JP6607208B2 - 回路基板装置および回路基板 - Google Patents

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Description

この発明は、裏面に複数の電極を有する電子部品が半田付けされた回路基板装置、電子部品が半田付けされる回路基板に関する。
BGA(Ball Grid Array)やLGA(Land Grid Array)などで、その裏面にある複数の電極を基板上のパッドに半田付けするには、クリーム半田印刷工法が一般的である。クリーム半田印刷工法では、開口を設けたメタルマスクを用いてクリーム半田をパッドに印刷し、リフロー炉での加熱によって電極をパッドに半田付けする。この方法には、リフロー時の高温下で電子部品が反ることによって、半田の未接合が発生し、半田付け不良を引き起こす場合があるという課題がある。
半田付け不良を少なくするために、厚みがある半田バンプを形成する方法として、基板へクリーム半田を印刷し、リフローにより半田バンプを形成し、押圧処理による半田バンプの上面を平坦にする処理を繰り返す方法がある(特許文献1)。
基板のランド径およびクリーム半田印刷用のメタルマスクの開口径を部分的に変更することで、半田の高さを調整し、部品の反りに起因する半田付け不良を対策する方法がある(特許文献2)。
特許第3631230号 特開2003−243818
特許文献1の方法では、基板に厚みのある半田バンプを形成するためにクリーム半田の印刷、リフロー、平坦化という工程を複数回行う必要があり、製造コストが増大する。
部品の高集積化が進むとリードピッチが狭くなる。リードピッチが狭くなると、基板のランド(パッド)サイズやマスク開口の変更が難しくなり、特許文献2の方法だけでは半田付けに十分な半田を供給できなくなる。
本発明の目的は、回路基板を製造する上でプロセスを増やすことなく、電子部品を実装するためにパッドへ供給する半田の量を増やすことができる回路基板とし、電子部品に反りがあっても回路基板に良好に半田付けできることを目的とする。
この発明に係る回路基板装置は、裏面に複数の電極を有する電子部品と、電子部品が半田付けされた回路基板とを備える。回路基板の一面に、電極に対応して設けられて電極が半田付けされた複数のパッドと、パッドが露出するように設けられたソルダレジストと、1個のパッドを囲むようにソルダレジストの上に印刷されたシンボルプリントとが設けられ、複数のパッドは、シンボルプリントに囲まれたシンボルプリントありパッドと、それ以外のシンボルプリントなしパッドとを有し、シンボルプリントありパッドは、シンボルプリントなしパッドよりもシンボルプリントの厚さの分だけ量が大きく半田が形成され、シンボルプリントありパッドと電子部品との間隔の最大値が、シンボルプリントなしパッドと電子部品との間隔の最大値よりも大きい
この発明に係る回路基板は、基板と、裏面に複数の電極を有する電子部品の電極に対応して基板の一面に設けられた電極が半田付けされる複数のパッドと、パッドが露出するように設けられたソルダレジストと、1個のパッドを囲むようにソルダレジストの上に印刷されたシンボルプリントとを備え、複数のパッドは、シンボルプリントに囲まれたシンボルプリントありパッドと、それ以外のシンボルプリントなしパッドとを有し、シンボルプリントありパッドは、シンボルプリントなしパッドよりもシンボルプリントの厚さの分だけ量が大きく半田が形成される。この発明に係る回路基板の製造方法は、複数のパッドとパッドが露出するように設けられたソルダレジストと1個のパッドを囲むようにソルダレジストの上に印刷されたシンボルプリントとが一面に設けられ、複数のパッドは、シンボルプリントに囲まれたシンボルプリントありパッドと、それ以外のシンボルプリントなしパッドとを有する回路基板の上に、複数のパッドに対応する位置に開口を有するマスクを密着させた状態で、シンボルプリントありパッドには、マスクの厚さとソルダレジストのシンボルプリントありパッドの上面よりも上側に存在する部分の厚さとシンボルプリントの厚さとを足した厚さの半田を印刷し、シンボルプリントなしパッドには、マスクの厚さとソルダレジストのシンボルプリントなしパッドの上面よりも上側に存在する部分の厚さとを足した厚さの前記半田を印刷する工程と、半田が印刷された回路基板からマスクを取り外し、回路基板と、裏面に複数のパッドに対応して設けられた複数の電極を有する電子部品とをリフロー方式による半田付けによって接合する工程とを備える。
この発明によれば、回路基板を製造する上でプロセスを増やすことなく、電子部品を実装するためにパッドへ供給する半田の量を増やすことができる回路基板を得ることができ、電子部品に反りがあっても回路基板に良好に半田付けできる。
この発明の実施の形態1に係る回路基板装置で使用する回路基板の平面図と断面図である。 実施の形態1および実施の形態5に係る回路基板装置で半田付けされる電子部品の形状を示す図である。 実施の形態1に係る回路基板装置で使用する回路基板でクリーム半田を印刷するためにマスクを回路基板の上に置いた状態での断面図である。 実施の形態1に係る回路基板装置で使用する回路基板のクリーム半田を印刷した状態を示す断面図である。 実施の形態1に係る回路基板装置の半田付け後の断面図である。 比較例としての従来の回路基板の平面図と断面図である。 比較例としての従来の回路基板のクリーム半田を印刷した状態を示す断面図である。 比較例としての従来の回路基板に図2に示す電子部品を半田付けした状態を示す断面図である。 実施の形態1に係る回路基板装置で使用する回路基板に設けられるパッドを囲むシンボルプリントの変形例を説明する図である。 この発明の実施の形態2に係る回路基板装置で使用する回路基板の平面図と断面図である。 実施の形態2および実施の形態6に係る回路基板装置で半田付けされる電子部品の形状を示す図である。 実施の形態2に係る回路基板装置で使用する回路基板でクリーム半田を印刷するためにマスクを回路基板の上に置いた状態での断面図である。 