JP2009182172A - 電子部品回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】グリッドアレイ状に配列されたモジュール基板１１において、ダミーバンプ１０５〜１１２の配列することで、信号バンプ１１３の熱応力によるはんだクラックを防止する。
【解決手段】四角形状のモジュール基板１１に配列した信号バンプ１１３群の外周に、８群に分割したダミーバンプ群１０５〜１１２を設け、一方の２辺のダミーバンプ群１０９〜１１２は、信号バンプ群１１３のバンプ中心に一致して配列し、他方の２辺のダミーバンプ群１０５〜１０８は、前述の一方の２辺のダミーバンプ群１０９〜１１２と信号バンプ群１１３の中間にバンプを配列している。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品回路基板に関し、例えば制御装置に実装される、電子部品を搭載した回路基板の構造に関する。

近年、自動車用制御装置は、エンジン制御、スロットル制御、ブレーキ制御などの個別の制御装置の機能が向上すると共に、ナビゲーションシステムや個別の制御装置間の連携による更なる機能向上が必要になってきている。

これらの機能向上に伴い、電子部品の実装密度の向上が要求され、従来の制御装置の電子部品の実装密度では、制約された自動車内の空間に設置できない問題が生じている。

そこで、上記問題の解決策の１つとして、電子部品を搭載したモジュール基板にＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）電極端子を導入して実装密度を向上させ、本体の回路基板に実装する方法が提案されている。

ＢＧＡ電極端子を導入したモジュール基板には、回路基板の実装面にマトリックス状に０．５〜１．５ｍｍ程度のはんだバンプが多数配列され、回路基板のランドに接続される。

回路基板と実装されたモジュール基板は、電子部品の発熱、冷熱の温度サイクルによりそれぞれ熱応力が発生し、熱膨張率が異なる回路基板とモジュール基板のそれぞれの膨張に対する差分（歪み）は、一般的に発熱源かつ両者の主な支点でもあるモジュール基板の中心部から同心円状へ向かうにつれて加算されていくため、四角状のモジュール基板では、４つの角部で熱応力が最も大きくなる。

そのため、角部の信号を伝達するバンプのはんだ接続部で最もクラックが発生しやすく、それにより信号が伝達できなくなる問題が発生する。

この問題を解決するため、四角状のモジュール基板において、回路基板に実装したとき４つの角部に複数バンプが統合されるように、複数のダミーバンプもしくは特定信号用のバンプを配列して、熱応力による強度を補強し信号を伝達するバンプのはんだクラックを防止する技術が特許文献１に記載されている。

また、半導体のチップの実装に関して、四角状の最外周に均一に信号バンプと同一形状のダミーバンプを配列して、熱応力による強度を補強し信号を伝達するバンプのはんだクラックを防止する技術が特許文献２に記載されている。

特開２００１−１７７２２６号公報 特開２００７−２２０９５４号公報

しかしながら、特許文献１では、モジュール基板側のバンプ形状を統一しているので生産性に有利であるが、モジュール基板側の角部に配置されたバンプを回路基板側の角部のダミーバンプもしくは特定信号用バンプと統合するので、角部のバンプ間を信号線として配線することができなくなり、実質的に実装密度を向上させる阻害要因となる。

特許文献２では、モジュール基板の最外周にダミーバンプが配列され、熱応力による強度補強には十分な効果が得られる反面、バンプの個数が多くなり、材料使用量の増加や生産性の低下という問題が生じる。またこの技術は、集積回路チップの実装を対象にしており、各種の電子部品を搭載した表面積の大きなモジュール基板に適用させると、ダミーバンプの配列数が増加する問題も含んでいる。

さらに、特許文献１と特許文献２では、モジュール基板の角部の４箇所から配列されるバンプ形状や配列数は同一であり、モジュール基板の外形形状に対応した技術は述べられていない。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、正方形に限られない長辺と短辺を有する表面積の大きなモジュール基板においても、熱応力による強度を補強して信号バンプの破壊を防止しつつ、生産性を向上させることができる電子部品搭載基板の電極構造を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明では、モジュール基板角部の信号用バンプを保護して信頼性の高いはんだ接続を提供すると共に、モジュール基板内の適正箇所に必要最小限のダミーバンプを配列する電子部品搭載基板の電極構造を実現する手段を提供する。

