JP2010177470A - 電子機器及び回路基板 - Google Patents

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Abstract

【課題】製品の信頼性を向上させる。
【解決手段】筐体20Aと、前記筐体20Aに収容された回路基板201と、半田ボール210が設けられた一方の面202bと、この一方の面202bとは反対側の他方の面202aとを有し、前記半田ボール210を介して前記回路基板210に電気的に接続された半導体パッケージ202と、撥水性を有するとともに、前記半導体パッケージ202の実装領域を露出させて前記回路基板210に塗布された保護膜307と、前記半導体パッケージ202と当該半導体パッケージの実装領域との間に充填されたことで、前記回路基板201と前記半導体パッケージ202とに接合した接合部材204と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】 図4

Description

本発明は、電子機器及び回路基板に関する。
従来、BGA(Ball Grid Array )部品に於いては、回路基板のBGA接合面とBGA部品の基板接合面とが直接はんだ接合される構造であることから、回路基板の反り、撓み等に対して、はんだ接合面が影響を受け易い。
BGA部品の機械的強度を向上させる技術として、例えば特許文献1では、電子部品を導電性接着剤によって絶縁基板の表面に強固に固定する方法が開示されている。
特開2006−216735号公報
しかしながら、接着部材を用いてBGA等の電子部品を固定する場合、電子部品の実装面と回路基板の部品実装面との間への接着部材の流れ込みや、回路基板の部品実装面から漏れ広がりが生じる可能性がある。従って接着部材を用いる場合、十分な補強強度をもたせる一方で、リワーク性や周辺部品に対する汚染防止等を考慮し、製品の信頼性を向上させる必要がある。
そこで本発明は、製品の信頼性を向上させることができる電子機器及び回路基板を提供することを目的とする。
本発明は、筐体と、前記筐体に収容された回路基板と、半田ボールが設けられた一方の面と、この一方の面とは反対側の他方の面とを有し、前記半田ボールを介して前記回路基板に電気的に接続された半導体パッケージと、撥水性を有するとともに、前記半導体パッケージの実装領域が露出するように前記回路基板に塗布された保護膜と、前記半導体パッケージと当該半導体パッケージの実装領域との間に充填されたことで、前記回路基板と前記半導体パッケージとに接合した接着部材と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明は、回路パターンと、半田ボールが設けられた一方の面と、この一方の面とは反対側の他方の面とを有し、前記半田ボールを介して前記回路パターンに電気的に接続された半導体パッケージと、撥水性を有するとともに、前記半導体パッケージの実装領域を露出させて塗布された保護膜と、前記半導体パッケージと当該半導体パッケージの実装領域との間に充填された接合部材と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、製品の信頼性を向上させることができる。
本実施形態に係るパーソナルコンピュータの外観を示す概略図。 本実施例のプリント基板に実装された電子部品を示した斜視図。 本実施例に係る半導体パッケージを示す断面図。 本実施例に係るモジュール基板を示す断面図。 本実施例に係るモジュール基板の製造工程を示す断面図。 本実施例に係るモジュール基板の製造工程を示す断面図。 本実施例に係るモジュール基板の製造工程を示す断面図。 本実施例に係るモジュール基板の製造工程を示す断面図。 本実施例に係るモジュール基板の製造工程を示す断面図。 本実施形態に係るモジュール基板の製造工程を示す断面図。 本実施例に係るモジュール基板の製造工程を示す断面図。 本実施例に係るモジュール基板の製造工程を示す断面図。 本実施例に係る撥水膜の塗布領域を示す断面図。 本実施例に係る基板接合部材の接合形状を制御した状態を示す図。 本実施例に係る基板接合部材の接合形状を制御した状態を示す図。 本実施例に係るリワーク性を高めた基板接合部材の接合形状を制御した状態を示す図。 本実施例に係るリワーク性を高めた基板接合部材の接合形状を制御した状態を示す図。
