JPH0846091A - ボールグリッドアレイ半導体装置 - Google Patents

ボールグリッドアレイ半導体装置

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JPH0846091A
JPH0846091A JP6175606A JP17560694A JPH0846091A JP H0846091 A JPH0846091 A JP H0846091A JP 6175606 A JP6175606 A JP 6175606A JP 17560694 A JP17560694 A JP 17560694A JP H0846091 A JPH0846091 A JP H0846091A
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semiconductor device
package
semiconductor chip
resin
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Akiro Sumiya
彰朗 角谷
Ichiro Anjo
一郎 安生
Masachika Masuda
正親 増田
Hiromichi Suzuki
博通 鈴木
Akira Haruta
亮 春田
Junichi Arita
順一 有田
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ハンダバンプの高さバラツキの小さいＢＧＡ
半導体装置の提供。 【構成】 両面プリント配線基板（配線基板）１の主面
には、半導体チップ２が固定されている。半導体チップ
２の電極３と配線基板１の配線４とはワイヤ６で接続さ
れ、ワイヤ６や半導体チップ２はレジンからなるパッケ
ージ７で覆われている。配線基板１の裏面にはハンダバ
ンプ９が多数整列配置されている。前記パッケージ７の
表面中央には矩形状の窪み２０が設けられている。この
矩形状の窪み２０底のレジン部分は、０．５ｍｍの厚さ
の薄肉部２３となる。電極３，ワイヤ６等を覆うパッケ
ージ周辺部分は１．１４ｍｍ厚さの厚肉部２４となって
いる。パッケージ形成時、レジンの硬化収縮によって配
線基板１が反るが、薄肉部２３は薄いため、配線基板１
を反らせる部材となり難く、反りが小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はボールグリッドアレイ
（以下、ＢＧＡと称する）半導体装置、特にプラスチッ
クＢＧＡ半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子機器の高機能化に伴い、ＬＳＩパッ
ケージはより多くの外部端子（多ピン化）を設けること
が要求されてきている。この多ピン化に対処するため、
多ピン化パッケージの主流であるＱＦＰ（Quad Flat Pa
ckage ）においては、その外部端子間隔を０．５ｍｍ，
０．４ｍｍと狭くすることで対応してきた。しかし、端
子間隔を狭くすることによって実装はんだ付け技術は非
常に高度なものとなり、これに変わる多ピンパッケージ
が模索されてきた。
【０００３】これに対し、最近注目されてきたのがプラ
スチックボールグリッドアレイ半導体装置である。プラ
スチックＢＧＡ半導体装置は、図１６に示すように、両
面プリント配線基板（以下単に配線基板）１と、この配
線基板１の主面に搭載された半導体チップ２と、前記半
導体チップ２の表面に設けられた電極３と、配線基板１
の主面に設けられた配線４のボンディングパッド５とを
接続する金（Ａｕ）からなる導電性のワイヤ６と、前記
配線基板１の主面側にトランスファモールドによって形
成されかつ前記半導体チップ２や電気的接続部であるワ
イヤ６等を封止する樹脂（レジン）からなる封止体（以
下、レジンパッケージまたは単にパッケージとも呼称す
る）７と、前記配線基板１の裏面に設けられた複数の電
極８上に形成されたハンダバンプ９とからなっている。
【０００４】このプラスチックＢＧＡ半導体装置１０
（以下、単にＢＧＡ半導体装置とも称する）は、たとえ
ば図１７に示すように、実装基板１５の接続パッド１６
の上面にハンダバンプ９を位置合わせして搭載し、ハン
ダバンプ９をリフローすることによってハンダを配線基
板１上の接続パッド１６に濡れ広がらせて、接続パッド
１６とハンダバンプ９との接続を行なうことによって実
装される。
【０００５】ＢＧＡ半導体装置およびその実装について
は、たとえば、日経ＢＰ社発行「日経エレクトロニク
ス」1994年２月14日号、Ｐ59〜Ｐ73や、日経ＢＰ社発行
「ＶＬＳＩパッケージング技術（下）P174に記載されて
いる。前者の文献には、プラスチックＢＧＡの端子（ハ
ンダ・バンプ）の平坦度（コプラナリティ）について、
「端子（ハンダ・バンプ）の高さがバラつく最も大きな
原因は，樹脂基板の反りである。モールド樹脂の収縮に
よって基板が上方に反ってしまう。」旨記載されてい
る。また、この文献には、パッケージの外形寸法が２２
ｍｍ角から３５ｍｍ角程度の場合、端子下部の高さのバ
ラつきは、１２０〜１４０μｍ程度に及ぶことが記載さ
