(57)【要約】【課題】電子部品と回路基板との半田による接合において、ボイドを排出して半田付けされた面積を大きくでき、なおかつ、熱処理前後での半田面積変化量を安定して得るための半田の供与形状を特定して接合を行う。【解決手段】プリント基板３の電極４上に形成するクリーム状半田５の形状を、鼓型形状の定義に基づいて定めた形状にすることによって、サーマルパッド２とプリント基板３の電極４を半田接合して、ボイドを排出して半田接合した面積を大きくでき、なおかつ、熱処理前後での半田面積変化量を安定して得ることができる。【選択図】図１
2010205756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品の接合側に配置された電極と回路基板の接合側に配置された電極との各接合面の少なくとも一方にメタルマスクの開口部を介して半田を供与した後、それら接合面どうしを重ね合わせ各接合面間の半田を加熱により一旦溶融させた後固化させる処理を経て接合する接合方法であって、
前記メタルマスクの開口部の形状は、Y軸方向に平行な直線部と、前記直線部の両端から各々曲線でX軸に向け絞った茶碗型形状をY軸に線対称となるほぼ鼓型形状とする接合方法。
【請求項２】
電子部品の接合側に配置された電極面に、
Y軸方向に平行な直線部と、前記直線部の両端から各々曲線でX軸に向け絞った茶碗型形状をY軸に線対称となるほぼ鼓型形状の半田が供与されていることを特徴とする電子部品。
【請求項３】
回路基板の接合側に配置された電極面に、
Y軸方向に平行な直線部と、前記直線部の両端から各々曲線でX軸に向け絞った茶碗型形状をY軸に線対称となるほぼ鼓型形状の半田が供与されていることを特徴とする回路基板。
【請求項４】
電子部品の接合側に配置された電極と回路基板の接合側に配置された電極との各接合面の少なくとも一方にメタルマスクの開口部を介して半田を供与した後、それら接合面どうしを重ね合わせ各接合面間の半田を加熱により一旦溶融させた後固化させる処理を経て接合する接合方法であって、
前記メタルマスクの開口部の形状は、Y軸方向に平行な直線部と、前記直線部の両端から各々曲線でX軸に向け絞った茶碗型形状をY軸に線対称となるほぼ鼓型形状とし、
前記鼓型形状は次の（あ）（い）を満たすものであることを特徴とする接合方法。
（あ）
前記クリーム状半田の形状を定義するための前記四角形とした電極の中心に原点０が位置し、前記電極の各辺の中点を通るX-Y直交座標上に
点Pm12、Pm34、P1、P2、P3、P4、Pm41、Pm23を置き、
点Pm12 (0 ,y´)は: ０＜y´≦R  (ただし、Ｒは任意の定数)とする Y軸上の点、
点Pm34 (0 , - y´)は: 点Pm12をX軸について線対称とする点、
点P1 (xr, yr)は: X-Y直交座標軸の原点Oを中心とする半径2Rの円周上の点であって、
Ｒ≦xr＜√(4R2−y´2)    (ただし、0＜y´≦R)
y´＜yr≦√3R  (ただし、0＜y´≦R)とする点、
点P2 (- xr, yr)は:点P1をY軸について線対称とする点、
点P3 (- xr, - yr)は:点P1を原点０について点対称とする点、
点P4 (xr, - yr)は:点P1をX軸について線対称とする点、
点Pm41 (x´,0)は: Ｒ＜x´≦2R とするX軸上の点、
点Pm23 (- x´,0)は:点Pm41をY軸について線対称とする点
と表現される。
（い）
前記鼓型形状は
点P1、Pm12、P2、を結ぶ第１の線分、点P2、Pm23、P3、を結ぶ第２の線分、
点P3、Pm34、P4、を結ぶ第３の線分、点P4、Pm41、P1、を結ぶ第４の線分、
で表される４本の線分からなり、
前記第１の線分は、前記電極のY軸のプラス側一辺に対向し、中央部でY軸のマイナス方向にくびれ部をなす1つの凹部と、この凹部の両側へY軸のプラス方向に前記電極のY軸プラス側一辺に漸近する2つの凸部を有する、半径2Rの円内の線分であり、
前記第２の線分は、前記電極のX軸マイナス側一辺に沿う直線部をなし、半径２Rの円内、かつ、半径Rの円外、かつ、前記第２の線分のとるxがx≦−Ｒとなる領域内の線分であ
り、
前記第３の線分は、前記電極のY軸のマイナス側一辺に対向し、前記第１の線分をX軸についてほぼ線対称とする線分であり、
前記第４の線分は、前記電極のX軸プラス側一辺に沿う直線部をなし、前記第２の線分をY軸についてほぼ線対称とする線分である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合方法と電子部品、回路基板に関し、詳しくは、電子部品の接合側に設けられた熱を外部に放出する働きを持って配置されたサーマルパッドと称される四角形な電極と、回路基板の接合側に配置された四角形な電極との、対抗し合う接合面どうしを、その少なくとも一方に半田を供与した後、接合面どうしを重ね合わせ、この重ね合わせた接合面間の半田を一旦溶融させた後固化させるリフロー処理を経て接合する接合方法と電子部品、回路基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高速インターフェイスによるデータ伝送技術の急激な進歩に伴って、LSIの高速／高集積化が進み、LSIの発熱量が増大している。
【０００３】
LSIの放熱が十分に行われないと、動作不良や自己破壊などを引き起こしてしまうため、LSIの放熱がますます重要になってきている。
【０００４】
そこでLSIの放熱を行う方法としては、本実施の形態を示す図２を参照して、電子部品１から発生した熱を、電子部品１の下部に配置されたサーマルパッド２から熱処理後の半田５を介してプリント基板３の電極４へ伝導し、更に、プリント基板３の電極４からビア６を介してグランド層７へ伝導させることで放熱がなされる。それには、放熱性能を確保するには、サーマルパッド２とプリント基板３の電極４が半田接合された接合面積を、大きく、かつ、安定して得ることが必要である。
【０００５】
しかしながら、サーマルパッド２とプリント基板３の電極４が半田接合された接合面積を大きくするために、プリント基板３の電極４上に形成するクリーム状半田の塗布域を大きくすると、２つの問題点が発生した。その問題点を、図１４を用いて説明する。
【０００６】
問題点１：（ａ）に示すように正円状に付与した半田３０８が溶融すると、（ｂ）に示すように溶融状態の半田309からのガス化したフラックスにより発生した気泡であるボイド311は、溶融状態の半田309から排出されずに、熱処理後の半田310内で一部は合流して（ｃ）、（ｄ）に示すように大きく成長したものなって残留し、サーマルパッド３０２および電極３０４間が半田付けされた総面積(＝熱処理後の半田が成す面積315−残留したボイドが成す面積316)が小さくなる。
【０００７】
問題点２：溶融状態の半田309の濡れ広がり方が定まらず、サンプル数を多くしたとき、熱処理前後での半田面積変化量(=半田付けされた面積−クリーム状半田が成す面積314)がばらつき、安定して得られない。
【０００８】
これらの問題点により、サーマルパッド302とプリント基板の電極304が半田付けされた面積を、大きく、かつ、安定して得ることが妨げられるので、サーマルパッド302をプリント基板の電極304へ半田付けして放熱する方法における、放熱性能を高めることが困難であった。
【０００９】
具体例を示すと、クリーム半田の塗布領域は本実施の形態を示す図５などに示すように分散させることで、ボイドの放出に有利にはなるが、電子部品およびプリント基板の接合し合う各電極の少なくとも一方の接合面を、クリーム半田が溶融したときの濡れ広がりを規制する大きさ、形状にしておくことで、半田面積変化量を小さくすることができ、接合面積、大きさが安定する筈である。この場合、接合面密度が高く、ボイド放出に十分で、
