JP2013187347A - Substrate connection structure and substrate module - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that a required circuit scale cannot be formed on a ceramic substrate in a BGA structure where the ceramic substrate is connected with a resin substrate with a number of bumps because when the ceramic substrate is enlarged, thermal stress acting on the bumps positioned at an outer edge part becomes large and a connection part is damaged.SOLUTION: Bumps placed in a size area where thermal stress breakage does not occur are fixed by solder joint. As for bumps in other regions, spring contact terminals are attached to a ceramic substrate and are placed in slidable contact with electrodes of a resin substrate by crimping.

Description

この発明は、線膨張係数が異なる異種の基板間を複数のバンプで接続する基板接続構造、及び基板モジュールに関する。   The present invention relates to a substrate connection structure for connecting different types of substrates having different linear expansion coefficients with a plurality of bumps, and a substrate module.

従来、電子回路が形成されたセラミック基板と樹脂基板とを接続する構造には、セラミック基板にリードやピンを取り付け、そのリードやピンを樹脂基板と接続する構造と、複数配列されたバンプ(突起状電極端子)で面接続するBGA(Ball Grid Array;ボールグリッドアレイ)型実装構造とがある。BGA型実装構造は、最小面積で多電極の一括接続が可能であることから、近年採用する機器が増えている。   Conventionally, a structure in which a ceramic substrate on which an electronic circuit is formed and a resin substrate are connected to each other has a structure in which leads and pins are attached to the ceramic substrate and the leads and pins are connected to the resin substrate, and a plurality of bumps (protrusions) are arranged. There is a BGA (Ball Grid Array) type mounting structure in which the surface connection is made with the electrode terminals). The BGA type mounting structure is capable of collectively connecting multiple electrodes with a minimum area.

BGA型実装構造では、所定の配列または格子状にボール状電極をバンプとして平面的に並べたことからBGAと称されたが、バンプの電極形状はボール型とは限られず、各種形状及び材料のバンプを平面的に配列する構成全体をBGAと称するようになってきている。バンプは金属ボール、プラスチックボールをめっきして導電性を付与したもの、はんだボール等が使われている。いずれのバンプにおいても、セラミック基板や樹脂基板とはんだ付けまたは接着により接合され、セラミック基板と樹脂基板を電気的に接続すると同時に機械的にも接合及び固定がなされる。   The BGA type mounting structure is called BGA because the ball-shaped electrodes are arranged in a plane as a bump in a predetermined arrangement or lattice shape, but the electrode shape of the bump is not limited to the ball type, and various shapes and materials are used. The entire configuration in which the bumps are arranged in a plane is called BGA. As the bump, a metal ball, a plastic ball plated with conductivity, a solder ball or the like is used. Any of the bumps is bonded to the ceramic substrate or the resin substrate by soldering or bonding, and is electrically connected and fixed at the same time as the ceramic substrate and the resin substrate are electrically connected.

一方、セラミック基板と樹脂基板とでは線膨張係数に2倍以上の差があるため、BGA型実装構造では、温度環境変化によるバンプ接合部の応力破壊が生じ易い。また、熱応力はセラミック基板の外縁部ほど大きく、熱応力破壊も外縁部から進行し徐々に内側のバンプ接合部に及ぶ。   On the other hand, since there is a difference of two or more in the linear expansion coefficient between the ceramic substrate and the resin substrate, in the BGA type mounting structure, the stress breakdown of the bump joint portion due to the temperature environment change is likely to occur. Further, the thermal stress is greater at the outer edge portion of the ceramic substrate, and the thermal stress breakdown proceeds from the outer edge portion and gradually reaches the inner bump joint portion.

このBGA型実装構造におけるバンプ接合部の応力破壊を防止する方法として、基板間に樹脂等アンダーフィル剤を充填して固定し、温度環境変化により線膨張差に起因する熱応力が発生しても、バンプ部における変移を抑制する技術がある(例えば、特許文献1参照)。また、セラミック基板と樹脂基板の間に線膨張係数が中間値を持つ中間層を入れた階層構造を設けることにより、バンプ接合部にて応力分散させる技術が知られている(例えば、特許文献2)。   As a method for preventing stress breakdown of the bump joint in this BGA type mounting structure, even if an underfill agent such as a resin is filled between the substrates and fixed, and thermal stress due to a difference in linear expansion occurs due to a change in temperature environment There is a technique for suppressing the transition in the bump portion (see, for example, Patent Document 1). In addition, a technique is known in which stress distribution is performed at a bump joint by providing a hierarchical structure in which an intermediate layer having an intermediate value of linear expansion coefficient is provided between a ceramic substrate and a resin substrate (for example, Patent Document 2). ).

特開平11−17044JP-A-11-17044 特開2002−237553JP 2002-237553 A

特許文献1、2に示されるようなバンプ接合部の応力破壊の防止方法を適用することで、熱応力抑制策を何も取らない場合よりはセラミック基板寸法を大きくすることが出来る。しかしながら、線膨張差が大きい2種の構成物を接合しているため、セラミック基板の外形寸法に依然として制約が残るという問題がある。このため、セラミック基板の大きさの選択自由度は低いままである。   By applying the method for preventing stress destruction at the bump joint as disclosed in Patent Documents 1 and 2, the size of the ceramic substrate can be made larger than when no thermal stress suppression measures are taken. However, since two types of components having a large difference in linear expansion are joined, there is a problem that the outer dimensions of the ceramic substrate still remain limited. For this reason, the degree of freedom in selecting the size of the ceramic substrate remains low.

