JP2006237367A

JP2006237367A - プリント配線板

Info

Publication number: JP2006237367A
Application number: JP2005051261A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Sato; 義隆佐藤; Hirosuke Fujiwara; 啓輔藤原; Sadao Sato; 貞夫佐藤; Yoshiaki Isobe; 善朗礒部
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2006-09-07

Abstract

【課題】ＢＧＡにアンダーフィルを充填する際、充填作業に要する時間や工数を増加させることなくアンダーフィルの流失を確実に防ぐことができるダムを提供し、生産性の向上を図る。
【解決手段】絶縁基板１上に搭載するＢＧＡ６と、ＢＧＡ６の搭載領域内に設置されてＢＧＡ６のバンプ電極６ａと電気接続する引出しパターン８ａと、この引出しパターン８ａをＢＧＡ６の搭載領域外に引出すためのスリットを設けると共にＢＧＡ６の搭載領域の外周を取り囲むように配置した導体パターン２と、この導体パターン２に積層された熱溶融はんだ層５と、ＢＧＡ６の搭載領域に充填されたアンダーフィル７とを備えるようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、エリアアレイ部品を実装するプリント配線板に関するものであり、特に表面実装した超小型ＬＳＩ部品であるＢＧＡやＣＳＰにアンダーフィルを充填するプリント配線板に関するものである。

近年の多ピン化・狭ピッチ化により、ＢＧＡ（ＢＡＬＬ・ＧＲＩＤ・ＡＲＲＡＹ）やＣＳＰ（ＣＨＩＰ・ＳＩＺＥ・ＰＡＣＫＡＧＥ）とプリント配線板との接続の信頼性を確保するために、接続部周辺にアンダーフィルを充填する方法が取られている。ＢＧＡなどに充填するアンダーフィルは比較的粘度が低く充填途中にＢＧＡの周囲に流出するため他の搭載部品や回路パターンとの隔離を必要とする。

アンダーフィルが流出しないようにするため、例えば、特開平１０−２６１６６１号公報図１（特許文献１参照）では、ディスペンサ１６によりプリント配線板１１とベアチップＬＳＩ１３の接合部に液状のアンダーフィル１５を注入すると同時に、空気抜き用の孔１１ａ、及び吸引ダクト１８を介して吸引装置１７によりプリント配線板１１とベアチップＬＳＩ１３との間隙部分に残留する空気Ａを抜くことによりアンダーフィル１５が間隙部に満遍なく注入され充填させるようにしたアンダーフィル充填方法が開示されている。

また、特開２００１ー２４４３８４号公報図１（特許文献２参照）では、ベアチップ２が搭載される個所とその外縁の外側近傍にわたって封止用樹脂組成物６の広がりを抑制する段差９が形成されている。または、ベアチップ２が搭載される個所に沿って、その外縁の外側近傍に封止用樹脂組成物６の広がりを抑制する溝、又は、突起片が形成されるようにしたベアチップ搭載プリント配線基板が開示されている。

また、特開昭６２−２２９８６２号公報図２（特許文献３参照）では、封止樹脂１０が流出しないように封止枠５として撥水性充填剤６を用いた半導体素子搭載用回路基板が開示されている。

特開平１０-２６１６６１号公報（図１）

特開平２００１−２４４３８４号公報（図１）

特開昭６２−２２９８６２号公報（図２）

しかしながら特許文献１に記載のものでは、吸引装置が必要であり、装置が大型化する問題がある。

特許文献２に記載のものではアンダーフィル（封止用樹脂組成物）の流出を防ぐためにソルダーレジストの有無で段差をつくりダムとしているがソルダーレジスト厚は約３０μｍ程度で、アンダーフィルの流出を完全に防ぐための段差としては十分でない。

