JPH118452A - 回路基板の外部電極およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、回路基板のパッド上に導電性ボー
ルを固定した回路基板の外部電極に関し、回路基板に熱
ストレスを加えることなく導電性ボールを電気的な接続
が得られるように接着すると共に、当該導電性ボールの
周囲を非導電性樹脂で補強して接続強度を向上および隣
接する導電性ボール間の絶縁性を向上させ、電気的な接
続信頼性を向上させる回路基板の外部電極を実現するこ
とを目的とする。 【解決手段】 回路基板のパッド上に導電性樹脂によっ
て電気的に接続して固定した導電性ボールと、パッドに
導電性樹脂で導電性ボールを固定した後に、導電性ボー
ルをパッドおよび回路基板に接着して補強する非導電性
樹脂シートとを備える回路基板の外部電極である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回路基板のパッド
上に導電性ボールを固定した回路基板の外部電極および
その製造方法に関し、電子部品等を搭載した回路基板の
外部電極において、金属等の導電性ボールを用いた構造
およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電極に金属ボールを使用するいわ
ゆるＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）構造を有する集積
回路装置を作製するには、図５に示すように、回路基板
上の電極パッドに金属ボールを半田を用いリフローによ
り固着した後、回路基板上の図示外の位置に電子部品等
を半田リフローなどで実装していた。

【０００３】この際、電子部品等のリフロー実装工程
で、金属ボールを固着する半田が再溶融し、金属ボール
の脱落や位置ずれが生じてしまうため、これを避けるた
めに金属ボールを固着する半田は電子部品を半田付けす
る半田よりも融点が約５０°Ｃ以上高いいわゆる高温半
田を使用していた。

【０００４】図５は、従来技術の説明図を示す。これ
は、回路基板の電極パッド上に高温半田で金属ボールを
固定した後、回路基板上の図示外の位置に電子部品等を
通常の半田で実装する。そして、完成した回路基板の金
属ボールを、上記回路基板の外部電極として、マーザボ
ード上のパッドに位置合わせして通常の半田を用い、リ
フローにより半田付けを行う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、高温
半田を用いて金属ボールを回路基板のパッド上に半田リ
フローにより半田付けして固定していたため、金属ボー
ルを固着するときの熱ストレスにより当該回路基板が劣
化し、耐湿性や電気的絶縁耐性が低下してしまうという
問題があった。例えば融点が２４０°Ｃの高温半田を用
いて金属ボールを回路基板上のパッドに半田付けする場
合、２７０°Ｃ以上の熱を加える必要があるため、回路
基板（例えばガラスエポキシ基板）や回路基板の表面に
塗布されているソルダーレジスト等が熱により劣化して
しまう問題があった。

【０００６】また、上記金属ボールとして、、高温半田
（高融点半田）からなる半田ボールを使用した場合、半
田ボールを構成する半田の融点が、上述したマザーボー
ド上に当該回路基板をリフローにより実装する時のリフ
ロー温度（半田リフロー時の回路基板上の電極パッド上
の温度）よりも高くとも、当該半田ボールの固相温度が
上記リフロー温度よりも低い場合には、上記リフロー時
に当該回路基板の重量により当該半田ボールが押しつぶ
されて変形し、半田ボールがつぶれて隣接同士が接触し
てしまい、電気的にショートしてしまうという問題もあ
った。

【０００７】さらに、本発明に係るＢＧＡ（ボールグリ
ッドアレイ）構造を有する電子部品は、ハイパワー化に
伴い放熱構造を必要とし、例えば導電性ボールとは反対
側の回路基板上にアルミニウムの放熱板を搭載したり、
あるいは高機能化に伴い上記回路基板上に例えばトラン
ス等の重量のある部品をも搭載するなど、部品を実装し
た上記回路基板の重量は増大している。このため、上述
した半田ボールのつぶれによるショート不良が多発する
問題、および上記回路基板の部分的な重量のアンバラン
スにより（半田ボールにかかる重量が大の部分の半田ボ
ールのつぶれにより）、上記回路基板をマザーボード上
にリフローにより実装した時に、上記回路基板が傾き、
半田ボール接続部に部分的な応力集中が発生するなどし
て、接続信頼性が得られなくなる問題があった。

【０００８】上述した半田ボールのつぶれによるショー
トの問題を解決するために、金属ボールとして例えば銅
や銅合金などからなる金属ボールを用い、当該金属ボー
ルの半田付け性を良好にするために上記金属ボール表面
にニッケル等の金属メッキを処理する方法がある。しか
しながら、この方法においては、図５に示すように、回
路基板とマザーボードとの熱膨張係数差に起因した応力
が上記金属ボールの接続部に集中し、その結果、金属ボ
ールと半田との界面あるいは半田と電極パッドとの界面
が破壊（剥離）してしまうという問題もあった。

