JP3424526B2 - 電子部品の実装方法 - Google Patents

電子部品の実装方法

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JP3424526B2
JP3424526B2 JP29064197A JP29064197A JP3424526B2 JP 3424526 B2 JP3424526 B2 JP 3424526B2 JP 29064197 A JP29064197 A JP 29064197A JP 29064197 A JP29064197 A JP 29064197A JP 3424526 B2 JP3424526 B2 JP 3424526B2
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  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
  • Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は電子部品の実装方法
に関するものである。 【0002】 【従来の技術】近年、半導体製品の小型化・高機能化に
伴い、BGA(Ball GridArray)・CS
P(Chip Size Package)等のように
実装面に半田ボールの形成された裏面接合タイプの電子
部品を実装基板上に実装することが多くなっている。 【0003】ここで、このような裏面接合タイプの電子
部品が実装される実装基板の構造について説明する。 【0004】図11(a)は従来の実装基板を示す斜視
図、図11(b)は図11(a)の一部を拡大して示す
斜視図である。また、図12は図11(a)におけるXI
I−XII線に沿った断面図である。 【0005】図11(a)に示すように、実装基板10
1は絶縁性を有する基材102を有している。基材10
2上にはソルダーレジスト103が積層されている。こ
のソルダーレジスト103に覆われるようにして配線1
05が基材102上に形成されている。そして、ランド
104がソルダーレジスト103から露出して配線10
5と一体に形成されている。 【0006】図11(b)に示すように、ランド104
はソルダーレジスト103に形成された貫通孔から露出
しており、ソルダーレジスト103は所定量の隙間を空
けてランド104の周囲を包囲している。そして、図1
2に示すように、相互に一体に形成されたランド104
と配線105の上面は同一平面上にあり、断面において
両者の境界ははっきりしていない。 【0007】このように構成された従来の実装基板に電
子部品を実装した場合について説明する。 【0008】図13は図11の実装基板に裏面接合タイ
プの電子部品が実装された状態を示す断面図である。 【0009】図13に示すように、裏面接合タイプの電
子部品6の裏面には、電子部品6とランド104とを電
気的・機械的に接続する半田ボール7が形成されてい
る。そして、一般にランド104の直径は半田ボール7
の直径よりも小さいため、ランド104は半田ボール7
によってその全体が覆われる構造になる。したがって、
ランド104の配線105と反対方向における半田ボー
ル7との境界部Aにおける半田ボール7とランド104
とでなす界面角αは鈍角となる。一方、ランド104の
上面と配線5の上面は同一平面であるために半田ボール
7は配線5の上面に向けて濡れようとするが、レジスト
103が妨げとなる。したがって、ランド104の配線
方向における半田ボール7との境界部Bにおける半田ボ
ール7とランド104とでなす界面角βは鋭角となる。 【0010】ところで、半導体製品の実際の使用時や信
頼性試験時に半田ボール7とランド104とで構成され
る接合部が高温あるいは低温になると、電子部品6と基
材102との線膨張係数の差により接合部に熱応力が生
じる。ここで、熱応力について説明する。 【0011】図14は図13における半田ボールと実装
基板との接合部に作用する熱応力を示す説明図である。 【0012】図14に示すように、熱応力の作用時には
相対的に接合部に対して剪断力Fが作用する。この剪断
力Fは材料内部で剪断応力τとなり、半田ボール7とラ
ンド104との界面に剪断応力τが作用することにな
る。図14において、実装基板101の平面に沿った方
向にx軸を、平面と直交する方向にy軸をとると、x軸
方向の面には剪断応力τyxが、y軸方向の面には剪断応
