JPH09275271A - プリント配線板、その製造方法、およびプリント回路基板 - Google Patents

プリント配線板、その製造方法、およびプリント回路基板

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JPH09275271A
JPH09275271A JP8014796A JP8014796A JPH09275271A JP H09275271 A JPH09275271 A JP H09275271A JP 8014796 A JP8014796 A JP 8014796A JP 8014796 A JP8014796 A JP 8014796A JP H09275271 A JPH09275271 A JP H09275271A
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JP
Japan
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wiring board
solder
layer
printed wiring
semiconductor package
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Application number
JP8014796A
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English (en)
Inventor
Kiyomi Ninomiya
清海 二宮
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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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
    • H05K3/40Forming printed elements for providing electric connections to or between printed circuits
    • H05K3/4007Surface contacts, e.g. bumps

Landscapes

  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】BGA型の半導体パッケージを容易にかつ高い
信頼性で実装できるプリント配線板、その製造方法、お
よびプリント回路基板を提供することにある。 【解決手段】プリント配線板12は、絶縁基板16上に
形成された導体パターン18を有し、この導体パターン
は複数の実装パッド20を含んでいる。各実装パッド上
には円柱形状のバンプ22が突設され、このバンプは、
高融点半田層24と共晶半田層26とを積層して形成さ
れている。BGA型の半導体パッケージ14は、高融点
半田からなる複数の半田ボール38を有し、これらの半
田ボールがバンプ上に載置された状態で、プリント配線
板12上に実装されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】この発明は、半導体パッケー
ッジ、例えば、接続端子として機能する多数の半田ボー
ルの取り付けられたボールグリッドアレイ型の半導体パ
ッケージの実装に適したプリント配線板、その製造方
法、並びに、上記プリント配線板および半導体パッケー
ジを備えたプリント回路基板に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体パッケージとして、ボール
グリッドアレイ型の半導体パッケージが普及しつつあ
る。この種の半導体パッケージは、パッケージ本体の一
表面上に形成された多数の接続パッドを有し、これらの
接続パッド上に、共晶半田を介して半田ボールが取り付
けられている。そして、これらの半田ボールは半導体パ
ッケージの接続端子として機能する。
【0003】上記構成のボールグリッドアレイ型(以
下、BGA型と称する)の半導体パッケージをプリント
配線板の導体パターン上に実装する場合、導体パターン
の実装パッド上に共晶半田を印刷した後、実装パッド上
に半田ボールが載った状態で半導体パッケージをプリン
ト配線板上に配置し、リフロー半田付けを行なう。
【0004】ボールグリッドアレイ型の半導体パッケー
ジによれば、接続端子としての半田ボールはパッケージ
本体の一表面上に設けられているため、接続端子間のピ
ッチを広くとることができ、他の半導体パッケージに比
較して、多ピン化が容易となる。また、リフローによる
一括実装が可能であるという利点も有している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、BGA
型の半導体パッケージにおいては、その構成上、パッケ
ージの重量、材質、寸法等により、機械的な負荷が半田
