JP3211800B2 - 電子部品パッケージ組立体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品パッケー
ジ組立体に係り、特に、所定の回路が付されて成るプリ
ント基板にボール・グリッド・アレイ（Ｂall Ｇrid
Ａrray：以下「ＢＧＡ」という）構造のＬＳＩ等の電子
部品パッケージを装備して成る電子部品パッケージ組立
体に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリント基板側の配線電極とＢＧＡ構造
から成るＬＳＩ等の電子部品パッケージとを接続する場
合には、まず、はんだをプリント基板側および電子部品
パッケージ側に付す。その後、リフローなどの熱処理温
度の調整及び電子部品パッケージの重圧などを適度に調
整することによって、隣接するはんだ同志が接触しない
ようにしていた。

【０００３】また、プリント基板側のはんだと電子部品
パッケージ側のはんだとが予め定められた位置で接触す
るように、精密な位置合わせが行われていた。かかる場
合、当該位置合わせ作業には、比較的高価な位置合せ装
置（パッケージ搭載機）が使用されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例にあっては、熱処理時の温度調整やプリント基板に
対する電子部品パッケージの重合圧調整、更には精密度
を必要とする位置決め等の作業があり、それぞれ手間が
かかるという不都合があった。又、この種の手間を省く
為に従来より使用されていたパッケージ搭載機は高価で
あり、全体の設備に多くの投資を必要とするという不都
合があった。

【０００５】更に、リフローなどの熱処理に際しては、
プリント基板に反りが生じやすい。かかる場合、プリン
ト基板に反りが生じると、電極パッド上のボール状はん
だの形状が良好な形状（フィレット状）でなくなり、隣
接するボール状はんだが接触事故を起こしやすい。

【０００６】

【発明の目的】本発明は、かかる従来例の有する不都合
を改善し、特に、位置決めおよび重合圧調整等の作業
を、特に高価なパッケージ搭載機を使用することなく、
迅速に且つ高精度に行うことを可能とした電子部品パッ
ケージ組立体を提供することを、その目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、所
定の電子回路が付されたプリント基板と、このプリント
基板上の複数の電極パッドに対応して搭載されるボール
状はんだを介して複数箇所で連結されるボールグリッド
アレイ構造のＬＳＩ等の電子部品パッケージとを備えて
なる電子回路パッケージ組立体において、前述したプリ
ント基板と電子部品パッケージとの間で且つ前述した電
極パッドの外周囲の複数箇所に、電子部品パッケージ用
の位置決め機構を介装している。

【０００８】このため、本発明では、ボール状はんだを
プリント基板の所定位置に載置した後にＬＳＩ等の電子
部品パッケージを重ね合わせる場合に、前述した位置決
め機構が機能して当該電子部品パッケージの位置を短時
間に且つ一義的に特定することが可能となる。このた
め、作業性が改善され、歩留りが良くなり、生産性向上
を図ることができる。

【０００９】ここで、前述した複数箇所に装備された各
位置決め機構は、プリント基板と電子部品パッケージの
両者を所定間隔で連結し保持する構造の一方と他方の連
結機構部によって構成している。

【００１０】このようにすると、複雑な治具を用いるこ
となく両者間の間隔が一義的に決定され、必要以上にボ
ール状はんだを押しつぶすことがなくなり、従って製品
の品質を高めることができ、しかも複雑な治具等の取り
外し工程等も不要となることから、かかる点においても
生産性向上も図り得る。

【００１１】又、前述した位置決め機構の一方の連結機
構部を前述したプリント基板又は電子部品パッケージの
何れかに形成された凹部とし、これに対応する他方の連
結機構部を電子部品パッケージ又はプリント基板の何れ
かに植設された直径の小さい係合突起部からなる凸状部
としている。このようにすると、凹部の形成をプリント
基板又は電子部品パッケージの形成工程で同時に形成す
ることができ、かかる点において生産性向上を図ること
ができる。

【００１２】更に、前述した位置決め機構を、プリント
基板と電子部品パッケージとからそれぞれ突出され先端
部が当接する構造の基板側位置決めピンとパッケージ側
位置決めピンとによって構成してもよい。

