JP4999806B2 - 電子モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、多層構造の回路基板上に電子部品を搭載して構成される電子モジュール及びその製造方法に関するものである。

この種の電子モジュールは、例えばその裏面に形成された電極とプリント配線基板上のプリント配線とを半田付けする際、電極又はプリント配線のいずれかに予めクリーム半田を印刷しておき、その後のリフロー工程を通じて半田付けを行う方法が一般的である。このとき、電極やプリント配線がある程度の長さを有する形状（例えば長方形）である場合、その長さに対して半田が過不足にならないように適量のクリーム半田を印刷（塗布）しておく必要がある。

このため従来、ある程度の長さを有する電極やプリント配線に対してクリーム半田を印刷する際に、その長さ方向に対して４５°傾斜した方向にクリーム半田を延展していくことで、塗布量を均一にする先行技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この先行技術によれば、直交する２方向に長い電極やプリント配線が設けられていたとしても、いずれか一方で印刷される半田の量が不足したり、逆に他方で過剰な量の半田が印刷されたりすることを防止し、両方向（縦長のものと横長のもの）で均等にクリーム半田を印刷することができると考えられる。
特開平２−２２８８９号公報（第２−３頁、第１図）

しかしながら、先行技術の手法はあくまで、スクリーンマスク上でクリーム半田が延展されていく方向を縦長の場合と横長の場合とで平等（傾斜した４５°）にしただけであり、１つ１つの透孔が細長い場合、たとえ斜め方向に半田を延展していったとしても、その過程でどこかに塗布量のむらが生じてしまう。例えば、同じ透孔内でも延展方向の上流位置と下流位置とを比較すると、下流位置ほど半田の塗布量が少なくなる傾向にある。このため先行技術の手法では、細長い電極やプリント配線に対して充分な量の半田が行き渡らず、半田付け後にボイド（空隙）が発生しやすいという問題がある。

そこで本発明は、半田の塗布むらを防止して良好な半田付けを行うことができる技術の提供を課題としたものである。

上記の課題を解決するため、本発明は以下の解決手段を採用する。
第１に本発明は、電子部品が一方の面に搭載された多層構造の回路基板と、回路基板の他方の面に設けられて個々に長方形をなす複数の電極とを備えた電子モジュールを提供する。特に本発明において複数の電極は、それぞれの短辺同士を対向させつつ長手方向に隣接して配列された状態で回路基板の他方の面に露出しない位置で互いに電気的に接続され、かつ、電子部品との接続関係でみて１つの同電位にある導体を構成しているものである。

本発明の電子モジュールによれば、長方形をなす複数の電極を長手方向に隣接させて配列し、基板面に露出しない位置でこれらを電気的に接続しているので、電極全体が細長くなることがなく、１つ１つの電極の長さを短くすることができる。このため、電極（又は実装する相手先の配線パターン）に半田を塗布する際の塗布むらをなくし、リフローによる半田付け時にボイドが発生するのを防止することができる。

また、先行技術のように全体が１つに繋がった細長い電極を設けた場合、リフロー時に電極の中央付近に空気が集まってボイド（空隙）を発生しやすいが、本発明では隣接した電極同士の間がリフロー時に空気を逃がす溝となるので、ボイドの発生を確実に防止することができる。

なお本発明の電子モジュールにおいて、長手方向に隣接して配列された複数の電極は、電子部品との接続関係でみて１つの同電位にある導体を構成しているものである。

すなわち本発明では、隣接した複数の電極を全体として１つの同電位にある導体（同電位の端子）として利用している。これにより、例えば電子部品に対して駆動電圧や信号を入力したり、電子部品から信号を出力したりする機能端子を複数の電極で構成し、端子全体として必要な半田付け面積を確保しつつ、半田付け時のボイドの発生を防止することができる。また、端子全体として必要な半田付け面積を確保することで、電子モジュール全体の半田付け強度を高めたり、所望の特性インピーダンスを達成したりすることができる。

