JP6723389B2 - はんだボールを備えたパッケージング構造、及びパッケージング構造を製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、はんだボールを備えたパッケージング構造、及びパッケージング構造を製造する方法に関する。

従来技術において、パッケージング構造はボールグリッドアレイを有し、パッケージング構造は、はんだボールを用いることによって他の素子（例えば、プリント回路板又はチップ）に固定される。例えば、ボールグリッドアレイ（Ball Grid Array；ＢＧＡ）が、エレクトロニクス製品に広く適用されている。エレクトロニクス製品がより多くの機能を提供するようになるとともにサイズ的に小さくなるにつれ、はんだボールの直径及びはんだボール間の間隔がより小さくなり、主として、落下に対する、温度サイクルに対する、及び温度ショックに対する強さにおいて、エレクトロニクス製品の信頼性を確保することがますます難題となる。すなわち、従来技術におけるパッケージング構造では、はんだボールの小径設計により、はんだボールの強度が低下し、はんだボールとチップとの間又ははんだボールと基板との間の接続の強度が弱くなり、はんだジョイントの信頼性が低くなり、そして、はんだジョイントが破断又は故障しやすくなる。故に、パッケージング構造の信頼性が影響を受け、パッケージング構造の耐用年数が短くなる。

この出願の実施形態は、エレクトロニクス製品のパッケージング構造の信頼性を確保し、耐用年数を延ばすよう、はんだボールの弱さという技術的問題を解決することを意図する。

第１の態様によれば、この出願は、はんだボールを備えたパッケージング構造を開示し、当該パッケージング構造は、パッケージ本体と、はんだパッドと、補強構造と、はんだボールとを含み、はんだパッドはパッケージ本体の表面に配置され、はんだボールははんだパッドに固定され、補強構造は、はんだボールとはんだパッドとの間の接続の強度を高めるよう、はんだパッドに接続され且つはんだボールに埋め込まれる。

この出願では、はんだボールに補強構造が埋め込まれた構造が使用され、その結果、はんだボールとパッケージ本体との間の接続の強度が高められ、パッケージング構造の信頼性が確保され、そして、はんだボールが破砕してもなお補強構造の大きい領域がはんだボールに接続されたままであることができる。故に、この出願は、はんだボールの破砕によってパッケージング構造の故障が発生するという従来技術の問題に対処し、その結果、パッケージング構造とメインボード上のはんだパッドとの間の導通が維持される。さらに、この出願は、はんだパッドのサイズを大きくすることなく、はんだパッドの強度を高めることができる。高い信頼性を要求される製品に適用されるとき、この出願は、高密度コンパクト設計要求を満たすだけでなく、信頼性ある動作環境要求を満たすこともできる。

上記第１の態様を参照するに、第１の取り得る実装において、補強構造は金属ワイヤ構造をしており、補強構造は、半導体金ワイヤボンディングプロセスを用いることによって、はんだパッドの表面上に形成され、且つはんだボールの内部で曲げられる。この実装における金属ワイヤは金ワイヤとすることができ、すなわち、補強構造は、金ワイヤボンディングプロセスを用いることによって、はんだパッドの表面上に形成される。金ワイヤは、良好な強度を有するものであり、電気接続及び電気通信伝送の信頼性を確保することができる。

上記第１の態様を参照するに、第２の取り得る実装において、補強構造は柱状構造をしている。この実装では、補強構造は、はんだパッドの一部を厚くする方法を使用することによって、又はレーザバンピング技術を用いることによって実装され得る。一般に、はんだパッドはパッケージ本体の基板（又は回路板として参照される）の上に配置される。基板又は回路板の製造において、はんだパッドの表面上に配置されて該表面から突出する補強構造を形成するように、はんだパッドが形成される間にはんだパッドの一部が厚くされる。具体的には、この実装における補強構造は、はんだパッドの中心位置上に配置され得る。

上記第１の態様又は以上の取り得る実装のいずれか一つを参照するに、第３の取り得る実装において、少なくとも２つの補強構造が存在し、該少なくとも２つの補強構造は、はんだボールの内部に配置され、且つ互いに離隔される。より多量の補強構造が、パッケージング構造の信頼性を高める。

上記第１の態様又は以上の取り得る実装のいずれか一つを参照するに、第４の取り得る実装において、補強構造ははんだパッドと同じ材料を使用しており、補強構造及びはんだパッドは１ピース（one-piece）構造に形成される。すなわち、補強構造及びはんだパッドが同一の技術的プロセスにて形成される。これは、製造工程を削減するだけでなく、パッケージ本体のコストも削減する。

