JP2014003174A

JP2014003174A - Ｂｇａパッケージ

Info

Publication number: JP2014003174A
Application number: JP2012137817A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Herai; 篤志戸來; Koichiro Abe; 孝一郎阿部
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2012-06-19
Filing date: 2012-06-19
Publication date: 2014-01-09

Abstract

【課題】ＢＧＡボールのピッチが狭いＢＧＡパッケージを貫通タイプの基板に実装する場合であっても、内周側のＢＧＡボールを確実に外部に接続することができるＢＧＡパッケージを提供する。
【解決手段】基板との接合面に格子状にボールが配列されるＢＧＡパッケージにおいて、格子の特定点に前記ボールが配置されておらず、前記基板の前記特定点に対応する領域に、当該特定点よりも内周側の前記ボールに接続される引き出し配線が形成可能な構成とする。
【選択図】図８

Description

本発明は、ＢＧＡパッケージに関し、特に、格子状にＢＧＡボールが配置されるＢＧＡパッケージに関する。

半導体チップを搭載したパッケージを基板に実装する方法として、パッケージの底面にディスペンサなどを用いて溶かした半田等の導電材料を塗布し、導電材料の表面張力で半球状の電極を形成し、半球状の電極を形成したパーケージ（ＢＧＡ（ball grid array）パッケージと呼ぶ。）を、内部に配線を形成した基板に実装する手法がある。

このＢＧＡパッケージを用いた実装では、接合の強度を高め、接合のバランスを保つために、格子の各点に半球状の電極（ＢＧＡボールと呼ぶ。）を配置しているが、近年、半導体チップの高集積化に伴ってＢＧＡボールの密度が高くなっており、ＢＧＡボールの配置に関して様々な工夫がされている。

例えば、下記特許文献１には、基板に多数の半田ボールを配設するに際し、各半田ボールの間隔が等間隔となるように配設したＢＧＡ型半導体装置の半田ボール配列構造が開示されており、半田ボールを正三角形の各頂点に配置する例が記載されている。

特開平１１−４０６９１号公報

通常、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の半導体チップを搭載するＢＧＡパッケージでは、ＢＧＡボールを１．０ｍｍピッチで配置したタイプが使用されている。また、ＢＧＡパッケージを実装する基板としては、高密度の配線を実現するために、基板を複数の層で構成し、基板を貫通する孔（Ｖｉａと呼ぶ。）を形成して、Ｖｉａ内で、内部の層に形成した配線とＢＧＡパッケージの実装面に形成した電極（Ｖｉａランドと呼ぶ。）とを接続する貫通タイプの基板が使用されている。

このような実装構造において、一般的なサイズ（０．７ｍｍφ）のＢＧＡボールを１．０ｍｍピッチで配置した場合、隣り合うＢＧＡボールとの間に形成される隙間は０．３ｍｍとなり、０．１ｍｍ幅の配線の両側に０．１ｍｍのマージンを見込むことができるため、最外周よりも１列内側のＢＧＡボールは最外周のＢＧＡボールの間を通る引き出し配線を介して外部に接続することができ、更に内側のＢＧＡボールは基板内部の配線を介して外部に接続することができる。

ここで、一般的なＶｉａの仕様は、Ｖｉａ径（ドリル径）が０．３ｍｍφ、Ｖｉａランド径が０．６ｍｍφであるため、Ｖｉａランドと対角のＢＧＡボールとの間に十分なマージンを確保することができないことから、現状では、Ｖｉａ径（ドリル径）が０．３ｍｍφ、Ｖｉａランド径が０．５５ｍｍφの小径Ｖｉａを採用している。

しかしなから、近年、半導体チップの高集積化に伴って、ＢＧＡボールを０．８ｍｍピッチで配置した狭ピッチのＢＧＡパッケージが採用されており、狭ピッチのＢＧＡパッケージでは、隣り合うＢＧＡボールとの間にできる隙間は０．１ｍｍであるため、最外周よりも１列内側のＢＧＡボールは最外周のＢＧＡボールの間を通る引き出し配線を介して外部に接続することが困難になる。

