JP2001358445A - 電子部品の実装構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＢＧＡ（ボールグリッドアレイパッケージ）
を、はんだペースト印刷・リフロー法を用いて、プリン
ト回路基板上に実装するようにした電子部品の実装構造
において、ＢＧＡのはんだバンプとプリント回路基板の
パッド部との接合部における亀裂の発生を抑制する。 【解決手段】 プリント回路基板２０は、内部配線層２
２を一面に引き出すための複数個のビアホール２３を有
し、複数個のパッド部２４の全てが、プリント回路基板
２０の一面２１にてビアホール２３と一致した位置に配
置されており、プリント回路基板２０の一面２１には、
複数個のパッド部２４の全てに被らないようにソルダレ
ジスト２５が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のはんだバン
プが形成された電子部品と、一面側にてはんだバンプに
対応した位置に形成された複数のパッド部を有するプリ
ント回路基板とを備え、複数のはんだバンプと複数のパ
ッド部の各々が、はんだペーストを介してはんだバンプ
を溶融させることにより接合されている電子部品の実装
構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の実装構造の一般的な断面
構成を図５に示す。図５に示す実装構造は、電子部品と
してのボールグリッドアレイパッケージ（以下、ＢＧＡ
と略す）１０を、はんだペースト印刷・リフロー法によ
り、プリント回路基板２０上に実装したものである。複
数のはんだバンプ１２と複数のパッド部２４の各々が、
はんだペーストを介してはんだバンプ１２を溶融させる
ことにより接合され、ＢＧＡ１０がプリント回路基板２
０に電気的・機械的に接合されている。

【０００３】この実装構造の実装方法は次のようであ
る。まず、プリント回路基板２０のパッド部２４にはん
だペーストを印刷する。次に、ＢＧＡ１０をプリント回
路基板２０の上に位置決め搭載し、はんだペーストを介
して、各々のはんだバンプ１２とパッド部２４とを接触
させる。続いて、はんだバンプ１２を溶融（リフロー）
・固化させ、はんだバンプ１２とパッド部２４とを接合
する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、ＢＧＡ
１０を、はんだペースト印刷・リフロー法により、プリ
ント回路基板２０上に実装する構造では、プリント回路
基板２０の実装面において、耐熱性樹脂材料等よりなる
ソルダレジスト２５やはんだペースト中のフラックス残
渣１３が、共に金属導体よりなるパッド部２４や表層配
線２６に被っている。

【０００５】ここで、フラックス残渣１３は、近年、フ
ロン等のフラックス残渣用の洗浄剤が環境に好ましくな
いという状況から、洗浄不要な樹脂材料（例えばアクリ
ル系樹脂等）が用いられており、図５に示す様な形では
んだバンプ１２とパッド部２４との接合部に残るもので
ある。

【０００６】そして、本発明者の検討によれば、はんだ
バンプ１２とパッド部２４との接合部に冷熱サイクルが
加わったとき、ソルダレジスト２５がパッド部２４や表
層配線２６を覆っている部位にて、図５に示す様に、フ
ラックス残渣１３やソルダレジスト２５に亀裂Ｋ（図中
のジグザク線）が生じることがわかった。この亀裂Ｋ
は、フラックス残渣１３から発生し、その下のソルダレ
ジスト２５へ伸びるように、はんだバンプ１２を中心に
放射状に進行する。

【０００７】また、この亀裂Ｋは、特にソルダレジスト
２５とパッド部２４及び表層配線２６との界面で起こり
やすい。そして、このような亀裂Ｋが存在すると、例え
ば高温高湿下にて亀裂Ｋから水分が侵入する等によっ
て、パッド部２４同士の間や表層配線２６同士の間、あ
るいはパッド部２４と表層配線２６との間において、絶
縁抵抗が低下し、短絡等の製品の機能不良が発生する場
合がある。

