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技術 回路基板

出願人 株式会社村田製作所
発明者 宮田直秀
出願日 2011年6月17日 (9年6ヶ月経過) 出願番号 2011-135359
公開日 2013年1月7日 (7年11ヶ月経過) 公開番号 2013-004798
状態 拒絶査定
技術分野 印刷回路に対する電気部品等の電気的接続 プリント板への電気部品等の実装構造
主要キーワード シリカ材 半田接合面積 負荷環境 試験性能 性能確認 充填箇所 開口部領域 エッジショート
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2013年1月7日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

従来の回路基板は、基板実装面基板表面との間のバンプ接合部空間に樹脂充填する際、均一の浸透速度で樹脂が充填されない。

解決手段

回路基板11は、ランド15の周囲の基板表面に半田レジスト16が平面視窓枠状に形成されている。半田レジスト16は、半田レジスト材が付されない開口部領域16aを、ランド15を含む基板表面に平面視矩形状に有している。半田レジスト16は、チップ部品12の基板実装面13aと重なる領域Dの、開口部領域16aに向かう方向の長さが、0mm以上で0.1mm以下に設定されている。この長さは、開口部領域16aの周囲の4辺において均等に設定されており、開口部領域16aは、チップ部品12の基板実装面13aと略同じ大きさをしている。このため、僅かな隙間Sと空間Kとで樹脂が浸透する速度はほぼ等しくなり、チップ部品12の下部に樹脂が均等に充填される。

概要

背景

従来、この種の回路基板としては、例えば、図1(a)に平面図、同図(b)に断面図が示された特許文献1に開示されたものがある。

この回路基板1は、ボールグリッドアレイ(BGA)2がチップ部品として半田リフロー処理によって実装される。BGA2は基板実装面2aに半田バンプ3が接続端子部としてアレイ状に設けられ、回路基板1は、BGA2を実装するためのパッド4と、当該パッド4および外部端子を接続するための配線5と、ソルダーレジスト6とを含んで構成される。ソルダーレジスト6は、パッド4および配線5を一括的に露出させるための開口部6aを有している。BGA2が実装される箇所の回路基板1には、エッジショートの発生を有効に防止するため、実装領域の外周から内側領域に向かって少なくとも0.1mmの地点に、ソルダーレジスト6またはその端部が存在する。また、外周から内側領域に向かって過度にソルダーレジスト6が存在すると、パッド4や配線5を設計する際に過度に制限を受けるため、ソルダーレジスト6またはその端部は外周から内側領域に向かって0.1mm〜1mmの地点に存在する。

概要

従来の回路基板は、基板実装面と基板表面との間のバンプ接合部空間に樹脂充填する際、均一の浸透速度で樹脂が充填されない。 回路基板11は、ランド15の周囲の基板表面に半田レジスト16が平面視窓枠状に形成されている。半田レジスト16は、半田レジスト材が付されない開口部領域16aを、ランド15を含む基板表面に平面視矩形状に有している。半田レジスト16は、チップ部品12の基板実装面13aと重なる領域Dの、開口部領域16aに向かう方向の長さが、0mm以上で0.1mm以下に設定されている。この長さは、開口部領域16aの周囲の4辺において均等に設定されており、開口部領域16aは、チップ部品12の基板実装面13aと略同じ大きさをしている。このため、僅かな隙間Sと空間Kとで樹脂が浸透する速度はほぼ等しくなり、チップ部品12の下部に樹脂が均等に充填される。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

チップ部品基板実装面に配列された接続端子部と半田接続される、基板表面に複数形成されたランドと、半田レジスト材が付されない開口部領域を前記ランドを含む基板表面に有して前記ランドの周囲の基板表面に形成された、前記開口部領域が前記チップ部品の基板実装面と略同じ大きさの半田レジストとを備え、前記チップ部品の基板実装面とこの基板実装面に対向する基板表面との間の空間に樹脂充填される回路基板

請求項2

前記チップ部品は、基板実装面の基板表面からの高さが、基板実装面と前記半田レジストとの間に形成される隙間を介して前記空間に充填される樹脂の浸透速度が前記隙間と前記空間とで顕著な違いを生じる所定値以下で、実装されることを特徴とする請求項1に記載の回路基板。

請求項3

前記半田レジストは、前記チップ部品の基板実装面と重なる領域の、前記開口部領域に向かう方向の長さが0mm以上で0.1mm以下であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の回路基板。

請求項4

少なくとも1つの前記ランドに接続される前記開口部領域に形成された配線と、前記配線を覆う半田レジスト被覆とを備えることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の回路基板。

