WO2007013365A1 - 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
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Definitions
- the present invention relates to a solder mounting structure that can be mounted even on relatively heavy components, a manufacturing method thereof, and use thereof.
- Self-alignment means that the electronic component is lifted by the surface tension and stress of the molten solder, and the electronic component is self-aligned to the mounting position on the substrate by the restoring force of the stress.
- self-alignment means that when the solder melted by heating wets and spreads on the electrode of the substrate, the electrode of the electronic component moves so as to correspond to the electrode of the substrate due to the surface tension of the molten solder.
- the cell alignment has the characteristic that the substrate and the electronic component mounted on the substrate can be aligned with high accuracy without difficulty. For this reason, cell alignment is attracting attention as a mounting method for electronic components that require highly accurate alignment.
- Non-Patent Document 1 discloses that alignment between the core of an optical fiber cable and the center of a light receiving element is performed by cell alignment.
- optical members that require relatively high-precision alignment are aligned by self-alignment.
- Patent Documents 1 and 2 include an IC package (chip scale package ( It is disclosed that mounting of CSP)) and a chip-shaped electronic component is performed by cell alignment.
- Patent Document 1 when electronic components are mounted on a printed circuit board (surface-mounted), so-called chip components (resistor 'capacitors, etc.) and IC components are mounted. The position is performed by self-alignment.
- chip components resistor 'capacitors, etc.
- IC components are mounted. The position is performed by self-alignment.
- ultrasonic vibration is applied to a printed circuit board when electronic components are mounted in order to perform self-alignment smoothly.
- Patent Document 2 the effect of cell alignment is enhanced by adjusting the shape (area) and arrangement of the solder joint (terminal land) of the IC package component (CSP).
- self-alignment has been applied to mounting of relatively light components because it utilizes the surface tension of molten solder.
- it has been performed by positioning force cell alignment of IC packages (bare chip mounting of IC alone, QFP, etc.), chip-shaped electronic components, etc.
- Patent Document 1 Japanese Patent Publication No. 2003-188515 (published July 4, 2003)
- Patent Document 2 Japanese Patent Publication No. JP 2003-243757 (published on August 29, 2003)
- Non-Patent Document 1 Journal 'Ob' Applied 'Mechanics, 62 ⁇ , 390-397, June 1995 (Journal of Applied Mechanics, Vol.62, JUNE 1995, 390-397) Disclosure of Invention
- a recent digital still camera and a camera module mounted on a mobile phone or the like have a multi-function such as an autofocus function and an autozoom function. It is common.
- Such a multifunctional camera module requires particularly high precision alignment.
- Non-Patent Document 1 in order for self-alignment to occur, the precondition is that the surface tension acting between the mounted component and the molten solder and the weight of the mounted component are elastically balanced. It is described that. With this descriptive power, self-alignment must be targeted for relatively light parts.
- the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a solder mounting structure in which a heavy component is solder-bonded to a substrate by self-fermentation, its manufacturing method, and its It is to provide a usage method.
- the solder mounting structure of the present invention includes a substrate electrode formed on a substrate and a mounting electrode formed on a mounting component mounted on the substrate. It is joined through a joint part, and the solder joint part includes a plurality of types of solder, and is characterized in that! /
- the solder joint portion that joins the substrate electrode and the mounting electrode also has a plurality of solder forces. For this reason, of the multiple solders, a part of the solder is used for supporting the mounting parts, and the remaining solder is used for the cell alignment, so that the alignment by the cell alignment is performed while supporting the mounting components. Can be done. sand In other words, it is possible to manufacture a soldered mounting structure in which the substrate electrode and the mounting electrode are aligned by cell alignment. Therefore, even if the mounted parts are heavy, alignment by cell filament is possible. Therefore, it is possible to provide a solder mounting structure in which the substrate electrode and the mounting electrode are aligned with high accuracy.
- the mounting component in order to align the substrate electrode and the mounting electrode by cell alignment, the mounting component has to be lightweight and small. This is because the mounted component is supported only by the surface tension of the molten solder and cannot withstand the load of the mounted component.
- the solder joint portion has a relatively low melting temperature or surface tension at the time of melting (hereinafter, "surface tension at the time of melting” is simply referred to as “surface tension”).
- surface tension at the time of melting is simply referred to as “surface tension”
- the first solder and the second solder having a melting temperature or surface tension higher than that of the first solder are preferably included.
- the solder joint includes the first solder having a low melting temperature or surface tension and the second solder having a higher melting temperature or surface tension.
- the melting temperature of the first solder is lower than that of the second solder, when forming the solder joint, the melting temperature of the first solder is equal to or higher than the melting temperature of the second solder.
- the first solder melts, while the second solder does not melt. Therefore, it is possible to align the melted first solder by self-fermentation while supporting the mounting component with the unmelted second solder.
- the surface tension of the first solder is lower than that of the second solder, the surface tension is low if the first solder and the second solder are melted when forming the solder joint. The first solder spreads, while the second solder with high surface tension does not spread much. Accordingly, it is possible to align the first solder having a low surface tension by self-alignment while supporting the mounting component by the second solder having a high surface tension.
- the substrate electrode and the mounting electrode are covered with the solder joint portion.
- the solder joint is formed so as to cover the substrate electrode and the mounting electrode. Therefore, the substrate and the mounting component are securely joined. Therefore, it is possible to provide a solder mounting structure with high bonding reliability.
- the second solder is spherical and the second solder is sandwiched between recesses formed in the substrate electrode and the mounting electrode, respectively. .
- the spherical second solder is sandwiched between the recess formed in the substrate electrode and the recess formed in the mounting electrode.
- the cell alignment position is a position where the concave portions provided in the substrate electrode and the mounting electrode face each other.
- the second solder can be securely fastened to the recess of each electrode during self-alignment. Therefore, the substrate electrode and the mounting electrode can be aligned with higher accuracy.
- the second solder is preferably formed so as to be in surface contact with the substrate electrode and the mounting electrode.
- the mounting component can be reliably supported.
- solder mounting structure of the present invention it is preferable that the plurality of types of solder are lead-free solder. As a result, it is possible to provide a solder mounting structure that uses environmentally friendly solder.
- the mounting component may be an optical element.
- the optical element is preferably a camera module.
- Optical elements such as a camera module mounted on a digital still camera, a mobile phone, and the like need to be mounted on a substrate with a particularly high precision alignment.
- such an optical element can be aligned with high accuracy by self-alignment.
- the solder joint may have a higher proportion of the first solder than the second solder. As a result, the surface tension becomes easy to work, and the cell filament can be smoothly performed.
- the solder joint portion is a second half of the first solder.
