JP2012231085A - 電子回路基板、該電子回路基板を備えた携帯端末装置、および、パッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アンダーフィル樹脂を介してＢＧＡ型電子部品が実装される電子回路基板において、部品交換作業時（いわゆるリワーク時）の熱に起因する、ＢＧＡ型電子部品のバンプが接続されたパッドの下部の基板ダメージを抑制する。
【解決手段】ＢＧＡ型電子部品のバンプが接続されるパッド４，５の下部において、ビア６が下部に形成されていないパッド４の下部には、電子回路基板の基材８よりも熱膨張係数の大きい樹脂７が配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＢＧＡ型電子部品のバンプ端子を接続するためのパッドが設けられている電子回路基板、該電子回路基板を備えた携帯端末装置、および、パッドの製造方法に関する。

携帯電話などの電子機器の特徴として、落下衝撃時の信頼性を確保するため、プリント回路基板上の電子部品に対して補強用のアンダーフィル樹脂が塗布されている。アンダーフィル樹脂は、主にＢＧＡ型の電子部品に対して使用され、該電子部品の下面とプリント回路基板との間に浸透して硬化される。このようにプリント基板と電子部品の間にアンダーフィル樹脂を充填することによって、該電子部品のはんだバンプと該プリント回路基板のパッドとをはんだで接合している部分（以下、はんだ接合部と呼ぶ。）に発生するひずみを抑制している（特許文献１参照）。

さらに携帯電話などに代表される情報通信機器においては、急速な小型化・高機能化への動向に対応し、小型化、高性能化した電子部品がプリント回路基板上に高密度に実装されている。このような製品基板は高価であるため、プリント回路基板上の電子部品の故障が発生した場合、その故障部品のみを交換、いわゆるリワークをして、プリント基板回路全体を救済することが行われる。

特開２００４−１７９５５２号公報

上記リワーク作業を実施する際、対象部品を加熱して交換作業を行うが、近年のプリント基板回路は表裏に隙間なく電子部品が搭載されているため、リワーク対象の周辺の部品まで加熱してしまうことが多々ある。

リワーク時に、アンダーフィル樹脂が配された周辺部品（特にＢＧＡ型電子部品）が加熱されてしまうと、アンダーフィル樹脂とはんだバンプ材との間の熱膨張係数の違いにより、プリント回路基板におけるパッド下の基材にクラックが発生することがしばしばある。パッド下の基材クラックは、パッドの剥離や配線パターンの断線へ進展する可能性があり、製品に対する長期信頼性において問題となる。

このような問題を回避するため、リワーク時には局所加熱方式の装置が採用されている。局所加熱式の装置としては、高精度な温度制御が可能なＩＲリワーク装置や、局所加熱が可能な集光式リフロー装置が知られている。これらの装置では、プリント回路基板の表側のリワーク対象以外の領域を光沢のある金属でマスキングすることで周辺部品の温度上昇を抑制している。さらに、対象部品の真裏に配置されている部品の温度上昇を避けるために、当該部品に放熱ブロックを装着したり、プリント回路基板の下に配置されるボトムヒータをオフにしたりしている。

しかし、上記の方法で局所加熱すると、加熱方向が部品の天面から底面へ向う方向のみとなる。このような加熱では、プリント回路基板のパッドよりも先にＢＧＡ型電子部品のはんだバンプが、はんだ溶融温度に達するため、はんだペーストが該はんだバンプに這い上がり、プリント回路基板のパッドとＢＧＡ型電子部品のはんだバンプとが接合されない箇所が出来る。そのため、リワーク対象がＢＧＡ型電子部品の場合は上記のような局所加熱法を実施することは困難であり、周辺部品の温度上昇による基板ダメージが問題となっている。

本発明の目的の一つは、上記課題に鑑みて、アンダーフィル樹脂を介してＢＧＡ型電子部品が実装される電子回路基板において、部品交換作業時の熱に起因する基板ダメージを抑制することにある。

本発明は、ＢＧＡ型電子部品を含む部品が実装される面を有し、該面と該ＢＧＡ型電子部品の間隙にアンダーフィル樹脂が充填される電子回路基板に係るものである。

その一つの態様の電子回路基板は、上記した面の、アンダーフィル樹脂が配される領域に、ＢＧＡ型電子部品の複数のバンプ端子を接続する複数のパッドを含む。そして、該複数のパッドのうちの、電子回路基板の内部配線とは接続しないパッドの直下に、該電子回路基板の基材よりも熱膨張係数の大きい硬化された樹脂が配置されていることにより、上記課題が解決される。

