(57)【要約】【課題】  従来の回路基板は、基板実装面と基板表面との間のバンプ接合部空間に樹脂を充填する際、均一の浸透速度で樹脂が充填されない。【解決手段】  回路基板１１は、ランド１５の周囲の基板表面に半田レジスト１６が平面視窓枠状に形成されている。半田レジスト１６は、半田レジスト材が付されない開口部領域１６ａを、ランド１５を含む基板表面に平面視矩形状に有している。半田レジスト１６は、チップ部品１２の基板実装面１３ａと重なる領域Ｄの、開口部領域１６ａに向かう方向の長さが、０ｍｍ以上で０．１ｍｍ以下に設定されている。この長さは、開口部領域１６ａの周囲の４辺において均等に設定されており、開口部領域１６ａは、チップ部品１２の基板実装面１３ａと略同じ大きさをしている。このため、僅かな隙間Ｓと空間Ｋとで樹脂が浸透する速度はほぼ等しくなり、チップ部品１２の下部に樹脂が均等に充填される。【選択図】  図２
2013004798.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップ部品の基板実装面に配列された接続端子部と半田接続される、基板表面に複数形成されたランドと、半田レジスト材が付されない開口部領域を前記ランドを含む基板表面に有して前記ランドの周囲の基板表面に形成された、前記開口部領域が前記チップ部品の基板実装面と略同じ大きさの半田レジストとを備え、前記チップ部品の基板実装面とこの基板実装面に対向する基板表面との間の空間に樹脂が充填される回路基板。
【請求項２】
前記チップ部品は、基板実装面の基板表面からの高さが、基板実装面と前記半田レジストとの間に形成される隙間を介して前記空間に充填される樹脂の浸透速度が前記隙間と前記空間とで顕著な違いを生じる所定値以下で、実装されることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
【請求項３】
前記半田レジストは、前記チップ部品の基板実装面と重なる領域の、前記開口部領域に向かう方向の長さが０ｍｍ以上で０．１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回路基板。
【請求項４】
少なくとも１つの前記ランドに接続される前記開口部領域に形成された配線と、前記配線を覆う半田レジスト被覆とを備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チップ部品の基板実装面とこの基板実装面に対向する基板表面との間の空間に樹脂が充填される回路基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の回路基板としては、例えば、図１（ａ）に平面図、同図（ｂ）に断面図が示された特許文献１に開示されたものがある。
【０００３】
この回路基板１は、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）２がチップ部品として半田リフロー処理によって実装される。ＢＧＡ２は基板実装面２ａに半田バンプ３が接続端子部としてアレイ状に設けられ、回路基板１は、ＢＧＡ２を実装するためのパッド４と、当該パッド４および外部端子を接続するための配線５と、ソルダーレジスト６とを含んで構成される。ソルダーレジスト６は、パッド４および配線５を一括的に露出させるための開口部６ａを有している。ＢＧＡ２が実装される箇所の回路基板１には、エッジショートの発生を有効に防止するため、実装領域の外周から内側領域に向かって少なくとも０．１ｍｍの地点に、ソルダーレジスト６またはその端部が存在する。また、外周から内側領域に向かって過度にソルダーレジスト６が存在すると、パッド４や配線５を設計する際に過度に制限を受けるため、ソルダーレジスト６またはその端部は外周から内側領域に向かって０．１ｍｍ〜１ｍｍの地点に存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１３４６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の特許文献１に開示された回路基板１は、製品の高機能・軽薄短小化に対応して接続端子ピッチの狭ピッチ（低背）化がされた部品において、基板実装面２ａとこの基板実装面２ａに対向する回路基板１の基板表面との間の、ＢＧＡ２の下部空間に、アンダーフィルと呼ばれる樹脂を充填する際、樹脂が均一の浸透速度で充填されないという問題が生じる。