JP2006295019A - 電子部品を基板に取り付け及び取り外す加熱装置 - Google Patents

電子部品を基板に取り付け及び取り外す加熱装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 リフロー時及びリワーク時に周囲の電子部品への熱影響を低減して高密度実装を可能にする加熱装置及びそれを有する電子部品並びに基板、かかる電子部品を搭載した実装基板、かかる実装基板を有する電子機器を提供する。
【解決手段】 ボールグリッドアレイ構造の電子部品を、当該電子部品が動作する基板に取り付け及び取り外す加熱装置であって、前記電子部品に固定される本体部と、前記本体部に設けられ、電源が供給されると発熱して前記ボールグリッドアレイ構造のハンダボールを溶融する発熱体部とを有することを特徴とする加熱装置を提供する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、一般には、電子部品の基板への取り付け及び取り外しに係り、特に、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）パッケージをプリント基板に取り付け及び取り外す装置に関する。
近年の小型で高性能な電子機器の普及により、高密度実装を実現する電子機器を提供する需要が益々高まっている。かかる要求を満足するために、ＢＧＡパッケージが従来から提案されている。ＢＧＡパッケージは、一般にＣＰＵとして機能するＩＣやＬＳＩを搭載し、ハンダ付けによってプリント基板（「システム基板」や「マザーボード」と呼ばれる場合もある。）に接続するパッケージ基板の一種である。ＢＧＡパッケージは、リードの狭ピッチ化及び多ピン化（多リード化）を実現し、パッケージの高密度化により電子機器の高性能化及び小型化を達成することができる。
ＢＧＡパッケージはプリント基板との接合面に複数のハンダボールを有する。実装時には、ＢＧＡパッケージは、プリント基板上の所定位置に載置された後で加熱され、ハンダボールが溶かされることによってハンダ付けされる。このような取り付けは「リフロー」と呼ばれている。また、プリント基板に実装されたＢＧＡパッケージに対しては特性検査が行われ、所定の性能を発揮しないＢＧＡパッケージは再度加熱されてハンダが溶かされ、プリント基板から取り外され、その後、新しいＢＧＡパッケージが取り付けられる。このような実装のやり直し（即ち、取り外し及び取り付け）は「リワーク」と呼ばれている。
以下、従来のリフロー及びリワークを図２２を参照して説明する。ここで、図２２は、従来のリフロー及びリワークで使用される加熱機構２０を説明するための概略断面図である。ＢＧＡパッケージ１２及び１４を実装した基板（本体）１０が実装基板である。最近の通信装置に使用される実装基板は、基板１０は多層構造を有し、また、搭載される電子部品は特殊部品を含むため、高価になっている。ＢＧＡパッケージ１２及び１４は、基板１０との接合面にハンダボール１２ａ及び１４ａを有する。
従来の加熱機構２０は、基板１０の表面１１ａにヘッド部２２を配置し、基板１０の裏面１１ｂには基板１０を支持するステージ部２４を配置している。ヘッド部２２とステージ部２４は遮蔽部材２５と通風部２６ａ及び２６ｂを有し、ステージ部２４は全面パネルヒータ２７を更に有する。遮蔽部材２５は、加熱対象の周りに基板１０の表裏面に配置される。通風部２６ａ及び２６ｂは、基板１０の表裏で熱風ＨＡを図示しない加熱源から加熱対象に向けて送風する。全面パネルヒータ２７は、ＢＧＡパッケージ１２及び１４を一括加熱するのに使用される。
リフローには全面パネルヒータ２７を使用してプリント基板１０の表面１１ａにＢＧＡパッケージ１２及び１４を取り付ける。この時、遮蔽部材２５と通風部２６ａ及び２６ｂは基板１０から退避している。リフローが失敗した場合やその後に行われる特性検査の結果、ＢＧＡパッケージ１４が不良品であると判断された場合にはＢＧＡパッケージ１４は交換される。
リワーク時には、遮蔽部材２５と通風部２６ａ及び２６ｂは、加熱対象としてのＢＧＡパッケージ１４の周りに基板１０の表裏に配置される。次いで、通風部２６ａ及び２６ｂから熱風ＨＡが送風される。遮蔽部材２５は、隣接するＢＧＡパッケージ１２に熱風ＨＡが及ばないように加熱領域をＢＧＡパッケージ１２近傍に限定する。
従来技術としては特許文献１乃至４がある。
特開平１０−４１６０６号公報 特開平８−２３６９８４号公報 特開２００４−１８６２８７号公報 特開２０００−１５１０９３号公報
遮蔽部材２５が基板１０に実装されている電子部品に衝突してこれを破壊しないように遮蔽部材２５と基板１０の表面１１ａとの間には間隙がある。このため、ＢＧＡパッケージ１４のリワーク時に、かかる間隙から漏れ出た熱風ＨＡによって隣接するＢＧＡパッケージ１２は加熱され、内部の電子部品は熱によって劣化したり破壊したりする。具体的には、リフロー時にＢＧＡパッケージ１２及び１４は共に加熱される。次に、ＢＧＡパッケージ１４を取り外すリワーク時にはＢＧＡパッケージ１２は２回目の加熱を受けるが、不良品のＢＧＡパッケージ１４は図示しない吸着ピックアップで取り外された後で廃棄される。次に、新しいＢＧＡパッケージ１４を取り付けるリワーク時にはＢＧＡパッケージ１２は３回目の加熱を受け、新しいＢＧＡパッケージ１４は最初の加熱を受ける。即ち、ＢＧＡパッケージ１４を交換するとＢＧＡパッケージ１２は３回加熱されることになる。内部の電子部品はこのような複数回の加熱によって劣化又は破壊しやすくなり、動作保証が困難となる。
