JP3845314B2

JP3845314B2 - Ｂｇａ部品、ｂｇａ部品の実装方法及び半導体装置

Info

Publication number: JP3845314B2
Application number: JP2002029075A
Authority: JP
Inventors: 敬義宮崎
Original assignee: 埼玉日本電気株式会社
Priority date: 2002-02-06
Filing date: 2002-02-06
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2022-02-06
Also published as: JP2003229515A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線基板に実装するＢＧＡ（Ball Grid Array）部品、ＢＧＡ部品の実装方法及び半導体装置に関し、特に、配線基板への実装時の位置決め及び実装高さの精度を向上させたＢＧＡ部品、ＢＧＡ部品の実装方法及び半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器における小型化、高機能化に伴い、電子回路を構成する電子部品における多端子化、狭ピッチ化の要求が強くなっている。この要求に対して、電子部品（ＬＳＩ）のパッケージ下部にグリッド状の電極を設け、その電極上に接続用の半田ボールを設けたＢＧＡと呼ばれるパッケージの部品（以下、ＢＧＡ部品という）が提案され、実用化されている。
【０００３】
このＢＧＡ部品の接続端子となる球状の半田ボールは、部品の裏面に配置されており、プリント配線基板に実装する場合、半田接続部がＢＧＡ部品の下部となる。このため、プリント配線基板との実装位置を合わせることが難しく、実装後の接続状態の確認も困難であるという課題があった。
【０００４】
この課題を解決するため、例えば、特開平１０−７４７９２号公報には、電極用半田ボールより高融点の位置決め用半田ボールを設け、プリント配線基板のスルーホールにより実装位置を決める方法が開示されている（以下、この技術を従来例１という）。
【０００５】
また、特開平１１−１７３０７号公報には、半導体装置にガイドピンと導電パンプを設け、プリント基板にはガイドピンと導電パンプに接触される接続パッドを凹設し、半導体装置をプリント基板に実装する際には、ガイドピンをガイドホールに挿入して半田付けすることにより、導電パンプが接続パッドに接触して電気接続が行われる半導体装置の実装構造が開示されている（以下、この技術を従来例２という）。
【０００６】
また、特開平７−２４９７０９号公報には、プリント配線板に形成された孔と係合して位置決めする位置決めピンを備えた半導体チップが開示されている。この位置決めピンの縦方向の略中心位置には、十文字状に突出したストッパが形成されている。ストッパは、プリント配線板表面に当接して位置規制している（以下、この技術を従来例３という）。
【０００７】
さらに、特開平１１−１１１７７２号公報には、半導体などのチップ部品を配線基板に実装する場合に、チップ部品と配線基板を中継するキャリア基板の配線基板との接続面側に、実装位置決め用端子パッドをキャリア基板の４隅のうち対角になる２隅にそれぞれ設け、実装位置決め用端子パッドに実装位置決め用半田バンプを設け、キャリア基板を実装する配線基板に、実装位置決め用半田バンプに対向する位置に実装位置決め用穴を設け、実装位置決め用半田バンプを実装位置決め用穴に合わせて置き、キャリア基板を配線基板に固定するキャリア基板の実装位置決め方法が開示されている（以下、この技術を従来例４という）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来例１では、プリント配線基板に設けられたスルーホールの径を位置決め用半田ボールの径より大きくなるように形成して、セルフアライメントにより位置決めを行うため、高い精度の位置決めを行うことができない。その結果、実装位置のずれが発生する場合がある。
【０００９】
また、位置決め用半田ボールの沈み込みを支える構造を有しておらず、電極用半田ボールのつぶれを抑制することができない。そのため、ＢＧＡ部品の重心が偏心する場合、実装高さが均一とならない。その結果、実装高さのばらつきや半田ボールのつぶれが発生する場合がある。半田のつぶれが発生すると半田ボール同士が互いに短絡する場合がある。
