(57)【要約】【課題】  BGAパッケージのパッドの径に対するプリント配線板のパッドの径の最適化を図り、プリント配線板に曲げストレスが印加された時のはんだ接合の信頼性を確保することができるBGAパッケージの実装構造を提供する。【解決手段】  電子部品と、その端子となるはんだボール６を取り付ける取付けパッド５とを有するＢＧＡパッケージ１０を、プリント配線板７に設けたパッド８に上記はんだボール６を接合して実装するＢＧＡパッケージの実装構造において、上記プリント配線板７への曲げストレスの印加時に、上記ＢＧＡパッケージ１０側及びプリント配線板７側のパッド５、８にそれぞれ発生する相当応力の差が所定の範囲となるように、上記ＢＧＡパッケージ側パッド５の径に対するプリント配線板側のパッド８の径を設定した構成とする。【選択図】        図１
2006156453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品と、その端子となるはんだボールを取り付ける取付けパッドとを有するＢＧＡパッケージを、プリント配線板に設けたパッドに上記はんだボールを接合して実装するＢＧＡパッケージの実装構造において、上記プリント配線板への曲げストレスの印加時に、上記ＢＧＡパッケージ側及びプリント配線板側のパッドにそれぞれ発生する相当応力の差が所定の範囲となるように、上記ＢＧＡパッケージ側パッドの径に対するプリント配線板側のパッドの径を設定したことを特徴とするＢＧＡパッケージの実装構造。
【請求項２】
上記相当応力の差の範囲を−1.0〜＋1.0としたことを特徴とする請求項１記載のBGAパッケージの実装構造。
【請求項３】
上記プリント配線板側のパッドの径を上記ＢＧＡパッケージ側のパッドの径に対して１２０％〜１４０％に設定したことを特徴とする請求項１または請求項２記載のＢＧＡパッケージの実装構造。
【請求項４】
上記プリント配線板側のパッドの径を上記ＢＧＡパッケージ側のパッドの径に対して１３０％に設定したことを特徴とする請求項１または請求項２記載のＢＧＡパッケージの実装構造。
【請求項５】
電子部品と、その端子となるはんだボールを取り付ける取付けパッドとを有するＢＧＡパッケージを、プリント配線板に設けたパッドに上記はんだボールを接合して実装するＢＧＡパッケージの実装構造を有する携帯機器において、利用者の信号入力用に押圧される接合部が搭載されているプリント配線板と、このプリント配線板に接合されるＢＧＡパッケージとからなるＢＧＡパッケージの実装構造に、上記プリント配線板への曲げストレスの印加時に、上記ＢＧＡパッケージ側及びプリント配線板側のパッドにそれぞれ発生する相当応力の差が所定の範囲になるようにしたＢＧＡパッケージの実装構造が適用されていることを特徴とする携帯機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＢＧＡ（ Ball Grid Array ）パッケージとして形成された電子部品を、その端子となるはんだボールを介してプリント配線板に接合して実装すると共に、はんだ接合の信頼性を向上することができる実装構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＢＧＡパッケージを実装する場合には、ＢＧＡパッケージに設けられるはんだボールの取り付け用のパッドの径と、ＢＧＡパッケージを実装するプリント配線板に設けられるはんだボール接合用のパッドの径とを一致させることにより、冷熱衝撃試験などにおける熱ストレスに対するはんだ接合の信頼性で、長寿命を得ることができるようにしていた。（例えば非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】富士通半導体デバイスDATA BOOK,FBGAパッケージ実装マニュアル、DB81-00004-1、ｐ２０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のBGAパッケージは上記のように構成され、BGAパッケージ側のはんだボール取り付け用のパッドの径とプリント配線板側のパッドの径とを一致させる構造とされていた。その理由は、次のようなものである。即ち、プリント配線板に冷熱衝撃などの熱ストレスが印加された時に、はんだ接合に発生する応力が、BGAパッケージ側のはんだボール取り付けパッドとプリント配線板側のパッドとで不均衡となり、両パッド間に応力差が発生すれば、応力の高い側へ全ての応力が集中し、はんだ接合部の接合信頼性を低下させる原因となるため、それぞれの接合面積を同じにすることで各パッドに発生する応力の不均衡を防ごうとしたものである。
【０００５】
熱ストレスによって発生する応力は、プリント配線板とBGAパッケージの線膨張係数の差に起因するせん断方向の応力が主であったため、BGAパッケージのはんだボール取り付けパッドとプリント配線板のパッドの径を同寸法とすることにより、発生する応力の不均衡を防ぎ、はんだ接合部の接合信頼性の低下を防ぐことができていた。
【０００６】
