JP2003133355A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2003133355A
JP2003133355A JP2001325391A JP2001325391A JP2003133355A JP 2003133355 A JP2003133355 A JP 2003133355A JP 2001325391 A JP2001325391 A JP 2001325391A JP 2001325391 A JP2001325391 A JP 2001325391A JP 2003133355 A JP2003133355 A JP 2003133355A
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Naoya Sashita
直也 指田
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プリント配線板への実装時における半田ボー
ルの変形を防止して信頼性の高い固着状態を得ると共
に、半田ボール同士の短絡を防止する。 【解決手段】 ICチップ10の裏側に、複数の半田ボ
ール11を突設すると共に、この裏側の四隅に、高融点
な材料で形成した支持体12を突設する。ICチップ1
0をプリント配線板13上に実装する場合、加熱溶融に
よって半田ボール11をプリント配線板13上に半田付
けすると共に、支持体12をプリント配線板13上に半
田付けする。加熱融着によって半田付けする際に、支持
体12は半田ボール11に比べて溶融温度が高いため、
半田付け時に半田ボール11が軟化した時点では、支持
体12が軟化しないので、この支持体12によってIC
チップ10の重量を保持し、半田ボール11の変形を防
止できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路パ
ッケージの一つであるボールグリッドアレイ(以下「B
GA」という。)型等の半導体装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図6(a)〜(c)は従来のBGA型半
導体装置の一例を示す構成図であり、同図(a)は表側
の斜視図、同図(b)は裏側の斜視図、及び同図(c)
は実装状態を示す側面図である。
【0003】このBGA型半導体装置は、半導体集積回
路のチップ(以下「ICチップ」という。)1を有し、
このICチップ1の表面(即ち、裏側)に、ボール状の
半田により形成された電極(以下「半田ボール」とい
う。)2が複数並べられている。複数の半田ボール2
は、同一の大きさを有し、ICチップ1の裏側に配列さ
れ、該ICチップ1内の半導体集積回路と電気的に接続
されている。ICチップ1は、例えば、半導体集積回路
の外側がモールド成形等によってプラスチックで封止さ
れている。又、ICチップ1の回路部での発熱を効率よ
く放熱するために、該ICチップ1の表側に数gの銅板
等を取付けることもある。
【0004】このようなICチップ1を印刷配線板(以
下「プリント配線板」という。)3上に実装する場合、
例えば、プリント配線3の表面に設けられた複数のパッ
ド3a上に、ICチップ1の裏側の半田ボール2を位置
決めして載置し、この半田ボール2とパッド3aとを半
田付け(即ち、リフロー半田)を行えば、該プリント配
線板3上にICチップ1が固着される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
BGA型半導体装置では、次のような課題があった。図
7(a)〜(c)は、従来技術の課題を示す図であり、
同図(a)は実装状態を示す側面図、同図(b)は実装
時における半田ボール2の正常な状態を示す拡大図、及
び同図(c)は実装時における半田ボール2の異常な状
態を示す拡大図である。
【0006】従来のBGA型半導体装置において、特
に、放熱のために銅板等を有するようなICチップ1
を、加熱溶融によってプリント配線板3に半田付けを行
うと、図7(c)に示すように、半田付け時に軟化した
半田ボール2が、数gの銅板等を有するICチップ1の
重量を保持しきれずに、押しつぶされて変形することが
ある。このように押しつぶされて変形した半田ボール2
は、プリント配線板3のパッド3aから大きくはみ出し
てしまい、図7(b)のような正常な状態に比べ、均一
な半田フィレットが形成されず、固着の信頼性が保てな
い。又、隣接する半田ボール同士の間隔が小さくなり、
最悪状態では半田ボール同士の短絡が発生するといった
課題もあった。
【0007】本発明は、前記従来技術がもっていた課題
を解決し、プリント配線板への実装時における半田ボー
ルの変形を防止して信頼性の高い固着状態が得られ、か
