JP2006165324A - Ｂｇａパッケージを実装した基板の構造 - Google Patents

Abstract

【課題】防湿コーティング材の膨張・収縮の問題に鑑み、電極半田バンプの耐久性の向上を図る新規な技術を提案する。
【解決手段】半導体素子をインターポーザ２に実装したＢＧＡパッケージ１を基板１０に対して半田接合し、半導体素子と基板１０とを電気的に接続する構成とする、ＢＧＡパッケージ１を実装した基板１０の構造であって、前記インターポーザ２に複数配置されたランド６・６と、前記基板１０に複数配置されたランド１６・１６間は、電極半田バンプ７・７（電極７ａ・７ａ）によって電気的に接続され、前記電極半田バンプ７・７が配置されるエリアの外周には、隔壁形成用半田バンプ９・９により一連の隔壁２０が形成され、前記隔壁２０によって前記インターポーザ２と基板１０との間の隙間が塞がれる構成とし、前記隔壁２０の外周に防湿コーティング材５１が塗布される構成とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）パッケージに配置される電極半田バンプの耐久性の向上を図る技術に間するものである。

近年、半導体装置の高集積化、高性能化に伴う端子数の増大に対応すべく、端子の高密度実装を実現可能とするＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）パッケージが実用化されてきており、このＢＧＡパッケージを実装した基板の構成について開示する文献も多く存在する（例えば、特許文献１参照。）。
また、ＢＧＡパッケージを実装した基板において、一般に使用される防湿コーティング材は、その線膨張係数が半田及びＢＧＡパッケージ本体のものと大きく異なるため、冷熱衝撃が加わると、膨張・収縮の際に、前記防湿コーティング材が電極半田バンプに大きな応力を加えることになり、電極半田バンプの耐久性が劣化するという問題があった。
この問題に対し、特許文献１では、低弾性樹脂と、高弾性樹脂の二種類の防湿コーティング材を用いることとし、高弾性樹脂によってＢＧＡパッケージの外周を押さえ込んで、電極半田バンプにかかる応力を緩和させ、耐久性の向上を図る技術を提案している。
特開２００３−９２３１２号公報

しかし、特許文献１に開示される技術では、ＢＧＡパッケージの実装後に、第一の樹脂（低弾性樹脂）の流し込みの工程、第二の樹脂（高弾性樹脂）の流し込みの工程が必要となり、工程数が増加するとともに、これらの樹脂を手配する必要が発生し、加工費・素材費がかかり、これに伴う製品コストの増加を来たすことになる。
そこで、本発明は、上述の電極半田バンプの耐久性の向上を図る新規な技術を提案するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上のごとくであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１に記載のごとく、ＢＧＡパッケージのインターポーザと基板とを接続する半田バンプの配置されるエリアの外周に、インターポーザと基板との間に形成される隙間を塞ぐ一連の隔壁が半田によって形成される、ＢＧＡパッケージを実装した基板の構造とするものである。

また、請求項２に記載のごとく、半導体素子をインターポーザに実装したＢＧＡパッケージを基板に対して半田接合し、半導体素子と基板とを電気的に接続する構成とする、ＢＧＡパッケージを実装した基板の構造であって、前記インターポーザに複数配置されたランドと、前記基板に複数配置されたランド間は、電極半田バンプによって電気的に接続され、前記電極半田バンプが配置されるエリアの外周には、隔壁形成用半田バンプにより一連の隔壁が形成され、前記隔壁によって前記インターポーザと前記基板との間の隙間が塞がれる構成とし、前記隔壁の外周に防湿コーティング材が塗布される構成とする。

また、請求項３に記載のごとく、前記基板には、該基板の表面と裏面とを連通させるスルーホールが設けられる構成とする。

以上の請求項１、２に記載の発明では、防湿コーティング材の膨張・収縮の影響による半田バンプの劣化を防止することができる。
また、前記隔壁によってＢＧＡパッケージや基板の熱膨張・収縮による応力を受けることで、電極半田バンプへ加えられる応力を緩和することができる。
また、上記の構成は、新たな素材を必要とすることなく、従来のＢＧＡパッケージの実装工程のままで実施できるため、低コストで半田バンプの耐久性の向上を図ることができる。

また、請求項３に記載の発明では、インターポーザと基板の間の空間に、基板外部の空気がスルーホールを介して流入されるため（又は空間外へ流出される）、空間内の圧力が極度に高圧／低圧となることがなく、前記電極とランド間の接合の破損が防止される。

図１（ａ）（ｂ）に示すごとく、ＢＧＡパッケージ１は、板状のインターポーザ２に半導体素子３・３（半導体装置）を実装し、該半導体素子３・３をモールド樹脂４にて覆う構成としている。
また、インターポーザ２の裏側面には、複数のランド６・６・・・が格子状に配置されている。各ランド６・６・・・には、それぞれ半田ボールを吸着させてなる電極半田バンプ７・７・・・が構成されている。

