JPH1032280A - Ｂｇａ半導体パッケージのソルダボールランドメタル構造 - Google Patents

Ｂｇａ半導体パッケージのソルダボールランドメタル構造

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ランドメタルの表面とソルダボールの接着面
積を最大化し得るようランドメタルの構造を改善して、
ソルダボールが分離又は離脱されないようにするＢＧＡ
半導体パッケージのソルダボールランドメタル構造を提
供することである。 【解決手段】 ＳＭＤ型ランドメタル構造では、ランド
メタル表面の中央又は外郭に多様な形状及び位置に、Ｂ
Ｔ基板を全く貫通させるか又は半分にだけ貫通させた多
数のエッチングホールを形成し、ＮＳＭＤ型ランドメタ
ルの構造では、既存のランドメタル周辺部に鋸の歯形状
のランドメタルをさらに形成してソルダマスクとＢＴ基
板間に介在させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＢＧＡ（Ball Grid
Array)半導体パッケージのソルダボールメタル（Solder
Ball Land Metal；以下“ランドメタル”という）構造
に関するもので、より詳しくはＢＧＡ半導体パッケージ
において、ソルダボールが融着（Reflow）されるランド
メタルに化学的エッチングを実施するか又はランドメタ
ルの形状を鋸の歯形状に製造して、それに融着されるソ
ルダボールの接着面積を最大に確保することにより、ソ
ルダボールがランドメタルから易しく分離及び離脱され
ないようにしたランドメタルの構造に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体チップの高集積化技術により、同
大きさの半導体チップにもより多い回路の配置が可能に
なり半導体チップの大きさも大きくなって、より多い入
／出力信号を半導体チップが受容することにより、半導
体パッケージ分野では受容可能な入／出力ピンの数を増
加させて実装密度を高めたＢＧＡ半導体パッケージを開
発することになった。前記ＢＧＡ半導体パッケージは、
その入／出力手段として半導体パッケージの一面全体に
融着されたソルダボールを使用することにより、従来よ
り多数の入／出力信号を受容し得ることになり、その大
きさも半導体チップの大きさに近似して次世代半導体パ
ッケージとして脚光を浴びている。このようなＢＧＡ半
導体パッケージの一般の構造とソルダボールの融着構造
を添付図面を参照して説明すると次のようである。
【０００３】一般に、ＢＧＡ半導体パッケージの構造
は、図１に示すように、ＢＴエポキシ樹脂（Bismaleimi
de Triazine Epoxy Resin)種類の基板３００の中央上面
に半導体チップ４００がエポキシ５００で接着されてお
り、前記半導体チップの入／出力パッド４１０はＢＴ基
板３００の上面外郭に形成されたメタルトレース（Meta
l Trace)１４０とワイヤー６００で連結されており、前
記メタルトレース１４０の表面にはソルダマスク２００
が形成されて、メタルトレース１４０で形成された回路
パターンを保護する。前記ＢＴ基板３００の底面にもメ
タルトレース１４０とソルダマスク２００が順次積層さ
れており、前記メタルトレース１４０にはランドメタル
１００が連結されており、前記ランドメタル１００には
ソルダボール１５０が融着されている。前記メタルトレ
ース１４０とランドメタル１００の表面には凹溝部を備
えるソルダマスク２００が形成されて、前記メタルトレ
ース１４０の回路パターンを保護する。一方、ＢＴ基板
３００の上面と底面に形成されたメタルトレース１４０
は相互連結されており（図面に図示せず）、前記半導体
チップ４００、ワイヤー６００等を外部環境から保護す
るため、封止材７００を用いてＢＴ基板３００の上面を
モルディングした構造（One Side Molding）を取る。
【０００４】このようなＢＧＡ半導体パッケージにおい
て、ソルダボール１５０が融着される領域をランドメタ
ル１００といい、その構造は、図２Ａ乃至図２Ｃに示す
ように、ソルダマスク限定型（Solder Mask Defined Ty
pe；以下“ＳＭＤ型”という）とソルダマスク非限定型
（Non-Solder Mask Defined Type；以下“ＮＳＭＤ型”
という）に大きく分けられる。図２Ａ乃至前記２Ｃを参
照して従来のランドメタル１００にソルダボール１５０
が融着される構造を説明すると次のようである。
【０００５】図２ＡはＳＭＤ型ランドメタル１００の平
面図で、ソルダボール１５０が融着される前のものを示