つ半田ボール同士の短絡を防止できるBGA型等の半導
体装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明のうちの第1の発明は、BGA型等の半導体
装置において、プリント配線板上に搭載するためのIC
チップと、前記ICチップ内の半導体集積回路と電気的
に接続されて該ICチップの表面に配列され、かつ該I
Cチップの表面に突設され、前記プリント配線板上に加
熱融着される同一高さの複数の半田ボールと、前記複数
の半田ボールとほぼ同一高さになるように前記ICチッ
プに固定され、前記プリント配線板上に固着されて該I
Cチップを支持する支持体とを備えている。
【0009】このような構成を採用したことにより、プ
リント配線板上にICチップを実装する場合、該プリン
ト配線板上に半田ボールを融着させるために加熱して
も、該ICチップの重量が支持体で支持されて保持され
るので、加熱により半田ボールが軟化しても、この半田
ボールの変形が防止される。
【0010】第2の発明は、第1の発明の半導体装置に
おいて、支持体は、複数の半田ボールと同一形状で、か
つICチップの表面において該複数の半田ボールの外周
付近に突設している。これにより、半田ボールと同一形
状の支持体により、プリント配線板の実装時においてI
Cチップが安定して保持される。
【0011】第3の発明は、第1の発明の半導体装置に
おいて、ICチップは、表面形状がほぼ矩形状をなし、
支持体は、前記ICチップの表面の四隅に配置され、上
端部が該ICチップの表面に固定され、下端部が該IC
チップの外側方向に折曲げられてプリント配線板上に半
田付けされる構成にしている。これにより、プリント配
線板への実装時に、ICチップに取付けられた支持体が
該プリント配線板上に半田付けされる。支持体は、IC
チップの外側方向に折曲げられてプリント配線板上に半
田付けされるので、該ICチップの表面とほぼ平行方向
の支持力が大きく、プリント配線板の反りやねじれ等に
対する固着強度の向上が図れる。
【0012】第4の発明は、第2の発明の半導体装置に
おいて、支持体は、半田ボールに比べて高融点の材料で
形成している。これにより、半田ボールをプリント配線
板上に加熱融着する際に、加熱によって半田ボールが軟
化しても、支持体が軟化せずに初期形状のボール状を保
持するので、該支持体によってICチップの重量が保持
される。
【0013】第5の発明は、第1、第2又は第4の発明
の半導体装置において、支持体は、ICチップ内の半導
体集積回路と電気的に接続して半田ボールとして使用す
る構成にしている。これにより、支持体を他の半田ボー
ルと同様に電極としての使用が可能になる。
【0014】
【発明の実施の形態】(第1の実施形態)図1(a)、
(b)は、本発明の第1の実施形態を示すBGA型半導
体装置の構成図であり、同図(a)は裏側の斜視図、及
び同図(b)は実装状態を示す側面図である。
【0015】このBGA型半導体装置は、表側と裏側が
ほぼ矩形状をなすICチップ10を有している。ICチ
ップ10は、半導体集積回路の外側が、例えばモールド
成形によってプラスチック等で封止されている。ICチ
ップ10の裏側には、図1の白丸で示されるように、ボ
ール状の半田により形成された同一形状の複数の半田ボ
ール11が突設されている。半田ボール11は、例え
ば、1.27mmグリッド、1mmグリッド、0.8mmグリ
ッド等に配列されており、多いものでは半田ボール数1
000以上の回路規模のものもある。半田ボール11の
組成は、例えば(Sn60%+Pb40%)である。
【0016】又、ICチップ10の裏側の四隅には、図
1の黒丸で示されるように、半田ボール11と同一形状
であるが、該半田ボール11とは組成の異なる支持体1
2が突設されている。支持体12は、半田ボール11に
比べて高融点な材料(例えば、高融点半田)で形成され
ている。半田ボール11を形成している半田は、融点温
度が例えば180〜200℃程度であるが、支持体12
を形成している高融点半田の組成は例えば(Sn60%
+Pb40%+Ag2%)であり、融点温度が240℃
程度と高温になっている。ICチップ10の表側には、
回路部での発熱を効率よく放熱するために、数gの銅板
等が取付けられることもある。
【0017】ICチップ10を搭載するためのプリント
配線板13の表面には、配線パターンに接続された複数
のパッド13aと、この複数のパッド13aの外周に配
置された複数の支持体固定部13bとが設けられてい
る。支持体固定部13bは、例えば、パッド13aと同
一材料で形成されているが、配線パターンとは接続され
ていない。
【0018】このようなプリント配線板13の表面に、
ICチップ10が載置され、複数の半田ボール11がパ
