JPH1126637A - 半導体装置 - Google Patents
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- JPH1126637A JPH1126637A JP19515897A JP19515897A JPH1126637A JP H1126637 A JPH1126637 A JP H1126637A JP 19515897 A JP19515897 A JP 19515897A JP 19515897 A JP19515897 A JP 19515897A JP H1126637 A JPH1126637 A JP H1126637A
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- H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
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- H01L2224/45099—Material
- H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
- H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
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- H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
- H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
- H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
- H05K3/341—Surface mounted components
- H05K3/3431—Leadless components
- H05K3/3436—Leadless components having an array of bottom contacts, e.g. pad grid array or ball grid array components
Landscapes
- Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】実装後の耐温度サイクル性を向上させた半導体
装置の提供。 【解決手段】実装後、応力が大きく、剥離が発生しやす
い箇所のボールランド７Ａの径を大きくし、ボールラン
ド７Ａと半田ボール６Ａの接触面積を増加させることで
接着強度を高め、剥離を発生しにくくさせる。ボールラ
ンド７Ａの径を大きくした箇所は半田容量も多くし、ボ
ール高さが低くなって実装時に接続不良が起きないよう
にし、ボールランド７Ａの径は、半田ボール２ヶを搭載
したとき、従来のボール高さと揃うように設計して、ボ
ール取付工程でボールランド７Ａに合わせて、搭載する
半田ボールを取り替える必要がなく、煩雑な作業を省略
する。
装置の提供。 【解決手段】実装後、応力が大きく、剥離が発生しやす
い箇所のボールランド７Ａの径を大きくし、ボールラン
ド７Ａと半田ボール６Ａの接触面積を増加させることで
接着強度を高め、剥離を発生しにくくさせる。ボールラ
ンド７Ａの径を大きくした箇所は半田容量も多くし、ボ
ール高さが低くなって実装時に接続不良が起きないよう
にし、ボールランド７Ａの径は、半田ボール２ヶを搭載
したとき、従来のボール高さと揃うように設計して、ボ
ール取付工程でボールランド７Ａに合わせて、搭載する
半田ボールを取り替える必要がなく、煩雑な作業を省略
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置に関し、
特にボールグリッドアレイ（Ｂａｌｌ ＧｒｉｄＡｒｒ
ａｙ、以下「ＢＧＡ」という）のパッケージ構造を有す
る半導体装置及びその製造方法に関する。
特にボールグリッドアレイ（Ｂａｌｌ ＧｒｉｄＡｒｒ
ａｙ、以下「ＢＧＡ」という）のパッケージ構造を有す
る半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、電子機器の小型軽量化、高性能化
に伴い半導体パッケージの多ピン化、高密度化がますま
す要求されている。これに伴って、リードの狭ピッチ化
による一括リフローでの基板実装が困難になってきたた
め、周辺リード型パッケージに代表されるＱＦＰ（Ｑua
d Ｆlat Ｐackage）から、ピッチを拡大できる面格子
端子型パッケージに代表されるＢＧＡへと移行しつつあ
る。
に伴い半導体パッケージの多ピン化、高密度化がますま
す要求されている。これに伴って、リードの狭ピッチ化
による一括リフローでの基板実装が困難になってきたた
め、周辺リード型パッケージに代表されるＱＦＰ（Ｑua
d Ｆlat Ｐackage）から、ピッチを拡大できる面格子
端子型パッケージに代表されるＢＧＡへと移行しつつあ
る。
【０００３】また、一方で半導体チップの高集積化によ
り多ピン化の他に、高消費電力化も進んでおり、このた
め多ピンでありながら、高速動作化、高熱放散性に優れ
たパッケージの開発要求も増えている。キャビティーダ
ウンタイプのプラスチックＢＧＡ（以下「ＰＢＧＡ」と
いう）パッケージは、上記要求を満足するように開発さ
れた実装性に優れた半導体装置である。
り多ピン化の他に、高消費電力化も進んでおり、このた
め多ピンでありながら、高速動作化、高熱放散性に優れ
たパッケージの開発要求も増えている。キャビティーダ
