JP2001060759A - 電子部品のボール端子接続構造 - Google Patents
電子部品のボール端子接続構造Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ボール端子接続部に発生するクラックや破断を
生じにくくし、熱疲労による寿命を延ばすことができる
電子部品のボール端子接続構造を提供する。 【解決手段】回路基板６上に形成された複数のランド５
と、ランド５の対向面側に設けたパッケージ１と、ラン
ド５とパッケージ電極２の間に配置され、高い融点を有
する半田からなるボール３と、ボール３を間に介してパ
ッケージ電極２、ランド５を電気的に接続し、低い融点
を有する半田からなる導電結合材４とを備えた電子部品
のボール端子接続構造において、各々のランド５の中心
位置は、対向する各々のパッケージ電極２の中心位置に
対して、パッケージ１の中心点から外側方向に向かって
偏心している。また、パッケージ電極２とランド５の偏
心量は、パッケージ１の中心点Ｃからの距離に比例して
大きくしてある。
生じにくくし、熱疲労による寿命を延ばすことができる
電子部品のボール端子接続構造を提供する。 【解決手段】回路基板６上に形成された複数のランド５
と、ランド５の対向面側に設けたパッケージ１と、ラン
ド５とパッケージ電極２の間に配置され、高い融点を有
する半田からなるボール３と、ボール３を間に介してパ
ッケージ電極２、ランド５を電気的に接続し、低い融点
を有する半田からなる導電結合材４とを備えた電子部品
のボール端子接続構造において、各々のランド５の中心
位置は、対向する各々のパッケージ電極２の中心位置に
対して、パッケージ１の中心点から外側方向に向かって
偏心している。また、パッケージ電極２とランド５の偏
心量は、パッケージ１の中心点Ｃからの距離に比例して
大きくしてある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、サーボモータのコ
ントローラやインバータに用いられると共に、回路基板
に実装される電子部品のボール端子接続構造に関するも
のである。
ントローラやインバータに用いられると共に、回路基板
に実装される電子部品のボール端子接続構造に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＢＧＡ（ＢＡＬＬ ＧＲＩＤ Ａ
ＲＡＹ）やＣＳＰ（ＣＨＩＰ ＳＩＺＥ ＰＡＣＫＡＧ
Ｅ）などのようにパッケージと回路基板の接続をボール
端子によって行う電子部品のボール端子接続構造は、図
８のようになっている。図８は従来のボール端子接続の
状態を示す図である。図において、１はパッケージ、１
ａはパッケージ１の回路形成面、２は回路形成面１ａに
形成されたパッケージ電極、３は高い融点を有する半田
で形成されたボール、６は回路基板、９はボール端子接
続部となる、低い融点を有する半田でできた導電結合
材、１０は回路基板６上に形成されたランドである。こ
のような構成において、回路基板６上に形成されたラン
ド１０の位置は、パッケージ電極２の中心とランド１０
の中心が一致するように設計してある。また、パッケー
ジ１とランド１０の接続は、ボール３の上下方向を導電
結合材９で挟んで行うようになっており、すなわち、ラ
ンド１０上に導電結合材９を載せた状態で、パッケージ
１を装着した後、導電結合材９を加熱溶融してパッケー
ジ１とランド１０の接続を行う。
ＲＡＹ）やＣＳＰ（ＣＨＩＰ ＳＩＺＥ ＰＡＣＫＡＧ
Ｅ）などのようにパッケージと回路基板の接続をボール
端子によって行う電子部品のボール端子接続構造は、図
８のようになっている。図８は従来のボール端子接続の
状態を示す図である。図において、１はパッケージ、１
ａはパッケージ１の回路形成面、２は回路形成面１ａに
形成されたパッケージ電極、３は高い融点を有する半田
で形成されたボール、６は回路基板、９はボール端子接
続部となる、低い融点を有する半田でできた導電結合
材、１０は回路基板６上に形成されたランドである。こ
のような構成において、回路基板６上に形成されたラン
ド１０の位置は、パッケージ電極２の中心とランド１０
の中心が一致するように設計してある。また、パッケー
ジ１とランド１０の接続は、ボール３の上下方向を導電
結合材９で挟んで行うようになっており、すなわち、ラ
ンド１０上に導電結合材９を載せた状態で、パッケージ
１を装着した後、導電結合材９を加熱溶融してパッケー
ジ１とランド１０の接続を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の電子
部品のボール端子接続構造は、パッケージ電極の中心と
回路基板のランドの中心が一致し、接続したボール端子
のすべてが同じフィレット形状になるため、このような
接続状態において通電などによる熱サイクルが加わる
と、パッケージと回路基板の線膨張率の差によりパッケ
ージと回路基板が変形する。回路基板が変形すると、図
９に示すように回路基板自体の変形による応力σcと、
応力集中部におけるフィレット形状に対して垂直な方向
に働く応力σfＣの方向が交差するために。回路基板が
