JP2008300538A

JP2008300538A - プリント回路板、プリント回路板の製造方法および電子機器

Info

Publication number: JP2008300538A
Application number: JP2007143669A
Authority: JP
Inventors: Minoru Takizawa; 稔滝澤; Kuniyasu Hosoda; 邦康細田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-05-30
Filing date: 2007-05-30
Publication date: 2008-12-11
Also published as: US20080303145A1; CN101316482A

Abstract

【課題】ＢＧＡ，ＬＧＡ等の大型半導体パッケージを実装した回路板において、外部ストレスによるはんだ接合部への影響を軽減して、はんだ接合部の接合不良を回避することができるとともに、リワークを容易に行うことができる。
【解決手段】プリント配線板１１と、パッケージ裏面に複数のはんだ接合部１４，１４，…，１４を有し、この各はんだ接合部１４，１４，…，１４のはんだ接合により、上記プリント配線板１１に実装された半導体パッケージ１５と、上記プリント配線板１１の上記半導体パッケージを実装した実装面部において上記はんだ接合部１４，１４，…，１４の一部を局所的に複数箇所で補強する、はんだフラックス機能を具備した補強材料により形成された補強部１６とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、パッケージ裏面に複数のはんだ接合部を配置した半導体パッケージを実装したプリント回路板に関する。

パーソナルコンピュータ等の電子機器においては、ＣＰＵや、その周辺回路を構成する、数十ミリ角程度の大型半導体パッケージを実装した回路板が主要な構成要素として筐体内に収容される。

この種、パーソナルコンピュータ等の電子機器に用いられる回路板は、半導体パッケージの実装面を、基板の反りや変形、外部から受ける衝撃や振動等により加わるストレスから保護する手段が必要とされる。

基板に実装された部品のはんだ接合部を上記ストレスから保護する手段として、基板上にフェイスダウンボンディングにより実装した数ミリ角程度の小型半導体チップにおいて、基板と半導体チップとの間にアンダーフィル剤を含浸させ、基板と半導体チップとの間の空隙をアンダーフィル剤で埋めることにより半導体チップを基板に固着する電子部品実装方法が知られている。
特開２００５−０２６５０１号公報

上記したアンダーフィルによる補強手段は、数ミリ角程度の小型半導体チップにおいて広く適用されているが、この補強手段を上記したような大型半導体パッケージを実装した回路板に適用した場合、半導体パッケージの回路動作に伴う自己発熱により、半導体パッケージと基板との間にアンダーフィルとして埋め込まれた補強材料が熱膨張を繰り返し、この熱膨張により、はんだ接合部に過度のストレスが加わるという問題が派生する。とくに、パッケージ裏面にはんだ接合部を配置した、例えばＢＧＡ，ＬＧＡ等の大型半導体パッケージを実装した回路板においては、矩形状をなすパッケージのコーナー部にストレスが集中し、これによってはんだ接合部の回路破断を招来する。この問題は、アンダーフィルとして埋め込まれた補強材料の熱膨張係数が半導体パッケージや基板と異なるほど顕著である。また、大型半導体パッケージの実装面全体が基板に接着されることから、リワークが困難になるという問題が派生する。

上述したような事由から、発明者らは、落下衝撃等の機械的ストレスを受け易い、パーソナルコンピュータのＣＰＵなどで使用している大型半導体パッケージ（例えばＢＧＡパッケージ）のコーナー部について、アンダーフィルによらない、接着剤による補強手段を検討している。現在、半導体パッケージのはんだ接合と補強材料の硬化をリフローで同時に実現するための材料とプロセスの開発を行っている。この開発過程で、はんだ接合時におけるはんだのぬれ拡がりを補強材料が阻害し、これによって、はんだ接合部に接続不良が発生するという新たな問題が派生した。

本発明は、上記問題点を解消したプリント回路板を提供することを目的とする。

本発明は、プリント配線板と、パッケージ裏面に複数のはんだ接合部を有し、前記はんだ接合部のはんだ接合により前記プリント配線板に実装された半導体パッケージと、前記プリント配線板の前記半導体パッケージを実装した実装面部において前記はんだ接合部を局所的に複数箇所で補強する、はんだフラックス機能を具備した補強材料により形成された補強部と、を具備したプリント回路板を提供する。

本発明により、ＢＧＡ，ＬＧＡ等の大型半導体パッケージを実装した回路板において、外部ストレスによるはんだ接合部への影響を軽減して、はんだ接合部の接合不良を回避することができるとともに、リワークを容易に行うことができる。

