JP2004273475A

JP2004273475A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2004273475A
Application number: JP2003057771A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Sekiguchi; 潔関口
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-03-04
Filing date: 2003-03-04
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】放射ノイズ低減や信号波形品質の向上が可能な半導体装置を得る。
【解決手段】接続用パッドに被着されたハンダボール３と、このハンダボール３の連なる２個のハンダボール間に電子部品４が実装されている。これを実現する方法としては、例えば、まずベース基板２に電子部品４を実装し、その後、クリームハンダを塗布する工程を経て、リフロー工程でハンダボールを形成する。このようにして構成されたＢＧＡパッケージにおいて、マザーボード１１実装時に、ベース基板２との間には、少なくとも電子部品４の厚さ分の間隙が確保される。また、マザーボード実装時にハンダボール３を溶融させた時においても、ハンダボール３の溶融の不均一を原因とした不具合を回避することができる。これによって、ハンダボール３の溶融の不均一を原因とした不具合を効率的に回避することができる。また、これら電子部品４の実装場所をマザーボード１１上に確保する必要がなくなる。このため、マザーボード１１の小型化や高密度化にも効果がある。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップがボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）やチップスケールパッケージ（ＣＳＰ）等のグリッドアレイ型パッケージ内に封入された半導体装置に係り、特に、マザーボードとの間に適切な間隙を形成しつつ放射ノイズ低減が可能なグリッドアレイ型パッケージを用いた半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のグリッドアレイ型パッケージを用いた半導体装置の一例を図４に示す。これらの図４（ａ）は従来のボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッケージを底面から示した図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ’の断面図である。本図４において、従来例のボールグリッドアレイパッケージは、１はボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッケージ、２はベース基板、３はハンダボール、５はスペーサ，の各部を有して構成される。
【０００３】
ＢＧＡパッケージ１は、ベース基板２の底面に配列された端子（図示せず）とハンダボール３とを備え、マザーボード実装時に、ハンダボール３を溶融させることにより、不図示の端子部とマザーボード上の導体パターンとを接続する。
【０００４】
しかし、ＢＧＡパッケージ１をマザーボードに実装するとき、ハンダボール３の溶融が不均一になることが多く、これを原因とした不具合が生じるという問題点がある。例えば、実装時にベース基板とマザーボードとの間隙が狭い場合、溶融したハンダが広がり、隣接する導体間をショートさせるといった問題が発生する。
【０００５】
以上のような問題点を解決するために、先願発明例として下記の特許文献１の特開平８−３１６２６８号公報がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−３１６２６８号公報
上記特開平８−３１６２６８号公報に記載の発明は、以上のような問題点を解決するために、ベース基板２とマザーボードの間にスペーサ５を設けたことを特徴としている。ベース基板２は、底面に所定のピッチで配列形成された複数の端子部を有し、所定の粒径を有するハンダボール３がそれぞれ端子部に被着される。またベース基板２の底面の端子部が形成されていない領域に少なくとも１個のスペーサ５が形成されている。ＢＧＡパッケージ１実装時には、マザーボードが有する導体パターンに端子部を位置決めした後、ベース基板２をマザーボードに搭載すると共に加熱し、溶融したハンダボール３で端子部と導体パターンを接続する。ベース基板２をマザーボードに搭載した時、ベース基板２とマザーボードとの間にスペーサ５により間隙が形成される。これにより、例えば、溶融したハンダが許容範囲を超えて周囲に広がり、隣接する導体との間をショートさせる等の問題を生じることを防止している。
【０００７】
更に、ＢＧＡパッケージ１では、不具合が生じた時の修理のため、ＢＧＡパッケージ１の周囲に、例えば５ｍｍくらいの部品実装禁止領域を設けることがあり、ＢＧＡパッケージ１に係わるマザーボード上の電子部品は、必然的にＢＧＡパッケージ１から距離が離れてしまう。回路動作周波数の高周波化が進行する中で、信号伝送や放射ノイズの観点からマザーボード上の配線パターンには、極力短いことが求められている。これを実現するために、ＢＧＡパッケージ１が実装される面とは反対の面に、例えば、電源端子とグラウンド端子を最短の配線パターン長で接続するために、バイパスコンデンサを実装すること等が行われてきている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッケージにおいて、スペーサを形成するためには、ベース基板底面の端子部が形成されていない領域が必要となり、ＢＧＡパッケージ自体が大きくなるという問題がある。また、ＢＧＡパッケージは、高集積化された半導体装置の代表的なものであり、非常に多数の端子を有することから、マザーボード上でのＢＧＡパッケージからの信号配線の引き出しが困難となることが多く、マザーボードの層数増加等の新たな構成要因を生じさせる場合もある。このとき、ＢＧＡパッケージが実装される面とは反対の面にバイパスコンデンサを配置することは、他の信号配線に対して制約となることが多々あり、スルーホール等を介して電源端子とグラウンド端子を最短で接続すること自体が困難である。そのため、ＢＧＡパッケージとＢＧＡパッケージに係わる電子部品との距離は遠くなる傾向にあり、信号伝送や放射ノイズに悪影響を及ぼす問題点を生じさせる。
