JP2010050308A - 電子部品の接着方法、回路基板、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上に隣接させて接着する電子部品間の接着材の形状を所望の形状にして、信頼性を向上させる。
【解決手段】基板３０と、当該基板３０に電気的に接続された隣接する電子部品３１・３２との接続信頼性を向上させる電子部品の接着方法であって、隣接する電子部品３１・３２の周囲に接着材３５を塗布する接着材塗布ステップと、当該接着材塗布ステップによって隣接する電子部品３１・３２間に塗布された接着材３５の上から接着材３５の形状を所望のフィレット部３６形状に規定するための逆フィレット部形状の形成型４１を載置する型載置ステップと、当該型載置ステップによって逆フィレット部形状の形成型４１が載置された状態で接着材３５を硬化させる硬化ステップと、を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、基板上に隣接させて接着する電子部品の接着方法と、その方法によって製造される回路基板と、その回路基板を備える電子機器に関する。

近年、製品の小型化のために、基板においてもますます高密度実装化が要求されており、電子部品間の間隔は非常に小さくなってきている。
そして、基板と電子部品との接続信頼性を向上させるためにアンダーフィル材を塗布し硬化する工程が行われるが、特に、隣接する電子部品間に発生しやすいブリッジ部が剥離等の問題を起こすことがわかってきた。

ところで、特許文献１には、ヤング率等の特性値として最適な封止樹脂を用いて実装するとチップの剥離等が発生しにくくなる技術、また、封止樹脂のフィレット部形状を良好に形成すると好ましいことが開示されている。
また、特許文献２には、超音波振動を用いて、アンダーフィル樹脂のフィレット部形状を良好にして、信頼性の高い実装を実現する技術が開示されている。
特開２０００−１５０７２９号公報 特開２００２−２７０６４２号公報

しかし、特許文献１において、適正なフィレット部形状を形成するための具体的な方法は、開示されていない。
また、特許文献２のような実装方法は、超音波ボンダーヘッド等の特殊治具が必要となるという問題があった。
なお、隣接する電子部品間のブリッジ部の問題は検討されていない。

図１２は一例として基板上に隣接する電子部品間にブリッジ部が発生した場合を示したもので、１２０は基板、１２１・１２２は隣接する電子部品であるＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）、１２３・１２４はＢＧＡ（Ball Grid Array）、１２５はアンダーフィル材、１２６はフィレット部、１２７はブリッジ部である。すなわち、基板１２０上に隣接するＩＣ１２１・１２２間には、それぞれのＢＧＡ１２３・１２４間に浸透したアンダーフィル材１２５が表面張力で繋がって硬化したブリッジ部１２７となっている。

図１３は図１２の基板１２０に荷重がかかってブリッジ部１２７にクラック１２８が発生した場合を示したもので、図示のように、基板１２０に背面から荷重がかかり、基板１２０が撓むことで、隣接するＩＣ１２１・１２２が離れる方向に変形しようとし、その間のブリッジ部１２７において、引張方向の高い歪が発生し、クラック１２８が入る。このクラック１２８が、図示のように、例えばＢＧＡ１２３接合部に至り、断線等の不具合を引き起こす。

本発明の課題は、基板上に隣接させて接着する電子部品間の接着材の形状を所望の形状にして、信頼性を向上させることである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、基板と、当該基板に電気的に接続された隣接する電子部品との接続信頼性を向上させる電子部品の接着方法であって、前記隣接する電子部品の周囲に接着材を塗布する接着材塗布ステップと、当該接着材塗布ステップによって前記隣接する電子部品間に塗布された接着材の上から前記接着材の形状を所望のフィレット部形状に規定するための逆フィレット部形状の形成型を載置する型載置ステップと、当該型載置ステップによって逆フィレット部形状の形成型が載置された状態で前記接着材を硬化させる硬化ステップと、を含むことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電子部品の接着方法であって、前記逆フィレット部形状の形成型は、前記隣接する電子部品間に形成されるブリッジ部の発生を抑制する形状であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の電子部品の接着方法であって、前記型載置ステップは、前記隣接する電子部品間に形成される所望のフィレット部形状を安定的に規定するための加圧ステップを含むことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の電子部品の接着方法であって、前記型載置ステップは、前記逆フィレット部形状の形成型を前記隣接する電子部品の少なくとも一方の上面に接着する接着ステップを含むことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の電子部品の接着方法であって、前記接着材は、前記基板と前記電子部品と隙間に入り込むアンダーフィル材であることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の電子部品の接着方法であって、前記逆フィレット部形状の形成型は、前記隣接する電子部品間の応力を緩和する弾性部材により形成されていることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の電子部品の接着方法であって、前記逆フィレット部形状の形成型には、前記隣接する電子部品間の応力を緩和するためのスリットが設けられていることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の電子部品の接着方法であって、前記逆フィレット部形状の形成型にはフェライトが混入されていることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の電子部品の接着方法であって、前記型載置ステップによって載置された前記逆フィレット部形状の形成型を前記硬化ステップ後に離型させる離型ステップを更に含むことを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項１から９のいずれか一項に記載の電子部品の接着方法によって接着された隣接する電子部品を備える回路基板を特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の回路基板を備える電子機器を特徴とする。

