JP3239071B2 - ボール・グリッド・アレイ(bga)とその製造方法および電子装置 - Google Patents

ボール・グリッド・アレイ(bga)とその製造方法および電子装置

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洋 会田
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    • H05K3/3457Solder materials or compositions; Methods of application thereof

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、BGA(ボール・
グリッド・アレイ)の構造と製法及び、BGAを実装し
たプリント配線板による電子装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、電子機器の小型高性能化に伴い、
プリント配線板上に実装されるICチップ等の電子部品
は多端子化、狭ピッチ化しており、製品の歩留まり等の
上から高いレベルの実装技術が要求されている。
【0003】この実装技術として、電子部品(LSI)
のパッケージ下部にグリッド状に電極を設け、そのグリ
ッド上に接続用のはんだバンプを設けたBGAが脚光を
浴びている。BGAは比較的広い端子間ピッチ(1.0
〜1.27mm)で、多端子化が可能になる。
【0004】しかし、BGAははんだ接続部がパッケー
ジ下部となるため、プリント配線板との位置合わせが難
しく、はんだ接続部の外観検査や修正作業も困難にな
る。このため、BGAとプリント配線板との位置決め
や、はんだ接続をいかに簡単にかつ、安定に行うかが課
題となっている。
【0005】従来、BGAとプリント配線板の位置決め
は、BGAの外形形状とプリント配線板に設けたシルク
表示等を合わせることにより行われている。マウンター
等により自動搭載した部品においても、この方法により
位置の確認を行い、次の工程ではんだ接続を行ってい
た。
【0006】この他に、位置決めの公知例としては、特
開平6−349894号(引用例1)や特開平7−50
316号(引用例2)に記載のものが知られている。引
用例1の方法は、接続用バンプより大径で融点の低い位
置決めバンプを設け、位置決め用バンプを溶融しはんだ
の表面張力を利用して基板のランドに位置決めし、その
後さらに加熱して接続用バンプを溶融接合するものであ
る。また、引用例2の方法はスタッドバンプを設けてそ
れをガイドに位置決めするものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来、広く実用されて
いるBGA外形とプリント配線板のシルク位置を合わせ
る方法は精度にバラツキがあり、また、次工程への移動
やはんだ溶融時の表面張力の影響等により、位置決め後
にずれが発生する問題があった。
【0008】また、引用例1の方法はICチップを基板
のランドに実装する例であり、本発明の対象とするBG
Aとプリント配線板の位置合わせに適用し、低融点バン
プの表面張力を利用して位置決め行なうことは到底不可
能である。仮に可能としても、その後のリフロー工程で
位置ずれを生じてしまう。
【0009】一方、引用例2の方法は、電子部品を搭載
した基板の反対面に、位置決め用バンプの仕様に適合し
たワイヤーボンディングを別工程で行なう必要があり、
ワイヤーの取替えなど作業工数が増加し、コスト高とな
る問題点がある。
【0010】本発明は、上記した従来技術の問題点を解
決するためになされたもので、安定な位置決め構成をも
つBGA、そのBGAの作業工数の少ない製造方法、及
び、プリント配線板上にBGAを簡単かつ安定に実装し
てなる電子装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的は、ICチップ
等の電子部品を搭載した基板の下面に複数の電極を所定
状に配置し、前記電極とプリント配線板の電気的接続の
ためにボール状の電極用はんだバンプを備えたBGAに
おいて、前記基板の下面の所定位置に、前記はんだバン
プより背が高く且つ融点の高い複数の位置決め用はんだ
バンプを設けたことに達成される。前記位置決め用はん
だバンプは、たとえば前記電極用はんだバンプより径の
大きいボール状に形成される。
【0012】上記の他の目的は、BGAの製造方法にお
いて、前記電極を形成する銅パターンエッチング等によ
る工程で、位置決め用はんだバンプを設けるためのパッ
ドを同時に形成し、前記電極の位置にはんだボールを供
給して前記電極用はんだバンプを形成する工程で、前記
パッドの位置にはんだボールを供給して位置決め用はん
だバンプを形成することにより達成される。
【0013】前記電極はBGA下面にグリッド状に配置
され、前記パッドはそのグリッド状の外側で、例えば2
隅または4隅に形成される。また、前記位置決め用はん
だバンプのはんだボールは、前記電極用はんだバンプの
それより高融点のはんだ材が用いられ、前記電極の位置
と前記パッドの位置に各々のはんだボールが供給された
後に、前記高融点以上の温度で各はんだボールを溶着す
る。
【0014】上記のさらに他の目的は、ICチップ等の
電子部品を搭載し、電気的接続のための複数の電極用は
んだバンプを備えたBGAを、少なくとも1つはプリン
