表面実装デバイスの実装構造体及びその製造方法
【課題】表面実装デバイスをプリント基板に強固に実装することができると共に、プリント基板を損傷させることなく表面実装デバイスのリペア作業を行うことができる、表面実装デバイスの実装構造体を提供する。
【解決手段】表面実装デバイスの実装構造体は、プリント基板1と、プリント基板1上の実装領域に実装用半田ボール2aを介して実装された表面実装デバイスとしてのBGAパッケージ2と、プリント基板1上の前記実装領域の周囲に配置された補強部材用ランド5と、補強部材用ランド5上に半田付けされた補強部材4とを備え、補強部材4とBGAパッケージ2とが接着剤6を介して固着されている。
【解決手段】表面実装デバイスの実装構造体は、プリント基板1と、プリント基板1上の実装領域に実装用半田ボール2aを介して実装された表面実装デバイスとしてのBGAパッケージ2と、プリント基板1上の前記実装領域の周囲に配置された補強部材用ランド5と、補強部材用ランド5上に半田付けされた補強部材4とを備え、補強部材4とBGAパッケージ2とが接着剤6を介して固着されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、整列配置された複数の実装用半田ボールを有するボールグリッドアレイ(BGA(Ball Grid Array))パッケージ等の表面実装デバイスの実装構造体、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、電子機器は、多機能化が著しい一方、小型、軽量化への要求も非常に高い。そのため、プリント基板に実装される半導体装置としては、クワッドフラットパッケージ(QFP(Quad Flat Package))に代表されるリード接続型の半導体装置に替わり、BGAパッケージ、チップサイズパッケージ(CSP(Chip Size Package))といった、半田バンプ接続型の半導体装置が数多く使用されている。しかし、人が持ち運ぶことを前提としたモバイル機器は、ユーザの不注意による落下等の衝撃に対して高い信頼性が要求される。そして、一般に、BGAパッケージ、CSP等の半田バンプ接続型の半導体装置の実装構造体においては、衝撃が直接、半田接合部に伝わるため、リードによる応力緩和機能を有するリード接続型の半導体装置の実装構造体と比較して電気的接続の信頼性が劣る。そこで、電気的接続の信頼性を向上させるために様々な補強が行われている。中でも、半導体装置とプリント基板との間に熱硬化性樹脂を注入して補強する、いわゆるアンダーフィル樹脂補強が行われるケースが非常に多い。
【0003】
図12に、従来技術における半田バンプ接続型の半導体装置の実装構造体を示す。
【0004】
図12において、14は半導体装置であり、半導体装置14は、その裏面に、整列配置された複数の実装用半田ボール15を有している。また、16はプリント基板であり、プリント基板16は、その表面に、複数の実装用半田ボール15にそれぞれ対応する複数の実装用ランド17を有している。そして、半導体装置14は、実装用半田ボール15の溶融によってプリント基板16上の実装用ランド17に接合されることにより、プリント基板16に実装されている。尚、アンダーフィル18は、半導体装置14の実装面にまで達している。
【0005】
半田バンプ接続型の半導体装置は、高機能化、多機能化のために端子数が増加し、また小型化、軽量化が進み、それに応じて、半田バンプピッチや半田ボールの微細化が進んでいる。また、半導体装置を受けるプリント基板の実装用ランドも小径化している。その結果、実装用半田ボールと実装用ランドとの接続面積が減少して、接続強度が低下し、電気的接続の信頼性を十分に確保することができなくなる。従って、アンダーフィルによる補強の重要性は益々高くなっている。
【0006】
しかし、この方法では、アンダーフィル材料として熱硬化性樹脂が用いられるため、プリント基板に半導体装置としてのBGAパッケージが実装された後にBGAパッケージの不良、あるいは、BGAパッケージとプリント基板との接続不良等が発見されたときにBGAパッケージを交換することが極めて困難となる。
【0007】
そこで、この問題を解決するために、アンダーフィル材料として、150℃で熱軟化するエポキシ樹脂組成物を用いた、半導体装置の実装構造体が提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、アンダーフィル材料として、加熱しながら半導体装置を実装基板から引き剥がすことが可能な樹脂組成物を用いた、半導体装置の実装構造体が提案されている(例えば、特許文献2参照)。また、半導体装置の上面を熱硬化性接着剤を介して治具に当接させた状態で加熱することにより、半導体装置を治具に加熱接着させると共に、プリント基板と半導体装置との間にあるアンダーフィルを熱劣化させて、プリント基板から半導体装置を物理的に引き剥がすようにした、半導体装置のリペア方法が提案されている(例えば、特許文献3、4参照)。
【特許文献1】特開2001−220428号公報
【特許文献2】特開平10−209342号公報
【特許文献3】特開平5−109838公報
【特許文献4】特開2006−303266公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
特許文献1〜4においては、図13に示すように、加熱して樹脂を軟化させることにより、基板から半導体装置を取り外すようにされている。
【0009】
そして、特許文献1においては、半導体装置の取り外しの可否でリペアが定義されており、樹脂残渣19の除去に関しての記載が無く、リペア時の樹脂残渣19の除去については考慮されていない。
【0010】
一方、特許文献2には、プリント基板上に残った樹脂残渣19の除去方法として、所定温度に加熱するか、有機溶剤を含浸させる方法が記載されている。しかし、この場合、プリント基板や当該半導体装置の周辺に実装されている他の部品を損傷させる可能性があり、必ずしも樹脂残渣19の除去に適当な有機溶剤が使えるとは限らない。
【0011】
また、特許文献3に記載の半導体装置のリペア方法を用いた場合、プリント基板から引き剥がされた半導体装置は、ヒータツール側に固着されたままとなる。従って、ヒータツールは、そのままでは使用することができず、半導体装置をヒータツールから剥がし、また、場合によってはヒータツールに残っている付着物を除去してからでなければヒータツールを再使用することができない。
【0012】
