JP2008085228A - プリント配線板、プリント配線板を有する電子装置、およびプリント配線板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＢＧＡ、ＬＧＡ、およびバットリードパッケージなどの、端子がリジッドな部品をフットプリントによりプリント配線板に実装した場合の、プリント基板に加わるたわみや衝撃によるはんだ接合部にかかる熱的／機械的応力を回避／緩和するプリント配線板構造を提供する。
【解決手段】フットプリント３のはんだ接合されるエリアより少し広く、フットプリントとプリント配線板１の間に空間を作ることで、フットプリントにばね性を持たせ、プリント配線板がたわんだ場合でも、応力を緩和する構造とし、例えば、フットプリント下方の基板に貫通孔を設ける、フットプリント下方の基板表面に凹部を設ける等の構造とした。
【選択図】図３

Description

本発明は、プリント配線板に係わり、更にはＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）、ＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）、およびバットリードパッケージなどの、端子がリジッドな部品を実装するプリント配線板の構造に関する。

一般的に、ＬＳＩとして実装効率に優れるＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）等がプリント配線板上にはんだ付けにより搭載されているようなモバイル機器製品においては、製品の落下、キーの押下等があると、その際に、ねじれや曲がりによって、はんだ付け部分には機械的な応力が生じ、この機械的応力がプリント配線板に加わることにより、ＣＳＰのコーナー部のはんだ接続部にストレスが発生する。以下にこの状況の詳細の説明を行う。

図１は従来のプリント配線板の基本的構造図であり、図２は従来のプリント配線板の問題点の説明図である。図１において、１はプリント配線板、２は基材、３はフットプリント、４はＢＧＡボール、５は部品、６はソルダーレジスト、７はスルーホールである。図１（ａ）はプリント配線板のコーナー部分のフットプリント３、スルーホール７等のレイアウトを示す平面図、図１（ｂ）は、平面図イ−ロ間のプリント配線板１の断面図であり、説明の便宜上、断面図ではＢＧＡボール４、部品５も参考迄に図示されているが、平面図（ａ）では３（４）とし、フットプリント３の上にＢＧＡボール４が搭載されることを示す。図１のＢＧＡボール４は、プリント配線板１のコーナ付近に近い場合、外力による力を受け易く、フットプリント３は基材２が受ける外力に従い、プリント配線板１と同じ方向に曲がってしまい、基材２とフットプリント３、またはフットプリント３とＢＧＡボール４の間の接合面にクラックが入り易い構造である。

そこで、図１の従来のプリント配線板の問題点である、プリント配線板１のコーナー付近に大きな力がかかった場合の、はんだ接合部が破壊し易いことの対策として、コーナー付近のコーナーの外側に向けて補強パターンを加えた構造とするものがあり、図２によりこの改善方法の従来技術を説明する。図２（ａ）はプリント配線板１の平面図、図２（ｂ）はそのコーナー部の詳細図、図２（ｃ）は断面図である。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、フットプリント３の内、コーナー付近のコーナーの外側に伸ばしたフットプリントを設けるものであり、同じフットプリントであるが説明の便宜上、このコーナーの外側に伸ばしたフットプリントを８とし、以降は他の円形のフットプリント３と区別することとする。同図及び以降の図面において、同一部品には同一番号を付し、説明は省略する。

図２（ｃ）に示すように、プリント配線板１のコーナー付近に大きな力がかかった場合、直接的には部品実装面に近い基材２とＢＧＡボール４との間に力が働き、部品搭載面とは反対側方向、即ち同断面図の下方方向にプリント配線板１がたわんだ場合は、はんだが引き剥がされる危険性があり、断面図の上方方向のはんだが潰される方向にプリント配線板１がたわんだ場合は、はんだ接合部の破壊に至る危険性がある。この場合、改善前の従来の基板構造よりは、フットプリント８の補強効果により、基材２とフットプリント８の接合強度については、若干は改善されるものの、大きな外力がかかった場合は、図１と同様であり、プリント配線板１への各種外力、衝撃を受けた場合に物理的破壊と共に電気的不具合を生じ易いという問題は、本質的には解決されていない。

特許文献１には、チップサイズパッケージ（ＣＳＰ）の補強パッドが、ソルダーボールのＣＳＰ本体部との接触面の所定部分を沿うように丸形に縁取りされた構造とすることにより、搭載面には鋭角な部分が生ぜず、機械的応力が集中しない結果、ソルダ−ボールの剥離を低減できることが記載されている。特許文献２には、モジュール基板の裏面に格子状に形成された接続ランドの最外周近傍に円形、矩形、釣形等の形状をなし、且つ接続ランド１ケの面積の３倍以上の面積を持つ補強ランドを設けたモジュール部品とすることにより、プリント基板への実装に接続信頼性を高めることができることが記載されている。しかし、これらのいずれの文献のプリント基板に設けられた補強方法でも、十分でなく、端子がリジッドなＣＳＰ部品でも十分対応できる技術はなかった。
特開２００２−２３７５４９号公報（第１−２頁、第１図） 特開平８−１３９２３３号公報（第１−２頁、第１図）

