(57)【要約】【課題】落下時の衝撃にも耐え得る構造を提供する。【解決手段】プリント配線板２５０には、金属パッド２４５に対向する開口部２６０が形成されている。金属パッド２４５と突出片２３２とが開口部２６０を通じてはんだ２７０により接続されている。はんだ２７０において突出片２３２の基端側にバックフィレット２７０Ｂが形成されている。はんだ２７０の突出片２３２に接触する部分のＥ方向の長さＬ１が、はんだ２７０の金属パッド２４５に接触する部分のＥ方向の長さＬ１以上であり、かつバックフィレット２７０Ｂにおいて突出片２３２および金属パッド２４５それぞれに対する濡れ角度ΘＢ１，ΘＢ２が鋭角となっている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント配線板と、
前記プリント配線板に実装されており、前記プリント配線板に対向する面に配置された金属パッドを有する電子部品と、
前記プリント配線板において前記電子部品が実装された実装面とは反対の裏面の側に配置された基体と、前記基体から前記裏面に沿う延出方向に延出し、かつ前記プリント配線板の側に突出して形成された突出片と、を有する金属部品と、を備え、
前記プリント配線板には、前記電子部品の前記金属パッドに対向し、前記突出片が貫通する開口部が形成されており、
前記金属パッドと前記突出片とが金属の接続材により接続され、
前記接続材において前記突出片の基端側にバックフィレットが形成され、
前記接続材の前記突出片に接触する部分の前記延出方向の長さが、前記接続材の前記金属パッドに接触する部分の前記延出方向の長さ以上であり、かつ前記バックフィレットにおいて前記突出片および前記金属パッドそれぞれに対する濡れ角度が鋭角となっていることを特徴とする接合構造体。
【請求項２】
前記接続材において前記突出片の先端側にフロントフィレットが形成され、
前記フロントフィレットの高さが、前記バックフィレットの高さ以上であることを特徴とする請求項１に記載の接合構造体。
【請求項３】
前記突出片は、前記金属パッドに対向する平面と、前記平面から前記基体に向かう屈曲面とを有し、
前記バックフィレットは、前記屈曲面に濡れ広がって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の接合構造体。
【請求項４】
前記平面における前記延出方向の長さに対し、前記平面における前記延出方向と直交する方向の長さが長いことを特徴とする請求項３に記載の接合構造体。
【請求項５】
前記金属部品は、前記突出片を複数有しており、
前記プリント配線板には、前記突出片に対応して前記開口部が複数形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の接合構造体。
【請求項６】
前記接続材は、はんだであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の接合構造体。
【請求項７】
前記突出片において前記接続材と接触する部分にニッケルメッキが施されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の接合構造体。
【請求項８】
前記開口部の面積をＳ１、前記突出片において前記接続材と接触する部分の面積をＳ２、前記金属パッドにおいて前記接続材と接触する部分の面積をＳ３としたとき、
Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３
の関係を満たすことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の接合構造体。
【請求項９】
前記電子部品が、固体撮像素子を有するパッケージであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の接合構造体。
【請求項１０】
前記パッケージは、前記固体撮像素子が固定されたパッケージ基板を有し、前記パッケージ基板において前記固体撮像素子が固定された側とは反対側に前記金属パッドが配置されていることを特徴とする請求項９に記載の接合構造体。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の接合構造体を有する電子機器。
【請求項１２】
プリント配線板に実装された電子部品の金属パッドと金属部品の突出片とが、前記プリント配線板の開口部を通じて金属の接続材で接続されて構成された接合構造体の製造方法であって、
前記金属パッドと前記突出片との間に前記接続材のペーストを付与するペースト付与工程と、
前記接続材のペーストを局所加熱により溶融させる局所加熱工程と、
溶融させた前記接続材を冷却して固化させる冷却工程と、を備え、