れている。具体例としては、「たとえば２２５ピン，
１．５ｍｍピッチのプラスチックＢＧＡ（外径２７ｍｍ
角）だと，１３０μｍ近いバラつきがある。」旨記載さ
れている。また、この文献には、「ＪＥＤＥＣ規格では
端子の高さのバラつきを１５０μｍ以内と規定した。」
と記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ＢＧＡ半導体装置は、
前記文献にも記載されているように、配線基板の片面側
にトランスファモールドによって樹脂を封止して封止体
（パッケージ）を形成した構造となっている。このた
め、パッケージ形成時の樹脂の硬化収縮によって配線基
板が反ってしまう。この配線基板の反りが大きいと、図
１７に示すように、ハンダバンプ９と接続パッド１６と
の間に隙間１７が生じ、接続パッド１６とハンダバンプ
９との接続不良が発生する。なお、図１７において、１
５は実装基板である。
【０００７】本出願人においても、前記同様のＢＧＡ半
導体装置を開発している。すなわち、２２５ピンのゲー
トアレイ（外形寸法２７ｍｍ角であり、１５．５ｍｍ角
の半導体チップを内蔵する）の場合、反りは２００μｍ
にも達するものもある。このゲートアレイの場合、配線
基板は、ＮＥＭＡ規格のＦＲ−４に相当する２層構造
（厚さ０．３６ｍｍ）のものを使用するとともに、パッ
ケージはエポキシ樹脂（線膨張係数α＝１２ｐｐｍ，硬
化収縮率５％程度）を使用している。ハンダバンプ９の
下面からパッケージ７の上面に至る厚さは２．１ｍｍ、
ハンダバンプ９の高さは０．６ｍｍとなっている。０．
３６ｍｍの両面プリント配線基板１を使用することか
ら、ＪＥＤＥＣ規格に適合させるとパッケージの厚さは
１．１４ｍｍとなる。配線基板の反りを防止するため
に、配線基板として多層で厚いものを使用することも考
えられるが、配線基板のコストが高いこと、また、ＢＧ
Ａ半導体装置の全体の厚さが規格で決まっていることも
あり、厚い配線基板を選択使用することは難しい。
【０００８】本発明の目的は、配線基板の反りを小さく
し、ハンダバンプのような突起電極の高さのバラツキを
小さくできるボールグリッドアレイ半導体装置を提供す
ることにある。
【０００９】本発明の他の目的は、実装時、電極（突起
電極）の接続不良が発生しないプラスチックＢＧＡ半導
体装置を提供することにある。
【００１０】本発明の前記ならびにそのほかの目的と新
規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきら
かになるであろう。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。すなわち、本発明の半導体装置は、
両面プリント配線基板と、前記配線基板の主面に固定さ
れた半導体チップと、前記半導体チップの電極と前記配
線基板の配線とを電気的に接続するワイヤ（接続手段）
と、前記配線基板の主面側に張り付くように設けられか
つ前記半導体チップおよび前記ワイヤを覆う樹脂からな
る封止体（パッケージ）と、前記配線基板の裏面に複数
設けられた突起電極（ハンダバンプ）とを有するボール
グリッドアレイ半導体装置であって、前記パッケージの
表面中央には辺がパッケージのそれぞれの辺に略平行と
なる矩形状の窪みが設けられている。前記矩形状の窪み
底のパッケージ部分を構成するレジン部分は、たとえ
ば、０．５ｍｍ程度の厚さの薄い薄肉部となっている。
また、パッケージの周辺部分のレジン部分は、前記ワイ
ヤ等を覆うため、たとえば、１．１４ｍｍ程度の厚さの
厚肉部となっている。半導体チップの電極と配線基板の
配線を接続するワイヤ部分は、前記厚肉部内に位置して
いる。前記薄肉部は半導体チップの各電極を外れた半導
体チップの中央領域上に延在している。
【００１２】本発明のＢＧＡ半導体装置は、見方を変え
た構成としては、両面プリント配線基板と、前記配線基
板の主面に固定された半導体チップと、前記半導体チッ
プの電極と前記配線基板の配線とを電気的に接続するワ
イヤ（接続手段）と、前記配線基板の主面側に張り付く
ように設けられかつ前記半導体チップおよび前記ワイヤ
を覆う樹脂からなる封止体（パッケージ）と、前記配線
基板の裏面に複数設けられた突起電極（ハンダバンプ）
とを有するボールグリッドアレイ半導体装置であって、
前記パッケージはパッケージ厚さが厚い厚肉部と、パッ
ケージ厚さが薄い薄肉部とで形成された構造となってい
る。
【００１３】本発明の他の実施例によるＢＧＡ半導体装
置は、両面プリント配線基板と、前記配線基板の主面に
固定された半導体チップと、前記半導体チップの電極と
配線基板の配線とを電気的に接続するワイヤ（接続手
段）と、前記配線基板の主面側に張り付くように設けら
れかつ前記半導体チップおよび接続手段を覆う樹脂から
なる封止体（パッケージ）と、前記配線基板の裏面に複
数設けられたハンダバンプ（突起電極）とを有するボー
ルグリッドアレイ半導体装置であって、前記パッケージ
の表面中央には辺がパッケージのそれぞれの辺に略平行
となる矩形状の窪みが設けられた構造となっている。ま
た、パッケージには、矩形状の窪みの四隅から矩形状パ
ッケージの四隅に至るスリット状の窪みが設けられてい