第２の態様によれば、この出願は、パッケージング構造を製造する方法を提供し、当該方法は、パッケージ本体の表面上にはんだパッドを製造する工程と、はんだパッドの表面上に補強構造を製造する工程と、はんだボールを形成して該はんだボールに補強構造を埋め込むように、はんだパッドの表面上にボールを配置する工程とを含む。

上記第２の態様を参照するに、第１の取り得る実装において、補強構造は、半導体金ワイヤボンディングプロセスを用いることによって、はんだパッドの表面上に製造され、且つ、ボールを配置する工程が完了した後に、補強構造がはんだボールの内部で曲げられる。

上記第２の態様又は上記第２の態様の第１の取り得る実装を参照するに、第２の取り得る実装において、はんだボールは、レーザボールプレースメントによって補強構造の周りに巻き付けられる。

上記第２の態様又は上記第２の態様の以上の取り得る実装のいずれか一つを参照するに、第３の取り得る実装において、はんだパッドの表面上に補強構造を製造するプロセスにて少なくとも２つの補強構造が製造され、該少なくとも２つの補強構造は互いに離隔される。

上記第２の態様又は上記第２の態様の以上の取り得る実装のいずれか一つを参照するに、第４の取り得る実装において、補強構造は金ワイヤであり、該金ワイヤの長さは０．２ｍｍから０．３ｍｍの範囲である。

上記第２の態様を参照するに、第５の取り得る実装において、補強構造は、はんだパッドの一部を厚くする方法を用いることによって、はんだパッドの表面上に製造される。

上記第２の態様を参照するに、第６の取り得る実装において、補強構造は、レーザバンピング技術を用いることによって、はんだパッドの表面上に製造される。

上記第２の態様の第５又は第６の取り得る実装を参照するに、第７の取り得る実装において、補強構造は柱状構造をしている。

上記第２の態様の第５、第６、又は第７の取り得る実装を参照するに、第８の取り得る実装において、はんだパッドの表面上に補強構造を製造するプロセスにて少なくとも２つの補強構造が製造され、該少なくとも２つの補強構造は互いに離隔される。

この出願の実施形態における又は従来技術における技術的ソリューションをいっそう明瞭に説明するため、以下、実施形態を説明するのに必要な添付の図を簡単に紹介する。明らかなように、以下に説明される添付の図は、単に、この出願の幾つかの実施形態を示すものであり、当業者はなおも、創作努力なく、これら添付の図から他の図を得ることができる。
この出願の一実装に従った、はんだボールを備えたパッケージング構造の概略図である。 この出願の他の一実装に従った、はんだボールを備えたパッケージング構造の概略図である。 この出願に従ったはんだボールを備えたパッケージング構造がメインボード上に搭載されたときの、はんだボールが破砕する状態を例示する概略図である。

以下、この出願の実施形態内の添付図面を参照して、この出願の実施形態における技術的ソリューションを明瞭且つ十分に説明する。明らかなように、説明される実施形態は、この出願の実施形態のうちの、単に一部であって、全てではない。この出願のこれらの実施形態に基づいて創作努力なく得られる他の実施形態は全て、この出願の保護範囲に入るものである。

この出願は、はんだボールを備えたパッケージング構造に関する。図１及び図２に示すように、はんだボールを備えたパッケージング構造は、パッケージ本体１０と、はんだパッド２０と、補強構造３０と、はんだボール４０とを含んでいる。パッケージ本体１０は、ＢＧＡチップ又は他のタイプのチップとし得る。はんだパッド２０は、パッケージ本体１０の表面に配置されている。これは、パッケージ本体１０が基板又は回路板を含み、はんだパッド２０が該基板又は回路板の表面に配置されているとして理解されてもよい。はんだパッド２０は、基板又は回路板の表面に配置されて該表面から突出してもよいし、あるいは、基板又は回路板に作られた溝の中に配置されてもよい。この実装では、はんだパッド２０の表面は、基板又は回路板の表面と同じ高さである。補強構造３０は、はんだパッド２０の表面上に配置され、はんだボール４０は、はんだパッド２０に固定されている。故に、補強構造３０は、はんだボール４０とはんだパッド２０との間の接続の強度を高めるように、はんだパッド２０に接続されるとともに、はんだボール４０に埋め込まれている。具体的には、補強構造３０は、はんだパッド２０の表面上に配置されている。補強構造３０は、導電性を有する金属材料又は導電材料で製造されることができ、補強構造３０の強度及び硬度の双方が、はんだボール４０の強度よりも高い。