ッド13aに加熱融着されると共に、四隅の支持体12
が支持体固定部13bに加熱融着されて、ICチップ1
0がプリント配線板13上に搭載されるようになってい
る。
【0019】図2(a)〜(c)は、図1のBGA型半
導体装置の実装工程の一例を示す図である。ICチップ
10をプリント配線板13上に実装する場合、図2
(a)、(b)に示すように、プリント配線板13の表
面の複数のパッド13aと支持体固定部13bに、メタ
ルマスク等を用いて半田クリーム14を塗布する。
【0020】次に、図2(c)に示すように、半田ボー
ル11をプリント配線板13のパッド13a上に載置す
ると共に、支持体12を支持体固定部13b上に載置す
る。その後、ICチップ10が載置されたプリント配線
板13を加熱室内において半田溶融温度(例えば、18
0〜200℃程度)で加熱すると、半田クリーム14が
溶融して半田ボール11とパッド13aが半田付けされ
ると共に、支持体12が支持体固定部13bに半田付け
される。この図2(c)の加熱工程において、ICチッ
プ10の裏側の四隅に突設された支持体12は、半田ボ
ール11と同一形状をしているが、この半田ボール11
に比べて溶融温度が高いため、半田付け時に半田ボール
11が軟化した時点では、まだ初期状態(ボール状)を
保っている。このため、半田付け時に半田ボール11が
軟化しても、支持体12によってICチップ10の重量
を保持することができる。
【0021】以上のように、この第1の実施形態では、
ICチップ10の裏側の四隅に、半田ボール11と比較
して高融点な材料で組成される支持体12を突設したの
で、プリント配線板13への半田付け時に半田ボール1
1が軟化してICチップ10の重量により押しつぶされ
ることなく、該半田ボール11をパッド13aに固着す
ることが可能になる。これにより、半田ボール11の変
形を防止できるので、次の(1)〜(3)のような効果
が得られる。
【0022】(1) 隣接する半田ボール同士の短絡が
発生しにくい。
【0023】(2) プリント配線板13上に設けられ
たパッド13aに対して、はみ出すことなく半田ボール
11を半田付けすることができるので、均一な半田フィ
レットが形成され、安定した固着強度を確保できる。
【0024】(3) 半田ボール11と同一面に同一形
状の支持体12を設けたので、プリント配線板13に搭
載されるべき他の部品の実装領域に干渉することなく、
高密度実装を実現できる。しかも、支持体12は半田ボ
ール11と同一形状をしているので、高さの寸法ばらつ
きをなくし、ICチップ10をプリント配線板13に対
してほぼ平行に的確に半田付けをすることができる。
【0025】(第2の実施形態)図3は、本発明の第2
の実施形態を示すBGA型半導体装置の裏側の図であ
り、第1の実施形態を示す図1中の要素と共通の要素に
は共通の符号が付されている。
【0026】このBGA型半導体装置は、図1のICチ
ップ10と同様のICチップ10Aを有し、このICチ
ップ10Aの裏側に、白丸で示すような複数の半田ボー
ル11が突設されている。さらに、複数の半田ボール1
1の外周の四隅付近には、半田ボール11と同一形状の
黒丸で示された支持体12Aが突設されている。支持体
12Aは、通常の半田で形成された半田ボール11に対
し、例えば、高融点半田により形成されている。
【0027】図1の支持体12では、プリント配線板1
3への実装時において、ICチップ10を支持すると共
に、支持体固定部13bに半田付けされることにより、
該ICチップ10を固定する機能のみを有している。こ
れに対し、本実施形態の支持体12Aでは、ICチップ
10A内の半導体集積回路と電気的に接続され、半田ボ
ール11と同様に電極としての機能も有している。これ
に対応し、プリント配線板13の表面に設けられる図1
(b)の支持体固定部13bは、パッド13aと同一形
状でかつ同一材料で形成され、該プリント配線板13の
配線パターンと電気的に接続されている。
【0028】このようなBGA型半導体装置を図1
(b)のようなプリント配線板13上に実装する場合、
ICチップ10Aの裏側を位置合わせしてプリント配線
板13上に載置する。そして、加熱して半田ボール11
及び支持体12Aをプリント配線板13のパッド13a
及び支持体固定部13bに半田付けすれば、該ICチッ
プ10Aをプリント配線板13上に固着できる。
【0029】以上のように、この第2の実施形態では、
第1の実施形態の(1)〜(3)とほぼ同様の効果が得
られる上に、さらに次の(i)〜(iii)のような効果
がある。
【0030】(i) ICチップ10Aの裏側に突設さ
れた支持体12Aは、プリント配線板13への実装時に
おいて、ICチップ10Aを支持し、半田付けによって
