JP2010278212A - 電子部品用パッケージ、および電子部品用パッケージの異常検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配線基板に実装されたＢＧＡ等の電子部と配線基板の接続に断線が発生するのをあらかじめ感知し、回路システムに損害が起こる前に機能を停止する手段を提供する。
【解決手段】半導体チップ３が実装された内部配線用基板８と配線基板４をはんだボール２で接続されている電子部品パッケージにおいて、前記内部配線用基板の四隅に設けたランドと前記配線基板のランド間を接続する４箇所の半田ボール２ａ間を直列接続し、その抵抗値を測定することにより、はんだボール部の異常有無を判定する。
【選択図】図２

Description

本発明は電子部品用パッケージ、および電子部品用パッケージの異常検出方法に係り、特に接続信頼性に優れた電子部品用パッケージ、および電子部品用パッケージの異常検出方法に関する。

電子部品用パッケージは回路機能の増大化に伴い外部電極の多ピン化が進み、一方では携帯電話等に代表される様に機器の小型化に伴い電子部部品用パッケージの小型化も進んでいる。
このような外部電極の多ピン化、電子部品用パッケージの小型化に対応する為、電子部品用パッケージ、特に半導体用パッケージは外部電極がマトリクス状に配置が出来るボールグリットアレイ（Ball Grid Array以下ＢＧＡと略す）が優位である。
然しながら、ＢＧＡとＢＧＡが実装される配線基板間の接続用はんだボールには、ＢＧＡが配線基板に実装された状態において温度変化が発生すると、熱膨張の差があるため歪が発生する。

歪の大きさはＢＧＡにおける接続用はんだボールの位置、温度変化の大きさと時間で異なる。温度変化は製品が市場にて稼動する状態での電源入り切りでの温度変化や市場環境での気温の変化であり、製品が市場で稼動している状態で常に歪が発生している。
熱膨張差による歪量は、接続用はんだボールの位置でも異なり、ＢＧＡの中心からの距離が長い程歪が大きくなるため４角形パッケージの場合はコーナーの４隅が該当しそこから断線が始まる。

この様にＢＧＡとＢＧＡが実装される配線基板との間での熱膨張の差があると、市場環境の温度サイクルによりＢＧＡの接続用はんだボールにクラックが入り、機器に障害を与える、あるいは、ＢＧＡと配線基板間の接続部が断線して装置の機能が損なわれる問題がある。
このような断線の防止策として、特許文献１においては、ＢＧＡの歪が最も大きく加わる四隅の接続パッドを他のパッドよりも断面積を大きくすることで接続強度を増している。

特開２００１−６８５９４号公報

しかし、特許文献１に開示する方法は四隅のパッドの大きさをどの程度大きくすれば良いのかを明確にできず、対象ＢＧＡを使用する製品の寿命、製品の稼動環境温度によってＢＧＡの四隅の接続用はんだボールにクラックが入り断線した場合は機器に不具合が発生し、損害を発生する可能性がある。

また、四隅のパッドの大きさは、歪の大きさを決めるＢＧＡの大きさ、温度変化の大きさを決める市場稼動温度と要求寿命が明確になれば、決めることが出来るが、市場稼動温度と要求寿命は対象ＢＧＡを使用する製品で決まるため、対象製品に合った専用のＢＧＡを用意する必要があり、パッドの大きさもこれに応じて変化するので設計が煩雑になる。

本発明の目的は前記した課題に鑑み、接続信頼性に優れた電子部品用パッケージ、および電子部品用パッケージの異常検出方法を提供することにある。

前記目的を達成するため本発明は、半導体チップを搭載する内部配線用基板、及び、前記内部配線用基板と電気的に接続された配線基板を有する電子部品パッケージであって、複数のコーナー部に、前記半導体チップの電気的な動作に関わらない、はんだ付け用の第１のランドを有する内部配線基板と、該内部配線基板の前記第１のランドに対応した位置に、前記半導体チップの電気的な動作に関わらない、はんだ付け用の第２のランドを有し、該第２のランドと前記第１のランドを、はんだ付けすることにより前記内部配線用基板を固定する配線基板と、前記はんだ付けされた複数のランドを、一箇所を開路して接続する配線導体を有したことを特徴としている。

また本発明は、電子部品パッケージの異常検出方法であって、前記配線導体の前記開路したランド間の抵抗値を測定する測定ステップと、該測定ステップで測定された抵抗値が所定の抵抗値よりも小さいか否かを判定する判定ステップとを有し、該判定ステップでの判定の結果、所定の抵抗値よりも小さいと判定された場合には、所定の時間だけ待機した後、前記測定ステップに戻り、また、所定の抵抗値よりも大きいと判定された場合には、これを異常と判断して異常信号を発生することを特徴としている。

本発明によれば、接続信頼性に優れた電子部品用パッケージ、および電子部品用パッケージの異常検出方法を提供でき、ＢＧＡの実装状態に関わらず機器の障害を事前に防ぐ効果がある。