技術分野

0001

本発明は、チップ部品基板実装面とこの基板実装面に対向する基板表面との間の空間に樹脂充填される回路基板に関するものである。

背景技術

0002

従来、この種の回路基板としては、例えば、図1(a)に平面図、同図(b)に断面図が示された特許文献1に開示されたものがある。

0003

この回路基板1は、ボールグリッドアレイ(BGA)2がチップ部品として半田リフロー処理によって実装される。BGA2は基板実装面2aに半田バンプ3が接続端子部としてアレイ状に設けられ、回路基板1は、BGA2を実装するためのパッド4と、当該パッド4および外部端子を接続するための配線5と、ソルダーレジスト6とを含んで構成される。ソルダーレジスト6は、パッド4および配線5を一括的に露出させるための開口部6aを有している。BGA2が実装される箇所の回路基板1には、エッジショートの発生を有効に防止するため、実装領域の外周から内側領域に向かって少なくとも0.1mmの地点に、ソルダーレジスト6またはその端部が存在する。また、外周から内側領域に向かって過度にソルダーレジスト6が存在すると、パッド4や配線5を設計する際に過度に制限を受けるため、ソルダーレジスト6またはその端部は外周から内側領域に向かって0.1mm〜1mmの地点に存在する。

先行技術

0004

特開2004−134648号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、上記従来の特許文献1に開示された回路基板1は、製品の高機能・軽薄短小化に対応して接続端子ピッチの狭ピッチ(低背)化がされた部品において、基板実装面2aとこの基板実装面2aに対向する回路基板1の基板表面との間の、BGA2の下部空間に、アンダーフィルと呼ばれる樹脂を充填する際、樹脂が均一の浸透速度で充填されないという問題が生じる。例えば、図1(a)に示すように、同図の白抜き矢印Aの方向からBGA2の下部空間に樹脂を充填する場合には、基板実装面2aの周囲とソルダーレジスト6の上面との間の狭い隙間を浸透する、同図の長い矢印aの長さで示される樹脂の浸透速度は、基板実装面2aと基板表面との間の広い空間を浸透する同図の短い矢印bの長さで示される樹脂の浸透速度よりも速くなる。このため、基板実装面2aとソルダーレジスト6とが重なる領域に先に樹脂が充填され、これに遅れて基板実装面2aと基板表面との間の空間に樹脂が充填される。この結果、上記従来の特許文献1に開示された回路基板1は、狭ピッチ(低背)化がなされたBGA2の下部空間に充填される樹脂にボイドなどが形成されるなどして、樹脂の未充填箇所が生じ、半田バンプ3とパッド4との接続部における熱サイクル試験などで性能確認される接続信頼性が低下するといった不具合を生じる。また、半田バンプ3を再溶融させた際にも不具合を生じる事となる。

課題を解決するための手段

0006

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、
チップ部品の基板実装面に配列された接続端子部と半田接続される、基板表面に複数形成されたランドと、
半田レジスト材が付されない開口部領域をランドを含む基板表面に有してランドの周囲の基板表面に形成された、開口部領域がチップ部品の基板実装面と略同じ大きさの半田レジスト、例えば、チップ部品の基板実装面と重なる領域の、開口部領域に向かう方向の長さが0mm以上で0.1mm以下の半田レジストとを備えて、
チップ部品の基板実装面とこの基板実装面に対向する基板表面との間の空間に樹脂が均一に充填される回路基板を構成した。

0007

本構成によれば、基板表面に形成された半田レジストの、半田レジスト材が付されない開口部領域が、チップ部品の基板実装面と略同じ大きさであるため、基板実装面と半田レジストとが重なる領域は、極僅かになる。チップ部品の基板実装面とこの基板実装面に対向する基板表面との間の空間に充填される樹脂は、毛細管現象によってこの空間に浸透するが、この空間に浸透する際に経由する基板実装面と半田レジストとの間の隙間が極僅かになるので、この隙間による毛細管現象の作用は弱まる。このため、基板実装面と半田レジストとが重なる極僅かな領域に樹脂が浸透する速度と、基板実装面と基板表面との間の空間に樹脂が浸透する速度はほぼ等しくなり、ほぼ均一の浸透速度で樹脂が浸透して行き、チップ部品の下部に樹脂が均等に充填される。この結果、従来の回路基板のように、チップ部品の下部空間に充填される樹脂にボイドなどの未充填箇所が生じなくなり、接続端子部とランドとの接続信頼性を大きく向上させる事が可能となる。また、樹脂の充填硬化後に接続端子部を再溶融させた際の不具合も抑制することが可能となる。