また、特許文献1に示されるアンダーフィルは、誘電物質であるためバンプに高周波電流が流れる高周波回路では電気的特性の劣化が避けられず、また液状樹脂であるため製造時に充填量のコントロールが難しい、という問題がある。さらに、樹脂でセラミック基板全体が接着されるため、セラミック基板の交換は不可能である。   In addition, since the underfill shown in Patent Document 1 is a dielectric material, deterioration of electrical characteristics is inevitable in a high-frequency circuit in which a high-frequency current flows through a bump, and since it is a liquid resin, it is difficult to control the filling amount during manufacturing. There is a problem. Furthermore, since the entire ceramic substrate is bonded with resin, the ceramic substrate cannot be replaced.

また、特許文献2のように線膨張中間層を設けると複雑な構成になるので、やはり高周波特性の劣化が避けられないだけでなく、高周波回路設計が非常に複雑になる。また、組み立て工程も増えて高価になるという問題もある。   In addition, since a linear expansion intermediate layer is provided as in Patent Document 2, the structure becomes complicated, so that not only the deterioration of the high frequency characteristics is unavoidable, but also the high frequency circuit design becomes very complicated. There is also a problem that the number of assembling steps increases and becomes expensive.

このように高周波回路のBGA型実装構造においては、アンダーフィルや段積み構造を使用せず、セラミック基板の大きさを熱応力破壊が生じない寸法に限定しているのが実情である。   As described above, in the BGA type mounting structure of the high-frequency circuit, the actual situation is that the size of the ceramic substrate is limited to a dimension that does not cause thermal stress destruction without using an underfill or a stacked structure.

また、BGA型実装構造は立体的に回路接続が出来るため、回路基板や回路モジュールの小型化に大変有効な実装構成である。しかしながら、BGA型実装構造に耐え得る寸法に限定しなければならないため必要な回路規模を構成することが出来ない場合や、回路を分割していくつかのセラミック基板をそれぞれBGA型実装構造にするため、設計は煩雑化し、製造コストも増大するという問題があった。   In addition, since the BGA type mounting structure allows three-dimensional circuit connection, it is a very effective mounting configuration for miniaturization of circuit boards and circuit modules. However, since it must be limited to a size that can withstand the BGA type mounting structure, the required circuit scale cannot be configured, or in order to divide the circuit into several BGA type mounting structures. However, the design is complicated and the manufacturing cost is increased.

この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、例えばセラミック基板と樹脂基板のような異種基板間の基板接続構造において、一方の基板である例えばセラミック基板に必要な規模の高周波回路を形成しても、アンダーフィルや段積み構造を使用することが無く、またバンプ接続部の熱応力破壊を抑制することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems. For example, in a substrate connection structure between different types of substrates such as a ceramic substrate and a resin substrate, a high-frequency circuit of a scale necessary for one substrate, for example, a ceramic substrate, is provided. Even if it forms, it aims at suppressing the thermal-stress destruction of a bump connection part, without using an underfill or a stacked structure.

この発明による基板接続構造は、複数のランドが配列された第1の基板と、複数のランドが配列され、前記第1の基板とは線膨張係数の異なる第2の基板と、前記第1の基板のランドと前記第2の基板のランドとの間を接続し、ボールグリッドアレイを構成する複数のバンプと、を備え、前記バンプの一部は、前記第1、第2の基板の幅よりも小さい所定のはんだ接合領域内で、前記第1の基板のランド及び前記第2の基板のランドにはんだ付け接合され、前記バンプの他の一部は、バネ性の接触端子で構成され、前記所定のはんだ接合領域の外部で前記前記第1の基板のランドにはんだ付け接合されるとともに、前記第2の基板のランドに対して圧接されたものである。   The board connection structure according to the present invention includes a first board on which a plurality of lands are arranged, a second board on which a plurality of lands are arranged, and having a linear expansion coefficient different from that of the first board, and the first board A plurality of bumps that connect the land of the substrate and the land of the second substrate and constitute a ball grid array, and a part of the bumps is wider than the width of the first and second substrates. Are soldered and joined to the lands of the first substrate and the lands of the second substrate within a small predetermined solder joint region, and the other part of the bumps is composed of spring contact terminals, It is soldered and joined to the land of the first substrate outside the predetermined solder joint region, and is pressed against the land of the second substrate.

この発明によれば、はんだ接続バンプにより第1の基板が第2の基板に固定され、同時にはんだ接続部以外の部分でバネ性の接触子が第2の基板に圧接されるので、例えばセラミック基板を構成する第1の基板全域の電極が、例えば樹脂基板を構成する第2の基板と電気的に接続できるとともに、第1の基板をより大きくしても熱応力破壊が生じない接続構造が得られる。   According to the present invention, the first substrate is fixed to the second substrate by the solder connection bumps, and at the same time, the spring contact is pressed against the second substrate at a portion other than the solder connection portion. A connection structure is obtained in which the electrodes on the entire first substrate constituting the substrate can be electrically connected to, for example, the second substrate constituting the resin substrate, and thermal stress breakdown does not occur even if the first substrate is made larger. It is done.

実施の形態1によるセラミック基板と樹脂基板の基板接続構造を示す断面図である。3 is a cross-sectional view showing a substrate connection structure between a ceramic substrate and a resin substrate according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1によるセラミック基板のバンプ形成部を示す側面図である。4 is a side view showing a bump forming portion of the ceramic substrate according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態2によるセラミック基板と樹脂基板の基板接続構造を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a substrate connection structure of a ceramic substrate and a resin substrate according to Embodiment 2. FIG.

