(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下面に接続端子を複数配置した半導体部品が、接着性樹脂を含むフラックスと、はんだ粉末とを含むはんだペーストによって、前記複数の接続端子と対応する位置にそれぞれランドが形成されたプリント配線板にはんだ付けされた実装構造体であって、
前記ランドの外周を取り囲む位置に凸領域部を備え、
前記ランドの外周と、前記凸領域部の内周との間には距離が設けられており、
前記プリント配線板は、前記ランドが形成された反対側の面において他の部品がはんだ付けされており、
前記接続端子と、それに対応する位置に形成された前記ランドとの間には、凝集した前記はんだ粉末がはんだ接合部を形成しており、
前記凸領域部と前記半導体部品の下面との間には、前記接着性樹脂が硬化しており、
前記はんだ接合部と前記硬化した前記接着性樹脂との間には隙間が形成されており、
前記ランドは直径Ｄ（ｍｍ）の円形状であり、前記凸領域部はリング形状であり、前記はんだペーストに占める前記はんだ粉末の体積比はＢ（％）であり、前記距離をＡ（ｍｍ）とした場合、
前記距離Ａ（ｍｍ）は、次式
Ａ＝Ｄ[√｛（１００−Ｂ）／Ｂ＋１｝−１]／２
で表される、半導体部品の実装構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器において用いられているプリント配線板に半導体部品などの電子部品をはんだ付けにより実装した半導体部品の実装構造体に関するものであり、特に接着性樹脂と硬化剤を含むフラックスとはんだ粉末を混合したはんだペーストではんだ付けされた半導体部品の実装構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器は高機能小型化が進み、携帯電話やパソコンなど携帯型の小型モバイル情報機器が普及してきている。これらに搭載される回路基板に実装される電子部品には半導体部品が多数使用されている。中でも半導体チップをインターポーザー基板に実装し、樹脂モールドなどでパッケージ化した状態で部品下面に接続端子をアレイ状に配置したボール・グリッド・アレイ（以下ＢＧＡ）やランド・グリッド・アレイ（以下ＬＧＡ）が主流になっている。特に薄型を必要とされる機器においては、接続端子にはんだボールによる突起を設けずはんだペーストのみで接合されるＬＧＡは、より低背な回路基板の製造に有効である。
【０００３】
またモバイル情報機器ではその用途から機器の落下衝撃に対する強度が必要とされているが、ロジック回路やメモリなどの機能集積度の高い半導体部品は接続端子数が多く微細化していると同時に、部品の接続端子がグリッド状に配置され実装面積が広いため落下時のプリント配線板の変形により一部の接続端子に応力が集中してはんだによる接続が断線することがある。
【０００４】
このような落下衝撃に対する信頼性を向上させるために、半導体部品をはんだペーストによりリフロー加熱工程ではんだ付けした後、補強用樹脂接着剤をプリント配線板と半導体部品の間に充填するアンダーフィルにより半導体部品とプリント配線板を接着固定して落下衝撃による接続端子への応力集中を緩和する方法が一般的である。補強用樹脂接着剤でアンダーフィルにより固定する場合、落下衝撃に対する信頼性は向上する一方で、補強用樹脂接着剤を部品下面に均一に充填することが困難であり、また補強用樹脂接着剤を加熱などにより硬化させる工程が必要となるため生産性が悪かった。
【０００５】
