JP2011166096A - 表面実装デバイス及びプリント基板、並びに、それらを用いた表面実装デバイスの実装構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂補強等の後工程補強を行うことなく、上層の表面実装デバイスと下層の表面実装デバイスとの接続強度を向上させた実装構造体を提供する。
【解決手段】混合ＰＯＰ型のＢＧＡパッケージを、プリント基板に直接実装される第１ＢＧＡパッケージ２１と、第１ＢＧＡパッケージ２１の表面の面内方向に配列・実装された、１段の及び／又は多段に積層された複数の第２ＢＧＡパッケージ２２、２３とにより構成する。上下に隣接する２つのＢＧＡパッケージにおいて、下層のＢＧＡパッケージの、上層のＢＧＡパッケージと対向する側の面に、上層のＢＧＡパッケージが有する複数の半田ボールにそれぞれ対応する複数のパッドを形成し、複数のパッドを、下層のＢＧＡパッケージの、上層のＢＧＡパッケージと対向する側の面に形成された複数の第２凹所の各底部にそれぞれ設ける。
【選択図】図１１

Description

本発明は、整列配置された複数の実装用半田ボールを有するボールグリッドアレイ（ＢＧＡ（Ball Grid Array））パッケージ等の表面実装デバイス、及び、表面実装デバイスを実装するのに好適なプリント基板、並びに、それらを用いた表面実装デバイスの実装構造体に関する。

近年、半導体パッケージとしては、高集積化、高性能化に伴って、クワッドフラットパッケージ（ＱＦＰ（Quad Flat Package））に代表されるリード接続型の半導体パッケージやＢＧＡパッケージ等が用いられるようになってきた。ＢＧＡパッケージは、その裏面に格子状に配置された半田ボールによって電気接続用端子が形成されるため、多ピンでありながら小型化が可能であるという長所を有している。

図１５は、従来技術における表面実装デバイスの実装構造体を示す断面図である。

図１５において、４３は表面実装デバイスとしてのＢＧＡパッケージであり、ＢＧＡパッケージ４３は、その裏面に、整列配置された複数の実装用半田ボール４４を有している。また、４５はプリント基板であり、プリント基板４５は、その表面に、複数の実装用半田ボール４４にそれぞれ対応する複数の実装用パッド４６を有している。また、プリント基板４５の表面には、実装用パッド４６が露出するように実装用パッド４６よりも大きい開口部を有するレジスト４７が配置されている。そして、ＢＧＡパッケージ４３は、実装用半田ボール４４の溶融によってプリント基板４５上の実装用パッド４６に接合されることにより、プリント基板４５に実装されている。

ところで、ＢＧＡパッケージ等の表面実装デバイスの実装構造体における電気的接続の信頼性は、実装用半田ボールと実装用パッドとの接続面積とレジストの形状とにより左右される。そこで、従来、表面実装デバイスの実装構造体における電気的接続の信頼性を向上させるために、実装用パッドが埋設され、当該実装用パッドの表面に、実装用半田ボール受け用の湾曲した凹部が形成されたプリント基板が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。また、表面実装デバイスの実装構造体の環境試験時や稼動時の熱ストレスに伴って電気接続用端子群に作用する機械的ストレスを実装用半田ボールの塑性変形によって確実に吸収し、表面実装デバイスの実装構造体における電気的接続の信頼性を向上させるために、ＢＧＡパッケージ等の表面実装デバイスの四隅又はプリント基板における表面実装デバイスの実装部位の四隅のいずれか一方に、加熱によるリフロー処理時に溶融する実装用半田ボールの押し潰れ量を規制するストッパを設けるようにした構成が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

また、最近の携帯電話やノートパソコン、ＰＤＡ（personal digital assistant）等のモバイル機器においては、落下衝撃等に対する信頼性の要求が高くなっている。しかし、ＢＧＡパッケージ等の表面実装デバイスの実装構造体においては、衝撃が直接、半田接合部に伝わるため、リードによる応力緩和機能を有するリード接続型の半導体パッケージの実装構造体と比較して電気的接続の信頼性が劣る。そこで、電気的接続の信頼性を向上させるために様々な補強が行われている。中でも、図１５に示すような、ＢＧＡパッケージ４３とプリント基板４５との間に熱硬化性樹脂４８を注入して補強する、いわゆるアンダーフィル樹脂補強やサイドフィル樹脂補強が行われるケースが多い。尚、図１５中、４９は接着パッドである。

しかし、このようなアンダーフィル樹脂補強やサイドフィル樹脂補強を行うと、実装構造体の生産のリードタイムが長くなると共に、ＢＧＡパッケージ等の表面実装デバイスのリペア作業も困難になる。そして、特に、図１４に示すような複数のＢＧＡパッケージ３９、４０の積層体からなるＰＯＰ（Package on Package）型のＢＧＡパッケージ３６の場合には、プリント基板３５の表面から最上層のＢＧＡパッケージ４０までの距離が大きくなるため、樹脂補強自体が困難になってしまう。すなわち、従来のＰＯＰ型のＢＧＡパッケージの場合には、実装段数が制約されるという問題点がある。尚、図１４において、３７は実装用パッド、３８は実装用半田ボール、４１は半田ボール、４２はパッドであり、３４は実装構造体を示している。

そこで、実装構造体の生産のリードタイムを短縮すると共に、表面実装デバイスのリペア作業を容易にするために、表面実装デバイスの裏面の端子ボール（電気接続用端子）を、プリント基板のメッキ処理された貫通孔（スルーホール）に挿入すると共に、貫通孔内に設けられた突起によって端子ボールを貫通孔の内壁面に押し付けることにより、良好な電気導通を得るようにした実装構造体が提案されている（例えば、特許文献４参照）。この構成において表面実装デバイスのリペア作業が容易になるのは、表面実装デバイスの裏面の端子ボールがプリント基板に半田付け接続されていないからである。

特開２００２−１４１６４６号公報 特開２００３−１３３７１１号公報 特開平９−２９８２５３号公報 特開２００１−１６８２２９号公報

しかし、特許文献１、２で提案されているプリント基板を用いた場合には、実装用半田ボールが全周囲で半田付け接続されていないため、表面実装デバイスとプリント基板との十分な接続強度が得られず、従来と同様の樹脂補強等の２次的な補強手段が必要になる。

