JPH09270477A - セラミック基板 - Google Patents

セラミック基板

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JPH09270477A
JPH09270477A JP7644096A JP7644096A JPH09270477A JP H09270477 A JPH09270477 A JP H09270477A JP 7644096 A JP7644096 A JP 7644096A JP 7644096 A JP7644096 A JP 7644096A JP H09270477 A JPH09270477 A JP H09270477A
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JP
Japan
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melting point
high melting
solder layer
ceramic substrate
shape
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JP7644096A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Takamichi
博 高道
Akihiro Hidaka
明弘 日高
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Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
Original Assignee
Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/341Surface mounted components
    • H05K3/3431Leadless components
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/3457Solder materials or compositions; Methods of application thereof
    • H05K3/3478Applying solder preforms; Transferring prefabricated solder patterns

Landscapes

  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セラミック基板とプリント配線基板との熱膨
張係数差に起因して実装時、接続部に十分な信頼性を得
ることができなかった。 【解決手段】 複数個の高融点はんだ層13の平面視形
状を長円形状とし、長円形状の長手方向をセラミック基
板1の中心を基点とした放射状方向に則したものとす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はセラミック基板に関
し、より詳細にはメタライズ層からなる表層パッド、共
晶はんだよりも高融点のはんだからなる高融点はんだ
層、共晶はんだ、及び高融点のはんだボールあるいは金
属ボールからなる高融点ボール、を含んで構成されるバ
ンプ電極が形成されたパッケージ用のセラミック基板に
関する。
【0002】
【従来の技術】近年、LSIの入出力端子数は高集積化
に伴い、増加する傾向にある。前記入出力端子数の増加
に伴い、パッケージにおいても多数の外部接続端子を備
え、かつ小型であるものの開発が望まれている。
【0003】従来のこの種のパッケージにあっては、前
記外部接続端子としてピン電極が形成された、いわゆる
ピン・グリッド・アレイ(以下、PGAと記す)タイプ
のものが主流であった。しかしながら前記ピン電極の径
を細くすることは強度上難しく、しかも前記ピン電極を
パッケージ基体に確実に固定するためには、これらピン
電極が接続される表層パッドの径も大きくしておく必要
があった。
【0004】従ってピン電極間ピッチをあまり小さくす
ることは困難で、前記プリント配線基板に対する実装密
度を高めることも困難になっていた。
【0005】かかる課題に対拠するためのパッケージと
して、バンプ電極が外部接続端子として形成されたボー
ル・グリッド・アレイ(以下、BGAと記す)タイプの
ものが近年注目されている。該BGAタイプのパッケー
ジでは、前記PGAタイプのパッケージに比べて外部接
続端子数を著しく増やすことができ、プリント配線基板
への高密度実装が可能となる。
【0006】一般に前記バンプ電極は、図5に示したよ
うに構成されている。
【0007】すなわち、セラミック基体10上に表層パ
ッド11が形成され、表層パッド11上にはんだボール
等からなる高融点ボール12がリフロー処理により固着
され、これら表層パッド11と高融点ボール12とによ
りバンプ電極15が構成されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記BG
Aタイプのパッケージを図6に示したようにプリント配