かかる問題を解決するために、図２３に示すように、ＢＧＡパッケージ１２及び１４の間隙を広げたり、図２４に示すように、ＢＧＡパッケージ１２を断熱材１５と吸熱材１６で保護したりすることも考えられる。いずれの方法もＢＧＡパッケージの高密度実装の要請に反し、また、図２４に示す方法ではコストアップと実装の複雑化を招く。高密度実装は電子機器の小型化に必要であるだけでなく、例えば、隣接する２つのＢＧＡパッケージの通信にノイズがのらないようにするためなど、特性の維持にも必要である。更に、仮に遮蔽部材２５を基板１０の上面１１ａに密着したとすれば熱風ＨＡは隣接するＢＧＡパッケージ１２に漏れることはないが、対流効果が減少してＢＧＡ１４の加熱に長時間がかかってしまい、スループットが減少する。
図２５は、ＢＧＡパッケージ１４がより大型であるＢＧＡパッケージ１４Ａに置換された例の概略断面図である。また、基板１０には、ハンダ付けされる小さい電子部品１３Ａ、１３Ｂも搭載される。この場合、大型のＢＧＡパッケージ１４Ａは温度が上昇しにくいために、リフロー時に図２２に示す全面ヒートパネル２７で同様の温度まで加熱してもハンダ付けが困難である。一方、全面ヒートパネル２７の温度を大型のＢＧＡパッケージ１４Ａのハンダが十分溶融する温度まで上げれば他の電子部品１２、１３Ａ、１３Ｂが熱破壊を起こしてしまう。このため、大型の電子部品１４Ａを高密度で実装することも従来は困難であった。
そこで、本発明は、リフロー時及びリワーク時に周囲の電子部品への熱影響を低減して高密度実装を可能にする加熱装置及びそれを有する電子部品並びに基板、かかる電子部品を搭載した実装基板、かかる実装基板を有する電子機器を提供することを例示的な目的とする。
本発明の一側面としての加熱装置は、ボールグリッドアレイ構造の電子部品を、当該電子部品が動作する基板に取り付け及び取り外す加熱装置であって、前記電子部品に固定される本体部と、前記本体部に設けられ、電源が供給されると発熱して前記ボールグリッドアレイ構造のハンダボールを溶融する発熱体部とを有することを特徴とする。かかる加熱装置は、ＢＧＡパッケージに着脱可能であり、リワーク時に周囲の電子部品を従来の熱風のように加熱しないため、電子部品の動作保証を維持する。もちろんかかる加熱装置はＢＧＡパッケージのリフローにも適用することができる。前記本体部は前記ボールグリッドアレイ構造のハンダボールを収納する収納部を有してもよい。この場合は、加熱装置は電子部品のハンダボール側に固定される。もちろん加熱装置は、電子部品のハンダボールと反対側に設けられてもよく、その場合には、収納部は不要である。
前記発熱体部は複数の独立した発熱体パターンを含んでもよい。一のパターンでは加熱が均一ではなく、溶融が不十分なハンダボールが存在してしまう場合には、複数の独立したパターンによって均一な加熱を実現することができる。前記複数の独立した発熱体パターンは多層パターンであってもよい。これにより、ハンダボールのマトリックスが密になっても、ハンダボール全体が均一に加熱されるように発熱体パターンを配置することができる。また、前記複数の独立した発熱体パターンの発熱を別個に制御する制御部を更に有してもよい。一のパターンでは加熱が均一ではなく、溶融が不十分なハンダボールが存在してしまう場合には、複数のパターンによって均一な加熱を実現することができる。例えば、前記複数の独立した発熱体パターンは、複数のハンダボールの間をジグザグに延びる第１のパターンと、前記第１のパターンを取り囲む第２のパターンとを有してもよい。また、前記第２のパターンは、前記複数のハンダボールの隅部に密に配置されてもよい。複数のハンダボールの角部が特に熱が逃げ易く、加熱が不十分になり易いからである。
前記発熱体部と前記電子部品との間に設けられる断熱部を更に有してもよい。これにより、加熱により電子部品が破壊、劣化することを低減することができる。前記発熱体部は、複数のハンダボールの中心を通る平面近傍に配置されていることが好ましい。これにより、複数のハンダボールをムラなく効率的に加熱することができる。前記発熱体部に対して電気的に接続及び切断可能で、前記発熱体部に通電する電源供給部を更に有してもよい。これにより、基板に電源供給部を載置する必要はない。かかる電源供給部は複数の加熱装置に共有されてもよい。
本発明の別の側面としての電子部品は、基板に搭載可能なボールグリッドアレイ構造の電子部品であって、前記基板上で動作する電子回路素子を収納する本体部と、前記基板にハンダ付けされるハンダボールと、前記ハンダボールを溶融する上述の加熱装置とを有することを特徴とする。かかる電子部品は、上述の加熱装置の作用を奏すると共に、加熱装置と一体であるので取り扱いが容易である。前記加熱装置は、前記本体部に関して前記ハンダボールと同じ側に配置されてもよいし、反対側に配置されてもよい。反対側に設けられる場合には、加熱装置の収納部は不要である。
