JP7248038B2 - モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、モジュールおよびその製造方法に関するものである。

配線パターン層が形成されたセラミックグリーンシートを積層して、圧着、脱バインダ処理、焼成などの処理を行なうことによってセラミック多層基板を得ることが、国際公開ＷＯ２００６／０２７８８８号（特許文献１）に記載されている。特許文献１では、セラミック多層基板の電極上にＮｉ／ＳｎまたはＮｉ／Ａｕなどを湿式めっきなどの方法で成膜することが記載されている。

国際公開ＷＯ２００６／０２７８８８号

セラミック多層基板の電極としては、ランド電極だけでなくそれらを結ぶ配線を設けることが考えられる。配線もランド電極と同様に外側表面に設けてもよい。この場合、ランド電極と配線とは一体的な導体パターンによって形成することが可能である。通常、ランド電極には部品がはんだで実装されるが、はんだを介して部品を載せた後でリフローのために加熱する工程が行なわれるので、はんだが流動性を有する状態となる。ここで、セラミック多層基板の外側表面にランド電極と配線とが一体的に形成されている場合には、流動性を有したはんだが配線の材料と触れて合金化してしまい、はんだが元のあるべき位置から流出してしまうという現象が起こりうる。

はんだの流出が起こると、搭載すべき部品がはんだの流れによって本来の位置からずれてしまうという不良が起こりうる。また、はんだが配線の材料と合金化することによって配線の材料が取り去られてしまう、いわゆる「はんだ食われ」という不良が起こりうる。

そこで、本発明は、部品実装時にはんだが配線の材料と触れて合金化することがないモジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に基づくモジュールは、主表面を有するセラミック多層基板と、上記主表面に配置され、ランド部および上記ランド部から延在する配線部を含むように一体的に形成された表層導体パターンと、上記配線部の少なくとも一部を露出させつつ上記ランド部を覆うように配置され、導電性を有し、上記表層導体パターンの材料に比べてはんだとの親和性が低い材料からなる第１層と、上記第１層に上記はんだを介して実装された部品とを備え、上記はんだは上記表層導体パターンに直接接していない。

本発明によれば、はんだは表層導体パターンに直接接していないので、部品の実装時にはんだが配線部上に流れることを防止することができる。したがって、はんだが配線の材料と触れて合金化することがないモジュールを実現することができる。

本発明に基づく実施の形態１におけるモジュールの模式的な平面図である。 図１におけるＩＩ－ＩＩ線に関する矢視断面図である。 図２におけるＺ部の部分拡大図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるモジュールの変形例の部分拡大図である。 本発明に基づく実施の形態２におけるモジュールの製造方法のフローチャートである。 本発明に基づく実施の形態２におけるモジュールの製造方法の第１の工程の説明図である。 図６に対応する平面図である。 本発明に基づく実施の形態２におけるモジュールの製造方法の第２の工程の説明図である。 図８に対応する平面図である。 図９におけるＸ－Ｘ線に関する矢視断面図である。 本発明に基づく実施の形態２におけるモジュールの製造方法の第３の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態２におけるモジュールの製造方法の第４の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態２におけるモジュールの製造方法の第５の工程の説明図である。 図１３に対応する平面図である。 本発明に基づく実施の形態２におけるモジュールの製造方法の第６の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態２におけるモジュールの製造方法の第７の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態２におけるモジュールの製造方法の第８の工程の説明図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるモジュールに含まれる表層導体パターンの第１の変形例である。 本発明に基づく実施の形態１におけるモジュールに含まれる表層導体パターンの第２の変形例である。 本発明に基づく実施の形態１におけるモジュールに含まれる表層導体パターンの第３の変形例である。 本発明に基づく実施の形態１におけるモジュールに含まれる表層導体パターンの第４の変形例である。

