JPH11145198A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH11145198A
JPH11145198A JP9307118A JP30711897A JPH11145198A JP H11145198 A JPH11145198 A JP H11145198A JP 9307118 A JP9307118 A JP 9307118A JP 30711897 A JP30711897 A JP 30711897A JP H11145198 A JPH11145198 A JP H11145198A
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JP
Japan
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package
pad
mounting
semiconductor
center
Prior art date
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JP9307118A
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English (en)
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Hiroshi Funakura
寛 舩倉
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151Die mounting substrate
    • H01L2924/153Connection portion
    • H01L2924/1531Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
    • H01L2924/15311Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a ball array, e.g. BGA
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181Encapsulation
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/11Printed elements for providing electric connections to or between printed circuits
    • H05K1/111Pads for surface mounting, e.g. lay-out
    • 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
    • H05K3/3436Leadless components having an array of bottom contacts, e.g. pad grid array or ball grid array components

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  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 BGAやLGAなどのパッケージの実装後に
おいては、温度サイクル試験後にハンダボール部に亀裂
が入る場合があり、半導体パッケージの実装に置いて問
題であった。 【解決手段】 パッケージの実装時において、パッケー
ジ側パッドの中心と実装する側のボードパッドの中心を
ずらす。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体パッケージに
関するもので、特にBGA(Ball GridArr
ay)、LGA(Land Grid Array)パ
ッケージに使用されるものである。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体パッケージにおける技術は
微細化の傾向を示し、ますます信頼性の高いパッケージ
技術が望まれている。その中で、従来の半導体装置のパ
ッケージ技術について、図7から図9を用いて説明す
る。
【0003】図7は、従来のBGAパッケージの実装後
の断面図を示している。図7に示すように、モールド樹
脂104で封止された半導体チップ(図示せず)とパッ
ケージ材101、ハンダボール103、ボード材102
によって構成されている。
【0004】BGAなどは、パッケージは実装後に温度
サイクル試験を実施する。温度サイクル試験とは、実装
されたパッケージを−55℃の試験装置内にいれ、約2
0分間の耐久テストを行う。さらに、125℃の試験装
置内にいれ、約20分間の耐久テストを行う。
【0005】以上の耐久テストを終了した後、実装され
たパッケージの品質を確認するため、導通チェックを行
う。この導通チェックは、プラスとマイナスの2端子を
持っている、導通チェックテスターで行い、OK(良
品)かNG(不良品)かのどちらかに分類される。
【0006】このように、耐久テスト、導通チェックを
行って、NGとなったものについて調べてみると、ハン
ダボール部に亀裂が入っていることがわかった。この様
子を図8に示す。
【0007】図8に示すように、耐久テストによるハン
ダ破壊の様子見ると、実装されているハンダボール10
3の上部外側に、外側から内側に向けて亀裂105が入
っているのがわかる。
【0008】前記亀裂105は、図7では上部外側に、
