JP2713994B2 - Package structure - Google Patents

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JP2713994B2
JP2713994B2 JP63145744A JP14574488A JP2713994B2 JP 2713994 B2 JP2713994 B2 JP 2713994B2 JP 63145744 A JP63145744 A JP 63145744A JP 14574488 A JP14574488 A JP 14574488A JP 2713994 B2 JP2713994 B2 JP 2713994B2
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忠彦 三吉
小山  徹
稔 山田
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    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151Die mounting substrate
    • H01L2924/1517Multilayer substrate
    • H01L2924/15172Fan-out arrangement of the internal vias
    • H01L2924/15174Fan-out arrangement of the internal vias in different layers of the multilayer substrate

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  • Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高速高密度実装が要求されている超大型コン
ピユータのV・LSI搭載において、ピングリツド・アレ
イ(PGA)パツケージピンの高密度ピツチ化と高信頼化
を兼ねたパツケージ構造体に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a high-density pitching of a pin array (PGA) package pin in a V-LSI mounting of an ultra-large computer which requires high-speed and high-density mounting. The present invention relates to a package structure having high reliability.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第2図は、はんだ44付けしたピン構造の公知例を示
す。ピン1はピン取付用基板2のスルーホール3と基板
2に設けられたランド部4で固定されている。
FIG. 2 shows a known example of a pin structure to which solder 44 is attached. The pin 1 is fixed by a through hole 3 of a pin mounting board 2 and a land 4 provided on the board 2.

ピン付構造は接続部の耐機械的強度,耐温度サイクル
性等の点で、平面実装法に比べて高信頼性が期待でき
る。しかし、高速,高密度実装の要求が高まるにつれ、
ピン補強用のランド部を設ける余裕はなくなつてきた。
更に、モジユールの高機能化につれ、ポリイミド等の薄
膜配線が使用されるようになつてくると、最初から銀ろ
う付等でピン付されたモジユール基板構造に薄膜を形成
するのはプロセス上に問題がある。従つて、後工程でポ
リイミド、薄膜等に熱影響を与えないようなはんだ付け
によるピン付が要求されている。公知例の構造では、ス
ルーホール3のピン固定部とはんだ44付部とが同時に溶
融されるため、プロセス,信頼性の点で問題がある。
The pinned structure can be expected to have higher reliability than the planar mounting method in terms of the mechanical strength of the connection portion and the temperature cycle resistance. However, as the demand for high-speed, high-density mounting has increased,
There is no room to provide land portions for reinforcing pins.
Furthermore, as thin-film wiring of polyimide or the like comes to be used as modules become more sophisticated, forming a thin film on a module substrate structure pinned with silver brazing or the like from the beginning is a problem in the process. There is. Therefore, there is a demand for pinning by soldering so as not to affect the polyimide, the thin film and the like in a later step. In the structure of the known example, since the pin fixing portion of the through hole 3 and the soldered portion are simultaneously melted, there is a problem in terms of process and reliability.

他方、コンピユータに高速性が要求されるにつれ、低
誘電率のガラスセラミツク多層板,ムライト多層板等の
使用が必須になつてきた。
On the other hand, with the demand for high-speed computers, it has become essential to use glass ceramic multilayer boards and mullite multilayer boards having a low dielectric constant.

これらのセラミツクスは実績のあるAl2O3基板に比
べ、熱膨張係数(3〜4×10-6/℃)が小さく、脆い材
料である。このため、セラミツクスで作られたモジユー
ル基板にろう付8されたピンが、熱膨張係数の高い(平
面方向α=15×10-6/℃)低誘電率の多層プリント板49
のスルーホールにはんだ付けされる構造において、大型
モジユール基板の最外周ピンは大変形を伴い、ピン付部
には大きな力が作用する。このため、ピン付部面積を広
げて、第2図(b)に示すように、ピン付部の応力を緩
和させるように、ピンのヘツド部42,ろう付端子部11
(もしくははんだ付部)面積を十分に確保し、あるい
は、メタライズとセラミツク界面のセラミツク43破壊を
防止するための、カバーコートなど高信頼ピン付継手と
する工夫がなされている。しかし、従来技術は、高密度
他ピン構造に対し、ピンの大きなネイルヘツド部,メタ
ライズ部、あるいは、メタライズ保護部などが、高密度
ピツチ化に対し、障害となつてきた。
These ceramics have a smaller coefficient of thermal expansion (3 to 4 × 10 −6 / ° C.) and are brittle materials as compared with the Al 2 O 3 substrate that has been used. For this reason, the pins brazed on the module substrate made of ceramics form a multilayer printed circuit board having a high coefficient of thermal expansion (plane direction α = 15 × 10 −6 / ° C.) and a low dielectric constant.
In the structure soldered to the through hole, the outermost pins of the large module board undergo large deformation, and a large force acts on the pinned portion. For this reason, as shown in FIG. 2 (b), the area of the pinned portion is enlarged, and the head portion 42 of the pin and the brazed terminal portion 11 are reduced so as to reduce the stress of the pinned portion.
In order to ensure a sufficient area (or a soldered portion) or to prevent the ceramic 43 from being broken at the interface between the metallization and the ceramic, a joint with a highly reliable pin such as a cover coat has been devised. However, in the prior art, a nail head portion, a metallized portion, or a metallized protection portion having a large pin has become an obstacle to the high-density pitch in the high-density other pin structure.