本発明の更に別の側面としての基板は、ボールグリッドアレイ構造の電子部品が搭載可能な基板本体と、前記基板本体に設けられ、前記電子部品に接続されるフットプリントと、前記フットプリントの周りに設けられ、前記ボールグリッドアレイ構造のハンダボールを溶融する上述の加熱装置とを有することを特徴とする。かかる基板は、上述の加熱装置の作用を奏すると共に、加熱装置と一体であるので取り扱いが容易である。前記加熱装置は、前記発熱体部と前記基板本体との間に設けられた断熱部を更に有してもよい。前記フットプリント上であって前記発熱体部の間にハンダが充填されていてもよい。これにより、ユーザはハンダペーストをフットプリント上に充填する必要がないので操作性が更に向上する。
本発明の別の側面としての製造方法は、ボールグリッドアレイ構造の電子部品を製造する方法であって、前記ボールグリッドアレイ構造のハンダボールを溶融する発熱体部を形成するステップと、電子回路素子を収納する本体部にハンダボールを取り付けるステップとを有することを特徴とする。また、本発明の別の側面としての製造方法は、ボールグリッドアレイ構造の電子部品が搭載可能な基板を製造する方法であって、前記電子部品が搭載可能な基板本体に前記電子部品に接続されるフットプリントを形成するステップと、前記フットプリントの周りに前記ボールグリッドアレイ構造のハンダボールを溶融する発熱体部を形成するステップとを有することを特徴とする。かかる製造方法は、上述の電子部品や基板を製造する。
前記発熱体部形成ステップは、絶縁体に発熱体パターンを形成するステップと、前記発熱体パターンを挟むように前記絶縁体を積層するステップと、前記積層体に（前記ハンダボールを収納したりフットプリントを露出したりする）穴を形成するステップとを有し、前記製造方法は、前記発熱体部を接着するステップを更に有してもよい。前記接着ステップは、例えば、耐熱両面接着テープ又は印刷された接着層を利用する。代替的に、前記発熱体部形成ステップは、前記基板自体に発熱体パターンを形成するステップを有してもよい。
上述のＢＧＡパッケージを有するプリント基板やかかるプリント基板を有する電子機器も本発明の一側面を構成する。
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
本発明によれば、リワーク時に周囲の電子部品への熱影響を低減して高密度実装を可能にする電子部品、かかる電子部品を搭載した実装基板、かかる実装基板を有する電子機器を提供することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施例としての電子機器１００について説明する。ここで、図１は、電子機器１００の概略斜視図である。図１に示すように、電子機器１００は、例示的に、ラックマウント型のＵＮＩＸサーバーとして具体化されている。電子機器１００は、一対の取り付け部１０２によって図示しないラックにネジ止めされ、プリント基板１１０を筐体１０４内に搭載している。筐体１０４にはファンモジュール１０６が設けられている。ファンモジュール１０６は、内蔵する冷却ファンが回転して空気流を発生することによって内蔵するヒートシンクを強制的に冷却する。
プリント基板１１０は、ＢＧＡパッケージ（電子部品）１２０と、加熱装置１５０と、メモリカードを挿入するための複数のブロックプレート（図示せず）と、ハードディスクやＬＡＮなどの外部機器とのコネクタ（図示せず）などを搭載する。プリント基板１１０は、ＢＧＡパッケージ１２０のハンダボール１２５との接続部として複数のフットプリント１１２を基板本体１１１上に有する。ここで、図２は、ＢＧＡパッケージ１２０と加熱装置１５０とを実装する前のプリント基板１１０の外観斜視図である。また、図３（ａ）は、ＢＧＡパッケージ１２０と加熱装置１５０とを実装した後のプリント基板１１０を示す外観斜視図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の点線に沿った概略断面図である。
ＢＧＡパッケージ１２０は、本体部１２１と、複数のハンダボール（又はハンダバンプ）１２５とを有する。本体部１２１は、樹脂などで封止されており、内部に、パッケージ基板１２２と、ＬＳＩなどの電子回路素子１２３とを内蔵し、底面に複数のパッド１２４を有する。パッケージ基板１２２は、樹脂又はセラミックから構成される。パッケージ基板１２２は、電子回路素子１２３を上面に搭載し、図示しないコンデンサーその他の回路部品を底面に搭載している。電子回路素子１１０は、発熱性回路素子であっても発熱性回路素子でなくてもよく、図示しない端子（バンプ）を介してパッケージ基板１２２にハンダ付けされる。電子回路素子１１０とパッケージ基板１２２との間には、バンプの接続信頼性を保証するためにアンダーフィルが充填される。複数のハンダボール１２５は本体部１２１のパッド１２４に取り付けられ、本体部１２１をプリント基板１１０に固定する。
ハンダボール（又はハンダバンプ）１２５は、本体部１２１の底面のプリント基板１１０との接続箇所に格子状に配列される。ハンダボール１２５は、マトリックス状に配置されてもよいし、中央にコンデンサーなどの回路素子がある場合には正方形状の中空を有する正方形状にハンダボール１２５を配置してもよい。なお、ＢＧＡパッケージ１２０の上に放熱用のヒートシンクを配置してもよい。
