JP3532450B2 - Bga型半導体パッケージの実装構造およびその実装方法 - Google Patents
Bga型半導体パッケージの実装構造およびその実装方法Info
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Description
ll Grid Array )型半導体パッケージのような、底部に
突起電極部を有する半導体パッケージを、実装基板上に
電気的に接続するBGA型半導体パッケージの実装構造
およびその実装方法に関する。
て、半導体パッケージの小型化が進められている。そこ
で、ほぼチップサイズにまで小型化された半導体パッケ
ージ(CSP(Chip Size Package ))が開発されてい
る。
は、その底部にエリアアレイ状に電極を配置することに
より、実装面積の縮小および軽量化を図っている。しか
し、該BGA型半導体パッケージは、接続構造上、実装
基板との接続部の応力緩和能力が小さい。従って、底部
の電極の狭ピッチ化や高密度化に伴い、実装する際の接
続部の信頼性を向上させる必要がある。
ージと実装基板とを半田バンプを介して接続する際、B
GA型半導体パッケージと実装基板との間の全面に補強
樹脂を介在させることにより、BGA型半導体パッケー
ジと実装基板との接続部分の熱や変形による応力を緩和
して、接続寿命を向上させる手法が従来から知られてい
る。
来の構成では、BGA型半導体パッケージと実装基板と
が補強樹脂により完全に固着されるため、BGA型半導
体パッケージ内のLSI(Large Scale Integrated Cir
cuit)不良や、BGA型半導体パッケージと実装基板と
の接続不良が発生した場合、BGA型半導体パッケージ
を交換することが極めて困難であった。
特開平10−204259号公報には、高温状態におい
て補強樹脂の接着強度を低下させて、BGA型半導体パ
ッケージの交換を可能とする技術が開示されている。
型半導体パッケージと実装基板との間の全面に補強樹脂
を充填すると、該BGA型半導体パッケージを実装基板
から剥がす際に、例えば該BGA型半導体パッケージに
大気圧が作用する。これにより、該BGA型半導体パッ
ケージを取り除くために過大な力が必要となり、実装基
板から容易に剥がすことができないという問題が生じ
る。
ので、接続部分の寿命を向上させるとともに、不良が発
見されたときに容易にリペアを行うことができるBGA
型半導体パッケージの実装構造およびその実装方法を提
供することを課題とする。
導体パッケージの実装構造は、上記の課題を解決するた
めに、突起電極部を有するBGA型半導体パッケージ
を、該突起電極部配設側の面が実装基板との接続面とな
るように、該実装基板に電気的に接続するBGA型半導
体パッケージの実装構造において、上記BGA型半導体
パッケージと上記実装基板との間隙に、部分的に補強樹
脂を介在させることを特徴としている。
BGA型半導体パッケージが、該突起電極部配設側の面
を実装基板との接続面として、該実装基板上に電気的に
接続されている。この際、上記BGA型半導体パッケー
ジと上記実装基板との間隙に、部分的に補強樹脂を介在
させて、該補強樹脂により上記BGA型半導体パッケー
ジと実装基板との接続強度の向上を部分的に行ってい
る。従って、BGA型半導体パッケージと実装基板との
間隙の全面に補強樹脂を介在させていた従来のBGA型
半導体パッケージの実装構造と比較して、補強樹脂の量
が少なく、かつ接着面積も小さくて済む。しかも、BG
A型半導体パッケージと実装基板との間に、補強樹脂が
充填されていない空間が存在するので、例えば、該BG
A型半導体パッケージを実装基板から剥がす際に、大気
圧が作用することはない。
のLSI不良や、BGA型半導体パッケージと実装基板
との接続不良等の発生時に、BGA型半導体パッケージ
を交換する場合、過大な力を加えることなく、容易に該
BGA型半導体パッケージを実装基板から剥がすことが
できる。
ージの実装構造では、さらに、上記補強樹脂は、上記B
GA型半導体パッケージと上記実装基板との間隙のう
ち、少なくとも4隅部分に充填されていることが好まし
