JPH09326412A

JPH09326412A - ハンダボールの取り付け方法

Info

Publication number: JPH09326412A
Application number: JP8145374A
Authority: JP
Inventors: Hideki Ogoshi; 秀樹大越; Tokio Ogoshi; 時夫大越
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 1996-06-07
Filing date: 1996-06-07
Publication date: 1997-12-16

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明はハンダボールの取り付け方法に関
し、ハンダボールを回路基板に確実に融着させることが
できるハンダボールの取り付け方法を提供することを目
的としている。【解決手段】回路基板のハンダボールが取り付けられ
るパッドの周囲に仮固定用のレジストをパッドの厚さよ
りも厚めに形成する第１の工程と、該レジストが形成さ
れた回路基板を、ハンダボールが配置された転写用治具
の上から押しつけて、ハンダボールを回路基板のパッド
部分にフラックスを介して転写する第２の工程と、該回
路基板に転写されたハンダボールを、回路基板に形成さ
れたパッドに融着させる第３の工程とにより構成さる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はハンダボールの取り
付け方法に関し、更に詳しくは半導体素子が搭載された
回路基板（以下回路基板という）をＢＧＡ（ボール・グ
リッド・アレイ）状に配置された入出力端子を介してマ
ザーボードに取り付ける場合におけるハンダボールの取
り付け方法に関する。

【０００２】従来、プリント回路基板に部品を実装する
場合は、その表面に回路部品を乗せて、回路部品のリー
ドをスルーホールに差し込み、ハンダ付けするのが普通
であった。しかしながら、近年、回路部品の実装密度が
向上し、それに伴い配線パターンも微細化し、回路部品
のピン数も大幅に増加している。このような回路基板の
高密度化に伴い、プリント回路基板も３層以上のものが
用いられるようになってきている。

【０００３】

【従来の技術】電子機器が小型で高機能になるにつれ、
プリント回路基板（マザーボード）は限られたスペース
で多くの入出力端子を引き出す必要がある。この目的の
ために、ＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）パ
ッケージ（以下ＢＧＡという）が用いられるようになっ
てきている。ＢＧＡは、ＬＳＩ等を搭載するパッケージ
の底部をマトリクス状のハンダボールが取り付けられる
ように、マトリクス状のパターン構成とし、該ハンダボ
ールがマトリクス状に形成された端子をマザーボードに
融着させて、該パッケージとマザーボードとの電気的接
続を得るものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述したＢＧＡのピン
数は、最大２００を超える端子を持つものも実用化され
てきている。この場合において、回路基板にハンダボー
ルを取り付ける場合、正確な位置決めが困難であり、こ
のためハンダボールを溶融する時に隣同士のハンダボー
ルが融着してしまうという問題があった。

【０００５】本発明はこのような課題に鑑みてなされた
ものであって、ハンダボールを回路基板に確実に融着さ
せることができるハンダボールの取り付け方法を提供す
ることを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記した課題を解決する
本発明は、回路基板のハンダボールが取り付けられるパ
ッドの周囲に仮固定用のレジストをパッドの厚さよりも
厚めに形成する第１の工程と、該レジストが形成された
回路基板を、ハンダボールが配置された転写用治具の上
から押しつけて、ハンダボールを回路基板のパッド部分
にフラックスを介して転写する第２の工程と、該回路基
板に転写されたハンダボールを、回路基板に形成された
パッドに融着させる第３の工程とにより構成されること
を特徴としている。

【０００７】この発明の構成によれば、回路基板のハン
ダボールが取り付けられるパッドの周囲に仮固定用のレ
ジストをパッドの厚さよりも厚めに形成することによ
り、ハンダボールが動くことがレジストのために規制さ
れるので、該回路基板に転写されるハンダボールを正確
に位置決めすることが可能となり、ハンダボールを回路
基板に確実に融着させることができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態例を詳細に説明する。図１は本発明方法の一実
施の形態例を示すフローチャートである。本発明は、回
路基板のハンダボールが取り付けられるパッドの周囲に
仮固定用のレジストをパッドの厚さよりも厚めに形成す
る第１の工程と、該レジストが形成された回路基板を、
ハンダボールが配置された転写用治具の上から押しつけ
て、ハンダボールを回路基板のパッド部分にフラックス
を介して転写する第２の工程と、該回路基板に転写され
たハンダボールを、回路基板に形成されたパッドに融着
させる第３の工程とにより構成されている。そして、こ
のような工程をとることにより、回路基板のハンダボー
ルが取り付けられるパッドの周囲に仮固定用のレジスト
を印刷し、該回路基板に転写されるハンダボールを正確
に位置決めすることが可能となり、ハンダボールを回路
基板に確実に融着させることができる。

