プリント回路板、電子部品の実装方法および電子機器
【課題】半導体パッケージのはんだ接合部における接続信頼性の向上を図ったプリント回路板を提供する。
【解決手段】補強部16の形成時において、補強材料の一部が、サブストレート15bのコーナー部に設けられた、はんだボール14内に侵入し、このはんだボール14を変形させる。
【解決手段】補強部16の形成時において、補強材料の一部が、サブストレート15bのコーナー部に設けられた、はんだボール14内に侵入し、このはんだボール14を変形させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体パッケージを実装したプリント回路板に関する。
【背景技術】
【0002】
パーソナルコンピュータ等の電子機器においては、CPUや、その周辺回路を構成する、数十ミリ角程度の大型半導体パッケージを実装した回路板が主要な構成要素として筐体内に収容される。
【0003】
この種、パーソナルコンピュータ等の電子機器に用いられる回路板は、半導体パッケージの実装面を、基板の反りや変形、外部から受ける衝撃や振動等により加わるストレスから保護する手段が必要とされる。
【0004】
基板に実装された部品のはんだ接合部を上記ストレスから保護する手段として、基板と半導体チップとの間にアンダーフィル剤(熱可塑性樹脂)を含浸させ、基板と半導体チップとの間の空隙をアンダーフィル剤で埋めることにより半導体チップを基板に固着する電子部品実装方法が知られている。
【特許文献1】特開2000−357714号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記したアンダーフィルによる補強手段を上記したような大型半導体パッケージを実装した回路板に適用した場合、半導体パッケージの回路動作に伴う自己発熱により、半導体パッケージと基板との間にアンダーフィルとして埋め込まれた補強材料が熱膨張を繰り返し、この熱膨張により、はんだ接合部に過度のストレスが加わるという問題が派生する。とくに大型のBGA(ball grid array)を実装した回路板においては、矩形状をなすパッケージのコーナー部にストレスが集中し、これによってはんだ接合部の回路破断を招来する。この問題は、アンダーフィルとして埋め込まれた補強材料の熱膨張係数が半導体パッケージや基板と異なるほど顕著である。さらに大型半導体パッケージの実装面全体が基板に接着されることから、リワークが困難になるという問題が派生する。
【0006】
また、BGAの実装技術では、上記したような接着による補強手段を用いたとき、接着剤がはんだボールに混入することによって、はんだ接合強度が低下すると考えられていたことから、接着剤がはんだボールに混入しないように種々の方策が採られていた。具体的には、はんだボール形状が変形しないように、接着剤(補強材料)の量を減らしたり、接着位置をずらしたりして、接着剤がはんだボールに入り込まないようにしていた。
【0007】
本発明は、上記問題点を解消し、半導体パッケージのはんだ接合部における接続信頼性の向上を図ったプリント回路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】
【0008】
本発明は、部品実装面を有するプリント配線板と、前記プリント配線板の前記部品実装面に、はんだボールのはんだ接合により、実装された半導体パッケージと、前記プリント配線板の前記部品実装面において、前記半導体パッケージの前記はんだ接合部分を局所的に複数箇所で補強するとともに、一部が前記はんだ接合部分の前記はんだボール内に侵入する樹脂材料により形成された補強部と、を具備したプリント回路板を特徴とする。
【0009】
また、本発明は、プリント配線板の部品実装面にBGA部品を実装する電子部品の実装方法であって、前記プリント配線板の部品実装面に前記BGA部品が搭載されたとき前記BGA部品のコーナー部に付着するように、前記部品実装面に樹脂材料を塗布する補強材料塗布工程と、前記補強材料塗布工程を経た前記プリント配線板の部品実装面に前記BGA部品を搭載する部品搭載工程と、前記部品搭載工程を経た前記プリント配線板の部品実装面に、前記BGA部品をはんだ接合するとともに、前記樹脂材料の一部を前記BGA部品のコーナー部の前記はんだ接合部分の前記はんだボール内に侵入させて、前記樹脂材料を硬化させ、前記樹脂材料により前記半導体パッケージの前記はんだ接合部分に局所的に補強部を形成するリフロー加熱工程と、を具備したことを特徴とする。
【0010】
また、本発明は、電子機器本体と、この電子機器本体に設けられた回路板とを具備し、前記回路板は、部品実装面を有するプリント配線板と、前記プリント配線板の前記部品実装面に、はんだボールのはんだ接合により、実装された半導体パッケージと、前記プリント配線板の前記部品実装面において、前記半導体パッケージの前記はんだ接合部分を局所的に複数箇所で補強するとともに、一部が前記はんだ接合部分の前記はんだボール内に侵入する樹脂材料により形成された補強部と、を具備して構成された電子機器を特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明のプリント回路板によれば、半導体パッケージのはんだ接合部における接続信頼性の向上が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