い。
型半導体パッケージと実装基板との間隙において、少な
くとも4隅部分に充填されている。この4隅部分とは、
上記BGA型半導体パッケージおよび実装基板に対し
て、熱ストレスや曲げストレスの力が最も大きく作用す
る力学的中立点から最も遠い部分、つまり実装後の上記
BGA型半導体パッケージおよび実装基板の中央部分か
ら最も遠い部分である。従って、上記補強樹脂はこのよ
うな部分を補強していることになるので、上記間隙に完
全に補強樹脂を充填した場合と同程度の補強効果を得る
ことができる。
かつ、BGA型半導体パッケージ内のLSI不良や、B
GA型半導体パッケージと実装基板との接続不良等の発
生時にBGA型半導体パッケージを交換する場合、過大
な力を加えることなく、容易にBGA型半導体パッケー
ジを実装基板から剥がすことができる。
ージの実装構造では、さらに、上記BGA型半導体パッ
ケージにおける上記実装基板との接続面に、凹凸部が設
けられていることが好ましい。
ケージにおける実装基板との接続面に凹凸部が設けられ
ており、該凹凸部により、BGA型半導体パッケージと
補強樹脂との剪断方向に対する接合力が向上する。
体パッケージと実装基板との接続部分の補強効果をより
向上させることができる。
ージの実装構造では、さらに、上記凹凸部は、上記BG
A型半導体パッケージの4隅に設けられていることを特
徴としている。
ケージにおける実装基板との接続面の4隅に凹凸部が設
けられており、該凹凸部により、4隅部分のBGA型半
導体パッケージと補強樹脂との剪断方向に対する接合力
が向上する。請求項2の発明の作用で述べたように、こ
の4隅部分とは、BGA型半導体パッケージおよび実装
基板に対して、熱ストレスや曲げストレスの力が最も大
きく作用する力学的中立点から最も遠い部分である。従
って、凹凸部が4隅部分だけに設けられていても、BG
A型半導体パッケージと補強樹脂との剪断方向に対する
充分な接合力の向上を得ることができる。
接合面に多くの凹凸部を形成することなく、補強樹脂に
よるBGA型半導体パッケージと実装基板との接続部分
の補強効果をより向上させることができる。
実装方法は、上記したBGA型半導体パッケージの実装
方法であって、(a)実装基板に補強樹脂を供給する工
程と、(b)補強樹脂が供給された実装基板上にBGA
型半導体パッケージをマウントする工程と、(c)リフ
ローを行う工程とを含むことを特徴としている。
樹脂が供給されて、BGA型半導体パッケージが該実装
基板上にマウントされてから、リフローが行われる。従
って、BGA型半導体パッケージを実装基板に搭載する
前に補強樹脂が供給されるので、例えばBGA型半導体
パッケージの突起電極部の周囲等の、補強樹脂を供給し
たい箇所に容易に該補強樹脂を塗布できる。また、補強
樹脂として、例えば熱硬化性の樹脂を用いた場合、リフ
ローによるBGA型半導体パッケージと実装基板との接
続と同時に、補強樹脂による接続部分の補強も行われる
ことになる。従って、補強樹脂を硬化させる工程を別途
設ける必要がなくなる。
とができ、かつ工程数を削減できるとともに、リフロー
工程後の製造工程中に、例え過大な力が接続部分に作用
した場合であっても、接続部分が剥がれる等の問題が生
じない。
ージの実装方法は、上記したBGA型半導体パッケージ
の実装方法であって、(a)実装基板上にBGA型半導
体パッケージをマウントする工程と、(b)上記BGA
型半導体パッケージと上記実装基板との間隙に、補強樹
脂を供給する工程と、(c)リフローを行う工程とを含
む方法であってもよい。
A型半導体パッケージがマウントされてから補強樹脂が
供給されるので、実装基板とBGA型半導体パッケージ
とに補強樹脂を確実に接触させることができる。また、
補強樹脂供給後にリフローが行われるので、例えば補強
樹脂として熱硬化性の樹脂を用いた場合、リフローによ
るBGA型半導体パッケージと実装基板との接続と同時
に、補強樹脂による接続部分の補強も行われることにな
る。従って、補強樹脂を硬化させる工程を別途設ける必
要がなくなる。
ッケージとを補強樹脂に確実に接触させることができ、