図面において示す寸法比は、必ずしも忠実に現実のとおりを表しているとは限らず、説明の便宜のために寸法比を誇張して示している場合がある。以下の説明において、上または下の概念に言及する際には、絶対的な上または下を意味するとは限らず、図示された姿勢の中での相対的な上または下を意味する場合がある。

（実施の形態１）
図１～図４を参照して、本発明に基づく実施の形態１におけるモジュールについて説明する。本実施の形態におけるモジュール１０１の模式的な平面図を図１に示す。説明の便宜のため、図１では、モジュール１０１が本来備えているモールド樹脂、部品、はんだなどを取り去った状態で示している。図１では、部品３は二点鎖線で仮想的に示されている。図１において、はんだを介して部品３を実装し、モールド樹脂で封止した状態のＩＩ－ＩＩ線に関する矢視断面図を図２に示す。

本実施の形態におけるモジュール１０１は、主表面１ｕを有するセラミック多層基板１と、主表面１ｕに配置され、ランド部１１およびランド部１１から延在する配線部１２を含むように一体的に形成された表層導体パターン６と、第１層８と、部品３とを備える。第１層８は、配線部１２の少なくとも一部を露出させつつランド部１１を覆うように配置されている。第１層８は導電性を有する。第１層８は、表層導体パターン６の材料に比べてはんだ４との親和性が低い材料を有する。部品３は、第１層８に電気的に接続するようにはんだ４を介して実装されている。はんだ４は表層導体パターン６に直接接していない。部品３が「第１層８にはんだ４を介して実装されている」ということは、部品３と第１層８との間にはんだ４のみが存在する構成を主に意味するが、これに限らず、はんだ４以外の材料の層が間に存在している構成であってもよい。

なお、本実施の形態では、基板としてセラミック多層基板を用いているが、多層基板の代わりに単層基板であってもよい。また、基板は樹脂基板であってもよい。基板が樹脂基板である場合、多層基板であっても単層基板であってもよい。

表層導体パターン６はたとえば銅を主成分とする材料で形成されている。表層導体パターン６は、平面図で示したときに、たとえば図１に示すような形状を有している。図１では主表面１ｕに３つの表層導体パターンが配置されている。そのうち１つの表層導体パターン６に注目して、以下説明を続ける。ここで示す例では、２つのランド部１１が１本の配線部１２によって接続されている。ランド部１１は部品３などを載せて電気的接続を図るための部分である。配線部１２は、主表面１ｕに平行な方向での電気的接続を図るための部分である。第１層８はたとえばニッケルを主成分とする材料で形成されている。第１層８はめっきで形成された膜である。ここで、「主成分とする」とは、対象を構成する材料が重量比で２分の１以上を占めていることをいうものとする。

部品３は、モールド樹脂５によって封止されている。モールド樹脂５は主表面１ｕを覆うように形成されている。図１においては、主表面１ｕ上に同じサイズの２個の部品３が実装されている例を示したが、ここで実装されている部品の個数、サイズ、向き、位置関係は、あくまで一例として示すものであって、この通りとは限らない。

図２におけるＺ部を拡大したところを図３に示す。図３に示すように、第１層８の上側に直接はんだ４が載っていてよいが、実際には、第１層８にはんだ４が付きやすくするために、第１層の上面にはんだとの親和性が高い材料の第２層９を予め設けておくことがありうる。このような第２層９は、部品３の実装のためにはんだを載せて加熱した際にはんだとの間で合金を形成することによってほぼ消失すると考えられるが、図４に示すように、第１層８とはんだ４との間に第２層９が残っていてもよい。

本実施の形態では、表層導体パターン６のランド部１１を覆うように、はんだ４との親和性が低い第１層８が配置されており、なおかつ、はんだ４は表層導体パターン６に直接接していないので、部品３の実装時にはんだ４が配線部１２上に流れることを防止することができる。したがって、部品の実装ずれを抑制することができる。また、はんだが配線の材料と触れて合金化することを回避することができる。