本発明によれば、隣接する電子部品間の接着材の形状を所望の形状にさせることができるので、回路基板の信頼性を向上させることができる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
図１は本発明を適用した電子機器の一実施形態の構成として携帯電話を開いた使用状態を示したもので、１は第１の筐体、２は第２の筐体、３はヒンジ部、４は操作部、５は表示部である。
図示のように、第１の筐体１と第２の筐体２はヒンジ部３を介して折り畳み自在（開閉自在）に結合され、第１の筐体１に操作部４が設けられて、第２の筐体２に表示部５が設けられている。

図２は携帯電話を折り畳んだ状態として内部の基板接続構成例を示したもので、６はメイン回路基板、７はサブ回路基板、８はアンテナ基板、９・１０はフレキシブル接続基板である。
図示例において、第１の筐体１内にメイン回路基板６が設けられて、第２の筐体２内にサブ回路基板７が設けられ、さらに、第１の筐体２内にはアンテナ基板８が設けられている。第１の筐体１内のメイン回路基板６と第２の筐体２内のサブ回路基板７は、ヒンジ部３内に配置したフレキシブル接続基板９を介して電気的接続され、第１の筐体１内のアンテナ基板８はメイン回路基板６にフレキシブル接続基板１０を介して接続されている。

（実施形態１）
図３は本発明により基板上に隣接する電子部品を接着した実施形態１を示すもので、３０は基板、３１・３２は隣接するＩＣ（電子部品）、３３・３４はＢＧＡ、３５はアンダーフィル材（接着材）、３６はフィレット部、４１は逆フィレット部形状の形成型である。
なお、基板３０は、前述した携帯電話のメイン回路基板６の一部を構成する。

図示のように、実施形態１において、基板３０上には、隣接する電子部品であるＩＣ３１・３２が、ＢＧＡ３３・３４をそれぞれ介して搭載されている。隣接するＩＣ３１・３２は、接着材であるアンダーフィル材３５を介して基板３０上に接着されている。アンダーフィル材３５は、隣接するＩＣ３１・３２の周辺に塗布されて毛細管現象によりＢＧＡ３３・３４間に浸透し、表面張力により隣接するＩＣ３１・３２の周囲に、図示のように、肉厚を漸次減少して表面が円弧状のフィレット部３６を形成して熱硬化する。

そして、隣接するＩＣ３１・３２間には、ブリッジ部の発生を抑制する形状で逆フィレット部形状の形成型４１が配置されている。この逆フィレット部形状の形成型４１によって、隣接するＩＣ３１・３２間にもフィレット部３６が形成されている。図示例において、逆フィレット部形状の形成型４１は、上面が低い方のＩＣ３２に重なって上面が高い方のＩＣ３１と一様な上面となる平板部４２を一体に有している。

なお、逆フィレット部形状の形成型４１は、隣接するＩＣ３１・３２間の応力を緩和する弾性を具備するとともに、アンダーフィル材３５の熱硬化温度でも形状を維持できる耐熱性を具備するもので、例えばシリコンゴム等のゴム材料や樹脂材料等の弾性部材により形成されている。また、隣接するＩＣ３１・３２から発生するノイズが回路性能に悪影響を与えるノイズ対策として、逆フィレット部形状の形成型４１の弾性部材にフェライトを混入しておくことが望ましい。

図４は電子部品の電気的接続工程及び接着工程を示したフローチャートである。
図示のように、先ず、電気的接続工程は、基板３０をマウンタにマウントするマウントステップＳ１、その基板３０上に半田ペーストを印刷する印刷ステップＳ２、その基板３０上に隣接するＩＣ３１・３２を含む電子部品を搭載する部品搭載ステップＳ３、こうして電子部品を搭載した基板３０をリフロー処理するリフローステップＳ４の順で行われる。