ウンタイプのプラスチックＢＧＡ（以下「ＰＢＧＡ」と
いう）パッケージは、上記要求を満足するように開発さ
れた実装性に優れた半導体装置である。
【０００４】ＰＢＧＡといえば、キャビティーアップタ
イプが一般的であるが、このタイプでは、チップは、ガ
ラスエポキシ材等を用いた配線基板に直接取付けられる
ため放熱性に欠ける。また、外形が大きくなると、片面
封止構造であるため、基板が反りやすく、実装不良の原
因となる。このため、多ピン系には向いていない。
イプが一般的であるが、このタイプでは、チップは、ガ
ラスエポキシ材等を用いた配線基板に直接取付けられる
ため放熱性に欠ける。また、外形が大きくなると、片面
封止構造であるため、基板が反りやすく、実装不良の原
因となる。このため、多ピン系には向いていない。
【０００５】キャビティーアップタイプのＰＢＧＡのこ
れらの問題点をカバーするのが、キャビティーダウンタ
イプのＰＢＧＡパッケージである。
れらの問題点をカバーするのが、キャビティーダウンタ
イプのＰＢＧＡパッケージである。
【０００６】キャビティーダウンタイプのＰＢＧＡは、
図４（ａ）に断面図として示すように、中央にホール１
０を設けたガラスエポキシ材等の基板２の片面に、ホー
ル１０をふさぐように、熱伝導率の大きい金属のヒート
スラグ３が取付けられ、チップ１は基板２のホール１０
内に位置するように、ヒートスラグ３に導電性のエポキ
シ系樹脂等で直接固着される。
図４（ａ）に断面図として示すように、中央にホール１
０を設けたガラスエポキシ材等の基板２の片面に、ホー
ル１０をふさぐように、熱伝導率の大きい金属のヒート
スラグ３が取付けられ、チップ１は基板２のホール１０
内に位置するように、ヒートスラグ３に導電性のエポキ
シ系樹脂等で直接固着される。
【０００７】チップ１の電極（パッド）と基板２の配線
パターンは、導電性金属のワイヤー４で接続され、チッ
プ１と接続部は、封止樹脂５で封止される。
パターンは、導電性金属のワイヤー４で接続され、チッ
プ１と接続部は、封止樹脂５で封止される。
【０００８】更に、図４（ａ）に示すように、基板２の
ヒートスラグ３搭載面の反対側には、ホール１０を取り
囲むように、同一径の半田ボール取付電極（以下「ボー
ルランド」という）７がグリッド状に配列され、このボ
ールランド７上に外部接続端子として半田ボール６が取
付けられている。図４（ｂ）は、基板の裏面（半田ボー
ル取付け側）の平面図であり、図４（ａ）は図４（ｂ）
のＡ−Ａ′線断面図である。
ヒートスラグ３搭載面の反対側には、ホール１０を取り
囲むように、同一径の半田ボール取付電極（以下「ボー
ルランド」という）７がグリッド状に配列され、このボ
ールランド７上に外部接続端子として半田ボール６が取
付けられている。図４（ｂ）は、基板の裏面（半田ボー
ル取付け側）の平面図であり、図４（ａ）は図４（ｂ）
のＡ−Ａ′線断面図である。
【０００９】図４に示したキャビティーダウンタイプＰ
ＢＧＡは、チップ１がヒートスラグ３上に直接固着され
るので、放熱性に優れている。ヒートスラグ３にはＣｕ
が用いられることが多い。また、基板２に多層基板を用
いれば高速動作化にも優れる。
ＢＧＡは、チップ１がヒートスラグ３上に直接固着され
るので、放熱性に優れている。ヒートスラグ３にはＣｕ
が用いられることが多い。また、基板２に多層基板を用
いれば高速動作化にも優れる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のキャビ
ティーダウンタイプＰＢＧＡにおいては、実装信頼性、
中でも、耐温度サイクル性が低いという問題点がある。
その理由として以下の３つが考えられる。
ティーダウンタイプＰＢＧＡにおいては、実装信頼性、
中でも、耐温度サイクル性が低いという問題点がある。
その理由として以下の３つが考えられる。
【００１１】（イ）ヒートスラグ３を有するためパッケ
ージの自重が大きく、実装時に、半田ボール６が潰れて
しまい、スタンドオフが低い。ここで、「スタンドオ
フ」とは、実装後のパッケージ基板と実装基板間の距離
をいう。
ージの自重が大きく、実装時に、半田ボール６が潰れて
しまい、スタンドオフが低い。ここで、「スタンドオ
フ」とは、実装後のパッケージ基板と実装基板間の距離
をいう。
【００１２】（ロ）外形サイズが大きいのに加えて、基
板の材質として、熱膨張係数の大きいガラスエポキシ樹
脂を使用しているので、パッケージ外周に向かって半田
接続部に大きな応力が発生する。
板の材質として、熱膨張係数の大きいガラスエポキシ樹
脂を使用しているので、パッケージ外周に向かって半田
接続部に大きな応力が発生する。
【００１３】（ハ）多層基板を利用しているため、基板
がリジッドで応力緩和性に乏しい。
がリジッドで応力緩和性に乏しい。
【００１４】上記（イ）に関して、ＢＧＡパッケージに
おける温度サイクル時に半田接続部にかかるせん断応力
とスタンドオフの関係は式（１）で与えられる。
おける温度サイクル時に半田接続部にかかるせん断応力
とスタンドオフの関係は式（１）で与えられる。
【００１５】γ＝（ΔαΔＴｌ）／ｈ …(1)
【００１６】ここで、 γ：せん断応力、 Δα：パッケージと実装基板の熱膨張係数の差、 ΔＴ：温度サイクル温度差、 ｌ：パッケージ中央から半田接続部までの距離、 ｈ：スタンドオフ、 である。
【００１７】上式（１）によれば、半田接続部にかかる
応力は、スタンドオフｈが大きいほど小さいことがわか
る。これは、比較的柔らかい半田ボール部で応力が緩和
されるためであり、さらにボール高さが大きいほど緩和
力が大きくなるためである。
応力は、スタンドオフｈが大きいほど小さいことがわか
