実装構造、配線基板組立体及び固定方法
【課題】 アンダーフィル材を用いずに、半導体装置の接合部の耐圧迫性や長期信頼性を改善することができる実装構造を提供することを課題とする。
【解決手段】 電子部品４の電極４ｃを接続端子８を介して配線基板２の電極パッド２ａに接合する。配線基板２を貫通して延在する貫通開口２ｂが、配線基板２の電子部品４が実装される領域の周囲に設けられる。クランプ部材１０は貫通開口２ｂを貫通して延在する。クランプ部材１０は、貫通開口２ｂを貫通して延在する中間部１０ｃと、中間部１０ｃの両端において屈曲された先端部１０ａ，１０ｂとを有する。先端部１０ａ，１０ｂの間で電子部品４と配線基板２とを挟み込む。
【解決手段】 電子部品４の電極４ｃを接続端子８を介して配線基板２の電極パッド２ａに接合する。配線基板２を貫通して延在する貫通開口２ｂが、配線基板２の電子部品４が実装される領域の周囲に設けられる。クランプ部材１０は貫通開口２ｂを貫通して延在する。クランプ部材１０は、貫通開口２ｂを貫通して延在する中間部１０ｃと、中間部１０ｃの両端において屈曲された先端部１０ａ，１０ｂとを有する。先端部１０ａ，１０ｂの間で電子部品４と配線基板２とを挟み込む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品の実装構造、配線基板組立体及び固定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器には、半導体装置等の電子部品が実装された配線基板が組み込まれることが多い。近年の電子機器は小型化が進み、組み込まれる配線基板は高密度実装で小型化され、配線基板に搭載される半導体装置等の電子部品も小型化されている。これに伴い、電子部品を配線基板に実装するための実装構造も小型となっている。
【０００３】
半導体装置を配線基板に実装するための接合部材として、はんだバンプが用いられることが多い。はんだバンプによるはんだ接合により電気的接続を得るとともに半導体装置を機械的に配線基板に固定する。上述のように実装構造が小型となり、はんだバンプが小さくなると、はんだ接合部も小さくなるので、熱応力や外部からの圧力により容易にはんだバンプ接合部が変形し損傷してしまい、接続不良が発生しやすくなる。
【０００４】
ここで、実装構造としてはんだバンプ接合部に外力が加わった場合のはんだバンプの変形について、図１（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。図１（ａ）において、半導体装置の電極パッド１０１がはんだバンプ１０２により配線基板１０３の接続パッド１０４に接合された実装構造が示されている。はんだバンプ１０２は、はんだリフローの際に溶融してから固化し、電極パッド１０１及び接続パッド１０４に密着したはんだ接合部１０２ａが形成されている。図１（ａ）に示す状態は、はんだバンプ１０２に外力が加わる前の状態であり、はんだバンプ１０２は変形していない。
【０００５】
配線基板１０３の図１（ａ）に示す位置に外力が作用すると、配線基板１０３は外力が加わった部分が上に上がるように変形すると同時に、はんだバンプ１０２も図１（ｂ）に示すように変形する。外力が加わる位置がはんだバンプ１０２の中心からずれているため、外力が加わる位置に近い側のはんだ接合部１０２ａの端部に応力が集中する。外力が無くなると応力も無くなり、はんだバンプ１０２の変形も無くなって図１（ａ）に示すもとの形状にもどる。
【０００６】
このような外力が繰り返し配線基板１０３に作用すると、はんだ接合部１０２ａと接続パッド１０４との間に繰り返して応力集中が発生し、はんだ接合部１０２ａの端部が接続パッド１０４から剥離することがある。この剥離が内部に伝播するとはんだ接合部１０２ａと接続パッド１０４との電気的接続が無くなり、接続不良となってしまう。
【０００７】
そこで、実装した半導体装置と配線基板との間にアンダーフィル材を充填してはんだ接合部を補強することが行なわれている。すなわち、エポキシ樹脂等からなるアンダーフィル材をはんだ接合部の周囲に充填してはんだ接合部を周囲から補強し、且つ半導体装置の底面と配線基板の表面とをアンダーフィル材で接着して機械的に固定する。これにより、はんだ接合部の耐圧力性や長期信頼性が向上する。
【０００８】
近年、特にノーパソコン等の携帯型コンピュータや携帯電話などの電子機器は、小型化、高機能化が進み、電子機器の筐体に加わった圧力が内部の配線基板や実装構造部分に伝わり易くなっている。そこで、はんだ接合部の耐圧力性や長期信頼性をさらに向上させるために、より高い接着強度とより高いヤング率を有するアンダーフィル材が用いられるようになっている。ところが、このようにアンダーフィル材の接着強度が大きくなると、一旦アンダーフィル材で固定した半導体装置を配線基板から取りはずすことが困難となってしまう。
【０００９】
例えば、半導体装置を配線基板に実装後に半導体装置に機能不良が発生した場合、機能不良を起こした半導体装置のみを配線基板から取り外して交換することができない。したがって、高価な配線基板全体を交換しなければならなくなり、配線基板の仕損費が増大してしまう。また、機能不良が生じていると予測される半導体装置を単体で機能を調べて不良原因の解析を行うことができないため、機能不良の原因を明らかにすることができず、不良率が増大するおそれもある。
【００１０】
そこで、放熱板を大きなクリップとして形成し、このクリップによりプリント基板と半導体部品とを挟み込んで固定する実装構造が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。クリップにより挟み込む力が半導体部品に常に加わっているので、半導体部品の外部接続端子は常にプリント基板の電極パッドに押圧されており、接続不良が発生する可能性は小さい。したがって、アンダーフィル等の接着材で半導体部品をプリント基板に固定して接続信頼性を得る必要はなく、クリップを外すことで容易に半導体部品をプリント基板から取り外すことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−３４７４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述の特許文献１に開示された実装構造では、一端側が開いたコの字状の大きなクリップでプリント基板に重ねられた半導体部品の全体を挟み込む。このため、半導体部品がプリント基板の縁の近くに実装される場合にはクリップを用いることができる。しかし、半導体部品がプリント基板の中央の側に実装される場合には、半導体部品まで届くような長いクリップを用いなければならず、実用的ではない。
【００１３】
そこで、アンダーフィル材を用いずに、半導体装置の接合部の耐圧迫性や長期信頼性を改善することができ、実装した半導体装置を容易に配線基板から取り外すことができる実装構造の開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
一実施態様によれば、電子部品を配線基板に実装する実装構造であって、前記電子部品の外部接続端子が前記配線基板の電極パッドに接合されており、前記配線基板には、前記電子部品の実装領域の周囲に設けられ、前記配線基板を貫通して延在する貫通開口が形成され、前記貫通開口を貫通して延在する中間部と、該中間部の両端において屈曲された先端部とを有するクランプ部材における、該先端部の間で前記電子部品と前記配線基板とを挟み込んだ実装構造が提供される。また、電子部品と、前記電子部品が実装される配線基板と、上述の実装構造とを有する配線基板組立体が提供される。