例えば、図１（ａ）に示すように、同図の白抜き矢印Ａの方向からＢＧＡ２の下部空間に樹脂を充填する場合には、基板実装面２ａの周囲とソルダーレジスト６の上面との間の狭い隙間を浸透する、同図の長い矢印ａの長さで示される樹脂の浸透速度は、基板実装面２ａと基板表面との間の広い空間を浸透する同図の短い矢印ｂの長さで示される樹脂の浸透速度よりも速くなる。このため、基板実装面２ａとソルダーレジスト６とが重なる領域に先に樹脂が充填され、これに遅れて基板実装面２ａと基板表面との間の空間に樹脂が充填される。この結果、上記従来の特許文献１に開示された回路基板１は、狭ピッチ（低背）化がなされたＢＧＡ２の下部空間に充填される樹脂にボイドなどが形成されるなどして、樹脂の未充填箇所が生じ、半田バンプ３とパッド４との接続部における熱サイクル試験などで性能確認される接続信頼性が低下するといった不具合を生じる。また、半田バンプ３を再溶融させた際にも不具合を生じる事となる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、
チップ部品の基板実装面に配列された接続端子部と半田接続される、基板表面に複数形成されたランドと、
半田レジスト材が付されない開口部領域をランドを含む基板表面に有してランドの周囲の基板表面に形成された、開口部領域がチップ部品の基板実装面と略同じ大きさの半田レジスト、例えば、チップ部品の基板実装面と重なる領域の、開口部領域に向かう方向の長さが０ｍｍ以上で０．１ｍｍ以下の半田レジストとを備えて、
チップ部品の基板実装面とこの基板実装面に対向する基板表面との間の空間に樹脂が均一に充填される回路基板を構成した。
【０００７】
本構成によれば、基板表面に形成された半田レジストの、半田レジスト材が付されない開口部領域が、チップ部品の基板実装面と略同じ大きさであるため、基板実装面と半田レジストとが重なる領域は、極僅かになる。チップ部品の基板実装面とこの基板実装面に対向する基板表面との間の空間に充填される樹脂は、毛細管現象によってこの空間に浸透するが、この空間に浸透する際に経由する基板実装面と半田レジストとの間の隙間が極僅かになるので、この隙間による毛細管現象の作用は弱まる。このため、基板実装面と半田レジストとが重なる極僅かな領域に樹脂が浸透する速度と、基板実装面と基板表面との間の空間に樹脂が浸透する速度はほぼ等しくなり、ほぼ均一の浸透速度で樹脂が浸透して行き、チップ部品の下部に樹脂が均等に充填される。この結果、従来の回路基板のように、チップ部品の下部空間に充填される樹脂にボイドなどの未充填箇所が生じなくなり、接続端子部とランドとの接続信頼性を大きく向上させる事が可能となる。また、樹脂の充填硬化後に接続端子部を再溶融させた際の不具合も抑制することが可能となる。
【０００８】
また、本発明は、基板実装面の基板表面からの高さが、基板実装面と半田レジストとの間に形成される隙間を介して前記空間に充填される樹脂の浸透速度が前記隙間と前記空間とで顕著な違いを生じる所定値以下で、チップ部品が実装されることを特徴とする。
【０００９】
基板実装面の基板表面からの高さが所定値以下でチップ部品が実装されると、チップ部品の下部空間に充填される樹脂の浸透速度は、基板実装面と半田レジストとの間に形成される隙間と、基板実装面と基板表面との間の空間とで顕著な違いが生じる。しかし、半田レジストの開口部領域がチップ部品の基板実装面と略同じ大きさをした本構成の回路基板によれば、上記のように、基板実装面と半田レジストとの間の隙間が極僅かになるので、この隙間による毛細管現象の作用は弱まり、チップ部品下面の基板実装面全面においてほぼ均一の浸透速度で樹脂が浸透して、チップ部品の下部に樹脂が均等に充填される本発明の上記効果が顕著に現れる。
【００１０】
また、本発明は、少なくとも１つのランドに接続される開口部領域に形成された配線と、配線を覆う半田レジスト被覆とを備えることを特徴とする。
【００１１】
