JP2001298124A - Bga型半導体装置とそれを実装する基板 - Google Patents

Bga型半導体装置とそれを実装する基板

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JP2001298124A
JP2001298124A JP2001109937A JP2001109937A JP2001298124A JP 2001298124 A JP2001298124 A JP 2001298124A JP 2001109937 A JP2001109937 A JP 2001109937A JP 2001109937 A JP2001109937 A JP 2001109937A JP 2001298124 A JP2001298124 A JP 2001298124A
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solder
pad
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Ryuji Kono
竜治 河野
Tetsuo Kumazawa
鉄雄 熊沢
Makoto Kitano
誠 北野
Akihiro Yaguchi
昭弘 矢口
Nae Yoneda
奈柄 米田
Tadayoshi Tanaka
直敬 田中
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Hitachi Ltd
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    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
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    • H01L2224/48225Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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    • H01L2924/151Die mounting substrate
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    • H01L2924/1531Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
    • H01L2924/15311Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a ball array, e.g. BGA

Landscapes

  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体装置と基板との変形中心を明確にし
て、パッドの形状および方向を最適化し、従来に比べて
はんだ寿命を延ばすこと。 【解決手段】 半導体素子を搭載するベースの下面に形
成した複数のパッドと、基板20aとをはんだボール8
により導通し固定するBGA型半導体装置であって、ベ
ースと基板との対向面のほぼ中心に、BGA1aと基板
20aの相対的位置関係を拘束するため拘束手段18を
配置した。拘束手段18はエポキシなどの熱硬化性樹
脂、あるいは、Cu、Fe−Ni、Al等、はんだより
硬い金属でもよい。本発明によれば、ベースと基板との
位置関係を拘束することにより、はんだ熱によるベース
および基板のひずみ変形も抑制されることになり、その
ため、はんだボールへの負荷がなく、従来に比べてはん
だ寿命を延ばすことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、BGA(Ball
Grid Array)型半導体装置およびそれを実
装する基板に係り、特に、はんだ寿命を延ばすことBG
A型半導体装置(以下、単にBGAと記す)およびそれ
を実装する基板に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のBGAは、半導体素子とはんだが
付着するパッドの集合体を備え、半導体素子の搭載およ
び封止機能および半導体素子とパッドとの導通機能を有
するベースと、半導体素子とベースの主要部分を封止、
固定するレジンと、基板との導通および固定のためのは
んだとを備えている。ベースに搭載された半導体素子
は、ベースの下面電極まで電気的に接続され、パッドを
介してはんだボールが付着し、このはんだボールによ
り、基板表面のパッドを介して基板電極に接続してい
る。このような従来のBGAの公知例として、特開昭5
7−79652号公報に記載の例がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】BGAなどの半導体装
置は、基板に実装した状態で温度サイクル試験を行う
と、半導体装置と基板との熱膨張差に伴うせん断モード
(基板のパッド形成面に平行なモード)に生じる繰り返
し熱ひずみによってはんだが疲労する。熱ひずみは、変
形中心から放射状に生じる。疲労が進むとはんだは最終
的に破断し、導通が取れなくなるという不良が生じる。
熱ひずみが増加すると、はんだが破断するまでのサイク
ル数(以下、はんだ寿命と記す)は低下するため、はん
だ寿命を延ばすために、熱ひずみはできる限り小さくす
る必要がある。
【0004】特にBGAでは、はんだ接続部にくびれ
(図10における接触角θ部、θa部)が存在するた
め、熱ひずみは力学的にそのくびれに集中する。またそ
の集中する割合は、接触角が小さくなるほど高くなる。
このことは、接触角が小さいほど、はんだは局所的に大
きな熱ひずみを受け、はんだ寿命が短くなることを示し
ている。したがって、はんだ寿命を延ばすためには接触
角をできる限り大きくすることが望ましい。
【0005】接触角を大きくする1つの手段として、ベ
ースと基板との距離を大きくすることが挙げられる。と
ころが、ベースと基板との距離は、はんだが加熱融解さ
れたときのはんだの表面張力、およびBGAの自重、す
なわち基板への一定の押しつけ力によって自然に決定し
てしまうため、それを制御することは困難である。した
がって、従来は、接触角を制御することが困難であっ
た。
【0006】本発明の課題は、半導体装置と基板との変
形中心を明確にして、パッドの形状および方向を最適化
し、従来に比べてはんだ寿命を延ばすことにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明は、半導体素子を搭載するベースの下面に複
数のパッドが形成され、前記パッドと基板とをはんだに
より導通および固定するBGA型半導体装置であって、
前記ベースと前記基板との対向面のほぼ中心に、前記ベ
ースと前記基板との位置関係を拘束する拘束手段を配置
することを特徴とするものである。
【0008】本発明によれば、ベースと基板との位置関
係を拘束することによって、はんだ熱によるベースおよ
び基板のひずみ変形も抑制されることになり、そのた
め、はんだボールへの負荷がなく、従来に比べてはんだ
寿命を延ばすことができる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、参考例とともに本発明のい
くつかの実施例を、図面を参照して説明する。なお、以
下の図において、同一構造部分には同一符号を付してそ
の説明を省略する。まず、図8〜図10により、BGA
とそれを実装する基板の参考例を説明する。図8は、B
GAとそれを実装するための基板の部分断面側視図、図
9は、図8におけるベースを下面から見た平面図、図1