る。これは、比較的柔らかい半田ボール部で応力が緩和
されるためであり、さらにボール高さが大きいほど緩和
力が大きくなるためである。
【００１８】また、上式（１）によれば、項目（ロ）に
記載しているように、パッケージ外周に向かって大きな
応力が発生することも理解できる。即ち、応力は、パッ
ケージ中央から最も距離の離れているパッケージコーナ
ー部で最大となる。従って、キャビティーダウンＰＢＧ
Ａパッケージは、コーナー部での半田ボールのオープン
不良が発生しやすく、実装信頼性が低い。
記載しているように、パッケージ外周に向かって大きな
応力が発生することも理解できる。即ち、応力は、パッ
ケージ中央から最も距離の離れているパッケージコーナ
ー部で最大となる。従って、キャビティーダウンＰＢＧ
Ａパッケージは、コーナー部での半田ボールのオープン
不良が発生しやすく、実装信頼性が低い。
【００１９】事実、実装後の耐温度サイクル性試験を行
うと、条件にもよるが、キャビティーアップタイプの１
／２〜１／３のサイクル数でオープン不良が発生し、オ
ープン箇所は、そのほとんどが、パッケージコーナー部
の半田接続部である。
うと、条件にもよるが、キャビティーアップタイプの１
／２〜１／３のサイクル数でオープン不良が発生し、オ
ープン箇所は、そのほとんどが、パッケージコーナー部
の半田接続部である。
【００２０】また、さらに半田接続部での剥離箇所は、
図４を参照して、パッケージ基板２のボールランド７と
半田ボール６の界面であることが多い。
図４を参照して、パッケージ基板２のボールランド７と
半田ボール６の界面であることが多い。
【００２１】パッケージは、Ｃｕ材のヒートスラグ３を
有しており、Ｃｕは熱膨張係数は基板２と同程度であっ
ても熱伝導率が大きいために、ヒートスラグ３は基板２
に比べて急激な伸縮を繰り返すことになる。
有しており、Ｃｕは熱膨張係数は基板２と同程度であっ
ても熱伝導率が大きいために、ヒートスラグ３は基板２
に比べて急激な伸縮を繰り返すことになる。
【００２２】これにより、コーナー部の半田接続部にか
かる応力はますます大きくなる。しかし、ここで、実装
基板側のボールランド７と半田ボール６の界面にかかる
応力は半田ボール６により多少緩和される。従って、最
も応力の大きい箇所はパッケージ基板２のボールランド
７と半田ボール６の界面となり、剥離箇所はパッケージ
コーナー部のこの部分に集中すると考えられる。
かる応力はますます大きくなる。しかし、ここで、実装
基板側のボールランド７と半田ボール６の界面にかかる
応力は半田ボール６により多少緩和される。従って、最
も応力の大きい箇所はパッケージ基板２のボールランド
７と半田ボール６の界面となり、剥離箇所はパッケージ
コーナー部のこの部分に集中すると考えられる。
【００２３】このような問題点の解消を図る対策の一つ
として、図５に平面図で示すように、少なくとも４つの
コーナー部のうち、半田ボールを配置しない、半田ボー
ルのコーナーミッシングを設けた構成もあるが、この場
合、外部端子数が少なくなるという問題点を有してい
る。
として、図５に平面図で示すように、少なくとも４つの
コーナー部のうち、半田ボールを配置しない、半田ボー
ルのコーナーミッシングを設けた構成もあるが、この場
合、外部端子数が少なくなるという問題点を有してい
る。
【００２４】また、外形を小さくしてコーナー部にかか
る応力を小さくしようとすると、ボールピッチが狭くな
り、配線の引き回しに支障をきたす。
る応力を小さくしようとすると、ボールピッチが狭くな
り、配線の引き回しに支障をきたす。
【００２５】そして、例えば特開平７−１９３１６２号
公報には、反りによる実装時の接続不良を低減するた
め、図６（ａ）に示すように、パッケージ外周部のボー
ルランド７の径を内周よりも大きくするようにしたＢＧ
Ａ半導体装置の構成が提案されている。上記公報に記載
の半導体装置のように、ボールランド７の径を大きくし
て半田ボール６との接触面積を大きくとると、ボールラ
ンド７と半田の接着強度が増し信頼性が向上する。
公報には、反りによる実装時の接続不良を低減するた
め、図６（ａ）に示すように、パッケージ外周部のボー
ルランド７の径を内周よりも大きくするようにしたＢＧ
Ａ半導体装置の構成が提案されている。上記公報に記載
の半導体装置のように、ボールランド７の径を大きくし
て半田ボール６との接触面積を大きくとると、ボールラ
ンド７と半田の接着強度が増し信頼性が向上する。
【００２６】しかしながら、上記特開平７−１９３１６
２号公報記載のＢＧＡ半導体装置では、反りがあること
を前提としているため、反りのない場合には、図６
（ｂ）に示すように、ボールランド７の径に合わせて半
田ボール６の高さに差が出てしまう。これは、ボールラ
ンドの面積を変えることにより半田ボールの高さが変わ
るためである。
２号公報記載のＢＧＡ半導体装置では、反りがあること
を前提としているため、反りのない場合には、図６
（ｂ）に示すように、ボールランド７の径に合わせて半
田ボール６の高さに差が出てしまう。これは、ボールラ
ンドの面積を変えることにより半田ボールの高さが変わ
るためである。
【００２７】そして、キャビティーダウンＰＢＧＡパッ
ケージでは、その複雑な構造のために、反りの向き・程
度を事前に予測することは極めて困難であり、図６に示
した方法を用いることは適当ではない。逆に、キャビテ
ィーダウンＰＢＧＡパッケージでは、キャビティーアッ
プタイプに比べ、反りは小さく、パッケージの自重によ
るボール潰れで、現状のコプラナリティーは、吸収でき
ているので、コプラナリティーを変に操作しない方が良
い。
ケージでは、その複雑な構造のために、反りの向き・程