かつ工程数を削減できるとともに、リフロー工程後の製
造工程中に、例え過大な力が接続部分に作用した場合で
あっても、接続部分が剥がれる等の問題が生じない。
ージの実装方法は、上記したBGA型半導体パッケージ
の実装方法であって、(a)実装基板上にBGA型半導
体パッケージをマウントする工程と、(b)リフローを
行う工程と、(c)上記BGA型半導体パッケージと上
記実装基板との間隙に、補強樹脂を供給する工程とを含
む方法であってもよい。
GA型半導体パッケージをマウントして、リフローを行
い、その後補強樹脂を供給するので、補強樹脂はリフロ
ー温度に曝されることがない。つまり、補強樹脂とし
て、リフローによるBGA型半導体パッケージと実装基
板との接続の温度、例えば接続に用いられる半田等が溶
融する温度よりも高い温度で硬化する樹脂を用いる必要
がなくなる。
樹脂として用いることが可能となる。また、このように
低温硬化タイプの樹脂を用いることにより、補強樹脂を
硬化させるための熱履歴を低減でき、工程数の削減を行
うことが可能となる。
実施の形態について図1ないし図7に基づいて説明すれ
ば、以下のとおりである。
Grid Array )型半導体パッケージの実装構造における
側面図である。図2は、図1のA−A矢視断面図であ
り、図3は、図1のB−B矢視断面図である。
導体パッケージ1と、該BGA型半導体パッケージ1と
電気的に接続される実装基板2との間隙の4隅部分に、
補強樹脂4が部分的に設けられている。該実装基板2
は、約15ppmの熱膨張率を有するプリント配線基板
である。該補強樹脂4は、BGA型半導体パッケージ1
と実装基板2とを電気的に接続しているバンプ接続部3
を補強するために用いられている。
上に設けられた電極パッドであり、該電極パッド7上に
上記バンプ接続部3が配されている。また、図3に示す
ように、BGA型半導体パッケージ1と実装基板2の間
隙における中央部分、およびその周辺における各辺の中
央部分には、補強樹脂4が配置されていない領域が存在
する。なお、補強樹脂4が配置されない領域は、BGA
型半導体パッケージ1の4辺のうち少なくとも1辺の中
央部分、または/およびBGA型半導体パッケージ1の
中央部分であればよい。
は、補強樹脂4の熱膨張係数と一致していることが好ま
しい。バンプ接続部3と補強樹脂4との熱膨張係数を一
致させることにより、温度差によりバンプ接続部3と補
強樹脂4との間に発生する応力を抑止することができ
る。これにより、バンプ接続部3において、熱サイクル
による熱疲労寿命および機械的対応力を増加させること
ができる。
1と実装基板2との間隙に、補強樹脂4を部分的に介在
させることにより、BGA型半導体パッケージ1と実装
基板2との間全面に補強樹脂4を充填させた場合と比較
して、上記間隙に介在する補強樹脂4の量が少なく、か
つBGA型半導体パッケージ1および実装基板2の接着
面積が小さく、しかも間隙に空間が存在する。従って、
BGA型半導体パッケージ1には大気圧が作用しないの
で、不良の発見時に該BGA型半導体パッケージ1を交
換する際に、容易にBGA型半導体パッケージ1を実装
基板2から剥離してリペアすることができる。
強しているのはBGA型半導体パッケージ1および実装
基板2における4隅部分である。すなわち、BGA型半
導体パッケージ1および実装基板2は、熱ストレスや曲
げストレスに対して、力の最も大きく作用する力学的中
立点から最も遠い部分、つまりBGA型半導体パッケー
ジ1および実装基板2の中央部分から最も遠い4隅部分
を補強されていることになる。
パッケージ1と実装基板2との間隙の全面に完全に充填
されている場合と同等の補強効果を得ることができる。
体パッケージ1の実装方法について、図4に基づいて説
明する。
ッケージ1をマウントし、該BGA型半導体パッケージ
1と実装基板2との間隙における4隅部分に、補強樹脂
4がディスペンサー6により注入されている様子を示し
ている。
実装方法について説明する。上記BGA型半導体パッケ
ージ1の第1の実装方法は、以下のとおりである。
ースト8が印刷され、該実装基板2と対向する側の面に
半田ボール(突起電極部)5が設けられたBGA型半導
