JPH10135613A - 配線基板 - Google Patents
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- JPH10135613A JPH10135613A JP8303967A JP30396796A JPH10135613A JP H10135613 A JPH10135613 A JP H10135613A JP 8303967 A JP8303967 A JP 8303967A JP 30396796 A JP30396796 A JP 30396796A JP H10135613 A JPH10135613 A JP H10135613A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱膨張係数の大きく異なる配線基板同士をB
GA接合した後、温度変化によって生じる接続パッド間
のハンダのクラックの発生や進展を防ぐ。 【解決手段】 セラミック基板1の各接続パッド3の外
周縁より内側に、ハンダ付け可能な表面からなる突起部
4を隆起状に形成する。このパッド3に、半田ボール6
をそれより低融点のハンダ5で融着する。この基板1を
樹脂製プリント基板21に、両配線基板の各接続パッド
3,23を位置決めして重ね、その間の低融点ハンダ
5,25でハンダ付けする。セラミック基板1の各パッ
ド3の突起部4は低融点ハンダ5に鋳ぐるまれそのハン
ダ5と一体となって芯材となる。後で両配線基板1,2
1の熱膨張係数差により主面に沿って作用するせん断力
Sは、低融点ハンダ5を介して一体化された突起部4の
側面4bで受けられる。
GA接合した後、温度変化によって生じる接続パッド間
のハンダのクラックの発生や進展を防ぐ。 【解決手段】 セラミック基板1の各接続パッド3の外
周縁より内側に、ハンダ付け可能な表面からなる突起部
4を隆起状に形成する。このパッド3に、半田ボール6
をそれより低融点のハンダ5で融着する。この基板1を
樹脂製プリント基板21に、両配線基板の各接続パッド
3,23を位置決めして重ね、その間の低融点ハンダ
5,25でハンダ付けする。セラミック基板1の各パッ
ド3の突起部4は低融点ハンダ5に鋳ぐるまれそのハン
ダ5と一体となって芯材となる。後で両配線基板1,2
1の熱膨張係数差により主面に沿って作用するせん断力
Sは、低融点ハンダ5を介して一体化された突起部4の
側面4bで受けられる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ICパッケージ等
に用いられるBGA(ボール・グリッド・アレイ)パッ
ケージ用基板やこのような配線基板を実装する樹脂製プ
リント基板(マザーボード)等として使用される配線基
板に関する。
に用いられるBGA(ボール・グリッド・アレイ)パッ
ケージ用基板やこのような配線基板を実装する樹脂製プ
リント基板(マザーボード)等として使用される配線基
板に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のBGAパッケージ用基板は、アル
ミナセラミック等の電気絶縁材料からなる基板の主面
に、多数の接続端子を備えており、その端子の構造例と
しては図15に示したものがある。このものは、パッケ
ージ用基板1の主面2にメタライズされた各接続パッド
(群)3に、所定のメッキを施し、その表面にPb−S
n共晶ハンダ等の鉛組成分の小なるハンダ(以下、低融
点ハンダともいう)5を介し、Pb90−Sn10など
鉛組成分の大なる比較的高融点のハンダ(以下、高融点
ハンダともいう)からなるハンダボール6などの金属ボ
ール(球体)を融着し、これを接続端子(バンプ)7と
している。このような接続端子7をもつ配線基板1は、
その配置に対応するように配置、形成された接続パッド
を有するプリント基板に対し、両配線基板の接続パッド
を位置決めして重ね、両接続パッド間でハンダ付けする
ことにより電気的接続がなされる。図16は、そのよう
なプリント基板21に図15に示した接続端子7を有す
るBGAパッケージ用基板1を両者のパッド間でハンダ
接合した構造である。
ミナセラミック等の電気絶縁材料からなる基板の主面
に、多数の接続端子を備えており、その端子の構造例と
しては図15に示したものがある。このものは、パッケ
ージ用基板1の主面2にメタライズされた各接続パッド
(群)3に、所定のメッキを施し、その表面にPb−S
n共晶ハンダ等の鉛組成分の小なるハンダ(以下、低融
点ハンダともいう)5を介し、Pb90−Sn10など
鉛組成分の大なる比較的高融点のハンダ(以下、高融点
ハンダともいう)からなるハンダボール6などの金属ボ
ール(球体)を融着し、これを接続端子(バンプ)7と
している。このような接続端子7をもつ配線基板1は、
その配置に対応するように配置、形成された接続パッド
を有するプリント基板に対し、両配線基板の接続パッド
を位置決めして重ね、両接続パッド間でハンダ付けする
ことにより電気的接続がなされる。図16は、そのよう
なプリント基板21に図15に示した接続端子7を有す
るBGAパッケージ用基板1を両者のパッド間でハンダ
接合した構造である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
接合構造においては次のような問題があった。すなわ
ち、セラミック製のパッケージ用基板のように熱膨張係
数の小さいものが、それが大きい樹脂製プリント基板に
両者の接続パッド(以下、単にパッドともいう)間でハ
ンダ付けされて一体化されたものでは、その後の温度変