また、狭ピッチのＢＧＡパッケージでは、小径Ｖｉａを採用したとしても、Ｖｉａを連続して形成することができない。すなわち、基板内部に形成する内層ベタパターンはＶｉａの加工精度を考慮すると、Ｖｉａ径（ドリル径）＋０．６ｍｍが必要であり、０．８ｍｍピッチのＢＧＡパッケージでは隣接する内層ベタパターンが重なり合ってしまう。そのため、最外周よりも２列内側のＢＧＡボールの一部は、基板内部の配線を介して外部に接続することができず、もちろん、ＢＧＡボールの間を通る引き出し配線を介して外部に接続することもできない。

この問題に対して、貫通タイプの基板ではなく、携帯電話機等に使用されるビルドアップ基板を用いる方法もあるが、この基板はコストが２〜３倍かかるため、コストダウンが求められる装置に適用することはできない。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、ＢＧＡボールのピッチが狭いＢＧＡパッケージを貫通タイプの基板に実装する場合であっても、内周側のＢＧＡボールを確実に外部に接続することができるＢＧＡパッケージを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、基板との接合面に格子状にボールが配列されるＢＧＡパッケージにおいて、格子の特定点に前記ボールが配置されておらず、前記基板の前記特定点に対応する領域に、当該特定点よりも内周側の前記ボールに接続される引き出し配線が形成可能なものである。

本発明のＢＧＡパッケージによれば、ＢＧＡボールのピッチが狭いＢＧＡパッケージを貫通タイプの基板に実装する場合であっても、内周側のＢＧＡボールを確実に外部に接続することができる。

その理由は、ＢＧＡボールが格子状に配置されるＢＧＡパッケージにおいて、格子の特定点にＢＧＡボールが配置されないようにする（例えば、外周側が内周側よりもＢＧＡボールの密度が小さくなるように外周側の格子の特定点にＢＧＡボールが配置されないようにする）からである。

このように、格子の特定点にＢＧＡボールが配置されないようにすることにより、内周側のＢＧＡボールに接続される引き出し配線を、その外周側のＢＧＡボールの間を通して容易に取り出すことができる。これにより、ＢＧＡボールのピッチが狭いＢＧＡパッケージを貫通タイプの基板に実装することが可能となり、コストダウンを図ることができる。

ＢＧＡパッケージと基板との接合状態を示す側面図であり、（ａ）は接合前の状態、（ｂ）は接合後の状態を示している。ＢＧＡパッケージの接合面におけるＢＧＡボールの配置を示す平面図である。貫通タイプの基板の構造を示す側面図である。ピッチが１．０ｍｍのＢＧＡボールと基板のＶｉａ及び引き出し配線との関係を示す図である。ピッチが１．０ｍｍのＢＧＡボールの隙間を示す拡大図である。ピッチが０．８ｍｍのＢＧＡボールと基板のＶｉａ及び引き出し配線との関係を示す図である。ピッチが０．８ｍｍのＢＧＡボールの隙間を示す拡大図である。本発明の一実施例に係るＢＧＡパッケージのＢＧＡボールと基板のＶｉａ及び引き出し配線との関係の一例を示す図である。本発明の一実施例に係るＢＧＡパッケージのＢＧＡボールと基板のＶｉａ及び引き出し配線との関係の他の例を示す図である。

背景技術で示したように、一般的なサイズ（０．７ｍｍφ）のＢＧＡボールを１．０ｍｍピッチで配置したＢＧＡパッケージでは、隣り合うＢＧＡボールとの間にできる隙間は０．３ｍｍとなり、０．１ｍｍ幅の配線の両側に０．１ｍｍのマージンを見込むことができるため、最外周よりも１列内側のＢＧＡボールは最外周のＢＧＡボールの間を通る引き出し配線を介して外部に接続することができ、更に内側のＢＧＡボールは基板の内部配線を介して外部に接続することができる。

しかしなから、ＢＧＡボールを０．８ｍｍピッチで配置した狭ピッチのＢＧＡパッケージでは、隣り合うＢＧＡボールとの間にできる隙間は０．１ｍｍであるため、最外周よりも１列内側のＢＧＡボールは最外周のＢＧＡボールの間を通る引き出し配線を介して取り出すことが困難になる。