す。メタルトレース１４０とこれに連結されたランドメ
タル１００の外郭部をソルダマスク２００が覆ってい
る。これを図２Ｂの断面図を参照して説明すると、ＢＴ
基板３００上に銅（Ｃｕ）材質のランドメタル１００が
形成され、前記ランドメタル１００の表面にはニッケル
（Ｎｉ）１１０と金（Ａｕ）１２０が順次鍍金され、前
記ランドメタル１００の外郭部がＢＴ基板３００とソル
ダマスク２００間に介在された形状になっている。
【０００６】前記鍍金されたランドメタル１００の表面
には、後に高温の炉内でソルダボール１５０が融着され
る。ここで、前記ランドメタル１００の表面に鍍金を行
う理由は、ソルダボール１５０がランドメタル１００の
表面に容易に融着されるようにするためである。即ち、
前記ランドメタル１００の表面に鍍金された金１２０
は、ソルダボール１５０がランドメタル１００の表面に
融着される時、前記金１２０がソルダボール１５０とと
もに溶融混合されることにより、前記ソルダボール１５
０がニッケル１１０の表面に融着される。
【０００７】図２ＣはＮＳＭＤ型ランドメタル１００の
平面図で、メタルトレース１４０に連結されたランドメ
タル１００がソルダマスク２００の凹溝部２１０内に全
部露出された形態を取る。図２Ｄの断面図を参照する
と、ランドメタル１００がＢＴ基板３００の表面とソル
ダマスク２００の凹溝部の内側に形成され、前記ランド
メタル１００の表面はニッケル１１０と金１２０が順次
鍍金されている。又、高温の炉内で、前記ランドメタル
１００の表面にソルダボール１５０が融着され、この時
にも前述したようにソルダボール１５０はランドメタル
１００の表面の金と混合されながらニッケル１１０と融
着される。
【０００８】これまで、ソルダボールが融着されるラン
ドメタルの構造を大きくＳＭＤ型とＮＳＭＤ型に分けて
みたが、ＳＭＤ型及びＮＳＭＤ型ランドメタルのどんな
構造であっても、ランドメタルの表面にソルダボールを
融着させる時、常に克服すべきである問題があった。即
ち、前記ランドメタルに融着されたソルダボールが後に
ランドメタルから分離又は離脱されないようにすること
に技術力を集中したものである。その理由は、ＢＧＡ半
導体パッケージにおけるソルダボールの役割は半導体チ
ップとマザーボード（Mother Board）間の入／出力信号
を相互交換させる媒介体の役割であるため、ランドメタ
ルからソルダボールが分離されるか離脱されるとＢＧＡ
半導体パッケージの機能は全く喪失され、よって前記分
離又は離脱現象がＢＧＡ半導体パッケージの信頼性を大
きく低下させるためである。従来には、このような分離
又は離脱現象を減らし、ランドメタルの表面にソルダボ
ールを容易に融着させるため、前記ランドメタルの偏平
で滑らかな表面にニッケルと金の順に鍍金を実施した。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記二
層の鍍金膜はソルダボールが容易に融着される構造は提
供したが、ランドメタルからソルダボールが分離される
か離脱される現象も全く解消し得なかった。
【００１０】前記ランドメタルにおいて、ソルダボール
の分離又は離脱現象をＳＭＤ型とＮＳＭＤ型に分けて詳
細に説明すると、ＳＭＤ型ランドメタルではソルダボー
ルとニッケル鍍金層上に形成されたニッケルとの混合層
でソルダボールが易しく分離又は離脱される現象が発生
し、ＮＳＭＤ型ランドメタルの構造ではソルダボールラ
ンドメタルとがともにＢＴ基板表面から易しく分離又は
離脱される現象が発生した。
【００１１】従って、本発明は前記問題点を解決するた
めに案出したもので、その目的は、ＳＭＤ型又はＮＳＭ
Ｄ型ランドメタル構造において、前記ランドメタルの表
面とソルダボールの接着面積を最大化し得るようランド
メタルの構造を改善して、ソルダボールが分離又は離脱
されないようにするランドメタル構造を提供することに
ある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するため、半導体チップと、前記半導体チップの底面に
接着剤で接着されたＢＴ基板と、前記ＢＴ基板の上面外
郭に形成されたメタルトレース及びソルダマスクと、前
記メタルトレースと半導体チップの入／出力パッドとを
連結するワイヤーと、前記ＢＴ基板の底面に形成された
メタルトレースと、前記メタルトレースに連結されたラ
ンドメタルと、前記ランドメタルに融着されたソルダボ
ールと、前記メタルトレースの表面に形成されたソルダ
マスクとからなるＢＧＡ半導体パッケージにおいて、前
記ランドメタル表面の中央又は外郭に、ソルダボールと