また、本発明の他の態様は、電子回路基板上に配設された、ＢＧＡ型電子部品のバンプを接続するためのパッドを製造する方法に係る。このようなパッドの製造方法において、コア層の両面に該コア層を挟むようにビルドアップ層を形成する工程と、最も外側に形成された前記ビルドアップ層の基材に穴を形成する工程と、前記穴に前記基材よりも熱膨張係数の大きい樹脂を充填して硬化させる工程と、前記樹脂にパッドを形成する工程と、を有することを提案する。

本発明によれば、アンダーフィル樹脂を介してＢＧＡ型電子部品が実装される電子回路基板において、部品交換作業時（いわゆるリワーク時）の熱に起因する、ＢＧＡ型電子部品のバンプが接続されたパッドの下部の基板ダメージを抑制することが可能となる。

本発明の第一実施形態による電子回路基板の断面図。 第一実施形態の電子回路基板にアンダーフィル樹脂を介してＢＧＡ型電子部品が実装されている状態を示す断面図。 ＢＧＡ型電子部品がアンダーフィル樹脂を介して電子回路基板に実装されている状態で、パッド下部に金属ビアを有していない場合に加熱で起こりうる基材クラックを示した図。 ＢＧＡ型電子部品がアンダーフィル樹脂を介して電子回路基板に実装されている状態で、パッド下部に本発明の樹脂を有している場合に加熱されたときの様子を示した図。 第一実施形態の電子回路基板を製造する様子を示した工程図。 第二実施形態の電子回路基板の構成を示す断面図。 第二実施形態の電子回路基板の効果を説明するための図。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

本発明の第一実施形態として、電子回路基板の断面を図１に示す。この図に示される電子回路基板は、コア層３と、コア層３の両面に接合されたビルドアップ層２と、ビルドアップ層２の、コア層３とは反対側に接合されたビルドアップ層１とから構成される。

上記電子回路基板の最外側のビルドアップ層１においては、ＢＧＡ型の電子部品が有するパンプ端子と接続される複数のパッド４、５が配置されている。

パッド５に関しては該パッド直下にビア６が形成されている。ビア６は、パッド５の位置にてビルドアップ層１の基材８を貫通する開口を設け、該開口内に金属導体をめっき処理で充填してなる。パッド５はビア６と金属接合されている。

一方、パッド４は上記電子回路基板の内部配線とは接続しないパッドであるため、パッド４の直下にビアは形成されていない。その代わり、パッド４の直下には、基材８よりも熱膨張係数の大きい、硬化された樹脂７が配置されている。樹脂７は、パッド４の位置にてビルドアップ層１の基材８を貫通する開口を設け、該開口内に樹脂材料を硬化させてなる。樹脂７の２００℃付近の熱膨張係数は３００〜４００ｐｐｍ／℃であることが望ましい（ポリフェニレンエーテル等）。また、樹脂７の材料が充填される基材８の開口の範囲は、パッド４の周端よりも外側へ約５０μｍ拡大した範囲であることが望ましい。

特に、パッド４、５は、上記電子回路基板とＢＧＡ型電子部品の間隙にアンダーフィル樹脂が充填される領域に配置されているものである。パッド４は下面全体が樹脂７に接した状態で形成される。

図２に、上記パッド４，５を有する電子回路基板にＢＧＡ型電子部品９が実装された様子を断面図で示す。この図に示すＢＧＡ型電子部品９は電子回路基板上の複数の部品のうちの交換対象でない部品であり、ＢＧＡ型電子部品９の下部にはアンダーフィル樹脂が充填されている、と仮定する。

リワーク時に、交換対象部品だけでなく、図２に示す交換対象以外のＢＧＡ型電子部品９も加熱されると、電子部品９のはんだバンプ１１よりもアンダーフィル樹脂１２の熱膨張量が大きくなり、それによって、パッド４，５を引き剥がすような応力が発生する。このとき、パッド５はビア６と金属接合されているため剥離強度が大きく、パッド下の基材８のクラックは発生しにくい。

