(57)【要約】【課題】  格別の機械的構成を追加することなく基板とこれに重なる被着物との間隔が過度に小さくなることを防止すると同時に、逆に、基板などが反っている場合などに間隔が過大となる場合に、基板とこれに重なる被着物との間に生じる間隔を縮小させる調整機能をも付与する。【解決手段】  プリント基板７とＢＧＡパッケージ３とを重ね合わせて、球状のはんだボール５を用いたリフロー方式のはんだ付けによって、プリント基板７とＢＧＡパッケージ３とを付着させて構成する電子部品１において、プリント基板７又はＢＧＡパッケージ３の少なくとも一方には、予めはんだボール５が一体的に形成されており、そのはんだボール５には、そのはんだの溶融温度で軟化することの少ない材料で形成されたコアボール９が内蔵されるとともに、コアボール９の外側には厚肉のはんだからなる調整領域Ｍが形成されている。【選択図】  図１
2011086790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と被着物とを重ね合わせて、球状のはんだボールを用いたリフロー方式のはんだ付けによって、前記基板と前記被着物とを付着させて構成する電子部品において、
前記基板又は前記被着物の少なくとも一方には、予めはんだボールが一体的に形成されており、
そのはんだボールには、そのはんだの溶融温度で軟化することの少ない材料で形成されたコアボールが内蔵されるとともに、前記コアボールの外側には厚肉のはんだからなる調整領域が形成されていることを特徴とする電子部品。
【請求項２】
前記調整領域は、前記基板に前記被着物を重ね合わせた際に前記コアボールの上下方向の部位に位置していることを特徴とする請求項１記載の電子部品。
【請求項３】
基板と被着物とを重ね合わせて、球状のはんだボールを用いたリフロー方式のはんだ付けによって、前記基板と前記被着物とを付着させて構成する電子部品の製造方法において、
前記基板と前記被着物との少なくとも一方の所要部位にはんだペーストを塗着し、
その塗着したはんだペースト上にコアボールを配置し、
その状態で加熱してはんだペーストを溶融させることにより前記コアボールを溶融状態のはんだ中に取り込ませて、
前記所要部位に、コアボールを内蔵するとともに、コアボールの外側に厚肉のはんだからなる調整領域を形成したはんだボールを、一体的に形成し、
このはんだボールを用いて、前記一方を他方に付着させることを特徴とする電子部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、球状のはんだボールを用いてのリフロー方式のはんだ処理により製造される電子部品およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子部品にあっては、基板上にＩＣなどのパッケージやモジュールを重ねるように配置し、リフロー方式によるはんだ付けで固定するものが多く、そのはんだ付けに球状に形成されたはんだボールを用いるものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
はんだボールを用いてのはんだ付けの場合には、はんだボールが過度に溶融した場合などには、はんだボールのつぶれにより基板と重ねて配置されたパッケージなどとの間隔（スタンドオフ）が小さくなって実装不良や信頼性不良の原因となるため、別に設けた機械的構成（特許文献１は、支持基板３２）を用いてはんだボールのつぶれがあっても間隔が過度に小さくならないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２１３５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の電子部品においては、前記したように別に機械的構成を設けてはんだボールのつぶれによる基板とこれに重なる被着物との間隔が過度に接近するのを防止している。また、この種の電子部品を構成する基板などに反りが生じている場合には、逆に、基板とこれに重なる被着物との間隔が過大となって実装不良を生じる問題もある。
【０００６】
この発明は、格別の機械的構成を追加することなく基板とこれに重なる被着物との間隔が過度に小さくなることを防止すると同時に、逆に、基板などが反っている場合などに間隔が過大となる場合に、基板とこれに重なる被着物との間に生じる間隔を縮小させる調整機能をも付与することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
基板と被着物とを重ね合わせて、球状のはんだボールを用いたリフロー方式のはんだ付けによって、前記基板と前記被着物とを付着させて構成する電子部品において、
前記基板又は前記被着物の少なくとも一方には、予めはんだボールが一体的に形成されており、