ト配線板上に実装してなる電子装置において、前記BG
Aに前記電極用はんだバンプより融点の高い位置決め用
はんだバンプを設け、前記プリント配線板に前記位置決
め用はんだバンプを挿入し位置決めする穴を設けたこと
により達成される。
【0015】前記プリント配線板の前記電極用はんだバ
ンプとの対応位置に電気的接続のためのパッドを設けて
あり、前記位置決め後に、前記電極用はんだバンプの融
点より高く前記位置決め用はんだバンプの融点より低い
温度でリフローして前記電極用はんだバンプと前記パッ
ドを接続して構成したことを特徴とする。
【0016】本発明によれば、BGAに設けた位置決め
用バンプとプリント配線板の位置決め用穴を嵌挿するこ
とにより精度のよい位置決めが簡単に実現できる。ま
た、機械的結合のため、位置決め後のずれを生じない安
定な位置決めが可能となる。
【0017】さらに、従来のBGAの製造工程、あるい
はBGAとプリント板の実装工程と同等の作業工数で実
現できる。このため、BGAあるいはそれを用いる電子
装置のコストアップを抑制できる。
【0018】
【発明の実施の形態】図1から図3に本発明の一実施形
態を示す。各図を通して同等の要素には同一の符号を付
している。
【0019】図1はBGAと、BGAをプリント配線板
に実装した電子装置の断面図を示す。同図(a)に示す
ように、ICチップ4を搭載したBGAパッケージ3の
下部には、銅パターンのエッチングによる電極8をグリ
ッド状に設けている。そのグリッド上にボール状の電極
用はんだバンプ2と、グリッドの外側の四隅(または、
対角線上の2隅)に位置決め用はんだバンプ1を設けて
いる。
【0020】同図(b)に示すように、プリント配線板
5に設けられたスルーホール6とパッド7にはそれぞ
れ、BGAパッケージ3の位置決め用はんだバンプ1を
嵌挿、電極用はんだバンプ2を溶着して実装される。電
子装置はこの複数のBGAパッケージを搭載したプリン
ト配線板を備える構成、あるいはその複数のプリント配
線板を接続した構成となる。
【0021】図2に、BGAパッケージの製造工程の一
実施例を示す。(イ)ICチップ4を搭載しているBG
Aパッケージ3の下側に、グリッド状に電極8を形成す
る銅パターンエッチングと同一工程で、位置決め用パッ
ド9を形成する。
【0022】(ロ)次に、各電極8、パッド9にフラッ
クス10を塗布し、(ハ)接続用バンプ2及び位置決め
用バンプ1の各位置とサイズを規定するはんだボール位
置決め用テンプレート11を設置し、(ニ)接続用はん
だボール2’及び位置決め用はんだボール1’を供給す
る。接続用はんだボール2’には、例えば共晶はんだ
(融点183℃)を用いる。位置決め用はんだボール
1’には、接続用はんだボール2’の約2倍の直径で、
融点が50℃程度高い、例えば、pb90、sn10の
高温はんだを用いる。
【0023】(ホ)最後に、位置決め用はんだボール
1’の融点より高い雰囲気温度にしてボール1’、2’
を溶融し、電極8とパッド9の各々にはんだ着けした電
極用はんだバンプ2、位置決め用はんだバンプ1を形成
する。
【0024】これによれば、BGAの電極の製造工程で
位置決め用はんだバンプを接着するパッドを、また、B
GAの電極用はんだバンプ2の製造工程で位置決め用は
んだバンプ1をそれぞれ形成できるので、位置決めバン
プを備えたBGAを作業工数の増加なく製造できる。ま
た、同一工程のエッチングによって、電極用はんだバン
プ2と位置決め用はんだバンプ1の相対的位置を、±5
0μ以内の高精度に維持できる。
【0025】図3に、本実施形態によるBGAとプリン
ト配線板の実装方法を示す。(イ)プリント配線板5に
はBGA3の電極用はんだバンプ2と対応する位置に、
従来と同様に銅パターンエッチングによるパッド7が形
成されている。さらに、BGA3の位置決め用はんだバ
ンプ1と対応する位置にスルーホール6が設けられてい
る。スルーホール6の径は、BGA3に設けた位置決め
用はんだバンプ1のボール径より若干大きく、電極用は
んだバンプ2とパッド7の接続品質に許容される精度範
囲とされる。
【0026】(ロ)パッド7に、はんだクリームを塗布
後、(ハ)位置決め用はんだバンプ1をスルーホール6
に挿入して位置決めし、BGAパッケージ3をプリント
配線板3に搭載する。(ニ)その後、電気接続用はんだ
バンプ2の融点より高く、位置決め用バンプ1の融点よ
り低い温度で、電気接続用はんだバンプ2とパッド7の
リフローはんだ付けを行い、プリント配線板3に対する
BGAパッケージ3の実装、すなわち電気的、機械的接
続が完了する。
【0027】本実施形態によれば、実装時にボール状の
位置決め用はんだバンプ1がスルーホール6によってガ
イドされてセルフアライメントされるので、BGAパッ
ケージ3の位置決めが比較的簡単に行なえる。また、B
GA3の位置決め用はんだバンプ1はリフローしないの
で作業工数の増加がなく、かつ、BGAの位置決め精度
は主として位置決め用はんだバンプ1とスルーホール6
の相対位置によって決まるので、必要な精度を容易に確
保できる。さらに、BGAに設けた位置決め用はんだバ
ンプ1は、電極用はんだバンプ2より背が高いので、電
極用はんだバンプ2を浮かせた状態で梱包や運搬がで
き、BGAの品質管理が容易になる。
【0028】なお、上記の実施例では位置決め用はんだ
バンプの材料に、電気接続用はんだバンプの材料より融
点の高いものを用いたが、同じ融点のはんだ材を用いる