化によって、図17に示したように、各配線基板1,2
1材料の熱膨張係数の違いに起因する伸縮量の相違によ
り、接続パッド3,23間のハンダ接合部(以下、BG
A接合部ともいう)に亀裂Kが生じ、断線を生じるとい
ったことがあった。これは、ハンダが相対的に低強度で
あり、両基板1,21間でその主面に沿って作用する熱
応力(せん断応力)に抗しきれないためであるが、この
応力は各接続パッド間のハンダの接続パッドの界面近傍
で最大となる。
接合構造においては次のような問題があった。すなわ
ち、セラミック製のパッケージ用基板のように熱膨張係
数の小さいものが、それが大きい樹脂製プリント基板に
両者の接続パッド(以下、単にパッドともいう)間でハ
ンダ付けされて一体化されたものでは、その後の温度変
化によって、図17に示したように、各配線基板1,2
1材料の熱膨張係数の違いに起因する伸縮量の相違によ
り、接続パッド3,23間のハンダ接合部(以下、BG
A接合部ともいう)に亀裂Kが生じ、断線を生じるとい
ったことがあった。これは、ハンダが相対的に低強度で
あり、両基板1,21間でその主面に沿って作用する熱
応力(せん断応力)に抗しきれないためであるが、この
応力は各接続パッド間のハンダの接続パッドの界面近傍
で最大となる。
【0004】さらに、低融点ハンダは高融点ハンダに比
べて比較的もろく粘りがないために塑性変形し難い性質
を有する。加えて、低融点ハンダと接続パッドとの接合
界面には、接続パッド上のAuメッキ又はNiメッキと
ハンダ中のSnとの拡散によってAu−Sn、又はNi
−Snの硬くて脆い金属間化合物が形成される。こうし
たことから、接合後に大きな温度変化があると、図18
に示したように、両配線基板1,21のパッド3,23
間のハンダは、パッド3,23上面に微小厚さT1,T
2のハンダ層、すなわちハンダ薄皮1枚を残すようにし
て、その外周縁を起点として各配線基板1,21の主面
2,22に沿う方向(図示矢印方向)にクラック(亀
裂)Kが発生し、進展しがちであった。そして、こうし
たクラックKは一度発生するとその起点から反対側に向
けて一気に進展しやすく、その結果パッド3,23間の
導通不良(断線)を招いてしまうといったことがあっ
た。
べて比較的もろく粘りがないために塑性変形し難い性質
を有する。加えて、低融点ハンダと接続パッドとの接合
界面には、接続パッド上のAuメッキ又はNiメッキと
ハンダ中のSnとの拡散によってAu−Sn、又はNi
−Snの硬くて脆い金属間化合物が形成される。こうし
たことから、接合後に大きな温度変化があると、図18
に示したように、両配線基板1,21のパッド3,23
間のハンダは、パッド3,23上面に微小厚さT1,T
2のハンダ層、すなわちハンダ薄皮1枚を残すようにし
て、その外周縁を起点として各配線基板1,21の主面
2,22に沿う方向(図示矢印方向)にクラック(亀
裂)Kが発生し、進展しがちであった。そして、こうし
たクラックKは一度発生するとその起点から反対側に向
けて一気に進展しやすく、その結果パッド3,23間の
導通不良(断線)を招いてしまうといったことがあっ
た。
【0005】こうした問題は、両配線基板材料の熱膨張
係数の差が大きいほど、また、配線基板のサイズが大き
いほど顕著に現れ、サイズによっては樹脂製プリント基
板にセラミック製のパッケージ用基板は搭載できないと
いった問題があり、さらに一方の配線基板の材質によっ
ては他方の配線基板の材質が制限されたり、サイズを大
きくできないといった問題を招いていた。
係数の差が大きいほど、また、配線基板のサイズが大き
いほど顕著に現れ、サイズによっては樹脂製プリント基
板にセラミック製のパッケージ用基板は搭載できないと
いった問題があり、さらに一方の配線基板の材質によっ
ては他方の配線基板の材質が制限されたり、サイズを大
きくできないといった問題を招いていた。
【0006】なお、パッド間のハンダのクラックは、図
17,18に示したように、パッケージ用基板1側だけ
でなくプリント基板21側のパッド23近傍でも本来同
様に発生するといえるが、例えばセラミック製パッケー
ジ用基板(以下、セラミック基板ともいう)と樹脂製プ
リント基板との接合の場合には、実際にはセラミック基
板側のパッドとハンダとの界面近傍でハンダにクラック
が生じがちであり、樹脂製プリント基板側のパッドとハ
ンダとの界面近傍ではほとんど生じない。その理由は次
のようである。すなわち、セラミック基板の接続端子を
なすパッドは、タングステン等のメタライズ層の上に、
数ミクロンのメッキ層が形成されてなるものである一
方、プリント基板のそれは、樹脂板上に形成されたパッ
ドが通常、銅で20〜30μmと極めて厚く、しかも銅
はタングステンに比べると極めて柔らかい。
17,18に示したように、パッケージ用基板1側だけ
でなくプリント基板21側のパッド23近傍でも本来同
様に発生するといえるが、例えばセラミック製パッケー
ジ用基板(以下、セラミック基板ともいう)と樹脂製プ
リント基板との接合の場合には、実際にはセラミック基
板側のパッドとハンダとの界面近傍でハンダにクラック
が生じがちであり、樹脂製プリント基板側のパッドとハ
ンダとの界面近傍ではほとんど生じない。その理由は次
のようである。すなわち、セラミック基板の接続端子を
なすパッドは、タングステン等のメタライズ層の上に、
数ミクロンのメッキ層が形成されてなるものである一
方、プリント基板のそれは、樹脂板上に形成されたパッ
ドが通常、銅で20〜30μmと極めて厚く、しかも銅
はタングステンに比べると極めて柔らかい。