すなわち、本発明の電子部品回路基板の実装構造は、複数の電子部品を配線した四角形状のモジュール基板の裏面にグリッドアレイ状に配列したはんだバンプ群による電極を形成して回路基板に実装する構造において、四角形状のモジュール基板の辺に平行配列した、信号線が接続される信号バンプ群およびその外周に信号が接続されないダミーバンプ群から構成される。ダミーバンプ群のうち、モジュール基板の一方の向い合う２辺に平行配列されたものは、信号バンプ群の中心を含み、他方の向い合う２辺に平行配列されたものは、一方の向い合う２辺に平行配列されたダミーバンプ群の中心および信号バンプ群の中心を含まない。

この場合において、中心を含むダミーバンプは、信号バンプの中心と一致する線上に、中心を含まないダミーバンプは、信号バンプと信号バンプの中間線上に一致するように配列しても良い。

また、四角形状のモジュール基板の４つの角部に最も近い信号バンプと、この信号バンプに最も近い２個のダミーバンプの中心を結んだ形状が正三角形に近い二等辺三角形を成すように配列しても良い。

また、モジュール基板上の各辺において平行配列されたダミーバンプは、それぞれ四角形状の基板の４つの角部に最も近い位置を始点として、各辺において２箇所の群に分割され、全辺において８箇所の群に分割される構造としても良い。

また、各辺における２箇所の群は、各辺の中間線上を中心として３分の１程度の区間バンプを配列しない構造としても良い。

また、８箇所に分割されたダミーバンプ群は、1箇所の群のバンプ数が他の群のバンプ数と異なる個数で配列されても良く、1箇所の群のバンプ数が他の群のバンプ数と比べて少なくとも１個だけ少ないか、又は少なくとも１個だけ多い構造としても良い。或いは、２つの長辺と２つの短辺を有し、長辺に配置された４箇所のダミーバンプ群が短辺に配置された４箇所のダミーバンプ群のバンプ数よりも多い構造のモジュール基板に対して適用しても良く、さらに、長辺４箇所のダミーバンプ群、又は短辺４箇所のダミーバンプ群は、１箇所の群のバンプ数が、他の群のバンプ数と異なる個数で配列されても良く、異なる個数は、少なくとも１個だけ少ないか、又は少なくとも１個だけ多い構造としても良い。

なお、四角形状のモジュール基板は、中心を含む位置にダミーバンプ、あるいは特定信号の信号バンプを複数配列される構造としても良い。

また、信号バンプとダミーバンプは、同一成形工程で等ピッチで形成されるようにしても良い。

また、複数の電子部品を配線した四角形状のモジュール基板は、トランスファーモールドによって樹脂封止される構造としても良い。

本発明によれば、正方形に限られない長辺と短辺を有する表面積の大きなモジュール基板においても、熱応力による強度を補強して信号バンプの破壊を防止しつつ、生産性を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態について図を参照して説明する。
＜第1の実施形態＞
まず、本実施形態において、主に生産性向上を目的とした、本願特有のモジュール基板内の適正箇所に必要最小限のダミーバンプを配列する電子部品搭載基板の電極構造を実現する手段について説明する。

図１は、モジュール基板１１の一方の面に回路基板２０の接続パッド２１に接続するバンプ１００を、他方の面に電子部品１２を搭載し、接続した後トランスファーモールド１３された電子回路モジュール１の側面を示す図である。

電子回路モジュール１は、一つの機能が集約された部品が搭載されており、回路基板２０には複数個の電子回路モジュール１と電子部品が搭載されて配線され、制御対象となる機器の制御装置として機能する。

例えば、自動車の制御装置としては、エンジン制御、オートマチックトランスミッション制御等が代表的である。

図２は、モジュール基板１１のバンプ１００の配列を示す図である。
モジュール基板１１は、長辺が１１Ａと１１Ｂ、短辺が１１Ｃと１１Ｄの四角形状である。

モジュール基板１１のバンプは、最外周の線上１０１〜１０４に配列されるダミーバンプ群１０５〜１１２と、信号バンプ群１１３と、四角形状の中心部に配置したダミー、もしくは特定信号バンプ群１１４が配列されている。