力τxyがそれぞれ作用する。 【0013】 【発明が解決しようとする課題】ここで、前述した境界
部Aにおける界面角αが鈍角となり、境界部Bにおける
界面角βが鋭角となっているので、境界部Bにおいて界
面角βが鋭角となる界面端が存在する。異種材の界面端
の応力場は界面角が小さいほど応力集中が生じ、鋭角の
場合には応力特異場となる。そして、応力特異場では熱
応力作用時に極度の応力集中を生じる。 【0014】このため、実使用時あるいは信頼性試験時
において繰り返し熱応力が作用した場合や実装時の半田
溶融温度からの冷却過程において、鋭角となった界面端
βで剪断応力τyxによる極度の応力集中を生じ、境界部
Bに亀裂が生じる。これでは、実装信頼性が著しく損な
われてしまう。 【0015】特に、電子部品6と基材102の膨張方向
と配線105の延在方向が一致する場合には亀裂の発生
が顕著になるので、これを防止するためには配線105
の引き回し方向に制約が生じ、自由度の高い配線設計が
できなくなっていた。 【0016】そこで、本発明は、半田ボールとランドと
の接合により生じる熱応力に起因した亀裂の発生を防止
することのできる実装基板についての技術を提供するこ
とを目的とする。 【0017】 【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明は、絶縁性を有する基材上に形成された配線
と、前記基材および前記配線を覆うソルダーレジスト
と、前記配線から連続し且つ前記ソルダーレジストから
突出して形成されるとともに前記ソルダーレジストによ
り側面が所定の高さにわたって隙間なく包囲され、前記
半田ボールが固定されるランドとを有し、前記半田ボー
ルが突出した前記ランドの側面全周を覆い得るようにし
た実装基板を用意し、前記ランドに対応した位置に貫通
孔が形成されるとともに前記実装基板を取り付けた際に
おける前記ランドとの干渉を避ける回避部が少なくとも
前記貫通孔の周囲に形成されたプレートを用意し、前記
ランドが前記貫通孔から露出するように位置合わせして
前記プレートを前記実装基板に取り付け、前記貫通孔内
に半田ペーストを充填した後に前記プレートを前記実装
基板から取り外し、一方面に半田ボールの形成された電
子部品を、前記半田ペーストが形成された前記ランドに
前記半田ボールを位置合わせして搭載し、前記ランドの
側面全周を覆うように前記半田ボールと前記半田ペース
トとをリフローするようにしたものである。 【0018】これにより、半田ボールとランドとでなす
界面角は全ての箇所で鈍角になるので、半田ボールとラ
ンドとの接合により熱応力が生じた場合にも亀裂が発生
しない。 【0019】 【0020】 【0021】 【0022】 【0023】 【0024】 【0025】 【0026】【発明の実施の形態】 以下、本発明の実施の形態につい
て、図1から図10を用いて説明する。なお、これらの
図面において同一の部材には同一の符号を付しており、
また、重複した説明は省略されている。 【0027】(実施の形態1)図1は本発明の一実施の
形態における実装基板を示す断面図、図2は図1の実装
基板に電子部品が実装された状態を示す断面図、図3は
図2における熱応力の作用を示す説明図、図4は図1の
実装基板の製造プロセスを連続して示す断面図である。 【0028】図1に示すように、本実施の形態の実装基
板1は、たとえばガラス布基材エポキシ樹脂積層板等で
構成された絶縁性を有する基材2を有している。基材2
上には、たとえば銅から構成されて所定の形状を有する
配線5が形成されている。そして、配線5および配線5
の形成されていない箇所の基材2を覆うようにしてソル
ダーレジスト3が積層されている。 【0029】配線5から連続し、且つソルダーレジスト
3から突出して、後述する電子部品の半田ボールが接合
されるランド8が形成されている。したがって、ランド
8の高さは配線5の高さよりも高くなっている。そし
て、たとえば円形の形状を有するこのランド8は、ソル
ダーレジスト3によりその側面が所定の高さにわたって
隙間なく包囲されている。 【0030】このような構造を有する本実施の形態の実
装基板に裏面接合タイプの電子部品を実装した場合につ
いて説明する。 【0031】図2に示すように、たとえばBGA・CS
P等の裏面接合タイプの電子部品6の裏面には、電子部
品6とランド8とを電気的・機械的に接続する半田ボー