体パッケージ1を、該実装基板2の所定位置に搭載す
る。このとき、上記半田ボール5が上記半田ペースト8
上に配置されるように位置合わせが行われる。
装基板2の外側から、ディスペンサー6を用いて、BG
A型半導体パッケージ1および実装基板2の間隙におけ
る各コーナーに、一定量の補強樹脂4を注入する。
パッケージ1が搭載された実装基板2をリフロー装置で
加熱し、上記半田ボール5および半田ペースト8を溶融
させて一体化させることにより、バンプ接続部3が形成
される。つまり、バンプ接続部3は、製造工程中におい
て半田ボール5および半田ペースト8が溶融して一体化
したものである。
サー6のニードルを実装基板2に対して約45°傾斜さ
せて、補強樹脂4をBGA型半導体パッケージ1および
実装基板2の間隙に注入することが好ましい。このよう
に補強樹脂4を注入することにより、BGA型半導体パ
ッケージ1および実装基板2から外への補強樹脂4のは
み出しを少なくすることができる。
補強樹脂4の量は、注入時間・圧力等の条件をコントロ
ールすることにより一定化される。
して用いられる樹脂は、熱硬化性樹脂であり、硬化温度
が190℃〜240℃の範囲のものが適している。この
ような硬化温度を有する樹脂は、半田が溶融する温度で
ある185℃では未硬化の状態であるので、溶融した半
田ボール5および半田ペースト8が、実装基板2の電極
パッド7上にセルフアライメントの効果を発揮するとい
うメリットがある。このセルフアラインメントの効果と
は、実装基板2に半田ペースト8の印刷や半田ボール5
の位置合わせを行う際、該半田ペースト8や該半田ボー
ル5が電極パッド7から多少ずれていたとしても、半田
が溶融したときの半田の表面張力によって電極パッド7
の表面に半田が動いて、該半田が電極パッド7上に正確
に配される効果のことである。その後、温度の上昇によ
り上記樹脂が硬化して、本実施の形態に係るBGA型半
導体パッケージ1の実装構造を得ることができる。
装基板2に搭載してから、補強樹脂4が供給されるの
で、BGA型半導体パッケージ1および実装基板2に補
強樹脂4を確実に接触させることが可能である。
他の実装方法である第2の実装方法について、図5およ
び図6に基いて説明すれば、以下のとおりである。
成された実装基板2の4隅に、ディスペンサー6により
補強樹脂4が塗布される。該補強樹脂4は、上記半田ペ
ースト8の高さよりも高くなるように塗布される(図5
参照)。
られている半田ボール5が、上記補強樹脂4を突き破り
上記半田ペースト8と当接するように、BGA型半導体
パッケージ1を上記実装基板2上にマウントする(図6
参照)。
び実装基板2をリフロー装置で加熱することにより、上
記半田ボール5および半田ペースト8が溶融して一体化
してバンプ接続部3が形成される。このように、上記半
田ボール5および半田ペースト8が溶融して一体化する
ことにより、上記BGA型半導体パッケージ1および実
装基板2の接続部分の厚みが小さくなる。従って、BG
A型半導体パッケージ1の下面(BGA型半導体パッケ
ージ1における実装基板2との接続面)が上記補強樹脂
4によって濡れ、その後の温度上昇による該補強樹脂4
の硬化により上記BGA型半導体パッケージ1と上記実
装基板2との接続が補強される。
装基板2に搭載する前に補強樹脂4を供給するので、補
強樹脂4を供給したい箇所に容易に供給すること可能で
ある。
用いると、リフロー接続(リフロー装置で加熱すること
によるBGA型半導体パッケージ1および実装基板2の
接続)が終了した時点で、補強樹脂4によるバンプ接続
部3の補強も完了している。
に、リフロー接続後の工程中での予期せぬ過大な力が作
用した場合でも、接続部分であるバンプ接続部3が剥が
れる等の問題が生じない。
なる、上記BGA型半導体パッケージ1の第3の実装方
法について説明すると、以下のとおりである。
ースト8が印刷され、該実装基板2と対向する面側に半
田ボール5が設けられたBGA型半導体パッケージ1を
該実装基板2の所定位置に搭載する。このとき、このと
き、上記半田ボール5が上記半田ペースト8上に配置さ
れるように、位置合わせが行われる。その後、上記BG