本発明のプリント回路板は、リフロー加熱時において、はんだボールによる、はんだ接合部の接合強度を補強する補強用接着剤の一部を、はんだボール内に入り込ませることによって、はんだボールの形状を変形させ、これによって、はんだボールの接合端部に局所的に加わる熱疲労付加時の応力の分散化を図ることにより、はんだ接合部の破断を回避して、はんだ接合部分の接続信頼性のより向上を図ったことを特徴とする。
【0013】
以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【0014】
本発明の第1実施形態に係るプリント回路板の構成を図1および図2に示す。図1は要部の側面、図2は要部の平面を示している。
【0015】
本発明の第1実施形態に係るプリント回路板は、図1および図2に示すように、プリント配線板11と、パッケージ裏面に複数のはんだ接合部14,14,…,14を有し、この各はんだ接合部14,14,…,14のはんだ接合により、上記プリント配線板11に実装された半導体パッケージ15と、上記プリント配線板11の上記半導体パッケージを実装した実装面部において上記はんだ接合部14,14,…,14の一部を局所的に複数箇所で補強する補強部16とを具備して構成されている。この実施形態では、半導体パッケージ15として、上記はんだ接合部14,14,…,14をそれぞれはんだボールとしたBGAパッケージを例に示している。このBGAパッケージ15は、半導体チップ(ベアチップ)15aと、ベアチップ15aを搭載した平面視矩形状のサブストレート15bと、サブストレート15bの下面に設けられたはんだ接合部14,14,…,14を構成する複数のはんだボールとを具備して構成されている。
【0016】
上記プリント配線板11のパターン形成面12には、上記BGAパッケージ15を実装対象としてパターン設計されたBGA部品実装面部12aに、上記BGAパッケージ15のはんだボール14,14,…,14に対応する、複数のはんだ接合パッド13,13,…,13がパターン形成されている。
【0017】
上記プリント配線板11のBGA部品実装面部12aにおいて、上記BGAパッケージ15のはんだボール14,14,…,14が、上記BGA部品実装面部12aに設けられたはんだ接合パッド13,13,…,13にはんだ接合されることによって、上記BGAパッケージ15が上記プリント配線板11のBGA部品実装面部12aに実装される。
【0018】
このBGAパッケージ15をはんだ接合するリフロー工程において、上記はんだボール14,14,…,14の一部を局所的に複数箇所で補強する補強部16が接着剤となる補強材料の熱硬化により形成される。ここでは、BGAパッケージ15のサブストレート15bのコーナー部に補強部16が形成される。
【0019】
この補強部16の形成時において、補強材料の一部が、サブストレート15bのコーナー部に設けられた、はんだボール14内に侵入し、このはんだボール14を変形させる。この詳細については図9乃至図11を参照して後述する。
【0020】
上記プリント配線板11のBGA部品実装面部12aに実装されたBGAパッケージ15は、サブストレート15bのコーナー部において、はんだボール14が、熱硬化性樹脂を補強材料に用いた補強部16により局所的に補強されている。さらに、このはんだボール14には補強材料の一部が侵入し、このはんだボール14を補強材料の侵入面を除いて周面が膨らむ形状に変形させている。
【0021】
このはんだボール14の形状変化により、とくに、コーナー部のはんだボールの付け根部分に集中する熱疲労時の応力に対して、該応力が周面に分散される。これにより、コーナー部のはんだボールにかかる応力が緩和される。
【0022】
このシミュレーションモデルを図9および図10に示している。図9はコーナー部のはんだボール14が球面形状を保っている状態、図10は補強部16を形成する補強材料の一部がコーナー部のはんだボール14に侵入して、この補強材料の侵入によりコーナー部のはんだボール14が変形した状態をそれぞれ示している。なお、図9および図10において、符号15pはBGAパッケージ15のサブストレート15b下面のコーナー部に設けられた外部接続電極(パッシベーション)である。
【0023】
上記サブストレート15bのコーナー部のはんだボール14が図9に示す球面状態にあるとき、熱疲労時の応力が、コーナー部のはんだボール14の付け根部分(S)に集中し、当該はんだボール14により形成されるはんだ接合部の破断を招来する(接続信頼性が低下する)。
【0024】
これに対して図10に示す、補強部16を形成する補強材料の一部がコーナー部のはんだボール14に侵入して該はんだボールが変形した状態では、補強部16を形成する補強材料の侵入面を除いて周面が膨らんだ形状に変形し、この変形によってはんだボール14の付け根部分(S)に集中する応力が膨らんだ周面部分に分散される。これにより、コーナー部のはんだボール14にかかる熱疲労時の応力は緩和され、はんだ接合部の破断が回避される(接続信頼性が向上する)。
【0025】
上記した補強部16を形成する補強材料(16)の一部がコーナー部のはんだボール14に侵入した状態と、該はんだボール14に侵入する補強材料(16)の許容侵入量を図11に示している。さらに、この補強材料(16)の侵入によって、コーナー部のはんだボール14の周面が膨張変形する以前のはんだボール14の周面(球面形状を保っている状態にあるときの周面)を破線で示している。図11において、破線で示した補強材料(16)が許容される侵入量であり、コーナー部のはんだボール14の中心部(一点鎖線で示す)を侵入限度としている。