バンプ群１１４は、モジュール基板１１の中心を囲むようにマトリックス状に配置されており、電子回路モジュール１で生ずる熱を回路基板２０に放熱する機能を有し、電子部品の入出力信号が接続されないダミーか、もしくは特定の入出力信号が接続されている。

信号バンプ群１１３は、モジュール基板１１のダミーバンプ群１０５〜１１２の内周側にマトリックス状に配列されており、電子回路モジュール１の電子部品の入出力信号が接続されている。

入出力信号が接続されないダミーバンプ群１０５〜１１２は、四角形の角部４箇所のバンプ１０５Ａ〜１１２Ａが、四角形の角部４ケ所の信号バンプ１１３Ａ〜１１３Ｄの外側を囲むようにして、長辺１１Ａと１１Ｂに一行、短辺１１Ｃと１１Ｄに一列配列されている。そして、長辺１１Ａと１１Ｂと短辺１１Ｃと１１Ｄの中心から行方向、列方向の一定範囲１１５〜１１８には配列されないようになっている。

以上の構成にすることにより、モジュール基板１１の長辺１１Ａ、１１Ｂ、及び短辺１１Ｃ、１１Ｄの中心を結んだ四角形状の一辺の長さに対し、１/３以下の寸法領域にダミーバンプ群１０５〜１１２を配置し、長辺１１Ａ、１１Ｂ上の延長範囲１１９と短辺１１Ｃ、１１Ｄ上の延長範囲１２０に係る範囲１１５〜１１８には、配列されないようにすることで、必要最低限のバンプのみによって角部の信号バンプを補強する作用をもたらす。

このように、電子回路モジュールエッジに生ずる熱応力に対して、ダミーバンプ群１０５〜１１２を必要となる最小限のバンプ数とすることにより、無駄なバンプが省略でき、材料や工程など生産性の向上、実装時の方向性の明確化、バンプ間の接触を低減させる効果がある。

次に、本実施形態において、主に信頼性向上目的とした、本願特有のモジュール基板角部の信号用バンプを保護するはんだ接続について説明する。

図３は、モジュール基板１１の角部１ケ所のバンプ配列を示した図である。
長辺１１Ａの最外周の線上１０１にはダミーバンプ群１０５、短辺１１Ｃの最外周の線上１０３にはダミーバンプ群１０９が配列されている。

信号バンプ群１１３は、ダミーバンプ群１０５と１０９の内側に、長辺１１Ａと短辺１１Ｃの方向とも同一ピッチ１２１で配置されている。

長辺１１Ａのダミーバンプ群１０５はピッチ１２２、短辺１１Ｃのダミーバンプ群１０９はピッチ１２３で配置されている。

長辺１１Ａのダミーバンプ群１０５と、最外周の信号バンプ群１１３のピッチは、長辺１１Ａの方向ではピッチ１２５、短辺１１Ｃの方向ではピッチ１２４である。

短辺１１Ｃのダミーバンプ群１０９と、最外周の信号バンプ群１１３のピッチは、長辺１１Ａの方向ではピッチ１２４、短辺１１Ｃの方向では零、すなわち信号バンプ群１１３の中心と一致している。

ここで、ピッチ１２１、１２２、１２３、１２４は同一であり、ピッチ１２５は、信号バンプ群１１３の長辺１１Ａ方向のピッチ１２１に対して１／２になっており、ダミーバンプ群１０５は、信号バンプ群１１３の中間位置に配置される、いわゆる千鳥状の配置となっている。

信号バンプ群１１３の角部のバンプ１１３Ａは、長辺１１Ａのダミーバンプ群１０５の内、最も短辺１１Ｃに近いバンプ１０５Ａから長辺１１Ａに沿う方向にピッチ１２５、短辺１１Ｃに沿う方向にピッチ１２４の位置にある。