はんだ４は、ランド部１１の全周において、表層導体パターン６に直接接していないことが求められるが、ランド部１１の周囲の中でも特に、配線部１２が延在している側において、はんだ４が表層導体パターン６に直接接していないことが重要である。

本実施の形態で示したように、少なくとも部品３を封止するモールド樹脂５を備え、配線部１２においては、モールド樹脂５が、表層導体パターン６に直接接する状態で表層導体パターン６を覆っていることが好ましい。

本実施の形態で示したように、表層導体パターン６は銅を主成分とする材料で形成されていることが好ましい。この構成を採用することにより、電気抵抗値が低い表層配線を実現することができる。

本実施の形態で示したように、第１層８はニッケルを主成分とする材料で形成されていることが好ましい。この構成を採用することにより、はんだが銅の露出部分に流れていくことを防止することができる。

第１層８は、ランド部１１に接する下端よりはんだ４に接する上端の方が配線部１２に向かって張り出していることが好ましい。この構成を採用することにより、はんだ４が配線部１２に流出することを効率良く防ぐことができる。第１層８において、ランド部１１に接する下端よりはんだ４に接する上端の方が配線部１２に向かって張り出している例は、図３に示されている。

（実施の形態２）
図５～図１７および図２を参照して、本発明に基づく実施の形態２におけるモジュールの製造方法について説明する。実施の形態２におけるモジュールの製造方法は、実施の形態１で説明したモジュール１０１を得るためのものである。このモジュールの製造方法のフローチャートを図５に示す。

本実施の形態におけるモジュールの製造方法は、最外層の表面である主表面にランド部および前記ランド部から延在する配線部を含むように一体的に形成された表層導体パターンを備える基板を用意する工程Ｓ１と、前記ランド部を覆わずに前記配線部を覆うようにレジスト膜を形成する工程Ｓ２と、前記ランド部の表面に、前記表層導体パターンの材料に比べてはんだとの親和性が低い材料を有する第１層をめっき成長させる工程Ｓ３と、前記第１層の表面に、前記第１層の材料に比べてはんだとの親和性が高い材料を有する第２層を成長させる工程Ｓ４と、前記レジスト膜を除去する工程Ｓ５と、前記第２層に載るようにはんだペーストを配置する工程Ｓ６と、前記はんだペーストに載るように部品を載置してから加熱する工程Ｓ７とを含む。ここで示す例では、モジュールの製造方法は、さらに、少なくとも前記部品を封止するようにモールド樹脂を形成する工程Ｓ８を含む。以下、各工程について図面を参照しつつ、より詳しく説明する。

まず、工程Ｓ１として、図６に示すように、「基板」としてセラミック多層基板１を用意する。この状態のセラミック多層基板１の平面図を図７に示す。セラミック多層基板１は最外層の表面として主表面１ｕを有する。主表面１ｕには表層導体パターン６が形成されている。表層導体パターン６は印刷によって形成することができる。表層導体パターン６はランド部１１および配線部１２を含む。配線部１２はランド部１１から延在する。セラミック多層基板１は、複数のセラミックグリーンシートを積層したものの最外層に表層導体パターン６を印刷し、その後で焼成したものである。セラミック多層基板１は内部に導体パターンを含んでいてもよい。

次に、工程Ｓ２として、図８に示すようにレジスト膜１５を形成する。レジスト膜１５は、ランド部１１を覆わずに配線部１２を覆う。この状態の平面図を図９に示す。図９におけるＸ－Ｘ線に関する矢視断面図を図１０に示す。配線部１２の必ずしも全部がレジスト膜１５に覆われている必要はない。配線部１２の一部がレジスト膜１５に覆われていなくてもよい。配線部１２の中央部はレジスト膜１５に覆われている。配線部１２のうち、図中左側のランド部１１に接続する部分と、図中右側のランド部１１に接続する部分とは、レジスト膜１５に覆われた領域によって隔てられている。すなわち、図中左側のランド部１１から表層導体パターン６に沿って図中右側のランド部１１へと行こうとした場合には、レジスト膜１５に覆われた領域を少なくとも１度は通過しなければならない。なお、レジスト膜１５の形成は、スクリーン印刷によって行なってもよく、インクジェット法によって行なってもよい。

