JPH07302860A - 半導体パッケージの実装構造および実装方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 はんだバンプと電極パッドとを容易にしかも
確実に接合できる半導体パッケージの実装構造および実
装方法を提供すること。 【構成】 本発明は半導体パッケージ１の基台１１に取
り付けられた少なくとも３本のピン１４のうち少なくと
も２本に電極パッド２１とはんだバンプ１３との位置合
わせを行う位置規制部を設け、少なくとも３本に半導体
パッケージ１と基板２との間隔を規制する高さ規制部を
設け、基板２に位置規制部を挿入する穴２２を設けてい
る。実装を行うには、位置規制部を穴２２に挿入しては
んだバンプ１３と電極パッド２１との位置合わせをした
後、はんだバンプ１３を溶融して高さ規制部で半導体パ
ッケージ１と基板２との間隔を所定量に保つようにす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電極パッドが設けられ
た基板上にはんだバンプを備えた半導体パッケージを実
装する実装構造および実装方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の面実装において、基
台の片面側に配列されたボール状のはんだバンプによっ
てプリント配線板等の基板との電気的および機械的な接
合を行ういわゆるボールグリッドアレイから成る半導体
パッケージが盛んに用いられている。

【０００３】このような半導体パッケージを基板上に実
装するには、図８の概略斜視図に示すように、半導体パ
ッケージ１と基板２との相互の位置関係を位置観察用ス
コープ４を用いて同時に観察し、所定の位置補正を行っ
た後に接合を行っている。つまり、位置観察用スコープ
４を用いて半導体パッケージ１のはんだバンプ１３側の
映像と、基板２の電極パッド２１側の映像とを図示しな
いＣＣＤカメラ等で取り込み、相対応するはんだバンプ
１３と電極パッド２１との相対位置が合うように半導体
パッケージ１と基板２との位置合わせを行う。そして、
この状態で半導体パッケージ１と基板２とを合わせるよ
うにしてはんだバンプ１３と電極パッド２１とを接触さ
せ、はんだバンプ１３を溶融することで電極パッド２１
との接合を行う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような半導体パッ
ケージの実装においては、半導体パッケージのはんだバ
ンプ側と基板の電極パッド側との映像を同時観察するた
めの光学系が十分に調整されており、しかも各々の光軸
が同軸上にあることが高い位置合わせ精度を実現する上
で重要な要素となる。しかも、取り込み映像がぼけない
ように半導体パッケージと基板とが平行に配置されてい
ることが要求される。これらの条件を満たすためには、
Ｘ、Ｙ、θ方向の高精度な位置合わせが可能な機構を用
意する必要があり、半導体パッケージの実装に用いる機
構の複雑化およびコスト高を招く原因となっている。

【０００５】また、はんだバンプと電極パッドとの位置
合わせを行った後、その半導体パッケージをリフロー炉
等へ搬送したり、リフロー炉内のベルトコンベア等によ
って移送する場合、ベルトコンベア等からの振動などで
半導体パッケージと基板とが位置ずれを起こしてしまう
という不都合が生じる。さらに、はんだバンプを溶融し
て電極パッドと接合する場合、半導体パッケージの自重
によって溶融したはんだバンプがつぶれてしまい、隣合
うはんだバンプ同士が接触するいわゆるブリッジ現象を
起こし電気的な接続不良を招く。特に、半導体パッケー
ジに放熱機構を取り付けてある場合には自重が増し、は
んだバンプのつぶれが顕著となる。このようないわゆる
ブリッジ現象は、はんだバンプのピッチ縮小化を図る上
で大きな問題となる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するために成された半導体パッケージの実装構造
および実装方法である。すなわち、本発明の半導体パッ
ケージの実装構造は、基台の一方側に半導体素子が搭載
され、他方側に半導体素子との電気的導通を得たはんだ
バンプが設けられた半導体パッケージにおいて、基台の
他方側に取り付けられた少なくとも３本のピンを用いて
所定の基板上の電極パッドとはんだバンプとを位置合わ
せして接続するものであり、ピンのうちの少なくとも２
本に、半導体パッケージを基板上に配置した状態で電極
パッドとはんだバンプとの位置合わせを行うための位置
規制部を設け、ピンのうちの少なくとも３本に、電極パ
ッドとの位置合わせが成されたはんだバンプを溶融する
際に半導体パッケージと基板との間隔を規制するための
高さ規制部を設け、さらに基板に、位置規制部を挿入す
るための位置合わせ用穴を設けている。