【0026】
本発明の第2実施形態に係るプリント回路板の構成を図3に示す。この第2実施形態では、BGAパッケージ15のサブストレート15bのコーナー部に、補強部16を複数点設けている。
【0027】
上記図1および図2に示した第1実施形態では、BGAパッケージ15のサブストレート15bのコーナー部に補強材料(16)を塗布して、各コーナーに一点ずつ補強部16を設けたが、図3に示す第2実施形態のように、各コーナー部に、例えば、3点の補強部16を設け、この補強部16に対して、この補強部16に接する各はんだボール14,14,…に、それぞれ補強部16を形成する補強材料の一部が図1に示すように侵入する。このような補強構造においても上記した第1実施形態と同様の効果をもたせることができる。
【0028】
上記した本発明の各実施形態に係るプリント回路板の製造工程を図4に示している。
【0029】
この図4に示す製造工程(S1〜S6)を図5乃至図8を参照して説明する。ここでは図1および図2に示す第1実施形態に係るプリント回路板の製造工程を例に説明する。
【0030】
図4に示す製造工程において、工程S1では、部品実装対象となるプリント配線板を部品ラインに供給する。ここで供給されるプリント配線板は、図1に示すように、上記BGAパッケージ15を実装対象としてパターン設計された、BGA部品実装面部12aに上記BGAパッケージ15のサブストレート15bに設けられた、はんだボール14,14,…,14に対応する複数のはんだ接合パッド13,13,…,13がパターン形成されたプリント配線板11である。
【0031】
工程S2では、はんだペーストを印刷する印刷機により、プリント配線板のはんだ接合部分に、はんだペーストを印刷する。ここでは、図5に示すように、上記プリント配線板11のBGA部品実装面部12aに設けられたはんだ接合部14,14,…,14に、はんだペースト17が印刷される。
【0032】
工程S3では、補強材料を塗布するディスペンサにより、プリント配線板の部品実装面の補強部分に、接着剤として作用する補強材料を塗布する。ここでは、図6に示すように、上記BGA部品実装面部12aのコーナー部に、ノズルで、局所的に(各コーナー部の1カ所(一点)に)、補強材料(16)を塗布する。
【0033】
工程S4では、プリント配線板の部品実装面に、部品を搭載する。ここでは、図7に示すように、上記プリント配線板11のBGA部品実装面部12aに、BGAパッケージ15を搭載する。この部品搭載時において、BGA部品実装面部12aのコーナー部とBGAパッケージ15のサブストレート15bのコーナー部との間に跨って補強材料(16)が埋設状態で介在する。
【0034】
工程S5は、はんだリフロー工程であり、実装部品のはんだ接合と補強材料の硬化(補強部形成)を同時に行う。ここでは、図8に示すように、プリント配線板11のBGA部品実装面部12aにおいて、BGAパッケージ15のサブストレート15bに設けられた、はんだボール14,14,…,14が、BGA部品実装面部12aに設けられたはんだ接合パッド13,13,…,13にはんだ接合されるとともに、上記コーナー部に、補強材料(16)による補強部16の原型が形成される。さらに補強材料(16)の一部がサブストレート15bのコーナー部に設けられたはんだボール14に侵入し、この補強材料(16)の侵入によって、はんだボール14を図10および図11に示すように変形させる。
【0035】
工程S5では、リフロー処理したプリント配線板(プリント回路板)を次工程に搬送する。
【0036】
上記した部品実装の製造プロセスで、実装部品となるBGAパッケージ15のはんだ接合と、補強材料の一部はんだボール14への侵入、並びに補強部16を形成する樹脂硬化を、一度の熱処理(リフロー)工程で実現することができる。
【0037】
本発明の第3実施形態を図12に示す。
この第3実施形態は、上記第1実施形態により製造されたプリント回路板を用いて電子機器を構成している。図12は上記第1実施形態に係るプリント回路板をハンディタイプのポータブルコンピュータ等の小型電子機器に適用した例を示している。
【0038】
図12に於いて、ポータブルコンピュータ1の本体2には、表示部筐体3がヒンジ機構を介して回動自在に設けられている。本体2には、ポインティングデバイス4、キーボード5等の操作部が設けられている。表示部筐体3には例えばLCD等の表示デバイス6が設けられている。
【0039】
また本体2には、上記ポインティングデバイス4、キーボード5等の操作部および表示デバイス6を制御する制御回路を組み込んだ回路板(マザーボード)8が設けられている。この回路板8は、上記図1および図2に示した第1実施形態のプリント回路板を用いて実現される。
【0040】