- the ratio of rice fields may increase. As a result, even when the mounted component is heavy, the mounted component can be reliably supported.
- a method for manufacturing a solder mounting structure includes a substrate electrode formed on a substrate and a mounting electrode formed on a mounting component mounted on the substrate.
- solder joint portion is formed by a plurality of types of solder, a part of the plurality of solders is used for supporting the mounting component, and the remaining solder is used for the cell filament. Therefore, it is possible to perform alignment by self-alignment while supporting the mounted component. Therefore, even if the mounted parts are heavy, alignment by cell filament is possible. Therefore, it is possible to manufacture a solder mounting structure in which the substrate electrode and the mounting electrode are aligned with high accuracy.
- the plurality of types of solder include a first solder having a relatively low melting temperature and a second solder having a melting temperature higher than that of the first solder. , And may be heated to a temperature higher than the melting temperature of the first solder and lower than the melting temperature of the second solder.
- solders having different melting temperatures are used and heated to a temperature equal to or higher than the melting temperature of the first solder and lower than the melting temperature of the second solder.
- the first solder melts, whereas the second solder does not melt. Therefore, the substrate electrode and the mounting electrode can be aligned with high accuracy by the melted first solder cell alignment while the mounting component mounted on the substrate is supported by the second solder.
- a first solder having a relatively low surface tension and a second solder having a surface tension higher than that of the first solder may be heated to a temperature higher than the melting temperature of the first solder and the second solder.
- solder having different surface tensions is used and heated to a temperature equal to or higher than the melting temperature of the first solder and the second solder.
- the first solder 6 and the second solder 7 are melted, the first solder having a relatively low surface tension is more easily spread than the second solder. Therefore, while supporting the mounting component with the second solder with relatively high surface tension, It is possible to align the first solder with low tension by self-alignment.
- solder ball may be used as the second solder.
- the second solder is a solder ball
- the second solder is adjusted in accordance with the relative horizontal movement of the substrate and the mounting substrate by the melted first solder. Also rotates. For this reason, self-alignment proceeds smoothly.
- a solder paste may be used as the first solder. Thereby, the first solder can be easily applied.
- An electronic device includes any one of the above-described solder mounting structures.
- an electronic apparatus including a solder mounting structure that is aligned with high accuracy by cell alignment.
- a mobile phone 'digital still camera etc. can be provided.
- the solder mounting method of the present invention includes a substrate electrode formed on a substrate and a mounting electrode formed on a mounting component mounted on the substrate.
- the solder mounting structure of the present invention has a configuration in which the solder joint includes a plurality of types of solder. Therefore, even if the mounted parts are heavy, positioning by cell alignment becomes possible. Therefore, it is possible to provide a soldered mounting structure in which the substrate electrode and the mounting electrode are aligned with high accuracy.
- FIG. 1 is a cross-sectional view showing a solder joint portion of a solder mounting structure according to the present invention.
- FIG. 2 is a cross-sectional view showing a process for forming the solder joint of FIG.
- FIG. 3 is a cross-sectional view showing a process for forming the solder joint of FIG. 1.
- FIG. 4 is a cross-sectional view showing a process for forming the solder joint of FIG.
- FIG. 5 is a cross-sectional view showing a process of forming the solder joint portion of FIG.
- FIG. 6 is a cross-sectional view showing a process for forming the solder joint of FIG.
- FIG. 7 is a cross-sectional view showing a process for forming the solder joint of FIG. 1.
- FIG. 8 is a cross-sectional view showing a process of forming the solder joint portion of FIG.
- FIG. 9 is a graph showing a temperature profile of solder used in the solder joint portion of FIG.
- FIG. 10 is a plan view of a printed circuit board in the solder mounting structure according to the present invention.
- FIG. 11 is a plan view of another printed circuit board in the solder mounting structure according to the present invention.
- FIG. 12 is a partial sectional view of a solder mounting structure according to the present invention.
- FIG. 13 is a cross-sectional view of a solder joint in another solder mounting structure according to the present invention.
- FIG. 14 is a cross-sectional view of a solder joint in yet another solder mounting structure according to the present invention.
- FIG. 12 is a partial cross-sectional view of the camera module structure 10 of the present embodiment.
- FIG. 1 is a cross-sectional view around the solder joint in the camera module structure 10 of FIG.
- FIG. 11 is a plan view of the printed circuit board 1 in the camera module structure 10 of FIG.
- a printed circuit board (substrate) 1 and a camera module (mounted component; optical element) 3 mounted on the printed circuit board 1 are joined by a solder joint 5. It is a configuration.
- the camera module structure 10 has a configuration in which the camera module 3 is laminated on the printed circuit board 1 via the solder joints (solder pads) 5.
- the printed board 1 is a sheet-like board, and a plurality of board electrodes 2 and connectors 8 are formed on one surface.
- the substrate electrode 2 is for soldering the camera module 3 together. That is, the camera module 3 (not shown in FIG. 11) is mounted in the region where the plurality of substrate electrodes 2 are formed.
- the connector 8 is for connecting the camera module structure 10 to another component.
- the connector 8 transmits image data captured by the camera module 3 to another member.
- the printed circuit board 1 also functions as a relay board.
- the camera module 3 is a lens member mounted on a mobile phone, a digital still camera, or the like.
- a plurality of mounting electrodes 4 are formed on the bottom surface of the camera module 3 so as to correspond to the substrate electrodes 2 of the printed circuit board 1.
- the plurality of substrate electrodes 2 and the mounting electrode 4 are arranged so as to face each other and are joined by the solder joint portion 5. That is, the substrate electrode 2 and the mounting electrode 4 are joint terminals.
- the substrate electrode 2 and the mounting electrode 4 may be metal plating (gold plating, copper plating, solder plating, etc.).
- the characteristic part of the camera module structure 10 of the present embodiment will be described.
- the greatest feature of the camera module structure 10 is that the substrate electrode 2 and the mounting electrode 4 are aligned by cell filaments, and there are multiple types of solder joints 5 that join the substrate electrode 2 and the mounting electrode 4 It is comprised including the solder of this.
- positioning of the substrate electrode 2 and the mounting electrode 4 is, for example, a position where the substrate electrode 2 and the mounting electrode 4 are arranged to face each other, and arranging each electrode at a predetermined position. It is. In the present embodiment, this alignment is performed by self-alignment using the first solder 6 and the second solder 7 having different characteristics.
- the present inventor first tried to obtain surface tension and stress by using a solder having a high surface tension at the time of melting. It turns out that reliability is also impaired. In addition, attempts were made to control the melting state of the solder by adjusting the temperature. However, it was found that it was not suitable for mass production because it required extremely high temperature control.
