JP5533367B2

JP5533367B2 - 電子部品の実装構造及び実装方法

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Publication number: JP5533367B2
Application number: JP2010155014A
Authority: JP
Inventors: 洋松岡
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2010-07-07
Filing date: 2010-07-07
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2030-07-07
Also published as: JP2012019036A

Description

本発明は、ＬＳＩパッケージ等の電子部品の実装構造及び実装方法に関し、特にアンダーフィルを用いたものに関する。

近年の携帯機器の発展に伴い、落下等の衝撃や使用時の温度変化による電子部品と基板との接合部の熱サイクル疲労による破壊に耐え得るよう、アンダーフィル（封止樹脂）をＬＳＩ（Large Scale Integration）パッケージと基板との間に充填し、衝撃強度や疲労強度を高めるようにした実装構造が実用化されている。
例えば、特許文献１には、アンダーフィル用樹脂組成物が、液状エポキシ樹脂、非磁性フィラー、及び磁性フィラーを含有してなり、外部からの磁力により各フィラーの分布を制御することで、この樹脂組成物からなるアンダーフィルにおける前記接合部に対する応力緩和作用を向上させる技術が開示されている。
一方、特許文献２には、熱伝導性接着フィルムにおいて、バインダー樹脂中に扁平状反磁性フィラーと針状反磁性フィラーとを含有してフィルム状組成物とし、このフィルム状組成物の厚み方向に磁場を印加して前記各フィラーを前記厚み方向に沿うように配向した後、前記フィルム状組成物を硬化させる記述が開示されている。

特開２００９−１０２９６号公報特開２００９−１５２５０１号公報

しかしながら、従来の実装構造は、アンダーフィルの線膨張係数等をＬＳＩパッケージや基板の線膨張係数に合わせて適切なものに設定していることから、搭載するＬＳＩパッケージや基板の線膨張係数によって充填するアンダーフィルを変更しなければならないという問題がある。また、アンダーフィルの適切な線膨張係数は前記接合部の部位によって異なることがあり、この点にも対応できるような実装構造及び実装方法が望まれている。

本発明の目的は、電子部品及び基板に応じてアンダーフィルの線膨張係数の最適化を図り、耐衝撃性の向上だけでなく熱疲労等による接合部の不良発生を低減することができる電子部品の実装構造及び実装方法を提供することにある。

上記課題の解決手段として、請求項１に記載した発明は、電子部品と基板との間に棒状の磁性体を含むアンダーフィルを充填する電子部品の実装構造において、前記アンダーフィルに複数の領域が設定され、これら各領域が互いに異なる方向に揃えて前記磁性体を配向し、前記各領域の線膨張係数を互いに異ならせることを特徴とする。
請求項２に記載した発明は、前記アンダーフィルの平面視中央側に、前記アンダーフィルの厚み方向に沿うように前記磁性体を配向した第一領域が設定され、この第一領域の周辺に、前記アンダーフィルの厚み方向と交差する方向に沿うように前記磁性体を配向した第二領域が設定されることを特徴とする。
請求項３に記載した発明は、前記アンダーフィルが、平面視矩形状をなす前記電子部品の各辺と平行に前記磁性体を配向し、この磁性体が描く矩形状が平面視中央側から周辺側へ広がるようにした拡開領域を有することを特徴とする。
請求項４に記載した発明は、前記アンダーフィルが、平面視矩形状をなす前記電子部品の対角線と平行に前記磁性体を配向し、この磁性体の向きが平面視中央側から周辺側へ広がるようにした拡開領域を有することを特徴とする。
請求項５に記載した発明は、前記アンダーフィルが、その厚み方向で異なる複数の領域を有し、これら各領域が、前記磁性体を前記アンダーフィルの厚み方向に沿うように配向した縦配向領域と、前記磁性体を前記厚み方向と交差するように配向した横配向領域とを構成することを特徴とする。
請求項６に記載した発明は、前記アンダーフィルが、その厚み方向に対して前記磁性体の配向方向を傾斜させた領域を有することを特徴とする。
請求項７に記載した発明は、前記磁性体がその断面幅の少なくとも二倍の長さを有することを特徴とする。
請求項８に記載した発明は、電子部品と基板との間に棒状の磁性体を含むアンダーフィルを充填する電子部品の実装方法において、前記アンダーフィルに設定した複数の領域で互いに異なる方向に揃えて前記磁性体を配向するように、前記アンダーフィルの硬化前に、外部からの磁場により前記磁性体の配向方向を前記各領域毎に制御し、この状態で前記アンダーフィルを硬化させ、前記各領域の線膨張係数を互いに異ならせることを特徴とする。
請求項９に記載した発明は、前記アンダーフィルの充填工程においても、前記磁性体の配向方向を外部からの磁場により制御することを特徴とする。

