特許 7614029 取付構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-06

(45)【発行日】2025-01-15

(54)【発明の名称】取付構造

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/02 20060101AFI20250107BHJP

【ＦＩ】

H01L23/02 C

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021099637

(22)【出願日】2021-06-15

(65)【公開番号】P2022191029

(43)【公開日】2022-12-27

【審査請求日】2023-12-07

(73)【特許権者】

【識別番号】391008559

【氏名又は名称】株式会社トランストロン

(74)【代理人】

【識別番号】100170070

【弁理士】

【氏名又は名称】坂田 ゆかり

(72)【発明者】

【氏名】松沼 繁男

(72)【発明者】

【氏名】山下 雅彦

(72)【発明者】

【氏名】小林 秀雄

(72)【発明者】

【氏名】加納 清秀

(72)【発明者】

【氏名】大塚 陽水

(72)【発明者】

【氏名】橋本 浩平

【審査官】ゆずりは 広行

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０３４５００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－０２７５５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１４５９６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１４７０５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０１８８７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２４５５６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板に設けられたパッドにクリームはんだを印刷し、リフローはんだ付けにより電子部品及び当該電子部品を覆う金属製のキャップを前記基板に取り付ける取付構造であって、
前記基板には、環状の壁と、前記壁の内側に前記壁に沿って設けられた環状の溝と、
が設けられており、
前記溝の底面には、前記パッドに含まれる水平パッドが設けられており、
前記キャップの端面は、前記溝に充填された前記クリームはんだに載置され、
前記キャップと前記壁との間には前記クリームはんだが充填されている
ことを特徴とする取付構造。

【請求項2】

前記壁と略直交する平面で切断したときに、前記キャップの周縁と前記壁との距離は、前記キャップの周縁と前記溝の内周側の端との距離の２倍以上である
ことを特徴とする請求項１に記載の取付構造。

【請求項3】

前記壁の内周面には、前記パッドに含まれる垂直パッドが設けられており、
前記垂直パッドに前記クリームはんだが塗布されることで、前記キャップと前記壁との間に前記クリームはんだが充填される
ことを特徴とする請求項１又は２記載の取付構造。

【請求項4】

前記垂直パッドの前記基板からもっとも離れた位置と前記基板との距離は、前記電子部品の前記基板からもっとも離れた位置と前記基板との距離以上である
ことを特徴とする請求項３に記載の取付構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、取付構造に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、リードフレームの少なくとも一部をモード樹脂体に埋設してなるパッケージ本体と、パッケージ本体に搭載される半導体チップの上方を覆った状態としてパッケージ本体の周縁部に固定される導電性材料からなる蓋体とを備え、パッケージ本体の周縁部には、リードフレームのステージ部の一部が露出する導電部と、モールド樹脂体の一部からなる樹脂部とが配置されるとともに、蓋体には、導電部に電気的接続状態に接触される接続部が設けられた半導体装置用パッケージが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００９－３０２３１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１には、フランジ状に形成されたつば部である接続部と導電部とが導電性接着剤により隙間なく固着されることが開示されている。しかしながら、特許文献１に記載の発明のように、導電部と蓋体との間に導電性接着剤が設けられているだけでは、リフローはんだ付けを行う際の温度変化により、導電性接着剤に孔が開き、パッケージの気密性が保たれなくなるおそれがある。

【0005】

そして、気密性が保たれていなければ、大気中の水分がパッケージの内部に浸入して半導体チップの酸化や腐食が発生したり、内圧の変化により半導体チップの性能が低下したりするおそれがある。

【0006】

また、特許文献１には、凹部内に導電性接着剤を介して蓋体のつば部が固着されている形態も開示されている。しかしながら、特許文献１に記載の発明では、つば部を設けることでパッケージが大型化してしまう。

【0007】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、大型化することなく気密性を保つことができる取付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】