一方、短辺１１Ｃのダミーバンプ群１０９の内、最も長辺１１Ａに近いバンプ１０９Ａは、信号バンプ１１３Ａから長辺１１Ａに沿う方向にピッチ１２４、短辺１１Ｃに沿う方向に零、つまり中心が一致する位置にある。

図４はダミーバンプ１０５Ａとダミーバンプ１０９Ａと信号バンプ１１３Ａの配置を拡大した図である。

信号バンプ群１１３の角部のバンプ１１３Ａと、長辺１１Ａのダミーバンプ群１０５の内、最も短辺に近いバンプ１０５Ａと、短辺１１Ｃのダミーバンプ群１０９の内、最も長辺に近いバンプ１０９Ａの配置は、それぞれの中心を結んでできる図形は底辺と高さが等しい、正三角形に近い二等辺三角形１２６となっている。

以上の構成にすることにより、信号バンプ１１３Ａを、ダミーバンプ１０５Ａと１０９Ａによりほぼ等距離に囲んで保護し、最も応力のかかる角部はバンプ２個分によって熱応力を分散させ、バンプ１個分による場合に比べて応力を緩和させる作用がある。これに対し、正方形に並べた場合は、コーナのバンプ１個に最大応力が発生してしまう。つまり、従来のモジュール基板角部におけるバンプ形状を正方形に並べた場合は、中央から遠いコーナのバンプに最大応力が発生してバンプ破壊の原因となる。

このように、モジュール基板１１の電子部品１２の発熱、冷熱の温度サイクルにより最も大きい熱応力が生ずる角部の信号バンプ１１３Ａを、長辺と短辺のダミーバンプ１０５Ａ、１０９Ａによりほぼ等ピッチで囲むことにより、コーナのバンプ２個で応力を受けることで応力が緩和し、つまりダミーバンプ強度が増し、信号バンプのクラックが防止され、モジュール基板１１と回路基板２０の接続の信頼性を向上し、制御回路全体の信頼性向上につながるという効果がある。

また、長辺１１Ａ、１１Ｂのダミーバンプ群１０５〜１０８のバンプ数は、短辺１１Ｃ、１１Ｄのダミーバンプ群１０９〜１１２のバンプ数より多く配置する構成にする。

こうすると、より長辺側を応力に対し補強する作用が期待できる。長辺と短辺の各辺の中点を支点、応力のかかる角部を作用点としたとき、より遠くの作用点から力が加わる長辺のほうが、基板が曲がりやすいためである。

これにより、短辺よりも歪みが生じやすい長辺エッジの角部周辺を効率的に保護し、モジュール基板１１と回路基板２０の接続の信頼性を向上し、制御回路全体の信頼性向上につながる効果がある。

そのほか、本実施形態において、以上の本願特有の構成に加えて以下の構成を採ることにより、さらなる効果が期待できる。

信号バンプ群１１３、ダミーバンプ群１０５〜１１２及び１１４は、機械的誤差を除けば設計上等ピッチで配列する１連の成形工程で成形する。こうすると、バンプの高さにもバラツキが少なく全バンプに対して均等に力が加わる作用が期待でき、モジュール基板１１と回路基板２０の接続の信頼性を向上させることができる。また、回路基板の配線パターンルールを統一化させて生産性を向上することができる効果がある。また、従来の生産効率の低下を招く、バンプのピッチおよびはんだボールサイズの不統一といった原因を排除する作用もあるため、生産性を向上させる効果もある。

ダミーバンプ群１０５〜１１２の配列については、モジュール基板１１の中心部には、ダミー用、もしくは特定の入出力信号用のバンプ群１１４を配列する。こうすると、放熱用以外に、回路基板２０に対して強固に安定した固定をさせる作用もあり、回路基板２０に対して強固に安定した固定をさせ、モジュール基板１１と回路基板２０の接続の信頼性を向上し、制御回路全体の信頼性向上につながる効果がある。