前記局所加熱工程では、前記接続材において前記突出片の基端側にバックフィレットが形成され、前記接続材の前記突出片に接触する部分の前記突出片の延出する延出方向の長さが、前記接続材の前記金属パッドに接触する部分の前記延出方向の長さ以上であり、かつ前記バックフィレットにおいて前記突出片および前記金属パッドそれぞれに対する濡れ角度が鋭角となるように、加熱温度および加熱時間を制御することを特徴とする接合構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品を金属部品に接続材で接続した構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器に搭載される電子部品は高性能化しており、特にＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子を含む電子部品は、高速かつ安定した動作を実現するために、大型化かつ重量化している。
【０００３】
そのため、電子部品は、電子機器の筐体に対する位置を確定させるために筐体に固定された金属部品または筐体を構成する金属部品に、はんだ等の接続材で接続されている。この電子部品と金属部品との接合技術およびその接合部の接合信頼性が問題となる。すなわち、電子機器がユーザにより携帯される場合、落下等の衝撃による接合部の接合信頼性を確保しなければならない。
【０００４】
ところで、従来、表面実装部品と基板との接合技術として、リード構造の接合部のはんだのバックフィレット形状に関する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２６３６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の技術は、リード端子と基板とのはんだ接合の信頼性を確保するためのものであり、この技術をそのまま電子部品の金属パッドと金属部品の突出片との接合構造に適用しても、十分な接合強度を得ることができなかった。即ち、固体撮像素子を含む電子部品が搭載された電子機器が落下した場合、落下時の衝撃によって、接続材の接合界面で剥離が生じることがあった。
【０００７】
そこで、本発明は、落下時の衝撃にも耐え得る構造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】
【０００８】
本発明の接合構造体は、プリント配線板と、前記プリント配線板に実装されており、前記プリント配線板に対向する面に配置された金属パッドを有する電子部品と、前記プリント配線板において前記電子部品が実装された実装面とは反対の裏面の側に配置された基体と、前記基体から前記裏面に沿う延出方向に延出し、かつ前記プリント配線板の側に突出して形成された突出片と、を有する金属部品と、を備え、前記プリント配線板には、前記電子部品の前記金属パッドに対向し、前記突出片が貫通する開口部が形成されており、前記金属パッドと前記突出片とが金属の接続材により接続され、前記接続材において前記突出片の基端側にバックフィレットが形成され、前記接続材の前記突出片に接触する部分の前記延出方向の長さが、前記接続材の前記金属パッドに接触する部分の前記延出方向の長さ以上であり、かつ前記バックフィレットにおいて前記突出片および前記金属パッドそれぞれに対する濡れ角度が鋭角となっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、金属部品の突出片と電子部品の金属パッドとを接続する接続材において、落下時の衝撃が加わったとしても接続材との界面に剥離が生じるのを抑制することができ、接合の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る電子機器の一例としてのカメラの概略構成を示す説明図である。
【図２】第１実施形態に係る接合構造体である撮像ユニットの分解斜視図である。
【図３】第１実施形態に係る接合構造体である撮像ユニットの平面図である。
【図４】（ａ）は、図３のＩＶＡ−ＩＶＡ線に沿う撮像ユニットの断面図である。（ｂ）は、（ａ）の接合部の拡大図である。
【図５】第１実施形態に係る接合構造体の製造方法を示すフローチャートである。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、接合構造体である撮像ユニットを落下させた際の応力の方向の説明図である。
【図７】（ａ）は比較例１のバックフィレットにおける最大引っ張り応力が生じる箇所を示す説明図である。（ｂ）は比較例２のバックフィレットにおける最大引っ張り応力が生じる箇所を示す説明図である。（ｃ）は実施例１のバックフィレットにおける最大引っ張り応力が生じる箇所を示す説明図である。