- the present inventor has focused on the fact that the conventional solder joint is composed of a single solder, and has constituted the solder joints as a plurality of solder joints. It was.
- the solder joint portion 5 includes a plurality of types of solder. That is, the solder joint portion 5 is also configured with a plurality of solder forces having different characteristics.
- the solder joint portion 5 includes a first solder 6 having a relatively high melting temperature and a second solder 7 having a higher melting temperature than the first solder 6. It is configured.
- the first solder 6 is melted by heating to a temperature equal to or higher than the melting temperature of the first solder 6 and lower than the melting temperature of the second solder 7, whereas the first solder 6 is melted.
- Solder 7 of 2 is melted Do not melt. Therefore, self-alignment by the surface tension of the first solder 6 is possible while the camera module 3 is supported by the second solder 7. For this reason, a heavy mounting component such as the camera module 3 can be aligned with the printed circuit board 1 with high accuracy.
- the ratio of the first solder 6 region and the second solder 7 region in the solder joint 5 (occupation ratio of the first solder 6 or the second solder 7 in the solder joint 5) is
- the mounted parts such as the camera module 3 which is not particularly limited.
- the mounted component when the mounted component is light, by increasing the proportion of the first solder 6 rather than the second solder 7, the surface tension becomes easier to work and the cell alignment can be performed smoothly.
- the mounting component is heavy like the camera module 3, the mounting component can be reliably supported by increasing the proportion of the second solder 7 rather than the first solder 6.
- the camera module 3 can be stably supported. Further, since the solder joint 5 is formed so as to cover the substrate electrode 2 and the mounting electrode 4, the print substrate 1 and the camera module 3 are securely joined. Therefore, the camera module structure 10 has high bonding reliability. The formation of the solder joint portion 5 will be described later.
- the substrate electrode 2 has a configuration in which a plurality of electrodes are arranged in a square shape. Only the substrate electrode 2 arranged at the apex of the rectangle is joined by plural kinds of solders (first solder 6 and second solder 7), and the substrate electrode 2 arranged other than the apex is They are joined by a single solder. As shown in FIG. 10, the solder joints 5 made of a plurality of types of solder may be formed on all the substrate electrodes 2.
- the solder joint portion 5 including plural kinds of solders may be formed on at least a part of the substrate electrode 2.
- the arrangement of the substrate electrode 2 is not particularly limited as long as it is set according to the component to be mounted.
- 2 to 8 are cross-sectional views showing the manufacturing process of the camera module structure 10.
- the manufacturing method of the camera module structure 10 of the present embodiment includes a solder joint portion 5 for joining the substrate electrode 2 formed on the printed circuit board 1 and the mounting electrode 4 formed on the camera module 3. It has a forming process (solder joint forming process)!
- solder joint portion forming step the solder joint portion 5 is formed from a plurality of types of solder, and the substrate electrode 2 and the mounting electrode 4 are separated by self-alignment. It is characterized by performing alignment.
- a solder mask 100 is disposed in the region of the substrate electrode 2 on the printed circuit board 1 in order to supply solder.
- the solder mask 100 has an opening that is slightly wider than the portion corresponding to the substrate electrode 2. For this reason, when the solder mask 100 is disposed on the printed circuit board 1, the formation region of the substrate electrode 2 of the printed circuit board 1 is exposed.
- a solder ball is disposed as the second solder 7 in the opening of the solder mask 100 (that is, the exposed substrate electrode 2). For example, if the second solder 7 is scattered on the solder mask 100, the second solder is easily supplied to the opening of the solder mask 100. That is, the second solder 7 can be reliably supplied to the substrate electrode 2.
- the first solder 6 is further applied (printed) from above the solder mask 100.
- a solder paste was used as the first solder 6, and the first solder 6 was applied to the opening of the solder mask 100 by solder printing. Further, when the first solder 6 was applied, the first solder 6 was applied so that the first solder 6 covered the second solder 7. Thereby, as shown in FIG. 3, the second solder 7 is included in the first solder 6.
- solder mask 100 is removed from the printed circuit board 1.
- a solder joint portion 5 solder pad
- the substrate electrode 2 is covered with the first solder 6 and the second solder 7.
- the melting temperature of the first solder 6 is assumed to be lower than the melting temperature of the second solder 7.
- the camera module 3 is mounted on the solder joint portion 5 by a mounting machine (conveyance device). At this time, the camera module 3 is arranged so that the mounting electrode 4 formed on the camera module 3 faces the substrate electrode 2 of the printed circuit board 1.
- the camera module 3 needs to be aligned with high accuracy.
- the alignment between the substrate electrode 2 and the mounting electrode 4 is insufficient.
- the positions where the substrate electrode 2 and the mounting electrode 4 should be arranged are such that the substrate electrode 2 and the mounting electrode 4 face each other, and both ends of each electrode are aligned.
- the alignment between the substrate electrode 2 and the mounting electrode 4 shown in FIG. 6 is insufficient.
- such insufficient alignment is performed by self-alignment using molten solder.
- the melting temperature of the first solder 6 is lower than the melting temperature of the second solder 7. For this reason, in order to perform self-alignment, first, heating is performed at a temperature equal to or higher than the melting temperature of the first solder 6 and lower than the melting temperature of the second solder 7. Accordingly, as shown in FIG. 7, the first solder 6 is melted, whereas the second solder 7 is not melted. Therefore, even if the first solder 6 is melted, the camera module 3 is supported by the second solder 7 that is not melted. Therefore, the first solder 6 and the second solder 7 are not crushed because they cannot withstand the load of the camera module 3 (arrows in the figure).
- this heating can be performed by, for example, a reflow apparatus.
- the camera module 3 is supported not only by the second solder 7 but also by the surface tension of the molten first solder 6.
- the thickness (height) of the first solder 6 is increased so that the first solder 6 spreads in the horizontal direction due to this heating, and is compared with FIG. 6 and FIG. , Become thinner (lower). That is, the distance between the substrate electrode 2 and the mounting electrode 4 is reduced by heating. Further, surface tension acts between the melted first solder 6 and the mounting electrode 4, and the unmelted second solder 7 supports the camera module.
- the second solder 7 is also melted as shown in FIG. Thereafter, the molten second solder 7 is cooled to complete the formation of the solder joint 5. As a result, the second solder 7 comes into surface contact with the substrate electrode 2 and the mounting electrode 4. Therefore, the camera module 3 can be supported stably.
- the temperature at which the second solder 7 is melted may be equal to or higher than the melting temperature, but it is preferable that the second solder 7 is welded to the substrate electrode 2 and the mounting electrode 4. This ensures solder reliability.