ピン径が150μmのピンを300μmピツチレベルで、高
信頼接続,高精度接続するには、スペース的にネイルヘ
ツド部を設けることが不可能になつてきた。このため、
ピンの曲げに対し、ピン付部の高信頼性の確保が重要に
なつてきた。
In order to connect a pin having a pin diameter of 150 μm at a 300 μm pitch level with high reliability and high accuracy, it has become impossible to provide a nail head space in terms of space. For this reason,
For pin bending, it has become important to ensure high reliability of the pinned portion.

4〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術は、大型高速計算用モジユール基板の高
密度多ピン化の要求に対して、超高密度実装に対応した
ピン構造になつていないこと、および、従来技術で超高
密度実装に対応した場合、ピン付部に高信頼性を確保で
きないこと等の問題があつた。
4 [Problems to be Solved by the Invention] The above prior art does not have a pin structure corresponding to ultra-high-density mounting in response to a demand for a high-density and multi-pin large-scale high-speed calculation module board, and In the case where the conventional technology is compatible with ultra-high-density mounting, there has been a problem that high reliability cannot be ensured in the pinned portion.

本発明の目的は、基板上に形成される薄膜とのプロセ
ス上のコンパチ性から、ポリイミド薄膜の形成後にピン
を後付けする必要により、フリツプチツプ接続後、また
は、フリツプチツプ接続した後のはんだ封止後に、超高
密度多ピン構造を低温プロセスで可能とするための構
造、及び、方法を提供するものである。
An object of the present invention is to provide a pin after the formation of the polyimide thin film, from the compatibility with the thin film formed on the substrate, after the flip-chip connection, or after the solder sealing after the flip-chip connection, An object of the present invention is to provide a structure and a method for enabling an ultra-high-density multi-pin structure by a low-temperature process.

つまり、高密度多ピン構造を高信頼に実現することを
目的とする。
That is, an object is to realize a high-density multi-pin structure with high reliability.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

高密度ピンピツチで接続させるため、ピンを固定する
モジユール基板に対し、スペースをとるランド部を設け
ず、樹脂で均一に補強すること、もしくは、新たなピン
キヤリヤを用いて、突当て方式で接続後、樹脂を充填補
強する構造とした。
In order to connect with a high-density pin pitch, do not provide a land area that takes up space on the module board to fix the pins, uniformly reinforced with resin, or use a new pin carrier and connect with a bumping method, The structure is such that the resin is filled and reinforced.

具体的には、表面端子と裏面端子とを導通させた第一
の基板と、該第一の基板の表面端子と接続するチップ
と、該第一の基板の裏面端子と接続する複数個のピン
と、複数個のスルーホールを有し、該スルーホール内に
樹脂を充填させて対応する該ピンを保持する第二の基板
とからなるものである。
Specifically, a first substrate in which the front terminal and the back terminal are electrically connected, a chip connected to the front terminal of the first substrate, and a plurality of pins connected to the back terminal of the first substrate. And a second substrate having a plurality of through holes, filling the through holes with resin, and holding the corresponding pins.

高密ピンピッチを実現させるため、ピン径が即、端子
径となるように工夫した。従つて、ピン端面が、そのま
ま、モジユール基板の端子とはんだ付けされる構造をと
ることにより、平面実装と同レベルの高密度化をピン構
造で実現できる。接続部の補強は、はんだとほぼ同等の
熱膨張係数をもち、かつ、耐熱衝撃用にゴム微粒子を分
散させた樹脂を用いた。樹脂の硬化条件は150℃(max)
×10時間で、はんだ付温度は260℃(max)であるため、
パツケージに対し熱影響を与えず高密度ピンピツチを可
能にする。
In order to realize a high-density pin pitch, we devised the pin diameter to be the terminal diameter immediately. Therefore, by adopting a structure in which the pin end face is soldered to the terminal of the module substrate as it is, it is possible to realize the same level of density as the planar mounting with the pin structure. For the reinforcement of the connection portion, a resin having a thermal expansion coefficient substantially equal to that of the solder and having rubber fine particles dispersed for heat shock resistance was used. Curing condition of resin is 150 ℃ (max)
Since the soldering temperature is 260 ° C (max) in × 10 hours,
Enables high-density pin pitch without affecting the package.