そして、次の信頼性向上のための接着工程は、基板３０上の隣接するＩＣ３１・３２を含む電子部品の周囲にディスペンサによるアンダーフィル材３５を塗布する接着材塗布ステップＳ５、その隣接するＩＣ３１・３２間に逆フィレット部形状の形成型４１を載置する型載置ステップＳ６、アンダーフィル材３５を熱硬化処理する硬化ステップＳ７、隣接するＩＣ３１・３２間から逆フィレット部形状の形成型４１を取り外す離型ステップＳ８の順で行われる。

ここで、型載置ステップＳ６において、必要に応じ、隣接するＩＣ３１・３２間に形成される所望のフィレット部形状を安定的に規定するための加圧ステップが含まれる（実施形態４の図８参照）。
また、型載置ステップＳ６は、必要に応じ、逆フィレット部形状の形成型４１の平板部４２を隣接するＩＣ３１・３２の少なくとも一方の上面に接着する接着ステップが含まれる（実施形態１の図３、実施形態２の図６、実施形態３の図７参照）。

なお、接着材塗布ステップＳ５、型載置ステップＳ６の順序を基本とするが、逆でも良い。
また、硬化ステップＳ７において、熱硬化としたが、紫外線硬化等の光硬化でも良い。
また、離型ステップＳ８は必要に応じて行われる（実施形態６の図１０参照）。

以上、実施形態１によれば、逆フィレット部形状の形成型４１により、隣接するＩＣ３１・３２間のアンダーフィル材３５の形状を所望のフィレット部形状にさせることができる。

図５は本発明による隣接する電子部品間にブリッジ部なし品と比較例のブリッジ部あり品との歪測定結果例を示した荷重‐歪線図である。
すなわち、例えば図１２に示したような基板１２０上に隣接するＩＣ１２１・１２２間にアンダーフィル材１２５が表面張力で繋がって硬化したブリッジ部１２７があるものでは、ブリッジ部１２７で基板剛性が上がるので、図５に示すように、歪は小さくなる。しかし、例えば図１３に示したような基板１２０に荷重がかかってブリッジ部１２７にクラック１２８が入ると、図５に示したように、急激に歪が増えて、ＢＧＡ１２３・１２４の許容歪を超え破損に至る。

これに対し、実施形態１の隣接するＩＣ３１・３２間のアンダーフィル材３５の形状を逆フィレット部形状の形成型４１で所望のフィレット部形状にさせたブリッジ部なし品は、図５に示したように、クラックの発生がない。
このように、隣接するＩＣ３１・３２間にブリッジ部が形成されないので、その隣接するＩＣ３１・３２の接続信頼性を向上させることができる。

従って、携帯電話において、隣接するＩＣ３１・３２を含む電子部品を搭載したメイン回路基板６の信頼性を向上させることができる。

また、型載置ステップＳ６に含まれる接着ステップにおいて、逆フィレット部形状の形成型４１の平板部４２を一方のＩＣ３２の上面に接着することにより、逆フィレット部形状の形成型４１の浮きが防げるので、確実に所望のフィレット部形状を形成することができる。

また、接着材塗布ステップＳ５において、アンダーフィル材３５を用いることで、隣接するＩＣ３１・３２のＢＧＡ３３・３４に好適に適用することができる。

また、逆フィレット部形状の形成型４１を、隣接するＩＣ３１・３２間の応力を緩和する弾性部材により形成したことで、逆フィレット部形状の形成型４１を残した場合、隣接するＩＣ３１・３２間の応力を緩和でき、接続信頼性を向上させることができる。

また、逆フィレット部形状の形成型４１のフェライト混入により隣接するＩＣ３１・３２のノイズ低減を兼ねるので、ノイズ低減用の別部品を設ける場合と比較して、コストを低減することができる。

（実施形態２）
図６は本発明により基板上に隣接する電子部品を接着した実施形態２を示すもので、前述した実施形態１の図３と同様、３０は基板、３１・３２は隣接するＩＣ、３３・３４はＢＧＡ、３５はアンダーフィル材、３６はフィレット部、４１は逆フィレット部形状の形成型、４２は平板部であって、４３はスリットである。

実施形態２では、図示のように、前述した実施形態１の図３と同様の構成において、その逆フィレット形状部（逆フィレット部形状の部分）に、上面に開放されて隣接するＩＣ３１・３２間の応力を緩和するために弾性を具備させるためのスリット４３を形成する。