該ICチップ10Aをプリント配線板13に固定する機
能の他に、半田ボール11と同様の電極としての機能を
有するので、該支持体12Aの有効利用によって端子数
を増やすことができる。
【0031】(ii) 図4は、図3の参考図であり、図
3中の要素と共通の要素には共通の符号が付されてい
る。ICチップ10Aは、図2(c)に示すように、熱
雰囲気中でプリント配線板13に実装されるので、図4
に示すように、外側(即ち、外周側)15の半田ボール
11が中心部16よりも先に溶融する。そのため、もし
図4のように、支持体12Aが中心部16に配設されて
いると、外側15の半田ボール11が溶融した時に、I
Cチップ自体が傾き、該ICチップ10Aの固定が不完
全になる場合がある。そこで、本実施形態では、図3に
示すように、中心部16よりも外側に支持体12Aを設
けているので、ICチップ10Aを安定して固定するこ
とができる。
【0032】(iii) 図3に示す支持体12Aは、図1
の支持体12のような位置に設けたり、あるいはICチ
ップ10Aの裏側の四隅近くの任意の位置に設けても、
前記(ii)と同様の効果が得られる。
【0033】(第3の実施形態)図5(a)、(b)は
本発明の第3の実施形態を示すBGA型半導体装置の構
成図であり、同図(a)は裏側の斜視図、及び同図
(b)は実装状態を示す側面図であり、図1中の要素と
共通の要素には共通の符号が付されている。
【0034】このBGA型半導体装置は、図1のICチ
ップ10と同様のICチップ10Bを有し、このICチ
ップ10Bの裏側に、複数の半田ボール11が配列され
て突設されている。ICチップ10Bの裏側の四隅に
は、図1の支持体12とは異なる形状の支持体12Bが
固定されている。
【0035】各支持体12Bは、半田ボール11の高さ
と同一になるようにフォーミング(形成)された2つの
金属片12B−1,12B−2で構成されている。金属
片12B−1,12B−2は、半田付け性に優れる銅等
の金属で形成され、上端部はICチップ10Bの表面
(即ち、裏側)に固定され、下端部は該ICチップ10
Bの外側方向にほぼ90°の角度で延び、かつ該ICチ
ップ10Bの重量を十分に支持することができるように
折曲げられ、この折曲げられた下端部がプリント配線板
13の表面の支持体固定部13bに半田付けされるよう
になっている。ICチップ10Bをプリント配線板13
上に実装する場合、該ICチップ10Bの裏側を位置決
めし、半田ボール11をプリント配線板13の表面のパ
ッド13a上に載置すると共に、支持体12Bの金属片
12B−1,12B−2の下端部を支持体固定部13b
上に載置する。そして、加熱して半田ボール11をパッ
ド13aに半田付けすると共に、支持体12Bの金属片
12B−1,12B−2の下端部を支持体固定部13b
に半田付けすれば、ICチップ10Bがプリント配線板
13上に固着される。ここで、加熱処理において、IC
チップ10Bの裏側の四隅に設けられた支持体12B
は、半田ボール12と異なり、半田付け時に軟化するこ
となく、該ICチップ10Bの重量を保持することがで
きる。
【0036】以上のように、この第3の実施形態では、
ICチップ10Bの裏側の四隅に、該ICチップ10B
の外側方向にフォーミングされた半田付け性に優れる支
持体12Bを設けたので、プリント配線板13への加熱
による半田付け時に、半田ボール11が軟化してICチ
ップ10Bの重量に押しつぶされることなく、該ICチ
ップ10Bを固着することが可能になる。これにより、
半田ボール11の変形を防止できるので、次の(a)〜
(c)のような効果が得られる。
【0037】(a) 隣接する半田ボール同士の短絡が
発生しにくい。
【0038】(b) プリント配線板13の表面のパッ
ド13aに対してはみ出すことなく、半田ボール11を
半田付けすることができるので、均一な半田フィレット
が形成され、安定した固着強度を確保できる。
【0039】(c) ICチップ10Bの裏側の四隅に
設けられた各支持体12Bは、2つの金属片12B−
1,12B−2がほぼ90°の角度で外側方向に延び、
かつこの下端部が折曲げられてプリント配線板13の表
面の支持体固定部13bに半田付けされるので、プリン
ト配線板13の反りやねじれ等による外力に対して、該
ICチップ10Bの前後・左右の水平方向、及び該IC
チップ10Bの高さ方向に対する耐力(即ち、半田付け
強度)の向上が図れる。
【0040】(変形例) (1)図1及び図2の支持体12,12Aは、ボール状
以外に立方体、直方体等の他の形状にしても、上記実施
形態とほぼ同様の作用、効果が得られる。
【0041】(2)図5の支持体12Bは、例えば、1
つの金属片12B−1又は12B−2を用い、これをI
Cチップ10Bと水平の対角線方向に延ばして、該下端