以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

本発明の第１実施形態に係るプリント回路板の構成を図１および図２に示す。図１は要部の側面、図２は要部の平面を示している。

本発明の第１実施形態に係るプリント回路板は、図１および図２に示すように、プリント配線板１１と、パッケージ裏面に複数のはんだ接合部１４，１４，…，１４を有し、この各はんだ接合部１４，１４，…，１４のはんだ接合により、上記プリント配線板１１に実装された半導体パッケージ１５と、上記プリント配線板１１の上記半導体パッケージを実装した実装面部において上記はんだ接合部１４，１４，…，１４の一部を局所的に複数箇所で補強する、はんだフラックス機能を具備した補強材料により形成された補強部１６とを具備して構成されている。この実施形態では、半導体パッケージ１５として、上記はんだ接合部１４，１４，…，１４をそれぞれはんだボールとしたＢＧＡパッケージを例に示している。

上記プリント配線板１１のパターン形成面１２には、上記ＢＧＡパッケージ１５を実装対象としてパターン設計されたＢＧＡ部品実装面部１２ａに、上記ＢＧＡパッケージ１５のはんだ接合部１４，１４，…，１４に対応する、複数のはんだ接合パッド１３，１３，…，１３がパターン形成されている。

上記プリント配線板１１のＢＧＡ部品実装面部１２ａにおいて、上記ＢＧＡパッケージ１５のはんだ接合部１４，１４，…，１４が、上記ＢＧＡ部品実装面部１２ａに設けられたはんだ接合パッド１３，１３，…，１３にはんだ接合されることによって、上記ＢＧＡパッケージ１５が上記プリント配線板１１のＢＧＡ部品実装面部１２ａに実装される。

このＢＧＡパッケージ１５をはんだ接合するリフロー工程において、上記はんだ接合部１４，１４，…，１４の一部を局所的に複数箇所で補強する補強部１６が補強材料の熱硬化により形成される。この補強部１６は、はんだフラックス機能を有する補強材料により構成される。補強材料に、フラックス機能を具備することで、リフロー加熱時に、はんだの溶融と補強材料の軟化によりはんだ接合部に補強材料が流れ込み、はんだ接合部に接合不良が発生するという不具合を回避している。この補強部１６を構成する補強材料の詳細については後述する。

上記プリント配線板１１のＢＧＡ部品実装面部１２ａに実装されたＢＧＡパッケージ１５は、上記ＢＧＡ部品実装面部１２ａのコーナー部において、はんだ接合部１４，１４，…，１４の一部が、熱硬化性樹脂熱を用いた補強部１６により局所的に補強されている。ここでは、ＢＧＡ部品実装面部１２ａのコーナー部において、ＢＧＡパッケージ１５のはんだ接合部１４，１４，…，１４が３点の補強部１６により局所的に補強されている。この補強は、補強部１６となる熱硬化性樹脂を主剤とした補強材料が、接着剤として、ＢＧＡパッケージ１５のコーナー部に設けられた極少数のはんだ接合部１４と、ＢＧＡ部品実装面部１２ａとの間に埋め込まれた状態で介在することにより為される。このような局所的な補強手段により、上記したアンダーフィルによる問題を回避できるとともに、ＢＧＡパッケージ１５のコーナー部に設けられたはんだ接合部１４が上記した機械的ストレスにより破断し接合不良に陥る不具合を回避することができる。さらに局所的な補強手段により、リワークを容易にしている。

上記図１および図２に示した第１実施形態では、ＢＧＡ部品実装面部１２ａのコーナー部（ＢＧＡパッケージ１５のコーナー部）に、コーナーと、コーナー近傍の二辺の各１カ所に、フラックス機能を具備した補強材料（１６）を塗布して、上記コーナー部に計３点の補強部１６を設けたが、例えば、図３に示す第２実施形態のように、コーナー部と、このコーナー部に接する二辺の一部とをＬ字形に補強する補強部１６を形成することも可能である。このような補強構造においても上記図２に示す補強構造と同様の効果をもたせることができる。

上記した各補強部１６を構成する補強材料は、エポキシ系、アクリル系、ウレタン系、フェノール系などを主剤とした熱硬化性樹脂を主剤とし、これに有機酸を５〜１５％含有させることにより、はんだフラックス機能が具備される。また、上記樹脂は加熱により軟化するため、粘度を２０〜８０Ｐａ・ｓとし、ヒュームドシリカなどのチクソ剤を５〜１５％含有させることにより樹脂の流動性を抑制させ、はんだ接合部への過剰な流れ込みを抑制させている。これにより、はんだ接合部の信頼性向上を図ることができる。また、熱硬化性樹脂の硬化剤にはイソフタル酸ヒドラジドなど、２２０℃付近の高温で反応する硬化剤を使用することにより、２２０℃近傍の融点を持つＳｎＡｇ系鉛フリーはんだを用いても樹脂の硬化が先行することなく、はんだの溶融とともに樹脂の硬化反応が促進される。さらには、熱可塑性樹脂を含有させることにより、実装後のリワーク特性をより向上させることができる。