【0007】したがって、この両配線基板の各パッド間
をハンダで接合した場合には、プリント基板側ではパッ
ド自体が厚くしかも柔らい分、変形し易いため、温度差
によって発生する前記の熱応力を吸収しやすいのに対
し、セラミック基板側ではパッドが堅くて薄いためにこ
のような吸収作用はほとんど期待できない。このため、
多くの場合にはセラミック基板側のパッドとハンダとの
界面近傍でそれにクラックが生じている。
をハンダで接合した場合には、プリント基板側ではパッ
ド自体が厚くしかも柔らい分、変形し易いため、温度差
によって発生する前記の熱応力を吸収しやすいのに対
し、セラミック基板側ではパッドが堅くて薄いためにこ
のような吸収作用はほとんど期待できない。このため、
多くの場合にはセラミック基板側のパッドとハンダとの
界面近傍でそれにクラックが生じている。
【0008】本発明は、アルミナセラミック製のパッケ
ージ用基板を樹脂製プリント基板などにBGA接合した
場合のように、熱膨張係数の大きく異なる配線基板同士
をBGA接合した後、温度変化によって生じる接続パッ
ド間のハンダのクラックの発生や進展を防ぎ、もって接
続パッド間の断線(接続不良)を解消し、信頼性の高い
BGA接合を得ることのできる配線基板を提供すること
をその目的とする。
ージ用基板を樹脂製プリント基板などにBGA接合した
場合のように、熱膨張係数の大きく異なる配線基板同士
をBGA接合した後、温度変化によって生じる接続パッ
ド間のハンダのクラックの発生や進展を防ぎ、もって接
続パッド間の断線(接続不良)を解消し、信頼性の高い
BGA接合を得ることのできる配線基板を提供すること
をその目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、主面にハンダ付け可能な表面からなる接
続端子用の接続パッドを複数有する配線基板であって、
その接続パッドの上面にはその外周縁より内側に、ハン
ダ付け可能な表面からなる一又は複数の突起部(凸部)
が形成されていることにある。
め、本発明は、主面にハンダ付け可能な表面からなる接
続端子用の接続パッドを複数有する配線基板であって、
その接続パッドの上面にはその外周縁より内側に、ハン
ダ付け可能な表面からなる一又は複数の突起部(凸部)
が形成されていることにある。
【0010】前記手段においては、その配線基板が例え
ばアルミナセラミック基板の場合では、接続パッド上に
低融点ハンダペーストを印刷又は塗布し、さらにその上
にそれより高融点のハンダボールを搭載して低融点ハン
ダを溶融し、接続端子(ハンダバンプ)を融着(形成)
する。そして、このような配線基板を、その各接続端子
の配置に対応するように配置、形成された低融点ハンダ
付き接続パッドを有する例えば樹脂製プリント基板に対
し、両配線基板の各接続パッドを位置決めして重ね、そ
の相互間の低融点ハンダを溶融して両接続パッド間をハ
ンダ付けする。これにより、セラミック基板の各パッド
の突起部は、パッド間を接合するハンダに鋳ぐるまれた
形で一体となって低融点ハンダの芯材となって存在す
る。そして、ハンダボールは、突起部とプリント基板の
パッドとの間に挟まれた状態で存在する。
ばアルミナセラミック基板の場合では、接続パッド上に
低融点ハンダペーストを印刷又は塗布し、さらにその上
にそれより高融点のハンダボールを搭載して低融点ハン
ダを溶融し、接続端子(ハンダバンプ)を融着(形成)
する。そして、このような配線基板を、その各接続端子
の配置に対応するように配置、形成された低融点ハンダ
付き接続パッドを有する例えば樹脂製プリント基板に対
し、両配線基板の各接続パッドを位置決めして重ね、そ
の相互間の低融点ハンダを溶融して両接続パッド間をハ
ンダ付けする。これにより、セラミック基板の各パッド
の突起部は、パッド間を接合するハンダに鋳ぐるまれた
形で一体となって低融点ハンダの芯材となって存在す
る。そして、ハンダボールは、突起部とプリント基板の
パッドとの間に挟まれた状態で存在する。
【0011】その後、このようなBGA接合構造部分に
温度変化があると、両配線基板(材料)の熱膨張係数の
相違により、その主面に沿って作用するせん断力は、そ
の作用方向に低融点ハンダを介してこれと一体化された
突起部の側面にかかる。したがって、この突起部がない
場合において低融点ハンダの外周縁であってセラミック
基板側のパッドとの界面近傍で発生しがちであったクラ
ックの発生は有効に防止される。また、たとえこのよう
なクラックが発生してもその進展は突起部の側面で止ま
り、その反対側には進展しにくいから断線に至る危険が
少ない。なお、本発明においては突起部の数は1でも複
数でもよい。
温度変化があると、両配線基板(材料)の熱膨張係数の
相違により、その主面に沿って作用するせん断力は、そ
の作用方向に低融点ハンダを介してこれと一体化された
突起部の側面にかかる。したがって、この突起部がない
場合において低融点ハンダの外周縁であってセラミック
基板側のパッドとの界面近傍で発生しがちであったクラ
ックの発生は有効に防止される。また、たとえこのよう
なクラックが発生してもその進展は突起部の側面で止ま
り、その反対側には進展しにくいから断線に至る危険が
少ない。なお、本発明においては突起部の数は1でも複
数でもよい。
【0012】なお、セラミック製基板のパッド近傍のハ
ンダにクラックの発生がなくなれば、逆に樹脂製プリン
ト基板のパッド近傍でそれが発生する危険があるが、前
記したようにそのパッドは通常セラミック基板側のパッ
ドに比べて柔らかくて厚い銅であり、それ自体が変形し