かつ均等な間隔を得やすい図１５（ａ）（ｂ）に示すような正方形や長方形（従来例）の四角形とされることが多い。この場合、クリーム半田の塗布形状をまわりへの濡れ広がりが均等になりやすい円形とし、四角形な接合面にほぼ同心に塗布することを従来から行っているが、結果としてボイドの放出率が低く、場合によってではあるが図７（ｂ）に示すＸ線透過図に見られるような四角形な接合面に対して比較的大きなボイドが発生する。大きなボイドの発生は、同図に認められるようにクリーム半田を接合面域外に押し出し、内部、外部共の形状不安定を招き、ボイドは接合面間に完全な空間を形成して非接合域となる上、断熱空間ともなるので、勢い放熱作用が低下する。
【００１０】
これに対し、クリーム状半田の形状を放射状に形成させ、溶融状態の半田が濡れ広がる際に、ボイドを排出しながら半田付けをすることを意図した技術はあった（特許文献１参照）。この従来技術は、図１５(a)に示すように、鉄フランジ１の上面に銅ヒートシンク２が設置され、銅ヒートシンク２上に、クリーム状半田５を放射状に形成する。そして、クリーム状半田５の中心部が、半導体ペレット６の中心と重なるように位置合わせを行った後、クリーム状半田５上に半導体ペレット６を載置する。然る後、リフロー方式によりクリーム状半田の熱処理を行う。この時、図１５(b)に示すように、放射状に形成されたクリーム状半田５が溶融して、銅ヒートシンク２と半導体ペレット６の中心部から周囲に向かって濡れ広がるため、発生したボイドを溶融状態の半田の外部へ押し出すことにより、ボイドを排出しながら、銅ヒートシンク２と半導体ペレット６の半田付けを行うとしている。
【００１１】
一方、電気的接合構造で、しかも、接合時の接合面間の近づきにより半田が電極外にボール状に押し出されてできる半田ボールの発生を防止するという、異なった目的であるが、半田の供与形状に言及した接合技術も知られる（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開昭５０−１３９０４６号公報（第３頁、第３図）
【特許文献２】特開２００８−１９２８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に記載のクリーム状半田の放射状塗布形態では、サーマルパッドとプリント基板の電極の少なくとも一方の四角形な接合面によって規定する領域での半田付けに適用しようとすると、特許文献１の図１に示される各放射状部の先端が先行して溶融し濡れ広がるのに続いて、中央部を除く他の部分がほぼ同時に溶融して濡れ広がり、最後に溶融が中央部に及んで濡れ広がることになる筈である。それが十分な加熱によって仮に同時溶融となっても、各放射状部の幅方向への濡れ広がりの自由度は高く阻止できない。結果、溶融した半田の濡れ広がり方が定まらず、サンプル数を多くしたとき、熱処理前後での半田面積変化量がばらつき、安定して得ることができない。このため、放熱特性がばらつく。また、各放射状部が幅方向に濡れ広がる挙動と、中央部からまわりに濡れ広がる挙動とのぶつかりによって、空気を巻き込むことが考えられるし、濡れ広がり挙動によってボイドの放出があるにしても放出したボイドの再巻き込みも起こり得る。しかも、外まわりへの濡れ広がりは半田領域を規定する四角形な接合面の輪郭が限度となって、各放射状部の先端側での幅方向への濡れ広がりによる太りが促進されるのでなお更である。また、各放射状部が特許文献２の図２に示すように半田塗布面積の何倍もの半田付け領域に濡れ広がるには、熱処理前後の半田面積変化量が大き過ぎ、表面張力作用を上回る接合面間の押し付けが必要となるので各放射状部の太りは避けられない。これを各放射状部の数を増やして対応するのでは各放射状部の隣接間隔が小さくなって、空気の巻き込みや放出ボイドの再巻き込みが起きやすくなる。従って、放射状の半田付与技術ではボイドを十分に放出させられず、放熱特性の低下に繋がる。
【００１３】
特許文献２に開示の接合方法では、当然のことながら上記のような課題を解決すること
はできない。なぜなら、半田を供与する四角形な電極の接合面の一辺に対応する側に谷部を持つ形態を示し、半田が溶融したとき半田印刷の無い前記谷部に露出した電極上に濡れ広がり、前記谷部を埋める挙動について言及しているが、半田が電極外に押し出されるのを回避するもので、谷部の対向する電極の一辺側への開き角が小さいために、前記山部を埋める挙動において外気を巻き込み、また前記山部を埋める流れに乗せて放出したボイドを再巻き込みする問題も解消されない。
【００１４】
本発明は、前記課題を解決するもので、残留したボイドを少なくして、なおかつ、熱処理前後での半田面積変化量を安定させる放熱接合方法と電子部品、回路基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の接合方法は、電子部品の接合側に配置された電極と回路基板の接合側に配置された電極との各接合面の少なくとも一方にメタルマスクの開口部を介して半田を供与した後、それら接合面どうしを重ね合わせ各接合面間の半田を加熱により一旦溶融させた後固化させる処理を経て接合する接合方法であって、
前記メタルマスクの開口部の形状は、Y軸方向に平行な直線部と、前記直線部の両端から各々曲線でX軸に向け絞った茶碗型形状をY軸に線対称となるほぼ鼓型形状とすることを特徴としている。
【００１６】
このような構成では、接合面に鼓型形状に供与した半田は、X軸を境にした中央部が細り、その両側に向け太る形態上、細り域の昇温が太り域に先行して溶融が始まり、これが太り域側に伝搬するのに併せ、太り域ではその周囲および接合面との境界面側から溶融し始める。溶融部分は表面張力および接合面間の近づきにより濡れ広がろうとするが、太り域、特にその直線部はこれにほぼ一致するか近傍にある四角形な単位接合面のY軸方向に平行な輪郭辺によって濡れ広がりを早期に規制され、この規制が太り域のくびれ部から直線部の両端に向かいX軸方向に平行な輪郭辺に漸近する拡幅部の直線部両端側からくびれ部に向けて進行する。以上の結果、太り域では接合面間の中央部の溶融遅れ部を除く溶融域が、単位接合面の輪郭による濡れ広がり規制と、早期に溶融している細り部での溶融溜まりの表面張力による引きとによって、溶融遅れ部のフローティング移動を伴い細り部側に濡れ広がらせるので、細り部がX軸の両側へY軸方向にくびれを内側から押し広げるように、外気の巻き込みなしに拡幅していく挙動が生まれる。以降、この拡幅挙動は太り部での溶融遅れ部の細り部側への寄りと溶融の進行とによって続行し、単位接合面のX軸方向に平行な輪郭辺に近づき、または到達し、熱処理前後の形状変化が安定する。つまり、濡れ広がりによる最終接合形態がほぼ一定になる。前記太り域で生じる溶融遅れ部が細り域に近寄りながら溶融して拡幅域に合流していく流れは、半田内部で発生するボイドを拡幅域に集めながら拡幅進行前線にて外部に放出させる作用を営む。なお、接合面双方をほぼ同じ四角形とすることにより半田の濡れ広がりに対する規制作用を高められる。
【００１７】
上記において、さらに、前記半田の供与は、メタルマスクの開口を通じて行うことを特徴とすることができる。
【００１８】
このような構成では、メタルマスク上でスキージを移動させてメタルマスク下の接合面に半田を供与するのに、メタルマスクの開口形状によって半田の接合面への所定の供与形状が安定して得られ、開口の深さ、メタルマスクの厚さによって半田の接合面への所定の供与厚さが安定して得られる。
【００１９】
前記接合面に供与する半田の鼓型形状は、次の（あ）（い）を満たすものであることを特徴とすることができる。
（あ）
