JP2005079378A

JP2005079378A - 半導体パッケージ、回路基板及びリフロー方法

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Publication number: JP2005079378A
Application number: JP2003308695A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Yoshikawa; 泰史吉川
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-09-01
Filing date: 2003-09-01
Publication date: 2005-03-24

Abstract

【課題】半導体パッケージと回路基板とのはんだ付けによる取り付けを確実にし、半導体パッケージから回路基板への放熱を効率的に行なう方法を提供する。
【解決手段】本回路基板２０に、回路基板におけるはんだを供給しておく領域２２が、はんだが半導体パッケージの回路基板への取り付けに適した盛りになるような形状にする。半導体パッケージのはんだを取り付ける領域１３も領域２２と同一の形状−円形、長円形−とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体チップが内蔵された半導体パッケージ、当該半導体パッケージを搭載するための回路基板、及び前記半導体パッケージを前記回路基板に取り付けるため半田付けのリフロー方法に関する。

図６（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、従来の半導体パッケージ及び回路基板を示す。従来の半導体パッケージ１及び回路基板２は、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、半導体パッケージ１から回路基板２を介して効率的に放熱すべく、半導体パッケージ１の底面に、半田付け用の矩形状の金属領域１ａが設けられており、また、回路基板２の上面に、金属領域１ａに対応する矩形状を有し、リフローのために前記半田を予め供給しておくための金属領域２ａが設けられている。これにより、半導体パッケージ１は、金属領域１ａ、２ａ間でのリフローの半田付けによって回路基板２に取り付けられる。

しかしながら、半導体パッケージ１の金属領域１ａ及び回路基板２の金属領域２ａが半導体パッケージ１の底面の形状である矩形から規定される矩形であることから、回路基板２の金属領域２ａに供給された半田３の形状が任意に定まる。これにより、図１（Ｃ）に示されるように、半導体パッケージ１の金属領域１ａ及び回路基板２の金属領域２ａ間の半田付けによる取り付けが不充分となり、この結果、半導体パッケージ１から回路基板２への前記放熱を効率的に行なうことができないという問題があった。

上記した課題を解決すべく、本発明に係る半導体パッケージは、半導体パッケージを半田により取り付けるための回路基板に形成され、当該取り付けに先立ち前記半田を供給しておくための第１の領域であって前記半田を前記取り付けに適した盛りにする形状を有する前記第１の領域の前記形状と同一な形状を有する前記半田による前記取り付けのための第２の領域が形成されている。

本発明に係る回路基板は、半導体パッケージを半田により取り付けるための回路基板であって、前記取り付けに先立ち、前記半田を供給しておくための領域であって前記半田を前記取り付けに適した盛りにする形状を有する前記領域が形成されている。

本発明に係るリフロー方法は、半導体パッケージを半田により回路基板に取り付ける第１の工程と、前記第１の工程に先立ち、前記回路基板に形成された領域であって前記半田を前記取り付けに適した盛りにする形状を有する前記領域に、前記半田を供給する第２の工程とを含む。

本発明に係る半導体パッケージ、回路基板及びリフロー方法によれば、前記回路基板における前記半田を供給しておく領域が、前記半田が前記半導体パッケージの前記回路基板への取り付けに適した盛りになるような形状を有することから、前記半導体パッケージを前記回路基板を強固に取り付けることができ、これにより、前記半導体パッケージから前記回路基板への放熱を従来に比較して効率的に行なうことが可能になる。

上記した本発明に係る半導体パッケージでは、前記形状は、曲線を含むことが望ましい。
上記した本発明に係る半導体パッケージでは、前記形状は、円弧を含むことが望ましい。

上記した本発明に係る回路基板では、前記形状は、曲線を含むことが望ましい。
上記した本発明に係る回路基板では、前記形状は、円弧を含むことが望ましい。

上記した本発明に係るリフロー方法では、前記第２の工程は、前記半田の供給を、前記回路基板における前記半田を供給すべき場所を規定するマスクに設けられた、前記回路基板の前記領域の面積より大きい面積の開口を通じて行なうことが望ましい。
上記した本発明に係るリフロー方法では、前記回路基板に形成された前記領域の形状は、曲部を有し、
前記マスクに形成された前記開口の形状は、前記回路基板の前記領域の前記曲部に対応する角部を有することが望ましい。