【００１３】 このようにすると、位置決め機構の各構成
部品をプリント基板と電子部品パッケージの生産工程と
別々に同時進行で形成することができ、また、その取り
付け位置も組み立てラインの最終工程で任意の最適位置
に特定することができて都合がよい。

【００１４】又、前述した位置決め機構の基板側位置決
めピンとパッケージ側位置決めピンの各当接部には、い
ずれか一方の先端部に断面Ｔ字状の吸引磁石（永久磁
石）が固着すると共に、これに対応する他方の位置決め
ピンを磁性部材で形成するようにしてもよい。

【００１５】 このようにすると、基板側位置決めピンと
パッケージ側位置決めピンとが当接する前の状態から、
当該吸引磁石の吸引力をもって位置決めすることがで
き、一方が他方を案内する（即ち、プリント基板上に電
子部品パッケージを重合させるに際して凹部側が凸部側
を案内する）状態となり、かかる点において位置合わせ
を正確に且つ迅速になし得るという利点がある。

【００１６】更に、位置決め機構を永久磁石で形成する
ことにより比較的強い吸引力が得られることから、リフ
ロー時のプリント基板の反りを抑制することができ、こ
れがため良好なボール状はんだのフィレットを得られる
ので、信頼性が高く且つ耐久性ある電子部品パッケージ
組立体を得ることができる。

【００１７】次に、前述したプリント基板と電子部品パ
ッケージのはんだ連結用に使用するボール状はんだの直
径とプリント基板側の電極パッドの高さ寸法とこの電極
パッド上に付されるはんだ層の厚さ寸法の合計寸法を、
はんだ連結前にあっては、前述した位置決め機構の各基
板側位置決めピンとパッケージ側位置決めピンの各先端
部の当接面相互間に所定の空隙ができる大きさに予め設
定しておくとよい。

【００１８】このようにすると、ボール状はんだが溶け
てプリント基板上の回路と電子部品パッケージの端子電
極部分とを連結した際に、両者間が常に一定の間隔にな
るように、予め設定することができ、ボール状はんだを
必要以上に押しつぶすことがなくなり、かかる点におい
て製品の均一化及び歩留りの向上を期待することができ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態） 以下、本発明の第１の実施形態を、図１乃至図３に基づ
いて説明する。初めに、本実施形態の基本構成及びその
組立方法について、図１乃至図２に基づいて詳述する。

【００２０】図１において、電子回路パッケージ組立体
１は、所定の電子回路が付されたプリント基板２と、ボ
ールグリッドアレイ（ＢＧＡ）構造のＬＳＩ等の電子部
品パッケージ３とを備えている。この内、プリント基板
２は、本実施形態ではガラスとエポキシの複合材を素材
として形成されている。このプリント基板２上に、前述
したＢＧＡ構造のＬＳＩ等の電子部品パッケージ３が、
装備されている。

【００２１】この電子部品パッケージ３は、前述したプ
リント基板２上に予め装備されている配線電極としての
複数の電極パッド４に対応して搭載されるボール状はん
だ５を介して、プリント基板２に複数箇所で連結される
ようになっている。ここで、プリント基板２上の複数の
電極パッド４は、素材として金又は銅が用いられてい
る。

【００２２】プリント基板２上の前述した各電極パッド
４の間隔Ｌは、前述した電子部品パッケージ３の各ボー
ル状はんだ（ボールグリッド）５に対応して、１．２７
〔ｍｍ〕，１．０〔ｍｍ〕，又は０．８〔ｍｍ〕程度に
設定されている。

【００２３】プリント基板２と電子部品パッケージ３と
の間で且つ前述した電極パッド４の外周囲の複数箇所
（例えば４か所）に、電子部品パッケージ３用の位置決
め機構１０が装備されている。

【００２４】この位置決め機構１０は、前述したプリン
ト基板２と電子部品パッケージ３の両者を所定間隔で連
結し保持する構造の一方の連結機構部としての位置決め
磁石１１と、他方の連結機構部としての他方の位置決め
磁石１２とによって構成されている。

