(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
電子部品のプリント配線板への実装に際し、高額の半導体パッケージやプリント配線板を用いる場合や、FPGA(Field−Programmable Gate Array)などのような半導体を用いる際のプログラムの動作確認を必要とする場合は、実際に実装を行なう前に、ソケット等を用いて実装している状態と同じ状態を実現し、半導体パッケージやプリント配線板の検査を行う。これにより問題のないことを確認した後、前記のソケット等を取り外してから、実際の実装を行なう。
【0003】
また、電子部品をプリント配線板に実装する方法として、従来は、まずプリント配線板の電極パッド上にクリームはんだを印刷法などにより適量供給する。次いで、実装する電子部品の電極が前記のクリームはんだ上に載るように位置合わせし、次いで、加熱によりクリームはんだを溶融させることで電子部品の電極とプリント配線板の電極パッドを、はんだを介して接合させている。
【0004】
しかしながら、電子部品の中で、特に半導体パッケージにおいて、BGA(Ball Grid Array)、CSP(Chip size Package)、LGA(Land Grid Array)などのような、パッケージの下面に外部電極を設けてはんだ接続するタイプの部品は、リード線などの応力を緩和する部分がないため、半導体パッケージとプリント配線板の熱膨張係数の差により使用環境の温度変化の際に発生する応力が、はんだ接続部に直接加わる。その結果、前記の応力に耐えられない場合は接続部などにクラックが入り、最終的には破断に至る。
【0005】
また、携帯電話やスマートフォン、デジタルカメラなどの携帯電子機器では、上記のタイプの半導体パッケージを実装した場合、これら電子機器を落下させたときの落下衝撃で、はんだ接続部が破断しやすい。そのため、耐熱衝撃性、耐落下衝撃性などの信頼性を向上させるために、これら半導体パッケージを実装した後に、アンダーフィル剤を半導体パッケージとプリント配線板の間に充填し硬化させて、はんだ接続部の補強を行なっている。
【0006】
特開平09−223720には、フェイスダウン接続された基板と半導体チップとの間に樹脂を充填してなる半導体パッケージにおいて、充填した樹脂の稜線が内側に凹んだ状態に形成することで、高い信頼性を達成することができることが開示されている。また、特開2003−92312には、はんだを用いたフリップチップ方式でBGA型パッケージがプリント配線板に実装されているとき、プリント配線板とBGA型パッケージとの間に配置する樹脂と、BGA型パッケージの外周又は側方に配置する樹脂の弾性率を変え、その弾性率の特性範囲を指定することで耐久性が向上することが開示されている。また、特開2001−35884には、回路基板へ半導体素子をフェイスダウンで搭載するフリップチップ接続構造体において、回路基板上に接着性を有する樹脂フィルムを配置し、前記樹脂フィルムを介して半導体素子表面の突起電極と回路基板の接続端子とを接続する構造が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、上記の方法には以下のような問題がある。第1の問題点は、実装前の検査のために、電子部品を装着するためのソケットを備える必要がある点である。このため、プリント配線板上にはソケットを設置する領域が必要となり、プリント配線板の小型化や電子機器の小型化を阻害する要因になっている。
【0009】
第2の問題点は、プリント配線板と電子部品との間に樹脂を充填する補強方法では、電子部品を搭載したあとで樹脂によるアンダーフィルを充填し、さらに加熱処理により硬化させるという、多くの追加の工程が必要になる点である。また、プリント配線板上に接着性を有する樹脂フィルムを配置し、前記樹脂フィルムを介して電子部品表面の突起電極と回路基板の接続端子とを接続する構造においては、電子部品の突起電極が樹脂フィルムを突き破ってプリント配線板の接続端子と接続するため、樹脂フィルムを完全に突き破れない場合には、接続不良を生じることである。これらは製造コストの増大の要因となっている。
【0010】
第3の問題点は、電子部品を樹脂補強して実装した後、実装した電子部品に不良が見つかった場合や、電子機器として市場に出た後に故障して修理のために戻ってきた場合、硬化してしまった樹脂を除去することが困難なため、不良部品を交換することができず、電子部品を実装したプリント配線板全体を廃棄することになるという点である。
【0011】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、実装前の電子部品の検査のためのソケットを不要とすることでプリント配線板の小型化や電子機器の小型化をしやすくし、樹脂充填による製造工程の追加や樹脂フィルムによる製造歩留まりの低下をなくすることで製造コストの増大を抑止し、電子部品を実装した後のプリント配線板での不良部品の交換を可能とする実装方法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】