〔作用〕[Action]

従来、汎用されている最小ピンピツチ:1.27mmに対
し、1/4〜1/5レベルの高密度ピンピツチを実現できる。
また、特定の樹脂を充填して補強することにより、ピン
付部の信頼性,即ち、耐温度サイクル性,耐衝撃性,耐
機械的強度,耐湿性,汚れ防止等に対しても優れた効果
が期待できる。
Conventionally, a high-density pin pitch of 1/4 to 1/5 level can be realized with respect to a conventionally used minimum pin pitch of 1.27 mm.
In addition, by filling with a specific resin and reinforcing it, it has an excellent effect on the reliability of the pinned part, ie, temperature cycle resistance, impact resistance, mechanical strength, moisture resistance, dirt prevention, etc. Can be expected.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を第1図、第3図、第5図ない
し第9図により説明する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1, FIG. 3, FIG. 5 to FIG.

第3図は組立工程の断面図を示す。(a)は、はんだ
8(Pb−5%Sn,融点305℃)バンプが形成されているSi
チツプ9である。(b)は低誘電率のガラスセラミツク
スで作られたキヤリヤ基板10である。キヤリヤ基板10上
の表面には、高速化に要求されているインピーダンスマ
ツチツグ用の終端抵抗、及び、薄膜配線層が形成されて
いる。絶縁層としてポリイミド膜21を使用した。薄膜抵
抗はCr−Si−O系で、350℃以上では抵抗変化が起きる
ので、350℃以下の後工程が要求される。なお、同様に
高速化のため、キヤリヤ基板にはコンデンサを内蔵する
場合もある。(c)は約300μmピツチで130μmφのコ
バールにNi−Auめつきしたピンを樹脂15に埋込み、片面
を樹脂と共に平面研摩して平坦化した後、平面をNi−Au
めつき14し、Sn−3.5%Ag(融点221℃)はんだ7、もし
くはSn−5%Sb(融点240℃)はんだ等でデイツピング
(浸漬はんだ付)し、予備はんだ付を行つたピン取付キ
ヤリヤ基板15である。(d)はチツプ(a)とキヤリヤ
基板(b)を接続後、樹脂16を充填して構造である。
(e)は(d)のチツプキヤリヤ裏面を(c)と同一組
成のはんだを用いて、予備はんだ付後、(c)を位置決
めし、はんだ付けしたものである。(e)のキヤリヤ基
板とピン取付基板間に樹脂を充填したものが、第4図に
示した構造である。
FIG. 3 shows a sectional view of the assembling process. (A) shows Si on which solder 8 (Pb-5% Sn, melting point 305 ° C.) bump is formed.
Chip 9. (B) is a carrier substrate 10 made of low dielectric constant glass ceramics. On the surface of the carrier substrate 10, a terminating resistor for impedance matching required for high speed operation and a thin film wiring layer are formed. A polyimide film 21 was used as an insulating layer. The thin film resistor is a Cr-Si-O type, and a resistance change occurs at 350 ° C or higher, so that a post-process at 350 ° C or lower is required. Similarly, a capacitor may be built in the carrier substrate for speeding up. (C) shows a method of embedding a pin having Ni-Au attached to Kovar having a diameter of 130 μm with a pitch of about 300 μm in a resin 15, flattening one side with the resin, and flattening the surface.
Pin-mounted carrier board that has been plated 14 and dipped (immersion soldered) with Sn-3.5% Ag (melting point 221 ° C) solder 7 or Sn-5% Sb (melting point 240 ° C) solder and pre-soldered It is 15. (D) shows a structure in which the chip (a) and the carrier substrate (b) are connected and then the resin 16 is filled.
(E) is obtained by pre-soldering the back surface of the chip carrier of (d) using solder having the same composition as that of (c), and then positioning and soldering (c). FIG. 4 shows the structure shown in FIG. 4 in which resin is filled between the carrier substrate and the pin mounting substrate.

ピン取付キヤリヤ基板の樹脂はピンの曲げ変形に対す
る補強である。更に樹脂を充填することではんだ付部の
寿命向上及び補強を確実にする。但し、樹脂の熱膨張係
数は、はんだとほぼ同等である。なお、ピン取付キヤリ
ア基板の熱膨張係数は7〜10×10-6/℃以下が望まし
い。
The resin of the pin mounting carrier substrate is a reinforcement for bending deformation of the pins. Further, by filling the resin, the service life of the soldered portion is improved and the reinforcement is ensured. However, the thermal expansion coefficient of the resin is almost equal to that of the solder. The thermal expansion coefficient of the pin mounting carrier substrate is desirably 7 to 10 × 10 −6 / ° C. or less.