本発明の一実施例におけるＢＧＡと配線基板の断面図。 本発明の一実施例におけるＢＧＡと配線基板の平面透視図。 本発明の一実施例におけるＢＧＡと配線基板のはんだ付け部を示す断面図。 本発明の一実施例におけるチェーン接続部の制御フローチャート。

図１は本発明の一実施例を示すＢＧＡパッケージと配線基板の断面図である。図２はその平面透視図であり、図１の上側から見て描いている。また、図１は図２の上側から見て描いている。図３はそのはんだ付け部を示す断面図であり、図２のＡ−Ａ’間を描いている。
以下、本発明の一実施例を図１、図２、図３に基づいて説明する。

図１は、ＢＧＡパッケージ１の内部構造も示しており、半導体チップ３を内部配線用基板８に実装してワイヤーボンディング５（半導体チップ３の接続端子に応じた複数のワイヤーボンディングを含んでいるが、そのうち二本を５ｘと５ｙで示す）を用いて接続されており、内部配線用基板８と配線基板４は外部接続用はんだボール２ｂ（同様に、そのうち二個を２ｂｘと２ｂｙで示す）にてリフロー等のはんだ付けで、ＢＧＡ配線導体７（同様に、そのうち二本を７ｘと７ｙで示す）と配線基板実装用ランド１３を介して接続されている。

図２において、内部配線用基板８の四隅に設けた接続用ランドは半導体チップ３との接続を行わない。四隅に設けた接続ランドにはＢＧＡ接続用はんだボール２ａ１、２ａ２、２ａ３、２ａ４が接している。ＢＧＡ接続用はんだボール２ａ１は内部配線用基板８に設けた配線導体１１ａにて接続用はんだボール２ａ２と接続され、接続用はんだボール２ａ２は配線基板４に設けた配線導体１０ｂにて接続用はんだボール２ａ３と接続され、接続用はんだボール２ａ３はＢＧＡパッケージ１内の内部配線用基板８に設けた配線導体１１ｂにて接続用はんだボール２ａ４と接続されている。さらに接続用はんだボール２ａ１は配線基板４に設けた配線導体１０ａにて配線基板４に配置された接続測定端子１２ａと、また接続用はんだボール２ａ４は配線基板４に設けた配線導体１０ｃにて配線基板４に配置された接続測定端子１２ｂと接続されている。
すなわち、配線導体１０ａ、１１ａ、１０ｂ、１１ｂ、１０ｃは接続測定端子１２ａと１２ｂ間を、接続用はんだボール２ａ１、２ａ２、２ａ３、２ａ４を順番に介して接続している。接続測定端子１２ａと１２ｂ間は直接には接続されておらず、開路した状態となっており、ここには後記するようにチェーン接続感知システム６の両端が接続される。

また、ＢＧＡパッケージ１は半導体チップ３等の内部素子を保護する為にエポキシ樹脂等の封止樹脂９にて封止される。
装置回路機能動作時、接続用はんだボール２ａ１、２ａ２、２ａ３、２ａ４で接続された配線は、配線基板４に配置された接続測定端子１２ａと１２ｂの間で装置回路機能とは別の機能として接続抵抗値を計測される。

配線基板４と配線基板４に搭載されたＢＧＡパッケージ１とで形成された１２ａ→１０ａ→２ａ１→１１ａ→２ａ２→１０ｂ→２ａ３→１１ｂ→２ａ４→１０ｃ→１２ｂはチェーン状でチェーン接続感知システム６に接続されている為、このチェーンの中で接続が断線するとチェーン接続監視システム６が異常を感知することが出来る。
ＢＧＡパッケージ１の四隅の接続用はんだボールに断線が発生しても装置回路機能として使用していないので装置自体に不具合は発生しない。

市場での実動作状態で温度変化による熱膨張による歪が発生しＢＧＡパッケージ１の四隅の接続用はんだボールにクラックが入り断線に至った時点でチェーン接続感知システム６が異常を感知し、クラックの進行がＢＧＡ１の四隅の接続用はんだボール以外に及ぶ前に機器異常や寿命が近づいている事を知らせる事ができ、装置不具合での損害を未然に防ぐ事ができる。
なお、チェーン接続感知システム６は、接続測定端子１２ａと１２ｂの間に常に接続されていても良く、またユーザが必要と判断した時に接続するようにしても良い。

図３は配線基板とＢＧＡパッケージ１のはんだ付け詳細を示し、以下、市場環境での温度変化によりＢＧＡパッケージと配線基板に発生する歪に関して説明する。なお図３の１４はＢＧＡはんだボール実装用ランドを示す。
ＢＧＡパッケージ１の四隅にあるはんだボールのうち図中のはんだボール２a１は、ＢＧＡ１の中心からの距離がＬ２であり、その内側にあるはんだボール２ｂｘの中心からの距離はＬ１とする。