一方、特許文献4においては、特許文献3の問題であるヒータツールに付着物が残ることを防止するために、半導体装置の上面よりも熱伝導性の大きい伝熱板を、熱硬化性樹脂を用いて、半導体装置の上面の全面に密着させて接着するようにされている。しかし、半導体装置の上面を治具に接着剤によって接着させていることは特許文献3の場合と同様であり、半導体装置を治具から剥がす等してからでなければ治具を再使用することができない。また、特許文献4においては、特許文献1の場合と同じく、半導体装置の取り外しの可否でリペアが定義されており、樹脂残渣19の除去に関しての記載が無く、リペア時の樹脂残渣19の除去については考慮されていない。
【0013】
尚、ヒータツールを半導体装置に密着させることにより半導体装置をヒータツールからの伝熱によって加熱しつつ、半導体装置を吸着によってプリント基板から引き剥がす場合には、ヒータツールを貫通して半導体装置との密着面に開口する吸気通路をヒータツールに形成しておく必要がある。このため、ヒータツールの半導体装置との密着面積が吸気通路の開口面積分だけ減少し、ヒータツールから半導体装置への熱伝達が悪くなる。一方、吸気通路の開口面積をできるだけ小さくしてヒータツールと半導体装置との密着面積を大きくすると、半導体装置に対する吸引力が減少し、半導体装置を引き剥がす力が不足することになる。このため、ナイフ、ピンセットなどの工具を半導体装置とプリント基板との接着部分に差し込んでこじ開けるといった補助的な作業が必要となり、周囲の部品やプリント基板を損傷させる恐れがある。
【0014】
上記のように、アンダーフィルは、半導体装置の裏面全体と、それと接触するプリント基板の表面とに必ず接着剤樹脂残渣を残すため、その残渣除去の際に、プリント基板のレジストの損傷、及び、基材そのものの損傷等が発生する恐れがある。また、接着剤の厚みにはバラツキがあるため、接着部位において接着強度の強いところと弱いところの差異が生じ、加熱して半導体装置を引き剥がすときに、プリント基板のレジストが剥離して、基材自体も損傷してしまう危険性がある。
【0015】
本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、表面実装デバイスをプリント基板に強固に実装することができると共に、プリント基板を損傷させることなく表面実装デバイスのリペア作業を行うことができる、表面実装デバイスの実装構造体、及びその製造方法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】
【0016】
前記目的を達成するため、本発明に係る表面実装デバイスの実装構造体の構成は、プリント基板と、前記プリント基板上の実装領域に半田を介して実装された表面実装デバイスと、前記プリント基板上の前記実装領域の周囲に配置されたランドと、前記ランド上に半田付けされた補強部材とを備え、前記補強部材と前記表面実装デバイスとが接着剤を介して固着されていることを特徴とする。
【0017】
この表面実装デバイスの実装構造体の構成によれば、補強部材と、当該補強部材と表面実装デバイスとを固着している接着剤とにより、表面実装デバイスをプリント基板に強固に実装することができる。従って、この表面実装デバイスの実装構造体を携帯電話等のモバイル機器に組み込んだ場合に、モバイル機器の落下衝撃等に起因して表面実装デバイスの外部接合端子部(半田接合部)にかかるストレスを十分に緩和することができる。すなわち、プリント基板に実装された表面実装デバイスの剛性アップを図ることができる。また、加熱すると、補強部材をランドに接続している半田、及び、表面実装デバイスをプリント基板に接続している半田が溶融するため、接着剤が補強部材及び表面実装デバイスに接着されたままの状態で(プリント基板の表面に接着剤樹脂残渣を残すことなく)、表面実装デバイスのリペア作業を行うことができる。すなわち、プリント基板を損傷させることなく表面実装デバイスのリペア作業を行うことができる。
【0018】
前記本発明の表面実装デバイスの実装構造体の構成においては、前記接着剤が熱硬化性樹脂であるのが好ましい。
【0019】
また、本発明に係る表面実装デバイスの実装構造体の製造方法は、前記本発明の表面実装デバイスの実装構造体の製造方法であって、前記表面実装デバイスを前記プリント基板上の前記実装領域に半田を介して載置し、かつ、前記補強部材を前記ランド上に半田を介して載置すると共に、前記補強部材と前記表面実装デバイスとの間に接着剤を塗布し、加熱によるリフロー処理により、前記表面実装デバイスを前記プリント基板上の前記実装領域に半田付けし、かつ、前記補強部材を前記ランド上に半田付けすると共に、前記接着剤を加熱硬化させることを特徴とする。
【0020】
この表面実装デバイスの実装構造体の製造方法によれば、一括リフロー方式によって、前記本発明の表面実装デバイスの実装構造体を製造することができる。
【0021】
前記本発明の表面実装デバイスの実装構造体の製造方法においては、前記接着剤として熱硬化性樹脂を用いるのが好ましい。
【発明の効果】
【0022】
本発明によれば、表面実装デバイスをプリント基板に強固に実装することができると共に、プリント基板を損傷させることなく表面実装デバイスのリペア作業を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0023】
以下、実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
【0024】
(表面実装デバイスの実装構造体)
まず、本実施の形態の表面実装デバイスの実装構造体について、図1〜図4を参照しながら説明する。
【0025】
図1は、本発明の一実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体を示す平面図、図2は、図1のII−II線断面図、図3は、本発明の一実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体を構成するプリント基板を示す平面図、図4は、本発明の一実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体を構成する補強部材を示す斜視図である。
【0026】
図2、図3に示すように、プリント基板1上の、表面実装デバイスとしてのBGAパッケージ2が実装される矩形状の実装領域には、例えば銅や半田付け性に優れた洋白(銅−ニッケル−亜鉛合金)で形成された複数の実装用ランド3が整列配置されている。また、プリント基板1上の実装領域の周囲には、補強部材4を半田付けするための補強部材用ランド5が配置されている。ここで、補強部材用ランド5は、例えば銅や半田付け性に優れた洋白でL字状に形成され、実装領域の四隅の外側に4個配置されている。
【0027】
プリント基板1は、エポキシ樹脂などの絶縁基材で形成されており、その内部には、多層化された配線(図示せず)が敷設されている。そして、実装用ランド3は、プリント基板1の内部に敷設された配線に接続されている。一方、補強部材用ランド5は、プリント基板1の内部に敷設された配線には接続されず、独立したランドとして形成されている。
