像ユニット300Aの検査方法は、第1実施形態におけるプリント回路板の製造方法、及び検査方法と同様であるため、説明を省略する。
図12(a)は、第2実施形態に係るプリント配線板200Aの一部分である、ランド230A及びランド230Aの周囲の拡大平面図である。なお、図12(a)において、説明の便宜上、イメージセンサ100Aのランド130Aを破線で図示している。
ランド230Aは、本体部231Aと、本体部231Aから突出する突出部232Aを有する。ランド230Aは、突出部232Aを1つ又は2つ有する場合であってもよいが、3つ以上有するのが好ましく、本実施形態では、4つの突出部232Aを有する。各突出部232Aは、Z方向から視た平面視で本体部231Aの外周から放射状に延びて形成されている。4つの突出部232Aは、本体部231Aの周方向にほぼ等間隔、即ち90度間隔に配置されている。本体部231Aの全部は、ソルダーレジスト膜240Aの開口550Aから露出する位置に形成され、各突出部232Aの一部又は全部(本実施形態では一部)は、ソルダーレジスト膜240Aの開口550Aから露出する位置に形成されている。開口550における本体部231Aの面積は、複数の突出部232Aの総面積よりも広いことが好ましく、本体部231Aは、はんだ接合の主要部となる。
ランド130Aは、Z方向から視た平面視で、円形状に形成されている。ランド230Aの本体部231Aは、Z方向から視た平面視で、円形状に形成されている。ソルダーレジスト膜240Aの開口550Aは、Z方向から視た平面視で、円形状に形成されている。ソルダーレジスト膜240Aの開口550Aは、Z方向から視た平面視で、ランド130Aよりも大きく形成されている。
本体部231Aは、Z方向から視た平面視で、ランド130Aよりも小さく形成されている。よって、溶融はんだ401(図4(a))は、本体部231Aの外側にも濡れ広がろうとする。また、ソルダーレジスト膜240Aの開口550Aの側壁は、溶融はんだ401をせき止める役割もある。開口550Aの側壁により、それ以上溶融はんだ401が濡れ広がるのを抑制している。
各突出部232Aは、Z方向から視た平面視で、ランド130Aよりも外側に突出して形成されている。各突出部232Aにより、X線透過像に写る接続部400Aの形状を制御する。オープン不良でなければ、つまり接続部400Aの接続状態が良好であれば、接続部400Aは、濡れ性の高い突出部232Aに沿って濡れ広がる。つまり、接続部400Aは、開口550A内において、本体部231A上、複数の突出部232A上、複数の突出部232Aのうち隣接する2つの突出部の間の部分上に濡れ広がって形成される。突出部232Aは、2つの突出部232Aの間の絶縁基板202Aの主面211Aよりもはんだが濡れ広がりやすい。このため、はんだの量が最適であれば、接続部400Aは、平面視で円形とは異なる、突出部232Aに応じた形状となる。
ランド130AもX線透過像において影となって写る。このため、各突出部232Aをランド130Aよりも外側に突出させておくことで、接続部400Aにオープン不良がなければ、X線透過像において、接続部400Aは、ランド130Aよりも大きく、ランド130Aとは異なる形状の像となって写る。接続部400Aの形状を制御する観点から、ユーザが接続部400AのX線透過像の形状を識別しやすいように、突出部232Aの数は3つ以上が好ましい。突出部232Aの数を3つ以上とすることで、接続部400AのX線透過像が、ユーザにとって識別しやすい略多角形状となりやすい。特に、突出部232Aの数は4つ以上6つ以下が好ましい。突出部232Aの数を4以上6つ以下とすることで、接続部400AのX線透過像が、略多角形状の中でも特にユーザにとって識別しやすい、略四角形状、略五角形状、又は略六角形状となりやすい。突出部232Aの数は、4つ以上6つ以下の中でも、特に接続部400AのX線透過像がユーザにとって識別しやすい略四角形状となりやすい、4つが好適である。
各突出部232Aの突出方向D21と直交する幅方向D22の最大幅W2は、突出方向D21に一定であってもよいし、突出方向D21の先端233Aに向かうに連れ、徐々に細くなるようにしてもよい。各突出部232Aの最小幅は、ペーストの種類や供給量、プリント配線板及び電子部品のそれぞれ表面の粗さ、ランドの材料、製造プロセスにも依存するが、溶融はんだ401(図4(b))が突出部232Aに沿って濡れ広がる幅であればよい。具体的には、各突出部232Aの最大幅W2は、接続部400Aの形状を制御する観点から、突出方向D21に溶融はんだが濡れ広がりやすいように、10[μm]以上であるのが好ましい。最大幅W2が10[μm]未満では、溶融はんだ401が突出部に沿って濡れ広がりにくいためである。突出部232Aの数が4つ以上6つ以下の場合、接続部400Aの形状を制御する観点から、最大幅W2は50[μm]以上300[μm]以下が好ましい。
各突出部232Aの先端233Aは、ソルダーレジスト膜240Aに覆われているのが好ましい。これにより、突出部232A、即ちランド230Aが絶縁基板202Aの主面211Aから剥離するのが防止され、接続部400Aにおける接続の信頼性が向上する。
図12(b)は、第2実施形態に係るプリント配線板200Aにおけるランド230B及びランド230Bの周囲を示す拡大平面図である。なお、図12(b)において、説明の便宜上、イメージセンサ100Aのランド130Bを破線で図示している。ランド230Bは、本体部231Bと、突出部232Bとを有し、ランド230Aとは大きさが異なるものの構成はほぼ同様である。本体部231B及びランド130Bは、平面視で円形状である。ソルダーレジスト膜240Aの開口550Bは、平面視で略四角形状である。
