JP2009212104A - プリント回路板の製造方法、プリント回路板およびそのプリント回路板を備えた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】アンダーフィル材の裏面側への流れ出しを防止したプリント回路板を簡易に製造できるプリント回路板の製造方法、プリント回路板およびそのプリント回路板を備えた電子機器を提供する。
【解決手段】プリント回路板の製造方法は、スルーホールと、半導体パッケージの一方の面に設けられた複数のバンプが実装されるための複数の電極パッドとを備えたプリント配線板を準備する準備工程と、準備工程により準備されたプリント配線板における複数の電極パッドおよびスルーホールのそれぞれの表面に接合材を塗布する塗布工程と、塗布工程により接合材が塗布されたプリント配線板の複数の電極パッド上に半導体パッケージの複数のバンプを対向させて実装する実装工程と、実装工程により半導体パッケージが実装されたプリント配線板を加熱して接合材によりバンプと電極パッドとを接合する接合工程と、半導体パッケージと、プリント配線板との間に充填材を流し込む流込工程とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、プリント配線板に半導体パッケージを実装して構成されるプリント回路板の製造方法、プリント回路板およびそのプリント回路板を備えた電子機器に関する。

従来、パーソナルコンピュータ、ハードディスク装置等の電子機器はプリント回路板を有している。プリント回路板は、プリント配線板に半導体パッケージを実装して構成されている。従来のプリント回路板は、例えば、特許文献１に記載されている製造方法によって製造されている。この製造方法では、スルーホールを備えたプリント配線板へのＢＧＡ（Ball Grid Array）の実装工程と、プリント配線板とＢＧＡとの隙間へのアンダーフィル材の流し込み工程とが行われているが、それらの前に接着剤等の塞ぎ材でスルーホールを塞ぐ工程が行われている。
特開２００４−７９６２１号公報

従来、プリント回路板では、半導体パッケージとプリント配線板との接合部分の信頼性を高めるため、前述のプリント回路板のように半導体パッケージとプリント配線板との間にアンダーフィル材が流し込まれていることがある。

しかしながら、プリント配線板にスルーホールが形成されているときは、アンダーフィル材を流しこんだときにアンダーフィル材がスルーホールを通って裏面側に流れ出してしまうという課題があった。

この点、前述の特許文献１記載の製造方法のように、スルーホールを塞ぎ材で塞ぐ工程を行うことにより、アンダーフィル材の裏面側への流れ出しを防止することは可能である。

しかしながら、特許文献１記載の製造方法では、半導体パッケージを実装する実装面の裏面（反対）側の面に塞ぎ材を接着しなければならないため、製造工程が煩雑になるという課題がある。しかも、スルーホールの反対側が塞がれていても、実装面側は開口していて、スルーホール内も中空のままなので、スルーホール内へのアンダーフィル材の進入を排除することができないし、実装面側での濡れ広がりを防止することもできない。したがって、アンダーフィル材がプリント配線板上を必要以上に広がってしまい、余計なアンダーフィル材を塗布しなければならない。

また、特許文献１には、半導体パッケージの実装面側を塞ぎ材で塞ぐことについても開示されている。しかし、この手法では、スルーホールを塞ぐのに半導体パッケージの実装とは別の材料を用いる必要があり、これによって、製造工程が煩雑になるし、接合部分における信頼性の低下を招くおそれがある。

さらに、スルーホールの場所を別の場所に移動させることによって、アンダーフィル材の流れ出しを回避するという考え方もあるが、配線の都合など、プリント配線板の電気的な特性を確保する上でその移動が困難なこともある。

そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたもので、アンダーフィル材の裏面側への流れ出しを防止したプリント回路板を簡易に製造できるプリント回路板の製造方法、プリント回路板およびそのプリント回路板を備えた電子機器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、スルーホールと、半導体パッケージの一方の面に設けられた複数のバンプが実装されるための複数の電極パッドとを備えたプリント配線板を準備する準備工程と、準備工程により準備されたプリント配線板における複数の電極パッドおよびスルーホールのそれぞれの表面に接合材を塗布する塗布工程と、塗布工程により接合材が塗布されたプリント配線板の複数の電極パッド上に半導体パッケージの複数のバンプを対向させて実装する実装工程と、実装工程により半導体パッケージが実装されたプリント配線板を加熱して接合材によりバンプと電極パッドとを接合する接合工程と、半導体パッケージと、プリント配線板との間に充填材を流し込む流込工程とを有するプリント回路板の製造方法を特徴とする。