このため、従来の半導体部品の実装構造体としては、例えば特許文献１に記載されているように、はんだペーストに接着性樹脂と硬化剤を混合しリフロー加熱工程で補強するものがある。図１０は特許文献１に記載された従来の半導体部品の実装構造体を示す図である。図１０（ａ）においてプリント配線板１は第１の面１１０に形成されたランド１１１の上にはんだペースト２を配置し、ＬＧＡ３を接続端子３０１が対向するように配置した後、図１０（ｂ）のようにリフロー加熱工程ではんだペースト２がはんだ２０１と接着性樹脂２０２とに分離して接合し、半導体部品下面でプリント配線板と接着性樹脂による均一な補強ができることで落下衝撃の信頼性を向上させるとともに、リフロー加熱工程ではんだ付けと同時に硬化して接着されるため生産性をよくすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許３８４９８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述のような従来の技術では、ＬＧＡ３を両面に回路形成されたプリント配線板１の第１の面１１０にリフロー加熱によりはんだ付けして接合した後、プリント配線板１の裏面となる第２の面１２０に別の部品をリフロー加熱によりはんだ付けする場合、次の様な課題が有る。
【０００８】
即ち、第１の面１１０にＬＧＡ３をはんだ付けすると、ＬＧＡ３はプリント配線板１との距離が狭いため接続端子３０１のはんだ２０１は硬化した接着性樹脂２０２により周りを密閉された状態になり、第２の面１２０のリフロー加熱において、第１の面１１０のはんだ２０１が溶融し膨張する。これにより、接着性樹脂２０２による密閉部の内圧が高まり、接着性樹脂２０２を破壊して接続端子３０１から噴出してしまうため、電気的な接続品質が損なわれるという課題を有している。
【０００９】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、半導体部品が接着性樹脂を含むはんだペーストで第１の面にはんだ付けされたプリント配線板において、第２の面のリフロー加熱工程において、第１の面におけるはんだの噴出を防止し、電気的な接続品質を向上した半導体部品の実装構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、第１の本発明は、
下面に接続端子を複数配置した半導体部品が、接着性樹脂を含むフラックスと、はんだ粉末とを含むはんだペーストによって、前記複数の接続端子と対応する位置にそれぞれランドが形成されたプリント配線板にはんだ付けされた実装構造体であって、
前記ランドの外周を取り囲む位置に凸領域部を備え、
前記ランドの外周と、前記凸領域部の内周との間には距離が設けられており、
前記プリント配線板は、前記ランドが形成された反対側の面において他の部品がはんだ付けされており、
前記接続端子と、それに対応する位置に形成された前記ランドとの間には、凝集した前記はんだ粉末がはんだ接合部を形成しており、
前記凸領域部と前記半導体部品の下面との間には、前記接着性樹脂が硬化しており、
前記はんだ接合部と前記硬化した前記接着性樹脂との間には隙間が形成されており、
前記ランドは直径Ｄ（ｍｍ）の円形状であり、前記凸領域部はリング形状であり、前記はんだペーストに占める前記はんだ粉末の体積比はＢ（％）であり、前記距離をＡ（ｍｍ）とした場合、
前記距離Ａ（ｍｍ）は、次式
Ａ＝Ｄ[√｛（１００−Ｂ）／Ｂ＋１｝−１]／２
で表される、半導体部品の実装構造体である。
【００１４】
本構成によって、例えば、接着性樹脂が凸領域部において、半導体部品とプリント配線板を接着することで、はんだが接着性樹脂により密閉されない接続構造とすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の半導体部品の実装構造体によれば、はんだの噴出を防止出来て、電気的な接続品質を向上させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１における実装構造体の部品実装の工程を示した断面図
【図２】本発明の実施の形態１における実装構造体のプリント配線板のランドと凸領域部の形状図
【図３】本発明の実施の形態１における実装構造体のリフロー加熱工程の断面図