しかし、携帯電話に代表される携帯型端末においては、消費電力が低減され、発熱量が少なくなると共に、過酷な環境下に設置されるものではないため、熱に関するストレスよりも、キーの押し下げに伴なってプリント配線板に繰り返し発生する曲げ力によってはんだボールのパッド部に生じる外部ストレス（以下、曲げストレスという）への耐性が求められ、プリント配線板に曲げストレスが印加された場合、BGAパッケージとプリント配線板には、それぞれの材料や寸法に依存する剛性の違いにより、はんだボールがそれぞれのパッドから剥離する方向の応力が発生するため、ＢＧＡパッケージとプリント配線板の各パッドとはんだボールとの接合面積を同じにしていても応力の不均衡が生じ、はんだ接合部の接合信頼性を低下させる原因となっていた。
【０００７】
このため、従来のように、BGAパッケージのはんだボール取り付けパッドの径とプリント配線板のパッドの径を一致させる構造では、はんだ接合の信頼性を確保することができないという問題点があった。
【０００８】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、BGAパッケージのパッドの径に対するプリント配線板のパッドの径の最適化を図り、プリント配線板に曲げストレスが印加された時のはんだ接合の信頼性を確保することができるBGAパッケージの実装構造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】
【０００９】
この発明に係るＢＧＡパッケージの実装構造は、電子部品と、その端子となるはんだボールを取り付ける取付けパッドとを有するＢＧＡパッケージを、プリント配線板に設けたパッドに上記はんだボールを接合して実装するＢＧＡパッケージの実装構造において、上記プリント配線板への曲げストレスの印加時に、上記ＢＧＡパッケージ側及びプリント配線板側のパッドにそれぞれ発生する相当応力がほぼ一致するように、上記ＢＧＡパッケージ側パッドの径に対するプリント配線板側のパッドの径を設定したものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、BGAパッケージのパッドの径に対するプリント配線板のパッドの径の最適化を図ることができるため、プリント配線板に曲げストレスが印加された時に、プリント配線板のパッド部とBGAパッケージのはんだボール取り付けパッド部にそれぞれ発生する応力を均衡させることが可能となり、各パッドとはんだボールとの接合部への応力集中を防ぎ、はんだ接合の信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図８は、BGAパッケージ１０の一般的な構成を示す概略図で、サブストレートとなるプリント配線板１上にシリコンチップ２を配設し、シリコンチップ２の所定の電極とプリント配線板１とをリード線３で接続すると共に、全体をプラスチックモールド４で覆う構成とされている。また、プリント配線板１の外部への接続電極としてプリント配線板１の下面にはんだボール取り付けパッド５が複数個設けられ、それぞれの取り付けパッド５にはんだボール６が固定されている。
【００１２】
図１は、この発明の実施の形態１におけるベストの構成を示す概略図で、はんだボール６のピッチ（間隔）が0.4ｍｍ、はんだボール取り付けパッド５の径がφ200μｍ及びピッチが0.5ｍｍ、パッド径が250μｍの場合を例示している。また、図中の符号７はBGAパッケージ１０を実装するプリント配線板であり、８はプリント配線板７の表面に複数個設けられ、BGAパッケージ１０の実装時に、はんだボール６を固定するプリント配線板側のパッドを示す。
【００１３】
今、プリント配線板７への曲げストレスの印加時に、BGAパッケージ側、プリント配線板側、それぞれのはんだ接合部に発生する相当応力を確認するため、BGAパッケージのはんだボール６のピッチを0.4ｍｍ、パッド５の径を200μｍとした構成に対してプリント配線板のパッド８の径を種々変化させた場合の接合部応力解析シミュレーションの結果を図２（ａ）に示す。また、BGAパッケージのはんだボール６のピッチを0.5ｍｍ、取り付けパッド５の径を250μｍとした構成について、同様なシミュレーションをした結果を図２（ｂ）に示す。
【００１４】
また、それぞれのシミュレーション結果をパッド径の寸法差毎にプロットしたものが図３のグラフである。図２及び図３の説明では、BGAパッケージ１０をPKGと表示し、プリント配線板７をPWBと表示している。
【００１５】
図２及び図３から明らかなように、BGAパッケージのはんだボール取り付けパッド５とプリント配線板のパッド８にそれぞれ発生する相当応力は、両パッドの寸法差（パッド５の径に対するパッド８の径の比）が小さい状態から所定値に至るまでは応力の差が次第に縮小し、所定値でほぼ０となって、それぞれの応力が均衡し、所定値を越えると応力の差が再び拡大する傾向となっている。
【００１６】
そして、図３からも明らかなように、プリント配線板７のパッド８の径が、BGAパッケージのパッド５の径に対して所定値、即ち130％の時に応力の差が最も小さくなり、この時に、はんだ接合の信頼性が最も高くなることが分かる。