また、本発明は、複数のバンプを備えた半導体パッケージと、スルーホールと、半導体パッケージの一方の面に設けられた複数のバンプが実装されるための複数の電極パッドとを備えたプリント配線板とを有し、複数のバンプと複数の電極パッドとが接合材によって接合され、かつ半導体パッケージとプリント配線板との間に充填材が流し込まれることによって半導体パッケージがプリント配線板に実装され、スルーホールの開口部が接合材と同じ接合材によって閉鎖されているプリント回路板を提供する。

さらに本発明は、プリント回路板を備えた電子機器であって、プリント回路板は、複数のバンプを備えた半導体パッケージと、スルーホールと、半導体パッケージの一方の面に設けられた複数のバンプが実装されるための複数の電極パッドとを備えたプリント配線板とを有し、複数のバンプと複数の電極パッドとが接合材によって接合され、かつ半導体パッケージとプリント配線板との間に充填材が流し込まれることによって半導体パッケージがプリント配線板に実装され、スルーホールの開口部が接合材と同じ接合材によって閉鎖されている電子機器を提供する。

以上詳述したように、本発明によれば、アンダーフィル材の裏面側への流れ出しを防止したプリント回路板を簡易に製造できるプリント回路板の製造方法、プリント回路板およびそのプリント回路板を備えた電子機器が得られる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。

図１はパーソナルコンピュータ１の外観の構成を示す斜視図である。このパーソナルコンピュータ１は本発明の実施の形態に係る電子機器であって、後述するプリント回路板１０を有している。本実施の形態では、プリント回路板を備えた電子機器として、図１に示すようなパーソナルコンピュータ１を例にとって説明する。

図１に示すパーソナルコンピュータ１は本体ハウジング２と、液晶表示パネルが組み込まれた表示ユニット３とを有する携帯可能なノート型のコンピュータである。

本体ハウジング２は表側にキーボード４が設けられ、内部にプリント回路板１０が備えられている。

ここで、図２は後述するプリント配線板１１の一部省略した平面図、図３はプリント配線板１１上に後述するＢＧＡ２０を実装するとともに、アンダーフィル材３０を流し込むことで得られるプリント回路板１０をIII-III線で切断した場合の断面図、図４は同じくIV-IV線で切断した場合の断面図である。

プリント回路板１０は、図３に示すように、プリント配線板１１と、半導体パッケージとしてのＢＧＡ２０と、充填材としてのアンダーフィル材３０とを有し、ＢＧＡ２０がプリント配線板１１に実装され、かつＢＧＡ２０とプリント配線板１１との間に、アンダーフィル材３０が流し込まれて構成されている。

プリント配線板１１は図２に示すように、ＢＧＡ２０が実装される側の表面（実装面）１１ａに、ＢＧＡ２０が実装される実装領域１２が確保されている。また、プリント配線板１１は実装面１１ａにおける実装領域１２に、後述するはんだバンプ２５を実装するための電極パッドとしての複数の銅パッド１３が形成されるとともに、スルーホール１４が形成され、実装領域１２の外側近傍に別のスルーホール１５が形成されている。銅パッド１３はＢＧＡ２０の後述するはんだバンプ２５に対応して形成されている。

スルーホール１４、１５はプリント配線板１１の実装面１１ａと、その裏側の面（裏面）１１ｂとを貫通している。スルーホール１４、１５は、はんだ１７によって開口部が閉鎖され、かつ内部がはんだ１７によって埋め尽くされている。

ＢＧＡ２０はＩＣチップ２１と、封止樹脂２２と、コア材２３と、ソルダーレジスト２４と、はんだバンプ２５と、ダイアタッチフィルム２６とを有している。ＢＧＡ２０はコア材２３の表側にダイアタッチフィルム２６を介してＩＣチップ２１を搭載し、表側全体を封止樹脂２２により封止した樹脂パッケージであって、裏面側にはんだバンプ２５が複数設けられている。

さらにアンダーフィル材３０はスルーホール１５に配置されているはんだ１７の後述するはんだ凸部１７ａによって外側方向への流れ出しが抑制され、スルーホール１５よりも内側に配置されている。

以上の構成を有するプリント回路板１０は、次のようにして製造されている。ここで、図５は、ＢＧＡ２０の図３と同様の断面図、図６はプリント配線板１１の図３と同様の断面図である。

まず、前述した構成を備えたＢＧＡ２０と、プリント配線板１１とを準備する。ただし、プリント配線板１１のスルーホール１４，１５ははんだ１７が埋められることなく中空の状態である。

