JP2001127202A - Bga型半導体装置 - Google Patents

Bga型半導体装置

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JP2001127202A JP31051199A JP31051199A JP2001127202A JP 2001127202 A JP2001127202 A JP 2001127202A JP 31051199 A JP31051199 A JP 31051199A JP 31051199 A JP31051199 A JP 31051199A JP 2001127202 A JP2001127202 A JP 2001127202A
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square
type semiconductor
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    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
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    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/11Manufacturing methods

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  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 BGA型半導体装置をプリント基板に接続
後、熱膨張による歪みによって生じるランドと半田ボー
ルの接合部の亀裂による接続不良を防止する。 【解決手段】 インターポーザー基板1の、四隅に近接
しているランド5を正方形に形成する。正方形の2組の
対辺はそれぞれインターポーザー基板の対角線に対して
平行、垂直の関係にある。一点鎖線A−A’は左上のラ
ンドの中心を通る対角線と平行な線である。正方形の二
組の対辺の向きをインターポーザー基板1の中心と当該
ランドの中心を結ぶ線に対し平行、垂直としてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置に関し、
特に半導体素子に接続されたインターポーザー基板と該
インターポーザー基板上に取り付けられた外部端子であ
る半田ボールとを備えるBGA型半導体装置に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】フラット・パッケージは近年、多ピン
化、小型化の要求の高まりと共に、パッケージの4辺か
らリードが出ているQFP(quad flat package)とし
て一般化してきた。これの変形としてSOP(small ou
tline package)、SOJ(smalloutline J-leaded pac
kage )がある。これは、リードが対向2辺から張り出
した構造を有するものである。パッケージ底面に、ピン
状の外部端子をグリッド状に垂直に立てて配置した基板
を使用したPGA(pin grid array)は外部端子を2次
元的に配置することにより、パッケージサイズをあまり
大きくせずに多ピン化できる特徴がある。また、パッケ
ージ本体が基板であるため多層配置線ができ、良い電気
特性を得るのが容易である。この系列で注目されるBG
Aはピンを取り除き、その代わりに突起状の電極を配置
したものである。BGAは表面実装型部品であるため、
小型・薄型実装に適している。しかし、その反面BGA
では従来のQFPにはない新たな不良モードとして、B
GA構造の特徴である半田ボールの付け根部分の剥離に
よる不良があることが知られている。
【0003】図4は、従来のBGA型半導体装置の斜視
図である。図に示すように、半導体素子2に、インター
ポーザ基板1を介して半田ボール3が取り付けられてい
る。BGA型半導体装置は、半導体素子2に、インター
ポーザー基板1を接着させ、その後外部端子である半田
ボール3を搭載して製造される。図5(a)は、BGA
型半導体装置の部分的な断面図であり、図5(b)は、
インターポーザー基板をランド側から見た平面図であ
る。図5(a)に示すように、インターポーザー基板1
の配線部4上に設置されたランド5に外部端子である半
田ボール3が半田接合部6を介して搭載されている。イ
ンターポーザー基板は、ポリイミドフィルム8と、ポリ
イミドフィルム8を半導体素子2に接着する接着剤7
と、ポリイミドフィルム8の一主面に形成された銅を主
成分とする配線部4と、ポリイミドフィルム8を貫通し
て配線部4と半導体素子2とを接続する金属充填部10
と、配線部4のランド5上および金属充填部10の形成
領域上を除く全面に形成されたソルダレジスト9とから
構成されている。図5(b)は、図4に示したBGA型
半導体装置を半田ボールを有する側から見た平面図であ
る。図5(b)に示されるように、インターポーザー基
板1に形成されるランド5は、製品によって大きさは異
なるが形状は全て円形に形成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図6、図7は、プリン
ト基板に接続したBGA型半導体装置が温度変化により
半田ボールの付け根部分にストレスが加わり、接続不良
を生じることを説明する図である。図6は、プリント基
板に接続したBGA型半導体装置の斜視図、図7
(a)、(b)は、図6の手前の列の左に位置するラン
ドと半田ボールの断面を経時的に示した図である。プリ
ント基板に実装した状態で温度サイクル試験を行なう
と、BGA型半導体装置はプリント基板11に半田ボー
ル3により固定されているので、図6に示すように、両
者の熱膨張率の差により半田ボール3にはBGA型半導
体装置の対角線に添った方向の応力aが作用する。ま
た、両者の熱膨張率の差はBGA型半導体装置に変形を
生じさせ、BGA型半導体装置に反りを発生させるよう
になる。この反りにより、図6に示すように、半田ボー
ルには垂直方向の応力bが作用するが、この応力は四隅
の半田ボールにおいて最大となる。そして、この応力
は、半田ボールの半導体装置の中心から最も離れた部分
に集中することにより、図7(a)に示すように、四隅
の半田ボールの先端部分に亀裂12が発生することにな
る。そして、温度サイクルが加わることにより、図7
(b)に示すように、やがて半田ボールに剥離13が発
生し、接続不良となる。
【0005】本発明の課題は、上述した従来技術の問題
点を解決することであって、その目的は、材料の熱膨張
率の違いによって生じる半田ボールへの応力集中を緩和
して、接続不良の発生しにくい信頼性の高いBGA型半
導体装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のBGA型半導体
装置は、半導体素子と、前記半導体素子に接続された、
その一部領域がランドになされた配線部を有するインタ