0008

また、本発明は、基板実装面の基板表面からの高さが、基板実装面と半田レジストとの間に形成される隙間を介して前記空間に充填される樹脂の浸透速度が前記隙間と前記空間とで顕著な違いを生じる所定値以下で、チップ部品が実装されることを特徴とする。

0009

基板実装面の基板表面からの高さが所定値以下でチップ部品が実装されると、チップ部品の下部空間に充填される樹脂の浸透速度は、基板実装面と半田レジストとの間に形成される隙間と、基板実装面と基板表面との間の空間とで顕著な違いが生じる。しかし、半田レジストの開口部領域がチップ部品の基板実装面と略同じ大きさをした本構成の回路基板によれば、上記のように、基板実装面と半田レジストとの間の隙間が極僅かになるので、この隙間による毛細管現象の作用は弱まり、チップ部品下面の基板実装面全面においてほぼ均一の浸透速度で樹脂が浸透して、チップ部品の下部に樹脂が均等に充填される本発明の上記効果が顕著に現れる。

0010

また、本発明は、少なくとも1つのランドに接続される開口部領域に形成された配線と、配線を覆う半田レジスト被覆とを備えることを特徴とする。

0011

本構成によれば、半田レジストの開口部領域における、ランドに接続される配線は、半田レジスト被覆によって覆われるため、半田レジストの開口部領域において半田接続される導体は、各ランドのみが露出した状態になり、各ランドの面積は均一化される。このため、チップ部品の基板実装面にほぼ同じ半田体積で設けられた各接続端子部は、配線には半田接続されずに、ほぼ同じ面積で基板表面に形成された各ランドにのみ半田接続され、各ランドにおいてほぼ均一の面積で半田接合する。この結果、チップ部品の回路基板表面への実装時、各接続端子部と各ランドとの半田接合形状も同じ形状に均一化され、各接続端子部と各ランドとの半田接合の安定性が向上し、半田接続の信頼性が向上する。

発明の効果

0012

本発明の回路基板によれば、上記のように、チップ部品の下部空間に充填される樹脂にボイドなどの未充填箇所が従来の回路基板のように生じなくなり、チップ部品の基板実装面に配列された接続端子部とランドとの接続信頼性を大きく向上させる事が可能となる。また、接続端子部を再溶融させた際にも不具合を抑制することができる。

図面の簡単な説明

0013

(a)は従来の回路基板の平面図、(b)は断面図である。
(a)は本発明の一実施の形態による回路基板の平面図、(b)は断面図である。
(a)はチップ部品が実装されていない状態の一実施の形態による回路基板の平面図、(b)は半田接合面積相違を説明するための断面図である。

実施例

0014

次に、本発明による回路基板を実施するための形態について説明する。

0015

図2(a)は、本実施形態による回路基板11の平面図、同図(b)は断面図を示す。

0016

回路基板11は、ガラスエポキシ樹脂などの電気絶縁性を有する板材等からなり、部品下部に対して樹脂充填を要するチップ部品12が実装されている。チップ部品12は、フリップチップ接合したBGAパッケージ構造をしており、ICチップ13の基板実装面13aにボール状の半田バンプ14がファインピッチ格子状に配列されて、構成されている。回路基板11の基板表面には、半田バンプ14のアレイ配列と同じ配列で、平面視円形状のランド15が複数配設されている。半田バンプ14は、チップ部品12の基板実装面に配列された接続端子部を構成しており、基板表面に複数形成されたランド15と半田接続される。

0017

また、回路基板11は、これらランド15の周囲の基板表面に半田レジスト16が平面視窓枠状に形成されている。半田レジスト16は、半田レジスト材が付されない開口部領域16aを、ランド15を含む基板表面に平面視矩形状に有している。半田レジスト16は、チップ部品12の基板実装面13aと重なる領域D(図2(a)参照)の、開口部領域16aに向かう方向、つまり、チップ部品12の外周から内側に向かう方向の長さが、0mm以上で0.1mm以下に設定されている。本実施形態では、この長さは、開口部領域16aの周囲の4辺において均等に設定されており、開口部領域16aは、チップ部品12の基板実装面13aと略同じ大きさをしている。

0018

また、複数のランド15のうち、少なくとも1つのランド15には、線状の配線パターン17が接続されている。配線パターン17は、図3(a)の平面図に示すように、ランド15を開口部領域16aの外へ導いたり、ランド15間を接続するが、開口部領域16aの内部に形成された部分は、半田レジスト被覆18によって覆われている。