【００２５】この各位置決め磁石１１，１２は、本実施
形態では先端面がそれぞれ平坦面を成す直径０．２乃至
０．５〔ｍｍ〕の棒状に形成され、一方がＳ極を成し他
方がＮ極を成す吸引磁石構造となっている。ここで、各
位置決め磁石１１，１２の直径は０．５〔ｍｍ〕以上に
設定してもよい。

【００２６】このため、一方が他方に近づくと、相互に
吸引することから、一方が他方を案内することとなり、
プリント基板１に対する電子部品パッケージ３の位置合
わせを比較的迅速に且つ高精度に行うことができる。

【００２７】ここで、本実施形態では、位置決め機構１
０の一方と他方の各位置決め磁石１１，１２をそれぞれ
棒状のものを使用した場合を例示したが、何れか一方の
位置決め磁石１１又は１２の係合面を露出させた状態で
周囲を前述したプリント基板１又は電子部品パッケージ
５に埋め込むと共に、これに対応する他の位置決め磁石
１２又は１１を棒状としてもよい。また、前述した各位
置決め磁石１１，１２の内、何れか一方の位置決め磁石
１１又は１２を永久磁石に代えて単なる磁性部材で形成
したものであってもよい。

【００２８】次に、本実施形態における電子回路パッケ
ージ組立体１の組立方法を、図２に基づいて説明する。

【００２９】この図２に示す手法は、プリント基板２上
にＢＧＡ構造のＬＳＩ等の電子部品パッケージ３を載置
する前に、まず、プリント基板２のプリント配線に対応
して予め装備された配線電極としての複数の各電極パッ
ド４上に、はんだを個別に供給してハンダ層２Ａを形成
する。図２（Ａ）にこれを示す。この図２（Ａ）では、
ハンダ層２Ａの厚さを実際よりはかなり厚めに記載して
ある。この各ハンダ層２Ａの形成に際しては、通常の手
法であるスクリーン印刷法又はディスペンス法が用いら
れる。

【００３０】又、プリント基板２上には、配線電極であ
る複数の電極パッド４の全体を取り巻くようにして当該
電極パッド４全体の外側に位置する周囲四箇所（図では
二箇所を明記）に、前述した棒状の一方の位置決め磁石
１１が装備されている。この場合、この一方の位置決め
磁石１１は、プリント基板１上に接着によって設けて
も、或いはその基端部をプリント基板１に埋設した状態
で設けてもよい。

【００３１】次に、プリント基板１上に、ＢＧＡ構造の
ＬＳＩ等の電子部品パッケージ３を搭載する。図２
（Ｂ）にこれを示す。

【００３２】この場合、一方の位置決め磁石１１の長さ
をＥ1 、他方の位置決め磁石１２の長さをＥ2 とし、電
極パッド４の厚さをＳ1 とし、ハンダ層２Ａの厚さをＳ
2 とし、更にボール状はんだ（ボールグリッド）５の加
圧方向の寸法をＳ3 とすると、次式１が成立するように
各部の寸法が設定されている。

【００３３】 （Ｓ1 ＋Ｓ2 ＋Ｓ3 ）＞（Ｅ1 ＋Ｅ2 ） （１） ここで、両者の差をＳとする。

【００３４】 （Ｓ1 ＋Ｓ2 ＋Ｓ3 ）−（Ｅ1 ＋Ｅ2 ）＝Ｓ （２） このＳは、図２（Ｂ）に示すようにボール状はんだ（ボ
ールグリッド）５に所定の重合圧を加圧して押しつぶす
距離に相当する。

【００３５】即ち、前述したプリント基板２と電子部品
パッケージ３のはんだ連結用に使用するボール状はんだ
５の直径Ｓ3 と，電極パッド４の高さ（厚さ）寸法Ｓ1
と，ハンダ層２Ａの厚さＳ2 の合計寸法を、はんだ連結
前にあっては、前述した位置決め機構１０の各基板側位
置決めピン１１とパッケージ側位置決めピンの各先端部
の当接面相互間に所定の空隙Ｓができる大きさに予め設
定される。

【００３６】このようにすると、ハンダ層２Ａ及びボー
ル状はんだ５が一部溶けてプリント基板２上の回路と電
子部品パッケージ３の端子電極部分とを連結した際に、
両者間が常に一定の間隔になるように、予め設定するこ
とができ、ボール状はんだ５を必要以上に押しつぶすこ
とがなくなり、かかる点において製品の均一化及び歩留
りの向上を期待することができる。