る。前記スリット状窪みの底にもパッケージを構成する
薄いレジン（帯状薄肉部）が形成されている。パッケー
ジの周辺部分は前記実施例同様に１．１４ｍｍ程度の厚
さの厚肉部となり、矩形状の窪みおよびスリット状窪み
の底は０．５ｍｍ程度の薄肉部となっている。厚肉部は
矩形状のパッケージの各辺に対応して４個設けられ、各
厚肉部は薄肉部を介して繋がっている。また、隣接する
厚肉部は帯状薄肉部で分断された構造ともなっている。
また、半導体チップの電極と配線基板の配線を接続する
ワイヤ部分は、前記厚肉部内に位置し、パッケージから
露出しない。この実施例の変形としては、前記帯状薄肉
部をパッケージの各辺の略中間部分に設けるものがあ
る。この例のＢＧＡ半導体装置では、前記帯状薄肉部は
辺に直交する方向に延在するように設けられている。ま
た、この場合も半導体チップの電極と配線基板の配線を
接続するワイヤ部分は、前記厚肉部内に位置し、パッケ
ージから露出しない。
【００１４】本発明の他の実施例によるＢＧＡ半導体装
置は、複数の窪み、すなわち複数の薄肉部を有する構造
となっている。このＢＧＡ半導体装置では、パッケージ
の表面中央に矩形状の窪みを有するとともに、矩形状の
パッケージの四隅から中心方向に延在する内端を有する
スリット状の窪みを有している。前記スリット状の窪み
および矩形状の窪みの底のパッケージを構成するレジン
は薄い薄肉部となり、パッケージの周辺部分のレジンは
厚い厚肉部となっている。薄肉部のレジン厚さは、たと
えば０．５ｍｍ程度となり、厚肉部のレジン厚さは、た
とえば、１．１４ｍｍ程度となっている。この例でも半
導体チップの電極と配線基板の配線を接続するワイヤ部
分は、前記厚肉部内に位置し、パッケージから露出しな
い。
【００１５】
【作用】上記した手段によれば、本発明のＢＧＡ半導体
装置は、両面プリント配線基板の主面側に設けられたパ
ッケージの表面中央に矩形窪みが設けられている。パッ
ケージの厚肉部の厚さは１．１４ｍｍ程度と厚くなって
いるが、前記窪み底のパッケージを構成するレジンの厚
さ、すなわち、薄肉部の厚さは０．５ｍｍ程度と薄くな
っている。したがって、パッケージ形成時のレジン硬化
収縮による配線基板の反りにおいて、前記薄肉部は薄い
ため反りを起こさせる部材として作用し難くなり、配線
基板の反りは小さなものとなる。したがって、本発明の
ＢＧＡ半導体装置を実装基板に実装した際、配線基板の
反りの小ささから、実装基板の接続パッドに対して全て
のハンダバンプが接触するため、ハンダバンプが接続パ
ッドに接続されない電極（突起電極）接続不良が発生し
なくなる。
【００１６】また、本発明のＢＧＡ半導体装置は、見方
を変えた構成としては、両面プリント配線基板の片面側
に設けられたパッケージはパッケージ厚さが厚い厚肉部
と、パッケージ厚さが薄い薄肉部とで形成された構造と
なっている。レジンの硬化収縮際に配線基板を反らせる
部材となるパッケージ部分は、薄肉部ではなく厚肉部と
なることと、かつこの厚肉部が部分的にしか設けられて
いないことから、パッケージ形成後のＢＧＡ半導体装置
における配線基板の反りは小さくなる。
【００１７】本発明の他の実施例のＢＧＡ半導体装置、
すなわちパッケージの表面中央に矩形状の窪みが設けら
れるとともに、パッケージの四隅から対角線内方向にそ
れぞれ延在しかつ前記矩形状の窪みに至るスリット状窪
みが設けられている構造のＢＧＡ半導体装置では、配線
基板を反らす部材となる厚肉部が部分的に設けられ、反
りを小さくできるばかりでなく、反りを起こさせる部材
となる厚肉部が長くならず分断されることから配線基板
の反りが小さくなる。また、この実施例の変形としての
前記帯状薄肉部をパッケージの各辺の略中間部分に設け
た構造では、反りを起こさせる部材となる厚肉部を中間
で分断するため、配線基板の反りはさらに小さくなる。
【００１８】本発明の他の実施例によるＢＧＡ半導体装
置、すなわちパッケージの表面中央に矩形状の窪みを有
するとともに、パッケージの四隅から対角線内方向にそ
れぞれ延在しかつ前記矩形状の窪みに到達しない内端を
有するスリット状の窪みを有する構造では、配線基板の
反りを生じさせる部材となる厚肉部を各部で分断するよ
うに薄肉部が設けられていることから、配線基板の反り
が小さくなる。
【００１９】
【実施例】以下図面を参照して本発明の一実施例につい
て説明する。図１は本発明のＢＧＡ半導体装置の第１実
施例による模式的断面図、図２は同じく模式的正面図、
図３は同じく平面図である。また、図４は本第１実施例
のＢＧＡ半導体装置の要部を示す断面図、図５〜図７は
同じくＢＧＡ半導体装置の製造状態を示す図であって、
図５は製造に使用する配線基板の概要を示す模式的平面
図、図６は半導体チップを搭載しかつワイヤボンディン
グが終了した配線基板を示す断面図、図７はトランスフ
ァモールド状態の配線基板等を示す断面図である。図８
は同じくＢＧＡ半導体装置の実装において使用する配線
基板を示す正面図、図９は同じくＢＧＡ半導体装置の実
装におけるハンダリフロー前の状態を示す正面図、図１
０は同じく実装されたＢＧＡ半導体装置を示す正面図で
ある。
【００２０】本発明の実施例では、２２５ピンのゲート