長手方向に隣接して配列された複数の電極は、回路基板の内層の位置で互いに接続されているものとする。この場合、回路基板の他方の面に半田レジストの膜が形成されていても、個々の電極の全周が半田レジストから露出した状態となる。したがって、リフロー時に個々の電極の側面にまで半田を行き渡らせることができるので、半田の付き方のバランスを向上することができる。

なお、このような接続形態とは別に、回路基板の他方の面内に長手方向で連続した１本の電極を形成し、その長手方向の中央を半田レジストの膜で被覆することで、１本の電極を複数の電極に分断して配列した形態もまた本発明に含まれる。この場合は個々の電極の一部分が半田レジストに覆われた状態となり、全周に半田が行き渡りにくい。ただし、この場合でもボイドの発生は確実に抑えられるため、本発明の目的は充分に達成することができる。

第２に本発明は、以下の工程を有する電子モジュールの製造方法を提供する。
第１工程：上述した構造を有する電子モジュールに対し、回路基板の他方の面を上向きにした状態で、複数の電極にそれぞれ対向する位置に長方形の貫通孔が形成されたメタルマスクを載置する。

第２工程：メタルマスクの上面にて電極の長手方向に沿ってスキージを移動させ、貫通孔を通じて電極に半田を印刷する。

上記の第１工程では、複数の電極が長方形であっても、その１つ１つの長さは極端に長くないので、これに合わせてメタルマスクの貫通孔の長さを抑えることができる。したがって、第２工程で電極の長手方向に沿ってスキージを移動させたとしても、その移動方向に対する貫通孔の長さが抑えられているので、印刷の過程で半田の塗布量にむらが生じることはない。

また本発明では、スキージを電極の長手方向に沿って移動させているため、上述した先行技術のように斜め方向にスキージを動かすといった変則的な動作を行う必要がない。これにより作業効率を損なうことなく、電子モジュールを効率的に製造することができる。

なお本発明は、以下の工程１〜４を有する電子モジュールの実装方法であってもよい。

工程１：この工程では、本発明の電子モジュールが実装される実装面に複数の電極とそれぞれ対向する位置に形成された略長方形をなす複数の配線パターンを備え、これら複数の配線パターンが実装面に露出しない位置で電気的に接続された実装基板を準備する。

工程２：上記の実装基板に対し、その実装面を上向きにした状態で、複数の配線パターンにそれぞれ対向する位置に略長方形の貫通孔が形成されたメタルマスクを載置する。

工程３：メタルマスクの上面にて配線パターンの長手方向に沿ってスキージを移動させ、貫通孔を通じて配線パターンに半田を印刷する。

工程４：配線パターンに半田が塗布された実装基板に対し、複数の配線パターンに複数の電極をそれぞれ対向させた状態で電子モジュールを位置決めし、電子モジュールを実装基板に半田付けする。

上述した電子モジュールの実装方法によれば、その工程２において複数の配線パターンが略長方形であっても、その１つ１つの長さは極端に長くないので、これに合わせてメタルマスクの貫通孔の長さを抑えることができる。したがって、工程３で配線パターンの長手方向に沿ってスキージを移動させたとしても、その移動方向に対する貫通孔の長さが抑えられているので、印刷の過程で半田の塗布量にむらが生じることはない。

本発明は、個々の電極の長さを抑えることで、半田の塗布量にむらが生じるのを抑えて良好な半田付けを実現することができる。また、１つ１の電極が短くても、これらを同電位に接続することで電子部品の機能端子として利用することができるため、全体として必要な半田付け面積を確保し、その半田付け強度を向上することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、一実施形態の電子モジュール１０の構成を示した裏面図である。この電子モジュール１０は例えば正方形状の回路基板１２を有しており、その表面（図１では反対側に位置する面）に各種の電子部品が搭載され、そして図示の裏面には多数の電極が設けられた構造である。以下、より具体的に説明する。

〔回路基板〕
回路基板１２は上記のように正方形状をなしており、図１に示される裏面には、その四隅の位置に例えば円形状の補強ランド部１４が２つずつ設けられている。これら補強ランド部１４は、例えば電子モジュール１０を図示しない実装基板に実装する際、その半田付け強度を高めるための補強となる部分である。なお補強ランド部１４は、グランド端子としても利用することができる。