このような補強材料を用いることにより、はんだ接合と樹脂の硬化が同時に行われることによっても、良好なはんだ接合と補強材料の硬化を実現することができる。

上記した補強材料を、ＢＧＡパッケージ１５のはんだ接合部１４，１４，…，１４を補強する補強部１６に用いた、本発明の実施形態に係るプリント回路板の製造工程を図４に示している。

この図４に示す製造工程（Ｓ１〜Ｓ６）を図５乃至図８を参照して説明する。
工程Ｓ１では、部品実装対象となるプリント配線板を部品ラインに供給する。ここで供給されるプリント配線板は、図１に示すように、上記ＢＧＡパッケージ１５を実装対象としてパターン設計された、ＢＧＡ部品実装面部１２ａに上記ＢＧＡパッケージ１５のはんだ接合部１４，１４，…，１４に対応する複数のはんだ接合パッド１３，１３，…，１３がパターン形成されたプリント配線板１１である。

工程Ｓ２では、はんだペーストを印刷する印刷機により、プリント配線板のはんだ接合部分に、はんだペーストを印刷する。ここでは、図５に示すように、上記プリント配線板１１のＢＧＡ部品実装面部１２ａに設けられたはんだ接合部１４，１４，…，１４に、はんだペースト１７が印刷される。

工程Ｓ３では、補強材料を塗布するディスペンサにより、プリント配線板の部品実装面の補強部分に、接着剤として作用する補強材料を塗布する。ここでは、図６に示すように、上記ＢＧＡ部品実装面部１２ａのコーナー部に、ノズルで、局所的に（コーナーと、コーナー近傍の二辺の各１カ所（計３点）に）、上記したフラックス機能を具備した補強材料（１６）を塗布する。

工程Ｓ４では、プリント配線板の部品実装面に、部品を搭載する。ここでは、図７に示すように、上記プリント配線板１１のＢＧＡ部品実装面部１２ａに、ＢＧＡパッケージ１５を搭載する。この部品搭載時において、ＢＧＡ部品実装面部１２ａのコーナー部とＢＧＡパッケージ１５のはんだ接合面のコーナー部との間に跨って補強材料（１６）が埋設状態で介在する。

工程Ｓ５は、はんだリフロー工程であり、実装部品のはんだ接合と補強材料の硬化（補強部形成）を同時に行う。ここでは、図８に示すように、プリント配線板１１のＢＧＡ部品実装面部１２ａにおいて、ＢＧＡパッケージ１５のはんだ接合部１４，１４，…，１４が、ＢＧＡ部品実装面部１２ａに設けられたはんだ接合パッド１３，１３，…，１３にはんだ接合されるとともに、上記はんだ接合部１４，１４，…，１４のコーナー部に、補強材料（１６）による補強部１６の原型が形成される。

工程Ｓ５では、リフロー処理したプリント配線板（プリント回路板）を次工程に搬送する。

上記した部品実装の製造プロセスで、はんだ接合と補強材料となる樹脂の硬化が同時に行われ、補強材料に、フラックス機能を具備させていることにより、良好なはんだ接合と補強材料の硬化を一度の熱処理（リフロー）工程で実現することができる。

本発明の第２実施形態を図９に示す。
この第２実施形態は、上記第１実施形態により製造されたプリント回路板を用いて電子機器を構成している。図９は上記第１実施形態に係るプリント回路板をハンディタイプのポータブルコンピュータ等の小型電子機器に適用した例を示している。

図９に於いて、ポータブルコンピュータ１の本体２には、表示部筐体３がヒンジ機構を介して回動自在に設けられている。本体２には、ポインティングデバイス４、キーボード５等の操作部が設けられている。表示部筐体３には例えばＬＣＤ等の表示デバイス６が設けられている。

また本体２には、上記ポインティングデバイス４、キーボード５等の操作部および表示デバイス６を制御する制御回路を組み込んだ回路板（マザーボード）８が設けられている。この回路板８は、上記図１および図２に示した第１実施形態のプリント回路板を用いて実現される。

この回路板８は、プリント配線板１１と、パッケージ裏面に複数のはんだ接合部１４，１４，…，１４を有し、この各はんだ接合部１４，１４，…，１４のはんだ接合により、上記プリント配線板１１に実装されたＢＧＡパッケージ１５と、上記プリント配線板１１の上記ＢＧＡパッケージ１５を実装した実装面部において上記はんだ接合部１４，１４，…，１４の一部（例えばコーナー部）を局所的に複数箇所（例えば３カ所）で補強する、はんだフラックス機能を具備した補強材料により形成された補強部１６とを具備して構成されている。