ーポーザー基板と、前記ランド上に搭載された外部端子
となる半田ボールと、を有するものであって、前記イン
ターポーザー基板の四隅に配置される前記ランドの形状
が正方形で形成され、該正方形の2組の対辺がそれぞれ
インターポーザー基板の対角線に対して平行、垂直の関
係にあることを特徴とする。
【0007】また、もう一つの本発明のBGA型半導体
装置は、半導体素子と、前記半導体素子に接続された、
その一部領域がランドになされた配線部を有するインタ
ーポーザー基板と、前記ランド上に搭載された外部端子
となる半田ボールと、を有するものであって、少なくと
もインターポーザー基板の四隅に配置される前記ランド
の形状が正方形で形成され、該正方形の2組の対辺が、
インターポーザー基板の中心と正方形で形成されるラン
ドの中心を結ぶ直線に対してそれぞれ平行、垂直の関係
にあることを特徴とする。そして好ましくは、正方形に
形成されたランドは、該正方形の4辺が波線で形成され
ていることを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】図1は本発明の第1の実施の形態
でのインターポーザー基板の平面図である。図1では、
本発明の特徴を分かり易く説明するため外部端子である
半田ボールの図示は省略してある。図1に示すように、
本発明の第1の実施の形態におけるインターポーザー基
板1の四隅に近接しているランド5は正方形で形成され
ている。そして、正方形の2組の対辺はそれぞれインタ
ーポーザー基板の対角線に対して平行、垂直の関係にあ
る。また、一点鎖線A−A′は左上のランドの中心を通
る、対角線と平行な線である。
【0009】このように構成されたBGA型半導体装置
においては、実装基板上に実装された際に実装基板と半
導体装置との熱膨張率の差によって反りが生じ垂直方向
の応力が半田ボールに作用することがあっても、応力は
正方形のインターポーザー基板の中心から最も離れた辺
全体で分担することになり、応力の集中は緩和される。
そのため、半田ボールに亀裂が入ることが防止され、接
続不良の発生が軽減される。
【0010】図2は、本発明の第2の実施の形態による
インターポーザー基板の平面図である。図2に示すよう
に、ランド5は全て正方形で形成されている。図中の、
一点鎖線B−B′は、インターポーザー基板の中心と左
上と右下のランドの中心を結ぶ線であり、一点鎖線C−
C′は、インターポーザー基板の中心と上段の左から2
番目と下段の右から2番目のランドの中心を結ぶ線であ
り、また、一点鎖線D−D′は、インターポーザー基板
1の中心と上段の左から3番目のランドの中心と、下段
の右から3番目のランドの中心を結ぶ線である。
【0011】左上と右下のランドの正方形の2組の対辺
は、一点鎖線B−B′に平行、垂直の関係にある。ま
た、上段の左から2番目と下段の右から2番目のランド
の正方形の対辺と、上段の左から3番目と下段の右から
3番目のランドの正方形の対辺も同様に、それぞれ一点
鎖線C−C′、D−D′に平行、垂直の関係にある。そ
れ以外の正方形についても同様である。すなわち、本発
明の第2の実施の形態の各ランドは、インターポーザー
基板の中心から各ランドの中心を結ぶ直線に対して正方
形の2組の対辺は平行、垂直の関係にある。このように
形成されたランドでは、半田ボールの付け根部分が熱膨
張によって生じる応力をより均等な大きさで受けるので
より亀裂が生じ難くなる。
【0012】第2の実施の形態では、ランドの形状を全
て正方形にしたが、必ずしもそうする必要はなく、イン
ターポーザー基板上の四隅にあるランドのみ正方形にし
ても良く、その場合でもランドと半田ボールの接合強度
は向上する。また、インターポーザー基板の短辺の左右
の列のランドのみ正方形にしても良い。また、インター
ポーザー基板の4辺の最寄の列にあるランドを正方形に
しても効果を有する。
【0013】図3に、本発明の第3の実施の形態による
BGA型半導体装置のインターポーザー基板のランドの
1つとそれに接続された半田ボールを示す。図3(a)
は、ランドの形状を説明するための平面図であり、ま
た、図3(b)はインターポーザー基板を除去した斜視
図である。図3に示されるように、インターポーザー基
板1上に形成されたランド5の辺は直線ではなく波線で
形成される。そして、半田ボール3は、そのランド上に
形成される。ランドをこのような形状に形成した場合に
は、正方形の各辺の実効的な長さが長くなり、応力緩和
能力が向上するとともに半田接合部6と半田ボール3の
接合強度が大きくなる。したがって、このような形状に
形成されたランドを第1または第2の実施の形態のBG
A型半導体装置のインターポーザー基板に適用すれば、
より信頼性の高い半導体装置が得られる。
【0014】以上好ましい実施の形態について説明した
が、本発明はこれらの例に限定されるものではなく、本
発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜の変更が可
能なものである。例えば、インターポーザー基板の平面
形状は長方形に限られず正方形であってもよい。また、
正方形に形成されたランドの各辺を波形で形成するのに
代えて三角波状とすることもできる。また、半導体素子
と配線部との接続方式は金属充填部に依ることなく他の
方式で接続するものであってもよく、さらに基材として
ポリイミドフィルム以外の、例えばリジッドな基材を用
いたものであってもよい。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のBGA型
半導体装置は、少なくとも四隅のランドの形状を正方形
とし、その一つの対辺がインターポーザー基板の中心と
ランドを結ぶ線と直交するかそれに近い向きとなるよう
にしたものであるので、BGA型半導体装置と実装基板
との熱膨張率の違いによりBGA型半導体装置に歪み、
変形が生じたとしても、その歪みにより半田ボールの付
け根部分に応力が集中することが緩和される。従って、
本発明によれば、外部端子が剥離することが防止され、
接続不良の発生しにくい信頼性の高い半導体装置を提供
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態のBGA型半導体装
置のインターポーザー基板の平面図。
【図2】本発明の第2の実施の形態のBGA型半導体装
置のインターポーザー基板の平面図。
【図3】本発明の第3の実施の形態のBGA型半導体装
置のランドの形状と半田ボールの状態を示す平面図と斜
視図。
【図4】従来のBGA型半導体装置の斜視図。
【図5】従来のBGA型半導体装置の断面図と半田ボー
ルをつけたインターポーザー基板の平面図。
【図6】従来のBGA型半導体装置の問題点を説明する
ための斜視図。
【図7】従来のBGA型半導体装置の問題点を説明する
ための断面図。
【符号の説明】
1 インターポーザー基板 2 半導体素子 3 半田ボール 4 配線部 5 ランド 6 半田接合部 7 接着剤 8 ポリイミドフィルム 9 ソルダレジスト 10 金属充填部 11 プリント基板 12 亀裂 13 剥離