この出願において、はんだボール４０に補強構造３０が埋め込まれた構造が使用され、その結果、はんだボール４０とパッケージ本体１０との間の接続の強度が高められ、パッケージング構造の信頼性が確保され、そして、はんだボール４０が破砕してもなお補強構造３０の大きい領域がはんだボール４０に接続されたままであることができる。故に、この出願は、はんだボール４０の破砕によってパッケージング構造の故障が発生するという従来技術の問題に対処し、その結果、パッケージング構造とメインボード上のはんだパッドとの間の導通が維持される。さらに、この出願は、はんだパッド２０のサイズを大きくすることなく、はんだパッド２０の強度を高めることができる。高い信頼性を要求される製品に適用されるとき、この出願は、高密度コンパクト設計要求を満たすだけでなく、信頼性ある動作環境要求を満たすこともできる。

一実装において、図１に示すように、補強構造３０は金属ワイヤ構造をしており、補強構造３０は、半導体金ワイヤボンディングプロセスを用いることによって、はんだパッド２０の表面上に形成され、且つはんだボール４０の内部で曲げられる。この実装における金属ワイヤは金ワイヤとすることができ、すなわち、補強構造３０は、金ワイヤボンディングプロセスを用いることによって、はんだパッド２０の表面上に形成される。金ワイヤは、良好な強度を有するものであり、電気接続及び電気通信伝送の信頼性を確保することができる。

他の一実装において、図２に示すように、補強構造３０は柱状構造をしており、それは具体的には角柱又は円柱とし得る。この実装では、補強構造３０は、はんだパッド２０の一部を厚くする方法を使用することによって、又はレーザバンピング技術を用いることによって実装され得る。一般に、はんだパッド２０はパッケージ本体１０の基板（又は回路板として参照される）の上に配置される。基板又は回路板の製造において、はんだパッド２０の表面上に配置されて該表面から突出する補強構造３０を形成するように、はんだパッド２０が形成される間にはんだパッド２０の一部が厚くされる。具体的には、この実装における補強構造３０は、はんだパッド２０の中心位置上に配置され得る。

一実装において、少なくとも２つの補強構造３０が存在し、該少なくとも２つの補強構造３０は、はんだボール４０の内部に配置され、且つ互いに離隔される。より多量の補強構造３０が、パッケージング構造の信頼性を高める。

一実装において、補強構造３０ははんだパッド２０と同じ材料を使用しており、補強構造３０及びはんだパッド２０は１ピース構造に形成される。すなわち、補強構造３０及びはんだパッド２０が同一の技術的プロセスにて形成される。これは、製造工程を削減するだけでなく、パッケージ本体１０のコストも削減する。

この出願は更に、パッケージング構造を製造する方法を提供する。この出願に従った製造方法を、図１及び図２に示した構造を参照することによって説明する。この出願に従ったパッケージング構造を製造する方法は、
パッケージ本体１０の表面上にはんだパッド２０を製造する工程と、
はんだパッド２０の表面上に補強構造３０を製造する工程であり、一実装において、はんだパッド２０の表面上に補強構造３０を製造するプロセスにて少なくとも２つの補強構造３０が製造され、該少なくとも２つの補強構造３０は互いに離隔される、工程と、
はんだボール４０を形成して該はんだボール４０に補強構造３０を埋め込むように、はんだパッド２０の表面上にボールを配置する工程と、
を含む。

一実装において、この出願によれば、補強構造３０は、半導体金ワイヤボンディングプロセスを用いることによって、はんだパッド２０の表面上に製造され、且つ、ボールを配置する工程が完了した後に、補強構造３０がはんだボール４０の内部で曲げられる。この実装では、補強構造３０は金ワイヤであり、該金ワイヤの長さは０．２ｍｍから０．３ｍｍの範囲である。

また、この出願において、はんだボール４０は、レーザボールプレースメントによって補強構造３０の周りに巻き付けられる。

他の一実装において、この出願によれば、補強構造３０は、はんだパッド２０の一部を厚くする方法を用いることによって、はんだパッド２０の表面上に製造され、あるいは、補強構造３０は、レーザバンピング技術を用いることによって、はんだパッド２０の表面上に製造される。

図３を参照するに、図３は、この出願に従ったはんだボールを備えたパッケージング構造がメインボード５０上に搭載されることを例示する概略図である。はんだボール４０が、メインボード５０の表面にマウントされている。理解され得ることには、メインボード５０の表面にはんだパッド（図示せず）が配置されており、この出願に従ったはんだボールを備えたパッケージング構造が、メインボード５０の表面上に逆さに搭載され、そして、はんだボール４０を用いることによってメインボード５０上のはんだパッドに接続されることで、メインボードとパッケージ本体１０との間の電気接続が確立される。この出願に従ったはんだボールを備えたパッケージング構造に破壊的な衝撃（例えば、落下）を被るとき、補強構造３０が埋め込まれているので、はんだボール４０が破砕しても、なおも補強構造３０の大きい領域がはんだボール４０に接続されたままであることができる。この図において、はんだボール４０は黒で示されており、はんだボール内の白い亀裂が破砕領域Ａである。はんだボール４０の底部（即ち、はんだボール４０とパッケージ本体１０との間のジョイント）が完全に破砕するケースはめったに発生しない。故に、この出願は、パッケージ本体１０とメインボード５０との電気接続に対するはんだボール４０の破砕の影響を抑制し、パッケージ本体１０とメインボード５０との間の導通を維持することができる。

