JPH11145319A - プラスチックbgaパッケージ - Google Patents

プラスチックbgaパッケージ

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JPH11145319A
JPH11145319A JP30775397A JP30775397A JPH11145319A JP H11145319 A JPH11145319 A JP H11145319A JP 30775397 A JP30775397 A JP 30775397A JP 30775397 A JP30775397 A JP 30775397A JP H11145319 A JPH11145319 A JP H11145319A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plastic
bga
substrate
die bonding
solder balls
Prior art date
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Pending
Application number
JP30775397A
Other languages
English (en)
Inventor
Akihiro Hidaka
明弘 日高
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
Original Assignee
Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
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Publication date
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Priority to JP30775397A priority Critical patent/JPH11145319A/ja
Publication of JPH11145319A publication Critical patent/JPH11145319A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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
    • H05K3/3436Leadless components having an array of bottom contacts, e.g. pad grid array or ball grid array components

Landscapes

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

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラスチックBGAパッケージの実装性を向
上させる。 【解決手段】 BGA基板21(プラスチック基板)の
上面に、半導体チップ22をAgペースト等の接着剤に
よりダイボンディングして封止樹脂23で封止すると共
に、該BGA基板21の下面に、接続電極として多数の
半田ボール24を配列する。半田ボール24の配列領域
は、ダイボンディング領域よりも1mm以上外側、より
好ましくは2.5mm以上外側に離されている。このプ
ラスチックBGAパッケージを回路基板25に実装して
温度サイクル試験を行うと、両基板21,25間に接着
樹脂を充填しなくても、半田ボール24の最大剪断歪み
を従来の約60%以下(2.5mm以上外側の場合は約
50%以下)とすることができ、半田ボール24にクラ
ックが入る不良を大幅に低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板下面に多数の
半田ボールを配列して成るプラスチックBGAパッケー
ジに関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年の半導体パッケージに対する高密度
化、高速化、多ピン化の要求を満たすために、プラスチ
ックBGA(Ball Grid Array )パッケージの需要が急
増している。このプラスチックBGAパッケージは、例
えば図4に示すように、プラスチック製のBGA基板1
1の上面に半導体チップ12をAgペースト等の接着剤
によりダイボンディングし、ワイヤボンディングで配線
接続(図示せず)して封止樹脂14で封止すると共に、
BGA基板11の下面に接続電極として多数の半田ボー
ル15を配列した構成となっている。このプラスチック
BGAパッケージは、回路基板16に実装する時に、リ
フロー半田付け法により半田ボール15が回路基板16
のパッドに接合される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このプラスチックBG
Aパッケージを回路基板16に実装した時の接合信頼性
を評価するために、温度サイクル試験(−40℃〜12
5℃)を行ったところ、半導体チップ12の端部の直下
に位置する半田ボール15にクラックが生じることがあ
った。このクラックの発生原因は、半田ボール15に過
大な剪断応力が働くためと考えられる。この場合、BG
A基板11と回路基板16は、共にプラスチック基板で
あるため、両者の熱膨張係数がほぼ同じであるのに対
し、BGA基板11上にダイボンディングされた半導体
チップ12(シリコン)は、BGA基板11(プラスチ
ック)よりも熱膨張係数が非常に小さい。このため、温