ボールを押し上げ、導電結合材のパッケージ電極近傍側
に応力が集中することになる。その結果、導電結合材の
応力集中部からクラックや破断を引き起こすという問題
が発生する。また、特にパッケージの中心からの距離が
遠くなる程、つまりパッケージの周縁部ではボール端子
接続部の熱疲労による寿命が短くなるという問題があっ
た。そこで、本発明はパッケージと回路基板のボール端
子接続部に発生するクラックや破断を生じにくくし、熱
疲労による寿命を延ばすことができる電子部品のボール
端子接続構造を提供することを目的とする。
部品のボール端子接続構造は、パッケージ電極の中心と
回路基板のランドの中心が一致し、接続したボール端子
のすべてが同じフィレット形状になるため、このような
接続状態において通電などによる熱サイクルが加わる
と、パッケージと回路基板の線膨張率の差によりパッケ
ージと回路基板が変形する。回路基板が変形すると、図
９に示すように回路基板自体の変形による応力σcと、
応力集中部におけるフィレット形状に対して垂直な方向
に働く応力σfＣの方向が交差するために。回路基板が
ボールを押し上げ、導電結合材のパッケージ電極近傍側
に応力が集中することになる。その結果、導電結合材の
応力集中部からクラックや破断を引き起こすという問題
が発生する。また、特にパッケージの中心からの距離が
遠くなる程、つまりパッケージの周縁部ではボール端子
接続部の熱疲労による寿命が短くなるという問題があっ
た。そこで、本発明はパッケージと回路基板のボール端
子接続部に発生するクラックや破断を生じにくくし、熱
疲労による寿命を延ばすことができる電子部品のボール
端子接続構造を提供することを目的とする。
【０００４】
【発明を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明は次のような構成にしたものである。請求項
１記載の本発明は、回路基板上に形成された複数のラン
ドと、前記ランドとの対向面側に回路形成面を有する半
導体チップなどのパッケージと、前記ランドと前記パッ
ケージの回路形成面に形成された複数のパッケージ電極
の間に配置されると共に表面が少なくとも高い融点を有
する半田で形成されたボールと、前記ボールを間に介し
て、前記パッケージ電極、前記ランドを電気的に接続す
ると共に低い融点を有する半田で形成された導電結合材
とを備えた電子部品のボール端子接続構造において、前
記各々のランドの中心位置は、前記各々のランドに対向
するパッケージ電極の中心位置に対して前記パッケージ
の中心から外側方向に向かって偏心するように構成され
ている。請求項２記載の本発明は、請求項１記載の電子
部品のボール端子接続構造において。前記パッケージ電
極と前記ランドの偏心の量は、前記パッケージの中心点
Ｃの位置で０とし、前記パッケージの中心点Ｃからの距
離に比例して大きくなるようにしてある。請求項３記載
の本発明は、請求項１または２記載の電子部品のボール
端子接続構造において、前記ボールに替えて、中心とな
る核部分に高剛性で、かつ、低線膨張係数を有する部材
を設けると共に、前記核部分となる部材の外周に高い融
点を有する半田からなる薄膜を均一にめっきした二重構
造のボールとしてある。請求項４記載の本発明は、回路
基板上に形成された複数のランドと、前記ランドとの対
向面側に回路形成面を有する半導体チップなどのパッケ
ージと、前記ランドと前記パッケージの回路形成面に形
成された複数のパッケージ電極の間に配置されると共に
表面が少なくとも高い融点を有する半田で形成されたボ
ールと、前記ボールを間に介して、前記パッケージ電
極、前記ランドを電気的に接続すると共に低い融点を有
する半田で形成された導電結合材とを備えた電子部品の
ボール端子接続構造において、前記パッケージ電極に
は、前記導電結合材との接合面に対して曲率を有した凹
部を形成してある。
に、本発明は次のような構成にしたものである。請求項
１記載の本発明は、回路基板上に形成された複数のラン
ドと、前記ランドとの対向面側に回路形成面を有する半
導体チップなどのパッケージと、前記ランドと前記パッ
ケージの回路形成面に形成された複数のパッケージ電極
の間に配置されると共に表面が少なくとも高い融点を有
する半田で形成されたボールと、前記ボールを間に介し
て、前記パッケージ電極、前記ランドを電気的に接続す
ると共に低い融点を有する半田で形成された導電結合材
とを備えた電子部品のボール端子接続構造において、前
記各々のランドの中心位置は、前記各々のランドに対向
するパッケージ電極の中心位置に対して前記パッケージ
の中心から外側方向に向かって偏心するように構成され
ている。請求項２記載の本発明は、請求項１記載の電子
部品のボール端子接続構造において。前記パッケージ電
極と前記ランドの偏心の量は、前記パッケージの中心点
Ｃの位置で０とし、前記パッケージの中心点Ｃからの距
離に比例して大きくなるようにしてある。請求項３記載
の本発明は、請求項１または２記載の電子部品のボール
端子接続構造において、前記ボールに替えて、中心とな
る核部分に高剛性で、かつ、低線膨張係数を有する部材
を設けると共に、前記核部分となる部材の外周に高い融