A型半導体パッケージ1および実装基板2をリフロー装
置で加熱し、上記半田ボール5および半田ペースト8を
溶融させて一体化させ、バンプ接続部3を形成する。
び実装基板2の外側から、ディスペンサー6を用いて、
BGA型半導体パッケージ1および実装基板2の間隙に
おける各コーナーに、一定量の補強樹脂4を注入し、上
記バンプ接続部3を補強する(図7参照)。
リフロー装置において加熱されることがない、すなわち
リフロー温度に曝されることがないので、低温硬化タイ
プの樹脂を使用することも可能である。このように、補
強樹脂4に低温タイプのものを用いると、バンプ接続部
3に与える熱履歴を低減できる。
型半導体パッケージ1の実装構造は、BGA型半導体パ
ッケージ1の4隅に補強樹脂4を配してバンプ接続部3
を補強している。これにより、BGA型半導体パッケー
ジ1と実装基板2との間隙の全面を補強樹脂4で補強す
る場合と同程度の補強硬化を保ちつつ、かつ、不良の発
見によりBGA型半導体パッケージ1を交換する場合
に、容易に該BGA型半導体パッケージ1を実装基板2
から剥離して修繕することができる。
態について、図8ないし図10に基づいて説明すれば、
以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記した実
施の形態1の構成と同様の機能を有する構成には同一の
番号を付記し、その説明を省略する。
BGA型半導体パッケージ11の実装構造を示してい
る。図8は、該BGA型半導体パッケージ11の側面図
であり、図9は、図8のA−A矢視断面図であり、図1
0は、図8のB−B矢視断面図である。
ケージ11は、実施の形態1のBGA型半導体パッケー
ジ1の4隅にそれぞれ凹凸部9を設けたものであり、そ
の他の構成は実施の形態1のBGA型半導体パッケージ
1と同様である。なお、該凹凸部9は突起物であっても
よい。
パッケージ11と実装基板2との間隙において、上記凹
凸部9が配置されている部分に注入されている。該補強
樹脂4が硬化することにより、上記凹凸部9と実装基板
2とが接着される。
11の4隅に凹凸部9を設けることにより、BGA型半
導体パッケージ11と補強樹脂4との剪断方向に対する
接合力が向上するので、補強樹脂4による補強効果を高
めることができる。特に、上記凹凸部9が突起物である
場合は、補強樹脂4の量が少なくても、確実に補強樹脂
4をBGA型半導体パッケージ11にまで至らしめるこ
とができる。
ケージ11を搭載する前に補強樹脂4を塗布する場合
(実施の形態1の第2の実装方法に相当する。)に、図
5に示すように、半田ペースト8の高さよりも高く、つ
まり半田ペースト8にかぶるような厚みで補強樹脂4を
塗布することなく、本実施の形態のBGA型半導体パッ
ケージ11の実装構造を得ることができる。
プ接続部3の熱膨張係数と等しくすることにより、熱サ
イクルによる熱応力を緩和してバンプ接続部3の熱疲労
寿命を向上させることができ、さらに、バンプ接続部3
と補強樹脂4との間には温度による応力が発生しないの
でバンプ接続部3の機械的強度が増す。例えば補強樹脂
4としてデクスター社製LP-U8040を用いることができ
る。
BGA型半導体パッケージ11の4隅部分に凹凸部9が
形成されているので、補強樹脂4による樹脂補強効果が
さらに増す。
体パッケージ11の実装方法として、前記した実施の形
態1の第1ないし第3の実装方法を利用することは当然
可能である。
導体パッケージの実装構造は、BGA型半導体パッケー
ジと上記実装基板との間隙に、部分的に補強樹脂を介在
させる構成である。
のLSI不良や、BGA型半導体パッケージと実装基板
との接続不良等の発生時に、BGA型半導体パッケージ
を交換する場合、過大な力を加えることなく、容易に該
BGA型半導体パッケージを実装基板から剥がすことが
できるという効果を奏する。
ージの実装構造では、さらに、上記補強樹脂は、上記B
GA型半導体パッケージと上記実装基板との間隙のう
ち、少なくとも4隅部分に充填されている。
分の寿命を保ちつつ、かつ、BGA型半導体パッケージ
内のLSI不良や、BGA型半導体パッケージと実装基