請求項１，８に記載した発明によれば、アンダーフィルの全域に渡って棒状の磁性体の配向方向を揃える場合と比べて、アンダーフィルの各領域毎に線膨張係数の最適化を図ることができるため、耐衝撃性の向上だけでなく、熱疲労等による接合部の不良発生を効果的に低減することができる。
請求項２〜４に記載した発明によれば、中央部に接続端子のないＬＳＩパッケージ等の構造に合わせてアンダーフィルの強度補強ができると共に、アンダーフィルの線膨張係数を各領域毎に変化させることで熱疲労防止等の効果を向上できる。
請求項５に記載した発明によれば、アンダーフィルの厚み方向で磁性体の配向を異ならせることで、電子部品側の領域と基板側の領域とでアンダーフィルの線膨張係数を変化させることができ、熱による反り防止等の効果を向上できる。
請求項６に記載した発明によれば、アンダーフィルのＺ方向の線膨張係数を変化させると共に、アンダーフィルのＸ，Ｙ方向の線膨張係数をも併せて変化させることができる。
請求項７に記載した発明によれば、磁性体の配向性を向上させることができる。
請求項９に記載した発明によれば、アンダーフィルの充填時にも棒状の磁性体の配向方向（長手方向）を制御してアンダーフィルの流動方向と平行に磁性体を配向することで、充填時のアンダーフィルの流動抵抗を小さくして微細な充填を行うことができる。

（ａ）は本発明の参考例における実装構造を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。（ａ）は本発明の第一実施形態における実装構造を示す断面図、（ｂ）は前記実装構造の平面図である。上記第一実施形態の変形例を示す平面図である。（ａ）は本発明の第二実施形態における実装構造を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。本発明の第三実施形態における実装構造を示す断面図である。本発明の実装方法をその工程毎に（ａ）〜（ｄ）の順に示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

＜参考例＞
図１に示す電子部品の実装構造において、ＬＳＩパッケージ１とこれが実装されるプリント配線基板（以下、単に基板という）２との間にはアンダーフィル３が充填される。アンダーフィル３は、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂３ａ中に棒状（針状）の磁性体（フィラー）４を含有してなる。なお、図中符号１ａはＬＳＩパッケージ１に設けられた配線、符号２ａは基板２に設けられた接続端子、符号６は配線１ａ及び接続端子２ａを接合するはんだボールをそれぞれ示す。

磁性体４は、その断面幅（直径）の二倍以上の長さを有し、外部からの磁力線に沿って配向方向を変化させる。すなわち、磁性体４は、その長手方向を磁力線に沿わせて配向される。磁性体４は、鉄、ニッケル等の金属を樹脂でコーティングしたものや磁石を樹脂でコーティングしたもの、さらには極性を分子構造に有する樹脂等からなる。磁性体４がその断面幅の二倍以上の長さを有することで磁力線による配向性が向上する。

なお、磁性体４は前記したものに限定されず、例えば磁性体４の材料は、磁力線に沿って配向が変化するものであればよい。また、磁性体４の形状は、前記断面幅の二倍以上の長さを有することを基本とするが、例えば棒状の磁性体４にらせん状の溝を設けて周辺の樹脂との密着性を向上させたり、磁力線による配向性を向上させるべく磁性体４の一端から他端へ連続的に断面積を変化させることも可能である。

かかるアンダーフィル３においては、その厚み方向（基板２の実装面と垂直な方向、Ｚ方向）に沿って磁性体４が一方向に配向されている。このため、アンダーフィル３の面方向（基板２の実装面に沿う方向、Ｘ，Ｙ方向）とＺ方向とでアンダーフィル３の線膨張係数が異なっている。

すなわち、多数の棒状の磁性体４が配向しているＺ方向では、棒状の磁性体４の線膨張係数の影響により、アンダーフィル３の線膨張係数が磁性体４を含まない熱硬化性樹脂３ａ単体と比べて小さくなる。一方、磁性体４と垂直なＸ，Ｙ方向では、アンダーフィル３の線膨張係数が熱硬化性樹脂３ａ単体に近い線膨張係数となる。