一方、パッド４付近については、パッド４の下部に図３に示すように金属ビアを有していない場合、アンダーフィル樹脂１２とはんだバンプ１１の熱膨張量の違いによって基材８にクラックが発生しやすい。しかし、図４に示すように、パッド４の直下に基材８よりも熱膨張係数の大きい樹脂７が充填されていると、加熱時に基材８よりも樹脂７の熱膨張量が大きくなり、基板表面全体よりも上にパッド４が押し上がる状態になる。このような樹脂７の熱膨張により、アンダーフィル樹脂１２とはんだバンプ１１の膨張量の違いが緩和され、基材クラックの発生は抑制される。

尚、図２では、ＢＧＡ型電子部品９の下面に配設されたはんだバンプ１１が接合される複数のパッドは、下部にビア６を有するパッド５と、下部に樹脂７を有するパッド４とを含んでいるが、本発明はこれに限定されない。本願発明は電子回路基板上にアンダーフィル樹脂１２を介してＢＧＡ型電子部品９が接続される構造に関し、下部にビア６を有していないパッドについて当該パッドの下面に樹脂７を配置しておく技術であるので、はんだバンプ１１が接合される全てのパッドが、下面に樹脂７が配置されたパッドであってもよい。

次に、図５を用いて、第一の実施例の製造方法を説明する。

まず、コア層３を形成し、コア層３の両面に、コア層３を挟むようにビルドアップ層２を形成する。その後、それぞれのビルドアップ層２に、ビルドアップ層１の基材８を積層する。この状態を示したのが図５（ａ）である。

そして、ビルドアップ層１の基材８の、ビア６と樹脂７が充填される箇所に、図５（ｂ）に示すように、レーザーで穴１４、１５を形成する。

穴１４には、図５（ｃ）に示すようにめっきにて金属ビア６を形成し、図５（ｄ）に示すように樹脂７を穴１５に真空印刷によって充填し、熱硬化させる。

その後、コア層３とビルドアップ層１，２からなる基板の表層に、図５（ｅ）に示すように、めっきにて、Ｃｕの配線パターン（不図示）及びパッド４、５を形成する。

最後に、図５（ｆ）に示すように、上記基板の表層にソルダーレジスト１６を印刷し、硬化させる。

以上の製造方法にて、ビア６と接合されていないパッド４について、該パッド４の直下に基材８よりも熱膨張係数の大きい樹脂７を配置することができる。

（その他の実施形態）
次に、本発明の他の実施形態について、図６、７を参照して説明する。

図６は本発明の第二実施形態による電子回路基板の端が電子機器の筐体１７に支持されている状態の断面図である。この図に示すように、電子回路基板１８はコア層２１とこの両面に積層されたビルドアップ層２０とを有するものとし、ビルドアップ層２０の端部を、コア層２１やビルドアップ層２０の基材よりも熱膨張係数の大きい樹脂７によって形成したものである。さらに、樹脂７の、電子回路基板１８の表裏面に対応する部分にＣｕ等の導体パターン１９が形成されている。このような樹脂７が形成された電子回路基板１８の端部が筐体１７内壁に形成された溝部２２にはめ込まれて支持される。

本実施形態によれば、電子回路基板１８上の電子部品をリワークする際、樹脂７は基板温度の上昇とともに膨張し、筐体１７に接触する。そのため、リワーク時における基板の放熱効果を高めることが可能となる。また、電子部品のリワーク時に、電子回路基板１８を電子機器の筐体１７から取り外すことなく、交換対象以外の部品への熱の影響を軽減することができる。

上記した各実施形態の電子回路基板を適用する電子機器としては携帯電話、ゲーム機、タブレットＰＣ、ノートＰＣなどの携帯端末装置が挙げられる。

次に、上記の実施形態について具体的な数値や材料を挙げて説明する。

図２に示すＢＧＡ型電子部品９としては、サイズ１５ｍｍ×１５ｍｍ、はんだバンプ１１が０．２４ｍｍピッチで裏面全体にグリッド状に配置されているものを使用した。はんだバンプ１１の材質はＰｂ９５％／Ｓｎ５％ であるが、ＡｕやＣｕ等であってもよい。

上記ＢＧＡ型電子部品９が実装される電子回路基板上のパッド４，５の材質として、一般的なＣｕが用いられている。

アンダーフィル樹脂１２は、ＢＧＡ型電子部品９と、パッド４，５が形成された電子回路基板の面との隙間に充填され硬化されたものである。アンダーフィル樹脂１２としては、熱硬化性樹脂を主成分とし、かつ、間隙充填性を良くするために０〜４０重量％の無機質充填剤を含むものが用いられる。この主成分である熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アクリレート樹脂などを挙げることができる。