これは、BGAパッケージのパッド５の径が200μｍの場合も250μｍの場合もほぼ同様である。
【００１７】
従って、プリント配線板のパッド８の径は、BGAパッケージのパッド５の径がφ200μｍの場合には、φ200μｍ×130％＝φ260μｍ、BGAパッケージのパッド５の径がφ250μｍの場合には、φ250μｍ×130％＝φ325μｍに設定される。
【００１８】
しかし、この設定はベストの数値であって、この数値の上下に実用上支障のないはんだ接合の信頼性が得られる範囲があり、その範囲でも十分な信頼性が得られるため、この発明はベストの数値を含めて実用上支障のない範囲でプリント配線板のパッド８の径を設定することを特徴とするものである。なお、この範囲は、種々の実験結果から応力差がほぼ-1.0から+1.0の間であることが確認された。
【００１９】
応力差がほぼ-1.0から+1.0の範囲は、プリント配線板７のパッド８の径に置き換えれば、図２のデータからも明らかなように、ＢＧＡパッケージ１０のパッド５の径に対し、おおむね120％〜140％の径に相当する。
【００２０】
このように設定したプリント配線板７のパッド８上にクリームはんだを印刷し、ＢＧＡパッケージのはんだボール６を位置合わせして搭載し、リフローによりクリームはんだを溶融させて、はんだボール６と融合し、はんだ付けを完了させて図１に示す実装構造を得る。図１では、プリント配線板７のパッド８の径をベストの値としてＢＧＡパッケージ１０のパッド５の径に対して130％とした構成を例示している。
【００２１】
上記の説明では、ＢＧＡパッケージ１０のはんだボールのピッチが0.4ｍｍ、パッド径がφ200μｍ及びピッチが0.5ｍｍ、パッド径がφ250μｍの場合について例示したが、ＢＧＡパッケージのピッチとパッド径が更に異なる数値の場合も同様の方法により、プリント配線板のパッド寸法を求めることができる。
【００２２】
上述した構成とすることにより、ＢＧＡパッケージのはんだボール取り付けパッド部に対して応力差が所定の範囲となるか、あるいは応力を均衡させることのできるプリント配線板のパッド寸法を容易に求めることができる。
【００２３】
次に、実施の形態１の作用について説明する。
【００２４】
一般的に、ＢＧＡパッケージ１０の多くは、上述したように、図８に示す構成を有しているため、ＢＧＡパッケージ１０が実装されるプリント配線板７よりもその剛性は高い。
このため、図４に示すように、プリント配線板７に矢印Ａで示すように曲げストレスが印加された場合、プリント配線板７が図示のように、撓むのに対し、ＢＧＡパッケージ１０は撓みにくいため、はんだボール６の接合部に応力が発生する。
【００２５】
図５、図６は応力が発生した場合のはんだ接合部の変化を説明するため図４の破線丸印Ｂの部分を拡大して示す概略図で、図５はＢＧＡパッケージのパッド径とプリント配線板のパッド径とが同寸法である従来の構成を示し、図６はＢＧＡパッケージのパッド径よりプリント配線板のパッド径が大きくされているこの発明の構成を示している。
【００２６】
上述のように、プリント配線板７に曲げストレスが印加された場合、従来の構成では、プリント配線板側のパッド８の面は図５に示すように破線で示す状態から矢印Ｃで示すように傾き、はんだボール６とのはんだ接合部のエッジにはモーメントが発生し、ねじりのような負荷がプリント配線板側パッド８に生じる。
【００２７】
このためプリント配線板側パッド８のはんだ接合部のエッジが破線で示す状態のθ１から実線で示す状態のθ２まで変化し、θ１＜θ２となるため応力が増大し、ＢＧＡパッケージ１０側のパッド５に発生する応力と均衡がとれない状態になる。
【００２８】
一方、図６に示すこの発明の場合には、プリント配線板７のパッド８の寸法をＢＧＡパッケージ１０のパッド５より大きくしているため、曲げストレスの印加によるプリント配線板側のパッド８のはんだ接合部のエッジは破線で示す状態のθ３から実線で示す状態のθ４まで矢印Ｄで示すように傾くが、θ３＞θ４となり、変形が小さくなってプリント配線板７のパッド８に発生する応力が減少するため、ＢＧＡパッケージ側のパッド５に発生する応力と均衡をとることができる。
【００２９】
このことは図２、図３のシミュレーション結果からも確認することができる。従って、ＢＧＡパッケージ側、プリント配線板側に分けて応力シミュレーションを実施し、それぞれの応力が同じ、または所定の範囲で応力差が小さくなるパッド寸法を求めることにより、はんだ接合部への応力集中を起こすことなく、はんだ接合の信頼性を向上させることができる。
【００３０】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る携帯機器としての携帯電話機の構成を、この構成を示す図７にもとづいて説明する。