【００３７】これにより、当該ボール状はんだ（ボール
グリッド）５に対しては、生産の日時や生産ラインが変
化しても常に同一条件で、ボール状はんだ（ボールグリ
ッド）５に所定の重合圧を加圧し調整することができ
る。

【００３８】そして、この図２（Ｂ）に示す電子部品パ
ッケージ３の搭載作業は、多くの場合は部品搭載機に依
存しているが、本実施形態にあっては位置決め機構１０
の一方と他方の位置決め磁石が相互に吸引することか
ら、手動であってもより迅速に機能して電子部品パッケ
ージ３を所定の位置に案内することができる。

【００３９】この電子部品パッケージ３の搭載作業が終
了すると、電子部品パッケージ３のは適度の重合圧が印
加されつつリフロー工程に移行する。これにより、ボー
ル状はんだ（ボールグリッド）５部分が電極パッド４上
のハンダ層２Ａと共に一部溶融し、これによって電子部
品パッケージ３がプリント基板２上の所定位置に接合さ
れる。図２（Ｃ）にこれを示す。

【００４０】そして、このとき、プリント基板２と電子
部品パッケージ３とは、相互間の距離および位置関係が
位置決め機構１０によって特定されるので、例えば過大
の重合圧が印加されてもボール状はんだ５を必要以上に
潰すことがなくなり、かかる点において、ハンダショー
トの発生を有効に抑制することができ、これがためはん
だフィレットが良好となり、信頼性の高い電子部品パッ
ケージ組立体を得ることができる。

【００４１】このように、本実施形態にあっては、ボー
ル状はんだ５をプリント基板２の所定位置に載置した後
にＬＳＩ等の電子部品パッケージ３を重ね合わせる場合
に、前述した位置決め機構１０が有効に機能して当該電
子部品パッケージ３の位置を短時間に且つ一義的に特定
することが可能となる。このため、作業性が改善され、
歩留りが良くなり、生産性向上を図ることができる。

【００４２】同時に位置決め機構１０をプリント基板２
と電子部品パッケージ３の両者を所定間隔で連結し保持
する構造の一方と他方の連結機構部により両者間の間隔
寸法を例えば異なった重合圧が印加されても一定となる
ように構成したので、複雑な治具を用いることなく両者
間の間隔が一義的に決定され、必要以上にボール状はん
だを押しつぶすことがなくなり、従って製品の品質を高
めることができ、しかも従来使用していた複雑な治具等
も不要となる。

【００４３】又、前述した位置決め機構１０を吸引構造
の永久磁石で形成してもよい。このようにすると、一方
の連結機構部である基板側位置決めピンと他方の連結機
構部であるパッケージ側位置決めピンとが当接する前の
状態から、当該吸引磁石の吸引力をもって位置決めする
ことができ、一方が他方を案内する状態となり、かかる
点において位置合わせを正確に且つ迅速になし得るとい
う利点がある。

【００４４】更に、位置決め機構１０を吸引構造の永久
磁石で構成すると、位置決め機構を永久磁石で形成する
ことにより比較的強い吸引力が得られることから、リフ
ロー時のプリント基板の反りを抑制することができ、こ
れがため良好なボール状はんだのフィレットを得られる
ので、信頼性が高く且つ耐久性ある電子部品パッケージ
組立体を得ることができる。

【００４５】次に、本実施形態の具体例を図３に示す。
ここで、前述した図１乃至図２の場合と同一の構成部材
については同一の符号を用いるものとする。

【００４６】この図３に示す第１の実施形態は、前述し
た位置決め機構１０を一方の連結機構部２１と他方の連
結機構部２２とにより構成すると共に、一方の連結機構
部２１の先端部に断面Ｔ字状の永久磁石２１ａを装備
し、同時に他方の連結機構部２２を磁性材料で形成した
点に特徴を備えている。その他の構成は前述した図１乃
至図２の場合と同一となっている。