【図４】本発明の実施の形態１における実装構造体のリフロー温度を示した図
【図５】（ａ）〜（ｃ）：本発明の実施の形態１における実装構造体のはんだペーストの溶融を示した図
【図６】本発明の実施の形態１における実装構造体の第２の面の部品実装の工程を示した断面図
【図７】本発明の実施の形態１における実装構造体の第２の面の部品実装の工程を示した断面図
【図８】本発明の実施の形態１における実装構造体のプリント配線板の凸領域部の別の例の形状図
【図９】本発明の実施の形態１における実装構造体のプリント配線板の凸領域部の更に別の例の形状図
【図１０】（ａ）、（ｂ）：従来の実装構造体の構成を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
まず半導体部品のマウント工程について説明する。図１は、本発明の実施の形態１における半導体部品の実装構造体の部品実装の工程を示した断面図である。
【００１９】
図１において、プリント配線板１は、ガラスエポキシ基材の両面に回路形成され第１の面１１０と第２の面１２０にそれぞれ銅箔により電気的な導通をとるランド１１１、１２１と絶縁体であるレジスト１１２、１２２が形成されている。直径Ｄ（ｍｍ）のランド１１１の周りには図２に示すように、ランド１１１の外周から距離Ａ（ｍｍ）離れた位置に、周囲のレジスト上に高さＳ（ｍｍ）が、一例として０．０１〜０．０５ｍｍであって、幅Ｗ（ｍｍ）のリング形状の凸領域部１１３をシルク印刷により形成している。ランド１１１上にステンシル印刷により厚さ０．１２〜０．１５ｍｍとなるようにはんだペースト２を印刷した後、半導体部品であるＬＧＡ３を接続端子３０１とランド１１１が対向するように配置して回路基板４を構成する。
【００２０】
尚、本実施の形態では、ランド１１１の径Ｄ（ｍｍ）は一例として０．３５ｍｍで形成されている。
【００２１】
はんだペースト２は、熱硬化性のエポキシ系の接着性樹脂と硬化剤を含むフラックスにＳｎ−５８Ｂｉの組成からなるはんだ粉末を混合したものであり、はんだペースト２に占めるはんだ粉末は体積比で４０〜６０％である。
【００２２】
、はんだペースト２に占めるはんだ粉末が体積比で４０％とした場合、凸領域部１１３の内周とランド１１１の外周との距離Ａ（ｍｍ）は、次式で表される。
【００２３】
Ａ＝Ｄ（√２．５−１）／２
また、幅Ｗは、Ｗ＞Ａとなるように形成されている。これについては更に後述する。
【００２４】
尚、この距離Ａ、凸領域部１１３の幅Ｗおよび高さＳは、はんだペースト２に含まれる接着性樹脂２０２の体積より決定される。
【００２５】
次に、距離Ａを表す上記式の導出に関して詳細に説明する。
【００２６】
まず、以下の１）〜４）に示す条件が成り立つものとする。  
【００２７】
１）はんだペースト２に占めるはんだ粉末の体積比が４０％である場合、接着性樹脂２０２の体積比は概ね６０％として良いとする。
【００２８】
２）はんだペースト２を直径Ｄのランド１１１の領域に、高さＳ０で印刷したとする。
【００２９】
３）はんだペースト２に含まれる接着性樹脂２０２は、図５（ｂ）に示されている様に凝集したはんだ２０１の周囲に押し出されるが、その押し出された接着性樹脂２０２の高さは、レジスト１１２とＬＧＡ３との距離Ｓ１に等しいとする。ただし、Ｓ０＞Ｓ１である。
【００３０】
４）一方、距離Ｓ１は、はんだペースト２に占めるはんだ粉末の体積比によって決まるものとする。即ち、ここでは、はんだペースト２に占めるはんだ粉末の体積比が４０％であるから、Ｓ１＝０．４×Ｓ０である。
【００３１】
尚、本発明のはんだ接合部の一例が、本実施の形態の凝集したはんだ２０１に該当する。
【００３２】
以上の条件下で、はんだペースト２に含まれる接着性樹脂２０２の体積（次式の左辺に対応）が、はんだ粉末の溶融により、はんだ２０１の周囲に押し出された接着性樹脂２０２の体積（次式の右辺に対応）と等しいとして、次式（１）を得る。
【００３３】