実施の形態2に係る回路基板装置で使用する回路基板のクリーム半田を印刷した状態を示す断面図である。 実施の形態2に係る回路基板装置の半田付け後の断面図である。 比較例としての従来の回路基板に図11に示す電子部品を半田付けした状態を示す断面図である。 この発明の実施の形態3に係る回路基板装置で使用する回路基板の平面図と断面図である。 実施の形態3および実施の形態7に係る回路基板装置で半田付けされる電子部品の形状を示す図である。 実施の形態3に係る回路基板装置で使用する回路基板でクリーム半田を印刷するためにマスクを回路基板の上に置いた状態での断面図である。 実施の形態3に係る回路基板装置で使用する回路基板のクリーム半田を印刷した状態を示す断面図である。 実施の形態3に係る回路基板装置の半田付け後の断面図である。 この発明の実施の形態4に係る回路基板装置で使用する回路基板の平面図と断面図である。 実施の形態4および実施の形態8に係る回路基板装置で半田付けされる電子部品の形状を示す図である。 実施の形態4に係る回路基板装置で使用する回路基板でクリーム半田を印刷するためにマスクを回路基板の上に置いた状態での断面図である。 実施の形態4に係る回路基板装置で使用する回路基板のクリーム半田を印刷した状態を示す断面図である。 実施の形態4に係る回路基板装置の半田付け後の断面図である。 この発明の実施の形態5に係る回路基板装置で使用する回路基板の平面図と断面図である。 実施の形態5に係る回路基板装置で使用する回路基板でクリーム半田を印刷するためにマスクを回路基板の上に置いた状態での断面図である。 実施の形態5に係る回路基板装置で使用する回路基板のクリーム半田を印刷した状態を示す断面図である。 実施の形態5に係る回路基板装置の半田付け後の断面図である。 この発明の実施の形態6に係る回路基板装置で使用する回路基板の平面図と断面図である。 実施の形態6に係る回路基板装置で使用する回路基板のクリーム半田を印刷した状態を示す断面図である。 実施の形態6に係る回路基板装置の半田付け後の断面図である。 この発明の実施の形態7に係る回路基板装置で使用する回路基板の平面図と断面図である。 実施の形態7に係る回路基板装置で使用する回路基板のクリーム半田を印刷した状態を示す断面図である。 実施の形態7に係る回路基板装置の半田付け後の断面図である。 この発明の実施の形態8に係る回路基板装置で使用する回路基板の平面図と断面図である。 実施の形態8に係る回路基板装置で使用する回路基板のクリーム半田を印刷した状態を示す断面図である。 実施の形態8に係る回路基板装置の半田付け後の断面図である。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る回路基板装置で使用する回路基板の平面図と断面図である。図1(a)に平面図を示す。図1(b)は、図1(a)に示すA−A断面での断面図である。図1(c)は、図1(a)に示すB−B断面での断面図である。図2は、実施の形態1に係る回路基板装置で半田付けされる電子部品の形状を示す図である。図1に示す回路基板1は、図2に示すBGA(Ball Grid Array)2を半田付け不良が少なく半田付けできるものである。図2(a)は、BGA2の基板側から見た平面図である。図2(b)は、図2(a)に示すC−C断面での断面図である。図2(c)は、図2(a)に示すD−D断面での断面図である。図2(b)は、平面図における左右方向での断面図である。図2(c)は、平面図における上下方向での断面図である。図2などでは、分かりやすくするために、切断面上での電子部品の形状だけを図に書く。図では、反りを強調して表現している。
BGA2には、その裏面に格子状に複数の電極3が設けられる。各電極3には、パッド6への半田付けを容易にするために、球状の半田である半田ボール4が取り付けられている。半田ボール4は同じ大きさである。BGA2の裏面には、複数の半田ボール4が格子状に並ぶ。この明細書では、9行9列の合計81個の電極3を有するBGA2を例として、発明を説明する。任意の個数の電極が任意の間隔で任意の配置で設けられたBGAなどの電子部品に、この発明は適用できる。
図2に示すBGA2は、リフロー半田付けのために加熱される際に、半田ボール4が設けられた裏面の中央がくぼむように変形する特性を持つものである。BGA2は、その縦および横でほぼ同じように変形する。図2に示すようなBGA2の変形を、上反り(Convex)変形と呼ぶ。
電子部品の反りは、裏面側からみて中央部が窪む場合だけでなく、中央部が出る場合もある。縦方向と横方向で反りの度合いが異なる場合もある。縦方向と横方向で反りの向きが反対になる鞍型に反る場合もある。反りによる窪みまたは凸部の中心が電子部品の中心からずれる場合もある。また、反りの中心線の方向が電子部品の側面の方向に対して斜めになる場合もある。反りの曲率が位置によって変化する場合もある。複数の窪みや凸部ができるように反る場合もある。
電子部品は、種類によりその内部構造は決まる。電子部品に反りが発生する際にはどのような反りが発生しやすいかは、その内部構造すなわち電子部品の種類により決まる。電子部品の種類ごとに、リフロー加熱するとどのように反りやすいか、すなわち反りの特徴を、予め実験などにより調べておくものとする。
回路基板1は、一面に回路配線が設けられた基板5を有する。基板5の一方の面に電子部品であるBGA2の半田ボール4が半田付けされる複数の円形のパッド6が形成される。パッド6はすべて同じ大きさである。それぞれのパッド6の周囲には、間隔を持たせてソルダレジスト7が設けられる。パッド6は、NSMD(Non Solder Mask Defined)パッドである。ソルダレジスト7は、それぞれのパッド6を囲みパッド6が露出するように設けられる。パッド6は、BGA2の裏面に格子状に設けられた複数の半田ボール4に対応させて設けられる。図1では、回路基板1のBGA2が搭載される範囲30を含む部分だけを表示する。図1などでは、BGA搭載範囲30を破線で示す。実際には、回路基板1に他の電子部品も実装される。以降の図でも同様である。なお、基板5の両面にBGA2を半田付けする場合もある。多層基板が使用される場合もある。