図13は、第2実施形態に係るX線透過像を用いた検査工程の説明図である。図13には、接続部400A,400BのX線透過像のパターンを示している。判定方法は、第1実施形態と同様である。第2実施形態においても、第1実施形態と同様、X線透過像の形状で接続部400A,400Bの接続状態を容易に判定することができる。これにより、接続部400A,400Bにおける接続の信頼性が高い撮像ユニット300Aを製造できる。なお、第2実施形態におけるランド230A,230B及び開口550A,550Bにおいても、例えば上述した図8(a)〜図8(f)に示すような種々の変形が可能である。ランド130A,130Bにおいても、種々の変形が可能である。
第2実施形態では、レンズ鏡筒3000がカメラ本体2000に着脱可能な場合について説明したが、これに限定するものではなく、レンズとカメラ本体とが一体のカメラであってもよい。また、電子機器の一例としてカメラの場合について説明したが、これに限定するものではなく、撮像ユニットを備えるモバイル機器であってもよい。
また、電子部品がイメージセンサである場合について説明したが、これに限定するものではなく、メモリやメモリコントローラ、その他の半導体パッケージであってもよい。その際、プリント回路板が搭載される電子機器は、撮像装置に限定するものではなく、プリント回路板はあらゆる電子機器に搭載可能である。
[実施例1]
実施例1においては、第1実施形態で説明した製造方法によりプリント回路板300を製造し、製造したプリント回路板300を検査した。電子部品100のランド130の直径を、φ1.0[mm]とし、ランド間のピッチを1.6[mm]とした。ランド130の材質を、Au、Ni等のメッキ電極とした。ソルダーレジスト膜240の厚さを約0.02[mm]とした。ソルダーレジスト膜240の開口550の直径を、φ1.25[mm]とした。ランド230の本体部231の直径を、ランド130よりも小さいφ0.75[mm]とした。4つの突出部232を、互いに等間隔で放射状に延びるよう形成し、それぞれ幅0.2[mm]とした。プリント配線板200の絶縁基板202を、FR−4の基材とし、サイズを約50.0[mm]×約50.0[mm]とした。ランド230の材質をCuとした。はんだで形成される有効端子数を100個とした。
図3(b)に示す工程S2において、ペーストPを、スクリーン印刷によりプリント配線板200上に供給した。スクリーン印刷には厚さ0.02[mm]の印刷版を使用した。ペーストPには、フラックス成分を含んでいるものを用いた。はんだ粉末の合金組成は、融点139[℃]のスズ−58ビスマスの共晶組成とした。はんだ粉末の平均粒子径は40[μm]であった。図4(b)に示す工程S5−1及び図4(c)に示す工程S5−2においては、図14に示すプロファイルでリフロー加熱した。
以上の条件で作成したプリント回路板300を上面からX線透過観察した。その結果、複数ある接続部400は、図7に示すパターン(1)〜(7)のうち、パターン(3),(4),(5),(6)のいずれかであった。このように、実施例1では、接続部の接続状態を容易に判定することができた。
[実施例2]
実施例2においては、第2実施形態の撮像ユニット300Aを製造し、製造した撮像ユニット300Aを検査した。イメージセンサ100Aの絶縁基板103Aのサイズを34.0[mm]×28.4[mm]とした。イメージセンサ100Aのランド130Aの直径をφ1.0[mm]とし、ランド間のピッチを1.5[mm]とした。ランド130Bの直径をφ1.5[mm]とした。ランド130A,130Bの材質をAu、Ni等のメッキ電極とした。ソルダーレジスト膜240Aの厚みを、約25[μm]とした。ソルダーレジスト膜240Aの開口550Aの直径をφ1.25[mm]とした。略四角形状の開口550Bのサイズを1.75[mm]×1.75[mm]とした。ランド230Aの本体部231Aの直径を、ランド130Aよりも小さいφ0.75[mm]とした。4つの突出部232Aを、互いに等間隔で放射状に延びるよう形成し、それぞれ幅0.2[mm]とした。ランド230Bの本体部231Bの直径を、ランド130Bよりも小さいφ1.2[mm]とした。4つの突出部232Bを、互いに等間隔で放射状に延びるよう形成し、それぞれ幅0.3[mm]とした。プリント配線板200Aの絶縁基板202Aを、FR−4の基材とし、サイズを約50.0[mm]×約50.0[mm]とした。ランド230A,230Bの材質をCuとした。はんだで形成される有効端子数を300個とした。
以上の条件で作成した撮像ユニット300Aを上面からX線透過観察した。その結果、複数ある接続部400A,400Bは、図7に示すパターン(1)〜(7)のうち、パターン(3),(4),(5),(6)のいずれかであった。このように、実施例2では、接続部の接続状態を容易に判定することができた。
[比較例]
比較例のプリント回路板として、プリント配線板のランドが、突出部232を有していない第1サンプルと、突出部の長さが短い第2のサンプルを作成した。
プリント回路板の第1サンプルにおいて、ソルダーレジスト膜の開口をφ0.75[mm]とし、プリント配線板のランドの直径をφ0.75[mm]とした、いわゆるSMD(Surface Mount Device)のものとした。それ以外は、実施例1と同じ条件とした。第2のサンプルにおいて、平面視で、突出部が電子部品のランドの内側にあるものを用意した。上述の第1サンプルと第2サンプルについて、X線透過像検査と電気的導通検査を行った。