また回路基板１２の裏面には、その中央の領域に多数のグランド電極１６が正方行列（例えば６×６）状に配列されている。これらグランド電極１６は、全体として電子モジュール１０の接地極（ＧＮＤ）を構成するものである。

〔電極〕
そして回路基板１２の周縁部には、グランド電極１６の配列より外側に機能端子１８の配列が設けられている。これら機能端子１８の配列は、個々に長方形状をなす複数の裏面電極１８ａ，１８ｂを有している。裏面電極１８ａ，１８ｂは、例えば縦横比が１に近い長方形（例えば短辺と長辺との比が１：１〜１：２程度）であり、極端に細長い形状の長方形ではない（したがって、正方形に限りなく近い形状も含まれる。）。

図１中に符号を付して示したように、裏面電極１８ａ，１８ｂは、内側（中央）寄りに位置する各裏面電極１８ａとその外側に隣接した各裏面電極１８ｂの２つが１組となり、これらが１つの機能端子を構成している。また、１組となる２つの裏面電極１８ａ，１８ｂは、回路基板１２の裏面に露出しない位置で電気的に接続されており、これら裏面電極１８ａ，１８ｂは同電位となっている。なお図１に示される例では、裏面電極１８ａ，１８ｂの組が回路基板１２の１辺あたりに５つあり、これらが４辺で２０組あることから、全部で２０個の機能端子が設けられていることになる。なお、以下では２つの裏面電極１８ａ，１８ｂを１組としているが、３つ以上の裏面電極を１組としてもよい。

〔内部構造〕
図２は、電子モジュール１０の内部構造を部分的に示した縦断面図（図１中ＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図）である。回路基板１２は、例えば厚み方向に積層された多層構造をなしており、その表面には最上層１２ａが位置するとともに、裏面には最下層１２ｄが位置し、これらの間に中間層１２ｂ，１２ｃが位置している。

回路基板１２の表面（最上層１２ａの表面）には表面電極２４が設けられており、この表面電極２４に接続された状態で電子部品２２が搭載されている。なお図２には図示を省略しているが、回路基板１２の表面にはその他にも各種の電子部品が搭載されており、それぞれに対応して表面電極や配線パターンが設けられている。また回路基板１２の表面には、例えば金属製のカバー２０が設置されており、このカバー２０は電子部品２２を保護したり、ノイズの出入りを遮断したりするものである。なお回路基板１２の表面には、カバー２０に代えて樹脂モールドが設けられていてもよい。あるいは、電子モジュール１０には特にカバー２０や樹脂モールドが設けられていない形態であってもよい。

回路基板１２の内層位置には、各中間層１２ｂ，１２ｃの両面に沿って内層配線２６，２８，３０，３２が形成されており、これら内層配線２６，２８，３０，３２はビア３４を介して相互に接続されている。

また最上層１２ａと中間層１２ｂとの間に位置する内層配線２６はビア３４を介して表面電極２４と接続されており、さらに最下層１２ｄと中間層１２ｃとの間に位置する内層配線３２はビア３４を介して裏面電極１８ａ，１８ｂと接続されている。このように、２つの裏面電極１８ａ，１８ｂは同じ内層配線３２を通じて電気的に接続された構造となっている。

また電子部品２２との接続関係でみれば、２つの裏面電極１８ａ，１８ｂは内層配線２６，３０及びビア３４を通じて一方の表面電極２４に接続されている。このため２つの裏面電極１８ａ，１８ｂは、電子部品２２との接続関係でみると互いに同電位である１つの導体（機能端子）を構成している。

なお、図２には１組の裏面電極１８ａ，１８ｂだけを示しているが、その他の組となる裏面電極１８ａ，１８ｂについても、それぞれ回路基板１２の内層位置で互いに電気的に接続されており、それぞれの組が機能端子として１つの導体を構成している。