【００４７】このようにしても、前述した図１乃至図２
の場合とほぼ同等の作用効果を得ることができる。

【００４８】（第２の実施形態） 図４にこれを示す。ここで、前述した図１乃至図２の場
合と同一の構成部材については同一の符号を用いるもの
とする。

【００４９】この図４に示す第２の実施形態は、前述し
た位置決め機構１０を一方の連結機構部２６と他方の連
結機構部２７とにより構成する。そして、一方の連結機
構部２６の先端部に直径の小さい係合突起部２６Ａを設
けると共に、これに係合する他方の連結機構部２７を、
前述した電子部品パッケージ３側に設けた凹部により構
成した点に特徴を備えている。

【００５０】その他の構成は前述した図１乃至図２の場
合と同一となっている。

【００５１】この場合、他方の連結機構部２７である凹
部の開口部を縁取りしたり更には係合突起部２６Ａの先
端部にテーパを設けたりすることにより、両者の係合を
迅速に行うことができる。

【００５２】このようにすることにより、前述した図１
乃至図２の場合とほぼ同一の作用効果を得ることができ
る。

【００５３】

【発明の効果】本発明は、以上のように構成され機能す
るので、これによると、ボール状はんだをプリント基板
の所定位置に載置した後にＬＳＩ等の電子部品パッケー
ジを重ね合わせる場合に、前述した位置決め機構が機能
して当該電子部品パッケージの位置を短時間に且つ一義
的に特定することが可能となる。このため、作業性が改
善され、歩留りが良くなり、生産性向上を図ることがで
きる。

【００５４】 また、複数箇所に装備された各位置決め機
構は、プリント基板と電子部品パッケージの両者を所定
間隔で連結し保持する構造の一方と他方の連結機構部に
よって構成した場合には、複雑な治具を用いることなく
両者間の間隔が一義的に決定され、必要以上にボール状
はんだを押しつぶすことがなくなり、従って良好なフィ
レット状態のボール状はんだを得ることができ、製品の
品質を高めることができ、しかも複雑な治具等が不要と
なることから生産性向上も図り得る。

【００５５】 更に、前述した位置決め機構の一方の連結
機構部を前述したプリント基板又は電子部品パッケージ
の何れかに形成された凹部とし、これに対応する他方の
連結機構部を電子部品パッケージ又はプリント基板の何
れかに植設された直径の小さい係合突起部からなる凸状
部とすると、当該凹部の形成をプリント基板又は電子部
品パッケージの形成工程で同時に形成することができ、
かかる点において生産性向上をはかることができる。

【００５６】 更に、前述した位置決め機構を、プリント
基板と電子部品パッケージとからそれぞれ突出され先端
部が当接する構造の基板側位置決めピンとパッケージ側
位置決めピンとによって構成すると、位置決め機構の各
構成部品をプリント基板と電子部品パッケージの生産工
程と別々に同時進行で形成することができ、また、その
取り付け位置も組み立てラインの最終工程で任意の最適
位置に特定することができて都合がよい。

【００５７】 更に又、前述した位置決め機構の基板側位
置決めピンとパッケージ側位置決めピンの各当接部に
は、いずれか一方の先端部に断面Ｔ字状の吸引磁石が固
着すると共に、これに対応する他方の位置決めピンを磁
性部材で形成した場合には、基板側位置決めピンとパッ
ケージ側位置決めピンとが当接する前の状態から、当該
吸引磁石の吸引力をもって位置決めすることができ、一
方が他方を案内する状態となり、かかる点において位置
合わせを正確に且つ迅速になし得るという利点がある。

【００５８】 更に、位置決め機構を吸引構造の永久磁石
で構成すると、位置決め機構を永久磁石で形成すること
により比較的強い吸引力が得られることから、リフロー
時のプリント基板の反りを抑制することができ、これが
ため良好なボール状はんだのフィレットを得られるの
で、信頼性が高く且つ耐久性ある電子部品パッケージ組
立体を得ることができる。