ことも可能である。また、位置決め用はんだバンプを球
状としたが円錐状や角錐状などの突起形状としてもよ
い。
【0029】
【発明の効果】本発明によれば、BGAの電極用はんだ
バンプより高さ寸法と融点の高い位置決め用はんだバン
プを設けているので、実装時の位置決めを簡単かつ高精
度に行なえるBGAを提供できる効果がある。
【0030】本発明によれば、BGAの位置決め用はん
だバンプを設置するパッドを、BGAの電極製造と同一
工程で作成するので、作業工数やコストの増加を抑制で
きる効果がある。
【0031】本発明によれば、BGAの位置決め用はん
だバンプをプリント配線板のガイド穴によって簡単に位
置決めでき、かつ、位置決め用には電極用はんだバンプ
より高融点のはんだを用い、BGAの電極とプリント配
線板のパッドの接続時にリフローしないので、位置決め
後のずれ発生を防止することができる。また、実装作業
も従来同様の工数で行なえる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態によるBGAの構造と、そ
のプリント配線板への実装を示す断面図。
【図2】本実施形態によるBGAの製造方法を示す工程
図。
【図3】本実施形態によるBGAのプリント配線板への
実装方法を示す工程図。
【符号の説明】
1…位置決め用はんだバンプ、2…電極用はんだバン
プ、3…BGAパッケージ、4…ICチップ、5…プリ
ント配線板、6…スルーホール(ガイド穴)、7…パッ
ド、8…電極(BGA側)、9…位置決め用パッド(B
GA側)、10…フラックス、11…テンプレート、1
2…はんだクリーム。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 串田 則行 茨城県日立市大みか町五丁目2番1号 株式会社日立製作所 大みか工場内 (56)参考文献 特開 平8−204308(JP,A) 特開 平4−199524(JP,A) 特開 平7−183330(JP,A) 特開 平7−226422(JP,A) 特開 平7−297318(JP,A) 実開 昭55−105981(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/60 H05K 1/18

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ICチップ等の電子部品を搭載した基板
    の下面に複数の電極を所定状に配置し、前記電極とプリ
    ント配線板の電気的接続のためにボール状の電極用はん
    だバンプを備えたボール・グリッド・アレイ(以下、B
    GAと呼ぶ)において、 前記基板の下面の所定位置に、前記電極用はんだバンプ
    より大径のボール状で且つ融点の高い複数の位置決め用
    はんだバンプを設けたことを特徴とするBGA。
  2. 【請求項2】 ICチップ等の電子部品を搭載した基板
    の下面に複数の電極を所定状に配置し、前記電極とプリ
    ント配線板の電気的接続のためにボール状の電極用はん
    だバンプを備えたボール・グリッド・アレイ(以下、B
    GAと呼ぶ)の製造方法において、 前記電極を形成する銅パターンエッチング等による工程
    で、位置決め用はんだバンプを設けるためのパッドを同
    時に形成し、 前記電極の位置にはんだボールを供給して前記電極用は
    んだバンプを形成する工程で、前記パッドの位置に前記
    はんだボールより大径のはんだボールを供給して前記位
    置決め用はんだバンプを形成することを特徴とするBG
    Aの製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項2において、 前記電極はグリッド状に配置され、前記パッドはそのグ
    リッド状の外側に形成することを特徴とするBGAの製
    造方法。
  4. 【請求項4】 請求項2または3において、 前記位置決め用はんだバンプのはんだボールは、前記電
    極用はんだバンプのそれより高融点のはんだが用いら
    れ、 前記電極の位置と前記パッドの位置に各々のはんだボー
    ルが供給された後に、前記高融点以上の温度で各はんだ
    ボールを溶着することを特徴とするBGAの製造方法。
  5. 【請求項5】 ICチップ等の電子部品を搭載し、電気
    的接続のための複数のボール状の電極用はんだバンプを
    備えたボール・グリッド・アレイ(以下、BGAと呼
    ぶ)を、少なくとも1つはプリント配線板上に実装して
    なる電子装置に おいて、 前記BGAに前記電極用はんだバンプより融点が高く且
    つ大径のボール形状による位置決め用はんだバンプを設
    け、前記プリント配線板に前記位置決め用はんだバンプ
    を挿入し位置決めする穴を設けたことを特徴とする電子
    装置。
  6. 【請求項6】 請求項5において、 前記プリント配線板の前記電極用はんだバンプとの対応
    位置に電気的接続のためのパッドを設けてあり、 前記位置決め後に、前記電極用はんだバンプの融点より
    高く前記位置決め用はんだバンプの融点より低い温度で
    リフローして前記電極用はんだバンプと前記パッドを接
    続する構成にしたことを特徴とする電子装置。
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