上記課題を解決するために、本発明に係る取付構造は、例えば、基板に設けられたパッドにクリームはんだを印刷し、リフローはんだ付けにより電子部品及び当該電子部品を覆う金属製のキャップを前記基板に取り付ける取付構造であって、前記基板には、環状の壁と、前記壁の内側に前記壁に沿って設けられた環状の凹部と、が設けられており、前記溝の底面には、前記パッドに含まれる水平パッドが設けられており、前記キャップの端面は、前記溝に充填された前記クリームはんだに載置され、前記キャップと前記壁との間には前記クリームはんだが充填されていることを特徴とする。

【0009】

本発明に係る取付構造によれば、溝に充填されたクリームはんだにキャップの端面が載置され、キャップと壁との間にクリームはんだが充填されているため、リフローはんだ付けの過程でキャップ内の空気が排出されず、キャップ内部の気密性を保つことができる。また、キャップの端面がクリームはんだに載置されるため、装置が大型化しない。

【0010】

前記壁と略直交する平面で切断したときに、前記キャップの周縁と前記壁との距離は、前記キャップの周縁と前記溝の前記壁から遠い側の端との距離の２倍以上であってもよい。これにより、リフロー炉の内部の温度上昇によるキャップ内外の圧力差を確実に打ち消し、キャップ内部の気密性を保つことができる。

【0011】

前記壁の内周面には、前記パッドに含まれる垂直パッドが設けられており、前記垂直パッドに前記クリームはんだが塗布されることで、前記キャップと前記壁との間に前記クリームはんだが充填されてもよい。これにより、クリームはんだが壁とキャップとの間に保たれる。

【0012】

前記垂直パッドの前記基板からもっとも離れた位置と前記基板との距離は、前記電子部品の前記基板からもっとも離れた位置と前記基板との距離以上であってもよい。したがって、リフロー炉を通しても、キャップと壁との間に充填されたクリームはんだがなくならない。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、大型化することなく気密性を保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】取付構造１が用いられる基板組立体２の概略を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は断面図である。

【図2】取付構造１の詳細を示す図である。

【図3】基板組立体２がリフロー炉に入っている状態における基板組立体２の様子を模式的に示す図である。

【図4】従来の取付構造を有する基板組立体１００、１０１の概略を示す図であり、（Ａ）は基板組立体１００を示し、（Ｂ）は基板組立体１０１を示す。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明に係る取付構造の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。以下、本発明に係る取付構造について、基板に設けられたパッドにクリームはんだを印刷し、リフローはんだ付けにより電子部品及び当該電子部品を覆う金属製のキャップを基板に取り付ける取付構造を例に説明する。なお、電子部品は、センサ、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）等の半導体素子を含むが、本実施の形態ではセンサを例に説明する。

【0016】

図１は、取付構造１が用いられる基板組立体２の概略を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は断面図である。基板組立体２は、主として、キャップ１１と、センサ１２と、基板２１と、壁２３とを備える。

【0017】

基板２１は、例えば、樹脂やガラス製のプリント基板である。なお、基板２１の大きさや形状は図１に示す形態に限られない。基板２１の表面には図示しないパッドが設けられており、図示しないはんだを介してパッドにセンサ１２が設けられている。キャップ１１は、金属製であり、一端が覆われた筒状である。

【0018】

キャップ１１及びセンサ１２は、リフローはんだ付けにより基板２１に設けられている。基板２１は外部回路と接続するための端子を有し、端子を介してセンサ１２が外部回路と接続される。基板２１に設けられた状態では、キャップ１１がセンサ１２を覆い、センサ１２が保護される。

【0019】

なお、図１では、キャップ１１は一端が覆われた角筒状であるが、キャップ１１の形状はこれに限られない。例えば、キャップ１１は一端が覆われた円筒状であってもよい。

【0020】

基板２１には、環状の壁２３が設けられている。壁２３は、基板２１に対して略垂直に設けられている。キャップ１１は、壁２３の内側に設けられている。

【0021】

また、基板２１には、環状の溝２２が設けられている。溝２２は、壁２３の内側に、壁２３に沿って設けられている。キャップ１１と壁２３との間には、クリームはんだ３０が充填されている。