前記クリーム状半田の形状を定義するための前記四角形とした電極の中心に原点０が位置し、前記電極の各辺の中点を通るX-Y直交座標上に
点Pm12、Pm34、P1、P2、P3、P4、Pm41、Pm23を置き、
点Pm12(0,  y´)は:  ０＜y´≦R    (ただし、Ｒは任意の定数)とするY軸上の点、
点Pm34(0,  -y´)は:  点Pm12をX軸について線対称とする点、
点P1(xr,  yr)は:  X-Y直交座標軸の原点Oを中心とする半径2Rの円周上の点であって、
Ｒ≦xr＜√(4R2−y´2)        (ただし、0＜y´≦R)
y´＜yr≦√3R  (ただし、0＜y´≦R)とする点、
点P2(-xr,  yr)は:点P1をY軸について線対称とする点、
点P3(-xr,  -yr)は:点P1を原点０について点対称とする点、
点P4(xr,  -yr)は:点P1をX軸について線対称とする点、
点Pm41(x´,  0)は:  Ｒ＜x´≦2RとするX軸上の点、
点Pm23(-x´,  0)は:点Pm41をY軸について線対称とする点
と表現される。
（い）
前記鼓型形状は
点P1、Pm12、P2、を結ぶ第１の線分、点P2、Pm23、P3、を結ぶ第２の線分、
点P3、Pm34、P4、を結ぶ第３の線分、点P4、Pm41、P1、を結ぶ第４の線分、
で表される４本の線分からなり、
前記第１の線分は、前記電極のY軸のプラス側一辺に対向し、中央部でY軸のマイナス方向にくびれ部をなす1つの凹部と、この凹部の両側へY軸のプラス方向に前記Y軸のプラス側一辺に漸近する2つの凸部を有する、半径2Rの円内の線分であり、
前記第２の線分は、前記電極のX軸マイナス側一辺に沿う直線部をなし、半径２Rの円内、かつ、半径Rの円外、かつ、前記第２の線分のとるxがx≦−Ｒとなる領域内の線分であり、
前記第３の線分は、前記電極のY軸のマイナス側一辺に対向し、前記第１の線分をX軸についてほぼ線対称とする線分であり、
前記第４の線分は、前記電極のX軸プラス側一辺に沿う直線部をなし、前記第２の線分をY軸についてほぼ線対称とする線分である。
【００２０】
このような鼓型形状の定義とサイズ範囲によれば、明瞭かつ限られた座標上のデータにて半田の付与形状が特定し、接合条件ないしは実検結果との対応から、接合条件に見合った接合サイズパラメータの決定によって、予め定めた各種の接合、あるいはその時々に必要な接合に実用できる半田の供与形状を演算により決定できる。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明によれば、サーマルパッドとプリント基板の電極との接合面間の接合方法に適用して、接合に供した半田に残留するボイドを少なくし放熱性能を高められるし、なおかつ、熱処理前後での半田面積変化量を安定して得られるので、前記高い放熱特性が安定する。これは、粘性の高い鉛フリーのクリーム半田を用いた場合でも有効であり、ボイドの発生を抑えるためのシビアな熱管理などが不要となる。また、そのための半田の供与形状を座標上データでの定義とサイズパラメータの設定の基にした演算にて確実に得、それに対応する形状の開口を形成したメタルマスクを用いるなどして半田を供与すれば、適正な接合が簡単に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の接合方法と電子部品、回路基板に係る実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
本実施の形態の接合方法は、図２に模式的に示すように、ＬＳＩなどの放熱を高めるこ
とを意図して、ＬＳＩなどの電子部品１の接合側に設けられた熱を外部に放出する働きを持って配置された電極であるサーマルパッド２と、回路基板であるプリント基板３の接合側に配置された電極４との各接合面２ａ、４ａの少なくとも一方、例えば接合面４ａの側に、半田、一例として鉛フリーのクリーム半田５を供与した後、それら接合面２ａ、４ａどうしを図示するように位置合わせして重ね合わせ、良く知られたリフローなどの熱処理にて各接合面２ａ、４ａ間のクリーム半田を一旦溶融させた後固化させる処理を経て接合する。
【００２４】
これにより、電子部品１の熱は、サーマルパッド２と電極４とのクリーム半田５による接合構造を介して、プリント基板３の電極４の側に伝導する。プリント基板３の電極４に伝導した熱は、電極４がプリント基板３のビアホール部６を通じ熱結合されたプリント基板３裏面のグランド層７へと伝導され外部に放熱される。電子部品１とプリント基板４との電気的な接続は、電子部品１から引き出された端子８がプリント基板３の電気接続用端子９にクリーム半田１１により接合してなされている。ここに、放熱用の接合と、電気的接続用の接合とは、その目的の違いから、一般的に、電気的接続用の接合面積に比べ、放熱用の接合面積は大きい。
【００２５】
ここで、電子部品１からの放熱のためには、大きな接合面積、半田付け面積が有効と考えられるが、既述したように接合面積が大きくなるほど溶融状態の半田から発生するボイドが放出されにくく、接合面積を小さい図２に例示するような複数接合部に設定されるが、半田の供与形状が原因して、外気の巻き込みや放出ボイドの再巻き込みが原因してボイドが残って断熱部となったり放熱のための接合面積を狭めて放熱性能を高められず、かつ、半田の濡れ広がりが定まらず熱処理前後に半田面積変化が大きくなり安定せず得られる放熱特性も安定しない問題がある。
【００２６】
これに対応するために本実施の形態では、電子部品１の接合側に配置された電極としてのサーマルパッド２と回路基板であるプリント基板３の接合側に配置された電極４との各接合面の少なくとも一方にメタルマスク１２の開口１３部を介して半田、具体的にはクリーム半田１１を供与した後、それら接合面どうしを重ね合わせ各接合面間のクリーム半田１１を加熱により一旦溶融させた後固化させる処理を経て接合する接合するのに、前記メタルマスク１２の開口１３部の形状は、Y軸方向に平行な直線部５ａ、５ｂと、前記直線部５ａ、５ｂの両端から各々曲線でX軸に向け絞った茶碗型形状をY軸に線対称となるほぼ鼓型形状とするようにしている。
【００２７】
このような接合方法には、電子部品の１接合側に配置された電極であるサーマルパット２の面に、Y軸方向に平行な直線部５ａ、５ｂと、前記直線部５ａ、５ｂの両端から各々曲線でX軸に向け絞った茶碗型形状をY軸に線対称となるほぼ鼓型形状の半田、具体的にはクリーム半田１１が供与されている電子部品１を用いることができる。また、回路基板であるプリント基板３の接合側に配置された電極４の面に、Y軸方向に平行な直線部５ａ、５ｂと、前記直線部５ａ、５ｂの両端から各々曲線でX軸に向け絞った茶碗型形状をY軸に線対称となるほぼ鼓型形状の半田、具体的にはクリーム半田１１が供与されている回路基板であるプリント基板３を用いることができる。しかも、これら電子部品１およびプリント基板３の双方を用いることができる。
【００２８】
具体的には、前記サーマルパッド２および電極４の接合面２ａ、４ａ間をクリーム半田５にて接合するのに、そのクリーム半田５の供与は、前記クリーム半田５の供与対象とした例えば接合面４ａに、前記位置合わせ状態での四角形とした少なくとも一方の単位接合面、例えばサーマルパッド２の接合面２ａの、図１に示すY軸方向に平行な両辺２ａ１、２ａ２に沿ったほぼ両側直線部５ａ、５ｂと、前記単位接合面２ａの中心位置Ｏをほぼ通るY軸上で前記中心位置Ｏ側に向け凹曲状に窪んだ両側くびれ部５ｃ、５ｄと、この両側
各くびれ部５ｃ、５ｄから湾曲向きが反転した凸曲状にて前記単位接合面２ａのY軸方向に直交するX軸方向に平行な両辺２ａ３、２ａ４に漸近して前記直線部５ａ、５ｂの両端に繋がる両側の拡幅部５ｅ、５ｆと、を有したほぼ鼓型形状の輪郭を持つように、行う。
【００２９】