度サイクルが加わった時に、BGA基板11のダイボン
ディング部分は、半導体チップ12によって拘束されて
熱膨張・収縮が小さくなるのに対し、回路基板16には
そのような拘束力は働かず、温度変化に応じて自由に熱
膨張・収縮する。その結果、BGA基板11のダイボン
ディング部分では、回路基板16に対する熱膨張・収縮
変位の差が大きくなり、それによってダイボンディング
領域の半田ボール15に比較的大きな剪断歪みが周期的
に発生し、その繰り返しにより半田ボール15にクラッ
クが発生する。
【0004】この対策として、従来は、BGA基板11
と回路基板16との間の隙間に接着樹脂を充填して両基
板11,16を接着することで、両基板11,16の熱
膨張・収縮変位の差を小さくして、半田ボール15にク
ラックが入るのを防止するようにしていた。しかしなが
ら、この方法では、両基板11,16間に接着樹脂を充
填する工程を追加する必要があり、プラスチックBGA
パッケージの実装性が悪く、実装コストが高くつくとい
う欠点があった。
【0005】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、従ってその目的は、プラスチックBGA
パッケージの実装時に基板間に接着樹脂を充填する工程
を不要とし、半田ボールの接合信頼性と実装性とを両立
することができるプラスチックBGAパッケージを提供
することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のプラスチックBGAパッケージは、半田ボ
ールの配列領域を半導体チップのダイボンディング領域
より1mm以上外側に離間させた構成としたものである
(請求項1)。ダイボンディング領域の外側の部分に
は、半導体チップからの拘束力が働かないため、ダイボ
ンディング領域の外側に半田ボール配列領域を配置すれ
ば、半田ボール配列領域におけるBGA基板(プラスチ
ック基板)と回路基板との熱膨張・収縮変位の差が少な
くなると共に、両基板の熱膨張・収縮変位の差がダイボ
ンディング領域と半田ボール配列領域との間のBGA基
板の伸縮変形によっても減少される。但し、ダイボンデ
ィング領域の外側でも、ダイボンディング領域に近すぎ
ると、ダイボンディング領域と半田ボール配列領域との
間のBGA基板の伸縮変形が少なくなり、半導体チップ
12からの拘束力の影響を受ける。後述する本発明者の
試験結果によれば、半田ボール配列領域をダイボンディ
ング領域より1mm以上外側に離間させると、温度サイ
クル時の半田ボールの最大剪断歪みが従来の約60%以
下となり、半田ボールにクラックが入る不良が大幅に低
減される。
【0007】更に、半田ボール配列領域をダイボンディ
ング領域より2.5mm以上外側に離間させると(請求
項2)、温度サイクル時の半田ボールの最大剪断歪みが
従来の最大剪断歪みの約50%以下となり、耐半田ボー
ルクラック性がより確実に向上する。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態(1)を
図1及び図2に基づいて説明する。プラスチック基板で
あるBGA基板21は、例えばBT(ビスマレイミド・
トリアジン)エポキシ樹脂等の高耐熱性、誘電特性、絶
縁特性、加工性に優れた樹脂を基材とする単層又は多層
のプリント基板であり、その両面には導体パターンやパ
ッド(いずれも図示せず)が銅箔及び/又はめっきによ
り形成されている。このBGA基板21の上面には、半
導体チップ22がAgペースト等の接着剤によりダイボ
ンディングされ、半導体チップ22の電極とBGA基板
21上面のパッドとの間が金線やアルミ線等のボンディ
ングワイヤ(図示せず)により電気的に接続されてい
る。これら半導体チップ22やボンディングワイヤは、
エポキシ樹脂等の封止樹脂23のトランスファー成形に
より封止されている。
【0009】一方、BGA基板21の下面には、接続電
極として多数の半田ボール24が半導体チップ22のダ
イボンディング領域を取り巻くように配列されている。
この場合、半田ボール24の配列領域は、ダイボンディ
ング領域より1mm以上外側、より好ましくは2.5m
m以上外側に離されている。
【0010】以上のように構成したプラスチックBGA
パッケージは、回路基板25に実装する時に、リフロー
半田付け法により半田ボール24が回路基板25のパッ
ドに接合される。この実装時に、BGA基板21と回路
基板25との間の隙間には、接着樹脂を充填する必要は
ない。
【0011】本発明者は、上記構成のプラスチックBG
Aパッケージの実装時の信頼性を評価するために、半田
ボール24の配列領域とダイボンディング領域との間の
距離tと、温度サイクルを加えた時の半田ボール24の
最大剪断歪みとの関係を考察するシミュレーション試験
を行ったので、その試験結果を図2に示す。図2におい
て、半田ボール24の最大剪断歪みは、従来(図4の構
造)の最大剪断歪みに対する割合(%)で示されてい
る。温度サイクルの条件は−40℃〜125℃であり、
サンプルとして用いたBGAパッケージの基板サイズは
40×27mm、半田ボール24の数は225個、半導
体チップ22のサイズは10×10mm、BGAパッケ
ージを実装する回路基板25のサイズは70×70mm
である。
【0012】この試験結果から明らかなように、半田ボ
ール24の配列領域とダイボンディング領域との間の距
離tが大きくなるほど、半田ボール24の最大剪断歪み
が減少し、距離tが1mmで、最大剪断歪みが従来の約
60%となり、距離tが2.5mmで、最大剪断歪みが
従来の約50%となり、これ以上、距離tを大きくして
も、最大剪断歪みはあまり減少しなくなる。
【0013】つまり、半田ボール24の配列領域をダイ