て応力を吸収することができるので、クラックの発生に
至ることは少ない。もっとも、接合されるべき両配線基
板側のパッドで本発明を具体化すれば、さらに断線の危
険が防止され、信頼性の向上が図られる。
ンダにクラックの発生がなくなれば、逆に樹脂製プリン
ト基板のパッド近傍でそれが発生する危険があるが、前
記したようにそのパッドは通常セラミック基板側のパッ
ドに比べて柔らかくて厚い銅であり、それ自体が変形し
て応力を吸収することができるので、クラックの発生に
至ることは少ない。もっとも、接合されるべき両配線基
板側のパッドで本発明を具体化すれば、さらに断線の危
険が防止され、信頼性の向上が図られる。
【0013】前記突起部は、配線基板の種類、材質、平
面(主面)形状及びその大きさなどに応じて適宜の構
造、形状のものとすればよい。すなわち、突起部の平面
形状(横断面形状)、又は平面の大きさ(径)、高さ、
数、パッド上の位置などは、配線基板やそのパッド、或
いは突起部の材質に応じて適宜に設定すればよい。な
お、突起部の材質は、配線基板の材質などに応じて適宜
に設計すればよい。例えば、配線基板がセラミック製で
ある場合には、突起部全体をタングステン、モリブデン
等の金属で形成してもよい。パッド上に粘度を高くした
金属ペーストを用いて突起状に印刷し焼成することで突
起部を有するパッドとすることができる。また、表面に
金属層を備えたセラミックで形成してもよい。すなわ
ち、セラミック基板では、それが未焼成セラミックの段
階でセラミックからなる突起部を接着などにより形成
し、その表面にタングステンペーストを印刷ないし塗布
して同時焼成し、その後、ハンダ付け可能のメッキなど
の表面処理を施すことでも形成できる。そしてこの場合
には、突起部の形成、及びその表面のハンダ付け可能の
表面の形成を、従来のセラミック製のパッケージ用基板
の場合と略同様の工程で実現することができる。また、
樹脂製などの配線基板では、表面を含む突起部(全体)
をハンダ付け可能の金属で形成してもよい。すなわち、
例えば銅メッキでパッドを形成する際には、そのパッド
の形成後、再度銅メッキをかけることで突起部を形成で
きる。
面(主面)形状及びその大きさなどに応じて適宜の構
造、形状のものとすればよい。すなわち、突起部の平面
形状(横断面形状)、又は平面の大きさ(径)、高さ、
数、パッド上の位置などは、配線基板やそのパッド、或
いは突起部の材質に応じて適宜に設定すればよい。な
お、突起部の材質は、配線基板の材質などに応じて適宜
に設計すればよい。例えば、配線基板がセラミック製で
ある場合には、突起部全体をタングステン、モリブデン
等の金属で形成してもよい。パッド上に粘度を高くした
金属ペーストを用いて突起状に印刷し焼成することで突
起部を有するパッドとすることができる。また、表面に
金属層を備えたセラミックで形成してもよい。すなわ
ち、セラミック基板では、それが未焼成セラミックの段
階でセラミックからなる突起部を接着などにより形成
し、その表面にタングステンペーストを印刷ないし塗布
して同時焼成し、その後、ハンダ付け可能のメッキなど
の表面処理を施すことでも形成できる。そしてこの場合
には、突起部の形成、及びその表面のハンダ付け可能の
表面の形成を、従来のセラミック製のパッケージ用基板
の場合と略同様の工程で実現することができる。また、
樹脂製などの配線基板では、表面を含む突起部(全体)
をハンダ付け可能の金属で形成してもよい。すなわち、
例えば銅メッキでパッドを形成する際には、そのパッド
の形成後、再度銅メッキをかけることで突起部を形成で
きる。
【0014】さらに上記本発明に係る配線基板は、前記
のように接続パッドの表面に接続端子としてハンダ付け
可能の金属ボールが該金属ボールの融点より低融点のハ
ンダでハンダ付けされているもの、すなわち、プリント
基板等との接合時に、ハンダが全部とけて潰れないよう
に、低融点ハンダで高融点ハンダボールや銅ボールを融
着、接合した2層構造ものとしておいてもよい。もっと
も、このような金属ボールを用いることなく、前記接続
パッドの表面に接続端子としてハンダが略半球状ないし
略球状などに融着しておいてもよい。なお、ハンダは、
鉛−すずを主成分とする合金(Pb−Sn)などから適
宜のものを用いれば良く、また、低融点ハンダにはPb
成分比率が低いもの(Sn成分比率が高いもの)などか
ら適宜選択して用いればよい。
のように接続パッドの表面に接続端子としてハンダ付け
可能の金属ボールが該金属ボールの融点より低融点のハ
ンダでハンダ付けされているもの、すなわち、プリント
基板等との接合時に、ハンダが全部とけて潰れないよう
に、低融点ハンダで高融点ハンダボールや銅ボールを融
着、接合した2層構造ものとしておいてもよい。もっと
も、このような金属ボールを用いることなく、前記接続
パッドの表面に接続端子としてハンダが略半球状ないし
略球状などに融着しておいてもよい。なお、ハンダは、
鉛−すずを主成分とする合金(Pb−Sn)などから適
宜のものを用いれば良く、また、低融点ハンダにはPb
成分比率が低いもの(Sn成分比率が高いもの)などか
ら適宜選択して用いればよい。
【0015】なお、金属ボールを用いることなくハンダ
を融着する場合には、鉛成分比率の高い高融点ハンダを
用いるのが好ましい。ハンダは融点が高くなるほど、す
なわちPb成分の割合が高くなるほど、柔軟で展延性に
富むようになるとともに再結晶する温度が常温に近付
き、熱膨張係数の相違に起因する応力を吸収しやすく、
たとえクラックの発生があってもハンダが変形しやす
く、したがってその進展を防ぐことができるからであ