これにより、接合面２ａ、４ａの少なくとも一方に鼓型形状に供与したクリーム半田５は、X軸を境にした両側のY軸上のくびれ部５ｃ、５ｄによるX軸方向の中央部が細り、その両側に向け太る形態上、細り域５１の昇温が太り域５２に先行して溶融が始まり、これが太り域５２側に伝搬するのに併せ、太り域ではその周囲および接合面２ａ、４ａとの境界面側から溶融し始める。図３に示すクリーム半田５の溶融部分５１１は、表面張力および接合面２ａ、４ａ間の近づきにより濡れ広がろうとするが、太り域５１、特にその直線部５ａ、５ｂはこれにほぼ一致するか近傍にある四角形な前記単位接合面２ａなどのY軸方向に平行な輪郭辺２ａ１、２ａ２によって濡れ広がりを早期に規制され、この規制が太り域５２のくびれ部５ｃ、５ｄから直線部５ａ、５ｂの両端に向かいX軸方向に平行な輪郭辺２ａ３、２ａ４に漸近する拡幅部５ｅ、５ｆの直線部５ａ、５ｂ両端側からくびれ部５ｃ、５ｄに向けて進行する。
【００３０】
以上の結果、太り域５２では接合面２ａ、４ａ間の中央部の溶融遅れ部を除く溶融域が、単位接合面の輪郭による濡れ広がり規制と、早期に溶融している細り部での溶融溜まり５１２の表面張力による引きとによって、図３に示すように溶融遅れ部５１５の矢印５１３が示す方向へのフローティング移動を伴い細り部５１側に矢印５１４に示す流れで濡れ広がらせるので、細り部５１がX軸の両側へY軸方向にくびれを内側から押し広げるように、外気の巻き込みなしに拡幅していく挙動が生まれる。
【００３１】
これ以降、この拡幅挙動は太り部５２での溶融遅れ部５１４の細り部５１側への寄りと溶融の進行とによって続行し、最終には、単位接合面２ａのX軸方向に平行な輪郭辺２ａ３、２ａ４に近づき、また斜線を施した部分のように到達し、熱処理前後の形状変化が安定する。つまり、濡れ広がりによる最終接合形態がほぼ一定になる。前記太り域で生じる溶融遅れ部５１４が細り域５１に近寄りながら溶融してくびれを押し広げる拡幅域に合流していく流れは、クリーム半田５の内部で発生するボイド５１０を拡幅域に集めながら拡幅進行前線にて外部に放出させる作用を営む。なお、接合面２ａ、４ａ双方をほぼ同じ四角形とすることによりクリーム半田５の濡れ広がりに対する規制作用を高められる。
【００３２】
本発明者等の実験では、前記両側くびれ部５ｃ、５ｄ間の細り幅は、前記直線部５ａ、５ｂの長さのほぼ１／３．５〜１／２、くびれ部５ｃ、５ｄと拡幅部５ｅ、５ｆとの湾曲向き反転位置を境にした長さ比は、５：１９〜７：１７、くびれ部５ｃ、５ｄと拡幅部５ｅ、５ｆとの湾曲向き反転位置の両側接線間の角度αは６０〜９０度とするのが好適である。くびれ部５ｃ、５ｄ間の細り幅が直線部５ａ、５ｂのほぼ１/３以上であることにより、太り部域で溶融した半田が細り部域側に濡れ広がるのに、外気を巻き込み、また放出ボイドの再巻き込みを招かないだけの広がり角が、くびれ部両側の拡幅部間で確保しやすく、そのときの、くびれ部と拡幅部との湾曲向き反転位置を境にした長さ比は、５：１９以上、くびれ部と拡幅部との湾曲向き反転位置の両側接線間の角度は６０以上として有効となり、くびれ部間の細り幅が直線部のほぼ１/２以下であることにより、太り部での溶融半田の溶融遅れ部のフローティング移動を伴う細り域側への濡れ広がり細り域を拡幅していく挙動を確保しやすく、そのときの、くびれ部と拡幅部との湾曲向き反転位置を境にした長さ比は、７：１７以下、くびれ部と拡幅部との湾曲向き反転位置の両側接線間の角度は９０以下として有効となる。
【００３３】
基本的には、クリーム半田５の接合面２ａ、４ａの少なくとも一方への供与は、どのように行ってもよいが、図４に示すように、メタルマスク１２の開口１３を通じて行うことができる。メタルマスク１２上で図示しないスキージを移動させてメタルマスク１２下の
接合面に開口１３を通じクリーム半田５を供与するのに、メタルマスク１２の開口１３の形状によってクリーム半田５の接合面２ａ、４ａへの所定の供与形状が図５に示すように安定して得られ、開口１３の深さ、メタルマスク１２の厚さによってクリーム半田５の接合面２ａ、４ａへの所定の供与厚さが安定して得られる。しかも、図４、図５に示すように、複数個所にクリーム半田５を同時に供与することができるので、接合面２ａ、４ａを複数に分散配置するのに作業性がよく、かつ、微細配置、高密度配置に好適である。
【００３４】
それには、四角形とした単位接合面、例えばサーマルパッド２の接合面２ａの、図１に示すY軸方向に平行な両辺２ａ１、２ａ２に沿ったほぼ両側直線部５ａ、５ｂと、前記単位接合面２ａの中心位置Ｏをほぼ通るY軸上で前記中心位置Ｏ側に向け凹曲状に窪んだ両側くびれ部５ｃ、５ｄと、この両側各くびれ部５ｃ、５ｄから湾曲向きが反転した凸曲状にて前記単位接合面２ａのY軸方向に直交するX軸方向に平行な両辺２ａ３、２ａ４に漸近して前記直線部５ａ、５ｂの両端に繋がる両側の拡幅部５ｅ、５ｆと、を有したほぼ鼓型形状の輪郭を持った図４に示すような開口１３を形成したメタルマスク１２を提供し、上記接合方法に適用することになる。
【００３５】
また、上記放熱接合方法を実現するのに、その前提として、四角形とした少なくとも一方の単位接合面、例えばサーマルパッド２の接合面２ａの、図１に示すY軸方向に平行な両辺２ａ１、２ａ２に沿ったほぼ両側直線部５ａ、５ｂと、前記単位接合面２ａの中心位置Ｏをほぼ通るY軸上で前記中心位置Ｏ側に向け凹曲状に窪んだ両側くびれ部５ｃ、５ｄと、この両側各くびれ部５ｃ、５ｄから湾曲向きが反転した凸曲状にて前記単位接合面２ａのY軸方向に直交するX軸方向に平行な両辺２ａ３、２ａ４に漸近して前記直線部５ａ、５ｂの両端に繋がる両側の拡幅部５ｅ、５ｆと、を有したほぼ鼓型形状の輪郭を持つように半田が供与された電子部品１を提供し、上記接合方法に適用することができる。
【００３６】
また、これに加え、または別に、上記放熱接合方法を実現するのに、その前提として、四角形とした少なくとも一方の単位接合面、例えばサーマルパッド２の接合面２ａの、図１に示すY軸方向に平行な両辺２ａ１、２ａ２に沿ったほぼ両側直線部５ａ、５ｂと、前記単位接合面２ａの中心位置Ｏをほぼ通るY軸上で前記中心位置Ｏ側に向け凹曲状に窪んだ両側くびれ部５ｃ、５ｄと、この両側各くびれ部５ｃ、５ｄから湾曲向きが反転した凸曲状にて前記単位接合面２ａのY軸方向に直交するX軸方向に平行な両辺２ａ３、２ａ４に漸近して前記直線部５ａ、５ｂの両端に繋がる両側の拡幅部５ｅ、５ｆと、を有したほぼ鼓型形状の輪郭を持つように半田が供与された回路基板としてのプリント基板３を提供し、上記放熱接合に適用することができる。
【００３７】
以上の本実施の形態の接合方法によれば、サーマルパッド２とプリント基板３の電極４との接合面２ａ、４ａ間の放熱接合方法に適用して、接合に供した半田に残留するボイドを少なくし放熱性能を高められるし、なおかつ、熱処理前後での半田面積変化量を安定して得られるので、前記高い放熱特性が安定する。
【００３８】
また、そのための半田の供与形状を座標上データでの定義とサイズパラメータの設定の基にした演算にて確実に得、それに対応する形状の開口を形成したメタルマスクを用いるなどして半田を供与すれば、適正な接合が簡単に実現できる。
【００３９】
それには、前記接合面４ａなどに供与する半田の鼓型形状は、次の（あ）（い）を満たすものであることを特徴とすることができる。
（あ）
前記クリーム状半田の形状を定義するための前記四角形とした図１に示す電極２ａなどの中心に原点０が位置し、前記電極２ａの各辺２ａ１〜２ａ４の中点Ｏを通るX-Y直交座標上に
点Pm12、Pm34、P1、P2、P3、P4、Pm41、Pm23を置き、
点Pm12(0,  y´)は:  ０＜y´≦R    (ただし、Ｒは任意の定数)とするY軸上の点、