また、特許文献３で提案されている表面実装デバイスの実装構造体においても、実装用半田ボールが全周囲で半田付け接続されていないため、表面実装デバイスとプリント基板との十分な接続強度が得られず、従来と同様のサイドフィル樹脂補強等の２次的な補強手段が必要になる。

また、特許文献４で提案されている表面実装デバイスの実装構造体では、表面実装デバイスの裏面の端子ボール（電気接続用端子）がプリント基板に半田付け接続されていないため、耐落下衝撃、複合振動衝撃等に対して、表面実装デバイスとプリント基板との接続強度及び接続信頼性を十分に確保することができないという問題点がある。

本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、樹脂補強等の後工程補強を行うことなく、表面実装デバイスとプリント基板との接続強度、並びに、上層の表面実装デバイスと下層の表面実装デバイスとの接続強度を格段に向上させることができる、表面実装デバイス及びプリント基板、並びに、それらを用いた表面実装デバイスの実装構造体を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明に係るプリント基板の構成は、複数の実装用パッドを有し、表面実装デバイスに整列配置された、前記複数の実装用パッドにそれぞれ対応する複数の実装用半田ボールを介して前記表面実装デバイスが実装されるプリント基板であって、前記複数の実装用パッドが、前記プリント基板の表面に形成された複数の凹所の各底部にそれぞれ設けられていることを特徴とする。

このプリント基板の構成によれば、表面実装デバイスの裏面の実装用半田ボールを、当該プリント基板に埋め込んだ状態で、全周囲で半田付け接続することができるので、樹脂補強等の後工程補強を行うことなく、表面実装デバイスとの接続強度を格段に向上させることが可能となる。また、このように樹脂補強等の後工程補強を行う必要がないので、表面実装デバイスの実装構造体の生産のリードタイムを短縮することが可能になると共に、樹脂補強が行われる場合に比較して表面実装デバイスのリペア作業が容易になる。

前記本発明のプリント基板の構成においては、前記凹所が、前記表面実装デバイスの実装時に前記実装用半田ボールがほぼ埋没する高さを有するのが好ましい。この好ましい例によれば、凹所の高さが実装用半田ボールの厚み程度となるので、従来の表面実装デバイスの実装構造体と比べて全体の厚みがほとんど変わることのない表面実装デバイスの実装構造体を実現することが可能になる。

また、前記本発明のプリント基板の構成においては、前記凹所の内壁面に導電層が設けられているのが好ましい。

また、前記本発明のプリント基板の構成においては、前記複数の実装用パッドを有する第１基板と、前記第１基板に積層された、前記複数の実装用パッドにそれぞれ対応する複数の貫通孔を有する第２基板とを備え、前記第１基板の表面と前記第２基板の前記貫通孔とにより前記凹所が形成されているのが好ましい。この好ましい例によれば、タッピングドリル等による貫通孔の形成と、紫外線硬化型接着剤等による第１基板と第２基板との接着とにより、複数の凹所の各底部にそれぞれ実装用パッドが設けられたプリント基板を簡単に得ることができる。

本発明に係る表面実装デバイスの実装構造体の構成は、複数の実装用パッドを有するプリント基板と、整列配置された、前記複数の実装用パッドにそれぞれ対応する複数の実装用半田ボールを有し、前記複数の実装用半田ボールを介して前記プリント基板に実装された表面実装デバイスとを備えた表面実装デバイスの実装構造体であって、前記複数の実装用パッドが、前記プリント基板の表面に形成された複数の凹所の各底部にそれぞれ設けられていることを特徴とする。

この表面実装デバイスの実装構造体の構成によれば、表面実装デバイスの裏面の実装用半田ボールが、プリント基板に埋め込まれた状態で、全周囲で半田付け接続されるので、樹脂補強等の後工程補強を行うことなく、表面実装デバイスとプリント基板との接続強度を格段に向上させることのできる表面実装デバイスの実装構造体を実現することができる。また、このように樹脂補強等の後工程補強を行う必要がないので、生産のリードタイムを短縮することができると共に、樹脂補強が行われる場合に比較して表面実装デバイスのリペア作業が容易になる。

前記本発明の表面実装デバイスの実装構造体の構成においては、前記凹所が、前記表面実装デバイスの実装時に前記実装用半田ボールがほぼ埋没する高さを有するのが好ましい。この好ましい例によれば、凹所の高さが実装用半田ボールの厚み程度となるので、従来の表面実装デバイスの実装構造体と比べて全体の厚みがほとんど変わることのない表面実装デバイスの実装構造体を実現することができる。

また、前記本発明の表面実装デバイスの実装構造体の構成においては、前記凹所の内壁面に導電層が設けられているのが好ましい。

また、前記本発明の表面実装デバイスの実装構造体の構成においては、前記プリント基板が、前記複数の実装用パッドを有する第１基板と、前記第１基板に積層された、前記複数の実装用パッドにそれぞれ対応する複数の貫通孔を有する第２基板とを備え、前記第１基板の表面と前記第２基板の前記貫通孔とにより前記凹所が形成されているのが好ましい。

また、前記本発明の表面実装デバイスの実装構造体の構成においては、前記表面実装デバイスがボールグリッドアレイパッケージであるのが好ましい。

本発明に係る表面実装デバイスの第１の構成は、整列配置された複数の実装用半田ボールを有し、前記複数の実装用半田ボールにそれぞれ対応する複数の実装用パッドを有するプリント基板に前記複数の実装用半田ボールを介して実装される表面実装デバイスであって、前記表面実装デバイスは、複数の表面実装デバイスの積層体からなり、上下に隣接する２つの表面実装デバイスにおいて、下層の表面実装デバイスの、上層の表面実装デバイスと対向する側の面に、前記上層の表面実装デバイスが有する複数の半田ボールにそれぞれ対応する複数のパッドが形成され、前記複数のパッドが、前記下層の表面実装デバイスの、前記上層の表面実装デバイスと対向する側の面に形成された複数の第２凹所の各底部にそれぞれ設けられていることを特徴とする。