BGA搭載範囲30の中央部に存在する複数のパッド6には、それぞれ1個のパッド6を囲むようにソルダレジスト7の上に輪の形のシンボルプリント(Symbol Print)8が印刷される。シンボルプリント8は、ソルダレジスト7の縁に沿って決められた一定の幅および厚さで設けられる。最も遠い位置でのパッドからの距離が決められた範囲に入るように、シンボルプリント8が印刷される。シンボルプリント8は、一定の厚さでその上面ができるだけ平らであるようにする。そうすることで、各パッドに供給するクリーム半田10の量を均一にできる。
シンボルプリント8が設けられた複数のパッド6は、互いに隣接する。シンボルプリント8が設けられた複数のパッド6の集合を、SPありパッド群と呼ぶ。BGA搭載範囲30の内部でシンボルプリント8が設けられていない複数のパッド6の集合を、SPなしパッド群と呼ぶ。
SPありパッド群に属するパッド6は、パッド6A(図3に図示)と表記することにする。SPなしパッド群に属するパッド6の中でパッド6Aに隣接するパッド6を、パッド6Bと表記することにする。パッド6Aとは隣接しないSPなしパッド群に属するパッド6を、パッド6Cと表記することにする。パッド6Aは、BGA搭載範囲30の中央部分に四辺に対して斜めの線で囲まれる範囲に存在する。パッド6Bおよびパッド6Cは、BGA搭載範囲30の内部でパッド6Aよりも外側の範囲に設けられる。パッド6Aは、互いに隣接する。
BGA2の裏面の中央部に配置された電極3が半田付けされるパッド6を含み互いに隣接する複数のパッド6を、第1のパッド群と呼ぶ。BGA搭載範囲30に含まれ第1のパッド群に属さない複数のパッドを第2のパッド群と呼ぶ。この実施の形態1では、第1のパッド群に属する複数のパッド6Aのそれぞれを囲む複数のシンボルプリント8を、ソルダレジスト7の上に設ける。そうすることで、BGA2の全体が大きく反る場合でも半田付け不良の発生を防止できる。
シンボルプリントは、一般的には、回路基板に電子部品を実装する際のガイドとなるような印字のために使用される。シンボルプリント8で挟まれる位置には、本来の目的のためのシンボルプリントを設けてもよい。パッド6Bおよびパッド6Cに供給されるクリーム半田10の量が増えることが無いように、シンボルプリント8とパッド6Bの間には、シンボルプリントを設けない。パッド6Bとパッド6Cの間とパッド6C同士の間にも、シンボルプリントを設けない。
BGA2などの表面実装部品を半田付けする際には、マスク9を使用してパッド6の上にクリーム半田10を印刷する。マスク9は、パッド6に対応する位置に開口9Aを設けた金属のプレートである。マスク9の厚さは、クリーム半田10をパッド6に印刷した後に、クリーム半田10をそのまま残して外すことができるように、適切な厚さとする。マスク9の材質は、適度にたわむように決める。開口9Aを設けたマスク9と回路基板1を密着させ、適度な圧力をかけながら開口9Aにクリーム半田10を充填する。その後で、マスク9を回路基板1から遠ざける方向に移動させて、パッド6の上にクリーム半田10を残す。こうして、表面実装部品用のパッド6へクリーム半田10を転写する。このようなクリーム半田印刷工法が、一般的に使用される。この発明に係る回路基板装置でもクリーム半田印刷工法が適用されるものとする。マスク9の開口9Aは、すべて同じ大きさと形状を有する。
図3は、実施の形態1に係る回路基板装置で使用する回路基板でクリーム半田を印刷するためにマスクを回路基板の上に置いた状態での断面図である。図3(a)が、図1(a)に示すB−B断面での断面図である。図3(b)は、図3(a)において楕円で示す範囲51を拡大した断面図である。範囲51は、1個のパッド6Cを含む範囲である。図3(c)は、図3(a)において楕円で示す範囲52を拡大した断面図である。範囲52は、1個のパッド6Bを含む範囲である。図3(d)は、図3(a)において楕円で示す範囲53を拡大した断面図である。範囲53は、1個のパッド6Aを含む範囲である。
図3(d)に示すように、パッド6Aの周囲に設けたシンボルプリント8の上面にマスク9が密着する。図3(b)に示すように、パッド6Cでは、その周囲のソルダレジスト7の上面とマスク9とが密着する。図3(c)に示すように、パッド6Bの付近ではマスク9がたわみ、パッド6Aを囲むシンボルプリント8からパッド6Cとの間でマスク9が斜めになる。
マスク9の厚さをDmとする。ソルダレジスト7のパッド6の上面よりも上側に存在する部分の厚さをDrとする。シンボルプリント8の厚さをDpとする。また、パッド6Aとマスク9との間隔をTとし、パッド6Cとマスク9との間隔をTとする。図3(b)から分るように、TLは以下のようになる。
=Dm+Dr (1)
図3(d)から分るように、Tは以下のようになる。
=Dm+Dr+Dp=T+Dp (2)
シンボルプリント8があるので、T>Tである。つまり、シンボルプリント8で囲まれているパッド6Aとマスク9との間隔Tは、シンボルプリント8で囲まれていないパッド6Cとマスク9との間隔Tよりも大きい(T>T)。
パッド6Bでは、マスク9との間隔Tは、TからTの間で変化する(T≧T≧T)。
図4は、実施の形態1に係る回路基板装置で使用する回路基板のクリーム半田を印刷した状態を示す断面図である。図4(a)は、図1(a)に示すA−A断面での断面図である。図4(b)は、図1(a)に示すB−B断面での断面図である。シンボルプリント8で囲まれているパッド6Aには、間隔Tの厚さでクリーム半田10が印刷される。シンボルプリント8で囲まれていないパッド6Cには、間隔Tの厚さでクリーム半田10が印刷される。パッド6Bでは、クリーム半田10の厚さTが間隔TとTとの間で変化する。