以下、図面を参照しながら本発明に係る電子機器及び回路基板を詳細に説明する。
(電子機器の構成)
図1は、本発明の実施の形態に係る電子機器の外観を示す概略図である。図1では、本発明の実施形態の一例としてノートブック型パーソナルコンピュータを開示している。
本実施例のパーソナルコンピュータ100(電子機器)は、表示部10Aと本体部20Aとから構成されている。表示部10Aと本体部20Aとはヒンジ部15により開閉自在に接続されている。本体部20Aは下部筐体20を有す。下部筐体20(筐体)は、CPU(Central Processing Unit)やメモリ等の電子部品を実装したプリント回路基板201(回路基板)であって情報を処理する本体機能部2を収容している。
下部筐体20は、上面20a、底面20b、左側面20e、右側面20f、前面20g、及び背面20hを有している。この下部筐体20には、文字やコマンドを入力するためのキーボード等の文字入力部3と、ポインティングデバイスとしてのトラックパッド4Aと、選択・決定コマンドを入力するための決定スイッチ4Bと、利用者の認証等に用いる指紋読取部5とが収納されている。上面20aには、開口部20A〜Dが開けられている。また、上面20aには、開口部20D周辺に窪部21が形成されている。開口部20Aからは文字入力部3が露出している。開口部20Bからはトラックパッド4Aが露出している。開口部20Cからは決定スイッチ4Bが露出している。開口部20Dからは指紋読取部5が露出している。
表示部10Aは上部筐体10を有する。上部筐体10には文字や画像等を表示する液晶表示パネル等からなる画像表示部1が収容されている。上部筐体10は前面20iを有する。前面20iには開口部20Eが開けられている。開口部20Eからは画像表示部1が露出している。
(回路基板の構成)
次に、図2、図3を参照しながら、本実施例のプリント回路基板201に実装された電子部品202(半導体パッケージ)の構成について説明する。図2は、本実施例のプリント回路基板201に実装された電子部品202を示した斜視図である。図3は、A−A部における断面図である。
尚ここでは、本実施例の電子部品202として、テープBGA(T−BGA)パッケージ(以下、BGAパッケージ202と称する)を例にとって説明する。図中、201はBGAパッケージ202を含む各種の電子部品が搭載されるプリント回路基板、202はプリント板201に実装されたBGAパッケージ、203はBGAパッケージ202の上面202aを覆ったパッケージ保護カバー、204はパッケージ保護カバー203をプリント回路基板201に接合させるための基板接合部材である。
プリント回路基板201は、上面201a、下面201bを有している。上面201a及び下面201bは、回路パターンを有する。上面201a及び下面201bには、回路パターンと電気的に接続する各種電子部品などが実装される。
BGAパッケージ202は、上面202a、下面202b、及び側面202c〜202fを有している。下面202bは、複数の半田ボール210を有している。半田ボール210は、プリント回路基板201と接合することで、このプリント回路基板201の上面201aに形成されたプリント配線とBGAパッケージ202とを電気的に接続させる。具体的に、この図2及び図3に示す実施形態に於いて、半田ボール210は、BGAパッケージ202の下面202bに設けられた外部接合端子部(図示していない)とプリント回路基板201の電極パターンとに溶融により接合することで、プリント回路基板201に実装される。