点Pm34(0,  -y´)は:  点Pm12をX軸について線対称とする点、
点P1(xr,  yr)は:  X-Y直交座標軸の原点Oを中心とする半径2Rの円周上の点であって、
Ｒ≦xr＜√(4R2−y´2)    (ただし、0＜y´≦R)
y´＜yr≦√3R    (ただし、0＜y´≦R)とする点、
点P2(-xr,  yr)は:点P1をY軸について線対称とする点、
点P3(-xr,  -yr)は:点P1を原点０について点対称とする点、
点P4(xr,  -yr)は:点P1をX軸について線対称とする点、
点Pm41(x´,0)は:  Ｒ＜x´≦2R  とするX軸上の点、
点Pm23(-x´,0)は:点Pm41をY軸について線対称とする点
と表現される。
（い）
前記鼓型形状は
点P1、Pm12、P2、を結ぶ第１の線分、点P2、Pm23、P3、を結ぶ第２の線分、
点P3、Pm34、P4、を結ぶ第３の線分、点P4、Pm41、P1、を結ぶ第４の線分、
で表される４本の線分からなり、
前記第１の線分は、既述のくびれ部５ｃおよびその両側の拡幅部５ｅ、５ｆに相当し、前記電極２ａなどのY軸のプラス側一辺２ａ１に対向し、中央部でY軸のマイナス方向にくびれ部５ｃをなす1つの凹部と、この凹部の両側へY軸のプラス方向に前記Y軸のプラス側一辺に漸近する前記拡幅部５ｅ、５ｆに相当する2つの凸部を有する、半径2Rの円内の線分であり、
前記第２の線分は、既述の直線部５ａに相当し、前記電極２ａのX軸マイナス側一辺２ａ１に沿う直線部５ａをなし、半径２Rの円内、かつ、半径Rの円外、かつ、前記第２の線分のとるxがx≦−Ｒとなる領域内の線分であり、
前記第３の線分は、前記電極のY軸のマイナス側一辺に対向し、前記第１の線分をX軸についてほぼ線対称とする既述のくびれ部５ｄおよびその両側の拡幅部５ｅ、５ｆに相当する線分であり、
前記第４の線分は、前記電極のX軸プラス側一辺に沿う直線部５ｂをなし、前記第２の線分をY軸についてほぼ線対称とする線分である。
【００４０】
このような鼓型形状の定義とサイズ範囲によれば、明瞭かつ限られた座標上のデータにて半田の付与形状が特定し、接合条件ないしは実検結果との対応から、接合条件に見合った接合サイズパラメータの決定によって、予め定めた各種の接合、あるいはその時々に必要な接合に実用できる半田の供与形状を演算により決定できる。
【００４１】
次に、図６に示すフローチャートに基づきクリーム半田の供与形状につき説明する。まず、ステップ１は、「目標とするボイド残留率の決定」を行う。プリント基板３の電極４にクリーム状半田５を塗布し、リフロー方式により加熱されると溶融状態の半田となる。
【００４２】
この溶融状態の半田内部には、フラックスの有機成分などが気化し、ボイドとなって発生する。溶融状態の半田５がその後固化し、固化された半田５の内部に残留し続けているボイドが存在する。ここで「ボイド残留率」は、（数１）とする。
【００４３】
（数１）
ボイド残留率＝ボイドが成す面積／固化された半田面積×１００
ここでは、過去のボイド残留率や、製造条件などのばらつきを考慮して、一例として「目標とするボイド残留率」を５．５％以下と決定した。
【００４４】
次にステップ２は、目標とするボイド残留率を満たす「半径Ｒの導出」である。形成し
たいクリーム状半田の形状に必要な長さを求めるため、正円状にクリーム状半田を形成し、目標とするボイド残留率以下で半田付けができたときの、正円状の半田の半径Rの取り得る範囲を求めるための事前実験を行う。手順は、半径Ｒの正円状の開口部を有したメタルマスクを用いて、半径Ｒの正円状のクリーム状半田を形成した後、半田上に電子部品を載置して熱処理を行い、順次半径Ｒを変化させて同様に半田付けを行う。そして、半田付けを行った箇所の前述の（数１）のボイド残留率を求める。図７（ａ）は半田の四角形な電極への正円状に塗布した半田付与の実例を示し、図７（ｂ）は熱処理後のＸ線写真画像を二値化して示し、四角形な黒色部分は金属である固化された半田、その中の白色部分は非金属であるボイドである。
【００４５】
このボイドの残留率を求めるため、ボイドが成す面積、固化された半田面積の測定を行った。はじめに、電子部品の直上から撮影したX線画像(幅480×高さ640[pixel],  解像度96[dpi])について、白黒二値化処理を行って後、白黒それぞれの面積をX線画像から測定するという手順である。
【００４６】
目標とするボイド残留率以下となるように半田付けできるときの、Rが取りうる範囲を求めるにあたって、Rとボイド残留率の関係を求める。一般的な半田付け方法において、形成するクリーム状半田の面積を大きくして半田付けすると、既述したようにボイド残留率が大きくなることは良く知られている。これをクリーム状半田の形状を正円状としたときに当てはめると、Rが大きくなると、ボイド残留率は単調に増加すると言える。そこで、Rとボイド残留率の関係を求めるために、横軸にR、縦軸にボイド残留率をプロットして、線形近似を行った。その結果を図８に示す。Rが取りうる最大値は、目標とするボイド残留率  =  5.5[%]以下となる範囲で最大の半径Rであり、図８より  R=0.38[ｍｍ]と求められた。また、Rが取りうる最小値に関しての検証も行った。R=0.16[ｍｍ]のとき、熱処理後の半田のプリント基板の電極からの高さが、プリント基板の電極からサーマルパッドまでの高さより低くなり、熱処理後の半田がサーマルパッドに接触しないという現象が現れ始めた。R＜0.16[ｍｍ]の範囲に関しては、固化された半田面積と、ボイドが成す面積が測定できず、以ってボイド残留率も測定できないので、Rが取りうる範囲から除外した。よって、Rが取りうる最小値は、R=0.16[ｍｍ]とした。以上の事前実験より、Rが取りうる範囲は0.16≦R≦0.38[ｍｍ]と定めた。
【００４７】
次にステップ３は、「ステップ２で求めたＲを用いた鼓型形状の決定」である。図１は、上記の事前実験で得られた、Rが取りうる範囲に基づいて、鼓型形状を決した一である。図１を基に鼓型形状の決定手順について説明する。
【００４８】
鼓型形状を決定するため、図１に示したように、まず、四角形な接合面の中心に原点Ｏを持つX-Y直交座標軸を置く。
【００４９】
X-Y直交座標軸上に、鼓型形状の代表点となる、点P1、Pm12、P2、Pm23、P3、Pm34、P4、Pm41を置く。
【００５０】
鼓型形状は、
点P1、Pm12、P2、を結ぶ線分(P1-Pm12-P2)、
点P2、Pm23、P3、を結ぶ線分(P2-Pm23-P3)、
点P3、Pm34、P4、を結ぶ線分(P3-Pm34-P4)、
点P4、Pm41、P1、を結ぶ線分(P4-Pm41-P1)、
で表される４本の線分からなる。
【００５１】
鼓型形状は、ボイドが最も残留しやすい場合にも、第１の鼓型形状のボイド排出効果があることを確認するため、Rは、取り得る値の範囲内で最大値のR=0.38[ｍｍ]とした。
【００５２】
前記の点P1、Pm12、P2、Pm23、P3、Pm34、P4、Pm41の座標について述べる。
【００５３】
点Pm12(0,  y´)は:、0＜y´≦R    =  0.38[ｍｍ]であるY軸上の点と定め、y´の値が小さいほど、鼓型形状が有する凹部間(点Pm12-点Pm34間)の距離は狭くなり、これは事前実験におけるRが小さくなるのと同様であるため、ボイド残留率は低くなる。ボイド排出効果を確認するため、y´の値は、より小さい値であって、熱処理後の半田がサーマルパッドに接触しないという現象が起こらないよう、マージンを取って、y´=0.19[ｍｍ]とした。これにより点Pm12の座標は点Pm12(0,0.19)[ｍｍ]と定めた。
【００５４】
次に点Pm34(0,  -y´)は:、点Pm12をX軸について線対称とする座標として、点Pm34(0,-0.19)  [ｍｍ]と定めた。