点を有する半田からなる薄膜を均一にめっきした二重構
造のボールとしてある。請求項４記載の本発明は、回路
基板上に形成された複数のランドと、前記ランドとの対
向面側に回路形成面を有する半導体チップなどのパッケ
ージと、前記ランドと前記パッケージの回路形成面に形
成された複数のパッケージ電極の間に配置されると共に
表面が少なくとも高い融点を有する半田で形成されたボ
ールと、前記ボールを間に介して、前記パッケージ電
極、前記ランドを電気的に接続すると共に低い融点を有
する半田で形成された導電結合材とを備えた電子部品の
ボール端子接続構造において、前記パッケージ電極に
は、前記導電結合材との接合面に対して曲率を有した凹
部を形成してある。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図にもと
づいて説明する。図において、従来と同じ構成要素につ
いては、同じ符号を付してその説明を省略し、異なる点
のみ説明する。図１は本発明の第１の実施例を示す回路
基板上にパッケージを実装した場合のボール端子接続構
造であって、図２のＢ―Ｂ線における平面図である。図
２は、本発明の第１の実施例を示すボール端子接続構造
であって、図１のＡ―Ａ線における側断面図である。本
発明が従来と異なる点は以下の通りである。すなわち、
図１において、４は導電結合材、５はランドであって、
回路基板６上に形成された各ランド５の中心位置は、パ
ッケージ電極２の中心位置に対して、パッケージ１の上
面から見た際に、パッケージ１の中心から外側方向に向
かって偏心させて形成した点である。つまり、図２に示
すようにランドの形成位置をパッケージ中心Ｃから放射
状に外側にずらしたものであり、パッケージ電極２とラ
ンド５の中心位置を偏心させることにより、実装後の半
田接続部のフィレット形状は傾斜したものになってい
る。また、パッケージ電極２とランド５の偏心の量はパ
ッケージ１の中心点Ｃの位置で０とし、パッケージの中
心点Ｃからの距離に比例して大きくなるようにしたもの
で、図１に示す角形のランド配列の場合には、パッケー
ジの対角線方向に位置するランド５がパッケージ電極２
に対して最もずれるように形成したものとなっている。
次に、本発明と従来技術に関し、熱応力解析結果を用い
て比較する。熱応力を計算した結果、従来のパッケージ
電極と回路基板側のランドの位置を一致させたボール端
子接続部にて発生する最大応力を１としたとき、本発明
のパッケージ電極と回路基板側のランドの位置をずらし
たボール端子接続部に発生する最大応力は０．８５とな
ることがわかった。これにより、ボール端子接続部に発
生するクラックや破断の状況を予測できる。次に、本発
明の実施例によるパッケージ電極と回路基板側のランド
の位置をずらして実装したボール端子接続構造におい
て、接合部の効果を確認するために、従来のパッケージ
電極と回路基板側のランドの位置を一致させて実装した
ものと比較した。なお、確認試験ではランドの径は０．
８ｍｍφ、ボールの径は０．９ｍｍφの仕様のものを用
い、パッケージ周辺では、パッケージ電極とランドの偏
心量は最大０．２ｍｍ程度としたものを用いている。ま
ず、パッケージなどの電子部品を実装した回路基板を各
１０サンプルずつ作製した。これらのサンプルを使っ
て、温度範囲−４０℃〜＋１２５℃で３００サイクルの
熱衝撃試験を実施した。本発明のパッケージ電極と回路
基板側のランドの位置をずらして実装したサンプルで
は、半田接続部のクラックおよび破断は全く発生しなか
った。しかし、従来のパッケージ電極と回路基板側のラ
ンドの位置を一致させて実装したサンプルの３割で半田
接続部の１０〜２０％にクラックが発生したことが確認
された。したがって、パッケージ電極の中心位置とラン
ドの中心位置をずらすと共に、パッケージの中心位置か
ら離れた位置に向かって半田フィレット形状を傾斜した
構成にしたので、ボール端子接続部に熱サイクルが加わ
ったとしても、図３に示すようにパッケージと回路基板
の接続部における応力集中部には、回路基板の変形によ
る応力の方向σcとパッケージの膨張によってフィレッ
ト形状に垂直な方向に働く応力σfの方向が一致するた
め、応力集中部に加わる応力を減少させることができ
る。よって、接続部全体で応力を分担させることができ
るので、最大応力を緩和することができ、その結果、接
続部のクラックや破断を生じにくくし、寿命を延ばすこ
とができる効果がある。
づいて説明する。図において、従来と同じ構成要素につ
いては、同じ符号を付してその説明を省略し、異なる点
のみ説明する。図１は本発明の第１の実施例を示す回路
基板上にパッケージを実装した場合のボール端子接続構
造であって、図２のＢ―Ｂ線における平面図である。図
２は、本発明の第１の実施例を示すボール端子接続構造
であって、図１のＡ―Ａ線における側断面図である。本
発明が従来と異なる点は以下の通りである。すなわち、
図１において、４は導電結合材、５はランドであって、
回路基板６上に形成された各ランド５の中心位置は、パ
ッケージ電極２の中心位置に対して、パッケージ１の上
面から見た際に、パッケージ１の中心から外側方向に向