このプリント回路板8は、プリント配線板11と、パッケージ裏面に複数のはんだ接合部14,14,…,14を有し、この各はんだ接合部14,14,…,14のはんだ接合により、上記プリント配線板11に実装されたBGAパッケージ15と、上記プリント配線板11の上記BGAパッケージ15を実装した実装面部において、このBGAパッケージ15のはんだ接合部14,14,…,14を局所的に補強する補強部16とを具備して構成されている。上記プリント配線板11のBGA部品実装面部12aに実装されたBGAパッケージ15は、サブストレート15bのコーナー部において、はんだボール14が、熱硬化性樹脂を補強材料に用いた補強部16により局所的に補強されている。さらに、このはんだボール14に、補強材料の一部が侵入し、このはんだボール14を補強材料の侵入面を除いて周面が膨らむ形状に変形させている。このはんだボール14の形状変化により、コーナー部のはんだボールにかかる熱疲労時の応力が緩和され、部品実装部における、はんだ接合面の接続信頼性が向上する。このような局所的な補強手段により、BGAパッケージ15のコーナー部に設けられたはんだ接合部14が落下衝撃等の機械的ストレスにより破断し接合不良に陥る不具合を回避することができ、信頼性の高い安定した動作を期待できる。さらに局所的な補強手段により、リワークを容易にしている。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】本発明の第1実施形態に係るプリント回路板の構成を示す側面図。
【図2】上記実施形態に係るプリント回路板の構成を示す平面図。
【図3】本発明の第2実施形態に係るプリント回路板の構成を示す平面図。
【図4】上記第1実施形態に係るプリント回路板の製造工程を示すフローチャート。
【図5】上記第1実施形態に係るプリント回路板の製造工程を説明する工程説明図。
【図6】上記第1実施形態に係るプリント回路板の製造工程を説明する工程説明図。
【図7】上記第1実施形態に係るプリント回路板の製造工程を説明する工程説明図。
【図8】上記第1実施形態に係るプリント回路板の製造工程を説明する工程説明図。
【図9】本発明の各実施形態における要部のはんだ接合構造のシュミレーションモデルを示す図。
【図10】本発明の各実施形態における要部のはんだ接合構造のシュミレーションモデルを示す図。
【図11】本発明の各実施形態における要部のはんだ接合構造を説明するための説明図。
【図12】本発明の第3実施形態に係る電子機器の構成を示す斜視図。
【符号の説明】
【0042】
1…ポータブルコンピュータ、2…本体、3…表示部筐体、4…ポインティングデバイス、5…キーボード、6…表示デバイス、8…回路板(マザーボード)、11…プリント回路板、12…パターン形成面、12a…BGA部品実装面部、13…はんだ接合パッド、14…はんだ接合部(はんだボール)、15…半導体パッケージ(BGAパッケージ)、15a…半導体チップ(ベアチップ)、15b…サブストレート、16…補強部(補強材料)。
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体パッケージを実装したプリント回路板に関する。
【背景技術】
【0002】
パーソナルコンピュータ等の電子機器においては、CPUや、その周辺回路を構成する、数十ミリ角程度の大型半導体パッケージを実装した回路板が主要な構成要素として筐体内に収容される。
【0003】
この種、パーソナルコンピュータ等の電子機器に用いられる回路板は、半導体パッケージの実装面を、基板の反りや変形、外部から受ける衝撃や振動等により加わるストレスから保護する手段が必要とされる。
【0004】
基板に実装された部品のはんだ接合部を上記ストレスから保護する手段として、基板と半導体チップとの間にアンダーフィル剤(熱可塑性樹脂)を含浸させ、基板と半導体チップとの間の空隙をアンダーフィル剤で埋めることにより半導体チップを基板に固着する電子部品実装方法が知られている。
【特許文献1】特開2000−357714号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記したアンダーフィルによる補強手段を上記したような大型半導体パッケージを実装した回路板に適用した場合、半導体パッケージの回路動作に伴う自己発熱により、半導体パッケージと基板との間にアンダーフィルとして埋め込まれた補強材料が熱膨張を繰り返し、この熱膨張により、はんだ接合部に過度のストレスが加わるという問題が派生する。とくに大型のBGA(ball grid array)を実装した回路板においては、矩形状をなすパッケージのコーナー部にストレスが集中し、これによってはんだ接合部の回路破断を招来する。この問題は、アンダーフィルとして埋め込まれた補強材料の熱膨張係数が半導体パッケージや基板と異なるほど顕著である。さらに大型半導体パッケージの実装面全体が基板に接着されることから、リワークが困難になるという問題が派生する。
【0006】
また、BGAの実装技術では、上記したような接着による補強手段を用いたとき、接着剤がはんだボールに混入することによって、はんだ接合強度が低下すると考えられていたことから、接着剤がはんだボールに混入しないように種々の方策が採られていた。具体的には、はんだボール形状が変形しないように、接着剤(補強材料)の量を減らしたり、接着位置をずらしたりして、接着剤がはんだボールに入り込まないようにしていた。
【0007】
本発明は、上記問題点を解消し、半導体パッケージのはんだ接合部における接続信頼性の向上を図ったプリント回路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】
【0008】