プリント配線板７の表面には、金属製端子（接合部）１１が形成されると共に、スイッチシート１２が貼着されている。また、このスイッチシート１２を覆うようにキーラバー１３がプリント配線板７に搭載されている。また、プリント配線板７が有する面のうち、スイッチシート１２が貼着されている面とプリント配線板７を介して反対の面に、ＢＧＡパッケージ１０が接合されている。ＢＧＡパッケージ１０は、プリント配線板７のうち、スイッチシート１２が貼着されている個所と連なる位置に配置されている。また、この構成では、プリント配線板７の厚み方向でスイッチシート１２と重なる位置に、ＢＧＡパッケージ１０が配置されている。
【００３１】
スイッチシート１２は薄いフィルムで形成されており、このスイッチシート１２とプリント配線板７の表面との間に、半球体状に形成された金属製の部材であるメタルドーム１４が部分的に複数貼着されている。このメタルドーム１４は金属製端子１１を覆う位置に配置されており、通常時は、金属製端子１１と導通していない構成になっている。
【００３２】
キーラバー１３は突出して形成されたキーが複数連設されており、各キーは各メタルドーム１４と対応する位置に配置される。
プリント配線板７とＢＧＡパッケージ１０との接合部の構成及びその他の構成については、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
【００３３】
次に、実施の形態２に係る携帯電話機の動作について説明する。
携帯電話機の利用者は携帯電話機に信号を入力する場合、キーラバー１３に設けられている各キーを押下する。キーラバー１３が押下されることによって、スイッチシート１２を介してメタルドーム１４が押圧され、メタルドーム１４の表面がくぼみ、くぼんだ部分がプリント配線板７の表面に設けられた金属製端子１１と導通する。この導通によって携帯電話機に信号が入力されることになる。
【００３４】
この携帯電話機は以上のように構成されており、携帯電話機の利用者が携帯電話機に信号入力を行ないたい場合に、金属製端子（接合部）１１に荷重が加わる構成である。
また、金属製端子１１に荷重が加わることから、プリント配線板７及びBGAパッケージ１０に曲げ応力が印加されることになる。また、信号入力は繰り返し行なわれ、その回数も多い。
【００３５】
しかし、この携帯電話機は、プリント配線板７及びBGAパッケージ１０に加わる曲げ応力に対して強い構成になっている。従って、携帯電話機の利用者が信号入力を繰り返すことにより、プリント配線板７とBGAパッケージ１０とが剥離することを防止できる。
携帯電話機等の携帯機器では信号入力の回数は多く、曲げ応力に対する強さは故障防止へ大きく寄与する。例えば、メール機能が搭載された携帯電話機のように、文字入力機能が搭載された携帯機器では、信号入力回数は大幅に増加する。そのため、文字入力機能が搭載された携帯機器では、曲げ応力に対して強いことは携帯機器の故障防止へ特に大きく寄与する。
【００３６】
一方、携帯電話機のような携帯端末は、過酷な条件で用いられることが少ないことや、消費電流の低減が進んでいることから、熱により加わるストレスも小さい。そのため、プリント配線板７とBGAパッケージ１０との接合部において、プリント配線板７側のパッド径と、BGAパッケージ１０側のパッド径との大きさが一致していないことは携帯電話機等の携帯機器の故障へ与える影響は小さい。
【００３７】
従って、実施の形態２に係る携帯電話機によれば、故障の防止を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この発明の実施の形態１におけるベストの構成を示す概略図である。
【図２】実施の形態１におけるプリント配線板の曲げシミュレーションの結果を示す図である。
【図３】実施の形態１におけるプリント配線板の曲げシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図４】プリント配線板に曲げストレスが印加される状態を示す説明図である。
【図５】従来のプリント配線板に曲げストレスが印加された時の変形状態を拡大して示す説明図である。
【図６】実施の形態１のプリント配線板に曲げストレスが印加された時の変形状態を拡大して示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態２の構成を示す概略図である。
【図８】一般的なＢＧＡパッケージの断面構造を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  BGAパッケージのプリント配線板、  ２  シリコンチップ、  ３  リード線、
４  プラスチックモールド、  ５  パッド、  ６  はんだボール、  ７  プリント配線板、  ８  パッド、  １０  BGAパッケージ、  １１  ボタン基板。
【図１】
2006156453.tif 000003
【図２】
2006156453.tif 000004
【図３】
2006156453.tif 000005
【図４】
2006156453.tif 000006
【図５】
2006156453.tif 000007
【図６】
2006156453.tif 000008
【図７】
2006156453.tif 000009
【図８】
2006156453.tif 000010