また、基板の内部に形成される内層ベタパターンは、Ｖｉａの加工精度を考慮するとＶｉａ径（ドリル径）＋０．６ｍｍが必要であり、０．８ｍｍピッチのＢＧＡパッケージでは隣接する内層ベタパターンが重なり合ってしまうため、Ｖｉａを連続して形成することができず、最外周よりも２列内側のＢＧＡボールの一部は、基板の内部配線を介して外部に接続することができない。

この問題に対して、貫通タイプの基板に代えてビルドアップ基板を用いる方法もあるが、ビルドアップ基板はコストがかかるため、コストダウンが求められる装置に適用することはできない。

そこで、本発明の一実施の形態では、格子状にＢＧＡボールが配置されるＢＧＡパッケージに対して、格子の特定点にＢＧＡボールを配置しない構成とする。例えば、最外周のＢＧＡボールを数個おきに抜いたり、更にその内側のＢＧＡボールを数個おきに抜いたりする。

このように、格子の特定点にＢＧＡボールを配置しないことにより、隣り合うＢＧＡボールの間隔を広げることができ、これにより、内周側のＢＧＡボールに接続される引き出し配線をＢＧＡボールの隙間から外部に取り出すことができ、ＢＧＡボールのピッチが狭いＢＧＡパッケージを貫通タイプの基板に実装することによってコストダウンを図ることができる。

上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の一実施例に係るＢＧＡパッケージについて、図１乃至図９を参照して説明する。図１は、ＢＧＡパッケージと基板との接合状態を示す側面図であり、図２は、ＢＧＡパッケージの接合面におけるＢＧＡボールの配置を示す平面図、図３は、貫通タイプの基板の構造を示す側面図である。また、図４及び図６は、ＢＧＡボールと基板のＶｉａ及び引き出し配線との関係を示す図であり、図５及び図７は、ＢＧＡボールの隙間を示す拡大図である。また、図８及び図９は、本実施例のＢＧＡパッケージのＢＧＡボールと基板のＶｉａ及び引き出し配線との関係を示す図である。

まず、本発明のＢＧＡパッケージについて説明する前に、通常のＢＧＡパッケージの構成及び問題点について説明する。

図１に示すように、ＡＳＩＣ等の半導体チップは、接合面にＢＧＡボール１１が配置されたＢＧＡパッケージ１０に搭載され、そのＢＧＡパッケージ１０は、内部に配線が形成された基板２０に接合して使用される。

ＢＧＡパッケージ１０は、半導体チップを搭載する領域を備え、半導体チップの電極は、当該領域の周囲に形成された電極にボンディング等によって接続され、半導体チップ及びボンディングワイヤは樹脂等で封止される。また、ＢＧＡパッケージ１０の電極は、接合面に形成されたＢＧＡボール１１に接続される。

図２は、このＢＧＡパッケージ１０の接合面を示す平面図であり、ＢＧＡパッケージ１０では、基板２０との接合強度を高め、基板２０にバランスよく接合するために、ＢＧＡボール１１は、接合面に格子状に配置される。なお、格子の配列数や配列方法は図の構成に限定されず、接合面のほぼ全面に周期的にＢＧＡボール１１が配置された構成であればよい。

図３は、貫通タイプの基板２０の構造を示す断面図であり、複数の配線層（図では４層）が絶縁層を介して積層され、基板２０を貫通する孔（Ｖｉａ２１）を介して、基板２０内部の内層ベタパターン２３と接合面の電極（Ｖｉａランド２２）とが接続されている。なお、Ｖｉａランド２２とは、Ｖｉａ２１周辺の層間接続形成を行うめっき部分のことである。

このような構成のＢＧＡパッケージ１０と基板２０とを接合する場合、従来のＢＧＡパッケージ１０では、隣り合うＢＧＡボール１１の間隔が広く、その隙間に引き出し配線を配置することができるため、内周側のＢＧＡボール１１は引き出し配線を介して外部に接続することができる。また、４つのＢＧＡボール１１で囲まれる領域にＶｉａランド２２を配置することができ、内層ベタパターン２３も隣同士重ならないように配置することができるため、内周側のＢＧＡボール１１は基板２０の内部配線を介して外部に接続することができる。