第1図はキヤリヤ基板10上に形成営された薄膜抵抗部
を拡大したものである。Siチップ9上のAl導体18とSiO2
19絶縁膜上に接続端子20(Cr−Cu−Au)が形成されてい
る。キヤリヤ基板材はガラスセラミツクスで、銅ペーイ
スト導体19を使用した。キヤリヤ基板表面を平坦化した
後、表面に露出した銅ペースト端子以外はポリイミド21
で覆い、その上に、Cr−Si−O22の抵抗薄膜を形成し、
更に、電極用端子としてCr−Cu−Au20を形成させた。
FIG. 1 is an enlarged view of a thin film resistor formed on a carrier substrate 10. Al conductor 18 on Si chip 9 and SiO 2
19 A connection terminal 20 (Cr-Cu-Au) is formed on the insulating film. The carrier substrate material was glass ceramics, and copper paste conductor 19 was used. After the carrier substrate surface is flattened, polyimide 21 is used except for the copper paste terminals exposed on the surface.
And then form a Cr-Si-O22 resistive thin film on it,
Further, Cr-Cu-Au20 was formed as an electrode terminal.

第5図はピン取付板の作製法を示す。 FIG. 5 shows a method of manufacturing a pin mounting plate.

あらかじめキヤリヤ基板の端子ピツチに合わせて、ピ
ン穴を形成したメタルマスク23及びスペーサ用メタルマ
スク24を重ね、長いピン25を各穴に突き差す。メタルマ
スク、及び、スペーサ用メタルマスクは予め、離型剤26
(シリコーン系樹脂)を塗布して、樹脂が容易に離れや
すくするため表面処理を施しておく、スペーサ用メタル
マスクの厚さは、ピン突出し長さに相当する。スペーサ
用メタルマスク間隙はピン取付用基板の厚さに相当す
る。樹脂を充填し、硬化後スペーサ用メタルマスク近傍
のAA′断面27をダイサ等で切断すると、ピン取付用基板
は二枚できる(多段に重ねることにより多数枚でき
る)。その後、スペー用メタルマスクとピン取付用基板
とを分離し、キヤリヤ基板寸法に切断する。第5図
(b)はピン取付用基板端面を平坦化し、Ni−Auめつき
を施した後Sn−5%Sbはんだ7を予備はんだ付けした断
面を示す。この場合、樹脂とピンとは密着力,耐湿性
(耐PCT)に優れた組合せである必要がある。ピン表面
ははんだにくわれ難いNiめつきを施し、更に、保管とは
んだ付性を確保するため、Auめつきを薄く施す場合があ
る。
A metal mask 23 having pin holes and a metal mask 24 for spacers are overlapped with the terminal pitch of the carrier substrate in advance, and long pins 25 are inserted into each hole. The metal mask and the metal mask for the spacer are pre-released
(Silicone-based resin) is applied, and a surface treatment is applied so that the resin can be easily separated. The thickness of the spacer metal mask corresponds to the pin protrusion length. The spacer metal mask gap corresponds to the thickness of the pin mounting substrate. When the resin is filled and the cross section AA '27 near the spacer metal mask is cured and cut with a dicer or the like, two pin mounting substrates can be formed (a large number can be formed by stacking in multiple stages). Then, the metal mask for the space and the substrate for pin mounting are separated, and cut to the size of the carrier substrate. FIG. 5 (b) shows a cross section in which the end surface of the pin mounting substrate is flattened, Ni-Au plating is applied, and then Sn-5% Sb solder 7 is pre-soldered. In this case, the resin and the pin need to be a combination excellent in adhesion and moisture resistance (PCT resistance). The pin surface may be provided with a Ni plating that is not easily damaged by solder, and a thin Au plating may be applied to ensure storage and solderability.

ピン取付用基板の作製法としては、この他に、ピンを
箔のエツチングで作り、各ピンを整列させた状態で穴に
通し、各列を位置決めする方法もある。
As another method of manufacturing the pin mounting substrate, there is a method of forming the pins by etching a foil, passing the pins through holes while aligning the pins, and positioning each row.

第6図は各種パツケージ構造体を示す。 FIG. 6 shows various package structures.

(a)はピン取付キヤリヤ基板15として、樹脂を用い
た場合、(b)はチツプ裏面に熱拡散板28(等えば高熱
伝導SiC,AlN,CuC,等)を取付け、ピン取付用基板とし
て、ポリイミド、ガラスエポキシ、ケプラ等を用い、ピ
ンとの間隙に樹脂16を充填した場合、(c)はキヤリヤ
基板とピン取付用基板とを兼ねた場合(樹脂の中に人造
ダイヤモンド、SiC等をフイラとして入れることによ
り、高熱伝導性にすることができる。(d)はキヤリヤ
基板とピン取付用基板間隙が狭い場合に、ピン取付用基
板の中央部に穴30を設けることにより、樹脂の流入が良
好になり、ボイドレス化が容易となる。
(A) is a case where a resin is used as the pin mounting carrier substrate 15; (b) is a case where a heat diffusion plate 28 (for example, high thermal conductive SiC, AlN, CuC, etc.) is mounted on the back surface of the chip, and as a pin mounting substrate, In the case where resin 16 is filled in the gap between the pins using polyimide, glass epoxy, kepra, etc., (c) is the case where the carrier substrate and the substrate for pin mounting are used (in the resin, artificial diamond, SiC, etc. (D), when the gap between the carrier substrate and the pin mounting substrate is narrow, the hole 30 is provided in the center of the pin mounting substrate, so that the resin can flow well. , And it becomes easy to make a void dress.