線基板20へ実装すると、セラミック基体10と通常樹
脂製であるプリント配線基板20との間に存在する大き
な熱膨張係数差に起因し、バンプ電極15に大きな熱応
力が作用し、亀裂が生じる場合がある。
【0009】かかる課題に対拠するものとして特開平7
−94626号公報において、セラミック基体10とプ
リント配線基板20との接続間隔をできるだけ大きくと
り、バンプ電極15の単位長さ当たりに作用する剪断応
力を小さくする方法が提案されている。しかしながら上
記方法を採用した場合であっても、なお上記課題が残
り、十分な信頼性を得ることは困難であった。
【0010】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、BGAタイプのパッケージをプリント配線基板へ十
分な信頼性をもって実装することができるセラミック基
板を提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段及びその効果】上記目的を
達成するために本発明に係るセラミック基板(1)は、
プリント配線基板への接続端子として表層パッド、高融
点はんだ層、共晶はんだ及び高融点ボールからなるバン
プ電極が形成されたセラミック基板であって、複数個の
前記高融点はんだ層の平面視形状が長円形状(楕円形状
を含む)をし、かつ長円形状をした前記高融点はんだ層
の長手方向がその一群の中心を基点とした放射状方向に
則していることを特徴としている。
【0012】上記セラミック基板によれば、パッケージ
のプリント配線基板への実装時、前記高融点はんだ層及
び高融点ボールが完全に溶融してしまうことはなく、パ
ッケージとプリント配線基板との接続間隔を大きくとる
ことができる。
【0013】しかも、複数個の前記高融点はんだ層の平
面視形状が長円形状(楕円形状を含む)をし、かつ長円
形状をした前記高融点はんだ層の長手方向がその一群の
中心を基点とした放射状方向に則しているので、熱応力
が作用する方向に関する前記高融点はんだ層の熱応力耐
性を高めることができる。
【0014】また、本発明に係るセラミック基板(2)
は、プリント配線基板への接続端子として表層パッド、
高融点はんだ層、共晶はんだ及び高融点ボールからなる
バンプ電極が形成されたセラミック基板であって、角部
に形成される前記高融点はんだ層の平面視形状が長円形
状(楕円形状を含む)をし、かつ長円形状をした前記高
融点はんだ層の長手方向がその一群の中心を基点とした
放射状方向に則していることを特徴としている。
【0015】上記セラミック基板(2)によれば、もっ
とも大きな熱応力が作用する角部の高融点はんだ層の平
面視形状が長円形状となっているので、最も効率的に長
円形状の高融点はんだ層を活用して全体の熱応力耐性を
高めることができる。
【0016】また残りの高融点はんだ層の平面視形状を
通常の円形状としておくことにより、製作が容易とな
る。
【0017】また、本発明に係るセラミック基板(3)
は、プリント配線基板への接続端子として表層パッド、
高融点はんだ層、共晶はんだ及び高融点ボールからなる
バンプ電極が形成されたセラミック基板であって、外周
部に形成される前記高融点はんだ層の平面視形状が長円
形状(楕円形状を含む)をし、かつ長円形状をした前記
高融点はんだ層の長手方向がその一群の中心を基点とし
た放射状方向に則していることを特徴としている。
【0018】セラミック基板とPCB(プリント配線基
板)との熱膨張係数差に起因した熱応力は、セラミック
基板の中心からの距離が長くなる外周に近くなる程大き
な値となる。
【0019】上記セラミック基板(3)によれば、大き
な熱応力が作用するであろう部分の高融点はんだ層の平
面視形状が長円形状をしているので、セラミック基板と
PCBとの接続の信頼性を確実に向上させることができ
る。
【0020】また、本発明に係るセラミック基板(4)
は、上記セラミック基板(1)〜(3)のいずれかにお
いて、前記高融点ボールの形状が前記高融点はんだ層の
形状に則して、長球形状(ラグビーボール形状を含む)
をしていることを特徴としている。
【0021】上記セラミック基板(4)によれば、高融
点はんだ層のみならず、高融点ボールの形状が長球形状
をしているので、前記バンプ電極の熱応力に対する耐性
がさらに向上することとなる。
【0022】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るセラミック基
板の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0023】図1は、実施の形態に係るセラミック基板
がPCBに実装された状態を示す要部の拡大断面図であ
る。
【0024】図中1はアルミナ等からなるセラミック基
板を示しており、セラミック基板1を構成するセラミッ
ク基体10の所定箇所には垂直方向に多数(例えば72
9本)のスルーホール(図示せず)が形成され、その一
端部がPCB20側に露出している。
【0025】これら各スルーホールの他端部はセラミッ
ク基板1の半導体素子搭載面(図中上面)に形成された
表層パッド(図示せず)に電源用ベタパターン、アース
