JP2001267717A - 電子部品の実装用基板及び実装構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 格子状に配設されたはんだバンプを介して、
電子部品を実装する場合に、四隅のはんだバンプの根元
部に集中する応力やひずみを緩和することによって、接
合強度を高めた電子部品の実装用基板及びその実装構造
を提供する。 【解決手段】 プリント配線板１０に、ＬＳＩパッケー
ジ１のはんだバンプ２が接合される円形の電極部２０
を、格子状に配設する。電極部２０の最外周の四隅にお
けるプリント配線板１０の樹脂層に、平面方向から見て
円形であるが、縦断面が台形状となるように孔部１０ａ
を形成する。孔部１０ａ上に銅箔層及び電極めっき層か
ら成る電極２１を形成する。このように形成された電極
２１は、その径が上方に従って広がっていて、内側面が
滑らかな傾斜曲面であるテーパ形状の窪み部２１ａを有
している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、はんだバンプを介
して電子部品を実装するための電極が、格子状に配設さ
れた電子部品の実装用基板及びその実装構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子機器に対する小形化、軽量化に伴
い、ＬＳＩの高密度実装の要請が高まっている。一般
に、半導体素子を基板に高密度で接合する方法として
は、はんだ（ソルダ）で形成された突起電極であるはん
だバンプを用いる方法がある。このはんだバンプによる
接合は、従来から、ＬＳＩの内部構造において、ワイヤ
レスボンディングによる高密度実装を可能とするため
に、ＬＳＩチップのパッド部にボール状のはんだバンプ
を形成し、このチップを裏返して、はんだバンプを介し
て基板に直接取り付けるフリップチップの技術において
用いられてきたものである。

【０００３】しかし、近年では、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓ
ｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）やＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉ
ｄ Ａｒｒａｙ）などのように、多電極化とともにチッ
プに近似した小形化を実現したＬＳＩパッケージが開発
され、現在の主流となっている。そして、これらのＬＳ
Ｉは、プリント配線板へ直接実装するために、上記のは
んだバンプを利用することによって高密度実装を実現し
ている。

【０００４】このようなはんだバンプによる電子部品の
実装構造の一例を、図面を参照して以下に説明する。す
なわち、図３に示すように、ＬＳＩパッケージ１の裏面
には、チップ（図示せず）に接続された微小なはんだバ
ンプ２が、格子状に配設されている。このようなＬＳＩ
パッケージ１は、プリント配線板３の対応する電極３ａ
にはんだバンプ２が接するように、プリント配線板３上
に載せられる。

【０００５】そして、図４及び図５に示すように、リフ
ローソルダリングによって、はんだバンプ２と電極３ａ
とを接合させる。このリフローソルダリングは、リフロ
ー炉等の外部の熱源を用いて加熱し、はんだバンプ２を
溶融させた後、冷却する接合方法である。さらに、図４
に示すように、ＬＳＩパッケージ１とプリント配線板３
との間には、接合部を樹脂で封止するアンダーコート４
が施されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＬＳＩのプ
リント配線板への実装においては、熱的なストレスばか
りでなく、機械的なストレスの影響も受けることから、
信頼性確保が不可欠である。特に、実装後におけるはん
だバンプ接合部の強度を高めることは、信頼性確保のた
めに非常に重要な課題となっている。

【０００７】このような信頼性に影響を与える要素とし
て、ＬＳＩ側と基板側との材料の熱膨張係数差による問
題がある。この点、フリップチップの場合には、基板を
低熱膨張のセラミック基板にすることによって対処して
いたが、ＣＳＰやＢＧＡのようにＬＳＩパッケージをプ
リント配線板に直接実装する場合には、ＣＳＰやＢＧＡ
とプリント配線板とに用いられている材料の熱膨張係数
差が大きくなるため、熱疲労や反り変形によって、はん
だバンプ接合部の強度劣化が生じる可能性がある。さら
に、繰り返し応力により、はんだバンプ接合部にひずみ
が集中して、疲労破壊によりクラックが入ると、電気的
な導通不良につながる。

【０００８】ここで、コンピュータシミュレーションに
よる構造解析から、プリント配線板の電極とはんだバン
プとの接合部の大きさや形状が、接合強度に与える影響
が大きいことが判明している。特に、図５に示すような
通常の樽形のはんだバンプ２は、接合部の根元部分の径
が小さくなっているので、この箇所に応力やひずみが集
中しやすい。そして、格子状に配設されたはんだバンプ
２のうちで、最外周の四隅のはんだバンプ２は、反り変
形等の影響を大きく受けるので、クラックの発生による
破断は、これら四隅のはんだバンプ２に発生しやすい。

【０００９】これに対処するため、上記の従来技術で
は、図４に示すように、接合部を樹脂で封止するアンダ
ーコート４が施されている。しかし、ＬＳＩのパッケー
ジ構造と樹脂材料とは相性が存在するため、それぞれに
適した樹脂材料を選択しなければならないという手間が
かかる。特に、ＬＳＩパッケージの形態や材質はＬＳＩ
メーカーの独自仕様であって標準化されていないが、そ
の一方で、実装メーカー側ではＬＳＩパッケージの構造
の改良を行うことはできないため、例えば、同一基板上
に異なるＬＳＩメーカーの製品を混載実装した場合に
は、材料の選択がより一層煩雑となる。

