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Title:
ELECTRONIC DEVICE, AND ELECTRONIC DEVICE MANUFACTURING METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/111345
Kind Code:
A1
Abstract:
Intended is to make it possible to fill clearances between electronic parts and a wiring board, in case they are narrow, conveniently and effectively with a reinforcing resin. Provided is an electronic device, in which a plurality of electrode pads of electric parts and a plurality of pads of a wiring board are electrically connected through electric conductors and in which the clearances between the electronic parts and the wiring board are filled with a resin. Between the conductors adjoining each other, and in the connecting face of at least one of the wiring board and the electronic parts, grooves are formed from the central portion to the outer peripheral portion and is filled with the resin.

Inventors:
ABE KATSUMI (JP)
Application Number:
PCT/JP2008/052136
Publication Date:
September 18, 2008
Filing Date:
February 08, 2008
Export Citation:
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Assignee:
NEC CORP (JP)
ABE KATSUMI (JP)
International Classes:
H05K3/28; H01L23/28; H05K3/34
Foreign References:
JP2001230274A2001-08-24
JPH09232474A1997-09-05
Attorney, Agent or Firm:
YAMASHITA, Johei (Toranomon 40th MT Bldg.13-1, Toranomon 5-chom, Minato-ku Tokyo 01, JP)
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Claims:
 電子部品の複数の電極パッドと配線基板の複数のパッドとが導電体を介して電気的に接続され、前記電子部品と前記配線基板の隙間に樹脂が充填された電子機器において、
 互いに隣り合った前記導電体の間で、前記配線基板及び前記電子部品の少なくとも一方の接続面に、中央部から外周部に向かって溝が形成され樹脂で満たされていることを特徴とする電子機器。
 前記配線基板の表面に、前記溝とつながるように開口径の広い樹脂溜りを設けたことを特徴とする請求項1記載の電子機器。
 前記樹脂溜りは前記中央部に設けられていることを特徴とする請求項1又は2記載の電子機器。
 前記溝の幅は、前記中央部から前記外周部に向かって細くなることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の電子機器。
 前記溝の深さは、前記中央部から前記外周部に向かって深くなることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の電子機器。
 前記溝は、前記配線基板の接続面に形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の電子機器。
 前記溝は、前記電子部品の接続面に形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の電子機器。
 配線基板と電子部品とがはんだを介して電気的に接続される電子機器の製造方法において、
 前記配線基板の前記電子部品を搭載する面に溝を形成する工程と、
 前記配線基板に、はんだを塗布する工程と、
 樹脂を、前記はんだが塗布される高さよりも低く、前記溝に塗布する工程と、
 前記電子部品を搭載する工程と、
 前記樹脂の高さよりもはんだの高さが低くなるように前記はんだを溶融する工程と、を含むことを特徴とする電子機器の製造方法。
Description:
電子機器及び電子機器の製造方

 本発明は、電子機器及び電子機器の製造 法に関し、特に、配線基板と電気機器の接 面の間に樹脂が充填される電子機器及び電 機器の製造方法に関する。

 電子機器の小型・軽量・薄型化や高速・ 機能化の進展に伴い、表面実装技術の高度 が要求されている。

 半導体装置の主流は、QFP(Quad Flat Package) 代表されるリード付きの周辺実装タイプか BGA(Ball Grid Array)、LGA(Land Grid Array)等、裏 に電極を有する面実装タイプに移行しつつ る。

 BGAやLGAは、裏面に形成された電極パッド 配線基板のパッドを、はんだ等の導電体を してリジッドに接合する構造となっている

 そのために、これら部品を実装した配線 板を搭載した電子機器を落としたりして、 部から力を加えた場合、実装基板にも外力 伝わりはんだ接続部に応力がかかる。

 又は、温度変化の激しい場所で使用した 合にも、BGAやLGAなど電子部品の熱膨張率と 線基板の熱膨張率の違いにより熱ひずみが 生し、はんだ接続部に内部応力が加わる。