また、特許文献３に記載のものでは撥水性充填剤を用いて枠を設けダム（封止枠）をつくっている。この方法ではアンダーフィル（封止樹脂）の流出を防ぐには十分な効果が期待できるものの、通常の工程に加えて特別にダムを形成しその後、ダムを研磨する工程が増えるといった問題があった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされたものであり、工数を増加させることなくアンダーフィルの流失を確実に防ぐことのできるダム（堰堤）を設けるための突起を提供することを目的とする。

請求項１の発明に係るプリント配線板は、絶縁基板と、この絶縁基板上に搭載するエリアアレイと、このエリアアレイの搭載領域内に設置され、前記エリアアレイのバンプ電極と電気接続する引出しパターンと、この引出しパターンを前記エリアアレイの搭載領域外に引出すスリットを有すると共に所定領域を除き前記エリアアレイの搭載領域の外周を取り囲むように配置した導体パターンと、この導体パターンに積層された熱溶融はんだ層と、前記導体パターンの前記所定領域から注入され、前記導体パターンと前記熱溶融はんだ層とで堰塞されることにより前記エリアアレイの搭載領域に略充填されたアンダーフィルとを備えたものである。

請求項２の発明に係るプリント配線板は、絶縁基板と、この絶縁基板上に搭載するエリアアレイと、一端が前記エリアアレイの電極と電気接続される複数の引出しパターンと、スリットで隔離された個々のパターンを前記引出しパターンの他端と電気接続し、所定領域を除き前記エリアアレイの搭載領域の外周を取り囲むように配置した導体パターンと、この導体パターンに積層された熱溶融はんだ層と、前記導体パターンの前記所定領域から注入され、前記導体パターンと前記熱溶融はんだ層とで堰塞されることにより前記エリアアレイの搭載領域に略充填されたアンダーフィルとを備えたものである。

請求項３の発明に係るプリント配線板は、導体パターンは、複数の非貫通ビアを有することを特徴とする請求項２に記載のものである。

以上のように、請求項１に係る発明によれば、導体パターンに熱溶融はんだ層を積層したので、アンダーフィルの流出を防ぐための十分な堰堤をつくることが可能である。

請求項２に係る発明によれば、請求項１で記載の効果に加えてＢＧＡバンプの電気接続端子を堰堤を成す個々の導体パターンに集約させ、個々の導体パターンからＢＧＡの搭載領域外に電気配線を行なうので設計の標準化が可能となる。

請求項３に係る発明によれば、請求項２で記載の効果に加えて個々の導体パターンの非貫通ビアから内層パターンへ配線を行なうようにしたのでＢＧＡが多ピンであっても容易に内層への電気接続が可能である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について図１及び図２を用いて説明する。図１は、実施の形態１によるＢＧＡを実装したプリント配線板の平面図であり、図２はその部分断面図である。図１及び図２において１は絶縁基板、２は絶縁基板１に形成された導体パターン（堰堤部）、３は導体ランド、４は配線パターンなどの腐食を保護のためのソルダーレジスト材で形成された絶縁層、５は導体パターン２上に積層された熱溶融はんだ層、６はエリアアレイとしてのＢＧＡ、６ａはＢＧＡ６のはんだバンプ（バンプ電極）、７はＢＧＡ６のはんだバンプ６ａ領域に充填されたアンダーフィル、８はＢＧＡ６のはんだバンプ６ａと電気接続する導体ランド、９は電子部品であり、９ａはコネクタ、９ｂはチップコンデンサである。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。

次にＢＧＡ６を実装したプリント配線板の形成方法について述べる。図２においてガラスエポキシ材、フェノール材などの絶縁基板１の両面に予め形成された銅箔を所望のマスクパターンを用いてエッチングし、ＢＧＡ６のはんだバンプ６ａ位置に対応する導体ランド（実装パッド）８、電子部品９用の導体ランド（実装パッド）３及びこれらに電気的に接続される配線パターンや内層接続用のスルホールランドなどのパターンを形成する。同時にＢＧＡ６の搭載領域の外周部に導体パターン２を形成する。