【０００９】図２は本発明方法による製造工程の一実施
の形態例を示す図である。（ａ）回路基板としてのパッケージのハンダボールが取
り付けられるパッドの周囲に第１層の液状レジストを印
刷する。印刷はスクリーン印刷法を用いて行なう。

【００１０】図（ａ）において、１０はＬＳＩ等よりな
る回路基板としてのパッケージである。パッケージ１０
の裏面において、１ａは第１層の液状レジスト、２はパ
ッド電極（以下単にパッドと略する）である。ここで、
パッドとはハンダボールを介してパッケージとプリント
回路基板（マザーボード）との電気的接続をとるための
金属導体である。第１層の液状レジスト１ａを印刷する
ことにより、パッド２の表面も液状レジストに覆われ
る。

【００１１】（ｂ）パッド２の表面部分に塗布されてい
る第１層の液状レジスト１ａを除去し、第１層レジスト
を硬化させる。図（ｂ）において、１は硬化した第１層
レジストである。パッド２の表面からレジストが除去さ
れている。

【００１２】（ｃ）硬化した第１層レジスト１の表面
に、更に第２層の液状レジストを印刷する。図（ｃ）に
おいて、３ａは第１層の硬化レジスト１の表面に印刷さ
れた第２層の液状レジストである。パッド２の表面も、
この液状レジスト３ａに覆われる。

【００１３】（ｄ）パッド２の表面部分に塗布されてい
る第２層の液状レジスト３ａを除去し、第２層レジスト
を硬化させる。図（ｄ）において、３は硬化した第２層
レジストである。パッド２の表面からレジストが除去さ
れている。

【００１４】（ｅ）この状態で、パッド２の表面にハン
ダボールを付着させるためのフラックスを塗布し、転写
用治具に配置されているハンダボールをパッド２に転写
する。実際には、図３に示すようにしてハンダボールを
パッケージ１０に転写する。図３において、１１は所定
の間隔で窪みが設けられた転写用治具である。この転写
用治具１１の窪みに予めハンダボール４ａを乗せてお
き、その頂上にはフラックス５を塗布しておく。そし
て、上からパッケージを矢印に示す方向に押しつけ、ハ
ンダボール４ａをパッケージ１０側に転写する。ハンダ
ボール４ａはフラックス５によりパッケージ１０のパッ
ド２に仮固定する。なお、ハンダボール４ａの直径は
０．７ｍｍ程度である。図２の（ｅ）は、そのようにし
てハンダボール４ａが転写されたパッケージを図３に示
す状態から上下反転したものである。ハンダボール４ａ
は、その周囲に形成された硬化レジスト１，３のために
規制され、転がる（移動する）ことがなくなり、正確に
位置決めを行なうことができる。

【００１５】この実施の形態例によれば、回路基板のハ
ンダボールが取り付けられるパッドの周囲に仮固定用の
レジストをパッドの厚さよりも厚めに形成することによ
り、ハンダボールが動くことがレジストのために規制さ
れるので、該回路基板に転写されるハンダボールを正確
に位置決めすることが可能となり、ハンダボールを回路
基板に確実に融着させることができる。

【００１６】（ｆ）ハンダボール４ａをパッド２に融着
させる。（ｅ）に示す状態で、ハンダボール４ａに２００゜Ｃ〜
２４０゜Ｃ程度の熱を加えることにより、ハンダボール
をパッド２に融着させる。４は融着により形成されたハ
ンダボール端子である。図４はこのようにして形成され
たハンダボール端子の状態を示す図である。レジストに
より、ハンダボールの位置が規制されるので、正確なハ
ンダボールの位置決めができ、隣同士のハンダボールが
融着することはない。

【００１７】なお、このようにして形成されたハンダボ
ール端子４をマザーボードに融着する時には、図５に示
すように示すようにして行なう。図において、２０はパ
ッケージや、抵抗，コンデンサ等の回路部品により構成
されているプリント回路基板（マザーボード）である。
該マザーボード２０にも、パッケージ１０と同じ間隔で
パッドが形成されており、このパッドとハンダボール端
子４とを当接させ、加熱処理（リフロー）により融着さ
せる。ハンダボール４はマザーボード２０のパッドと融
着し、パッケージ１０がマザーボード２０に電気的に接
続される。