ボンディング領域の外側にすると、半導体チップ22か
らの拘束力が半田ボール24の配列領域に働かないた
め、半田ボール24の配列領域における、BGA基板2
1(プラスチック基板)と回路基板25(プラスチック
基板)との熱膨張・収縮変位の差が少なくなる。また、
半田ボール24の配列領域をダイボンディング領域から
離すほど、さらに半導体チップ22からの拘束力が働か
なくなるため、半田ボール24の配列領域での両基板2
1,25の熱膨張・収縮変位の差が減少される。
【0014】この試験結果から、半田ボール24の配列
領域をダイボンディング領域より1mm以上外側、より
好ましくは2.5mm以上外側に離間させると、両基板
21,25間に接着樹脂を充填しなくても、温度サイク
ル時の半田ボール24の最大剪断歪みを従来の約60%
以下(2.5mm以上外側の場合は約50%以下)とす
ることができ、半田ボール24にクラックが入る不良を
大幅に低減できる。これにより、プラスチックBGAパ
ッケージの実装時に基板21,25間に接着樹脂を充填
する工程が不要となり、半田ボール24の接合信頼性を
確保しながら実装性を向上させることができ、実装コス
トを低減することができる。
【0015】上記実施形態(1)では、BGA基板21
の中央部に半導体チップ22をダイボンディングして、
BGA基板21下面の四辺部に多数の半田ボール24を
配列しているが、図3に示す本発明の実施形態(2)で
は、半導体チップ22のダイボンディング位置をBGA
基板21の片側にずらし、BGA基板21の下面のう
ち、ダイボンディング領域より1mm以上外側、より好
ましくは2.5mm以上外側に離れた領域に、多数の半
田ボール24を配列している。このプラスチックBGA
パッケージを回路基板25に実装する際に、半導体チッ
プ22側が不安定な場合には、BGA基板21の半導体
チップ22側の部分と回路基板25との間に台座26を
挟み込んで固定するようにしても良い。尚、台座26は
放熱性の良い材料を用いて、半導体チップ22の放熱部
材としての働きを兼ねるようにしても良い。また、BG
A基板21の上面のうち封止樹脂23で覆われていない
部分には、チップコンデンサ等の回路素子を搭載するよ
うにしても良い。
【0016】この実施形態(2)でも、半田ボール24
の配列領域をダイボンディング領域より1mm以上外
側、より好ましくは2.5mm以上外側に離間させるこ
とで、前記実施形態(1)と同様の効果を得ることがで
きる。尚、上記実施形態(2)では、半田ボールを片側
にずらして配置したが、両側に振り分けた形態としても
良い。
【0017】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の請求項1のプラスチックBGAパッケージでは、半田
ボール配列領域を半導体チップのダイボンディング領域
より1mm以上外側に離間させた構成としたので、温度
サイクル時の半田ボールの最大剪断歪みを従来よりも大
幅に小さくすることができて、半田ボールにクラックが
入る不良を大幅に低減でき、実装時に両基板間に接着樹
脂を充填する工程が不要となり、半田ボールの接合信頼
性と実装性とを両立することができる。
【0018】更に、請求項2では、半田ボール配列領域
をダイボンディング領域より2.5mm以上外側に離間
させたので、温度サイクル時の半田ボールの最大剪断歪
みを更に小さくすることができ、耐半田ボールクラック
性をより確実に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態(1)を示すプラスチックB
GAパッケージの縦断面図
【図2】半田ボール配列領域とダイボンディング領域と
の間の距離tと、温度サイクルを加えた時の半田ボール
の最大剪断歪みとの関係を示す図
【図3】本発明の実施形態(2)を示すプラスチックB
GAパッケージの縦断面図
【図4】従来のプラスチックBGAパッケージの縦断面
【符号の説明】
21…BGA基板(プラスチック基板)、22…半導体
チップ、23…封止樹脂、24…半田ボール、25…回
路基板、26…台座。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プラスチック基板上に半導体チップをダ
    イボンディングして封止樹脂で封止すると共に、前記プ
    ラスチック基板の下面に多数の半田ボールを配列して成
    るプラスチックBGAパッケージにおいて、 前記半田ボールの配列領域が前記半導体チップのダイボ
    ンディング領域より1mm以上外側に離れていることを
    特徴とするプラスチックBGAパッケージ。
  2. 【請求項2】 前記半田ボールの配列領域が前記半導体
    チップのダイボンディング領域より2.5mm以上外側
    に離れていることを特徴とする請求項1に記載のプラス
    チックBGAパッケージ。
JP30775397A 1997-11-11 1997-11-11 プラスチックbgaパッケージ Pending JPH11145319A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006210792A (ja) * 2005-01-31 2006-08-10 Nec Electronics Corp 半導体装置
US11101206B2 (en) 2018-11-26 2021-08-24 Renesas Electronics Corporation Semiconductor device and electronic device

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