【０００８】本発明は上記問題に鑑み、複数のはんだバ
ンプが形成された電子部品を、はんだペースト印刷・リ
フロー法を用いて、プリント回路基板上に実装するよう
にした電子部品の実装構造において、はんだバンプとパ
ッド部との接合部における亀裂の発生を抑制することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記接合部に
発生する亀裂は、該接合部のうちソルダレジスト、フラ
ックス残渣、パッド部や表層配線が重なる部分におい
て、はんだ、パッド部、ソルダレジスト、はんだペース
ト中のフラックス残渣といった材質の異なる各部（樹脂
系材料と金属系材料）の熱膨張率の差によって生じるこ
とに着目してなされたものである。

【００１０】即ち、請求項１記載の発明では、複数のは
んだバンプ（１２）が形成された電子部品（１０）と、
一面側にてはんだバンプに対応した位置に形成された複
数のパッド部（２４）を有するプリント回路基板（２
０）とを備え、複数のはんだバンプと複数のパッド部の
各々が、はんだペーストを介してはんだバンプを溶融さ
せることにより接合されている電子部品の実装構造にお
いて、プリント回路基板は、内部配線層（２２）を一面
に引き出すための複数個のビアホール（２３）を有し、
複数個のパッド部の全てが、プリント回路基板の一面に
てビアホールと一致した位置に配置されており、プリン
ト回路基板の一面には、複数個のパッド部の全てに被ら
ないようにソルダレジスト（２５）が形成されているこ
とを特徴とする。

【００１１】本発明によれば、ビアホールの位置をパッ
ド部の位置と一致させるように、プリント回路基板を形
成することにより、全てのパッド部をビアホール上に設
けたパッドオンビア構造とする。それによって、プリン
ト回路基板の一面（実装面）において、従来のように、
パッド部の周辺が表層配線とつながった形とはならな
い、つまり、パッド部周辺には表層配線が存在しない。

【００１２】そのため、プリント回路基板の一面にて、
複数個のパッド部の全てに被らないようにソルダレジス
トを形成しても問題はなく、パッド部及びその周辺に
て、ソルダレジストが表層配線やパッド部といった金属
部材に被った部分を存在させないようにすることができ
る。そして、フラックス残渣がソルダレジストに被るこ
とを極力低減することができる。

【００１３】このように、本発明によれば、はんだバン
プとパッド部との接合部及びその近傍において、ソルダ
レジスト、フラックス残渣、パッド部や表層配線といっ
た熱膨張率の異なる各部材が重なる部分を極力低減する
ことができるため、上記した熱膨張率の差によって生じ
るはんだバンプとパッド部との接合部における亀裂の発
生を抑制することができる。

【００１４】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一
例である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電
子部品の実装構造を示す概略断面図であり、電子部品と
してのＢＧＡ１０を、はんだペースト印刷・リフロー法
により、プリント回路基板２０上に実装したものであ
る。

【００１６】ＢＧＡ１０は、図示しないが、インターポ
ーザに接着剤等を介して半導体チップを搭載し、該イン
ターポーザの回路配線と半導体チップとをワイヤ等で電
気的に接続した後、封止樹脂で半導体チップやワイヤを
封止してなるものである。また、上記インターポーザ
は、ＢＧＡ１０の一面１１に相当し、この一面１１に
は、上記回路配線に電気的に接続されたはんだ材よりな
るはんだバンプ１２が複数形成されている。

【００１７】一方、プリント回路基板２０は、樹脂より
なる多数の積層板を積層してなる多層プリント配線板で
ある。プリント回路基板２０の内部には、銅等よりなる
内部配線層２２が形成されており、また、プリント回路
基板２０の一面２１には、この一面２１からプリント回
路基板２０の内部へ向かう複数個のビアホール２３が形
成されている。

【００１８】これらビアホール２３は、上記内部配線層
２２をプリント回路基板２０の一面２１に引き出すため
のものであり、該一面２１をなす最表層の積層板に、ド
リル等にて厚み方向に貫通する孔を形成することにより
作られる。また、これらビアホール２３の内部には導電
性部材が充填されてビアを形成している。