【０００９】本発明は、これらの問題を解決するため、
回路基板に熱ストレスを加えることなく導電性ボールを
電気的な接続が得られるように接着すると共に、当該導
電性ボールの周囲を非導電性樹脂で補強して接続強度を
向上および隣接する導電性ボール間の絶縁性を向上さ
せ、電気的な接続信頼性を向上させる回路基板の外部電
極を実現することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】図１を参照して課題を解
決するための手段を説明する。図１において、回路基板
１は、電子部品２を実装する基板であって、ここでは、
パッド３の上に導電性ボール４を導電性樹脂５で電気的
に接続して固定および固定した導電性ボール４を非導電
性樹脂６で補強して固定するものである。

【００１１】パッド３は、回路基板１上に設けた導電性
ボール４を電気的に接続して固定するためのものであ
る。導電性ボール４は、パッド３上に電気的に接続して
固定し、回路基板１の外部電極とするものである。

【００１２】導電性樹脂５は、パッド３上に導電性ボー
ル４を電気的に接続して固定するものである。非導電性
樹脂６は、パッド３上に電気的に接続して固定した導電
性ボール４を補強して固定などするものである。

【００１３】次に、回路基板の外部電極およびその製造
方法を説明する。回路基板１のパッド３上に導電性樹脂
５によって導電性ボール４を電気的に接続して固定した
後、非導電性樹脂６によって導電性ボール４、導電性樹
脂５、パッド３および回路基板１に接着して補強するよ
うにしている。

【００１４】この際、繊維に非導電性樹脂６を含浸して
半固化状態にしたシートを用い、このシートに導電性ボ
ール４が入る穴を空け、この穴の部分に対して、回路基
板１上のパッド３に導電性樹脂５で電気的に接続して固
定した導電性ボール４が入るように上記シートを載せて
加熱硬化し導電性ボール４、導電性樹脂５、パッド３お
よび回路基板１に接着して、導電性ボール４と導電性樹
脂５および導電性樹脂５とパッド３との接続を補強する
ようにしている。

【００１５】また、回路基板１のパッド３上に導電性樹
脂５によって導電性ボール４を電気的に接続して固定し
た後、繊維に非導電性樹脂６を含浸して半固化状態にし
たシートに導電性ボール４が入る穴を空けたシートを回
路基板１上のパッド３上に導電性樹脂５で電気的に接続
して固定した導電性ボール４が入るように載せて加熱硬
化し、導電性ボール４、導電性樹脂５、パッド３および
回路基板１に接着して補強し、回路基板の外部電極を製
造するようにしている。

【００１６】従って、回路基板１に熱ストレスを加える
ことなく導電性ボール４に電気的な接続が得られるよう
に接着し、かつ導電性ボール４の周囲を非導電性樹脂６
で補強して接続強度を向上させ、電気的な接続信頼性を
向上させる回路基板１の外部電極を実現することが可能
となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、図１から図４を用いて本発
明の実施の形態および動作を順次詳細に説明する。

【００１８】図１は、本発明の１実施例構成図を示す。
図１において、回路基板１は、パッド３の上に導電性ボ
ール４を電気的に接続して固定する、いわゆるＢＧＡ
（ボールグリッドアレイ）の外部電極を構成する対象の
回路基板である。

【００１９】電子部品２は、回路基板１上に実装する対
象の電子部品であって、半田リフローにより図示外のパ
ッドに半田付けするものである。パッド３は、回路基板
１上に設けたものであって、ここでは、導電性ボール４
を電気的に接続して固定するものである。

【００２０】導電性ボール４は、回路基板１のパッド３
上に電気的に接続して固定し、いわゆるＢＧＡを構成す
るためのボールであって、金属ボールあるいは樹脂ボー
ルに半田付けのできる金属をメッキしたものである。

【００２１】導電性樹脂５は、導電性ボール４を回路基
板１のパッド３上に電気的に接続して固定する樹脂であ
って、例えば樹脂中に導電性フィラー（銀、ニッケル等
の金属のフィラーあるいはカーボン粉末など）を含有
し、液状樹脂（例えばエポキシ、ポリイミドなど）であ
って、加熱により硬化するものである。

【００２２】非導電性樹脂６は、液状あるいはプリフォ
ーム（樹脂を半固化状態でシート状に成形したもの）で
あって、導電性ボール４、導電性樹脂５、パッド３およ
び回路基板１に接着して、導電性ボール４の接続部を補
強し接着強度を向上および隣接する導電性ボール４間の
絶縁を確保するものである。

【００２３】マザーボード７は、回路基板１を実装する
対象のマザーボードである。パッド８は、マザーボード
７上のパッドであって、回路基板１の導電性ボール４を
パッド８に位置合わせした後、半田リフローにより半田
付けして接続する電極である。