【００１０】また、アンダーコート４が必要ということ
になると、接着性を確保するために、洗浄システムを導
入しなければならず、コストアップになる。さらに、ア
ンダーコート４の樹脂を硬化させてしまうと、最終テス
トで不良チップをリペアする必要が生じてもこれに対処
し難く、基板を破棄しなければならない場合があるた
め、量産性に問題がある。

【００１１】本発明は、以上のような従来技術の問題点
を解決するために提案されたものであり、その目的は、
格子状に配設されたはんだバンプを介して、電子部品を
実装する場合に、四隅のはんだバンプの根元部に集中す
る応力やひずみを緩和することによって、接合強度を高
めた電子部品の実装用基板及びその実装構造に関する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、はんだバンプを介して電子
部品が実装される複数の電極が、格子状に配設された電
子部品の実装用基板において、前記複数の電極のうちで
最外周の四隅の電極は、前記はんだバンプの根元部が埋
まる窪み部を有することを特徴とする。以上のような請
求項１記載の発明では、最外周の四隅のはんだバンプの
根元部が、電極の窪み部に埋まることによって、はんだ
バンプの根元部における電極との接合面積が拡大するの
で、応力集中やひずみ集中が緩和され、破断を防止でき
る。

【００１３】請求項２記載の発明は、請求項１記載の電
子部品の実装用基板において、前記窪み部は、平面方向
から見て円形であり、上方に従って径が広がるテーパ形
状であることを特徴とする。以上のような請求項２記載
の発明では、加熱による接合時に、はんだバンプの根元
部が窪み内に均一に流れ込むので、隙間等が生じにく
く、より確実に強度が高まる。

【００１４】請求項３記載の発明は、基板上に格子状に
配設された複数の電極に、はんだバンプを介して電子部
品が実装された電子部品の実装構造において、前記複数
の電極のうちで最外周の四隅の電極は、前記はんだバン
プの根元部が前記基板の深さ方向に埋まる窪み部を有す
ることを特徴とする。以上のような請求項３記載の発明
では、アンダーコートを必要とせずに、最外周の四隅の
はんだバンプと電極との接合部の強度を高めることがで
きるので、実装基板の生産性が向上し、コストを低減す
ることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図１及び
図２を参照して以下に説明する。なお、図３〜５に示し
た従来技術と同様の部材は同一の符号を付して、説明を
省略する。

【００１６】（１）実施の形態の構成 本実施の形態は、図１及び図２に示すように、プリント
配線板１０上に設けられた電極部２０の一部を、特殊形
状としたものである。すなわち、プリント配線板１０上
には、ＬＳＩパッケージ１のはんだバンプ２が接合され
る電極部２０が、格子状に配設されている。これらの電
極部２０のうち、最外周の四隅の電極２１以外の電極２
２は、全て円形平面状に形成されている。

【００１７】一方、最外周の四隅の電極２１は、図２に
示すように、窪み部２１ａを有する構成となっている。
この窪み部２１ａは、次のように形成されている。ま
ず、プリント配線板１０の樹脂層に、平面方向から見て
円形であるが、縦断面が台形状の孔部１０ａを形成す
る。この孔部１０ａは、例えば、一般に多層基板の内層
間を接続するためのビア形成に用いられるフォトエッチ
ング法、レーザ加工法、ドリル法、プレス法などの周知
の方法により形成することができる。

【００１８】そして、この孔部１０ａ上に、銅箔層及び
電極めっき層から成る電極２１を形成する。この電極２
１は、周知の方法によって形成することができる。例え
ば、プリント配線板１０の樹脂層に孔部１０ａを形成し
た後、エッチングによって銅箔層の導体パターンを形成
し、さらにその上に、電解若しくは無電解めっきによっ
て電極めっき層を形成することによって構成できる。こ
のように形成される電極２１の窪み部２１ａは、底部が
平面であり、上方に従って径が広がっているとともに、
内側面が滑らかな傾斜曲面であるテーパ形状となってい
る。

【００１９】（２）実施の形態の作用 以上のような本実施の形態において、ＬＳＩを実装する
手順を以下に説明する。すなわち、ＬＳＩパッケージ１
の裏面に構成された微小なはんだバンプ２が、プリント
配線板１０上の電極部２０に接するように、ＬＳＩパッ
ケージ１をプリント配線板１０上に載せる。そして、リ
フローソルダリングによって、はんだバンプ２と電極部
２０とを接合させる。

【００２０】このとき、図２に示すように、最外周の四
隅の電極２１にも、対応する位置のはんだバンプ２が接
合されるが、当該箇所のはんだバンプ２の根元部は、電
極２１の窪み部２１ａ内に隙間無く流れ込むので、窪み
部２１ａの内底面及び内側面に対する広い接着面を有す
ることになる。