本構成によれば、半田レジストの開口部領域における、ランドに接続される配線は、半田レジスト被覆によって覆われるため、半田レジストの開口部領域において半田接続される導体は、各ランドのみが露出した状態になり、各ランドの面積は均一化される。このため、チップ部品の基板実装面にほぼ同じ半田体積で設けられた各接続端子部は、配線には半田接続されずに、ほぼ同じ面積で基板表面に形成された各ランドにのみ半田接続され、各ランドにおいてほぼ均一の面積で半田接合する。この結果、チップ部品の回路基板表面への実装時、各接続端子部と各ランドとの半田接合形状も同じ形状に均一化され、各接続端子部と各ランドとの半田接合の安定性が向上し、半田接続の信頼性が向上する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の回路基板によれば、上記のように、チップ部品の下部空間に充填される樹脂にボイドなどの未充填箇所が従来の回路基板のように生じなくなり、チップ部品の基板実装面に配列された接続端子部とランドとの接続信頼性を大きく向上させる事が可能となる。また、接続端子部を再溶融させた際にも不具合を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）は従来の回路基板の平面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の一実施の形態による回路基板の平面図、（ｂ）は断面図である。
【図３】（ａ）はチップ部品が実装されていない状態の一実施の形態による回路基板の平面図、（ｂ）は半田接合面積の相違を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明による回路基板を実施するための形態について説明する。
【００１５】
図２（ａ）は、本実施形態による回路基板１１の平面図、同図（ｂ）は断面図を示す。
【００１６】
回路基板１１は、ガラスエポキシ樹脂などの電気絶縁性を有する板材等からなり、部品下部に対して樹脂充填を要するチップ部品１２が実装されている。チップ部品１２は、フリップ・チップ接合したＢＧＡパッケージ構造をしており、ＩＣチップ１３の基板実装面１３ａにボール状の半田バンプ１４がファインピッチで格子状に配列されて、構成されている。回路基板１１の基板表面には、半田バンプ１４のアレイ配列と同じ配列で、平面視円形状のランド１５が複数配設されている。半田バンプ１４は、チップ部品１２の基板実装面に配列された接続端子部を構成しており、基板表面に複数形成されたランド１５と半田接続される。
【００１７】
また、回路基板１１は、これらランド１５の周囲の基板表面に半田レジスト１６が平面視窓枠状に形成されている。半田レジスト１６は、半田レジスト材が付されない開口部領域１６ａを、ランド１５を含む基板表面に平面視矩形状に有している。半田レジスト１６は、チップ部品１２の基板実装面１３ａと重なる領域Ｄ（図２（ａ）参照）の、開口部領域１６ａに向かう方向、つまり、チップ部品１２の外周から内側に向かう方向の長さが、０ｍｍ以上で０．１ｍｍ以下に設定されている。本実施形態では、この長さは、開口部領域１６ａの周囲の４辺において均等に設定されており、開口部領域１６ａは、チップ部品１２の基板実装面１３ａと略同じ大きさをしている。
【００１８】
また、複数のランド１５のうち、少なくとも１つのランド１５には、線状の配線パターン１７が接続されている。配線パターン１７は、図３（ａ）の平面図に示すように、ランド１５を開口部領域１６ａの外へ導いたり、ランド１５間を接続するが、開口部領域１６ａの内部に形成された部分は、半田レジスト被覆１８によって覆われている。
【００１９】
このような構成において、回路基板１１は、チップ部品１２の基板実装面１３ａとこの基板実装面１３ａに対向する基板表面との間の空間Ｋ（図２（ｂ）参照）に、例えば、球形状のシリカ材が混入したエポキシ樹脂などがアンダーフィルとして充填される。本実施形態では、チップ部品１２は、基板実装面１３ａの基板表面からの接合高さｈ（図２（ｂ）参照）が、基板実装面１３ａと半田レジスト１６との間に形成される隙間Ｓ（図２（ｂ）参照）を介して空間Ｋに充填される樹脂の浸透速度が、隙間Ｓと空間Ｋとで顕著な違いを生じる所定値以下、例えば、１５０μｍ以下で、実装される
【００２０】