この表面実装デバイスの第１の構成によれば、上下に隣接する２つの表面実装デバイスにおいて、上層の表面実装デバイスの裏面の半田ボールが、下層の表面実装デバイスに埋め込まれた状態で、全周囲で半田付け接続されるので、プリント基板への実装後に樹脂補強等の後工程補強を行うことなく、上層の表面実装デバイスと下層の表面実装デバイスとの接続強度を格段に向上させることのできるＰＯＰ型の表面実装デバイスを実現することができる。また、このようにＰＯＰ型の表面実装デバイスの接続強度を確保するための樹脂補強等の後工程補強を行う必要がないので、当該表面実装デバイスを用いた実装構造体の生産のリードタイムを短縮することが可能になると共に、樹脂補強が行われる場合に比較して各表面実装デバイスのリペア作業が容易になる。

本発明に係る表面実装デバイスの第２の構成は、整列配置された複数の実装用半田ボールを有し、前記複数の実装用半田ボールにそれぞれ対応する複数の実装用パッドを有するプリント基板に前記複数の実装用半田ボールを介して実装される表面実装デバイスであって、前記表面実装デバイスは、前記プリント基板に直接実装される第１表面実装デバイスと、前記第１表面実装デバイスの表面の面内方向に配列・実装された、１段の及び／又は多段に積層された複数種類の第２表面実装デバイスとからなり、上下に隣接する２つの表面実装デバイスにおいて、下層の表面実装デバイスの、上層の表面実装デバイスと対向する側の面に、前記上層の表面実装デバイスが有する複数の半田ボールにそれぞれ対応する複数のパッドが形成され、前記複数のパッドが、前記下層の表面実装デバイスの、前記上層の表面実装デバイスと対向する側の面に形成された複数の第２凹所の各底部にそれぞれ設けられていることを特徴とする。

この表面実装デバイスの第２の構成によれば、上下に隣接する２つの表面実装デバイスにおいて、上層の表面実装デバイスの裏面の半田ボールが、下層の表面実装デバイスに埋め込まれた状態で、全周囲で半田付け接続されるので、プリント基板への実装後に樹脂補強等の後工程補強を行うことなく、上層の表面実装デバイスと下層の表面実装デバイスとの接続強度を格段に向上させることのできる、例えば、３段積みと２段積みの混合ＰＯＰ型の表面実装デバイスを実現することができる。また、このように、混合ＰＯＰ型の表面実装デバイスの接続強度を確保するための樹脂補強等の後工程補強を行う必要がないので、当該混合ＰＯＰ型の表面実装デバイスを用いた実装構造体の生産のリードタイムを短縮することが可能になると共に、樹脂補強が行われる場合に比較して各表面実装デバイスのリペア作業が容易になる。

前記本発明の表面実装デバイスの第１又は第２の構成においては、前記第２凹所が、前記上層の表面実装デバイスの前記下層の表面実装デバイスへの積層時に前記半田ボールがほぼ埋没する高さを有するのが好ましい。この好ましい例によれば、第２凹所の高さが半田ボールの厚み程度となるので、従来の（混合）ＰＯＰ型の表面実装デバイスと比べて全体の厚みがほとんど変わることのない（混合）ＰＯＰ型の表面実装デバイスを実現することができる。

また、前記本発明の表面実装デバイスの第１又は第２の構成においては、前記第２凹所の内壁面に導電層が設けられているのが好ましい。

また、前記本発明の表面実装デバイスの実装構造体の構成においては、前記表面実装デバイスとして、前記本発明の表面実装デバイスの第１又は第２の構成を用いるのが好ましい。

本発明によれば、樹脂補強等の後工程補強を行うことなく、表面実装デバイスとプリント基板との接続強度、並びに、上層の表面実装デバイスと下層の表面実装デバイスとの接続強度を格段に向上させることができる。

本発明の実施の形態１における表面実装デバイスの実装構造体の実装前の状態を示す断面図 本発明の実施の形態１における表面実装デバイスの実装構造体の実装後の状態を示す断面図 （ａ）は、本発明の実施の形態１における表面実装デバイスの実装構造体に用いられる他のプリント基板を構成する第１基板と第２基板を示す分解断面図、（ｂ）は、本発明の実施の形態１における表面実装デバイスの実装構造体に用いられる他のプリント基板を示す断面図 本発明の実施の形態２のＰＯＰ型の表面実装デバイスの積層前の状態を示す断面図 本発明の実施の形態２のＰＯＰ型の表面実装デバイスの積層後の状態を示す断面図 本発明の実施の形態２のＰＯＰ型の表面実装デバイスの実装構造体を示す断面図 本発明の実施の形態２における表面実装デバイスの実装構造体に補強対策を施した状態を示す断面図 本発明の実施の形態２における表面実装デバイスの実装構造体に放熱対策を施した状態を示す断面図 本発明の実施の形態２における表面実装デバイスの実装構造体に補強対策と放熱対策を同時に施した状態を示す断面図 本発明の実施の形態３の混合ＰＯＰ型の表面実装デバイスの積層後の状態を示す平面図 本発明の実施の形態３の混合ＰＯＰ型の表面実装デバイスの積層前の状態を示す断面図 本発明の実施の形態３の混合ＰＯＰ型の表面実装デバイスの積層後の状態を示す断面図 本発明の実施の形態３の混合ＰＯＰ型の表面実装デバイスの実装構造体を示す断面図 従来のＰＯＰ型の表面実装デバイスの実装構造体を示す断面図 従来技術における表面実装デバイスの実装構造体を示す断面図

以下、実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。

［実施の形態１］
本実施の形態においては、プリント基板に特徴を有する、表面実装デバイスの実装構造体について説明する。

（表面実装デバイスの実装構造体）
図１は、本発明の実施の形態１における表面実装デバイスの実装構造体の実装前の状態を示す断面図、図２は、本発明の実施の形態１における表面実装デバイスの実装構造体の実装後の状態を示す断面図である。

図１、図２に示すように、本実施の形態の表面実装デバイスの実装構造体（以下、単に「実装構造体」ともいう）１は、単層のプリント基板２と、プリント基板２に実装された表面実装デバイスとしてのＢＧＡパッケージ３とを備えている。