【0022】

なお、本実施の形態では、図１（Ａ）に示すように、平面視（上方から見た状態）において壁２３及び溝２２は中空の矩形状であるが、壁２３及び溝２２の形態はこれに限られない。例えば、平面視において、壁２３及び溝２２は中空の円形状であってもよい。

【0023】

図２は、取付構造１の詳細を示す図である。溝２２の底面には、水平パッド２５が設けられており、壁２３の内周面には、垂直パッド２６が設けられている。水平パッド２５及び垂直パッド２６は、基板２１に設けられたパッドに含まれる。

【0024】

水平パッド２５にクリームはんだ３０が塗布されることにより、溝２２にクリームはんだ３０が充填されている。キャップ１１の端面は、溝２２に充填されたクリームはんだ３０に載置されている。

【0025】

垂直パッド２６にクリームはんだ３０が塗布されることにより、キャップ１１と壁２３との間にクリームはんだ３０が充填されている。垂直パッド２６の基板２１からもっとも離れた位置と基板２１との距離ｈ２は、センサ１２の基板２１からもっとも離れた位置と基板２１との距離ｈ１（図１参照）以上である。そのため、キャップ１１と壁２３との間に充填されたクリームはんだ３０の高さは、センサ１２の高さより高くなり、リフロー炉を通してもキャップ１１と壁２３との間に充填されたクリームはんだ３０がなくなることはない。

【0026】

水平パッド２５及び垂直パッド２６を設けることで、基板２１や壁２３に対するはんだの濡れ性が向上する。ただし、垂直パッド２６は必須ではない。

【0027】

壁２３と略直交する平面で切断したときに、キャップ１１の周縁と壁２３との距離ｇ２は、キャップ１１の周縁と溝２２の端２２ａとの距離ｇ１よりの２倍以上である。なお、端２２ａは、溝２２の内周側の端である。

【0028】

以下、距離ｇ１、ｇ２について図３を用いて説明する。図３は、基板組立体２がリフロー炉に入っている状態における基板組立体２の様子を模式的に示す図である。距離ｇ１、ｇ２は、リフローはんだ付けによるキャップ１１内部の圧力変化に基づいて求められる。

【0029】

圧力、体積、温度の関係を規定する状態方程式は、以下の数式（１）により定義される。
ＰＶ＝ｎＲＴ・・・（１）
ここで、Ｐは圧力であり、Ｖは体積であり、ｎは物質量であり、Ｒは気体定数であり、Ｔは温度である。

【0030】

数式（１）に示す状態方程式は、常温（基板組立体２がリフロー炉に入っていない状態）では、以下の数式（２）のように示される。
ＰＶ＝ｎＲ（２５＋２７３．１５）＝２９８．１５ｎＲ・・・（２）
なお、Ｐは大気圧と略同一である。

【0031】

リフロー炉の最高温度が２８０℃であるため、高温状態（２８０℃）において、数式（１）に示す状態方程式は以下の数式（３）のように示される。
Ｐ’Ｖ’＝ｎＲ（２８０＋２７３．１５）＝５５３．１５ｎＲ・・・（３）
なお、Ｐ’は、図３に示すように、高温状態におけるキャップ１１内部の圧力である。

【0032】

数式（３）においてＶ’＝ＶのときにＰ’は最大となるため、数式（２）を用いて数式（３）からＶを消去することで、Ｐ’は以下の数式（４）のように求められる。
Ｐ’＝（５５３．１５／２９８．１５）Ｐ＝１．８６Ｐ・・・（４）

【0033】

つまり、リフロー炉の内部においては、キャップ１１内部の圧力がキャップ１１外部の圧力の約２倍となる。したがって、距離ｇ２を距離ｇ１の２倍以上とすれば、キャップ１１の内外の圧力差を確実に打ち消すことができる。ただし、距離ｇ２を距離ｇ１の２倍以上とすることは必須ではない。

【0034】

リフロー炉で加熱することにより、クリームはんだ３０に含まれる粒状のはんだが接合され、クリームはんだ３０に含まれるフラックスが熱で気化することにより、キャップ１１及びセンサ１２が基板２１にはんだ付けされる。キャップ１１の端面周辺がクリームはんだ３０で覆われているため、リフローはんだ付けの過程でキャップ１１内の空気が排出されない。