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体素子と、前記半導体素子に接続さ
    れた、その一部領域がランドになされた配線部を有する
    インターポーザー基板と、前記ランド上に搭載された外
    部端子となる半田ボールと、を有するBGA(Ball Gri
    d Array)型半導体装置において、前記インターポーザ
    ー基板の四隅に配置される前記ランドが概略正方形の形
    状に形成され、該正方形の2組の対辺がそれぞれインタ
    ーポーザー基板の対角線に対して平行、垂直の関係にあ
    ることを特徴とするBGA型半導体装置。
  2. 【請求項2】 半導体素子と、前記半導体素子に接続さ
    れた、その一部領域がランドになされた配線部を有する
    インターポーザー基板と、前記ランド上に搭載された外
    部端子となる半田ボールと、を有するBGA型半導体装
    置において、少なくともインターポーザー基板の四隅に
    配置される前記ランドが概略正方形の形状に形成され、
    該正方形の2組の対辺が、インターポーザー基板の中心
    と当該ランドの中心を結ぶ直線に対してそれぞれ平行、
    垂直の関係にあることを特徴とするBGA型半導体装
    置。
  3. 【請求項3】 前記インターポーザー基板が長方形の平
    面形状をなし、前記インターポーザー基板の短辺に最寄
    の列に位置するランドが概略正方形の形状に形成され、
    それぞれの正方形の2組の対辺が、前記インターポーザ
    ー基板の中心と当該正方形の中心とを結ぶ直線に対して
    それぞれ平行、垂直の関係にあることを特徴とする請求
    項2記載のBGA型半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記インターポーザー基板の四つの辺に
    最も近い列に位置するランドが概略正方形の形状に形成
    され、それぞれの正方形の2組の対辺が、前記インター
    ポーザー基板の中心と当該正方形の中心とを結ぶ直線に
    対してそれぞれ平行、垂直の関係にあることを特徴とす
    る請求項2記載のBGA型半導体装置。
  5. 【請求項5】 前記正方形に形成されたランドの4辺が
    波線で形成されていることを特徴とする請求項1〜4の
    何れかに記載のBGA型半導体装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US11600584B2 (en) 2020-03-26 2023-03-07 Beijing Xiaomi Mobile Software Co., Ltd. Chip, circuit board and electronic device

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