JP2008227271A - 電子装置および電子部品実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、下面にはんだ接続用のパッドを有する電子部品と、表面の、前記電子部品下面のパッドに対向する位置に、電子部品下面のパッドとはんだ接合されてなるパッドを有するプリント配線板とを備えた電子装置等に関し、スタンドオフを有効に高める。
【解決手段】電子部品６０，７０の下面およびプリント配線板５０の表面５１のうちの一方の面に、他方の面の対向する位置にはパッドが欠除したダミーパッド５０１，７０２を有し、ダミーパッド５０１，７０２にはんだ粒４０３，４０５が接続されてそのはんだ粒４０３，４０５が他方の面に当接している。
【選択図】 図２

Description

本発明は、下面にはんだ接続用のパッドを有する電子部品と、その電子部品下面のパッドとはんだ接合されてなるパッドが表面に形成されたプリント配線板とを備えた電子装置、および、下面にはんだ接続用のパッドを有する電子部品を、その電子部品下面のパッドとはんだ接合されるパッドが表面に形成されたプリント配線板上にはんだ接合により実装する電子部品実装方法に関する。

例えばＢＧＡ，ＣＳＰ，ＬＧＡ，ＱＦＮ，ＳＯＮ，ＬＣＣなどと呼ばれる、底面（下面）に電極（パッド）を有する電子部品が従来から多用されている。このような電子部品をプリント配線板上に実装するにあたっては、そのパッド上、あるいはそのパッドに対応するプリント配線上のパッドに接合用はんだペーストが印刷されて電子部品がプリント配線板上に置かれ、リフロー炉内で加熱されることによりその電子部品がプリント配線板上にはんだ接合により実装される。

図１は、プリント配線板上に電子部品が実装された状態を示す模式図である。

ここには、プリント配線板１０の表面１１に、ＢＧＡパッケージの電子部品２０と、ＬＣＣパッケージの電子部品３０が実装された状態が示されている。

プリント配線板１０の表面１１には、模式的に、ＢＧＡパッケージの電子部品２０とのはんだ接合用の３つのパッド１０１，１０２，１０３と、ＬＣＣパッケージの電子部品３０とのはんだ接合用の１つのパッド１０４が示されている。一方、ＢＧＡパッケージの電子部品２０には、その下面２１に、プリント配線板１０への接合用の３つのパッド２０１，２０２，２０３が形成されており、ＬＣＣパッケージの電子部品３０の下面には、プリント配線板１０へのはんだ接合用の、この図１に示す限りにおいては１つのパッド３０１が形成されている。

電子部品２０の下面２１の３つのパッド２０１，２０２，２０３は、実装時における、プリント配線板１０の表面１１の３つのパッド１０１，１０２，１０３とそれぞれ対向する位置に形成されている。また、これと同様に、電子部品３０の下面３１のパッド３０１は、実装時における、プリント配線板１０の表面１１のパッド１０４と対向する位置に形成されている。尚、電子部品３０はＬＣＣパッケージであり、パッド３０１は、そのＬＣＣパッケージの側面にまで広がっている。ただし、ここでは、パッドが下面にあればよく、側面にまで広がっているか否かは不問である。

ここで、互いに対向するパッド、すなわち、プリント配線板上のパッド１０１，１０２，１０３，１０４と、電子部品２０，３０のパッド２０１，２０２，２０３；３０１は、互いにはんだ４０１で接合されている。プリント配線板１０上に電子部品２０，３０をはんだ接合により実装するにあたっては、プリント配線板１０と、電子部品２０，３０とのうちの一方または双方のパッドにはんだペーストを印刷し、電子部品２０，３０をプリント配線板１０上に載置し、リフロー炉で加熱してはんだを溶融させた後に固化させる。これにより、プリント配線板１０上に電子部品２０，３０がはんだ接合により実装される。