アレイに本発明を適用した例について説明する。第１実
施例のプラスチックＢＧＡ半導体装置（ＢＧＡ半導体装
置）１０は、図１〜図３に示すように、外観的には、両
面プリント配線基板（配線基板）１の主面側に矩形状の
樹脂（レジン）からなるパッケージ７を有し、裏面側に
整列配置形成された複数のハンダバンプ（突起電極）９
とを有する構造となっている。また、前記パッケージ７
の表面中央には辺がパッケージ７のそれぞれの辺に略平
行となる矩形状の窪み２０が設けられている。この窪み
２０の底のレジンの厚さは、他に比較して薄くなってい
る。
【００２１】前記両面プリント配線基板１は、たとえ
ば、基板本体１１がガラスエポキシ樹脂からなるＦＲ−
４（ＮＥＭＡ規格）相当のものが使用される。配線基板
１は、図４に示すように、基板本体１１の主面および裏
面にそれぞれ配線４，１２を有する２層構造となってい
る。主面および裏面の配線４，１２は、基板本体１１に
穿ったスルーホールに埋め込んだ導体１３によって所定
箇所で電気的に接続されている。また、各配線４，１２
は必要部分が絶縁性のソルダーレジスト１４，１８で覆
われている。前記配線基板１は、たとえば、０．３６ｍ
ｍの厚さとなっている。配線４，１２は、図示してない
が、最下層が１０μｍ厚さの銅箔をエッチングして得ら
れる層となり、その上に１５μｍの厚さの銅メッキ層、
５μｍの厚さのニッケルメッキ層と重なり、ハンダバン
プ９やワイヤ６が接続されるパッド部分は、さらに０．
５μｍの厚さの金メッキ層が設けられている。
【００２２】配線基板１、すなわち基板本体１１の主面
には、図４に示すように、特に限定はされないが、０．
２８ｍｍの厚さの半導体チップ２が搭載（固定）されて
いる。半導体チップ２が搭載される基板本体部分には、
配線４によってチップ搭載パッド２１が設けられ、この
チップ搭載パッド２１上にエポキシ樹脂系の接着剤（銀
ペースト）２２を介して半導体チップ２が固定されてい
る。また、半導体チップ２の上面周辺には電極３が設け
られている。この電極３と、これに対応する配線４の内
端のボンディングパッド５は、電気的接続手段で接続さ
れている。すなわち、電極３とボンディングパッド５
は、金からなる導電性のワイヤ６で電気的に接続されて
いる。
【００２３】配線基板１の主面側は、レジンからなるパ
ッケージ７が張り付くように設けられている。前記パッ
ケージ７の表面中央には、図３に示すように、辺がパッ
ケージ７のそれぞれの辺に略平行となる矩形状の窪み２
０が設けられている。この矩形状の窪み２０は、半導体
チップ２の電極３の内側の領域に、できるだけ大きくな
るように電極３に近接して設けられている。レジンで半
導体チップやワイヤを覆って封止する場合、耐湿性の点
では充分な信頼度を確保するためには、レジンの厚さは
少なくとも０．５ｍｍ程度の厚さが必要である。
【００２４】前記矩形状の窪み底のパッケージ部分を構
成するレジン部分は、たとえば、０．５ｍｍ程度の厚さ
の薄肉部２３となっている。また、パッケージ７の周辺
部分のレジン部分、すなわち矩形状の窪み２０の周囲の
レジン部分は、たとえば、１．１４ｍｍ程度の厚さの厚
肉部２４となっている。半導体チップ２の電極３と、配
線基板１の主面の配線４のボンディングパッド５とを接
続するワイヤ６部分は、前記厚肉部２４内に位置してい
る。これは、ワイヤ６の露出を防ぐとともに、半導体チ
ップ２の上面の電極３の腐食を防ぐためである。また、
前記薄肉部２３は半導体チップ２の各電極３を外れた半
導体チップ２の中央領域上に延在することになる。この
薄肉部２３は、半導体チップ表面の酸化等を防ぐに足り
る厚さであり、試験的にも０．５ｍｍ程度あれば充分で
あることが判明している。前記パッケージ７はトランス
ファモールドによって形成され、パッケージ形成時硬化
収縮（０．５％程度）するが、前記薄肉部２３は極めて
薄いため、配線基板１の一面側にパッケージを形成する
構造となる故に生じる配線基板１を反り返らせる部材に
はなり難い。
【００２５】一方、前記配線基板１の裏面のソルダーレ
ジスト１８から露出する配線１２部分には、ハンダバン
プ９が形成されている。このハンダバンプ９は、配線基
板１の面から０．６ｍｍ突出する球形となっている。ハ
ンダバンプ９はピッチが１．２７ｍｍとなるとともに、
縦１５，横１５と整列配置され、合計２２５となってい
る。また、ハンダバンプ９の下面からパッケージ７の上
面に至る厚さは２．１ｍｍ、ハンダバンプ９の高さは
０．６ｍｍとなっている。また、０．３６ｍｍの厚さの
配線基板１を使用することと、規格に適合させるために
パッケージ７の厚さは１．１４ｍｍとなる。
【００２６】つぎに、第１実施例のＢＧＡ半導体装置１
０の製造について説明する。図５に示すように、最初に
両面プリント配線基板１を用意する。この配線基板１
は、前述のようにガラスエポキシ樹脂板（基板本体１
１）の表裏面（主面および裏面）に配線４，１２が設け
られた２層構造のＦＲ−４（ＮＥＭＡ規格）相当のもの
が使用される。すなわち、配線基板１は、図４に示すよ
うに、基板本体１１の主面および裏面にそれぞれ配線
４，１２を有している。主面および裏面の配線４，１２