 QFPなどのリード付き部品であれば、リー が曲がることにより応力が緩和され、接続 頼性上、特に問題になることはない。

 ところが、BGAの場合は、リードのような 力緩和領域がないため、はんだ接続部に直 応力がかかることとなり接続不良を引き起 す原因となる。

 そこで、はんだ接合部にかかる応力を緩 するために、電子部品と配線基板の隙間に アンダーフィル樹脂と呼ばれる液状の封止 を充填し加熱硬化する方法がとられている

 電子部品と配線基板の隙間に樹脂を充填 る方法としては、配線基板に実装された電 部品に隣接して樹脂を滴下し、毛細管現象 作用により樹脂を浸透させる手法が一般的 ある。

 しかし、電子部品と配線基板の隙間が狭 LGAや電極ピッチの小さいBGAなどは、樹脂の 透速度が遅く、生産性を悪化させるだけで なく、電子部品と配線基板の隙間を充填で ない場合がある。

 そこで、電子部品を実装する前に、あら じめ、配線基板の電子部品搭載エリアに樹 を塗布しておき、その後、電子部品を実装 ることでパッド間の接続と樹脂充填を同時 行う、いわゆる、先樹脂工法が利用されつ ある。

 図6は、一般的な先樹脂工法の工程断面図 を示す断面図である。まず、配線基板の電子 部品搭載エリアに樹脂105を塗布する(図6(a))。

 その後、電子部品を所定の位置に搭載す 。このとき、電子部品を押込むことにより 配線基板のパッド122上の樹脂を押しのけ、 子部品のはんだバンプ121は、配線基板のパ ド122に接触する(図6(b))。

 これを加熱することにより、はんだバンプ1 21は溶融し、配線基板のパッド122へ濡れ広が 、樹脂は硬化する(図6(c))。

特開2002-118208号公報

特開2005-244093号公報

特開2005-268704号公報

 先樹脂工法では、電子部品搭載前の配線 板パッド上に樹脂を塗布するため、電子部 の電極と配線基板パッドの間に樹脂が残存 実装不良を引き起こす、いわゆる、樹脂か 、といった課題がある。

 また、樹脂を塗布する領域には、はんだ ーストを印刷することができないため、印 したはんだペーストで接合部を形成するLGA ような電子部品に対して適用することは難 い。

 図7に示す特許文献1に記載の技術では、 脂塗布領域を電子部品外周に限定すること 、配線基板パッド上に樹脂が付着すること 防ぎ、樹脂かみの防止を行っている。

 樹脂塗布領域を最外周に限定するために 樹脂に含有するフィラーサイズを大きくす 、あるいは、最外周電極パッドの外側に溝 設けることにとより、樹脂の浸透を防ぐ実 構造としている。

 さらに、樹脂の補強面積が小さくなり、 着強度が低下することに対し、配線基板表 、及び、電子部品裏面に凹凸を設けること より、接触面積を増やすことで改善してい 。

 しかしながら、LGAなどの部品裏面に電極 有するエリアアレイタイプの電子部品に対 、特許文献1に記載の技術を適用した場合、 最外周のはんだ接合部の補強効果はあるもの の、内部のはんだ接合部に対しては、何も効 果が無い。

 例えば、周囲の温度変化が起こり、LGAの 膨張率と配線基板の熱膨張率の違いにより 部応力が発生した場合、LGAの構造によって 、内部のはんだ接合部にかかる応力が最大 なるため、本実装構造では、実装信頼性の 上は不可能である。

 図8に示す特許文献2に記載の技術では、 線基板にはんだペースト24、25を印刷した後 ペーストを加熱、半硬化させることにより 後に塗布する樹脂の影響を防ぐ実装構造が 案されている。

 すなわち、樹脂を塗布する前にペースト 半硬化させているため、樹脂の流動により ーストの印刷形状が崩れることを防ぎ、は だ溶融と同工程で樹脂硬化を行うため、簡 な工程で製造を行うことができる。