実施の形態1.
図1は、この発明に係る実施の形態1によるセラミック基板と樹脂基板の基板接続構造を示す断面図である。図2は、実施の形態1によるセラミック基板のバンプ形成部を示す図であり、(a)はバンプ形成面を示す裏面図、(b)はバンプ形成部を示す側面図である。図1、図2において、第1の基板であるセラミック基板1と第2の基板である樹脂基板5とが、はんだ接続用バンプ7を介して接合されて、BGA型実装構造を有した基板モジュール10を構成している。基板モジュール10は、線膨張係数が倍以上異なる異種基板(セラミック基板1と樹脂基板5)間を一体的に結合したものとなっている。また、セラミック基板1と樹脂基板5の間には、バネ性接触端子9が設けられて、セラミック基板1と樹脂基板5の電気的な接続がなされている。セラミック基板1の表面(上面)には部品3が実装され、セラミック基板1の裏面(下面)にはバンプ形成部が設けられる。このバンプ形成部には、はんだ接続用バンプ7及びバネ性接触端子9がバンプとして接合されている。また、セラミック基板1には電子部品または電気部品等の部品が実装されるとともに、電気回路を構成する配線パターンが形成されている。
Embodiment 1 FIG.
1 is a cross-sectional view showing a substrate connection structure of a ceramic substrate and a resin substrate according to Embodiment 1 of the present invention. 2A and 2B are diagrams showing a bump forming portion of the ceramic substrate according to the first embodiment, wherein FIG. 2A is a rear view showing the bump forming surface, and FIG. 2B is a side view showing the bump forming portion. 1 and 2, a substrate module having a BGA type mounting structure in which a ceramic substrate 1 as a first substrate and a resin substrate 5 as a second substrate are joined together via bumps 7 for solder connection. 10 is constituted. The substrate module 10 is formed by integrally connecting dissimilar substrates (ceramic substrate 1 and resin substrate 5) having different linear expansion coefficients by a factor of two or more. Further, a spring contact terminal 9 is provided between the ceramic substrate 1 and the resin substrate 5 so that the ceramic substrate 1 and the resin substrate 5 are electrically connected. A component 3 is mounted on the front surface (upper surface) of the ceramic substrate 1, and a bump forming portion is provided on the rear surface (lower surface) of the ceramic substrate 1. Solder connection bumps 7 and spring contact terminals 9 are joined to the bump forming portion as bumps. The ceramic substrate 1 is mounted with a component such as an electronic component or an electrical component, and a wiring pattern constituting an electrical circuit is formed.

はんだ接続用バンプ7は、ボール状電極からなり、その電極形状はボール型とは限られず、各種形状及び材料のバンプから構成されても良い。また、はんだ接続用バンプ7は、金属ボール、プラスチックボールをめっきして導電性を付与したもの、はんだボール等が用いられる。   The solder connection bumps 7 are formed of ball-shaped electrodes, and the shape of the electrodes is not limited to the ball shape, and may be formed of bumps of various shapes and materials. The solder connection bumps 7 may be metal balls, plastic balls plated with conductivity, solder balls, or the like.

また、バネ性接触端子9は、バネ性を有した金属材料から構成された一種のバンプである。バネ性の接触端子9の形状は、螺旋状、コイル状、横倒しU字状、S字状、等圧接により反発力が生じ、摺動出来るものであればどのような形状でも良い。但し、バネ性接触端子9は、高周波信号の伝達ロスを最小に抑えるために、経路が短く出来る形状のもの、例えば図1、2に示すようなS字型及び横倒しU字型が好適である。   The spring contact terminal 9 is a kind of bump made of a metal material having a spring property. The shape of the spring-like contact terminal 9 may be any shape as long as it is slidable in a spiral shape, a coil shape, a laterally U-shaped shape, an S-shaped shape, or the like, and a repulsive force is generated by isopressing. However, in order to minimize the transmission loss of the high-frequency signal, the spring contact terminal 9 is preferably of a shape that can shorten the path, for example, an S-shape and a lateral U-shape as shown in FIGS. .

セラミック基板1の一方の面(上面)には導体からなる回路パターン2が形成されている。複数の部品3は、一部の回路パターン2上に取付けられて、電気的に回路パターン2の一部に接続されている。各部品3は、マイクロ波やミリ波帯の高周波信号に関して増幅、変調、周波数混合、信号整形、発振等の処理を行う高周波素子と、結合器、分配器、共振器、終端器、フィルタ、整合素子等の受動素子等からなる。セラミック基板1の他方の面(下面)の全域には、金属薄膜導体からなる複数個のバンプランド(以下、単にランドと記述する)4が、バンプ接合用に二次元配列されている。図2の例では、7行×9列の63個の矩形状のランド4が形成されているが、ランド4の数や配列、及び形状はこれに限られない。ランド4は、セラミック基板1の表裏を貫通する図示しないビア(VIA)を介して、回路パターン2に接続されている。ランド4は、マイクロ波やミリ波帯の高周波信号が給電される。また、ランド4は、部品3との間で伝送される低周波の信号、バイアス信号や制御信号が給電される。或いは、ランド4は、グランドに接続される。   A circuit pattern 2 made of a conductor is formed on one surface (upper surface) of the ceramic substrate 1. The plurality of components 3 are mounted on a part of the circuit pattern 2 and are electrically connected to a part of the circuit pattern 2. Each component 3 includes a high-frequency element that performs processing such as amplification, modulation, frequency mixing, signal shaping, and oscillation on microwave and millimeter-wave high-frequency signals, a coupler, a divider, a resonator, a terminator, a filter, and a matching It consists of passive elements such as elements. A plurality of bump lands (hereinafter simply referred to as lands) 4 made of metal thin film conductors are two-dimensionally arranged for bump bonding over the entire other surface (lower surface) of the ceramic substrate 1. In the example of FIG. 2, 63 rectangular lands 4 of 7 rows × 9 columns are formed, but the number, arrangement, and shape of the lands 4 are not limited to this. The land 4 is connected to the circuit pattern 2 via a via (VIA) (not shown) that penetrates the front and back of the ceramic substrate 1. The land 4 is fed with a microwave or millimeter wave high frequency signal. The land 4 is supplied with a low-frequency signal, a bias signal, and a control signal transmitted to and from the component 3. Alternatively, the land 4 is connected to the ground.