本発明は、部品実装面を有するプリント配線板と、前記プリント配線板の前記部品実装面に、はんだボールのはんだ接合により、実装された半導体パッケージと、前記プリント配線板の前記部品実装面において、前記半導体パッケージの前記はんだ接合部分を局所的に複数箇所で補強するとともに、一部が前記はんだ接合部分の前記はんだボール内に侵入する樹脂材料により形成された補強部と、を具備したプリント回路板を特徴とする。
【0009】
また、本発明は、プリント配線板の部品実装面にBGA部品を実装する電子部品の実装方法であって、前記プリント配線板の部品実装面に前記BGA部品が搭載されたとき前記BGA部品のコーナー部に付着するように、前記部品実装面に樹脂材料を塗布する補強材料塗布工程と、前記補強材料塗布工程を経た前記プリント配線板の部品実装面に前記BGA部品を搭載する部品搭載工程と、前記部品搭載工程を経た前記プリント配線板の部品実装面に、前記BGA部品をはんだ接合するとともに、前記樹脂材料の一部を前記BGA部品のコーナー部の前記はんだ接合部分の前記はんだボール内に侵入させて、前記樹脂材料を硬化させ、前記樹脂材料により前記半導体パッケージの前記はんだ接合部分に局所的に補強部を形成するリフロー加熱工程と、を具備したことを特徴とする。
【0010】
また、本発明は、電子機器本体と、この電子機器本体に設けられた回路板とを具備し、前記回路板は、部品実装面を有するプリント配線板と、前記プリント配線板の前記部品実装面に、はんだボールのはんだ接合により、実装された半導体パッケージと、前記プリント配線板の前記部品実装面において、前記半導体パッケージの前記はんだ接合部分を局所的に複数箇所で補強するとともに、一部が前記はんだ接合部分の前記はんだボール内に侵入する樹脂材料により形成された補強部と、を具備して構成された電子機器を特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明のプリント回路板によれば、半導体パッケージのはんだ接合部における接続信頼性の向上が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
本発明のプリント回路板は、リフロー加熱時において、はんだボールによる、はんだ接合部の接合強度を補強する補強用接着剤の一部を、はんだボール内に入り込ませることによって、はんだボールの形状を変形させ、これによって、はんだボールの接合端部に局所的に加わる熱疲労付加時の応力の分散化を図ることにより、はんだ接合部の破断を回避して、はんだ接合部分の接続信頼性のより向上を図ったことを特徴とする。
【0013】
以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【0014】
本発明の第1実施形態に係るプリント回路板の構成を図1および図2に示す。図1は要部の側面、図2は要部の平面を示している。
【0015】
本発明の第1実施形態に係るプリント回路板は、図1および図2に示すように、プリント配線板11と、パッケージ裏面に複数のはんだ接合部14,14,…,14を有し、この各はんだ接合部14,14,…,14のはんだ接合により、上記プリント配線板11に実装された半導体パッケージ15と、上記プリント配線板11の上記半導体パッケージを実装した実装面部において上記はんだ接合部14,14,…,14の一部を局所的に複数箇所で補強する補強部16とを具備して構成されている。この実施形態では、半導体パッケージ15として、上記はんだ接合部14,14,…,14をそれぞれはんだボールとしたBGAパッケージを例に示している。このBGAパッケージ15は、半導体チップ(ベアチップ)15aと、ベアチップ15aを搭載した平面視矩形状のサブストレート15bと、サブストレート15bの下面に設けられたはんだ接合部14,14,…,14を構成する複数のはんだボールとを具備して構成されている。
【0016】
上記プリント配線板11のパターン形成面12には、上記BGAパッケージ15を実装対象としてパターン設計されたBGA部品実装面部12aに、上記BGAパッケージ15のはんだボール14,14,…,14に対応する、複数のはんだ接合パッド13,13,…,13がパターン形成されている。
【0017】
上記プリント配線板11のBGA部品実装面部12aにおいて、上記BGAパッケージ15のはんだボール14,14,…,14が、上記BGA部品実装面部12aに設けられたはんだ接合パッド13,13,…,13にはんだ接合されることによって、上記BGAパッケージ15が上記プリント配線板11のBGA部品実装面部12aに実装される。
【0018】
このBGAパッケージ15をはんだ接合するリフロー工程において、上記はんだボール14,14,…,14の一部を局所的に複数箇所で補強する補強部16が接着剤となる補強材料の熱硬化により形成される。ここでは、BGAパッケージ15のサブストレート15bのコーナー部に補強部16が形成される。
【0019】
この補強部16の形成時において、補強材料の一部が、サブストレート15bのコーナー部に設けられた、はんだボール14内に侵入し、このはんだボール14を変形させる。この詳細については図9乃至図11を参照して後述する。
【0020】
上記プリント配線板11のBGA部品実装面部12aに実装されたBGAパッケージ15は、サブストレート15bのコーナー部において、はんだボール14が、熱硬化性樹脂を補強材料に用いた補強部16により局所的に補強されている。さらに、このはんだボール14には補強材料の一部が侵入し、このはんだボール14を補強材料の侵入面を除いて周面が膨らむ形状に変形させている。