度を事前に予測することは極めて困難であり、図６に示
した方法を用いることは適当ではない。逆に、キャビテ
ィーダウンＰＢＧＡパッケージでは、キャビティーアッ
プタイプに比べ、反りは小さく、パッケージの自重によ
るボール潰れで、現状のコプラナリティーは、吸収でき
ているので、コプラナリティーを変に操作しない方が良
い。
【００２８】また、上記特開平７−１９３１６２号公報
記載のＢＧＡ半導体装置において、仮に、半田ボール高
さを揃えようとすると、ボールランド７（図６参照）に
合わせて半田ボール６の半田容量を変えなければならな
くなり、ボール搭載作業が繁雑になる。
記載のＢＧＡ半導体装置において、仮に、半田ボール高
さを揃えようとすると、ボールランド７（図６参照）に
合わせて半田ボール６の半田容量を変えなければならな
くなり、ボール搭載作業が繁雑になる。
【００２９】さらに、半田容量の多い半田ボールをパッ
ケージ外周全てに配置すると、ボール間距離が狭く、ボ
ールブリッジが発生しやすくなってしまう。
ケージ外周全てに配置すると、ボール間距離が狭く、ボ
ールブリッジが発生しやすくなってしまう。
【００３０】以上説明したように、従来のキャビティー
ダウンタイプのＰＢＧＡパッケージは、実装後の耐温度
サイクル性試験でパッケージコーナー部に位置する半田
ボールが剥離してオープン不良が発生しやすく、実装信
頼性が低いという、という問題点を有している。
ダウンタイプのＰＢＧＡパッケージは、実装後の耐温度
サイクル性試験でパッケージコーナー部に位置する半田
ボールが剥離してオープン不良が発生しやすく、実装信
頼性が低いという、という問題点を有している。
【００３１】その理由は、キャビティーダウンタイプの
ＰＢＧＡパッケージは、（１）パッケージが重く、実装
時に半田ボールが潰れてしまいスタンドオフが低く、半
田ボール部での応力緩和性に乏しい、（２）外形サイズ
が大きいのに加えて基板材質には熱膨張係数の大きいガ
ラスエポキシ等を使用しているので、パッケージ外周に
向かって半田接緩部に大きな応力が発生する、（３）多
層基板を利用しているため、基板がリジッドで応力緩和
性に乏しい、等による。
ＰＢＧＡパッケージは、（１）パッケージが重く、実装
時に半田ボールが潰れてしまいスタンドオフが低く、半
田ボール部での応力緩和性に乏しい、（２）外形サイズ
が大きいのに加えて基板材質には熱膨張係数の大きいガ
ラスエポキシ等を使用しているので、パッケージ外周に
向かって半田接緩部に大きな応力が発生する、（３）多
層基板を利用しているため、基板がリジッドで応力緩和
性に乏しい、等による。
【００３２】また、耐温度サイクル特性の向上を図る上
記従来技術においても、コーナーミッシングにおけるボ
ール数の削減や、外形縮小による狭ボールピッチ化およ
び配線引き回しへの悪影響、ランド径変更によるボール
高さの不均一化等といった問題点を有している。
記従来技術においても、コーナーミッシングにおけるボ
ール数の削減や、外形縮小による狭ボールピッチ化およ
び配線引き回しへの悪影響、ランド径変更によるボール
高さの不均一化等といった問題点を有している。
【００３３】したがって、本発明は、上記問題点を解消
するためになされたものであって、実装後の耐温度サイ
クル性を向上させたＢＧＡ型半導体装置およびその製造
方法を提供することを目的とする。
するためになされたものであって、実装後の耐温度サイ
クル性を向上させたＢＧＡ型半導体装置およびその製造
方法を提供することを目的とする。
【００３４】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明によるＢＧＡ半導体装置は、半導体チップ
と、配線パターンを有する基板と、少なくともチップ
と、チップ電極と基板の配線パターンの接続部を覆う封
止樹脂と、基板の片面に外部接続端子として取付けられ
た半田ボールから構成される半導体装置において、少な
くとも４コーナーに位置する半田ボールの取付電極の径
が他の箇所より大きく、且つ半田ボール高さが他の箇所
と同じであることを特徴とする半導体装置を提供する。
め、本発明によるＢＧＡ半導体装置は、半導体チップ
と、配線パターンを有する基板と、少なくともチップ
と、チップ電極と基板の配線パターンの接続部を覆う封
止樹脂と、基板の片面に外部接続端子として取付けられ
た半田ボールから構成される半導体装置において、少な
くとも４コーナーに位置する半田ボールの取付電極の径
が他の箇所より大きく、且つ半田ボール高さが他の箇所
と同じであることを特徴とする半導体装置を提供する。
【００３５】さらに本発明のＢＧＡ半導体装置は、上記
ＢＧＡ半導体装置において、少なくとも４コーナーの半
田ボールは他の箇所のボールより半田容量が多いことを
特徴とする半導体装置を提供する。
ＢＧＡ半導体装置において、少なくとも４コーナーの半
田ボールは他の箇所のボールより半田容量が多いことを
特徴とする半導体装置を提供する。
【００３６】［作用］本発明のＢＧＡ半導体装置によれ
ば、実装後の耐温度サイクル性試験において、パッケー
ジコーナー部の、パッケージ基板のボールランドと半田
ボールの界面に大きな応力が生じても、ボールランドと
半田ボールの接触面積を大きくすることで接着強度が増
強されるので、従来よりもボールランドと半田ボールの
剥離が発生しなくなり、実装信頼性が向上する。
ば、実装後の耐温度サイクル性試験において、パッケー
ジコーナー部の、パッケージ基板のボールランドと半田
ボールの界面に大きな応力が生じても、ボールランドと
半田ボールの接触面積を大きくすることで接着強度が増
強されるので、従来よりもボールランドと半田ボールの