かって偏心させて形成した点である。つまり、図２に示
すようにランドの形成位置をパッケージ中心Ｃから放射
状に外側にずらしたものであり、パッケージ電極２とラ
ンド５の中心位置を偏心させることにより、実装後の半
田接続部のフィレット形状は傾斜したものになってい
る。また、パッケージ電極２とランド５の偏心の量はパ
ッケージ１の中心点Ｃの位置で０とし、パッケージの中
心点Ｃからの距離に比例して大きくなるようにしたもの
で、図１に示す角形のランド配列の場合には、パッケー
ジの対角線方向に位置するランド５がパッケージ電極２
に対して最もずれるように形成したものとなっている。
次に、本発明と従来技術に関し、熱応力解析結果を用い
て比較する。熱応力を計算した結果、従来のパッケージ
電極と回路基板側のランドの位置を一致させたボール端
子接続部にて発生する最大応力を１としたとき、本発明
のパッケージ電極と回路基板側のランドの位置をずらし
たボール端子接続部に発生する最大応力は０．８５とな
ることがわかった。これにより、ボール端子接続部に発
生するクラックや破断の状況を予測できる。次に、本発
明の実施例によるパッケージ電極と回路基板側のランド
の位置をずらして実装したボール端子接続構造におい
て、接合部の効果を確認するために、従来のパッケージ
電極と回路基板側のランドの位置を一致させて実装した
ものと比較した。なお、確認試験ではランドの径は０．
８ｍｍφ、ボールの径は０．９ｍｍφの仕様のものを用
い、パッケージ周辺では、パッケージ電極とランドの偏
心量は最大０．２ｍｍ程度としたものを用いている。ま
ず、パッケージなどの電子部品を実装した回路基板を各
１０サンプルずつ作製した。これらのサンプルを使っ
て、温度範囲−４０℃〜＋１２５℃で３００サイクルの
熱衝撃試験を実施した。本発明のパッケージ電極と回路
基板側のランドの位置をずらして実装したサンプルで
は、半田接続部のクラックおよび破断は全く発生しなか
った。しかし、従来のパッケージ電極と回路基板側のラ
ンドの位置を一致させて実装したサンプルの３割で半田
接続部の１０〜２０％にクラックが発生したことが確認
された。したがって、パッケージ電極の中心位置とラン
ドの中心位置をずらすと共に、パッケージの中心位置か
ら離れた位置に向かって半田フィレット形状を傾斜した
構成にしたので、ボール端子接続部に熱サイクルが加わ
ったとしても、図３に示すようにパッケージと回路基板
の接続部における応力集中部には、回路基板の変形によ
る応力の方向σcとパッケージの膨張によってフィレッ
ト形状に垂直な方向に働く応力σfの方向が一致するた
め、応力集中部に加わる応力を減少させることができ
る。よって、接続部全体で応力を分担させることができ
るので、最大応力を緩和することができ、その結果、接
続部のクラックや破断を生じにくくし、寿命を延ばすこ
とができる効果がある。
【０００６】次に本発明の第２の実施例について説明す
る。図４は、本発明の第２の実施例を示すパッケージ電
極ボール端子接続構造の側断面図である。第２の実施例
が第１の実施例と異なる点は、従来のボールに替えて、
中心の核部分に高剛性で、かつ、低線膨張係数を有する
部材を設け、核部分となる部材の外側に高い融点を有す
る半田からなる薄膜８を均一にめっきした二重構造のボ
ール７を用いた点である。次に、本発明と従来技術に関
し、熱応力解析結果を用いて比較する。熱応力を計算し
た結果。従来の高融点の半田でできたボールによる端子
接続部において発生する最大応力を１としたとき、本発
明の高剛性、低線膨張係数の材料を有するボールと、ボ
ールを覆う高融点の半田で構成される二重のボール端子
接続部に発生する最大応力は０．８となることがわかっ
た。これにより、ボール端子接続部に発生するクラック
や破断の状況を予測できる。。次に、本発明の実施例に
よる高剛性で、かつ、低線膨張係数を有するボールとボ
ールを覆う高融点の半田で構成される二重構造のボール
端子接続構造において、接合部の効果を確認するため
に、従来の高融点の半田でできたボールによる端子接続
部品を実装したものと比較した。なお、確認試験では、
ボール全体の直径を０．９ｍｍφ、核部分となる部材の
直径０．８６ｍｍ、薄膜の厚さを２０μｍとした。ま
ず、パッケージなどの電子部品を実装した回路基板を各
１０サンプルずつ用意した。これらのサンプルを使っ
て、温度範囲−４０℃〜＋１２５℃で３００サイクルの
熱衝撃試験を実施した。本発明の高剛性、低線膨張係数
を有するボールと、ボールを覆う高融点の半田で構成さ
れる二重構造のボール端子接続構造のサンプルでは、半
田接続部のクラックおよび破断は全く発生しなかった
が、従来の高融点の半田ボールによる端子接続部品を実
装したサンプルの３割で半田接続部の１０〜２０％にク
ラックが発生したことが確認された。したがって、中心
部に高剛性、低線膨張係数の材料からなるボールと、ボ
ールを覆う高融点の半田で構成される二重のボール構造
の構成にしたので、ボール端子接続部に熱サイクルが加
わり回路基板とパーッケージが変形したとしても、図５
に示すように中心の高剛性、低線膨張係数のボールが変
形することなく、ボールはパッケージ電極の方向に向か