0019

このような構成において、回路基板11は、チップ部品12の基板実装面13aとこの基板実装面13aに対向する基板表面との間の空間K(図2(b)参照)に、例えば、球形状のシリカ材混入したエポキシ樹脂などがアンダーフィルとして充填される。本実施形態では、チップ部品12は、基板実装面13aの基板表面からの接合高さh(図2(b)参照)が、基板実装面13aと半田レジスト16との間に形成される隙間S(図2(b)参照)を介して空間Kに充填される樹脂の浸透速度が、隙間Sと空間Kとで顕著な違いを生じる所定値以下、例えば、150μm以下で、実装される

0020

このような本実施形態による回路基板11によれば、基板表面に形成された半田レジスト16の、半田レジスト材が付されない開口部領域16aが、チップ部品12の基板実装面13aと略同じ大きさであるため、基板実装面13aと半田レジスト16とが重なる領域Dは、極僅かになる。チップ部品12の基板実装面13aとこの基板実装面13aに対向する基板表面との間の空間Kに充填される樹脂は、毛細管現象によってこの空間Kに浸透するが、この空間Kに浸透する際に経由する、基板実装面13aと半田レジスト16との間の隙間Sが極僅かになるので、この隙間Sによる毛細管現象の作用は弱まる。このため、例えば、図2(a)に示す白抜き矢印Aの方向から空間Kに樹脂を充填する場合、基板実装面13aと半田レジスト16とが重なる極僅かな領域Dに樹脂が浸透する浸透速度と、基板実装面13aと基板表面との間の空間Kに樹脂が浸透する速度とは、共に同じ長さの矢印cで示されるように、ほぼ等しくなる。この結果、ほぼ均一の浸透速度で樹脂が浸透して行き、チップ部品12の下部に樹脂が均等に充填されて、従来の回路基板のように、チップ部品12の下部空間に充填される樹脂にボイドなどの未充填箇所が生じなくなり、半田バンプ14とランド15との接続部における熱サイクル試験などで性能確認される接続信頼性が低下するといった不具合は生じなくなる。

0021

図1に示すような従来の回路基板1では、チップ部品2が実装された回路基板1を購入したユーザにおいて、回路基板1を再リフロー処理して接続端子部3とパッド4との接合部が再溶融すると、ボイドなどの未充填箇所で、半田金属が例えば10%ほどの体積膨張をする。そして、この体積膨張により生じる応力で、接続端子部3とパッド4との接着界面剥離してオープン不良を起こしたり、また、ボイドなどの未充填箇所で隣接する半田接合箇所導通して、ショート不良を起こしたりする。しかし、上記の構成をした本実施形態による回路基板11によれば、チップ部品12が実装された回路基板11を購入したユーザにおいて、回路基板11を再リフロー処理して半田バンプ14とランド15との接合部が再溶融しても、ボイドなどの未充填箇所を生じることなく空間Kに均一に樹脂が充填されているので、上記のような接続の不具合を生じることはない。従って、本実施形態による回路基板11は、所定の湿度中負荷環境試験性能温度サイクル環境試験性能などを十分に満たすことが可能で、接続信頼性を維持して、製品品質満足させることが出来る。

0022

また、基板実装面13aの基板表面からの接合高さhが本実施形態のように略150μm以下で、チップ部品12が高密度・狭ピッチで実装されて、重なる領域Dの面積が従来のように大きいと、従来の回路基板1のように200μm以上の接合高さでチップ部品2が実装される場合に比較し、チップ部品12の下部空間Kに充填される樹脂の浸透速度は、基板実装面13aと半田レジスト16との間に形成される隙間Sと、基板実装面13aと基板表面との間の空間Kとで、顕著な違いが生じる。しかし、重なる領域Dの面積が極僅かで、半田レジスト16の開口部領域16aがチップ部品12の基板実装面13aと略同じ大きさをした本実施形態による回路基板11によれば、上記のように、基板実装面13aと半田レジスト16との間の隙間Sが極僅かになるので、この隙間Sによる毛細管現象の作用は弱まり、チップ部品12下面の基板実装面13a全面においてほぼ均一の浸透速度で樹脂が浸透して、チップ部品12の下部に樹脂が均等に充填される本発明の上記効果が顕著に現れる。