BGA搭載範囲30の中央部に存在する複数のパッド6Aでは、各パッド6Aがその周囲をシンボルプリント8で囲まれているので、シンボルプリント8で囲まれていないBGA搭載範囲30の周辺部に存在する複数のパッド6Cよりも、シンボルプリント8の厚さDpだけ厚くクリーム半田10を印刷できる。パッド6とマスク9の開口9Aの大きさはすべてのパッド6で同じなので、パッド6Bおよびパッド6Cよりも、多くのクリーム半田10をパッド6Aに供給できる。パッド6Bでは、パッド6Aとパッド6Cの中間の量の半田が印刷される。
図5は、実施の形態1に係る回路基板装置の半田付け後の断面図である。図5(a)は、図1に示すA−A断面での断面図である。図5(b)は、図1に示すB−B断面での断面図である。BGA2は、リフロー炉の中で加熱される際に、図2に示すように反る。BGA2の中央部ではパッド6Aとの間隔が大きくなるが、パッド6Aにクリーム半田10を多く印刷するので、BGA2をパッド6Aに半田付けする際に、不良は発生しにくい。回路基板装置20では、BGA2の裏面の複数の電極3がそれぞれ対応するパッド6に半田11により良好に半田付けできている。
シンボルプリント8が周囲に設けられたパッド6AとBGA2との間隔の最大値は、シンボルプリント8が設けられていないパッド6Bおよびパッド6CのBGA2との間隔の最大値よりも大きい。逆に言うと、BGA2との間隔が大きくなる位置のパッド6の周囲にシンボルプリント8を設ける。
パッド6Cでは、BGA2が反ってもBGA2との間隔の変化が小さいので、パッド6Aよりも少量のクリーム半田10で良好に半田付けできる。パッド6Bでは、BGA2との平均間隔がパッド6Aよりも小さくパッド6Cよりも大きい。印刷されたクリーム半田10の量も、パッド6Aへの量よりも小さくパッド6Cへの量よりも大きい。したがって、パッド6Bでも良好に半田付けができる。
比較例として、従来の回路基板1Xを使用する場合に、半田付け不良が発生する状況を説明する。図6は、比較例としての従来の回路基板の平面図と断面図である。図6(a)に平面図を示す。図6(b)は、図6(a)に示すE−E断面での断面図である。他の位置でも同じ断面図である。回路基板1Xには、回路基板1と同様にパッド6とソルダレジスト7が設けられる。回路基板1Xには、パッド6を囲むシンボルプリントは設けられていない。
図7は、比較例としての従来の回路基板のクリーム半田を印刷した状態を示す断面図である。すべてのパッド6に同じ厚さTでクリーム半田10が印刷される。図8は、比較例としての従来の回路基板に図2に示す電子部品を半田付けした状態を示す断面図である。回路基板装置20Xにおいて、中央部のパッド6ではクリーム半田10の量が不足する。そのため、パッド6側の半田12と電極3側の半田13(半田ボール4が溶融して固化したもの)とが分離しており、電極3がパッド6に半田付けできていない。
回路基板1は、半田付けされるBGA2の反りに合わせて、回路基板1とBGA2の裏面との間隔が大きくなる領域では、パッド6に印刷するクリーム半田10の量を多くできる。そのため、回路基板1にBGA2を半田付けする際に、半田付け不良になる確率を小さくできる。また、シンボルプリントという、従来から回路基板に対して実施される処理を利用するので、回路基板を製造する上で新たな工程を追加することは不要である。
パッド6の周囲に設けるシンボルプリント8は、図1などに示すような1つの輪でなくてもよい。図9は、実施の形態1に係る回路基板装置で使用する回路基板に設けられるパッド6を囲むシンボルプリントの変形例を説明する図である。図9(a)に示すシンボルプリント8Aは、輪に2個の切れ目を設けた場合である。図9(b)に示すシンボルプリント8Bは、輪に3個の切れ目を設けた場合である。図9(c)は、パッド6の周囲に16個の円形のシンボルプリント8Cを設けた場合である。図9(d)は、パッド6の周囲に6個の長方形のシンボルプリント8Dを設けた場合である。シンボルプリント8Aとシンボルプリント8Bでは、輪の切れ目の方向を隣り合うものでは変えているが、すべて同じ方向を向くようにしてもよい。パッド6を囲むようにシンボルプリントを設ければ、シンボルプリントの形状はどのようなものでもよい。図1などのように、1つの輪のシンボルプリント8の方が望ましいが、複数に分けて設けられていてもよい。
シンボルプリントで囲むパッドの集合であるSPありパッド群の配置は、BGAなどの電子部品の変形に応じて適切に決める。電子部品が反る形状に合わせて回路基板から遠くなる位置のパッドに、1個のパッドを囲むようにシンボルプリントを設ければよい。1個のパッドを囲む複数のシンボルプリントを設けたが、電子部品の反り具合によっては1個のパッドにだけシンボルプリントを設ける場合もありうる。パッドからの距離が遠くなる電子部品の範囲が広ければ、隣接する複数のパッドにシンボルプリントを設けることになる。電子部品に短い間隔で凹凸が発生する場合には、シンボルプリントが設けられたパッドの複数の集合が離れて存在する場合もある。
この発明に係る回路基板は、BGAだけではなくLGAにも適用できる。裏面に複数の電極を有する電子部品を、複数の電極に対応して回路基板に設けられた複数のパッドに電極を半田付けした回路基板装置であればよい。回路基板では、パッドの周辺部を覆うようにソルダレジストを設けてもよい。
マスクを厚くする場合には、すべてのパッドに供給されるクリーム半田の量が多くなる。電子部品が反る際に電子部品の裏面との間隔が短いパッドでは、必要量を越えてクリーム半田が供給される。そのため、パッド間を半田が結ぶような半田付け不良が発生しやすくなる。
パッドの形状はどのパッドでも同じなので、回路基板の設計の工数は増加しない。また、従来と同様なマスクを使用することができる。マスクの開口の形状も、どのパッドに対応するものでも同じである。電子部品の反り方が変化しても同じマスクを使用でき、クリーム半田を印刷する工程が複雑になることはない。
以上のことは、他の実施の形態にもあてはまる。
実施の形態2.