【０００７】また、ピンをその突出方向に向けて細くな
るようなテーパ状に形成するとともに、基板の位置合わ
せ用穴の径をテーパ状のピンの途中位置における径と等
しくした半導体パッケージの実装構造でもある。さら
に、ピンを導電材料から構成し、半導体素子と基板との
間の電気的な導通を得るために用いた半導体パッケージ
の実装構造でもある。

【０００８】また、本発明の半導体パッケージの実装方
法は、上記の半導体パッケージの実装構造における実装
方法であり、先ず、半導体パッケージを基板上に配置し
た状態でピンのうち少なくとも２本に設けられた位置規
制部を基板の位置合わせ用穴に挿入して電極パッドとは
んだバンプとの位置合わせを行い、次いで、はんだバン
プを溶融することで電極パッドとはんだバンプとを接合
するとともに、そのはんだバンプの溶融によって半導体
パッケージと基板との間隔が縮まった際にピンのうち少
なくとも３本に設けられた高さ規制部を支えにして間隔
を所定量に保つ方法である。

【０００９】

【作用】本発明は、半導体パッケージの基台のはんだバ
ンプが設けられた側に少なくとも３本のピンが取り付け
られたものを用い、このピンによって基板上の電極パッ
ドとはんだバンプとを位置合わせし接続する。すなわ
ち、ピンのうちの少なくとも２本には位置規制部が設け
られ、この位置規制部を基板に設けられた位置合わせ用
穴に挿入することによって半導体パッケージと基板との
面方向の位置決めが成され、電極パッドとはんだバンプ
との位置合わせができるようになる。

【００１０】さらに、ピンのうちの少なくとも３本には
高さ規制部が設けられ、はんだバンプの溶融で半導体パ
ッケージと基板との間隔が狭くなる際、この高さ規制部
が支えとなってその間隔が所定量に保たれることにな
る。また、ピンをその突出方向に向けて細くなるテーパ
状に形成し、そのテーパ状のピンの途中位置の径と位置
合わせ用穴の径とを等しくしている。

【００１１】つまり、ピンの途中位置より先端側が位置
合わせ用穴に挿入される位置規制部となり、これを位置
合わせ用穴に挿入することで半導体パッケージと基板と
の面方向に位置決めが成される。さらに、はんだバンプ
が溶融することで半導体パッケージと基板との間隔が縮
まり、ピンがその途中位置まで位置合わせ用穴に入り込
むことになる。このため、ピンの途中位置が高さ規制部
となり、この位置で半導体パッケージと基板との間隔が
保たれるようになる。また、ピンが導電材料から構成さ
れることで、ピンを介して半導体素子と基板との電気的
な導通を得ることができるようになる。

【００１２】本発明の半導体パッケージの実装方法で
は、上記のような実装構造において、先ず、ピンのうち
少なくとも２本に設けられた位置規制部を基板の位置合
わせ用穴に挿入して電極パッドとはんだバンプとの位置
合わせを行う。位置規制部を位置合わせ用穴に挿入する
ことで半導体パッケージが基板の面方向に対して位置規
制される。次に、はんだバンプを溶融して電極パッドと
はんだバンプとを接合するとともに、この溶融によって
縮まった半導体パッケージと基板との隙間をピンのうち
少なくとも３本に設けられた高さ規制部で支える。これ
により、半導体パッケージと基板との隙間が処理量に保
たれ、はんだバンプが必要以上につぶれないようにな
る。