【0028】
図1〜図3に示すように、プリント基板1上の実装領域には、BGAパッケージ2が実装されている。ここで、BGAパッケージ2は、その裏面に、整列配置された、複数の実装用ランド3にそれぞれ対応する複数の実装用半田ボール2aを有している。そして、BGAパッケージ2は、実装用半田ボール2aの溶融によってプリント基板1上の実装用ランド3に接合されることにより、プリント基板1に実装されている。
【0029】
また、補強部材用ランド5上には、補強部材4が半田付けされている。
【0030】
ここで、補強部材4は、携帯電話等のモバイル機器の落下衝撃等に起因して表面実装デバイスの外部接合端子部(半田接合部)にかかるストレスを緩和するためのものであり、補強部材用ランド5の形状に合わせて全体としてL字状に形成されている(図4参照)。そして、図4に示すように、補強部材4は、厚みの薄い金属板を折曲げ加工して形成されており、補強部材用ランド5に半田付けされるL字状の第1の板状部材4aと、第1の板状部材4aの一辺に沿って垂直に立設された第2の板状部材(背面部材)4bとにより構成されている。
【0031】
補強部材4は、補強部材用ランド5の配置位置に合わせて、実装領域の四隅の外側に配置されている。このような実装領域の四隅の補強は、落下衝撃などの動的な力に対して有効となる。
【0032】
図1、図2に示すように、補強部材用ランド5上に半田付けされた補強部材4と、プリント基板1上の実装領域に実装用半田ボール2aを介して実装されたBGAパッケージ2とは、接着剤6を介して固着されている。そして、このように、補強部材4とBGAパッケージ2とを接着剤6を介して固着することにより、補強部材4だけで補強する場合と比較して補強効果を向上させることができる。従って、本実施の形態の表面実装デバイスの実装構造体を携帯電話等のモバイル機器に組み込んだ場合に、モバイル機器の落下衝撃等に起因して表面実装デバイス(BGAパッケージ2)の外部接合端子部(半田接合部)にかかるストレスを十分に緩和することができる。すなわち、プリント基板1に実装された表面実装デバイス(BGAパッケージ2)の剛性アップを図ることができる。
【0033】
接着剤6としては、例えば、熱硬化性樹脂を用いることができる。
【0034】
熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、尿素樹脂、キシレン樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ケイ素樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フラン樹脂、アニリン樹脂、アセトン−ホルムアルデヒド樹脂、アルキド樹脂等が挙げられる。
【0035】
(表面実装デバイスの実装構造体の製造方法)
次に、本実施の形態の表面実装デバイスの実装構造体の製造方法について、図5を参照しながら説明する。
【0036】
図5は、本発明の一実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体の製造方法を示す工程断面図である。
【0037】
まず、図5(a)に示すように、実装用ランド3及び補強部材用ランド5にクリーム半田7をスクリーン印刷する。
【0038】
次に、図5(b)に示すように、実装用ランド3に印刷したクリーム半田7上に実装用半田ボール2aを介して表面実装デバイスとしてのBGAパッケージ2を載置する。
【0039】
次に、図5(c)に示すように、補強部材用ランド5に印刷したクリーム半田7上に補強部材4を載置する。
【0040】
次に、図5(d)に示すように、補強部材4とBGAパッケージ2との間に、接着剤6としての熱硬化性樹脂を塗布する。
【0041】
最後に、加熱によるリフロー処理により、プリント基板1を、クリーム半田7が溶ける温度まで加熱する。これにより、BGAパッケージ2は、実装用半田ボール2a及びクリーム半田7の溶融によってプリント基板1上の実装用ランド3に接合され、プリント基板1に実装される。また、補強部材4は、クリーム半田7の溶融によって補強部材用ランド5上に半田付けされ、接着剤6としての熱硬化性樹脂は、加熱硬化される。ここで、補強部材4のうち、補強部材用ランド5に半田付けされ、接着剤6が載せられる第1の板状部材4aは、BGAパッケージ2の下方に位置しているため、第1の板状部材4aの厚みを適切に設定し、接着剤6として適切な熱硬化性樹脂を選択することにより、実装用半田ボール2a及びクリーム半田7が溶融してBGAパッケージ2が自重下降するのを一定の寸法で規制することができる。すなわち、BGAパッケージ2の半田接合部の厚みを一定に保つことができる。
【0042】
以上により、表面実装デバイス(BGAパッケージ2)がプリント基板1に強固に実装された、本実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体が得られる(図2参照)。
【0043】
そして、上記のような表面実装デバイスの実装構造体の製造方法によれば、一括リフロー方式によって、本実施の形態の表面実装デバイス(BGAパッケージ2)の実装構造体を製造することができる。また、本実施の形態の表面実装デバイス(BGAパッケージ2)の実装構造体の構成によれば、加熱すると、補強部材4を補強部材用ランド5に接続しているクリーム半田7、並びに、BGAパッケージ2をプリント基板1に接続している実装用半田ボール2a及びクリーム半田7が溶融するため、接着剤6が補強部材4及びBGAパッケージ2に接着されたままの状態で(プリント基板1の表面に接着剤樹脂残渣を残すことなく)、BGAパッケージ2のリペア作業を行うことができる。すなわち、プリント基板1を損傷させることなくBGAパッケージ2のリペア作業を行うことができる。
【0044】
尚、本実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体の製造方法においては、実装用ランド3に印刷したクリーム半田7上にBGAパッケージ2を載置した後、補強部材用ランド5に印刷したクリーム半田7上に補強部材4を載置するようにしているが、BGAパッケージ2の載置(図5(b))と補強部材4の載置(図5(c))は順番が逆であってもよい。
【0045】
また、本実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体の製造方法においては、接着剤6としての熱硬化性樹脂の加熱硬化も含めた一括リフロー方式が採用されているが、BGAパッケージ2をプリント基板1上の実装領域に半田付けし、かつ、補強部材4を補強部材用ランド5上に半田付けした後、接着剤6を、BGAパッケージ2と補強部材4との間に塗布し、硬化させるようにしてもよい。そして、この場合には、接着剤6として、紫外線硬化性樹脂や、電子線照射によって硬化する樹脂などを用いることができる。