次に、プリント配線板１１を対象にしたはんだ印刷工程を行い、実装面１１ａに形成されている銅パッド１３とスルーホール１４、１５の表面に同じはんだを一度に塗布して、図６に示すように、銅パッド１３とスルーホール１４、１５の表面にはんだペースト１８を形成する。この場合、銅パッド１３については、その表面の大きさに対応した量のはんだを塗布し、スルーホール１４，１５については、スルーホール１４，１５それぞれの開口部を閉鎖可能でかつ内部を埋め尽くせる量のはんだを塗布する。この場合、はんだペースト１８の表面にはフラックス１９が塗布されている。また、スルーホール１４、１５については、それぞれの開口部を塞ぐようにしてはんだを塗布する。

次に、はんだバンプ２５と銅パッド１３との位置を合わせて対向させ、はんだバンプ２５をはんだペースト１８を介して銅パッド１３上に載置して実装する。

続いて、ＢＧＡ２０とともにプリント配線板１１を図示しないリフロー炉の中に納めて加熱し、はんだリフローを行う。こうすると、はんだペースト１８が溶けてはんだバンプ２５と銅パッド１３とがはんだで接合される。このとき、ＢＧＡ２０とともにプリント配線板１１を加熱することによって、はんだバンプ２５と銅パッド１３との接合を硬化させてもよい。プリント配線板１１を加熱する代わりに、ＢＧＡ２０とともにプリント配線板１１に紫外線を照射して、はんだバンプ２５と銅パッド１３との接合を硬化させてもよい。

また、このはんだリフローを行うと、図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、スルーホール１４、１５上に塗布したはんだペースト１８も溶け、はんだペースト１８はスルーホール１４、１５の内部に入り込む。ただし、スルーホール１４，１５には、スルーホール１４，１５それぞれの開口部を閉鎖可能でかつ内部を埋め尽くせる量のはんだを塗布しているので、塗布したはんだの一部がスルーホール１４、１５の外側に位置し、開口部を外側から閉鎖する格好になる。そうすると、図７（ｃ）に示すように、はんだペースト１８が溶解して形成されるはんだ凸部１７ａがスルーホール１５上に形成される。また、はんだ凸部１７ａの表面にはフラックス１９が残っている。

続いて、ＢＧＡ２０とプリント配線板１１との間にアンダーフィル材３０を流し込む。こうして、前述したプリント回路板１０を製造することができる。

ここで、図９〜１１を参照して、本発明に関連するプリント配線板１０１について説明する。図９に示すように、プリント配線板１０１は前述したプリント回路板１０と同様のＢＧＡ２０をプリント配線板９１に実装し、ＢＧＡ２０とプリント配線板９１との間にアンダーフィル材３０を流し込んだものである。

しかしながら、図１０に示すように、プリント配線板９１は、はんだ印刷工程が行われる際に、スルーホール１４，１５を除く銅パッド１３だけを対象にしたはんだ印刷が行われているため、銅パッド１３にははんだペースト１８が形成されているものの、スルーホール１４，１５にはんだペースト１８が形成されていない。そのため、スルーホール１４，１５ははんだが入り込むことなく貫通したままである。

したがって、図１１に示すように、ＢＧＡ２０を実装し、続いてアンダーフィル材３０を流し込んだときに、丸印Ｐ１を付した箇所のようにアンダーフィル材３０が実装面９１ａ側からスルーホール１４，１５を通って裏面９１ｂ側に流れ出してしまう。しかも、丸印Ｐ２を付した箇所のように、実装面９１ａ上をアンダーフィル材３０がスルーホール１５よりも外側に広がってしまい、スルーホール１５よりも外側への濡れ広がりが発生してしまうといった課題がある。

これに対し、プリント回路板１０では、製造段階で銅パッド１３およびスルーホール１４，１５を対象にしたはんだ印刷を行うことにより、銅パッド１３およびスルーホール１４，１５にはんだペースト１８を形成している。そのため、スルーホール１４，１５がはんだ１７（さらにはフラックス１９）で埋め尽くされている。

そのため、プリント回路板１０では、アンダーフィル材３０を流し込んでも、アンダーフィル材３０がスルーホール１４，１５を通って、裏面１１ｂ側に流れ出すようなことはない。したがって、プリント回路板１０は余計なアンダーフィル材３０を流し込むことなく製造することができるから、必要とされるアンダーフィル材３０の量を抑えることができる。しかも、プリント回路板１０の場合は、はんだ凸部１７ａが形成されているため、はんだ凸部１７ａによってアンダーフィル材３０の移動が阻止され、スルーホール１５よりも外側へのアンダーフィル材３０の濡れ広がりが起き難くなっており、アンダーフィル材３０がスルーホール１５よりも内側に配置されるようになっている。そのため、必要とされるアンダーフィル材３０の量をいっそう抑えることができるようになっている。