このような本実施形態による回路基板１１によれば、基板表面に形成された半田レジスト１６の、半田レジスト材が付されない開口部領域１６ａが、チップ部品１２の基板実装面１３ａと略同じ大きさであるため、基板実装面１３ａと半田レジスト１６とが重なる領域Ｄは、極僅かになる。チップ部品１２の基板実装面１３ａとこの基板実装面１３ａに対向する基板表面との間の空間Ｋに充填される樹脂は、毛細管現象によってこの空間Ｋに浸透するが、この空間Ｋに浸透する際に経由する、基板実装面１３ａと半田レジスト１６との間の隙間Ｓが極僅かになるので、この隙間Ｓによる毛細管現象の作用は弱まる。このため、例えば、図２（ａ）に示す白抜き矢印Ａの方向から空間Ｋに樹脂を充填する場合、基板実装面１３ａと半田レジスト１６とが重なる極僅かな領域Ｄに樹脂が浸透する浸透速度と、基板実装面１３ａと基板表面との間の空間Ｋに樹脂が浸透する速度とは、共に同じ長さの矢印ｃで示されるように、ほぼ等しくなる。この結果、ほぼ均一の浸透速度で樹脂が浸透して行き、チップ部品１２の下部に樹脂が均等に充填されて、従来の回路基板のように、チップ部品１２の下部空間に充填される樹脂にボイドなどの未充填箇所が生じなくなり、半田バンプ１４とランド１５との接続部における熱サイクル試験などで性能確認される接続信頼性が低下するといった不具合は生じなくなる。
【００２１】
図１に示すような従来の回路基板１では、チップ部品２が実装された回路基板１を購入したユーザにおいて、回路基板１を再リフロー処理して接続端子部３とパッド４との接合部が再溶融すると、ボイドなどの未充填箇所で、半田金属が例えば１０％ほどの体積膨張をする。そして、この体積膨張により生じる応力で、接続端子部３とパッド４との接着界面が剥離してオープン不良を起こしたり、また、ボイドなどの未充填箇所で隣接する半田接合箇所が導通して、ショート不良を起こしたりする。しかし、上記の構成をした本実施形態による回路基板１１によれば、チップ部品１２が実装された回路基板１１を購入したユーザにおいて、回路基板１１を再リフロー処理して半田バンプ１４とランド１５との接合部が再溶融しても、ボイドなどの未充填箇所を生じることなく空間Ｋに均一に樹脂が充填されているので、上記のような接続の不具合を生じることはない。従って、本実施形態による回路基板１１は、所定の湿度中負荷環境試験性能や温度サイクル環境試験性能などを十分に満たすことが可能で、接続信頼性を維持して、製品品質を満足させることが出来る。
【００２２】
また、基板実装面１３ａの基板表面からの接合高さｈが本実施形態のように略１５０μｍ以下で、チップ部品１２が高密度・狭ピッチで実装されて、重なる領域Ｄの面積が従来のように大きいと、従来の回路基板１のように２００μｍ以上の接合高さでチップ部品２が実装される場合に比較し、チップ部品１２の下部空間Ｋに充填される樹脂の浸透速度は、基板実装面１３ａと半田レジスト１６との間に形成される隙間Ｓと、基板実装面１３ａと基板表面との間の空間Ｋとで、顕著な違いが生じる。しかし、重なる領域Ｄの面積が極僅かで、半田レジスト１６の開口部領域１６ａがチップ部品１２の基板実装面１３ａと略同じ大きさをした本実施形態による回路基板１１によれば、上記のように、基板実装面１３ａと半田レジスト１６との間の隙間Ｓが極僅かになるので、この隙間Ｓによる毛細管現象の作用は弱まり、チップ部品１２下面の基板実装面１３ａ全面においてほぼ均一の浸透速度で樹脂が浸透して、チップ部品１２の下部に樹脂が均等に充填される本発明の上記効果が顕著に現れる。
【００２３】
また、本実施形態による回路基板１１によれば、半田レジスト１６の開口部領域１６ａにおける、ランド１５に接続される配線パターン１７は、図３（ａ）に示すように半田レジスト被覆１８によって覆われるため、半田レジスト１６の開口部領域１６ａにおいて半田接続される導体は、各ランド１５のみが露出した状態になる。このため、チップ部品１２の基板実装面１３ａにほぼ同じ半田体積で配列された各半田バンプ１４は、配線パターン１７には半田接続されずに、ほぼ同じ面積で基板表面に形成された各ランド１５にのみ半田接続され、各ランド１５においてほぼ均一の面積で半田接合する。この結果、チップ部品１２の回路基板表面への実装時、アレイ状に設けられた各半田バンプ１４と各ランド１５との半田接合形状は、図３（ｂ）の断面図の右側の接合箇所Ｊ１に例示するようなお椀状の同じ形状に均一化され、各半田バンプ１４と各ランド１５との半田接合の安定性が向上し、半田接続の信頼性が向上する。