本実施形態では、プリント回路基板201に実装されたBGAパッケージ202を覆うように、BGAパッケージ202上の定位置にパッケージ保護カバー203が取付けられる。尚、BGAパッケージ202とパッケージ保護カバー203とは部品接合部材205により接合される。パッケージ保護カバー203は、例えば銅、アルミニウム、またはSUSなどの熱伝導性の良い金属プレートから構成される。パッケージ保護カバー203は、BGAパッケージ202の実装面の外縁寸法より大きい外縁寸法を有している。パッケージ保護カバー203は、BGAパッケージ202の上面202aを覆い、プリント回路基板201の熱変形や反りの影響からBGAパッケージ202を保護する。パッケージ保護カバー203は、プリント回路基板201の熱変形や反りの発生に伴うパッケージ下面の外部接合端子部にかかるストレスを緩和するとともに、BGAパッケージ202内の半導体チップ(図示していない)で発生する熱を外部へ放出する機能をもつ。プリント回路基板201上のBGAパッケージ202実装位置を跨ぐ予め定められた位置には、上記パッケージ保護カバー203を取付けるためのカバー取り付け用パターン(図示していない)が形成される。
次に本実施例におけるBGAパッケージ202が実装される回路基板について説明する。図4は、本実施例におけるBGAパッケージ202が実装される回路基板を示す。
図4に示す通り、例えばガラスエポキシ樹脂からなるプリント回路基板201は、表裏面に回路パターン302,303がそれぞれ形成されている。また、プリント回路基板201には、スルーホール304がプリント回路基板201を貫通して形成され、そのスルーホール304の両端開口部周辺のプリント回路基板201の表裏にはランド305,306が形成されている。保護膜である撥水膜307,308は、前記回路パターン302,303を含むプリント回路基板201の表裏面に形成されている。表面側の撥水膜307は、少なくともBGAパッケージ202の実装領域の周辺近傍に位置する部分に被覆される。本実施の形態において撥水膜307は、BGAパッケージ202以外の能動素子および受動素子の部品が実装される回路パターン302の箇所およびランド305の箇所でも開口を形成するように塗布されている。
裏面側の撥水膜308は、ランド306の箇所で開口されている。このように本実施例のプリント回路基板201は、回路パターン302,303、ランド305,306を有するスルーホール304および撥水膜307,308により構成される。
BGAパッケージ202の電極は、前記プリント回路基板201の表面側の撥水膜307の開口(実装領域)から露出した回路パターン202に半田ボール210を介して接続されている。基板接合部材204は、前記実装領域においてプリント回路基板201とBGAパッケージ202の間に介在され、BGAパッケージ202をプリント回路基板201に対して機械的に固定している。受動素子部品(例えばチップ抵抗体)314,315は前記プリント回路基板201の表面側の撥水膜307の開口(実装領域)から露出した回路パターン202にそれぞれ接続されている。
また、本実施例において基板接合部材204は、例えばアンダーフィルなどの液状の接着剤を用いることができる。また、前記受動素子部品としては、チップ抵抗体に限らず、例えばチップコンデンサを用いることができる。
また、本実施例において撥水剤としては、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE)、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)およびポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)で構成されたフッ素樹脂等を用いることができる。
このように本実施例におけるプリント回路基板201では、撥水剤の撥水効果を活用し、水分を含む接着剤の漏れ広がりを防止することができる。従って、本実施例では、撥水剤の塗布領域を制御することで接着剤を浸入させることが好ましくない領域・空間への接着剤の浸入を防止することができる。これにより、例えば、BGAパッケージ202周辺の領域や、プリント回路基板201とBGAパッケージ202の間や、スルーホール内への接着剤の浸入を抑制でき、プリント回路基板201を内蔵した電子機器の信頼性を向上させることができる。
次に、図5乃至図9を参照しながら、図4に示すプリント回路基板201の製造方法を説明する。図5乃至図9は、本実施例のプリント回路基板201の製造方法における各工程を示す図である。
まず、図5に示すように例えばガラスエポキシ樹脂からなるプリント回路基板201の表裏面に銅箔421,422を張り付けた、いわゆる両面銅張り板を用意する。つづいて、図6に示すようにこの両面銅張り板にドリル等により穴423を穿設する。ひきつづき、電気めっき(例えば電気銅めっき)を施すことにより図7に示すように銅箔421,422上に電気銅めっき膜424,425を形成すると共に、穴423の箇所にスルーホール304を形成する。