プリント基板２は、複数の実装用パッド４を有している。ＢＧＡパッケージ３は、その裏面に、整列配置された、複数の実装用パッド４にそれぞれ対応する複数の実装用半田ボール５を有している。

本実施の形態において、複数の実装用パッド４は、プリント基板２の表面に形成された複数の凹所６の各底部にそれぞれ設けられている。ここで、凹所６の内壁面には、例えば銅メッキ処理を施すことにより、導電層（図示せず）が設けられている。

そして、図２に示すように、ＢＧＡパッケージ３は、その裏面の複数の実装用半田ボール５がプリント基板２の表面の複数の凹所６のそれぞれに挿入され、実装用半田ボール５の溶融によって実装用パッド４及び導電層に接合されることにより、プリント基板２に実装されている。尚、図２においては、便宜上、実装用半田ボール５と凹所６の内壁面との間にスペースが生じているように描かれているが、実際には、実装用半田ボール５が溶融するため、実装用半田ボール５と凹所６の内壁面との間にスペースが生じることはほとんどない。

以上のような構成の実装構造体１によれば、ＢＧＡパッケージ３の裏面の実装用半田ボール５が、プリント基板２に埋め込まれた状態で、全周囲で半田付け接続されるので、樹脂補強等の後工程補強を行うことなく、ＢＧＡパッケージ３とプリント基板２との接続強度を格段に向上させることのできる実装構造体を実現することができる。また、このように樹脂補強等の後工程補強を行う必要がないので、生産のリードタイムを短縮することができると共に、樹脂補強が行われる場合に比較してＢＧＡパッケージ３のリペア作業が容易になる。

本実施の形態の実装構造体１において、凹所６は、ＢＧＡパッケージ３の実装時に実装用半田ボール５がほぼ埋没する高さを有するのが好ましい。この好ましい例によれば、凹所６の高さが実装用半田ボール５の厚み程度となるので、従来の表面実装デバイスの実装構造体と比べて全体の厚みがほとんど変わることのない表面実装デバイスの実装構造体を実現することができる。

（表面実装デバイスの実装構造体の製造方法）
次に、本実施の形態の表面実装デバイスの実装構造体の製造方法について、図１、図２を参照しながら説明する。

まず、その表面に形成された複数の凹所６の各底部にそれぞれ実装用パッド４が設けられたプリント基板２を準備する。ここで、凹所６は、フォトレジストをマスクとして用いたリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）等により形成され、実装用パッド４は、真空蒸着法、スクリーン印刷法等により形成される。

次に、実装用パッド４にクリーム半田又はフラックス（図示せず）を塗布する。

次に、クリーム半田上又はフラックスが塗布された実装用パッド４上に実装用半田ボール５を介して表面実装デバイスとしてのＢＧＡパッケージ３を載置する。

尚、ＢＧＡパッケージ３を載置する際には、ＢＧＡパッケージ３の実装用半田ボール５にクリーム半田の転写又はフラックスの転写を行うことも適用でき、この転写は実装用パッド４にクリーム半田又はフラックスを塗布する工程と同等の工程として行ってもよい。

最後に、加熱によるリフロー処理により、プリント基板２を、クリーム半田が溶ける温度まで加熱する。これにより、ＢＧＡパッケージ３は、実装用半田ボール５、クリーム半田の溶融によって実装用パッド４及び導電層に接合され、プリント基板２に実装される。

尚、本実施の形態においては、単層のプリント基板２が用いられているが、プリント基板としては、バイアホール等を有する多層基板を用いてもよい。

また、表面実装デバイスとしては、実施の形態２で後述する従来及び本発明のＰＯＰ型の表面実装デバイスを用いてもよい。

また、本実施の形態においては、プリント基板２に直接、凹所６が形成されているが、図３に示すような構成によって凹所を形成するようにしてもよい。

図３（ａ）は、本発明の実施の形態１における表面実装デバイスの実装構造体に用いられる他のプリント基板を構成する第１基板と第２基板を示す分解断面図、図３（ｂ）は、本発明の実施の形態１における表面実装デバイスの実装構造体に用いられる他のプリント基板を示す断面図である。

図３（ａ）に示すように、本実施の形態における他のプリント基板７は、単層の第１基板８と、第１基板８に積層される単層の第２基板９とを備えている。第１基板８は、その表面に、ＢＧＡパッケージ３の複数の実装用半田ボール５（図１、図２参照）にそれぞれ対応する複数の実装用パッド１０を有している。また、第２基板９は、複数の実装用パッド１０にそれぞれ対応する複数の貫通孔１１を有している。ここで、貫通孔１１の内壁面には、例えば銅メッキ処理を施すことにより、導電層（図示せず）が設けられている。そして、図３（ｂ）に示すように、第１基板８と第２基板９は、例えば紫外線硬化型接着剤等を用いて接着され、第１基板８の表面と第２基板９の貫通孔１１とにより、図１、図２に示す凹所６と同様の、内壁面に導電層が設けられた凹所１２が形成されている。

以上のような構成によれば、タッピングドリル等による貫通孔１１の形成と、紫外線硬化型接着剤等による第１基板８と第２基板９との接着とにより、複数の凹所１２の各底部にそれぞれ実装用パッド１０が設けられたプリント基板７を簡単に得ることができる。

そして、このプリント基板７を用いることにより、上記と同様の効果を奏する表面実装デバイスの実装構造体を実現することができる。

このプリント基板７においても、凹所１２は、ＢＧＡパッケージ等の表面実装デバイスの実装時に実装用半田ボール５（図１、図２参照）がほぼ埋没する高さを有するのが好ましい。

また、図３に示す構成においては、単層の第１基板８と単層の第２基板９とが用いられているが、第１及び第２基板８、９としては多層基板を用いてもよい。

［実施の形態２］
図１４に示すような従来のＰＯＰ型のＢＧＡパッケージ３６（表面実装デバイス）では、半田ボール４１が全周囲で半田付け接続されていないため、上層のＢＧＡパッケージ４０と下層のＢＧＡパッケージ３９との十分な接続強度が得られず、プリント基板３５への実装後に樹脂補強等の２次的な補強手段が必要になる。その結果、ＰＯＰ型のＢＧＡパッケージ３６を用いた実装構造体の生産のリードタイムが長くなると共に、各ＢＧＡパッケージ３９、４０のリペア作業が困難になる。特に、３つ以上のＢＧＡパッケージの積層体からなるＰＯＰ型のＢＧＡパッケージの場合には、プリント基板３５の表面から最上層のＢＧＡパッケージまでの距離が大きくなるため、樹脂補強自体が困難になってしまう。