 しかしながら、本実装構造では、はんだ 融時の樹脂巻き込みや、電極と配線基板パ ドの間に樹脂が残存し実装不良を引き起こ 、いわゆる、樹脂かみ現象を防ぐことはで ないため、実装性の低下は免れない。

 図9に示す、特許文献3に記載の技術では 搭載する電子部品の裏面に、あらかじめ、 ンダーフィル樹脂層を設ける実装構造が提 されている。

 電子部品裏面に、電極高さより低い樹脂 を形成し、電極の先端を突出させる構造と っている。

 しかしながら、電極バンプ高さが低いLGA に対して樹脂層を形成するには、パターニ グなど煩雑な工程が必要であり、大幅なコ ト上昇が見込まれる。

 そこで、本発明は、電子部品と配線基板 隙間が狭い場合に、簡便で効果的に補強樹 を充填することができるようにすることを 的とする。

 本発明によれば、電子部品の複数の電極 ッドと配線基板の複数のパッドとが導電体 介して電気的に接続され、前記電子部品と 記配線基板の隙間に樹脂が充填された電子 器において、互いに隣り合った前記導電体 間で、前記配線基板及び前記電子部品の少 くとも一方の接続面に、中央部から外周部 向かって溝が形成され樹脂で満たされてい ことを特徴とする電子機器が提供される。

 また、本発明によれば、配線基板と電子 品とがはんだを介して電気的に接続される 子機器の製造方法において、前記配線基板 前記電子部品を搭載する面に溝を形成する 程と、前記配線基板に、はんだを塗布する 程と、樹脂を、前記はんだが塗布される高 よりも低く、前記溝に塗布する工程と、前 電子部品を搭載する工程と、前記樹脂の高 よりも低くなるように前記はんだを溶融す 工程と、を含むことを特徴とする電子機器 製造方法が提供される。

 本発明によれば、電子部品又は配線基板 中央部から外周部に向かって溝が形成され いるので、補強用樹脂を電子部品搭載部の 央に塗布し外側に浸透させていく場合にお て、速やかに樹脂が浸透するようになる。

本発明の第1の実施形態を示す図(垂直 面図)である。 本発明の第1の実施形態を示す図(水平 面図)である。 本発明の第1の実施形態の製造方法を示 す断面図である。 本発明の第2の実施形態を示す図(垂直 面図)である。 本発明の第2の実施形態を示す図(水平 面図)である。 本発明の第3の実施形態を示す図(垂直 面図)である。 本発明の第3の実施形態を示す図(水平 面図)である。 本発明の第4の実施形態を示す図(垂直 面図)である。 本発明の第4の実施形態を示す図(水平 面図)である。 一般的な先樹脂工法の工程断面図を示 断面図である。 従来の電子機器を示す図である。 従来の電子機器を示す図である。 従来の電子機器を示す図である。

符号の説明

  101 配線基板
  102 電子部品
  103 樹脂塗布溝
  104 はんだペースト
  105 アンダーフィル樹脂
  106 樹脂溜まり
  110 基板表面絶縁層
  111 電極パッド
  121 バンプ
  122 パッド
  123 ソルダーレジスト

 以下、添付図面を参照して本発明を実施 るための最良の実施の形態を説明する。

 [第1の実施形態]
 [構成の説明]
 次に、本発明の実施形態について図面を参 して詳細に説明する。

 図1は、本発明の第1の実施形態を示す図 ある。

 図1(a)は、配線基板101の面方向に沿って切 り出した水平断面図であり、図1(b)は、配線 板101表面に対し垂直に切り出した垂直断面 である。

 本実施の形態において、配線基板101上に 子部品102が実装され、配線基板101と電子部 102は、はんだ接合部を介して電気的に接続 れ、電子部品102と配線基板101の隙間にアン ーフィル樹脂が充填されている。

