(57)【要約】【課題】実装基板のはんだ接合部に関し、熱疲労寿命信頼性を向上させる。【解決手段】ＣＳＰとプリント基板或いはプリント基板にはんだ接合形状制御用の接合部を設け、電極を形成する接合部とは接合形状を変えることにより、電極接合部の接合形状を通常とは変えて、高熱疲労寿命信頼性を達成する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路を内蔵するパッケージを有し、該パッケージの少なくとも一面に構成された１個以上の電極を有する電子部品と、プリント基板（以下基板）と、電子部品の電極を基板のパターンランドに接合する接合部とからなる実装基板において、少なくとも１個以上の電極に使用しない接合部を設け、該接合部のランドを電極ランドより面積の小さいランドとし、更に該ランドの基板側に他部の接合と同一の高さとなるはんだブロックを配して実装することを特徴とする実装基板の接合部。
【請求項２】
請求項１において、少なくとも１個以上の電極に使用しない接合部を設け、該接合部のランドを電極ランドより面積の小さいランドとし、更に該ランドの基板側に他部の接合と同一の高さとなるはんだブロックを１ランドに複数個配して実装することを特徴とする実装基板の接合部。
【請求項３】
回路を内蔵するパッケージを有し該パッケージの少なくとも一面に構成された１個以上の電極を有する電子部品と、プリント基板（以下基板）と、電子部品の電極を基板のパターンランドに接合する接合部とからなる実装基板において、少なくとも１個以上の基板ランドのランド部を他のランド部より高くし、接合用はんだボールは他のランド部と同様１つのはんだボールを該ランド部の近傍のパターン銅箔に接して搭載し、加熱溶融凝固させ、接合部を形成させることを特徴とする実装基板の接合部。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子部品をプリント基板に接合する接合において、熱疲労寿命に関し高信頼性形状に関する技術に関わる実装基板の接合部に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来ＣＳＰやＢＧＡといった類のパッケージのはんだ接合のランドは一定サイズで、はんだ量は供給されるはんだボールのサイズによって決まっているため、溶融凝固により形成されるはんだ接合の形状は略均一な形状となる。それは又表面張力と重力の平衡によって決まり、太鼓状の形状となる。これに対して、ＣＳＰやＢＧＡにおいて、複数個より構成されるはんだ接合部のランドに関し、特許文献１では一部のランドの面積を他のランドの面積と変えることにより、はんだ接合の形状を他とは異なる形状（３１，３２）で形成する提案がなされている。
【０００３】
該構成を簡単に図８、図９に示す。図８において、２７は面積の小さな電極接合部ランド、２８は２７の接合部、２９は面積の大きな電極接合部ランドで、はんだ量は全部同一である。図８ははんだボールをパッケージランドに接合させ、いわゆるＣＳＰとして基板に搭載した状態である。この状態では、ランド面積が２７と２９で異なるため、パッケージランドに凝固接合したはんだの形状が異なり、基板に搭載したとき、３０の隙間が生じる部分が発生する。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−３０７４１０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来例では以下に述べるような欠点があった。
【０００６】
先ず一般的に行われている方法では、同一の接合形状に形成されるため、弱い部分を強化することが難しい。又、形状決定要因が表面張力と重力で他の外力の関与が無いため、太鼓型の形状しか形成できない。これに対し、特開平７−３０７４１０号公報ではランド面積を同一にしないため、それに従い、異なる形状の接合が形成されることになる。これを利用して、熱疲労寿命の短い接合部は長寿命を達成可能な形状になるよう、ランド面積を設定することが趣旨となっている。しかし、この提案における方法においては、以下の点が欠点である。