ここで、Ｘ（ｍｍ）は、凸領域部１１３の内周の直径とする。
【００３４】
０．６×（Ｄ／２）２×π×Ｓ０＝｛（Ｘ／２）２×π−（Ｄ／２）２×π｝×０．４×Ｓ０                                              ・・・・・・・・・（式１）
式１を整理すると、Ｘ＝Ｄ√２．５が得られる。
【００３５】
よって、距離Ａ（ｍｍ）は、
Ａ＝（Ｘ−Ｄ）／２
＝Ｄ（√２．５−１）／２                      ・・・・・・・・・（式２）
となる。
【００３６】
この様にして得られた式２から次のことが言える。
【００３７】
即ち、はんだペースト２に占めるはんだ粉末の体積比が４０％である場合、凸領域部１１３の内周とランド１１１の外周との距離Ａは、
ｉ）Ａ＞Ｄ（√２．５−１）／２であれば、
距離Ａが大きいため、第１面のリフロー工程で、接着性樹脂２０２がランド１１１から押し出されても凸領域部１１３にまで至らず、接着性樹脂２０２とはんだ２０１が密着してしまい、従来と同じ状況になり、本発明の効果が十分に得られない。また、
ｉｉ）Ａ＜Ｄ（√２．５−１）／２であれば、
距離Ａが小さくなり過ぎる場合があるため、第１面のリフロー工程で、接着性樹脂２０２とはんだ２０１が密着してしまい、従来と同じ状況になり、本発明の効果が十分に得られない。
【００３８】
従って、本発明の効果を充分に得るためには、はんだペースト２に占めるはんだ粉末の体積比が例えば４０％である場合、凸領域部１１３の内周とランド１１１の外周との距離Ａは、Ｄ（√２．５−１）／２に設定することが望ましい。
【００３９】
以上のことから、凸領域部１１３の内周とランド１１１の外周との距離Ａ（ｍｍ）は、はんだペーストに占めるはんだ粉末の体積比Ｂ（％）に依存すると言える。
【００４０】
従って、距離Ａ（ｍｍ）を一般式で表すために、上記の式１〜式２の導出プロセスを同様に適用して、次式３〜次式４が得られる。
【００４１】
（１−Ｂ／１００）×（Ｄ／２）２×π×Ｓ０＝｛（Ｘ／２）２×π−（Ｄ／２）２×π｝×（Ｂ／１００）×Ｓ０                                ・・・・・・・（式３）
式３を整理すると、Ｘ＝Ｄ√｛（１００−Ｂ）／Ｂ＋１｝が得られる。
【００４２】
よって、距離Ａ（ｍｍ）は、
Ａ＝（Ｘ−Ｄ）／２
＝Ｄ[√｛（１００−Ｂ）／Ｂ＋１｝−１]／２    ・・・・・・・・・・・（式４）
となる。
【００４３】
例えば、はんだ粉末の体積比が４０％の場合、はんだ２０１は最も少なくなりランド１１１と接続端子３０１の間の距離は狭くなり、接着性樹脂２０２の体積は最も多くなる。
【００４４】
この場合の距離Ａ（ｍｍ）は、式４にＤ＝０．３５ｍｍ、Ｂ＝４０を代入することにより求まり、次式に示す様に約０．１ｍｍとなる。
【００４５】
Ａ＝０．３５（√２．５−１）／２≒０．１
よって、この場合、凸領域部１１３の幅Ｗは、上記Ｗ＞Ａの条件により、０．１ｍｍより大きく設定し、高さＳは０．０１ｍｍとすることで十分な効果が得られる。
【００４６】
Ｗ＞Ａの条件を定めた理由は次の通りである。即ち、凸領域部１１３の幅Ｗについては、押し出された接着性樹脂２０２がほぼ浸透できる狭い空間領域（凸領域部１１３とＬＧＡ３との間の狭小空間に対応）を確保する必要があるので、（凸領域部１１３とＬＧＡ３との間の狭小空間）≧（接着性樹脂２０２の体積）となる様な幅Ｗを得るために、Ｗ＞Ａとした。
【００４７】
尚、このとき、第１の面に１１０に印刷されたはんだペースト２の高さが、例えば、０．１５ｍｍであった場合、レジスト１１２とＬＧＡ３との距離Ｓ１は０．４×０．１５ｍｍ＝０．０６ｍｍとなる。従って、仮に凸領域部１１３の高さＳを、例えば０．０５ｍｍに設定した場合、幅Ｗは０．５ｍｍ以上必要であり、高さＳが０．０５ｍｍ以上ではＬＧＡ３との距離が十分に確保出来なくなるため、十分な効果が得られない。
【００４８】