ボール部分に直接作用する。実際、セラミック等の比較
的重いパッケージ本体を有する半導体パッケージや、多
ピン化された寸法の大きな半導体パッケージでは、クワ
ードフラットパッケージ(QFP)に比較して、温度サ
イクル等のストレス試験における接合部のクラック発生
率が高く、信頼性の面で劣るという問題がある。
【0006】これらの解決策として、パッケージ本体を
テープ等によって形成することにより軽量化やピッチの
狭小化を図ることも考えられるが、この場合、半導体パ
ッケージ自身の改善が必要になるとともに、放熱性の低
下、プリント配線技術の難易度が上がる等の問題があ
る。更に、半導体パッケージの実装コストも高くなる。
【0007】この発明は以上の点に鑑みなされてもの
で、その目的は、BGA型の半導体パッケージを容易に
実装できるとともに、その接合部の損傷を低減し信頼性
の高いプリント配線板、およびその製造方法、並びに、
プリント回路基板を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の請求項1に係るプリント配線板は、複数
の実装パッドを含む導体パターンと、上記実装パッド上
に突設されているとともに上記半田ボールが接続される
柱状のバンプと、を備え、上記バンプは、高融点半田層
と共晶半田層とを積層して形成されていることを特徴と
している。
【0009】また、この発明の請求項2に係るプリント
配線板によれば、実装パッド上に突設されたバンプは、
実装パッド上に形成された銅メッキ層と、上記銅メッキ
層上に積層された高融点半田層および共晶半田層と、を
有していることを特徴としている。
【0010】請求項3に係るこの発明のプリント配線板
の製造方法は、絶縁基板上に、複数の実装パッドを含む
導体パターンを形成し、上記絶縁基板上に、上記導体パ
ターンに重ねて銅メッキ層を形成し、上記実装パッドを
除く上記銅メッキ層上にレジスト層を形成し、上記レジ
スト層の形成後、電解メッキにより上記実装パッド上に
高融点半田層を形成し、上記高融点半田層に重ねて共晶
半田層を形成し、上記共晶半田層の形成後、上記レジズ
ト層および銅メッキ層を除去することを特徴としてい
る。
【0011】更に、請求項5に係るこの発明のプリント
回路基板は、プリント配線板と、このプリント配線板上
に実装されたボールグリッドアレイ型の半導体パッケー
ジと、を備えている。上記プリント配線板は、複数の実
装パッドを含む導体パターンと、上記実装パッド上に突
設されているとともに、高融点半田層と共晶半田層とを
積層して形成された柱状のバンプと、を備え、また、上
記ボールグリッドアレイ型の半導体パッケージは、多数
の接続パッドが設けられた実装面を有するパッケージ本
体と、高融点半田で形成されているとともに、上記接続
パッドに接合された多数の半田ボールと、を備えてい
る。
【0012】そして、上記半導体パッケージは、上記半
田ボールを上記バンプ上に載置した状態で上記プリント
配線板に実装されていることを特徴としている。上記の
ように構成されたプリント配線板によれば、プリント配
線板上に半導体パッケージを実装する場合、半導体パッ
ケージの各半田ボールがプリント配線板のバンプ上に載
置された状態で半導体パッケージを配置し、リフロー半
田付けを行なう。リフロー半田付け時、バンプの共晶半
田層が溶融して半田ボールに半田付けされるとともに、
バンプの高融点半田層は溶融することなくほぼ柱状に保
持される。そのため、半導体パッケージは、半田ボール
およびバンプにより、プリント配線板から所定の高さ保
持した状態でプリント配線板上に実装され、かつ、半田
ボールはバンプを介して実装パッドに電気的に接続され
る。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながらこの発
明の実施の形態について詳細に説明する。図1および図
2に示すように、この発明の実施の形態に係るプリント
回路基板10は、プリント配線板12と、プリント配線
板上に実装された電子部品としてボールグリッドアレイ
型の半導体パッケージ14と、を備えている。
【0014】プリント配線板12は、例えば、ポリイミ
ド等により形成された絶縁基板16と、絶縁基板の両表
面上に形成された導体パターン18と、を有し、この導
体パターンは複数の実装パッド20を備えている。各実
装パッド20上には、ほぼ円柱形状のバンプ22が突設
されている。
【0015】各バンプ22は、後述するように、円柱形
状の高融点半田層24上に共晶半田層26を積層して構
成されている。高融点半田層24としては、すずおよび
鉛を10対90の割合で混合したものが使用され、その
融点は約280度となっている。また、共晶半田層26
としては、すずおよび鉛を63対37の割合で混合した
ものが使用され、その融点は約183度となっている。
【0016】更に、絶縁基板16の両面には、バンプ2
2を除いて導体パターン18を覆うように、ソルダレジ
スト層30が形成されている。一方、半導体パッケージ