最外周のダミーバンプ群１０５〜１１２は、信号線が接続されないので長辺と短辺の電子回路モジュールのエッジまで、すなわちバンプの径の外周がエッジに一致する程度まで配列させる。こうすると、回路基板２０に電子回路モジュールを実装するとき、熱応力により特に変形しやすい電子回路モジュールの最外周をより確実に固定する作用がある。これにより、実装時に特に変形しやすい最外周上が補強され、モジュール１に対する回路基板２０の傾きが無くなり、生ずる熱応力を均等に分散できる。つまり、傾きが生じることで、バンプ位置によっては特別に負荷がかかり破壊を早めていた問題がなくなり、無駄なバンプ破壊が防止できる。また、電子回路モジュール１のハンドリングがしやすくなり、モジュール基板１１と回路基板２０を平行位置にして、正確な位置合わせによるフェイスダウンボンディングができるので、パッドとバンプの接続の信頼性を向上できる効果がある。

回路基板２０との接続がバンプによるボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）電極には、これに適したトランスファーモールドによる封止方法を採用する。こうすると、モジュール基板１１に電子部品１２を実装した状態でモールド金型に入れて樹脂を注入するため、電子回路モジュール１のモールドの中央部とエッジの高さがほぼ均一になる作用があり、モジュール基板１１と回路基板２０を平行に位置合わせでき、バンプの均等な強度を確保する効果がある。一方、電子部品１２の搭載面の上部から樹脂を垂らす封止方法では、樹脂の流動性により、封止後の電子回路モジュール１の形状が、中央部で高く、エッジ部で低くなる傾向がある。その後、傾いたまま回路基板２０のパッドとモジュール基板１１のバンプを位置合わせして基板を加熱するフェイスダウンボンディング方法によって接続すると、モジュール基板１１と回路基板２０が平行にならない状態が生じ、パッドとバンプの正確な位置合わせできないので、接続部の信頼性が劣ることになり、上記効果は期待できない。

なお、モジュール基板１１の形状や寸法によって、長辺１１Ａ、１１Ｂのダミーバンプ群１０５〜１０８と、短辺１１Ｃ、１１Ｄのダミーバンプ群１０９〜１１２のバンプ数が、図２の配列したバンプ数に限定されるものではない。たとえば、モジュール基板１１が正方形であれば、それぞれのダミーバンプ群１０５〜１１２のバンプ数は同一で配列することになる。

また、モジュール基板１１に搭載された電子部品１２のモールドによる封止方法には限定はない。

＜第２の実施形態＞
図５は、本発明の他の実施形態を示す図で、図１と同一部分は同一符号で示してある。

図５では、長辺１１Ａ、１１Ｂのダミーバンプ群１０５〜１０８が信号バンプ群１１３の中心と一致する配列、短辺１１Ｃ、１１Ｄのダミーバンプ群１０９〜１１２が信号バンプ群１１３のピッチに対して１／２ピッチで配列、いわゆる千鳥状の配置となっている。

本実施形態は、長辺および短辺における信号バンプ群に対するダミーバンプ群の配置が図２と逆転している点で異なる。

以上の構成を採ることでも、基本的に第１の実施形態と同様の作用・効果を奏することができる。

＜第３の実施形態＞
図６は、さらに本発明の他の実施形態を示す図で、図１と同一部分は同一符号で示してある。

図６では、図２と異なり、長辺１１Ｂの一方のダミーバンプ群１０８は、他の長辺のダミーバンプ群１０５、１０６、１０７の配列されるバンプ数に対して、１個だけ少なく配列されているという特徴がある。

以上の構成にすることにより、基本的に、第１の実施形態と同様の作用・効果を奏することができるのに加え、８群に分けられたダミーバンプ群のうちの１群に方向性を確認するマークを与えたことで、電子回路モジュール１を回路基板２０にフェイスダウンボンディングする工程において、誤組立てを防止する効果がある。

なお、フェイスダウンボンディングする工程において、方向性を確認する方法は、図６に限定されるものではなく、図１に示したダミーバンプ群１０５〜１１２の配列において、配列中に１箇所異なるバンプ数があれば、作用、効果は同等である。

また、図６では１箇所だけダミーバンプ数を１個だけ少なく配列したが、複数個少なくしたり、１個又は複数個多くしたりしても、上述と同じ効果を得ることができる。

本発明の電子回路モジュールの実装図。 本発明の一実施形態を示すモジュール基板のバンプ配列図。 本発明の一実施形態の一部を拡大したバンプ配列図。 本発明の一実施形態の四角形角部を拡大したバンプ配列図。 本発明の他の実施形態を示すモジュール基板のバンプ配列図。 本発明の他の実施形態を示すモジュール基板のバンプ配列図。