ってのみ応力を加えるため、応力集中部に加わる応力を
減少させることができる。よって、接続部全体で応力を
分担させることができるので、最大応力を緩和すること
ができ、その結果、接合部のクラックや破談を生じにく
くし、寿命を延ばすことができる。なお、ボールの材料
は特に限定されるとはないが、核部分の材料は、Ｃｒ、
Ｔｉ、３４〜４２％Ｎｉ−Ｆｅ、Ａｌ2Ｏ3,、ＡＩＮ等
が好ましく、また、薄膜の高融点の半田の材料は、１０
Ｓｎ−９０Ｐｂ等が好ましい。一方、低融点半田は６５
Ｓｎ−３７Ｐｂが好ましい。
る。図４は、本発明の第２の実施例を示すパッケージ電
極ボール端子接続構造の側断面図である。第２の実施例
が第１の実施例と異なる点は、従来のボールに替えて、
中心の核部分に高剛性で、かつ、低線膨張係数を有する
部材を設け、核部分となる部材の外側に高い融点を有す
る半田からなる薄膜８を均一にめっきした二重構造のボ
ール７を用いた点である。次に、本発明と従来技術に関
し、熱応力解析結果を用いて比較する。熱応力を計算し
た結果。従来の高融点の半田でできたボールによる端子
接続部において発生する最大応力を１としたとき、本発
明の高剛性、低線膨張係数の材料を有するボールと、ボ
ールを覆う高融点の半田で構成される二重のボール端子
接続部に発生する最大応力は０．８となることがわかっ
た。これにより、ボール端子接続部に発生するクラック
や破断の状況を予測できる。。次に、本発明の実施例に
よる高剛性で、かつ、低線膨張係数を有するボールとボ
ールを覆う高融点の半田で構成される二重構造のボール
端子接続構造において、接合部の効果を確認するため
に、従来の高融点の半田でできたボールによる端子接続
部品を実装したものと比較した。なお、確認試験では、
ボール全体の直径を０．９ｍｍφ、核部分となる部材の
直径０．８６ｍｍ、薄膜の厚さを２０μｍとした。ま
ず、パッケージなどの電子部品を実装した回路基板を各
１０サンプルずつ用意した。これらのサンプルを使っ
て、温度範囲−４０℃〜＋１２５℃で３００サイクルの
熱衝撃試験を実施した。本発明の高剛性、低線膨張係数
を有するボールと、ボールを覆う高融点の半田で構成さ
れる二重構造のボール端子接続構造のサンプルでは、半
田接続部のクラックおよび破断は全く発生しなかった
が、従来の高融点の半田ボールによる端子接続部品を実
装したサンプルの３割で半田接続部の１０〜２０％にク
ラックが発生したことが確認された。したがって、中心
部に高剛性、低線膨張係数の材料からなるボールと、ボ
ールを覆う高融点の半田で構成される二重のボール構造
の構成にしたので、ボール端子接続部に熱サイクルが加
わり回路基板とパーッケージが変形したとしても、図５
に示すように中心の高剛性、低線膨張係数のボールが変
形することなく、ボールはパッケージ電極の方向に向か
ってのみ応力を加えるため、応力集中部に加わる応力を
減少させることができる。よって、接続部全体で応力を
分担させることができるので、最大応力を緩和すること
ができ、その結果、接合部のクラックや破談を生じにく
くし、寿命を延ばすことができる。なお、ボールの材料
は特に限定されるとはないが、核部分の材料は、Ｃｒ、
Ｔｉ、３４〜４２％Ｎｉ−Ｆｅ、Ａｌ2Ｏ3,、ＡＩＮ等
が好ましく、また、薄膜の高融点の半田の材料は、１０
Ｓｎ−９０Ｐｂ等が好ましい。一方、低融点半田は６５
Ｓｎ−３７Ｐｂが好ましい。
【０００７】次に第３の実施例について説明する。図６
は本発明の第３の実施例を示すボール端子接続構造の側
断面図である。第３の実施例が第１および第２の実施例
と異なる点は、パッケージ電極２が導電結合材４との接
合面に対して曲率を有した凹部２ａを形成した点であ
る。次に、本発明と従来技術に関し、熱応力解析結果を
用いて比較する。熱応力を計算した結果、従来の形状の
パッケージ電極は、その発生最大応力を１としたとき、
本発明のパッケージ電極が凹状になっているもののボー
ル端子接続部に発生する最大応力は０．８６となること
がわかった。これにより、ボール端子接続部に発生する
クラックや破断の状況を予測できる。また、本発明の凹
状電極には熱応力解析から最適範囲があることがわかっ
た。この結果を図７に示す。図７は、パッケージ電極と
ボールの半径比に対する接続部の応力比の関係を示した
図である。図７の横軸は図６に示すパッケージ電極２の
半径Ｒとボール３の半径Ｒ0との比Ｒ／Ｒ0である。ま
た、縦軸は従来形状における発生最大応力を１としたと
きの応力比としている。図７より、最大応力の比率が最
小となる半径比の最適範囲は、従来形状の応力比０．８
７〜０．８８の時であり、その場合半径比Ｒ／Ｒ0が
２．５〜４．０となる。次に、本発明の実施例による凹
状のパッケージ電極にボールを接続したボール端子接続
構造において、接合部の効果を確認するために、従来の
平らなパッケージ電極と高融点の半田でできたボールに
よる端子接続部品を実装したものと比較した。なお、パ
ッケージ電極の曲率半径を１．３６ｍｍ、高融点の半田
ボールの半径０．４mmとし、パッケージ電極半径Ｒと高
融点のボールの半径Ｒ0との比Ｒ／Ｒ0を３．４とした。