る。
を融着する場合には、鉛成分比率の高い高融点ハンダを
用いるのが好ましい。ハンダは融点が高くなるほど、す
なわちPb成分の割合が高くなるほど、柔軟で展延性に
富むようになるとともに再結晶する温度が常温に近付
き、熱膨張係数の相違に起因する応力を吸収しやすく、
たとえクラックの発生があってもハンダが変形しやす
く、したがってその進展を防ぐことができるからであ
る。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明に係る実施形態例につい
て、図1〜3を参照しながら詳細に説明する。図中、1
は、アルミナセラミック製のBGAパッケージ用基板で
あって、その一主面2には平面視略円形に形成され、表
面がハンダに濡れる金属からなるパッド3,3が縦横に
多数形成されており、本例では、その各パッド3ともに
縦断面視が凸形をなすようにその上面の略中央に所定高
さの円柱状(円板状)の突起部4が隆起状に形成されて
いる。因みに本例ではパッド3の直径D1が860μm
であり、その突起部4は直径D2が430μmで、高さ
Hが40〜49μmに設定されている。なお、本例の各
パッド3は基板1中の図示しない複数の内部回路配線に
各々接続されており、その突起部4を含むパッド3の全
表面にNiメッキ及びAuメッキが施されている。
て、図1〜3を参照しながら詳細に説明する。図中、1
は、アルミナセラミック製のBGAパッケージ用基板で
あって、その一主面2には平面視略円形に形成され、表
面がハンダに濡れる金属からなるパッド3,3が縦横に
多数形成されており、本例では、その各パッド3ともに
縦断面視が凸形をなすようにその上面の略中央に所定高
さの円柱状(円板状)の突起部4が隆起状に形成されて
いる。因みに本例ではパッド3の直径D1が860μm
であり、その突起部4は直径D2が430μmで、高さ
Hが40〜49μmに設定されている。なお、本例の各
パッド3は基板1中の図示しない複数の内部回路配線に
各々接続されており、その突起部4を含むパッド3の全
表面にNiメッキ及びAuメッキが施されている。
【0017】そして、図4に示されるように、このよう
なパッド3及び突起部4の表面のAuメッキ層の上には
低融点ハンダ(Pb−Sn共晶ハンダ)5を介して、そ
れより高融点のハンダからなるハンダボール6が低融点
ハンダ5にて融着(接着)され、図4,5に示したよう
に、それぞれ接続端子(バンプ)7を備えたセラミック
基板1をなすように形成されている。
なパッド3及び突起部4の表面のAuメッキ層の上には
低融点ハンダ(Pb−Sn共晶ハンダ)5を介して、そ
れより高融点のハンダからなるハンダボール6が低融点
ハンダ5にて融着(接着)され、図4,5に示したよう
に、それぞれ接続端子(バンプ)7を備えたセラミック
基板1をなすように形成されている。
【0018】しかして、このようなセラミック基板1
は、図5中、2点鎖線で示すようにその接続端子7の配
置に対応するように配置、形成された低融点ハンダ25
付き接続(銅製)パッド23を有する従来と同様のプリ
ント基板(例えばガラス−エポキシ樹脂製プリント基
板)21に対し、各パッド3,23が対面するようにし
て位置決めして重ね(図5,6参照)、低融点ハンダ
5,25を溶融する。すると図7に示したように、両接
続パッド3,23間が低融点ハンダ5,25及びハンダ
ボール6を介してハンダ付けされ、セラミック基板1の
パッド3の突起部4の上面4aとプリント基板21のパ
ッド23との間にハンダボール6が保持されるととも
に、突起部4が低融点ハンダ5で鋳ぐるまれたBGA接
合構造となる。
は、図5中、2点鎖線で示すようにその接続端子7の配
置に対応するように配置、形成された低融点ハンダ25
付き接続(銅製)パッド23を有する従来と同様のプリ
ント基板(例えばガラス−エポキシ樹脂製プリント基
板)21に対し、各パッド3,23が対面するようにし
て位置決めして重ね(図5,6参照)、低融点ハンダ
5,25を溶融する。すると図7に示したように、両接
続パッド3,23間が低融点ハンダ5,25及びハンダ
ボール6を介してハンダ付けされ、セラミック基板1の
パッド3の突起部4の上面4aとプリント基板21のパ
ッド23との間にハンダボール6が保持されるととも
に、突起部4が低融点ハンダ5で鋳ぐるまれたBGA接
合構造となる。
【0019】その後、この接続状態の下で温度変化を受
けると、両配線基板1,21の熱膨張係数の相違によ
り、同図中の矢印方向にその主面2に沿ってせん断応力
Sが作用する。一方、セラミック基板1のパッド3の上
面3aにはパッド3と一体となった突起部4が存在し、
これが低融点ハンダ5と一体となってその芯材をなして
いることから、そのせん断力Sは低融点ハンダ5を介し
てこの突起部4の側面4bにかかる。すなわち、せん断
力Sは低融点ハンダ5を介して突起部4でも受圧される
分、同図中、破線矢印で示した位置P、すなわちハンダ
5の外周縁であって突起部4の根元のパッド上面3aと
低融点ハンダ5との界面近傍に発生しようとするクラッ
クは、その発生及び進展が防止される。そして、図9に
示したように、例えその界面近傍を起点としてクラック
Kが発生したとしても、低融点ハンダ5中には突起部4
があることから、その進行は突起部4で遮られ、結果的
に断線に至ることが防止される。
けると、両配線基板1,21の熱膨張係数の相違によ
り、同図中の矢印方向にその主面2に沿ってせん断応力
Sが作用する。一方、セラミック基板1のパッド3の上
面3aにはパッド3と一体となった突起部4が存在し、