(e)はピンをSn−5%Sb7ではんだ付後、樹脂16で
ピン付部を補強した構造である。
(E) shows a structure in which the pins are soldered with Sn-5% Sb7 and then the resin 16 is used to reinforce the pinned portions.

(f)はハーメチツク封止型キヤリヤをピンキヤリヤ
構造にしたものである。
(F) shows a hermetically sealed carrier having a pin carrier structure.

第7図は低膨張、低誘電率のピン取付用有機基板32
(低膨張ガラス繊維入り、もしくはケプラー繊維入りの
エポキシ,ポリイミド材で、基材の熱膨張係数は7〜9
×10-6/℃)にレーザ,電子ビーム、もしくは、ドリル
で、ピン径より大きな径に穴明け後、ピンを通して、密
着力のある低膨張のエポキシ系レジン31で、ピン1と基
板31を接着させたピン取付キヤリヤ基板である。スルー
ホールは辛うじてピンが入る程度とし、高密度化を阻害
するランド部を設けない構造とした。基板端面を樹脂に
浸漬すると、樹脂が狭いスルーホールを表面張力の作用
で浸透する。樹脂を硬化させた後、キヤリヤ基板の端子
側を平面研削加工33し、ピン端面をNi−Auめつき14を施
こして、接続用端子を形成する。このピンキヤリヤは低
膨張であるため、Siチツプに、直接、フリツプチツプ法
で接続しても、チツプとキヤリヤ間を樹脂で充填すれ
ば、高信頼性のピンキヤリヤ構造体となる。また、ガラ
スキヤリヤ基板接続用ピンキヤリヤとしても、ほぼ、同
一の熱施張係数であるので、高信頼性が期待できる。
FIG. 7 shows a low-expansion, low-dielectric-constant organic substrate 32 for pin mounting.
(Epoxy or polyimide material containing low expansion glass fiber or Kepler fiber, the thermal expansion coefficient of the substrate is 7-9
(× 10 −6 / ° C) with a laser, electron beam or drill to make a hole larger than the pin diameter. It is a pin mounting carrier substrate adhered. The through-holes were barely accessible for pins, and had no lands that hinder high density. When the end face of the substrate is immersed in the resin, the resin penetrates the narrow through hole by the action of surface tension. After the resin is cured, the terminal side of the carrier substrate is subjected to surface grinding 33 and the pin end surface is subjected to Ni-Au plating 14 to form connection terminals. Since this pin carrier has a low expansion, even if it is directly connected to the Si chip by the flip chip method, if the space between the chip and the carrier is filled with a resin, a highly reliable pin carrier structure is obtained. In addition, since the pin carrier for connecting the glass carrier substrate has almost the same heat application coefficient, high reliability can be expected.

第8図は高出力のピングリツド・アレイ・パツケージ
を、低誘電率を多層プリント板49に搭載した実施例であ
る。多ピン高密度の細線ピンであるため、非貫通スルー
ホール34に差し込んだ状態で使用する構造とした。ピン
の先端が一部でも入つていれば、チツプ裏面を押してい
る水平及び垂直方向の力38に対するはんだの耐クリープ
を心配する必要がなくなる。また、ピン構造はキヤリヤ
基板と多層プリント板との熱膨張差が大きくても、ピン
が変形してくれるため、温度サイクルの信頼性に対する
不安はない。ピンの曲げ剛性は制御可能である。
FIG. 8 shows an embodiment in which a high-output pin grid array package is mounted on a multilayer printed board 49 having a low dielectric constant. Since it is a multi-pin, high-density thin wire pin, it is configured to be used in a state inserted into the non-through through hole 34. If the tip of the pin is partially inserted, there is no need to worry about creep resistance of the solder against the horizontal and vertical forces 38 pushing the chip back surface. Also, the pin structure deforms the pin even if the thermal expansion difference between the carrier substrate and the multilayer printed board is large, so there is no concern about the reliability of the temperature cycle. The bending stiffness of the pin is controllable.

なお、チツプとキヤリヤ基板間のフリツプチツプのは
んだ接続部にはんだと同等の熱膨張係数をもち、かつ、
耐熱衝撃用のゴム微粒子を添加した樹脂を用いることに
より、温度サイクル寿命が大幅に向上することは特願昭
58−171992により公知である。
The solder joint of the flip chip between the chip and the carrier substrate has the same thermal expansion coefficient as solder, and
The use of resin to which rubber particles for thermal shock are added significantly improves the temperature cycle life.
No. 58-17192.

本実施例によれば、チツプキヤリヤとピン固定用の樹
脂との間隙にも同一の樹脂を充填することにより、耐温
度サイクル性,耐機械的強度,耐湿性,ゴミ付着さらの
保護等の問題も解決される。
According to the present embodiment, the same resin is filled in the gap between the chip carrier and the resin for pin fixing, so that problems such as temperature cycling resistance, mechanical strength, moisture resistance, and protection from dust adhesion and the like can be solved. Will be resolved.