工程Ｓ３として、図１１に示すように、ランド部１１の表面に第１層８をめっき成長させる。第１層８は、表層導体パターン６の材料に比べてはんだとの親和性が低い材料からなる。第１層８の材料はたとえばニッケルであってよいので、ニッケルをめっき成長させる。ランド部１１の側面が露出している場合には、その側面も覆うように第１層８が形成されてよい。

工程Ｓ４として、図１２に示すように、第１層８の表面に第２層９を成長させる。第２層９は、第１層８の材料に比べてはんだとの親和性が高い材料からなる。第２層９の材料は、たとえば金であってよい。第２層９を成長させるに当たっては、たとえばスパッタリングによって金の膜を形成すればよい。図１２においては、図示の都合から、第１層８と第２層９とを同じ厚みで表示しているが、実際には、第２層９は、第１層８に比べて薄くてよい。

工程Ｓ５として、レジスト膜１５を除去する。レジスト膜１５の除去は、強アルカリの液によって行なうことができる。強アルカリの液とは、たとえばＮａＯＨ溶液であってよい。工程Ｓ５を行なうことによって、図１３に示す構造が得られる。この状態の平面図を図１４に示す。表層導体パターン６のうち配線部１２の少なくとも一部が露出している。これ以外の部分においては、表層導体パターン６の表面は、第１層８および第２層９によって覆われている。ランド部１１の配線部１２側の側面においては、第１層８が露出している。ランド部１１の配線部１２側の側面においては、第２層９が表層導体パターン６から離隔している。

工程Ｓ６として、図１５に示すように、第２層９に載るようにはんだペースト１４を配置する。

工程Ｓ７として、はんだペースト１４に載るように部品３を配置してから加熱する。この加熱は、リフローのための加熱である。この加熱はたとえば約２６０℃であってよい。加熱されることによって、はんだペースト１４は流動性を持つようになり、図１６に示すように、部品３の電極がはんだによって覆われた状態となる。図１６では、第２層９が存在するように描かれているが、実際には、第２層９の材料ははんだとの間で合金を形成し、第２層９がはんだの中に溶け出すことによって、第２層９はほぼ消失する。第２層９の材料が金である場合、はんだは正確にははんだと金との合金となる。この後、温度が常温にまで下がることによって、はんだは固化し、図１７に示すように、はんだ４によって部品３が実装された構造が得られる。図１７では、第２層９は既にほぼ消失しているので第１層８とはんだ４との間に第２層９は描かれていない。

工程Ｓ８として、少なくとも部品３を封止するようにモールド樹脂５を形成する。これによって、図２に示したモジュール１０１が得られる。図６～図１７および図２においては、１個のモジュールに相当するサイズの構造体を示しつつ、説明してきたが、これはあくまで説明の便宜によるものである。実際には、集合基板の状態で複数個のモジュールのための構造を同時並行して製造した後で、この集合基板から個別のサイズに切断することによって複数個のモジュールを得るという方法を採用してもよい。工程Ｓ８は必須ではない。モジュールを完成させるためにモールド樹脂５が不要であれば、工程Ｓ８は行なわなくてもよい。

本実施の形態では、工程Ｓ２でレジスト膜１５を形成した後で、工程Ｓ３，Ｓ４を行なって第１層８および第２層９を形成して、その後で工程Ｓ５でレジスト膜１５を除去しているので、第２層９と配線部１２との間を離隔させることができる。その後で、工程Ｓ６，Ｓ７を行なうことによって部品３を実装しているので、配線部１２に対してはんだが直接接しないままモジュールを製造することができる。このようにして、はんだが配線の材料と触れて合金化することがないモジュールを得ることができる。