剥離が発生しなくなり、実装信頼性が向上する。
【００３７】また、径が異なるボールランドに同一容量
の半田を取り付けると半田ボール高さが変化するが、本
発明では径を大きくしたボールランドに取り付ける半田
ボールは半田容量を多くして、半田ボール高さを全て均
一にするのでコプラナリティーへの影響は少ない。
の半田を取り付けると半田ボール高さが変化するが、本
発明では径を大きくしたボールランドに取り付ける半田
ボールは半田容量を多くして、半田ボール高さを全て均
一にするのでコプラナリティーへの影響は少ない。
【００３８】また、ボールランドと半田ボールの接着強
度をあげることで実装信頼性を向上させるので、コーナ
ーミッシングのようにピン数に影響を与えることがな
い。さらにコーナー部のボールランド径だけを大きくす
るのであれば、配線の引き回しに影響を与えることもな
い。
度をあげることで実装信頼性を向上させるので、コーナ
ーミッシングのようにピン数に影響を与えることがな
い。さらにコーナー部のボールランド径だけを大きくす
るのであれば、配線の引き回しに影響を与えることもな
い。
【００３９】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について以下
に説明する。本発明のＢＧＡ半導体装置は、その好まし
い実施の形態において、中央にホールを設けた配線パタ
ーンを有する基板（図１（ａ）の２）と、基板の片面に
ホール（図１の１０）を塞ぐように取付けられたヒート
スラグ（図１の３）と、基板のホール内に位置するよう
にヒートスラグに直接固着された半導体チップ（図１の
１）と、から成り、チップの電極と基板の配線パターン
は導電性金属のワイヤー（図１の４）によって電気的に
接続され、封止樹脂（図１の５）により、少なくともチ
ップ（図１の１）とワイヤー接続部とが封止され、基板
のヒートスラグ取付面と反対側の面に、ホールを取り囲
むように、グリッド状に配列されたボールランド（図１
の７）が設けられ、複数の半田ボール（図１の６）が取
り付けられて構成されている。そして、パッケージの外
周コーナーに位置する少なくとも４つのボールランドの
径は他の箇所より大きく、ボールの半田容量も多くして
ある（図１（ｂ）参照）。
に説明する。本発明のＢＧＡ半導体装置は、その好まし
い実施の形態において、中央にホールを設けた配線パタ
ーンを有する基板（図１（ａ）の２）と、基板の片面に
ホール（図１の１０）を塞ぐように取付けられたヒート
スラグ（図１の３）と、基板のホール内に位置するよう
にヒートスラグに直接固着された半導体チップ（図１の
１）と、から成り、チップの電極と基板の配線パターン
は導電性金属のワイヤー（図１の４）によって電気的に
接続され、封止樹脂（図１の５）により、少なくともチ
ップ（図１の１）とワイヤー接続部とが封止され、基板
のヒートスラグ取付面と反対側の面に、ホールを取り囲
むように、グリッド状に配列されたボールランド（図１
の７）が設けられ、複数の半田ボール（図１の６）が取
り付けられて構成されている。そして、パッケージの外
周コーナーに位置する少なくとも４つのボールランドの
径は他の箇所より大きく、ボールの半田容量も多くして
ある（図１（ｂ）参照）。
【００４０】
【実施例】上記した本発明において更に詳細に説明すべ
く、本発明の実施例について図面を参照して以下に詳細
に説明する。
く、本発明の実施例について図面を参照して以下に詳細
に説明する。
【００４１】図１（ａ）は、本発明の一実施例のＢＧＡ
半導体装置の構成を示す断面図であり、図１（ｂ）は、
本発明の一実施例のボール配列を示す平面図である。な
お、図１（ａ）は、図１（ｂ）ののＡ−Ａ′線断面図で
ある。
半導体装置の構成を示す断面図であり、図１（ｂ）は、
本発明の一実施例のボール配列を示す平面図である。な
お、図１（ａ）は、図１（ｂ）ののＡ−Ａ′線断面図で
ある。
【００４２】図１（ａ）に示すように、本実施例のＢＧ
Ａ半導体装置は、中央にホール１０を設けた配線パター
ンを有する基板２と、基板２の片面にホール１０を塞ぐ
ように取付けられたヒートスラグ３と、基板のホール内
に位置するようにヒートスラグ３に直接固着された半導
体チップ１から成り、チップ１の電極と基板２の配線パ
ターンは導電性金属のワイヤー４によって電気的に接読
され、封止樹脂５により少なくともチップ１とワイヤー
接続部は封止され、基板２のヒートスラグ取付面と反対
側の面にホール１０を取り囲むようにグリッド状に配列
された複数のボールランド７が設けられ、複数のボール
ランド７にそれぞれ複数の半田ボール６が取り付けられ
た構造になっている。
Ａ半導体装置は、中央にホール１０を設けた配線パター
ンを有する基板２と、基板２の片面にホール１０を塞ぐ
ように取付けられたヒートスラグ３と、基板のホール内
に位置するようにヒートスラグ３に直接固着された半導
体チップ１から成り、チップ１の電極と基板２の配線パ
ターンは導電性金属のワイヤー４によって電気的に接読
され、封止樹脂５により少なくともチップ１とワイヤー
接続部は封止され、基板２のヒートスラグ取付面と反対
側の面にホール１０を取り囲むようにグリッド状に配列
された複数のボールランド７が設けられ、複数のボール
ランド７にそれぞれ複数の半田ボール６が取り付けられ
た構造になっている。
【００４３】さらに図１（ｂ）に示すようにパッケージ
の最外周コーナーに位置する４つのボールランドの径は
他の箇所より大きく、ボールの半田容量も多くしてあ
る。
の最外周コーナーに位置する４つのボールランドの径は
他の箇所より大きく、ボールの半田容量も多くしてあ
る。
【００４４】基板２の材質には、熱膨張係数α＝１５ｐ