最後に、言及しておくべきことには、以上の実施形態は、単に、この出願の技術的ソリューションを説明することを意図したものであり、この出願を限定するものではない。この出願は、以上の実施形態を参照して詳細に説明されているが、当業者が理解するはずのことには、この説明はこの出願の保護範囲を限定することを意図したものではない。この出願にて開示された技術範囲内で当業者によって容易に考え付かれる如何なる変形又は置換も、この出願の保護範囲に入るものである。故に、この出願の保護範囲は、請求項の保護範囲次第のものである。

Claims (11)

1. はんだボールを備えたパッケージング構造であって、パッケージ本体と、はんだパッドと、補強構造と、はんだボールとを有し、前記はんだパッドは前記パッケージ本体の表面に配置され、前記はんだボールは前記はんだパッドに固定され、前記補強構造は、前記はんだボールと前記はんだパッドとの間の接続の強度を高めるよう、前記はんだパッドに接続され且つ前記はんだボールに埋め込まれており、
   前記補強構造は前記はんだパッドと同じ材料を使用しており、前記補強構造及び前記はんだパッドは１ピース構造に形成されている、
   はんだボールを備えたパッケージング構造。
2. 前記補強構造は柱状構造をしている、請求項１に記載のはんだボールを備えたパッケージング構造。
3. はんだボールを備えたパッケージング構造であって、パッケージ本体と、はんだパッドと、補強構造と、はんだボールとを有し、前記はんだパッドは前記パッケージ本体の表面に配置され、前記はんだボールは前記はんだパッドに固定され、前記補強構造は、前記はんだボールと前記はんだパッドとの間の接続の強度を高めるよう、前記はんだパッドに接続され且つ前記はんだボールに完全に埋め込まれており、
   前記補強構造は、前記はんだパッドの表面上にボンディングされた金属ワイヤ構造であり、且つ前記はんだボールの内部で曲げられている、
   はんだボールを備えたパッケージング構造。
4. 少なくとも２つの補強構造が存在しており、該少なくとも２つの補強構造は、前記はんだボールの内部に配置され、且つ互いに離隔されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のはんだボールを備えたパッケージング構造。
5. パッケージ本体の表面上にはんだパッドを製造することと、
   前記はんだパッドの表面上に補強構造を製造することと、
   はんだボールを形成して該はんだボールに前記補強構造を埋め込むように、前記はんだパッドの前記表面上にボールを配置することと、
   を有し、
   前記補強構造は、半導体金ワイヤボンディングプロセスを用いることによって前記はんだパッドの前記表面上に製造され、且つ、前記ボールを配置する工程が完了した後に、前記補強構造が前記はんだボールの内部で曲げられる、
   パッケージング構造を製造する方法。
6. 前記はんだボールは、レーザボールプレースメントによって前記補強構造の周りに巻き付けられる、請求項５に記載のパッケージング構造を製造する方法。
7. 前記はんだパッドの前記表面上に前記補強構造を製造するプロセスにて少なくとも２つの補強構造が製造され、該少なくとも２つの補強構造は互いに離隔される、請求項５又は６に記載のパッケージング構造を製造する方法。
8. 前記補強構造は金ワイヤであり、該金ワイヤの長さは０．２ｍｍから０．３ｍｍの範囲である、請求項５乃至７のいずれか一項に記載のパッケージング構造を製造する方法。
9. パッケージ本体の表面上にはんだパッドを製造することと、
   前記はんだパッドの表面上に補強構造を製造することと、
   はんだボールを形成して該はんだボールに前記補強構造を埋め込むように、前記はんだパッドの前記表面上にボールを配置することと、
   を有し、
   前記補強構造は、レーザバンピング技術を用いることによって、前記はんだパッドの前記表面上に製造される、
   パッケージング構造を製造する方法。
10. 前記補強構造は柱状構造をしている、請求項９に記載のパッケージング構造を製造する方法。
11. 前記はんだパッドの前記表面上に前記補強構造を製造するプロセスにて少なくとも２つの補強構造が製造され、該少なくとも２つの補強構造は互いに離隔される、請求項９又は１０に記載のパッケージング構造を製造する方法。
    

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