本実施の形態においては、従来のＰＯＰ型の表面実装デバイスが有する上記のような課題を解決することのできる、積層構造に特徴を有するＰＯＰ型の表面実装デバイスについて説明する。

図４は、本発明の実施の形態２のＰＯＰ型の表面実装デバイスの積層前の状態を示す断面図、図５は、本発明の実施の形態２のＰＯＰ型の表面実装デバイスの積層後の状態を示す断面図である。

図４、図５に示すように、本実施の形態のＰＯＰ型の表面実装デバイスとしてのＢＧＡパッケージ１３は、下層のＢＧＡパッケージ１４と、下層のＢＧＡパッケージ１４に積層される上層のＢＧＡパッケージ１５との積層体からなっている。下層のＢＧＡパッケージ１４は、例えばＣＰＵであり、上層のＢＧＡパッケージ１５は、例えばメモリである。

下層のＢＧＡパッケージ１４は、その裏面に、整列配置された複数の実装用半田ボール１６を有している。また、下層のＢＧＡパッケージ１４は、その表面（上層のＢＧＡパッケージ１５と対向する側の面）に、上層のＢＧＡパッケージ１５が有する複数の半田ボール１７にそれぞれ対応する複数のパッド１８を有している。

本実施の形態において、複数のパッド１８は、下層のＢＧＡパッケージ１４の表面に形成された複数の第２凹所１９の各底部にそれぞれ設けられている。ここで、第２凹所１９の内壁面には、例えば銅メッキ処理を施すことにより、導電層（図示せず）が設けられている。

そして、図５に示すように、上層のＢＧＡパッケージ１５は、その裏面の複数の半田ボール１７が下層のＢＧＡパッケージ１４の表面の複数の第２凹所１９のそれぞれに挿入され、半田ボール１７の溶融によってパッド１８及び導電層に接合されることにより、下層のＢＧＡパッケージ１４に積層されている。

以上のような構成のＰＯＰ型のＢＧＡパッケージ１３によれば、上層のＢＧＡパッケージ１５の裏面の半田ボール１７が、下層のＢＧＡパッケージ１４に埋め込まれた状態で、全周囲で半田付け接続されるので、プリント基板への実装後に樹脂補強等の後工程補強を行うことなく、上層のＢＧＡパッケージ１５と下層のＢＧＡパッケージ１４との接続強度を格段に向上させることのできるＰＯＰ型のＢＧＡパッケージを実現することができる。また、このように、本実施の形態のＰＯＰ型の表面実装デバイスとしてのＢＧＡパッケージ１３は、上層のＢＧＡパッケージ１５と下層のＢＧＡパッケージ１４との接続強度を確保するための樹脂補強等の後工程補強を行う必要がないので、従来のＰＯＰ型の表面実装デバイスと異なり、実装段数が制約されることはない。また、このように、本実施の形態のＰＯＰ型の表面実装デバイスとしてのＢＧＡパッケージ１３は、上層のＢＧＡパッケージ１５と下層のＢＧＡパッケージ１４との接続強度を確保するための樹脂補強等の後工程補強を行う必要がないので、当該ＰＯＰ型のＢＧＡパッケージを用いた実装構造体の生産のリードタイムを短縮することが可能になると共に、樹脂補強が行われる場合に比較して各ＢＧＡパッケージ１４、１５のリペア作業が容易になる。

本実施の形態のＰＯＰ型のＢＧＡパッケージ１３において、第２凹所１９は、上層のＢＧＡパッケージ１５の下層のＢＧＡパッケージ１４への積層時に半田ボール１７がほぼ埋没する高さを有するのが好ましい。この好ましい例によれば、第２凹所１９の高さが半田ボール１７の厚み程度となるので、従来のＰＯＰ型の表面実装デバイスと比べて全体の厚みがほとんど変わることのないＰＯＰ型の表面実装デバイスを実現することができる。

本実施の形態のＰＯＰ型のＢＧＡパッケージ１３は、図１４に示す従来のＰＯＰ型の表面実装デバイスの実装構造体に用いられているプリント基板３５に実装してもよいが、樹脂補強等を完全に無くすためには、図６に示すように、上記実施の形態１で示した本発明のプリント基板２又は７に実装するのが好ましい。

尚、本実施の形態においては、下層のＢＧＡパッケージ１４と、下層のＢＧＡパッケージ１４に積層される上層のＢＧＡパッケージ１５との積層体からなるＰＯＰ型のＢＧＡパッケージ１３を例に挙げて説明したが、積層体中のＢＧＡパッケージの数は特に限定されるものではない。３つ以上のＢＧＡパッケージの積層体からなるＰＯＰ型のＢＧＡパッケージの場合には、上下に隣接する２つのＢＧＡパッケージにおいて、下層のＢＧＡパッケージの、上層のＢＧＡパッケージと対向する側の面に、上層のＢＧＡパッケージが有する複数の半田ボールにそれぞれ対応する複数のパッドが形成され、複数のパッドが、下層のＢＧＡパッケージの、上層のＢＧＡパッケージと対向する側の面に形成された複数の第２凹所の各底部にそれぞれ設けられていればよい。

本実施の形態の応用例としては、例えば、メモリ等の多段実装が考えられるが、積層体中のＢＧＡパッケージの数が多くなりすぎると、落下衝撃等に対する信頼性が確保できなくなるおそれがある。また、積層体中のＢＧＡパッケージの数が多くなりすぎると、発生する熱量も大きくなる。このため、補強対策や放熱対策が必要となる。以下、補強対策や放熱対策の具体例について、図７〜図９を参照しながら説明する。図７は、本発明の実施の形態２における表面実装デバイスの実装構造体に補強対策を施した状態を示す断面図、図８は、当該表面実装デバイスの実装構造体に放熱対策を施した状態を示す断面図、図９は、当該表面実装デバイスの実装構造体に補強対策と放熱対策を同時に施した状態を示す断面図である。

