JP3422019B2 - Bga型半導体装置、及び、bgaの実装方法 - Google Patents

Bga型半導体装置、及び、bgaの実装方法

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JP3422019B2 JP2000106648A JP2000106648A JP3422019B2 JP 3422019 B2 JP3422019 B2 JP 3422019B2 JP 2000106648 A JP2000106648 A JP 2000106648A JP 2000106648 A JP2000106648 A JP 2000106648A JP 3422019 B2 JP3422019 B2 JP 3422019B2
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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型半導体装
置、及び、BGAの実装方法に関し、特に、マザーボー
ドとBGAとを接合するはんだ接合部の接合強度を適正
に補強することができるBGA型半導体装置、及び、B
GAの実装方法に関する。
【0002】
【従来の技術】携帯電話に代表される携帯型電子機器に
は、チップスケールパッケージ(以下、CSPといわれ
る)と呼ばれる小型BGAが多く使われるようになって
きている。BGAは、はんだ接合により、はんだバンプ
電極を介して機械的に、且つ、電気的にマザーボードに
接合している。CSPのはんだバンプ電極は、非常に小
さくてはんだ接続面積が非常に少ない。このようなCS
Pのはんだ接続部は、落下衝撃のような外的ストレスを
受けてマザーボードが撓む際に、そのはんだ接続部が破
断することがある。このような破断を回避する技術とし
ては、マザーボードとCSPの間に樹脂を充填し、その
樹脂を硬化させること(以下、このような充填はアンダ
ーフィルと呼ばれる)により、はんだ接続部を接着補強
することが知られている。このような補強技術は、樹脂
の充填工程と硬化工程が必要であり、樹脂硬化後は部品
交換のような修理をすることができない。アンダーフィ
ルの他の補強技術としては、CSPにシールドを被せる
ことが知られている。この補強技術は、シールド分の高
さだけ必要以上に高さが高くなる。シールドは放熱性が
悪い。回路基板のようなマザーボードと半導体チップの
実装構造では、一般的に、熱ストレス、機械的ストレス
に関して、特開平5−175278号、特開平11−2
51734号、特開平11−260957号で知られて
いるように、多大な配慮がなされて設計される。
【0003】樹脂充填工程と樹脂硬化工程とが必要でな
くて部品交換が容易であることが望まれ、更には、実装
高さが適正であることが望まれる。実装高さの適正化に
より耐機械的ストレス信頼性とともに耐熱ストレス信頼
性の向上が望まれる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、樹脂
充填工程と樹脂硬化工程とが必要でなくて部品交換が容
易であるBGA型半導体装置、及び、BGAの実装方法
を提供することにある。本発明の他の課題は、更には、
実装高さが必要以上に高くならず適正であるBGA型半
導体装置、及び、BGAの実装方法を提供することにあ
る。本発明の更に他の課題は、実装高さが必要以上に高
くならず適正であり、実装高さの適正化により耐機械的
ストレス信頼性とともに耐熱ストレス信頼性が向上する
ことができるBGA型半導体装置、及び、BGAの実装
方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】その課題を解決するため
の手段が、下記のように表現される。その表現中に現れ
る技術的事項には、括弧()つきで、番号、記号等が添
記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複
数・形態又は複数の実施例のうちの少なくとも1つの実
施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特
に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現さ
れている技術的事項に付せられている参照番号、参照記
号等に一致している。このような参照番号、参照記号
は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の
技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このよ
うな対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の
形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されるこ
とを意味しない。
【0006】本発明によるBGA型半導体装置は、下面
側に複数の第1電極(4)が形成されるBGA(2)
と、上面側に第2電極(5)が形成されBGA(2)に
接合するマザーボード(3)と、BGA(2)とマザー
ボード(3)との間に介設される補強板(1)とを含
み、補強板(1)は、複数の第1電極(4)が通る複数
の孔(6)を有し、第1電極(4)は第2電極(5)に
接合する。補強板(1)の存在は、全体構造を強化し撓
みの発生を緩和し、補強板1の厚みにより適正にBGA
の実装高さを適正に与えることができる。補強板は、平