【００１５】
また、配線基板組立体であって、表面に電極パッドが配置される配線基板と、外部接続端子が前記配線基板の電極パッドに接合される電子部品と、前記電子部品と前記配線基板とを挟み込むクランプ部材と、を備え、前記配線基板には、前記電子部品の実装領域の周囲に設けられ、前記配線基板を貫通して延在する貫通開口が形成され、前記クランプ部材は、前記貫通開口を貫通して延在する中間部と、該中間部の両端において屈曲された先端部とを有し、該先端部の間で前記電子部品と前記配線基板とを挟み込んだ配線基板組立体が提供される。
【００１６】
さらに、電子部品を配線基板に固定する固定方法であって、配線基板に設けられた貫通開口にクランプ部材を貫通させ、前記クランプ部材の一端を前記配線基板の裏面に係合させ、前記クランプ部材の他端を前記電子部品に係合させる固定方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】はんだバンプ接合部に外力が加わった場合のはんだバンプの変形を示す図である。
【図２】一実施形態による実装構造を有する配線基板組立体の平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】配線基板に実装されてクランプ部材で固定された半導体装置の斜視図である。
【図５】クランプ部材で配線基板と半導体装置を挟み込むときの工程を示す図である。
【図６】クランプ部材で配線基板と半導体装置を挟み込むときの工程を示す図である。
【図７】半導体チップが樹脂封止されていない半導体装置を配線基板に搭載した場合の配線基板組立体の平面図である。
【図８】パッケージ基板の全面が樹脂封止部により覆われている半導体装置を配線基板に搭載した場合の配線基板組立体の平面図である。
【図９】図８におけるＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図である。
【図１０】小さなクランプ部材を用いて半導体装置の４隅を固定した場合を示す斜視図である。
【図１１】枠状のクランプ部材を用いて半導体装置の各辺全体を一つのクランプ部材で固定した場合を示す斜視図である。
【図１２】枠状のクランプ部材を用いて半導体装置の４隅を固定した場合の配線基板の裏面を示す斜視図である。
【図１３】クランプ部材により半導体装置を固定したことによる効果を調べるためにはんだバンプに生じる応力をシミュレーションにより求めた結果を示す図である。
【図１４】クランプ部材の変形例を示す図である。
【図１５】クランプ部材の他の変形例を示す図である。
【図１６】図１５に示すクランプ部材の係合部と固定部を分離した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図２は一実施形態による実装構造を有する配線基板組立体の平面図である。図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図２及び図３に示す配線基板組立体は、配線を有する配線基板２に、電子部品の一例である半導体装置４と抵抗やコンデンサ等の受動素子６を実装したものである。配線基板２はその表面及び／又はその内部に配線を有している。半導体装置４の電極４ｃは、接合部材としてのはんだバンプ８により、配線基板２の電極パッド２ａに接合される。
【００２０】
配線基板２は、例えばガラスエポキシ等の有機基板材で形成された基板である。配線基板２の表面には、半導体装置４の電極４ｃがはんだバンプ８を介して接合される電極パッド２ａが配列されている。
【００２１】
図２及び図３に示す例では、半導体装置４は、パッケージ基板４ａ（サブストレート基板とも称する）上に半導体チップを実装し、半導体チップを樹脂封止して形成されたものである。パッケージ基板４ａの裏側に複数の電極４ｃが形成され、電極４ｃの各々に外部接続端子としてはんだバンプ８が接合されている。パッケージ基板４ａの外周部は、封止樹脂部４ｂから外側に延在している。
【００２２】
本実施形態では、配線基板２を貫通して延在するクランプ部材１０により、配線基板２と半導体装置４とを挟み込むことで、半導体装置４を配線基板２に押し付けながら固定する。クランプ部材１０は、例えばバネ性を有する金属板（例えば、ＳＵＳ３０４ＣＳＰ等）をコの字状に屈曲して形成したもので、コの字形状の上下端で平行に延在する先端部１０ａ及び１０ｂの間に配線基板２及び半導体装置４を挟み込む。クランプ部材１０の締め付け力により半導体装置４は常に配線基板２に押圧されることとなる。
【００２３】
図４は配線基板２に実装されてクランプ部材１０で締め付けられた半導体装置４の斜視図である。図２及び図４に示すように、クランプ部材１０は半導体装置４の４隅部分を挟み込むように4個設けられる。配線基板２のクランプ部材１０が設けられる部分には、クランプ部材１０が貫通して延在できるように、配線基板２を貫通して延在する貫通開口としてスリット２ｂが形成されている。
【００２４】
ここで、配線基板２と半導体装置４を挟み込むようにクランプ部材１０を取り付けて半導体装置４を配線基板に固定する固定方法について説明する。図５はクランプ部材１０で配線基板２と半導体装置４を挟み込むときの工程を示す図である。
【００２５】
図５（ａ）に示すように、半導体装置４が実装される領域の４隅に対応する位置において、配線基板２にスリット２ｂが設けられており、クランプ部材１０をスリット２ｂに挿入して配線基板２を貫通させることで、配線基板２と半導体装置４を同時に挟み込む。
【００２６】
まず、図５（ｂ）に示すように、クランプ部材１０の先端部１０ａをスリット２ｂに斜め方向から差し込む。次に、図５（ｃ）に示すように、クランプ部材１０の先端部１０ａが配線基板２の上に出て、反対側の先端部１０ｂが配線基板２の裏面に当接するまで、クランプ部材１０をスリット２ｂに挿入する。これにより、クランプ部材１０の中間部１０ｃがスリット２ｂを貫通して延在した状態となる。
【００２７】
次に、図５（ｄ）に示すように、クランプ部材１０の先端部１０ｂを配線基板２の裏面に係合させながら、反対側の先端部１０ａを引張ることにより、クランプ部材１０の先端部１０ａと先端部１０ｂの間を広げる。そして、クランプ部材１０の先端部１０ａが半導体装置４のパッケージ基板４ａの隅の上になるようにクランプ部材１０をスリット２ｂ内で移動させる。
【００２８】
そして、先端部１０ａを放すと、図５（ｅ）に示すように、クランプ部材１０はバネ性により元の形状に戻ろうとし、先端部１０ａが半導体装置４のパッケージ基板４ａに係合する。このとき、反対側の先端部１０ｂは配線基板２の裏面に係合しているので、半導体装置４のパッケージ基板４ａと配線基板２とは、クランプ部材１０の先端部１０ａと先端部１０ｂとの間に挟み込まれた状態となる。
【００２９】
クランプ部材１０が取り付けられた状態において、クランプ部材１０のバネ性により半導体装置４は配線基板２に押し付けられ、はんだバンプ８には常に圧縮力が作用することとなる。したがって、はんだバンプ８の接合部に外力に起因した引張り応力が繰り返し生じることが無く、はんだバンプ８の接合部の割れや剥離を抑制することができるので、接合信頼性が向上する。したがって、アンダーフィル材を用いずに接合信頼性を向上することができる。
【００３０】