- the self-alignment effect due to the surface tension of the melted first solder 6 can be obtained while the camera module 3 is supported by the second solder 7. For this reason, even if a relatively heavy member such as the camera module 3 is mounted on the printed circuit board 1, the self-alignment effect cannot be achieved due to the load of the camera module 3, and The problem can be solved.
- the solder joint portion 5 is also configured with a single (one type) solder force
- the camera module 3 is supported only by the surface tension of the molten solder. That is, the camera module 3 is supported only by the surface tension of the first solder 6.
- the surface tension of the molten solder with only surface tension that can maintain good solder quality, heavy mounting parts such as the camera module 3 cannot be supported, and self-alignment cannot be realized.
- to obtain the surface tension and stress of the molten solder if a solder with a high surface tension at the time of melting is used as a single solder, it will cause a high surface tension, resulting in poor soldering (non-wetting). Therefore, no solder is attached and reliability is impaired.
- each of the first solder 6 and the second solder 7 may be configured with one type of soldering force, or may be configured with a plurality of types of soldering force having different characteristics. May be.
- the plurality of types of solders may be different in melting temperature and Z or surface tension.
- the solder for mainly performing the self-alignment is the first solder 6, the solder for mainly supporting the camera module 3 is the second solder 7, and each solder has a respective function,
- the type (number) of solder is not limited.
- the second solder 7 is supplied to the opening of the solder mask 100 and then the first solder 6 is supplied.
- the first solder 6 and the second solder 7 The supply order is not particularly limited, and the first solder 6 may be supplied first or may be supplied simultaneously.
- the second solder 7 is melted (see FIG. 1).
- the second solder 7 does not necessarily need to be melted but remains in a solder ball shape (ball shape). You can! That is, the second solder 7 may be melted or not melted.
- the second solder 7 supplied to the opening of the solder mask 100 is supplied one by one to one substrate electrode 2.
- a plurality of second solders 7 may be supplied to the substrate electrode 2.
- FIG. 13 is a cross-sectional view showing an example in which two regions of the second solder 7 are formed in the solder joint portion 5. As shown in FIG. 13, a plurality of regions where the second solder 7 is formed may be formed in the solder joint portion 5.
- solder having different melting temperatures is used as the first solder 6 and the second solder 7.
- the melting temperature and the melting time of the first solder 6 and the second solder 7 are as follows. Set considering the heat resistance of the parts (camera module 3) mounted on the printed circuit board 1! That is, the melting temperature and the melting time of the first solder 6 and the second solder 7 are not particularly limited as long as they are set within a range in which the printed circuit board 1 and the camera module 3 are not damaged.
- FIG. 9 is a graph showing a temperature profile of the solder used for the solder joint portion 5.
- FIG. 9 is a temperature profile for melting the solder when the camera module 3 is actually soldered to the printed circuit board 1.
- the preliminary temperature below the solder melting temperature
- the heating temperature is maintained and the temperature distribution on the printed circuit board 1 is made uniform (preheating). After that, it is heated above the melting temperature of the solder and rapidly cooled to prevent solder graining (main heating).
- the melting temperature (T1) of the first solder 6 needs to be Tmax or less.
- the melting temperature (T2) of 7 may be Tmax or higher.
- the temperature is usually gradually increased from room temperature, and once maintained at a temperature lower than the melting temperature (T1) of the first solder 6, preliminary heating is performed. Thereafter, the temperature is raised above the melting temperature of the first solder 6 and the second solder 7 and rapidly cooled.
- the melting temperature of the first solder 6 is preferably 140 ° C to 219 ° C, more preferably 183 ° C to 190 ° C.
- the second solder 7 is not particularly limited as long as the melting temperature is higher than that of the first solder 6.
- the melting temperature difference between the first solder 6 and the second solder 7 is not particularly limited, but only the first solder 6 can be surely melted as the temperature difference increases.
- the first solder 6 and the second solder 7 are not limited to solders having different melting temperatures, but may be solders having different characteristics.
- the first solder 6 and the second solder 7 may be solders having different surface tensions when melted.
- the first solder 6 may have a lower surface tension when melted than the second solder 7.
- the first solder 6 having a relatively low surface tension is more likely to wet and spread than the second solder 7. Therefore, even in this configuration, the camera module 3 is supported by the second solder 7 having a relatively high surface tension, and the first solder 6 having a low surface tension can be aligned by self-alignment.
- the surface tension of the first solder 6 and the second solder 7 is not particularly limited.
- the surface tension of the first solder 6 (surface tension at the time of melting) is 3.17 X 10 _4 N / mn! ⁇ 4. more preferably 50 X 10 _4 N / mm it is preferable a tool 3.25 X 10 _4 N / mm ⁇ 3.86 X 10 _4 N / mm.
- the second solder 7 is not particularly limited as long as the surface tension is higher than that of the first solder.
- the surface tension indicates a value obtained by the ring lifting method in the vicinity of the melting temperature of the solder (for example, around 183 ° C).
- the surface tension of the solder also affects the reliability (finish) of the solder.
- solder with high surface tension has poor wettability, so the solder finish is poor.
- the reliability of the solder is deteriorated by the second solder 7 having a relatively high surface tension, the first solder 6 can compensate for the bad portion.
- the type of solder used in the present embodiment is not particularly limited, but so-called lead-free solder is preferable in consideration of the environment.
- the lead-free solder include Sn-Ag solder, Sn-Zn solder, Sn-Bi solder, Sn-In solder, Sn-Ag-Cu solder, etc., but are particularly limited. It is not a thing. Specifically, Sn-9Zn, Sn-8Zn-3Bi, Sn-9Zn-Al, Sn-8Zn-3In as the first solder, Sn-3.5Ag, Sn-3Ag-0.5 as the second solder Cu, Sn—3.4Ag—4.8Bi.
- the yarn composition ratio of each solder component is not particularly limited.
- first solder 6 and the second solder 7 may be mixed with flux.
- the first solder 6 and the second solder 7 may be solder best (cream solder) containing a flux agent or the like. This improves the wettability and fluidity of the solder, so that a higher self-alignment effect can be obtained.
- the type of flux is not particularly limited as long as it is set depending on the components of the electrodes formed on the mounting component and the substrate.
- Examples of the flux include corrosive flux (such as ZnCl-NH C1-based mixed salt) and mild flux (organic acid and its salt).
- Non-corrosive flux such as a mixture of pine and rosin and isopropyl alcohol
- water-soluble flux such as rosin-based flux
- low residue flux solid component power% or less
- solder joint 5 of the present embodiment can also be configured as follows. Figure 13 and Figure 13
- the substrate electrode 2 and the mounting electrode 4 are flat, whereas in the configuration shown in FIG. Have.