また、例えば、はんだ粉末の体積比が６０％の場合、はんだ２０１は最も多くなりランド１１１と接続端子３０１の間の距離が広がる一方で、接着性樹脂２０２の体積は最も少なくなる。
【００４９】
この場合の距離Ａ（ｍｍ）は、式４にＤ＝０．３５ｍｍ、Ｂ＝６０を代入することにより求まり、次式に示す様に約０．０５ｍｍとなる。
【００５０】
Ａ＝０．３５（√１．６７−１）／２≒０．０５
よって、この場合、凸領域部１１３の幅Ｗは０．０５ｍｍより大きく設定し、高さＳは０．０１ｍｍとすることで十分な効果が得られる。
【００５１】
次にリフロー工程について説明する。図３に示すように回路基板４はリフロー炉５の中をコンベア５０１により搬送されながら、上下に配置された複数のヒーター５０２により加熱される。その間で図４に示すように、室温Ｔ１からＳｎ−５８Ｂｉのはんだ粉末の融点Ｔ２である１３８℃以上に加熱され、はんだ粉末が溶融した後、硬化温度Ｔ３である１６０℃で硬化時間Ｂを６分としている。回路基板４が融点Ｔ２に至ると、図５（ａ）に示すようにはんだペースト２のはんだ粉末が溶融するため、ランド１１１と接続端子３０１への濡れ作用により、はんだ２０１がランド１１１と接続端子３０１の間ではんだ粉末の体積となるように凝集する。このため、図５（ｂ）のようにプリント配線板１とＬＧＡ３の距離が０．０６〜０．０７ｍｍとなるように狭くなり、接着性樹脂２０２は硬化剤と共に流動して周囲へ押し出され、凸領域部１１３に至る。レジスト１１２とＬＧＡの距離Ｓ１より凸領域部１１３とＬＧＡ３の距離Ｓ２が狭くＳ１＞Ｓ２となっているため、流動した接着性樹脂２０２は液体の浸透性により、図５（ｃ）に示すように凸領域部１１３に浸透して移動する。この状態のまま、硬化温度Ｔ３で硬化時間Ｂを経過することで、接着性樹脂２０２は硬化剤と反応して硬化し、プリント配線板１とＬＧＡ３を接着固定し、はんだ２０１と接着性樹脂２０２の間に隙間１１４を有し、はんだ２０１が密閉されることのない回路基板４を構成する。
【００５２】
次に第２の面１２０の部品実装について説明する。図６に示すように回路基板４を反転して、上述した第１の面１１０と同様にランド１２１にはんだペースト２をステンシル印刷しチップ部品６を配置する。さらに同様に回路基板４は、図７に示すようにリフロー加熱工程にて融点Ｔ２に至ると第２の面１２０のはんだペースト２のはんだ粉末が溶融し、第２の面１２０のはんだ２０１はランド１２１に濡れ作用で凝集し接着性樹脂２０２は押し出される。同時に第１の面１１０のはんだ２０１も再度溶融し膨張するが、周囲の接着性樹脂２０２との間に隙間１１４を有する構成であるため、第１の面１１０のはんだ２０１が膨張しても逃げる隙間１１４があるため内圧が高まることがなく噴出を防止することができる。
【００５３】
なお、本実施の形態において、ランド１１１の外周の全周にて凸領域部１１３と均一な距離Ａを設けたが、図８に示すようにランド１１１の外周の５０％で凸領域部２１３と接していても従来の構成に比べて効果が得られる。しかしながら、ランド１１１の外周の５０％を越える範囲において凸領域部２１３と接してしまうと、接着性樹脂２０２の凸領域部２１３への浸透が不十分になるため、はんだ２０１と接着性樹脂２０２の間に十分な隙間が形成できず効果が得られない。尚、図８に示す構成例は、ランド１１１の外周の全部を取り囲む位置に凸領域部２１３が形成されており、ランド１１１の外周と、凸領域部２１３の内周の一部との間に距離Ａが設けられている例である。
【００５４】
また、上記実施の形態では、ランド１１１の外周の全周にわたって凸領域部１１３との距離Ａを上記の（式４）で求められる最適寸法に設定した構成を説明したが、これに限らず例えば、第１の面１１０の接着性樹脂２０２は、第１の面１１０のリフロー工程で基本的には放射状に広がるので、ランド１１１の全外周の概略の範囲において、（式４）で求められる距離Ａが確保されておれば、必ずしも全周にわたって距離Ａを均一に確保してなくとも良い。この場合でも、ランド１１１の周囲に押し出された接着性樹脂２０２が凸領域部１１３に到達した後は、液状の接着性樹脂２０２の凸領域部１１３とＬＧＡ３との間の空間への浸透が促進されるからである。