14は樹脂あるいはセラミックにより形成された偏平な
矩形状のパッケージ本体32を有し、実装面としてのパ
ッケージ本体の下面には多数の接続パッド34が並んで
形成されている。これらの接続パッド34は、パッケー
ジ本体32内に収納された図示しない半導体素子に導通
している。各接続パッド34には、共晶半田36により
半田ボール38が接合されている。そして、これらの半
田ボール38により半導体パッケージ14の接続端子が
構成されている。
【0017】なお、各半田ボール38は高融点半田によ
って形成されている。上記のように構成された半導体パ
ッケージ14をプリント配線板12上に実装する場合に
は、各半田ボール38がバンプ22を介して所定の実装
パッド20上に位置するように、半導体パッケージ14
をプリント配線板12上に配置および保持する。そし
て、この状態でリフロー半田付けを行なう。それによ
り、各バンプ22の共晶半田層26が溶融し、半田ボー
ル38とバンプ22の高融点半田層24とが導通する。
その結果、図1に示すように、半導体パッケージ14
は、半田ボール38およびバンプ22を介して実装パッ
ド20に電気的に接続されるとともに、プリント配線板
12上に実装される。
【0018】上記のように構成されたプリント回路基板
10において、プリント配線板12は以下の方法によっ
て製造される。まず、図3(a)に示すように、絶縁基
板16の両表面に銅箔を形成し、更に、これらの銅箔を
パターニングすることにより、実装パッド20を含む導
体パターン18を形成する。
【0019】続いて、図3(b)に示すように、実装パ
ッド20を含む導体パターン全体を覆うように、絶縁基
板16の表面上に、銅からなるフラッシュメッキ層40
を形成する。その後、図3(c)に示すように、実装パ
ッド20上を除くフラッシュメッキ層40上にメッキレ
ジスト層42を形成する。
【0020】メッキレジスト層の形成後、図3(d)に
示すように、電解メッキにより各実装パッド20上にフ
ラッシュメッキ層40を介して高融点半田層24を形成
し、更に、電解メッキにより、高融点半田層24上に重
ねて共晶半田層26を形成する。それにより、各実装パ
ッド20上には、フラッシュメッキ層40、高融点半田
層24、共晶半田層26を積層してなる円柱形状のバン
プ22が突出形成される。
【0021】共晶半田26の形成後、図3(e)に示す
ように、メッキレジスト層42を剥離するとともに、フ
ラッシュメッキ層40をクイックエッチングにより除去
する。続いて、図3(f)に示すように、絶縁基板16
の両面に、実装パッド20およびバンプ22を除いて導
体パターン18を覆うようにソルダレジスト層30を形
成する。
【0022】最後に、共晶半田26の加熱処理を行うこ
とにより、図2に示すように、各実装パッド20に突設
されたほぼ円筒形状のバンプ22を有するプリント配線
板12が製造される。
【0023】以上のように構成されたプリント回路基板
10によれば、プリント配線板12の各実装パッド20
上には柱状のバンプ22が形成され、半導体パッケージ
14は、このバンプ22上に半田ボール38が載った状
態でプリント配線板12上に実装されている。そして、
各半田ボール38は高融点半田によって形成され、同時
に、各バンプ22も高融点半田層24を備えて形成され
ている。そのため、リフロー半田付けによって半導体パ
ッケージ14を実装した場合でも、半田ボール38およ
び高融点半田層24は潰れることなく一定の高さを維持
する。
【0024】例えば、半田ボール38の直径を約1mm、
高融点半田層24の高さを約2mmとした場合、半導体パ
ッケージ14は、合計で高さ約3mmの柱状半田部を介し
てプリント配線板12の実装パッド20上に実装された
状態となる。そのため、周囲の温度変化に応じて、半導
体パッケージ14とプリント配線板12との熱膨張差に
起因する負荷が上記柱状半田部からなる接合部に作用し
た場合でも、この柱状半田部が変形することにより負荷
を緩和することができる。その結果、クラック等の接合
部の損傷発生を低減して接続不良の発生を防止し、プリ
ント回路基板の信頼性の向上を図ることができる。
【0025】また、各バンプ22は、半田ボール38と
接触する共晶半田層26を備えて構成され、この共晶半
田層は良好な濡れ性を有していることから、リフロー半
田付けにより、容易にかつ確実に半導体パッケージの一
括実装を実現することができる。
【0026】フラッシュメッキを用い場合、このフラッ
シュメッキは実装パッドと同じ銅メッキであるが、膜厚
は1μm程度と非常に薄いため除去が容易であり、この
フラッシュメッキをエッチングによって除去する際、実
装パッドの形状変形を最小限に抑えることができる。
【0027】なお、この発明は上述した実施の形態に限
定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能で
ある。例えば、プリント配線板12の各バンプ22は、
柱状に形成されていればよく、円柱以下の角柱形状に形