〔製造方法〕
次に、一実施形態の電子モジュール１０の製造方法（実装方法）について説明する。図３は、電子モジュール１０に半田を印刷する工程の流れを示した図である。なおこれ以降の図面（図３〜図５）中、特に説明に関係しない電子部品２２やカバー２０その他の内層構造物については図示を省略している。以下、各工程を追って説明する。

〔第１工程〕
図３中（Ａ）：電子モジュール１０を、その回路基板１２の裏面を上向きにした状態で配置し、別途用意したメタルマスク３６を回路基板１２の上に載置する。メタルマスク３６には、予め裏面電極１８ａ，１８ｂに対向する位置に貫通孔３６ａが形成されている。なお図示していないが、メタルマスク３６にはグランド電極１６や補強ランド部１４に対向する位置にも貫通孔が形成されている。

〔第２工程〕
図３中（Ｂ）：メタルマスク３６の上面にクリーム状半田４０を供給しつつスキージ３８を移動させ、貫通孔３６ａを通じてクリーム状半田４０を裏面電極１８ａ，１８ｂに印刷する。このときスキージ３８は一方向に移動させるものとし、このときの移動方向は、例えば図１中でみて縦長（あるいは横長でもよい）に配置された裏面電極１８ａ，１８ｂの長手方向に合致させるものとする。

図３中（Ｃ）：そして印刷の完了後、メタルマスク３６を取り除くと、各裏面電極１８ａ，１８ｂに適量のクリーム状半田４０が塗布された状態となる。

図４は、クリーム状半田４０を塗布した状態の裏面電極１８ａ，１８ｂの状態を示す拡大図（図３中（Ｃ）のＩＶ−ＩＶ矢視図）である。

本実施形態の電子モジュール１０は、回路基板１２の裏面内で１つ１つの裏面電極１８ａ，１８ｂの長さが比較的短く抑えられているため、裏面電極１８ａ，１８ｂの長手方向にスキージ３８を移動させても、その過程でクリーム状半田４０の塗布量にむらが生じたり、部分的な欠損が生じたりすることはない。なお、横長の裏面電極１８ａ，１８ｂについては図示していないが、これらはスキージ３８の移動方向が短辺方向に一致しているため、縦長のものに比較してクリーム状半田４０の塗布むらはさらに発生しにくくなっている。

また、スキージ３８の移動方向が裏面電極１８ａ，１８ｂの長手方向であり、回路基板１２の辺の方向に合致していることから、例えば斜め４５°方向のように変則的な動作を行う必要がなく、クリーム状半田４０を印刷する作業を効率よく行うことができる。

〔半田レジスト〕
また本実施形態では、回路基板１２の裏面に半田レジスト１３の膜が形成されているが、半田レジスト１３の領域は、各裏面電極１８ａ，１８ｂの周囲までで留まっている（いわゆるレジスト抜きの状態）。このため各裏面電極１８ａ，１８ｂは、その全周（外側面）が半田レジスト１３から露出した状態にある。

また裏面電極１８ａ，１８ｂの各組でみると、これらの間の領域は半田レジスト１３で被覆されているため、この後のリフロー工程で半田が流入することがなく、空気を通す溝として機能する。

〔実装状態〕
図５は、電子モジュール１０の実装状態を示す部分的な縦断面図である。電子モジュール１０は、例えば電子機器のマザーボード等を実装基板４２として、その実装位置に半田付けされることで実装状態となる。以下、電子モジュール１０を実装基板４２に実装する方法の工程について説明する。

〔工程１〕
電子モジュール１０が実装される相手先の実装基板４２を別途用意する。このとき実装基板４２には、予め電子モジュール１０の実装位置で各裏面電極１８ａ，１８ｂに対向する配線パターン（接続ランド）４２ａ，４２ｂが形成されている。配線パターン４２ａ，４２ｂもまた、裏面電極１８ａ，１８ｂに合わせて個々に長方形状をなし、これらは実装基板４２の実装面に露出しない位置（例えば内層）で電気的に接続されている。