【００１３】

【実施例】以下に、本発明の半導体パッケージの実装構
造および実装方法の実施例を図に基づいて説明する。図
１は本発明の半導体パッケージの実装構造を説明する概
略斜視図である。本発明で用いる半導体パッケージ１
は、基台１１の一方側に半導体素子１２が搭載され、他
方側に半導体素子１２との電気的導通を得たはんだバン
プ１３が設けられたいわゆるボールグリッドアレイから
成るものである。

【００１４】この半導体パッケージ１が実装される基板
２にははんだバンプ１３と対応した電極パッド２１が設
けられており、半導体パッケージ１を正確な位置に実装
した状態で電極パッド２１とはんだバンプ１３との電気
的および機械的な接合が得られるようになっている。こ
の半導体パッケージ１の実装を行うにあたり、基台１１
のはんだバンプ１３側には少なくとも３本のピン１４が
取り付けられており、このピン１４を基板２に設けられ
た穴２２に挿入することではんだバンプ１３と電極パッ
ド２１との位置合わせができるようになっている。

【００１５】図２は、半導体パッケージ１に設けられた
ピン１４を説明する裏面斜視図である。すなわち、ピン
１４は例えば基台１１の四隅に垂設されており、その先
端側と付け根側とで太さが異なる形状となっている。ピ
ン１４の先端側は位置規制部１４ａとなっており、これ
を図１に示す基板２の穴２２に挿入することで半導体パ
ッケージ１と基板２との面方向（Ｘ、Ｙ、θ方向）の位
置規制が成される。このため、位置規制部１４ａの径は
穴２２の径よりもわずかに小さく、例えば穴２２の径が
０．６ｍｍの場合、位置規制部１４ａの径を０．５ｍｍ
程度に形成されている。

【００１６】また、ピン１４の付け根側は高さ規制部１
４ｂとなっており、端面部分（平らになっている部分）
が基板２に当接することで半導体パッケージ１と基板２
との隙間を一定量に保つようになる。

【００１７】図３は、このピン１４の取り付け方法を説
明する断面図である。ピン１４を取り付けるには、先ず
図３（ａ）に示すように、治具３を用いてピン１４を吸
引保持し、基台１１の取り付け穴１１ａ上に配置する。
そして、治具３を下降してピン１４の挿入端１４ｃを取
り付け穴１１ａ内に圧入し、その後、図３（ｂ）に示す
ように治具３の吸引を解除して治具３をピン１４から取
り外す。このような作業によってピン１４が基台１１か
ら容易に抜けないような取り付けを行う。

【００１８】このピン１４に設けられた位置規制部１４
ａによって半導体パッケージ１と基板２との面方向の位
置規制が成されるとともに、高さ規制部１４ｂによって
はんだバンプ１３が溶融した際に縮まる半導体パッケー
ジ１と基板２との間隔を一定量に保つ実装ができるよう
になる。

【００１９】次に、図４の断面図に基づいて本発明の半
導体パッケージ１の実装方法を順に説明する。先ず、図
４（ａ）に示すように半導体パッケージ１を基板２上に
配置して、ピン１４の位置と穴２２の位置とが合うよう
にする。この際、基板２には図１に示すような合わせパ
ターン２３が設けられており、例えば半導体パッケージ
１の外形とこの合わせパターン２３とを合わせるように
して配置すればピン１４と穴２２との位置合わせが容易
に行える。

【００２０】次に、図４（ｂ）に示すように半導体パッ
ケージ１のピン１４の位置規制部１４ａを基板２の穴２
２内に挿入して、半導体パッケージ１の位置規制を行
う。例えば、穴２２の径が０．６ｍｍでピン１４の位置
規制部１４ａの径が０．５ｍｍの場合にはクリアランス
が０．１ｍｍとなり、位置規制部１４ａを穴２２に容易
に挿入することができる。また、この状態では半導体パ
ッケージ１のはんだバンプ１３と基板２の電極パッド２
１との位置が合っており、しかも各はんだバンプ１３に
よって半導体パッケージ１が支えられた状態となってい
る。