（補強対策）
図７に示すＰＯＰ型のＢＧＡパッケージ１３ａは、６段に積層されたＢＧＡパッケージ１４ａ〜１４ｅ、１５ａからなっている。最下層のＢＧＡパッケージ１４ａは、その裏面に、整列配置された複数の実装用半田ボール１６を有している。また、ＢＧＡパッケージ１４ａ〜１４ｅは、その表面（その上に積層されるＢＧＡパッケージと対向する側の面）に、その上に積層されるＢＧＡパッケージが有する複数の半田ボール１７にそれぞれ対応する複数のパッド１８を有している。複数のパッド１８は、ＢＧＡパッケージ１４ａ〜１４ｅのそれぞれの表面に形成された複数の第２凹所１９の各底部にそれぞれ設けられている。ここで、第２凹所１９の内壁面には、例えば銅メッキ処理を施すことにより、導電層（図示せず）が設けられている。

上下に隣接する２つのＢＧＡパッケージにおいて、上層のＢＧＡパッケージは、その裏面の複数の半田ボール１７が下層のＢＧＡパッケージの表面の複数の第２凹所１９のそれぞれに挿入され、半田ボール１７の溶融によってパッド１８及び導電層に接合されることにより、下層のＢＧＡパッケージに積層されている。

そして、このＰＯＰ型のＢＧＡパッケージ１３ａは、上記実施の形態１で示した本発明のプリント基板２に実装されている。

ＰＯＰ型のＢＧＡパッケージ１３ａは、プリント基板２に取付けられた一対の補強部材５０によって補強されている。補強部材５０は、一枚の長方形状の金属板の両端部を互いに逆方向に直角に折り曲げて形成されており、その一端部（下端の折り曲げ部）を、ＰＯＰ型のＢＧＡパッケージ１３ａの周囲に配置された取付用パターン５１上に半田によって固定することにより、プリント基板２に取付けられている。そして、補強部材５０の他端部（上端の折り曲げ部）は、接着材５２によって最上層のＢＧＡパッケージ１５ａの表面に固定されている。

以上により、ＰＯＰ型のＢＧＡパッケージ１３ａに対して補強対策が施され、落下衝撃等に対する信頼性が確保される。

（放熱対策）
図８に示すＰＯＰ型のＢＧＡパッケージ１３ａは、図７に示すものと同じである。従って、同じ構成部材については同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図８に示すように、最上層のＢＧＡパッケージ１５ａの表面には、シリコーングリスである放熱グリス５３を介してシリコーンゴムによって構成された放熱シート５４が取り付けられている。これにより、ＢＧＡパッケージ１３ａで発生した熱は、放熱グリス５３によって放熱シート５４へ放熱される。

以上により、ＰＯＰ型のＢＧＡパッケージ１３ａに対して放熱対策が施され、熱的信頼性が確保される。

（補強対策／放熱対策）
図９に示すＰＯＰ型のＢＧＡパッケージ１３ａには、図７に示した補強対策と図８に示した放熱対策が同時に施されている。尚、図９に示すＰＯＰ型のＢＧＡパッケージ１３ａは、図７に示すものと同じであり、従って、同じ構成部材については同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

ここでは、接着材５２として熱伝導性樹脂が用いられている。これにより、ＢＧＡパッケージ１３ａで発生した熱は、放熱グリス５３によって放熱シート５４へ放熱されると共に、接着材５２としての熱伝導樹脂、及び、金属板からなる補強部材５０、取付用パターン５１を経由してプリント基板２のパターンに放熱される。従って、図９に示すように構成することにより、落下衝撃等に対する信頼性が確保されると共に、熱的信頼性が格段に向上する。

［実施の形態３］
本実施の形態においては、積層構造に特徴を有する混合ＰＯＰ型の表面実装デバイスについて説明する。

図１０は、本発明の実施の形態３の混合ＰＯＰ型の表面実装デバイスの積層後の状態を示す平面図、図１１は、本発明の実施の形態３の混合ＰＯＰ型の表面実装デバイスの積層前の状態を示す断面図、図１２は、本発明の実施の形態３の混合ＰＯＰ型の表面実装デバイスの積層後の状態を示す断面図である。

図１０〜図１２に示すように、本実施の形態の混合ＰＯＰ型の表面実装デバイスとしてのＢＧＡパッケージ２０は、プリント基板に直接実装される第１表面実装デバイスとしての第１ＢＧＡパッケージ２１と、第１ＢＧＡパッケージ２１の表面の面内方向に配列・実装された、複数種類の第２表面実装デバイスとしての第２ＢＧＡパッケージ２２、２３とからなっている。

第２ＢＧＡパッケージ２２は、第１ＢＧＡパッケージ２１に直接実装された１段のＢＧＡパッケージである。第２ＢＧＡパッケージ２３は、第１ＢＧＡパッケージ２１に直接実装されたＢＧＡパッケージ２３ａと、ＢＧＡパッケージ２３ａ上に実装されたＢＧＡパッケージ２３ｂとからなる、多段に積層されたＢＧＡパッケージである。第１ＢＧＡパッケージ２１は、例えばＣＰＵであり、第２ＢＧＡパッケージ２２は、例えばＣＰＵ周辺コントローラであり、ＢＧＡパッケージ２３ａは、例えばメモリコントローラであり、ＢＧＡパッケージ２３ｂは、例えばメモリである。

第１ＢＧＡパッケージ２１は、その裏面に、整列配置された複数の実装用半田ボール２４を有している。また、第１ＢＧＡパッケージ２１は、その表面（第２ＢＧＡパッケージ２２、ＢＧＡパッケージ２３ａと対向する側の面）に、第２ＢＧＡパッケージ２２が有する複数の半田ボール２５にそれぞれ対応する複数のパッド２７と、ＢＧＡパッケージ２３ａが有する複数の半田ボール２６にそれぞれ対応する複数のパッド２８とを有している。また、ＢＧＡパッケージ２３ａは、その表面（ＢＧＡパッケージ２３ｂと対向する側の面）に、ＢＧＡパッケージ２３ｂが有する複数の半田ボール２９にそれぞれ対応する複数のパッド３０を有している。