〔工程２→工程３〕
上記の手法を用いて電子モジュール１０の裏面電極１８ａ，１８ｂにクリーム状半田４０を印刷する。あるいは、ここで電子モジュール１０ではなく、実装基板４２の配線パターン４２ａ，４２ｂに同じ手法（メタルマスクとスキージ）を用いてクリーム状半田４０を印刷してもよい。

〔工程４〕
いずれにしても、電子モジュール１０の裏面電極１８ａ，１８ｂと実装基板４２の配線パターン４２ａ，４２ｂとを対向させて正しく位置決めし、実装基板４２の実装面上に載置する。そして、これらをリフロー装置に通してクリーム状半田４０を溶融及び固着させ、フラックス洗浄等を行って半田付けを完成させる。

図５に示されているように、一方の裏面電極１８ａと配線パターン４２ａとの間、また他方の裏面電極１８ｂと配線パターン４２ｂとの間にはいずれもボイド（空隙）が発生しておらず、電子モジュール１０は固着した状態の半田４０によって確実に半田付けされていることがわかる。また、固着した状態の半田４０が各裏面電極１８ａ，１８ｂの側面にまで行き渡っているので、その半田付け強度を大きく向上させることができる。

〔他の実施形態〕
上述した一実施形態では、裏面電極１８ａ，１８ｂを回路基板１２の内層位置で接続しているが、この他に以下の接続形態を採用してもよい。

すなわち、裏面電極１８ａ，１８ｂを予め回路基板１２の裏面内で一続きの長い電極で形成しておき、その全体を細長い形状としておく。そして、その中央位置で横断方向に半田レジスト１３を被覆することにより、見かけ上、裏面に露出した位置では１つの電極を２つの裏面電極１８ａ，１８ｂに分断する。

この場合、半田レジスト１３の膜下の位置で裏面電極１８ａ，１８ｂが電気的に接続された状態となり、これらが１つの組として機能端子を構成する。このような形態であっても、１つ１つの裏面電極１８ａ，１８ｂの形状が比較的短く抑えられているため、一実施形態と同様に半田付け時にボイドの発生を防止することができる。

一実施形態の電子モジュールの構成を示した裏面図である。 電子モジュールの内部構造を部分的に示した縦断面図（図１中ＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図）である。 電子モジュールに半田を印刷する工程の流れを示した図である。 クリーム状半田を塗布した状態の裏面電極の状態を示す拡大図（図３中（Ｃ）のＩＶ−ＩＶ矢視図）である。 電子モジュールの実装状態を示す部分的な縦断面図である。

符号の説明

１０ 電子モジュール
１２ 回路基板
１４ 補強ランド部
１６ グランド電極
１８ 機能端子
１８ａ 裏面電極
１８ｂ 裏面電極
２０ カバー
２２ 電子部品
２４ 表面電極
３２ 内層配線
３４ ビア
３６ メタルマスク
３８ スキージ
４０ クリーム状半田（半田）

Claims (4)

1. 電子部品が一方の面に搭載された多層構造の回路基板と、
   前記回路基板の他方の面に設けられて個々に長方形をなす複数の電極とを備えた電子モジュールであって、
   複数の前記電極は、それぞれの短辺同士を対向させつつ長手方向に隣接して配列された状態で前記回路基板の他方の面に露出しない位置で互いに電気的に接続されることで、前記電子部品との接続関係でみて１つの同電位にある導体を構成していることを特徴とする電子モジュール。
2. 請求項１に記載の電子モジュールにおいて、
   長手方向に隣接して配列された複数の前記電極は、前記回路基板の内層の位置で互いに接続されていることを特徴とする電子モジュール。
3. 請求項１又は２に記載の電子モジュールにおいて、
   前記長方形は、長辺と短辺の長さの比が１：１から１：２の間であることを特徴とする電子モジュール。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の電子モジュールに対し、
   前記回路基板の他方の面を上向きにした状態で、複数の前記電極にそれぞれ対向する位置に長方形の貫通孔が形成されたメタルマスクを載置する工程と、
   前記メタルマスクの上面にて前記電極の長手方向に沿ってスキージを移動させ、前記貫通孔を通じて前記電極に半田を印刷する工程と
   を有する電子モジュールの製造方法。

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