さらに、アンダーフィル材３０の流れ出しを避けるためにスルーホール１４，１５の位置を移動させる必要もないので、スルーホール１４，１５は配線の都合など、電気的な特性を考慮して最適な位置に形成することができ、したがって、プリント回路板１０は設計自由度が高くなっている。

その上、プリント回路板１０は、プリント配線板１１の実装面１１ａ側における銅パッド１３へのはんだ印刷工程の際に、銅パッド１３とともにスルーホール１４、１５の表面に対し、同じはんだを用いて同じタイミングに、はんだペースト１８を形成している。

このように、プリント回路板１０の製造方法では、はんだの印刷箇所を少し変更するだけでスルーホール１４、１５を閉鎖するようにしているから、特許文献１（特開２００４−７９６２１号公報）記載の製造方法のように、裏面側を塞ぎ材で塞ぐ場合と異なり、製造工程が煩雑になることはなく、プリント回路板１０を簡易に製造することができる。

また、実装面１１ａ側に銅パッド１３と同じはんだを用いてスルーホール１４、１５を閉鎖しているから、接合部分における信頼性の低下を招くこともない。

（変形例）
以上の実施の形態では、スルーホール１４、１５の実装面１１ａ側にはんだペースト１８を形成しているが、図８（ａ），（ｂ）に示すように、はんだペースト１８をスルーホール１４、１５の裏面１１ｂ側に形成してもよい。この場合、はんだ印刷を行う際に、スルーホール１４、１５には、開口部を閉鎖可能でかつ内部を埋め尽くせる量のはんだを塗布する。すると、はんだリフローを行い、プリント配線板１１を加熱したときに、はんだペースト１８が溶けてスルーホール１４、１５の内部に入り込み、図８（ｂ）に示すように、裏面１１ｂ側からスルーホール１４、１５内がはんだ１７で埋め尽くされてスルーホール１４、１５が閉鎖され、それぞれの開口部が塞がれる。塗布するはんだの量によっては、図８（ｃ）に示すように、実装面１１ａ側にはんだの濡れ広がり１８ａが少し残ることもあるが、この場合も、スルーホール１４、１５内がはんだ１７で埋め尽くされてスルーホール１４、１５が閉鎖される。

そのため、実装面１１ａ側にＢＧＡ２０を実装した後、アンダーフィル材３０の流し込みを行っても、アンダーフィル材３０がスルーホール１４、１５を通って裏面１１ｂ側に流れ出すようなことはない。したがって、このようにして製造しても、余計なアンダーフィル材３０の流し込みが不要になる。この製造方法では、裏面１１ｂ側にはんだ印刷を行う必要があるが、銅パッド１３に塗布するはんだと同じはんだを用いることができるので、製造工程が煩雑になることはない。この場合、スルーホール１４、１５の裏面１１ｂ側に塗布するはんだの量を増やして実装面１１ａ側にはんだが突出するようにしてもよい。こうすると、突出したはんだにより、アンダーフィル材３０の実装面１１ａ側における濡れ広がりを防止することができる。

さらに、以上の実施の形態では、実装面１１ａ、裏面１１ｂのいずれか一方にＢＧＡ２０を実装しているが、ＢＧＡ２０は実装面１１ａ、裏面１１ｂの双方に実装してもよい。この場合、例えば、実装面１１ａについては、銅パッド１３と、スルーホール１４、１５の双方にはんだを塗布する工程（拡張塗布工程）を行い、裏面１１ｂについては、銅パッド１３だけにはんだを塗布する工程（実装用塗布工程）を行えばよい。このようにしても、スルーホール１４、１５をはんだで閉鎖できるので、アンダーフィル材３０の裏面への流れ出しを防止することができる。

以上の説明は、本発明の実施の形態についての説明であって、この発明の装置及び方法を限定するものではなく、様々な変形例を容易に実施することができる。又、各実施形態における構成要素、機能、特徴あるいは方法ステップを適宜組み合わせて構成される装置又は方法も本発明に含まれるものである。

パーソナルコンピュータの外観の構成を示す斜視図ある。 プリント配線板の一部省略した平面図である。 プリント配線板上に後述するＢＧＡを実装するとともに、アンダーフィル材を流し込むことで得られるプリント回路板の図２におけるIII-III線断面図ある。 同じくIV-IV線断面図である。 ＢＧＡの図３と同様の断面図である。 プリント配線板の図３と同様の断面図である。 スルーホールとはんだペーストを示す図で、（ａ）ははんだペースト形成前、（ｂ）ははんだペースト形成後、（ｃ）ははんだリフロー後を示す断面図である。 変形例にかかるスルーホールとはんだペーストを示す図で、（ａ）ははんだペースト形成後、（ｂ）ははんだリフロー後を示す断面図、（ｃ）は同じく別の断面図である。 本発明に関連するプリント回路板におけるＢＧＡの図３と同様の断面図である。 同じく、プリント配線板の図３と同様の断面図である。 同じく、プリント回路板の図４と同様の断面図である。