【０００７】
即ち、第一に接合形状を変えることは元々狭ピッチ接合において隣接接合との接触と言う点で問題である。第二にＣＳＰやＢＧＡは部品としてはんだバンプが形成されているものであり、このとき、面積の異なるランドにバンプを形成すると必然的に高さが異なるバンプとなり、これを基板に搭載すると基板ランドに接しないバンプが存在することになり、この状態では基本的には溶融時接合が形成されない。
【０００８】
これを防ぐには極端な高低差をなくし、溶融時には全部のバンプが基板ランドに接するようにする必要がある。そうすると、極端な高低差がないということは、出来る接合も形状の差がそれ程出来ないということでもあり、結果として接合の長寿命化を望むほど期待できないことがあるということになる。これを改善しようとして、供給はんだ量を変え、パッケージにバンプとして形成したとき、高さを等しくするなら、上記問題は解決できるが、その場合は場所により異なる直径のはんだボールを供給せねばならないという問題がある。本案は接合の長寿命化の方法において、上記のような問題を解決し、効率よく且つ効果の大きな接合を目的とする実装基板の接合部を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本出願に係わる第一の発明の特徴は形状制御のための接合は非電気的接合であり、はんだ供給を基板上にし、実装基板としてリフローする時に溶融させることである。又、場合によってはパッケージとの接合は必ずしも必要としない。つまり、形状制御用の接合部はスペーサーである。こうして現状の部品を使う上で、基板上にはんだ供給と言う点で、隣接ピッチの影響の解消、又、高低差の解消が可能になる。
【００１０】
次に第二の発明は以下を特徴とする。即ち、第一の発明に対して、制御ランドに複数のはんだボールを供給することが特徴である。この時、複数のはんだボールは接触させておくか、ランドに接触状態を保って搭載するかし、溶融後一つに融合するようにする。こうすることにより、制御用接合のはんだ量を増加させることが出来、より形状自由度を増すことが可能になる。
【００１１】
第三の発明は以下を特徴とする。即ち、形状制御のためのランドは他の基板ランド面よりも高く設定し、その場合、高いランド面から、近傍の低い位置まで、ランドパターンを小さな面積で、つまり、線状に延長させ、その近傍の低いランドパターン上にはんだボールを搭載する。こうして、リフローを行うとはんだは溶融し広がるため、広い面積の高いランドに吸い上げられ、凝固する。こうすることにより、より形状差が強調される。従って、形状制御性が向上することになる。
【００１２】
以上、本発明についてその詳細を説明したが、これを下記に整理して記述する。
【００１３】
（１）回路を内蔵するパッケージを有し、該パッケージの少なくとも一面に構成された１個以上の電極を有する電子部品と、プリント基板（以下基板）と、電子部品の電極を基板のパターンランドに接合する接合部とからなる実装基板において、少なくとも１個以上の電極に使用しない接合部を設け、該接合部のランドを電極ランドより面積の小さいランドとし、更に該ランドの基板側に他部の接合と同一の高さとなるはんだブロックを配して実装することを特徴とする実装基板の接合部。
【００１４】
（２）前記（１）において、少なくとも１個以上の電極に使用しない接合部を設け、該接合部のランドを電極ランドより面積の小さいランドとし、更に該ランドの基板側に他部の接合と同一の高さとなるはんだブロックを１ランドに複数個配して実装することを特徴とする実装基板の接合部。
【００１５】