実施の形態2は、半田ボール4が設けられる裏面の中央が出るように変形する特性を持つBGA2Aを対象とする場合である。図10は、この発明の実施の形態2に係る回路基板装置で使用する回路基板の平面図と断面図である。図10(a)に平面図を示す。図10(b)は、図10(a)に示すF−F断面での断面図である。図10(c)は、図10(a)に示すG−G断面での断面図である。図11は、実施の形態2および実施の形態6に係る回路基板装置で半田付けされる電子部品の形状を示す図である。図11(a)は、BGA2Aの基板側から見た平面図である。図11(b)は、図11(a)に示すH−H断面での断面図である。図11(c)は、図11(a)に示すJ−J断面での断面図である。図11(b)は、平面図における左右方向での断面図である。図11(c)は、平面図における上下方向での断面図である。
図11に示すBGA2Aは、リフロー半田付けのために加熱される際に、半田ボール4が設けられる裏面の中央が出るように変形する特性を持つものである。BGA2Aは、その縦および横でほぼ同じように変形する。図11に示すようなBGA2Aの変形を、下反り(Concave)変形と呼ぶ。
回路基板1Aには、実施の形態1での回路基板1と同様にパッド6とソルダレジスト7が設けられる。周囲にシンボルプリントが設けられていないパッド6Bおよびパッド6Cが、BGA搭載範囲30の中央部分に四辺に対して斜めの線で囲まれる範囲に存在する。周囲にシンボルプリント8が設けられたパッド6Aは、BGA搭載範囲30の内部でパッド6Bおよびパッド6Cよりも外側の範囲に設けられる。
この実施の形態2では、BGA2Aの裏面の中央部に配置された電極3が半田付けされるパッド6を含み互いに隣接する複数のパッド6である第1のパッド群に属するパッド6にはシンボルプリント8を設けない。第1のパッド群に属さない複数のパッドである第2のパッド群のそれぞれを囲む複数のシンボルプリント8を、ソルダレジスト7の上に設ける。電子部品の反り方に応じて、第1のパッド群または第2のパッド群のどちらか一方の電子部品の裏面との間隔が大きくなる方に属する複数のパッドのそれぞれを囲むように、シンボルプリントをソルダレジストの上に設ければよい。
図12は、実施の形態2に係る回路基板装置で使用する回路基板でクリーム半田を印刷するためにマスクを回路基板の上に置いた状態での断面図である。実施の形態1で使用するのと同じマスク9を使用する。図12(a)が、図10(a)に示すF−F断面での断面図である。図12(b)は、図12(a)において楕円で示す範囲54を拡大した断面図である。範囲54は、1個のパッド6Aを含む範囲である。図12(c)は、図12(a)において楕円で示す範囲55を拡大した断面図である。範囲55は、1個のパッド6Bを含む範囲である。図12(d)は、図12(a)において楕円で示す範囲56を拡大した断面図である。範囲56は、1個のパッド6Cを含む範囲である。
パッド6Aの周囲に設けられたシンボルプリント8の上面と、マスク9が密着する。パッド6Cの周囲のソルダレジスト7と、マスク9が密着する。パッド6Bの付近では、マスク9がたわみ、パッド6Aを囲むシンボルプリント8からパッド6Cの周囲のソルダレジスト7との間でマスク9が斜めになる。
シンボルプリント8で囲まれているパッド6Aとマスク9との間隔Tは、式(2)で計算できる。シンボルプリント8で囲まれていないパッド6Cとマスク9との間隔Tは、式(1)で計算できる。シンボルプリント8があるので、T>Tである。パッド6Bでは、マスク9との間隔Tは、TとTとの間で変化する。
図13は、実施の形態2に係る回路基板装置で使用する回路基板のクリーム半田を印刷した状態を示す断面図である。シンボルプリント8で囲まれているパッド6Aには、間隔Tの厚さでクリーム半田10が印刷される。シンボルプリント8で囲まれていないパッド6Cには、間隔Tの厚さでクリーム半田10が印刷される。パッド6Bでは、クリーム半田10の厚さが間隔TからTの間で変化する。
BGA搭載範囲30の周辺部に存在する複数のパッド6Aでは、各パッド6Aがその周囲をシンボルプリント8で囲まれているので、BGA搭載範囲30の中央部に存在する複数のパッド6Cよりも、シンボルプリント8の厚さDpだけ厚くクリーム半田10を印刷できる。パッド6とマスク9の開口9Aの大きさは同じなので、パッド6Aではパッド6Bおよびパッド6Cよりも、多くのクリーム半田10を供給できる。パッド6Bでは、パッド6Aとパッド6Cの中間の量の半田が印刷される。
図14は、実施の形態2に係る回路基板装置の半田付け後の断面図である。BGA2Aは、リフロー炉の中で加熱される際に、図11に示すように反る。BGA2Aの周辺部ではパッド6Aとの間隔が大きくなるが、パッド6Aにクリーム半田10を多く印刷するので、BGA2Aをパッド6Aに半田付けする際に、不良は発生しにくい。回路基板装置20Aでは、BGA2Aの裏面の複数の電極3がそれぞれ対応するパッド6に半田11により良好に半田付けできている。
比較例として、従来の回路基板1Xを使用する場合に、半田付け不良が発生する状況を説明する。図15は、比較例としての従来の回路基板に図11に示す電子部品を半田付けした状態を示す断面図である。回路基板装置20Yにおいて、周辺部のパッド6では、クリーム半田10の量が不足して、パッド6側の半田12と電極3側の半田13とが分離しており、電極3がパッド6に半田付けできていない。
回路基板1Aは、半田付けされるBGA2Aの反りに合わせて、回路基板1AとBGA2Aとの裏面との間隔が大きくなる領域では、パッド6に印刷するクリーム半田10の量を多くできる。そのため、回路基板1AにBGA2Aを半田付けする際に、半田付け不良になる確率を小さくできる。また、シンボルプリント8という、従来から回路基板に対して実施される処理を利用するので、回路基板1Aを製造する上で新たな工程は不要である。
実施の形態3.