まず、パッケージなどの電子部品を実装した回路基板を
各１０サンプルずつ用意した。これらのサンプルを使っ
て、温度範囲−４０℃〜＋１２５℃で５００サイクルの
熱衝撃試験を実施した。本発明の凹状のパッケージ電極
にボールを接続し基板に実装したサンプルでは、半田接
続部のクラックは４００時間後にしか発生しなかった。
しかし、従来の平らなパッケージ電極とボールを接続し
た基板に実装したサンプルではクラックの発生が３００
時間後から始まることがわかった。このことから、クラ
ックの開始時間が本発明では従来のものに比べ１．３倍
以上向上していることが確認された。したがって、パッ
ケージ電極に曲率を付けていることから、ボール端子接
続部に熱サイクルが加わったとしても、フィレット先端
部のみに応力集中することはなく、電極の凹部に沿って
応力を分散させることができる。よって、従来の応力集
中部であるフィレット先端部に替わって、電極の凹部全
体で応力が分担されることになり、最大応力を低下させ
ることができる。その結果、半田接続部の最大応力を緩
和することができ、接合部のクラックや破談を生じにく
くし、寿命を延ばすことができる。
は本発明の第３の実施例を示すボール端子接続構造の側
断面図である。第３の実施例が第１および第２の実施例
と異なる点は、パッケージ電極２が導電結合材４との接
合面に対して曲率を有した凹部２ａを形成した点であ
る。次に、本発明と従来技術に関し、熱応力解析結果を
用いて比較する。熱応力を計算した結果、従来の形状の
パッケージ電極は、その発生最大応力を１としたとき、
本発明のパッケージ電極が凹状になっているもののボー
ル端子接続部に発生する最大応力は０．８６となること
がわかった。これにより、ボール端子接続部に発生する
クラックや破断の状況を予測できる。また、本発明の凹
状電極には熱応力解析から最適範囲があることがわかっ
た。この結果を図７に示す。図７は、パッケージ電極と
ボールの半径比に対する接続部の応力比の関係を示した
図である。図７の横軸は図６に示すパッケージ電極２の
半径Ｒとボール３の半径Ｒ0との比Ｒ／Ｒ0である。ま
た、縦軸は従来形状における発生最大応力を１としたと
きの応力比としている。図７より、最大応力の比率が最
小となる半径比の最適範囲は、従来形状の応力比０．８
７〜０．８８の時であり、その場合半径比Ｒ／Ｒ0が
２．５〜４．０となる。次に、本発明の実施例による凹
状のパッケージ電極にボールを接続したボール端子接続
構造において、接合部の効果を確認するために、従来の
平らなパッケージ電極と高融点の半田でできたボールに
よる端子接続部品を実装したものと比較した。なお、パ
ッケージ電極の曲率半径を１．３６ｍｍ、高融点の半田
ボールの半径０．４mmとし、パッケージ電極半径Ｒと高
融点のボールの半径Ｒ0との比Ｒ／Ｒ0を３．４とした。
まず、パッケージなどの電子部品を実装した回路基板を
各１０サンプルずつ用意した。これらのサンプルを使っ
て、温度範囲−４０℃〜＋１２５℃で５００サイクルの
熱衝撃試験を実施した。本発明の凹状のパッケージ電極
にボールを接続し基板に実装したサンプルでは、半田接
続部のクラックは４００時間後にしか発生しなかった。
しかし、従来の平らなパッケージ電極とボールを接続し
た基板に実装したサンプルではクラックの発生が３００
時間後から始まることがわかった。このことから、クラ
ックの開始時間が本発明では従来のものに比べ１．３倍
以上向上していることが確認された。したがって、パッ
ケージ電極に曲率を付けていることから、ボール端子接
続部に熱サイクルが加わったとしても、フィレット先端
部のみに応力集中することはなく、電極の凹部に沿って
応力を分散させることができる。よって、従来の応力集
中部であるフィレット先端部に替わって、電極の凹部全
体で応力が分担されることになり、最大応力を低下させ
ることができる。その結果、半田接続部の最大応力を緩
和することができ、接合部のクラックや破談を生じにく
くし、寿命を延ばすことができる。
【０００８】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の第１実施例
によれは、パッケージ電極の中心位置に対する回路基板
側のランドの中心位置を、パッケージ中心点から放射状
に外側に偏心させ、しかも、偏心量をパッケージ中心点
からの距離に比例して広げるように実装したので、熱サ
イクルが加わった場合にボール端子接続部に発生する応
力を緩和し、ボール端子接続部のクラックや破断を抑制
し、熱疲労寿命を延ばすことができる。これにより、信
頼性の高い電子機器を製造することができる。また、第
２の実施例によれば、高剛性で、かつ、低膨張係数の材
料からなるボールとボールを覆う高い融点を有する半田
からなる薄膜で構成される二重構造のボール端子接続部
品を実装したので、第１の実施例同様に熱サイクルが加
わった場合にボール端子接続部に発生する応力を緩和
し、ボール端子接続部のクラックや破断を抑制し、熱疲
労寿命を延ばすことができる。これにより、信頼性の高
い電子機器を製造することができる。さらに、第３の実
施例によれば、パッケージ電極を凹状にしたので、熱サ
イクルが加わった場合にボール端子接続部に発生する応