【００５５】
次に点P1(xr,  yr)は、鼓型形状によるボイド排出効果に対してのワースト条件として、点P1が、第１の鼓型形状が有する凹部間(点Pm12-点Pm34間)から2R=0.76[ｍｍ]の距離となるときの、ボイド排出効果を確かめるため、X-Y直交座標軸の原点Oを中心とした半径2R=0.76[ｍｍ]の円周上の点として、
かつ、xr＜√(4R2−y´2)    =  √(4×(0.38)2−0.192)  =  0.74[ｍｍ]
かつ、xr≧R    =  0.38[ｍｍ]
かつ、yr≦√3R    =  √3×0.38  =  0.66[ｍｍ]
かつ、yr＞y´=  0.19[ｍｍ]
と定め、
詳細は後述するが、線分(P1-  Pm12-  P2)がクリーム状半田形成時の転写性を向上させるための条件を満たすように定めることを優先させたため、点P1(0.575  ,0.47)[ｍｍ]と定めた。
【００５６】
次に点P2(-xr,  yr)は、点P1をY軸について線対称とする座標として、点P2(-0.575  ,0.47)[ｍｍ]と定めた。
【００５７】
次に点P3  (-xr,  -yr)は、点P1を原点について点対称とする座標として、点P3(-0.575
,-0.47)[ｍｍ]と定めた。
【００５８】
次に点P4(xr,  -yr)は、点P1をX軸について線対称とする座標として、点P4(0.575  ,-0.47)[ｍｍ]と定めた。
【００５９】
次に点Pm41  (x´,0)は、X軸上の点であって
かつ、x´≦2R    =  2×0.38  =  0.76[ｍｍ]
かつ、x´＞R    =  0.38[ｍｍ]
と定め、
詳細は後述するが、線分(P2-Pm23-P3)が直線となるように定めることを優先させたため、点Pm41(0.575  ,0)[ｍｍ]と定めた。
【００６０】
次に点Pm23(-x´,0)は、点Pm41をY軸について線対称とする座標として、点Pm23(-0.575
,0)[ｍｍ]と定めた。
【００６１】
前記の線分(P1-Pm12-P2)、(P2-Pm23-P3)、(P3-Pm34-P4)、(P4-Pm41-P1)の定義について述べる。線分(P1-Pm12-P2)は、クリーム状半田形成時の転写性向上のため、図１に示すような曲線と定め、詳しくは、Y軸のマイナス方向に1つの凹部と、Y軸のプラス方向に2つの凸部を有する、半径2×0.38=0.76[ｍｍ]の円内の曲線であり、さらには、曲線は中心が(0,  0.46)[ｍｍ]の円(φ=0.27[ｍｍ])の一部である円弧と、中心が(0.089,  0)[ｍｍ]の円
(φ=1.16[ｍｍ])の一部である円弧で構成されるように定めた。
【００６２】
線分(P2-Pm23-P3)は、第１の鼓型形状が有する凹部による前述の２つの問題を改善するための効果を最大にするため、凹部を一対に定める必要があったので、図１に示すような直線と定め、詳しくは、半径2×0.38=0.76[ｍｍ]の円内、かつ、半径0.38[ｍｍ]の円外、かつ、線分(P2-Pm23-P3)のとるxがx≦−0.38[ｍｍ]となる領域内の直線と定めた。
【００６３】
線分(P3-Pm34-P4)は、線分(P1-Pm12-P2)をX軸について線対称とする線分と定め、線分(P4-Pm41-P1)は、線分(P2-Pm23-P3)をY軸について線対称とする線分と定めた。
【００６４】
以降、この形状を「第１の鼓型形状」と呼ぶ。
【００６５】
この第１の鼓型形状は、鼓型形状の定義に沿った形状の一例であり、前記のRが取り得る範囲に基づいて決定されたことで、前述課題を改善できる形状である。これを確かめるため、以下に説明する手順で、実証実験を行う。
【００６６】
実証実験における半田付けは、形成するクリーム状半田の形状の違いによって起こる効果の比較を行うために、第１の鼓型形状と、正円状であり第１の鼓型形状と面積がほぼ等しい形状、にクリーム状半田を形成しての半田付けを行う。
【００６７】
以降、正円状であり第１の鼓型形状と面積がほぼ等しい形状、を「比較対象となる円形状」と呼ぶ。
【００６８】
図９は、第１の鼓型形状と比較対象となる円形状、それぞれの形状にクリーム状半田を形成した直後の上面図である。プリント基板の電極は9ヶ所設けており、後述の測定する電極9ヶ所のデータ番号は、上から１列目の左から１〜３、上から２列目の左から４〜６、上から３列目の左から７〜９、とした。
【００６９】
次に、実証実験における、ボイド残留率と半田付けされた面積の測定について述べる。
【００７０】
第１の鼓型形状を適用するプリント基板の電極9ヶ所、比較対象となる円形状を適用するプリント基板の電極9ヶ所、それぞれについて、ボイドが成す面積、固化した半田面積、を測定する。測定は事前実験と同様に行う。ボイド残留率は、前述の数１から求められる。
【００７１】
半田付けされた面積は、次の数２で求められる。
【００７２】
（数２）
半田付けされた面積＝（固化した半田面積）−（ボイドが成す面積）
測定結果は、次の表１、表２にまとめ、この結果を図１０、図１１でグラフにまとめた。
【００７３】
【表１】
2010205756.tif 000003
【００７４】
【表２】
2010205756.tif 000004
【００７５】
表１に、第１の鼓型形状を適用するプリント基板の電極9ヶ所(データ番号１〜９)における、固化した半田面積、ボイドが成す面積、半田付けされた面積、ボイド残留率の、数値データを示す。
【００７６】
表２に、比較対象となる円形状を適用するプリント基板の電極9ヶ所(データ番号１〜９)における、固化した半田面積、ボイドが成す面積、半田付けされた面積、ボイド残留率の、数値データを示す。
【００７７】
図１０に、第１の鼓型形状を適用するプリント基板の電極9ヶ所と比較対象となる円形状を適用するプリント基板の電極9ヶ所のデータ番号を横軸に、電極9ヶ所におけるボイド残留率を縦軸にプロットしたグラフを示す。
【００７８】
図１１に、第１の鼓型形状を適用するプリント基板の電極9ヶ所と比較対象となる円形状を適用するプリント基板の電極9ヶ所のデータ番号を横軸に、電極9ヶ所における半田付けされた面積を縦軸にプロットしたグラフを示す。
【００７９】
前述のステップ１で過去のボイド残留率や、製造条件などのばらつきを考慮して、一例として「目標とするボイド残留率」を５．５％以下と決定したが、図１０を見てもわかるようにデータ番号５のボイド残留率5.78％が最大値であり、その他は全て5.5％以下となっており、第１の鼓型形状を適用して半田付けを行った場合、目標とするボイド残留率を満たす半田付けがほぼできたと言える。すなわち、電子部品の放熱性能を確保するのに必要な、半田付けされた面積を得ることができたといえる。
【００８０】
また、従来技術には「熱処理前後での半田面積変化量(=半田付けされた面積−クリーム状半田の面積)を安定して得られない」という問題点があった。図１１を見てもわかるように、第１の鼓型形状と比較対象となる円形状の面積がほぼ等しいため、クリーム状半田の面積もほぼ等しいので、この問題点は「半田付けされた面積のばらつきが小さくならない」と置き換えることができる。
【００８１】
この問題点に対して、半田付けされた面積のばらつきを比較するため、決定された鼓型形状と比較対象となる円形状、それぞれを適用するプリント基板の電極9ヶ所において半田付けされた面積について、標準偏差を求めて、比較を行った。結果、決定された鼓型形状の半田付けされた面積の標準偏差は、0.0499であった。一方、比較対象となる円形状の半田付けされた面積の標準偏差は、0.0931であった。標準偏差が小さくなるほど、ばらつきが小さいので、第１の鼓型形状は、この問題点を改善していると言える。