半導体装置４を配線基板２から取り外す際には、クランプ部材１０を外してからはんだバンプ８を溶かすことで、容易に取り除くことができる。あるいは、クランプ部材１０を取り付けたままはんだバンプ８を溶融させることで半導体装置４が沈み込み、自然とクランプ部材１０が外れた状態となる。
【００３１】
次に、クランプ部材１０を取り付ける別の方法について説明する。図６はクランプ部材１０で配線基板２と半導体装置４を挟み込むときの工程を示す図である。
【００３２】
上述のように、半導体装置４が実装される領域の４隅に対応する位置において、配線基板２にスリット２ｂが設けられており、クランプ部材１０をスリット２ｂに挿入して配線基板２を貫通させることで、配線基板２と半導体装置４を同時に挟み込む。図６に示す取り付け方法では、クランプ部材１０は最初にＬ字形状に曲げられており、図６（ａ）に示すように、Ｌ字形状のクランプ部材１０を配線基板２のスリット２ｂに挿入する。すなわち、クランプ部材１０は先端部１０ｂのみが屈曲されて形成されており、先端部１０ａは中間部１０ｃから真っ直ぐに延在しているままである。先端部１０ｂの屈曲角度は９０度より小さくなっている。中間部１０ｃから真っ直ぐに延在している先端部１０ａからスリット２ｂに挿入し、屈曲された先端部１０ｂが配線基板２の裏面に係合するまで挿入する。
【００３３】
そして、図６（ｂ）に示すように、屈曲された先端部１０ｂの屈曲角度が９０度となって全体が配線基板２の裏面に接触するまでクランプ部材１０を挿入したら、その状態で先端部１０ａを屈曲させてクランプ部材１０をコの字形状に変形させる。先端部１０ａを半導体装置４のパッケージ基板４ａに係合（接触）するまで屈曲したら、クランプ部材１０を押し上げている力を解放する。これにより、図６（ｃ）に示すように、先端部１０ｂの屈曲角度が元にもどろうとして、半導体装置４のパッケージ基板４ａと配線基板２とは、クランプ部材１０の先端部１０ａと先端部１０ｂとの間に挟み込まれた状態となる。図６に示す取り付け方法によれば、クランプ部材１０の直線状の部分をスリット２ｂに挿入するだけなので、スリット２ｂはクランプ部材１０の断面形状より僅かに大きな開口であればよい。
【００３４】
図２乃至図６に示す例では半導体装置４のパッケージ基板４ａの外周部は封止樹脂部４ｂから外側に延在して露出しているが、図７に示すように半導体装置４において半導体チップ４ｄは樹脂封止されていなくてもよい。図７は半導体チップ４ｄが樹脂封止されていない半導体装置４を配線基板２に搭載した場合の配線基板組立体の平面図である。図７に示す例でも、上述の方法と同様に、クランプ部材１０を半導体装置４のパッケージ基板４ｂの４隅に取り付けることができる。
【００３５】
また、半導体装置４のパッケージ基板４ａの全面が封止樹脂部４ｂにより覆われている場合は、クランプ部材１０の先端部を樹脂封止部４ｂの４隅に取り付けるようにすればよい。図８はパッケージ基板４ａの全面が樹脂封止部により覆われている半導体装置４を配線基板２に搭載した場合の配線基板組立体の平面図である。図９は図８におけるＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図である。図９に示すように、クランプ部材１０の先端部１０ａが半導体装置４の封止樹脂部４ｂの隅部に係合し、先端部１０ｂが配線基板２の裏面に係合するようにクランプ部材１０を取り付けることで、半導体装置４と配線基板２とをクランプ部材１０で挟み込むことができる。
【００３６】
以上説明した例では、半導体装置４の４隅をクランプ部材１０で固定しているが、クランプ部材１０の各々大きさは、図１０に示すように小さくしてもよい。あるいは、図１１に示すように半導体装置４の４辺全体を固定するような枠状のクランプ部材としてもよい。図１１に示す枠状のクランプ部材は、半導体装置４に係合する部分が枠状となっており、枠状の部分から細い中間部が配線基板２のスリット２ｂを貫通して配線基板２の裏面側まで延在している。すなわち、半導体装置４の４辺に係合する枠状の部分が先端部１０ａに相当し、中間部１０ｃの反対側に先端部１０ｂが形成され、枠状の先端部１０ａと反対側の４隅に設けられた先端部１０ｂとの間に半導体素子４と配線基板２が挟まれた状態となる。このような枠状のクランプ部材を取り付けるには、クランプ部材１０の枠状の部分（先端部１０ａに相当）から延在する4本の中間部１０ｃと先端部１０ｂを配線基板２の表側からスリット２ｂに挿入しながら、枠状の部分を半導体装置４の各辺に係合させ、中間部１０ｃの先にある先端部１０ｂを屈曲してコの字状とすることで、枠状の部分と先端部１０ｂとで半導体装置４と配線基板２を挟み込む。
【００３７】
図１２は図１１に示すような枠状のクランプ部材を配線基板２の裏面側から取り付けた場合の配線基板２の裏面を示す斜視図である。この場合、クランプ部材の枠状の部分（先端部１０ａに相当）は配線基板２の裏面に係合し、枠状の部分から延在する４本の中間部１０ｃがスリット２ｂを貫通して配線基板２の表側に延在する。そして、中間部１０ｃの先の先端部１０ｂが屈曲されて半導体装置４の４隅に係合してコの字状にする。これにより、半導体装置４の４隅において、枠状の部分と先端部１０ｂとで半導体装置４と配線基板２を挟み込むことができる。
【００３８】
図１３はクランプ部材により半導体装置を固定したことによる効果を調べるためにはんだバンプに生じる応力をシミュレーションにより求めた結果を示す図である。シミュレーション条件として、半導体装置の大きさを２７ｍｍ角とし、配線基板を厚さ１ｍｍのガラスエポキシで形成し、はんだバンプの直径を０．６ｍｍとし、はんだバンプの間隔を１ｍｍとした。以上の条件で半導体装置を配線基板に実装したものとし、配線基板に４ｋｇの外力を加えた場合にはんだバンプに生じる応力を求めた。通常、はんだバンプのうち半導体装置の４隅に設けられたはんだバンプに発生する応力が最も大きくなるので、４隅に設けられたはんだバンプに発生する応力を求めた。今回のモデルの場合、はんだバンプに生じる応力が５００Ｎ／ｍｍ２以下であれば、十分な接続信頼性が得られることが分っている。
【００３９】
図１３において、Ｎｏ．１は半導体装置をクランプ部材で固定しない場合（すなわち、従来の実装構造）におけるシミュレーション結果である。はんだバンプに生じる応力は７５０Ｎ／ｍｍ２であった。Ｎｏ．２は、半導体装置の４隅をクランプ部材で固定した場合であって、クランプ部材の厚さを０．２ｍｍとし、幅を２ｍｍとしたときのシミュレーション結果である。はんだバンプに生じる応力は５００Ｎ／ｍｍ２より低い４８０Ｎ／ｍｍ２であった。
【００４０】
図１３において、Ｎｏ．３は、半導体装置の４隅をクランプ部材で固定した場合であって、クランプ部材の厚さを０．５ｍｍとし、幅を２ｍｍとしたときのシミュレーション結果である。はんだバンプに生じる応力は４４０Ｎ／ｍｍ２であった。クランプ部材の厚さを０．２ｍｍより大きくしても、はんだバンプに生じる応力は大きく減少しないことがわかった。
【００４１】
図１３において、Ｎｏ．４は、半導体装置の４隅をクランプ部材で固定した場合であって、クランプ部材の厚さを０．２ｍｍとし、幅を１ｍｍとしたときのシミュレーション結果である。はんだバンプに生じる応力は５００Ｎ／ｍｍ２であった。クランプ部材の幅を０．１ｍｍに低減しても、はんだバンプに生じる応力は大きく増大しないことがわかった。
【００４２】