- the second solder 7 also has a solder ball force.
- the second solder 7 has a spherical shape in which the solder balls are not melted.
- the spherical second solder 7 remains at a position where the recess 20a and the recess 20b face each other, and does not advance further. Therefore, the substrate electrode 2 and the mounting electrode 4 can be more accurately aligned.
- the manufacturing method of the camera module structure 10 of the present embodiment can also be applied as a solder mounting method. As a result, the substrate and the mounted component can be aligned with high accuracy by soldering and soldered.
- solder joints as a plurality of solder caps, it is possible to support electronic components mounted on the substrate and perform alignment by self-alignment. Therefore, it can be applied to any solder mounting structure and can be used in the electronic component industry. In particular, for example, digital still cameras and mobile phones, etc. Lenses for imaging and solid state imaging devices, such as camera modules, etc. Bonding substrates (PCBs) for joining heavy components and electronic components It is suitable for soldering.
- PCBs Bonding substrates
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Abstract
本発明のカメラモジュール構造（１０）は、プリント基板（１）に形成された基板電極（２）と、そのプリント基板（１）に実装されたカメラモジュール（３）に形成された実装電極（４）とが、半田接合部（５）を介して接合され、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いる。そして、半田接合部（５）が、特性の異なる第１の半田（６）と第２の半田（７）から構成されている。従って、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を実現することができる。
Description
明 細 書
半田付け実装構造およびその製造方法、並びにその利用
技術分野
[0001] 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。
背景技術
[0002] 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。
[0003] そこで、これらの問題を解決するため、セルファライメントにより、基板上に電子部品 を実装する方法がある。セルファライメントとは、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、セルファライメントとは、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。
[0004] このように、セルファライメントは、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、セルファライメントは、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。
[0005] 例えば、非特許文献 1には、光ファイバ一ケーブルの線芯と、受光素子の中心との 位置合わせをセルファ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、セルファライメントにより位置合わ せしている。
[0006] 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) )とチップ形状の電子部品との実装を、セルファライメントにより行うことが開示 されている。
[0007] 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、セルファライメントにより行っている。特許文献 1では、セルファラィメ 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。
[0008] 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、セルファライメントの効果を高めている。
[0009] このように、セルファライメントは、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力 セルファライメントにより行わ れてきた。
特許文献 1 :日本国公開特許公報 特開 2003— 188515号公報（2003年 7月 4日 公開）
特許文献 2 :日本国公開特許公報 特開 2003— 243757号公報（2003年 8月 29日 公開）
非特許文献 1 :ジャーナル'ォブ 'アプライド 'メカニックス、 62卷、 390— 397ページ、 1995年 6月 (Journal of Applied Mechanics, Vol.62, JUNE 1995, 390—397.) 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0010] し力しながら、従来、セルファライメントは、重い電子部品の実装には適用されてこ なかった。これは、セルファライメントは、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、表面張力が働力なくな る力らである。表面張力が働かなくなれば、当然、セルファ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 、。
[0011] 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。
[0012] し力しながら、多機能型のカメラモジュールの重量は、必然的に重くなるため、セル ファライメントによる高精度な位置合わせが行われてこな力つた。
[0013] 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、セルファライメントを適用する技術が切望されている。
[0014] なお、非特許文献 1には、セルファ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。この記載力もも、セルファライメントは、比較的軽い部品を対 象とせざるを得な 、のが現状である。
[0015] 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。
[0016] 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ァ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、その表面張力が働力なくなり、セルファライメント効果 が得られな 、と 、う問題がある。
[0017] 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、セルファラィメ 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、並びにその利用方法とを提供することにある。
課題を解決するための手段
[0018] 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、複数種類の半田を含んで構成 されて 、ることを特徴として！/、る。
[0019] 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、複数の半 田力も構成されている。このため、複数の半田のうち、一部の半田を実装部品の支持 のために用い、残りの半田をセルファライメントのために用いることによって、実装部 品を支持しながら、セルファ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、セルファ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、セルファ 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。
[0020] なお、従来、基板電極と実装電極とをセルファ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。
[0021] 本発明の半田付け実装構造では、上記半田接合部は、相対的に溶融温度または 溶融時の表面張力（以下、「溶融時の表面張力」を単に「表面張力」とする）の低 、第 1の半田と、第 1の半田よりも溶融温度または表面張力の高い第 2の半田を含むこと が好ましい。
[0022] 上記の構成によれば、半田接合部が、溶融温度または表面張力の低い第 1の半田 と、それよりも溶融温度または表面張力の高い第 2の半田とを含んでいる。
[0023] これにより、第 1の半田の溶融温度が第 2の半田よりも低い場合、半田接合部を形 成する際に、第 1の半田の溶融温度以上、第 2の半田の溶融温度未満に加熱すれ ば、第 1の半田は溶融するのに対し、第 2の半田は溶融しない。従って、溶融してい ない第 2の半田により実装部品を支持しながら、溶融した第 1の半田のセルファラィメ ントによる位置合わせが可能となる。
[0024] また、第 1の半田の表面張力が第 2の半田よりも低い場合、半田接合部を形成する 際に、第 1の半田および第 2の半田を溶融させれば、表面張力の低い第 1の半田は 拡がるのに対し、表面張力の高い第 2の半田はそれほど拡がらない。従って、表面張 力の高い第 2の半田により実装部品を支持しながら、表面張力の低い第 1の半田の セルファライメントによる位置合わせが可能となる。
[0025] また、上記の構成では、第 1の半田の溶融温度および表面張力の少なくとも一方が 、第 2の半田よりも低ければよい。
[0026] 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 、ることが好ま 、。
[0027] 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。