【００１０】
従来例２では、ガイドピンをガイドホールに挿入して半田付けしてあるだけなので、ガイドピンの挿入位置にばらつきが生じ、ＢＧＡ部品を所望の実装高さで精度よく支えることは困難である。
【００１１】
従来例３では、位置決めピンの縦方向の略中心位置にプリント配線板表面に当接するストッパが形成されているが、このストッパは、十文字状に突出したものであり、強度が強くなく、当接時に折れ曲がる可能性があり、ＢＧＡ部品を所望の実装高さで確実に支えることは困難である。また、位置決めピンを対称に配置しているので、実装向きを誤る可能性がある。
【００１２】
従来例４では、ＢＧＡ部品に配置されている位置決め半田バンプの径が配線用半田バンプの径より大きいため、配線用端子数の減少が大きくなる。また、位置決めを半田バンプで行っているため、リフロー時に位置ずれが発生する可能性があり、実装精度が低くなる。
【００１３】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、配線基板への実装時の位置決め及び実装高さの精度を向上させたＢＧＡ部品、ＢＧＡ部品の実装方法及び半導体装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明のＢＧＡ部品は、電子部品を搭載した本体と、その本体の裏面に配置された複数の電極パッドと、その電極パッド上に設けられた接続用半田ボールとを有するＢＧＡ部品において、前記本体の裏面には、前記ＢＧＡ部品が実装される配線基板に形成されたスルーホール内に挿入され、半田の溶融温度で溶融しない材質で形成された位置決め用端子が設けられ、前記位置決め用端子は、前記スルーホールに嵌入される嵌入部と、前記嵌入部よりも径が大きく、所望の実装高さ分の長さを備えた支持部とからなり、前記スルーホール内には、半田の溶融温度で溶融しない材質で形成され、前記スルーホールに嵌入される挿入部と、前記挿入部から外側に向かって形成された当接部とからなるガイド部材が設けられ、前記ガイド部材の挿入部に、前記位置決め用端子の嵌入部が嵌入され、前記ガイド部材の当接部上に前記位置決め用端子の支持部が当接し、前記ガイド部材の当接部の当接面は外側に向かって幅広に傾斜して形成され、前記位置決め用端子の支持部の当接面は、前記ガイド部材の当接部の当接面に沿って傾斜して形成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
前記位置決め用端子は、金属で作られていてもよく、例えば、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金からなる群から選択される物質で作られていてもよい。
【００１８】
前記位置決め用端子は、本体の中心線を間に挟んで非対称に配置されていてもよい。
【００１９】
本発明のＢＧＡ部品の実装方法は、前記記載のＢＧＡ部品を配線基板に実装するＢＧＡ部品の実装方法であって、
前記位置決め用端子表面に半田を塗布する工程と、前記位置決め用端子を配線基板のスルーホール上に接するようにＢＧＡ部品を位置決めする工程と、前記ＢＧＡ部品及び配線基板を半田の溶融温度で加熱する工程と、前記位置決め用端子に塗布された半田が溶融して、ＢＧＡ部品の自重によりＢＧＡ部品の位置決め用端子の嵌入部が前記スルーホール内に嵌合するとともに、前記ＢＧＡ部品の接続用半田ボールが配線基板のパッド上に接続される工程とを有することを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の半導体装置は、前記記載のＢＧＡ部品と、前記ＢＧＡ部品を実装するための配線基板とを有することを特徴とするものである。
【００２１】
本発明によれば、位置決め用端子が、スルーホールに嵌入される嵌入部と、嵌入部よりも径が大きく、所望の実装高さ分の長さを実質的に備えた支持部とからなるので、加熱後のＢＧＡ部品の沈み込みを位置決め用端子の支持部によって実装高さで支えることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態例を説明するための側面断面図であり、（Ａ）は実装前の状態、（Ｂ）は実装後の状態を示す。
【００２３】
図１に示すように、本発明の第１の実施形態例に係る半導体装置は、ＢＧＡ部品１と、ＢＧＡ部品１を実装するためのプリント配線基板２とを有する。