これが低融点ハンダ5と一体となってその芯材をなして
いることから、そのせん断力Sは低融点ハンダ5を介し
てこの突起部4の側面4bにかかる。すなわち、せん断
力Sは低融点ハンダ5を介して突起部4でも受圧される
分、同図中、破線矢印で示した位置P、すなわちハンダ
5の外周縁であって突起部4の根元のパッド上面3aと
低融点ハンダ5との界面近傍に発生しようとするクラッ
クは、その発生及び進展が防止される。そして、図9に
示したように、例えその界面近傍を起点としてクラック
Kが発生したとしても、低融点ハンダ5中には突起部4
があることから、その進行は突起部4で遮られ、結果的
に断線に至ることが防止される。
【0020】さて、次にこの様な配線基板1ないし接続
端子7の製法について図10を参照して説明する。ま
ず、アルミナを主成分とするセラミックグリーンシート
11を成形し(図10−A参照)、その所定位置に、す
なわち各接続パッドをなす位置にタングステン等の高融
点金属からなるメタライズペースト(パッドともいう)
13をパッド形状にあわせて印刷などにより塗布する
(図10−B参照)。そして、その各パッド13の上面
中央に、突起部4の高さを備えた円柱状(板状)の未焼
成セラミック体14を載置し(図10−C参照)、その
未焼成セラミック体14の上面及び側面に同様のメタラ
イズペースト14aを塗布し(図10−D参照)、乾燥
する。そして、これらを同時(一括)焼成する。する
と、表面がメタライズ層で被覆されたセラミックからな
る突起部が上面に隆起状に存在する接続パッド(群)1
3が一主面に存在するセラミック基板が形成される。
端子7の製法について図10を参照して説明する。ま
ず、アルミナを主成分とするセラミックグリーンシート
11を成形し(図10−A参照)、その所定位置に、す
なわち各接続パッドをなす位置にタングステン等の高融
点金属からなるメタライズペースト(パッドともいう)
13をパッド形状にあわせて印刷などにより塗布する
(図10−B参照)。そして、その各パッド13の上面
中央に、突起部4の高さを備えた円柱状(板状)の未焼
成セラミック体14を載置し(図10−C参照)、その
未焼成セラミック体14の上面及び側面に同様のメタラ
イズペースト14aを塗布し(図10−D参照)、乾燥
する。そして、これらを同時(一括)焼成する。する
と、表面がメタライズ層で被覆されたセラミックからな
る突起部が上面に隆起状に存在する接続パッド(群)1
3が一主面に存在するセラミック基板が形成される。
【0021】そして、その接続パッド13の表面に、N
iメッキ15及びAuメッキ16を施すことで、所望と
する接続パッド3が形成される(図10−E参照)。そ
して、その接続パッド3の表面に低融点ハンダペースト
15を印刷などにより塗布する(図10−F参照)。さ
らに、この上に高融点ハンダボールを載置し、例えば2
20℃に加熱して低融点ハンダ15のみをリフローして
高融点ハンダボールを接続パッドに融着すると、図4に
示したように、各接続パッド(以下、単にパッドともい
う)3上に同ボール6が融着された接続端子7を備えた
配線基板1となるのである。
iメッキ15及びAuメッキ16を施すことで、所望と
する接続パッド3が形成される(図10−E参照)。そ
して、その接続パッド3の表面に低融点ハンダペースト
15を印刷などにより塗布する(図10−F参照)。さ
らに、この上に高融点ハンダボールを載置し、例えば2
20℃に加熱して低融点ハンダ15のみをリフローして
高融点ハンダボールを接続パッドに融着すると、図4に
示したように、各接続パッド(以下、単にパッドともい
う)3上に同ボール6が融着された接続端子7を備えた
配線基板1となるのである。
【0022】前例では従来のプリント基板21に本発明
に係る配線(セラミック)基板1を搭載した場合でその
作用等を説明したが、このようなプリント基板21にも
本発明を具体化することができる。そして、そのような
プリント基板21に前例のセラミック基板1を搭載、接
続した場合には、両配線基板1,21のパッド相互間を
接続する低融点ハンダ5,25におけるクラックの発
生、進展がさらに有効に防止される。
に係る配線(セラミック)基板1を搭載した場合でその
作用等を説明したが、このようなプリント基板21にも
本発明を具体化することができる。そして、そのような
プリント基板21に前例のセラミック基板1を搭載、接
続した場合には、両配線基板1,21のパッド相互間を
接続する低融点ハンダ5,25におけるクラックの発
生、進展がさらに有効に防止される。
【0023】なお、ガラス−エポキシ樹脂等からなるプ
リント基板の接続パッドに、本発明にかかる突起部を具
体化するためには、例えばそのパッドを銅メッキで形成
する場合には図11に示したように、基板21に各パッ
ドの平面形状をなすように一定厚さで銅メッキをしてパ
ッド平坦部23を形成し、その上に、突起部位に再度メ
ッキすることで突起部24が形成できる。因みに、その
形成方法を例示すれば次のようである。すなわち、その
基板21の主面22に、一定厚さで銅メッキをしてパッ
ド平坦部23を形成する。そして、メッキレジストを塗
布して、その突起部位を例えば円形に露光・現像して再
度、銅メッキをする。これにより、そのメッキ厚さを高
さとする突起部24を形成することができる。かくて
は、レジストを除去することで、ハンダ濡れ性のある接
続パッド(群)23にハンダ濡れ性のある突起部24を
有するプリント基板21が形成される。以後は、その表
面にNiメッキ、Auメッキをかければ所望とする接続
パッドが形成される。そして、このパッドに、低融点ハ