板との接続不良等の発生時にBGA型半導体パッケージ
を交換する場合、過大な力を加えることなく、容易にB
GA型半導体パッケージを実装基板から剥がすことがで
きるという効果を奏する。
ージの実装構造では、さらに、上記BGA型半導体パッ
ケージにおける上記実装基板との接続面に、凹凸部が設
けられている。
脂によるBGA型半導体パッケージと実装基板との接続
部分の補強効果をより向上させることができるという効
果を奏する。
ージの実装構造では、さらに、上記凹凸部は、上記BG
A型半導体パッケージの4隅に設けられている。
型半導体パッケージの接合面に多くの凹凸部を形成する
ことなく、補強樹脂によるBGA型半導体パッケージと
実装基板との接続部分の補強効果をより向上させること
ができるという効果を奏する。
実装方法は、上記したBGA型半導体パッケージの実装
方法であって、(a)実装基板に補強樹脂を供給する工
程と、(b)補強樹脂が供給された実装基板上にBGA
型半導体パッケージをマウントする工程と、(c)リフ
ローを行う工程とを含む方法である。
かつ工程数を削減できるとともに、リフロー工程後の製
造工程中に、例え過大な力が接続部分に作用した場合で
あっても、接続部分が剥がれる等の問題が生じないとい
う効果を奏する。
ージの実装方法は、上記したBGA型半導体パッケージ
の実装方法であって、(a)実装基板上にBGA型半導
体パッケージをマウントする工程と、(b)上記BGA
型半導体パッケージと上記実装基板との間隙に、補強樹
脂を供給する工程と、(c)リフローを行う工程とを含
む方法であってもよい。
ッケージとを補強樹脂に確実に接触させることができ、
かつ工程数を削減できるとともに、リフロー工程後の製
造工程中に、例え過大な力が接続部分に作用した場合で
あっても、接続部分が剥がれる等の問題が生じないとい
う効果を奏する。
ージの実装方法は、上記したBGA型半導体パッケージ
の実装方法であって、(a)実装基板上にBGA型半導
体パッケージをマウントする工程と、(b)リフローを
行う工程と、(c)上記BGA型半導体パッケージと上
記実装基板との間隙に、補強樹脂を供給する工程とを含
む方法であってもよい。
樹脂として用いることが可能となるという効果を奏す
る。また、このように低温硬化タイプの樹脂を用いるこ
とにより、補強樹脂を硬化させるための熱履歴を低減で
き、工程数の削減を行うことが可能となるという効果も
併せて奏する。
体パッケージの実装構造を示す側面図である。
法を示す断面図である。
法を示す断面図である。
法を示す断面図である。
法を示す断面図である。
体パッケージの実装構造を示す側面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】突起電極部を有するBGA型半導体パッケ
ージを、該突起電極部配設側の面が実装基板との接続面
となるように、該実装基板に電気的に接続するBGA型
半導体パッケージの実装構造において、 上記BGA型半導体パッケージと上記実装基板との間隙
に、部分的に補強樹脂を介在させるとともに、 上記BGA型半導体パッケージにおける上記実装基板と
の接続面に、凹凸部が設けられていること を特徴とする
BGA型半導体パッケージの実装構造。 - 【請求項2】上記補強樹脂は、上記BGA型半導体パッ
ケージと上記実装基板との間隙のうち、少なくとも4隅
部分に充填されていることを特徴とする請求項1に記載
のBGA型半導体パッケージの実装構造。 - 【請求項3】上記凹凸部は、上記BGA型半導体パッケ
ージの4隅に設けられていることを特徴とする請求項1
または2に記載のBGA型半導体パッケージの実装構
造。 - 【請求項4】請求項1ないし3の何れかに記載のBGA
型半導体パッケージの実装方法であって、 (a)実装基板に補強樹脂を供給する工程と、 (b)補強樹脂が供給された実装基板上にBGA型半導
体パッケージをマウントする工程と、 (c)リフローを行う工程とを含むことを特徴とするB
GA型半導体パッケージの実装方法。
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