[0028] 本発明の半田付け実装構造では、第 2の半田が球状であるとともに、第 2の半田が 、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が好 ましい。
[0029] 上記の構成によれば、球状の第 2の半田が、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、セルファライメント位置は 、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、セルファライメントの際に、確実に各電極の凹部に、第 2の半田を留めるこ 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。
[0030] 本発明の半田付け実装構造では、上記第 2の半田は、基板電極および実装電極 に面接触するように形成されて ヽることが好ま ヽ。
[0031] 上記の構成によれば、第 2の半田が、第 1の電極および第 2の電極に面接触してい るため、確実に実装部品を支持することができる。
[0032] 本発明の半田付け実装構造では、上記複数種類の半田が、鉛フリー半田であるこ 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。
[0033] 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。例 えば、上記光学素子は、カメラモジュールであることが好ましい。
[0034] 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。
[0035] 上記の構成によれば、そのような光学素子を、セルファ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。
[0036] 本発明の半田付け実装構造では、上記半田接合部は、第 2の半田よりも、第 1の半 田の割合が多くなつていてもよい。これにより、表面張力が働きやすくなり、セルファ ライメントをスムーズに行うことができる。
[0037] 本発明の半田付け実装構造では、上記半田接合部は、第 1の半田よりも、第 2の半
田の割合が多くなつていてもよい。これにより、実装部品が重い場合であっても、確実 にその実装部品を支持することができる。
[0038] 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 を、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、複数種 類の半田により半田接合部を形成し、それら複数種類の半田のセルファライメントに 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。
[0039] 上記の方法によれば、複数種類の半田により半田接合部を形成するため、複数の 半田のうち、一部の半田を実装部品の支持のために用い、残りの半田をセルファライ メントのために用いることによって、実装部品を支持しながら、セルファライメントによ 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、セルファラ ィ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。
[0040] 本発明の半田付け実装構造の製造方法では、上記複数種類の半田として、相対 的に溶融温度の低い第 1の半田と、第 1の半田よりも溶融温度の高い第 2の半田とを 用い、第 1の半田の溶融温度以上、第 2の半田の溶融温度未満に加熱してもよい。
[0041] 上記の方法によれば、溶融温度の異なる半田を用い、第 1の半田の溶融温度以上 、第 2の半田の溶融温度未満に加熱する。これにより、第 1の半田は溶融するのに対 し、第 2の半田は溶融しない。従って、第 2の半田により、基板に実装される実装部品 を支持しながら、溶融した第 1の半田のセルファライメントにより、基板電極と実装電 極とを高精度に位置合わせすることができる。
[0042] 本発明の半田付け実装構造の製造方法では、上記複数種類の半田として、相対 的に表面張力の低い第 1の半田と、第 1の半田よりも表面張力の高い第 2の半田とを 用い、第 1の半田および第 2の半田の溶融温度以上に加熱してもよい。
[0043] 上記の方法によれば、表面張力の異なる半田を用い、第 1の半田および第 2の半 田の溶融温度以上に加熱する。これにより、第 1の半田 6および第 2の半田 7を溶融さ せると、相対的に表面張力の低い第 1の半田は、第 2の半田よりも濡れ拡がりやすい 。従って、相対的に表面張力の高い第 2の半田により実装部品を支持しながら、表面
張力の低い第 1の半田のセルファライメントによる位置合わせすることができる。
[0044] 本発明の半田付け実装構造の製造方法では、上記第 2の半田として、半田ボール を用いてもよい。
[0045] 上記の方法によれば、第 2の半田が、半田ボールであるため、溶融した第 1の半田 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、第 2の半田も回転 する。このため、セルファライメントがスムーズに進行する。
[0046] 本発明の半田付け実装構造の製造方法では、上記第 1の半田として、半田ペース トを用いてもよい。これにより、第 1の半田を容易に塗布することができる。
[0047] 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。
[0048] 上記の構成によれば、セルファ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。
[0049] 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、複数種類の半田により半田接合部 を形成し、それら複数種類の半田のセルファライメントにより、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 、る。
[0050] 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、セルファ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。
発明の効果
[0051] 本発明の半田付け実装構造は、以上のように、半田接合部が、複数種類の半田を 含んで構成されている構成である。従って、たとえ実装部品が重くても、セルファライ 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という効果を奏する。
[0052] 本発明のさらに他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十 分わ力るであろう。また、本発明の利益は、添付図面を参照した次の説明で明白にな
るであろう。
図面の簡単な説明
[0053] [図 1]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 2]図 1の半田接合部の形成工程を示す断面図である。
[図 3]図 1の半田接合部の形成工程を示す断面図である。
[図 4]図 1の半田接合部の形成工程を示す断面図である。
[図 5]図 1の半田接合部の形成工程を示す断面図である。
[図 6]図 1の半田接合部の形成工程を示す断面図である。
[図 7]図 1の半田接合部の形成工程を示す断面図である。
[図 8]図 1の半田接合部の形成工程を示す断面図である。
[図 9]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。
[図 10]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。
[図 11]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
[図 12]本発明にかかる半田付け実装構造の部分断面図である。
[図 13]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
[図 14]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
[0054] 1 プリント基板 (基板）
2 基板電極
3 カメラモジュール (実装部品）
4 実装電極
5 半田接合部
6 第 1の半田
7 第 2の半田（半田ボール）
10 カメラモジュール構造 (半田付け実装構造）
20a, 20b 凹部
発明を実施するための最良の形態
[0055] 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。
[0056] 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 ユール構造 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。
[0057] 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。
[0058] 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。
[0059] 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。
[0060] 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。
[0061] 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。
[0062] なお、基板電極 2および実装電極 4は、金属メツキ (金メッキ ·銅メツキ ·半田メツキな ど）されていてもよい。
[0063] 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。
[0064] 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とがセルファラ ィ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、複数種類の半田を含んで構成されていることである。
[0065] 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とが対向配置するよう位置であり、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、特性の異なる第 1の半田 6および第 2の半 田 7によるセルファライメントにより行っている。
[0066] セルファライメントは、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、従来のセルファライメントは、 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ァラ ィメントを行うと、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。
[0067] 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。
[0068] 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、半田接合部を複数の半田カゝら構成するに至った。
