(57)【要約】【課題】携帯機器を中心とする実装機器には、使用中に落下、圧迫、キー押しなどの機械的負荷やヒートサイクルなどの熱的負荷が加わる。これらの負荷は、内部の電子部品と基板とのはんだ接合部にひずみを生じさせる。この発明は、はんだ接合部の信頼性を向上させることを目的としている。【解決手段】この発明に係る電子回路基板は、電子部品の片面にはんだボールを接合する工程と、実装基板を押圧する工程と、はんだボールが接合された電子部品と押圧された実装基板を接触させる工程と、接触している電子部品と実装部品をはんだボールが溶融する温度まで昇温させる工程と、昇温された電子部品と実装部品を冷却する工程を経て製造される。実装基板には基板ひずみが生じるため、外周部のはんだボールに圧縮性の残留応力が発生し、機械的負荷や熱的負荷に対して強度が向上している。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品の片面にはんだボールを接合する工程と、実装基板を押圧する工程と、前記はんだボールが接合された電子部品と前記押圧された実装基板を接触させる工程と、接触している前記電子部品と前記実装部品をはんだボールが溶融する温度まで昇温させる工程と、前記昇温された電子部品と実装部品を冷却する工程を備えてなる電子回路基板の製造方法。
【請求項２】
電子部品の片面にはんだボールを接合する工程において、外周に配置されるはんだボールの高さを内部に配置されるはんだボールの高さよりも高くしてしておくことを特徴とする請求項１記載の電子回路基板の製造方法。
【請求項３】
電子回路を搭載した電子部品と、前記電子部品の片面に配置された複数のはんだ部材と、前記電子部品と対向する位置に配置されるとともに前記はんだ部材と接合された第１の実装基板と、前記第１の実装基板と一体化された第２の実装基板を備えてなり、前記第１の実装基板の線膨張係数は前記第２の実装基板の線膨張係数よりも大きいことを特徴とする電子回路基板。
【請求項４】
電子回路を搭載した電子部品と、前記電子部品の外周周辺に設けられた第１のはんだ部材と、前記第１のはんだ部材の内側に設けられた第２のはんだ部材と、前記電子部品と対向する位置に配置され、しかも前記第１のはんだ部材と前記第２のはんだ部材で前記電子部品に接合されている実装基板を備えてなり、前記実装基板が前記第２のはんだ部材と接合される面は前記実装基板が前記第１のはんだ部材と接合される面よりも厚く構成されていることを特徴とする電子回路基板。
【請求項５】
電子回路を搭載した電子部品と、前記電子部品と対向する位置に配置された実装基板と、前記電子部品と前記実装基板の間に配置され両者を接合する複数のはんだ部材と、前記電子部品の外周に設けられしかもこの電子部品と前記実装基板を連絡する収縮性部材を備えてなる電子回路基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子回路基板に関わり、特に、はんだボールを用いて基板と基板を接合させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯機器を中心とする実装機器には、使用中に落下、圧迫、キー押しなどの機械的負荷やヒートサイクルなどの熱的負荷が加わる。これらの負荷は、内部の電子部品と基板とのはんだ接合部にひずみを生じさせる。特許文献１には、ベースと基板との対向面のほぼ中心に熱硬化性の樹脂部品を設置し、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）と基板の相対的位置関係を拘束することにより、はんだボールへの負荷を低減し、はんだ接合部の強度向上をはかる方法が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２９８１２４公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載された従来の実装方法は、熱的負荷や基板に垂直方向に加わる機械的負荷に対しては有効であるが、落下、圧迫、キー押しなどの基板の曲げ負荷によって大きなひずみが生じる最外周のはんだボールの強度向上に対してはあまり有効ではない。このため、携帯機器を中心とする電子部品に、落下などの機械的負荷やヒートサイクルなどの熱的負荷が加わると、特に最外周のはんだボールに大きなひずみが生じ、最悪の場合、接合部が破断することがあった。