【００２４】次に、図２のフローチャートに示す順序に
従い、図１の回路基板１の外部電極（導電性ボール４を
パッド３に電気的に接続して固定してなる外部電極）を
製造する手順を詳細に説明する。

【００２５】図２は、本発明の製造方法フローチャート
を示す。図２において、Ｓ１は、回路基板に導電性樹脂
を塗布する。これは、図１の回路基板１の導電性ボール
４を接着しようとするパッド３に、スクリーン印刷で導
電性樹脂を塗布（印刷）する。なお、Ｓ１における導電
性樹脂の塗布方法としては、転写ピンを用いたいわゆる
スタンピング法によっても可能である。

【００２６】Ｓ２は、金属ボールを搭載する。これは、
導電性ボール４として金属ボールを、Ｓ１で導電性樹脂
５を印刷したパッド３に搭載する。搭載の仕方は、パッ
ド３の位置に対応づけた窪みを有する型に当該金属ボー
ルを入れた後、真空チャックでこれら金属ボールを一括
して持ち上げ、回路基板１上の粘着性の導電性樹脂５を
塗布したパッド３上に搭載する（置く）。

【００２７】Ｓ３は、加熱硬化させる。これは、Ｓ２で
金属ボールを回路基板１の導電性樹脂を塗布したパッド
３に搭載した状態で、導電性樹脂を加熱硬化させ、金属
ボールをパッド３に固着させる。

【００２８】Ｓ４は、非導電性樹脂を塗布する。これ
は、後述する図４に示すように、半固化状態でシート状
に形成した非導電性樹脂シートを用い、このシートにＳ
３で加熱硬化させて固定された金属ボールが丁度入る貫
通孔を設け、この貫通孔に当該金属ボールが納まるよう
に当該シートを載せるようにしている。

【００２９】Ｓ５は、加熱硬化させる。これは、Ｓ４で
非導電性シートに設けた貫通孔に金属ボールが納まるよ
うに当該シートを載せた状態で、非導電性樹脂を加熱硬
化させ、後述する図３に示すように（この加熱硬化状態
では上下が逆になっている）、金属ボール、導電性樹脂
５、パッド３および回路基板１に接着して、金属ボール
と導電性樹脂５および導電性樹脂５とパッド３との接続
を補強する。

【００３０】以上によって、回路基板１のパッド３上に
金属ボールを導電性樹脂５で接着し、その周囲を非導電
性樹脂６で補強し、金属ボールをパッド３に接着したい
わゆるＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）の外部電極を形
成できたこととなる。これにより、金属ボールをパッド
３に導電性樹脂５にて接続して固定するために、従来の
高温半田を用いて金属ボールをパッド３に半田付けする
必要がなくなり、高温半田を用いた半田リフローによる
回路基板１の熱劣化に伴う耐湿性、絶縁耐性などの低下
を防止することが可能となる。

【００３１】尚、図２ではＳ３とＳ５の２回の加熱硬化
を行ったが、Ｓ５で両者をまとめて１回の加熱硬化で済
ましてもよい。また、プリフォーム６を使用し、Ｓ４、
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ５の順番で製造してもよい。

【００３２】図３は、本発明の要部拡大図を示す。これ
は、図１の要部拡大図である。図３において、回路基板
１は、既述したように、スルホール１０に接続したパッ
ド３を設け、このパッド３上に導電性樹脂５で導電性ボ
ール４を接着および非導電性樹脂６で補強し、ＢＧＡの
外部電極を形成するためのものである。

【００３３】非導電性樹脂６は、プリフォームであっ
て、繊維に非導電性樹脂を含浸させて半固化状態にして
シートにし、導電性ボール４が入る位置に穴を空けたも
のであって、図示の状態では上下逆にして加熱硬化し導
電性ボール４と導電性樹脂５および導電性樹脂５とパッ
ド３との接続を補強するものである。

【００３４】半田９は、回路基板１上に導電性樹脂５で
導電性ボール４を接着および非導電性樹脂６で補強して
形成した導電性ボール４の外部電極を、マザーボード７
上の対応する半田ペーストの塗布されたパッド８に載
せ、半田リフローにより半田ペーストを溶融して半田付
けしたものである。

【００３５】次に、図４を用いて図３の非導電性樹脂
（プリフォーム）について説明する。図４は、本発明の
説明図を示す。図４の（ａ）は、非導電性樹脂を半固化
状態にしたシートに、導電性ボール４が貫通する貫通孔
６１を打ち抜いたプリフォーム６を示す。このプリフォ
ーム６は、既述したように非導電性樹脂を半固化させて
シート状にした後、導電性ボール４が貫通するように貫
通項６１をパンチで打ち抜いたものである。