【００２４】
ＢＧＡ部品１は、電子部品を搭載した本体３と、その本体３の裏面に配置された複数の電極パッド４と、その電極パッド４上に設けられた接続用半田ボール５とを有する。
【００２５】
ＢＧＡ部品１の本体３の裏面には、ＢＧＡ部品１が実装されるプリント配線基板２に形成されたスルーホール６内に挿入され、半田の溶融温度で溶融しない材質で形成された位置決め用端子７が設けられている。位置決め用端子７は、スルーホール６に嵌入される円柱状の嵌入部７ａと、嵌入部７ａよりも径が大きく、所望の実装高さＨ（図１（Ｂ）参照）分の長さを実質的に備えた円柱上の支持部７ｂとからなる。嵌入部７ａと支持部７ｂとの間には段差が形成される。
【００２６】
位置決め用端子７は、金属で作られているのが好ましく、例えば、ＩＣのリードフレーム等に用いられるＣｕ、Ｃｕ合金、４２合金（Ｆｅ−Ｎｉ合金）等で作られる。
【００２７】
次に、ＢＧＡ部品１の実装方法について説明する。
【００２８】
まず、プリント配線基板２のパッド８に半田を塗布する。また、ＢＧＡ部品１の位置決め用端子７表面に半田メッキ９を塗布する（図１（Ａ）参照）。
【００２９】
次いで、位置決め用端子７をプリント配線基板２のスルーホール６上に接するようにＢＧＡ部品１を位置決めする。
【００３０】
次いで、ＢＧＡ部品１及び配線基板２を半田の溶融温度で加熱（リフロー）する。この加熱によって、接続用半田ボール５及び半田メッキ９が溶融して、半田は液体状態となり、ＢＧＡ部品１は沈み込む。ＢＧＡ部品１の自重によりＢＧＡ部品１の位置決め用端子７の嵌入部７ａがプリント配線基板２のスルーホール６内に嵌合する。それと同時に、ＢＧＡ部品１の接続用半田ボール５がプリント配線基板２のパッド８上に接続される（図１（Ｂ）参照）。
【００３１】
本発明の第１の実施形態例によれば、位置決め用端子７が、スルーホール６に嵌入される嵌入部７ａと、嵌入部７ａよりも径が大きく、所望の実装高さＨ分の長さを実質的に備えた支持部７ｂとからなるので、加熱後のＢＧＡ部品１の沈み込みを位置決め用端子７の支持部７ｂによって実装高さＨで支えることができるので、所望する最適な実装高さが確実に得られる。また、ＢＧＡ部品１の加熱前の実装位置が正確でなかった場合であっても、位置決め用端子７がスルーホール６に嵌入することにより、位置の補正を行うことができる。
【００３２】
図２は本発明の第２の実施形態例を説明するための側面断面図であり、（Ａ）は実装前の状態、（Ｂ）は実装後の状態を示す。
【００３３】
図２に示すように、第２の実施形態例では、プリント配線基板２のスルーホール６内には、半田の溶融温度で溶融しない材質で形成され、スルーホール６に嵌入される挿入部１０ａと、挿入部１０ａから外側に向かって延びて形成された当接部１０ｂとからなる漏斗状のガイド部材１０が固定して設けられている。ガイド部材１０の挿入部１０ａに位置決め用端子７の嵌入部７ａが嵌入され、ガイド部材１０の当接部１０ｂ上に位置決め用端子７の支持部７ｂが当接する。
【００３４】
また、ガイド部材１０の当接部１０ｂの当接面は外側に向かって幅広に傾斜して形成されており、位置決め用端子７の支持部７ｂの当接面は、ガイド部材１０の当接部１０ｂの当接面に沿って傾斜して形成されている。その他の構造及び実装方法については、第１の実施形態例と同様である。
【００３５】
第２の実施形態例によれば、プリント配線基板２のスルーホール６にガイド部材１０が設置され、そのガイド部材１０にＢＧＡ部品１の位置決め用端子７が挿入、当接されるので、実装位置、実装高さの決定をより高い精度で行うことが可能となる。特に、ガイド部材１０の当接部１０ｂの当接面が外側に向かって幅広に傾斜して形成されて、位置決め用端子７の支持部７ｂの当接面が、ガイド部材１０の当接部１０ｂの当接面に沿って傾斜して形成されている場合には、位置決め用端子７の挿入方向に対して垂直方向のずれを防止できる。
【００３６】
図３（Ａ）及び（Ｂ）は位置決め用端子７の配置例を示す裏面図である。位置決め用端子７は、図３（Ａ）に示すように、ＢＧＡ部品１の本体３裏面の４隅に設けている。この場合、位置決め用端子７は本体３の中心線Ｌに対して対称に配置されているため、ＢＧＡ部品１の実装向きを誤るおそれがある。
【００３７】