このとき、プリント配線板１０上のパッド１０１，１０２，１０３，１０４と電子部品２０，３０のパッド２０１，２０２，２０３；３０１との間を接合しているはんだは、図１に示すように太鼓状に低く潰れた形状となる。この場合、プリント配線板１０の表面１１と電子部品２０，３０の下面２１，３１との間の距離（スタンドオフＳ）が小さくなり、隣接パッド間のはんだショートが生じやすく、はんだ接合部の長期信頼性低下にも多大な影響を与える結果となる。このスタンドオフＳを大きく確保すると、はんだショートが減少し、また、そのはんだ接合部でストレスが吸収されはんだ割れやはんだはがれが生じにくくなって製品寿命の向上につながることが知られている。

ところが、近年の益々の製品の軽薄短小化に伴い、パッドのピッチやパッド面積の極小化が加速しており、製造品質を維持するために接合用はんだペーストの供給量を少なくせざるを得ない方向に推移しており、信頼性向上とは逆行したプロセスを採用する傾向にあるのが現状である。

このような現状から、如何にして大きなスタンドオフＳを確保するかが問題となる。

特許文献１，２には、電子部品の下面の４隅に樹脂等からなる複数のダミーバンプ等を配置し、そのダミーバンプをスペーサとして作用させることにより大きなスタンドオフを確保することが提案されている。

また、特許文献３には、プリント配線板の両面に電子部品を実装するために、プリント配線板を裏返しにする反転機が開示されている。

また、特許文献４には、プリント配線板を裏返しにする反転機を使ってプリント配線板の反りをなくす技術が開示されている。

さらに、特許文献５には、パッケージの両側からリード線が延びるＤＩＰパッケージに関して、プリント配線板表面の、そのＤＩＰパッケージが実装される部分にはんだボールを配置し、そのはんだボールでＤＩＰパッケージの下面を受けることによりそのＤＩＰパッケージを持ち上げた状態に実装することが開示されている。
特開平８−４６３１３号公報 特開２００１−９４２４４号公報 特開平５−１６０５６３号公報 特開２０００−３０７２３７号公報 特開平７−３８２２５号公報

しかしながら、特許文献１，２に開示された方法を採用すると、通常のプロセスの他に電子部品下面にスペーサを設けるプロセスが必要となり、コストアップにつながるおそれがある。

また特許文献３，４は反転機を用いているが、その反転機を使ってスタンドオフを上げる方法については何ら示されていない。

さらに、特許文献５に開示された技術は、ＤＩＬパッケージに関するものであり、本発明が対象としている、下面にパッドを有する電子部品に関するのではなく、下面のパッドのはんだ接合との共存を図った上で大きなスタンドオフを確保することについては開示されていない。

本発明は、上記事情に鑑み、スタンドオフを有効に高めた電子装置、およびスタンドオフを更に高めることのできる電子部品実装方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の電子部品は、下面にはんだ接続用のパッドを有する電子部品と、表面の、その電子部品下面のパッドに対向する位置に、該パッドとはんだ接合されてなるパッドを有するプリント配線板とを備えた電子装置において、
電子部品下面およびプリント配線板表面のうちの一方の面に、他方の面の対向する位置にはパッドが欠除したダミーパッドを有し、そのダミーパッドにはんだ粒が接続されてそのはんだ粒が他方の面に当接してなることを特徴とする。

本発明の電子部品は、上記のダミーパッドを有し、そのダミーパッドにはんだ粒が接続されているため、そのはんだ粒は、そのダミーパッド側では広がるもののダミーパッドから離れた先端側は表面張力で丸い形状を有し、その分スタンドオフが高められている。

ここで、上記本発明の電子装置において、上記一方の面が電子部品下面であり、上記他方の面が前記プリント配線板表面であってもよく、あるいは、上記一方の面がプリント配線板表面であり、上記他方の面が電子部品下面であってもよい。