次いで、図8に示すようにプリント回路基板201表裏面の銅箔421,422、電気銅めっき膜424,425を図示しないレジストパターンをマスクとして選択的にエッチング除去することによりプリント回路基板201表裏面に回路パターン302,303を形成する。つづいて、図9に示すように前記回路パターン302,303を含むプリント回路基板201の表裏面であって、少なくともBGAパッケージ202の実装領域の周辺近傍に位置する領域に撥水膜307を塗布する。本実施例では撥水膜307,308は、電子部品が実装される回路パターン202の箇所およびランド305の箇所で開口されるように形成される。
この撥水膜307,308は、例えば所望のパターンのフィルム状撥水剤をプリント回路基板201の表裏面に接着剤で貼り合わせる方法、または撥水性溶液を印刷技術で塗付し、焼き付ける方法等を採用することができる。
この後、図に示すようにディスペンサ426により基板接合部材204を塗布した上で、前述したプリント回路基板201の表面側の撥水膜307の開口(実装領域)から露出した回路パターン302にBGAパッケージ202の電極を半田ボール210を介して接続する。
この実装領域において前記回路パターン302を有するプリント回路基板201とBGAパッケージ202の間に接合部材形成用樹脂溶液(例えばフィラーを含むエポキシ樹脂溶液)をディスペンスノズルから滴下し、乾燥、硬化することによりプリント回路基板201にBGAパッケージ202を機械的に固定するための基板接合部材204を形成する。また、前記プリント回路基板201の表面側の撥水膜307の開口(実装領域)から露出した回路パターン302に受動素子部品(例えばチップ抵抗体)315,316をそれぞれ実装する。
尚、本実施例の基板接合部材204の塗布方法としては、ディスペンサによる塗布方法に限らず、例えば図10に示す基板接合部材204が塗布される領域が開口した印刷版427の上から液状の基板接合部材204を流し込む方法や、図11に示すBGAパッケージ202の周縁に形成されたスルーホールから流し込む方法、或いは、図12に示すプリント回路基板201における基板接合部材204を塗布させない領域全面に撥水剤を塗った後、当該プリント回路基板201を液状の基板接合部材204の浴槽の中に入れて基板接合部材204を設ける方法等を採用しても良い。
本実施例では、このような工程によりプリント回路基板201にBGAパッケージ202及びその他の電子部品が実装されたモジュール基板を製造する。
次に、図13乃至図17を参照しながら、本実施例における撥水膜の塗布方法について説明する。図13は本実施例における撥水膜307の塗布領域を示した図である。図14乃至図17は、本実施例における撥水膜307の塗布領域を調整することで基板接合部材204の接合形状を制御した状態を示す図である。
図13に示すように、本実施例において撥水膜501は、プリント回路基板201上におけるBGAパッケージ202の実装領域の周辺近傍に位置する部分に被覆される。また、基板接合部材204は、前記実装領域においてプリント回路基板201とBGAパッケージ202の間に介在する。撥水膜501の撥水効果により、基板接合部材204がプリント回路基板201上に漏れ広がることが抑制される。撥水膜502は、スルーホール304周縁、及び当該スルーホール304内部に被覆される。これにより、基板接合部材204がスルーホール304内部に浸入することやスルーホール304を介してプリント回路基板201の裏側に漏れ広がることが抑制される。
撥水膜503は、BGAパッケージ202の実装面に対向するプリント回路基板201上の領域に被覆される。撥水膜504は、BGAパッケージ202の実装面における周縁領域に被覆される。撥水膜503及び撥水膜504により、基板接合部材204がBGAパッケージ202の実装面に対向するプリント回路基板201上の領域とBGAパッケージ202との間に浸入することが抑制される。撥水膜506は、BGAパッケージ202上におけるパッケージ保護カバー203と対向する領域に被覆される。撥水膜507は、パッケージ保護カバー203におけるBGAパッケージ202と対向する領域に被覆される。撥水膜506及び撥水膜507により、基板接合部材204がBGAパッケージ202とパッケージ保護カバー203との間に浸入することが抑制される。