【００２１】先に示した穴２２の径および位置規制部１
４ａの径の例では、半導体パッケージ１の面方向の一方
側の位置ずれ量がクリアランスの半分、すなわち０．０
５ｍｍとなり、例えば、はんだバンプ１３の径が０．１
５ｍｍ、ピッチが０．３ｍｍで、半導体パッケージ１の
最大位置ずれがあってもはんだバンプ１３が隣の電極パ
ッド２１と接触することなく正確に位置決めされる。ま
た、半導体パッケージ１がはんだバンプ１３によって支
えられていてもピン１４の位置規制部１４ａが穴２２内
に挿入されているため、この状態で搬送してもその振動
によって半導体パッケージ１と基板２との相対位置がず
れることはない。

【００２２】次に、図４（ｃ）に示すように、リフロー
炉等による加熱によってはんだバンプ１３を溶融する。
この溶融によってはんだバンプ１３と電極パッド２１と
の接合が成されるとともに、はんだバンプ１３のつぶれ
によって半導体パッケージ１と基板２との間隔が縮まる
ことになる。ところが、この間隔が所定量縮まった所で
ピン１４の高さ規制部１４ｂが基板２と当接し、半導体
パッケージ１を基板２と略平行に支える状態となる。

【００２３】例えば、穴２２の径を０．６ｍｍとした場
合、高さ規制部１４ｂの径を０．６ｍｍより大きい１．
０ｍｍ程度としておく。これによって高さ規制部１４ｂ
は穴２２内に入ることができず、はんだバンプ１３が溶
融によってつぶれても高さ規制部１４ｂが基板２に当接
する位置で半導体パッケージ１の基板２側への沈みを止
めて半導体パッケージ１と基板２との間隔を一定に保つ
ことができるようになる。また、この間隔が一定に保た
れることではんだバンプ１３が必要以上につぶれること
が無くなり、隣合うはんだバンプ１３が接触するいわゆ
るブリッジ現象の発生を抑制できる。

【００２４】このような半導体パッケージ１の実装方法
では、基台１１に取り付けられたピン１４によって半導
体パッケージ１の基板２の面方向に対する位置規制と、
はんだバンプ１３が溶融した際の半導体パッケージ１と
基板２との間隔設定とを行うことができる。

【００２５】このため、ピン１４は基台１１に少なくと
も３本取り付けられており、そのうちの少なくとも２本
に位置規制部１４ａが設けられ、少なくとも３本に高さ
規制部１４ｂが設けられていればよい。図５は他の例を
説明する概略斜視図であり、図５（ａ）は基台１１に３
本のピン１４が取り付けられた例を示している。すなわ
ち、この半導体パッケージ１では、基台１１の周縁部分
に３本のピン１４が取り付けられ、各ピン１４にそれぞ
れ位置規制部１４ａと高さ規制部１４ｂとが設けられて
いる。

【００２６】この半導体パッケージ１を図１に示す基板
２に実装するには、各ピン１４と対応して基板２側に設
けられた穴２２にピン１４の位置規制部１４ａを挿入し
て半導体パッケージ１の基板２の面方向に対する位置規
制を行う。そして、はんだバンプ１３が溶融した際に
は、各高さ規制部１４ｂによって半導体パッケージ１を
３点支持する。これによって、半導体パッケージ１と基
板２との間隔が一定量に保たれ、はんだバンプ１３のつ
ぶれ量を規制できるようになる。

【００２７】また、図５（ｂ）に示す半導体パッケージ
１は、位置規制部１４ａおよび高さ規制部ｂを備えたピ
ン１４が２本、高さ規制部１４ｂのみを備えたピン１
４’が２本基台１１に取り付けられたものである。この
半導体パッケージ１を図１に示す基板２に実装するに
は、基台１１の対角に設けられた２本のピン１４の位置
規制部１４ａを基板２の穴２２に挿入して半導体パッケ
ージ１の基板２の面方向に対する位置規制を行う。そし
て、はんだバンプ１３が溶融する際には、ピン１４の高
さ規制部１４ｂとピン１４’の高さ規制部１４ｂとによ
り半導体パッケージ１を４点支持する。