加熱装置１５０はＢＧＡパッケージ１２０をプリント１１０に取り付け及び取り外す（即ち、リフロー及びリワークする）のに使用され、ＢＧＡパッケージ１２０の底面に着脱可能に構成されている。加熱装置１５０は、図４及び図５に示すように、一対の絶縁層１５１と、複数の収納穴１５２と、発熱体部１５３と、被給電部１５４と、リード１５５と、制御部１５６と、電源１５７とを有する。ここで、図４は、加熱装置１５０の外観斜視図である。図５は、図３（ａ）に示す加熱装置１５０にリード１５０、制御部１５６及び電源１５７を取り付けた様子を示す外観斜視図である。
絶縁層１５１は、有機材料（例えば、ポリイミド）やセラミックスから構成され、発熱体部１５３を間に保持する積層構造を有する。収納穴１５２はハンダボール１２５を収納する。発熱体部１５３は、電源が供給されると発熱してハンダボール１２５を溶融する金属であり、ニクロム線、ステンレスをエッチングしたパターンなどを使用することができる。被給電部１５４は発熱体部１５３に接続されると共に、リード１５５と接続及び切断可能、若しくは、ハンダ付けされている。リード１５５には制御部１５６を介して電源１５７が接続されており、制御部１５６は、発熱体部１５３への通電、通電時間を制御する。制御部１５６は電源１５７と一体であってもよい。
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、単層構造の発熱体部１５３ａ（発熱体パターン）を示す概略平面図及び概略断面図である。図６（ａ）では、マトリックス状に配置された収納穴１５２の間をジグザグに延びている。発熱体パターンの分布を収納穴１５２の周りで均一にすることによって全てのハンダボール１２５を均一に加熱することができる。
代替的に、発熱体部１５３は複数の独立した発熱体パターンを含んでもよい。図７（ａ）乃至図７（ｄ）に２層構造の発熱体パターン１５３ｂを示す。より詳細には、図７（ａ）は１層目の発熱体パターン１５３ｂ１の概略平面図であり、図７（ｂ）は２層目の発熱体パターン１５３ｂ２の概略平面図である。図７（ａ）及び図７（ｂ）は収納穴１５２を設ける前の状態を示している。発熱体パターン１５３ｂ１及び１５３ｂ２とは凹凸パターンを９０度回転した関係にある。図７（ｃ）は、発熱体パターン１５３ｂ１及び１５３ｂ２を重ね合わせて収納穴１５２を設けた様子を示している。図７（ｃ）に示すように、各ハンダボール１２５の周囲が発熱体パターン１５３ｂ１及び１５３ｂ２で覆われ、均一に加熱され易い。図７（ｄ）は２層構造の発熱体パターン（又は３層構造の絶縁層）１５３ｂを示す概略断面図である。このように、複数の発熱体パターンにより、一の発熱体パターンでは複数のハンダボール１５３の加熱が均一ではなく、溶融が不十分なハンダボール１２５が存在してしまう問題を回避することができる。また、多層構造の発熱体パターンにより、ハンダボール１２５のマトリックスが密になって複数のハンダボール１２５の全てを均一に加熱することが可能な発熱体パターンを配置することができる。
もちろん複数の独立した発熱体パターン１５３は全て同一平面上にあってもよい。図８は、図６に示す発熱体パターン１５３ａと同様の発熱体パターン１５３ｃ１の周りに別の発熱体パターン１５３ｃ２を配置することによって構成された発熱体パターン１５３ｃの概略平面図である。一般に、外周の収納穴１５２を加熱する発熱体パターン１５３ｃ１からの熱は外部に逃げ易いため、発熱体パターン１５３ｃ２が発熱体パターン１５３ｃ１の周りを覆っている。この際、制御部１５６は、発熱体パターン１５３ｃ１のための被給電部１５４ｃ１及び発熱体パターン１５３ｃ２のための被給電部１５４ｃ２への通電を別個独立に行ってもよい。これにより、複数のハンダボール１２５の均一な加熱の実行を図ることができる。
図９は、図６に示す発熱体パターン１５３ｃ１と同様の発熱体パターン１５３ｄ１の周りに別の発熱体パターン１５３ｄ２を配置することによって構成された発熱体パターン１５３ｄの概略平面図である。図９は図８と同様に２つの発熱体パターンを同一平面上に配置しているが、発熱体パターン１５３ｄ２は四隅に密に配置されている。これは、一般に、四隅の収納穴１５２を加熱する発熱体パターン１５３ｄ１からの熱は外部に逃げ易い。また、左下及び右上の収納穴１５２ｂ及び１５２ｃは左上及び右下の収納穴１５２ａ及び１５２ｄに比較して周囲が発熱体パターン１５３ｄ１に覆われる辺が少ないので熱がより外部に逃げ易い。このため、発熱体パターン１５３ｄ２は発熱体パターン１５３ｃ１の周りを覆う際に四隅で密に配置されると共に、左下及び右上の収納穴１５２ｂ及び１５２ｃを覆う隅部が左上及び右下の収納穴１５２ａ及び１５２ｄを覆う隅部よりも密に配置される。これにより、複数のハンダボール１２５の均一な加熱の実行を更に図ることができる。
加熱装置１５０は、図３（ｂ）に示す実施例では、本体部１２１に関してハンダボール１２５と同じ側に配置されているが、本体部１２１の厚さが薄い場合には本体部１２１に関してハンダボール１２５と反対側に配置されてもよい。図１０（ａ）はかかる実施例の加熱装置１５０Ａの概略断面図を示し、図１０（ｂ）は加熱装置１５０Ａの概略斜視図を示す。発熱体部１５３Ａはハンダボール１２５を溶融する。但し、図４に示すように収納部１５２の周囲に配置される発熱体部１５３と異なり、加熱装置１５０Ａは収納部１５２を有しないので、発熱体部１５３Ａは絶縁層１５１Ａの全面に亘って広がっている。