実施の形態3は、半田ボール4が設けられる裏面の中央が筒状にへこむように変形する特性を持つBGA2Bを対象とする場合である。図16は、この発明の実施の形態3に係る回路基板装置で使用する回路基板の平面図と断面図である。図16(a)に平面図を示す。図16(b)は、図16(a)に示すK−K断面での断面図である。図17は、実施の形態3および実施の形態7に係る回路基板装置で半田付けされる電子部品の形状を示す図である。図17(a)は、BGA2Aの基板側から見た平面図である。図17(b)は、図17(a)に示すL−L断面での断面図である。図17(c)は、図17(a)に示すM−M断面での断面図である。図17(b)は、平面図における左右方向での断面図である。図17(c)は、平面図における上下方向での断面図である。
図17に示すBGA2Bは、リフロー半田付けのために加熱される際に、半田ボール4が設けられる裏面の中央が筒状にへこむように変形する特性を持つものである。BGA2Bは、図における左右方向で上下方向よりも大きく変形する。図17に示すようなBGA2Bの変形を、上筒反り変形と呼ぶ。
回路基板1Bには、実施の形態1での回路基板1と同様にパッド6とソルダレジスト7が設けられる。周囲にシンボルプリント8が設けられたパッド6Aが、BGA搭載範囲30の中央部分に図における上下方向に平行な線で囲まれる範囲に存在する。周囲にシンボルプリント8が設けられていないパッド6Bおよびパッド6Cは、BGA搭載範囲30の内部でパッド6Aよりも図における左右方向の外側の範囲に設けられる。
図18は、実施の形態3に係る回路基板装置で使用する回路基板でクリーム半田を印刷するためにマスクを回路基板の上に置いた状態での断面図である。実施の形態1で使用するのと同じマスク9を使用する。図18(a)が、図16(a)に示すK−K断面での断面図である。
マスク9は、図における左右方向にたわみ、図における上下方向ではほとんどたわまない。パッド6Aの周囲のシンボルプリント8とマスク9とが密着すること、パッド6Cの周囲のソルダレジスト7とマスク9とが密着することは、実施の形態1および2の場合と同様である。
図19は、実施の形態3に係る回路基板装置で使用する回路基板のクリーム半田を印刷した状態を示す断面図である。実施の形態1および2の場合と同様に、パッド6Aには厚く、パッド6Cには薄く、パッド6Bには中間の厚さでクリーム半田10を印刷できる。
図20は、実施の形態3に係る回路基板装置の半田付け後の断面図である。BGA2Bは、リフロー炉の中で加熱される際に、図17に示すように反る。BGA2Bの図における左右方向の中央ではパッド6Aとの間隔が大きくなるが、パッド6Aにクリーム半田10を多く印刷するので、BGA2Bをパッド6Aに半田付けする際に、不良は発生しにくい。回路基板装置20Bでは、BGA2Bの裏面の複数の電極3がそれぞれ対応するパッド6に半田11により良好に半田付けできている。
回路基板1Bは、半田付けされるBGA2Bの反りに合わせて、回路基板1BとBGA2Bとの裏面との間隔が大きくなる領域では、パッド6に印刷するクリーム半田10の量を多くできる。そのため、回路基板1BにBGA2Bを半田付けする際に、半田付け不良になる確率を小さくできる。また、シンボルプリントという、従来から回路基板に対して実施される処理を利用するので、回路基板を製造する上で新たな工程は不要である。
実施の形態4.
実施の形態4は、半田ボール4が設けられる裏面の中央が筒状に出るように変形する特性を持つBGA2Cを対象とする場合である。図21は、この発明の実施の形態3に係る回路基板装置で使用する回路基板の平面図と断面図である。図21(a)に平面図を示す。図21(b)は、図21(a)に示すN−N断面での断面図である。図22は、実施の形態4および実施の形態8に係る回路基板装置で半田付けされる電子部品の形状を示す図である。図22(a)は、BGA2Cの基板側から見た平面図である。図22(b)は、図22(a)に示すP−P断面での断面図である。図22(c)は、図22(a)に示すQ−Q断面での断面図である。図22(b)は、平面図における左右方向での断面図である。図22(c)は、平面図における上下方向での断面図である。
図22に示すBGA2Cは、リフロー半田付けのために加熱される際に、半田ボール4が設けられる裏面の中央が筒状に出るように変形する特性を持つものである。BGA2Cは、図における左右方向で上下方向よりも大きく変形する。図22に示すようなBGA2Cの変形を、下筒反り変形と呼ぶ。
回路基板1Cには、実施の形態1での回路基板1と同様にパッド6とソルダレジスト7が設けられる。周囲にシンボルプリント8が設けられたパッド6Aが、BGA搭載範囲30の図における上下方向に平行な線よりも外側の範囲に存在する。周囲にシンボルプリント8が設けられていないパッド6Bおよびパッド6Cは、BGA搭載範囲30の図における左右方向の中央部分に設けられる。
図23は、実施の形態4に係る回路基板装置で使用する回路基板でクリーム半田を印刷するためにマスクを回路基板の上に置いた状態での断面図である。実施の形態1で使用するのと同じマスク9を使用する。図23(a)が、図21(a)に示すN−N断面での断面図である。
マスク9は、図22(a)における左右方向にたわみ、図における上下方向ではほとんどたわまない。パッド6Aの周囲のシンボルプリント8とマスク9とが密着すること、パッド6Cの周囲のソルダレジスト7とマスク9とが密着することは、実施の形態1から3の場合と同様である。
図24は、実施の形態4に係る回路基板装置で使用する回路基板のクリーム半田を印刷した状態を示す断面図である。実施の形態1から3の場合と同様に、パッド6Aには厚く、パッド6Cには薄く、パッド6Bには中間の厚さでクリーム半田10を印刷できる。
図25は、実施の形態4に係る回路基板装置の半田付け後の断面図である。BGA2Cは、リフロー炉の中で加熱される際に、図22に示すように反る。BGA2Cの図における左右方向の外側ではパッド6Aとの間隔が大きくなるが、パッド6Aにクリーム半田10を多く印刷するので、BGA2Cとパッド6Aに半田付けする際に、不良は発生しにくい。回路基板装置20Cでは、BGA2Cの裏面の複数の電極3がそれぞれ対応するパッド6に半田11により良好に半田付けできている。
回路基板1Cは、半田付けされるBGA2Cの反りに合わせて、回路基板1CとBGA2Cとの裏面との間隔が大きくなる領域では、パッド6に印刷するクリーム半田10の量を多くできる。そのため、回路基板1CにBGA2Cを半田付けする際に、半田付け不良になる確率を小さくできる。また、シンボルプリントという、従来から回路基板に対して実施される処理を利用するので、回路基板を製造する上で新たな工程は不要である。
実施の形態5.
