JPH11243156A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Publication number
JPH11243156A
JPH11243156A JP4319998A JP4319998A JPH11243156A JP H11243156 A JPH11243156 A JP H11243156A JP 4319998 A JP4319998 A JP 4319998A JP 4319998 A JP4319998 A JP 4319998A JP H11243156 A JPH11243156 A JP H11243156A
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JP
Japan
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mounting
temperature
bga package
bumps
solder balls
Prior art date
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Pending
Application number
JP4319998A
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English (en)
Inventor
Yukio Takashima
幸夫 高島
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH11243156A publication Critical patent/JPH11243156A/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
    • 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
    • H05K3/3457Solder materials or compositions; Methods of application thereof
    • H05K3/3463Solder compositions in relation to features of the printed circuit board or the mounting process

Landscapes

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

Abstract

(57)【要約】 【課題】 BGAパッケージを、半田接続不良を低減
し、実装後の平坦性を確保するようにして実装基板に実
装した信頼性の向上した半導体装置を提供する。 【解決手段】 実装面に複数の半田付実装用のバンプ1
7を2次元的に配列したBGAパッケージ12を実装基
板13に実装してなるもので、BGAパッケージ12の
実装面と実装基板13の間には、組成が63Sn/37
Pbの共晶半田(融点:183℃)ボールで形成された
バンプ17より融点が高い組成が50Sn/50Pbの
高温半田(融点:212℃)でなる複数の高温半田ボー
ル20が、略方形状に分布しているバンプ17の方形状
の4隅角部分に相当する位置に設けて実装されている。
そして、この実装に際しては、BGAパッケージ12の
所定位置にフラックスにより高温半田ボール20を仮固
定し、バンプ17の融点より高く高温半田ボール20が
液相とならない温度で半田付けが行われている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、略平板状に形成さ
れ、実装面側となる片面に2次元的に配列した複数の略
球状のバンプを有するBGA(ball grid a
rray)パッケージにより構成されると共に、各バン
プを実装基板のパッド等に半田付けすることにより実装
した半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体装置の実装密度を高くする
ため、パッケージ寸法の小形化と実装用ピンの多数化が
図られ、種々の形態が実用化されてきている。その中の
一つの形態としてBGAパッケージと称する、例えば2
00ピンを越える多ピン化を可能にしたパッケージを実
装基板に実装したものがある。これらはBGAパッケー
ジの実装面側に複数の実装用ピンであるバンプを2次元
マトリックス状もしくは千鳥状に配設している。そして
BGAパッケージの実装基板への実装は、BGAパッケ
ージの実装面の複数の電極パッドにそれぞれ半田ボール
を固着して形成されたバンプを、実装基板に設けられた
対応する接続パッドの上に載せた状態でリフロー炉を通
し、バンプを接続パッドに半田付けすることにより行わ
れる。
【0003】しかしながら上記の従来技術においては、
図5の断面図に示すように、BGAパッケージ1の共晶
半田ボールでなるバンプ2を、プリント配線板等の実装
基板3の対応する銅箔で形成された接続パッド4に載
せ、リフローによる半田付けにより固着し実装を行った
際に、例えば図5中において左側方向に下り傾斜となる
ように傾いた状態でBGAパッケージ1が実装基板3に
実装されてしまうことになる。そして、場合に因っては
BGAパッケージ1の沈み込み側の隣接するバンプ2同
士がショート状態になったり、浮き上がり側でバンプ2
がオープン状態になってしてしまうなどの虞があり、こ
うした実装時の半田付部分における接続不良に基づき装
置全体の信頼性が低いものとなっていた。
【0004】すなわち、実装後のBGAパッケージ1に
要求される平坦性、例えばパッケージ寸法により異なる
が要求される80μm〜150μm以下の平坦性につい
ては、接続パッド4の上に載せられたバンプ2がリフロ
ー炉を通り、半田が溶解した時の半田自体の表面張力
(押し上げる力)だけで保つことになる。しかし、これ
は、(1)バンプ2の横径及び高さの寸法のバラツキ、
(2)リフロー時の温度のバラツキによる半田溶解度
差、(3)BGAパッケージ1自体の重量分布のアンバ
ランス、(4)実装基板3の有する反り、(5)リフロ
ー工程まで搬送する際の振動などの原因によって、BG
Aパッケージ1が傾き、必ずしも要求される平坦性を満
たす状態で実装されるとは限らない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のような状況に鑑
みて本発明はなされたもので、その目的とするところは
BGAパッケージを実装基板に実装するに際し、半田付
部分における接続不良を低減して実装後のBGAパッケ
ージの平坦性を十分に確保すると共に、装置の信頼性を
向上させるようにした半導体装置を提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
略平板状に形成され、実装面側に複数の半田付実装用の
バンプを2次元的に配列したBGAパッケージを実装基
板に実装してなる半導体装置において、実装面には、共
晶半田ボールで形成されたバンプより融点が高い複数の
高温半田ボールが互いに離間する位置に設けられている
ことを特徴とするものであり、さらに、高温半田ボール
が、BGAパッケージの実装面のバンプよりも外側の位
置に配置されていることを特徴とするものであり、さら
に、バンプと高温半田ボールとがBGAパッケージの実
装面に方形状に分布していると共に、高温半田ボールが
4隅角部分に配置されていることを特徴とするものであ
り、さらに、高温半田ボールの融点が、バンプの融点よ
りも15度乃至40度高い温度であることを特徴とする
ものであり、さらに、高温半田ボールは、BGAパッケ