 本実施の形態では、隣接する、はんだ接 するためのパッドの間に、樹脂塗布領域を け、その塗布領域に溝を形成する。

 樹脂はその表面張力により溝に沿って容 に浸透するが、溝の側面を越えて広がるこ は難しい。

 はんだ溶融後、電子部品102裏面と樹脂が 触することにより毛管力が発生し、毛細管 象により、電子部品102と配線基板101との隙 に樹脂が浸透していく。

 このとき、加熱温度プロファイルと樹脂 性を最適化することによって、はんだに対 樹脂が影響することなく樹脂充填を完了す ことができる。

 したがって、電子部品102の実装性を低下 せることは無く、電子部品102と配線基板101 隙間が狭い実装構造に対しても容易に樹脂 充填することができる。

 [製法の説明]
 次に、図2を参照して本実施の形態の製造方 法を説明する。

 図2は、本発明の第1の実施形態の製造方 を示す断面図である。

 図2(a)は、本実施形態の実装構造の前段階 であり、一般的な配線基板101を示す断面図で ある。

 ここでは、片面基板を示しているが、こ に限定されるものではなく、両面板や多層 板などでも良い。

 図2(b)は、配線基板表面の絶縁層に対し樹 脂塗布用の溝を形成する工程である。

 溝は、一般的なPR(フォトレジスト(Photo Re sist))工程によりパターニングしても良いし、 レーザーや切削工具により加工して作成して も良い。

 生産性を考えた場合、配線基板表面の絶 層をパターニングする工程で、溝を形成す 方が望ましい。溝の幅や深さは特に規定す ものではなく、目的に応じて任意に変える とができる。

 また、電子部品中央部には、開口径の広 樹脂溜りを設けている。

 樹脂溜りを設けることにより、電子部品 面を充填するのに十分な樹脂量を確保する とができる。

 さらに、溝を形成後、溝の壁面粗化処理 行えば、樹脂と基板の密着力を向上するこ ができる。

 図2(c)は、電子部品の搭載工程を示してい る。

 配線基板101のパッド上に、はんだペース を印刷した後、例えばディスペンスやスタ ピングによりアンダーフィル樹脂105を所望 位置に塗布する。

 その後、配線基板101のパッドと電子部品1 02の電極パッドが対応するように、電子部品1 02を配線基板101上に搭載する。

 このとき、はんだペースト104とアンダー ィル樹脂105を塗布する順番を逆に、すなわ 、アンダーフィル樹脂105を印刷した後、は だペースト104をディスペンスやスタンピン により塗布しても良い。

 図2(d)は、電子部品102を搭載した配線基板 101のリフロー工程で、はんだ溶融温度に達し た直後の状態を示している。

 電子部品102を搭載した配線基板101をはん 溶融温度以上に加熱することにより、配線 板101のパッド上に印刷されたはんだペース が溶融し、パッド上に濡れ広がる。

 この際、ペースト中のはんだ粒子は互い 溶け合い、ひとつのはんだバンプを形成し ッド上へ濡れ広がるため、電子部品102と配 基板101の隙間が狭くなり、電子部品102裏面 アンダーフィル樹脂が接触することとなる

 図2(e)は、電子部品102を搭載した配線基板 101のリフロー工程で、はんだ溶融が完了した 後の状態であり、アンダーフィル樹脂105の浸 透工程を示している。

 電子部品102裏面とアンダーフィル樹脂105 接触することにより、電子部品102と配線基 101の隙間で毛細管現象が生じ、アンダーフ ル樹脂が浸透していき、浸透が完了した頃 、アンダーフィル樹脂105の熱硬化反応が起 る。