そのはんだボールには、そのはんだの溶融温度で軟化することの少ない材料で形成されたコアボールが内蔵されるとともに、前記コアボールの外側には厚肉のはんだからなる調整領域が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、はんだボールには、そのはんだの溶融温度で軟化することの少ない材料で形成されたコアボールが内蔵されているので、はんだボールが溶融してつぶれるおそれがあるような場合でも、コアボールによって必要最小限の間隔を確保することができる。
【０００９】
また、逆に、基板等が反っていて被着物との間隔が過大というような場合には、基板と被着物との間に存在しているはんだボールに、厚肉のはんだからなる調整領域が形成されているので、この調整領域が溶融変形することによって、基板と被着物とをさらに接近することができ、過大に生じるはずの間隔を縮小することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記した請求項１記載の電子部品において、前記調整領域は、前記基板に前記被着物を重ね合わせた際に前記コアボールの上下方向の部位に位置していることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、
基板と被着物とを重ね合わせて、球状のはんだボールを用いたリフロー方式のはんだ付けによって、前記基板と前記被着物とを付着させて構成する電子部品の製造方法において、
前記基板と前記被着物との少なくとも一方の所要部位にはんだペーストを塗着し、
その塗着したはんだペースト上にコアボールを配置し、
その状態で加熱してはんだペーストを溶融させることにより前記コアボールを溶融状態のはんだ中に取り込ませて、
前記所要部位に、コアボールを内蔵するとともに、コアボールの外側に厚肉のはんだからなる調整領域を形成したはんだボールを、一体的に形成し、
このはんだボールを用いて、前記一方を他方に付着させることを特徴とする電子部品の製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、はんだボールには、そのはんだの溶融温度で軟化することの少ない材料で形成されたコアボールが内蔵されているので、はんだボールが溶融してつぶれるおそれがあるような場合でも、コアボールによって必要最小限の間隔を確保することができる。
【００１３】
また、逆に、基板等が反っていて間隔が過大となるような場合には、基板と被着物との間に存在しているはんだボールに、厚肉のはんだからなる調整領域が形成されているので、この調整領域が溶融変形することによって、基板と被着物とをさらに接近させることができ、過大に生じるはずの間隔を縮小することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、前記調整領域が、基板に被着物を重ね合わせた際に前記コアボールの上下方向の部位に位置しているので、調整領域を形成する厚肉のはんだの変形による調整機能が効率的に発揮される。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、比較的簡易な処理により、電子部品を構成する基板と被着物との少なくとも一方の所要部位に、コアボールを内蔵し、かつコアボールの外側に厚肉のはんだからなる調整領域を形成したはんだボールを、一体的に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本願発明に係るはんだボールの構造概要を示し、はんだボールの変形に伴う調整機能の説明図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、電子部品の構成部品であるＢＧＡパッケージの所要部位に対して、本願発明のはんだボールを一体的に形成するための工程を順に示す説明図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、反りのある基板に対して、本願発明に係るはんだボールを一体的に形成したＢＧＡパッケージのはんだ付けを行う工程の説明図であって、（ａ）は加熱前の初期接触状態を示し、（ｂ）は加熱後のはんだ付け完了後の接触状態を示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、この発明の実施の形態について図面を用いて詳しく説明する。図３に示すように、この実施の形態の電子部品１は、この発明でいう被着物であるＢＧＡパッケージ３に対して一体的にはんだボール５を予め形成させた後に、そのＢＧＡパッケージ３を、この発明でいう基板であるプリント基板７にリフロー方式のはんだ付けにより付着させたものである。
なお、リフロー方式とは、基板にはんだと被着物とをセットしてそのまま加熱してはんだ付けを行う方式である。