第1サンプルでは、X線透過観察で、接続部のはんだ形状が電子部品のランドとほぼ同径の丸い形状か、それよりも大きい、円形から崩れた、図7に示すパターン(7)のような異形の接続部が多かった。特に電子部品のランドとほぼ同径の丸い形状であっても、電気的導通検査をすると、導通不良の接続部があり、X線透過像検査では接続部の接続状態の良否を判定することができなかった。
第2サンプルでは、X線透過像において、図7に示すパターン(3)のような角型にはならず、電子部品のランドとほぼ同径の円形状か、ソルダーレジスト膜の開口内ではんだ形状の変化が明確にならなかった。第2サンプルでは、第1サンプルよりも、図7に示すパターン(7)のような異形の接続部は少なかった。はんだ形状の変化が明確でないため、X線透過像では良品不良品の判定ができず、構造やプロセスといった条件を見直すこともできなかった。
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。また、実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、実施形態に記載されたものに限定されない。
上記実施形態では、パッケージ基板の絶縁基板がセラミック基板である場合について説明したが、これに限定するものでなく、プリント配線板と同様、例えばガラスエポキシ材により形成されていてもよい。同様に、プリント配線板の絶縁基板がガラスエポキシ材により形成される場合について説明したが、パッケージ基板と同様、例えばセラミック基板で形成されていてもよい。
100…電子部品、130…ランド(第1ランド)、200…プリント配線板、230…ランド(第2ランド)、231…本体部、232…突出部、240…ソルダーレジスト膜(レジスト部)、300…プリント回路板、400…接続部、550…開口

Claims (15)

  1. 第1ランドを有する電子部品と、
    前記電子部品の側から平面視すると前記第1ランドよりも大きい開口が形成されたレジスト部、及び第2ランドを有するプリント配線板と、
    前記第1ランドと前記第2ランドとを接続する接続部と、を備え、
    前記電子部品の側から平面視すると、
    前記第1ランドは、前記開口の内側に配置され、
    前記第2ランドは、前記開口の中に配置された本体部と、前記本体部から突出する突出部とを有し、
    前記本体部は前記第1ランドの外縁よりも内側に配置され、
    前記突出部の少なくとも一部は前記第1ランドよりも外側に突出している、
    ことを特徴とするプリント回路板。
  2. 前記電子部品の側から平面視すると、前記突出部の先端は、前記レジスト部に覆わ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。
  3. 前記突出部の突出方向と直交する方向の最大幅が10[μm]以上であ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. 前記第1ランド及び前記開口が、前記電子部品の側から平面視すると円形状であ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. 前記第2ランドが、前記突出部を3つ以上有す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3つ以上の突出部の各々が前記本体部の周方向に等間隔に配置されていることを特徴とする請求項5に記載のプリント回路板。
  7. 前記接続部は、前記開口内において前記本体部上、前記3つ以上の突出部上及び前記3つ以上の突出部のうち隣接する2つの突出部の間の部分上に形成されていることを特徴とする請求項5又は6に記載のプリント回路板。
  8. 前記接続部は、はんだを含むことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のプリント回路板。
  9. 前記電子部品の側から平面視すると前記接続部を囲んでいる樹脂部を更に有し、
    前記樹脂部は、前記電子部品と前記プリント配線板とを接続していることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載のプリント回路板
  10. 前記電子部品は、半導体素子と、前記半導体素子が実装される、前記第1ランドを含むパッケージ基板と、を有するパッケージであることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載のプリント回路板
  11. 前記電子部品は、イメージセンサであることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載のプリント回路板
  12. 前記電子部品は、LGAのパッケージであることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載のプリント回路板
  13. 筐体と、
    前記筐体の内部に配置された、請求項1乃至12のいずれか1項に記載のプリント回路板と、を備える電子機器。
  14. 前記電子機器が撮像装置である請求項13に記載の電子機器。
  15. 前記撮像装置がカメラである請求項14に記載の電子機器。
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