【0021】
このはんだボール14の形状変化により、とくに、コーナー部のはんだボールの付け根部分に集中する熱疲労時の応力に対して、該応力が周面に分散される。これにより、コーナー部のはんだボールにかかる応力が緩和される。
【0022】
このシミュレーションモデルを図9および図10に示している。図9はコーナー部のはんだボール14が球面形状を保っている状態、図10は補強部16を形成する補強材料の一部がコーナー部のはんだボール14に侵入して、この補強材料の侵入によりコーナー部のはんだボール14が変形した状態をそれぞれ示している。なお、図9および図10において、符号15pはBGAパッケージ15のサブストレート15b下面のコーナー部に設けられた外部接続電極(パッシベーション)である。
【0023】
上記サブストレート15bのコーナー部のはんだボール14が図9に示す球面状態にあるとき、熱疲労時の応力が、コーナー部のはんだボール14の付け根部分(S)に集中し、当該はんだボール14により形成されるはんだ接合部の破断を招来する(接続信頼性が低下する)。
【0024】
これに対して図10に示す、補強部16を形成する補強材料の一部がコーナー部のはんだボール14に侵入して該はんだボールが変形した状態では、補強部16を形成する補強材料の侵入面を除いて周面が膨らんだ形状に変形し、この変形によってはんだボール14の付け根部分(S)に集中する応力が膨らんだ周面部分に分散される。これにより、コーナー部のはんだボール14にかかる熱疲労時の応力は緩和され、はんだ接合部の破断が回避される(接続信頼性が向上する)。
【0025】
上記した補強部16を形成する補強材料(16)の一部がコーナー部のはんだボール14に侵入した状態と、該はんだボール14に侵入する補強材料(16)の許容侵入量を図11に示している。さらに、この補強材料(16)の侵入によって、コーナー部のはんだボール14の周面が膨張変形する以前のはんだボール14の周面(球面形状を保っている状態にあるときの周面)を破線で示している。図11において、破線で示した補強材料(16)が許容される侵入量であり、コーナー部のはんだボール14の中心部(一点鎖線で示す)を侵入限度としている。
【0026】
本発明の第2実施形態に係るプリント回路板の構成を図3に示す。この第2実施形態では、BGAパッケージ15のサブストレート15bのコーナー部に、補強部16を複数点設けている。
【0027】
上記図1および図2に示した第1実施形態では、BGAパッケージ15のサブストレート15bのコーナー部に補強材料(16)を塗布して、各コーナーに一点ずつ補強部16を設けたが、図3に示す第2実施形態のように、各コーナー部に、例えば、3点の補強部16を設け、この補強部16に対して、この補強部16に接する各はんだボール14,14,…に、それぞれ補強部16を形成する補強材料の一部が図1に示すように侵入する。このような補強構造においても上記した第1実施形態と同様の効果をもたせることができる。
【0028】
上記した本発明の各実施形態に係るプリント回路板の製造工程を図4に示している。
【0029】
この図4に示す製造工程(S1〜S6)を図5乃至図8を参照して説明する。ここでは図1および図2に示す第1実施形態に係るプリント回路板の製造工程を例に説明する。
【0030】
図4に示す製造工程において、工程S1では、部品実装対象となるプリント配線板を部品ラインに供給する。ここで供給されるプリント配線板は、図1に示すように、上記BGAパッケージ15を実装対象としてパターン設計された、BGA部品実装面部12aに上記BGAパッケージ15のサブストレート15bに設けられた、はんだボール14,14,…,14に対応する複数のはんだ接合パッド13,13,…,13がパターン形成されたプリント配線板11である。
【0031】
工程S2では、はんだペーストを印刷する印刷機により、プリント配線板のはんだ接合部分に、はんだペーストを印刷する。ここでは、図5に示すように、上記プリント配線板11のBGA部品実装面部12aに設けられたはんだ接合部14,14,…,14に、はんだペースト17が印刷される。
【0032】
工程S3では、補強材料を塗布するディスペンサにより、プリント配線板の部品実装面の補強部分に、接着剤として作用する補強材料を塗布する。ここでは、図6に示すように、上記BGA部品実装面部12aのコーナー部に、ノズルで、局所的に(各コーナー部の1カ所(一点)に)、補強材料(16)を塗布する。
【0033】
工程S4では、プリント配線板の部品実装面に、部品を搭載する。ここでは、図7に示すように、上記プリント配線板11のBGA部品実装面部12aに、BGAパッケージ15を搭載する。この部品搭載時において、BGA部品実装面部12aのコーナー部とBGAパッケージ15のサブストレート15bのコーナー部との間に跨って補強材料(16)が埋設状態で介在する。
【0034】
工程S5は、はんだリフロー工程であり、実装部品のはんだ接合と補強材料の硬化(補強部形成)を同時に行う。ここでは、図8に示すように、プリント配線板11のBGA部品実装面部12aにおいて、BGAパッケージ15のサブストレート15bに設けられた、はんだボール14,14,…,14が、BGA部品実装面部12aに設けられたはんだ接合パッド13,13,…,13にはんだ接合されるとともに、上記コーナー部に、補強材料(16)による補強部16の原型が形成される。さらに補強材料(16)の一部がサブストレート15bのコーナー部に設けられたはんだボール14に侵入し、この補強材料(16)の侵入によって、はんだボール14を図10および図11に示すように変形させる。