符号の説明

１…電子回路モジュール、１１…モジュール基板、１１Ａ、１１Ｂ…モジュール基板の長辺、１１Ｃ、１１Ｄ…モジュール基板の短辺、１２・・・電子部品、１３…樹脂モールド、２０…回路基板、２１・・・接続パッド、１００…バンプ群、１０５〜１１２…ダミーバンプ群、１１３…信号バンプ、１２１…信号バンプピッチ、１２２、１２３…ダミーバンプピッチ、１２４、１２５…信号バンプとダミーバンプのピッチ

Claims (16)

1. 複数の電子部品を配線した四角形状の基板の裏面に、グリッドアレイ状に配列したはんだバンプによる電極を形成した電子部品回路基板であって、
   前記四角形状の基板の辺に平行し、信号線が接続される信号バンプと、その外周に信号が接続されないダミーバンプを配列し、
   一方の向い合う２辺のダミーバンプは、前記一方の向い合う２辺の信号バンプの中心を含み、
   他方の向い合う２辺のダミーバンプは、前記一方の向い合う２辺のダミーバンプと前記他方の向い合う２辺の信号バンプの中心を含まない位置に配列されることを特徴とする電子部品回路基板。
2. 前記信号バンプの中心を含むダミーバンプは、前記信号バンプの中心と一致する線上に配列され、
   前記信号バンプの中心を含まないダミーバンプは、前記信号バンプの中間線上に一致することを特徴とする請求項１に記載の電子部品回路基板。
3. 前記四角形状の基板の４つの角部に最も近い信号バンプと該信号バンプに最も近い２個のダミーバンプのそれぞれの中心を結んだ形状が、底辺と高さが等しい二等辺三角形を成すように配列されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品回路基板。
4. 前記ダミーバンプは、前記四角形状の基板の４つの角部に最も近い位置を始点として、各辺において２箇所の群に分割され、全辺において８箇所の群に分割されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子部品回路基板。
5. 前記各辺における２箇所の群の分割は、各辺の中間線上を中心として３分の１程度前記ダミーバンプを配列しないことを特徴とする請求項４に記載の電子部品回路基板。
6. 前記８箇所に分割されたダミーバンプ群は、１箇所の群のバンプ数が、他の群のバンプ数と異なる個数で配列されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の電子部品回路基板。
7. 前記異なる個数は、少なくとも１個だけ少ないことを特徴とする請求項６に記載の電子部品回路基板。
8. 前記異なる個数は、少なくとも１個だけ多いことを特徴とする請求項６に記載の電子部品回路基板。
9. 前記四角形状の基板は、２つの長辺と２つの短辺を有し、短辺に配置された４箇所のダミーバンプ群に対して、長辺に配置された４箇所のダミーバンプ群のバンプ数が多いことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか1項に記載の電子部品回路基板。
10. 前記長辺４箇所のダミーバンプ群は、１箇所の群のバンプ数が、他の群のバンプ数と異なる個数で配列されていることを特徴とする請求項９に記載の電子部品回路基板。
11. 前記短辺４箇所のダミーバンプ群は、１箇所の群のバンプ数が、他の群のバンプ数と異なる個数で配列されていることを特徴とする請求項９に記載の電子部品回路基板。
12. 前記異なる個数は、少なくとも１個だけ少ないことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の電子部品回路基板。
13. 前記異なる個数は、少なくとも１個だけ多いことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の電子部品回路基板。
14. 前記四角形状の基板は、中心を含む位置にダミーバンプ、あるいは特定信号の信号バンプを複数配列されていることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか1項に記載の電子部品回路基板。
15. 前記信号バンプと前記ダミーバンプは、同一成形工程で等ピッチで形成されることを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれかに記載の電子部品回路基板。
16. 前記複数の電子部品を配線した四角形状の基板は、トランスファーモールドによって樹脂封止されることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか1項に記載の電子部品回路基板。

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