上記プリント配線板１１のＢＧＡ部品実装面部１２ａに実装されたＢＧＡパッケージ１５は、上記ＢＧＡ部品実装面部１２ａのコーナー部において、ＢＧＡパッケージ１５のはんだ接合部１４，１４，…，１４が３点の補強部１６により局所的に補強されている。この局所的な補強手段により、ＢＧＡパッケージ１５のコーナー部に設けられたはんだ接合部１４が落下衝撃等の機械的ストレスにより破断し接合不良に陥る不具合を回避することができ、信頼性の高い安定した動作を期待できる。さらに局所的な補強手段により、リワークを容易にしている。

本発明の第１実施形態に係るプリント回路板の構成を示す側面図。上記実施形態に係るプリント回路板の構成を示す平面図。上記実施形態に係るプリント回路板に設けた補強部の変形例を示す平面図。上記実施形態に係るプリント回路板の製造工程を示すフローチャート。上記実施形態に係るプリント回路板の製造工程を説明する工程説明図。上記実施形態に係るプリント回路板の製造工程を説明する工程説明図。上記実施形態に係るプリント回路板の製造工程を説明する工程説明図。上記実施形態に係るプリント回路板の製造工程を説明する工程説明図。本発明の第２実施形態に係る電子機器の構成を示す斜視図。

符号の説明

１…ポータブルコンピュータ、２…本体、３…表示部筐体、４…ポインティングデバイス、５…キーボード、６…表示デバイス、８…回路板（マザーボード）、１１…プリント回路板、１２…パターン形成面、１２ａ…ＢＧＡ部品実装面部、１３…はんだ接合パッド、１４…はんだ接合部、１５…半導体パッケージ（ＢＧＡパッケージ）、（１６）…補強材料、１６…補強部。

Claims

プリント配線板と、
パッケージ裏面に複数のはんだ接合部を有し、前記はんだ接合部のはんだ接合により前記プリント配線板に実装された半導体パッケージと、
前記プリント配線板の前記半導体パッケージを実装した実装面部において前記はんだ接合部を局所的に複数箇所で補強する、はんだフラックス機能を具備した補強材料により形成された補強部と、
を具備したことを特徴とするプリント回路板。
前記補強部は、前記半導体パッケージの複数のコーナー部を局所的に補強していることを特徴とする請求項１に記載のプリント回路板。
前記補強部は、前記半導体パッケージの複数のコーナー部と、このコーナー部に接する二辺の一部とを局所的に補強していることを特徴とする請求項１に記載のプリント回路板。
前記補強材料は、熱硬化性樹脂に、有機酸を含有させた、２０〜８０Ｐａ・ｓの粘度を有することを特徴とする請求項１に記載のプリント回路板。
前記熱硬化性樹脂は、エポキシ系、アクリル系、ウレタン系、フェノール系のいずれかの樹脂である請求項４に記載のプリント回路板。
前記熱硬化性樹脂に、さらにチクソ剤を含有させた請求項４に記載のプリント回路板。
前記熱硬化性樹脂に、さらに熱可塑性樹脂を含有させた請求項４に記載のプリント回路板。
パッケージ裏面に複数のはんだ接合部を配置した半導体パッケージをプリント配線板に実装するプリント回路板の製造方法であって、
前記プリント配線板の前記部品半導体パッケージが実装される実装面部の複数箇所に、局所的に、はんだフラックス機能を具備した補強材料を塗布する塗布工程と、
前記プリント配線板の前記実装面部に、前記補強材料を介在して、前記半導体パッケージを搭載するマウント工程と、
前記プリント配線板の前記実装面部に搭載された前記半導体パッケージを前記実装面部に、はんだ接合するとともに、前記補強材料を硬化させて前記半導体パッケージのはんだ接合部を局所的に複数箇所で補強する補強部を形成するリフロー工程と、
を具備したことを特徴とするプリント回路板の製造方法。
電子機器本体と、この電子機器本体に設けられた回路板とを具備し、
前記回路板は、
プリント配線板と、
パッケージ裏面に複数のはんだ接合部を有し、前記はんだ接合部のはんだ接合により前記プリント配線板に実装された半導体パッケージと、
前記プリント配線板の前記半導体パッケージを実装した実装面部において前記はんだ接合部を局所的に複数箇所で補強する、はんだフラックス機能を具備した補強材料により形成された補強部と、
を具備して構成されていることを特徴とする電子機器。