ｐｍ／℃のガラスエポキシ基板、ＢＴレジンを用い、配
線パターンは、Ｃｕで形成してある。
ｐｍ／℃のガラスエポキシ基板、ＢＴレジンを用い、配
線パターンは、Ｃｕで形成してある。
【００４５】ヒートスラグ３には、α＝１７ｐｐｍ／℃
のＣｕ材を用い、封止樹脂５にはα＝１５ｐｐｍ／℃の
エポキシ樹脂を用いた。
のＣｕ材を用い、封止樹脂５にはα＝１５ｐｐｍ／℃の
エポキシ樹脂を用いた。
【００４６】チップ１の電極と基板２の配線パターンは
Ａｕワイヤー４で接続した。また、半田ボール６の材質
に、はＳｎ６３％、Ｐｂ３７％の共晶半田を用いた。
Ａｕワイヤー４で接続した。また、半田ボール６の材質
に、はＳｎ６３％、Ｐｂ３７％の共晶半田を用いた。
【００４７】また、本実施例のパッケージ寸法は、外形
寸法が４５．０ｍｍＳＱ、基板２の厚さ１．８８ｍｍ、
ヒートスラグ３の外形寸法２２．５ｍｍＳＱ、ボール配
列は１．２７ｍｍピッチのペリメーター配列で６７２
ｐ、搭載する半田ボールの搭載前の大きさがφ０・７６
ｍｍである。
寸法が４５．０ｍｍＳＱ、基板２の厚さ１．８８ｍｍ、
ヒートスラグ３の外形寸法２２．５ｍｍＳＱ、ボール配
列は１．２７ｍｍピッチのペリメーター配列で６７２
ｐ、搭載する半田ボールの搭載前の大きさがφ０・７６
ｍｍである。
【００４８】図２は、本発明の一実施例におけるボール
ランド部を説明するための部分拡大断面図である。図２
に示すように、４コーナー以外のボールランド７の寸法
は０．８ｍｍで、Ｓ／Ｒ開口径１１は０．６３ｍｍであ
る。なお、図２において、１６はＳ／Ｒ（ソルダレジス
ト）、１２はボールランド径である。
ランド部を説明するための部分拡大断面図である。図２
に示すように、４コーナー以外のボールランド７の寸法
は０．８ｍｍで、Ｓ／Ｒ開口径１１は０．６３ｍｍであ
る。なお、図２において、１６はＳ／Ｒ（ソルダレジス
ト）、１２はボールランド径である。
【００４９】本実施例では、パッケージの４コーナーの
ボールランド７Ａのそれぞれにφ０．７６ｍｍの半田ボ
ール２ヶを搭載したときのボール高さが、４コーナー以
外のランド径０・８ｍｍ、Ｓ／Ｒ開口径０．６３ｍｍの
ボールランド７にφ０．７６ｍｍの半田ボールを１ヶを
搭載したときのボール高さと同じになるように設計し
た。
ボールランド７Ａのそれぞれにφ０．７６ｍｍの半田ボ
ール２ヶを搭載したときのボール高さが、４コーナー以
外のランド径０・８ｍｍ、Ｓ／Ｒ開口径０．６３ｍｍの
ボールランド７にφ０．７６ｍｍの半田ボールを１ヶを
搭載したときのボール高さと同じになるように設計し
た。
【００５０】ボール高さは、Ｓ／Ｒ開口部の径により決
定するが、ボール強度を保つ意味でＳ／Ｒ開口径を大き
くする場合は、ボールランド径も大きくする方が望まし
い。半田容量が２倍の場合にボール高さが同じになるよ
うなＳ／Ｒ開□径を近似的に算出すると、０・９３ｍｍ
となる。これに合わせて、ボールランド径を、１．１０
ｍｍとした。
定するが、ボール強度を保つ意味でＳ／Ｒ開口径を大き
くする場合は、ボールランド径も大きくする方が望まし
い。半田容量が２倍の場合にボール高さが同じになるよ
うなＳ／Ｒ開□径を近似的に算出すると、０・９３ｍｍ
となる。これに合わせて、ボールランド径を、１．１０
ｍｍとした。
【００５１】従って、このとき半田ボール６Ａとボール
ランド７Ａの接触面積が約２倍に増加するので、半田ボ
ール６Ａとボールランド７Ａの接着強度も約２倍に増加
する。また、ボール高さを揃えるので、ボールランド径
変更による実装時の接続不良が増えることもない。
ランド７Ａの接触面積が約２倍に増加するので、半田ボ
ール６Ａとボールランド７Ａの接着強度も約２倍に増加
する。また、ボール高さを揃えるので、ボールランド径
変更による実装時の接続不良が増えることもない。
【００５２】本実施例のＢＧＡ半導体装置を実装した状
態で耐温度サイクル性試験を実施した場合、パッケージ
コーナーの半田接続部に大きな応力がかかり、コーナー
部の半田ボールの剥離によるオープン不良が多発してい
たが、本実施例では半田ボール６Ａとボールランド７Ａ
の接着強度が従来より増加したため、半田ボール６Ａの
剥離が発生しなくなり、実装信頼性が向上した。
態で耐温度サイクル性試験を実施した場合、パッケージ
コーナーの半田接続部に大きな応力がかかり、コーナー
部の半田ボールの剥離によるオープン不良が多発してい
たが、本実施例では半田ボール６Ａとボールランド７Ａ
の接着強度が従来より増加したため、半田ボール６Ａの
剥離が発生しなくなり、実装信頼性が向上した。
【００５３】本発明のＢＧＡ半導体装置は、例えば図３
に示すような製造方法で実現できる。図３は、本発明の
ＢＧＡ半導体装置の製造方法の一実施例を工程順に説明
するための工程断面図である。
に示すような製造方法で実現できる。図３は、本発明の
ＢＧＡ半導体装置の製造方法の一実施例を工程順に説明
するための工程断面図である。
【００５４】まず、図３（ａ）に示すように、基板２の
片側の面のボールランド７にフラックス１３を塗布す
る。
片側の面のボールランド７にフラックス１３を塗布す
る。
【００５５】次に、図３（ｂ）に示すように、半田ボー
ル取付マスク治具１４を位置よくセッティングする。
ル取付マスク治具１４を位置よくセッティングする。
【００５６】次に図３（ｃ）に示すように、ボールマス
ク治具１４の、ボールを位置決めするためのホール１５
に半田ボール６を流し込んでセットする。
ク治具１４の、ボールを位置決めするためのホール１５
に半田ボール６を流し込んでセットする。
【００５７】本実施例において、使用する半田ボール６
は１サイズのみで、パッケージ４コーナーのボールラン