【図８】比較例１の最大引っ張り応力σｍａｘに対する実施例１および比較例１，２の最大引っ張り応力σｍａｘの相対値のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図９】第２実施形態に係る接合構造体である撮像ユニットの平面図である。
【図１０】（ａ）は、図９のＸＡ−ＸＡ線に沿う撮像ユニットの断面図である。（ｂ）は、図９のＸＢ−ＸＢ線に沿う撮像ユニットの断面図である。
【図１１】図１０（ａ）の接合部の拡大図である。
【図１２】実施例１の最大引っ張り応力σｍａｘに対する実施例２，３および比較例３の最大引っ張り応力σｍａｘの相対値のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１３】（ａ）および（ｂ）は、接合構造体である撮像ユニットを落下させた際の応力の方向の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る電子機器の一例としてのカメラの概略構成を示す説明図である。電子機器としてのカメラ（撮像装置）１００は、デジタルカメラであり、例えばデジタル一眼レフカメラである。カメラ１００は、カメラ本体２００と、カメラ本体２００に着脱可能な交換レンズ（レンズ鏡筒）３００と、を備えている。
【００１３】
カメラ本体２００は、筐体２０１と、筐体２０１の内部に配置された、ミラー２０２、シャッター２０３、撮像ユニット（接合構造体）２２０と、を備えている。交換レンズ３００は、複数のレンズからなる撮像光学系３０１を有している。
【００１４】
撮像ユニット２２０は、筐体２０１に固定された金属部品２３０と、金属部品２３０に固定された電子部品であるパッケージ（半導体パッケージ）２４０と、パッケージ２４０が実装されたプリント配線板２５０と、を有している。パッケージ２４０は、パッケージ基板２４１と、パッケージ基板２４１に固定（実装）された、半導体チップである固体撮像素子２４２と、を有している。
【００１５】
固体撮像素子２４２は、撮像光学系３０１によって結像された光像を光電変換するＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサ等のイメージセンサである。
【００１６】
金属部品２３０は、筐体２０１（撮像光学系３０１）に対して固体撮像素子２４２の位置を確定させるものである。また、金属部品２３０は、固体撮像素子２４２の放熱部材としても機能する。金属部品２３０は、例えばＳＵＳ４３０などステンレスやアルミニウム等の金属部品である。
【００１７】
なお、第１実施形態では、交換レンズ３００を備えるカメラ１００で電子機器が構成されるが、カメラ本体２００のみで電子機器が構成されていてもよく、またレンズと一体で電子機器（カメラ）が構成されていてもよい。
【００１８】
図２は、第１実施形態に係る接合構造体である撮像ユニットの分解斜視図である。図３は、第１実施形態に係る接合構造体である撮像ユニットの平面図である。図４（ａ）は、図３のＩＶＡ−ＩＶＡ線に沿う撮像ユニットの断面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）の接合部の拡大図である。
【００１９】
パッケージ基板２４１の一対の面２４３，２４４のうち一方の面２４３には、固体撮像素子２４２が固定（実装）されている。一方の面２４３とは反対側の面（裏面）２４４には、金属パッド２４５が配置（形成）されている。
【００２０】
プリント配線板２５０の一対の面２５１，２５２のうち一方の面２５１は、パッケージ２４０が実装されている実装面である。プリント配線板２５０の面２５１とパッケージ基板２４１の面（金属パッド２４５が形成された面）２４４とは互いに対向している。
【００２１】
金属部品２３０は、プリント配線板２５０においてパッケージ２４０が実装された面２５１とは反対の面（裏面）２５２の側に配置された基体２３１を有する。基体２３１は、枠形状（環状）に形成されている。また、金属部品２３０は、基体２３１から面２５２に沿う延出方向（Ｅ方向）に延出し、かつプリント配線板２５０に向かう側であるＺ方向に突出して形成された突出片２３２を有する。突出片２３２は、基体２３１の枠形状の内側に突出して形成されている。突出片２３２は、折り曲げ加工または鋳型加工等によりクランク状に折り曲げられた形状に形成される。
【００２２】
プリント配線板２５０には、突出片２３２に対応する位置に配置され、突出片２３２が貫通する貫通孔である開口部２６０が形成されている。そして、突出片２３２は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、開口部２６０を通じてパッケージ基板２４１の金属パッド２４５に金属の接続材であるはんだ２７０で接続されている。