【0035】
工程S5では、リフロー処理したプリント配線板(プリント回路板)を次工程に搬送する。
【0036】
上記した部品実装の製造プロセスで、実装部品となるBGAパッケージ15のはんだ接合と、補強材料の一部はんだボール14への侵入、並びに補強部16を形成する樹脂硬化を、一度の熱処理(リフロー)工程で実現することができる。
【0037】
本発明の第3実施形態を図12に示す。
この第3実施形態は、上記第1実施形態により製造されたプリント回路板を用いて電子機器を構成している。図12は上記第1実施形態に係るプリント回路板をハンディタイプのポータブルコンピュータ等の小型電子機器に適用した例を示している。
【0038】
図12に於いて、ポータブルコンピュータ1の本体2には、表示部筐体3がヒンジ機構を介して回動自在に設けられている。本体2には、ポインティングデバイス4、キーボード5等の操作部が設けられている。表示部筐体3には例えばLCD等の表示デバイス6が設けられている。
【0039】
また本体2には、上記ポインティングデバイス4、キーボード5等の操作部および表示デバイス6を制御する制御回路を組み込んだ回路板(マザーボード)8が設けられている。この回路板8は、上記図1および図2に示した第1実施形態のプリント回路板を用いて実現される。
【0040】
このプリント回路板8は、プリント配線板11と、パッケージ裏面に複数のはんだ接合部14,14,…,14を有し、この各はんだ接合部14,14,…,14のはんだ接合により、上記プリント配線板11に実装されたBGAパッケージ15と、上記プリント配線板11の上記BGAパッケージ15を実装した実装面部において、このBGAパッケージ15のはんだ接合部14,14,…,14を局所的に補強する補強部16とを具備して構成されている。上記プリント配線板11のBGA部品実装面部12aに実装されたBGAパッケージ15は、サブストレート15bのコーナー部において、はんだボール14が、熱硬化性樹脂を補強材料に用いた補強部16により局所的に補強されている。さらに、このはんだボール14に、補強材料の一部が侵入し、このはんだボール14を補強材料の侵入面を除いて周面が膨らむ形状に変形させている。このはんだボール14の形状変化により、コーナー部のはんだボールにかかる熱疲労時の応力が緩和され、部品実装部における、はんだ接合面の接続信頼性が向上する。このような局所的な補強手段により、BGAパッケージ15のコーナー部に設けられたはんだ接合部14が落下衝撃等の機械的ストレスにより破断し接合不良に陥る不具合を回避することができ、信頼性の高い安定した動作を期待できる。さらに局所的な補強手段により、リワークを容易にしている。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】本発明の第1実施形態に係るプリント回路板の構成を示す側面図。
【図2】上記実施形態に係るプリント回路板の構成を示す平面図。
【図3】本発明の第2実施形態に係るプリント回路板の構成を示す平面図。
【図4】上記第1実施形態に係るプリント回路板の製造工程を示すフローチャート。
【図5】上記第1実施形態に係るプリント回路板の製造工程を説明する工程説明図。
【図6】上記第1実施形態に係るプリント回路板の製造工程を説明する工程説明図。
【図7】上記第1実施形態に係るプリント回路板の製造工程を説明する工程説明図。
【図8】上記第1実施形態に係るプリント回路板の製造工程を説明する工程説明図。
【図9】本発明の各実施形態における要部のはんだ接合構造のシュミレーションモデルを示す図。
【図10】本発明の各実施形態における要部のはんだ接合構造のシュミレーションモデルを示す図。
【図11】本発明の各実施形態における要部のはんだ接合構造を説明するための説明図。
【図12】本発明の第3実施形態に係る電子機器の構成を示す斜視図。
【符号の説明】
【0042】
1…ポータブルコンピュータ、2…本体、3…表示部筐体、4…ポインティングデバイス、5…キーボード、6…表示デバイス、8…回路板(マザーボード)、11…プリント回路板、12…パターン形成面、12a…BGA部品実装面部、13…はんだ接合パッド、14…はんだ接合部(はんだボール)、15…半導体パッケージ(BGAパッケージ)、15a…半導体チップ(ベアチップ)、15b…サブストレート、16…補強部(補強材料)。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
部品実装面を有するプリント配線板と、
前記プリント配線板の前記部品実装面に、はんだボールのはんだ接合により、実装された半導体パッケージと、
前記プリント配線板の前記部品実装面において、前記半導体パッケージの前記はんだ接合部分を局所的に複数箇所で補強するとともに、一部が前記はんだ接合部分の前記はんだボール内に侵入する樹脂材料により形成された補強部と、
を具備したことを特徴とするプリント回路板。
【請求項2】
前記補強部は、前記半導体パッケージの複数のコーナー部を局所的に補強していることを特徴とする請求項1に記載のプリント回路板。
【請求項3】