ンダペーストを印刷してリフローすれば接続端子とな
る。なお、樹脂製パッケージ用基板の場合でもこれと同
様の構造として具体化できる。
リント基板の接続パッドに、本発明にかかる突起部を具
体化するためには、例えばそのパッドを銅メッキで形成
する場合には図11に示したように、基板21に各パッ
ドの平面形状をなすように一定厚さで銅メッキをしてパ
ッド平坦部23を形成し、その上に、突起部位に再度メ
ッキすることで突起部24が形成できる。因みに、その
形成方法を例示すれば次のようである。すなわち、その
基板21の主面22に、一定厚さで銅メッキをしてパッ
ド平坦部23を形成する。そして、メッキレジストを塗
布して、その突起部位を例えば円形に露光・現像して再
度、銅メッキをする。これにより、そのメッキ厚さを高
さとする突起部24を形成することができる。かくて
は、レジストを除去することで、ハンダ濡れ性のある接
続パッド(群)23にハンダ濡れ性のある突起部24を
有するプリント基板21が形成される。以後は、その表
面にNiメッキ、Auメッキをかければ所望とする接続
パッドが形成される。そして、このパッドに、低融点ハ
ンダペーストを印刷してリフローすれば接続端子とな
る。なお、樹脂製パッケージ用基板の場合でもこれと同
様の構造として具体化できる。
【0024】前記の接続パッドでは、ハンダバンプとし
て高融点ハンダボールを用い、これを低融点ハンダでハ
ンダ付けした場合を説明したが、金属ボールを用いる場
合には、ハンダボールに代えてCuボールを用いてもよ
い。Cuボールを用いる場合にはハンダの濡れ性を高め
るためその表面に低融点ハンダをコーティングするとよ
い。
て高融点ハンダボールを用い、これを低融点ハンダでハ
ンダ付けした場合を説明したが、金属ボールを用いる場
合には、ハンダボールに代えてCuボールを用いてもよ
い。Cuボールを用いる場合にはハンダの濡れ性を高め
るためその表面に低融点ハンダをコーティングするとよ
い。
【0025】もっとも、本発明では、接続パッドにこの
ような金属ボールを用いることなく、一種類のハンダの
みを略半球状乃至略球状に形成したものとしておいても
よい。例えば、低融点ハンダを用いることなく高融点ハ
ンダのみを印刷法やメッキ法により略半球状ないし略球
状に搭載(融着、形成)してもよい。ただし、このよう
に、金属ボールを用いることなく接続パッドの表面に接
続端子(ハンダバンプ)を形成する場合には、パッド間
の接合時に別の間隙保持手段を用いることになる。
ような金属ボールを用いることなく、一種類のハンダの
みを略半球状乃至略球状に形成したものとしておいても
よい。例えば、低融点ハンダを用いることなく高融点ハ
ンダのみを印刷法やメッキ法により略半球状ないし略球
状に搭載(融着、形成)してもよい。ただし、このよう
に、金属ボールを用いることなく接続パッドの表面に接
続端子(ハンダバンプ)を形成する場合には、パッド間
の接合時に別の間隙保持手段を用いることになる。
【0026】なお、上記において突起部は、円柱(円
板)形としたが、その形は四角などの角柱状(角板
状)、或いは円筒状(リング状)などの筒状としても具
体化できる。また、突起部は一としたが、接続パッドの
上面でその外周縁より内側にあり、ハンダ付け可能な表
面からなるものであれば、その数、平面的配列、立体的
配列、組合わせは、配線基板に応じて適宜に設計すれば
よい。また、突起部の高さは、大きめに設定するのが好
ましいが、一般的には、30〜100μmの範囲が適切
である。さらに、突起部の配置は1つの場合には中央に
設けるのが適切であるが、その平面的大きさは、パッド
の平面寸法(直径)発生するせん断応力等を考慮して適
宜に設計すればよい。
板)形としたが、その形は四角などの角柱状(角板
状)、或いは円筒状(リング状)などの筒状としても具
体化できる。また、突起部は一としたが、接続パッドの
上面でその外周縁より内側にあり、ハンダ付け可能な表
面からなるものであれば、その数、平面的配列、立体的
配列、組合わせは、配線基板に応じて適宜に設計すれば
よい。また、突起部の高さは、大きめに設定するのが好
ましいが、一般的には、30〜100μmの範囲が適切
である。さらに、突起部の配置は1つの場合には中央に
設けるのが適切であるが、その平面的大きさは、パッド
の平面寸法(直径)発生するせん断応力等を考慮して適
宜に設計すればよい。
【0027】図12は、突起部34が平面視、リング状
若しくは円筒状で、パッド33の上面中央にて隆起状に
形成されてなるものを示す。また、図13は、各パッド
43部の上面中央において突起部44が四角柱状に形成
されてなるものを示す。そして図14は、各パッド53
の上面に突起部54を複数設けた場合を例示したもの
で、各突起部54は円柱状をなし等角度間隔で4か所配
置されている。いずれも、突起部はハンダ付け後には芯
材となってハンダと一体となることから、その突起部が
ハンダを介してせん断力を受けるから、その分、クラッ
クが発生しにくくなる。たとえクラックが発生したとし
ても、その進展は突起部で止められる。
若しくは円筒状で、パッド33の上面中央にて隆起状に
形成されてなるものを示す。また、図13は、各パッド
43部の上面中央において突起部44が四角柱状に形成
されてなるものを示す。そして図14は、各パッド53
の上面に突起部54を複数設けた場合を例示したもの
で、各突起部54は円柱状をなし等角度間隔で4か所配
置されている。いずれも、突起部はハンダ付け後には芯
材となってハンダと一体となることから、その突起部が