【００１９】そして、各々のビアホール２３の上には、
銅箔等よりなるパッド部２４が、ビアホール２３内の導
電性部材と電気的に接続された状態で形成されている。
このようにして、複数個のパッド部２４の全てが、プリ
ント回路基板２０の一面２１にてビアホール２３と一致
した位置に配置されている。

【００２０】また、プリント回路基板２０の一面２１に
は、エポキシ系樹脂等よりなるソルダレジスト２５が形
成されており、このソルダレジスト２５には、複数個の
パッド部２４の全てに対してソルダレジスト２５が被ら
ないように、開口部が形成され、この開口部からパッド
部２４が露出した形となっている。

【００２１】そして、ＢＧＡ１０の一面１１とプリント
回路基板２０の一面２１とが対向した状態で、個々のは
んだバンプ１２と個々のパッド部２４とが、はんだ接合
されている。ここで、図１中の１３は、フラックス残渣
であり、はんだペースト（図示せず）中のフラックス
（アクリル樹脂等）が残ったものである。こうして、Ｂ
ＧＡ１０がプリント回路基板２０に電気的・機械的に接
合されている。

【００２２】上記実装構造は、まず、ソルダレジスト２
５が形成されたプリント回路基板２０のパッド部２４
に、はんだペーストを印刷し、次に、ＢＧＡ１０をプリ
ント回路基板２０の上に位置決め搭載し、上記はんだペ
ーストを介して、各々のはんだバンプ１２とパッド部２
４とを接触させ、続いて、はんだバンプ１２を溶融（リ
フロー）し、固化させ、はんだバンプ１２とパッド部２
４とを接合することにより完成する。

【００２３】ところで、本実施形態によれば、プリント
回路基板２０を、内部配線層２２を一面に引き出すため
の複数個のビアホール２３を有するものとし、ビアホー
ル２３の位置をパッド部２４の位置と一致させるよう
に、プリント回路基板２０を形成することにより、全て
のパッド部２４がビアホール２３上に設けられたパッド
オンビア構造となっている。

【００２４】それによって、プリント回路基板２０の一
面（実装面）２１において、上記図５に示す従来構造の
ように、パッド部２４の周辺が表層配線２６とつながっ
た形とはならない、つまり、本実施形態ではパッド部２
４の周辺には表層配線が存在しないようにすることがで
きる。

【００２５】そのため、プリント回路基板２０の一面２
１にて、複数個のパッド部２４の全てに被らないように
ソルダレジスト２５を形成しても問題はなく、パッド部
２４及びその周辺には、ソルダレジスト２５が表層配線
やパッド部２４といった金属部材に被った部分が存在し
ないようにすることができる。

【００２６】また、ソルダレジスト２５がパッド部２４
に被っていないため、図１に示す様に、パッド部２４上
にははんだバンプ１２が接触し、はんだバンプ１２及び
パッド部２４からはみ出したフラックス残渣１３は、ソ
ルダレジスト２５に被ることは無く、フラックス残渣１
３は、樹脂系材料であるプリント回路基板２０の一面に
接している。

【００２７】このように、本実施形態によれば、はんだ
バンプ１２とパッド部２４との接合部及びその近傍にお
いて、ソルダレジスト２５、フラックス残渣１３、パッ
ド部２４や表層配線といった熱膨張率の異なる各部材が
重なる部分を極力低減することができるため、これら各
部材の熱膨張率の差によって生じるはんだバンプ１２と
パッド部２４との接合部における亀裂の発生を抑制する
ことができる。

【００２８】例えば、−３０℃の状態を３０時間、＋８
０℃の状態を３０時間行うことを１サイクルとする冷熱
サイクル試験によって、本実施形態と上記図５に示す従
来の構造とを比較検討したところ、従来の構造では５０
サイクル程度で、はんだバンプ１２とパッド部２４との
接合部に亀裂Ｋが生じたのに対し、本実施形態では、従
来の数１０倍のサイクル数まで、亀裂Ｋが発生しなかっ
た。