ル7が形成されている。そして、ランド8と半田ボール
7とが接合したときにランド8の全体が半田ボール7に
よって覆われるように、ランド8の直径は半田ボール7
の直径よりも小さくなっている。 【0032】ここで、前述のように、ランド8の側面は
ソルダーレジスト3によって隙間なく包囲され、ランド
8はソルダーレジスト3より突出した形状になってい
る。したがって、図示するように、ランド8に接合され
た半田ボール7は、配線5の方向とは無関係にランド8
の上面全体から側面の全周を覆う。これにより、ランド
8と半田ボール7との境界部分は、基材2の表面に対し
て垂直に延びるランド8の側面に形成される。このた
め、半田ボール7とランド8とでなす界面角は、配線方
向以外の境界部Aの界面角αのみならず、配線方向の境
界部Bの界面角βにおいても鈍角になる。すなわち、半
田ボール7とランド8のなす界面角は全ての箇所におい
て鈍角になる。 【0033】このような接合形状における熱応力の作用
について以下に説明する。実際の使用時や信頼性試験時
などにおける熱応力作用時には、図3に示すように、相
対的に接合部に対して剪断力Fが作用する。そして、剪
断力Fは材料内部で剪断応力τとなり、半田ボール7と
ランド8の界面にこの剪断応力τが作用する。 【0034】ここで、前述のように、半田ボール7とラ
ンド8とでなす界面角は、全ての箇所において鈍角とな
っているので、実装基板1の平面に沿った方向にx軸
を、平面と直交する方向にy軸をとると、剪断応力τは
y軸方向の面に作用する剪断応力τxyのみとなる。 【0035】したがって、熱応力が作用した場合でも応
力特異場が形成されて極度の応力集中が生じることがな
くなり、半田ボール7とランド8との接合により熱応力
が生じた場合にも亀裂が発生しない。また、配線5の方
向とは無関係に半田ボール7とランド8とでなす界面角
は鈍角になるので、配線5を任意の方向に引き回すこと
ができる。 【0036】次に、このような構造を有する実装基板1
の製造方法について図4を参照して説明する。 【0037】先ず、図4(a)に示すように、基材2お
よびこの基材2に導体である銅箔(薄膜)10が形成さ
れた銅張り積層板9を用意する。なお、銅箔10の厚さ
は後述する配線5の厚さのたとえば約2倍から3倍であ
る。 【0038】次に、図4(b)に示すように、ドライフ
ィルムフォトレジスト等からなりエッチング時にエッチ
ング不要部を保護するためのエッチングマスク11を銅
箔10の上面のランド形成位置に形成する。そして、図
4(c)に示すように、ランド形成位置を残して、銅箔
10を深さ方向に所定量ハーフエッチングを行い、必要
な配線高さにする。これにより、ランド8が形成され
る。ここで、必要な配線高さとは一般に9μmから18
μmである。なお、エッチングにはたとえば塩化鉄や塩
化銅等が用いられる。 【0039】次に、図4(d)に示すように、ランド8
および配線形成位置上にエッチングマスク11を形成す
る。このとき、ランド8の形成時に用いられたエッチン
グマスク11は、前もって除去していてもいなくても良
い。 【0040】次に、図4(e)に示すように、ランド8
と配線形成位置を残して銅箔10をエッチングにて完全
に除去する。これにより、ランド8に連続する配線5が
形成される。 【0041】ランド8および配線5が形成されたなら
ば、図4(f)に示すように、エッチングマスク11の
除去を行う。 【0042】最後に、図4(g)に示すように、ランド
8が突出するようにして、基材2および配線5上にソル
ダーレジスト3を形成する。ここで、ソルダーレジスト
3はランド8の側面まで隙間なく形成するとともに、ラ
ンド8はソルダーレジスト3の上面からたとえば5μm
以上突出するようにする。 【0043】このようにして、図1に示す実装基板1が
製造される。 (実施の形態2)図5は本発明の他の実施の形態におけ
る実装基板の製造プロセスを連続して示す断面図であ
る。 【0044】本実施の形態においては、ランド8が配線
5の材質である銅とメッキ性の良い金属、たとえば、半
田やニッケル等で形成されたものである。 【0045】このような構造を有する実装基板の製造方
法について説明する。先ず、前述した実施の形態1の場
合と同様に、図5(a)に示すように、基材2およびこ
の基材2に導体である銅箔(薄膜)10が形成された銅
張り積層板9を用意する。なお、銅箔10をハーフエッ
チングすることなくそのまま配線5の厚さとする本実施