【０００９】
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に留意してなされたものであり、その目的とするところは、グリッドアレイ型パッケージ自体の大きさを変化させることなく、グリッドアレイ型パッケージとマザーボードとの間に所定の間隙を形成しつつ、グリッドアレイ型パッケージに係わる電子部品を最短且つ適切に配置とすることで、放射ノイズ低減や信号波形品質の向上が可能な半導体装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、底面に複数の接続用パッドと、接続用パッドに被着されたハンダ部と、このハンダ部の連なる２個のハンダ部間に実装された電子部品とを有し、グリッドアレイ型パッケージを用いて構成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明による半導体装置の実施の形態を詳細に説明する。図１から図３を参照すると、本発明の半導体装置の一実施形態が示されている。
以下、図１、図２及び図３の各図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
図１は、本発明にかかるＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）パッケージの第１実施形態を示す図である。図１（ａ）は本発明にかかるボールグリッドアレイパッケージを底面から示した図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’の断面図である。なお、図４の従来技術と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては前記従来技術との相違点を主に説明する。
【００１３】
図１において、４は電子部品である。
図１においては、ＢＧＡパッケージを例として記載しており、連なる２つのハンダボール３の間に電子部品４が実装されている。これを実現する方法としては、例えば、まずベース基板２に電子部品４を実装し、その後、クリームハンダを塗布する工程を経て、リフロー工程でハンダボールを形成する工程から成るものがある。また、ＢＧＡパッケージ１のハンダボール３のピッチを１．２７ｍｍとすると、０６０３サイズのチップ部品を実装することができる。
【００１４】
このようにして構成されたＢＧＡパッケージにおいて、マザーボード１１実装時に、ベース基板２との間には、少なくとも電子部品４の厚さ分の間隙が確保される。また、マザーボード実装時にハンダボール３を溶融させた時においても、ハンダボール３の溶融の不均一を原因とした不具合を回避することができる。なお、図１において、電子部品４をＢＧＡパッケージの４角近辺に配置した例を示している。これによって、ハンダボール３の溶融の不均一を原因とした不具合を効率的に回避することができる。なお、電子部品の位置や個数は、これに限定されるものではない。
【００１５】
更には、電子部品４は、ベース基板２の底面に配列された端子に被着されているハンダボール３の間に実装されている。このことから、ＢＧＡパッケージ１にとって、回路動作的に必要不可欠の部品である。そのため、従来であれば、この電子部品４は、ＢＧＡパッケージ１の外側や、ＢＧＡパッケージ１が実装されている面とは反対側に実装されることになるが、本発明によれば、これら電子部品４の実装場所をマザーボード１１上に確保する必要がなくなる。このため、マザーボード１１の小型化や高密度化にも効果がある。
【００１６】
（第２実施形態）
図２は、本発明にかかるボールグリッドアレイパッケージの第２実施形態を示す図である。
図２（ａ）は、本発明にかかるボールグリッドアレイパッケージを上面から透かしてマザーボードを示した図である。図２（ｂ）、（ｃ）は、本発明にかかるボールグリッドアレイパッケージを説明するために、従来の実装方法を示した図である。
【００１７】
図２において、６は電源ライン、７はグラウンドライン、８は部品実装禁止領域、４ａはチップコンデンサ、９は配線距離、１０は接続用ランド、１１はマザーボード、１２はスルーホール、１３は導体パターン、１４はハンダである。
まず、図２（ｂ）の従来の実装方法については、通常、ＢＧＡパッケージ１の周辺には、ＢＧＡパッケージ１に不具合が生じたときの修理のため、全周囲に部品実装禁止領域８（図では、部分的にのみ記載）が設けられ、そのため、電源ライン６とグラウンドライン７とをバイパスするチップコンデンサ４ａは、部品実装禁止領域８の外側極の近傍に実装されることになる。
【００１８】
同様に、図２（ｃ）では、マザーボード１１にＢＧＡパッケージ１が実装される面とは反対側に、スルーホール１２や導体パターン１３を介して、チップコンデンサ４ａがハンダ１４によって実装されている。
【００１９】