【００２３】
即ち、固体撮像素子２４２の撮像面を遮蔽することがないよう、パッケージ２４０の裏面（パッケージ基板２４１の裏面２４４）を金属部品２３０に接続するため、裏面２４４に金属パッド２４５を配置し、プリント配線板２５０に開口部２６０を形成している。そして、金属部品２３０の突出片２３２を開口部２６０を通じて金属パッド２４５に接合している。これにより、固体撮像素子２４２は、金属部品２３０により筐体２０１（撮像光学系３０１）に対して位置決めされるとともに、動作により生じた熱が、金属部品２３０に放熱される。金属部品２３０に伝達した熱は、筐体２０１を介してまたは直接、外気に放熱される。
【００２４】
第１実施形態では、金属部品２３０は、突出片２３２を複数有する。また、プリント配線板２５０には、突出片２３２に対応する数だけ開口部２６０が複数形成されている。さらに、パッケージ基板２４１は、突出片２３２に対応する数だけ金属パッド２４５を複数有する。そして、金属部品２３０の各突出片２３２が、パッケージ基板２４１の各金属パッド２４５にはんだ２７０で接続されている。
【００２５】
はんだ２７０は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、突出片２３２のＥ方向の基端側（基端２３２Ｂ側、即ちバック側）に形成されたバックフィレット２７０Ｂを有している。なお、突出片２３２のＥ方向の先端側（先端２３２Ａ側、即ちフロント側）には、はんだのフロントフィレット（単に、フィレットともいう）は形成されていない。
【００２６】
突出片２３２において、はんだ２７０に接触する部分を接合部２３２Ｃとし、接合部２３２Ｃと基体２３１との間の部分を連結部２３２Ｄとする。接合部２３２ＣのＥ方向の長さをＬ１とする。接合強度を高めるために、少なくとも突出片２３２においてはんだ２７０と接触する部分である接合部２３２Ｃには、ニッケルメッキが施されている。接合部２３２ＣのＥ方向の長さＬ１は、はんだ２７０において突出片２３２と接触する部分のＥ方向の長さでもある。はんだ２７０において金属パッド２４５に接触する部分のＥ方向の長さ、つまり金属パッド２４５のＥ方向の長さをＬ２とする。また、バックフィレット２７０Ｂにおいて突出片２３２に対する濡れ角度をΘＢ１、バックフィレット２７０Ｂにおいて金属パッド２４５に対する濡れ角度をΘＢ２とする。第１実施形態では、長さＬ１は長さＬ２以上であり、かつ濡れ角度ΘＢ１，ΘＢ２はそれぞれ鋭角となっている。即ちＬ１−Ｌ２≧０、０＜ΘＢ１＜９０°、０＜ΘＢ２＜９０°である。
【００２７】
具体的に説明すると、突出片２３２は、金属パッド２４５に対向する平面２３２Ｐと、平面２３２Ｐから基体２３１に向かう屈曲面２３２Ｒとを有する。また、図３に示すように、平面２３２ＰにおけるＥ方向の長さをＬＡ、平面２３２ＰにおけるＥ方向と直交する方向の長さをＬＢとする。平面２３２ＰのＥ方向の長さＬＢは、長さＬ２よりも短い。そして、バックフィレット２７０Ｂは、金属パッド２４５および屈曲面２３２Ｒに対して鋭角に濡れ広がって形成されている。第１実施形態では、接合部２３２Ｃは、平面２３２Ｐ全部と、屈曲面２３２Ｒの一部とで構成されている。また、第１実施形態では、接合強度を高めるために、長さＬＡは長さＬＢよりも長い。
【００２８】
以下、バックフィレット２７０Ｂを形成する方法、すなわち接合構造体である撮像ユニット２２０の製造方法について説明する。図５は、第１実施形態に係る接合構造体の製造方法を示すフローチャートである。
【００２９】
まず、金属部品２３０の突出片２３２（接合部２３２Ｃ）または金属パッド２４５の一方または両方に、接続材のペーストであるはんだペーストを塗布する。ハンダペーストは、スクリーン印刷やディスペンサー等の方法で塗布する。そして、突出片２３２と金属パッド２４５とをはんだペーストを介して接触させる。即ち、金属パッド２４５と突出片２３２との間に接続材のペーストを付与する（Ｓ１：ペースト付与工程）。
【００３０】
次に、この状態で、突出片２３２またはその近傍、即ちはんだペーストを局所加熱して溶融させる（Ｓ２：局所加熱工程）。そして、溶融させたはんだを冷却して固化させる（Ｓ３：冷却工程）。以上の工程により、はんだ２７０による接合が完了する。
【００３１】
ステップＳ２では、全体を加熱するリフロー加熱ではなく、局所加熱としている。ステップＳ２の局所加熱は、ヒータ、通電のような部分的に接触加熱する手段でも、温風吹付けや高周波誘導加熱、レーザー加熱などの非接触で加熱する手段でも構わない。局所加熱は、全体加熱と比べ、加熱温度および加熱時間の制御が容易である。局所加熱の中でも高周波誘導加熱は、他の加熱方法と比べ、加熱温度および加熱時間の制御が容易である。したがって、高周波誘導加熱による局所加熱がより好ましい。