の接着面積を広げるため、少なくとも一つ以上のエッチ
ングホールが形成されることを特徴とする。
【００１３】又、前記ホールは化学反応によるエッチン
グにより形成されることを特徴とする請求項１記載のＢ
ＧＡ半導体パッケージのソルダボールランドメタル構
造。
【００１４】又、前記ホールはランドメタルの表面中央
に円形、四角形、又は十字形に形成されることを特徴と
する請求項１記載のＢＧＡ半導体パッケージのソルダボ
ールランドメタル構造。
【００１５】又、前記ホールはランドメタルの表面中央
からＢＴ基板の表面まで貫通形成されることを特徴とす
る請求項１、２又は３記載のＢＧＡ半導体パッケージの
ソルダボールランドメタル構造。
【００１６】又、前記ホールはランドメタルの表面中央
から半分程度にだけ貫通形成されることを特徴とする請
求項１、２又は３記載のＢＧＡ半導体パッケージのソル
ダボールランドメタル構造。
【００１７】又、前記ホールはランドメタルの表面外郭
に一字形、半月形又は三角形に形成されることを特徴と
する請求項１記載のＢＧＡ半導体パッケージのソルダボ
ールランドメタル構造。
【００１８】又、前記ホールはランドメタルの表面外郭
からＢＴ基板の表面まで貫通形成されることを特徴とす
る請求項１又は６記載のＢＧＡ半導体パッケージのソル
ダボールランドメタル構造。
【００１９】又、前記ホールはランドメタルの表面外郭
から半分程度にだけ貫通形成されることを特徴とする請
求項１又は６記載のＢＧＡ半導体パッケージのソルダボ
ールランドメタル構造。
【００２０】又、前記ホールはランドメタルの表面中央
と外郭の両者に形成されることを特徴とする請求項１記
載のＢＧＡ半導体パッケージのソルダボールランドメタ
ル構造。
【００２１】又、前記ホールはランドメタルの表面中央
と外郭からＢＴ基板の表面まで貫通形成されることを特
徴とする請求項１又は９記載のＢＧＡ半導体パッケージ
のソルダボールランドメタル構造。
【００２２】又、前記ホールはランドメタルの表面中央
と外郭から半分程度にだけ貫通形成されることを特徴と
する請求項１又は９記載のＢＧＡ半導体パッケージのソ
ルダボールランドメタル構造。
【００２３】又、前記ランドメタルはその周辺部に鋸の
歯形状のランドメタルがさらに形成されて、ＢＴ基板と
ソルダマスク間に前記鋸の歯形状のランドメタルが介在
されるようにすることを特徴とする請求項１記載のＢＧ
Ａ半導体パッケージのソルダボールランドメタル構造。
【００２４】又、前記ランドメタルの表面にはニッケル
（Ｎｉ）と金（Ａｕ）が鍍金されることを特徴とする請
求項１記載のＢＧＡ半導体パッケージのソルダボールラ
ンドメタル構造。又、
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を添付図面
を参照して説明する。図３Ａ乃至図３Ｅは本発明の第１
実施例を示すもので、ＳＭＤ型ランドメタル表面１００
の中央付近にエッチングホール１６０を色々の形状に形
成したものを示すものである。
【００２６】前記エッチングホール１６０は、図３Ａ乃
至図３Ｃに示すように、ＳＭＤ型ランドメタル１００の
表面の中央付近に単一の四角形、円形、又は十字形等に
形成し、その深さは、図３Ａ乃至図３ＣのＢ−Ｂ’線に
ついての断面図である図３Ｄ及び図３Ｅに示すように、
ランドメタル１００の表面中央からＢＴ基板３００の表
面までランドメタル１００を貫通させて形成するか、又
はランドメタル１００の半分にだけ形成した後、ニッケ
ル１１０と金１２０を順次鍍金する。
【００２７】このような構造のエッチングホール１６０
は後に融着されるソルダボールとの接触面積を広げると
ともに、ソルダボール１５０が前記ランドメタル１００
に融着された後、ソルダボール１５０が分離又は離脱さ
れないようにするロッキングホール（Locking Hole）の
役割も兼ねることにより、本発明の目的を達成するもの
である。
【００２８】図４Ａ乃至図４Ｅは本発明の第２実施例を
示すもので、ＳＭＤ型ランドメタル１００の表面の中央
付近を除外した外郭部分に多数のエッチングホール１６
０を色々の形状に形成したものを示す。前記エッチング
ホール１６０は、図４Ａ乃至図４Ｃに示すように、ＳＭ
Ｄ型ランドメタル１００の中央部を除外した外郭部分に
長細い一字形に相互対称に形成するか、又は半月形又は
三角形等に相互対称に形成することができ、その深さ
は、図４Ａ乃至図４Ｃの線Ｃ−Ｃ’についての断面図で
ある図４Ｄと図４Ｅに示すように、ＢＴ基板３００の表
面までランドメタル１００を貫通させて形成するか、又
はランドメタル１００の半分程度にだけ形成した後、ニ