【００２４】
一方、配線パターン１７が半田レジスト被覆１８によって覆われずに、配線パターン１７とランド１５とが半田接続される導体として基板表面に露出して、半田バンプ１４とランド１５との半田接合箇所における半田接合面積が広いと、半田バンプ１４とランド１５との半田接合形状は、図３（ｂ）の断面図の左側の接合箇所Ｊ２に例示するような胴が細った鼓状となる。このため、アレイ状に設けられた各半田バンプ１４と各ランド１５との半田接合形状が不均一となり、オープン不良の要因の一つとなって半田接合の安定性が低下し、半田接続の信頼性が低下する。各ランド１５におけるこのような半田接合面積の相違は、開口部領域１６ａにおけるランド１５の面積が小さくなる高密度実装品になるほど、配線パターン１７がランド１５に形成される箇所と形成されない箇所とで、大きくなる。しかし、本実施形態による上記の回路基板１１によれば、半田レジスト被覆１８が配線パターン１７を覆うことによって各ランド１５における半田接合面積がほぼ等しくなり、上記の作用効果が奏される。
【００２５】
なお、上記実施形態においては、半田レジスト１６の開口部領域１６ａがチップ部品１２の基板実装面１３ａより若干狭く、基板実装面１３ａと半田レジスト１６とが重なる場合について、説明した。しかし、半田レジスト１６の開口部領域１６ａがチップ部品１２の基板実装面１３ａより若干広く、基板実装面１３ａと半田レジスト１６とが重ならずに、これらの間に２００〜３００μｍ程度の隙間があいて、開口部領域１６ａが基板実装面１３ａと略同じ大きさになるように構成してもよい。この構成によっても、チップ部品１２の基板実装面１３ａとこの基板実装面１３ａに対向する基板表面との間の空間Ｋに充填される樹脂は、この空間Ｋに浸透する際に経由する、基板実装面１３ａと半田レジスト１６との間の隙間Ｓが極僅かになるので、この隙間Ｓによる毛細管現象の作用は弱まる。従って、チップ部品１２の下部にほぼ均一の浸透速度で樹脂が浸透して行き、チップ部品１２の下部に均等に樹脂が充填されて、上記実施形態と同様な作用効果が奏される。
【００２６】
また、上記実施形態においては、半田レジスト１６がチップ部品１２の基板実装面１３ａと重なる領域Ｄの、開口部領域１６ａに向かう方向の長さが、開口部領域１６ａの周囲の４辺において均等に短く設定されている場合について、説明した。しかし、この長さは、開口部領域１６ａの周囲の４辺において必ずしも均等に短く設定される必要はなく、樹脂の充填方向となる辺において短ければよく、樹脂の充填方向と対向する辺では長くなってもよい。例えば、図２（ａ）に示す白抜き矢印Ａの方向から空間Ｋに樹脂を充填する場合には、同図の左右の辺において重なる領域Ｄの長さが短ければよく、白抜き矢印Ａの方向と対向する同図の上の辺において長くなってもよい。また、樹脂の充填は同図のように１辺からでなく、２辺から同時に行ってもよい。このような構成によれば、空間Ｋの空気をチップ部品１２の下部から均等に追いやりつつ、チップ部品１２の下部に均一の浸透速度で樹脂を均等に充填することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
電子製品の小型化に伴う回路基板への電子部品の実装高密度化により、従来よりも接合高さｈの低い樹脂充填が必要とされる電子製品において、本発明による上記の回路基板１１を用いることで、従来技術よりも樹脂充填に対し、シビアな設計が可能となる。
【符号の説明】
【００２８】
１１…回路基板
１２…チップ部品
１３…ＩＣチップ
１３ａ…ＩＣチップ１３の基板実装面
１４…半田バンプ
１５…ランド
１６…半田レジスト
１６ａ…半田レジスト１６の開口部領域
１７…配線パターン
１８…半田レジスト被覆
Ａ…樹脂の充填方向
ｃ…樹脂の浸透速度
Ｄ…基板実装面１３ａと半田レジスト１６とが重なる領域
Ｋ…空間
Ｓ…隙間
【図１】
2013004798.tif 000003
【図２】
2013004798.tif 000004
【図３】
2013004798.tif 000005