加熱装置１５０は、図４では独立した部材であったが、ＢＧＡパッケージ１２０と一体であってもよい。かかる実施例を図１１（ａ）及び図１１（ｂ）を参照して説明する。ここで、図１１（ａ）は、加熱装置１５０が一体的に構成されたＢＧＡパッケージ１２０Ａの概略断面図であり、図１１（ｂ）はその概略底面図である。ＢＧＡパッケージ１２０Ａは、本体部１２１と、パッド１２４と、ハンダボール１２５とを有している点はＢＧＡパッケージ１２０と同様であるが、ハンダボール１２５を溶融する加熱装置１５０Ｂが取り付けられている点でＢＧＡパッケージ１２０と相違する。
以下、図１２乃至図１４を参照して、ＢＧＡパッケージ１２０を製造する幾つかの方法について説明する。
図１２は、両面テープを使用して加熱装置１５０ＢをＢＧＡパッケージ１２０に貼り合わせてＢＧＡパッケージ１２０Ａを製造する方法を示すフローチャートである。まず、パッケージ基板１２２を形成する（ステップ１００２）。次に、パッケージ基板１２２上に電子回路素子１２３を搭載する（ステップ１００４）。次に、その他の必要な回路をパッケージ基板１２２に搭載した後で、これらを封止する（ステップ１００６）。一方、ステップ１０１２乃至１０１８で加熱装置１５０を形成する。即ち、発熱体パターンの導体を絶縁層１５１上にパターニングする（ステップ１０１２）。次に、絶縁層１５１を更に積層する（ステップ１０１４）。多層構造の発熱体部１５３の場合にはステップ１０１２と１０１４を繰り返す。次に、耐熱両面接着テープを積層体に接着する（ステップ１０１６）。次に、パンチにより収納穴１５２をあける（ステップ１０１８）。次に、封止体に加熱装置１５０を接着する（ステップ１００８）。最後に、ハンダボール１２５をパッド１２４にハンダ付けする（ステップ１０１０）。
図１３は、接着剤を使用して加熱装置１５０ＢをＢＧＡパッケージ１２０に貼り合わせてＢＧＡパッケージ１２０Ａを製造する方法を示すフローチャートである。まず、パッケージ基板１２２を形成する（ステップ１１０２）。次に、パッケージ基板１２２上に電子回路素子１２３を搭載する（ステップ１１０４）。次に、その他の必要な回路をパッケージ基板１２２に搭載した後で、これらを封止する（ステップ１１０６）。次に、封止体に接着層を印刷する（ステップ１１０８）。一方、ステップ１１１４乃至１１１８で加熱装置１５０を形成する。即ち、発熱体パターンの導体を絶縁層１５１上にパターニングする（ステップ１１１４）。次に、絶縁層１５１を更に積層する（ステップ１１１４）。多層構造の発熱体部１５３の場合にはステップ１１１４と１１１６を繰り返す。次に、パンチにより収納穴１５２をあける（ステップ１１１８）。次に、封止体に加熱装置１５０を接着する（ステップ１１１０）。最後に、ハンダボール１２５をパッド１２４にハンダ付けする（ステップ１０１０）。
図１４は、加熱装置１５０ＢをＢＧＡパッケージ１２０に微細加工技術を使用して直接作成してＢＧＡパッケージ１２０Ａを製造する方法を示すフローチャートである。まず、パッケージ基板１２２を形成する（ステップ１２０２）。次に、ステップ１２０４乃至１２１０で加熱装置１５０を形成する。即ち、ポリイミド皮膜を形成し（ステップ１２０４）、エッチングを施す（ステップ１２０６）。次に、発熱体パターンの導体を蒸着して（ステップ１２０８）、パターニングを施す（ステップ１２１０）。次に、基板を分割し（ステップ１２１２）、パッケージ基板１２２上に電子回路素子１２３を搭載する（ステップ１２１４）。次に、その他の必要な回路をパッケージ基板１２２に搭載した後で、これらを封止する（ステップ１２１６）。最後に、ハンダボール１２５をパッド１２４にハンダ付けする（ステップ１２１８）。
図１５に、図１１に示すＢＧＡパッケージ１２０Ａの変形例としてのＢＧＡパッケージ１２０Ｂの概略断面図を示す。ＢＧＡパッケージ１２０Ｂは、断熱部１５８を発熱体部１５３と本体部１２１との間に設けた加熱装置１５０Ｂを有する点でＢＧＡパッケージ１２０Ａと異なる。断熱部１５８は、発熱体部１５３からの熱が電子回路素子１２３に及んで熱破壊や熱劣化することを低減又は防止することができる。また、発熱体部１５３は複数のハンダボール１２５を結ぶ平面上に略配置されているため、ハンダボール１２５を効率的に加熱することができる。
なお、加工装置１５０ＡをＢＧＡパッケージと一体的構成する場合には、ステップ１００８と１０１０やステップ１１１０と１１１２の先後は問わない。
加熱装置１５０は、図４では独立した部材であったが、プリント基板１１０と一体であってもよい。かかる実施例を図１６（ａ）及び図１６（ｂ）を参照して説明する。ここで、図１６（ａ）は、加熱装置１５０が一体的に構成されたプリント基板１１０の概略平面図であり、図１６（ｂ）はその概略断面図である。プリント基板１１０Ａは、基板本体部１１１と、フットプリント１１２と、加熱装置１５０Ｃとを有する。
以下、図１７乃至図１９を参照して、プリント基板１１０を製造する幾つかの方法について説明する。