【００２１】（３）実施の形態の効果 以上のような本実施の形態によれば、最外周の四隅にお
けるはんだバンプ２の根元部が、窪み部２１ａ内に埋ま
るので、はんだバンプ２がプリント配線板１０の深さ方
向に食い込むことになり、接着面積が増大する。このた
め、最外周の四隅に、従来の平面形状の電極を使用する
場合に比べて、応力集中やひずみ集中が緩和され、プリ
ント配線板１０に加わる熱的なストレスや、撓み、曲げ
などの機械的なストレスに対する耐性が増し、ＬＳＩパ
ッケージ１との接合の信頼性が向上する。特に、窪み部
２１ａが上記のような形状なので、はんだバンプ２が流
入しやすく、隙間が生じることなく埋まるため、非常に
高い強度と信頼性が得られる。

【００２２】また、上記の電極２１は、最外周の四隅に
のみ形成すればよいので、プリント配線板１０の製造機
械の処理工数、完成時の検査工数の増大を抑えることが
でき、プリント配線板１０の生産性維持、製造コストの
節約を実現できる。そして、孔部１０ａや電極２１は、
周知の方法によって形成することができ、特殊な製法を
用いる必要がなく、はんだバンプ２と電極２１との接合
も他の電極２２と同時に行うことができるので、実装基
板の量産性及び経済性に優れている。

【００２３】また、上記のように、はんだバンプ２の接
合部の強度が向上するので、樹脂を充填するアンダーコ
ートが不要となる。このため、樹脂選択の手間がかから
ず、充填作業を省略できるので、より一層の量産性向上
やコスト低減につながる。さらに、不良チップをリペア
する作業も容易となる。

【００２４】また、本実施の形態は、プリント配線板１
０側の電極２１の構造を改良することによって対処して
いるので、あらゆるメーカーのＬＳＩパッケージ１に普
遍的に対応することができ、異なるＬＳＩメーカーの製
品の混載実装であっても容易に行うことができる。

【００２５】（４）他の実施の形態 本発明は以上のような実施の形態には限定されず、各部
材の形状、大きさ、数量、材質等は適宜変更可能であ
る。例えば、最外周の四隅に形成する電極の窪み部の形
状は、上記の実施の形態の形状には限定されない。例え
ば、上方に向かって径が広がる半球状や円錐形状の窪み
であってもよい。

【００２６】また、最外周の四隅の電極形状を、他の箇
所の電極に適用してもよい。例えば、最外周の電極のみ
若しくは全ての電極に窪み部を形成すれば、さらに接合
強度を強化することができる。なお、格子状の電極配設
には、方形状や円形状に全て配設した場合ばかりでな
く、中抜きの枠状（略ロの字状）やリング状に配設した
場合も含まれる。さらに、本発明は、複数のはんだバン
プを備えたあらゆる電子部品に適用可能である。

【００２７】また、電極やプリント配線板の材料につい
ては、周知のあらゆるものが適用できる。そして、電極
の形成方法やはんだ付け方法は、上記の実施の形態で示
したものには限定されず、周知のあらゆる方法によって
形成することができる。さらに、はんだ付けを行う前
に、プラズマ処理によって窪み部内を洗浄すれば、さら
に接合強度が強く、信頼性の高い製品を構成することが
できる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
格子状に配設されたはんだバンプを介して、電子部品を
実装する場合に、四隅のはんだバンプの根元部に集中す
る応力やひずみを緩和することによって、接合強度を高
めた電子部品の実装用基板及びその実装構造を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子部品の実装構造の第１の実施の形
態におけるプリント配線板を示す平面図である。

【図２】図１の実施の形態におけるはんだバンプと電極
との接合部を示す縦断面図である。

【図３】はんだバンプを電極とするＬＳＩパッケージの
一例を示す下面図である。

【図４】従来の電子部品の実装構造の一例を示す側面図
である。

【図５】図４の従来技術におけるはんだバンプと電極と
の接合部を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１…ＬＳＩパッケージ ２…はんだバンプ ３，１０…プリント配線板 ３ａ，２１，２２…電極 １０ａ…孔部 ４…アンダーコート ２０…電極部 ２１ａ…窪み部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 はんだバンプを介して電子部品が実装さ
   れる複数の電極が、格子状に配設された電子部品の実装
   用基板において、 前記複数の電極のうちで最外周の四隅の電極は、前記は
   んだバンプの根元部が埋まる窪み部を有することを特徴
   とする電子部品の実装用基板。
2. 【請求項２】 前記窪み部は、平面方向から見て円形で
   あり、上方に従って径が広がるテーパ形状であることを
   特徴とする請求項１記載の電子部品の実装用基板。
3. 【請求項３】 基板上に格子状に配設された複数の電極
   に、はんだバンプを介して電子部品が実装された電子部
   品の実装構造において、 前記複数の電極のうちで最外周の四隅の電極は、前記は
   んだバンプの根元部が前記基板の深さ方向に埋まる窪み
   部を有することを特徴とする電子部品の実装構造。