【００１８】なお、パッドの周囲に形成するレジストの
厚さは、パッドの厚さ３０μｍよりも厚くする必要があ
り、このため４０μｍ〜５０μｍ程度の厚さが必要とな
る。このような厚さのレジストを１回の印刷で形成する
ことは困難であるので、実際には、前述したように２０
μｍ〜２５μｍ程度の厚さのレジストを２回印刷するこ
とにより、４０μｍ〜５０μｍ程度の厚さを得るように
している。

【００１９】図６はレジストの形成方法の説明図であ
る。先ず、パッケージ１０の表面に第１層レジスト１を
印刷し、その上に第２層レジスト３を印刷する。この場
合において、第２層レジスト３は、第１層レジスト１よ
りも少しずらして印刷するようにする。レジストを形成
しやすくするためと、ハンダボール４ａの位置規制に都
合のよい形状とするためである。

【００２０】上述の実施の形態例では、回路基板として
パッケージを用いた場合を例にとったが、本発明はこれ
に限るものではなく、他の種類の回路基板に適用するこ
とができることは言うまでもない。

【００２１】また、上述の実施の形態例では、回路基板
上に液状レジストを塗布する際にスクリーン印刷法を用
いた場合を例にとった。しかしながら、本発明はこれに
限るものではなく、その他の方法、例えばスプレーコー
ト法、カーテンコート法を用いることもできる。また、
その際、所望のレジスト厚みを得るために、複数回のレ
ジスト形成を用いてもよく、２回目以降のレジスト形成
方法は、第１回目のレジスト形成法と同一でなくてもよ
い。

【００２２】また、液状レジスト以外にも、フィルム状
のレジストを用いてもよい。フィルム状レジストを用い
る際には、先ずフィルム状レジストと回路基板は貼り合
わされる。次に、マスクを用いての露光，現像，本硬化
を行なう。フィルム状レジストを用いる際には、液状レ
ジストを用いる場合と異なり、仮乾燥の必要はない。ち
なみに、レジストの形成法としては、前者の液状レジス
トを用いるスクリーン印刷法を採用した方が、生産性並
びに塗布量の均一性の面で有利である。

【００２３】また、上記実施の形態例の場合は、ハンダ
ボール上にハンダフラックスを例えば転写法で塗布し、
次いで、パッド上に予めフラックスが塗布されているハ
ンダボールを転写するようにしたが、これ以外にもパッ
ドにハンダフラックスを介してハンダボールを仮固定す
る際、適量のハンダフラックスをスクリーン印刷やディ
スペンサ等を用いてパッドに塗布し、次いで、パッドに
ハンダボールを接着させるようにしてもよい。

【００２４】また、上記実施の形態例の場合は、ハンダ
ボールの組成としては、代表的なＰｂ−Ｓｎ系の共晶組
成（Ｐｂ６３％）を用いたが、本発明はこの組成に限定
されるものではなく、共晶組成以外のＰｂ−Ｓｎ系ハン
ダボールを用いてもよい。ちなみに、本発明に関する半
導体装置は、ハンダボール端子を介して電子部品実装用
の電子回路基板（プリント回路基板）に加熱処理（リフ
ロー）により接続されるもので、上記実施の形態例のよ
うに、ハンダボールの組成としては代表的なＰｂ−Ｓｎ
系の共晶組成（Ｐｂ６３％）を用いた場合には、他の電
子部品との一括加熱処理による端子接続が可能となり、
生産性の点で有利である。

【００２５】上述の実施の形態例では、パッドの周囲に
スクリーン印刷法によりレジストを形成する場合を例に
とったが、本発明はこれに限るものではなく、その他の
形成方法を用いることができる。

【００２６】

【実施例】レジスト厚みと、パッド径と、ハンダボール
径を種々変えて、ハンダボール端子不良率を求めたとこ
ろ、図７に示すような結果が得られた。１番〜３番は比
較のためのデータである。４番〜１５番が本願発明によ
るハンダボール端子不良率を示している。なお、パッド
厚みは３０μｍである。図より明らかなように、レジス
ト厚みがパッドの高さ（厚み）よりも低い比較例の場合
には、リフローを施してハンダボール端子を形成する際
において、不良発生率が高くなっている。これは、パッ
ド上に転写されたハンダボールは、相対的に高い位置で
あるパッド上から低い位置であるレジスト上へ転落する
ことにより位置ずれが生じやすいためと考えられる。

