JPH11233682A - 半導体装置の外部接続端子 - Google Patents

半導体装置の外部接続端子

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JPH11233682A
JPH11233682A JP4436798A JP4436798A JPH11233682A JP H11233682 A JPH11233682 A JP H11233682A JP 4436798 A JP4436798 A JP 4436798A JP 4436798 A JP4436798 A JP 4436798A JP H11233682 A JPH11233682 A JP H11233682A
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JP
Japan
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external connection
connection terminal
semiconductor device
substrate
motherboard
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Pending
Application number
JP4436798A
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English (en)
Inventor
Takashi Nakajima
高士 中島
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Mitsui High Tec Inc
Original Assignee
Mitsui High Tec Inc
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Publication date
Application filed by Mitsui High Tec Inc filed Critical Mitsui High Tec Inc
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Publication of JPH11233682A publication Critical patent/JPH11233682A/ja
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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

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サブストレートとマザーボードの熱膨張係数
差に起因して発生する応力及び機械的歪みを良好に吸収
することのできる半導体装置の外部接続端子を提供す
る。 【解決手段】 樹脂球体11の表面に金属メッキ12を
施すことにより、外部接続端子10を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の外部接
続端子に係り、特にBGA(ボールグリッドアレイ)な
どの半導体装置をマザーボード上に実装するための外部
接続端子の構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体装置は、素子の微細化及び装置の
小型化という市場の要求に応えるべく、近年、外部接続
端子として半田ボールを使用するBGA型半導体装置が
実用化されるに至っている。
【0003】このような半導体装置及び実装方法の一例
を図3に示す。ここで示す半導体装置1は、サブストレ
ート2と、サブストレート2の一面に装着された半田ボ
ール3とからなり、この半田ボール3によって半導体装
置1とマザーボード4とが電気的に接続される。なお図
示はしないが、サブストレート2の半田ボール3装着面
の裏面には半導体チップが搭載されている。
【0004】この半田ボール3による接続部分の要部を
拡大し、更に詳細に示したのが図2である。ここで示す
半導体装置1のサブストレート2は、ポリイミド樹脂な
どからなる絶縁シート5と、この絶縁シート5の一面も
しくは両面に形成された回路パターンと、半田ボール3
搭載面側の回路パターンの一端に形成された外部接続端
子ランド6と、この半田ボール3搭載面側の外部接続端
子ランド6を除いた領域を被覆するソルダーレジストか
らなる絶縁膜7とによって構成される。またマザーボー
ド4は、ガラスエポキシ樹脂からなる基材の一面に形成
された回路パターンと、この回路パターンの一端の半導
体装置1の外部接続端子である半田ボール3に対応する
箇所に形成された電極パッド8を具えている。
【0005】次に半導体装置1とマザーボード4との実
装方法について説明すると、まず半導体装置1のサブス
トレート2に設けられた外部接続端子ランド6にフラッ
クスを印刷し、ここに外部接続端子となる半田ボール3
を供給して加熱することにより装着する。その後半田ボ
ール3とマザーボード4の電極パッド8とを位置合わせ
した後、リフロー炉に入れて加熱し半田ボール3を溶融
させることにより、半導体装置1のサブストレート2と
マザーボード4とが接続される。
【0006】このように半導体装置1のサブストレート
2とマザーボード4との接続に半田ボール3を用いた場
合、半導体装置1を小型化できるとともに、多数の外部
接続端子の接続を一括して行えるという利点がある。
【0007】このように半田ボール3によって半導体装
置1のサブストレート2とマザーボード4とを接続した