の形態の場合では、銅箔10の厚さはたとえば9μmか
ら18μmとなっている。 【0046】次に、図5(b)に示すように、銅箔10
の上面のランド形成位置および配線形成位置にエッチン
グマスク11を形成する。なお、このとき、ランド形成
位置のエッチングマスク11の寸法はランド8の寸法よ
り小さくても良い。 【0047】次に、図5(c)に示すように、ランド形
成位置および配線形成位置を残して銅箔10を完全に除
去し、その後、図5(d)に示すように、エッチングマ
スク11を除去する。これにより、配線5が形成され
る。 【0048】次に、図5(e)に示すように、配線の一
部をなすランド形成位置以外にメッキマスク12を形成
する。ランド形成位置はメッキマスク12に形成された
開口部13から露出した状態にする。そして、図5
(f)に示すように、開口部13内をメッキで充填する
ようにしてランド8を形成する。なお、このようにラン
ド8をメッキにて形成するために、メッキマスク12に
はメッキ耐性のある高分子材料などが用いられる。この
ようにしてランド8を形成した後に、図5(g)に示す
ように、メッキマスク12を除去する。 【0049】最後に、図5(h)に示すように、ランド
8が突出するようにして、基材2および配線5上にソル
ダーレジスト3を形成する。ここで、本実施の形態にお
いても、ソルダーレジスト3はランド8の側面まで隙間
なく形成するとともに、ランド8はソルダーレジスト3
の上面からたとえば5μm以上突出するようにする。 【0050】このように、配線5上にランド8を形成す
るようにしてもよい。そして、配線5上にランド8を形
成するようにすれば、銅箔10の厚さがそのまま配線5
の厚さになるので、厚い特殊仕様の銅張り積層板を用い
る必要がない。 【0051】なお、ランド8は、メッキではなく、金属
のペースト材を用いて形成することもできる。この場合
には、前述したメッキによるランド形成のプロセスがペ
ースト塗布によるランド形成のプロセスになり、開口部
13にペースト材を塗布することでランド8が形成され
る。 【0052】(実施の形態3)図6は本発明のさらに他
の実施の形態における実装基板の製造プロセスを連続し
て示す断面図である。 【0053】本実施の形態においては、ランド8および
配線5がともに銅により形成されたものである。なお、
このような構造を有する実装基板の製造方法において、
図6(a)〜(e)に示す工程および図6(g),
(h)に示す工程は実施の形態2における図5(a)〜
(e)に示す工程および図5(g),(h)に示す工程
と同様である。したがって、図6(f)に示す工程のみ
について説明する。 【0054】すなわち、図6(f)に示すように、開口
部13内を配線5の材質と同じ銅メッキで充填するよう
にしてランド8を形成するものである。なお、本実施の
形態においても、ランド8をペースト材により形成する
ことができる。 【0055】このように、ランド8と配線5の材質を同
じ銅にすると、ランド8と配線5との間の剥離強度が大
きくなる。 【0056】(実施の形態4)図7は本発明のさらに他
の実施の形態における実装基板の製造プロセスを連続し
て示す断面図である。 【0057】本実施の形態においては、あらかじめ配線
パターンが構成された実装基板を用意し、これに突出し
たランド8を形成するものである。 【0058】つまり、図7(a)に示すように、基材2
および配線5がソルダーレジスト3に覆われ、基材2を
覆うソルダーレジスト3との間に隙間を空けて配線5と
同じ高さに露出形成された陥没ランドを有する実装基板
を用意する。 【0059】次に、図7(b)に示すように、ランド形
成位置以外にメッキマスク12を形成する。そして、ラ
ンド形成位置には開口部13を形成しておく。 【0060】次に、図7(c)に示すように、開口部1
3内をメッキで充填し、ランド8を形成する。このと
き、ランド8がソルダーレジスト3の上面からたとえば
5μm以上突出するまでメッキを成長させる。なお、ラ
ンド8は、配線5の材質である銅とメッキ性の良い金
属、たとえば、半田やニッケル等で構成される。 【0061】そして、図7(d)に示すように、最後に
メッキマスク12を除去すると、ランド8の突出した実
装基板が得られる。 【0062】このようにすれば、従来の実装基板を用い
てランド8の突出した亀裂の発生しない実装基板を作成
することができる。 【0063】なお、ここにおいても、ランド8は、メッ