は、基板本体１１に穿ったスルーホールに埋め込んだ導
体１３によって所定箇所で電気的に接続されている。ま
た、各配線４，１２は必要部分が絶縁性のソルダーレジ
スト１４，１８で覆われている。また、配線基板１の裏
面のソルダーレジスト１８から露出する配線１２部分に
は、ハンダバンプ９が形成されている。このハンダバン
プ９は、配線基板１の面から０．６ｍｍ突出する球形と
なっている。ハンダバンプ９はピッチが１．２７ｍｍと
なるとともに、縦１５，横１５と整列配置され、合計２
２５となっている。前記配線基板１は、０．３６ｍｍの
厚さとなるとともに、縦横それぞれ２７ｍｍとなってい
る。
【００２７】つぎに、図５の二点鎖線に示すように、配
線基板１の主面中央に、縦横がそれぞれ１５．５ｍｍと
なり、厚さ０．２８ｍｍの半導体チップ２が固定され
る。半導体チップ２は、図４に示すように、配線基板１
の主面のチップ搭載パッド２１上にエポキシ樹脂系の接
着剤（銀ペースト）２２を介して固定される。前記接着
剤２２は、配線基板１の主面にディスペンサと呼称され
る塗布機によって滴下塗布される。塗布された接着剤２
２上には半導体チップ２が重ねられる。その後、たとえ
ば、１８０℃下で一時間の熱処理が施され、半導体チッ
プ２は配線基板１に固定される（図６参照）。
【００２８】つぎに、図６に示すように、半導体チップ
２の電極３と、これに対応する配線４のボンディングパ
ッド５は電気的な接続手段によって接続される。すなわ
ち、電極３とボンディングパッド５は金からなる導電性
のワイヤ６で電気的に接続される。
【００２９】つぎに、図５の二点鎖線で示すように、配
線基板１の主面側にパッケージ７が形成される。半導体
チップ２が取り付けられ、ワイヤボンディングが終了し
た配線基板１は、図７に示すように、トランスファモー
ルド装置の下型２８と上型２９とからなるモールド型３
０に型締めされる。モールド型３０の型締めによって、
パーティング面間にはキャビティ３１と、このキャビテ
ィ３１に連なるゲート３２，ランナー３３等が形成され
る。また、前記キャビティ３１において、半導体チップ
２の電極３の内側の矩形状領域は、その空間高さが、た
とえば０．５ｍｍと低くなり、ワイヤ６延在領域および
ワイヤ６の接続部分に亘っては空間高さが、たとえば、
１．１４ｍｍと高くなっている。このため、前記ランナ
ー３３からゲート３２を通して溶けたレジン３４をキャ
ビティ３１に流し込むことによって、図１および図４に
示すように、表面（上面）中央に矩形状の窪み２０を有
するパッケージ７が形成される。すなわち、矩形状の窪
み２０においては、その各辺が矩形状のパッケージ７の
各辺に対応して平行となる。また、矩形状の窪み２０の
底のレジン厚さは、０．５ｍｍとなり、この部分は薄肉
部２３となっている。また、矩形状の窪み２０の外側の
矩形枠部分は、レジン厚さが１．１４ｍｍとなる厚肉部
２４となっている。このパッケージ７は、薄肉部２３と
厚肉部２４とで構成されていることにもなる。なお、こ
のトランスファモールドにおいて、モールド型では、上
型の天井部分を矩形状に突出させる形状とすることによ
って対応でき、型製作上コストの高騰は防げる。
【００３０】前記トランスファモールドによるパッケー
ジ形成の際、パッケージを形作るレジンは５％程度の硬
化収縮を起こす。半導体チップ２の電極３の内側の矩形
領域に対応する部分では、パッケージ７を形作るレジン
は薄肉部２３となることから、硬化収縮によって配線基
板１を反らせる部材として作用し難くなる。このため、
０．３６ｍｍの厚さを有するガラスエポキシ樹脂系の配
線基板１の反りは小さくなる。この反りは、配線基板１
の裏面にハンダバンプ９を付けた後において、ハンダバ
ンプ９の高さのバラツキは１００μｍ以下となり、当社
従来製品との比較において約１／２以下となった。ここ
で、配線基板はＦＲ−４、パッケージを形成するレジン
は線膨張係数α＝１２ｐｐｍのエポキシ樹脂を用い、配
線基板や封止樹脂部分のサイズは両者とも同じにして比
較（配線基板は１辺の長さが２７ｍｍとなる正方形、パ
ッケージは一辺の長さが２０ｍｍとなる正方形）した。
【００３１】つぎに、前記配線基板１の裏面には、ハン
ダリフロー法によって、ソルダーレジスト１８から露出
する配線１２部分に、ハンダバンプ（突起電極）９が形
成される。ハンダバンプ９は、縦横１５個宛、合計２２
５個設けられる。これにより、図１乃至図３に示すＢＧ
Ａ半導体装置１０が製造されることになる。なお、説明
の便宜上、配線基板１は単品構造として説明したが、実
際には短冊状の配線基板に同時に複数のＢＧＡ半導体装
置を製造し、製造最終工程で配線基板をそれぞれ切断し
て単体のＢＧＡ半導体装置とする手法が採用される。
【００３２】第１実施例のＢＧＡ半導体装置１０は、そ
の実装においては、最初に図８に示すように実装基板１
５が用意される。実装基板１５の主面（上面）には、配
線からなる接続パッド１６が設けられている。この接続
パッド１６は、前記ＢＧＡ半導体装置１０の各ハンダバ
ンプ９に対応して設けられている。また、実装に先立っ
て、前記接続パッド１６の表面にはハンダの濡れ性を高
めるためのフラックス４０が設けられている。そこで、