前記補強部は、前記半導体パッケージの複数のコーナー部と、このコーナー部に接する二辺の一部とを局所的に補強していることを特徴とする請求項1に記載のプリント回路板。
【請求項4】
前記補強部の前記はんだボールに対する侵入量は、外はんだボールの中心部より浅いことを特徴とする請求項1に記載のプリント回路板。
【請求項5】
プリント配線板の部品実装面にBGA(ball grid array)部品を実装する電子部品の実装方法であって、
前記プリント配線板の部品実装面に前記BGA部品が搭載されたとき前記BGA部品のコーナー部に付着するように、前記部品実装面に樹脂材料を塗布する補強材料塗布工程と、
前記補強材料塗布工程を経た前記プリント配線板の部品実装面に前記BGA部品を搭載する部品搭載工程と、
前記部品搭載工程を経た前記プリント配線板の部品実装面に、前記BGA部品をはんだ接合するとともに、前記樹脂材料の一部を前記BGA部品のコーナー部の前記はんだ接合部分の前記はんだボール内に侵入させて、前記樹脂材料を硬化させ、前記樹脂材料により前記半導体パッケージの前記はんだ接合部分に局所的に補強部を形成するリフロー加熱工程と、
を具備したことを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項6】
電子機器本体と、この電子機器本体に設けられた回路板とを具備し、
前記回路板は、
部品実装面を有するプリント配線板と、
前記プリント配線板の前記部品実装面に、はんだボールのはんだ接合により、実装された半導体パッケージと、
前記プリント配線板の前記部品実装面において、前記半導体パッケージの前記はんだ接合部分を局所的に複数箇所で補強するとともに、一部が前記はんだ接合部分の前記はんだボール内に侵入する樹脂材料により形成された補強部と、
を具備して構成されていることを特徴とする電子機器。
【請求項1】
部品実装面を有するプリント配線板と、
前記プリント配線板の前記部品実装面に、はんだボールのはんだ接合により、実装された半導体パッケージと、
前記プリント配線板の前記部品実装面において、前記半導体パッケージの前記はんだ接合部分を局所的に複数箇所で補強するとともに、一部が前記はんだ接合部分の前記はんだボール内に侵入する樹脂材料により形成された補強部と、
を具備したことを特徴とするプリント回路板。
【請求項2】
前記補強部は、前記半導体パッケージの複数のコーナー部を局所的に補強していることを特徴とする請求項1に記載のプリント回路板。
【請求項3】
前記補強部は、前記半導体パッケージの複数のコーナー部と、このコーナー部に接する二辺の一部とを局所的に補強していることを特徴とする請求項1に記載のプリント回路板。
【請求項4】
前記補強部の前記はんだボールに対する侵入量は、外はんだボールの中心部より浅いことを特徴とする請求項1に記載のプリント回路板。
【請求項5】
プリント配線板の部品実装面にBGA(ball grid array)部品を実装する電子部品の実装方法であって、
前記プリント配線板の部品実装面に前記BGA部品が搭載されたとき前記BGA部品のコーナー部に付着するように、前記部品実装面に樹脂材料を塗布する補強材料塗布工程と、
前記補強材料塗布工程を経た前記プリント配線板の部品実装面に前記BGA部品を搭載する部品搭載工程と、
前記部品搭載工程を経た前記プリント配線板の部品実装面に、前記BGA部品をはんだ接合するとともに、前記樹脂材料の一部を前記BGA部品のコーナー部の前記はんだ接合部分の前記はんだボール内に侵入させて、前記樹脂材料を硬化させ、前記樹脂材料により前記半導体パッケージの前記はんだ接合部分に局所的に補強部を形成するリフロー加熱工程と、
を具備したことを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項6】
電子機器本体と、この電子機器本体に設けられた回路板とを具備し、
前記回路板は、
部品実装面を有するプリント配線板と、
前記プリント配線板の前記部品実装面に、はんだボールのはんだ接合により、実装された半導体パッケージと、
前記プリント配線板の前記部品実装面において、前記半導体パッケージの前記はんだ接合部分を局所的に複数箇所で補強するとともに、一部が前記はんだ接合部分の前記はんだボール内に侵入する樹脂材料により形成された補強部と、
を具備して構成されていることを特徴とする電子機器。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【公開番号】特開2009−16399(P2009−16399A)
【公開日】平成21年1月22日(2009.1.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−173365(P2007−173365)
【出願日】平成19年6月29日(2007.6.29)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成21年1月22日(2009.1.22)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年6月29日(2007.6.29)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】
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