これにより、ＬＳＩパッケージ１と基板２との線膨張係数の違いをアンダーフィル３が吸収するという効果がもたらされる。つまり、ＬＳＩパッケージ１実装後の装置のＯＮ・ＯＦＦにより発生する温度変化に伴うＬＳＩパッケージ１や基板２の変形により生じる応力が、前記応力が最適化されたアンダーフィル３の線膨張係数により緩和、抑制される。このため、接合部の熱疲労寿命を向上させる（接合部の熱サイクル疲労に対する信頼性を向上させる）ことができる。

＜第一実施形態＞
図２に示す電子部品の実装構造において、アンダーフィル３は、その平面視中央側（ＬＳＩパッケージ１の中央側）に位置する中央領域３５と、中央領域３５の周辺に位置する四つの周辺領域３１〜３４とを有する。ＬＳＩパッケージ１は平面視矩形状をなし、このＬＳＩパッケージ１と基板２との接合部（アンダーフィル３に相当）も平面視矩形状に形成される。各周辺領域３１〜３４は、平面視でアンダーフィル３をその各辺に沿って四等分した領域に相当する。これら各周辺領域３１〜３４のアンダーフィル３中央側を切り欠くように、前記中央領域３５が設定される。なお、上記参考例と同一部分に同一符号を付してその説明は省略する。

各領域３１〜３５では、互いに異なる方向に揃えて磁性体４を配向している。具体的には、中央領域３５ではＺ方向と平行に磁性体４を配向し、各周辺領域３１〜３４ではＺ方向と垂直に（Ｚ方向と交差するように、基板２の実装面と平行に）磁性体４を配向している。各周辺領域３１〜３４では、平面視矩形状をなすＬＳＩパッケージ１の対角線と平行に磁性体４を配向しており、もって磁性体４がアンダーフィル３の平面視中央側からその周辺側へ放射状に広がるように配向される。

このように、棒状の磁性体４の配向角度を制御することにより、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向それぞれの線膨張係数を適宜変化させることが可能となるため、ＬＳＩパッケージ１の構造や基板２の構造等に最適化したアンダーフィル３を設定できる。また、異なるＬＳＩパッケージ１や基板２に合わせてアンダーフィル３の線膨張係数を適宜変化させることができ、異なるＬＳＩパッケージ１や基板２に対して同一のアンダーフィル３で対応することが可能となる。

図３は、上記第一実施形態の変形例を示す。
この変形例では、前記中央領域３５が無く、平面視でアンダーフィル３をその対角線に沿って四等分した領域が各周辺領域４１〜４４とされる。各周辺領域４１〜４４では、Ｚ方向と垂直かつＬＳＩパッケージ１の各辺（Ｘ，Ｙ方向）と平行となるように磁性体４が配向される。磁性体４は、ＬＳＩパッケージ１の平面視形状と相似する矩形状を描きつつ、アンダーフィル３の平面視中央側からその周辺側へ放射状に広がるように配向される。なお、この変形例でも前記中央領域３５を設定してもよい。逆に、上記第一実施形態から中央領域３５を無くしてもよい。

＜製法の説明＞
次に、上記実装構造の製法（実装方法）について図６を参照して説明する。
図中符号５は磁界を発生するプレートを示し、このプレート５上でアンダーフィル３の充填及び磁性体４の配向制御が行われる。この実装方法では、ＬＳＩパッケージ１と基板２との間にアンダーフィル３を充填する際に、アンダーフィル３中の棒状の磁性体４の配向方向をアンダーフィル３の流動方向に沿うように（基板２の実装面に沿うように）配向する工程と、アンダーフィル３の充填後にアンダーフィル３中の棒状の磁性体４の配向方向を任意の方向に沿うように（図ではＺ方向に沿うように）配向する工程とを有する。

この実装方法では、まず、図６（ａ）に示すように、磁力線を発生するプレート５上にＬＳＩパッケージ１を接合した基板２をセットする。
次いで、ＬＳＩパッケージ１と基板２との間の隙間にアンダーフィル３を充填するが、このとき、プレート５が発生する磁力線の方向を操作することで、アンダーフィル３中の棒状の磁性体４の配向方向を制御し、図６（ｂ），（ｃ）に示すように、棒状の磁性体４の配向方向をアンダーフィル３の流動方向と平行（基板２の実装面と平行）にする。
これにより、充填時のアンダーフィル３の流動性を向上させ、ＬＳＩパッケージ１及び基板２間のギャップが狭い場合でもアンダーフィル３の未充填を無くすことができる。