図１３において、Ｎｏ．５は、半導体装置の４隅を４個のクランプ部材で固定した場合であって、クランプ部材の厚さを０．２ｍｍとし、幅を４ｍｍとしたときのシミュレーション結果である。はんだバンプに生じる応力は４３０Ｎ／ｍｍ２であった。クランプ部材の幅を０．２ｍｍに増大しても、はんだバンプに生じる応力は大きく減少しないことがわかった。
【００４３】
図１３において、Ｎｏ．６は、半導体装置の４辺全体を枠状のクランプ部材で配線基板の表側から固定した場合であって（図１１に示す構造）、クランプ部材の厚さを０．２ｍｍとし、幅を１ｍとしたときのシミュレーション結果である。はんだバンプに生じる応力は５８０Ｎ／ｍｍ２であった。
【００４４】
図１３において、Ｎｏ．７は、半導体装置の４辺全体を枠状のクランプ部材で配線基板の裏側から固定した場合であって（図１２に示す構造）、クランプ部材の厚さを０．２ｍｍとし、幅を１ｍとしたときのシミュレーション結果である。はんだバンプに生じる応力は３１０Ｎ／ｍｍ２であった。Ｎｏ．７の条件が最も応力を低減する効果があったが、これは枠状のクランプ部材が配線基板に係合するため、配線基板自体の変形が抑制されるためであると考えられる。
【００４５】
次に、クランプ部材の他の例について説明する。
【００４６】
図１４はクランプ部材の変形例を示す図である。図１４に示すクランプ部材２０は、上述のクランプ部材１０の中間部１０ｃをばね２０ｃとしたものである。すなわち、先端部２０ａと２０ｂとの間をばね２０ｃで接続したものである。ばね２０ｃは先端部２０ａと ２０ｂとの間隔が狭まる方向に付勢する。
【００４７】
図１５はクランプ部材の他の変形例を示す図である。図１５に示すクランプ部材３０は、半導体装置４に係合する係合部３０ａと、配線基板２に固定され固定部３０ｂとに分かれている。図１６に示すように、係合部３０ａの一端側は、固定部３０ｂの穴に挿入されて係合する。係合部３０ａの固定部３０の穴に挿入される部分には小さな突起が形成されており、且つ固定部３０の穴の内面には小さな凹部が形成されている。
【００４８】
係合部３０ａを固定部３０ｂの穴に挿入すると、係合部３０ａの小さな突起が固定部３０の穴の内面の凹部に係合することで、係合部３０ａは固定部３０ｂに対して固定される。係合部３０ａの先端を半導体装置４に係合させながら係合部３０ａを固定部３０ｂに対して固定することで、係合部３０ａの先端部と固定部３０ｂの先端とで半導体装置４と配線基板２を挟み込むことができる。
【００４９】
以上のように、配線基板を貫通して延在するクランプ部材により半導体装置と配線基板を挟み込んで固定することにより、はんだバンプの接合部を常に圧縮しておくことで、接合信頼性を向上することができる。これにより、半導体装置をアンダーフィル材で配線基板に接着しなくても接合信頼性を確保できることとなり、半導体装置を配線基板から容易に取り外すことができるようになる。
【００５０】
本明細書は以下の事項を開示する
（付記１）
電子部品を配線基板に実装する実装構造であって、
前記電子部品の電極を前記配線基板の電極パッドに接合する接続端子と、
前記配線基板の前記電子部品が実装される領域の周囲に設けられ、前記配線基板を貫通して延在する貫通開口と、
該貫通開口を貫通して延在するクランプ部材と
を含み、
前記クランプ部材は、前記貫通開口を貫通して延在する中間部と、該中間部の両端において屈曲された先端部とを有し、
該先端部の間で前記電子部品と前記配線基板とを挟み込んだ実装構造。
（付記２）
付記１記載の実装構造であって、
前記クランプ部材はバネ性を有する金属板により形成される実装構造。
（付記３）
付記１又は２記載の実装構造であって、
前記クランプ部材は、平面が四辺形の前記電子部品の４隅に別個に係合するように4個設けられる実装構造。
（付記４）
付記１又は２記載の実装構造であって、
前記クランプ部材の前記先端部の一つは、前記電子部品の外周に係合する枠形状であり、該枠形状の先端部から前記中間部が延在して前記貫通開口を貫通して前記配線基板の裏面まで延在し、前記中間部から延在する前記先端部の他方は前記配線基板の裏面側で前記中間部に対して屈曲されている実装構造。
（付記５）
付記１又は２記載の実装構造であって、
前記クランプ部材の前記先端部の一つは、前記電子部品の外周形状に相当する枠形状であり、前記配線基板の裏目に係合した前記枠形状の先端部から前記中間部が延在して前記貫通開口を貫通して前記配線基板の表面まで延在し、前記中間部から延在する前記先端部の他方は前記配線基板の表面側で前記中間部に対して屈曲されて前記電子部品に係合している実装構造。
（付記６）
電子部品と、
前記電子部品が実装される配線基板と、
付記１乃至５のうちいずれか一項記載の実装構造と
を有する配線基板組立体。
（付記７）
電子部品を配線基板に固定する固定方法であって、
配線基板に設けられた貫通開口にクランプ部材を貫通させ、
前記クランプ部材の一端を前記配線基板の裏面に係合させ、
前記クランプ部材の他端を前記電子部品に係合させる
固定方法。
（付記８）
付記７記載の固定方法であって、
前記クランプ部材を予めコの字状に形成しておき、
前記クランプ部材の一端を、前記配線基板の裏面側から前記貫通開口に挿入して前記配線部材の表面側に延在させ、
前記クランプ部材の他端を前記配線基板の裏面に係合させ、
前記クランプ部材の一端を引張りながら前記電子部品に係合させる
固定方法。
（付記９）
付記７記載の固定方法であって、
前記配線基板の裏面に係合する前記クランプ部材の一端を予め屈曲しておき、
前記クランプ部材の他端を、前記クランプ部材を前記貫通開口に挿入して前記配線部材の表面側に延在させた状態で屈曲して前記電子部品に係合させる
固定方法。
【符号の説明】
【００５１】
２ 配線基板
２ａ 電極パッド
２ｂ スリット
４ 半導体装置
４ａ パッケージ基板
４ｂ 封止樹脂部
４ｃ 電極
４ｄ 半導体チップ
６ 受動素子
８ はんだバンプ
１０ クランプ部材
１０ａ，１０ｂ 先端部
１０ｃ 中間部
２０ クランプ部材
２０ａ，２０ｂ 先端部
２０ｃ ばね
３０ クランプ部材
３０ａ 係合部
３０ｂ 固定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品の実装構造、配線基板組立体及び固定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器には、半導体装置等の電子部品が実装された配線基板が組み込まれることが多い。近年の電子機器は小型化が進み、組み込まれる配線基板は高密度実装で小型化され、配線基板に搭載される半導体装置等の電子部品も小型化されている。これに伴い、電子部品を配線基板に実装するための実装構造も小型となっている。
【０００３】
半導体装置を配線基板に実装するための接合部材として、はんだバンプが用いられることが多い。はんだバンプによるはんだ接合により電気的接続を得るとともに半導体装置を機械的に配線基板に固定する。上述のように実装構造が小型となり、はんだバンプが小さくなると、はんだ接合部も小さくなるので、熱応力や外部からの圧力により容易にはんだバンプ接合部が変形し損傷してしまい、接続不良が発生しやすくなる。
【０００４】
ここで、実装構造としてはんだバンプ接合部に外力が加わった場合のはんだバンプの変形について、図１（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。図１（ａ）において、半導体装置の電極パッド１０１がはんだバンプ１０２により配線基板１０３の接続パッド１０４に接合された実装構造が示されている。はんだバンプ１０２は、はんだリフローの際に溶融してから固化し、電極パッド１０１及び接続パッド１０４に密着したはんだ接合部１０２ａが形成されている。図１（ａ）に示す状態は、はんだバンプ１０２に外力が加わる前の状態であり、はんだバンプ１０２は変形していない。