ド７Ａの上部に位置する治具のホール１５Ａの径は半田
ボール６が２ヶずつ入るような大きさになっている。そ
の他のホール１６の径は、半田ボール６が１ケずつ入る
大きさである。
は１サイズのみで、パッケージ４コーナーのボールラン
ド７Ａの上部に位置する治具のホール１５Ａの径は半田
ボール６が２ヶずつ入るような大きさになっている。そ
の他のホール１６の径は、半田ボール６が１ケずつ入る
大きさである。
【００５８】そして、図３（ｄ）に示すように、ボール
取付マスク治具１４を載せたままリフローを通して、半
田ボール６をボールランド７に接着する。このとき、４
つのコーナー部に搭載された２ヶの半田ボール６は、こ
こで一つの大きなボールとなる。
取付マスク治具１４を載せたままリフローを通して、半
田ボール６をボールランド７に接着する。このとき、４
つのコーナー部に搭載された２ヶの半田ボール６は、こ
こで一つの大きなボールとなる。
【００５９】最後にフラックス１３を洗い流して、ボー
ル付けは完了する（図３（ｅ）参照）。
ル付けは完了する（図３（ｅ）参照）。
【００６０】以上、上記実施例に即して説明したが、本
発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の
原理に準ずる各種変形を含むことは勿論である。例え
ば、パッケージ基板はプラスチック基板に限るものでは
なく、本実施例と同様にパッケージコーナー部のボール
接続部に最も大きな応力が発生するものには全て同様に
適用できる。
発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の
原理に準ずる各種変形を含むことは勿論である。例え
ば、パッケージ基板はプラスチック基板に限るものでは
なく、本実施例と同様にパッケージコーナー部のボール
接続部に最も大きな応力が発生するものには全て同様に
適用できる。
【００６１】また、構造的にも、本実施例のようにキャ
ビティーダウンタイプに限るものではなく、キャビティ
ーアップタイプに適用することも可能である。但し、こ
の場合は、応力が最もかかるボール接続部の位置が異な
るので、十分に応力のかかり方を検討した後、設計する
必要がある。
ビティーダウンタイプに限るものではなく、キャビティ
ーアップタイプに適用することも可能である。但し、こ
の場合は、応力が最もかかるボール接続部の位置が異な
るので、十分に応力のかかり方を検討した後、設計する
必要がある。
【００６２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば下
記記載の効果を奏する。
記記載の効果を奏する。
【００６３】本発明の主たる効果の一つは、ボールラン
ドと半田ボールの剥離の発生を回避し、実装信頼性を向
上する、ということである。
ドと半田ボールの剥離の発生を回避し、実装信頼性を向
上する、ということである。
【００６４】その理由は、次の通りである。従来、実装
後の耐温度サイクル性試験においてコーナー部のパッケ
ージ基板のボールランドと半田ボールの界面に大きな応
力が生じ、半田ボール剥離が発生するため実装信頼性が
低かったが、本発明のＢＧＡ半導体装置によれば、ボー
ルランドと半田ボールの接触面積を大きくすることで接
着強度が増強されるので、ボールランドと半田ボールの
剥離が発生しなくなり、実装信頼性を向上する。
後の耐温度サイクル性試験においてコーナー部のパッケ
ージ基板のボールランドと半田ボールの界面に大きな応
力が生じ、半田ボール剥離が発生するため実装信頼性が
低かったが、本発明のＢＧＡ半導体装置によれば、ボー
ルランドと半田ボールの接触面積を大きくすることで接
着強度が増強されるので、ボールランドと半田ボールの
剥離が発生しなくなり、実装信頼性を向上する。
【００６５】また、径が異なるボールランドに同一容量
の半田を取り付けると半田ボール高さが変化するが、本
発明によれば、径を大きくしたボールランドに取り付け
る半田ボールは半田容量を多くして、半田ボール高さを
全て均一にするのでコプラナリティーへの影響は少な
い。
の半田を取り付けると半田ボール高さが変化するが、本
発明によれば、径を大きくしたボールランドに取り付け
る半田ボールは半田容量を多くして、半田ボール高さを
全て均一にするのでコプラナリティーへの影響は少な
い。
【００６６】さらに、本発明によれば、ボールランドと
半田ボールの接着強度をあげることで実装信頼性を向上
させたものであり、コーナーミッシングのようにピン数
に影響を与えることがない。さらにコーナー部のボール
ランド径のみをを大きくするのであれば、配線の引き回
しに影響を与えることもない。
半田ボールの接着強度をあげることで実装信頼性を向上
させたものであり、コーナーミッシングのようにピン数
に影響を与えることがない。さらにコーナー部のボール
ランド径のみをを大きくするのであれば、配線の引き回
しに影響を与えることもない。
【００６７】そして、本発明の半導体装置の製造方法に
よれば、同一サイズの半田ボールをボールランドに複数
搭載することで、取付半田ボールの半田容量を多くする
ので、煩雑な作業をすることなしに、ボールランド径を
大きくした半田ボールの半田容量を他の半田ボールより
多くすることが可能となる。
よれば、同一サイズの半田ボールをボールランドに複数
搭載することで、取付半田ボールの半田容量を多くする
ので、煩雑な作業をすることなしに、ボールランド径を
大きくした半田ボールの半田容量を他の半田ボールより
多くすることが可能となる。
【００６８】以上のように、本発明によれば実装後の耐
温度サイクル性を向上させた半導体装置を提供すること
が可能である。