実施の形態5は、ソルダレジスト7Aがパッド6Dの上にも設けられるSMD(Solder Mask Defined)パッドを有する回路基板1Dを使用するように、実施の形態1を変更した場合である。図26は、この発明の実施の形態5に係る回路基板装置で使用する回路基板の平面図と断面図である。図26(a)に平面図を示す。図26(b)は、図26(a)に示すR−R断面での断面図である。図26(c)は、図26(a)に示すS−S断面での断面図である。回路基板1Dには、図2に示すような上反り変形するBGA2が半田付けされる。
回路基板1Dには、実施の形態1の場合と同様に複数の円形のパッド6が形成される。相違する点は、パッド6の周辺部も覆うように、ソルダレジスト7Aが設けられる点である。この実施の形態5では、パッド6は、SMD(Solder Mask Defined)パッドである。パッド6を覆うソルダレジスト7Aの表面の基板5からの距離は、パッド6および回路パターンが存在しない部分のソルダレジスト7Aでの距離よりも大きくなる。
BGA搭載範囲30の中央部に存在する複数のパッド6には、それぞれ1個のパッド6を囲むようにソルダレジスト7Aの上に、実施の形態1と同様に、シンボルプリント8が印刷される。周囲にシンボルプリントが印刷されたパッド6Aの配置は、実施の形態1の場合の図1と同じである。
シンボルプリント8は、ソルダレジスト7Aの縁に沿って決められた一定の幅および厚さで設けられる。ソルダレジスト7Aをパッド6の周辺部の上にも設けているので、実施の形態1の場合の図1と比較して、シンボルプリント8がパッド6により近い位置に設けられる。
図27は、実施の形態1に係る回路基板装置で使用する回路基板でクリーム半田を印刷するためにマスクを回路基板の上に置いた状態での断面図である。図27(a)が、図26(a)に示すS−S断面での断面図である。図27(b)は、図27(a)において楕円で示す範囲61を拡大した断面図である。範囲61は、1個のパッド6Cを含む範囲である。図27(c)は、図27(a)において楕円で示す範囲62を拡大した断面図である。範囲62は、1個のパッド6Bを含む範囲である。図27(d)は、図27(a)において楕円で示す範囲63を拡大した断面図である。範囲63は、1個のパッド6Aを含む範囲である。
実施の形態1の場合の図3と同様に、パッド6Aに設けられたシンボルプリント8の上面とマスク9が密着する。パッド6Cとマスク9が密着する。パッド6Bの付近では、マスク9がたわみ、パッド6Aを囲むシンボルプリント8からパッド6Cとの間でマスク9が斜めになる。
シンボルプリント8で囲まれているパッド6Aとマスク9との間隔Tは、式(2)で計算できる。シンボルプリント8で囲まれていないパッド6Cとマスク9との間隔Tは、式(1)で計算できる。シンボルプリント8があるので、T>Tである。パッド6Bでは、マスク9との間隔Tは、TとTとの間で変化する。パッド6の周辺部をソルダレジスト7Aが被覆するので、ソルダレジスト7のパッド6の上面よりも上側にある部分の厚さDrがNSMDパッドの場合よりも厚くでき、クリーム半田を供給する量を多くできる。
図28は、実施の形態5に係る回路基板装置で使用する回路基板のクリーム半田を印刷した状態を示す断面図である。実施の形態1の場合の図4と同様に、シンボルプリント8で囲まれているパッド6Aには、間隔Tの厚さでクリーム半田10が印刷される。シンボルプリント8で囲まれていないパッド6Cには、間隔Tの厚さでクリーム半田10が印刷される。パッド6Bでは、クリーム半田10の厚さTが間隔TからTの間で変化する。
図29は、実施の形態5に係る回路基板装置の半田付け後の断面図である。BGA2は、リフロー炉の中で加熱される際に、図2に示すように反る。BGA2の周辺部ではパッド6Aとの間隔が大きくなるが、パッド6Aにクリーム半田10を多く印刷するので、BGA2とパッド6Aに半田付けする際に、不良は発生しにくい。回路基板装置20Dでは、BGA2の裏面の複数の電極3がそれぞれ対応するパッド6に半田11により良好に半田付けできている。
回路基板1Dは、半田付けされるBGA2の反りに合わせて、回路基板1DとBGA2との裏面との間隔が大きくなる領域では、パッド6に印刷するクリーム半田10の量を多くできる。そのため、回路基板1DにBGA2を半田付けする際に、半田付け不良になる確率を小さくできる。また、シンボルプリントという、従来から回路基板に対して実施される処理を利用するので、回路基板を製造する上で新たな工程は不要である。
実施の形態6.
実施の形態6は、SMDパッドを有する回路基板1Eを使用するように、実施の形態2を変更した場合である。図30は、この発明の実施の形態6に係る回路基板装置で使用する回路基板の平面図と断面図である。図30(a)に平面図を示す。図30(b)は、図30(a)に示すT−T断面での断面図である。図30(c)は、図30(a)に示すU−U断面での断面図である。周囲にシンボルプリントが印刷されたパッド6Aの配置は、実施の形態2の場合の図10と同じである。
図31は、実施の形態6に係る回路基板装置で使用する回路基板のクリーム半田を印刷した状態を示す断面図である。実施の形態2の場合の図13と同様に、クリーム半田10を印刷できる。
図32は、実施の形態6に係る回路基板装置の半田付け後の断面図である。BGA2Aは、リフロー炉の中で加熱される際に、図11に示すように反る。BGA2Aの周辺部ではパッド6Aとの間隔が大きくなる。回路基板1Eでは、周辺部のパッド6Aにクリーム半田10を多く印刷できる。そのため、BGA2Aを回路基板1Dに半田付けする際に、不良は発生しにくい。回路基板装置20Eでは、BGA2Aの裏面の複数の電極3がそれぞれ対応するパッド6に半田11により良好に半田付けできている。
実施の形態7.
実施の形態7は、SMDパッドを有する回路基板1Fを使用するように、実施の形態3を変更した場合である。図33は、この発明の実施の形態7に係る回路基板装置で使用する回路基板の平面図と断面図である。図33(a)に平面図を示す。図33(b)は、図33(a)に示すV−V断面での断面図である。周囲にシンボルプリントが印刷されたパッド6Aの配置は、実施の形態3の場合の図16と同じである。
図34は、実施の形態7に係る回路基板装置で使用する回路基板のクリーム半田を印刷した状態を示す断面図である。実施の形態3の場合の図19と同様に、クリーム半田10を印刷できる。
図35は、実施の形態7に係る回路基板装置の半田付け後の断面図である。BGA2Bは、リフロー炉の中で加熱される際に、図17に示すように反る。BGA2Bの図における左右方向の中央ではパッド6Aとの間隔が大きくなる。回路基板1Fでは、左右方向の中央のパッド6Aにクリーム半田10を多く印刷できる。そのため、BGA2Bを回路基板1Fに半田付けする際に、不良は発生しにくい。回路基板装置20Fでは、BGA2Bの裏面の複数の電極3がそれぞれ対応するパッド6に半田11により良好に半田付けできている。
実施の形態8.