キではなく、金属のペースト材を用いて形成することも
できる。この場合には、前述したメッキによるランド形
成のプロセスがペースト塗布によるランド形成のプロセ
スになり、開口部13にペースト材を塗布することでラ
ンド8が形成される。 【0064】(実施の形態5)図8は本発明のさらに他
の実施の形態における実装基板の製造プロセスを連続し
て示す断面図である。 【0065】本実施の形態においては、ランド8および
配線5がともに銅により形成されたものである。なお、
この実施の形態5に示す実装基板の製造方法において、
図8(a),(b),(d)に示す工程は前述の実施の
形態4における図7(a),(b),(h)に示す工程
と同様である。したがって、ここでは図8(c)に示す
工程のみについて説明する。 【0066】すなわち、図8(c)に示すように、開口
部13内を配線5の材質と同じ銅メッキで充填するよう
にしてランド8を形成するものである。なお、本実施の
形態においても、ランド8をペースト材により形成する
ことができる。 【0067】このように、ランド8と配線5の材質を同
じ銅にすると、従来の実装基板を用いてランド8の突出
した亀裂の発生しない実装基板を作成することが可能に
なることに加えて、ランド8と配線5との間の剥離強度
が大きくなる。 【0068】(実施の形態6)図9は本発明の一実施の
形態における電子部品実装用のプレートを示す断面図、
図10は図9のプレートを用いて電子部品を実装基板に
実装して行くプロセスを連続して示す断面図である。 【0069】図9に示すプレート15はたとえばステン
レス等の金属で形成されている。プレート15には、実
装基板1のランド8に対応した位置に貫通孔16が形成
されており、プレート15を実装基板1に位置合わせし
て貫通孔16内に半田ペーストが充填される。なお、こ
の貫通孔16の直径はランド8の直径より小さくなって
いる。 【0070】貫通孔16の周囲には、ランド8とプレー
ト15との干渉を避けるためにプレート15の裏面をハ
ーフエッチングした回避部17が形成されている。な
お、回避部17のハーフエッチング深さは、ランド8の
ソルダーレジスト3からの突出寸法と同じになってい
る。 【0071】このようなプレート15を用いて電子部品
を実装基板に実装して行く手順を説明する。 【0072】先ず、図10(a)に示すように、ランド
8が貫通孔16から露出するように位置合わせしてプレ
ート15を実装基板に取り付ける。ここで、プレート1
5に形成された回避部17のハーフエッチング深さは、
ランド8がソルダーレジスト3の上面から突出している
寸法と同じとなっているので、ランド8がプレート15
を突き上げることによるプレート15の反りは発生しな
い。また、貫通孔16の直径はランド8の直径より小さ
く、回避部17のハーフエッチング深さがランド8の突
出寸法と同じでなので、貫通孔16とランド8の上面と
の間には隙間が存在しない。これにより、半田ペースト
18が回避部17に入り込んで隣接するランド8との間
に短絡を生じる恐れもない。 【0073】そして、この状態でスキージ19を用いて
半田ペースト18を貫通孔に充填する)。 【0074】次に、図10(b)に示すようにプレート
15を実装基板1から取り外すと、ランド8の上面にの
み半田ペースト18が印刷された状態となる。 【0075】このように半田ペースト18をランド8上
に形成したならば、図10(c)に示すように、半田ボ
ール7が半田ペースト18の印刷されたランド8上に位
置するようにして裏面接合タイプの電子部品6を実装基
板1上に搭載する。このとき、印刷された半田ペースト
18の厚さの50%以上の深さまで半田ボール7が入り
込むまで電子部品6を実装基板1側に押圧する。これに
より、半田ペースト18はランド8の上面からはみ出し
て、ランド8の側面を取り囲む形状となる。 【0076】最後に、図10(d)に示すように、リフ
ロー装置によって半田ボール7と半田ペースト18とを
溶融、冷却すると、半田ペースト18が半田ボール7に
吸収されて突出したランド8の側面を取り囲んだ形状の
半田ボール7が形成される。 【0077】これにより、半田ボール7とランド8とで
なす界面角は全ての箇所で鈍角になり、半田ボール7と
ランド8との接合により熱応力が生じた場合にも亀裂は
発生しない。 【0078】 【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ランド