【0046】
また、本実施の形態においては、プリント基板1における表面実装デバイスの実装領域の四隅の外側に、補強部材用ランド5を配置する例を示しているが、本発明は必ずしもかかる構成に限定されるものではない。図6、図7に、プリント基板の他の構成を示す。
【0047】
例えば、図6に示すように、補強部材用ランド8は、表面実装デバイスの実装領域の四隅の外側以外に、実装領域における周辺の一部にも配置されていてもよい。また、図7に示すように、補強部材用ランド9は、表面実装デバイスの実装領域を完全に囲む形状とすることもできる。そして、この場合、補強部材の全体形状も補強部材用ランドの形状に合わせて適宜変更される。このように、補強部材用ランドすなわち補強部材を表面実装デバイスの実装領域の四隅の外側以外の領域にも設ければ、表面実装デバイスの補強を、特に静的な力に対して行うことができる。
【0048】
また、本実施の形態においては、厚みの薄い金属板を用いて形成され、補強部材用ランドに半田付けされる第1の板状部材4aと、第1の板状部材4aの一辺に沿って垂直に立設された第2の板状部材(背面部材)4bとにより構成された補強部材4を例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもかかる構成に限定されるものではない。図8〜図11に、補強部材の他の構成を示す。
【0049】
例えば、図8に示すような、厚みを厚くした補強部材10を用いれば、補強効果を高めることができる。また、同様の効果は、図9に示すような、背面部材の厚みのみを厚くした補強部材11を用いることによっても達成することができる。
【0050】
また、図10に示すような、補強部材用ランドに半田付けされる、厚みの薄い金属製の板状部材のみからなる補強部材12であっても、本発明の所期の目的を達成することはできる。尚、図11に示すような、厚みを厚くした補強部材13を用いれば、図10に示す補強部材12の場合と比較して補強効果を高めることができる。
【0051】
また、本実施の形態においては、表面実装デバイスとしてBGAパッケージ2を例に挙げて説明したが、表面実装デバイスは、BGAパッケージに限定されるものではない。本発明は、例えば、ランドグリッドアレイ(LGA(Land Grid Array))パッケージ等の実装構造体や補強実装方法として用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【0052】
以上のように、本発明によれば、表面実装デバイスをプリント基板に強固に実装することができると共に、プリント基板を損傷させることなく表面実装デバイスのリペア作業を行うことができる。従って、本発明は、落下等の衝撃に対して高い信頼性が要求されている携帯電話等のモバイル機器に組み込まれる表面実装デバイスの実装構造体として有用である。
【図面の簡単な説明】
【0053】
【図1】本発明の一実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体を示す平面図
【図2】図1のII−II線断面図
【図3】本発明の一実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体を構成するプリント基板を示す平面図
【図4】本発明の一実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体を構成する補強部材を示す斜視図
【図5】本発明の一実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体の製造方法を示す工程断面図
【図6】本発明の一実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体を構成するプリント基板の他の構成を示す平面図
【図7】本発明の一実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体を構成するプリント基板のさらに他の構成を示す平面図
【図8】本発明の一実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体を構成する補強部材の他の構成を示す平面図
【図9】本発明の一実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体を構成する補強部材のさらに他の構成を示す平面図
【図10】本発明の一実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体を構成する補強部材のさらに他の構成を示す平面図
【図11】本発明の一実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体を構成する補強部材のさらに他の構成を示す平面図
【図12】従来技術における半田バンプ接続型の半導体装置の実装構造体を示す断面図
【図13】従来技術における半田バンプ接続型の半導体装置の実装構造体のリペア方法における、プリント基板から半導体装置を引き剥がす工程を示す断面図
【符号の説明】
【0054】
1 プリント基板
2 BGAパッケージ(表面実装デバイス)
2a 実装用半田ボール
3 実装用ランド
4、10、11、12、13 補強部材
4a 第1の板状部材
4b 第2の板状部材
5、8、9 補強部材用ランド
6 接着剤
7 クリーム半田
【技術分野】
【0001】
本発明は、整列配置された複数の実装用半田ボールを有するボールグリッドアレイ(BGA(Ball Grid Array))パッケージ等の表面実装デバイスの実装構造体、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、電子機器は、多機能化が著しい一方、小型、軽量化への要求も非常に高い。そのため、プリント基板に実装される半導体装置としては、クワッドフラットパッケージ(QFP(Quad Flat Package))に代表されるリード接続型の半導体装置に替わり、BGAパッケージ、チップサイズパッケージ(CSP(Chip Size Package))といった、半田バンプ接続型の半導体装置が数多く使用されている。しかし、人が持ち運ぶことを前提としたモバイル機器は、ユーザの不注意による落下等の衝撃に対して高い信頼性が要求される。そして、一般に、BGAパッケージ、CSP等の半田バンプ接続型の半導体装置の実装構造体においては、衝撃が直接、半田接合部に伝わるため、リードによる応力緩和機能を有するリード接続型の半導体装置の実装構造体と比較して電気的接続の信頼性が劣る。そこで、電気的接続の信頼性を向上させるために様々な補強が行われている。中でも、半導体装置とプリント基板との間に熱硬化性樹脂を注入して補強する、いわゆるアンダーフィル樹脂補強が行われるケースが非常に多い。