【０００５】
配線基板１０３の図１（ａ）に示す位置に外力が作用すると、配線基板１０３は外力が加わった部分が上に上がるように変形すると同時に、はんだバンプ１０２も図１（ｂ）に示すように変形する。外力が加わる位置がはんだバンプ１０２の中心からずれているため、外力が加わる位置に近い側のはんだ接合部１０２ａの端部に応力が集中する。外力が無くなると応力も無くなり、はんだバンプ１０２の変形も無くなって図１（ａ）に示すもとの形状にもどる。
【０００６】
このような外力が繰り返し配線基板１０３に作用すると、はんだ接合部１０２ａと接続パッド１０４との間に繰り返して応力集中が発生し、はんだ接合部１０２ａの端部が接続パッド１０４から剥離することがある。この剥離が内部に伝播するとはんだ接合部１０２ａと接続パッド１０４との電気的接続が無くなり、接続不良となってしまう。
【０００７】
そこで、実装した半導体装置と配線基板との間にアンダーフィル材を充填してはんだ接合部を補強することが行なわれている。すなわち、エポキシ樹脂等からなるアンダーフィル材をはんだ接合部の周囲に充填してはんだ接合部を周囲から補強し、且つ半導体装置の底面と配線基板の表面とをアンダーフィル材で接着して機械的に固定する。これにより、はんだ接合部の耐圧力性や長期信頼性が向上する。
【０００８】
近年、特にノーパソコン等の携帯型コンピュータや携帯電話などの電子機器は、小型化、高機能化が進み、電子機器の筐体に加わった圧力が内部の配線基板や実装構造部分に伝わり易くなっている。そこで、はんだ接合部の耐圧力性や長期信頼性をさらに向上させるために、より高い接着強度とより高いヤング率を有するアンダーフィル材が用いられるようになっている。ところが、このようにアンダーフィル材の接着強度が大きくなると、一旦アンダーフィル材で固定した半導体装置を配線基板から取りはずすことが困難となってしまう。
【０００９】
例えば、半導体装置を配線基板に実装後に半導体装置に機能不良が発生した場合、機能不良を起こした半導体装置のみを配線基板から取り外して交換することができない。したがって、高価な配線基板全体を交換しなければならなくなり、配線基板の仕損費が増大してしまう。また、機能不良が生じていると予測される半導体装置を単体で機能を調べて不良原因の解析を行うことができないため、機能不良の原因を明らかにすることができず、不良率が増大するおそれもある。
【００１０】
そこで、放熱板を大きなクリップとして形成し、このクリップによりプリント基板と半導体部品とを挟み込んで固定する実装構造が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。クリップにより挟み込む力が半導体部品に常に加わっているので、半導体部品の外部接続端子は常にプリント基板の電極パッドに押圧されており、接続不良が発生する可能性は小さい。したがって、アンダーフィル等の接着材で半導体部品をプリント基板に固定して接続信頼性を得る必要はなく、クリップを外すことで容易に半導体部品をプリント基板から取り外すことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−３４７４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述の特許文献１に開示された実装構造では、一端側が開いたコの字状の大きなクリップでプリント基板に重ねられた半導体部品の全体を挟み込む。このため、半導体部品がプリント基板の縁の近くに実装される場合にはクリップを用いることができる。しかし、半導体部品がプリント基板の中央の側に実装される場合には、半導体部品まで届くような長いクリップを用いなければならず、実用的ではない。
【００１３】
そこで、アンダーフィル材を用いずに、半導体装置の接合部の耐圧迫性や長期信頼性を改善することができ、実装した半導体装置を容易に配線基板から取り外すことができる実装構造の開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
一実施態様によれば、電子部品を配線基板に実装する実装構造であって、前記電子部品の外部接続端子が前記配線基板の電極パッドに接合されており、前記配線基板には、前記電子部品の実装領域の周囲に設けられ、前記配線基板を貫通して延在する貫通開口が形成され、前記貫通開口を貫通して延在する中間部と、該中間部の両端において屈曲された先端部とを有するクランプ部材における、該先端部の間で前記電子部品と前記配線基板とを挟み込んだ実装構造が提供される。また、電子部品と、前記電子部品が実装される配線基板と、上述の実装構造とを有する配線基板組立体が提供される。
【００１５】
また、配線基板組立体であって、表面に電極パッドが配置される配線基板と、外部接続端子が前記配線基板の電極パッドに接合される電子部品と、前記電子部品と前記配線基板とを挟み込むクランプ部材と、を備え、前記配線基板には、前記電子部品の実装領域の周囲に設けられ、前記配線基板を貫通して延在する貫通開口が形成され、前記クランプ部材は、前記貫通開口を貫通して延在する中間部と、該中間部の両端において屈曲された先端部とを有し、該先端部の間で前記電子部品と前記配線基板とを挟み込んだ配線基板組立体が提供される。
【００１６】
さらに、電子部品を配線基板に固定する固定方法であって、配線基板に設けられた貫通開口にクランプ部材を貫通させ、前記クランプ部材の一端を前記配線基板の裏面に係合させ、前記クランプ部材の他端を前記電子部品に係合させる固定方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】はんだバンプ接合部に外力が加わった場合のはんだバンプの変形を示す図である。
【図２】一実施形態による実装構造を有する配線基板組立体の平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】配線基板に実装されてクランプ部材で固定された半導体装置の斜視図である。
【図５】クランプ部材で配線基板と半導体装置を挟み込むときの工程を示す図である。
【図６】クランプ部材で配線基板と半導体装置を挟み込むときの工程を示す図である。
【図７】半導体チップが樹脂封止されていない半導体装置を配線基板に搭載した場合の配線基板組立体の平面図である。
【図８】パッケージ基板の全面が樹脂封止部により覆われている半導体装置を配線基板に搭載した場合の配線基板組立体の平面図である。
【図９】図８におけるＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図である。
【図１０】小さなクランプ部材を用いて半導体装置の４隅を固定した場合を示す斜視図である。
【図１１】枠状のクランプ部材を用いて半導体装置の各辺全体を一つのクランプ部材で固定した場合を示す斜視図である。
【図１２】枠状のクランプ部材を用いて半導体装置の４隅を固定した場合の配線基板の裏面を示す斜視図である。
【図１３】クランプ部材により半導体装置を固定したことによる効果を調べるためにはんだバンプに生じる応力をシミュレーションにより求めた結果を示す図である。
【図１４】クランプ部材の変形例を示す図である。
