JP2000277654A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボールグリッドアレイパッケージのプリント
回路板への実装後の機械的強度が向上した半導体装置を
提供すること。 【解決手段】 半導体チップ１２が樹脂封止されて設け
られているインターポーザ１６の裏面側に複数のはんだ
ボール１３を配してなるボールグリッドアレイパッケー
ジ１１と、ボールグリッドアレイパッケージ１１が実装
されるプリント回路板１９とを有する半導体装置におい
て、ボールグリッドアレイパッケージ１１およびプリン
ト回路板１９の端部に複数の貫通穴２１，２１’を設
け、貫通穴２１，２１’に固定手段を挿入し両者を固定
することを特徴とする半導体装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体チップが
樹脂封止されて設けられているインターポーザの裏面側
に複数のはんだボールを配してなるボールグリッドアレ
イパッケージと、このボールグリッドアレイパッケージ
が実装されるプリント回路板とを有する半導体装置にお
いて、ボールグリッドアレイパッケージとプリント回路
板とのはんだ接合後の接続強度が向上した半導体装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来のボールグリッドアレイパッ
ケージの構造を説明するための図であり、（ａ）は斜視
図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は裏面図である。ボールグ
リッドアレイパッケージ１１は、図４（ａ）および
（ｃ）に示すようにインターポーザ１６の裏面側に複数
のはんだボール１３を配してなる。また、図４（ｂ）に
示すように半導体チップ１４が例えばエポキシ樹脂１５
により樹脂封止され、かつ半導体チップ１４はインター
ポーザ１６にワイヤ１７により接続されている。

【０００３】図５は、従来のボールグリッドアレイパッ
ケージ１１のプリント回路板１９への実装方法を説明す
るための図である。まず、図５（ａ）に示すように、ボ
ールグリッドアレイパッケージ１１を実装するプリント
回路板１９のパッド２０上にクリームはんだ１８を印刷
する。次に、図５（ｂ）に示すように、実装機により位
置合わせを行い、パッド２０上にボールグリッドアレイ
パッケージ１１を実装する。続いて、ボールグリッドア
レイパッケージ１１が実装されたプリント回路板１９を
リフロー炉を通し、はんだボール１３を溶融させはんだ
付けを行う。

【０００４】このようなボールグリッドアレイパッケー
ジは、従来も数多く提案され、例えば特開平１０−２２
３７９８号公報には、リフロー炉でのはんだ付けの際
に、はんだの未溶融部分がなくなるように、インターポ
ーザに貫通穴を設けたボールグリッドアレイパッケージ
が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ボールグリッドアレイパッケージを含む半導体装置で
は、次のような問題点があった。 （１）図６（ａ）は、クワッドフラットパッケージ（Ｑ
ＦＰ）の斜視図であり、図６（ｂ）は、スモールアウト
ラインパッケージ（ＳＯＰ）の斜視図であり、これらは
ボールグリッドアレイパッケージと類似したパッケージ
の形態であるが、ボールグリッドアレイパッケージは、
ＱＦＰやＳＯＰと異なり、外部からの応力を吸収する効
果も併せ持つリードがないため、例えば携帯電話等のセ
ットに組み込んだ際、落下による衝撃やキーボタン押し
などによるプリント基板のたわみに対して弱く、はんだ
接合部のクラックが発生し易い。

【０００６】（２）図７は、従来のボールグリッドアレ
イパッケージの実装方式を説明するための図である。図
７（ａ）はその斜視図、図７（ｂ）は断面図である。ボ
ールグリッドアレイパッケージ１１のはんだ接合部の強
度を改善するために、ボールグリッドアレイパッケージ
１１とプリント回路板１９との間に、シリンジ７１によ
り補強材の樹脂（アンダーフィル材７２）を注入し、両
者の接合強度を改善しているが、アンダーフィル材７２
を使用するとこれを注入する工程が増え、製造コストも
増すという欠点がある。