キヤリヤ基板とピン取付用基板間の樹脂の有無は信頼
性に大きく影響を及ぼす。はんだに等しい熱膨張係数
(25×10-6/℃)をもち、ポリブタジエン、もしくは、
シリコーンのゴムを分散させ、低ヤング率(400〜700kg
f/mm2)にすると、樹脂無し構造に比べ、はんだにかか
る応力、歪が大幅に低下し、耐温度サイクル性を十〜二
十倍向上させることができた。寿命向上の原因は、有限
要素法による熱弾塑性解析の結果、 (1)樹脂が、はんだバンプの一部に集中している応力
集中を緩和させる。
The presence or absence of resin between the carrier substrate and the pin mounting substrate has a significant effect on reliability. It has the same coefficient of thermal expansion as solder (25 × 10 -6 / ° C) and is made of polybutadiene or
Disperse silicone rubber, low Young's modulus (400-700kg
f / mm 2 ), the stress and strain applied to the solder were significantly reduced as compared to the resin-less structure, and the temperature cycle resistance could be improved ten to twenty times. The cause of the improvement of the life is as follows. As a result of the thermal elasto-plastic analysis by the finite element method, (1) the resin alleviates the stress concentration concentrated on a part of the solder bump.

(2)樹脂の熱膨張係数をはんだに一致させたこと。(2) The coefficient of thermal expansion of the resin is matched with that of the solder.

(3)樹脂中に分散している微細球状のポリブタジエン
(もしくはシリコーン)が熱衝撃を緩和する。
(3) The fine spherical polybutadiene (or silicone) dispersed in the resin reduces the thermal shock.

(4)低ヤング率のため応力集中部にかかる応力は小さ
い等のためと考えられる。
(4) It is considered that the stress applied to the stress concentration portion is small due to low Young's modulus.

石英粉の混入率は樹脂全体に対し、60〜65体積%が限
界である。ポリブタジエンの混入率は20重量部が限界で
ある。石英粉は30〜60体積%、ポリブタジエンは5〜15
重量部が望ましい。
The mixing ratio of quartz powder is limited to 60 to 65% by volume based on the whole resin. The mixing ratio of polybutadiene is limited to 20 parts by weight. 30-60% by volume of quartz powder, 5-15 of polybutadiene
Parts by weight are desirable.

使用した樹脂組成は、以下の通りである。 The used resin composition is as follows.

この樹脂は、はんだ並みの低膨張であるが、流動性が
良く、表面張力の作用でキヤリヤ基板とピン取付用基板
間隙を浸透して充填される。
This resin has low expansion comparable to that of solder, but has good fluidity, and penetrates and fills the gap between the carrier substrate and the pin mounting substrate by the action of surface tension.

なお、樹脂組成として、低膨張化材の石英粉と緩衝材
のポリブタジエンの混入率と熱疲労寿命判定(○:良
好,△:ほぼ良好,×:不良)との関係を第1表に示
す。
Table 1 shows the relationship between the resin composition and the mixing ratio of the quartz powder as the low expansion material and the polybutadiene as the buffer material, and the thermal fatigue life judgment (寿命: good, Δ: almost good, ×: bad).

樹脂の中にはカーボンブラツクを約1〜2%添加して
黒色に着色させて用いた。
About 1-2% of a carbon black was added to the resin, and the resin was colored black.

なお、石英以外の低膨張化材として、アルミナ,炭化
シリコン,窒化シリコン,窒化アルミ,炭酸カルシウ
ム,及び、酸化ベリリウムの混入された炭化シリコンの
少なくとも一つからなるものならば可能である。
The low expansion material other than quartz can be any material made of at least one of alumina, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, calcium carbonate, and silicon carbide mixed with beryllium oxide.

ポリブタジエン以外の弾性材として、ポリイソプレ
ン,シリコーンの少なくとも一つからなるものも可能で
ある。
As an elastic material other than polybutadiene, one made of at least one of polyisoprene and silicone is also possible.

特に、耐高温,耐湿性が要求される場合、硬化剤とし
てジシアンアミドの代りに酸無水物,ゴムとしてシリコ
ーンが望ましい。
In particular, when high temperature resistance and moisture resistance are required, acid anhydride and silicone as a rubber are preferable instead of dicyanamide as a curing agent.

コンピユータの高速計算用の入出力ピン構造として、
電源,信号,グランド等の多数個の配線を平行に走させ
るために、高密度多端子の多層フレキシブルテープの高
信頼化ピン構造に適用した例である。
As the input / output pin structure for high-speed computer calculation,
This is an example applied to a highly-reliable pin structure of a high-density, multi-terminal multilayer flexible tape in order to run a number of wirings such as a power supply, a signal, and a ground in parallel.