外側から内側に向けて亀裂105が入っているが、場合
によっては、上部内側に、外側から内側に向けて、亀裂
が入る場合があり、また、下部外側に、外側から内側に
向けて、若しくは下部内側に、外側から内側に向けて亀
裂が入ることもあり、複数箇所に入ることもある。
【0009】この亀裂105部分を拡大してみると、図
9のようになる。図9に示すように、図のBの部分に応
力が集中してかかっており、亀裂105の原因になって
いる。
【0010】上記応力が集中して亀裂105が発生した
部分Bは、ハンダボール103部とパッケージ101部
の間の接合部分のフィレット角度が原因で、応力が集中
してしまっている。また、最初に亀裂が発生するのは最
外周であり、亀裂が進展する方向は大体同じ方向となる
(図8参照)。以上から、従来のBGAパッケージの実
装後にハンダボールに亀裂が入るという問題があり、製
品の信頼性上望ましくなかった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】近年、半導体パッケー
ジにおける技術は微細化の傾向を示し、ますます信頼性
が高く、耐久性の高いパッケージ技術が望まれている。
従来のBGAパッケージの実装後においては、温度サイ
クル試験後にハンダボール部に亀裂が入る場合が多々見
受けられた。これは、亀裂が入っている一点に応力が集
中したためであり、半導体パッケージの実装に置いて問
題であった。本発明の目的は、上記問題を鑑み、耐久性
があり、また亀裂の発生しない信頼性の高い半導体装置
を提供するものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体装置
は、半導体パッケージと実装ボードの複数の互いに対応
するパッド間を半田剤で接続する半導体実装構造体にお
いて、半導体パッケージ側のパッドの中心と対応する実
装ボード側のパッドの中心が互いにずれているものであ
り、前記パッドの中心が、パッケージ側のパッドの中心
を外側に、実装ボード側のパッドの中心を内側にずらし
て実装したものである。また、最外周以外の前記実装ボ
ード側のパッドの中心より、パッケージ側のピッチよ
り、0.01mm内側に設け、最外周でのパッケージ側
のパッドの中心が、実装ボードのパッドの中心より、
0.13mm外側に設置されているものであり、前記パ
ッケージはBGAまたはLGAであるものであり、半導
体パッケージとボード間の半田接合部の少なくとも一部
のフィレット角が半導体パッケージに対して鋭角であ
り、実装ボードに対し、鈍角であるもものであり、前記
半田剤のいずれかが、傾斜する円柱状である半導体構造
体である。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明は以下の実施の形態を図面
をもって説明するが、本発明はここで説明する実施の形
態に限定されるものではない。下記実施の形態は多様に
変化することができる。
【0014】本発明の実施の形態を以下に図1から図5
を用いて説明する。図1は本発明における半導体装置の
BGAパッケージの実装状態を表した断面図である。従
来のBGAパッケージの実装と異なる点は、実装された
ハンダボール3の形状が球を押しつぶした形ではなく、
球を押しつぶしてから上下を逆にスライドさせたような
形状になっていることである(図1参照)。すなわち、
半導体パッケージとボード間の半田接合部の外側のフィ
レット角が半導体パッケージに対して鋭角6になり、実
装ボードに対しては鈍角6’となるような形状になって
いることである。
【0015】本発明の実装方法を図2に示す。図2はB
GAパッケージの実装後の断面図である。半導体パッケ
ージにハンダボール3を実装したものと、ボード材2上
にCu製のランド5を設置したものとを、上下に設置す
るものとする。
【0016】また、前記Cu製のランド5の説明図を図
3に示す。図3に示すように、BTレンジ7とよばれる
基板に、レジストとしてソルダーレジスト6を用いて、
ランド5が設置されている。
【0017】次に図2にもどって、ボード材2に設置さ
れているランド5の中心は、図2に示すように、ハンダ
ボール3の中心と同じではなく、ハンダボール3の中心
よりも少し内側(ボード材中心側)に偏っている。
【0018】上記の状態から、半導体パッケージを下げ
ていくと、ハンダボール3とランド5が、セルフアライ
メント効果により、ハンダボール3が少し内側によった
状態で接着する(図1参照)。図1における2本の中心
線は、外側からハンダボール3、そしてランド5の中心
線である。
【0019】以上の状態をくわしく説明すると、半導体
パッケージを裏面から見た図を図5に示す。図4に示す
ように、パッケージ材1にハンダボール3が正方形にな
らんでいるのがわかる。この状態から前記のように、ハ
ンダボール3とランド5が、セルフアライメント効果に
より、ハンダボール3が少し内側によった状態で接着し
た図の拡大図が図5である。
【0020】図5に示すように、3のハンダボールが半
導体パッケージ側であり、3’のハンダボールがランド
側に接着されている。このように、半導体パッケージ側
の接着されいるハンダボールと、ランド側に接着されて
いるハンダボールとのパッドのずれが例えば本実施の形
態では0.13mmとした。
【0021】上記のパッドのずれが、ハンダボールブリ
ッジが起こらない程度にするものとする。また、パッド
のずれは必ずパッケージ側のパッド4が外側であるもの
とし、実装ボード5側のパッドが内側になるものとす
る。
【0022】また、パッドは全てのハンダボールに対し
てずれているものとし、パッド全周にわたっているもの