樹脂基板5は、ガラスエポキシ樹脂やBTレジンなどの樹脂を素材として構成されるプリント配線基板である。樹脂基板5のセラミック基板1と対向する面(上面)には、金属薄膜導体からなる複数のランド6が、ランド4と上下に対応する同じ位置及びピッチで配列されている。樹脂基板5のセラミック基板1との対向面の裏面(下面)は、導体からなるグランドパターンや信号パターン等が形成されている。   The resin substrate 5 is a printed wiring board composed of a resin such as glass epoxy resin or BT resin. On the surface (upper surface) of the resin substrate 5 facing the ceramic substrate 1, a plurality of lands 6 made of metal thin film conductors are arranged at the same position and pitch corresponding to the lands 4 in the vertical direction. On the back surface (lower surface) of the resin substrate 5 facing the ceramic substrate 1, a ground pattern, a signal pattern, and the like made of a conductor are formed.

セラミック基板1の中央部に位置する一部の複数のランド4(以下、ランド4a)は、その対向する位置にある樹脂基板5の一部の各ランド6と、それぞれはんだ接続用バンプ7によって、はんだ付けや超音波接合等によりはんだ接合される。はんだ接続用バンプ7は、所定の配列または格子状にボール状電極を平面的に並べBGAを構成する。かくして、セラミック基板1の中央部に位置するはんだ接合領域としてのはんだ接続BGA領域8が、複数のはんだ接続用バンプ7を介在したセラミック基板1と樹脂基板5の接合部を構成することとなる。
なお、はんだ接続BGA領域8は、セラミック基板1の中央部からずれた周辺位置に設けられても良い。
A plurality of lands 4 (hereinafter referred to as lands 4a) located at the central portion of the ceramic substrate 1 are formed by a part of the lands 6 of the resin substrate 5 at the facing position and the solder connection bumps 7, respectively. Soldered by soldering or ultrasonic bonding. The solder connection bumps 7 form a BGA by arranging ball electrodes in a predetermined arrangement or lattice shape in a plane. Thus, the solder connection BGA region 8 as the solder joint region located at the center of the ceramic substrate 1 constitutes a joint portion between the ceramic substrate 1 and the resin substrate 5 with the plurality of solder connection bumps 7 interposed therebetween.
The solder connection BGA region 8 may be provided at a peripheral position shifted from the central portion of the ceramic substrate 1.

また、はんだ接続BGA領域8の外側に位置する一部の複数のランド4(以下、ランド4b)は、その対向する位置にある樹脂基板5の一部の各ランド6と、それぞれバネ性接触端子9によってはんだ接合される。かくして、セラミック基板1のはんだ接続BGA領域8の外側に位置するはんだ接続BGA領域11が、複数のバネ性接触端子9を介在したセラミック基板1と樹脂基板5の電気的な接続部を構成することとなる。   Also, some of the lands 4 (hereinafter referred to as lands 4b) located outside the solder connection BGA region 8 are respectively connected to some of the lands 6 of the resin substrate 5 at the opposing positions, respectively, and spring contact terminals. 9 is soldered. Thus, the solder connection BGA region 11 located outside the solder connection BGA region 8 of the ceramic substrate 1 constitutes an electrical connection portion between the ceramic substrate 1 and the resin substrate 5 with the plurality of spring contact terminals 9 interposed therebetween. It becomes.

次に、実施の形態1によるセラミック基板と樹脂基板の基板接続構造を有した基板モジュール10の特性について説明する。
セラミック基板1の線膨張係数は、一般的に5〜7PPM程度であるのに対し、樹脂基板5の線膨張係数は16PPM前後と、その差は2倍以上ある。このため、加熱されれば樹脂基板5は大きく進展し、一方でセラミック基板1の伸びは小さいことから、使用環境の温度変化により、最外縁に位置するはんだ接続バンプ7の接合部に最大の熱応力が発生する。特に、はんだ接続バンプ7のはんだ接合工程後において、はんだ接続バンプ7の各接合部に、はんだ接続BGA領域8の中心方向に向かう引張り力が残留応力として残る。これらの熱応力は、はんだ接続BGA領域8の外縁部ほど大きく、中心部ほど小さい。また、はんだ接続BGA領域8の領域寸法が大きいほど、外縁部の熱応力は増大する。各基板が晒される通常の実使用環境では、70〜100℃程度の温度変化幅のヒートサイクルが加わるため、伸び縮みによる繰り返し応力が加わることとなる。はんだ接続BGA領域8の領域寸法が大きいほど、この使用環境の温度変化による熱応力は大きくなる。
Next, characteristics of the substrate module 10 having the substrate connection structure of the ceramic substrate and the resin substrate according to the first embodiment will be described.
The linear expansion coefficient of the ceramic substrate 1 is generally about 5 to 7 PPM, whereas the linear expansion coefficient of the resin substrate 5 is around 16 PPM, and the difference is twice or more. For this reason, if heated, the resin substrate 5 greatly progresses, while the ceramic substrate 1 has a small elongation. Therefore, the maximum heat is applied to the joint portion of the solder connection bump 7 located at the outermost edge due to the temperature change of the use environment. Stress is generated. In particular, after the solder bonding step of the solder connection bump 7, a tensile force toward the center direction of the solder connection BGA region 8 remains as a residual stress in each bonding portion of the solder connection bump 7. These thermal stresses are larger at the outer edge of the solder connection BGA region 8 and smaller at the center. Moreover, the thermal stress of an outer edge part increases, so that the area | region dimension of the solder connection BGA area | region 8 is large. In a normal actual use environment where each substrate is exposed, a heat cycle having a temperature change width of about 70 to 100 ° C. is applied, so that repeated stress due to expansion and contraction is applied. As the area size of the solder connection BGA area 8 is larger, the thermal stress due to the temperature change in the use environment becomes larger.