この発明は、機械的負荷や熱的負荷に対する接合部の強度を増加し、はんだボールの接合信頼性を向上させることを目的にしている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電子回路基板は、電子部品の片面にはんだボールを接合する工程と、実装基板を押圧する工程と、はんだボールが接合された電子部品と押圧された実装基板を接触させる工程と、接触している電子部品と実装部品をはんだボールが溶融する温度まで昇温させる工程と、昇温された電子部品と実装部品を冷却する工程を経て製造される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本発明に関わる電子回路基板の製作方法を図１に基づいて説明する。電子部品１はＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｃａｌｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）、ＴＳＯＰ（Ｔｈｉｎ  Ｓｍａｌｌ  Ｏｕｔｌｉｎｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）などの半導体パッケージで、電子回路の搭載面と反対の面にははんだボール３が接合されている。負荷治具４は、ほぼ中央部に配置された圧迫棒が上下することによって、固定された実装基板２にひずみεを作用させることができる。なお、ここでは柔軟性の高い実装基板２にひずみεを作用させる例を説明しているが、電子部品１に柔軟性があるならば、電子部品１を負荷治具４に装着するようにしてもよい。
【０００７】
実施の形態１では、電子部品１を実装基板２に接合するときに、負荷治具４により実装基板２あるいは電子部品１にひずみεを作用させた状態で、恒温槽に入れるなどして雰囲気温度を上昇させ、はんだをリフロー（はんだを融点近傍の２００℃程度の温度で溶融させること）させる。その後、全体を冷却してはんだボール３により両者の接合を完成させる。加えるひずみεの大きさは、実装基板２を負荷治具４から離したとき、はんだボールに破壊が生じないような低い値とする。我々の実験では５，０００μｓｔ以下にして行った。
【０００８】
接合後に実装基板２を負荷治具４から離すと、図２（ａ）に示すような電子回路基板６が完成する。電子回路基板６では、電子部品１の外周部のはんだボールに圧縮性の残留応力が作用している。電子回路基板６は、例えば図２（ｂ）に示すように、キーを備えた携帯端末の内部に実装される。携帯端末には、キー押しなどの通常想定される外力のほかに、落下などの衝撃的な外力が加わる。
【０００９】
落下などの静的負荷によって実装基板２が変形すると、電子部品１の外周部のはんだボールに引張応力が発生する。静的負荷の場合、はんだボール３は引張応力が引張強度を超えたときに破壊する。はんだボールに圧縮残留応力を作用させておくと、負荷が作用しても、はんだボールの引張応力は圧縮残留応力分だけ小さくなる。本発明によれば、はんだボールの接合時にひずみεを作用させているため、圧縮応力が残留しており、はんだボールは強度が向上している。例えば、通常のはんだボールの引張強度は５０ＭＰａ程度であるが、圧縮残留応力が１０ＭＰａ作用していた場合、６０ＭＰａの発生応力まで破壊しない。
【００１０】
また、キー押しなどの繰返し負荷の場合は、はんだボール３に発生する応力が疲労強度を超えた場合に、き裂が発生・進展してはんだボールが破壊する。圧縮残留応力はき裂の発生・進展に対しても効果があり、疲労寿命が向上する。例えば、はんだボールに２０ＭＰａの応力が作用すると、通常の疲労寿命は１，０００回程度であるが、圧縮残留応力が１０ＭＰａ作用していると、寿命は１０，０００回程度にまで向上する。
【００１１】
近年では、環境問題に対応するため、鉛はんだに代わって鉛フリーはんだが用いられるようになった。鉛フリーはんだは鉛はんだよりも強度が低下している場合が多く、残留応力も残りやすい。本発明は残留応力を積極的に活用しているため、残留応力の残りやすい鉛フリーはんだを使用することは、強度を向上する上で非常に有効である。
【００１２】
なお、電子部品１を実装基板２に接合するときに、図３に示すように、外周部のはんだボール３ａの高さあるいは量を、残留応力が残りやすいように、内側のはんだボール３ｂの高さあるいは量よりも大きくしても良い。これは、パッケージ外周部のビアを内側のビアから離し、大きなはんだボールを取り付けることで実現できる。はんだ接合後、基板ひずみを取り除くと、外周部のはんだボール３ａに圧縮性の残留応力が作用し、機械的負荷や熱的負荷に対しても、強度は大幅に向上している。