場合、サブストレート2とマザーボード4とは半田ボー
ル3によって機械的に接続される。ところで前述したよ
うにサブストレート2とマザーボード4の材質は異なる
ので、両者の熱膨張係数は全く異なっている。またサブ
ストレート2とマザーボード4は半田ボール3により機
械的に固着されているため、使用時や信頼性評価試験時
などに半導体装置1が加熱、冷却などの熱サイクルにさ
らされた際に発生する半導体装置1のサブストレート2
とマザーボード4との熱膨張係数差に起因する応力や機
械的な歪みの逃げ場がなく、これらの応力や歪みは半田
ボール3に集中する。しかし半田ボール3は剛性は高い
が柔軟性には欠けるため、これらの応力や歪みを吸収す
ることができず、その結果半田ボール3にクラック9が
生じて半導体装置1とマザーボード4との電気的接続を
損なってしまい、半導体装置の信頼性が低下してしまう
という問題があった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】これが半田ボール3の
径が0.76mmφ程度の場合には、ある程度半田ボー
ル3に高さがあるため前述した応力を吸収することがで
きるのだが、半導体装置1の小型化、薄型化に伴って半
田ボール3の径が例えば0.3〜0.25mmφという
ように更に小径になった場合には、半田ボール2によっ
て前記熱膨張係数差に起因する変形応力や機械的歪みを
吸収することは不可能であった。本発明はかかる実情に
鑑みてなされたものであり、サブストレートとマザーボ
ードの熱膨張係数差に起因する変形応力を良好に吸収す
ることのできる外部接続端子を提供することを目的とす
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明は、外部接続端子を弾性の高い樹脂球体
により構成し、これを半導体装置のサブストレートとマ
ザーボードとに加わる熱サイクルの繰り返し応力の緩衝
材とすることとしている。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の外部接続端子は、樹脂球
体の表面に金属メッキを施すことにより構成されてい
る。
【0011】前記樹脂球体の材料としてはポリマー系樹
脂、ポリイミド系樹脂、エラストマ系樹脂、エポキシ系
樹脂、シリコン系樹脂、ウレタン系樹脂、アクリル系樹
脂などが使用可能である。
【0012】なお上記樹脂球体としては導電性樹脂及び
非導電性樹脂を使用することができるが、導電性樹脂の
場合樹脂中に導電性の金属粒子が多数混合されているた
め、一般に弾性が低い。このため本発明の目的を良好に
達成するためには、樹脂球体として弾性の高い非導電性
樹脂を使用するのが好ましい。
【0013】また金属メッキとしては、Sn、Au、A
g、Pb、Pb−Sn、Pdなどの導電性の高い金属の
内一つ、あるいはいくつかを組み合わせて使用すること
ができる。
【0014】なお金属メッキのメッキ厚は、0,001
mm〜0.002mm程度で良い。メッキ厚がこれより
も厚い場合はまだ容認できるが、これより薄い場合は電
気的接続の信頼性が低下してしまうため好ましくない。
【0015】また金属メッキとして半田メッキを使用す
る場合には、まず樹脂球体表面に、例えばパラジウムメ
ッキなどをごく薄く施し、その上に半田メッキを施すの
が望ましい。その場合半田メッキの厚さは0.007m
m〜0.015mm程度とすることが好ましい。この場
合もメッキ厚がこれよりも厚い場合は容認できるが、こ
れよりも薄い場合は電気的接続の信頼性のみならず半田
付け性が低下してしまうため好ましくない。
【0016】なお、サブストレートとマザーボードとの
接続については、従来同様加熱することにより、外部接
続端子表面に施されている金属メッキを溶融して接続す
るのであるが、このとき樹脂球体までもが溶融してしま
うと本発明の目的は良好に達成できない。そこで前記樹
脂球体については使用する金属メッキの融点よりも高い
特性を有する耐熱性樹脂から構成することが好ましい。
【0017】また、外部接続端子は球状に形成されるの
で、外部接続端子のマウントや実装などの組立工程にお
いては、従来の半田ボールを使用する場合と全く同様の
設備、方法を使用することが可能であり、新規に特別な
設備、方法を導入する必要がない。
【0018】
【実施例】以下、本発明の半導体装置の外部接続端子の
構造及び実装方法について図面を参照しつつ詳細に説明
する。図1は本発明の外部接続端子の構造及び本発明の
外部接続端子を使用した実装状態を示す要部拡大図であ
る。本実施例においては、この外部接続端子10は非導
電性ポリマー樹脂からなる球体樹脂11の表面に、半田
メッキ12を施すことにより構成されている。なお、そ
の他の構成については従来例と同様であり、すなわち半
導体装置1のサブストレート2は、ポリイミド樹脂など
からなる絶縁シート5と、この絶縁シート5の一面もし
くは両面に形成された回路パターンと、外部接続端子1
0搭載面側の回路パターンの一端に形成された外部接続
端子ランド6と、外部接続端子10搭載面側の外部接続
端子ランド6を除いた領域を被覆するソルダーレジスト
からなる絶縁膜7とによって構成されている。またマザ
ーボード4は、ガラスエポキシ樹脂からなる基材の一面
に形成された回路パターンと、この回路パターンの一端
の半導体装置1の外部接続端子10に対応する箇所に形
成された電極パッド8を具えている。
【0019】本発明の外部接続端子10を使用した場合
の実装方法についても従来と同様であり、まず半導体装
置1のサブストレート2に設けられた外部接続端子ラン
ド6にフラックスを印刷し、ここに外部接続端子10を
供給して加熱することにより装着する。なお、このとき