図１７は、両面テープを使用して加熱装置１５０Ｃをプリント基板１１０に貼り合わせてプリント基板１１０Ａを製造する方法を示すフローチャートである。まず、樹脂やセラミックから基板本体１１１を形成する（ステップ１３０２）。次に、フットプリント１１２を基板本体１１１上に形成する（ステップ１３０４）。一方、ステップ１３０８乃至１３１２で加熱装置１５０Ｃを形成する。即ち、発熱体パターンの導体を絶縁層１５１上にパターニングする（ステップ１３０８）。次に、絶縁層１５１を更に積層する（ステップ１３１０）。多層構造の発熱体部１５３の場合にはステップ１３０８と１３１０を繰り返す。次に、耐熱両面接着テープを積層体に接着する（ステップ１３１２）。次に、フットプリント１１２に相当する領域の穴あけを行う（ステップ１３１４）。次に、基板本体１１１のフットプリント１１２の領域に加熱装置１５０Ｃを接着する（ステップ１３０６）。
図１８は、接着剤を使用して加熱装置１５０Ｃをプリント基板１１０に貼り合わせてプリント基板１１０Ａを製造する方法を示すフローチャートである。まず、樹脂やセラミックから基板本体１１１を形成する（ステップ１４０２）。次に、フットプリント１１２を基板本体１１１上に形成する（ステップ１４０４）。次に、基板本体１１１のフットプリント１１２の領域に接着層を印刷する（ステップ１４０８）。一方、ステップ１４１２乃至１４１６で加熱装置１５０Ｃを形成する。即ち、発熱体パターンの導体を絶縁層１５１上にパターニングする（ステップ１４１２）。次に、絶縁層１５１を更に積層する（ステップ１４１４）。多層構造の発熱体部１５３の場合にはステップ１４１２と１４１４を繰り返す。次に、フットプリント１１２に相当する領域の穴あけを行う（ステップ１４１６）。次に、基板本体１１１に加熱装置１５０Ｃを接着する（ステップ１４１０）。
図１９は、加熱装置１５０Ｃを基板本体１１１に微細加工技術を使用して直接作成してプリント基板１１０Ａを製造する方法を示すフローチャートである。まず、樹脂やセラミックから基板本体１１１を形成する（ステップ１５０２）。次に、フットプリント１１２を基板本体１１１上に形成する（ステップ１５０４）。次に、ステップ１５０６乃至１５１２で加熱装置１５０を形成する。即ち、ポリイミド皮膜を形成し（ステップ１５０６）、エッチングを施す（ステップ１５０８）。次に、発熱体パターンの導体を蒸着して（ステップ１５１０）、パターニングを施す（ステップ１５１２）。
図２０に、図１６に示すプリント基板１１０Ａの変形例としてのプリント基板１１０Ｂの概略断面図を示す。プリント基板１１０Ｂは、断熱部１５８を発熱体部１５３と基板本体１１１との間に設けた加熱装置１５０Ｄを有する点でＢＧＡパッケージ１２０Ａと異なる。断熱部１５８は、発熱体部１５３からの熱が基板本体１１１に及んで周辺の回路素子を熱破壊や熱劣化することを低減又は防止することができる。
図２１に、図２０に示すプリント基板１１０Ｂの変形例としてのプリント基板１１０Ｃの概略断面図を示す。プリント基板１１０Ｃは、ハンダペースト１５９をフットプリント１１２上で絶縁層の間に充填（印刷）している点でＢＧＡパッケージ１２０Ａと異なる。これにより、ユーザは、ＢＧＡパッケージ１２０を実装する際にハンダペースト１５９を充填する必要がなくなるので操作性は向上する。
図２０及び図２１において加熱装置１５０Ｄの発熱体部１５３とＢＧＡパッケージ１２０との間に断熱部１５８を設けてもよい。
以下、図２、図５及び図３を参照して、ＢＧＡパッケージ１２０の実装について説明する。まず、図２に示すプリント基板１１０の所定位置にＢＧＡパッケージ１２０を載置する（図５）。ＢＧＡパッケージ１２０の位置決め前に又は後にリード１５５、制御部１５６及び電源１５７が加熱装置１５０に接続される。次に、電源１５７から発熱体部１５３に電源が供給されることにより、発熱体部１５３が発熱してハンダボール１５３を溶融してフットプリント１１２にハンダ付けする。この時、基板１１０の下面全体をホットプレート１７０などで加熱する。もっともホットプレート１７０による加熱は選択的である。最後に、リード１５５、制御部１５６及び電源１５７を加熱装置１５０から取り外す（図３）。リワーク時には、図３に示す状態において、リード１５５、制御部１５６及び電源１５７を加熱装置１５０に取り付けて図５に示す状態とし、通電によりハンダボール１５３を溶融してフットプリント１１２から取り外す（図２）。リワーク時において新しいＢＧＡパッケージ１２０を取り付ける手順はリフローと同様である。新しいＢＧＡパッケージ１２０に対しても、以前の加熱装置１５０を同様に使用してもよい。
なお、図２では、フットプリント１１２は省略されている。また、基板１１０を図１６、図２０又は図２１の構造にして通常のＢＧＡパッケージ１２０を使用してもよい。
本実施例によれば、加熱装置１５０がＢＧＡパッケージ１２０のハンダボール１２５を局所的に加熱し、ＢＧＡパッケージ１２０のリフロー時及びリワーク時に周囲の電子回路素子を加熱しない。このため、周囲の電子回路素子は熱破壊や熱劣化から保護される。ＢＧＡパッケージ１２０が周囲の電子部品より大きい場合には、図２５で説明した問題が発生しないように、図５に示すようにホットプレーと１７０と加熱装置１５０とを協働させ、ハンダボール１２５を溶融することができる。あるいは、リフローでは大型のＢＧＡパッケージ１２０の周辺の電子部品のみを取り付けて大型のＢＧＡパッケージ１２０はその後別個に基板１１０に取り付けてもよい。この結果、プリント基板１１０上では電子部品を高密度実装することができ、電子機器１００を小型で高性能に構成することができる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内で様々な変形及び変更が可能である。