【００１８】
まず、図２（ａ）〜（ｄ）により、ＢＧＡパッケージ３に対してはんだボール５を一体的に形成するはんだボール５の製造工程を順に説明する。
【００１９】
図２（ａ）において、ＢＧＡパッケージ３にメタルマスク２１を重ねてセットする。メタルマスク２１にはＢＧＡパッケージ３上のはんだボール５が形成されるべき所要位置に対応するように透孔からなる開口部２３が形成されている。なお、この開口部２３の容積は、はんだボール５の体積からコアボール９の体積を差し引いた残りのはんだ部分の体積のおよそ２倍の大きさである。
【００２０】
この状態で、はんだペースト２５を印刷する。これにより、前記開口部２３内には、はんだ粉末にフラックスを加えて適当な粘度に調整したはんだペースト２５が充填される。なお、前記のように開口部２３の容積をはんだ部分体積のおよそ２倍としたのは、はんだペースト２５にはフラックスなどが添加され増量されているからである。
【００２１】
この後に、メタルマスク２１を外すと、図２（ｂ）に示すように、ＢＧＡパッケージ３上の所要位置に、所要量のはんだペースト２５が塗着されて塗着部２７が形成され、各塗着部２７のはんだペースト２５上の中央部分には、それぞれ一つずつコアボール９を配置する（図２（ｃ）参照）。
【００２２】
このコアボール９は、はんだより耐熱性が高く、はんだの溶融温度で軟化することの少ない材料で形成されており、この実施の形態ではコアボール９の直径は４５０μｍである。コアボール９の直径寸法の決定については、後から具体的に説明する。なお、コアボール９の材料としては、前記耐熱性の条件を満たせば、銅、プラスチック等種々のものを使用することができるが、溶融したはんだとのぬれ性が良好であることが好ましい。したがって、ぬれ性を改善するために、コアボール９の表面に、はんだとのぬれ性が良好な銅やはんだなどの皮膜をメッキなどの手段により予め形成させておくとよい。
【００２３】
図２（ｃ）に示す状態にセットした後、ＢＧＡパッケージ３は例えばリフロー炉で前記はんだペースト２５からなる塗着部２７が溶融する程度の温度で加熱される。この加熱により前記塗着部２７が溶融すると、塗着部２７上に配置されていたコアボール９は、溶融したはんだ内に取り込まれる。はんだボール５は微小粒であり使用するはんだ量も少量であるから、溶融状態での表面張力の影響が大きいので、塗着部２７が溶融して生じるはんだの外形は球形で、その内部に前記コアボール９が内蔵されたものとなる。この実施の形態の場合、はんだボール５の直径はコアボール９を内蔵したままでおよそ６００μｍである。これを冷却してはんだを凝固させることにより、ＢＧＡパッケージ３の所要位置にはんだボール５を一体的に形成することができる（図２（ｄ）参照）。このようにして形成されたはんだボール５は、コアボール９の外側ほぼ全体に渡って厚肉の層状にはんだ領域Ｓが形成されたものとなっている。
【００２４】
次に、以上のようにしてはんだボール５を一体的に設けたＢＧＡパッケージ３を、リフロー方式のはんだ付けによりプリント基板７に付着させる製造工程を主に図３（ａ）、（ｂ）により説明する。なお、以下に説明する図３（ａ）、（ｂ）は、プリント基板７が図上右下がりに反った状況となっているものを示す。
【００２５】
また、ＢＧＡパッケージ３の下面には、ＩＣ１１が追加装着されている。このＩＣ１１は４００μｍの厚さであり、このＩＣ１１とプリント基板７の表面との接触を回避するために必要最小限の間隔として５０μｍを確保する意味で、前記コアボール９の直径が４５０μｍに決定されたものである。
【００２６】
まず、プリント基板７の所要位置には、前記図２（ａ）および（ｂ）と同様に、メタルマスクをして先と同一のはんだペースト２５を用いた印刷によって、はんだペースト２５による塗着部３１が形成される。プリント基板２上の塗着部３１は、プリント基板７上の所要位置に前記ＢＧＡパッケージ３が重なるように配置された際に、先にＢＧＡパッケージ３に一体的に形成された各はんだボール５が臨む部位である。
【００２７】
このように用意されたプリント基板７上には、前記ＢＧＡパッケージ３がその各はんだボール５が対応する塗着部３１上になるように配置される（図３（ａ）参照）。
【００２８】
図３（ａ）において、プリント基板７は前記したように図上で右下がりに反っているので、図上左側の塗着部３１Ｌ（区別のため添え字Ｌを付記）にはＢＧＡパッケージ３のはんだボール５が接触しているが、図上右側の塗着部３１Ｒ（区別のため添え字Ｒを付記）にはＢＧＡパッケージ３のはんだボール５は接触せず、右側の塗着部３１Ｒとはんだボール５の先端との間にはわずかな隙間Ｃが形成されている。
【００２９】
図３（ａ）のような状態で、プリント基板７等をリフロー炉に送り込んで加熱し、プリント基板７上の塗着部３１のはんだペースト２５と、前記ＢＧＡパッケージ３に形成したはんだボール５のはんだ領域Ｓとを溶融させる。