また、インターポーザ２の裏側面には、前記電極半田バンプ７・７・・・が構成されたエリアの外周を取り囲む隔壁形成用ランド８が構成されている。この隔壁形成用ランド８は、連続して形成されて閉じた形状とされている。
また、隔壁形成用ランド８の材質は、半田濡れ性が良好なＣｕ（クロム）等の金属とするのが好適である。
また、隔壁形成用ランド８の表面には、酸化を防止しつつ、半田濡れ性を確保するため、Ｓｎ（スズ）鍍金や、半田レベラー等の表面処理が施される。
また、隔壁形成用ランド８の幅は、後述するごとく、隔壁の形成後に、隔壁内外を物理的に遮断すればよいので、実装精度の面から、電極半田バンプ７・７・・・の外径以上であればよい。
また、隔壁形成用ランド８の表面には、複数の半田ボールを吸着させてなる隔壁形成用半田バンプ９・９・・・が構成される。
また、図１（ｂ）に示すごとく、隔壁形成用ランド８と電極半田バンプ７・７・・・との距離Ｄ１は、半田付けの際に、電極半田バンプ７・７・・・と隔壁形成用半田バンプ９の間での半田ブリッジを防止するため、電極半田バンプ７・７・・・のピッチＤ２以上空けられる。

また、図１（ｂ）に示すごとく、前記隔壁形成用半田バンプ９・９・・・の外径は、前記隔壁形成用ランド８と略同一とされる。
また、隔壁形成用半田バンプ９・９・・・の配置ピッチについて、半田溶融時の広がり率Ｓは、一般的に次の式（１）で示される。
式（１）；広がり率Ｓ＝（（Ｄ−Ｈ）／Ｄ）×１００〔％〕
Ｄ；溶融前の半田の高さ（直径）
Ｈ；溶融後の半田の高さ
また、隣接する隔壁形成用半田バンプ９・９・・・同士を確実につなげて隔壁を形成するため、該隔壁形成用半田バンプ９・９・・・の配置ピッチＰを、次の式（２）で算出される値とする。
式（２）；配置ピッチＰ＝（ｄ／Ｓ）×１００×α
ｄ；隔壁形成用半田バンプの直径
α；溶融後の半田の重複率（安全率）
そして、以上により算出された配置ピッチＰにより、溶融後において形成される隔壁２０（図４（ｂ）、図５参照）には隙間が形成されず、隔壁２０によって、隔壁の内部空間（空間２５）と外部空間とが分断されるようになっている。

図２（ａ）（ｂ）に示すごとく、前記ＢＧＡパッケージ１が実装される基板１０の表面側には、複数のランド１６・１６・・・が格子状に配置されており、この配置は、ＢＧＡパッケージ１の電極半田バンプ７・７・・・の配置と同一としている。
また、基板１０の裏側面には、前記ランド１６・１６・・・が構成されたエリアの外周を取り囲む隔壁形成用ランド１８が構成されている。この隔壁形成用ランド１８は、連続して形成されて閉じた形状とされている。また、隔壁形成用ランド１８の形状は、ＢＧＡパッケージ１側に形成される隔壁形成用ランド８と略同一とされており、ＢＧＡパッケージ１が基板１０に実装される際には、両隔壁形成用ランド８・１８が互いに対向し、両隔壁形成用ランド８・１８の間に前記隔壁形成用半田バンプ９・９・・・が配置される。
また、前記ランド１６・１６・・・の表面には、半田ペースト１７・１７・・・がプリントされている。また、前記隔壁形成用ランド１８の表面には、半田ペースト１９・１９が印刷されている。
尚、隔壁形成用ランド１８の材質、表面処理については、ＢＧＡパッケージ１側の隔壁形成用ランド８と同一とされる。

また、図２（ａ）（ｂ）に示すごとく、基板１０には、基板１０のベース１２の表面１２ａ（前記ランド１６・１６・・・が配置される側）と、裏面１２ｂとを連通させるスルーホール３０（孔状の通気路）が設けられている。
このスルーホール３０の存在により、ベース１２の表面１２ａと裏面１２ｂの間での通気が可能となり、リフロー炉での加熱の際における、基板１０（ベース１２）とＢＧＡパッケージ１（インターポーザ２）の間に挟まれる空間の圧力変化に対応することができるようになっている。

そして、図３、図４（ａ）（ｂ）に示すごとく、ＢＧＡパッケージ１を基板１０上にセットした状態でリフロー炉にて加熱すると、前記電極半田バンプ７・７・・・、半田ペースト１７・１７・・・が溶融されて電極７ａ・７ａ・・が形成され、ランド６・１６が電極７ａ・７ａ・・によって電気的に接続される。
また、これと同時に、前記隔壁形成用半田バンプ９・１９が溶融され、前記隔壁形成用ランド８・１８に沿った一連の隔壁２０が形成される。該隔壁２０によって、インターポーザ２と基板１０との間に閉じられた空間２５が形成される。
また、この空間２５は、前記スルーホール３０を介して基板１０の外部へと通じているため、溶融の際に空間２５内の圧力が変化した場合でも、基板１０外部の空気がスルーホール３０を介して流入／流出されるため、空間２５内の圧力が極度に高圧／低圧となることがなく、前記電極７ａ・７ａ・・とランド６・１６間の接合の破損が防止される。