用ベタパターン、あるいは信号用配線層(いずれも図示
せず)を介して接続されている。
【0026】前記スルーホールの露出部はタングステン
(W)等からなる表層パッド11に接続され、各表層パ
ッド11の周縁部はアルミナコーティング層16により
被覆され、表層パッド11のセラミック基体10からの
剥れが防止されている。表層パッド11は平面視長円形
状(楕円形状を含む)をしており、表層パッド11のア
ルミナコーティング層16からの開口部11aも、表層
パッド11と類似の平面視長円形状をしている。開口部
11a上には高融点はんだ層13が形成され、高融点は
んだ層13上には共晶はんだ14を介して高融点のはん
だボールあるいは銅(Cu)等の金属からなる高融点ボ
ール12が固着されている。
【0027】高融点はんだ層13の平面視形状は開口部
11aの平面視形状と同様に長円形状をしており(図
2)、また高融点はんだ層13の高さはセラミック基板
1とPCB20との距離を大きく確保する意味からある
程度高い方が良く、例えば0.1〜0.3mm程度に設
定される。また高融点はんだ層13の大きさは長軸方向
長さが0.8〜1.5mm、短軸方向長さが0.5〜
1.0mmの範囲で設定される。
【0028】高融点ボール12の径は高融点はんだ層1
3の長軸方向長さと略同じ大きさに設定される。
【0029】PCB20側の表層パッド(P)19は平
面視円形状をしており、高融点ボール12との間には共
晶はんだ(P)18が存在している。
【0030】セラミック基板1をPCB20へ実装する
場合、PCB20の表層パッド(P)19上に共晶はん
だ層を印刷により形成しておき、セラミック基板1側の
バンプ電極25と表層パッド(P)19とを位置合わせ
した後、治具を用いてセラミック基板1とPCB20と
を仮固定させた状態でリフロー処理を施す。
【0031】図1に示した状態でセラミック基板1に熱
サイクル試験を施しても、高融点はんだ層13は十分大
きな熱応力耐性を有し、高融点はんだ層13は表層パッ
ド11から容易には剥れない。
【0032】上記実施の形態では表層パッド11の平面
視形状を長円形状としたが、表層パッド11の平面視形
状は別の実施の形態では円形状であっても差し支えな
い。その場合表層パッド11の径は高融点はんだ層13
の長軸長さと同じ位ある方が望ましい。
【0033】また、別の実施の形態では、図3に示した
ように長円形状をした高融点はんだ層13がセラミック
基板1の4隅に4個ずつ配置されていてもよい。
【0034】かかる構成のセラミック基板1の方が製作
が容易であり、特に大きな熱応力が作用する4隅部分の
みの補強であってもかなり効果を発揮させることができ
る。
【0035】また、さらに別の実施の形態では、図4に
示したように長円形状をした高融点はんだ層13がセラ
ミック基板1の外周部に近い部分にのみ配置されていて
もよい。
【0036】かかる構成でも十分大きな補強効果を得る
ことができる。
【0037】また、さらに別の実施の形態では、図5に
示したように高融点はんだ層13の平面視形状にあわせ
て長球形状をした高融点ボール22が配置されている。
【0038】かかる構成とすることにより、さらにバン
プ電極35の熱応力耐性を高めることができる。
【0039】
【実施例及び比較例】以下、本発明に係るセラミック基
板の実施例及び比較例を説明する。
【0040】<実施例1> セラミック基板1の形成材料:アルミナ セラミック基板1の外形寸法:35mm×35mm×1mm 表層パッド11の形成材料:タングステン(W) 形状 :長円形状 寸法 :0.8mm×1.0mm×20μm 開口部11aの形状 :長円形状 寸法 :0.6mm×0.8mm 開口部11aにはNi及びAuめっき処理を施しておいた 高融点はんだ層13の形成材料 :95Pb−5Sn 形状 :平面視長円形状 寸法 :0.6mm×0.8mm 中心ピッチ:1.27mm 個数 :729 形成方法 :ペースト印刷後リフロー処理 高融点ボール12の形成材料:95Pb−5Sn 形状 :球 寸法 :0.8mm 形成方法:共晶はんだ14ペーストを高融点はんだ層1 3上に塗布し、治具を用いて共晶はんだ14 ペースト上に仮置きした後リフロー処理を施 して形成した。
【0041】<実施例2>セラミック基板1の4隅にお
ける各4個、合計16個の表層パッド11、開口部11
a、高融点はんだ層13の形状のみを長円形状(寸法は
実施例1の場合と同じ)とした他は、従来のものと同様
に円形状とした。
【0042】 円形状の表層パッド11の寸法 :0.8mm 円形状の開口部11aの寸法 :0.6mm 円形状の高融点はんだ層13の寸法:0.6mm 円形状の高融点ボール12の寸法 :0.8mm <実施例3>セラミック基板1の外周部(中心側を円形
状(径30mm)に残す部分)のみにおける合計256
個の表層パッド11、開口部11a、高融点はんだ層1
3の形状のみを長円形状(寸法は実施例1の場合と同
じ)とした他は、従来のものと同様に円形状とした。
【0043】<実施例4〜6>長円形状の高融点はんだ
層13に対応させて高融点ボール12の形状をラグビー
ボール形状とした他は、実施例1〜3と同様の構成とし