このため一般的なBGA型実装構造では、はんだ接続BGA領域の外縁部からはんだ接続バンプ接続点の構造劣化が進む。はんだ接続BGA領域の領域寸法が限界値を超えると、最悪の場合は構造劣化によって最終的に断裂となり、セラミック基板と樹脂基板との電気的接続が切断される故障に至ることとなる。   For this reason, in a general BGA type mounting structure, the structure deterioration of the solder connection bump connection point proceeds from the outer edge portion of the solder connection BGA region. If the area size of the solder connection BGA region exceeds the limit value, in the worst case, the structure will eventually be broken, resulting in a failure in which the electrical connection between the ceramic substrate and the resin substrate is broken.

例えば特許文献1、2に示すような従来のBGA型実装構造の場合、セラミック基板の全面にはんだ接続バンプを配列して、全てのはんだ接続バンプを樹脂基板のランドとはんだ接合している。セラミック基板の寸法は、はんだ接続BGA領域の寸法とほぼ同寸となり、セラミック基板の寸法が大きくなるほど、はんだ接続BGA領域外縁部の断裂が大きくなる構造となっている。特にセラミック基板は脆性材料からなるのでランドとの接合部周辺に断裂が生じ易く、またランドそのものにも断裂が生じることがある。このため何ら熱応力破壊対策を取らない場合、はんだ接続BGA領域外縁部に断裂を生じないセラミック基板の大きさは、例えば20ミリ角程度の寸法が限界であった。   For example, in the case of conventional BGA type mounting structures as shown in Patent Documents 1 and 2, solder connection bumps are arranged on the entire surface of the ceramic substrate, and all the solder connection bumps are soldered to the lands of the resin substrate. The size of the ceramic substrate is substantially the same as the size of the solder connection BGA region, and the larger the size of the ceramic substrate, the larger the tear of the outer edge of the solder connection BGA region. In particular, since the ceramic substrate is made of a brittle material, tearing is likely to occur around the joint with the land, and the land itself may be torn. For this reason, if no countermeasures against thermal stress destruction are taken, the size of the ceramic substrate that does not tear at the outer edge of the solder connection BGA region is, for example, about 20 mm square.

しかしながら、実施の形態1による基板モジュール10のBGA型実装構造は、この20ミリ角程度の寸法限界値を保持した状態で、はんだによる接続でも断裂が生じない寸法領域をはんだ接続BGA領域8としている。当該はんだ接続BGA領域8の内側には、セラミック基板と樹脂基板のランド4a、6間を接続するはんだ接続バンプ7を設けている。また、はんだ接続BGA領域8を超える領域外部の周辺位置(はんだ接続BGA領域11)には、はんだ付けバンプ(はんだ接続用バンプ7)ではなく、バネ性の接触端子9を設けることで、セラミック基板と樹脂基板のランド4b、6間を接続している。
即ち、はんだ接続バンプ7を設けたはんだ接続BGA領域8を、最大寸法領域が1辺20ミリ以下の長方形状の区画内に限定した上で、はんだ接続BGA領域8の周辺に、バネ性の接触端子9を設けたはんだ接続BGA領域11を具備している。
なお、はんだ接続BGA領域8は、長方形状に限られず、円形状もしくは楕円形状に配置されても構わない。この場合、概ね1辺20ミリ程度の正方形の対角線長を直径または長径とする円形状または楕円形状の寸法領域が、はんだ接続BGA領域8の寸法限界値となる。
However, in the BGA type mounting structure of the substrate module 10 according to the first embodiment, the dimension region in which tearing does not occur even when connected by solder while the dimension limit value of about 20 mm square is maintained is the solder connection BGA region 8. . Inside the solder connection BGA region 8, there are provided solder connection bumps 7 for connecting the lands 4a and 6 of the ceramic substrate and the resin substrate. In addition, a peripheral contact position (solder connection BGA region 11) outside the region beyond the solder connection BGA region 8 is provided with a spring contact terminal 9 instead of a solder bump (solder connection bump 7). Are connected between the lands 4b and 6 of the resin substrate.
That is, the solder connection BGA region 8 provided with the solder connection bumps 7 is limited to a rectangular section having a maximum dimension region of 20 mm or less per side, and a spring-like contact is formed around the solder connection BGA region 8. A solder connection BGA region 11 provided with terminals 9 is provided.
The solder connection BGA region 8 is not limited to a rectangular shape, and may be arranged in a circular shape or an elliptical shape. In this case, a circular or elliptical dimension region having a square diagonal length of approximately 20 mm on a side as a diameter or a major axis is a dimension limit value of the solder connection BGA region 8.