[0069] すなわち、本実施形態のカメラモジュール構造 10では、セルファ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、複数種類の半田を含んで構成され ている。つまり、半田接合部 5は、特性の異なる複数の半田力も構成されている。
[0070] より詳細には、本実施形態では、半田接合部 5は、相対的に溶融温度の高い第 1の 半田 6と、第 1の半田 6よりも溶融温度の高い第 2の半田 7から構成されている。これに より、半田接合部 5形成時に、第 1の半田 6の溶融温度以上、第 2の半田 7の溶融温 度未満に加熱することによって、第 1の半田 6は溶融するのに対し、第 2の半田 7は溶
融しない。従って、第 2の半田 7によりカメラモジュール 3を支持しながら、第 1の半田 6 の表面張力よるセルファライメントが可能となる。このため、カメラモジュール 3のような 重い実装部品も、プリント基板 1に高精度に位置合わせすることができる。
[0071] なお、半田接合部 5において、第 1の半田 6の領域および第 2の半田 7領域の割合（ 半田接合部 5における、第 1の半田 6または第 2の半田 7の占有率）は、特に限定され るものではなぐカメラモジュール 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、第 2の半田 7よりも、第 1の半田 6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、セルファ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、第 1の半田 6よりも、第 2 の半田 7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。
[0072] なお、上記の構成では、第 2の半田 7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つている。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の形成については、後述する。
[0073] 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、複数 種類の半田（第 1の半田 6および第 2の半田 7)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、単一の半田により、接合されている。なお、図 10のように、複 数種類の半田による半田接合部 5は、全ての基板電極 2に形成されていてもよい。
[0074] このように、複数種類の半田を含む半田接合部 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 定すればよぐ特に限定されるものではない。
[0075] 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。
[0076] 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!/ヽる。
[0077] 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を複数種類の半田から形成するとともに、セルファライメント 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。
[0078] 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。
[0079] 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の形成領域が露出される。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、第 2の半田 7として、半田ボール を配する。例えば、第 2の半田 7を半田マスク 100の上に撒き散らせば、半田マスク 1 00の開口部に容易に第 2の半田が供給される。つまり、基板電極 2に、確実に第 2の 半田 7を供給できる。
[0080] 次に、図 3に示すように、さらに、半田マスク 100上から、第 1の半田 6を塗布（プリン ト）する。ここでは、第 1の半田 6として半田ペーストを用い、半田印刷により第 1の半 田 6を半田マスク 100の開口部に塗布した。また、第 1の半田 6を塗布する際には、第 1の半田 6が第 2の半田 7を覆うように、第 1の半田 6を塗布した。これにより図 3に示す ように、第 2の半田 7は、第 1の半田 6の内部に包含される。
[0081] 次に、図 4に示すように、第 1の半田 6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、第 1 の半田 6と第 2の半田 7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、第 1の 半田 6および第 2の半田 7により覆われている。
[0082] なお、ここでは、第 1の半田 6の溶融温度は、第 2の半田 7の溶融温度よりも低いも のとする。
[0083] 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。
[0084] 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 (セルファライメント位置）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。
[0085] 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ァライ メントにより行う。
[0086] 前述のように、第 1の半田 6の溶融温度は、第 2の半田 7の溶融温度よりも低い。こ のため、セルファライメントを行うには、まず、第 1の半田 6の溶融温度以上、第 2の半 田 7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、第 1の半田 6は溶融 するのに対し、第 2の半田 7は溶融しない。このため、第 1の半田 6が溶融しても、カメ ラモジュール 3は、溶融していない第 2の半田 7により支持される。従って、カメラモジ ユール 3の荷重に耐えられずに、第 1の半田 6および第 2の半田 7が押しつぶされるこ とはない（図中矢印)。
[0087] 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、第 2の半田 7のみにより支持されるのではなぐ溶融された第 1の半田 6の 表面張力〖こよっても支持される。
[0088] また、この加熱により第 1の半田 6は、水平方向に濡れ拡がり、図 6と図 7とを比べて もわ力るように、第 1の半田 6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、溶融した第 1の半田 6と実装電極 4 との間には表面張力が働き、溶融していない第 2の半田 7はカメラモジュールを支持 する。
[0089] 第 2の半田 7によりカメラモジュール 3が支持された状態で、第 1の半田 6が溶融され ると、図 8に示すように、第 1の半田 6は、弾性応力により水平方向（図中両矢印）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、第 1の半田 6は、弾性応力による位置合わせを行うよう
に作用し、第 2の半田 7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 、セルファライメントが行われる。
[0090] 本実施形態では、第 2の半田 7として半田ボールを用いるため、第 1の半田 6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、第 2の 半田 7も回転する。このため、セルファライメントがスムーズに進行する。
[0091] 最後に、加熱温度を第 2の半田 7の溶融温度以上に上昇させることによって、図 1に 示すように、第 2の半田 7も溶融する。その後、溶融した第 2の半田 7を冷却することに より、半田接合部 5の形成が完了する。これにより、第 2の半田 7は、基板電極 2およ び実装電極 4に面接触するようになる。従って、カメラモジュール 3を安定して支持す ることがでさる。
[0092] なお、第 2の半田 7を溶融させる温度は、溶融温度以上であればよいが、基板電極 2および実装電極 4に溶着する程度であることが好ましい。これにより、半田の信頼性 を確保できる。
[0093] このように、本実施形態によれば、第 2の半田 7によりカメラモジュール 3を支持しな がら、溶融した第 1の半田 6の表面張力によるセルファ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ァライメント効果を達成で きな 1、と 1、つた問題を解消できる。
[0094] これに対し、従来は、半田接合部 5が、単一（1種類)の半田力も構成されていたた 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、第 1の半田 6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。し力しながら、半田品質を良好に保てる表面張力のみでは、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、セルファライメントを実現できな力つた。 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)のため半田が全く付かず、信頼性が損なわれる。
[0095] なお、本実施形態において、第 1の半田 6および第 2の半田 7は、それぞれ、 1種類 の半田力も構成されていてもよいし、特性の異なる複数種類の半田力も構成されて
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 Zまたは表面張力 が異なるものであってもよい。つまり、主としてセルファライメントを行うための半田が 第 1の半田 6であり、主としてカメラモジュール 3を支持するための半田が第 2の半田 7 となり、各半田がそれぞれの機能を有していれば、半田の種類 (数）は限定されるもの ではない。
[0096] また、本実施形態では、半田マスク 100の開口部に、第 2の半田 7を供給した後、第 1の半田 6を供給したが、第 1の半田 6および第 2の半田 7の供給順序も特に限定され るものではなぐ同時に供給しても、第 1の半田 6を先に供給してもよい。
[0097] また、本実施形態では、第 2の半田 7を溶融させたが（図 1参照）、第 2の半田 7は、 必ずしも溶融させる必要はなぐ半田ボールの形状 (ボール状）のままであってもよ!ヽ 。つまり、第 2の半田 7は、溶融させても、溶融させなくてもよい。
[0098] 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、第 2の半 田 7を配置した力 第 2の半田 7は、任意の基板電極 2に配置すればよぐ図 10に示 すように、全ての基板電極 2に、第 2の半田 7を配置してもよい。