とする。このとき、パッドのずれは、パッケージ側でも
実装ボード側でも構わない。
【0023】実装方法の例として、パッケージ側のピッ
チを0.5mm、実装ボード側にピッチを0.49mm
とすることによって、パッケージ側のパッドが外側、実
装ボード側のパッドが内側にしたものを例に挙げる。
【0024】実装方法は、実装ボードにあわせたメタル
マスクを介して実装ボードのパッドにはさんだクリーム
を塗り、それに合わせてパッケージを搭載する。この
時、パッケージの中心と実装ボードの中心にマーキング
をしてやり、容易に搭載できるようにしてある。
【0025】その後、リフロー炉によりリフローするこ
とにより、パッケージと実装ボードは実装される。実装
したサンプルに温度サイクル試験を実施すると、最も大
きな歪みが加わっていた部分の応力が緩和され、結果的
に実装後の温度サイクル試験による信頼性が良い。
【0026】図6に従来のBGAパッケージを実装した
サンプルと本提案で実装したサンプルを温度サイクル試
験をした時の結果を示す。従来構造のBGAパッケージ
は、図6に示すように、500サイクル付近より、断線
不良が発生したのに対し、本提案で実装したサンプル
は、700サイクル付近で断線不良が見られた。
【0027】なお、実装ボードの材質はFR−4、BG
Aの基板の材質はアルミナ、パッケージサイズは、1
0.5mm2 、端子数は共に224ピン、パッケージ側
のランドの径は0.25mm、実装ボード側のランドの
径も0.25mmである。
【0028】以上のように、本発明を用いることによ
り、パッケージ側パッドの中心とボード側パッドの中心
の中心をずらし、最も応力が加わる部分のフィレット角
度に変化をつけ、ハンダ接合部分の応力が緩和され、実
装信頼性が向上し、耐久性の高い半導体装置を作ること
ができる。
【0029】
【発明の効果】以上のように、本発明を用いることによ
り、ハンダ接合部が緩和され、実装信頼性が向上し、耐
久性の高い半導体装置を作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る半導体装置においての
BGA実装を示す断面の拡大図。
【図2】本発明の実施形態に係る半導体装置においての
BGA実装を示す断面図。
【図3】本発明の実施形態に係る半導体装置においての
BGA実装を示す平面図。
【図4】本発明の実施形態に係る半導体装置においての
BGA実装を示すハンダボール部の拡大図。
【図5】本発明の実施形態に係る半導体装置においての
LGAパッケージの温度サイクル試験の従来技術と本発
明の比較結果を示す図。
【図6】従来の技術に係る半導体装置においてのBGA
実装を示す断面の拡大図。
【図7】従来の技術に係る半導体装置においての温度サ
イクル試験終了後のBGA実装を示す断面の拡大図。
【図8】従来の技術に係る半導体装置においての温度サ
イクル試験終了後のBGA実装のハンダボールの接合部
を示す拡大図。
【図9】従来の技術に係る、ハンダボールの亀裂部分の
拡大図。
【符号の説明】
1、101…パッケージ材 2、102…ボード材 3、3’、103…ハンダボール 4、104…モールド樹脂 5…ランド 6、6’…フィレット角 7…基板 A…ハンダボールにおいて応力が集中した部分

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体パッケージと実装ボードの複数の互
    いに対応するパッド間を半田剤で接続する半導体実装構
    造体において、半導体パッケージ側のパッドの中心と対
    応する実装ボード側のパッドの中心が互いにずれている
    ことを特徴とする半導体実装構造体。
  2. 【請求項2】前記パッドの中心が、パッケージ側のパッ
    ドの中心を外側に、実装ボード側のパッドの中心を内側
    にずらしたことを特徴とする請求項1記載の半導体実装
    構造体。
  3. 【請求項3】最外周以外の前記実装ボード側のパッドの
    中心より、パッケージ側のピッチより、0.01mm内
    側に設け、最外周でのパッケージ側のパッドの中心が、
    実装ボードのパッドの中心より、0.13mm外側に設
    置されていることを特徴とする請求項1または請求項2
    記載の半導体実装構造体。
  4. 【請求項4】前記パッケージがBGAであることを特徴
    とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の半
    導体実装構造体。
  5. 【請求項5】前記パッケージがLGAであることを特徴
    とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の半
    導体実装構造体。
  6. 【請求項6】半導体パッケージとボード間の半田接合部
    の少なくとも一部のフィレット角が半導体パッケージに
    対して鋭角であり、実装ボードに対し、鈍角であること
    を特徴とする請求項1から請求項5いずれか1項に記載
    の半導体実装構造体。
  7. 【請求項7】前記半田剤のいずれかが、傾斜する円柱状
    であることを特徴とする請求項1、から請求項6いずれ
    か1項に記載の半導体実装構造体。
JP9307118A 1997-11-10 1997-11-10 半導体装置 Pending JPH11145198A (ja)

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Cited By (4)

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