また、上記本発明の電子装置においては、上記一方の面に、はんだ粒が接続されたダミーパッドを３個以上有することが好ましい。

３個以上のダミーパッドを形成して３個以上のはんだ粒で支えることにより電子部品が傾かずに安定した実装が可能となる。

さらに、上記本発明の電子装置において、ダミーパッドが、上記一方の面に形成されたパッドの面積よりも小面積のものであることが好ましい。

ダミーパッドの面積を実際のはんだ接合に用いるパッドの面積よりも小面積に形成すると、ダミーパッドに、はんだ接合に用いるパッドに供給するはんだペーストと同量のはんだペーストを供給したとき、そのはんだが溶融して固化した後に一層高いはんだ粒が形成され、より大きなスタンドオフを形成することができる。

また、上記目的を達成する本発明の電子部品実装方法は、下面にはんだ接続用のパッドを有する電子部品を、表面の、その電子部品が実装された際にその電子部品下面のパッドに対向する位置にそのパッドとはんだ接合されるパッドを有するプリント配線板のその表面にはんだ接合により実装する電子部品実装方法において、
電子装置下面およびプリント配線板表面のうちの一方の面が、他方の面の対向する位置にはパッドが欠除したダミーパッドを有するものであって、
上前記一方の面のパッドおよびダミーパッドにはんだが供給されプリント配線板上に電子部品が置かれた状態で、加熱によりパッドおよびダミーパッドに供給されているはんだを溶融させる加熱ステップと、
はんだが固化するよりも前にプリント配線板を裏返すことによりはんだを電子部品の自重で引き延ばしながらはんだを固化させる反転ステップとを有することを特徴とする。

本発明の電子部品実装方法によればはんだが固化するよりも前にプリント配線板が反転されて電子部品の自重ではんだが引き延ばされるため、一層高いスタンドオフを持った電子装置となる。

以上の本発明によれば、高いスタンドオフを有する電子装置が構成される。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図２は、本発明の電子装置の特徴部分を示す図であり、プリント配線板上に電子部品を実装した状態を示す模式図である。

ここには、図１の場合と同様、プリント配線板５０の表面５１に、ＢＧＡパッケージの電子部品６０と、ＬＣＣパッケージの電子部品７０とが実装された状態が示されている。

プリント配線板５０の表面５１の、ＢＧＡパッケージの電子部品６０と対向する位置には、模式的に３つのパッド５０１，５０２，５０３が形成されている。これら３つのパッド５０１，５０２，５０３のうちの２つのパッド５０２，５０３は電子部品６０との接合用であるが、残りの１つのパッド５０１は、電子部品６０の下面の対向する位置にはパッドを有しない、ダミーパッドである。また、プリント配線板５０の表面の、ＬＣＣパッケージの電子部品７０と対向する位置には、１つのパッド５０４が形成されている。このパッド５０４は、電子部品７０との接合用のパッドである。

また、電子部品６０の下面６１には、２つのパッド６０１，６０２が形成されている。これら２つのパッド６０１，６０２は、プリント配線板５０の表面に形成された各パッド５０２，５０３とそれぞれ対向する位置に形成されており、はんだ４０２によりそれぞれ対向するパッドごとにはんだ接合されている。これに対し、上述のとおり、電子部品６０の下面の、プリント配線板５０上のもう１つのパッド５０１に対向する位置にはパッドは形成されていない。このため、プリント配線板５０上に形成された、相手のいないパッド５０１に供給され、溶融して固化したはんだ粒４０３は、電子部品６０側が丸まった形状となり、その丸まった先端で電子部品６０を押し上げて大きなスタンドオフＳを形成する役割りを担っている。ここで、このダミーパッドとしてのパッド５０１の面積（ここでは寸法Ａ１で示してある）は、プリント配線板５０上の他のパッド５０２，５０３の面積（ここでは寸法ａ１で示してある）よりも小さな面積（Ａ１＜ａ１）となっている。一方、パッド５０１，５０２，５０３には実装時に等量のはんだペーストが供給される。このため、はんだの溶融、固化により、パッド５０１は面積が小さい分高さの高いはんだ粒４０３が形成され、スタンドオフＳをさらに押し上げている。