ＢＧＡパッケージ１の置かれた環境の温度変化によって、はんだボールに発生する歪は熱膨張差に起因しており、ＳＧＡ１の中心より距離が長い方が歪が大きく、前記はんだボール２ａ１と２ｂｘを比較するとＬ２−Ｌ１の差に応じた分、はんだボール２ａ１の方が歪が大きい。これはＢＧＡ中心歪と呼ばれ、歪が限界に達すると四隅のはんだボールよりクラックが入り始め、徐々に中心に入っていくことが知られている。

図４は、本発明における機器異常や機器寿命判定を行うチェーン接続部の制御フローチャートである。
装置初期の状態では異常信号を得てないので回路機能は動作する。

ステップ１にて、装置の製品動作開始での回路機能動作と同時に、チェーン接続感知システム６は接続測定端子１２ａと１２ｂ間の抵抗値を計測する。
ステップ２にて、計測値が予め設定された所定の範囲内か否かを判定する。設定範囲内であれば（図中のＹＥＳ）問題はないのでステップ３に進み、設定範囲を越えた場合は（図中のＮＯ）、はんだボール２ａ１、２ａ２、２ａ３、２ａ４の少なくもいずれか一つにクラックが入った可能性が大きいので、ステップ４に進む。
ステップ３にて、一定時間待機したのちステップ１に戻り、再度接続測定端子１２ａと１２ｂ間の抵抗値が設定範囲内かを計測し、１２ａと１２ｂ間の抵抗値が予め設定した範囲内であればこの状態を繰り返す。

ステップ４にて、異常信号を発生させ、ユーザに機器異常の発生あるいは機器寿命が近づいていることを案内し、ステップ５に進む。
ステップ５にて、回路機能を停止した後ユーザが基板交換をするなどの対策を待ったうえで、ステップ６にて、回路機能を再生させる。
以上のように、ＢＧＡの四隅の接続状態を予め抵抗値を感知して所定値と比較することで、機器に障害が発生する前に基板交換等を実施するようアラーム表示を行うとともに、機器の動作を停止する事が出来る。

以上の説明に用いた実施形態は一例であって、本発明を限定するものではない。たとえば四隅のはんだボールの状態を検知する方法として、抵抗値以外の値を用いる方法も考えられる。また当然ながら、内部配線用基板８は四角形に限るものではない。四角形であっても、その角部が丸味を持っていても良い。いずれの場合も本発明の範疇にある。

１・・・ＢＧＡ、
２ａ１、２ａ２、２ａ３、２ａ４、２ｂ・・・接続用はんだボール、
２ｂ１、２ｂ２、２ｂ３、２４、２ｂ・・・接続用ランド、
３・・・半導体チップ、４・・・配線基板、５・・・ワイヤーボンディング、
６・・・チェーン接続感知システム、７・・・ＢＧＡ配線導体、
８・・・内部配線用基板、９・・・封止樹脂、
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ・・・配線基板配線導体、
１１ａ、１１ｂ・・・ＢＧＡ配線導体、１２ａ、１２ｂ・・・接続測定端子、
１３・・・配線基板実装用ランド、１４・・・ＢＧＡはんだボール実装用ランド。

Claims (3)

1. 半導体チップを搭載する内部配線用基板、及び、前記内部配線用基板と電気的に接続された配線基板を有する電子部品用パッケージであって、
   複数のコーナー部に、前記半導体チップの電気的な動作に関わらない、はんだ付け用の第１のランドを有する内部配線基板と、
   該内部配線基板の前記第１のランドに対応した位置に、前記半導体チップの電気的な動作に関わらない、はんだ付け用の第２のランドを有し、該第２のランドと前記第１のランドを、はんだ付けすることにより前記内部配線用基板を固定する配線基板と、
   前記はんだ付けされた複数のランドを、一箇所を開路して接続する配線導体
   を有したことを特徴とする電子部品用パッケージ。
2. 請求項１に記載の電子部品用パッケージにおいて、前記配線導体の前記開路したランド間の抵抗値を測定し、該抵抗値が所定の値よりも大きい場合には異常と判断して、これを知らせる異常信号発生器を有したことを特徴とする電子部品用パッケージ。
3. 請求項１に記載の電子部品用パッケージの異常検出方法であって、
   前記配線導体の前記開路したランド間の抵抗値を測定する測定ステップと、
   該測定ステップで測定された抵抗値が所定の抵抗値よりも小さいか否かを判定する判定ステップとを有し、
   該判定ステップでの判定の結果、所定の抵抗値よりも小さいと判定された場合には、所定の時間だけ待機した後、前記測定ステップに戻り、また、所定の抵抗値よりも大きいと判定された場合には、これを異常と判断して異常信号を発生することを特徴とする電子部品用パッケージの異常検出方法。

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