図９に示すように、実装基板１５上にＢＧＡ半導体装置
１０を重ねる。この際、ＢＧＡ半導体装置１０の各ハン
ダバンプ９は、対応する接続パッド１６上に載るように
位置決めする。つぎに、２４０℃程度の温度雰囲気でリ
フローし、ハンダバンプ９を溶かす。配線基板１の反り
は小さく、ハンダバンプ９の高さバラツキは１００μｍ
以下となることから、ハンダバンプ９が溶けて変形し、
変形したハンダバンプ９が前記接続パッド１６に接触す
る。このため、図１０に示すように、溶けたハンダ４１
は電極８と実装基板１５の接続パッド１６とを確実に接
続し、実装基板１５上にＢＧＡ半導体装置１０を固定
（実装）することになる。
【００３３】第１実施例の効果は以下の通りである。
【００３４】（１）第１実施例のＢＧＡ半導体装置は、
パッケージの表面中央に矩形窪みが設けられていること
から、矩形状の窪みの底の薄肉部は薄くなり、パッケー
ジ形成時のレジン硬化収縮による配線基板の反りにおい
て、反りを起こさせる部材として作用し難くなり、配線
基板の反りは小さなものとなる。したがって、配線基板
の裏面に配列されたハンダバンプの高さのバラツキは小
さなものとなり、規格以内に納まることになる。
【００３５】（２）第１実施例のＢＧＡ半導体装置は、
その実装時、ハンダバンプの高さのバラツキが小さいこ
とから、実装基板に実装した際、実装基板の接続パッド
に対して全てのハンダバンプが接触して接合されるた
め、ハンダバンプ（電極）と接続パッドの接続不良が発
生し難くなり、実装歩留りが向上するという効果が得ら
れる。
【００３６】（３）また、第１実施例のＢＧＡ半導体装
置は、見方を変えた構成としては、両面プリント配線基
板の片面側に設けられたパッケージはパッケージ厚さが
厚い厚肉部と、パッケージ厚さが薄い薄肉部とで形成さ
れた構造となっている。レジンの硬化収縮時に配線基板
を反らせる部材となるパッケージ部分は、薄肉部ではな
く厚肉部となることと、かつこの厚肉部が部分的にしか
設けられていないことから、パッケージ形成後のＢＧＡ
半導体装置における配線基板の反りを小さくすることが
できるという効果が得られる。
【００３７】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない、たとえば、
図１１および図１２は第１実施例の変形例である。すな
わち、ＢＧＡ半導体装置１０のパッケージ７の中央部分
に設ける窪み２０は他のパターンでも良く、図１１に示
すように、十文字状の窪み２０であっても良く、また図
１２に示すように、円形状の窪み２０であっても良い。
パッケージ７の表面中央部分に窪み２０を設けること
で、窪み２０底の薄いレジン部分を配線基板１を反り返
す部材として作用させないことが重要である。したがっ
て、窪み２０の底のレジンの厚さはできるだけ薄くかつ
広いことが望ましい。
【００３８】図１３は本発明の第２実施例のＢＧＡ半導
体装置１０を示す模式的平面図である。この第２実施例
のＢＧＡ半導体装置１０は、両面プリント配線基板（配
線基板）１の主面に設けられるパッケージ７において、
前記第１実施例と同様に、パッケージ７の表面中央に窪
み２０を有するとともに、矩形状の窪み２０の四隅から
矩形状のパッケージ７の四隅に亘ってスリット状の窪み
２０（スリット状窪み４５）が設けられている。このス
リット状窪み４５は、半導体チップ２の電極３，配線４
およびワイヤ６を露出させないように設けられている。
また、このスリット状窪み４５の底のレジンは薄肉部２
３を構成し、その厚さは０．５ｍｍとなっている。この
薄肉部２３部分は、レジンの厚さが１．１４ｍｍとなる
厚肉部２４を細い幅のスリット状窪み４５で区画するこ
とから、特にこの部分の薄肉部２３を帯状薄肉部４６と
呼称する。また、厚肉部２４のパッケージ７の辺に沿う
長さをより短くして、配線基板１を反り難くするため
に、前記スリット状窪み４５は、外方向に向かうに連れ
て徐々に幅が広くなっている。この第２実施例のＢＧＡ
半導体装置１０は、パッケージ７の構造を除いて他の部
分は第１実施例と同様となっている。
【００３９】また、第２実施例のＢＧＡ半導体装置１０
は、見方を変えて言うならば、パッケージは複数の厚肉
部２４を有し、かつ各厚肉部２４は薄肉部２３によって
連結された構造となっていると言える。すなわち、この
実施例では、厚肉部２４は４個設けられているととも
に、各厚肉部２４は薄肉部２３を介して繋がっているこ
とになる。なお、半導体チップ２の電極３と、配線基板
１の配線４のボンディングパッド５を接続するワイヤ６
部分は、前記厚肉部２４内に位置し、パッケージ７から
露出しない。
【００４０】この第２実施例のＢＧＡ半導体装置１０
は、その製造において、第１実施例のＢＧＡ半導体装置
１０の場合に比較して、レジンの硬化収縮による配線基
板１の反りをさらに小さくできる。すなわち、第１実施
例のＢＧＡ半導体装置１０の場合は、厚肉部２４が矩形
枠構造となって一体となっているが、第２実施例のＢＧ
Ａ半導体装置１０の場合は、前記厚肉部２４がパッケー
ジ７（矩形状の窪み２０）の隅で、スリット状窪み４５
（帯状薄肉部４６）で分断された構造となっている。こ