0は、BGAを基板に実装した後のはんだボール形状を
示す三角図である。
【0010】図8において、BGA1の半導体素子2は
ベース3に搭載され、ワイヤ4によってベース上面電極
5aと電気的に接続されている。ベース上面電極5aは
ベース下面電極5bまで電気的に接続されている。半導
体素子2、ワイヤ4およびベース3の上面はレジン21
によって封止されている。ベース3下面には絶縁のため
のレジスト6が塗布されている。ベース下面電極5b表
面にはレジスト6の存在しない部分があり、パッド7を
形成している。パッド7にははんだボール8が付着して
いる。
【0011】一方、基板20表面にもレジスト9が塗布
されており、BGA同様に基板中の電極10表面にはレ
ジスト9の存在しない部分があって、パッド11を形成
している。BGA1は、はんだボール8を加熱融解して
パッド11と接合することにより、基板20に実装され
る。
【0012】本例では、図9に示すように、パッド7の
各々はベース3下面にマトリクス状に配置され、円形を
なしている。変形中心(すなわち、BGAのベースのパ
ッド形成面内における、基板とのせん断方向相対熱変形
が実質0の点もしくは部分)12と、パッド7の中心1
3とを結ぶ線分B−B上のパッド寸法7D1と、それに
垂直なパッド寸法7D2とは実質同一である。一方、基
板のパッドもやはり円形をなし、BGAのパッド7各々
に対応する位置に配置されている。
【0013】図10に示すように、本例におけるはんだ
ボールの形状は、(a)の上面図では、はんだボール8
外形はパッド形状7aと同心円状をなしている。また
(b)の正面図では、はんだボール8外形は、ベースと
の接触角θ、基板との接触角θaを有しており、これら
接触角θ、θaの値は、(c)の側面図と実質同一であ
る。
【0014】次に、本発明の実施例を説明する。図1
は、本発明の第1実施例のBGAを示す図で、図9と同
様の平面図である。本実施例では、図9と異なり、各パ
ッド14は線分B−B上のパッド寸法14D1が、それ
に垂直な方向のパッド寸法14D2に比べて大きく、楕
円形状をなしている。
【0015】図2は、本発明の第1実施例のBGAのは
んだボール形状を示す図で、図10と同様の三角図であ
り、線分B−Bは図1の線分B−Bである。(a)の上
面図において、はんだボール8は自身の表面張力によっ
て、その外形がパッド外形14aよりも相対的に円に近
い楕円形状で安定している。その結果、(b)の正面図
に示すように、ベースとの接触角はθ1(基板との接触
角はθ1a)となり、接触角θ1は、必然的に、(c)
の側面図における接触角θ2よりも大きくなる。また、
パッド面積およびはんだボール8体積を同一とすれば、
参考例に比べて接触角は大きくなる。このことにより、
熱ひずみが生じる方向におけるくびれ部への熱ひずみの
集中が緩和されるため、はんだ寿命を延ばすことができ
る。
【0016】図3は、本発明の第2実施例のBGAに配
置されたパッドの一つの平面図である。本実施例におい
て、パッド15は、変形中心とパッド15の中心13と
を通る線分B−Bに平行な2辺、および、それよりも短
くかつそれに垂直な2辺よりなる四辺形をなしている。
パッド形状がこのような形状であっても、第1実施例と
同様の効果が得られる。
【0017】図4は、本発明の第3実施例のBGAに配
置されたパッドの一つの平面図である。本実施例におい
て、パッド16は、変形中心とパッド16の中心13と
を通る線分B−B上に対角線を持つ菱形をなしている。
パッド形状がこのような形状であっても、第1実施例と
同様の効果が得られる。
【0018】図5は、本発明の第4実施例のBGAを示
す図で、図9と同様の平面図である。本実施例では、変
形中心12aをベース3外形、すなわちBGA外形の中
心としている。一般的にBGAは、その形状の対称性か
ら変形中心が自身の外形の中心となるため、図示するよ
うに、パッド17を変形中心12aの方向へ向けて、パ
ッド配置を行って差し支えない。
【0019】図6は、本発明の第5実施例のBGA、お
よびそれを実装した基板の、BGA平面外形の中心を含
む断面図である。本実施例において、BGA1aの下面
中心は、エポキシなどの熱硬化性樹脂18によって基板
20aと接合されている。このような構成を採用するこ
とにより、変形中心は強制的にBGA中心に設定される
ため、第4実施例におけるパッド配置形状となり、最も
効果的にはんだ寿命を延ばすことができる。なお熱硬化
性樹脂18は、BGA1aと基板20aの相対的位置関
係を拘束しうるものであればよく、例えば、Cu、Fe
−Ni、Al等、はんだより硬い金属でもよい。
【0020】図7は、本発明の第6実施例を示す図で、
第1実施例のBGAを実装するための基板の部分平面図
である。本実施例において、パッド19の各々は、それ
にはんだ付けされるBGAのパッド形状(図1)と相似
形をなしている。このことにより、はんだボールの基板
との接触角(図2におけるθ1a)も、大きくすること
ができ、同様にはんだ寿命を延ばすことに効果がある。
なお、第5または第6実施例における基板のパッド形状
は、第2または第3実施例のベースにおけるパッド形
状、あるいはそれらに準じるパッド形状を用いてもよい
ことはもちろんである。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、変形中心が明確になる
ため、かつ限定できるため、パッドの形状および方向が
最適化される。したがって、従来に比べてはんだ寿命を
延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例のBGAのベースを下面か
ら見た平面図。
【図2】本発明の第1実施例のBGAのはんだボール形
状を示す三角図で、(a)は上面図、(b)は正面図、
(c)は側面図。
【図3】本発明の第2実施例のBGAに配置されたパッ
ドの一つの平面図。
【図4】本発明の第3実施例のBGAに配置されたパッ
ドの一つの平面図。
【図5】本発明の第4実施例のBGAのベースを下面か
ら見た平面図。
【図6】本発明の第5実施例のBGA、およびそれを実
装した基板の、BGA平面外形の中心を含む断面図。
【図7】本発明の第6実施例を示し、第1実施例のBG
Aを実装するための基板の部分平面図。
【図8】本発明の参考例を示し、BGAとそれを実装す
る基板の部分断面側視図。
【図9】図8の断面A−Aを示し、ベースを下面から見
た平面図。
【図10】参考例におけるBGAを基板に実装した後の
はんだボール形状を示す三角図で、(a)は上面図、
(b)は正面図、(c)は側面図。
【符号の説明】
1、1a BGA 2 半導体素子 3 ベース 4 ワイヤ 5a ベース上面電極 5b ベース下面電極 6 レジスト 7 パッド 8 はんだボール 9 レジスト 10 電極 11 パッド 12、12a 変形中心 13 パッドの中心 14、15、16、17、19 パッド 18 熱硬化性樹脂 20、20a 基板 21 レジン θ、θ1、θ2 はんだボールのベースとの接触角 θa、θ1a はんだボールの基板との接触角
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北野 誠 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 矢口 昭弘 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 米田 奈柄 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 田中 直敬 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Fターム(参考) 5F044 KK12 KK17 KK23 QQ02