第9図はコネクター接続への応用である。多層のフレ
キシブルテープ39の最下面は銅端子41が露出し、周囲は
ポリイミド16もしくはエポキシ樹脂で被覆されている。
FIG. 9 shows an application to connector connection. Copper terminals 41 are exposed on the lowermost surface of the multilayer flexible tape 39, and the periphery is covered with polyimide 16 or epoxy resin.

ピンピツチは250μm,ピン径は150μm,ピン端面にはNi
−Auめつきが施されている。
Pin pitch is 250 μm, pin diameter is 150 μm, and pin end face is Ni
-Au plating is applied.

はんだはSn−5%Sb7(融点、液相240℃,固相232
℃)を用いることにより、ピン付部を共晶はんだPb−60
%Sn(融点183℃,はんだ付温度220℃)ではんだ付け、
もしくは、リペア時に、Sn−5%Sbはんだを溶融させる
ことはない。
Solder is Sn-5% Sb7 (melting point, liquid phase 240 ℃, solid phase 232)
° C), the eutectic solder Pb-60
% Sn (melting point: 183 ℃, soldering temperature: 220 ℃)
Alternatively, the Sn-5% Sb solder is not melted during repair.

テープは信号の高速化に有利な低誘電率のテフロン
系、ポリイミド系を用いた。この方式により、多ピン,
高密度ピツチのはんだ付コネクタの実現が可能である。
As the tape, a Teflon-based or polyimide-based tape having a low dielectric constant, which is advantageous for speeding up signals, was used. By this method, many pins,
It is possible to realize a high density pitch soldered connector.

また、樹脂による保護効果は耐温度サイクル性,耐湿
性,耐振性(樹脂と一体化のため共振しない)、耐機械
的強度だけでなく、ゴミ付着に体する保護にも効果があ
る。
The protection effect of the resin is effective not only in temperature cycle resistance, humidity resistance, and vibration resistance (there is no resonance due to integration with the resin), mechanical resistance, but also protection against dust adhesion.

高出力V・LSIチツプに対し、チツプ裏面を水冷する
際の継手にかかる横方向の力によるはんだ付継手のクリ
ープ変形に対する不安をなくすことができる。
With respect to a high output V · LSI chip, it is possible to eliminate anxiety about creep deformation of a soldered joint due to a lateral force applied to the joint when water cooling the rear surface of the chip.