面構造を形成して、BGA(2)の裏面又は下面とマザ
ーボード(3)の表面又は上面との間に挟まれて、BG
A(2)とマザーボード(3)の両方の剛性を高くする
ことができる。
【0007】第1電極(4)と第2電極(5)とは、と
もに慣用の電気的接続手段であるはんだが使用されるこ
とが最適である。はんだ電極は、各種材料が用いられ比
較的低温で自ら接合しあう電気導電材料である。補強板
(1)の下面に形成される接着材料層(7)と、マザー
ボード(3)の上面に形成されるソルダーレジスト層
(8)が更に含まれ、接着材料層(7)とソルダーレジ
スト層(8)とは熱硬化して互いに接着する接着剤で形
成されている。はんだ接合の際に同時的に接着材料層
(7)とソルダーレジスト層(8)とが熱環境のもとで
接合する。補強板(1)は、BGA(2)の周囲に延長
された延長部分(12)を有し、延長部分(12)は放
熱構造を有していることが好ましい。補強板(1)が、
放熱板として利用されている。
【0008】本発明によるBGAの実装方法は、既述の
BGA型半導体装置を組み立てる組立方法であり、BG
A(2)とマザーボード(3)との間に補強板(1)を
挿入してBGA(2)とマザーボード(3)とを接合す
る際に、第1電極(4)を孔(6)に位置合わせして第
1電極(4)を孔(6)に挿入することを含む。更に、
BGA(2)とマザーボード(3)との間に補強板
(1)を挿入しBGA(2)とマザーボード(3)とを
接合する際に、第1電極(4)を孔(6)に位置合わせ
し第1電極(4)を孔(6)に挿入することと、第1電
極(4)と第2電極(5)を加熱した後に冷却すること
とが更に含まれる。このようなステップの組立は、生産
効率が高い。更に接着材料層(7)とソルダーレジスト
層(8)とを熱硬化して接着するステップの追加によ
り、更に生産効率を高くすることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】図に一致対応して、本発明による
BGA型半導体装置の実施の形態は、BGAとマザーボ
ードとの接合のために、補強構造が用いられている。そ
の補強構造のための補強板1は、図1に示されるよう
に、BGA2とマザーボード3との間に介設される。
【0010】BGA2の下面側には、その仮面から下方
に突出して多くのはんだバンプ電極4が格子状又は縦横
アレイ状に形成されている。マザーボード3の上面に
は、複数はんだ電極4にそれぞれに位置対応して複数は
んだ付けパッド5が格子状又は縦横アレイ状にはんだ材
料により形成されている。
【0011】補強板1には、はんだバンプ電極4に位置
対応してそれぞれにはんだバンプ電極よりも大きいサイ
ズの複数開口6が開けられている。補強板1の下面又は
裏面には複数開口6の周囲に、図2に示されるように、
接着材料層7が形成されている。マザーボード3は、金
属、セラミック、プラスティック、樹脂、又はこれらが
複合した複合材料で形成されている。接着材料層7に
は、後述するリフロー時に熱硬化する材料が用いられて
いる。
【0012】補強板1は、図3に示されるように、BG
A2又はBGA2のインターポーザとマザーボード3と
で挟まれて組み立てられる。図4は、その組立状態の詳
細を示している。補強板1がBGA2とマザーボード3
とで挟まれた時、BGA2のはんだバンプ電極4は補強
板1の複数開口6に入り込んでいる。
【0013】補強板1の上面には、更に、隣り合う2つ
の複数はんだ付けパッド5の間で、接着材料層7に位置
対応して複数ソルダーレジスト8が形成されている。は
んだバンプ電極4は、補強板1がBGA2とマザーボー
ド3とで挟まれた際には、はんだバンプ電極4は複数は
んだ付けパッド5に接触し、且つ、接着材料層7は複数
ソルダーレジスト8に接触している。図4に示される仮
組立状態の実装品がリフローされると、接着材料層7は
熱硬化して複数ソルダーレジスト8に接着し、且つ同時
的に、はんだバンプ電極4が複数はんだ付けパッド5に
はんだ接合する。このように、リフロー工程によるだけ
でBGA2とマザーボード3の接合が強固に行われ、樹
脂充填工程と樹脂硬化工程は、リフロー工程と別に必要
になることはない。
【0014】このように、アンダーフィルの工程を要す
ることなく、BGAのマザーボード実装が実現する。補
強板1をBGA2とマザーボード3との間に挟みこむこ
とは、他の表面実装品の実装と同様に自動実装機により
実行され、接着材料層7の硬化はリフロー工程と同時的
に行われている。はんだバンプ電極4と複数はんだ付け
パッド5とははんだ接合であり、はんだバンプ電極4と
複数はんだ付けパッド5の接合によるはんだバンプ電極
4とマザーボード3との接合部位には、アンダーフィル
がなく、BGA2とマザーボード3とは互いに剥がれ得
る接合構造を有しており、BGA2とマザーボード3と
が互いに部品交換しあえる関係が成立している。
【0015】BGA2とマザーボード3とはアンダーフ
ィルの関係で接合していないが、BGA2とマザーボー
ド3との間の撓みは、補強板1により制限を受け、補強
板1とBGA2とマザーボード3とから構成される実装
品が仮に落下衝撃を受けても、補強板1がBGA2とマ
ザーボード3の撓みに関して補強しているので、はんだ
バンプ電極4の周辺域の接続構造の破断が回避され又は
緩和されている。
【0016】図5は、本発明によるBGA型半導体装置
の実施の他の形態を示している。本実施の形態の補強板
1は、単純な板構造体でなく、箱型板構造を有してい
る。箱型を形成する四周の壁11は、先の実施の形態の
補強板1に一致する底部を補強する。本実施の形態の補