【0012】
半導体パッケージとプリント配線板との間に設けられ、前記半導体パッケージと前記プリント基板と密着しかつ脱着可能な補強シートの孔部と、前記半導体パッケージの電極に設けられたはんだボールと、前記プリント基板の電極と、を位置合わせする、位置合わせ工程と、前記半導体パッケージと前記プリント基板とを加圧することで、前記はんだボールと前記プリント基板の電極とを前記孔部を通して電気接続する、接続工程と、前記電気接続を用いて前記半導体パッケージと前記プリント配線板の検査を行う、検査工程と、を有する半導体パッケージの検査方法である。
【0013】
前記検査工程で前記半導体パッケージと前記プリント配線板に欠陥が認められない場合、前記半導体パッケージあるいは前記プリント配線板を加熱することで、前記はんだボールを溶解し、かつ、前記補強シートの前記ベース層を軟化する、加熱工程と、前記半導体パッケージあるいは前記プリント配線板を冷却することで、前記はんだボールと前記ベース層とを固化する、冷却工程と、を有する実装方法である。
【0014】
半導体パッケージとプリント配線板との間に設けられ、前記半導体パッケージと前記プリント基板と密着しかつ脱着可能な補強シートの孔部を通して、前記半導体パッケージの電極と前記プリント基板の電極とを電気接続する、実装構造である。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば以下の効果を得ることができる。すなわち、第1の効果は、実装前の電子部品の検査のためのソケットが不要となることで、プリント配線板の小型化や電子ききの小型化が容易となる。第2の効果は、樹脂充填による製造工程の追加や樹脂フィルムによる製造歩留まりの低下がなくなることで製造コストを安くできる。さらに、第3の効果は、電子部品を実装した後のプリント配線板での不良部品の交換が可能となるため、修理の際に電子部品を実装したプリント配線板全体を廃棄する必要がなくなる。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、図を参照しながら、本発明の実施の形態を詳細に説明する。但し、以下に述べる実施の形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。
(第1の実施の形態)
[構成の説明]
図1Aは、本発明の第1の実施の形態にかかる実装構造に用いる補強シートの断面構造を示す図である。また、
図1Bは、前記補強シートの吸着層31面からみた構造を示す図である。本実施の形態の実装構造に用いる補強シート30は、吸着層31とベース層32と接着層33から成り、半導体パッケージとプリント配線板を接続するはんだ部分には孔34が空けられている。吸着層31の表面の構造としては、微細な吸盤構造が可能である。
【0018】
図2は、前記補強シートが貼り付けられた半導体パッケージの断面構造を示す図である。補強シート30が貼り付けられている半導体パッケージ20は、半導体パッケージ20の下面の外部電極端子であるはんだボール21に、補強シート30の孔34を合わせ、半導体パッケージ20の下面に補強シート30を貼り付けられている。このとき、半導体パッケージ20と補強シート30は、補強シート30の接着層33で接着されている。
【0019】
図3は、補強シート30が貼り付けられたプリント配線板の断面図構造を示す図である。補強シート30が貼り付けられているプリント配線板10は、半導体パッケージ20が搭載されるプリント配線板10上の電極パッド12に、補強シート30の孔34を合わせ、プリント配線板10のソルダーレジスト11の上に補強シート30を貼り付けられている。このとき、プリント配線板10と補強シート30は、補強シートの接着層33で接着されている。
【0020】
図4Aは、本発明の第1の実施の形態にかかる実装構造の断面図である。また、
図4Bは、本発明の第1の実施の形態にかかる実装構造の断面図である。半導体パッケージ20の外部電極端子(図示なし)とプリント配線板10の電極パッド12を、はんだ21を介して電気的に接続されている。さらに、半導体パッケージ20とプリント配線板10の間に、補強シート30が配置されており、はんだ21の接続部の部分は孔が空いている。
【0021】
補強シート30は、ベース層32を中心に、半導体パッケージ20側に吸着層31を、プリント配線板10側に接着層33を配置して、プリント配線板10のソルダーレジスト11の表面に接着層33で接着しており、半導体パッケージ20の下面に吸着層31で吸着している(