【００２７】また、実施の形態例においてはレジスト厚
みがパッドの高さよりも高い場合、パッド上に転写され
たハンダボールは、位置ずれ等の端子不良は生じていな
い。これは、パッドからリフロー時にハンダボールが転
落することによる位置ずれが生じにくいためと考えられ
る。従って、パッドより高いレジストを形成することに
よって、リフローを施してハンダボール端子を形成する
際において、ハンダボール端子のパッドからの位置ずれ
不良、或いは隣接するハンダボール同士の結合による不
良等の発生を防止することができる。図７より明らかな
ように、本発明によりハンダボール端子を形成する際の
不良発生率を非常に低く抑えたままパッド径も小さくす
ることができる。

【００２８】パッド径が大きくなれば、必然的にハンダ
ボール端子不良は減少する。しかしながら、逆にハンダ
ボール接続後のハンダボール高さも減少し（パッドへの
広がりにより）、パッケージのマザーボード実装が困難
になる。ハンダボール径／パッド径の比率は１〜２の範
囲が推奨される。好ましくは、１．０〜１．６の範囲で
ある。この比率はパッケージのピン数や配線設計により
決定すればよい。

【００２９】本発明は、レジスト厚みをパッドの厚みよ
りも厚くすることに最大の特徴がある。パッドの厚み
は、パッドを含んだ回路パターン設計仕様、使用目的等
に依存する。例えば、ガラスエポキシ銅張積層板の初期
銅箔厚み、その後の研磨、メッキ等の回路基板製造工程
によって決定される。パッドの厚みは１０〜５０μｍが
一般的であり、この場合においても、レジスト厚みは形
成されたパッド厚み以上にすればよいが、レジストの厚
みの最大値は、パッケージのマザーボード実装を阻害し
ない範囲を選択すればなんら問題はない。例えば、パッ
ド固定されているハンダボール高さの約４０％以下が望
ましい。好ましくは、形成されたパッド厚みより１０〜
５０μｍ厚くすることが好適である。前記厚み範囲のレ
ジスト形成においても、ハンダボール径／パッド径の比
率は、上記範囲を考慮すればよい。例えば、前記比率が
２．０以上であっても、前記レジスト厚み範囲であれば
良好なハンダボール接続を実現することができるが、パ
ッド強度（ハンダボール接続強度）が低下し、パッケー
ジのマザーボード実装の信頼性に悪影響を及ぼす場合が
ある。

【００３０】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、回路基板のハンダボールが取り付けられるパッ
ドの周囲に仮固定用のレジストをパッドの厚さよりも厚
めに形成する第１の工程と、該レジストが形成された回
路基板を、ハンダボールが配置された転写用治具の上か
ら押しつけて、ハンダボールを回路基板のパッド部分に
フラックスを介して転写する第２の工程と、該回路基板
に転写されたハンダボールを、回路基板に形成されたパ
ッドに融着させる第３の工程とにより構成されることに
より、回路基板のハンダボールが取り付けられるパッド
の周囲に仮固定用のレジストをパッドの厚さよりも厚め
に形成することにより、ハンダボールが動くことがレジ
ストのために規制されるので、該回路基板に転写される
ハンダボールを正確に位置決めすることが可能となり、
ハンダボールを回路基板に確実に融着させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の一実施の形態例を示すフローチャ
ートである。

【図２】本発明方法による製造工程の一実施の形態例を
示す図である。

【図３】パッケージへのハンダボールの転写の様子を示
す図である。

【図４】パッケージに形成されたハンダボール端子の状
態を示す図である。

【図５】パッケージのマザーボードへの取り付け状態を
示す図である。

【図６】レジストの形成方法の説明図である。

【図７】本発明による実験データを示す図である。

【符号の説明】

１ａ液状レジスト１硬化レジスト２パッド３ａ液状レジスト３硬化レジスト４ａハンダボール４ハンダボール端子５フラックス１０パッケージ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回路基板のハンダボールが取り付けられ
るパッドの周囲に仮固定用のレジストをパッドの厚さよ
りも厚めに形成する第１の工程と、該レジストが形成された回路基板を、ハンダボールが配
置された転写用治具の上から押しつけて、ハンダボール
を回路基板のパッド部分にフラックスを介して転写する
第２の工程と、該回路基板に転写されたハンダボールを、回路基板に形
成されたパッドに融着させる第３の工程とにより構成さ
れてなるハンダボールの取り付け方法。