【００５５】
また、上記実施の形態では、ランド１１１の外周の全周にわたって凸領域部１１３が形成されている場合について説明したが、これに限らず例えば、図９に示す様な凸領域部３１３の形状であっても良い。この場合、図９に示す様に、凸領域部３１３は、ランド１１１の概ね半周にわたって形成されており、第２の面１２０の部品実装におけるリフロー加熱工程において、第１の面のはんだ２０１が再度溶融して膨張しても、逃げる隙間３１４があるため内圧が高まることが低減されるので、はんだ２０１の噴出を防止することが出来る。尚、図９に示す構成例は、ランド１１１の外周の一部を取り囲む位置に凸領域部３１３を備え、ランド１１１の外周と、凸領域部３１３の内周の全部との間に距離Ａが設けられている例である。
【００５６】
また、プリント配線板１に形成される凸領域部の形状は、全てが同じ形状である必要はなく、例えば、図２に示した凸領域部１１３と、図８に示した凸領域部２１３と、図９に示した凸領域部３１３の全部または一部を組み合わせて配置された構成でも良い。
【００５７】
以上のように、本発明の半導体部品の実装構造体によれば、接着性樹脂を含むはんだペーストによりＬＧＡを実装することで、落下衝撃に対してＬＧＡとプリント配線板を均一に接着してはんだ接続端子が断線することを確実に防止する構造をリフロー加熱工程で形成できることで信頼性と生産性を両立すると共に、プリント配線板のランド周囲に距離を設けて形成した凸領域部において接着性樹脂がプリント配線板と半導体部品を接着することで、はんだ接合部が接着性樹脂で密閉されることなく、第２の面のリフロー加熱工程で、第１の面のはんだ接合部が溶融しても噴出を防止することができ接続品質を損なうことのないＬＧＡの半導体部品の実装構造体とすることができる。
【００５８】
即ち、本発明の半導体部品の実装構造体は、接着性樹脂を含むはんだペーストによりＬＧＡを実装した場合でも、プリント配線板のランド周囲に距離を設けて形成した凸領域部で接着性樹脂がプリント配線板と半導体部品を接着することで、はんだと接着性樹脂で密閉することなく、第２の面のはんだ付けではんだが溶融しても噴出を防止することができ、接続品質を損なうことのないＬＧＡの半導体部品の実装構造体を提供出来る。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の半導体部品の実装構造体は、第１の面におけるはんだの噴出を防止出来て、電気的な接続品質を向上させることが出来、電子機器において用いられているプリント配線板に半導体部品をはんだ付けにより実装する回路基板の実装品質を向上する用途等にも適用できる。
【符号の説明】
【００６０】
１              プリント配線板
２              はんだペースト
３              ＬＧＡ
４              回路基板
６              チップ部品
１１１、１２１  ランド
１１２、１２２  レジスト
１１３、２１３、３１３  凸領域部
１１４、３１４  隙間
２０１          はんだ
２０２          接着性樹脂
３０１          接続端子
【図１】
0005857249.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005857249.tif 000004
【図４】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図５】
0005857249.tif 000009
【図６】
0005857249.tif 000010
【図７】
0005857249.tif 000011