（３）回路を内蔵するパッケージを有し該パッケージの少なくとも一面に構成された１個以上の電極を有する電子部品と、プリント基板（以下基板）と、電子部品の電極を基板のパターンランドに接合する接合部とからなる実装基板において、少なくとも１個以上の基板ランドのランド部を他のランド部より高くし、接合用はんだボールは他のランド部と同様１つのはんだボールを該ランド部の近傍のパターン銅箔に接して搭載し、加熱溶融凝固させ、接合部を形成させることを特徴とする実装基板の接合部。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１、図２は本発明の第一の実施例である。図１において、１はｃｓｐ本体、２はプリント基板、３は形状制御はんだ接合部、４はｃｓｐはんだ接合部形状制御ランド、５は電極はんだ接合部、６はｃｓｐはんだ接合部電極ランドである。図２において、７は溶融凝固後の形状制御接合部、８は７の外形形状、９は溶融凝固後の電極はんだ接合部、１０は９の外形形状である。
【００１７】
図１において３，５で示されるはんだ接合部は同一径のはんだボールによって形成される。通常電極のはんだ接合部はｃｓｐパッケージのランドに接合された状態で供給される。しかし、形状制御用のはんだボールは本案では基板側に供給する。このようにすることで、パッケージの形態は従来の形態を保つことが出来る。尚、電極接合のはんだはｃｓｐランドに接合した状態、形状制御用はんだボールは接合前の状態で基板に搭載されることで若干の形状差が懸念される場合は形状制御はんだボールの大きさを考慮することで何ら問題なく解決することが可能である。この場合、形状制御はんだボールは基板に供給されるのでパッケージに複数種類のはんだボールを配する場合とは異なり、工程上の煩雑さは何も発生することはない。更には図示はしないが、形状制御接合部ではパッケージ側のランドはなくすることも可能である。何故なら、形状制御接合部は電極機能を持たぬため、位置が決定し、高さを出すことが出来ればよいからである。以上の形態で、リフロー加熱を加え、はんだを溶融凝固させ、ランドに接合させる。
【００１８】
図２は凝固後の状態を示す図である。溶融時はんだは表面張力により、最小の表面積になろうとする。それは、はんだのみであれば、球形になる。ここでは、ランドがあるので、ランドに対し、はんだは濡れて広がる。そこに重力が加わるので、同一量はんだ、同一径ランドの場合ははんだは太鼓形状になる。しかし、本案ははんだは同一量であるが、ランドが形状制御部と電極部では異なる。従って、はんだ接合形状は同一形状にはならない。形状制御ランドは面積小なので、はんだ収容量が少なく、はんだは通常より基板に垂直方向に高くなろうとする。一方、電極接合部ではランド面積が大きいためはんだ収容量が大きく、はんだは通常より基板に垂直方向に低くなろうとする。このため、形状制御部接合と電極接合とで基板に垂直方向に圧縮引っ張りの力が相互に働く。こうして、形状制御部接合は押しつぶされ、電極接合は引っ張られる。電極接合は引っ張られることで、図示の鼓形形状の接合が得られるのである。この形状は実装基板に熱変形が加わり、はんだ接合が変形を受けるとき、応力の分散性に優れた形状であり、即ち、本案の目的である、熱疲労寿命に優れた接合部を達成することが出来る。
【００１９】
図３、図４は本発明の第２の実施例である。図３において、１１、１２，１３は形状制御接合部はんだを示す。ランドの構成は第一の実施例と同様である。図４において、１４は溶融凝固後の形状制御接合部はんだ、１５は１４の外形形状、１６は溶融凝固後の電極接合、１７は１６の外形形状である。リフロー加熱による溶融凝固で接合形状を得るメカニズムは第一の実施例と同じであるが、第二の実施例でははんだボールを複数にすることにより、形状制御性の自由度をより大きくしている。即ち、図３で複数のはんだボールを接触させて配置、又は基板ランドを細いパターン状に配置されるはんだとの接触性が得られるようランドから出す。こうして、はんだを加熱溶融させた時は複数のはんだボールが凝集して一つの状態になる。するとはんだ量が非常に大きい状態になるので、第一の実施例に比べ、接合部における引張り圧縮の差が大きくなる。
【００２０】
従って、図４に示すように電極接合部のはんだの形状がより基板に垂直方向に高くされた状態となリ、応力の分散性がよくなるのである。更に図１０に複数はんだボール搭載時のランドの例を示す。図１０で３３は基板の形状制御接合のランド部、３４は形状制御ランドから出されたはんだ凝集用パターンである。図１０のように基板ランドを細いパターン状に配置されるはんだとの接触性が得られるようランドから出すことで、形状制御ランドを構成することにより、複数の形状制御用はんだボールが基板への搭載時、相互の接触性がなくとも、パターンに濡れることで、一体化を図ることが出来る。