更に、本実施例では撥水膜307の塗布領域を調整することで、熱疲労における耐久性や外部衝撃に対する耐久性、及びリワーク性等の各特性のバランスを図ることができる。例えば、撥水膜501、503、504の塗布領域を図14に示すように設けた場合、基板接合部材204は、角度Aで示される急峻な勾配でBGAパッケージ202側面と接合するとともに、BGAパッケージ202の実装面と対向するプリント回路基板201上の領域とBGAパッケージ202との間に浸入して接合される。図14に示す実施形態では、熱疲労における耐久性及び外部衝撃に対する耐久性が強化される。
また、例えば、撥水膜501、503、504の塗布領域を図15に示すように設けた場合、基板接合部材204は、角度Bで示される緩やかな勾配でBGAパッケージ202側面と接合する。また、図14に示した実施形態と比べ、BGAパッケージ202の実装面と対向するプリント回路基板201上の領域とBGAパッケージ202との間に浸入する基板接合部材204が低減している。図15に示す実施形態では、リワーク性が強化される。
図15及び図16に本実施例におけるリワーク性を向上させた形態の一例を示す。図15は、本実施例におけるリワーク性を向上させた形態の基板上面から見た図である。図15は、本実施例におけるリワーク性を向上させた形態の斜視図である。例えば撥水膜307の塗布領域をプリント回路基板201上やBGAパッケージ202の基板対向面に塗布するだけではなく、BGAパッケージ202の側面等に塗布することで図15及び図16に示す形態を実現することができる。
この実施形態は、BGAパッケージ202と基板接合部材204との接合面積を広げるとともに、プリント回路基板201と基板接合部材204との接合面積を狭めて形成される。具体的には、BGAパッケージ202の側面202c、202d、202e、202fにおけるBGAパッケージ202の角部周縁を除く領域に撥水膜307を塗布する。即ち、BGAパッケージ202の4辺に対し、当該各辺よりも短い領域で撥水膜307を塗布する。これにより、BGAパッケージ202と基板接合部材204とは4箇所のコーナ部に其々接合することが可能となる。撥水膜307の各塗布範囲がBGAパッケージ202の各辺に近づくほど接合強度が下がり、撥水膜307の各塗布範囲がBGAパッケージ202の各辺に比べ短くなるほど接合強度が上がる。
また、プリント回路基板201上における撥水膜307の塗布範囲は、BGAパッケージ202お4箇所のコーナ部に対応した領域を除く領域に設けられる。即ち、BGAパッケージ202お4箇所のコーナ部に対応した4箇所の開口がプリント回路基板201上に形成されるように撥水膜307が塗布される。
これにより、プリント回路基板201と基板接合部材204とは4箇所のコーナ部に其々接合することが可能となる。撥水膜307により形成される開口の面積が低減するほど接合強度が下がり、撥水膜307により形成される開口の面積が増加するほど接合強度が上がる。この実施形態によれば、外部衝撃に対する耐久性の向上とリワーク性の向上との両立を図ることができる。
以上、本実施形態によれば少なくともBGAパッケージ202の実装領域の周辺近傍に位置する領域に撥水膜307を被覆することによって、BGAパッケージ202の電極を回路パターン302に半田ボール210を介して接続し、基板接合部材204でプリント回路基板201にBGAパッケージ202を機械的に固定する際、前記基板接合部材204がBGAパッケージ202の実装領域から周辺部品に漏れ広がること、又はプリント回路基板201とBGAパッケージ202との間に流入することを防止できる。その結果、従来の流れ防止用のダムや溝が不要になり、部品間隔を狭くことができるため、BGAパッケージ202等が高密度実装されたモジュール基板を提供できる。