【0035】

本実施の形態によれば、溝２２に充填されたクリームはんだ３０にキャップ１１の端面が載置され、キャップ１１と壁２３との間にクリームはんだ３０が充填されているため、リフローはんだ付けの過程でキャップ１１内の空気が排出されず、キャップ１１内部の気密性を保つことができる。

【0036】

図４（Ａ）、（Ｂ）は、従来の取付構造を有する基板組立体１００、１０１の概略を示す図である。従来は、基板組立体１００のようにキャップ１１の周縁にクリームはんだ３０を塗布したり、基板組立体１０１のようにキャップ１１と基板２１との間にクリームはんだ３０を塗布したりした後に、リフローはんだ付けによりキャップ１１を基板２１に取り付けていた。この場合には、リフローはんだ付けを行う際の温度変化によりキャップ１１内部の圧力が高くなり、これによりキャップ１１内部の気体がクリームはんだ３０を通ってキャップ１１の外部に抜けるおそれがある。その結果、リフローはんだ付け後にはんだに孔３１が開き、キャップ１１内部の気密性が保たれなくなる。

【0037】

それに対し、本実施の形態は、リフローはんだ付けの過程でキャップ１１内の空気が排出されないため、はんだに孔が形成されず、キャップ１１内部の気密性を保つことができる。その結果、キャップ１１内部に設けられたセンサ１２の性能を安定させることができる。

【0038】

また、図４に示す従来例では、リフロー炉における加熱でキャップ１１の内部の圧力が上昇して金属キャップが持ち上がり、キャップ１１周辺のクリームはんだ３０が溶融することで、キャップ１１が脱落するおそれがある。

【0039】

それに対し、本実施の形態は、キャップ１１の下側及び外側にクリームはんだ３０が充填されているため、リフロー炉における加熱でキャップ１１の内部の圧力が上昇して金属キャップが持ち上がってもキャップ１１が脱落しない。

【0040】

また、本実施の形態によれば、キャップ１１の端面がクリームはんだ３０に載置されるため、装置が大型化しない。

【0041】

また、本実施の形態によれば、距離ｇ２を距離ｇ１の２倍以上とすることで、リフロー炉の内部の温度上昇によるキャップ１１の内外の圧力差を確実に打ち消し、キャップ１１内部の気密性を保つことができる。

【0042】

また、本実施の形態によれば、壁２３の内周面に垂直パッド２６を設けることで、垂直パッド２６におけるはんだの濡れによる張力により、クリームはんだ３０を壁２３とキャップ１１との間に保つことができる。また、キャップ１１の内部の圧力が上昇して金属キャップが持ち上がっても、キャップ１１の外側のクリームはんだ３０がなくならず、高温下においても常温下における距離ｇ１と距離ｇ２との比を保つことができる。したがって、リフローはんだ付けの過程でキャップ１１内の空気が排出されず、キャップ１１内部の気密性を保つことができる。

【0043】

なお、本実施の形態では、キャップ１１の形状は一端が覆われた筒状であるが、キャップがセンサ１２を覆い、キャップの端面が溝２２に充填されたクリームはんだ３０に載置されればよく、キャップ１１の形状はこれに限られない。例えば、キャップが椀状であってもよいし、一端が覆われた錐台状であってもよい。

【0044】

また、本実施の形態では、壁２３の内周面が基板２１に対して略垂直であるが、例えば壁がテーパを有する場合には壁の内周面が基板２１に対して略垂直でなくてもよい。

【0045】

以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

【符号の説明】

【0046】

１ ：取付構造
２ ：基板組立体
１１ ：キャップ
１２ ：センサ
２１ ：基板
２２ ：溝
２２ａ ：端
２３ ：壁
２５ ：水平パッド
２６ ：垂直パッド
３０ ：クリームはんだ
３１ ：孔
１００、１０１：基板組立体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】