例えば、図４に示すように、０．７ｍｍφ（半径が０．３５ｍｍ）のＢＧＡボール１１が１．０ｍｍピッチで配置されるＢＧＡパッケージ１０では、図５に示すように、隣り合うＢＧＡボール１１の間には、０．３ｍｍのスペースがあり、幅が０．１ｍｍの配線を左右に０．１ｍｍのスペースを空けて配置することができるため、最外周よりも１列内側のＢＧＡボール１１に接続される引き出し配線２４（図の太い実線）を１本通すことができる。

また、４つのＢＧＡボール１１の間に連続してＶｉａ２１を形成した場合、Ｖｉａ２１のピッチも１．０ｍｍとなるため、０．９ｍｍφの内層ベタパターン２３は、隣同士重ならないように離して形成することができ、これにより、各々のＶｉａランド２２は、Ｖｉａ２１で繋がっている内層ベタパターン２３を介して内部配線２５（図の太い破線）で外部に取り出すことができる。

しかしながら、図６に示すように、０．７ｍｍφ（半径が０．３５ｍｍ）のＢＧＡボール１１が０．８ｍｍピッチで配置されるＢＧＡパッケージ１０では、図７に示すように、隣り合うＢＧＡボール１１の間には、０．１ｍｍのスペースしかないため、最外周よりも１列内側のＢＧＡボール１１に接続される引き出し配線２４を通すためには精度が要求される。

また、４つのＢＧＡボール１１の間に連続してＶｉａ２１を形成した場合、Ｖｉａ２１のピッチも０．８ｍｍとなるため、０．９ｍｍφの内層ベタパターン２３は、隣同士が重なり合ってしまう（図の破線の円が交差してしまう）。そのため、連続して内層ベタパターン２３を形成することができず、最外周よりも２列内側のＢＧＡボール１１の内の一部のＢＧＡボール１１（内層ベタパターン２３を省いた部分に対応するＢＧＡボール１１）は、内部配線２５を用いて外部に取り出すことができず、もちろん、引き出し配線２４を用いて外部に取り出すこともできない。

この問題に対して、逐次積層法により一層ずつ層を積み上げ、レーザ加工などにより直径１００μｍ程度の微細なＶｉａを形成した、配線密度の高い多層配線基板であるビルドアップ基板を用いることもできるが、ビルドアップ基板を用いるとコストが大幅に増加してしまう。

そこで、本実施例では、ピッチが小さい（例えば、０．８ｍｍピッチの）ＢＧＡパッケージ１０を貫通タイプの基板２０に実装する場合であっても、最外周よりも１列内側のＢＧＡボール１１に接続される引き出し配線２４を通しやすくすることができ、更に、最外周よりも２列以上内側のＢＧＡボール１１（内層ベタパターン２３を省いた部分に対応するＢＧＡボール１１）に接続される引き出し配線２４も通すことができるように、格子状に配置されるＢＧＡボール１１の内の特定点にはＢＧＡボール１１が配置されないようにする。

例えば、図８に示すように、最外周のＢＧＡボール１１に関して、２つの格子点に連続してＢＧＡボール１１を配置したら、その次の格子点にはＢＧＡボール１１が配置されないようにする。

この構成では、ＢＧＡボール１１が隣接する部分では、その間を通す引き出し配線２４の形成に精度が要求されるものの、ＢＧＡボール１１を抜いた部分では、最外周よりも１列内側のＢＧＡボール１１に接続される引き出し配線２４を通しやすくすることができ、また、最外周よりも２列内側のＢＧＡボール１１も、Ｖｉａ２１を介さずに取り出すことができる。

すなわち、隣り合う内層ベタパターン２３が重なり合ってしまう場合には、部分的に内層ベタパターン２３を抜き、抜いた内層ベタパターン２３に対応する２列内側のＢＧＡボール１１は、引き出し配線２４を用いて外部に接続することができ、適切に信号を通すルートを確保することができる。

また、図９に示すように、最外周に加えて、最外周よりも１列内側のＢＧＡボール１１に関しても、２つの格子点に連続してＢＧＡボール１１を配置したら、その次の格子点にはＢＧＡボール１１が配置されないようにすることもできる。

この構成では、最外周よりも１列内側のＢＧＡボール１１に接続される引き出し配線２４のみならず、２列内側のＢＧＡボール１１に接続される引き出し配線２４も通しやすくすることができ、また、最外周よりも３列内側のＢＧＡボール１１の一部も、Ｖｉａ２１を介さずに取り出すことができる。