た。
【0044】<比較例>表層パッド11、開口部11
a、高融点はんだ層13、高融点ボール12のすべてが
円形状であるものを比較例とした。
【0045】各寸法は実施例2の場合の円形状のものと
同じ <評価>PCB20にそれぞれの実施例及び比較例に係
るセラミック基板を各10個ずつ実装し、セラミック基
板とPCB20間でデージーチェーンを形成し、−40
℃〜125℃の温度サイクル試験を行った。
【0046】この時、デージーチェーンの抵抗を測定す
るために、デージーチェーン両端のPCB側の表層パッ
ドにリード線をはんだ付けし、この間の抵抗を連続的に
測定した。
【0047】抵抗値が初期値の2倍になった時点をバン
プ電極の損傷とした。
【0048】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係るセラミック基板をプ
リント配線基板に実装した状態を示す要部の部分拡大断
面図である。
【図2】高融点はんだ層の平面形状及び配置状態を示す
平面図である。
【図3】別の実施の形態における高融点はんだ層の平面
形状及び配置状態を示す平面図である。
【図4】さらに別の実施の形態における高融点はんだ層
の平面形状及び配置状態を示す平面図である。
【図5】さらに別の実施の形態における要部の部分拡大
断面図である。
【図6】従来のセラミック基板をプリント配線基板に実
装した状態を示す要部の部分拡大断面図である。
【符号の説明】
1 セラミック基板 10 セラミック基体 11 表層パッド 11a 開口部 12、22 高融点ボール 13 高融点はんだ層 14 共晶はんだ 15、25、35 バンプ電極 16 アルミナコーティング層 20 PCB(プリント配線基板)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プリント配線基板への接続端子として表
    層パッド、高融点はんだ層、共晶はんだ及び高融点ボー
    ルからなるバンプ電極が形成されたセラミック基板であ
    って、複数個の前記高融点はんだ層の平面視形状が長円
    形状(楕円形状を含む)をし、かつ長円形状をした前記
    高融点はんだ層の長手方向がその一群の中心を基点とし
    た放射状方向に則していることを特徴とするセラミック
    基板。
  2. 【請求項2】 プリント配線基板への接続端子として表
    層パッド、高融点はんだ層、共晶はんだ及び高融点ボー
    ルからなるバンプ電極が形成されたセラミック基板であ
    って、角部に形成される前記高融点はんだ層の平面視形
    状が長円形状(楕円形状を含む)をし、かつ長円形状を
    した前記高融点はんだ層の長手方向がその一群の中心を
    基点とした放射状方向に則していることを特徴とするセ
    ラミック基板。
  3. 【請求項3】 プリント配線基板への接続端子として表
    層パッド、高融点はんだ層、共晶はんだ及び高融点ボー
    ルからなるバンプ電極が形成されたセラミック基板であ
    って、外周部に形成される前記高融点はんだ層の平面視
    形状が長円形状(楕円形状を含む)をし、かつ長円形状
    をした前記高融点はんだ層の長手方向がその一群の中心
    を基点とした放射状方向に則していることを特徴とする
    セラミック基板。
  4. 【請求項4】 前記高融点ボールの形状が前記高融点は
    んだ層の形状に則して、長球形状(ラグビーボール形状
    を含む)をしていることを特徴とする請求項1〜3のい
    ずれかの項に記載のセラミック基板。
JP7644096A 1996-03-29 1996-03-29 セラミック基板 Pending JPH09270477A (ja)

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JP7644096A JPH09270477A (ja) 1996-03-29 1996-03-29 セラミック基板

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ID=13605220

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100283252B1 (ko) * 1997-11-28 2001-06-01 마이클 디. 오브라이언 볼그리드어레이반도체패키지
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CN106971945A (zh) * 2016-01-14 2017-07-21 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 一种半导体器件及其制造方法和电子装置
WO2023170818A1 (ja) * 2022-03-09 2023-09-14 日本電信電話株式会社 Bga高周波モジュール、bga高周波モジュール用基板、および光通信モジュール

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