ここで堰堤部でもある導体パターン２は図１に示すようにＢＧＡ６が実装される位置の周囲にスリットを設けたパターンとしている。スリット状とするのはこの領域を用いてＢＧＡ６からの配線パターンの引き出しを可能とするためである。導体パターン２の厚さは、１ＯＺ（オンス）銅張積層板では約３５μｍであり、所望のパターンでエッチング後、電解銅メッキを施すので約５０〜６０μｍとなる。なお、導体パターン２はＢＧＡ６搭載領域を全部覆うのではなく、所定領域に開口部（パターンの無い領域）を設けておく。

次にＢＧＡ６の外周を形成する導体パターン２の幅を０．５ｍｍ〜１．６ｍｍとした場合のスリットサイズについて図３で述べる。図３において２ａ、２ｂ及び２ｃは全体として導体パターン２を形成する個々のパターン又はランド（浮島とも呼ぶ）であり、８ａはＢＧＡバンプ６ａとの電気接続を行なう実装パッド部、８ｂは実装パッド部８ａから配線された引出しパターンである。

図３に示すようにスリット（空隙）にはパターンが無いのでこの隙間からのアンダーフィル７の流出を防止する必要がある。実験結果では、実装パッド部８ａからの引出しパターン８ｂをＢＧＡ６の実装領域内から実装領域総外へ引出さない場合については導体パターン２のスリットは無くとも良いが０．１５ｍｍ〜０．６ｍｍ、引き出す場合については導体パターン２のスリットは０．３ｍｍ〜０．６ｍｍが望ましい。

本実施の形態１では引出しパターン８ｂの引き出しを伴わない場合の導体パターン２のスリット幅を０．１５ｍｍとし、引き出しを伴う場合の導体パターン２のスリット幅を０．３ｍｍとした。従ってＢＧＡ６の外周を形成する個々の浮島のパターン２ａ及び２ｂの導体長さはそれぞれ０．６ｍｍ、０．７５ｍｍとなる。なお、引出しパターン８ｂを伴わない広域部分がある導体パターン２はその領域のスリットを設けず連続したパターン２ｃとしている。

次にプリント配線板の導体部に電解メッキを施した後、図２に示すように導体パターン２及び少なくともＢＧＡ６のはんだバンプ６ａに対応する実装パッド部８ａを除く領域にソルダーレジスト印刷を行い絶縁層４とし、パターン保護を行なう。

その後、ＢＧＡ６の実装パッド８を含む電子部品９の電極に対応するプリント配線板側の実装パッド３及び導体パターン２上にクリームはんだをスクリーン印刷し、ＢＧＡ６を含む電子部品９を実装後、連続式乾燥炉で１４０℃程度の所定温度でリフロー（乾燥）し、実装部品との電気接続を行なう。

ところで導体パターン２に塗布されたクリームはんだは、導体パターン２の個々の浮島のパターン（２ａ、２ｂなど）のサイズは異なっても０．９ｍｍピッチで一定サイズ面積で印刷し浮島のパターン内に配置する。本実施例ではクリームはんだの印刷公差を考慮して一定面積で塗布するクリームはんだの長さ方向サイズを基準となる浮島のパターン２ａの長さより少し短くしている。この浮島のパターン内に塗布したクリームはんだのリフロー後に形成された熱溶融はんだ層５は突起状であり、導体パターン２を含めた絶縁基板１の表面から熱溶融はんだ層５の突起の頂点までの膜厚は約２００〜２６０μｍとなる。