【図１５】クランプ部材の他の変形例を示す図である。
【図１６】図１５に示すクランプ部材の係合部と固定部を分離した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図２は一実施形態による実装構造を有する配線基板組立体の平面図である。図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図２及び図３に示す配線基板組立体は、配線を有する配線基板２に、電子部品の一例である半導体装置４と抵抗やコンデンサ等の受動素子６を実装したものである。配線基板２はその表面及び／又はその内部に配線を有している。半導体装置４の電極４ｃは、接合部材としてのはんだバンプ８により、配線基板２の電極パッド２ａに接合される。
【００２０】
配線基板２は、例えばガラスエポキシ等の有機基板材で形成された基板である。配線基板２の表面には、半導体装置４の電極４ｃがはんだバンプ８を介して接合される電極パッド２ａが配列されている。
【００２１】
図２及び図３に示す例では、半導体装置４は、パッケージ基板４ａ（サブストレート基板とも称する）上に半導体チップを実装し、半導体チップを樹脂封止して形成されたものである。パッケージ基板４ａの裏側に複数の電極４ｃが形成され、電極４ｃの各々に外部接続端子としてはんだバンプ８が接合されている。パッケージ基板４ａの外周部は、封止樹脂部４ｂから外側に延在している。
【００２２】
本実施形態では、配線基板２を貫通して延在するクランプ部材１０により、配線基板２と半導体装置４とを挟み込むことで、半導体装置４を配線基板２に押し付けながら固定する。クランプ部材１０は、例えばバネ性を有する金属板（例えば、ＳＵＳ３０４ＣＳＰ等）をコの字状に屈曲して形成したもので、コの字形状の上下端で平行に延在する先端部１０ａ及び１０ｂの間に配線基板２及び半導体装置４を挟み込む。クランプ部材１０の締め付け力により半導体装置４は常に配線基板２に押圧されることとなる。
【００２３】
図４は配線基板２に実装されてクランプ部材１０で締め付けられた半導体装置４の斜視図である。図２及び図４に示すように、クランプ部材１０は半導体装置４の４隅部分を挟み込むように4個設けられる。配線基板２のクランプ部材１０が設けられる部分には、クランプ部材１０が貫通して延在できるように、配線基板２を貫通して延在する貫通開口としてスリット２ｂが形成されている。
【００２４】
ここで、配線基板２と半導体装置４を挟み込むようにクランプ部材１０を取り付けて半導体装置４を配線基板に固定する固定方法について説明する。図５はクランプ部材１０で配線基板２と半導体装置４を挟み込むときの工程を示す図である。
【００２５】
図５（ａ）に示すように、半導体装置４が実装される領域の４隅に対応する位置において、配線基板２にスリット２ｂが設けられており、クランプ部材１０をスリット２ｂに挿入して配線基板２を貫通させることで、配線基板２と半導体装置４を同時に挟み込む。
【００２６】
まず、図５（ｂ）に示すように、クランプ部材１０の先端部１０ａをスリット２ｂに斜め方向から差し込む。次に、図５（ｃ）に示すように、クランプ部材１０の先端部１０ａが配線基板２の上に出て、反対側の先端部１０ｂが配線基板２の裏面に当接するまで、クランプ部材１０をスリット２ｂに挿入する。これにより、クランプ部材１０の中間部１０ｃがスリット２ｂを貫通して延在した状態となる。
【００２７】
次に、図５（ｄ）に示すように、クランプ部材１０の先端部１０ｂを配線基板２の裏面に係合させながら、反対側の先端部１０ａを引張ることにより、クランプ部材１０の先端部１０ａと先端部１０ｂの間を広げる。そして、クランプ部材１０の先端部１０ａが半導体装置４のパッケージ基板４ａの隅の上になるようにクランプ部材１０をスリット２ｂ内で移動させる。
【００２８】
そして、先端部１０ａを放すと、図５（ｅ）に示すように、クランプ部材１０はバネ性により元の形状に戻ろうとし、先端部１０ａが半導体装置４のパッケージ基板４ａに係合する。このとき、反対側の先端部１０ｂは配線基板２の裏面に係合しているので、半導体装置４のパッケージ基板４ａと配線基板２とは、クランプ部材１０の先端部１０ａと先端部１０ｂとの間に挟み込まれた状態となる。
【００２９】
クランプ部材１０が取り付けられた状態において、クランプ部材１０のバネ性により半導体装置４は配線基板２に押し付けられ、はんだバンプ８には常に圧縮力が作用することとなる。したがって、はんだバンプ８の接合部に外力に起因した引張り応力が繰り返し生じることが無く、はんだバンプ８の接合部の割れや剥離を抑制することができるので、接合信頼性が向上する。したがって、アンダーフィル材を用いずに接合信頼性を向上することができる。
【００３０】
半導体装置４を配線基板２から取り外す際には、クランプ部材１０を外してからはんだバンプ８を溶かすことで、容易に取り除くことができる。あるいは、クランプ部材１０を取り付けたままはんだバンプ８を溶融させることで半導体装置４が沈み込み、自然とクランプ部材１０が外れた状態となる。
【００３１】
次に、クランプ部材１０を取り付ける別の方法について説明する。図６はクランプ部材１０で配線基板２と半導体装置４を挟み込むときの工程を示す図である。
【００３２】
上述のように、半導体装置４が実装される領域の４隅に対応する位置において、配線基板２にスリット２ｂが設けられており、クランプ部材１０をスリット２ｂに挿入して配線基板２を貫通させることで、配線基板２と半導体装置４を同時に挟み込む。図６に示す取り付け方法では、クランプ部材１０は最初にＬ字形状に曲げられており、図６（ａ）に示すように、Ｌ字形状のクランプ部材１０を配線基板２のスリット２ｂに挿入する。すなわち、クランプ部材１０は先端部１０ｂのみが屈曲されて形成されており、先端部１０ａは中間部１０ｃから真っ直ぐに延在しているままである。先端部１０ｂの屈曲角度は９０度より小さくなっている。中間部１０ｃから真っ直ぐに延在している先端部１０ａからスリット２ｂに挿入し、屈曲された先端部１０ｂが配線基板２の裏面に係合するまで挿入する。
【００３３】
そして、図６（ｂ）に示すように、屈曲された先端部１０ｂの屈曲角度が９０度となって全体が配線基板２の裏面に接触するまでクランプ部材１０を挿入したら、その状態で先端部１０ａを屈曲させてクランプ部材１０をコの字形状に変形させる。先端部１０ａを半導体装置４のパッケージ基板４ａに係合（接触）するまで屈曲したら、クランプ部材１０を押し上げている力を解放する。これにより、図６（ｃ）に示すように、先端部１０ｂの屈曲角度が元にもどろうとして、半導体装置４のパッケージ基板４ａと配線基板２とは、クランプ部材１０の先端部１０ａと先端部１０ｂとの間に挟み込まれた状態となる。図６に示す取り付け方法によれば、クランプ部材１０の直線状の部分をスリット２ｂに挿入するだけなので、スリット２ｂはクランプ部材１０の断面形状より僅かに大きな開口であればよい。
【００３４】
図２乃至図６に示す例では半導体装置４のパッケージ基板４ａの外周部は封止樹脂部４ｂから外側に延在して露出しているが、図７に示すように半導体装置４において半導体チップ４ｄは樹脂封止されていなくてもよい。図７は半導体チップ４ｄが樹脂封止されていない半導体装置４を配線基板２に搭載した場合の配線基板組立体の平面図である。図７に示す例でも、上述の方法と同様に、クランプ部材１０を半導体装置４のパッケージ基板４ｂの４隅に取り付けることができる。