図4A)。または、補強シート30は、ベース層32を中心に、半導体パッケージ20側に接着層33を、プリント配線板10側に吸着層31を配置して、半導体パッケージ20の下面に接着層33で接着しており、プリント配線板10のソルダーレジスト11の表面に吸着層31で吸着している(
図4B)。
【0022】
補強シート30において、ベース層32は熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を用いる。さらに熱収縮樹脂を用いることもできる。補強シート30の厚さは、補強すべき半導体パッケージ20の実装後の実装高さを考慮して、ベース層32の厚さを変えて調整する。吸着層31はアクリル酸エステル共重合体などを用いることができる。接着層31は通常の合成系接着剤からなる。また、補強シート30は、材質が樹脂であり、吸着層31は5〜60μmの微細な孔が、層の表面全体に無数に空けられ、その孔のひとつひとつが吸盤として機能しているため、半導体パッケージ20の下面やプリント配線板10の表面がきれいな平坦でなくても追従することが可能である。
【0023】
本実施の形態で示した補強シート30は、吸着層31、ベース層32、接着層33を有するが、ベース層32に接着機能が備わっている場合は、吸着層31とベース層32の2層構造でもよい。
[動作の説明]
本実施の形態の実装構造(
図4A)において、プリント配線板10と半導体パッケージ20を引き剥がす力が働くと、補強シート30とプリント配線板10は、接着層33によって接着し固定されている。補強シート30と半導体パッケージ20は、吸着層31内の微細な吸盤内は真空に近い状態になっているため、半導体パッケージ20の下面に吸着して、プリント配線板と半導体パッケージの引き剥がしに抵抗し、プリント配線板10の電極パッド12と半導体パッケージ20の外部電極を接続しているはんだ21を補強することになる。これは補強シート30とプリント配線板10が吸着層31で吸着されている場合も同じである(
図4B)。
[実装方法]
図5A〜
図5Eは、本実施の形態にかかる実装構造の実装方法を示す図である。まず、電極パッド12とソルダーレジスト11の形成されたプリント配線板10を用意する(
図5A)。次いで、印刷法などにより、プリント配線板10の電極パッド12上にクリームはんだ13を適量供給する(
図5B)。次いで、補強シート30をプリント配線板10のソルダーレジスト11上に設置する(
図5C)。このとき、補強シート30に空けられた孔は、プリント配線板10の電極パッド12の部分に位置合せする。補強シート30の設置には、電子部品の設置と同様に、部品搭載機を用いることができる。
【0024】
次いで、半導体パッケージ20のはんだボール21と補強シート30の孔部34の位置合わせを行い、半導体パッケージ20を補強シート30の上から押し込む(
図5D)。このとき、部品搭載機で半導体パッケージ20の天面を押し込む。半導体パッケージ20を押し込むことにより、補強シート30の吸着層31にある微細な吸盤内の空気が抜け、内部が真空に近い状態になり、半導体パッケージ20の下面と密着する。
【0025】
次いで、加熱処理により、クリームはんだ13とはんだボール21を溶融させる。また、このとき、補強シート30のベース層は軟化し、周囲に整合するように成形される。その後冷却することではんだは固化して接合し、ベース層も固化する(
図5E)。以上の方法により、本実施の形態の実装構造が得られる。
(第2の実施の形態)
[構成の説明]
図6は、本発明の第2の実施の形態にかかる実装構造に用いる補強シートの断面構造を示す図である。補強シート40は、ベース層42を挟んで、両側に吸着層41を有する。これにより、補強シートは、一方の吸着層によりプリント配線板のソルダーレジスト表面に吸着し、もう一方の吸着層により半導体パッケージの下面に吸着する。リペアなどで半導体パッケージの取り外しをするとき、半導体パッケージ側を剥がしての取り外し、プリント配線板側を剥がしての取り外し、両方を剥がしての取り外しなどの選択が可能となる。
【0026】
また、第1の実装の形態での補強シートと同じく、ベース層42は熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を用いる。さらに熱収縮樹脂を用いることもできる。補強シート40の厚さは、補強すべき半導体パッケージの実装後の実装高さを考慮して、ベース層42の厚さを変えて調整することができる。吸着層41はアクリル酸エステル共重合体などを用いることができる。さらに、半導体パッケージの下面やプリント配線板の表面がきれいな平坦でなく凹凸があっても、ベース層が加熱されることで凹凸に追従できることで、良好な密着を実現することが可能である。
(実施例1)
本発明の実装構造で用いる補強シートを用いた、半導体パッケージの検査方法並びにそれを用いた実装方法の実施例を説明する。