のスリット状窪み４５の存在によって、各厚肉部２４の
最も長い部分はパッケージ７の一辺よりも短くなる。し
たがって、配線基板１に反りを起こさせる部材の長さ
が、第１実施例の場合よりも短くなり、配線基板１の反
りはさらに小さくなる。また、第２実施例のＢＧＡ半導
体装置１０の場合は、配線基板１を反らす部材となる厚
肉部２４が部分的に設けられていることから、配線基板
１の反りを小さくできることにもなると言える。
【００４１】図１４は本発明の第２実施例の変形例によ
るＢＧＡ半導体装置１０を示す平面図である。この実施
例では、半導体チップ２の電極３が、半導体チップ２の
隅（角）で近接し、電極３間に薄肉部２３を設けること
ができない場合に適したものである。この場合、矩形状
のパッケージ７の各角（隅）から、矩形状の窪み２０の
角（隅）に向けて半導体チップ２の近く、すなわち矩形
状の窪み２０の近くにまで内端を有するスリット状窪み
４５が設けられている。この実施例の場合も、パッケー
ジ７の表面中央に矩形状の窪み２０が設けられて薄肉部
２３が構成されていることによって、レジンの硬化収縮
による配線基板１の反りを抑えることができるととも
に、パッケージ７の四隅に設けられたスリット状窪み４
５による帯状薄肉部４６によっても、厚肉部２４の分断
化から配線基板１の反りが抑止できる。
【００４２】前記第２実施例の変形例から分かるよう
に、本発明にあっては、ＢＧＡ半導体装置１０のパッケ
ージ７において、厚肉部２４を連続的にせず、分断する
ように複数の窪みを配列することによって、レジンの硬
化収縮による配線基板１の反りをさらに抑止できること
になる。したがって、窪みの配列パターンは前記実施例
に限定されるものではない。
【００４３】図１５は本発明の第２実施例の他の変形例
によるＢＧＡ半導体装置１０を示す平面図である。この
実施例のＢＧＡ半導体装置１０では、スリット状窪み４
５をパッケージ７の各辺の略中間部分に設けて帯状薄肉
部４６を形成したものである。この例のＢＧＡ半導体装
置１０では、前記スリット状窪み４５および帯状薄肉部
４６はパッケージ７の辺に直交する方向に延在するよう
に設けられている。また、この場合も半導体チップ２の
電極３，配線基板１の配線４やボンディングパッド５お
よびワイヤ６は、厚肉部２４内に位置し、パッケージ７
（レジン）から露出しないようになっている。一般に半
導体チップ２における電極３の配列ピッチは狭く、前記
スリット状窪み４５は設け難い。そこで、この例では、
スリット状窪み４５を設ける部分に対応する半導体チッ
プ２においては、電極３が重ならないように電極間を広
くしてある。この実施例のＢＧＡ半導体装置１０の場合
は、配線基板１における平面ＸＹ方向において、各厚肉
部２４の長さは、スリット状窪み４５（帯状薄肉部４
６）の存在によってパッケージ７の辺の半分以下とな
り、レジンの硬化収縮による配線基板１の反りをより小
さくすることができる。また、この実施例の構造は、ゲ
ートアレイのさらなる高機能化によって半導体チップの
サイズが大きくなり、配線基板のレジンの硬化収縮によ
る影響が大きくなるパッケージ構造の場合に一層効果的
である。
【００４４】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるボール
グリッドアレイ半導体装置の製造技術に適用した場合に
ついて説明したが、それに限定されるものではない。本
発明は少なくとも配線基板の一面にレジンからなるパッ
ケージを張り付けるように形成した構造の製品の製造技
術には適用できる。
【００４５】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。本発明のプラスチックＢＧＡ半導体
装置は、パッケージの表面中央に矩形状の窪みを設け、
窪み底のレジンの厚さを薄くしてあることから、ＢＧＡ
半導体装置の製造時のレジンの硬化収縮時、前記薄いレ
ジン部分が配線基板に反りを起こさせる部材として作用
し難くなり、レジンの硬化収縮による配線基板の反りが
小さくなり、配線基板の裏面に形成したハンダバンプ
（突起電極）の高さのバラツキが小さくなる。この結
果、ＢＧＡ半導体装置を実装基板に実装した際、各ハン
ダバンプは実装基板の各接続パッドに接触し、ハンダバ
ンプの接合不良が発生しなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＢＧＡ半導体装置の第１実施例による
模式的断面図である。
【図２】本第１実施例のＢＧＡ半導体装置の模式的正面
図である。
【図３】本第１実施例のＢＧＡ半導体装置の平面図であ
る。
【図４】本第１実施例のＢＧＡ半導体装置の要部を示す
断面図である。
【図５】本第１実施例のＢＧＡ半導体装置の製造に使用
する配線基板の概要を示す模式的平面図である。
【図６】本第１実施例のＢＧＡ半導体装置の製造におい
て、半導体チップを搭載しかつワイヤボンディングが終
了した配線基板を示す断面図である。
【図７】本第１実施例のＢＧＡ半導体装置の製造におけ
るトランスファモールド状態を示す断面図である。
【図８】本第１実施例のＢＧＡ半導体装置の実装におい
て使用する配線基板を示す正面図である。