【0003】
図12に、従来技術における半田バンプ接続型の半導体装置の実装構造体を示す。
【0004】
図12において、14は半導体装置であり、半導体装置14は、その裏面に、整列配置された複数の実装用半田ボール15を有している。また、16はプリント基板であり、プリント基板16は、その表面に、複数の実装用半田ボール15にそれぞれ対応する複数の実装用ランド17を有している。そして、半導体装置14は、実装用半田ボール15の溶融によってプリント基板16上の実装用ランド17に接合されることにより、プリント基板16に実装されている。尚、アンダーフィル18は、半導体装置14の実装面にまで達している。
【0005】
半田バンプ接続型の半導体装置は、高機能化、多機能化のために端子数が増加し、また小型化、軽量化が進み、それに応じて、半田バンプピッチや半田ボールの微細化が進んでいる。また、半導体装置を受けるプリント基板の実装用ランドも小径化している。その結果、実装用半田ボールと実装用ランドとの接続面積が減少して、接続強度が低下し、電気的接続の信頼性を十分に確保することができなくなる。従って、アンダーフィルによる補強の重要性は益々高くなっている。
【0006】
しかし、この方法では、アンダーフィル材料として熱硬化性樹脂が用いられるため、プリント基板に半導体装置としてのBGAパッケージが実装された後にBGAパッケージの不良、あるいは、BGAパッケージとプリント基板との接続不良等が発見されたときにBGAパッケージを交換することが極めて困難となる。
【0007】
そこで、この問題を解決するために、アンダーフィル材料として、150℃で熱軟化するエポキシ樹脂組成物を用いた、半導体装置の実装構造体が提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、アンダーフィル材料として、加熱しながら半導体装置を実装基板から引き剥がすことが可能な樹脂組成物を用いた、半導体装置の実装構造体が提案されている(例えば、特許文献2参照)。また、半導体装置の上面を熱硬化性接着剤を介して治具に当接させた状態で加熱することにより、半導体装置を治具に加熱接着させると共に、プリント基板と半導体装置との間にあるアンダーフィルを熱劣化させて、プリント基板から半導体装置を物理的に引き剥がすようにした、半導体装置のリペア方法が提案されている(例えば、特許文献3、4参照)。
【特許文献1】特開2001−220428号公報
【特許文献2】特開平10−209342号公報
【特許文献3】特開平5−109838公報
【特許文献4】特開2006−303266公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
特許文献1〜4においては、図13に示すように、加熱して樹脂を軟化させることにより、基板から半導体装置を取り外すようにされている。
【0009】
そして、特許文献1においては、半導体装置の取り外しの可否でリペアが定義されており、樹脂残渣19の除去に関しての記載が無く、リペア時の樹脂残渣19の除去については考慮されていない。
【0010】
一方、特許文献2には、プリント基板上に残った樹脂残渣19の除去方法として、所定温度に加熱するか、有機溶剤を含浸させる方法が記載されている。しかし、この場合、プリント基板や当該半導体装置の周辺に実装されている他の部品を損傷させる可能性があり、必ずしも樹脂残渣19の除去に適当な有機溶剤が使えるとは限らない。
【0011】
また、特許文献3に記載の半導体装置のリペア方法を用いた場合、プリント基板から引き剥がされた半導体装置は、ヒータツール側に固着されたままとなる。従って、ヒータツールは、そのままでは使用することができず、半導体装置をヒータツールから剥がし、また、場合によってはヒータツールに残っている付着物を除去してからでなければヒータツールを再使用することができない。
【0012】
一方、特許文献4においては、特許文献3の問題であるヒータツールに付着物が残ることを防止するために、半導体装置の上面よりも熱伝導性の大きい伝熱板を、熱硬化性樹脂を用いて、半導体装置の上面の全面に密着させて接着するようにされている。しかし、半導体装置の上面を治具に接着剤によって接着させていることは特許文献3の場合と同様であり、半導体装置を治具から剥がす等してからでなければ治具を再使用することができない。また、特許文献4においては、特許文献1の場合と同じく、半導体装置の取り外しの可否でリペアが定義されており、樹脂残渣19の除去に関しての記載が無く、リペア時の樹脂残渣19の除去については考慮されていない。
【0013】
尚、ヒータツールを半導体装置に密着させることにより半導体装置をヒータツールからの伝熱によって加熱しつつ、半導体装置を吸着によってプリント基板から引き剥がす場合には、ヒータツールを貫通して半導体装置との密着面に開口する吸気通路をヒータツールに形成しておく必要がある。このため、ヒータツールの半導体装置との密着面積が吸気通路の開口面積分だけ減少し、ヒータツールから半導体装置への熱伝達が悪くなる。一方、吸気通路の開口面積をできるだけ小さくしてヒータツールと半導体装置との密着面積を大きくすると、半導体装置に対する吸引力が減少し、半導体装置を引き剥がす力が不足することになる。このため、ナイフ、ピンセットなどの工具を半導体装置とプリント基板との接着部分に差し込んでこじ開けるといった補助的な作業が必要となり、周囲の部品やプリント基板を損傷させる恐れがある。
【0014】
上記のように、アンダーフィルは、半導体装置の裏面全体と、それと接触するプリント基板の表面とに必ず接着剤樹脂残渣を残すため、その残渣除去の際に、プリント基板のレジストの損傷、及び、基材そのものの損傷等が発生する恐れがある。また、接着剤の厚みにはバラツキがあるため、接着部位において接着強度の強いところと弱いところの差異が生じ、加熱して半導体装置を引き剥がすときに、プリント基板のレジストが剥離して、基材自体も損傷してしまう危険性がある。
【0015】
本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、表面実装デバイスをプリント基板に強固に実装することができると共に、プリント基板を損傷させることなく表面実装デバイスのリペア作業を行うことができる、表面実装デバイスの実装構造体、及びその製造方法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】
【0016】