なお、レジスト膜１５を形成する工程Ｓ２は、インクジェット法によって行なわれることが、好ましい。この方法を採用することにより、レジスト膜１５を所望の領域に高精度で形成することができる。

なお、実施の形態１においては、図１に示したような、Ｕ字状の表層導体パターン６を例に説明したが、表層導体パターンの形状は、これに限らず他の形状であってもよい。たとえば、図１８に示す表層導体パターン６ｉのような、Ｈ字状のものであってもよい。図１９に示す表層導体パターン６ｊのような、鉤状のものであってもよい。表層導体パターン６ｊでは、２つのランド部１１が互いに異なる向きに配置されているが、このようなものであってもよい。２つのランド部１１は平行に配置されているとは限らない。配線部１２の両端に必ずランド部１１が存在するとは限らない。たとえば図２０に示す表層導体パターン６ｋのような、Ｌ字状のものであってもよい。図２１に示す表層導体パターン６ｎのような、ランド電極の辺の中央部から配線部が延在しているＴ字状のものであってもよい。

なお、上記実施の形態のうち複数を適宜組み合わせて採用してもよい。
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１ セラミック多層基板、１ｕ 主表面、３ 部品、４ はんだ、５ モールド樹脂、６，６ｉ，６ｊ，６ｋ，６ｎ 表層導体パターン、７ 電極、８ 第１層、９ 第２層、１１ ランド部、１２ 配線部、１４ はんだペースト、１５ レジスト、１０１ モジュール。

Claims (6)

1. 主表面を有する基板と、
   前記主表面に配置され、ランド部および前記ランド部から延在する配線部を含むように一体的に形成された表層導体パターンと、
   直線状の辺を境界として前記配線部の少なくとも一部を露出させつつ前記ランド部を覆うように配置され、導電性を有し、前記表層導体パターンの材料に比べてはんだとの親和性が低い材料を有する第１層と、
   前記第１層に前記はんだを介して実装された部品とを備え、
   前記はんだは前記表層導体パターンに直接接しておらず、
   前記第１層は、前記ランド部の上面に接する下端より前記はんだに接する上端の方が前記配線部に向かって張り出しており、
   前記第１層は、前記ランド部の側面の少なくとも一部を覆う、モジュール。
2. 少なくとも前記部品を封止するモールド樹脂を備え、
   前記配線部においては、前記モールド樹脂が、前記表層導体パターンに直接接する状態で前記表層導体パターンを覆っている、請求項１に記載のモジュール。
3. 前記表層導体パターンは銅を主成分とする材料で形成されている、請求項１または２に記載のモジュール。
4. 前記第１層はニッケルを主成分とする材料で形成されている、請求項１から３のいずれかに記載のモジュール。
5. 最外層の表面である主表面にランド部および前記ランド部から延在する配線部を含むように一体的に形成された表層導体パターンを備える基板を用意する工程と、
   直線状の辺を境界として前記ランド部を覆わずに前記配線部を覆うようにレジスト膜を形成する工程と、
   前記ランド部の表面に、前記表層導体パターンの材料に比べてはんだとの親和性が低い材料を有する第１層をめっき成長させる工程と、
   前記第１層の表面に、前記第１層の材料に比べてはんだとの親和性が高い材料を有する第２層を成長させる工程と、
   前記レジスト膜を除去する工程と、
   前記第２層に載るようにはんだペーストを配置する工程と、
   前記はんだペーストに載るように部品を載置してから加熱する工程とを含み、
   前記第１層は、前記ランド部の上面に接する下端より前記第２層に接する上端の方が前記配線部に向かって張り出し、前記第１層は、前記ランド部の側面の少なくとも一部を覆うように形成される、モジュールの製造方法。
6. 前記レジスト膜を形成する工程は、インクジェット法によって行なわれる、請求項５に記載のモジュールの製造方法。

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