力を緩和し、ボール端子接続部のクラックや破断を抑制
し、熱疲労寿命を延ばすことができる。これにより、信
頼性の高い電子機器を製造することができる。
によれは、パッケージ電極の中心位置に対する回路基板
側のランドの中心位置を、パッケージ中心点から放射状
に外側に偏心させ、しかも、偏心量をパッケージ中心点
からの距離に比例して広げるように実装したので、熱サ
イクルが加わった場合にボール端子接続部に発生する応
力を緩和し、ボール端子接続部のクラックや破断を抑制
し、熱疲労寿命を延ばすことができる。これにより、信
頼性の高い電子機器を製造することができる。また、第
２の実施例によれば、高剛性で、かつ、低膨張係数の材
料からなるボールとボールを覆う高い融点を有する半田
からなる薄膜で構成される二重構造のボール端子接続部
品を実装したので、第１の実施例同様に熱サイクルが加
わった場合にボール端子接続部に発生する応力を緩和
し、ボール端子接続部のクラックや破断を抑制し、熱疲
労寿命を延ばすことができる。これにより、信頼性の高
い電子機器を製造することができる。さらに、第３の実
施例によれば、パッケージ電極を凹状にしたので、熱サ
イクルが加わった場合にボール端子接続部に発生する応
力を緩和し、ボール端子接続部のクラックや破断を抑制
し、熱疲労寿命を延ばすことができる。これにより、信
頼性の高い電子機器を製造することができる。
【図１】本発明の第１の実施例を示す回路基板上にパッ
ケージを実装した場合のボール端子接続構造であって、
図２のＢ―Ｂ線における平面図である。
ケージを実装した場合のボール端子接続構造であって、
図２のＢ―Ｂ線における平面図である。
【図２】本発明の第１の実施例を示すボール端子接続構
造であって、図１のＡ―Ａ線における側断面図である。
造であって、図１のＡ―Ａ線における側断面図である。
【図３】第１の実施例におけるボール端子接続部の熱応
力発生原理図である。
力発生原理図である。
【図４】本発明の第２の実施例を示すボール端子接続構
造の側断面図である。
造の側断面図である。
【図５】第２の実施例におけるボール端子接続部の熱応
力発生原理図である。
力発生原理図である。
【図６】本発明の第３の実施例を示すボール端子接続構
造の側断面図である。
造の側断面図である。
【図７】パッケージ電極とボールの半径比によるボール
端子接続部の応力比の関係を示した図である。
端子接続部の応力比の関係を示した図である。
【図８】従来のボール端子接続構造の側断面図である。
【図９】従来のボール端子接続部の熱応力発生原理図で
ある。
ある。
１ パッケージ １ａ 回路形成面 ２ パッケージ電極 ２ａ 凹部 ３ ボール（高融点の半田） ４ 導電結合材（低融点の半田） ５ ランド ６ 回路基板 ７ ボール（高剛性、低膨張材） ８ 薄膜（高融点の半田）
Claims (4)
- 【請求項１】回路基板上に形成された複数のランドと、
前記ランドの対向面側に回路形成面を有する半導体チッ
プなどのパッケージと、前記ランドと前記パッケージの
回路形成面に形成された複数のパッケージ電極の間に配
置されると共に表面が少なくとも高い融点を有する半田
で形成されたボールと、前記ボールを間に介して、前記
パッケージ電極、前記ランドを電気的に接続すると共に
低い融点を有する半田で形成された導電結合材とを備え
た電子部品のボール端子接続構造において、 前記各々のランドの中心位置は、前記各々のランドに対
向するパッケージ電極の中心位置に対して、前記パッケ
ージの中心点Ｃから外側方向に向かって偏心するように
形成されていることを特徴とする電子部品のボール端子
接続構造。 - 【請求項２】前記パッケージ電極と前記ランドの偏心の
量は、前記パッケージの中心点Ｃの位置で０とし、前記
パッケージの中心点Ｃからの距離に比例して大きくなる
ようにしている請求項１記載の電子部品のボール端子接
続構造。 - 【請求項３】前記ボールは、中心となる核部分に高剛性
で、かつ、低線膨張係数を有する部材で構成されている
請求項１または２記載の電子部品のボール端子接続構
造。 - 【請求項４】回路基板上に形成された複数のランドと、
前記ランドとの対向面側に回路形成面を有する半導体チ
ップなどのパッケージと、前記ランドと前記パッケージ
の回路形成面に形成された複数のパッケージ電極の間に
配置されると共に表面が少なくとも高い融点を有する半
田で形成されたボールと、前記ボールを間に介して、前
記パッケージ電極、前記ランドを電気的に接続すると共
に低い融点を有する半田で形成された導電結合材とを備
えた電子部品のボール端子接続構造において、 前記パッケージ電極には、前記導電結合材との接合面に
対して曲率を有した凹部が形成してあることを特徴とす