以上、実施形態２によれば、前述した実施形態１による作用効果の他、次の作用効果が得られる。
すなわち、形成型４１の逆フィレット形状部に応力を緩和するためのスリット４３を形成したことで、逆フィレット部形状の形成型４１を残した場合、形成型４１の逆フィレット形状部がスリット４３の存在により弾性を具備するため、隣接するＩＣ３１・３２間の応力を緩和でき、接続信頼性を向上させることができる。

ここで、隣接するＩＣ３１・３２と前記第１の筐体１との間に緩衝材を入れる場合は、隣接するＩＣ３１・３２の上面に、緩衝材を兼ねるフェライト入りのシートを貼っておくことで、隣接するＩＣ３１・３２に対する緩衝とノイズ低減が行える。

（実施形態３）
図７は本発明により基板上に隣接する電子部品を接着した実施形態３を示すもので、前述した実施形態１の図３と同様、３０は基板、３１・３２は隣接するＩＣ、３３・３４はＢＧＡ、３５はアンダーフィル材、３６はフィレット部、４１は逆フィレット部形状の形成型、４２は平板部である。

実施形態３では、図示のように、隣接するＩＣ３１・３２の高さが同じ場合において、その隣接するＩＣ３１・３２を跨ぐように平板部４２を逆フィレット形状部の両側に設けた形成型４１を用いる。

以上、実施形態３によれば、前述した実施形態１による作用効果の他、次の作用効果が得られる。
すなわち、型載置ステップＳ６に含まれる接着ステップにおいて、逆フィレット部形状の形成型４１の平板部４２を隣接する両方のＩＣ３１・３２の上面に接着することにより、逆フィレット部形状の形成型４１の浮きが防げるので、確実に所望のフィレット部形状を形成することができる。

（実施形態４）
図８は本発明により基板上に隣接する電子部品を接着した実施形態４を示すもので、前述した実施形態１の図３と同様、３０は基板、３１・３２は隣接するＩＣ、３３・３４はＢＧＡ、３５はアンダーフィル材、３６はフィレット部、４１は逆フィレット部形状の形成型であって、４５は冶具である。

実施形態４では、図示のように、平板部のない逆フィレット形状部のみの形成型４１を用い、この逆フィレット形状部のみの形成型４１を冶具４５で上方から加圧する。

以上、実施形態４によれば、前述した実施形態１による作用効果の他、次の作用効果が得られる。
すなわち、型載置ステップＳ６に含まれる加圧ステップにおいて、逆フィレット部形状のみの形成型４１を冶具４５で加圧することにより、隣接するＩＣ３１・３２間のアンダーフィル材３５を確実に押し出せるので、確実に所望のフィレット部形状を形成することができる。

（実施形態５）
図９は本発明により基板上に隣接する電子部品を接着した実施形態５を示すもので、前述した実施形態１の図３と同様、３０は基板、３１・３２は隣接するＩＣ、３３・３４はＢＧＡ、３５はアンダーフィル材、３６はフィレット部、４１は逆フィレット部形状の形成型であって、４３はスリットである。

実施形態５では、図示のように、平板部のない逆フィレット部形状のみの形成型４１を、前述した実施形態２と同様、前述した実施形態１の弾性部材とは異なる樹脂材料で形成して、その逆フィレット形状部に、上面に開放されて隣接するＩＣ３１・３２間の応力を緩和するために弾性を具備させるためのスリット４３を形成する。

以上、実施形態５によれば、前述した実施形態２と同様、次の作用効果が得られる。
すなわち、形成型４１の逆フィレット形状部に応力を緩和するためのスリット４３を形成したことで、逆フィレット部形状の形成型４１を残した場合、形成型４１の逆フィレット形状部がスリット４３の存在により弾性を具備するため、隣接するＩＣ３１・３２間の応力を緩和でき、接続信頼性を向上させることができる。

ここで、隣接するＩＣ３１・３２と前記第１の筐体１との間に緩衝材を入れる場合は、隣接するＩＣ３１・３２の上面に、前述した実施形態２と同様に、緩衝材を兼ねるフェライト入りのシートを貼っておくことで、隣接するＩＣ３１・３２に対する緩衝とノイズ低減が行える。

（実施形態６）
図１０は本発明により基板上に隣接する電子部品を接着した実施形態６を示すもので、前述した実施形態１の図３と同様、３０は基板、３１・３２は隣接するＩＣ、３３・３４はＢＧＡ、３５はアンダーフィル材、３６はフィレット部である。