ハンダを介してせん断力を受けるから、その分、クラッ
クが発生しにくくなる。たとえクラックが発生したとし
ても、その進展は突起部で止められる。
【0028】上記においては、セラミック製パッケージ
用基板又は樹脂製プリント基板にて具体化した場合を説
明したが、本発明はこのような配線基板の種類や材質の
ものに限定されるものではなく、BGA接合される配線
基板であれば、互いに熱膨張係数の大きく相違する各種
のものに広く適用できる。
用基板又は樹脂製プリント基板にて具体化した場合を説
明したが、本発明はこのような配線基板の種類や材質の
ものに限定されるものではなく、BGA接合される配線
基板であれば、互いに熱膨張係数の大きく相違する各種
のものに広く適用できる。
【0029】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る配線基板を用いて配線基板同士をBGA接合した
場合には、本発明に係る配線基板のパッド上には突起部
がパッド間を接合するハンダに鋳ぐるまれた形で一体と
なって存在し、低融点ハンダの芯材となることから、温
度変化により配線基板の接続パッド間のハンダに作用す
るその基板の主面方向のせん断応力は、ハンダを介して
この突起部の側面にかかる。したがって、ハンダの外周
縁であって、本発明に係る配線基板側のパッドとの界面
近傍のハンダに発生しようとするクラックの発生が防止
される。また、たとえこのようなクラックが発生しても
その進展は突起部の側面で止まるので断線に至る危険が
少ない。このように、本発明に係る配線基板によれば、
信頼性の高いBGA接合を得ることができる。
に係る配線基板を用いて配線基板同士をBGA接合した
場合には、本発明に係る配線基板のパッド上には突起部
がパッド間を接合するハンダに鋳ぐるまれた形で一体と
なって存在し、低融点ハンダの芯材となることから、温
度変化により配線基板の接続パッド間のハンダに作用す
るその基板の主面方向のせん断応力は、ハンダを介して
この突起部の側面にかかる。したがって、ハンダの外周
縁であって、本発明に係る配線基板側のパッドとの界面
近傍のハンダに発生しようとするクラックの発生が防止
される。また、たとえこのようなクラックが発生しても
その進展は突起部の側面で止まるので断線に至る危険が
少ない。このように、本発明に係る配線基板によれば、
信頼性の高いBGA接合を得ることができる。
【図1】本発明に係るBGAパッケージ用基板の実施形
態の概略構成正面図。
態の概略構成正面図。
【図2】図1の接続パッドを説明する拡大図。
【図3】図2の平面図。
【図4】図2の接続パッドに低融点ハンダを介してハン
ダボールを融着した図。
ダボールを融着した図。
【図5】接続パッドにハンダボールが融着されたBGA
パッケージ用基板の概略構成正面図。
パッケージ用基板の概略構成正面図。
【図6】BGAパッケージ用基板をプリント基板に重ね
合わせた際における両配線基板の接続端子部分の部分断
面拡大図。
合わせた際における両配線基板の接続端子部分の部分断
面拡大図。
【図7】図6においてハンダ付けした図。
【図8】図7におけるX−X断面図。
【図9】クラックが発生後しその進展が止まる状態の説
明用断面図。
明用断面図。
【図10】配線基板ないし接続パッドの製造工程図。
【図11】プリント基板における接続パッドの拡大正面
図。
図。
【図12】突起部の別例を示す斜視図。
【図13】突起部の別例を示す斜視図。
【図14】突起部の別例を示す斜視図。
【図15】従来のBGA配線基板の接続端子を説明する
図。
図。
【図16】従来のBGA配線基板をプリント基板に重ね
て接続端子をBGA接合した状態の説明用断面図。
て接続端子をBGA接合した状態の説明用断面図。
【図17】図16において温度変化により両配線基板の
伸縮で、ハンダにクラックが生じる状態の説明用断面
図。
伸縮で、ハンダにクラックが生じる状態の説明用断面
図。
【図18】図17の部分拡大図。
1 セラミック基板 2 セラミック基板の主面 3 セラミック基板の接続パッド 4 セラミック基板の接続パッドの突起部 5 低融点ハンダ 6 ハンダボール 7 接続端子 21 プリント基板 22 プリント基板の主面 23 プリント基板の接続パッド 24 プリント基板の接続パッドの突起部 33,43,53 配線基板の接続パッド 34,44,54 配線基板の接続パッドの突起部
Claims (5)
- 【請求項1】 主面にハンダ付け可能な表面からなる接
続端子用の接続パッドを複数有する配線基板であって、
その接続パッドの上面にはその外周縁より内側に、ハン
ダ付け可能な表面からなる一又は複数の突起部が形成さ
れていることを特徴とする配線基板。 - 【請求項2】 前記突起部が、表面に金属層を備えたセ
ラミックからなる請求項1記載の配線基板。 - 【請求項3】 前記突起部が、金属からなる請求項1記
載の配線基板。 - 【請求項4】 前記接続パッドの表面に、接続端子とし
てハンダ付け可能の金属ボールが該金属ボールの融点よ
り低融点のハンダで融着されている請求項1、2又は3
記載の配線基板。 - 【請求項5】 前記接続パッドの表面に、接続端子とし
てハンダが融着されている請求項1、2又は3記載の配
線基板。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8303967A JPH10135613A (ja) | 1996-10-28 | 1996-10-28 | 配線基板 |
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