る電子部品のボール端子接続構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11233112A JP2001060759A (ja) | 1999-08-19 | 1999-08-19 | 電子部品のボール端子接続構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11233112A JP2001060759A (ja) | 1999-08-19 | 1999-08-19 | 電子部品のボール端子接続構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001060759A true JP2001060759A (ja) | 2001-03-06 |
Family
ID=16949967
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11233112A Pending JP2001060759A (ja) | 1999-08-19 | 1999-08-19 | 電子部品のボール端子接続構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001060759A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006093406A (ja) * | 2004-09-24 | 2006-04-06 | Fujikura Ltd | 電子部品及び電子装置 |
| JP2009218233A (ja) * | 2008-03-06 | 2009-09-24 | Nec Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP2009224471A (ja) * | 2008-03-14 | 2009-10-01 | Nec Corp | 電子部品及びその製造方法 |
| WO2010089963A1 (ja) * | 2009-02-06 | 2010-08-12 | 株式会社日立製作所 | 回路基板構造体 |
| US7968801B2 (en) | 2005-07-28 | 2011-06-28 | Sharp Kabushiki Kaisha | Solder mounting structure, method for manufacturing such solder mounting structure and use of such solder mounting structure |
| JP2011129824A (ja) * | 2009-12-21 | 2011-06-30 | Fujitsu Ltd | 電子装置の製造方法及び電子部品製造装置 |
| JP2012069772A (ja) * | 2010-09-24 | 2012-04-05 | Fujikura Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP2012156374A (ja) * | 2011-01-27 | 2012-08-16 | Fujitsu Ltd | 基板の接続構造、基板セット、光センサアレイ装置及び基板を接続する方法 |
-
1999
- 1999-08-19 JP JP11233112A patent/JP2001060759A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006093406A (ja) * | 2004-09-24 | 2006-04-06 | Fujikura Ltd | 電子部品及び電子装置 |
| JP4628731B2 (ja) * | 2004-09-24 | 2011-02-09 | 株式会社フジクラ | 電子部品及び電子装置 |
| US7968801B2 (en) | 2005-07-28 | 2011-06-28 | Sharp Kabushiki Kaisha | Solder mounting structure, method for manufacturing such solder mounting structure and use of such solder mounting structure |
| JP2009218233A (ja) * | 2008-03-06 | 2009-09-24 | Nec Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
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| WO2010089963A1 (ja) * | 2009-02-06 | 2010-08-12 | 株式会社日立製作所 | 回路基板構造体 |
| JP2011129824A (ja) * | 2009-12-21 | 2011-06-30 | Fujitsu Ltd | 電子装置の製造方法及び電子部品製造装置 |
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| JP2012156374A (ja) * | 2011-01-27 | 2012-08-16 | Fujitsu Ltd | 基板の接続構造、基板セット、光センサアレイ装置及び基板を接続する方法 |
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