【００２８】このように、ピン１４の本数や配置位置等
には種々の態様が考えられる。したがって、半導体パッ
ケージ１の形状や大きさ、はんだバンプ１３の数量等の
様々な条件に応じてピン１４の本数、配置位置等を決定
し、半導体パッケージ１の実装時における確実な位置規
制および高さ規制を行うようにする。

【００２９】図６は他のピン形状を説明する断面図、図
７は他のピンによる実装方法を説明する断面図である。
すなわち、図６に示すように、このピン１４は基台１１
から突出する方向に向けて細くなるテーパ状に形成され
ており、このテーパ状のピン１４を用いて基板２への実
装を行う。

【００３０】このようなテーパ状のピン１４を備えた半
導体パッケージ１を基板２上に実装するには、先ず図７
（ａ）に示すようにピン１４の先端部分を基板２の穴２
２に挿入し、はんだバンプ１３と電極パッド２１との位
置合わせを行う。テーパ状のピン１４は、その途中位置
の径が穴２２の径と等しくなっており、先端部分では穴
２２よりも径が小さくなっている。このため、ピン１４
の先端部分では穴２２との間のクリアランスが大きく、
容易に挿入することができる。

【００３１】次に、図７（ｂ）に示すように、はんだバ
ンプ１３を溶融して電極パッド２１との接合を行う。こ
の際、はんだバンプ１３の溶融によるつぶれで半導体パ
ッケージ１と基板２との間隔が縮まりピン１４が図７
（ａ）に示す位置よりもさらに穴２２の中へ入り込んで
いく。ピン１４にはテーパが付いているため、ピン１４
の穴２２への入り込みによってそのクリアランスが徐々
に小さくなり、半導体パッケージ１と基板２との相対位
置が自然に合わせ込まれて位置決めができるようにな
る。

【００３２】また、ピン１４の途中位置の径が穴２２の
径と等しくなっているため、この途中位置でピン１４の
穴２２への入り込みが止まり、ここで半導体パッケージ
１と基板２との間隔が設定されることになる。つまり、
ピン１４のテーパ角度または穴２２の径を調整すること
で半導体パッケージ２と基板２との間隔を自由に設定す
ることができるようになる。このようにして、半導体パ
ッケージ１を基板２上に実装することにより、はんだバ
ンプ１３と電極パッド２１との位置合わせおよび半導体
パッケージ１と基板２との間隔設定を行うことができ、
はんだバンプ１３がつぶれ過ぎない最適な接合を行うこ
とが可能となる。

【００３３】また、本発明の半導体パッケージ１の実装
構造において、上記説明したピン１４を銅などの導電材
料にて構成するようにしてもよい。ピン１４を導電材料
にて構成することにより、先に説明した位置規制および
高さ規制を行うとともに、半導体素子１２（図１参照）
と基板２との電気的な導通を得るためにも使用できる。

【００３４】この場合には、半導体素子１２（図１参
照）とピン１４との電気的導通を得ておき、また基板２
の穴２２の内面に導電膜（金等）を被着（メッキ処理
等）しておく。これによって、半導体パッケージ１を基
板２に実装した際、ピン１４が穴２２に挿入されること
でピン１４および穴２２内面の導電膜を介して半導体素
子１２（図１参照）と基板２２との電気的な導通を得る
ことができる。ピン１４をこのよに導電材料から構成す
ることで、はんだバンプ１３以外にもピン１４を信号端
子として使用でき、特に、半導体素子１２（図１参照）
の集積度が高く信号端子の本数を多く必要とする場合に
おいて有効となる。

【００３５】なお、本実施例において示したピン１４の
位置規制部１４ａの径、高さ規制部１４ｂの径および基
板２の穴２２の径は一例であり、本発明はこれに限定さ
れない。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体パ
ッケージの実装構造および実装方法によれば次のような
効果がある。すなわち、本発明では半導体パッケージの
基台に取り付けられたピンの位置規制部を基板の穴に挿
入することで半導体パッケージの基板の面方向に対する
位置規制を行うため、半導体パッケージの実装において
複雑な位置合わせ機構を必要とせず、しかも正確な位置
合わせを容易に行うことが可能となる。