本発明に係る半導体装置の実施例について図面を参照して説明する。

図１（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、実施例１の半導体パッケージ、回路基板及びマスクを示す図である。実施例１の半導体装置は、図１（Ａ）に図示の半導体パッケージ１０、及び図１（Ｂ）に図示の回路基板２０から構成される。半導体パッケージ１０は、回路基板２０における半田を供給すべき位置、大きさ、形状、量等を規定するマスク３０を用いたリフロー方法を通じて回路基板２０に取り付けられる。

半導体パッケージ１０は、例えば、ＩＥＥＥ（The Institute of Electrical Electronics Engineers ,Inc.）８０２．１１に準拠した無線ＬＡＮ（Local Area Network）のＲＦ(Radio Frequency)用ミキサ及び増幅等の機能を有するＩＣ、即ち、ＭＭＩＣ（Microwave Monolithic IC）や当該ＬＡＮにおける論理リンク制御（ＬＬＣ：Logical Link Control）及びメディアアクセス制御（ＭＡＣ：Media Access Control）のための特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：Application Specific Integrated Circuit）のような半導体チップを内蔵する。

半導体パッケージ１０は、本体１１と、複数のリード線１２ａ〜１２ｈとからなる。本体１１には、上記した機能を有する半導体チップが搭載されており、従来知られた方法により樹脂封止されている。複数のリード線１２ａ〜１２ｈは、本体１１の両側面から延在しており、回路基板２０への表面実装に適した屈曲形状を有する。

半導体パッケージ１０は、上記したような高周波及び高速で動作することから、放熱を効率的に行なう必要がある。そのために、本体１１の裏面には、図１（Ａ）に示されるように、本体１１から回路基板２０に直接的に放熱すべく、本体１１を回路基板２０に半田付けにより固定するための円形の金属領域１３を有する。即ち、金属領域１３は、曲線である円弧からなる形状である。

回路基板２０は、例えば、従来知られたエポキシ樹脂からなる。回路基板２０は、半導体パッケージ１０を表面実装により取り付けるべく、図１（Ｂ）に示されるように、その上面には、半導体パッケージ１０のリード線１２ａ〜１２ｈに対応する複数のランド２１ａ〜２１ｈと、半導体パッケージ１０の本体１１に形成されている金属領域１３に対応し、金属領域１３と同一の形状を有する金属領域２２とが形成されている。

ランド２１ａ〜２１ｈ及び金属領域２２には、半田のリフローの過程で、半導体パッケージ１０の回路基板２０への取り付けに先立ち、半導体パッケージ１０を取り付けるための半田が供給される。また、金属領域２２は、ヒートシンクとして機能すべく、接地電位に接続されており、他方で、回路基板２０は、無線ＬＡＮのサーバ装置又はクライアント装置（図示せず）の筐体に、回路基板２０における金属領域２２と同電位である、即ち設置電位である箇所でネジ締め等により取り付けられ、これにより、半導体パッケージ１０の本体１１から金属領域１３及び金属領域２２間の接続箇所を経て回路基板２０まで至る熱は、前記サーバ装置又は前記クライアント装置の筐体から放出される。

マスク３０は、例えば、従来知られたように金属性であり、半田のリフローの過程において、回路基板２０に半導体パッケージ１０を取り付ける前に、半田を回路基板２０のランド２１ａ〜２１ｈ及び金属領域２２に供給すべく、回路基板２０のランド２１ａ〜２１ｈ及び金属領域２２に対応した小さい開口である複数の小開口部３１ａ〜３１ｈ及び大きい開口である大開口部３２を有する。