【００３５】
また、半導体装置４のパッケージ基板４ａの全面が封止樹脂部４ｂにより覆われている場合は、クランプ部材１０の先端部を樹脂封止部４ｂの４隅に取り付けるようにすればよい。図８はパッケージ基板４ａの全面が樹脂封止部により覆われている半導体装置４を配線基板２に搭載した場合の配線基板組立体の平面図である。図９は図８におけるＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図である。図９に示すように、クランプ部材１０の先端部１０ａが半導体装置４の封止樹脂部４ｂの隅部に係合し、先端部１０ｂが配線基板２の裏面に係合するようにクランプ部材１０を取り付けることで、半導体装置４と配線基板２とをクランプ部材１０で挟み込むことができる。
【００３６】
以上説明した例では、半導体装置４の４隅をクランプ部材１０で固定しているが、クランプ部材１０の各々大きさは、図１０に示すように小さくしてもよい。あるいは、図１１に示すように半導体装置４の４辺全体を固定するような枠状のクランプ部材としてもよい。図１１に示す枠状のクランプ部材は、半導体装置４に係合する部分が枠状となっており、枠状の部分から細い中間部が配線基板２のスリット２ｂを貫通して配線基板２の裏面側まで延在している。すなわち、半導体装置４の４辺に係合する枠状の部分が先端部１０ａに相当し、中間部１０ｃの反対側に先端部１０ｂが形成され、枠状の先端部１０ａと反対側の４隅に設けられた先端部１０ｂとの間に半導体素子４と配線基板２が挟まれた状態となる。このような枠状のクランプ部材を取り付けるには、クランプ部材１０の枠状の部分（先端部１０ａに相当）から延在する4本の中間部１０ｃと先端部１０ｂを配線基板２の表側からスリット２ｂに挿入しながら、枠状の部分を半導体装置４の各辺に係合させ、中間部１０ｃの先にある先端部１０ｂを屈曲してコの字状とすることで、枠状の部分と先端部１０ｂとで半導体装置４と配線基板２を挟み込む。
【００３７】
図１２は図１１に示すような枠状のクランプ部材を配線基板２の裏面側から取り付けた場合の配線基板２の裏面を示す斜視図である。この場合、クランプ部材の枠状の部分（先端部１０ａに相当）は配線基板２の裏面に係合し、枠状の部分から延在する４本の中間部１０ｃがスリット２ｂを貫通して配線基板２の表側に延在する。そして、中間部１０ｃの先の先端部１０ｂが屈曲されて半導体装置４の４隅に係合してコの字状にする。これにより、半導体装置４の４隅において、枠状の部分と先端部１０ｂとで半導体装置４と配線基板２を挟み込むことができる。
【００３８】
図１３はクランプ部材により半導体装置を固定したことによる効果を調べるためにはんだバンプに生じる応力をシミュレーションにより求めた結果を示す図である。シミュレーション条件として、半導体装置の大きさを２７ｍｍ角とし、配線基板を厚さ１ｍｍのガラスエポキシで形成し、はんだバンプの直径を０．６ｍｍとし、はんだバンプの間隔を１ｍｍとした。以上の条件で半導体装置を配線基板に実装したものとし、配線基板に４ｋｇの外力を加えた場合にはんだバンプに生じる応力を求めた。通常、はんだバンプのうち半導体装置の４隅に設けられたはんだバンプに発生する応力が最も大きくなるので、４隅に設けられたはんだバンプに発生する応力を求めた。今回のモデルの場合、はんだバンプに生じる応力が５００Ｎ／ｍｍ２以下であれば、十分な接続信頼性が得られることが分っている。
【００３９】
図１３において、Ｎｏ．１は半導体装置をクランプ部材で固定しない場合（すなわち、従来の実装構造）におけるシミュレーション結果である。はんだバンプに生じる応力は７５０Ｎ／ｍｍ２であった。Ｎｏ．２は、半導体装置の４隅をクランプ部材で固定した場合であって、クランプ部材の厚さを０．２ｍｍとし、幅を２ｍｍとしたときのシミュレーション結果である。はんだバンプに生じる応力は５００Ｎ／ｍｍ２より低い４８０Ｎ／ｍｍ２であった。
【００４０】
図１３において、Ｎｏ．３は、半導体装置の４隅をクランプ部材で固定した場合であって、クランプ部材の厚さを０．５ｍｍとし、幅を２ｍｍとしたときのシミュレーション結果である。はんだバンプに生じる応力は４４０Ｎ／ｍｍ２であった。クランプ部材の厚さを０．２ｍｍより大きくしても、はんだバンプに生じる応力は大きく減少しないことがわかった。
【００４１】
図１３において、Ｎｏ．４は、半導体装置の４隅をクランプ部材で固定した場合であって、クランプ部材の厚さを０．２ｍｍとし、幅を１ｍｍとしたときのシミュレーション結果である。はんだバンプに生じる応力は５００Ｎ／ｍｍ２であった。クランプ部材の幅を０．１ｍｍに低減しても、はんだバンプに生じる応力は大きく増大しないことがわかった。
【００４２】
図１３において、Ｎｏ．５は、半導体装置の４隅を４個のクランプ部材で固定した場合であって、クランプ部材の厚さを０．２ｍｍとし、幅を４ｍｍとしたときのシミュレーション結果である。はんだバンプに生じる応力は４３０Ｎ／ｍｍ２であった。クランプ部材の幅を０．２ｍｍに増大しても、はんだバンプに生じる応力は大きく減少しないことがわかった。
【００４３】
図１３において、Ｎｏ．６は、半導体装置の４辺全体を枠状のクランプ部材で配線基板の表側から固定した場合であって（図１１に示す構造）、クランプ部材の厚さを０．２ｍｍとし、幅を１ｍとしたときのシミュレーション結果である。はんだバンプに生じる応力は５８０Ｎ／ｍｍ２であった。
【００４４】
図１３において、Ｎｏ．７は、半導体装置の４辺全体を枠状のクランプ部材で配線基板の裏側から固定した場合であって（図１２に示す構造）、クランプ部材の厚さを０．２ｍｍとし、幅を１ｍとしたときのシミュレーション結果である。はんだバンプに生じる応力は３１０Ｎ／ｍｍ２であった。Ｎｏ．７の条件が最も応力を低減する効果があったが、これは枠状のクランプ部材が配線基板に係合するため、配線基板自体の変形が抑制されるためであると考えられる。
【００４５】
次に、クランプ部材の他の例について説明する。
【００４６】
図１４はクランプ部材の変形例を示す図である。図１４に示すクランプ部材２０は、上述のクランプ部材１０の中間部１０ｃをばね２０ｃとしたものである。すなわち、先端部２０ａと２０ｂとの間をばね２０ｃで接続したものである。ばね２０ｃは先端部２０ａと ２０ｂとの間隔が狭まる方向に付勢する。
【００４７】
図１５はクランプ部材の他の変形例を示す図である。図１５に示すクランプ部材３０は、半導体装置４に係合する係合部３０ａと、配線基板２に固定され固定部３０ｂとに分かれている。図１６に示すように、係合部３０ａの一端側は、固定部３０ｂの穴に挿入されて係合する。係合部３０ａの固定部３０の穴に挿入される部分には小さな突起が形成されており、且つ固定部３０の穴の内面には小さな凹部が形成されている。
【００４８】
係合部３０ａを固定部３０ｂの穴に挿入すると、係合部３０ａの小さな突起が固定部３０の穴の内面の凹部に係合することで、係合部３０ａは固定部３０ｂに対して固定される。係合部３０ａの先端を半導体装置４に係合させながら係合部３０ａを固定部３０ｂに対して固定することで、係合部３０ａの先端部と固定部３０ｂの先端とで半導体装置４と配線基板２を挟み込むことができる。
【００４９】
以上のように、配線基板を貫通して延在するクランプ部材により半導体装置と配線基板を挟み込んで固定することにより、はんだバンプの接合部を常に圧縮しておくことで、接合信頼性を向上することができる。これにより、半導体装置をアンダーフィル材で配線基板に接着しなくても接合信頼性を確保できることとなり、半導体装置を配線基板から容易に取り外すことができるようになる。