【００３０】
前記の加熱により、基板７上の塗着部３１のはんだペースト２５により生じた溶融状態のはんだは、同じく溶融状態となったＢＧＡパッケージ３に形成したはんだボール５のはんだ領域Ｓに吸収統合されて、はんだボール５のはんだ領域Ｓのはんだ量が増量された状態となる。そして、そのはんだ領域Ｓ中に前記コアボール９が内蔵されているので、コアボール９のほぼ全周に渡るはんだ領域Ｓがさらに厚さ寸法の厚い溶融したはんだ層となる（図３（ｂ）参照）。
【００３１】
ここで、コアボール９の外側に形成された厚さ寸法の厚い溶融状態のはんだ層からなるはんだ領域Ｓが、プリント基板７とＢＧＡパッケージ３との間で果たす機能を、図１により説明すると次のとおりである。
【００３２】
まず、はんだボール５がつぶれを生じるような場合、ＢＧＡパッケージ３とプリント基板７とは両者の間隔を狭めるように変位するので、はんだボール５のはんだ領域Ｓにある溶融したはんだの一部はコアボール９の側方に押し出されて、図中ｈだけ間隔の縮小が可能である。しかし、プリント基板７とＢＧＡパッケージ３とがコアボール９に接すると、コアボール９の抵抗によりそれ以上の縮小は防止される。
【００３３】
このように図１に符号ｈで示す範囲内に限ってプリント基板７とＢＧＡパッケージ３との間隔変位を許容する機能は、両者の間に、変形の少ないコアボール９と変形のしやすい溶融したはんだ領域Ｓとを、変位方向に並んで配置しているからである。この機能に効率よく関係するのは、前記はんだ領域Ｓのうちで、前記プリント基板７またはＢＧＡパッケージ３とコアボール９との間に挟まれた変位方向の部位であり、この部位を調整領域Ｍという。
【００３４】
一方、図３（ｂ）の右側の塗着部３１Ｒに臨んだはんだボール５のように、はんだボール５と塗着部３１Ｒとの接触が十分に確保されていない場合、次のようにして両者の接触の確保が行われる。
【００３５】
前記したように加熱により非加熱時に当接していた塗着部３１Ｌとはんだボール５とが溶融して寸法ｈだけ間隔が縮小されると、これにともなって、右側の塗着部３１Ｒとはんだボール５との間の間隔が縮小する。これにより、非加熱時に接触が不十分であったとしても、その縮小にともなって接触する可能性を生じる。
【００３６】
すなわち、この場合に、塗着部３１Ｒの近傍において、ＢＧＡパッケージ３とプリント基板７との間隔寸法がコアボール９より大きい状態であっても、コアボール９の外側にはんだ領域Ｓが配置されており、とくに、前記調整領域Ｍがプリント基板７側に向けて突出しているので、この調整領域Ｍがプリント基板７上の塗着部３１Ｒが溶融して形成したはんだに当接する可能性が大きく、これを通じて効率よく確実な接触を確保することができる。
【００３７】
以上のように、コアボール９の外側に存在している溶融状態のはんだからなるはんだ領域Ｓや調整領域Ｍは、自由に変形してＢＧＡパッケージ３とプリント基板７との間をつなぐように機能するので、プリント基板７あるいは被着物であるＢＧＡパッケージ３に多少の反りなどが伴っていても、その影響を回避して接触を確実に行わせる効果を奏する。
【００３８】
以上説明したこの実施の形態においては、被着物であるＢＧＡパッケージ３の下面に、ＩＣ１１を突設し、同時にはんだボール５を下向きに設けたものであるが、ＩＣ１１をプリント基板７の上面に突設し、ＢＧＡパッケージ３にはんだボール５を下向きに設けてプリント基板７の上面に設置したＩＣ１１などの部品を跨ぐようにＢＧＡパッケージ３をプリント基板７上に付着させるようにしてもよい。
【００３９】
また、以上説明した実施の態様においては、はんだボール５を一体的に形成したＢＧＡパッケージ３をプリント基板７にはんだ付けをする場合に、はんだボール５が形成されていない側のプリント基板７の所要位置に、はんだペースト２５による塗着部３１を形成したが、はんだボール５のはんだ量のみで足りる場合などには塗着部３１の形成を省略してもよい。
【符号の説明】
【００４０】
Ｃ              隙間
Ｍ              調整領域
Ｓ              はんだ領域
１              電子部品
３              ＢＧＡパッケージ
５              はんだボール
７              プリント基板
９              コアボール
１１            ＩＣ
２１            メタルマスク
２              開口部
２５            はんだペースト
２７、３１、３１Ｌ、３１Ｒ        塗着部
【図１】
2011086790.tif 000003
【図２】
2011086790.tif 000004
【図３】
2011086790.tif 000005