以上のように、ＢＧＡパッケージ１のインターポーザ２と基板１０とを接続する半田バンプ７・７・・・の配置されるエリアの外周に、インターポーザ２と基板１０との間に形成される隙間を塞ぐ一連の隔壁２０が半田によって形成される。
そして、ＢＧＡパッケージ１を基板１０に実装した後、図５に示すごとく、防湿コーティング材５１・５２が塗布される。
この際、インターポーザ２と基板１０に挟まれる空間２５は、四方側面が隔壁２０にて囲まれて閉じられているため、ベース１２の表面１２ａ側に塗布される防湿コーティング材５１の空間２５内への浸入を隔壁２０によって阻止できる。
また、前記空間２５内は、スルーホール３０での通気を除いては、密閉された空気層で構成されるため、ベース１２の裏面１２ｂ側に塗布される防湿コーティング材５２のスルーホール３０を介した空間２５内への浸入を、前記空気層の存在によって阻止できる。

以上が本発明に係るＢＧＡパッケージ１を実装した基板１０の構造である。
即ち、図５に示すごとく、半導体素子３・３をインターポーザ２に実装したＢＧＡパッケージ１を基板１０に対して半田接合し、半導体素子３・３と基板１０とを電気的に接続する構成とする、ＢＧＡパッケージ１を実装した基板１０の構造であって、前記インターポーザ２に複数配置されたランド６・６・・・と、前記基板１０に複数配置されたランド１６・１６・・・間は、電極半田バンプ７・７（電極７ａ・７ａ）によって電気的に接続され、前記電極半田バンプ７・７・・・が配置されるエリアの外周には、隔壁形成用半田バンプ９・９・・・により一連の隔壁２０が形成され、前記隔壁２０によって前記インターポーザ２と基板１０との間の隙間が塞がれる構成とし、前記隔壁２０の外周に防湿コーティング材５１が塗布される構成としている。

そして、以上の構成で、防湿コーティング材５１・５２の空間２５内への浸入が阻止され、防湿コーティング材５１・５２の膨張・収縮の影響による半田バンプ７・７（電極７ａ・７ａ）の劣化を防止することができる。
また、前記隔壁２０によってＢＧＡパッケージ１や基板１０の熱膨張・収縮による応力を受けることで、電極半田バンプ７・７・・・（電極７ａ・７ａ）へ加えられる応力を緩和することができる。
また、上記の構成は、新たな素材を必要とすることなく、従来のＢＧＡパッケージ１の実装工程のままで実施できるため、低コストで半田バンプ７・７・・・（電極７ａ・７ａ）の耐久性の向上を図ることができる。

（ａ）は本発明に係るＢＧＡパッケージについて示す図。（ｂ）は同じく底面図。 （ａ）は本発明に係る基板について示す図。（ｂ）は同じく底面図。 ＢＧＡパッケージを基板に実装した状態について示す平面図。 （ａ）は図３のＡ−Ａ線断面図。（ｂ）図３のＢ−Ｂ線側面図。 防湿コーティング材が塗布された状態について示すＢＧＡパッケージを実装した基板の断面図。

１ ＢＧＡパッケージ
２ インターポーザ
３ 半導体素子
６ ランド
７ 電極半田バンプ
７ａ 電極
９ 隔壁形成用半田バンプ
１０ 基板
１６ ランド
２０ 隔壁
３０ スルーホール
５１ 防湿コーティング材
５２ 防湿コーティング材

Claims (3)

1. ＢＧＡパッケージのインターポーザと基板とを接続する半田バンプの配置されるエリアの外周に、インターポーザと基板との間に形成される隙間を塞ぐ一連の隔壁が半田によって形成される、ＢＧＡパッケージを実装した基板の構造。
2. 半導体素子をインターポーザに実装したＢＧＡパッケージを基板に対して半田接合し、半導体素子と基板とを電気的に接続する構成とする、ＢＧＡパッケージを実装した基板の構造であって、
   前記インターポーザに複数配置されたランドと、前記基板に複数配置されたランド間は、電極半田バンプによって電気的に接続され、
   前記電極半田バンプが配置されるエリアの外周には、隔壁形成用半田バンプにより一連の隔壁が形成され、
   前記隔壁によって前記インターポーザと前記基板との間の隙間が塞がれる構成とし、
   前記隔壁の外周に防湿コーティング材が塗布される構成とする、
   ＢＧＡパッケージを実装した基板の構造。
3. 前記基板には、該基板の表面と裏面とを連通させるスルーホールが設けられる、ことを特徴とする請求項２に記載のＢＧＡパッケージを実装した基板の構造。

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