温度サイクル性を向上させた半導体装置を提供すること
が可能である。
【図１】本発明の一実施例の構成を示す図であり、
（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図２】本発明の一実施例におけるボールランド部を説
明するための部分拡大断面図である。
明するための部分拡大断面図である。
【図３】本発明の一実施例におけるボール付け工程を説
明する工程断面図である。
明する工程断面図である。
【図４】従来のＢＧＡ型半導体装置の構成を示す図であ
り、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
り、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図５】従来のＢＧＡ型半導体装置の別の構成を示す平
面図である。
面図である。
【図６】従来のＢＧＡ型半導体装置のさらに別の構成を
示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−
Ａ′線断面図である。
示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−
Ａ′線断面図である。
１ 半導体チップ ２ 基板 ３ ヒートスラグ ４ ワイヤー ５ 封止樹脂 ６ 半田ボール ７ パッケージ基板側のボールランド ８ 実装基板 ９ 実装基板側のボールランド １０ ホール １１ Ｓ／Ｒ開口径 １２ ボールランド径 １３ フラックス １４ 半田ボール取付マスク治具 １５ ボール位置決めのためのホール １６ Ｓ／Ｒ（ソルダレジスト）
Claims (3)
- 【請求項１】半導体チップと、配線パターンを有する基
板と、前記半導体チップと前記半導体チップの電極と前
記基板の配線パターンの接続部を少なくとも覆う封止樹
脂と、前記基板の片面に外部接続端子として取付けられ
た半田ボールと、を備えてなる半導体装置において、 少なくとも４つのコーナーに位置する半田ボールの取付
電極の径が、他の箇所の取付電極の径よりも大きく、且
つ前記半田ボールの高さが他の箇所の半田ボールと同じ
である、ことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】少なくとも４つのコーナーの半田ボール
は、他の箇所の半田ボールよりも半田容量が多い、こと
を特徴とする半導体装置。 - 【請求項３】半導体チップと、配線パターンを有する基
板と、前記半導体チップと前記半導体チップの電極と前
記基板の配線パターンの接続部を少なくとも覆う封止樹
脂と、前記基板の片面に外部接続端子として取付けられ
た半田ボールと、を備えてなる半導体装置の製造方法に
おいて、 少なくとも４つのコーナーに位置する半田ボールの取付
電極の径が、他の箇所の取付電極の径よりも大きく、 使用する半田ボールは１サイズとし、 前記４つのコーナーの取付電極の上部に位置するボール
取付マスク治具のホールの径は前記半田ボールが複数入
るような大きさとされ、他の箇所のホールの径は前記半
田ボールが１ケずつ入る大きさとされ、前記ボール取付
マスク治具を基板上に配置させた状態でリフローを通し
て、半田ボールを前記取付電極に接合し、これにより、
且つ前記半田ボール高さは他の箇所の半田ボールと同じ
とする、ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19515897A JP3016380B2 (ja) | 1997-07-04 | 1997-07-04 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19515897A JP3016380B2 (ja) | 1997-07-04 | 1997-07-04 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1126637A true JPH1126637A (ja) | 1999-01-29 |
| JP3016380B2 JP3016380B2 (ja) | 2000-03-06 |
Family
ID=16336403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19515897A Expired - Fee Related JP3016380B2 (ja) | 1997-07-04 | 1997-07-04 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3016380B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013251303A (ja) * | 2012-05-30 | 2013-12-12 | Canon Inc | 半導体パッケージ及び積層型半導体パッケージ |
-
1997
- 1997-07-04 JP JP19515897A patent/JP3016380B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013251303A (ja) * | 2012-05-30 | 2013-12-12 | Canon Inc | 半導体パッケージ及び積層型半導体パッケージ |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3016380B2 (ja) | 2000-03-06 |
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