本発明は更に以下の事項を開示する。
（付記１） ボールグリッドアレイ構造の電子部品を、当該電子部品が動作する基板に取り付け及び取り外す加熱装置であって、前記電子部品に固定される本体部と、前記本体部に設けられ、電源が供給されると発熱して前記ボールグリッドアレイ構造のハンダボールを溶融する発熱体部とを有することを特徴とする加熱装置。（１）
（付記２） 前記本体部は、前記ボールグリッドアレイ構造のハンダボールを収納する収納部を有することを特徴とする付記１記載の加熱装置。
（付記３） 前記発熱体部は複数の独立した発熱体パターンを含むことを特徴とする付記１記載の加熱装置。
（付記４） 前記複数の独立した発熱体パターンは多層パターンであることを特徴とする付記３記載の加熱装置。
（付記５） 前記複数の独立した発熱体パターンの発熱を別個に制御する制御部を更に有することを特徴とする付記３記載の加熱装置。
（付記６） 前記複数の独立した発熱体パターンは、複数のハンダボールの間をジグザグに延びる第１のパターンと、前記第１のパターンを取り囲む第２のパターンとを有することを特徴とする付記３記載の加熱装置。
（付記７） 前記第２のパターンは、前記複数のハンダボールの隅部に密に配置されることを特徴とする付記６記載の加熱装置。
（付記８） 前記発熱体部と前記電子部品との間に設けられる断熱部を更に有することを特徴とする付記１記載の加熱装置。（２）
（付記９） 前記発熱体部は、複数のハンダボールの中心を通る平面近傍に配置されていることを特徴とする付記８記載の加熱装置。
（付記１０） 前記発熱体部に対して電気的に接続及び切断可能で、前記発熱体部に通電する電源供給部を更に有することを特徴とする付記１記載の加熱装置。
（付記１１） 基板に搭載可能なボールグリッドアレイ構造の電子部品であって、前記基板上で動作する電子回路素子を収納する本体部と、前記基板にハンダ付けされるハンダボールと、前記ハンダボールを溶融する付記１乃至１０のうちいずれか一項記載の加熱装置とを有することを特徴とする電子部品。（３）
（付記１２） 前記加熱装置は、前記本体部に関して前記ハンダボールと反対側に配置されることを特徴とする請求項１１記載の電子部品。
（付記１３） ボールグリッドアレイ構造の電子部品が搭載可能な基板本体と、前記基板本体に設けられ、前記電子部品に接続されるフットプリントと、前記フットプリントの周りに設けられ、前記ボールグリッドアレイ構造のハンダボールを溶融する付記１乃至１０記載の加熱装置とを有することを特徴とする基板。（４）
（付記１４） 前記加熱装置は、前記発熱体部と前記基板本体との間に設けられた断熱部を更に有することを特徴とする付記１３記載の基板。（５）
（付記１５） 前記フットプリント上であって前記発熱体部の間にハンダが充填されていることを特徴とする付記１３記載の基板。（６）
（付記１６） ボールグリッドアレイ構造の電子部品を製造する方法であって、前記ボールグリッドアレイ構造のハンダボールを溶融する発熱体部を形成するステップと、電子回路素子を収納する本体部にハンダボールを取り付けるステップとを有することを特徴とする製造方法。（７）
（付記１７） ボールグリッドアレイ構造の電子部品が搭載可能な基板を製造する方法であって、前記電子部品が搭載可能な本体部に前記電子部品に接続されるフットプリントを形成するステップと、前記フットプリントの周りに前記ボールグリッドアレイ構造のハンダボールを溶融する発熱体部を形成するステップとを有することを特徴とする製造方法。（８）
（付記１８） 前記発熱体部形成ステップは、絶縁体に発熱体パターンを形成するステップと、前記発熱体パターンを挟むように前記絶縁体を積層するステップと、前記積層体に穴を形成するステップとを有し、前記製造方法は、積層された前記絶縁体を前記本体部に接着するステップを更に有することを特徴とする付記１６又は１７記載の製造方法。
（付記１９） 前記接着ステップは、耐熱両面接着テープ又は印刷された接着層を利用することを特徴とする付記１８記載の製造方法。
（付記２０） 前記発熱体部形成ステップは、前記基板自体に発熱体パターンを微細加工技術によって形成するステップを有することを特徴とする付記１６又は１７記載の製造方法。
（付記２１） ボールグリッドアレイ構造の電子部品と、
当該電子部品が動作する基板本体と、
前記電子部品を前記基板本体に取り付け及び取り外す付記１乃至１０記載のうちいずれか一項記載の加熱装置とを有することを特徴とするプリント基板。（９）
（付記２２） 付記２１記載のプリント基板を有することを特徴とする電子機器。（１０）