次にアンダーフィル７の形成方法について図４を用いて説明する。なお、図中、図１及び図２と同一符号は、同一又は相当部分を示す。図４においてアンダーフィル７をあらかじめ収納したディスペンサからアンダーフィル７をＢＧＡ６のはんだバンプ６ａ両域に充填する際には図に示すように基板（プリント配線板）を傾斜させてアンダーフィル７を注入する。この角度（θ）は水平面に対して１５〜７５度が好ましい。また基板はアンダーフィル７の特性に応じて加熱しながらアンダーフィル７を充填することが好ましい。加熱が足りない場合アンダーフィル７の流動性が悪く、加熱しすぎるとアンダーフィル７の反応が進み硬化時間が早くなり、大型のＢＧＡ６では充填可能領域が狭くなるので４５〜５５℃の環境温度と基板温度で管理することが望ましい。

アンダーフィル７の充填が進行するにつれて、ＢＧＡ６の周りからアンダーフィル７が流出するが、ＢＧＡ６の周囲に設けられた導体パターン２と熱溶融はんだ層５の突起部とにより、アンダーフィル７は堰塞される。すなわち堰き止められる。また、導体パターン２のスリット部の隙間は０．６ｍｍ以下で導体パターン２の幅領域が０．５ｍｍ以上確保されており、アンダーフィル７はこの領域からも外部には流出しない。

以上のようにアンダーフィル７の流出を防ぐための堰堤（ダム）は、導体ランドや配線パターンと同一工程で形成された導体パターン２と、部品実装のためのクリームはんだを塗布・乾燥する工程で形成された熱溶融はんだ層５とで構成される。従って、独立した工程でダムを設ける必要がないのでプリント配線板の製造の容易化・低コスト化が実現できる。

また、個々の導体パターン２の浮島に塗布するクリームはんだは一定間隔であり、かつ一定面積で印刷されるので、熱溶融はんだ層５の突起部の形状や膜厚は均一性を保つことが可能なので一部領域からのアンダーフィル７の流出も防止できる効果がある。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２について図５を用いて説明する。図５は、実施の形態２によるＢＧＡ６を実装したプリント配線板の部分断面図である。図５において２０は導体パターン、８０ａは導体ランド、８０ｂは導体ランド８０ａから導体パターン２と電気接続する引出しパターン、８１は内層パターンである。また、１０は導体パターン２０に設けられた非貫通ビアであり、内層パターンと接続される。図中、図２と同一符号は、同一又は相当部分を示す。
実施の形態１では導体パターン２上にクリームはんだを塗布・乾燥することで突起部を設けたが、実施の形態２では非貫通ビア１０を設けた導体パターン２０上にクリームはんだを塗布し突起部を設ける。

この場合、非貫通ビア１０の設置間隔は実施の形態１で示したクリームはんだの印刷ピッチに合わせ０．９ｍｍとし、非貫通ビア１０は導体パターン２０の浮島のパターンより小さくするため直径０．２ｍｍの非貫通ビア１０とする。この非貫通ビア１０はＢＧＡ６からの配線の引き出しや内層との接続に利用可能である。部品等の表面実装部品を実装するためにクリームはんだを塗布するのと同様に非貫通ビア１０上にもクリームはんだを塗布する。そしてリフローすることにより熱溶融はんだ層５とすることで突起部を形成しアンダーフィル６の流出を防ぐ。非貫通ビア１０を導体パターン２０に設けた場合の導体パターン２０を含めた絶縁基板１の表面から熱溶融はんだ層５の突起の頂点までの膜厚は突起部の形状の変化はあるものの実施の形態１同様、約２００〜２６０μｍとなる。