前記目的を達成するため、本発明に係る表面実装デバイスの実装構造体の構成は、プリント基板と、前記プリント基板上の実装領域に半田を介して実装された表面実装デバイスと、前記プリント基板上の前記実装領域の周囲に配置されたランドと、前記ランド上に半田付けされた補強部材とを備え、前記補強部材と前記表面実装デバイスとが接着剤を介して固着されていることを特徴とする。
【0017】
この表面実装デバイスの実装構造体の構成によれば、補強部材と、当該補強部材と表面実装デバイスとを固着している接着剤とにより、表面実装デバイスをプリント基板に強固に実装することができる。従って、この表面実装デバイスの実装構造体を携帯電話等のモバイル機器に組み込んだ場合に、モバイル機器の落下衝撃等に起因して表面実装デバイスの外部接合端子部(半田接合部)にかかるストレスを十分に緩和することができる。すなわち、プリント基板に実装された表面実装デバイスの剛性アップを図ることができる。また、加熱すると、補強部材をランドに接続している半田、及び、表面実装デバイスをプリント基板に接続している半田が溶融するため、接着剤が補強部材及び表面実装デバイスに接着されたままの状態で(プリント基板の表面に接着剤樹脂残渣を残すことなく)、表面実装デバイスのリペア作業を行うことができる。すなわち、プリント基板を損傷させることなく表面実装デバイスのリペア作業を行うことができる。
【0018】
前記本発明の表面実装デバイスの実装構造体の構成においては、前記接着剤が熱硬化性樹脂であるのが好ましい。
【0019】
また、本発明に係る表面実装デバイスの実装構造体の製造方法は、前記本発明の表面実装デバイスの実装構造体の製造方法であって、前記表面実装デバイスを前記プリント基板上の前記実装領域に半田を介して載置し、かつ、前記補強部材を前記ランド上に半田を介して載置すると共に、前記補強部材と前記表面実装デバイスとの間に接着剤を塗布し、加熱によるリフロー処理により、前記表面実装デバイスを前記プリント基板上の前記実装領域に半田付けし、かつ、前記補強部材を前記ランド上に半田付けすると共に、前記接着剤を加熱硬化させることを特徴とする。
【0020】
この表面実装デバイスの実装構造体の製造方法によれば、一括リフロー方式によって、前記本発明の表面実装デバイスの実装構造体を製造することができる。
【0021】
前記本発明の表面実装デバイスの実装構造体の製造方法においては、前記接着剤として熱硬化性樹脂を用いるのが好ましい。
【発明の効果】
【0022】
本発明によれば、表面実装デバイスをプリント基板に強固に実装することができると共に、プリント基板を損傷させることなく表面実装デバイスのリペア作業を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0023】
以下、実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
【0024】
(表面実装デバイスの実装構造体)
まず、本実施の形態の表面実装デバイスの実装構造体について、図1〜図4を参照しながら説明する。
【0025】
図1は、本発明の一実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体を示す平面図、図2は、図1のII−II線断面図、図3は、本発明の一実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体を構成するプリント基板を示す平面図、図4は、本発明の一実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体を構成する補強部材を示す斜視図である。
【0026】
図2、図3に示すように、プリント基板1上の、表面実装デバイスとしてのBGAパッケージ2が実装される矩形状の実装領域には、例えば銅や半田付け性に優れた洋白(銅−ニッケル−亜鉛合金)で形成された複数の実装用ランド3が整列配置されている。また、プリント基板1上の実装領域の周囲には、補強部材4を半田付けするための補強部材用ランド5が配置されている。ここで、補強部材用ランド5は、例えば銅や半田付け性に優れた洋白でL字状に形成され、実装領域の四隅の外側に4個配置されている。
【0027】
プリント基板1は、エポキシ樹脂などの絶縁基材で形成されており、その内部には、多層化された配線(図示せず)が敷設されている。そして、実装用ランド3は、プリント基板1の内部に敷設された配線に接続されている。一方、補強部材用ランド5は、プリント基板1の内部に敷設された配線には接続されず、独立したランドとして形成されている。
【0028】
図1〜図3に示すように、プリント基板1上の実装領域には、BGAパッケージ2が実装されている。ここで、BGAパッケージ2は、その裏面に、整列配置された、複数の実装用ランド3にそれぞれ対応する複数の実装用半田ボール2aを有している。そして、BGAパッケージ2は、実装用半田ボール2aの溶融によってプリント基板1上の実装用ランド3に接合されることにより、プリント基板1に実装されている。
【0029】
また、補強部材用ランド5上には、補強部材4が半田付けされている。
【0030】
ここで、補強部材4は、携帯電話等のモバイル機器の落下衝撃等に起因して表面実装デバイスの外部接合端子部(半田接合部)にかかるストレスを緩和するためのものであり、補強部材用ランド5の形状に合わせて全体としてL字状に形成されている(図4参照)。そして、図4に示すように、補強部材4は、厚みの薄い金属板を折曲げ加工して形成されており、補強部材用ランド5に半田付けされるL字状の第1の板状部材4aと、第1の板状部材4aの一辺に沿って垂直に立設された第2の板状部材(背面部材)4bとにより構成されている。
【0031】
補強部材4は、補強部材用ランド5の配置位置に合わせて、実装領域の四隅の外側に配置されている。このような実装領域の四隅の補強は、落下衝撃などの動的な力に対して有効となる。
【0032】
図1、図2に示すように、補強部材用ランド5上に半田付けされた補強部材4と、プリント基板1上の実装領域に実装用半田ボール2aを介して実装されたBGAパッケージ2とは、接着剤6を介して固着されている。そして、このように、補強部材4とBGAパッケージ2とを接着剤6を介して固着することにより、補強部材4だけで補強する場合と比較して補強効果を向上させることができる。従って、本実施の形態の表面実装デバイスの実装構造体を携帯電話等のモバイル機器に組み込んだ場合に、モバイル機器の落下衝撃等に起因して表面実装デバイス(BGAパッケージ2)の外部接合端子部(半田接合部)にかかるストレスを十分に緩和することができる。すなわち、プリント基板1に実装された表面実装デバイス(BGAパッケージ2)の剛性アップを図ることができる。
【0033】
接着剤6としては、例えば、熱硬化性樹脂を用いることができる。
【0034】
熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、尿素樹脂、キシレン樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ケイ素樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フラン樹脂、アニリン樹脂、アセトン−ホルムアルデヒド樹脂、アルキド樹脂等が挙げられる。
【0035】
(表面実装デバイスの実装構造体の製造方法)
次に、本実施の形態の表面実装デバイスの実装構造体の製造方法について、図5を参照しながら説明する。
【0036】
図5は、本発明の一実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体の製造方法を示す工程断面図である。
【0037】
まず、図5(a)に示すように、実装用ランド3及び補強部材用ランド5にクリーム半田7をスクリーン印刷する。
【0038】
次に、図5(b)に示すように、実装用ランド3に印刷したクリーム半田7上に実装用半田ボール2aを介して表面実装デバイスとしてのBGAパッケージ2を載置する。
【0039】
次に、図5(c)に示すように、補強部材用ランド5に印刷したクリーム半田7上に補強部材4を載置する。
【0040】
次に、図5(d)に示すように、補強部材4とBGAパッケージ2との間に、接着剤6としての熱硬化性樹脂を塗布する。
【0041】
最後に、加熱によるリフロー処理により、プリント基板1を、クリーム半田7が溶ける温度まで加熱する。これにより、BGAパッケージ2は、実装用半田ボール2a及びクリーム半田7の溶融によってプリント基板1上の実装用ランド3に接合され、プリント基板1に実装される。また、補強部材4は、クリーム半田7の溶融によって補強部材用ランド5上に半田付けされ、接着剤6としての熱硬化性樹脂は、加熱硬化される。ここで、補強部材4のうち、補強部材用ランド5に半田付けされ、接着剤6が載せられる第1の板状部材4aは、BGAパッケージ2の下方に位置しているため、第1の板状部材4aの厚みを適切に設定し、接着剤6として適切な熱硬化性樹脂を選択することにより、実装用半田ボール2a及びクリーム半田7が溶融してBGAパッケージ2が自重下降するのを一定の寸法で規制することができる。すなわち、BGAパッケージ2の半田接合部の厚みを一定に保つことができる。
【0042】
以上により、表面実装デバイス(BGAパッケージ2)がプリント基板1に強固に実装された、本実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体が得られる(図2参照)。
【0043】
そして、上記のような表面実装デバイスの実装構造体の製造方法によれば、一括リフロー方式によって、本実施の形態の表面実装デバイス(BGAパッケージ2)の実装構造体を製造することができる。また、本実施の形態の表面実装デバイス(BGAパッケージ2)の実装構造体の構成によれば、加熱すると、補強部材4を補強部材用ランド5に接続しているクリーム半田7、並びに、BGAパッケージ2をプリント基板1に接続している実装用半田ボール2a及びクリーム半田7が溶融するため、接着剤6が補強部材4及びBGAパッケージ2に接着されたままの状態で(プリント基板1の表面に接着剤樹脂残渣を残すことなく)、BGAパッケージ2のリペア作業を行うことができる。すなわち、プリント基板1を損傷させることなくBGAパッケージ2のリペア作業を行うことができる。
【0044】
尚、本実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体の製造方法においては、実装用ランド3に印刷したクリーム半田7上にBGAパッケージ2を載置した後、補強部材用ランド5に印刷したクリーム半田7上に補強部材4を載置するようにしているが、BGAパッケージ2の載置(図5(b))と補強部材4の載置(図5(c))は順番が逆であってもよい。
【0045】
また、本実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体の製造方法においては、接着剤6としての熱硬化性樹脂の加熱硬化も含めた一括リフロー方式が採用されているが、BGAパッケージ2をプリント基板1上の実装領域に半田付けし、かつ、補強部材4を補強部材用ランド5上に半田付けした後、接着剤6を、BGAパッケージ2と補強部材4との間に塗布し、硬化させるようにしてもよい。そして、この場合には、接着剤6として、紫外線硬化性樹脂や、電子線照射によって硬化する樹脂などを用いることができる。
【0046】
また、本実施の形態においては、プリント基板1における表面実装デバイスの実装領域の四隅の外側に、補強部材用ランド5を配置する例を示しているが、本発明は必ずしもかかる構成に限定されるものではない。図6、図7に、プリント基板の他の構成を示す。
【0047】
例えば、図6に示すように、補強部材用ランド8は、表面実装デバイスの実装領域の四隅の外側以外に、実装領域における周辺の一部にも配置されていてもよい。また、図7に示すように、補強部材用ランド9は、表面実装デバイスの実装領域を完全に囲む形状とすることもできる。そして、この場合、補強部材の全体形状も補強部材用ランドの形状に合わせて適宜変更される。このように、補強部材用ランドすなわち補強部材を表面実装デバイスの実装領域の四隅の外側以外の領域にも設ければ、表面実装デバイスの補強を、特に静的な力に対して行うことができる。
【0048】
また、本実施の形態においては、厚みの薄い金属板を用いて形成され、補強部材用ランドに半田付けされる第1の板状部材4aと、第1の板状部材4aの一辺に沿って垂直に立設された第2の板状部材(背面部材)4bとにより構成された補強部材4を例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもかかる構成に限定されるものではない。図8〜図11に、補強部材の他の構成を示す。
【0049】
例えば、図8に示すような、厚みを厚くした補強部材10を用いれば、補強効果を高めることができる。また、同様の効果は、図9に示すような、背面部材の厚みのみを厚くした補強部材11を用いることによっても達成することができる。
【0050】
また、図10に示すような、補強部材用ランドに半田付けされる、厚みの薄い金属製の板状部材のみからなる補強部材12であっても、本発明の所期の目的を達成することはできる。尚、図11に示すような、厚みを厚くした補強部材13を用いれば、図10に示す補強部材12の場合と比較して補強効果を高めることができる。
【0051】