さらに、このバネ性の接触端子9は、セラミック基板1側に対し、はんだ付けや溶接、ろう接等の方法によって、そのランド4bへの接続固定が行われている。また、樹脂基板5側は、バネ性の接触端子9をランド6に接合固定せず、圧接により接触させている。このバネ性の接触端子9とランド6の接触によって、セラミック基板1と樹脂基板5とが電気的に接続されている。   Further, the spring contact terminals 9 are connected and fixed to the lands 4b by soldering, welding, brazing or the like on the ceramic substrate 1 side. On the resin substrate 5 side, the spring contact terminals 9 are not bonded and fixed to the lands 6 but are brought into contact with each other by pressure contact. The ceramic substrate 1 and the resin substrate 5 are electrically connected by the contact between the spring-like contact terminal 9 and the land 6.

また、実施の形態1による基板モジュール10を製造する場合、セラミック基板1を樹脂基板5にはんだ付け接合する前に、はんだ接続バンプ7及びバネ性の接触端子9が予めセラミック基板1のランド4a及び4bにそれぞれ接続される。そして、セラミック基板1のはんだ接続バンプ7を樹脂基板5のランド6にはんだ付け接合する際には、セラミック基板1の全体を樹脂基板5に加圧してはんだ付けし、はんだ温度から冷却した後に、加圧力を外す。   Further, when the substrate module 10 according to the first embodiment is manufactured, before the ceramic substrate 1 is soldered to the resin substrate 5, the solder connection bumps 7 and the spring contact terminals 9 are previously connected to the lands 4 a and the ceramic substrate 1. 4b, respectively. And when soldering and bonding the solder connection bumps 7 of the ceramic substrate 1 to the lands 6 of the resin substrate 5, the entire ceramic substrate 1 is pressed and soldered to the resin substrate 5, and after cooling from the solder temperature, Remove the applied pressure.

このとき、バネ性の接触端子9は押し縮められた状態を保持するので反発力が生じ、その反発力により、バネ性の接触端子9と樹脂基板5のランド6とが確実に接続を保つことが出来るようになる。   At this time, since the spring-like contact terminal 9 keeps the compressed state, a repulsive force is generated, and the repulsive force ensures that the spring-like contact terminal 9 and the land 6 of the resin substrate 5 are securely connected. Will be able to.

また、周囲温度変化により樹脂基板1に伸び縮みが生じても、バネ性の接触端子9で接続された部分は固定されていない構造なので摺動し、熱応力によるはんだ接続バンプ7の断裂が生じることはない。   Even if the resin substrate 1 expands or contracts due to a change in ambient temperature, the portion connected by the spring-like contact terminal 9 is not fixed, so that it slides and the solder connection bumps 7 are broken due to thermal stress. There is nothing.

かくして、この実施の形態1によるセラミック基板1と樹脂基板5のBGA型実装構造では、アンダーフィルや複雑な2段構造をとらないので、セラミック基板1の寸法自由度は従来よりも向上し、所望の回路規模の高周波回路をセラミック基板1に形成することが出来るようになる。また、ランド4a及びはんだ接続バンプ7をより高周波な信号の伝送に選択的に用いるとともに、ランド4b及びバネ性の接触端子9をより低周波な信号の伝送に選択的に用いることができる。これによって、セラミック基板1と樹脂基板5の間で固着されたはんだ接続バンプ7を用いることで、高周波信号を安定して伝送することが可能となる。   Thus, since the BGA type mounting structure of the ceramic substrate 1 and the resin substrate 5 according to the first embodiment does not take an underfill or a complicated two-stage structure, the dimensional freedom of the ceramic substrate 1 is improved as compared with the prior art. It becomes possible to form a high-frequency circuit of the circuit scale on the ceramic substrate 1. Further, the land 4a and the solder connection bump 7 can be selectively used for transmission of a higher frequency signal, and the land 4b and the spring-like contact terminal 9 can be selectively used for transmission of a lower frequency signal. Thus, by using the solder connection bumps 7 fixed between the ceramic substrate 1 and the resin substrate 5, it is possible to stably transmit a high frequency signal.

また、セラミック基板1は、はんだ接続BGA領域8により樹脂基板5とはんだ付け接合で固定されているため、バネ性の接触端子9の接触を保つための圧接構造や補強も必要ない。このことから、組み立て工程は、従来のBGA実装工程より然程増えることがなく、高周波回路装置の低コスト化にも有効である。   Further, since the ceramic substrate 1 is fixed to the resin substrate 5 by solder joint by the solder connection BGA region 8, there is no need for a pressure contact structure or reinforcement for maintaining the contact of the spring-like contact terminal 9. For this reason, the assembly process does not increase so much as the conventional BGA mounting process, and is effective in reducing the cost of the high-frequency circuit device.