本発明の一側面としての電子機器の概略斜視図である。 図１に示す電子機器に搭載されるプリント基板の概略斜視図である。 図３（ａ）は、図２に示すプリント基板にＢＧＡパッケージが搭載された様子を示す概略斜視図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の点線に沿った概略断面図である。 図３（ｂ）に示す加熱装置の概略斜視図である。 図３に示すプリント基板において図４に示す加熱装置に電源部を取り付けた様子を示す概略斜視図である。 図６（ａ）は、図４に示す加熱装置に適用可能な発熱体パターンの概略平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の概略断面図である。 図７（ａ）乃至図７（ｄ）は、図４に示す加熱装置に適用可能な多層構造の発熱体パターンの別の例を示し、図７（ａ）は第１層の発熱体パターンの概略平面図、図７（ｂ）は第２層の発熱体パターンの概略平面図、図７（ｃ）は多層構造の発熱体パターンの概略平面図、図７（ｄ）は図７（ｃ）の概略断面図である。 図４に示す加熱装置に適用可能な複数の発熱体パターンの概略平面図である。 図８に示す発熱体パターンの変形例の概略平面図である。 図１０（ａ）は、図３（ａ）に示す加熱装置の変形例の概略断面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示す加熱装置の概略斜視図である。 図１１（ａ）は、加熱装置と一体のＢＧＡパッケージの概略断面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の概略平面図である。 図１１（ａ）に示すＢＧＡパッケージを製造する方法を説明するためのフローチャートである。 図１１（ａ）に示すＢＧＡパッケージを製造する別の方法を説明するためのフローチャートである。 図１１（ａ）に示すＢＧＡパッケージを製造する更に別の方法を説明するためのフローチャートである。 図１１（ａ）に示すＢＧＡパッケージの変形例としての概略断面図である。 図１６（ａ）は、加熱装置と一体のプリント基板の概略断面図であり、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）の概略平面図である。 図１６（ａ）に示すＢＧＡパッケージを製造する方法を説明するためのフローチャートである。 図１６（ａ）に示すＢＧＡパッケージを製造する別の方法を説明するためのフローチャートである。 図１６（ａ）に示すＢＧＡパッケージを製造する更に別の方法を説明するためのフローチャートである。 図１６（ｂ）に示すＢＧＡパッケージの変形例としての概略断面図である。 図１６（ｂ）に示すＢＧＡパッケージの別の変形例としての概略断面図である。 従来のリワーク技術を説明するための概略断面図である。 従来のリワーク技術を説明するための別の概略断面図である。 従来のリワーク技術を説明するための更に別の概略断面図である。 従来のリワーク技術を説明するための更に別の概略断面図である。
符号の説明
１００ 電子機器（サーバー）
１１０−１５０Ｃ プリント基板
１２０−１２０Ｂ ＢＧＡパッケージ
１２５ ハンダボール
１５０−１５０Ｄ 加熱装置
１５３−１５３ｄ 発熱体部（発熱体パターン）

Claims (10)

  1. ボールグリッドアレイ構造の電子部品を、当該電子部品が動作する基板に取り付け及び取り外す加熱装置であって、
    前記電子部品に固定される本体部と、
    前記本体部に設けられ、電源が供給されると発熱して前記ボールグリッドアレイ構造のハンダボールを溶融する発熱体部とを有することを特徴とする加熱装置。
  2. 前記発熱体部と前記電子部品との間に設けられる断熱部を更に有することを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
  3. 基板に搭載可能なボールグリッドアレイ構造の電子部品であって、
    前記基板上で動作する電子回路素子を収納する本体部と、
    前記基板にハンダ付けされるハンダボールと、
    前記ハンダボールを溶融する請求項１記載の加熱装置とを有することを特徴とする電子部品。
  4. ボールグリッドアレイ構造の電子部品が搭載可能な基板本体と、
    前記基板本体に設けられ、前記電子部品に接続されるフットプリントと、
    前記フットプリントの周りに設けられ、前記ボールグリッドアレイ構造のハンダボールを溶融する請求項１記載の加熱装置とを有することを特徴とする基板。
  5. 前記加熱装置は、前記発熱体部と前記基板本体との間に設けられた断熱部を更に有することを特徴とする請求項４記載の基板。
  6. 前記フットプリント上であって前記発熱体部の間にハンダが充填されていることを特徴とする請求項４記載の基板。
  7. ボールグリッドアレイ構造の電子部品を製造する方法であって、
    前記ボールグリッドアレイ構造のハンダボールを溶融する発熱体部を形成するステップと、
    電子回路素子を収納する本体部にハンダボールを取り付けるステップとを有することを特徴とする方法。
  8. ボールグリッドアレイ構造の電子部品が搭載可能な基板を製造する方法であって、
    前記電子部品が搭載可能な本体部に前記電子部品に接続されるフットプリントを形成するステップと、
    前記フットプリントの周りに前記ボールグリッドアレイ構造のハンダボールを溶融する発熱体部を形成するステップとを有することを特徴とする製造方法。
  9. ボールグリッドアレイ構造の電子部品と、
    当該電子部品が動作する基板本体と、
    前記電子部品を前記基板本体に取り付け及び取り外す請求項１乃至１０記載のうちいずれか一項記載の加熱装置とを有することを特徴とするプリント基板。
  10. 請求項９記載のプリント基板を有することを特徴とする電子機器。
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