図２（ｂ）、（ｃ）で示したような実装方法においては、図２（ｂ）の配線距離９や、ＢＧＡパッケージ１との接続用ランド１０、スルーホール１２と導体パターン１３によるインダクタンス成分等の影響で、電源ライン６とグラウンドライン７をバイパスする目的のチップコンデンサ４ａの効果が少なくなることがある。したがって、図２（ａ）に示す本発明を用いることで、電源ライン６とグラウンドライン７とをバイパスするチップコンデンサ４ａを、ＢＧＡパッケージ１にとって最も近い所に実装することが可能となり、放射ノイズ低減や、電源・グラウンド電位の安定化による、信号伝送の品質向上に効果がある。更に、チップコンデンサ４ａでは、その容量によって高さが異なることから、ベース基板２とマザーボード１１との間に適切な間隙を形成することも可能である。
【００２０】
（第３実施形態）
図３は、本発明にかかるボールグリッドアレイパッケージの第３実施形態を示す図である。
図３（ａ）は本発明にかかるボールグリッドアレイパッケージを上面から透かしてマザーボードを示した図であり、図３（ｂ）は本発明にかかるボールグリッドアレイパッケージを説明するために、従来の実装方法を示した図である。
【００２１】
図３において、４ｂはチップ抵抗、１５は差動信号（＋）、１６は差動信号（−）、１７はインピーダンス不整合領域である。
まず、図３（ｂ）の従来の実装方法においては、前述した第２実施形態と同様、部品実装禁止領域８の外側に部品を実装することになる。特に、差動信号伝送では、２本の信号配線相互のインピーダンスマッチングや、終端抵抗の位置や方法が重要となってくる。そのため、差動信号（＋）１５と差動信号（−）１６とは、平行した２本の配線としてマザーボード上を配線されることが多い。
【００２２】
図３（ｂ）では、ＢＧＡパッケージ１が受動側のとき、終端抵抗としてチップ抵抗４ｂを用いて終端している。ここでチップ抵抗４ｂの端子を配線するために、差動信号（−）１６が曲がってマザーボード１１上で配線されている。そのため、インピーダンス不整合領域１７が発生し、波形品質の低下となってしまうことがあった。したがって、図３（ａ）に示す本発明によれば、ハンダボール３の間にチップ抵抗４ｂを実装することで、差動信号（＋）１５と差動信号（−）１６の、それぞれの配線の平行度合いを極力崩すことなく、ＢＧＡパッケージ１のマザーボード１１との接続ランド１０まで配線することが可能となる。このため、信号波形品質を向上できるという効果がある。
【００２３】
また、シングルエンド信号伝送の場合の終端抵抗として、電源端子またはグラウンド端子にチップ抵抗４ｂで接続することでも同様の効果が得られる。
【００２４】
上記の実施の形態では、ＢＧＡパッケージに適応した場合の、電源とグラウンドのバイパスコンデンサと差動信号及びシングルエンド信号伝送における終端抵抗との場合について記載した。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、ＣＳＰパッケージやマルチチップ・モジュールなどグリッドアレイ型パッケージ内に封入されたボールグリッドアレイパッケージについても適応できる。また、電子部品としても、チップコンデンサやチップ抵抗に限定されるものではなく、チップインダクタなどでも、同様の効果を得ることが可能である。ボールグリッドアレイパッケージの端子のピッチや電子部品のサイズについてもこれに限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。多様化の構成例およびそれに付随する効果例を以下に列挙する。
【００２５】
（具体的変化例）
変化例１において、ハンダ部をハンダボールとして構成するとよい。本構造により部品製造および接続構成等が容易化し効率的となる。
変化例２において、連なる２個のハンダボールは、一方が電源用パッドに被着し、他方がグラウンド用パッドに被着して構成されるとよい。
変化例３において、連なる２個のハンダボールは、差動伝送信号用パッドの正負にそれぞれ被着して構成されるとよい。
変化例４において、連なる２個のハンダボールは、一つはシングルエンド伝送信号用パッドに被着し、もう一つは電源用パッドまたはグラウンド用パッドに被着して構成されるとよい。
変化例５において、電子部品は、チップコンデンサを用いて構成されるとよい。
変化例６において、電子部品は、チップ抵抗を用いて構成されるとよい。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているため、次に記載する効果がある。
グリッドアレイ型パッケージ内に封入されたボールグリッドアレイパッケージにおいて、ハンダボール間に回路動作上必要不可欠の電子部品を実装することによって、ベース基板とマザーボードとの間に適切な間隙を形成しつつ、放射ノイズ低減や、信号波形品質が向上できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるボールグリッドアレイパッケージの第１の実施形態を示す図である。
【図２】本発明にかかるボールグリッドアレイパッケージの第２の実施形態を示す図である。
【図３】本発明にかかるボールグリッドアレイパッケージの第３の実施形態を示す図である。
【図４】従来のボールグリッドアレイパッケージの構成例を示す図である。
【符号の説明】
１ＢＧＡパッケージ
２ベース基板
３ハンダボール
４電子部品
４ａチップコンデンサ
４ｂチップ抵抗
５スペーサ
６電源ライン
７グラウンドライン
８部品実装禁止領域
９配線距離
１０ランド
１１マザーボード
１２スルーホール
１３導体パターン
１４ハンダ
１５差動信号（＋）
１６差動信号（−）
１７インピーダンス不整合領域

Claims

底面に複数の接続用パッドと、
前記接続用パッドに被着されたハンダ部と、
前記ハンダ部の連なる２個の該ハンダ部間に実装された電子部品とを有し、
グリッドアレイ型パッケージを用いて構成されたことを特徴とする半導体装置。