【００２９】ところで、上述のように、本実施形態で
は、はんだペーストを印刷によりパッド部２４上に供給
するが、この印刷に用いるメタルマスクとしては、図２
に示すような構成のものを適用することができる。図２
において、（ａ）はプリント回路基板２０のパッド部２
４の平面形状を示し、（ｂ）はメタルマスク３０の平面
形状を示し、（ｃ）は、より好ましいメタルマスク３０
の平面形状を示す。なお、図２中のハッチングは識別の
ために施したもので断面を示すものではない。

【００３０】パッド部２４は、通常、その平面形状が直
径Ｄを有する円形である。この場合、メタルマスク３０
は、通常、図２（ｂ）に示す様に、このパッド部２４と
同一形状及び同一サイズの円形の開口部３１を有するも
の（円形開口部マスク）を採用する。しかし、図２
（ｃ）に示す様に、メタルマスク３０は、パッド部２４
の直径Ｄと同寸法Ａの辺にて構成される正方形の開口部
３２を有するもの（正方形開口部マスク）を採用する方
が好ましい。

【００３１】これは、本発明者の実験検討により見出し
たものである。図３（ａ）に示す様に、円形開口部マス
ク３０では、はんだペーストを転写した際マスク３０に
残留するはんだ粒４０は、円形開口部３１の周辺部に残
留するため、図３（ｂ）に示す様に、パッド部２４に転
写されたはんだ粒４０は、体積（印刷体積）ばらつきが
大きいものとなる。

【００３２】一方、図４（ａ）に示す様に、正方形開口
部マスク３０では、はんだペーストを転写した際マスク
３０に残留するはんだ粒４０は、正方形開口部３２の角
４隅に残留するため、図４（ｂ）に示す様に、パッド部
２４に転写されたはんだ粒４０は、体積ばらつきが比較
的小さいものとなる。従って、正方形開口部３２を有す
るメタルマスク３０を用いれば、印刷体積のばらつきを
低く抑えることができ、印刷体積のばらつきが大きいこ
とによる接合不良を低減することができ、好ましい。

【００３３】なお、本発明の電子部品としては、ＢＧＡ
に限定されるものではなく、複数のはんだバンプが形成
されたものであれば良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る電子部品の実装構造を
示す概略断面図である。

【図２】（ａ）はプリント回路基板のパッド部の平面形
状を示す図、（ｂ）はメタルマスクの平面形状を示す
図、（ｃ）は、より好ましいメタルマスクの平面形状を
示す図である。

【図３】円形開口部マスクにおけるはんだペーストの転
写作用を示す図である。

【図４】正方形開口部マスクにおけるはんだペーストの
転写作用を示す図である。

【図５】従来の一般的な電子部品の実装構造を示す概略
断面図である。

【符号の説明】

１０…ＢＧＡ（ボールグリッドアレイパッケージ）、１
２…はんだバンプ、２０…プリント回路基板、２２…内
部配線層、２３…ビアホール、２４…パッド部、２５…
ソルダレジスト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のはんだバンプ（１２）が形成され
   た電子部品（１０）と、 一面側にて前記はんだバンプに対応した位置に形成され
   た複数のパッド部（２４）を有するプリント回路基板
   （２０）とを備え、 前記複数のはんだバンプと前記複数のパッド部の各々
   が、はんだペーストを介して前記はんだバンプを溶融さ
   せることにより接合されている電子部品の実装構造にお
   いて、 前記プリント回路基板は、内部配線層（２２）を前記一
   面に引き出すための複数個のビアホール（２３）を有
   し、 前記複数個のパッド部の全てが、前記プリント回路基板
   の一面にて前記ビアホールと一致した位置に配置されて
   おり、 前記プリント回路基板の一面には、前記複数個のパッド
   部の全てに被らないようにソルダレジスト（２５）が形
   成されていることを特徴とする電子部品の実装構造。