【０００７】（３）また、アンダーフィル材７２を使用
すると、ボールグリッドアレイパッケージとプリント回
路板１９とが完全に固定されるため、ボールグリッドア
レイパッケージの交換（リペア）が困難となるという欠
点がある。 （４）図８は、従来の別のボールグリッドアレイパッケ
ージの実装方式を説明するための図であり、（ａ）は従
来のボールグリッドアレイパッケージの斜視図、（ｂ）
は断面図、（ｃ）は裏面図である。上記の方法とは別
に、インターポーザ１６の４隅に、強度対策としてダミ
ーバンプ８１を設ける方法があるが、この方法でもイン
ターポーザがねじれた時や曲げに対する耐性が低い。

【０００８】（５）上記以外の強度対策として、パッド
２０に対してはんだボール１３の径をできるだけ大きく
し、はんだ付けの面積を広くし強度を向上させる方法も
あるが、現在ＥＩＡＪ等でこのパッド２０やはんだボー
ル１３の径などのサイズを小さくする方向で規格化が検
討されており、このような手段は今後採用されにくくな
る可能性がある。

【０００９】したがってこの発明の目的は、ボールグリ
ッドアレイパッケージのプリント回路板への実装後の機
械的強度が向上した半導体装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、半導体チッ
プが樹脂封止されて設けられているインターポーザの裏
面側に複数のはんだボールを配してなるボールグリッド
アレイパッケージと、前記ボールグリッドアレイパッケ
ージが実装されるプリント回路板とを有する半導体装置
において、前記ボールグリッドアレイパッケージおよび
前記プリント回路板に複数の貫通穴を設け、前記貫通穴
に固定手段を挿入し両者を固定することを特徴とする半
導体装置を提供するものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、この発明のボールグリッ
ドアレイパッケージの構造を説明するための図であり、
（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は裏面図であ
る。この発明の一実施態様におけるボールグリッドアレ
イパッケージ１１は、図１（ａ）および（ｃ）に示すよ
うにインターポーザ１６の裏面側に複数のはんだボール
１３を配してなる。また、図１（ｂ）に示すように半導
体チップ１４は例えばエポキシ樹脂１５により樹脂封止
され、かつ半導体チップ１４はインターポーザ１６にワ
イヤ１７により接続されている。インターポーザ１６に
は、その材質として、樹脂，セラミック，ＴＡＢテープ
等が用いられる。また、この発明では、ボールグリッド
アレイパッケージ１１の端部、図１の態様ではインター
ポーザ１６の端部に複数の貫通穴２１、すなわち２個の
貫通穴２１を設けることを一つの特徴としている。

【００１２】図２は、この発明のボールグリッドアレイ
パッケージ１１のプリント回路板１９への実装方法を説
明するための図である。まず、図２（ａ）に示すよう
に、ボールグリッドアレイパッケージ１１を実装するプ
リント回路板１９のパッド２０上にクリームはんだ１８
を印刷する。次に、図２（ｂ）に示すように、実装機に
より位置合わせを行い、パッド２０上にボールグリッド
アレイパッケージ１１を実装する。続いて、ボールグリ
ッドアレイパッケージ１１が実装されたプリント回路板
１９をリフロー炉を通し、はんだボール１３を溶融させ
はんだ付けを行う。このリフロー炉の通過により、はん
だが溶融したときに生じるセルフアライメント効果（溶
融したはんだの表面張力の作用により、正しい実装位置
に動く現象）でもってボールグリッドアレイパッケージ
が正しい位置に実装される。

【００１３】さらに、この発明においては、ボールグリ
ッドアレイパッケージ１１およびプリント回路板１９に
複数の貫通穴を設け、この貫通穴に固定手段を挿入し両
者を固定することを特徴としている。図２によれば、ボ
ールグリッドアレイパッケージ１１とプリント回路板１
９が固定手段（図２の態様ではピン２２）により固定さ
れている。ボールグリッドアレイパッケージ１１には、
図１で示したようにその端部に２個の貫通穴２１が設け
られ、これと対応するようにプリント回路板１９にも貫
通穴が設けられ、そこにこのために設計された専用のピ
ン２２を挿入し、そのピン２２をはんだ付けもしくは接
着剤等で固定している。