[0099] また、本実施形態では、半田マスク 100の開口部に供給する第 2の半田 7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 数個の第 2の半田 7を供給してもよい。図 13は、半田接合部 5に、第 2の半田 7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、第 2の半田 7が形成された領域が複数形成されていてもよい。
[0100] 本実施形態では、第 1の半田 6および第 2の半田 7として、溶融温度の異なる半田を 用いたが、第 1の半田 6および第 2の半田 7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!、。つ まり、第 1の半田 6および第 2の半田 7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ぐ特に限定されるもの ではない。
[0101] 例えば、図 9は、半田接合部 5に用いる半田の温度プロファイルを示すグラフである 。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、ー且、半田溶融温度以下の予備
加熱温度に保持し、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、 半田の溶融温度以上に加熱し、半田の粒化防止の為に急冷する (本加熱)。
[0102] 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、第 1の半田 6の溶融温度 (T1)は Tmax以下である必要がある力 第 2の半 田 7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、第 1の半田 6の溶融温度 (T1)未満の温度で一旦保持して予備加熱を行う 。その後、第 1の半田 6および第 2の半田 7の溶融温度以上に引き上げ、急激に冷却 する。
[0103] このようなプロセスは、半田の組成、フラックス、半田付け品質のターゲット等によつ て様々であり、図 9の温度プロファイルは、概略的なものである。
[0104] なお、例えば、第 1の半田 6の溶融温度は、 140°C〜219°Cであることが好ましぐ 1 83°C〜190°Cであることがより好ましい。第 2の半田 7は、第 1の半田 6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、第 1の半田 6と第 2の半田 7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、第 1の半田 6 のみを確実に溶融させることができる。
[0105] また、第 1の半田 6および第 2の半田 7は、溶融温度の異なる半田に限定されるもの ではなぐ特性の異なる半田であればよい。例えば、第 1の半田 6および第 2の半田 7 は、溶融時の表面張力が異なる半田であってもよい。具体的には、第 1の半田 6は、 第 2の半田 7よりも溶融時の表面張力が低いものであってもよい。この場合、第 1の半 田 6および第 2の半田 7を溶融させると、相対的に表面張力の低い第 1の半田 6は、 第 2の半田 7よりも濡れ拡がりやすい。従って、この構成でも、相対的に表面張力の高 い第 2の半田 7によりカメラモジュール 3を支持しながら、表面張力の低い第 1の半田 6のセルファライメントによる位置合わせが可能となる。
[0106] 第 1の半田 6および第 2の半田 7の表面張力は、特に限定されるものではないが、 例えば、第 1の半田 6の表面張力（溶融時の表面張力）は、 3.17 X 10_4N/mn！〜 4. 50 X 10_4N/mmであることが好ましぐ 3.25 X 10_4N/mm〜3.86 X 10_4N/mm であることがより好ましい。第 2の半田 7は、第 1の半田よりも表面張力が高ければ特 に限定されるものではない。
[0107] なお、表面張力は、半田の溶融温度付近 (例えば、 183°C近辺）における、リング吊 り上げ法による値を示している。
[0108] なお、半田の表面張力は、半田の信頼性 (仕上がり）にも影響する。すなわち、表面 張力が高い半田は、濡れ性が低いため、半田の仕上がりが悪い。相対的に表面張 力の高い第 2の半田 7により、半田の信頼性が悪くなつたとしても、その悪い箇所を、 第 1の半田 6により補うことができる。
[0109] 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。具体的には第 1の半田とし て、 Sn— 9Zn、 Sn— 8Zn— 3Bi、 Sn— 9Zn— Al、 Sn— 8Zn— 3In、第 2の半田とし て、 Sn— 3.5Ag、 Sn— 3Ag— 0.5Cu、 Sn— 3.4Ag— 4.8Biが挙げられる。であるが 、各半田成分の糸且成比も特に限定されるものではない。
[0110] また、第 1の半田 6および第 2の半田 7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、第 1の半田 6および第 2の半田 7は、フラックス剤等を含む半田べ 一スト（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、より高いセルファライメント効果が得られる。
[0111] 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ぐ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 -NH C1系の混合塩など），緩性フラックス (有機酸およびそ
2 4
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 力 ％以下で有機酸を活性剤とする、ロジン系または榭脂系のフラックス等)などを用 いることがでさる。
[0112] 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。
[0113] 図 1の構成では、 1つの半田接合部 5に対して、第 2の半田 7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、第 2の半田 7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。
[0114] 図 1の構成では、基板電極 2および実装電極 4は、平坦であつたのに対し、図 14の 構成では、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、第 2の半田 7は、半田ボール力も構成されている。言い換えれば、 第 2の半田 7は、半田ボールが溶融されていない、球状となっている。これにより、セ ルファライメント時に、球状の第 2の半田 7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。
[0115] 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、セルファライメントにより 、高精度に位置合わせをして、半田接合することができる。
[0116] 本発明は上述した実施形態に限定されるものではなぐ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。
産業上の利用可能性
[0117] 本発明は、半田接合部を複数の半田カゝ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、セルファ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ー体となったカメラモジュールなどの、重量の重 、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。
Claims
請求の範囲
[I] 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、複数種類の半田を含んで構成されてい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、相対的に溶融温度または溶融時の表面張力の低い第 1の半 田と、第 1の半田よりも溶融温度または溶融時の表面張力の高い第 2の半田とを含む 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。
[4] 第 2の半田が球状であるとともに、
第 2の半田が、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！、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] 上記第 2の半田は、基板電極および実装電極に面接触するように形成されているこ とを特徴とする請求項 1に記載の半田付け実装構造。
[6] 上記複数種類の半田が、鉛フリー半田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。
[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] 上記光学素子は、カメラモジュールであることを特徴とする請求項 7に記載の半田 付け実装構造。
[9] 上記半田接合部は、第 2の半田よりも、第 1の半田の割合が多くなつていることを特 徴とする請求項 1に記載の半田付け実装構造。
[10] 上記半田接合部は、第 1の半田よりも、第 2の半田の割合が多くなつていることを特 徴とする請求項 1に記載の半田付け実装構造。
[II] 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された半田付け実装構造の製造方法であって、 複数種類の半田により半田接合部を形成し、それら複数種類の半田のセルファラ
ィメントにより、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する半田付け 実装構造の製造方法。
[12] 上記複数種類の半田として、相対的に溶融温度の低い第 1の半田と、第 1の半田よ りも溶融温度の高い第 2の半田とを用い、第 1の半田の溶融温度以上、第 2の半田の 溶融温度未満に加熱することを特徴とする請求項 11に記載の半田付け実装構造の 製造方法。
[13] 上記複数種類の半田として、相対的に溶融時の表面張力の低い第 1の半田と、第 1の半田よりも溶融時の表面張力の高い第 2の半田とを用い、第 1の半田および第 2 の半田の溶融温度以上に加熱することを特徴とする請求項 11に記載の半田付け実 装構造の製造方法。
[14] 上記第 2の半田として、半田ボールを用いることを特徴とする請求項 12に記載の半 田付け実装構造の製造方法。
[15] 上記第 1の半田として、半田ペーストを用いることを特徴とする請求項 12に記載の 半田付け実装構造の製造方法。
[16] 請求項 1〜10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。
[17] 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、
複数種類の半田により半田接合部を形成し、それら複数種類の半田のセルファラ ィメントにより、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する半田付け 実装方法。
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