次いで、図６（ｄ）に示すように、アンダーフィル３を硬化する際に、プレート５が発生する磁力線の方向を再度操作し、今度は棒状の磁性体４の配向方向をアンダーフィル３の流動方向と垂直（基板２の実装面と垂直）にする。
この状態で、これらをオーブン等に投入して加熱処理することで、アンダーフィル３を硬化させて上記実装構造を得る。

このように、棒状の磁性体４をアンダーフィル３中で任意の方向に配向することにより、接合部の熱膨張におけるＸ，Ｙ，Ｚ方向の線膨張係数を磁性体４の配向の度合いにより変化させることができ、ＬＳＩパッケージ１の構造や基板２の構造、及びこれらの線膨張係数等を考慮した特性を持たせることができる。

ここで、図６では上記参考例の実装構造を示しているが、上記第一実施形態の実装構造を製造する場合には、例えばプレート５を分割する等により各領域３１〜３５に対応した個々の磁力線を発生可能とし、各領域３１〜３５毎に磁性体４の配向方向を制御した状態でアンダーフィル３を硬化させればよい。

以上説明したように、上記実施形態における電子部品の実装構造は、ＬＳＩパッケージ１と基板２との間に棒状の磁性体４を含むアンダーフィル３を充填するものにおいて、前記アンダーフィル３に複数の領域３１〜３５が設定され、これら各領域３１〜３５が互いに異なる方向に揃えて前記磁性体４を配向するものである。
この構成によれば、アンダーフィル３の全域に渡って棒状の磁性体４の配向方向を揃える場合と比べて、アンダーフィル３の各領域３１〜３５毎に線膨張係数の最適化を図ることができるため、耐衝撃性の向上だけでなく、熱疲労等による接合部の不良発生を効果的に低減することができる。

また、上記実装構造は、前記アンダーフィル３の平面視中央側に、前記アンダーフィル３の厚み方向に沿うように前記磁性体４を配向した中央領域３５が設定され、この中央領域３５の周辺に、前記アンダーフィル３の厚み方向と交差する方向に沿うように前記磁性体４を配向した周辺領域３１〜３４が設定されるものである。
この構成によれば、中央部に接続端子のないＬＳＩパッケージ１の構造に合わせてアンダーフィル３の強度補強ができると共に、アンダーフィル３の線膨張係数を各領域３１〜３５毎に変化させることで熱疲労防止等の効果を向上できる。

また、上記実施形態における電子部品の実装方法は、前記ＬＳＩパッケージ１の実装工程において、前記アンダーフィル３の硬化前に、外部からの磁場により前記磁性体４の配向方向を各領域３１〜３５毎に制御し、この状態で前記アンダーフィル３を硬化させると共に、前記アンダーフィル３の充填工程においても、前記磁性体４の配向方向を外部からの磁場により制御するものである。
この構成によれば、アンダーフィル３に設定した複数の領域３１〜３５で互いに異なる方向に揃えて磁性体４を配向できると共に、アンダーフィル３の充填時にも棒状の磁性体４の配向方向（長手方向）を制御してアンダーフィル３の流動方向と平行に磁性体４を配向することで、充填時のアンダーフィル３の流動抵抗を小さくして微細な充填を行うことができる。

＜第二実施形態＞
次に、本発明の第二実施形態について図４を参照して説明する。
この実施形態は、前記第一実施形態に対して、前記アンダーフィル３にその厚み方向で異なる二つの領域３６，３７を設定し、これら各領域３６，３７が互いに異なる方向に揃えて前記磁性体４を配向する点で特に異なる。その他の、前記実施形態と同一部分には同一符号を付して、その説明を省略する。

この実施形態では、例えばＬＳＩパッケージ１側の領域（層）３６では、アンダーフィル３の厚み方向と平行に磁性体４が配向され、基板２側の領域（層）３７では、アンダーフィル３の厚み方向と垂直に磁性体４が配向される。この実装構造は、各領域３６，３７毎に磁性体４の配向を揃えるように複数回に分けて磁力線を作用させる、あるいはＬＳＩパッケージ１側にも別途磁力線を発生させるプレート５を配することで得られる。なお、異なる配向をもつ領域は二層に限定されず三層以上であってもよい。