【００８２】
以上より、第１の鼓型形状を用いて半田付けを行ったときには、前記した問題点を改善できることが示された。よって、第１の鼓型形状を用いて半田付けを行うことで、サーマルパッドをプリント基板の電極へ半田付けして放熱する方法による放熱性能を高めることができる。
【００８３】
上記は、１事例についてその効果を示した。
【００８４】
第１の鼓型形状の定義に基づいて定められた形状が、もれなく上記の１事例と同様の効果が得られる理由を以下に述べる。
【００８５】
残留したボイドを抑え、かつ、熱処理前後での半田面積変化量を安定して得るためには、溶融状態の半田は、発生したボイドを溶融状態の半田の外に排出するための「流動」と溶融状態の半田が濡れ広がるための「延展」とで区別される２つの流れを有する必要がある。
【００８６】
この２つの流れを、事前実験で用いた正円状のクリーム状半田を例にとって図１２を参照しながら説明する。
【００８７】
正円状に形成したクリーム状半田を熱処理した場合、溶融状態の半田403の外周部には、正円中心方向の表面張力413が働く。さらに半田の溶融が進むと、半田の正円中心から半径方向へ濡れ広がろうとする力411が外周部に働く表面張力413より大きくなり、溶融状態の半田403は正円中心から半径方向へ濡れ広がる。
【００８８】
このとき、図１２(b)に示すように、溶融状態の半田403内部に発生する半田の流れ(416方向)が「流動」であり、流動により引き起こされて溶融状態の半田403がプリント基板上の電極に濡れ広がろうとする半田の流れ(414方向)が「延展」である。流動によって、発生したボイド410が排出されるプロセスを考えた場合、発生したボイド410は流動によって溶融状態の半田403の外部へと排出されるが、図８１２(ａ)に示すように、流動によって、発生したボイド410が溶融状態の半田403の内部を移動できる距離は、形成されたクリーム状半田の半径によって決定される。また、正円状のクリーム状半田では、クリーム状半田の形状や熱処理時に加えられる熱のばらつきによって流動の方向が不特定である。そのため、発生したボイド410を排出する方向を定められない。これは電極による濡れ広がり規制を受けない場合の例である。
【００８９】
したがって、発生したボイド410を溶融状態の半田403の外部に排出するには、発生したボイド410の移動距離を考慮したうえで、発生したボイド410を排出する方向を定めることができるクリーム状半田の形成が必要となる。
【００９０】
次に、延展による溶融状態の半田403の濡れ広がりを考えた場合、流動の方向が不特定であることと同様の理由により、図１２(b)に示すように、延展は、延展のバランスが崩れた不特定箇所において発生する。そのため、溶融状態の半田403の濡れ広がり方向は不安定となる。そのため、半田付けされた面積を安定して得るには、延展が意図した箇所で生じるようにクリーム状半田を形成する必要がある。
【００９１】
以上をまとめると、
発生したボイド410を溶融状態の半田403の外部へ排出するには、発生したボイド410の移動距離を考慮したうえで、発生したボイド410を排出する方向を定めることができるようなクリーム状半田の形状を定義する必要があり、
熱処理前後の半田面積変化量を安定して得るには、延展が意図した箇所で生じるようなクリーム状半田の形状を定義する必要がある。
【００９２】
第１の鼓型形状は、上記の流動と延展の必要条件を満足した形状である。
【００９３】
ここで、第１の鼓型形状が、残留したボイドを抑え、かつ、半田付けされた面積を安定して得られるメカニズムを以下に述べる。
【００９４】
まず、鼓型形状に形成されたクリーム状半田を熱処理した際の、溶融メカニズムと溶融
時に発生する延展・流動について、それぞれ既述の図１を用いて説明する。
【００９５】
鼓型形状に形成したクリーム状半田を熱処理すると、始めは、正確にはクリーム状半田の外周部から溶融が始まるが、次いで、熱容量が鼓型形状の中で最も小さい、鼓型形状の凹部間である点Pm12-点Pm34間、つまり図３でのくびれ部５ｃ、５ｄ間の細り部５１でのクリーム状半田が溶融状態の半田になる。
【００９６】
このように点Pm12-点Pm34間の細り部５１のクリーム状半田がその両側の点P1  、P4まで、およびP1点P2  、P3までの図３で各太り部よりも早く溶融状態になることで、点Pm12
近傍に働くY軸マイナス方向の表面張力は、線分(P1-Pm12-P2)が有する2つの凸部に働くY軸プラス方向の表面張力に比べて弱くなる。
【００９７】
また、同様に、点Pm34近傍に働くY軸プラス方向の表面張力は、線分(P3-Pm34-P4)が有する2つの凸部に働くY軸マイナス方向の表面張力に比べて弱くなる。これにより、点Pm12近傍にはY軸プラス方向の力が働き、また、点Pm34近傍にはY軸マイナス方向の力が働くため、溶融状態の半田は、点Pm12近傍、及び、点Pm34近傍から513方向へと濡れ広がっていく。このときに発生する、点Pm12近傍に働くY軸プラス方向の力と、点Pm34近傍に働くY軸マイナス方向の力によって、既述した延展が引き起こされる。
【００９８】
一方、鼓型形状の中で熱容量が大きい、溶融が遅れた太り部５２では、熱容量の小さい点Pm12近傍、点Pm34近傍間の細り部５１に比べて溶融が遅れるので、点Pm12-点Pm34間に比べて温度が低い。そのため、溶融が遅れた図３での溶融遅れ部５１５は、相対的に温度の高い、点Pm12-点Pm34間の細り部５１方向へ移動する（マランゴニ効果）。
【００９９】
この溶融が遅れた溶融遅れ部515の移動によって、溶融状態の図３での溶融部５１２の内部において、溶融が遅れた溶融遅れ部515から点Pm12-点Pm34間の細り部５１方向への流動が発生する。
【０１００】
次に、上記の延展により、熱処理前後の半田面積変化量を安定して得ることができる理由を説明する。鼓型形状は、一対の凹部、くびれ部を意図的に設けることで、点Pm12近傍におけるY軸プラス方向の延展と、点Pm34近傍におけるY軸マイナス方向の延展を意図的に発生させることができる。これにより、延展の発生箇所は点Pm12近傍、点Pm34近傍の2ヶ所に定められ、熱処理前後の半田面積変化量を安定して得ることができる。
【０１０１】
次に、上記の流動により、溶融部512より発生したボイド510が排出される理由を説明する。鼓型形状は、一対の凹部、くびれ部を意図的に設けることで、溶融遅れ部515から点Pm12-点Pm34間方向へ流動を強制的に発生させることができる。
【０１０２】
また、一対の凹部、くびれ部を成している、点Pm12-点Pm34間の距離は、発生したボイド510が排出できる距離Ｒより短くなるように設定してある。
【０１０３】
このため、溶融状態の半田の内部において、発生したボイド510が、流動によって一対の凹部の点Pm12−点Pm34間近傍に集約され、点Pm12-点Pm34から溶融状態の半田の外部へ排出される。
【０１０４】
なお、点Pm12-点Pm34間近傍に集約されたボイド510は、点Pm12-点Pm34間近傍に発生する延展によって、より一層効率的に排出されるようになっている。
【０１０５】
さらに、点P1、点P3、点P3、点P4、が、点Pm12-点Pm34間から半径２Ｒの円内としている。よって、決定された鼓型形状が、点Pm12-点Pm34間から距離２Ｒの範囲内に入るため
、決定された鼓型形状内部の溶融状態の半田で発生したボイド510は、もれなく点Pm12-点Pm34間近傍に集約され、溶融状態の半田の延展によって排出できるようになっている。
【０１０６】
以上の理由により、第１の鼓型形状に基づいてクリーム状半田を形成すれば、上記に記載の、本発明のクリーム状半田の形成方法を適用した１事例と同様の効果が得られる。