すなわち、隣り合う内層ベタパターン２３が重なってしまう場合には、部分的に内層ベタパターン２３を抜き、抜いた内層ベタパターン２３に対応する２列内側及び３列内側のＢＧＡボール１１は、引き出し配線２４を用いて外部に接続することができ、適切に信号を通すルートを確保することができる。

なお、本発明は上記実施例の記載に限定されるものではなく、ＢＧＡパッケージ１０及び基板２０の構成は適宜、変更することができる。

例えば、図８及び図９では、２つの格子点に連続してＢＧＡボール１１を配置したら、その次の格子点にはＢＧＡボール１１が配置されないようにしたが、連続してＢＧＡボール１１が配置されない（ＢＧＡボール１１を１つ置きに抜く）構成としてもよい。この構成では、ＢＧＡボール１１の数が減少するが、引き出し配線２４を通すスペースを大きくすることができるため、ＢＧＡボール１１に接続される引き出し配線２４をより通しやすくすることができる。

また、３つ以上の格子点に連続してＢＧＡボール１１を配置したら、その次の格子点にはＢＧＡボール１１が配置されないようにしてもよい。この構成でも、最外周よりも２列若しくは３列内側のＢＧＡボール１１に接続される引き出し配線２４を通すことができる。

また、図８では、最外周の特定点にＢＧＡボール１１を配置しない構成を示し、図９では、最外周及び最外周よりも１列内側の特定点にＢＧＡボール１１を配置しない構成を示したが、更に内周側の特定点にもＢＧＡボール１１を配置しない構成とすることもでき、この構成では、更に内周側のＢＧＡボール１１に接続される引き出し配線２４を通すことができる。

また、図９では、最外周と最外周よりも１列内側の隣接する特定点にＢＧＡボール１１を配置しない場合を示したが、最外周の特定点と最外周よりも１列内側の特定点の位置をずらしてもよい。

また、図８及び図９では、一定の間隔で特定点にＢＧＡボール１１を配置しない場合を示したが、例えば、ＢＧＡパッケージ１０の各辺の中央部分ではＢＧＡボール１１を配置しない頻度を高くし、各辺の端部ではＢＧＡボール１１を配置しない頻度を低くするなど、場所に応じて異なる間隔でＢＧＡボール１１を配置しないようにしてもよい。

すなわち、本発明は、外周側が内周側よりもＢＧＡボール１１の密度が小さくなるような構成であればよく、ＢＧＡボール１１を配置しない特定点の位置や数は適宜、変更することができる。

また、ＢＧＡボール１１の径やピッチ、材質、Ｖｉａ２１やＶｉａランド２２、内層ベタパターン２３の径、引き出し配線２４の引き回し経路などは例示であり、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、これらも適宜、変更することができる。

本発明は、格子状にＢＧＡボールが配置される構造のＢＧＡパッケージ、特に、貫通タイプの基板では配線の引き回しが困難なピッチでＢＧＡボールが配置されるＢＧＡパッケージに利用可能である。

１０ＢＧＡパッケージ
１１ＢＧＡボール
２０基板
２１Ｖｉａ
２２Ｖｉａランド
２３内層ベタパターン
２４引き出し配線
２５内部配線

Claims

基板との接合面に格子状にボールが配列されるＢＧＡパッケージにおいて、
格子の特定点に前記ボールが配置されておらず、
前記基板の前記特定点に対応する領域に、当該特定点よりも内周側の前記ボールに接続される引き出し配線が形成可能である、
ことを特徴とするＢＧＡパッケージ。
前記格子の外周側は、内周側よりも前記ボールの密度が小さい、
ことを特徴とする請求項１に記載のＢＧＡパッケージ。
前記格子の最外周に前記特定点を有する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のＢＧＡパッケージ。
前記格子の最外周及び当該最外周の一列内側に前記特定点を有する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のＢＧＡパッケージ。
前記最外周の特定点と前記一列内側の特定点とが隣り合っている、
ことを特徴とする請求項４に記載のＢＧＡパッケージ。
前記特定点は、規則的に設定されている、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載のＢＧＡパッケージ。
前記特定点は、前記ボールが３つ連続して配置されないように設定されている、
ことを特徴とする請求項６に記載のＢＧＡパッケージ。