【００３６】図４の（ｂ）は、回路基板１のパッド３の
上に導電性樹脂５で導電性ボール４を接着した様子を示
す。この図４の（ｂ）の回路基板１の上に、図４の
（ａ）のプリフォーム６の貫通孔６１が丁度、導電性ボ
ール４が入るように載せ、加熱硬化させて当該プリフォ
ーム６で導電性ボール４を回路基板１に強く接着して補
強する。

【００３７】以上のように、非導電性樹脂を半固化状態
にしたシートに貫通孔６１を開けたプリフォーム６を用
意し、このプリフォーム６の貫通孔６１が回路基板１の
パッド３上に導電性樹脂５で接着した導電性ボール４に
入るように載せ、加熱硬化し、導電性ボール４を回路基
板１に強く接着して補強することが可能となると共に、
隣接する導電性ボール４相互の間の絶縁性も向上させる
ことが可能となる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
回路基板１のパッド３上に導電性樹脂５によって導電性
ボール４を電気的に接続して固定すると共に、導電性ボ
ール４をパッド３および回路基板１に非導電性樹脂６で
接着して補強する構成を採用しているため、回路基板１
のパッド３に熱ストレスを加えることなく導電性ボール
４に電気的な接続が得られるように接着できると共に、
導電性ボール４の周囲を非導電性樹脂６で補強して接続
強度を向上させることができ、電気的な接続信頼性を向
上させる回路基板１の外部電極を実現できる。これらに
より、 （１） 導電性ボール４とパッド３とを導電性樹脂５で
固着しているため、従来の高温半田を使って半田付けし
た場合に比し、回路基板に対して大きな熱ストレスを加
えることがなく、回路基板の熱劣化に伴う耐湿性や電気
的な絶縁耐性の低下を防止することが可能となる。

【００３９】（２） 非導電性樹脂６により回路基板１
と導電性ボール４との接続部を強固に固着するため、導
電性ボール４への応力集中による接続破壊（接続部間で
のクラックや剥離の発生）を防止し、電気的接続信頼を
向上させることが可能となる。

【００４０】（３） 非導電性樹脂６として、導電性ボ
ール４とほぼ同じ寸法の貫通孔を持つプリフォームを用
いているため、導電性ボール４がパッド３に固着された
回路基板１にプリフォームを載せ、加熱するだけの簡単
な方法で導電性ボール４の接着を補強することが可能と
なる。

【００４１】（４） 導電性ボールとして、金属ボール
または樹脂からなるボールの表面に金属メッキ処理をし
導電性を付与したボールの使用を可能とし、当該回路基
板１の重量がたとえ増加しても、従来の図６に示すよう
なマザーボード７へ本発明に係る導電性ボール４を固着
した回路基板１を半田付けした場合に導電性ボールのつ
ぶれを無くしパッド電極間のショートを防止することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例構成図である。

【図２】本発明の製造方法フローチャートである。

【図３】本発明の要部拡大図である。

【図４】本発明の説明図である。

【図５】従来技術の説明図である。

【図６】従来の半田ボールつぶれの説明図である。

【符号の説明】

１：回路基板 ２：電子部品 ３、８：パッド ４：導電性ボール ５：導電性樹脂 ６：非導電性樹脂（プリフォーム） ６１：貫通孔 ７：マザーボード １０：スルーホール

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回路基板のパッド上に導電性ボールを固定
   した回路基板の外部電極において、 上記回路基板のパッド上に導電性樹脂によって電気的に
   接続して固定した導電性ボールと、 上記パッドに上記導電性樹脂で上記導電性ボールを固定
   した後に、当該導電性ボールをパッドおよび回路基板に
   接着して補強する非導電性樹脂シートとを備えたことを
   特徴とする回路基板の外部電極。
2. 【請求項２】上記非導電性樹脂シートとして、繊維に非
   導電性樹脂を含浸して半固化状態にしたシートを用い、
   当該シートに上記導電性ボールが入る穴を空け、当該穴
   の部分に対して、上記回路基板上のパッドに上記導電性
   樹脂で電気的に接続して固定した導電性ボールが入るよ
   うに載せて加熱し当該導電性ボールを上記パッドおよび
   回路基板に接着して補強したことを特徴とする請求項１
   記載の回路基板の外部電極。
3. 【請求項３】回路基板のパッド上に導電性ボールを固定
   した回路基板の外部電極を製造する製造方法において、 上記回路基板のパッド上に導電性樹脂によって導電性ボ
   ールを電気的に接続して固定するステップと、 上記パッドに上記導電性樹脂で上記導電性ボールを固定
   した後に、繊維に非導電性樹脂を含浸して半固化状態に
   したシートに当該導電性ボールが入る穴を空けたシート
   を上記回路基板上のパッド上に導電性樹脂で電気的に接
   続して固定した導電性ボールが入るように載せて加熱し
   当該導電性ボールを上記パッドおよび回路基板に接着し
   て補強するステップとを備えたことを特徴とする回路基
   板の外部電極の製造方法。