本実施の形態において、複数のパッド２７は、第１ＢＧＡパッケージ２１の表面に形成された複数の第２凹所３１の各底部にそれぞれ設けられており、複数のパッド２８は、第１ＢＧＡパッケージ２１の表面に形成された複数の第２凹所３２の各底部にそれぞれ設けられている。また、複数のパッド３０は、ＢＧＡパッケージ２３ａの表面に形成された複数の第２凹所３３の各底部にそれぞれ設けられている。ここで、第２凹所３１、３２、３３の内壁面には、例えば銅メッキ処理を施すことにより、導電層（図示せず）が設けられている。

そして、図１２に示すように、第２ＢＧＡパッケージ２２は、その裏面の複数の半田ボール２５が第１ＢＧＡパッケージ２１の表面の複数の第２凹所３１のそれぞれに挿入され、半田ボール２５の溶融によってパッド２７及び導電層に接合されることにより、第１ＢＧＡパッケージ２１に積層されている。また、ＢＧＡパッケージ２３ａは、その裏面の複数の半田ボール２６が第１ＢＧＡパッケージ２１の表面の複数の第２凹所３２のそれぞれに挿入され、半田ボール２６の溶融によってパッド２８及び導電層に接合されることにより、第１ＢＧＡパッケージ２１に積層されている。また、ＢＧＡパッケージ２３ｂは、その裏面の複数の半田ボール２９がＢＧＡパッケージ２３ａの表面の複数の第２凹所３３のそれぞれに挿入され、半田ボール２９の溶融によってパッド３０及び導電層に接合されることにより、ＢＧＡパッケージ２３ａに積層されている。

以上のような構成の混合ＰＯＰ型のＢＧＡパッケージ２０によれば、第２ＢＧＡパッケージ２２及びＢＧＡパッケージ２３ａの裏面の半田ボール２５、２６が、第１ＢＧＡパッケージ２１に埋め込まれた状態で、全周囲で半田付け接続され、ＢＧＡパッケージ２３ｂの裏面の半田ボール２９が、ＢＧＡパッケージ２３ａに埋め込まれた状態で、全周囲で半田付け接続されるので、プリント基板への実装後に樹脂補強等の後工程補強を行うことなく、第１ＢＧＡパッケージ２１と第２ＢＧＡパッケージ２２及びＢＧＡパッケージ２３ａとの接続強度、並びに、ＢＧＡパッケージ２３ａとＢＧＡパッケージ２３ｂとの接続強度を格段に向上させることのできる、３段積みと２段積みの混合ＰＯＰ型のＢＧＡパッケージを実現することができる。また、このように、本実施の形態の混合ＰＯＰ型の表面実装デバイスとしてのＢＧＡパッケージ２０は、第１ＢＧＡパッケージ２１と第２ＢＧＡパッケージ２２及びＢＧＡパッケージ２３ａとの接続強度、並びに、ＢＧＡパッケージ２３ａとＢＧＡパッケージ２３ｂとの接続強度を確保するための樹脂補強等の後工程補強を行う必要がないので、従来の混合ＰＯＰ型の表面実装デバイスと異なり、実装段数が制約されることはない。また、このように、本実施の形態の混合ＰＯＰ型の表面実装デバイスとしてのＢＧＡパッケージ２０は、第１ＢＧＡパッケージ２１と第２ＢＧＡパッケージ２２及びＢＧＡパッケージ２３ａとの接続強度、並びに、ＢＧＡパッケージ２３ａとＢＧＡパッケージ２３ｂとの接続強度を確保するための樹脂補強等の後工程補強を行う必要がないので、当該混合ＰＯＰ型のＢＧＡパッケージ２０を用いた実装構造体の生産のリードタイムを短縮することが可能になると共に、樹脂補強が行われる場合に比較して各ＢＧＡパッケージ２１、２２、２３ａ、２３ｂのリペア作業が容易になる。

本実施の形態の混合ＰＯＰ型のＢＧＡパッケージ２０において、第２凹所３１、３２は、第２ＢＧＡパッケージ２２及びＢＧＡパッケージ２３ａの第１ＢＧＡパッケージ２１への積層時に半田ボール２５、２６がほぼ埋没する高さを有するのが好ましく、第２凹所３３は、ＢＧＡパッケージ２３ｂのＢＧＡパッケージ２３ａへの積層時に半田ボール２９がほぼ埋没する高さを有するのが好ましい。この好ましい例によれば、第２凹所３１、３２、３３の高さがそれぞれ半田ボール２５、２６、２９の厚み程度となるので、従来の混合ＰＯＰ型の表面実装デバイスと比べて全体の厚みがほとんど変わることのない混合ＰＯＰ型の表面実装デバイスを実現することができる。

本実施の形態の混合ＰＯＰ型のＢＧＡパッケージ２０は、図１４に示す従来のＰＯＰ型の表面実装デバイスの実装構造体に用いられているプリント基板３５に実装してもよいが、樹脂補強等を完全に無くすためには、図１３に示すように、上記実施の形態１で示した本発明のプリント基板２又は７に実装するのが好ましい。

尚、本実施の形態においては、第１ＢＧＡパッケージ２１と、第１ＢＧＡパッケージ２１の表面の面内方向に配列・実装された、２種類の第２ＢＧＡパッケージ２２、２３とからなる混合ＰＯＰ型のＢＧＡパッケージ２０を例に挙げて説明したが、第１ＢＧＡパッケージ２１の表面の面内方向に配列・実装される第２ＢＧＡパッケージの数は特に限定されるものではない。

また、本実施の形態においては、第２ＢＧＡパッケージ２２が、第１ＢＧＡパッケージ２１に直接実装された１段のＢＧＡパッケージであり、第２ＢＧＡパッケージ２３が、第１ＢＧＡパッケージ２１に直接実装されたＢＧＡパッケージ２３ａと、ＢＧＡパッケージ２３ａ上に実装されたＢＧＡパッケージ２３ｂとからなる、２段に積層されたＢＧＡパッケージである場合を例に挙げて説明したが、各第２ＢＧＡパッケージの段数は特に限定されるものではない。３段以上のＢＧＡパッケージの積層体からなる第２ＢＧＡパッケージの場合には、上下に隣接する２つのＢＧＡパッケージにおいて、下層のＢＧＡパッケージの、上層のＢＧＡパッケージと対向する側の面に、上層のＢＧＡパッケージが有する複数の半田ボールにそれぞれ対応する複数のパッドが形成され、複数のパッドが、下層のＢＧＡパッケージの、上層のＢＧＡパッケージと対向する側の面に形成された複数の第２凹所の各底部にそれぞれ設けられていればよい。