以上述べたように、従来のプリント配線板の構造では、フットプリントが基板に接着しているため、プリント配線板が落下したときやシェルフに抜き差しされたときに発生するたわみをそのまま、はんだ接合部が受けてしまう。そのため、そのたわみ量が大きい場合は、はんだ接合部にかかる力がはんだ接合力を超えてしまい、はんだ接合部の破壊に至る。破壊は亀裂がはんだ接合部の外端から内側へ入っていくように伸展していき、これをクラックと呼んでいる。このようなクラックはプリント基板の回路動作に重大な影響を及ぼし問題である。本発明は、プリント配線板がたわんだ場合でも、はんだ接合部にかかる熱的・機械的応力を回避・緩和するプリント配線板構造を提供することを目的とする。

本発明では上記目的達成のため、コーナー付近のコーナーの外側に伸ばしたフットプリント８のはんだ接合されるエリアより少し広く、フットプリント８とプリント配線板１の間に空間を作ることで、フットプリント８にばね性を持たせる構造とした。より具体的にはフットプリント８下方の基板に貫通孔を設ける、フットプリント８下方の基板表面に凹部を設ける、設けた空間にクッションの役割を果たす材質の緩衝材を設ける、あるいは接合に用いるフットプリント８の基板側を基板と一部遊離させ、このエリアのフットプリント８とプリント配線板１が意図的に一部接着されない構造とする、等により応力を緩和する構造とした。

本発明によるプリント配線板構造によれば、プリント配線板のたわみに弱い、大型で硬いセラミックＢＧＡなども信頼性上問題なくなり、部品採用の幅が広がる。また、大型のセラミックモジュールなども製品化できるようになる。一方、現状の落下衝撃、振動、温度環境などよりも厳しい条件下でも、はんだ接合部が破壊しなくなるため、適用製品への幅が広がると共に、その製品自体の使用環境も緩和される効果を有する。

図３に本発明の基本的構造を示す。図２と同様、図３（ａ）はプリント配線板１の平面図、図３（ｂ）はそのコーナー部の詳細図、図３（ｃ）は断面図である。図２では、ＢＧＡ４を起点とした場合に、フットプリント８は部品外側方向に伸ばしていることに対し、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、本発明ではフットプリント８を部品内側（プリント配線板の中心方向）に伸ばしており、且つ、図３（ｃ）に示すように、フットプリント８のはんだ接合されるエリアより少し広く部品外側方向に、フットプリント８とプリント配線板１の間に空間を作ることで、フットプリント８にばね性を持たせることができるようになっている。これにより、プリント配線板１がたわんだ場合でも、フットプリント８を部品と平行に保つことができ、応力を緩和する構造になっている。この構造により、図３（ｃ）に示すように、はんだが引き剥がされる断面図での上方向にプリント配線板１がたわんだ場合でも引き剥がしを受けず、はんだが潰される断面図での下方向にプリント配線板がたわんだ場合でも、押し潰しの影響を受けないようにフットプリント８への応力が緩和される。なお、フットプリント８の厚さはバネ性を持つよう通常のフットプリント３よりも厚くすることが望ましい。

以下に図示しながら本発明の具体的実施例の説明を行うが、図４〜図６において、図１と同様、いずれも左側は平面図、右側はその断面図である。図４は、コーナー付近の外側に伸ばしたフットプリント８のはんだ接合されるエリアより少し広く、プリント配線板１が貫通してくり貫かれる貫通孔１1 を設けた実施例である。同図の断面図に示す右側のＢＧＡボール4 の下の補強を兼ねたフットプリント８の下の基材２には貫通孔１1 があけられており、この貫通孔の形・幅はフットプリント８よりも広く取ってあれば良い。

図５は、同様にフットプリント８のはんだ接合されるエリアより少し広く、プリント配線板1 に凹み１3 を設けた構造とする実施例である。凹みの形・幅・深さはフットプリントよりも広く取ってあれば良い。深さがほぼゼロのとき、フットプリント８とプリント配線板１が接着していないとみなせ、これも同じ構造と考える。

図６は、同様にフットプリント８のはんだ接合されるエリアより少し広く、プリント配線板１に緩衝材１4 を設けた構造とする実施例である。緩衝材の形・幅・厚さ・材質はフットプリント８より広く取ってあれば良い。

次に、図７により、本発明のプリント配線板１の製造方法を説明する。図７において、フットプリント３は基材２と接着剤９で接着された状態で、半完成状態にあり、この基板製造段階では、部品５とＢＧＡボール４は存在していないが参考迄に図示してある。図７（ａ）では、基板の裏側からドリルで孔を空けて、プリント配線板１の最も外側コーナーのＢＧＡボール４下側部分のフットプリント８の下に貫通孔１１を設けて製造するものである。図７（ｂ）では、フットプリント８のすぐ下の基材２のＢＧＡボール４下側部分に、溶剤により溶かされる可溶材料１２を埋め込んでおき、溶剤で溶かすことにより、プリント配線板１に凹み１３を設けた構造のプリント配線板１を製造するものである。