小開口部３１ａ〜３１ｈは、図１（Ｃ）に示されるように、回路基板２０のランド２１ａ〜２１ｈの先端と概ね同一の矩形の形状を有し、他方で、大開口部３２は、回路基板２０における円形の金属領域２２（図１（Ｃ）の点線で図示）に外接する正方形の形状を有する。即ち、大開口部３２の面積は、金属領域２２の面積より大きく、また、矩形である大開口部３２は、回路基板２０の円形である金属領域２２の曲部に対応する角部を有し、例えば、金属領域２２の曲部２２ａに対応する角部３２ａを有する。

図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）は、実施例１のリフロー方法を示す図である。実施例１のリフロー方法では、図２（Ａ）に示されるように、まず、小開口部３１ａ〜３１ｈ及び大開口部３２がランド２１ａ〜２１ｈ及び金属領域２２の直上に位置するように回路基板２０の上面の上方に設定されたマスク３０を通して、矢印の方向に沿って、回路基板２０のランド２１ａ〜２１ｈ及び金属領域２２に半田４０を供給する。これにより、図２（Ｂ）に示されるように、例えば、回路基板２０のランド２１ａ〜２１ｈには、半田の盛り４１ａ〜４１ｈ（４１ｄ、４１ｅのみ図示）が形成され、また、金属領域２２には、半田の盛り４１ｄ、４１ｅより高い半田の盛り４２が形成される。

次に、図１（Ｃ）に示されるように、リード線１２ａ〜１２ｈ及び金属領域１３がランド２１ａ〜２１ｈ及び金属領域２２に一致するように回路基板２０の上面に半導体パッケージ１０を載置する。最後に、ランド２１ａ〜２１ｈでの半田の盛り４１ａ〜４１ｈ、及び金属領域２２での半田の盛り４２を加熱することにより、半田の盛り４１ａ〜４１ｈ、４２が溶融し、これにより、図１（Ｄ）に示されるように、半導体パッケージ１０のリード線１２ａ〜１２ｈ及び金属領域１３は、回路基板２０のランド２１ａ〜２１ｈ及び金属領域２２に固定される。

上述したように、実施例１の半導体装置では、回路基板２０の金属領域２２の円形形状が、半田の盛り４２を、半導体パッケージ１０の金属領域１３及び回路基板２０の金属領域２２間での半田付けに適する立体形状にすることから、半導体パッケージ１０の金属領域１３を回路基板２０の金属領域２２に堅固に取り付けることができ、これにより、半導体パッケージ１０から放射される熱を金属領域１３及び金属領域２２間の接続箇所を介して回路基板２０へ効率的に伝播することが可能になる。

実施例１の半導体装置では、また、マスク３０の大開口部３２の面積が、金属領域２２の面積より大きいことから、半田のリフローの過程において、大開口部３２を通じて、金属領域１３及び金属領域２２間の半田付けに充分な量の半田を金属領域２２に供給することができる。

実施例１の半導体装置では、さらに、マスク３０の矩形の大開口部３２が、回路基板２０の円形の金属領域２２の曲部に対応する角部を有し、当該角部を通じて回路基板２０に供給される半田が回路基板２０の金属領域２２の曲部の近傍に誘引されることから、中心近傍ほど盛りが大きくなる傾向がある半田を、回路基板２０の金属領域２２の全体に亘って均一に盛ることができ、これにより、半導体パッケージ１０の金属領域１３及び回路基板２０の金属領域２２間の接続を、マスク３０が当該角部を有しない場合に比較して強固にすることができる。

上記したように、マスク３０の大開口部３２の形状を、回路基板２０の円形の金属領域２２の形状と相違する矩形にすることに代えて、回路基板２０の円形の金属領域２２の形状と同一な円形にすることにより、金属領域２２の周縁での半田の盛りが低減するものの、上記した効果と概ね同様な効果を得ることができる。

図３（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、実施例２の半導体パッケージ、回路基板及びマスクを示す図である。実施例２の半導体装置は、実施例１の半導体装置と同様に、半導体パッケージ１１０及び回路基板１２０から構成される。半導体パッケージ１１０は、実施例１の半導体パッケージ１０と同様に、回路基板１２０における半田を供給すべき場所等を規定するマスク１３０を用いたリフロー方法を通じて回路基板１２０に取り付けられる。