【００５０】
本明細書は以下の事項を開示する
（付記１）
電子部品を配線基板に実装する実装構造であって、
前記電子部品の電極を前記配線基板の電極パッドに接合する接続端子と、
前記配線基板の前記電子部品が実装される領域の周囲に設けられ、前記配線基板を貫通して延在する貫通開口と、
該貫通開口を貫通して延在するクランプ部材と
を含み、
前記クランプ部材は、前記貫通開口を貫通して延在する中間部と、該中間部の両端において屈曲された先端部とを有し、
該先端部の間で前記電子部品と前記配線基板とを挟み込んだ実装構造。
（付記２）
付記１記載の実装構造であって、
前記クランプ部材はバネ性を有する金属板により形成される実装構造。
（付記３）
付記１又は２記載の実装構造であって、
前記クランプ部材は、平面が四辺形の前記電子部品の４隅に別個に係合するように4個設けられる実装構造。
（付記４）
付記１又は２記載の実装構造であって、
前記クランプ部材の前記先端部の一つは、前記電子部品の外周に係合する枠形状であり、該枠形状の先端部から前記中間部が延在して前記貫通開口を貫通して前記配線基板の裏面まで延在し、前記中間部から延在する前記先端部の他方は前記配線基板の裏面側で前記中間部に対して屈曲されている実装構造。
（付記５）
付記１又は２記載の実装構造であって、
前記クランプ部材の前記先端部の一つは、前記電子部品の外周形状に相当する枠形状であり、前記配線基板の裏目に係合した前記枠形状の先端部から前記中間部が延在して前記貫通開口を貫通して前記配線基板の表面まで延在し、前記中間部から延在する前記先端部の他方は前記配線基板の表面側で前記中間部に対して屈曲されて前記電子部品に係合している実装構造。
（付記６）
電子部品と、
前記電子部品が実装される配線基板と、
付記１乃至５のうちいずれか一項記載の実装構造と
を有する配線基板組立体。
（付記７）
電子部品を配線基板に固定する固定方法であって、
配線基板に設けられた貫通開口にクランプ部材を貫通させ、
前記クランプ部材の一端を前記配線基板の裏面に係合させ、
前記クランプ部材の他端を前記電子部品に係合させる
固定方法。
（付記８）
付記７記載の固定方法であって、
前記クランプ部材を予めコの字状に形成しておき、
前記クランプ部材の一端を、前記配線基板の裏面側から前記貫通開口に挿入して前記配線部材の表面側に延在させ、
前記クランプ部材の他端を前記配線基板の裏面に係合させ、
前記クランプ部材の一端を引張りながら前記電子部品に係合させる
固定方法。
（付記９）
付記７記載の固定方法であって、
前記配線基板の裏面に係合する前記クランプ部材の一端を予め屈曲しておき、
前記クランプ部材の他端を、前記クランプ部材を前記貫通開口に挿入して前記配線部材の表面側に延在させた状態で屈曲して前記電子部品に係合させる
固定方法。
【符号の説明】
【００５１】
２ 配線基板
２ａ 電極パッド
２ｂ スリット
４ 半導体装置
４ａ パッケージ基板
４ｂ 封止樹脂部
４ｃ 電極
４ｄ 半導体チップ
６ 受動素子
８ はんだバンプ
１０ クランプ部材
１０ａ，１０ｂ 先端部
１０ｃ 中間部
２０ クランプ部材
２０ａ，２０ｂ 先端部
２０ｃ ばね
３０ クランプ部材
３０ａ 係合部
３０ｂ 固定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を配線基板に実装する実装構造であって、
前記電子部品の外部接続端子が前記配線基板の電極パッドに接合されており、
前記配線基板には、前記電子部品の実装領域の周囲に設けられ、前記配線基板を貫通して延在する貫通開口が形成され、
前記貫通開口を貫通して延在する中間部と、該中間部の両端において屈曲された先端部とを有するクランプ部材における、
該先端部の間で前記電子部品と前記配線基板とを挟み込んだ実装構造。
【請求項２】
請求項１記載の実装構造であって、
前記クランプ部材はバネ性を有する金属板により形成される実装構造。
【請求項３】
請求項１又は２記載の実装構造であって、
前記クランプ部材は、平面が四辺形の前記電子部品の４隅に別個に係合するように4個設けられる実装構造。
【請求項４】
配線基板組立体であって、
表面に電極パッドが配置される配線基板と、
外部接続端子が前記配線基板の電極パッドに接合される電子部品と、
前記電子部品と前記配線基板とを挟み込むクランプ部材と、を備え、
前記配線基板には、前記電子部品の実装領域の周囲に設けられ、前記配線基板を貫通して延在する貫通開口が形成され、
前記クランプ部材は、前記貫通開口を貫通して延在する中間部と、該中間部の両端において屈曲された先端部とを有し、該先端部の間で前記電子部品と前記配線基板とを挟み込んだ配線基板組立体。
【請求項５】
電子部品を配線基板に固定する固定方法であって、
配線基板に設けられた貫通開口にクランプ部材を貫通させ、
前記クランプ部材の一端を前記配線基板の裏面に係合させ、
前記クランプ部材の他端を前記電子部品に係合させる
固定方法。
【請求項１】
電子部品を配線基板に実装する実装構造であって、
前記電子部品の外部接続端子が前記配線基板の電極パッドに接合されており、
前記配線基板には、前記電子部品の実装領域の周囲に設けられ、前記配線基板を貫通して延在する貫通開口が形成され、
前記貫通開口を貫通して延在する中間部と、該中間部の両端において屈曲された先端部とを有するクランプ部材における、
該先端部の間で前記電子部品と前記配線基板とを挟み込んだ実装構造。
【請求項２】
請求項１記載の実装構造であって、
前記クランプ部材はバネ性を有する金属板により形成される実装構造。
【請求項３】
請求項１又は２記載の実装構造であって、
前記クランプ部材は、平面が四辺形の前記電子部品の４隅に別個に係合するように4個設けられる実装構造。
【請求項４】
配線基板組立体であって、
表面に電極パッドが配置される配線基板と、
外部接続端子が前記配線基板の電極パッドに接合される電子部品と、
前記電子部品と前記配線基板とを挟み込むクランプ部材と、を備え、
前記配線基板には、前記電子部品の実装領域の周囲に設けられ、前記配線基板を貫通して延在する貫通開口が形成され、
前記クランプ部材は、前記貫通開口を貫通して延在する中間部と、該中間部の両端において屈曲された先端部とを有し、該先端部の間で前記電子部品と前記配線基板とを挟み込んだ配線基板組立体。
【請求項５】
電子部品を配線基板に固定する固定方法であって、
配線基板に設けられた貫通開口にクランプ部材を貫通させ、
前記クランプ部材の一端を前記配線基板の裏面に係合させ、
前記クランプ部材の他端を前記電子部品に係合させる
固定方法。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−４１６５（Ｐ２０１２−４１６５Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３５１１５（Ｐ２０１０−１３５１１５）
【出願日】平成２２年６月１４日（２０１０．６．１４）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１４日（２０１０．６．１４）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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