ッケル１１０と金１２０を順次鍍金する。
【００２９】図４Ａ乃至図４Ｃに示すように、前記ラン
ドメタル１００の外郭部にエッチングホール１６０を多
数形成することにより、本発明の第１実施例に示したソ
ルダボールとの接着面積より大きい面積を確保し、又、
後に融着されたソルダボール１５０がソルダマスク２０
０の凹溝部内でロッキングホールの役割も十分に兼ねる
ことにより、前記ランドメタル１００に融着されたソル
ダボールは離脱又は分離現象が減少することが分かる。
【００３０】一方、図５Ａ乃至図５Ｅは本発明の第３実
施例を示すもので、ＳＭＤ型ランドメタル１００の表面
の中央付近と外郭付近に多数のエッチングホール１６０
を色々の形状に形成したものを示す。図５Ａ乃至図５Ｃ
に示すように、ＳＭＤ型ランドメタル１００の表面上に
エッチングホール１６０を少なくとも一つ以上形成する
ことができ、その位置はランドメタル１００の中央付近
に形成させるかランドメタル１００の中央と外郭にとも
に形成することもできる。
【００３１】又、図５Ａ乃至図５Ｃの線Ｄ−Ｄ’につい
ての断面図である図５Ｄ及び図５Ｅに示すように、その
深さは、ランドメタル１００の表面中央又は外郭からＢ
Ｔ基板３００の表面まで形成するか、ランドメタル１０
０の半分程度にだけ形成した後、ニッケル１１０と金１
２０を順次鍍金することができる。このようにランドメ
タル１００の中央だけでなく外郭部分にも同時に多数の
エッチングホール１６０を形成することにより、ソルダ
ボール１５０がＳＭＤ型ランドメタル１００の表面に融
着される時、最大接着面積を確保することができ、かつ
ロッキングホールも多数形成されるので、第１、第２実
施例よりも好ましい実施例であるといえる。
【００３２】図６Ａ及び図６Ｂは本発明による第４実施
例を示すもので、ソルダマスク２００の凹溝部２１０に
位置するＮＳＭＤ型ランドメタル１００の構造を示す。
図６Ａに示すように、従来のランドメタル１００の周辺
部に鋸の歯形状のランドメタル１００をさらに形成した
ことが特徴である。又、図６Ａの線Ｅ−Ｅ’についての
断面図である図６Ｂに示すように、鋸の歯形状のランド
メタル１００部分はソルダマスク２００とＢＴ基板３０
０間に介在されていることが分かる。このような構造で
は、ソルダボール１５０が前記鋸の歯形状部分にも融着
されるので、従来のようにソルダボール１５０とランド
メタル１００が同時にＢＴ基板３００から離脱又は分離
される現象を無くし得るものである。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ＳＭＤ
型ランドメタルの構造においては、ソルダボールが融着
される時、その接着面積をできるだけ大きくするため、
かつソルダボールが融着された後にはソルダボールを固
定させるロッキングホールとなるようにするため、ラン
ドメタル表面の中央又は外郭に多様な形状及び数に、Ｂ
Ｔ基板表面までランドメタルを完全に貫通するか又は半
分程度にだけ貫通させた多数のエッチングホールを形成
することにより、前記ソルダボールがランドメタルから
分離又は離脱されないようにする一方、ＮＳＭＤ型ラン
ドメタルの構造においては、既存のランドメタルの周辺
部に鋸の歯形状のランドメタルをさらに形成して、前記
ランドメタルの鋸の歯形状がソルダマスクとＢＴ基板間
に介在させることにより、融着されたソルダボールがラ
ンドメタルとともにＢＴ基板から分離又は離脱されない
ようにした。このようにランドメタル又はＢＴ基板とソ
ルダボールの分離又は離脱現象を減少させることによ
り、ソルダボールを入／出力端子として使用するＢＧＡ
半導体パッケージの信頼性を大きく向上させることがで
きるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の一般のＢＧＡ半導体パッケージの断面図
である。
【図２】（Ａ）〜（Ｄ）は、従来のソルダボールランド
メタルを示す平面図及び断面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｅ）は本発明の第１実施例によるソ
ルダボールランドメタルの構造を示す平面図及び断面図
である。
【図４】（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の第２実施例による
ソルダボールランドメタルの構造を示す平面図及び断面
図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の第３実施例による
ソルダボールランドメタルの構造を示す平面図及び断面