半導体パッケージ１１０は、図３（Ａ）に示されるように、図１（Ａ）に図示した実施例１の半導体パッケージ１０の本体１１及びリード線１２ａ〜１２ｈに対応する本体１１１及びリード線１１２ａ〜１１２ｈからなり、さらに、本体１１１は、実施例１の金属領域１３に相当する金属領域１１３を有する。ここで、実施例１における半導体パッケージ１０の金属領域１３が円形の形状であることとは異なり、実施例２における半導体パッケージ１１０の金属領域１１３は、楕円の形状である。金属領域１１３の楕円は、その短半径の方向がリード線１１２ａ〜１１２ｈの延在方向に平行である。

回路基板１２０は、図３（Ｂ）に示されるように、図１（Ｂ）に図示した実施例１の回路基板２０のランド２１ａ〜２１ｂ及び金属領域２２に対応する、ランド１２１ａ〜１２１ｈ及び金属領域１２２を有する。金属領域１２２は、半導体パッケージ１１０の金属領域１１３が楕円であることに対応して、金属領域１１３と同一の楕円の形状を有する。

マスク１３０は、図３（Ｃ）に示されるように、図１（Ｃ）に図示した実施例１のマスク３０の小開口部３１ａ〜３１ｈ及び大開口部３２に対応する小開口部１３１ａ〜１３１ｈ及び大開口部１３２を有する。ここで、大開口部１３２は、回路基板１２０の金属領域１２２（図３（Ｃ）の点線で図示）に外接する長方形の形状である。

実施例２の半導体装置では、マスク１３０を用いて、実施例１のリフロー方法と同様なリフロー方法を、半導体パッケージ１１０及び回路基板１２０に適用することにより、図２（Ｂ）の図示と同様に、半導体パッケージ１１０の金属領域１１３及び回路基板１２０の金属領域１２２間の接続に適した立体形状の半田の盛り４２を回路基板１２０の金属領域１２２に形成することができ、この結果、図２（Ｄ）に図示と同様に、回路基板１２０に半導体パッケージ１１０を堅固に取り付けることができる。

金属領域１１３の短半径の方向は、上記したようなリード線１１２ａ〜１１２ｈの延在方向に平行であることに代えて、リード線１１２ａ〜１１２ｈへの延在方向に垂直であることによっても、上記したと同様な効果を得ることができる。

図４（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、実施例３の半導体パッケージ、回路基板及びマスクを示す図である。実施例３の半導体装置は、実施例１の半導体装置と同様に、半導体パッケージ２１０及び回路基板２２０から構成される。半導体パッケージ２１０は、実施例１の半導体パッケージ１０と同様に、回路基板２２０における半田を供給すべき場所等を規定するマスク２３０を用いたリフロー方法により回路基板２２０に取り付けられる。

半導体パッケージ２１０は、図４（Ａ）に示されるように、実施例１の半導体パッケージ１０と同様に、本体２１１及びリード線２１２ａ〜２１２ｈを有し、本体２１１は、実施例１の金属領域１３の円形の形状とは異なり、一対の辺２１３ａ、２１３ｂが相互に平行であり当該一対の辺２１３ａ、２１３ｂの端が曲線２１３ｃ、２１３ｄで接続された形状（以下、「略楕円形状」という。）である金属領域２１３を有する。

回路基板２２０は、図４（Ｂ）に示されるように、実施例１の回路基板２０と同様に、リード線２２１ａ〜２２１ｈ及び金属領域２２２を有する。ここで、半導体パッケージ２１０の金属領域２１３が略楕円形状であることから、回路基板２２０の金属領域２２２もまた、略楕円形状を有する。

マスク２３０は、図４（Ｃ）に示されるように、実施例１のマスク３０と同様に、小開口部２３１ａ〜２３１ｈ及び大開口部２３２を有する。大開口部２３２は、回路基板２２０の金属領域２２２（図４（Ｃ）の点線で図示）に外接する長方形の形状である。