【００１４】図３は、図２のＡ部の拡大図である。ピン
２２は、ボールグリッドアレイパッケージ１１およびプ
リント回路板１９の複数の貫通穴２１’に挿入され、ピ
ン２２は、プリント回路板１９の裏面より０．２ｍｍ〜
１．０ｍｍ突出している。インターポーザ１６とピン２
２とは、はんだ付けまたは接着剤２３により固定されて
いる。また、前記のピン２２の突出した部分とプリント
回路板１９とは、これもまたはんだ付けまたは接着剤２
３により固定されている。

【００１５】なお、ボールグリッドアレイパッケージ１
１の貫通穴２１を設ける位置は、ボールグリッドアレイ
パッケージの構造上や強度の確保上、その端部に位置
し、２個以上設けるのがよい。また貫通穴の径は０．３
ｍｍ〜１．０ｍｍとし、ピン径に対してプラス０．０５
ｍｍ〜０．１０ｍｍとするのがよい。プリント回路板１
９に設ける貫通穴２１’は、その穴数、穴位置、穴径共
にボールグリッドアレイパッケージ１１と同数、同位
置、同径で形成するのが望ましく、その形成法は通常の
基板製作工程で設けられるスルーホール等の同様の方法
を適用することができる。ピン２２の材質は、金属や樹
脂であることができ、その形状は作業工数を減らす目的
から１度に複数の貫通穴に挿入できるよう、コの字型や
３股に分かれた形状にすることができる。また、コの字
形状により、より強度を増すことができる。

【００１６】この発明の実施の態様における半導体装置
は、外部からの応力をピンが吸収するため、ボールグリ
ッドアレイパッケージのはんだ付け部に対する、落下な
どによる衝撃、曲げ、熱膨張による伸び等が緩和され
る。 また、はんだ付けに対する横方向の力に対して
は、はんだのせん断力にピンのせん断力が加わり、強度
向上が図れる。曲げに対しては下方からの押圧変形に対
して、十分な強度を有するピンで応力を吸収することが
できる。

【００１７】

【発明の効果】この発明によれば、ボールグリッドアレ
イパッケージのプリント回路板への実装後の機械的強度
が向上した半導体装置を提供することができる。また、
この発明によれば、従来用いられてきたアンダーフィル
材の使用が不要となり、製造コストの低減を図ることが
できる。さらに、この発明によれば、アンダーフィル材
の使用が不要となるため、ボールグリッドアレイパッケ
ージの交換（リペア）が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のボールグリッドアレイパッケージの
構造を説明するための図であり、（ａ）は斜視図、
（ｂ）は断面図、（ｃ）は裏面図である。

【図２】この発明のボールグリッドアレイパッケージの
プリント回路板への実装方法を説明するための図であ
る。

【図３】図２のＡ部の拡大図である。

【図４】従来のボールグリッドアレイパッケージの構造
を説明するための図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は
断面図、（ｃ）は裏面図である。

【図５】従来のボールグリッドアレイパッケージのプリ
ント回路板への実装方法を説明するための図である。

【図６】（ａ）は、クワッドフラットパッケージ（ＱＦ
Ｐ）の斜視図であり、（ｂ）は、スモールアウトライン
パッケージ（ＳＯＰ）の斜視図である。

【図７】従来のボールグリッドアレイパッケージの実装
方式を説明するための図である。

【図８】従来の別のボールグリッドアレイパッケージの
実装方式を説明するための図であり、（ａ）は従来のボ
ールグリッドアレイパッケージの斜視図、（ｂ）は断面
図、（ｃ）は裏面図である。

【符号の説明】

１１ ボールグリッドアレイパッケージ １３ はんだボール １４ 半導体チップ １５ エポキシ樹脂 １６ インターポーザ １７ ワイヤ １８ クリームはんだ １９ プリント回路板 ２０ パッド ２１，２１’ 貫通穴 ２２ ピン ２３ はんだ付けまたは接着剤 ７１ シリンジ ７２ アンダーフィル材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体チップが樹脂封止されて設けられ
   ているインターポーザの裏面側に複数のはんだボールを
   配してなるボールグリッドアレイパッケージと、前記ボ
   ールグリッドアレイパッケージが実装されるプリント回
   路板とを有する半導体装置において、 前記ボールグリッドアレイパッケージおよび前記プリン
   ト回路板に複数の貫通穴を設け、前記貫通穴に固定手段
   を挿入し両者を固定することを特徴とする半導体装置。