以上から実施の形態２においては非貫通ビア１０と熱溶融はんだ層５で構成される突起部によって、実施の形態１で説明した効果を得ることが出来る。加えてこの非貫通ビア１０を内層配線に利用することでプリント配線板をより高密度化できると言う利点がある。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３について図５及び図６を用いて説明する。図６は、実施の形態３によるプリント配線板の平面図である。実施の形態１では導体パターン２にスリットを設け、実施の形態２では導体パターン２０に非貫通ビア１０を設けたが実施の形態３では、ＢＧＡ６のはんだバンプ６ａに対応する導体ランド８０ａからの引出しパターン８０ｂを導体パターン２０の個々の浮島のパターンに接続することにより、ＢＧＡ６の実装領域内における非貫通ビアもしくは貫通スルーホールを皆無にし、アンダーフィル７の安定した充填を可能としたものである。すなわち、図５にも示すようにＢＧＡ６のはんだバンプ６ａの電気接続端子を全て導体パターン２０に集約させ、導体パターン２０の浮島のパターンから、ＢＧＡ６の搭載領域外に電気配線を行なう。また、導体パターン２０の浮島のパターンの非貫通ビア１０から内層パターン８１へ配線を行なうようにしたものである。

以上からＢＧＡ６の搭載領域内に専用の貫通スルホールや非貫通ビア１０を設けないので、安定したアンダーフィル７を充填できると共に堰堤部を用いてＢＧＡ６の電気接続がなされるので、設計の標準化に大きく寄与することができる。

なお、本実施の形態３ではＢＧＡ６のバンプ電極６ａを用いた場合について説明したが、通常のベアチップなどのワイヤボンド電極を引出しパターン８１ｂにワイヤボンドしても良く、直接浮島の導体パターン２にワイヤボンドしても良い。

また実施の形態１〜３ではＢＧＡ６のバンプ電極６ａに、はんだ材料を用いた場合について説明したが金材料を適用しても相応の効果がある。

この発明の実施の形態１の部品実装したプリント配線板の平面図である。この発明の実施の形態１の部品実装したプリント配線板の部分断面図である。この発明の実施の形態１に示すプリント配線板の要部パターン図である。この発明の実施の形態１に示すプリント配線板のアンダーフィルの注入方法を説明する図である。この発明の実施の形態２の部品実装したプリント配線板の部分断面図である。この発明の実施の形態３のプリント配線板の平面図である。

符号の説明

１絶縁基板、２導体パターン、２ａ浮島のパターン、浮島のパターン、２ｃ浮島のパターン、３導体ランド（実装パッド）、４絶縁層、５熱溶融はんだ層、６ＢＧＡ、６ａバンプ電極（はんだバンプ）、７アンダーフィル、８導体ランド（実装パッド）、８ａ実装パッド部、８ｂ引出しパターン、９電子部品、９ａコネクタ、９ｂチップコンデンサ、１０非貫通ビア、２０導体パターン、８０ａ実装パッド部、８０ｂ引出しパターン、８１内層パターン。

Claims

絶縁基板と、この絶縁基板上に搭載するエリアアレイと、このエリアアレイの搭載領域内に設置され、前記エリアアレイのバンプ電極と電気接続する引出しパターンと、この引出しパターンを前記エリアアレイの搭載領域外に引出すスリットを有すると共に所定領域を除き前記エリアアレイの搭載領域の外周を取り囲むように配置した導体パターンと、この導体パターンに積層された熱溶融はんだ層と、前記導体パターンの前記所定領域から注入され、前記導体パターンと前記熱溶融はんだ層とで堰塞されることにより前記エリアアレイの搭載領域に略充填されたアンダーフィルとを備えたプリント配線板。
絶縁基板と、この絶縁基板上に搭載するエリアアレイと、一端が前記エリアアレイの電極と電気接続される複数の引出しパターンと、スリットで隔離された個々のパターンを前記引出しパターンの他端と電気接続し、所定領域を除き前記エリアアレイの搭載領域の外周を取り囲むように配置した導体パターンと、この導体パターンに積層された熱溶融はんだ層と、前記導体パターンの前記所定領域から注入され、前記導体パターンと前記熱溶融はんだ層とで堰塞されることにより前記エリアアレイの搭載領域に略充填されたアンダーフィルとを備えたプリント配線板。
前記導体パターンは、複数の非貫通ビアを有することを特徴とする請求項２記載のプリント配線板。