【００３２】
このステップＳ２では、バックフィレット２７０Ｂが形成されるよう加熱温度および加熱時間を制御する。即ち、局所加熱により、接続材であるはんだ２７０の融点以上の加熱温度を付与する加熱時間を調整することで、バックフィレット２７０Ｂの形状を制御する。
【００３３】
（実施例１）
実施例１として接合構造体である撮像ユニット２２０の落下時に接合部２３２Ｃに掛かる応力の低減効果等を検証するために構造解析を行った。シミュレータは、ダッソー・システムズ社のＡＢＡＱＵＳを使用した。固体撮像素子２４２のサイズ（面積）は、３０．６［ｍｍ］×４１．８［ｍｍ］とし、パッケージ基板２４１のサイズ（面積）は、４０［ｍｍ］×５０．３［ｍｍ］とした。パッケージ基板２４１の内部配線として厚さ１０［μｍ］のタングステンのプレーンを５層配置した。パッケージ基板２４１の裏面２４４に設けた金属パッド２４５のサイズ（面積）Ｓ３は、８．６［ｍｍ］×２．６［ｍｍ］（＝２２．３６［ｍｍ２］）とした。即ち、長さＬ２＝２．６［ｍｍ］とした。
【００３４】
プリント配線板２５０は、４９．５［ｍｍ］×７５［ｍｍ］として、内部配線として２０［μｍ］厚の銅箔を６層配置した。プリント配線板２５０の３つの開口部２６０のうち、１つのサイズ（面積）Ｓ１は１０［ｍｍ］×１０．４５［ｍｍ］（＝１０４．５［ｍｍ２］）、２つのサイズ（面積）Ｓ１は９．８［ｍｍ］×６．６５［ｍｍ］（＝６５．１７［ｍｍ２］）とした。
【００３５】
金属部品２３０の厚みは１．６［ｍｍ］とした。３つの突出片２３２のうち、１つの突出片２３２の屈曲面２３２Ｒを含む接合部２３２Ｃのサイズ（面積）Ｓ２は、８．６［ｍｍ］×２．８［ｍｍ］（＝２４．０８［ｍｍ２］）とした。残りの２つの突出片２３２の屈曲面２３２Ｒを含む接合部２３２Ｃのサイズ（面積）Ｓ２は、６．６［ｍｍ］×２．８［ｍｍ］（＝１８．４８［ｍｍ２］）とした。突出片２３２のうち連結部２３２Ｄのサイズ（面積）は、１つは８．６［ｍｍ］×１０．０［ｍｍ］、残りの２つは６．６［ｍｍ］×１０．０［ｍｍ］とした。
【００３６】
金属部品２３０の材質はステンレスＳＵＳ４３０であり、表面全体に膜厚７〜１０［μｍ］のニッケル（Ｎｉ）メッキを施した。金属パッド２４５は、タングステン（Ｗ）／ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）メッキを施した。金属パッド２４５の膜厚は４［μｍ］とした。接続材であるはんだ２７０はＳｎ−Ａｇ−Ｃｕのはんだを用いた。
【００３７】
撮像ユニット２２０の落下試験後に撮像ユニット２２０を分解・切断してはんだ２７０の形状を数箇所ずつ測定したところ、幅は金属パッド２４５と同じ８．６［ｍｍ］、はんだ２７０の突出片２３２側の長さＬ１は２．８［ｍｍ］であった。
【００３８】
バックフィレット２７０Ｂの突出片２３２側の濡れ角度ΘＢ１は、５０°以上９０°未満であった。バックフィレット２７０Ｂの金属パッド２４５側の濡れ角度ΘＢ２は、６０°以上９０°未満であった。バックフィレット２７０Ｂの高さＨＢはほぼ０．５［ｍｍ］であった。
【００３９】
（比較例１）
比較例１として、実施例１と異なる形状のバックフィレット２７０Ｂを形成した。比較例１では、はんだ２７０の突出片側の長さＬ１が２．４［ｍｍ］であった。また、バックフィレット２７０Ｂの突出片側の濡れ角度ΘＢ１は１５０°、金属パッド側の濡れ角度ΘＢ２は３０°であった。その他の条件は実施例１と同一であるため省略する。
【００４０】
（比較例２）
比較例２として、実施例１と異なる形状のバックフィレット２７０Ｂを形成した。比較例２では、はんだ２７０の突出片側の長さＬ１が２．５［ｍｍ］であった。また、バックフィレット２７０Ｂの突出片側の濡れ角度ΘＢ１は９０°、金属パッド側の濡れ角度ΘＢ２は９０°であった。その他の条件は実施例１と同一であるため省略する。
【００４１】
図６（ａ）および図６（ｂ）は、接合構造体である撮像ユニットを落下させた際の応力の方向の説明図である。電子機器であるカメラ１００（カメラ本体２００）、つまり撮像ユニット２２０が落下し、落下過重Ｆ１が生じた場合、金属部品２３０がねじれて発生する力Ｆ２により、バックフィレット２７０Ｂに引っ張り応力σが発生する。最大引っ張り応力をσｍａｘとする。最大引っ張り応力σｍａｘが接合界面にあり、かつ接合力よりも大きい場合、はんだと、金属部品または金属パッドとの接合界面で剥離が起こりやすい。
【００４２】