実施の形態8は、SMDパッドを有する回路基板1Gを使用するように、実施の形態4を変更した場合である。図36は、この発明の実施の形態8に係る回路基板装置で使用する回路基板の平面図と断面図である。図36(a)に平面図を示す。図36(b)は、図36(a)に示すW−W断面での断面図である。周囲にシンボルプリントが印刷されたパッド6Aの配置は、実施の形態4の場合の図21と同じである。
図37は、実施の形態8に係る回路基板装置で使用する回路基板のクリーム半田を印刷した状態を示す断面図である。実施の形態4の場合の図24と同様に、クリーム半田10を印刷できる。
図38は、実施の形態8に係る回路基板装置の半田付け後の断面図である。BGA2Cは、リフロー炉の中で加熱される際に、図22に示すように反る。BGA2Cの図における左右方向の外側ではパッド6Aとの間隔が大きくなる。回路基板1Fでは、パッド6Aにクリーム半田10を多く印刷できる。そのため、BGA2Cを回路基板1Gに半田付けする際に、不良は発生しにくい。回路基板装置20Gでは、BGA2Cの裏面の複数の電極3がそれぞれ対応するパッド6に半田11により良好に半田付けできている。
本発明はその発明の精神の範囲内において各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の変形や省略が可能である。
1、1A、1B、1C、1D、1E、1F、1G、1X 回路基板
2、2A、2B、2C BGA(電子部品)
3 電極
4 半田ボール
5 基板
6、6A、6B、6C パッド
7、7A ソルダレジスト
8、8A、8B、8C、8D シンボルプリント
9 マスク
9A 開口
10 クリーム半田
11、12、13 半田
20、20A、20B、20C、20D、20E、20F、20G、20X、20Y 回路基板装置
30 BGA搭載範囲
51、52、53、54、55、56、61、62、63 範囲

Claims (16)

  1. 裏面に複数の電極を有する電子部品と、
    前記電子部品が半田付けされた回路基板とを備え、
    前記回路基板の一面に、
    前記電極に対応して設けられて前記電極が半田付けされた複数のパッドと、
    前記パッドが露出するように設けられたソルダレジストと、
    1個の前記パッドを囲むように前記ソルダレジストの上に印刷されたシンボルプリントとが設けられ
    前記複数のパッドは、前記シンボルプリントに囲まれたシンボルプリントありパッドと、それ以外のシンボルプリントなしパッドとを有し、
    前記シンボルプリントありパッドは、前記シンボルプリントなしパッドよりも前記シンボルプリントの厚さの分だけ量が大きく半田が形成され、
    前記シンボルプリントありパッドと前記電子部品との間隔の最大値が、前記シンボルプリントなしパッドと前記電子部品との間隔の最大値よりも大きい回路基板装置。
  2. 前記複数のパッドは、互いに隣接する前記シンボルプリントありパッドを複数有する請求項1に記載の回路基板装置。
  3. 前記複数のパッドは、前記電子部品の裏面の中央部に配置されたパッドを有し、
    前記電子部品の裏面の中央部に配置されたパッドは、前記シンボルプリントありパッドと前記シンボルプリントなしパッドとのどちらか一方に含まれる請求項1または請求項2に記載の回路基板装置。
  4. 前記シンボルプリントが1つの輪である、
    請求項1から請求項の何れか1項に記載の回路基板装置。
  5. 前記シンボルプリントが複数に分けて設けられた、
    請求項1から請求項の何れか1項に記載の回路基板装置。
  6. 前記ソルダレジストが前記パッドと間隔をあけて設けられた、
    請求項1から請求項の何れか1項に記載の回路基板装置。
  7. 前記ソルダレジストが前記パッドの上にも設けられた、
    請求項1から請求項の何れか1項に記載の回路基板装置。
  8. 前記電子部品がBGAである、
    請求項1から請求項の何れか1項に記載の回路基板装置。
  9. 基板と、
    裏面に複数の電極を有する電子部品の電極に対応して基板の一面に設けられた、前記電極が半田付けされる複数のパッドと、
    前記パッドが露出するように設けられたソルダレジストと、
    1個の前記パッドを囲むように前記ソルダレジストの上に印刷されたシンボルプリントとを備え、
    前記複数のパッドは、前記シンボルプリントに囲まれたシンボルプリントありパッドと、それ以外のシンボルプリントなしパッドとを有し、
    前記シンボルプリントありパッドは、前記シンボルプリントなしパッドよりも前記シンボルプリントの厚さの分だけ量が大きく半田が形成される回路基板。
  10. 前記複数のパッドは、互いに隣接する前記シンボルプリントありパッドを複数有する請求項9に記載の回路基板。
  11. 前記複数のパッドは、前記電子部品の裏面の中央部に配置されるパッドを有し、
    前記電子部品の裏面の中央部に配置されるパッドは、前記シンボルプリントありパッドと前記シンボルプリントなしパッドとのどちらか一方に含まれる請求項9または請求項10に記載の回路基板。
  12. 前記シンボルプリントが1つの輪である、
    請求項から請求項11の何れか1項に記載の回路基板。
  13. 前記シンボルプリントが複数に分けて設けられた、
    請求項から請求項11の何れか1項に記載の回路基板。
  14. 前記ソルダレジストが前記パッドと間隔をあけて設けられた、
    請求項から請求項13の何れか1項に記載の回路基板。
  15. 前記ソルダレジストが前記パッドの上にも設けられた、
    請求項から請求項13の何れか1項に記載の回路基板。
  16. 複数のパッドと前記パッドが露出するように設けられたソルダレジストと1個の前記パッドを囲むように前記ソルダレジストの上に印刷されたシンボルプリントとが一面に設けられ、前記複数のパッドは、前記シンボルプリントに囲まれたシンボルプリントありパッドと、それ以外のシンボルプリントなしパッドとを有する回路基板の上に、前記複数のパッドに対応する位置に開口を有するマスクを密着させた状態で、前記シンボルプリントありパッドには、前記マスクの厚さと前記ソルダレジストの前記シンボルプリントありパッドの上面よりも上側に存在する部分の厚さと前記シンボルプリントの厚さとを足した厚さの半田を印刷し、前記シンボルプリントなしパッドには、前記マスクの厚さと前記ソルダレジストの前記シンボルプリントなしパッドの上面よりも上側に存在する部分の厚さとを足した厚さの前記半田を印刷する工程と、
    前記半田が印刷された前記回路基板から前記マスクを取り外し、前記回路基板と、裏面に前記複数のパッドに対応して設けられた複数の電極を有する電子部品とをリフロー方式による半田付けによって接合する工程とを備えた回路基板装置の製造方法。
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