以上説明した通り、実施の形態1による基板接続構造は、複数のランド(4)が配列された第1の基板であるセラミック基板(1)と、複数のランド(6)が配列され、前記第1の基板とは線膨張係数の異なる第2の基板である樹脂基板(5)と、前記第1の基板のランドと前記第2の基板のランドとの間を接続し、ボールグリッドアレイを構成する複数のバンプと、を備え、前記バンプの一部(はんだ接続バンプ7)は、前記第1、第2の基板の幅よりも小さい所定のはんだ接合領域(はんだ接続BGA領域8)内で、前記第1の基板のランド及び前記第2の基板のランドにはんだ付け接合され、前記バンプの他の一部は、バネ性の接触端子(9)で構成され、前記所定のはんだ接合領域の外部(はんだ接続BGA領域11)で前記前記第1の基板のランドにはんだ付け接合されるとともに、前記第2の基板のランドに対して圧接され、摺動接触している。また、前記はんだ接合領域は、はんだで接続するバンプを熱応力破壊が生じない寸法領域以内(例えば、1辺の長さが20mm以下の長方形領域の内側)に配置したことを特徴とする。また、当該基板接続構造を有して、前記第1の基板に部品(3)が実装されて基板モジュール(10)を構成しても良い。   As described above, in the substrate connection structure according to the first embodiment, the ceramic substrate (1), which is the first substrate on which the plurality of lands (4) are arranged, and the plurality of lands (6) are arranged. A resin substrate (5), which is a second substrate having a different linear expansion coefficient from that of the first substrate, is connected between the land of the first substrate and the land of the second substrate to form a ball grid array. A part of the bumps (solder connection bumps 7) within a predetermined solder joint region (solder connection BGA region 8) smaller than the width of the first and second substrates, The bumps are soldered and joined to the lands of the first substrate and the lands of the second substrate, and the other part of the bumps is composed of spring-like contact terminals (9), and is external to the predetermined solder joint region. (Solder connection BGA region 11) While being soldered to the substrate lands, is pressed against the second substrate lands, it is in sliding contact. Further, the solder joint region is characterized in that bumps connected by solder are arranged within a dimension region where thermal stress destruction does not occur (for example, inside a rectangular region having a side length of 20 mm or less). Further, the board module (10) may be configured by having the board connection structure and mounting the component (3) on the first board.

かくして、熱応力破壊が生じない所定寸法のはんだ接合領域(はんだ接続BGA領域8)以内に配置されたはんだ接続バンプ7を、はんだ接合により固定し、それ以外の部分(はんだ接続BGA領域11)のバンプはバネ性の接触端子9をセラミック基板1に取り付けて、圧接により樹脂基板5の電極に摺動接触させる構成とすることによって、はんだ接続バンプ7がはんだ付け接合される際に、セラミック基板1全体を樹脂基板5に押し付けておくことにより、はんだ接続バンプ7が接合完了した際には、バネ性接触端子9はその反発力で接続を保つようにしている。   Thus, the solder connection bumps 7 arranged within the solder joint region (solder connection BGA region 8) having a predetermined dimension that does not cause thermal stress failure are fixed by solder joint, and other portions (solder connection BGA region 11) are fixed. The bumps are configured such that spring contact terminals 9 are attached to the ceramic substrate 1 and are brought into sliding contact with the electrodes of the resin substrate 5 by pressure contact, so that when the solder connection bumps 7 are soldered and joined, the ceramic substrate 1. By pressing the entirety against the resin substrate 5, when the solder connection bumps 7 are completely joined, the spring contact terminals 9 are kept connected by the repulsive force.

このように熱応力破壊が生じない寸法領域以内のはんだ接続バンプ7ははんだ接合し、それ以外の部分のバンプはバネ性の接触端子9として圧接により樹脂基板5の電極に摺動接触させる構成としたので、はんだ接続バンプ7によりセラミック基板1が樹脂基板5に固定され、同時にはんだ接続部以外の部分でバネ性の接触子9が樹脂基板5に圧接されるため、セラミック基板1全域の電極が樹脂基板5と電気的に接続できるとともに、大型のセラミック基板であっても熱応力破壊が生じない面接続構造を得ることができる。   In this way, the solder connection bumps 7 within the dimension area where thermal stress failure does not occur are joined by soldering, and the other bumps are slidably contacted with the electrodes of the resin substrate 5 by spring contact as the spring-like contact terminals 9. Therefore, the ceramic substrate 1 is fixed to the resin substrate 5 by the solder connection bumps 7 and, at the same time, the spring contact 9 is pressed against the resin substrate 5 at a portion other than the solder connection portion. It is possible to obtain a surface connection structure that can be electrically connected to the resin substrate 5 and that does not cause thermal stress breakdown even with a large ceramic substrate.

実施の形態2.
図3は実施の形態2によるセラミック基板と樹脂基板の基板接続構造を示す断面図である。図3において、セラミック基板1と樹脂基板5が、はんだ接続用バンプ7を介して接合されて、BGA型実装構造を有した基板モジュール10を構成している。このセラミック基板と樹脂基板からなる基板モジュール10は、線膨張係数が倍以上異なる異種基板間を一体的に結合したものとなっている。また、セラミック基板1と樹脂基板5の間には、バネ性接触端子9が設けられて、セラミック基板1と樹脂基板5の電気的な接続がなされている。セラミック基板1の表面(上面)には部品3が実装され、セラミック基板1の裏面(下面)にはバンプ形成部が設けられる。このバンプ形成部には、はんだ接続用バンプ7及びバネ性接触端子9がバンプとして接合されている。図3において、符号1〜9は、実施の形態1と同じものもしくは同一相当のものである。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 3 is a sectional view showing a substrate connection structure between a ceramic substrate and a resin substrate according to the second embodiment. In FIG. 3, a ceramic substrate 1 and a resin substrate 5 are joined via solder connection bumps 7 to constitute a substrate module 10 having a BGA type mounting structure. The substrate module 10 composed of a ceramic substrate and a resin substrate is formed by integrally connecting different types of substrates having different linear expansion coefficients more than twice. Further, a spring contact terminal 9 is provided between the ceramic substrate 1 and the resin substrate 5 so that the ceramic substrate 1 and the resin substrate 5 are electrically connected. A component 3 is mounted on the front surface (upper surface) of the ceramic substrate 1, and a bump forming portion is provided on the rear surface (lower surface) of the ceramic substrate 1. Solder connection bumps 7 and spring contact terminals 9 are joined to the bump forming portion as bumps. In FIG. 3, reference numerals 1 to 9 are the same as or equivalent to those in the first embodiment.