部を折曲げてプリント配線板13上に半田付けするよう
な他の形状に変更しても、上記実施形態とほぼ同様の作
用、効果が得られる。
【0042】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明のう
ちの第1の発明によれば、複数の半田ボールとほぼ同一
の高さになるようにICチップを支持する支持体を該I
Cチップに設けたので、複数の半田ボールをプリント配
線板上に加熱融着する際に、該半田ボールが軟化してI
Cチップの重量に押しつぶされることなく固着すること
が可能になる。これにより、半田ボールの変形を防止で
き、次のような効果が得られる。
【0043】(1)隣接する半田ボール同士の短絡が発
生しにくい。 (2)プリント配線板上に設けられたパッド等に対して
はみ出すことなく、半田ボールを加熱融着することがで
きるので、均一な半田フィレットが形成され、安定した
固着強度を確保できる。
【0044】第2の発明によれば、支持体を、複数の半
田ボールと同一形状にしたので、プリント配線板に搭載
されるべき他の部品の実装領域に干渉することなく、高
密度実装を実現できる。しかも、支持体は複数の半田ボ
ールと同一形状であるため、高さの寸法ばらつきをなく
し、的確な半田付けをすることができる。
【0045】第3の発明によれば、ICチップの表面の
四隅に支持体を設け、この支持体の下端部を折曲げてプ
リント配線板上に半田付けする構成にしたので、プリン
ト配線板の反りやねじれ等による外力に対して耐力(即
ち、半田付け強度)の向上を図ることができる。
【0046】第4の発明によれば、半田ボールに比べて
高融点の材料で支持体を形成したので、半田ボールを加
熱融着してプリント配線板上に固着する際に、半田ボー
ルが軟化しても、支持体によってICチップの重量を保
持することができるので、半田ボールの変形を的確に防
止できる。
【0047】第5の発明によれば、支持体を半田ボール
として使用する構成にしたので、該支持体の有効利用に
よって端子数を増やすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示すBGA型半導体
装置の構成図である。
【図2】図1の実装工程図である。
【図3】本発明の第2の実施形態を示すBGA型半導体
装置の裏側の図である。
【図4】図3の参考図である。
【図5】本発明の第3の実施形態を示すBGA型半導体
装置の構成図である。
【図6】従来のBGA型半導体装置を示す構成図であ
る。
【図7】従来技術の課題を示す図である。
【符号の説明】
10,10A,10B ICチップ 11 半田ボール 12,12A,12B 支持体 13 プリント配線板 13a パッド 13b 支持体固定部

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 印刷配線板上に搭載するための半導体集
    積回路のチップと、 前記半導体集積回路と電気的に接続されて前記チップの
    表面に配列され、かつボ−ル状の半田により形成されて
    該チップの表面に突設され、前記印刷配線板上に加熱融
    着される同一高さの複数の電極と、 前記複数の電極とほぼ同一高さになるように前記チップ
    に固定され、前記印刷配線板上に固着されて該チップを
    支持する支持体と、 を備えたことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 支持体は、複数の電極と同一形状で、か
    つチップの表面において該複数の電極の外周付近に突設
    したことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 チップは、表面形状がほぼ矩形状をな
    し、 支持体は、前記チップの表面の四隅に配置され、上端部
    が該チップの表面に固定され、下端部が該チップの外側
    方向に折曲げられて印刷配線板上に半田付けされる構成
    にしたことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 支持体は、電極に比べて高融点の材料で
    形成したことを特徴とする請求項2記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 支持体は、半導体集積回路と電気的に接
    続して電極として使用する構成にしたことを特徴とする
    請求項1、2又は4記載の半導体装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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