【図９】本第１実施例のＢＧＡ半導体装置の実装におい
て、配線基板の主面に半導体チップを重ねた状態を示す
正面図である。
【図１０】本第１実施例のＢＧＡ半導体装置の実装状態
を示す正面図である。
【図１１】本発明のＢＧＡ半導体装置の第１実施例の変
形例を示す平面図である。
【図１２】本発明のＢＧＡ半導体装置の第１実施例の他
の変形例を示す平面図である。
【図１３】本発明のＢＧＡ半導体装置の第２実施例によ
る平面図である。
【図１４】本発明のＢＧＡ半導体装置の第２実施例の変
形例を示す平面図である。
【図１５】本発明のＢＧＡ半導体装置の第２実施例の他
の変形例を示す平面図である。
【図１６】従来のＢＧＡ半導体装置を示す断面図であ
る。
【図１７】従来のＢＧＡ半導体装置の実装不良例を示す
模式図である。
【符号の説明】
１…両面プリント配線基板（配線基板）、２…半導体チ
ップ、３…電極、４，１２…配線、５…ボンディングパ
ッド、６…ワイヤ、７…パッケージ、８…電極、９…ハ
ンダバンプ（突起電極）、１０…プラスチックＢＧＡ半
導体装置（ＢＧＡ半導体装置）、１１…基板本体、１３
…導体、１４，１８…ソルダーレジスト、１５…実装基
板、１６…接続パッド、１７…隙間、２０…窪み、２１
…チップ搭載パッド、２２…接着剤、２３…薄肉部、２
４…厚肉部、２８…下型、２９…上型、３０…モールド
型、３１…キャビティ、３２…ゲート、３３…ランナ
ー、３４…溶けたレジン、４０…フラックス、４１…ハ
ンダ、４５…スリット状窪み、４６…帯状薄肉部。
フロントページの続き (72)発明者 鈴木 博通 東京都小平市上水本町５丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 春田 亮 東京都小平市上水本町５丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 有田 順一 東京都小平市上水本町５丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 両面プリント配線基板と、前記配線基板
    の主面に固定された半導体チップと、前記半導体チップ
    の電極と前記配線基板の配線とを電気的に接続する接続
    手段と、前記配線基板の主面側に張り付くように設けら
    れかつ前記半導体チップおよび前記接続手段を覆う樹脂
    からなる封止体と、前記配線基板の裏面に複数設けられ
    た突起電極とを有するボールグリッドアレイ半導体装置
    であって、前記封止体の表面には少なくとも１つの窪み
    が設けられ窪み底の樹脂は薄くなっていることを特徴と
    するボールグリッドアレイ半導体装置。
  2. 【請求項２】 前記窪みは前記半導体チップの電極から
    外れた封止体の中央部分に設けられていることを特徴と
    する請求項１記載のボールグリッドアレイ半導体装置。
  3. 【請求項３】 両面プリント配線基板と、前記配線基板
    の主面に固定された半導体チップと、前記半導体チップ
    の電極と前記配線基板の配線とを電気的に接続する接続
    手段と、前記配線基板の主面側に張り付くように設けら
    れかつ前記半導体チップおよび前記接続手段を覆う樹脂
    からなる封止体と、前記配線基板の裏面に複数設けられ
    た突起電極とを有するボールグリッドアレイ半導体装置
    であって、前記封止体は封止体厚さが厚い厚肉部と、薄
    い薄肉部とで形成されていることを特徴とするボールグ
    リッドアレイ半導体装置。
  4. 【請求項４】 前記厚肉部は独立して複数設けられてい
    ることを特徴とする請求項３記載のボールグリッドアレ
    イ半導体装置。
  5. 【請求項５】 前記厚肉部間には薄肉部が延在している
    ことを特徴とする請求項４記載のボールグリッドアレイ
    半導体装置。
  6. 【請求項６】 前記薄肉部の一部は幅の細い帯状薄肉部
    となり、この帯状薄肉部は相互に隣接する一部の厚肉部
    間に延在していることを特徴とする請求項５記載のボー
    ルグリッドアレイ半導体装置。
  7. 【請求項７】 前記帯状薄肉部は矩形の封止体の４隅に
    放射状に延在していることを特徴とする請求項６記載の
    ボールグリッドアレイ半導体装置。
  8. 【請求項８】 両面プリント配線基板と、前記配線基板
    の主面に固定された半導体チップと、前記半導体チップ
    の電極と前記配線基板の配線とを電気的に接続する接続
    手段と、前記配線基板の主面側に張り付くように設けら
    れかつ前記半導体チップおよび前記接続手段を覆う樹脂
    からなる封止体と、前記配線基板の裏面に複数設けられ
    た突起電極とを有するボールグリッドアレイ半導体装置
    であって、前記封止体は封止体厚さが厚い厚肉部と、封
    止体厚さが薄い薄肉部とで形成されかつ薄肉部はそれぞ
    れ独立して複数設けられていることを特徴とするボール
    グリッドアレイ半導体装置。
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