 この時、リフロー温度は、樹脂の浸透し すい温度で保持し、樹脂の熱硬化反応が完 した後に室温まで冷却することが望ましい

 [第2の実施形態]
 図3は、本発明の第2の実施形態を示す図で る。

 本発明の第2の実施形態によれば、浸透性 の高い樹脂に対しても、未充填部(ボイド)を 生させること無く、樹脂を充填することが きる。

 浸透性の高い樹脂を充填する場合、電子 品中央よりの充填が完了する前に、外側よ の充填が完了した場合、電子部品裏面に空 が留まるために、未充填部が発生する。

 形成する溝の幅を電子部品中央から外周 向けて連続的に小さくすることにより、溝 の距離、すなわち、樹脂が浸透する距離は きくなる。

 したがって、電子部品外周よりも、電子 品中央よりの充填が先に完了するため、先 述べたような未充填部の発生を抑制するこ ができる。

 一方、樹脂の接合部に対する補強効果に 目した場合、樹脂の塗布量によりその補強 果は影響されるため、例えば、一般に発生 る力が最も高いといわれている最外周の溝 幅を大きくし、最外周パッドの補強効果を める場合も考えられる。

 本発明では、最外周だけではなく、実装 る電子部品の構造により、任意に、溝の幅 変えるものである。

 さらに、接合部に対し、樹脂の影響が問 とならない構造においては、溝の幅を無限 にする。すなわち、表層絶縁層を除去して よい。

 [第3の実施形態]
 図4は、本発明の第3の実施形態を示す図で る。

 本実施形態によれば、浸透性の低い樹脂 対しても、浸透停止を発生すること無く、 脂を充填することができる。

 浸透性の低い樹脂を充填する場合、浸透 離が長くなると浸透を停止する場合がある

 浸透性は電子部品と配線基板の間隔に依 するため、形成する溝の深さを、電子部品 央から外周に向けて連続的に大きくするこ により、浸透速度を保ち、樹脂の浸透停止 抑制することができる。

 [第4の実施形態]
 図5は、本発明の第4の実施形態を示す図で る。

 本実施の形態は、電子部品の裏面に樹脂 布用の溝を形成した例である。

 この場合も、上記の実施形態と同様の効 が得られる。

 なお、溝は、電子部品裏面と配線基板の なくとも一方に形成すればよい。

 ここでは、一例として、LGAを適用した場 を中心に説明してきたが、LGA以外の電子部 に対しても同様の効果がある。

 また、BGAなどのバンプ接合高さの高い部 に対して適用した場合、アンダーフィル樹 の浸透速度を上げるという効果がある。

 本実施形態によれば、電子部品又は配線 板の中央部から外周部に向かって溝が形成 れているので、補強用樹脂を電子部品搭載 の中央に塗布し外側に浸透させていく場合 おいて、速やかに樹脂が浸透するようにな 。

 また、本実施形態によれば、樹脂溜りを けることで、はんだ溶融前に樹脂が広がる を防ぎ、これに溝がつながっていることで 速やかに溝を介して樹脂を浸透させること できるようになる。

 また、本実施形態によれば、外周部に向 うにつれて溝が細くなるようにすることで 外周部の樹脂充填が遅れる。その結果、中 部周辺に気泡が残存することが少なくなる

 また、本実施形態によれば、外周部に向 うにつれて溝を深くすることで、外周部に ける樹脂の浸透性がよくなり、浸透の停滞 防ぐことが可能になる。

 本願は、日本の特願2007-060166(2007年3月9日 出願)に基づいたものであり、又、特願2007-0 60166に基づくパリ条約の優先権を主張するも である。特願2007-060166の開示内容は、特願20 07-060166を参照することにより本明細書に援用 される。

 本発明の代表的な実施形態が詳細に述べ れたが、様々な変更(changes)、置き換え(substi tutions)及び選択(alternatives)が請求項で定義さ た発明の精神と範囲から逸脱することなく されることが理解されるべきである。また 仮にクレームが出願手続きにおいて補正さ たとしても、クレームされた発明の均等の 囲は維持されるものと発明者は意図する。

 本発明によれば、電子部品と配線基板の 間が狭い実装構造おいても、実装性を低下 せることなく、実装信頼性を向上すること できるために、低背バンプの電子部品を搭 した、薄型、高密度実装が必要な電子機器 対し適用することが可能である。