ージを実装基板に実装する際、実装面の所定位置にフラ
ックスによって仮固定してから実装基板の固定位置に載
せ、半田付けされるものであることを特徴とするもので
あり、さらに、半田付け温度が、バンプの融点よりも高
い温度で、かつ高温半田ボールが液相とならない温度で
あることを特徴とするものである。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図1
乃至図4を参照して説明する。図1は断面図であり、図
2は要部の断面図であり、図3は実装面側から見たBG
Aパッケージの概略の平面図であり、図4は高温半田ボ
ールの組成を示す図である。
【0008】図1乃至図4において、半導体装置11
は、BGAパッケージ12を実装基板13上に実装する
ようにして構成されており、BGAパッケージ12は、
合成樹脂製の方形状の配線基板14の片面上に搭載され
たLSI(大規模集積回路)等の半導体チップ15を、
エポキシ系樹脂で成形されたパッケージ16で全体形状
が略方形平板状となるように封止することにより構成さ
れている。そしてパッケージ16で封止しされたBGA
パッケージ12は、その実装面側となっている配線基板
14の他面に、実装用ピンである組成が63Sn/37
Pbの複数の共晶半田ボールで形成された略球状のバン
プ17が、銅箔で形成され略方形状に分布する電極パッ
ド18の4隅角部分の電極パッド18aを除く残り全部
の電極パッド18bに半田付けされ、2次元マトリック
ス状に配置されている。
【0009】一方、実装基板13は、BGAパッケージ
12の電極パッド18に対応してBGAパッケージ12
を実装する実装面に、同じく銅箔で形成された接続パッ
ド19が略方形状に分布するよう設けられている。そし
て、BGAパッケージ12を実装基板13上に実装した
状態では、BGAパッケージ12の電極パッド18b
は、バンプ17を実装基板13の対応する接続パッド1
9に半田付けすることによって電気的に接続されてい
る。さらにBGAパッケージ12の方形分布の4隅角部
分に位置する電極パッド18aには、バンプ17の高さ
と略同一寸法の直径でバンプ17の63Sn/37Pb
の共晶半田よりも高融点の組成が50Sn/50Pbの
高温半田ボール(融点:212℃)20が固着され、ま
た同じ高温半田ボール20が電極パッド18aに対応す
る実装基板13の接続パッド19にも固着された状態に
なっている。
【0010】また、こうしたBGAパッケージ12の実
装基板13への実装は、次のようにして行われる。先
ず、実装面側に63Sn/37Pbの共晶半田でなるバ
ンプ17が備えられているBGAパッケージ12の4隅
角部分の電極パッド18aに、表面に松やにやこれを主
成分とするフラックスを供給する。この電極パッド18
a面上に供給されたフラックスは、例えば通常使用され
る場合の粘度に比較して約1/10(粘性200PS前
後)の低粘度に調整されたものとしてある。次に、フラ
ックスが供給された電極パッド18a面上に、フラック
スによる粘着効果で高温半田ボール20を仮固定する。
【0011】続いて、高温半田ボール20が仮固定され
ているBGAパッケージ12を、バンプ17および高温
半田ボール20が実装基板13の対応する接続パッド1
9上に載せる。その後、図示しないリフロー炉に通し、
フラックス効果(清浄作用/再酸化防止/表面張力低
下)を利用しながら各接続パッド19にバンプ17を半
田付けすると共に、高温半田ボール20も対応する接続
パッド19に固着する。そして、この半田付けを行う際
のリフロー温度を、バンプ17を形成している63Sn
/37Pbの共晶半田の融点である183℃よりも高い
温度で、この温度よりも10度〜30度程度高い温度の
50Sn/50Pbの高温半田ボール20が液相となら
ない、例えば約200℃とする。
【0012】このようなリフロー温度とすることで、こ
れら異組成の半田で形成されたバンプ17と高温半田ボ
ール20における溶解メカニズムは、先ず組成が63S
n/37Pbの共晶半田でなるバンプ17では、その温
度が上昇しはじめて183℃となると溶解がはじまり、
溶解した共晶半田が液状となって接続パッド19の表面
に拡がる。一方、50Sn/50Pbの高温半田ボール
20では、バンプ17と同様に、その温度が上昇しはじ
め、183℃となった段階でも固相の状態のままであ
り、さらにリフロー温度である200℃となった段階で
もまだ一部がゼリー状となった固相の状態のままであ
る。そして、この固相状態の高温半田ボール20から
は、50Sn/50Pbの半田中の鉛(Pb)が接続パ
ッド19の表面に拡散する。この時、共晶半田でなるバ
ンプ17は溶解するものの高温半田ボール20は十分な
硬さを有した状態であるので、BGAパッケージ12は
高温半田ボール20によって支えられ、実装基板13と
の間に所定寸法の間隔が確保される。
【0013】その後、所定時間が経過してからリフロー
炉から出し、自然放熱により冷却して常温に戻す。これ
により接続パッド19の表面に拡がっていた共晶半田が
正常なフィレットを形成するようにして固化し、バンプ
17が接続パッド19に半田付けされて両者が電気的に
接続される。また高温半田ボール20は電極パッド18
aと接続パッド19とに固着される。さらにBGAパッ
ケージ12と実装基板13との間には所定寸法の間隔が
確保され、BGAパッケージ12は傾くことなく実装基
板13に実装されることになって、BGAパッケージ1
2と実装基板13との間隔が一部で非常に小さくなって
隣接するバンプ17同士がショート状態になったり、逆
に間隔が広がりバンプ17がオープン状態になったりす
ることがなくなる。
【0014】この結果、バンプ17と接続パッド19と
の半田付部分の接続不良が低減し、実装基板13への実
装後のBGAパッケージ12の平坦性が十分に確保さ
れ、半導体装置11の信頼性が向上したものとなる。
【0015】なお、上記の実施形態では高温半田ボール
20をバンプ17より外側となる4隅角部分に配置した
が、図示しないが高温半田ボール20を、分布配置され
たバンプ17の外側を全部もしくは一部取り囲むように
配置したり、あるいは分布配置されたバンプ17の分布
内に混在させるようにしてもよい。また、高温半田ボー
ル20として50Sn/50Pbの組成を有する半田を
用いたが、バンプ17を形成している63Sn/37P
bの共晶半田の融点(183℃)よりも融点が15度乃
至40度高い、例えば図4に示す第1の変形形態の組成
が52Sn/48Pbの半田(融点:218℃)、第2
の変形形態の組成が95Sn/5Pbの半田(融点:2
22℃)、第3の変形形態の組成が55Sn/45Pb
の半田(融点:200℃)等を選定して高温半田ボール
を形成してもよい。
【0016】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、BGAパッケージの実装面と実装基板の間に
高温半田ボールを複数離間配置するようにしたので、実
装基板に実装する際のBGAパッケージの傾きが防止で
き、半田付部分における接続不良が低減し、実装後のB
GAパッケージの平坦性が十分に確保できると共に、装
置の信頼性が向上したものとなる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す断面図である。
【図2】本発明の一実施形態の要部の断面図である。
【図3】本発明の一実施形態におけるBGAパッケージ
の実装面側から見た概略の平面図である。
【図4】本発明の一実施形態および変形形態における高
温半田ボールの組成を示す図である。
【図5】従来技術を示す断面図である。
【符号の説明】
12…BGAパッケージ 13…実装基板 14…配線基板 17…バンプ 19…接続パッド 20…高温半田ボール