以上のように、本発明によれば、樹脂補強等の後工程補強を行うことなく、表面実装デバイスとプリント基板との接続強度を格段に向上させることができ、従って、本発明は、落下衝撃等に対する堅牢性の要求が高くなっている携帯電話等のモバイル機器に組み込まれる表面実装デバイスの実装構造体として有用である。

１ 実装構造体
２、７ プリント基板
３、１３、１３ａ、１４ａ〜１４ｅ、１５ａ、２０、２３ａ、２３ｂ ＢＧＡパッケージ
４、１０ 実装用パッド
５、１６、２４ 実装用半田ボール
６、１２ 凹所
８ 第１基板
９ 第２基板
１１ 貫通孔
１４ 下層のＢＧＡパッケージ
１５ 上層のＢＧＡパッケージ
１７、２５、２６、２９ 半田ボール
１８、２７、２８、３０ パッド
１９、３１、３２、３３ 第２凹所
２１ 第１ＢＧＡパッケージ
２２、２３ 第２ＢＧＡパッケージ
５０ 補強部材
５１ 取付用パターン
５２ 接着材
５３ 放熱グリス
５４ 放熱シート

Claims (14)

1. 複数の実装用パッドを有し、
   表面実装デバイスに整列配置された、前記複数の実装用パッドにそれぞれ対応する複数の実装用半田ボールを介して前記表面実装デバイスが実装されるプリント基板であって、
   前記複数の実装用パッドが、前記プリント基板の表面に形成された複数の凹所の各底部にそれぞれ設けられていることを特徴とするプリント基板。
2. 前記凹所が、前記表面実装デバイスの実装時に前記実装用半田ボールがほぼ埋没する高さを有する、請求項１に記載のプリント基板。
3. 前記凹所の内壁面に導電層が設けられている、請求項１又は２に記載のプリント基板。
4. 前記複数の実装用パッドを有する第１基板と、前記第１基板に積層された、前記複数の実装用パッドにそれぞれ対応する複数の貫通孔を有する第２基板とを備え、前記第１基板の表面と前記第２基板の前記貫通孔とにより前記凹所が形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のプリント基板。
5. 複数の実装用パッドを有するプリント基板と、
   整列配置された、前記複数の実装用パッドにそれぞれ対応する複数の実装用半田ボールを有し、前記複数の実装用半田ボールを介して前記プリント基板に実装された表面実装デバイスとを備えた表面実装デバイスの実装構造体であって、
   前記複数の実装用パッドが、前記プリント基板の表面に形成された複数の凹所の各底部にそれぞれ設けられていることを特徴とする表面実装デバイスの実装構造体。
6. 前記凹所が、前記表面実装デバイスの実装時に前記実装用半田ボールがほぼ埋没する高さを有する、請求項５に記載の表面実装デバイスの実装構造体。
7. 前記凹所の内壁面に導電層が設けられている、請求項５又は６に記載の表面実装デバイスの実装構造体。
8. 前記プリント基板が、前記複数の実装用パッドを有する第１基板と、前記第１基板に積層された、前記複数の実装用パッドにそれぞれ対応する複数の貫通孔を有する第２基板とを備え、前記第１基板の表面と前記第２基板の前記貫通孔とにより前記凹所が形成されている、請求項５〜７のいずれか１項に記載の表面実装デバイスの実装構造体。
9. 前記表面実装デバイスがボールグリッドアレイパッケージである、請求項５〜８のいずれか１項に記載の表面実装デバイスの実装構造体。
10. 整列配置された複数の実装用半田ボールを有し、前記複数の実装用半田ボールにそれぞれ対応する複数の実装用パッドを有するプリント基板に前記複数の実装用半田ボールを介して実装される表面実装デバイスであって、
    前記表面実装デバイスは、複数の表面実装デバイスの積層体からなり、
    上下に隣接する２つの表面実装デバイスにおいて、下層の表面実装デバイスの、上層の表面実装デバイスと対向する側の面に、前記上層の表面実装デバイスが有する複数の半田ボールにそれぞれ対応する複数のパッドが形成され、前記複数のパッドが、前記下層の表面実装デバイスの、前記上層の表面実装デバイスと対向する側の面に形成された複数の第２凹所の各底部にそれぞれ設けられていることを特徴とする表面実装デバイス。
11. 整列配置された複数の実装用半田ボールを有し、前記複数の実装用半田ボールにそれぞれ対応する複数の実装用パッドを有するプリント基板に前記複数の実装用半田ボールを介して実装される表面実装デバイスであって、
    前記表面実装デバイスは、
    前記プリント基板に直接実装される第１表面実装デバイスと、
    前記第１表面実装デバイスの表面の面内方向に配列・実装された、１段の及び／又は多段に積層された複数種類の第２表面実装デバイスとからなり、
    上下に隣接する２つの表面実装デバイスにおいて、下層の表面実装デバイスの、上層の表面実装デバイスと対向する側の面に、前記上層の表面実装デバイスが有する複数の半田ボールにそれぞれ対応する複数のパッドが形成され、前記複数のパッドが、前記下層の表面実装デバイスの、前記上層の表面実装デバイスと対向する側の面に形成された複数の第２凹所の各底部にそれぞれ設けられていることを特徴とする表面実装デバイス。
12. 前記第２凹所が、前記上層の表面実装デバイスの前記下層の表面実装デバイスへの積層時に前記半田ボールがほぼ埋没する高さを有する、請求項１０又は１１に記載の表面実装デバイス。
13. 前記第２凹所の内壁面に導電層が設けられている、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の表面実装デバイス。
14. 前記表面実装デバイスとして、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の表面実装デバイスを用いた、請求項５〜９のいずれか１項に記載の表面実装デバイスの実装構造体。

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