【００２１】
図５、図６は本発明の第三の実施例である。図５において、１８は基板の形状制御部の位置で、基板表面を他の部分より基板面垂直方向に高くした基板の形状制御部、１９は１８に配された基板形状制御部ランド、２０は基板制御部ランドから伸びた溶融はんだ引き込み用パターン、２１は１９と２０を結ぶ中継用パターン、２２は基板に配された形状制御用はんだボールである。図６において、２３は加熱凝固後の形状制御接合部、２４は加熱凝固後の電極接合部を示す。図７において、２５は図５のランド１９を下から見た状態、２６は図５のパターン２０を下から見た状態を示す。図５において図示するように配した形状制御用はんだボールは加熱溶融し、パターン２０に濡れるが、パターン２０は面積小ではんだ全体を収容することは出来ず、はんだはより面積大のランド２０へと濡れ広がる。一方、ランド２０の位置では他の部分より基板垂直方向の空間が狭いので、そこに濡れ広がるはんだは基板垂直方向の空間を広げようとする。この力は電極接合部に対しては引っ張りの作用を及ぼし、電極接合部は図６に示す、目的の形状を得る。
【００２２】
【発明の効果】
本発明により、電極接合部の接合形状を制御することにより実装基板はんだ接合部の熱疲労寿命を向上させることが可能である。
【００２３】
本発明では供給するはんだボールの直径を全て等しくする。このため、部品搭載において全接触点ではんだボールとランドとの接触が必ず得られ、加熱溶融時はんだのランドに対する濡れ広がりが保証される。従って工程の安定性が極めて高い。
【００２４】
又、電極部は全て同一形状なので、この点からも工程の安定性が高い。
【００２５】
更に、形状制御接合部は基板上に配されるので、位置自由度が高く、設計上有効である。
【００２６】
以上現状工程の安定性を保持し、熱疲労信頼性を向上させることが出来、有効である。
【００２７】
第一の実施例は基本的な構成で電極はんだ接合部の熱疲労寿命の向上を可能とする。
【００２８】
第二の実施例は第一の実施例に対し更に性能向上させることが可能である。
【００２９】
第三の実施例は第一の実施例に対し第二の実施例とは別の方法で更に性能向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一の実施例の説明図
【図２】第一の実施例の他の説明図
【図３】第二の実施例の説明図
【図４】第二の実施例の他の説明図
【図５】第三の実施例の説明図
【図６】第三の実施例の他の説明図
【図７】第三の実施例の基板形状制御部ランドの説明図
【図８】従来例の説明図
【図９】従来例の他の説明図
【図１０】複数はんだボール搭載時のランドの例を示す図
【符号の説明】
１　ｃｓｐ本体
２　プリント基板
３　形状制御はんだ接合部
４　ｃｓｐはんだ接合部形状制御ランド
５　電極はんだ接合部
６　ｃｓｐはんだ接合部電極ランド
７　溶融凝固後の形状制御接合部
８　外形形状
９　溶融凝固後の電極はんだ接合部
１０　外形形状
１１　形状制御接合部はんだ
１２　形状制御接合部はんだ
１３　形状制御接合部はんだ
１４　溶融凝固後の形状制御接合部はんだ
１５　外形形状
１６　溶融凝固後の電極接合
１７　外形形状
１８　基板の形状制御部
１９　基板形状制御部ランド
２０　溶融はんだ引き込み用パターン
２１　中継用パターン
２２　形状制御用はんだボール
２３　加熱凝固後の形状制御接合部
２４　加熱凝固後の電極接合部
２５　ランド
２６　パターン
２７　面積の小さな電極接合部ランド
２８　接合部
２９　面積の大きな電極接合部ランド
３０　隙間
３１　はんだ接合の形状
３２　はんだ接合の形状
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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