図である。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の第４実施例による
ソルダボールメタルの構造を示す平面図及び断面図であ
る。
【符号の説明】
１００ ランドメタル １１０ ニッケル（Ｎｉ） １２０ 金（Ａｕ） １４０ メタルトレース １５０ ソルダボール １６０ エッチングホール ２００ ソルダマスク ２１０ 凹溝部 ３００ ＢＴ基板 ４００ 半導体チップ ４１０ 入／出力パッド ５００ エポキシ ６００ ワイヤー ７００ 封止材

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体チップと、前記半導体チップの底
    面に接着剤で接着されたＢＴ基板と、前記ＢＴ基板の上
    面外郭に形成されたメタルトレース及びソルダマスク
    と、前記メタルトレースと半導体チップの入／出力パッ
    ドとを連結するワイヤーと、前記ＢＴ基板の底面に形成
    されたメタルトレースと、前記メタルトレースに連結さ
    れたランドメタルと、前記ランドメタルに融着されたソ
    ルダボールと、前記メタルトレースの表面に形成された
    ソルダマスクとからなるＢＧＡ半導体パッケージにおい
    て、 前記ランドメタル表面の中央又は外郭に、ソルダボール
    との接着面積を広げるため、少なくとも一つ以上のエッ
    チングホールが形成されることを特徴とするＢＧＡ半導
    体パッケージのソルダボールランドメタル構造。
  2. 【請求項２】 前記ホールは化学反応によるエッチング
    により形成されることを特徴とする請求項１記載のＢＧ
    Ａ半導体パッケージのソルダボールランドメタル構造。
  3. 【請求項３】 前記ホールはランドメタルの表面中央に
    円形、四角形、又は十字形に形成されることを特徴とす
    る請求項１記載のＢＧＡ半導体パッケージのソルダボー
    ルランドメタル構造。
  4. 【請求項４】 前記ホールはランドメタルの表面中央か
    らＢＴ基板の表面まで貫通形成されることを特徴とする
    請求項１、２又は３記載のＢＧＡ半導体パッケージのソ
    ルダボールランドメタル構造。
  5. 【請求項５】 前記ホールはランドメタルの表面中央か
    ら半分程度にだけ貫通形成されることを特徴とする請求
    項１、２又は３記載のＢＧＡ半導体パッケージのソルダ
    ボールランドメタル構造。
  6. 【請求項６】 前記ホールはランドメタルの表面外郭に
    一字形、半月形又は三角形に形成されることを特徴とす
    る請求項１記載のＢＧＡ半導体パッケージのソルダボー
    ルランドメタル構造。
  7. 【請求項７】 前記ホールはランドメタルの表面外郭か
    らＢＴ基板の表面まで貫通形成されることを特徴とする
    請求項１又は６記載のＢＧＡ半導体パッケージのソルダ
    ボールランドメタル構造。
  8. 【請求項８】 前記ホールはランドメタルの表面外郭か
    ら半分程度にだけ貫通形成されることを特徴とする請求
    項１又は６記載のＢＧＡ半導体パッケージのソルダボー
    ルランドメタル構造。
  9. 【請求項９】 前記ホールはランドメタルの表面中央と
    外郭の両者に形成されることを特徴とする請求項１記載
    のＢＧＡ半導体パッケージのソルダボールランドメタル
    構造。
  10. 【請求項１０】 前記ホールはランドメタルの表面中央
    と外郭からＢＴ基板の表面まで貫通形成されることを特
    徴とする請求項１又は９記載のＢＧＡ半導体パッケージ
    のソルダボールランドメタル構造。
  11. 【請求項１１】 前記ホールはランドメタルの表面中央
    と外郭から半分程度にだけ貫通形成されることを特徴と
    する請求項１又は９記載のＢＧＡ半導体パッケージのソ
    ルダボールランドメタル構造。
  12. 【請求項１２】 前記ランドメタルはその周辺部に鋸の
    歯形状のランドメタルがさらに形成されて、ＢＴ基板と
    ソルダマスク間に前記鋸の歯形状のランドメタルが介在
    されるようにすることを特徴とする請求項１記載のＢＧ
    Ａ半導体パッケージのソルダボールランドメタル構造。
  13. 【請求項１３】 前記ランドメタルの表面にはニッケル
    （Ｎｉ）と金（Ａｕ）が鍍金されることを特徴とする請
    求項１記載のＢＧＡ半導体パッケージのソルダボールラ
    ンドメタル構造。
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