【０１０７】
以上より、本発明のクリーム状半田形成方法は、前述した問題点を改善できる。この問題点を改善することにより、サーマルパッドとプリント基板の電極が半田付けされた面積を大きくかつ安定して得ることができ、以って、前述した放熱機構における放熱性能を高めることができる。
【０１０８】
以下、クリーム状半田５を電極４上へ形成する個数と形成する位置を決定する手順について述べる。
【０１０９】
初めに、決定された鼓型形状の面積と電極４の面積を比較した。第１の鼓型形状の面積よりも、電極8４の面積が大きかったので、クリーム状半田５を図５に示したように電極４上へ複数個形成すると決定した。
【０１１０】
次に、クリーム状半田５を電極４上へ複数個形成するにあたって、以下の２つの事項を考慮した。
【０１１１】
１つ目の事項としては、載置する電子部品１がQFPなので、クリーム状半田8４を電極４上へ形成する個数と形成する位置が、非等寸法、あるいは非マトリックス状となると、半田付けされる位置が偏ってしまう。その結果、QFPが傾くことによって、QFPのピンの半田付け箇所に不良が発生する恐れがある。これを防止するため、クリーム状半田４は等寸法、かつ、マトリックス状に形成する必要がある。
【０１１２】
２つ目の事項としては、クリーム状半田４が溶融した際に濡れ広がって、ビア６など意図しない箇所との半田付けが成されないようにするため、クリーム状半田５を電極４へ形成する際には、電極４をレジスト処理して領域分割した電極(一部)を用いる必要があった。
【０１１３】
上記の２つの事項を考慮して、クリーム状半田803を電極４上へ形成する個数と形成する位置は、図５、図９に示すように定めた。このとき形成されたクリーム状半田５は９箇所において全て等寸法である。以上の手順により、クリーム状半田8５を電極４上へ形成する個数と形成する位置を定め、各位置の電極４上にクリーム状半田５を所定形状に供与して、半田付けを行った。
【０１１４】
図１３（ａ）は半田の四角形な電極への正円状に塗布した半田付与の実例を示し、図１３（ｂ）は熱処理後のＸ線写真画像を二値化して示し、四角形な黒色部分は金属である固化された半田、その中の白色部分は非金属であるボイドである。熱処理後に発生している固化した半田５内部のボイドは図７（ｂ）に示した従来例の場合に比し格段に少なく、かつ、固化した半田５の熱処理後の形状はほぼ整い、電極４から食み出していないことが分かる。
【０１１５】
以下、本発明で得られる効果について述べる。
【０１１６】
クリーム状半田５の形状は決定された鼓型形状であるため、本実施の形態で示されたように、ボイド残留を少なくして、半田付けされた面積を大きくして半田付けが可能であり、かつ、熱処理前後での半田面積変化量が少ないという効果を有する。
【０１１７】
この効果は、前述した手段に沿って、等寸法、マトリックス状9箇所にクリーム状半田５を形成して半田付けすることにより、前述したQFPの傾きを抑えた半田付けがなされることと、QFPからの放熱経路が偏り無く９分割されることから、より効率よく放熱がなされるので、最大限に活用されていると言える。
【０１１８】
なお、決定された鼓型形状の面積よりも、電極４の面積が小さい場合には、
決定された鼓型形状の縮小相似形にクリーム状半田５を形成した場合でも、前述の溶融状態の半田に生じる延展と流動が発生し、ボイドを排出することにより、前記の効果が得られるので、決定された鼓型形状の縮小相似形となるクリーム状半田５を、１つあるいは等形の複数個に形成する。
【０１１９】
ただし、決定された鼓型形状の縮小相似形が有する凹部間の長さは、前述した事前実験より得られた、Rの取り得る範囲の下限値である0.16[ｍｍ]を下回らないようにする。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本発明は半田による接合方法に実用して、半田付けされた面積を大きく、かつ、安定して得られるため、放熱用途に限らず、導電品質、接続強度など、プリント基板と電子部品の半田付けにおいて、半田付けされた面積を大きく、かつ、安定して得ることによって特性の向上が望まれる用途に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明の一実施の形態における接合方法でのクリーム状半田の供与形形状を、半田形状を定義するためのＸ−Ｙ直交座標軸を置いて示した上面図。
【図２】プリント基板と電子部品が放熱接合、電気的接続された状態を表す断面図。
【図３】図１の形状での半田による放熱接合のための熱処理中におけるクリーム半田の溶融進行状態とそれに伴うボイド表出のメカニズムを説明する説明図。
【図４】図１の形状に半田を供与するためのメタルマスクの例を示す平面図。
【図５】回路基板ないしは電子部品の電極に図４のマスクを用いるなどして半田を供与した状態を示す平面図。
【図６】半田の図１の形状を定義し決定する工程を示すフローチャート。
【図７】図６の工程中に、正円状の半田塗布例と、熱処理後の半田とボイドとの関係をＸ線写真で検証した検証図。
【図８】図６の工程中に、正円状のクリーム状半田の半径Rと、前記形状で半田付けを行ったときのボイド残留率の関係を表すグラフ。
【図９】図６の工程中に、（ａ）本実施の形態の鼓型形状にクリーム状半田を供与した直後の上面図。（ｂ）比較対象となる円形状にクリーム状半田を形成した直後の上面図。
【図１０】図６の工程中に、本実施の形態の鼓型形状・比較対象となる円形状を用いて半田付けした際の、プリント基板の電極(データ番号１〜９)での、ボイド残留率を表すグラフ。
【図１１】図６の工程中に、第１の鼓型形状・比較対象となる円形状を用いて半田付けした際の、プリント基板の電極(データ番号１〜９)での、半田付けされた面積を表すグラフ。
【図１２】図６の工程中、（ａ）クリーム状半田を正円状に形成しての半田付けにおける、溶融が始まった状態の半田に働く表面張力と濡れ広がろうとする力を表す上面図。（ｂ）クリーム状半田を正円状に形成しての半田付けにおける、溶融が進んだ状態の半田に働く表面張力と濡れ広がろうとする力を表す上面図。
【図１３】図６の工程中に、本実施の鼓型形状での半田塗布例と、熱処理後の半田とボイドとの関係をＸ線写真で検証した検証図。
【図１４】正円状に供与したクリーム半田を大きくした場合の接合時の熱処理時に発生するボイドとその放熱への影響を説明する説明図。
【図１５】従来の半田付け方法における、（ａ）半導体ペレット積載直後のほぼ上面図。（ｂ）従来の半田付け方法における、溶融状態の半田のほぼ上面図。
【符号の説明】
【０１２２】
１  電子部品
２  電極（サーマルパッド）
４  電極
２ａ、４ａ  接合面
２ａ１〜２ａ４  辺
３  プリント基板
５  半田
５ａ、５ｂ  直線部
５ｃ、５ｄ  くびれ部
５ｅ、５ｆ  拡幅部
【図１】
2010205756.tif 000005
【図２】
2010205756.tif 000006
【図３】
2010205756.tif 000007
【図４】
2010205756.tif 000008
【図５】
2010205756.tif 000009
【図６】
2010205756.tif 000010
【図７】
2010205756.tif 000011
【図８】
2010205756.tif 000012
【図９】
2010205756.tif 000013
【図１０】
2010205756.tif 000014
【図１１】
2010205756.tif 000015
【図１２】
2010205756.tif 000016
【図１３】
2010205756.tif 000017
【図１４】
2010205756.tif 000018
【図１５】
2010205756.tif 000019