実施例３の半導体装置では、マスク２３０を用いて、実施例１と同様なリフロー方法を、半導体パッケージ２１０及び回路基板２２０に適用することにより、図２（Ｂ）に図示のような、半導体パッケージ２１０の金属領域２１３及び回路基板２２０の金属領域２２２間の半田付けに適する立体形状を有する半田の盛り４２を、回路基板２２０の金属領域２２２に形成することができ、この結果、図２（Ｄ）の図示のように、回路基板２２０に半導体パッケージ２１０を強固に取り付けることが可能になる。

半導体パッケージ２１０の金属領域２１３及び回路基板２２０の金属領域２２２は、上記した形状に代えて、リード線２２１ａ〜２２１ｈが延在する方向に延びる一対の辺、及び当該一対の辺の端を接続する曲線からなる略楕円形状にすることにより、上記したと同様な効果をえることができる。

図５（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、実施例３の他の半導体パッケージ、回路基板及びマスクを示す図である。実施例３の他の半導体パッケージ３１０、回路基板３２０は、上記した半導体パッケージ２１０及び回路基板２２０が、上記した略楕円形状である金属領域２１３、２２２を有することとは対照的に、上記した略楕円形状が十字上に交差するような形状である金属領域３１３、３２２を有する。また、マスク３３０は、回路基板３２０の金属領域３２２に外接する正方形の大開口部３３２を有する。

実施例３の他の半導体装置では、マスク３３０を用いて、上記と同様なリフロー方法を、半導体パッケージ３１０及び回路基板３２０に適用することにより、図２（Ｂ）に図示のような半田の盛り４２を回路基板３２０の金属領域３２２に形成することができ、これにより、上記と同様に、回路基板３２０に半導体パッケージ３１０を強固に取り付けることができる。

実施例１の半導体パッケージ、回路基板及びマスクを示す図。実施例１のリフロー方法を示す図。実施例２の半導体パッケージ、回路基板及びマスクを示す図。実施例３の半導体パッケージ、回路基板及びマスクを示す図。実施例３の他の半導体パッケージ、回路基板及びマスクを示す図。従来の半導体パッケージ及び回路基板を示す図。

符号の説明

１０半導体パッケージ
１１本体
１２ａ〜１２ｈリード線
１３金属領域
２０回路基板
２１ａ〜２１ｈランド
２２金属領域
３０マスク
３１ａ〜３１ｈ小開口部
３２大開口部

Claims

半導体パッケージを半田により取り付けるための回路基板に形成され、当該取り付けに先立ち前記半田を供給しておくための第１の領域であって前記半田を前記取り付けに適した盛りにする形状を有する前記第１の領域の前記形状と同一な形状を有する前記半田による前記取り付けのための第２の領域が形成されたことを特徴とする半導体パッケージ。
前記形状は、曲線を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体パッケージ。
前記形状は、円弧を含むことを特徴とする請求項２記載の半導体パッケージ。
半導体パッケージを半田により取り付けるための回路基板であって、
前記取り付けに先立ち、前記半田を供給しておくための領域であって前記半田を前記取り付けに適した盛りにする形状を有する前記領域が形成されたことを特徴とする回路基板。
前記形状は、曲線を含むことを特徴とする請求項４記載の回路基板。
前記形状は、円弧を含むことを特徴とする請求項５記載の回路基板。
半導体パッケージを半田により回路基板に取り付ける第１の工程と、
前記第１の工程に先立ち、前記回路基板に形成された領域であって前記半田を前記取り付けに適した盛りにする形状を有する前記領域に、前記半田を供給する第２の工程とを含むことを特徴とするリフロー方法。
前記第２の工程は、前記半田の供給を、前記回路基板における前記半田を供給すべき場所を規定するマスクに設けられた、前記回路基板の前記領域の面積より大きい面積の開口を通じて行なうことを特徴とする請求項７記載のリフロー方法。
前記回路基板に形成された前記領域の形状は、曲部を有し、
前記マスクに形成された前記開口の形状は、前記回路基板の前記領域の前記曲部に対応する角部を有すること特徴とする請求項８記載のリフロー方法。