以上説明したように、上記実施形態における電子部品の実装構造は、前記アンダーフィル３にその厚み方向で異なる複数の領域３６，３７を設定し、これら各領域３６，３７が、前記磁性体４を前記アンダーフィル３の厚み方向に沿うように配向した縦配向領域（３６）と、前記磁性体４を前記厚み方向と交差するように配向した横配向領域（３７）とを構成するものである。
この構成によれば、アンダーフィル３の厚み方向で磁性体４の配向を異ならせることで、ＬＳＩパッケージ１側の領域３６と基板２側の領域３７とでアンダーフィル３の線膨張係数を変化させることができ、熱による反り防止等の効果を向上できる。

＜第三実施形態＞
次に、本発明の第三実施形態について図５を参照して説明する。
この実施形態は、前記第一実施形態に対して、前記アンダーフィル３の厚み方向に対して磁性体４の配向方向を傾斜させた点で特に異なる。その他の、前記実施形態と同一部分には同一符号を付して、その説明を省略する。

この実施形態では、例えばアンダーフィル３における図中右側の領域３８と左側の領域３９とで、基板２側ほど左右外側に位置するようにＺ方向に対して磁性体４を傾斜させている。すなわち、磁性体４は、Ｘ，Ｙ方向の少なくとも一方に対しても傾斜している。なお、磁性体４をＬＳＩパッケージ１側ほど左右外側に位置するように傾斜させてもよい。また、アンダーフィル３に設定する領域の数は様々に設定してもよい。

以上説明したように、上記実施形態における電子部品の実装構造は、前記アンダーフィル３の厚み方向に対して前記磁性体４の配向方向を傾斜させた傾斜領域（３８，３９）を有するものである。
この構成によれば、アンダーフィル３のＺ方向の線膨張係数を変化させると共に、アンダーフィル３のＸ，Ｙ方向の線膨張係数をも併せて変化させることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、各実施形態の構成を適宜組み合わせて実施することも可能である。また、アンダーフィル３内で局部的に磁性体４の配向方向を変化させてもよい。
そして、上記実施形態における構成は本発明の一例であり、当該発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

１ＬＳＩパッケージ（電子部品）
２基板
３アンダーフィル
４磁性体
３１〜３４，４１〜４４周辺領域（領域、第二領域、拡開領域）
３５中央領域（領域、第一領域）
３６領域（縦配向領域）
３７領域（横配向領域）
３８，３９領域（傾斜領域）

Claims

電子部品と基板との間に棒状の磁性体を含むアンダーフィルを充填する電子部品の実装構造において、
前記アンダーフィルに複数の領域が設定され、これら各領域が互いに異なる方向に揃えて前記磁性体を配向し、前記各領域の線膨張係数を互いに異ならせることを特徴とする電子部品の実装構造。
前記アンダーフィルの平面視中央側に、前記アンダーフィルの厚み方向に沿うように前記磁性体を配向した第一領域が設定され、この第一領域の周辺に、前記アンダーフィルの厚み方向と交差する方向に沿うように前記磁性体を配向した第二領域が設定されることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装構造。
前記アンダーフィルが、平面視矩形状をなす前記電子部品の各辺と平行に前記磁性体を配向し、この磁性体が描く矩形状が平面視中央側から周辺側へ広がるようにした拡開領域を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品の実装構造。
前記アンダーフィルが、平面視矩形状をなす前記電子部品の対角線と平行に前記磁性体を配向し、この磁性体の向きが平面視中央側から周辺側へ広がるようにした拡開領域を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品の実装構造。
前記アンダーフィルが、その厚み方向で異なる複数の領域を有し、これら各領域が、前記磁性体を前記アンダーフィルの厚み方向に沿うように配向した縦配向領域と、前記磁性体を前記厚み方向と交差するように配向した横配向領域とを構成することを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装構造。
前記アンダーフィルが、その厚み方向に対して前記磁性体の配向方向を傾斜させた傾斜領域を有することを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装構造。
前記磁性体がその断面幅の少なくとも二倍の長さを有することを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の電子部品の実装構造。
電子部品と基板との間に棒状の磁性体を含むアンダーフィルを充填する電子部品の実装方法において、
前記アンダーフィルに設定した複数の領域で互いに異なる方向に揃えて前記磁性体を配向するように、前記アンダーフィルの硬化前に、外部からの磁場により前記磁性体の配向方向を前記各領域毎に制御し、この状態で前記アンダーフィルを硬化させ、前記各領域の線膨張係数を互いに異ならせることを特徴とする電子部品の実装方法。
前記アンダーフィルの充填工程においても、前記磁性体の配向方向を外部からの磁場により制御することを特徴とする請求項８に記載の電子部品の実装方法。