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 略平板状に形成され、実装面側に複数の
    半田付実装用のバンプを2次元的に配列したBGAパッ
    ケージを実装基板に実装してなる半導体装置において、
    前記実装面には、共晶半田ボールで形成された前記バン
    プより融点が高い複数の高温半田ボールが互いに離間す
    る位置に設けられていることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 高温半田ボールが、BGAパッケージの
    実装面のバンプよりも外側の位置に配置されていること
    を特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 バンプと高温半田ボールとがBGAパッ
    ケージの実装面に方形状に分布していると共に、前記高
    温半田ボールが4隅角部分に配置されていることを特徴
    とする請求項1記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 高温半田ボールの融点が、バンプの融点
    よりも15度乃至40度高い温度であることを特徴とす
    る請求項1記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 高温半田ボールは、BGAパッケージを
    実装基板に実装する際、実装面の所定位置にフラックス
    によって仮固定してから実装基板の固定位置に載せ、半
    田付けされるものであることを特徴とする請求項1記載
    の半導体装置。
  6. 【請求項6】 半田付け温度が、バンプの融点よりも高
    い温度で、かつ高温半田ボールが液相とならない温度で
    あることを特徴とする請求項5記載の半導体装置。
JP4319998A 1998-02-25 1998-02-25 半導体装置 Pending JPH11243156A (ja)

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JP4319998A JPH11243156A (ja) 1998-02-25 1998-02-25 半導体装置

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JP4319998A JPH11243156A (ja) 1998-02-25 1998-02-25 半導体装置

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JP (1) JPH11243156A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6824041B2 (en) * 2002-10-21 2004-11-30 Agilent Technologies, Inc. High temperature eutectic solder ball attach
US20100159645A1 (en) * 1998-09-01 2010-06-24 Sony Corporation Semiconductor apparatus and process of production thereof
US9985008B2 (en) 2016-04-28 2018-05-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of fabricating a semiconductor package

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