フラックスの代わりにクリーム半田を使用してもよい。
また、フラックスあるいはクリーム半田を若干厚めに塗
布することにより、これらが緩衝材としての役割を果た
し、外部接続端子10の緩衝機能を補助することができ
る。
【0020】その後外部接続端子10とマザーボード4
の電極パッド8とを位置合わせした後、リフロー炉に入
れて加熱し、外部接続端子10の表面に施された半田メ
ッキ12を溶融させることにより、半導体装置1のサブ
ストレート2とマザーボード4とが接続される。なお、
このときマザーボード4及び電極パッド8にあらかじめ
フラックスあるいはクリーム半田を十分な厚みをもって
塗布しておいてもよい。このような構成をとった場合、
外部接続端子10の実装時にこれらフラックスあるいは
クリーム半田が外部接続端子10の半分程度の高さまで
吸い上がる。それによりこれらが緩衝材としての役割を
果たし、外部接続端子10の緩衝機能を補助することが
できる。
【0021】本実施例における外部接続端子10は上記
のように構成され、実装されているので、これにより、
使用時や信頼性評価試験時などに半導体装置1が加熱、
冷却などの熱サイクルにさらされた場合においても、サ
ブストレートとマザーボード4の熱膨張係数差に起因し
て発生する応力や機械的歪みを外部接続端子10の樹脂
球体11が良好に吸収することができるので、その結果
外部接続端子10にクラックが発生することもない。
【0022】なお、本実施例においてはサブストレート
2の基材としてポリイミド樹脂を、またマザーボードの
基材としてガラスエポキシ樹脂を使用した場合について
説明したが、これに限定されることなく、それぞれの基
材が例えばセラミックやその他各種プラスチックである
場合でも、サブストレート2とマザーボード4の熱膨張
係数が異なる場合であれば、基材の材質や組み合わせに
限定なく本発明は適用可能である。
【0023】また本発明はBGAのみならずCSP(チ
ップサイズパッケージ)や、その他のサブストレートと
マザーボードとをバンプにて接続するタイプの半導体装
置の外部接続端子として使用することができる。
【0024】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、外部接続端子は球状樹脂に金属メッキが施された構
成となっているため、半導体装置の使用時や信頼性評価
試験時などに半導体装置が加熱、冷却などの熱サイクル
にさらされた場合でも、半導体装置のサブストレートと
マザーボードとの熱膨張係数差に起因する応力を外部接
続端子が良好に吸収することができるため、外部接続端
子にクラックが発生することがなく、よって半導体装置
の信頼性が格段に向上する。
【0025】また、本発明の外部接続端子は球状に形成
されているため、この外部接続端子のマウントや実装な
どの組立工程においては、従来の半田ボールを使用する
場合と全く同様の設備、方法を使用することが可能であ
り、新規に特別な設備、方法を導入する必要がないの
で、低コストに製造することができるという効果も奏功
する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す要部拡大断面図。
【図2】従来の実施例を示す要部拡大断面図。
【図3】半導体装置及びその実装方法を示す図。
【符号の説明】
1 半導体装置 2 サブストレート 3 半田ボール 4 マザーボード 5 絶縁シート 6 外部接続端子ランド 7 絶縁膜 8 電極パッド 9 クラック 10 外部接続端子 11 樹脂球体 12 金属メッキ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体装置とマザーボードとを電気的に
    接続する半導体装置の外部接続端子において、前記外部
    接続端子は、樹脂球体の表面に金属メッキを施すことに
    より構成されていることを特徴とする半導体装置の外部
    接続端子。
  2. 【請求項2】 前記樹脂球体は、弾性を有する非導電性
    樹脂からなることを特徴とする請求項1記載の半導体装
    置の外部接続端子。
  3. 【請求項3】 前記樹脂球体は、金属メッキの融点より
    も高い特性を有する耐熱性樹脂からなることを特徴とす
    る請求項1または請求項2のいずれか1項に記載の半導
    体装置の外部接続端子。
JP4436798A 1998-02-10 1998-02-10 半導体装置の外部接続端子 Pending JPH11233682A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6774314B2 (en) * 2001-05-10 2004-08-10 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Electronic device and coupler
WO2004105053A1 (ja) * 2003-05-22 2004-12-02 Sharp Kabushiki Kaisha 導電性ボール、電子部品の電極の形成方法および電子部品ならびに電子機器
US7208842B2 (en) 2003-10-22 2007-04-24 Samsung Electronics Co., Ltd Semiconductor chip, mounting structure thereof, and methods for forming a semiconductor chip and printed circuit board for the mounting structure thereof

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