成されていてもよい。また、各バンプ22は、共晶半田
層、高融点半田層、共晶半田層を順に積層して形成して
もよい。
【0028】
【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、高融点半田層と共晶半田層とを有する柱状のバンプ
を実装パッドに突設した構成とすることにより、ボール
グリッドアレイ型の半導体パッケージを容易に実装でき
るとともに、その接合部の損傷を低減できる信頼性の高
いプリント配線板を提供することができるとともに、そ
の製造方法、並びに、このプリント配線板を備え信頼性
の高いプリント回路基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態にプリント回路基板を示
す断面図。
【図2】上記プリント回路基板を構成するプリント配線
板の断面図。
【図3】上記プリント配線板の製造工程をそれぞれ示す
断面図。
【符号の説明】
10…プリント回路基板 12…プリント配線板 14…ボールグリッドアレイ型の半導体パッケージ 20…実装パッド 22…バンプ 24…高融点半田層 26…共晶半田層 34…接続パッド 38…半田ボール 40…フラッシュメッキ層

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】多数の半田ボールを有するボールグリッド
    アレイ型の半導体パッケージが実装されるプリント配線
    板において、 複数の実装パッドを含む導体パターンと、 上記実装パッド上に突設されているとともに上記半田ボ
    ールが接続される柱状のバンプと、を備え、 上記バンプは、高融点半田層と共晶半田層とを積層して
    形成されていることを特徴とするプリント配線板。
  2. 【請求項2】多数の半田ボールを有するボールグリッド
    アレイ型の半導体パッケージが実装されるプリント配線
    板において、 複数の実装パッドを含む導体パターンと、 上記実装パッド上に突設されているとともに上記半田ボ
    ールが接続される柱状のバンプと、を備え、 上記バンプは、上記実装パッド上に形成された銅メッキ
    層と、上記銅メッキ層上に積層された高融点半田層およ
    び共晶半田層と、を有していることを特徴とするプリン
    ト配線板。
  3. 【請求項3】多数の半田ボールを有するボールグリッド
    アレイ型の半導体パッケージが実装されるプリント配線
    板の製造方法において、 絶縁基板上に、複数の実装パッドを含む導体パターンを
    形成し、 上記絶縁基板上に、上記導体パターンに重ねて銅メッキ
    層を形成し、 上記実装パッドを除く上記銅メッキ層上にレジスト層を
    形成し、 上記レジスト層の形成後、電解メッキにより上記実装パ
    ッド上に高融点半田層を形成し、 上記高融点半田層に重ねて共晶半田層を形成し、 上記共晶半田層の形成後、上記レジズト層および銅メッ
    キ層を除去することを特徴とするプリント配線板の製造
    方法。
  4. 【請求項4】上記銅メッキ層は、フラッシュメッキによ
    り形成することを特徴とする請求項3に記載のプリント
    配線板の製造方法。
  5. 【請求項5】プリント配線板と、このプリント配線板上
    に実装されたボールグリッドアレイ型の半導体パッケー
    ジと、を備えたプリント回路基板において、 上記プリント配線板は、複数の実装パッドを含む導体パ
    ターンと、上記実装パッド上に突設されているととも
    に、高融点半田層と共晶半田層とを積層して形成された
    柱状のバンプと、を備え、 上記ボールグリッドアレイ型の半導体パッケージは、多
    数の接続パッドが設けられた実装面を有するパッケージ
    本体と、高融点半田で形成されているとともに、上記接
    続パッドに接合された多数の半田ボールと、を備え、 上記半導体パッケージは、上記半田ボールを上記バンプ
    上に載置した状態で上記プリント配線板に実装されてい
    ることを特徴とするプリント回路基板。
  6. 【請求項6】上記半田ボールは高融点半田により形成さ
    れていることを特徴とする請求項5に記載のプリント回
    路基板。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109219230A (zh) * 2017-07-03 2019-01-15 三星电机株式会社 多层印刷电路板
CN111836474A (zh) * 2019-04-22 2020-10-27 株式会社安川电机 电子设备及其制造方法、以及印刷基板及其制造方法

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CN109219230B (zh) * 2017-07-03 2023-11-28 三星电机株式会社 多层印刷电路板
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