図７（ａ）は、比較例１のバックフィレットにおける最大引っ張り応力が生じる箇所を示す説明図である。図７（ｂ）は、比較例２のバックフィレットにおける最大引っ張り応力が生じる箇所を示す説明図である。図７（ｃ）は、実施例１のバックフィレットにおける最大引っ張り応力が生じる箇所を示す説明図である。
【００４３】
図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように、バックフィレットの濡れ角度に応じて最大引っ張り応力σｍａｘが生じる箇所が異なる。即ち、比較例１では、最大引っ張り応力σｍａｘが生じる箇所は、バックフィレット２７０Ｂの金属パッド２４５との接合界面にある。比較例２では、最大引っ張り応力σｍａｘが生じる箇所は、バックフィレット２７０Ｂの突出片２３２との接合界面にある。それに対し実施例１では、最大引っ張り応力σｍａｘが生じる箇所は、はんだ２７０内にある。
【００４４】
図８は、比較例１の最大引っ張り応力σｍａｘに対する実施例１および比較例１，２の最大引っ張り応力σｍａｘの相対値のシミュレーション結果を示すグラフである。シミュレーションでは、実施例１における最大引っ張り応力σｍａｘは、比較例１，２に比べ減少している。
【００４５】
表１に７０［ｃｍ］の高さから撮像ユニット２２０を自然落下させた落下試験の結果を示す。落下させたサンプル数と、破損したサンプル数とを表１に示した。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
撮像ユニット２２０を落下させた後、撮像ユニット２２０を分解・切断して破損箇所を確認した。実施例１では破損サンプルは無かった。比較例１は３つのサンプルで金属パッド２４５側のバックフィレット接合界面で剥離、比較例２は１つのサンプルで金属部品側のバックフィレット接合界面で剥離していた。
【００４８】
即ち、はんだ２７０が、比較例１，２のＬ１−Ｌ２＜０，ΘＢ１≧９０°，ΘＢ２≧９０°の場合、最大引っぱり応力σｍａｘが金属パッド２４５との界面、もしくは金属部品２３０との界面に発生するため、界面剥離した。
【００４９】
これに対し、はんだ２７０が、実施例１のＬ１−Ｌ２≧０，０°＜ΘＢ１＜９０°，０°＜ΘＢ２＜９０°の場合、最大引っぱり応力σｍａｘがはんだ２７０に発生し、界面剥離はなかった。
【００５０】
シミュレーション結果と落下試験の結果はよく一致しており、バックフィレット２７０Ｂの形状を制御することで接合の信頼性が向上することが確認された。
【００５１】
即ちはんだ２７０をＬ１−Ｌ２≧０，０°＜ΘＢ１＜９０°，０°＜ΘＢ２＜９０°を満たすように形成することで、最大引っ張り応力σｍａｘが低減し、更に最大引っ張り応力σｍａｘの発生箇所が接合界面でなく、はんだ２７０に生じさせることができる。このように、最大引っ張り応力σｍａｘを低減すると同時に、最大引っ張り応力σｍａｘの発生箇所を接合界面でなくはんだ２７０にするため、界面剥離を低減することができ、接合の信頼性を向上させることができる。
【００５２】
なお、金属パッド２４５を大きくしすぎると、接合の際にはんだ２７０が金属パッド２４５に広がり、プリント配線板２５０に接触し、電気的にショートする。ショートを防止するためにプリント配線板２５０の開口部２６０を大きくすると、プリント配線板２５０に電子部品を搭載する領域が少なくなり、高密度化に問題が生じる。また、金属パッド２４５を小さくしすぎると、開口部２６０を小さくすることができ、実装面積を増大させることはできるが、接合の信頼性が低下する。これらを考慮して、開口部２６０の面積Ｓ１、接合部２３２Ｃの面積Ｓ２、金属パッド２４５の面積Ｓ３を設定する必要がある。その際、Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３の関係を満たすことが好ましい。
【００５３】
接続材の材料としては、設計時に最大引っ張り応力σｍａｘよりも引っ張り破断応力の大きい材料を選択するのが好ましい。また、接続材の材料は、部品等の耐熱温度とプロセス時の温度によって適宜選択するのが好ましい。接続材の材料としては、はんだが好ましい。
【００５４】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る接合構造体について説明する。図９は、第２実施形態に係る接合構造体である撮像ユニットの平面図である。図１０（ａ）は、図９のＸＡ−ＸＡ線に沿う撮像ユニットの断面図である。図１０（ｂ）は、図９のＸＢ−ＸＢ線に沿う撮像ユニットの断面図である。図１１は、図１０（ａ）の接合部の拡大図である。
【００５５】