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体素子を搭載するベースの下面に複
    数のパッドが形成され、前記パッドと基板とをはんだに
    より導通および固定するBGA型半導体装置であって、
    前記ベースと前記基板との対向面のほぼ中心に、前記ベ
    ースと前記基板との位置関係を拘束する拘束手段を配置
    することを特徴とするBGA型半導体装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のBGA型半導体装置に
    おいて、前記拘束手段は熱硬化性樹脂からなるBGA型
    半導体装置。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載のBGA型半導体装置に
    おいて、前記拘束手段は、前記はんだより硬い金属から
    なるBGA型半導体装置。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3のうちいずれか1項に
    記載のBGA型半導体装置をはんだ付けする基板は、前
    記BGA型半導体装置のベース下面のパッドと相似形も
    しくはそれに準じる形状および方向性を有するパッドを
    備えている基板。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004022893A (ja) * 2002-06-18 2004-01-22 Kyocera Corp 配線基板
JP2008072024A (ja) * 2006-09-15 2008-03-27 Fujitsu Ltd 半導体装置の実装構造
JP2020088274A (ja) * 2018-11-29 2020-06-04 株式会社リコー 半導体ユニット、電子機器および半導体ユニット製造方法

Cited By (3)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004022893A (ja) * 2002-06-18 2004-01-22 Kyocera Corp 配線基板
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