0023

また、本実施形態による回路基板11によれば、半田レジスト16の開口部領域16aにおける、ランド15に接続される配線パターン17は、図3(a)に示すように半田レジスト被覆18によって覆われるため、半田レジスト16の開口部領域16aにおいて半田接続される導体は、各ランド15のみが露出した状態になる。このため、チップ部品12の基板実装面13aにほぼ同じ半田体積で配列された各半田バンプ14は、配線パターン17には半田接続されずに、ほぼ同じ面積で基板表面に形成された各ランド15にのみ半田接続され、各ランド15においてほぼ均一の面積で半田接合する。この結果、チップ部品12の回路基板表面への実装時、アレイ状に設けられた各半田バンプ14と各ランド15との半田接合形状は、図3(b)の断面図の右側の接合箇所J1に例示するようなお椀状の同じ形状に均一化され、各半田バンプ14と各ランド15との半田接合の安定性が向上し、半田接続の信頼性が向上する。

0024

一方、配線パターン17が半田レジスト被覆18によって覆われずに、配線パターン17とランド15とが半田接続される導体として基板表面に露出して、半田バンプ14とランド15との半田接合箇所における半田接合面積が広いと、半田バンプ14とランド15との半田接合形状は、図3(b)の断面図の左側の接合箇所J2に例示するような胴が細った鼓状となる。このため、アレイ状に設けられた各半田バンプ14と各ランド15との半田接合形状が不均一となり、オープン不良の要因の一つとなって半田接合の安定性が低下し、半田接続の信頼性が低下する。各ランド15におけるこのような半田接合面積の相違は、開口部領域16aにおけるランド15の面積が小さくなる高密度実装品になるほど、配線パターン17がランド15に形成される箇所と形成されない箇所とで、大きくなる。しかし、本実施形態による上記の回路基板11によれば、半田レジスト被覆18が配線パターン17を覆うことによって各ランド15における半田接合面積がほぼ等しくなり、上記の作用効果が奏される。

0025

なお、上記実施形態においては、半田レジスト16の開口部領域16aがチップ部品12の基板実装面13aより若干狭く、基板実装面13aと半田レジスト16とが重なる場合について、説明した。しかし、半田レジスト16の開口部領域16aがチップ部品12の基板実装面13aより若干広く、基板実装面13aと半田レジスト16とが重ならずに、これらの間に200〜300μm程度の隙間があいて、開口部領域16aが基板実装面13aと略同じ大きさになるように構成してもよい。この構成によっても、チップ部品12の基板実装面13aとこの基板実装面13aに対向する基板表面との間の空間Kに充填される樹脂は、この空間Kに浸透する際に経由する、基板実装面13aと半田レジスト16との間の隙間Sが極僅かになるので、この隙間Sによる毛細管現象の作用は弱まる。従って、チップ部品12の下部にほぼ均一の浸透速度で樹脂が浸透して行き、チップ部品12の下部に均等に樹脂が充填されて、上記実施形態と同様な作用効果が奏される。

0026

また、上記実施形態においては、半田レジスト16がチップ部品12の基板実装面13aと重なる領域Dの、開口部領域16aに向かう方向の長さが、開口部領域16aの周囲の4辺において均等に短く設定されている場合について、説明した。しかし、この長さは、開口部領域16aの周囲の4辺において必ずしも均等に短く設定される必要はなく、樹脂の充填方向となる辺において短ければよく、樹脂の充填方向と対向する辺では長くなってもよい。例えば、図2(a)に示す白抜き矢印Aの方向から空間Kに樹脂を充填する場合には、同図の左右の辺において重なる領域Dの長さが短ければよく、白抜き矢印Aの方向と対向する同図の上の辺において長くなってもよい。また、樹脂の充填は同図のように1辺からでなく、2辺から同時に行ってもよい。このような構成によれば、空間Kの空気をチップ部品12の下部から均等に追いやりつつ、チップ部品12の下部に均一の浸透速度で樹脂を均等に充填することが出来る。

0027

電子製品の小型化に伴う回路基板への電子部品の実装高密度化により、従来よりも接合高さhの低い樹脂充填が必要とされる電子製品において、本発明による上記の回路基板11を用いることで、従来技術よりも樹脂充填に対し、シビアな設計が可能となる。

0028

11…回路基板
12…チップ部品
13…ICチップ
13a…ICチップ13の基板実装面
14…半田バンプ
15…ランド
16…半田レジスト
16a…半田レジスト16の開口部領域
17…配線パターン
18…半田レジスト被覆
A…樹脂の充填方向
c…樹脂の浸透速度
D…基板実装面13aと半田レジスト16とが重なる領域
K…空間
S…隙間

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