また、本実施の形態においては、表面実装デバイスとしてBGAパッケージ2を例に挙げて説明したが、表面実装デバイスは、BGAパッケージに限定されるものではない。本発明は、例えば、ランドグリッドアレイ(LGA(Land Grid Array))パッケージ等の実装構造体や補強実装方法として用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【0052】
以上のように、本発明によれば、表面実装デバイスをプリント基板に強固に実装することができると共に、プリント基板を損傷させることなく表面実装デバイスのリペア作業を行うことができる。従って、本発明は、落下等の衝撃に対して高い信頼性が要求されている携帯電話等のモバイル機器に組み込まれる表面実装デバイスの実装構造体として有用である。
【図面の簡単な説明】
【0053】
【図1】本発明の一実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体を示す平面図
【図2】図1のII−II線断面図
【図3】本発明の一実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体を構成するプリント基板を示す平面図
【図4】本発明の一実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体を構成する補強部材を示す斜視図
【図5】本発明の一実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体の製造方法を示す工程断面図
【図6】本発明の一実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体を構成するプリント基板の他の構成を示す平面図
【図7】本発明の一実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体を構成するプリント基板のさらに他の構成を示す平面図
【図8】本発明の一実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体を構成する補強部材の他の構成を示す平面図
【図9】本発明の一実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体を構成する補強部材のさらに他の構成を示す平面図
【図10】本発明の一実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体を構成する補強部材のさらに他の構成を示す平面図
【図11】本発明の一実施の形態における表面実装デバイスの実装構造体を構成する補強部材のさらに他の構成を示す平面図
【図12】従来技術における半田バンプ接続型の半導体装置の実装構造体を示す断面図
【図13】従来技術における半田バンプ接続型の半導体装置の実装構造体のリペア方法における、プリント基板から半導体装置を引き剥がす工程を示す断面図
【符号の説明】
【0054】
1 プリント基板
2 BGAパッケージ(表面実装デバイス)
2a 実装用半田ボール
3 実装用ランド
4、10、11、12、13 補強部材
4a 第1の板状部材
4b 第2の板状部材
5、8、9 補強部材用ランド
6 接着剤
7 クリーム半田
【特許請求の範囲】
【請求項1】
プリント基板と、
前記プリント基板上の実装領域に半田を介して実装された表面実装デバイスと、
前記プリント基板上の前記実装領域の周囲に配置されたランドと、
前記ランド上に半田付けされた補強部材とを備え、
前記補強部材と前記表面実装デバイスとが接着剤を介して固着されている表面実装デバイスの実装構造体。
【請求項2】
前記接着剤が熱硬化性樹脂である、請求項1に記載の表面実装デバイスの実装構造体。
【請求項3】
請求項1に記載の表面実装デバイスの実装構造体の製造方法であって、
前記表面実装デバイスを前記プリント基板上の前記実装領域に半田を介して載置し、かつ、前記補強部材を前記ランド上に半田を介して載置すると共に、前記補強部材と前記表面実装デバイスとの間に接着剤を塗布し、
加熱によるリフロー処理により、前記表面実装デバイスを前記プリント基板上の前記実装領域に半田付けし、かつ、前記補強部材を前記ランド上に半田付けすると共に、前記接着剤を加熱硬化させることを特徴とする表面実装デバイスの実装構造体の製造方法。
【請求項4】
前記接着剤として熱硬化性樹脂を用いる、請求項3に記載の表面実装デバイスの実装構造体の製造方法。
【請求項1】
プリント基板と、
前記プリント基板上の実装領域に半田を介して実装された表面実装デバイスと、
前記プリント基板上の前記実装領域の周囲に配置されたランドと、
前記ランド上に半田付けされた補強部材とを備え、
前記補強部材と前記表面実装デバイスとが接着剤を介して固着されている表面実装デバイスの実装構造体。
【請求項2】
前記接着剤が熱硬化性樹脂である、請求項1に記載の表面実装デバイスの実装構造体。
【請求項3】
請求項1に記載の表面実装デバイスの実装構造体の製造方法であって、
前記表面実装デバイスを前記プリント基板上の前記実装領域に半田を介して載置し、かつ、前記補強部材を前記ランド上に半田を介して載置すると共に、前記補強部材と前記表面実装デバイスとの間に接着剤を塗布し、
加熱によるリフロー処理により、前記表面実装デバイスを前記プリント基板上の前記実装領域に半田付けし、かつ、前記補強部材を前記ランド上に半田付けすると共に、前記接着剤を加熱硬化させることを特徴とする表面実装デバイスの実装構造体の製造方法。
【請求項4】
前記接着剤として熱硬化性樹脂を用いる、請求項3に記載の表面実装デバイスの実装構造体の製造方法。
【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2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【公開番号】特開2010−212290(P2010−212290A)
【公開日】平成22年9月24日(2010.9.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−53768(P2009−53768)
【出願日】平成21年3月6日(2009.3.6)
【出願人】(000005821)パナソニック株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成22年9月24日(2010.9.24)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年3月6日(2009.3.6)
【出願人】(000005821)パナソニック株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】
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