第２実施形態における電子機器であるカメラ（カメラ本体）は、第１実施形態の撮像ユニット２２０の代わりに、接合構造体である撮像ユニット４２０を備えている。第２実施形態の撮像ユニット４２０では、接続材であるはんだ４７０の形状が、第１実施形態のはんだ２７０と異なる。第２実施形態の撮像ユニット４２０においてはんだ４７０以外の構成は、第１実施形態の撮像ユニット２２０と同様であり、同一符号を付して説明を省略する。
【００５６】
第２実施形態の接続材としてのはんだ４７０は、突出片２３２のＥ方向の先端側、即ちフロント側に形成されたフロントフィレット（フィレット）４７０Ｆと、突出片２３２のＥ方向の基端側、即ちバック側に形成されたバックフィレット４７０Ｂとを有する。
【００５７】
突出片２３２において、はんだ４７０に接触する部分を接合部２３２Ｃとし、接合部２３２Ｃと基体２３１との間の部分を連結部２３２Ｄとする。接合部２３２ＣのＥ方向の長さをＬ１とする。接合強度を高めるために、少なくとも突出片２３２においてはんだ４７０と接触する部分である接合部２３２Ｃには、ニッケルメッキが施されている。接合部２３２ＣのＥ方向の長さＬ１は、はんだ４７０において突出片２３２と接触する部分のＥ方向の長さでもある。はんだ４７０において金属パッド２４５に接触する部分のＥ方向の長さ、つまり金属パッド２４５のＥ方向の長さをＬ２とする。また、バックフィレット４７０Ｂにおいて突出片２３２に対する濡れ角度をΘＢ１、バックフィレット４７０Ｂにおいて金属パッド２４５に対する濡れ角度をΘＢ２とする。第２実施形態においても、長さＬ１は長さＬ２以上であり、かつ濡れ角度ΘＢ１，ΘＢ２はそれぞれ鋭角となっている。即ちＬ１−Ｌ２≧０、０＜ΘＢ１＜９０°、０＜ΘＢ２＜９０°である。０＜ΘＢ１≦４５°を満たすとより好ましい。
【００５８】
具体的に説明すると、突出片２３２は、金属パッド２４５に対向する平面２３２Ｐと、平面２３２Ｐから基体２３１に向かう屈曲面２３２Ｒとを有する。そして、バックフィレット４７０Ｂは、金属パッド２４５および屈曲面２３２Ｒに鋭角に濡れ広がって形成されている。第２実施形態では、接合部２３２Ｃは、先端（面）２３２Ａの一部または全部と、平面２３２Ｐ全部と、屈曲面２３２Ｒの一部とで構成されている。
【００５９】
接合構造体である撮像ユニット４２０の製造方法は、第１実施形態の撮像ユニット２２０の製造方法と同様であるため、説明を省略する。
【００６０】
（実施例２）
実施例２として接合構造体である撮像ユニット２２０の落下時に接合部２３２Ｃに掛かる応力の低減効果等を検証するために構造解析を行った。シミュレータは、ダッソー・システムズ社のＡＢＡＱＵＳを使用した。固体撮像素子２４２のサイズ（面積）は、３０．６［ｍｍ］×４１．８［ｍｍ］とし、パッケージ基板２４１のサイズ（面積）は、４０［ｍｍ］×５０．３［ｍｍ］とした。パッケージ基板２４１の内部配線として厚さ１０［μｍ］のタングステンのプレーンを５層配置した。パッケージ基板２４１の裏面２４４に設けた金属パッド２４５のサイズ（面積）Ｓ３は、７．０［ｍｍ］×４．０［ｍｍ］（＝２８．０［ｍｍ２］）とした。即ち、長さＬ２＝４．０［ｍｍ］とした。
【００６１】
プリント配線板２５０は、４９．５［ｍｍ］×７５［ｍｍ］として、内部配線として２０［μｍ］厚の銅箔を６層配置した。プリント配線板２５０の３つの開口部２６０のうち、１つのサイズ（面積）Ｓ１は１０［ｍｍ］×１０．４５［ｍｍ］（＝１０４．５［ｍｍ２］）、２つのサイズ（面積）Ｓ１は９．８［ｍｍ］×６．６５［ｍｍ］（＝６５．１７［ｍｍ２］）とした。
【００６２】
金属部品２３０の厚みは１．６［ｍｍ］とした。３つの突出片２３２のうち、１つの突出片２３２の屈曲面２３２Ｒを含む接合部２３２Ｃのサイズ（面積）Ｓ２は、８．６［ｍｍ］×２．８［ｍｍ］（＝２４．０８［ｍｍ２］）とした。残りの２つの突出片２３２の屈曲面２３２Ｒを含む接合部２３２Ｃのサイズ（面積）Ｓ２は、６．６［ｍｍ］×２．８［ｍｍ］（＝１８．４８［ｍｍ２］）とした。突出片２３２のうち連結部２３２Ｄのサイズ（面積）は、１つは８．６［ｍｍ］×１０．０［ｍｍ］、残りの２つは６．６［ｍｍ］×１０．０［ｍｍ］とした。
【００６３】
金属部品２３０の材質はアルミニウムであり、表面全体に膜厚７〜１０［μｍ］のニッケル（Ｎｉ）メッキを施した。金属パッド２４５は、タングステン（Ｗ）／ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）メッキを施した。金属パッド２４５の膜厚は４［μｍ］とした。接続材であるはんだ２７０はＳｎ−Ａｇ−Ｃｕのはんだを用いた。
【００６４】
撮像ユニット４２０の落下試験後に撮像ユニット４２０を分解・切断してはんだ２７０の形状を数箇所ずつ測定したところ、幅は金属パッド２４５と同じ７［ｍｍ］、はんだ２７０の突出片２３２側の長さＬ１は４．０〜４．３［ｍｍ］（≧Ｌ２）であった。
【００６５】