また、もう１つのＬＣＣパッケージの電子部品７０の下面７１には、２つのパッド７０１，７０２が形成されている。この電子部品７０の下面７１の２つのパッド７０１，７０２のうちの、一方のパッド７０１は、プリント配線板５０の表面に形成されたパッド５０４と対向する位置に形成されているパッドであり、パッド７０１とパッド５０４は、はんだペーストの供給、溶融および固化により、形成されたはんだ４０４で互いにはんだ接合されている。これに対して、それら２つのパッド７０１，７０２のうちのもう一方のパッド７０２は、プリント配線板５０の表面５１の、そのパッド７０１に対向する位置にはパッドが形成されていないダミーパッドであり、したがってそのパッド７０２にはんだペーストが供給され、溶融、固化することにより、プリント配線板５０側が丸まったはんだ粒４０５が形成される。このため、このはんだ粒４０５は、その丸まった先端でプリント配線板５０を押し下げ大きなスタンドオフＳを形成している。ここで、このダミーパッドとしてのパッド７０２は、ダミーパッドとしてのもう１つのパッド５０１と同様、その面積（ここでは寸法Ａ２で示してある）は、同じ電子部品７０に形成された他のパッド７０１の、電子部品７０の下面７１に広がる部分の面積（ここでは寸法ａ２で示してある）よりも小さな面積（Ａ２＜ａ２）となっており、一方、電子部品７０の実装時にはその電子部品７０に関する全てのパッドに同量のはんだペーストが供給される。このため、パッド７０２の面積が小さい分、はんだの溶融、固化により高さの高いはんだ粒４０５が形成され、スタンダオフＳをさらに押し上げている。

この図２には、プリント配線板上にダミーパッドを形成した例と電子部品側にダミーパッドを形成した例との双方が混在しているが、ダミーパッドはプリント配線板側のみに設けてもよく、電子部品側にのみ設けてもよい。また、ダミーパッドは、例えば電子部品下面の４隅に１つずつ合計４個設けるなど、最低限３個、あるいはそれ以上の個数を設けることが好ましい。最低限３個設けることにより、プリント配線板上に電子部品をはんだ接合するにあたって電子部品が傾かずにプリント配線板に平行に実装される。またダミーパッドの数が多いほど、スタンドオフＳを押し上げる力がより強く働くことになる。

ここで、はんだ接合部のスタンドオフ量をコントロールする場合、対象部品の重量、パッド数、パッド面積、供給はんだ量や種類に左右されるが、ダミーパッドの径、設置数、供給するソルダーペースト量を調整することで可能となる。具体的には、１０ｍｍ角の７２ＰＩＮ−ＱＦＮ部品において、マザーボード側に１０箇所のダミーパッドφ０．３を設置し、ダミーパッドより２０％程度大きなメタルマスク（ｔ０．１２ｍｍ）開口することで、ダミーパッド無し時には、はんだ接合部スタンドオフは、３０〜５０μｍであるのに対し、上記の条件では、スタンドオフを７０〜９０μｍまで高くすることができることを確認している。更なる数のダミーパッドの設置やはんだ量コントロールによって、スタンドオフをより高くすることができることも実証している。

また、具体的効果として、底面電極部品にてはんだ接合スタンドオフが殆ど無い場合（０〜２０μｍ）、その部品の端電極への集中応力は１５０〜２００ＭＰａ程度発生しており、長期信頼性試験では、はんだクラック不良に至るまでが非常に短いことが判明している。一方で、本発明により、はんだ接合スタンドオフを１５０μｍ程度確保することで、集中応力は５０〜７０ＭＰａまで緩和され、長期信頼性試験の評価実績として、はんだクラック不良に至るまでの時間が、前述の５０〜６０倍に延命することを確認している。