実施形態６では、図示のように、前述した実施形態１の隣接するＩＣ３１・３２間から逆フィレット部形状の形成型４１を取り外す。

図１１は図１０の隣接する電子部品を上方から示したもので、隣接するＩＣ３１・３２の四周には、その間も含めて所定のフィレット部３６がそれぞれ形成される。

以上、実施形態６によれば、前述した実施形態１による作用効果とは異なる点として、次の作用効果が得られる。
すなわち、図４の離型ステップＳ８において、隣接するＩＣ３１・３２間から逆フィレット部形状の形成型４１を取り外すので、逆フィレット部形状の形成型４１として、テフロン（登録商標）等の堅い型を用いることができ、従って、その型を繰り返し使うことができる。

（変形例）
なお、以上の実施形態においては、携帯電話としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ＰＤＡ、ノートパソコン、ウェアラブルパソコン、電卓、電子辞書などの電子機器すべてに用いることができる。
また、実施形態では、ＩＣのＢＧＡ実装でのアンダーフィル材の塗布による接着としたが、ＩＣ、ＢＧＡ、アンダーフィル材に限らず、他の電子部品を含む任意の接着材による接着であっても良い。
さらに、スリットの形状等も任意であり、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

本発明を適用した電子機器の一実施形態の構成を示すもので、携帯電話を開いた使用状態を示した正面図（ａ）と側面図（ｂ）である。 図１の携帯電話を折り畳んだ状態として内部の基板接続構成例を示した側面図である。 本発明により基板上に隣接する電子部品を接着した実施形態１を示す断面図である。 図３の電子部品の電気的接続工程及び接着工程を示したフローチャートである。 本発明による隣接する電子部品間にブリッジ部なし品と比較例のブリッジ部あり品との歪測定結果例を示した荷重‐歪線図である。 本発明により基板上に隣接する電子部品を接着した実施形態２を示す断面図である。 本発明により基板上に隣接する電子部品を接着した実施形態３を示す断面図である。 本発明により基板上に隣接する電子部品を接着した実施形態４を示す断面図である。 本発明により基板上に隣接する電子部品を接着した実施形態５を示す断面図である。 本発明により基板上に隣接する電子部品を接着した実施形態６を示す断面図である。 図１０の隣接する電子部品を上方から示した平面図である。 一例として基板上に隣接する電子部品間にブリッジ部が発生した場合を示した断面図である。 図１２の基板に荷重がかかってブリッジ部にクラックが発生した場合を示した図である。

符号の説明

１・２ 筐体
６・７ 回路基板
３０ 基板
３１・３２ 隣接する電子部品
３３・３４ ＢＧＡ
３５ アンダーフィル材（接着材）
３６ フィレット部
４１ 逆フィレット部形状の形成型
４２ 平板部
４３ スリット
４５ 冶具
１２７ ブリッジ部
１２８ クラック

Claims (11)

1. 基板と、当該基板に電気的に接続された隣接する電子部品との接続信頼性を向上させる電子部品の接着方法であって、
   前記隣接する電子部品の周囲に接着材を塗布する接着材塗布ステップと、
   当該接着材塗布ステップによって前記隣接する電子部品間に塗布された接着材の上から前記接着材の形状を所望のフィレット部形状に規定するための逆フィレット部形状の形成型を載置する型載置ステップと、
   当該型載置ステップによって逆フィレット部形状の形成型が載置された状態で前記接着材を硬化させる硬化ステップと、
   を含むことを特徴とする電子部品の接着方法。
2. 前記逆フィレット部形状の形成型は、前記隣接する電子部品間に形成されるブリッジ部の発生を抑制する形状であることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の接着方法。
3. 前記型載置ステップは、前記隣接する電子部品間に形成される所望のフィレット部形状を安定的に規定するための加圧ステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の電子部品の接着方法。
4. 前記型載置ステップは、前記逆フィレット部形状の形成型を前記隣接する電子部品の少なくとも一方の上面に接着する接着ステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の電子部品の接着方法。
5. 前記接着材は、前記基板と前記電子部品と隙間に入り込むアンダーフィル材であることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の接着方法。
6. 前記逆フィレット部形状の形成型は、前記隣接する電子部品間の応力を緩和する弾性部材により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の接着方法。
7. 前記逆フィレット部形状の形成型には、前記隣接する電子部品間の応力を緩和するためのスリットが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の接着方法。
8. 前記逆フィレット部形状の形成型にはフェライトが混入されていることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の接着方法。
9. 前記型載置ステップによって載置された前記逆フィレット部形状の形成型を前記硬化ステップ後に離型させる離型ステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の電子部品の接着方法。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の電子部品の接着方法によって接着された隣接する電子部品を備えることを特徴とする回路基板。
11. 請求項１０に記載の回路基板を備えることを特徴とする電子機器。

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