図７（ｃ）では、元々、弾力性のある緩衝材１４をフットプリント８のすぐ下の基材２のＢＧＡボール４下側部分に埋め込んでおいて、衝撃や撓みを弾力性のある材料で吸収する、緩衝材を用いた構造のプリント配線板１を製造するものである。図７（ｄ）では、接着剤中和剤１５をフットプリント８に塗っておき、フットプリント８のすぐ下の基材２のＢＧＡボール４下側部分が非接着状態となるように、非接着部分１６を生成したプリント配線板１の製造方法である。尚、この場合、製造方法は図７（ｂ）とは異なるが、以下の付記７に示すように、図５の凹み１3 を設けた構造において、深さがほぼゼロのときに当たる構造の製造方法ということもできる。
（付記１）
互いに電気的に接合する基板と電子部品を有するプリント配線板において、前記基板と前記電子部品との接合に用いられ、前記基板表面に配設されるフットプリントが、前記基板と一部遊離した構造であることを特徴とするプリント配線板。
（付記２）
付記１に記載のプリント配線板を有することを特徴とする電子装置。
（付記３）
付記１に記載の前記一部遊離した構造を有するプリント配線板の製造方法。
（付記４）
付記１に記載の前記一部遊離した構造は、前記フットプリントが電気的に接合されるエリアより広く、前記フットプリント下方の前記基板に貫通孔を有する構造であることを特徴とするプリント配線板。
（付記５）
付記１に記載の前記一部遊離した構造は、前記フットプリントが電気的に接合されるエリアより広く、前記フットプリント下方の前記基板表面に凹部を有する構造であることを特徴とするプリント配線板。
（付記６）
付記１に記載の前記一部遊離した構造は、前記フットプリントが電気的に接合されるエリアより広く、前記フットプリント下方の前記基板表面に緩衝材を埋め込んだ構造であることを特徴とするプリント配線板。
（付記７）
付記１に記載の前記一部遊離した構造は、前記フットプリントが電気的に接合されるエリアより広く、前記フットプリント下方の前記基板と接着されていない構造であることを特徴とするプリント配線板。
（付記８）
付記１乃至５に記載の前記プリント配線板において、前記基板と電子部品の電気的接合は、はんだ接合または導電性樹脂接合であることを特徴とするプリント配線板。
（付記９）
付記４に記載の前記プリント配線板の製造方法であって、プリント配線板のコーナー近傍のＢＧＡボール下側部分の前記フットプリントの下面部分において、前記基板の裏側からドリルで孔を空けて、プリント配基板に貫通孔を設けるものであることを特徴とするプリント配線板の製造方法。
（付記１０）
付記５に記載の前記プリント配線板の製造方法であって、プリント配線板のコーナー近傍のＢＧＡボール下側部分の前記フットプリントの下面部分において、前記基板の表面に溶剤により溶解可能な材料を埋め込んでおき、溶剤で溶かすことにより、プリント配線板に凹みを設けるものであることを特徴とするプリント配線板の製造方法。
（付記１１）
付記６に記載の前記プリント配線板の製造方法であって、プリント配線板のコーナー近傍のＢＧＡボール下側部分の前記フットプリントの下面部分において、前記基板の表面に弾力性のある緩衝材を埋め込むものであることを特徴とするプリント配線板の製造方法。
（付記１２）
付記７に記載の前記プリント配線板の製造方法であって、プリント配線板のコーナー近傍のＢＧＡボール下側部分の前記フットプリントの下面側表面に接着剤中和材を塗っておき、フットプリントと前記基板のＢＧＡボール下側部分が非接着状態となることを特徴とするプリント配線板の製造方法。

従来のプリント配線板の基本的構造図 従来のプリント配線板の問題点の説明図 本発明の基本的構造の説明図 本発明の実施例の貫通孔を設けた場合の構造図 本発明の実施例の凹みを設けた場合の構造図 本発明の実施例の緩衝材を設けた場合の構造図 本発明のプリント配線板の製造方法の説明図

符号の説明

１ プリント配線板
２ 基材
３ フットプリント
４ ＢＧＡボール
５ 部品
６ ソルダレジスト
７ スルーホール
８ コーナーの外側に伸ばしたフットプリント
９ 接着剤
１０ 銅箔
１１ 貫通孔
１２ 可溶材料
１３ 凹み
１４ 緩衝材
１５ 接着剤中和剤
１６ 非接着部分

Claims (5)

1. 互いに電気的に接合する基板と電子部品を有するプリント配線板において、前記基板と前記電子部品との接合に用いられ、前記基板表面に配設されるフットプリントが、前記基板と一部遊離した構造であることを特徴とするプリント配線板。
2. 請求項１に記載のプリント配線板を有することを特徴とする電子装置。
3. 請求項１に記載の前記一部遊離した構造を有するプリント配線板の製造方法。
4. 請求項１に記載の前記一部遊離した構造は、前記フットプリントが電気的に接合されるエリアより広く、前記フットプリント下方の前記基板に貫通孔を有する構造であることを特徴とするプリント配線板。
5. 請求項１に記載の前記一部遊離した構造は、前記フットプリントが電気的に接合されるエリアより広く、前記フットプリント下方の前記基板表面に凹部を有する構造であることを特徴とするプリント配線板。

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