【００１３】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に対応する電子回路基板の製作方法を図４に基づいて説明する。実施の形態２では、負荷治具４を用いて実装基板２にひずみεを作用させる代わりに、線膨張係数の異なる材料を組み合わせて形成された実装基板２Ａを用いることで、リフロー時に実装基板に熱ひずみを作用させる。
【００１４】
実装基板２Ａは、例えば、線膨張係数が１００×１０−６の基板２ａ（例えばエポキシ系樹脂板）と、線膨張係数が２０×１０−６の基板２ｂ（例えば、ＰＥＥＫ系熱可塑性樹脂フィルム）を、張り合わせるなどして一体化したものである。はんだボール３と対面する側に線膨張係数の大きい基板２ａを配置する。
【００１５】
リフロー温度を１８０℃にすると、実装基板２Ａには基板ひずみ約３，０００μｓｔが生じる。はんだボール３を接合後、温度を下げると、外周部のはんだボールに圧縮性の残留応力が発生している。このため、負荷治具４を使用しなくても、機械的負荷や熱的負荷に対して強度を向上させることができる。
【００１６】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に対応する電子回路基板の製作方法を図５に基づいて説明する。実装基板２Ｂは、表面の線膨張係数がはんだの線膨張係数よりも大きい材料（例えば、エポキシ系樹脂）を用い、内側の高さが外周部の高さより高くなるように設計されている。また、実装基板２Ｂの最外周に配置されるはんだボール３ａには、それよりも内側に配置されるはんだボール３ｂよりも、実装基板２Ｂの高さの差分だけ大きいものを使用する。
【００１７】
実装基板２Ｂと電子部品１は通常のＢＧＡと同様な方法によって接合する。実装基板２Ｂがはんだボール３ａより大きく収縮することで、はんだボール３ａに圧縮の残留応力が作用し、機械的負荷や熱的負荷に対して強度を大幅に向上することができる。
【００１８】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４に対応する電子回路基板の製作方法を図６に基づいて説明する。電子部品１を実装基板２に接合する時、あるいは接合後に、電子部品１の周囲に収縮性部材５を設置する。収縮性部材５ははんだボール３よりも線膨張係数の大きい材料、あるいは硬化収縮する材料から構成されていて、電子部品１の周囲を切れ目無く包囲していても良いし、適当な間隔を空けて配置されていてもよい。
【００１９】
収縮性部材５ははんだボール３よりも収縮量が多いので、室温では、はんだボール３に圧縮性の残留応力が作用し、機械的負荷や熱的負荷に対して強度を大幅に向上することができる。例えば、収縮性部材５にエポキシ系の樹脂材料（線膨張係数１００×１０−６）を用いて８０℃で硬化させたとすると、はんだボール３に１０ＭＰａの残留応力が発生する。
【００２０】
【発明の効果】
この発明に係る電子回路基板は、電子部品の片面にはんだボールを接合する工程と、実装基板を押圧する工程と、はんだボールが接合された電子部品と押圧された実装基板を接触させる工程と、接触している電子部品と実装部品をはんだボールが溶融する温度まで昇温させる工程と、昇温された電子部品と実装部品を冷却する工程を経て製造されることにより、機械的負荷や熱的負荷に対して強度が向上している。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に対応する電子回路基板を説明するための図である。
【図２】電子回路基板に作用する応力を説明するための図である。
【図３】実施の形態１に対応する電子回路基板の製造方法の別の形態を説明するための図である。
【図４】実施の形態２に対応する電子回路基板を説明するための図である。
【図５】実施の形態３に対応する電子回路基板を説明するための図である。
【図６】実施の形態４に対応する電子回路基板を説明するための図である。
【符号の説明】
１    電子部品、  ２    実装基板、  ３    はんだボール、  ４    負荷治具、  ５    収縮性部材、  ６    電子回路基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004281610.tif 000006
【図５】
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【図６】
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