そこで、図３（Ｂ）に示すように、例えば、位置決め用端子７を３隅に設け、本体３の中心線Ｌに対して非対称に配置することにより、実装向きの誤りを防止するのが好ましい。
【００３８】
本発明は、上記実施の形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内において、種々の変更が可能である。
例えば位置決め用端子７の配置、数は図示したものに限定されるものではない。また、位置決め用端子７は、全て同じ寸法、形状に限らず、各々異なるようにしてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、位置決め用端子が、スルーホールに嵌入される嵌入部と、嵌入部よりも径が大きく、所望の実装高さ分の長さを実質的に備えた支持部とからなるので、加熱後のＢＧＡ部品の沈み込みを位置決め用端子の支持部によって実装高さで支えることができ、所望する最適な実装高さが確実に得られる。また、ＢＧＡ部品の加熱前の実装位置が正確でなかった場合であっても、位置決め用端子がスルーホールに嵌入することにより、位置の補正を行うことができる。
【００４０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態例を説明するための側面断面図であり、（Ａ）は実装前の状態、（Ｂ）は実装後の状態を示す。
【図２】本発明の第２の実施形態例を説明するための側面断面図であり、（Ａ）は実装前の状態、（Ｂ）は実装後の状態を示す。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は位置決め用端子の配置例を示す裏面図である。
【符号の説明】
１：ＢＧＡ部品
２：プリント配線基板
３：本体
４：電極パッド
５：接続用半田ボール
６：スルーホール
７：位置決め用端子
７ａ：嵌入部
７ｂ：支持部
８：パッド
９：半田メッキ
１０：ガイド部材
１０ａ：挿入部
１０ｂ：当接部
Ｌ：中心線

Claims

電子部品を搭載した本体と、その本体の裏面に配置された複数の電極パッドと、その電極パッド上に設けられた接続用半田ボールとを有するＢＧＡ部品において、
前記本体の裏面には、前記ＢＧＡ部品が実装される配線基板に形成されたスルーホール内に挿入され、半田の溶融温度で溶融しない材質で形成された位置決め用端子が設けられ、前記位置決め用端子は、前記スルーホールに嵌入される嵌入部と、前記嵌入部よりも径が大きく、所望の実装高さ分の長さを備えた支持部とからなり、
前記スルーホール内には、半田の溶融温度で溶融しない材質で形成され、前記スルーホールに嵌入される挿入部と、前記挿入部から外側に向かって形成された当接部とからなるガイド部材が設けられ、
前記ガイド部材の挿入部に、前記位置決め用端子の嵌入部が嵌入され、前記ガイド部材の当接部上に前記位置決め用端子の支持部が当接し、
前記ガイド部材の当接部の当接面は外側に向かって幅広に傾斜して形成され、前記位置決め用端子の支持部の当接面は、前記ガイド部材の当接部の当接面に沿って傾斜して形成されている、
ことを特徴とするＢＧＡ部品。
前記位置決め用端子は、金属で作られていることを特徴とする請求項１に記載のＢＧＡ部品。
前記位置決め用端子は、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金からなる群から選択される物質で作られていることを特徴とする請求項２に記載のＢＧＡ部品。
前記位置決め用端子は、本体の中心線を間に挟んで非対称に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つの項に記載のＢＧＡ部品
前記請求項１乃至４のいずれか１つの項に記載のＢＧＡ部品を配線基板に実装するＢＧＡ部品の実装方法であって、
前記位置決め用端子表面に半田を塗布する工程と、
前記位置決め用端子を配線基板のスルーホール上に接するようにＢＧＡ部品を位置決めする工程と、
前記ＢＧＡ部品及び配線基板を半田の溶融温度で加熱する工程と、
前記位置決め用端子に塗布された半田が溶融して、ＢＧＡ部品の自重によりＢＧＡ部品の位置決め用端子の嵌入部が前記スルーホール内に嵌合するとともに、前記ＢＧＡ部品の接続用半田ボールが配線基板のパッド上に接続される工程と、
を有することを特徴とするＢＧＡ部品の実装方法。
前記請求項１乃至４のいずれか１つの項に記載のＢＧＡ部品と、前記ＢＧＡ部品を実装するための配線基板とを有することを特徴とする半導体装置。