【００３７】また、ピンの位置規制部が基板の穴に挿入
された状態で位置決めされるため、搬送する際に振動が
あっても半導体パッケージと基板との位置ずれが無く、
その後のリフロー工程等においてもはんだバンプと電極
パッドとを確実に接合することが可能となる。

【００３８】さらに、はんだバンプが溶融した際、ピン
の高さ規制部が基板と当接して半導体パッケージと基板
との間隔を所定量に保つため、はんだバンプが必要以上
につぶれることが無く、隣合うはんだバンプ同士がつな
がるいわゆるブリッジ現象が無くなり、信頼性の高い接
合を得ることが可能となる。このようなことから、はん
だバンプのピッチが小さい場合であっても半導体パッケ
ージと基板との確実な接合を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体パッケージの実装構造を説明す
る概略斜視図である。

【図２】ピンを説明する裏面斜視図である。

【図３】ピンの取り付け方法を（ａ）〜（ｂ）の順に説
明する断面図である。

【図４】本発明の実装方法を（ａ）〜（ｃ）の順に説明
する断面図である。

【図５】他の例を説明する概略斜視図で、（ａ）はその
１、（ｂ）はその２である。

【図６】他のピン形状を説明する断面図である。

【図７】他のピンによる実装方法を（ａ）〜（ｂ）の順
に説明する断面図である。

【図８】従来例を説明する概略斜視図である。

【符号の説明】

１ 半導体パッケージ ２ 基板 １１ 基台 １２ 半導体素子 １３ はんだバンプ １４ ピン １４ａ 位置規制部 １４ｂ 高さ規制部 ２１ 電極パッド ２２ 穴

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基台の一方側に半導体素子が搭載され、
   他方側に該半導体素子との電気的導通を得たはんだバン
   プが設けられた半導体パッケージにおいて、該基台の他
   方側に取り付けられた少なくとも３本のピンを用いて所
   定の基板上の電極パッドと該はんだバンプとを位置合わ
   せして接続する半導体パッケージの実装構造であって、 前記ピンのうちの少なくとも２本には、前記半導体パッ
   ケージを前記基板上に配置した状態で前記電極パッドと
   前記はんだバンプとの位置合わせを行うための位置規制
   部が設けられ、 前記ピンのうちの少なくとも３本には、前記電極パッド
   との位置合わせが成された前記はんだバンプを溶融する
   際に前記半導体パッケージと前記基板との間隔を規制す
   るための高さ規制部が設けられ、 前記基板には、前記位置規制部を挿入するための位置合
   わせ用穴が設けられていることを特徴とする半導体パッ
   ケージの実装構造。
2. 【請求項２】 前記ピンがその突出方向に向けて細くな
   るテーパ状に形成されているとともに、前記位置合わせ
   用穴の径が該テーパ状のピンの途中位置における径と等
   しくなっていることを特徴とする請求項１記載の半導体
   パッケージの実装構造。
3. 【請求項３】 前記ピンは導電材料から成り、前記半導
   体素子と前記基板との間の電気的な導通を得るために用
   いられていることを特徴とする請求項１または請求項２
   に記載の半導体パッケージの実装構造。
4. 【請求項４】 請求項１から請求項３のうちいずれか一
   つに記載の半導体パッケージの実装構造における実装方
   法であって、 先ず、前記半導体パッケージを前記基板上に配置した状
   態で前記ピンのうち少なくとも２本に設けられた前記位
   置規制部を前記基板の位置合わせ用穴に挿入して前記電
   極パッドと前記はんだバンプとの位置合わせを行い、 次いで、前記はんだバンプを溶融することで前記電極パ
   ッドと該はんだバンプとを接合するとともに、該はんだ
   バンプの溶融によって前記半導体パッケージと前記基板
   との間隔が縮まった際に前記ピンのうち少なくとも３本
   に設けられた前記高さ規制部を支えにして該間隔を所定
   量に保つことを特徴とする半導体パッケージの実装方
   法。