アンダーフィル樹脂１２には、熱硬化時に上記した熱硬化性樹脂と反応して硬化を促進させるための促進剤や、加熱によって硬化させるための硬化剤を含有させることが好ましい。さらに、アンダーフィル樹脂１２には、はんだ酸化膜除去作用（いわゆるフラックス作用）を付与する剤を添加することができる。また、上記の無機質充填剤としては、シリカフィラーを用いることができる。

本実施例では、アンダーフィル樹脂１２として、ビスフェノールＦ型液状エポキシ樹脂を全体の５５重量％とし、ビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂を全体の５重量％、フェノール系硬化剤を全体の３０重量％とした熱硬化性樹脂を使用した。

また、図２に示す電子回路基板の最外側のビルドアップ層１の基材８としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などのシートにエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を浸み込ませてなるプリプレグを用いることができる。本実施例では、ビルドアップ層１の基材８として、ガラス繊維シートにエポキシ樹脂を浸み込ませたものを使用した。

さらに、上記の基材８の、パッド４に対応する箇所に穴を貫通させ、該穴に充填して硬化させた樹脂７としては、上記の基材８よりも熱膨張係数の大きい熱硬化性樹脂を使用した。本実施例では、樹脂７として、２００℃付近の熱膨張係数が３００〜４００ｐｐｍ／℃であるポリフェニレンエーテル樹脂を使用した。

以上のような電子回路基板上に実装されたＢＧＡ型電子部品９の近くの電子部品についてリワークを実施した。このリワーク時に交換対照の部品だけでなく、ＢＧＡ型電子部品９も加熱されたとき、基材８よりも樹脂７の熱膨張量が大きくなる。この結果、アンダーフィル樹脂１２と、パッド４に接合されたはんだバンプ１１との膨張量の違いは緩和され、パッド４下部の基材クラックは発生しなかった。また、はんだバンプ１１が接続されたパッド５の付近については、パッド５はビア６と金属接合されているため、パッド５下の基材８のクラックも発生しなかった。

１，２ ビルドアップ層
３ コア層
４，５ パッド
６ 金属ビア
７ 樹脂
８ 基材
９ ＢＧＡ型電子部品
１１ はんだバンプ
１２ アンダーフィル樹脂
１７ 筐体
１８ 電子回路基板
１９ 導体パターン
２０ ビルドアップ層
２１ コア層
２２ 溝部

Claims (6)

1. ＢＧＡ型電子部品を含む部品が実装される面を有し、該面と該ＢＧＡ型電子部品の間隙にアンダーフィル樹脂が充填される電子回路基板であって、該面の該アンダーフィル樹脂が配される領域に該ＢＧＡ型電子部品の複数のバンプ端子を接続する複数のパッドを含む、電子回路基板において、
   前記複数のパッドのうちの、前記電子回路基板の内部配線とは接続しないパッドの直下に、前記電子回路基板の基材よりも熱膨張係数の大きい硬化された樹脂が配置されていることを特徴とする電子回路基板。
2. 請求項１に記載の電子回路基板であって、
   前記硬化された樹脂が、前記電子回路基板の内部配線とは接続しないパッドの底面全体と接していることを特徴とする電子回路基板。
3. 請求項１または２に記載の電子回路基板であって、
   前記電子回路基板の端部の最外層が、前記電子回路基板の基材よりも熱膨張係数の大きい硬化された樹脂で構成されており、該樹脂の、該電子回路基板の表裏面に対応する部分に導体パターンが形成されていることを特徴とする電子回路基板。
4. 請求項１または２に記載の電子回路基板を備えた携帯端末装置であって、
   前記電子回路基板の前記複数のパッドに前記ＢＧＡ型電子部品の複数のバンプ端子が接続されていることを特徴とする携帯端末装置。
5. 請求項３に記載の電子回路基板を備えた携帯端末装置であって、
   前記携帯端末装置の筐体は前記電子回路基板の前記端部をはめ込む溝部を有することを特徴とする携帯端末装置。
6. 電子回路基板上に配設された、ＢＧＡ型電子部品のバンプを接続するためのパッドを製造する方法であって、
   コア層の両面に該コア層を挟むようにビルドアップ層を形成する工程と、
   最も外側に形成された前記ビルドアップ層の基材に穴を形成する工程と、
   前記穴に前記基材よりも熱膨張係数の大きい樹脂を充填して硬化させる工程と、
   前記樹脂にパッドを形成する工程と、
   を有する、パッドの製造方法。

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