【００５９】 更に、前述したプリント基板と電子部品パ
ッケージのはんだ連結用に使用するボール状はんだの直
径とプリント基板側の電極パッドの高さ寸法とこの電極
パッド上に付されるはんだ層の厚さ寸法の合計寸法を、
はんだ連結前にあっては、前述した位置決め機構の各基
板側位置決めピンとパッケージ側位置決めピンの各先端
部の当接面相互間に所定の空隙ができる大きさに予め設
定しておいた場合には、ボール状はんだが溶けてプリン
ト基板上の回路と電子部品パッケージの端子電極部分と
を連結した際に、両者間が常に一定の間隔になるよう
に、予め設定することができ、ボール状はんだを必要以
上に押しつぶすことがなくなり、かかる点において製品
の均一化及び歩留りの向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態における基本構成を示
す断面図である。

【図２】図１に示す第１の実施形態の組立手順を図２
（Ａ）〜（Ｃ）の順に示す説明図である。

【図３】本発明の第１の実施形態における具体例を示す
部分断面図である。

【図４】本発明の第２の実施形態を示す部分断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 電子部品パッケージ組立体 ２ プリント基板 ２Ａ ハンダ層 ３ 電子部品パッケージ ４ 電極パッド ５ ボール状はんだ（ボールグリッド） １０ 位置決め機構 １１ 一方の位置決め磁石 １２ 他方の位置決め磁石 ２１，２６ 一方の連結機構部 ２１ａ 永久磁石 ２２，２７ 他方の連結機構部 ２６Ａ 係合突起部

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の電子回路が付されたプリント基板
   と、このプリント基板上の複数の電極パッドに対応して
   搭載されるボール状はんだを介して複数箇所で連結され
   るボールグリッドアレイ構造のＬＳＩ等の電子部品パッ
   ケージとを備えてなる電子部品パッケージ組立体におい
   て、 前記プリント基板と電子部品パッケージとの間で且つ前
   記電極パッドの外周囲の複数箇所に、電子部品パッケー
   ジ用の位置決め機構を装備し、 この各位置決め機構を、前記プリント基板と電子部品パ
   ッケージの両者を所定間隔で連結し保持する第１および
   第２の連結機構部によって構成し、この第１の連結機構
   部を前記プリント基板又は電子部品パッケージの何れか
   に形成された凹部として、これに対応する第２の連結機
   構部を前記電子部品パッケージ又はプリント基板の何れ
   かに植設された凸状部とし、 この凸状部を、直径の小さい係合突起部で形成し、 前記プリント基板と電子部品パッケージとのはんだ連結
   用に使用するボール状はんだの直径と、前記プリント基
   板側の電極パッドの高さ寸法と、当該電極パッド上に付
   されるはんだ層との合計寸法を、はんだ連結前にあって
   は、前記位置決め機構の前記第１および第２の連結機構
   部の各先端部の当接面相互間に所定の空隙ができる大き
   さに予め設定した ことを特徴とする電子部品パッケージ
   組立体。
2. 【請求項２】 所定の電子回路が付されたプリント基板
   と、このプリント基板上の複数の電極パッドに対応して
   搭載されるボール状はんだを介して複数箇所で連結され
   るボールグリッドアレイ構造のＬＳＩ等の電子部品パッ
   ケージとを備えてなる電子部品パッケージ組立体におい
   て、 前記プリント基板と電子部品パッケージとの間で且つ前
   記電極パッドの外周囲の複数箇所に、電子部品パッケー
   ジ用の位置決め機構を装備し、 この各位置決め機構を、前記プリント基板と電子部品パ
   ッケージとからそれぞれ突出され先端部が当接する構造
   の基板側位置決めピンとパッケージ側位置決めピンとに
   よって構成し、 この基板側位置決めピンとパッケージ側位置決めピンの
   各当接部には、いずれか一方の先端部に断面Ｔ字状の吸
   引磁石が付され、これに対応する他方の位置決めピンを
   磁性部材で形成し、 前記プリント基板と電子部品パッケージのはんだ連結用
   に使用するボール状はんだの直径と、前記プリント基板
   側の電極パッドの高さ寸法と、当該電極パッド上に付さ
   れるはんだ層との合計寸法を、はんだ連結前にあって
   は、前記基板側位置決めピンと前記パッケージ側位置決
   めピンの各先端部の当接面相互間に所定の空隙ができる
   大きさに予め設定 したことを特徴とする電子部品パッケ
   ージ組立体。