更には、チツプと多層プリント板間の熱膨張差をピン
の変形で緩和することができるため、高信頼化はもとよ
り、リペア性を備えた使い勝手性の良いパツケージ構造
となる。
Furthermore, since the difference in thermal expansion between the chip and the multilayer printed board can be reduced by the deformation of the pin, a highly convenient package structure having not only high reliability but also repairability can be obtained.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、PGAパツケージの特徴である高信頼
構造対でありながら、面実装構造並みの高密度実装が可
能になる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, although it is a highly reliable structure pair which is the characteristic of a PGA package, high-density mounting like a surface mounting structure is attained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図はキヤリヤ基板上に薄膜抵抗層を設けた本発明の
一実施例の断面図、第2図は従来のキヤリヤ基板下の断
面図、第3図は(a)チツプ、(b)キヤリヤ基板、
(c)ピン取付用基板、(d)チツプとキヤリヤ基板の
一体化構造、(e)(d)の構造にピン取付けた構造の
断面図、第4図は本発明のPGAパツケージ断面図、第5
図はピン取付基板の製作法を示す断面モデル(a)、と
ピン取付基板断面(b)図、第6図は応用展開た各種構
造のPGA断面図、第7図はスルーホール付プリント板を
用いた場合のピン取付構造断面図、第8図は高出力PGA
パツケージを多層基板に取付けた場合の実装構造モデル
図、第9図はフレキシブルテープに応用した場合の断面
(a)及び平面図である。 1……ピン、2……ピン取付用基板、3……スルーホー
ル、4……ランド、5……パツケージ基板、6……導
体、7……はんだ、8……Pb−5%Snはんだ、9……Si
チツプ、10……キヤリヤ基板、11……薄膜、12……内部
接続端子、13……外部接続端子、14……Ni−Auメツキ、
15……樹脂基板、16……樹脂、17……銅ペースト、18…
…Al導体、19……SiO2絶縁膜、20……Cr−Cu−Au接続端
子、21……ポリイミド、22……抵抗薄膜。
FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of the present invention in which a thin film resistive layer is provided on a carrier substrate, FIG. 2 is a sectional view under a conventional carrier substrate, FIG. 3 (a) is a chip, and FIG. substrate,
(C) Pin mounting board, (d) integrated structure of chip and carrier board, (e) cross-sectional view of pin mounted structure in (d), FIG. 4 is a PGA package cross-sectional view of the present invention, FIG. 5
The figure shows a cross section model (a) showing the method of manufacturing the pin mounting board, and the cross section (b) of the pin mounting board, FIG. 6 shows the PGA cross section of various structures applied, and FIG. 7 shows a printed board with through holes. Sectional view of pin mounting structure when used, Fig. 8 shows high output PGA
FIG. 9 is a cross-sectional view (a) and a plan view when the package is applied to a flexible tape when the package is mounted on a multilayer substrate. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pin, 2 ... Pin mounting board, 3 ... Through hole, 4 ... Land, 5 ... Package board, 6 ... Conductor, 7 ... Solder, 8 ... Pb-5% Sn solder, 9 ... Si
Chip, 10 Carrier substrate, 11 Thin film, 12 Internal connection terminal, 13 External connection terminal, 14 Ni-Au plating,
15 ... Resin board, 16 ... Resin, 17 ... Copper paste, 18 ...
... Al conductor, 19 ...... SiO 2 insulating film, 20 ...... Cr-Cu-Au connection terminal, 21 ...... polyimide, 22 ...... resistive film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 合田 正広 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 九嶋 忠雄 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 山田 一二 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 三吉 忠彦 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 小山 徹 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 山田 稔 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 小林 二三幸 神奈川県秦野市堀山下1番地 株式会社 日立製作所神奈川工場内 (56)参考文献 特開 昭63−110758(JP,A) 特開 昭62−174955(JP,A) 特開 昭60−138948(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Masahiro Goda 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi, Ltd.Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Tadao Kushima 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi Research, Ltd. In-house (72) Inventor Ichiji Yamada 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi, Ltd.Hitachi Research Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Tadahiko Miyoshi 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd.Hitachi Laboratory Co., Ltd. Tohru Koyama 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture, Hitachi, Ltd.Hitachi Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Minoru Yamada 1-280, Higashi Koikekubo, Kokubunji, Tokyo, Japan Inside Hitachi, Ltd. 1 Horiyamashita, Hadano-shi, Kanagawa Hitachi, Ltd. Kanagawa Plant (56) Bibliography JP Akira 63-110758 (JP, A) JP Akira 62-174955 (JP, A) JP Akira 60-138948 (JP, A)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】表面端子と裏面端子とを導通させた第一の
基板と、 該第一の基板の表面端子と接続するチップと、 該第一の基板の裏面端子と接続する複数個のピンと、 複数個のスルーホールを有し、該スルーホール内に樹脂
を充填させて対応する該ピンを保持する第二の基板とか
らなることを特徴とするパッケージ構造体。
A first substrate having a front terminal and a back terminal electrically connected to each other; a chip connected to the front terminal of the first substrate; and a plurality of pins connected to the back terminal of the first substrate. A package structure comprising: a second substrate having a plurality of through holes, filled with resin in the through holes, and holding the corresponding pins.
【請求項2】特許請求の範囲第1項において、 前記樹脂の熱膨張係数を前記裏面端子と前記ピンとを接
続するはんだの熱膨張係数とほぼ等しくしたことを特徴
とするパッケージ構造体。
2. The package structure according to claim 1, wherein the coefficient of thermal expansion of the resin is substantially equal to the coefficient of thermal expansion of a solder connecting the back terminal and the pin.
【請求項3】特許請求の範囲第1項もしくは第2項のい
ずれかにおいて、 前記樹脂は石英粉10乃至60体積%を配合させたエポキシ
樹脂又はポリイミド樹脂であることを特徴とするパッケ
ージ構造体。
3. The package structure according to claim 1, wherein the resin is an epoxy resin or a polyimide resin mixed with 10 to 60% by volume of quartz powder. .
【請求項4】特許請求の範囲第1項から第3項のいずれ
かにおいて、 前記樹脂はゴム粒子5乃至20重量部を配合させたエポキ
シ樹脂又はポリイミド樹脂であることを特徴とするパッ
ケージ構造体。
4. A package structure according to claim 1, wherein said resin is an epoxy resin or a polyimide resin containing 5 to 20 parts by weight of rubber particles. .
【請求項5】特許請求の範囲第1項から第4項のいずれ
かにおいて、 前記ピンはベリリウム銅、銅もしくはコバールのいずれ
かにNiめっきもしくはNi−Auめっきを施したことを特徴
とするパッケージ構造体。
5. The package according to claim 1, wherein the pins are made of beryllium copper, copper or kovar, and plated with Ni or Ni-Au. Structure.
【請求項6】特許請求の範囲第1項から第5項のいずれ
かにおいて、 前記ピンの裏面端子と接続しない一端は多層基板の非貫
通スルーホールに接続されることを特徴とするパッケー
ジ構造体。
6. The package structure according to claim 1, wherein one end of the pin, which is not connected to a back terminal, is connected to a non-through through hole of a multilayer substrate. .
【請求項7】特許請求の範囲第1項から第6項のいずれ
かにおいて、 前記ピンと前記裏面端子とは融点が220乃至250℃のはん
だを用いて接続したことを特徴とするパッケージ構造
体。
7. The package structure according to claim 1, wherein the pins and the back terminals are connected by using solder having a melting point of 220 to 250 ° C.
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