図7は、実施例1にかかる実装構造の断面図である。まず、半導体パッケージ60として0.8mmピッチのChip size Package(以下、CSPと称す)60と、そのCSP60を搭載するためのプリント配線板50を用意する。
【0027】
次いで、ベース層72を挟んで両側に吸着層71を有する補強シート70を用意する。補強シート70の寸法はCSP60と略同じ寸法とし、CSP60の外部電極であるはんだボール61の部分には孔を空ける。0.8mmピッチのCSP60のはんだボール61の径は、およそ450〜480μm程度なので、ベース層72の厚さもCSP60のはんだボール61の大きさに合わせ450〜480μm以上の厚さとする。また、ベース層72は熱収縮樹脂とし、ポリ塩化ビニル樹脂またはPVC系やPET系の樹脂とする。
【0028】
次に、補強シート70を、CSP60を搭載する箇所のプリント配線板50の上に、プリント配線板50の電極パッド52の位置と補強シート70の孔の位置を合わせて設置し、その上からCSP60を、外部電極のはんだボール61を補強シート70の孔に位置を合わせて載せ、さらに上から押し込む。CSP60を上から押し込むことにより、補強シート70は、吸着層71にある微細な吸盤内の空気が抜け、内部が真空に近い状態になり、CSP60の下面およびプリント配線板50のソルダーレジスト51の表面に吸着する。このとき、補強シート70のベース層72の厚さは、CSP60のはんだボール61の径と同等以上にしているため、CSP60のはんだボール61はプリント配線板50の電極パッド52と接触しているか若干離れている。
【0029】
次に、約100℃で加熱すると、ベース層72は熱収縮樹脂のため、熱収縮を生じ、CSP60のはんだボール61とプリント配線板50の電極パッド52は圧接され、電気的に接続される。これにより、実際の実装を行なう前に、ソケットを用いて半導体パッケージを実装している状態と同じ状態を実現し、半導体パッケージやプリント配線板の検査を行い、これにより問題のないことを確認した後に、前記のソケットを取り外して実際の実装を行なうといった工程が不要となる。
【0030】
また、本実施例による検査によって、半導体パッケージやプリント配線基板に不良が発見された場合、補強シート70の吸着層71とCSP60の下面との境に、あるいは、補強シート70の吸着層71とプリント配線板50のソルダーレジスト51との境に、ヘラなどの治具を横から差し込むことによって吸着面を剥がすことができ、不良部品だけを交換することができる。補強シートとしては、
図1に示す補強シート30を使用することもできる。
(実施例2)
半導体パッケージのプリント配線板への実装における接合部の補強として、本発明の補強シートを適用する方法について、
図5Aから
図5Eを用いて説明する。
【0031】
まず、半導体パッケージ20として0.4mmピッチのChip size Package(以下、CSPと称す)20と、そのCSP20を搭載するプリント配線板10を用意する(
図5A)。次いで、クリームはんだ13を印刷法などにより、プリント配線板10の電極パッド12上に適量供給する(
図5B)。
【0032】
次いで、吸着層31、ベース層32、接着層33を有する補強シート30を、プリント配線板10のCSP20を搭載する領域に設置する。このとき補強シート30は、電子部品と同様に搭載機を用いて補強シート30の孔にプリント配線板10の電極パッド12を位置合せして搭載する(
図5C)。補強シート30の寸法はCSP20と略同じ寸法とし、CSP20の外部電極であるはんだボール21の部分は予め孔を空けておく。
【0033】
ベース層32はエポキシなどの熱硬化性樹脂を用いる。ベース層32の厚さは、CSP20のはんだボール21の径と供給したクリームはんだ13の高さを考慮して決める。0.4mmピッチCSP20のはんだボール21の径はおよそ240μmであり、供給したクリームはんだ13は、印刷法の場合使用したメタルマスクの厚さが100μmの場合は100μm以下の厚さになる。よって、ベース層32の厚さははんだボール21の径である240μm以上、はんだボール21の径とメタルマスクの厚さを足した340μm以下とする。
【0034】
はんだボール21の径は同一ピッチでも種類により異なり、供給したクリームはんだ13の高さは供給方法やその条件により異なる。その後のCSP20のはんだボール21を補強シート30の孔に押し込んだとき、はんだボール21とクリームはんだ13が接触し、押し込みを止めたあとも接触が切れない状態にあることが必要である。
【0035】
次いで、CSP20を、外部電極のはんだボール21を補強シート30の孔に位置合わせして載せる(
図5D)。さらに、CSP20を上から押し込むことにより、補強シート30は、吸着層31にある微細な吸盤内の空気が抜け、内部が真空に近い状態になり、CSP20の下面に吸着し、一方、接着層33によりプリント配線板10のソルダーレジスト11の表面に接着する。また、CSP20のはんだボール21はプリント配線板10の電極パッド12の上に供給されたクリームはんだ13と接触している。