一方、実施の形態2の基板モジュール10は、実施の形態1の図1に示すものとははんだ接続BGA領域8の位置が異なる。実施の形態2のはんだ接続BGA領域8は、セラミック基板1の中央部から基板端部(側面)に向かって、中央位置から任意に偏在した所定の位置に設けられている。はんだ接続用バンプ7は、その偏った位置に在るはんだ接続BGA領域8の内側に設けられて、セラミック基板1と樹脂基板5の間をはんだ接続により固定している。   On the other hand, the board module 10 of the second embodiment is different in position of the solder connection BGA region 8 from that shown in FIG. 1 of the first embodiment. The solder connection BGA region 8 according to the second embodiment is provided at a predetermined position arbitrarily deviated from the central position from the central portion of the ceramic substrate 1 toward the substrate end (side surface). The solder connection bumps 7 are provided inside the solder connection BGA region 8 at the biased position, and fix the ceramic substrate 1 and the resin substrate 5 by solder connection.

実施の形態2の基板モジュール10は、はんだ接続BGA領域8以外の全域または所望の位置に、バネ性の接触端子9を設けることにより、セラミック基板1全域の電極(ランド4)を、樹脂基板5と有効に電気的な接続を行うことができるので、所望の回路規模の高周波回路形成や、機器の設計自由度を高く出来る効果がある。   The substrate module 10 according to the second embodiment is provided with the spring-like contact terminals 9 in the entire region other than the solder connection BGA region 8 or in a desired position, so that the electrode (land 4) in the entire ceramic substrate 1 is replaced with the resin substrate 5. Therefore, the electrical connection can be effectively performed, and there is an effect that a high-frequency circuit having a desired circuit scale can be formed and the degree of freedom in designing the device can be increased.

また、電子回路が形成されたセラミック基板1と線膨張係数が異なる樹脂基板5を面接続して構成する電子機器において、信頼性向上及びセラミック基板サイズ拡大に有効である。   In addition, in an electronic device configured by surface-connecting a resin substrate 5 having a linear expansion coefficient different from that of the ceramic substrate 1 on which the electronic circuit is formed, it is effective for improving reliability and enlarging the ceramic substrate size.

なお、実施の形態1、2で説明した基板接続構造は、セラミック基板1と樹脂基板5の接合のように、線膨張係数の差が大きい(例えば倍以上)異種基板間を、バンプ接合によって電気的に接続する構成物全般について、適用することが可能である。   Note that the substrate connection structures described in the first and second embodiments are electrically connected by bump bonding between different types of substrates having a large difference in linear expansion coefficient (for example, twice or more), such as bonding between the ceramic substrate 1 and the resin substrate 5. The present invention can be applied to all components that are connected to each other.

1 セラミック基板、2 回路パターン、3 部品、4 ランド、5 樹脂基板、6 ランド、7 はんだ接続バンプ、8 はんだ接続BGA領域、9 バネ性の接触端子、110 基板モジュール、11 はんだ接続BGA領域。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ceramic substrate, 2 Circuit pattern, 3 Components, 4 land, 5 Resin board, 6 land, 7 Solder connection bump, 8 Solder connection BGA area, 9 Spring-like contact terminal, 110 Board module, 11 Solder connection BGA area.

Claims (4)

複数のランドが配列された第1の基板と、
複数のランドが配列され、前記第1の基板とは線膨張係数の異なる第2の基板と、
前記第1の基板のランドと前記第2の基板のランドとの間を接続し、ボールグリッドアレイを構成する複数のバンプと、
を備え、
前記バンプの一部は、前記第1、第2の基板の幅よりも小さい所定のはんだ接合領域内で、前記第1の基板のランド及び前記第2の基板のランドにはんだ付け接合され、
前記バンプの他の一部は、バネ性の接触端子で構成され、前記所定のはんだ接合領域の外部で前記前記第1の基板のランドにはんだ付け接合されるとともに、前記第2の基板のランドに対して圧接された、
基板接続構造。
A first substrate on which a plurality of lands are arranged;
A plurality of lands arranged, a second substrate having a different linear expansion coefficient from the first substrate;
A plurality of bumps connecting the lands of the first substrate and the lands of the second substrate and constituting a ball grid array;
With
A part of the bump is soldered and joined to the land of the first substrate and the land of the second substrate within a predetermined solder joint region smaller than the width of the first and second substrates,
The other part of the bump is formed of a spring-like contact terminal, and is soldered to the land of the first substrate outside the predetermined solder joint region, and the land of the second substrate. Pressed against
Board connection structure.
前記はんだ接合領域は、はんだで接続するバンプを熱応力破壊が生じない寸法領域以内に配置したことを特徴とする請求項1記載の基板接続構造。   2. The board connection structure according to claim 1, wherein the solder joint region includes bumps connected by solder within a size region in which thermal stress failure does not occur. 前記第1の基板はセラミック基板であり、前記第2の基板は樹脂基板であることを特徴とする請求項1または2記載の基板接続構造。   3. The substrate connection structure according to claim 1, wherein the first substrate is a ceramic substrate, and the second substrate is a resin substrate. 前記請求項1乃至3のいずれかに記載の基板接続構造を有し、前記第1の基板に部品が実装されたことを特徴とする基板モジュール。   A board module comprising the board connection structure according to claim 1, wherein a component is mounted on the first board.
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