バックフィレット４７０Ｂの突出片２３２側の濡れ角度ΘＢ１は、３０°以上４５°以下であった。バックフィレット４７０Ｂの金属パッド２４５側の濡れ角度ΘＢ２は、６０°であった。バックフィレット４７０Ｂの高さＨＢは０．６［ｍｍ］であった。フロントフィレット４７０Ｆの高さＨＦは０．８［ｍｍ］（≧ＨＢ）であった。
【００６６】
（実施例３）
実施例２よりも接続材であるはんだ４７０のはんだ量を２０％増やした。フロントフィレット４７０Ｆの高さＨＦは１．６［ｍｍ］（≧ＨＢ）であった。その他の条件は実施例２と同一であるため省略する。
【００６７】
（比較例３）
第２実施形態における比較例３として、接続材であるはんだの長さＬ１は５［ｍｍ］、バックフィレットの高さＨＢは１［ｍｍ］とした。濡れ角度ΘＢ１は３０°、濡れ角度ΘＢ２は１２０°とした。その他の条件は実施例２と同一であるため省略する。
【００６８】
図１２は、実施例１の最大引っ張り応力σｍａｘに対する実施例２，３および比較例３の最大引っ張り応力σｍａｘの相対値のシミュレーション結果を示すグラフである。
【００６９】
シミュレーションでは比較例３における最大引っ張り応力σｍａｘは、実施例１〜３よりも大きい。また、実施例２，３における最大引っ張り応力σｍａｘは、実施例１よりも減少している。また、最大応力（引っ張り）箇所は、比較例３ではバックフィレット側の金属パッドとはんだとの接合界面にあった。最大応力（引っ張り）箇所は、実施例１，２，３では、はんだ内にあった。
【００７０】
表２に７０［ｃｍ］の高さから撮像ユニット４２０を自然落下させた落下試験の結果を示す。
【００７１】
【表２】
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【００７２】
落下させたサンプル数と、破損したサンプル数とを表２に示した。撮像ユニット２２０，４２０を落下させた後、撮像ユニット２２０，４２０を分解・切断して破損箇所を確認した。
【００７３】
実施例１，２，３では破損サンプルは無かった。比較例３は５つ中４つのサンプルでバックフィレットの金属パッド側の接合界面で剥離した。シミュレーション結果と落下試験の結果はよく一致しており、フィレットの形状を制御することで接合信頼性が向上した。
【００７４】
図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、接合構造体である撮像ユニットを落下させた際の応力の方向の説明図である。電子機器であるカメラ（カメラ本体）、つまり撮像ユニット４２０が落下し、落下過重Ｆ１が生じた場合、金属部品２３０がねじれて発生する力Ｆ２に対し、フィレット４７０Ｆにより反対方向に抑える力Ｆ３が生じる。これにより、ねじれが減少するため、接合部付近に発生する最大引っ張り応力σｍａｘを低減できる。
【００７５】
さらには、はんだ４７０のフロントフィレット４７０Ｆの高さＨＦとバックフィレット４７０Ｂの高さＨＢが、ＨＦ≧ＨＢの関係を満たすとき、即ち高さＨＦが高さＨＢ以上であるとき、はんだ４７０に発生する最大引っ張り応力σｍａｘを更に低減できる。
【００７６】
最大引っ張り応力σｍａｘの発生箇所が接合界面でなく、はんだ４７０に生じさせることができるので、界面剥離を減少させることができ、接合の信頼性を向上させることができる。
【００７７】
接続材の材料としては、設計時に最大引っ張り応力σｍａｘよりも引っ張り破断応力の大きい材料を選択するのが好ましい。また、接続材の材料は、部品等の耐熱温度とプロセス時の温度によって適宜選択するのが好ましい。接続材の材料としては、はんだが好ましい。
【００７８】
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されない。
【００７９】
上述の実施形態では、電子部品が、固体撮像素子を有する半導体パッケージである場合について説明したが、固体撮像素子以外の半導体チップを有する半導体パッケージであってもよい。
【００８０】
また、上述の実施形態では、金属部品が筐体に固定される場合について説明したが、金属部品が筐体であってもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１００…カメラ（電子機器）、２２０…撮像ユニット（接合構造体）、２３０…金属部品、２３２…突出片、２４０…パッケージ（電子部品）、２４５…金属パッド、２５０…プリント配線板、２６０…開口部、２７０…はんだ（接続材）、２７０Ｂ…バックフィレット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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