【0036】
次に、リフローにより加熱処理をすると、CSP20のはんだボール21とプリント配線板10の電極パッド12の上に供給されたクリームはんだ13が溶融する。また、補強シート30のベース層は軟化し、周囲に整合するように成形される。その後冷却することではんだは固化して接合し、ベース層も固化する(
図5E)。
【0037】
以上の方法により、本実施例の実装構造が得られる。これにより、外部より熱衝撃や落下衝撃などの応力がかかっても、補強シート30により、CSP20とプリント配線板10とを接合しているはんだは補強されている。
【0038】
次に、プリント配線板10からCSP20を外す場合は、リペア装置により加熱し、はんだを溶融させる。同時に、ヘラなどの治具を、補強シート30の吸着層31とCSP20の下面との境に横から差し込むことによって吸着面を剥がす。よって、実装後に不良が見つかっても、電子機器として市場に出たあとの故障により修理のために戻ってきた場合でも、修理が可能となる。
【0039】
さらに、補強シート30は、半導体パッケージとプリント配線板を接続するはんだにおいて、融点が200℃以下の低融点はんだであれば、複数回の使用が可能である。
【0040】
また、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
【0041】
付記
(付記1)
半導体パッケージとプリント配線板との間に設けられ、前記半導体パッケージと前記プリント基板と密着しかつ脱着可能な補強シートの孔部と、前記半導体パッケージの電極に設けられたはんだボールと、前記プリント基板の電極と、を位置合わせする、位置合わせ工程と、
前記半導体パッケージと前記プリント基板とを加圧することで、前記はんだボールと前記プリント基板の電極とを前記孔部を通して電気接続する、接続工程と、
前記電気接続を用いて前記半導体パッケージと前記プリント配線板の検査を行う、検査工程と、を有する半導体パッケージの検査方法。
(付記2)
前記補強シートが吸着層とベース層とを有する、付記1項記載の半導体パッケージの検査方法。
(付記3)
前記補強シートが接着層を有する、付記1乃至2の何れか1項項記載の半導体パッケージの検査方法。
(付記4)
前記吸着層が吸盤を有する、付記2乃至3の何れか1項項記載の半導体パッケージの検査方法。
(付記5)
前記吸着層がアクリル酸エステル共重合体を有する、付記2乃至4の何れか1項項記載の半導体パッケージの検査方法。
(付記6)
前記ベース層が熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂または熱収縮樹脂である、請求項2乃至5の何れか1項項記載の半導体パッケージの検査方法。
(付記7)
前記補強シートの厚さは、前記はんだボールの前記電極面垂直方向の高さ以上である、付記1乃至6の何れか1項項記載の半導体パッケージの検査方法。
(付記8)
前記補強シートの厚さは、前記高さと前記プリント配線板の電極上に形成されたはんだの厚さの和以下である、付記1乃至7の何れか1項項記載の半導体パッケージの検査方法。
(付記9)
前記検査工程で前記半導体パッケージと前記プリント配線板に欠陥が認められない場合、
前記半導体パッケージあるいは前記プリント配線板を加熱することで、前記はんだボールを溶解し、かつ、前記補強シートの前記ベース層を軟化する、加熱工程と、
前記半導体パッケージあるいは前記プリント配線板を冷却することで、前記はんだボールと前記ベース層とを固化する、冷却工程と、を有する実装方法。
(付記10)
半導体パッケージとプリント配線板との間に設けられ、前記半導体パッケージと前記プリント基板と密着しかつ脱着可能な補強シートの孔部を通して、前記半導体パッケージの電極と前記プリント基板の電極とを電気接続する、実装構造。
(付記11)
前記補強シートが吸着層とベース層とを有する、付記10記載の実装構造。
(付記12)
前記補強シートが接着層を有する、付記10乃至11の何れか1項項記載の実装構造。
(付記13)
前記吸着層が吸盤を有する、付記11乃至12の何れか1項項記載の実装構造。
(付記14)
前記吸着層がアクリル酸エステル共重合体を有する、付記11乃至13の何れか1項項記載の実装構造。
(付記15)
前記ベース層が熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂または熱収縮樹脂である、付記11乃至14の何れか1項項記載の実装構造。
(付記16)
前記補強シートの厚さは、前記はんだボールの前記電極面垂直方向の高さ以上である、付記10乃至15の何れか1項項記載の実装構造。
(付記17)
前記補強シートの厚さは、前記高さと前記プリント配線板の電極上に形成されたはんだの厚さの和以下である、付記10乃至16の何れか1項項記載の実装構造。