を突出形成することによって半田ボールによって電子部
品を実装基板に実装した際に、半田ボールが突出したラ
ンドの側面を全周にわたって覆うようにしているので、
半田ボールとランドとでなす界面角は全ての箇所で鈍角
になる。これにより、半田ボールとランドとの接合によ
り熱応力が生じた場合にも、当該熱応力による亀裂は発
生しないという有効な効果が得られる。 【0079】また、ランドおよび配線をともに銅で構成
することにより、ランドと配線間の剥離強度を大きくす
ることができるという有効な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の実施の形態1における実装基板を示す
断面図 【図2】図1の実装基板に電子部品が実装された状態を
示す断面図 【図3】図2における熱応力の作用を示す説明図 【図4】(a)〜(g)は図1の実装基板の製造プロセ
スを連続して示す断面図 【図5】(a)〜(h)は本発明の実施の形態2におけ
る実装基板の製造プロセスを連続して示す断面図 【図6】(a)〜(h)は本発明の実施の形態3におけ
る実装基板の製造プロセスを連続して示す断面図 【図7】(a)〜(d)は本発明の実施の形態4におけ
る実装基板の製造プロセスを連続して示す断面図 【図8】(a)〜(d)は本発明の実施の形態5におけ
る実装基板の製造プロセスを連続して示す断面図 【図9】本発明の一実施の形態における電子部品実装用
のプレートを示す断面図 【図10】(a)〜(d)は図9のプレートを用いて電
子部品を実装基板に実装して行くプロセスを連続して示
す断面図 【図11】(a)は従来の実装基板を示す斜視図、
(b)は(a)の一部を拡大して示す斜視図 【図12】図11(a)におけるXII−XII線に沿った断
面図 【図13】図11の実装基板に裏面接合タイプの電子部
品が実装された状態を示す断面図 【図14】図13における半田ボールと実装基板との接
合部に作用する熱応力を示す説明図 【符号の説明】 1 実装基板 2 基材 3 ソルダーレジスト 5 配線 6 電子部品 7 半田ボール 8 ランド 15 プレート 16 貫通孔 17 回避部 18 半田ペースト
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/92 604B (56)参考文献 特開 平7−211722(JP,A) 特開 平9−275271(JP,A) 特開 昭52−12575(JP,A) 特開 平5−29363(JP,A) 特開 平5−144816(JP,A) 特開 平5−226502(JP,A) 特開 平6−204290(JP,A) 特開 平8−111578(JP,A) 特開 平11−67820(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/60 H05K 3/34 H01L 23/12

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】絶縁性を有する基材上に形成された配線
    と、前記基材および前記配線を覆うソルダーレジスト
    と、前記配線から連続し且つ前記ソルダーレジストから
    突出して形成されるとともに前記ソルダーレジストによ
    り側面が所定の高さにわたって隙間なく包囲され、前記
    半田ボールが固定されるランドとを有し、前記半田ボー
    ルが突出した前記ランドの側面全周を覆い得るようにし
    実装基板を用意し、 前記ランドに対応した位置に貫通孔が形成されるととも
    に前記実装基板を取り付けた際における前記ランドとの
    干渉を避ける回避部が少なくとも前記貫通孔の周囲に形
    成されたプレートを用意し、 前記ランドが前記貫通孔から露出するように位置合わせ
    して前記プレートを前記実装基板に取り付け、 前記貫通孔内に半田ペーストを充填した後に前記プレー
    トを前記実装基板から取り外し、 一方面に半田ボールの形成された電子部品を、前記半田
    ペーストが形成された前記ランドに前記半田ボールを位
    置合わせして搭載し、 前記ランドの側面全周を覆うように前記半田ボールと前
    記半田ペーストとをリフローすることを特徴とする電子
    部品の実装方法。
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