強板1は、その補強力が更に強い。
【0017】図6は、本発明によるBGA型半導体装置
の実施の更に他の形態を示している。本実施の形態の補
強板1は、図4に示される補強板1に比べて、高さ方向
の厚みDが大きい。マザーボード3に対するBGA2の
実装高さは、概ねこの厚みDに一致している。この厚み
Dを調整することにより、その実装高さを調整すること
ができる。
【0018】一般に、実装高さは、これが高いほど耐熱
ストレス信頼性が高い。補強板1の厚みを大きくするこ
とにより、MGAはんだ接合部の耐機械的ストレス信頼
性とともに耐熱ストレス信頼性を高めることができる。
【0019】図7は、本発明によるBGA型半導体装置
の実施の更に他の形態を示している。既述の実施の形態
の補強板1の周縁を2次元的に外側に補強板1に一体に
延長し、その延長部をラビリンス状に繰り返して折り曲
げられ、その折り曲げ部が放熱機構部12として形成さ
れている。放熱機構部12は、全周的にも部分的にも形
成され得る。
【0020】補強板1がはんだ付け可能である材料であ
るか、又は、はんだ付け用の端子を持つ場合には、マザ
ーボード3と補強板1との接合は、はんだ接合が可能で
ある。BGAは、ボールグリッドアレイだけでなく、チ
ップスケールパッケージ、はんだバンプを備えるフリッ
プチップ等を意味する。
【0021】
【発明の効果】本発明によるBGA型半導体装置、及
び、BGAの実装方法は、マザーボードとBGAの間の
撓み力に対抗する補強板の存在により、アンダーフィル
は必ずしも必要ではない。更に、その補強板は、耐機械
的ストレス信頼性だけでなく耐熱ストレス信頼性を高く
することができる。補強板は、付加的に放熱構造を容易
に形成することができる。補強板は、更に、実装高さの
調整部材として兼用され放熱性に関して適正な設計を促
進する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明によるBGA型半導体装置の実
施の形態を示す射軸投影図である。
【図2】図2は、補強板の底面図である。
【図3】図3は、組立状態を示す射軸投影図である。
【図4】図4は、図3のIV−IV線断面図である。
【図5】図5は、補強板の実施の他の形態を示す射軸投
影図である。
【図6】図6は、本発明によるBGA型半導体装置の実
施の他の形態を示す断面図である。
【図7】図7は、本発明によるBGA型半導体装置の実
施の更に他の形態を示す正面図である。
【符号の説明】
1…補強板 2…BGA 3…マザーボード 4…第1電極 5…第2電極 6…孔 7…接着材料層 8…ソルダーレジスト層 12…延長部分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−163044(JP,A) 特開 平10−335547(JP,A) 特開 平10−209205(JP,A) 特開 平6−232203(JP,A) 特開 平8−111471(JP,A) 特開 平10−335527(JP,A) 特開 平11−233670(JP,A) 特開2001−156110(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/60 H01L 23/12 H01L 23/36 H05K 1/18 H05K 3/34

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下面側に複数の第1電極が形成されるBG
    Aと、 上面側に第2電極が形成され前記BGAに接合するマザ
    ーボードと、 前記BGAと前記マザーボードとの間に介設される補強
    板とを含み、 前記補強板は、複数の前記第1電極が通る複数の孔を有
    し、 前記第1電極は前記第2電極に接合し、 更に、前記補強板の下面に形成される接着材料層と、 前記マザーボードの上面に形成されるソルダーレジスト
    層とを含み、 前記接着材料層と前記ソルダーレジスト層とは熱硬化し
    て互いに接着する BGA型半導体装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、 前記第1電極と前記第2電極とは、ともにはんだで形成
    されているBGA型半導体装置。
  3. 【請求項3】請求項1において、 前記補強板は、BGAの周囲に延長された延長部分を有
    し、 前記延長部分は放熱構造を有しているBGA型半導体装
    置。
  4. 【請求項4】請求項1に記載されるBGA型半導体装置
    を組み立てる組立方法であり、 前記BGAと前記マザーボードとの間に前記補強板を挿
    入して前記BGAと前記マザーボードとを接合する際
    に、前記第1電極を前記孔に位置合わせして前記第1電
    極を前記孔に挿入することと、 前記第1電極と前記第2電極を加熱した後に冷却するこ
    とと、 前記接着材料層と前記ソルダーレジスト層とを熱硬化し
    て接着すること とを含むBGAの実装方法。
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JP2011082318A (ja) * 2009-10-07 2011-04-21 Fujikura Ltd 回路基板
CN114843198B (zh) * 2022-06-21 2022-10-14 太极半导体(苏州)有限公司 一种防翘曲的bga芯片封装工艺及其封装结构

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