符号の説明

１…パーソナルコンピュータ、１０…プリント回路板、１１…プリント配線、１２…実装領域、１３…銅パッド、１４、１５…スルーホール、１７…はんだ、１８…はんだペースト、２０…ＢＧＡ、２１…ＩＣチップ、２５…はんだバンプ、３０…アンダーフィル材。

Claims (12)

1. スルーホールと、半導体パッケージの一方の面に設けられた複数のバンプが実装されるための複数の電極パッドとを備えたプリント配線板を準備する準備工程と、
   前記準備工程により準備された前記プリント配線板における前記複数の電極パッドおよび前記スルーホールのそれぞれの表面に接合材を塗布する塗布工程と、
   前記塗布工程により前記接合材が塗布された前記プリント配線板の前記複数の電極パッド上に前記半導体パッケージの前記複数のバンプを対向させて実装する実装工程と、
   前記実装工程により前記半導体パッケージが実装された前記プリント配線板を加熱して前記接合材により前記バンプと前記電極パッドとを接合する接合工程と、
   前記半導体パッケージと、前記プリント配線板との間に充填材を流し込む流込工程とを有することを特徴とするプリント回路板の製造方法。
2. 前記塗布工程における前記スルーホールの表面への前記接合材の塗布は、前記スルーホールの開口部を塞ぐようにして行うことを特徴とする請求項１記載のプリント回路板の製造方法。
3. 前記プリント配線板を加熱するときに、前記塗布工程において塗布された前記スルーホールの表面への前記接合材が、前記スルーホール内に流れ込み前記接合材が塗布された側とは反対側の前記スルーホールの開口部を塞ぐことを特徴とする請求項１記載のプリント回路板の製造方法。
4. 前記塗布工程において、前記スルーホールのうち、前記プリント配線板の前記半導体パッケージが実装される実装領域に配置されているスルーホールおよび該実装領域の外側近傍に配置されているスルーホールに前記接合材を塗布することを特徴とする請求項１記載のプリント回路板の製造方法。
5. 前記接合材は、はんだであることを特徴とする請求項１記載のプリント回路板の製造方法。
6. 前記流込工程により前記充填材が流し込まれた前記プリント配線板について、前記バンプと前記電極パッドとの接合を硬化させる硬化工程を更に有することを特徴とする請求項１記載のプリント回路板の製造方法。
7. 前記硬化工程は、前記プリント配線板に紫外線を照射することにより行われることを特徴とする請求項６記載のプリント回路板の製造方法。
8. 前記流込工程により前記充填材が流し込まれた前記プリント配線板を加熱することによって、前記バンプと前記電極パッドとの接合を硬化させる硬化工程を更に有することを特徴とする請求項１記載のプリント回路板の製造方法。
9. 複数のバンプを備えた半導体パッケージと、
   スルーホールと、前記半導体パッケージの一方の面に設けられた複数のバンプが実装されるための複数の電極パッドとを備えたプリント配線板とを有し、
   前記複数のバンプと前記複数の電極パッドとが接合材によって接合され、かつ前記半導体パッケージと前記プリント配線板との間に充填材が流し込まれることによって前記半導体パッケージが前記プリント配線板に実装され、
   前記スルーホールの開口部が前記接合材と同じ接合材によって閉鎖されていることを特徴とするプリント回路板。
10. 前記スルーホールは、前記半導体パッケージが実装される実装領域の外側近傍に配置され、
    前記充填材が前記スルーホールよりも内側に配置されていることを特徴とする請求項９記載のプリント回路板。
11. 前記接合材がはんだであることを特徴とする請求項９記載のプリント回路板。
12. プリント回路板を備えた電子機器であって
    前記プリント回路板は、複数のバンプを備えた半導体パッケージと、
    スルーホールと、前記半導体パッケージの一方の面に設けられた複数のバンプが実装されるための複数の電極パッドとを備えたプリント配線板とを有し、
    前記複数のバンプと前記複数の電極パッドとが接合材によって接合され、かつ前記半導体パッケージと前記プリント配線板との間に充填材が流し込まれることによって前記半導体パッケージが前記プリント配線板に実装され、
    前記スルーホールの開口部が前記接合材と同じ接合材によって閉鎖されていることを特徴とする電子機器。

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