また、プリント回路基板201を有するBGAパッケージ202を実装したモジュール基板において、BGAパッケージ202の不良により新しい能動素子部品に交換する場合、前記基板接合部材204がプリント回路基板におけるBGAパッケージ202の実装領域から周辺部品に広がるのを防止できるため、周辺部品を損傷することなくBGAパッケージ202を容易に交換することが可能になる。
なお、本実施形態では両面に回路パターンが形成されたプリント回路基板を用いたが、これに限定されない。例えば、片面に回路パターンが形成されたプリント回路基板、内部に内層回路パターンを有する多層プリント回路基板を用いてもよい。
本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に構成要素を適宜組み合わせてもよい。
1…画像表示部
2…本体機能部
3…文字入力部
4A…トラックパッド
4B…決定スイッチ
5…指紋読取部
10A…表示部
10…上部筐体
20A…本体部
20…下部筐体(筐体)
20a…上面
20b…底面
20e…左側面
20f…右側面
20g…前面
20h…背面
20i…前面
201…プリント回路基板
202…BGAパッケージ
203…パッケージ保護カバー
204…基板接合部材
205…部品接合部材
210…半田ボール
202a…上面
202b…底面
202c〜f、302c〜f…側面
307…撥水膜

Claims (10)

  1. 筐体と、
    前記筐体に収容された回路基板と、
    半田ボールが設けられた一方の面と、この一方の面とは反対側の他方の面とを有し、前記半田ボールを介して前記回路基板に電気的に接続された半導体パッケージと、
    撥水性を有するとともに、前記半導体パッケージの実装領域を露出させて前記回路基板に塗布された保護膜と、
    前記半導体パッケージと当該半導体パッケージの実装領域との間に充填されたことで、前記回路基板と前記半導体パッケージとに接合した接合部材と、
    を備えたことを特徴とする電子機器。
  2. 前記保護膜は、前記半導体パッケージの一方の面と対向する前記回路基板の領域に塗布され、当該一方の面と前記回路基板の実装領域との間への接合部材の流入を防止することを特徴とする請求項1記載の電子機器。
  3. 前記保護膜は、前記半導体パッケージの一方の面に塗布され、当該一方の面と前記回路基板の実装領域との間への接合部材の流入を防止することを特徴とする請求項2記載の電子機器。
  4. 前記半導体パッケージの他方の面に熱接続された放熱部材を更に備え、
    前記保護膜は、前記半導体パッケージの前記放熱部材に対向する伝熱面に塗布され、当該伝熱面と前記放熱部材との間への接合部材の流入を防止することを特徴とする請求項3記載の電子機器。
  5. 前記保護膜は、前記放熱部材の前記半導体パッケージに対向する受熱面に塗布され、前記半導体パッケージの伝熱面と前記放熱部材との間への接合部材の流入を防止することを特徴とする請求項4記載の電子機器。
  6. 前記保護膜は、前記回路基板に形成されたスルーホールの周縁に塗布され、当該スルーホールへの接合部材の流入を防止することを特徴とする請求項5記載の電子機器。
  7. 前記接合部材は、前記半導体パッケージの対角2隅部に対応して設けられ、
    前記保護膜は、前記接合部材が設けられた領域の周縁に塗布されるとともに、当該領域からの前記接合部材の流出を防止することを特徴とする請求項1記載の電子機器。
  8. 前記接合部材は、少なくとも一部が前記回路基板と前記半導体パッケージとの間に位置するように前記回路基板上に設けられたことを特徴とする請求項7に記載の電子機器。
  9. 回路パターンと、
    半田ボールが設けられた一方の面と、この一方の面とは反対側の他方の面とを有し、前記半田ボールを介して前記回路パターンに電気的に接続された半導体パッケージと、
    撥水性を有するとともに、前記半導体パッケージの実装領域を露出させて塗布された保護膜と、
    前記半導体パッケージと当該半導体パッケージの実装領域との間に充填された接合部材と、
    を備えたことを特徴とする回路基板。
  10. 前記保護膜は、前記半導体パッケージの一方の面と対向する領域に塗布されたことを特徴とする請求項9記載の回路基板。
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