図３は、パッドにはんだペーストを供給した後のリフローの工程を示した図である。

ここでは、図２に示すプリント配線板５０の上に実装すべき電子部品６０，７０を載せた状態で入口側コンベア８０１によりリフロー炉８０内に運ばれて本加熱ゾーン８０ａに至る。プリント配線板５０と電子部品６０，７０との間にははんだペーストが供給されており、そのはんだペーストは、この本加熱ゾーン８０ａに至るまでに溶融する。この本加熱ゾーン８０ａは、基板反転機構８１により、そのプリント配線板５０が持ち上げられてゆっくと反転され、出口側コンベア８０２に載せられる。この出口側コンベア８０２は、プリント配線板５０上の電子部品６０，７０に自重がかかるように、反転した状態のプリント配線板５０のみを支持している。また、このときのはんだの溶融温度は、電子部品６０，７０が反転した状態のプリント配線板５０から離れて落下してしまわない程度の粘度を維持するレベルの温度に抑えられている。この出口側コンベア８０２に載せられたプリント配線板５０は、その出口側コンベア８０２によりリフロー炉８０の外に運ばれ溶融はんだが冷えて固化する。ここでは、プリント配線板５０を反転しその上に載せられていた電子部品６０，７０に自重がかかるため溶融はんだが引き延ばされ、一層高いスタンドオフＳが形成される。

プリント配線板上に電子部品が実装された状態を示す模式図である。 本発明の電子装置の特徴部分を示す図である。 パッドにはんだペーストを供給した後のリフローの工程を示した図である。

符号の説明

５０ プリント配線板
５１ 表面
６０，７０ 電子部品
６１，７１ 下面
８０ リフロー炉
８０ａ 加熱ゾーン
８１ 基板反転機構
５０１，５０２，５０３，５０４，６０１，６０２，７０１，７０２ パッド
８０１ 入口側コンベア
８０２ 出口側コンベア

Claims (6)

1. 下面にはんだ接続用のパッドを有する電子部品と、表面の、前記電子部品下面のパッドに対向する位置に、該パッドとはんだ接合されてなるパッドを有するプリント配線板とを備えた電子装置において、
   前記電子部品下面および前記プリント配線板表面のうちの一方の面に、他方の面の対向する位置にはパッドが欠除したダミーパッドを有し、該ダミーパッドにはんだ粒が接続されて該はんだ粒が他方の面に当接してなることを特徴とする電子装置。
2. 前記一方の面が前記電子部品下面であり、前記他方の面が前記プリント配線板表面であることを特徴とする請求項１記載の電子装置。
3. 前記一方の面が前記プリント配線板表面であり、前記他方の面が前記電子部品下面であることを特徴とする請求項１記載の電子装置。
4. 前記一方の面に、はんだ粒が接続されたダミーパッドを３個以上有することを特徴とする請求項１記載の電子装置。
5. 前記ダミーパッドが、前記一方の面に形成されたパッドの面積よりも小面積のものであることを特徴とする請求項１記載の電子装置。
6. 下面にはんだ接続用のパッドを有する電子部品を、表面の、前記電子部品が実装された際に該電子部品下面のパッドに対向する位置に該パッドとはんだ接合されるパッドを有するプリント配線板の該表面にはんだ接合により実装する電子部品実装方法において、
   前記電子装置下面および前記プリント配線板表面のうちの一方の面が、他方の面の対向する位置にはパッドが欠除したダミーパッドを有するものであって、
   前記一方の面のパッドおよびダミーパッドにはんだが供給され前記プリント配線板上に前記電子部品が置かれた状態で、加熱により前記パッドおよび前記ダミーパッドに供給されているはんだを溶融させる加熱ステップと、
   前記はんだが固化するよりも前に前記プリント配線板を裏返すことにより前記はんだを前記電子部品の自重で引き延ばしながら該はんだを固化させる反転ステップとを有することを特徴とする電子部品実装方法。

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