JPH11274682A - パッケージ組立体およびこれを用いた電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パッケージ組立体の実装信頼性を向上し、電
子機器の小型化、低コスト化をはかる。 【解決手段】 接続体５と第１のパッケージ用パッド６
Ａを半田を用いずに圧着し、他の接続体５を第２のパッ
ケージ用パッド６Ｂに半田７により溶着したパッケージ
組立体である。パッケージ２に固定されたピン８を、プ
リント基板３中に設けられた貫通穴を通して弾性体９と
共に固定することにより、パッケージの周辺部におい
て、パッケージ・プリント基板間に引力を与え、第１の
パッケージ用パッド６Ａと、接続体５間に所定の圧力を
印加し、良好な電気的接触を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＢＧＡ（ボール・
グリッド・アレイ）パッケージとプリント基板とからな
るパッケージ組立体および、そのパッケージ組立体を用
いた電子機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７に従来の半導体素子用パッケージ
（ＢＧＡパッケージ）をプリント基板３に実装した場合
の接続部の様子を示す。図７（ｂ）は、図７（ａ）のＣ
部の拡大図である。図７に示すように従来のＢＧＡパッ
ケージ２の実装形式においては、導電性ボール５からな
るすべての接続体は、ＢＧＡパッケージ２の電極パッド
（アウターリード・パッド）４と半田７を介して溶着し
固定されている。また、同時に、すべての接続体５は、
プリント基板３の電極パッド（パッケージ用パッド）６
と半田７を介して溶着し固定されている。また、ＢＧＡ
パッケージ２に搭載された半導体チップ１は、ＢＧＡパ
ッケージ２のインナリード・パッド（図示省略）にボン
ディングワイヤを介して接続されている。この結果、す
べてのアウターリード・パッド４、すべてのパッケージ
用パッド６、及びすべての接続体５は、力学的に固定さ
れている。なお、インナリード・パッドとアウターリー
ド・パッド４とは、図示を省略した配線部やスルーホー
ル部を介して互いに接続されていることは勿論である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】パッケージ材料の熱膨
張係数とプリント基板の熱膨張係数とは、一般に異な
り、この違いに起因する熱膨張に差がある。このため、
ＢＧＡパッケージ２をプリント基板３に実装する場合
に、熱膨張の差による機械的ストレスが、ＢＧＡパッケ
ージ２とプリント基板３との接続体となる導電性ボール
や導電性バンプに集中的に加わり、ＢＧＡパッケージの
実装信頼性を低下させてしまう問題点がある。

【０００４】このため熱膨張量の差異が大きいパッケー
ジ周辺部分の導電性ボールや導電性バンプ等の接続体５
をパッケージ用パッド６と半田７等で溶着・固定せず
に、パッケージ用パッド６上を移動できるようにするこ
とが有効と期待できる。

【０００５】しかし、接続体５と電極パッド（パッケー
ジ用パッド）６とを半田７で溶着しない場合には、接続
体５と電極パッド（パッケージ用パッド）６間の電気的
接触抵抗が増大する。また、自動車に搭載したり、人間
が携帯するような電子機器においては、振動により接続
体５と電極パッド（パッケージ用パッド）６間の電気的
接触抵抗が増大したり、電気的解放状態（オープン）に
なる恐れがある。

【０００６】上記問題点に鑑み、本発明は熱膨張効果等
の熱履歴や振動の効果に対する高い実装信頼性を有した
パッケージ組立体を提供することである。

【０００７】本発明のさらに他の目的は、熱膨張効果等
の熱履歴や振動の効果に対する高い実装信頼性を有した
電子機器を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の特徴は、複数のアウターリード・パ
ッドを具備したパッケージと、この複数のアウターリー
ド・パッドのそれぞれに半田により溶着された複数の接
続体と、複数の接続体の内の一部とのみ圧着される第１
のパッケージ用パッド及び残余の接続体と半田により溶
着される第２のパッケージ用パッドとを具備するプリン
ト基板と、パッケージの周辺部において、パッケージ・
プリント基板間に引力を与え、第１のパッケージ用パッ
ドと接続体間に所定の圧力を印加する圧力印加手段とを
少なくとも具備するパッケージ組立体であることであ
る。第１のパッケージ用パッドは、第２のパッケージ用
パッドの外周側に配置するのが好ましい。ここで、「ア
ウターリード・パッド」は、プリント基板と接続するた
めにパッケージに設けられた電極パッドの意である。パ
ッケージには、さらに半導体チップと接続するための電
極パッドであるインナリード・パッドが設けられ、パッ
ケージに搭載された半導体チップは、このパッケージの
インナリード・パッドにボンディングワイヤ等を介して
接続される。インナリード・パッドとアウターリード・
パッドとは、配線部やスルーホール部等を介して互いに
接続される。一方、「パッケージ用パッド」とは、パッ
ケージと接続するためのプリント基板の表面に設けられ
た電極パッドである。

【０００９】本発明の第１の特徴によれば、パッケージ
材料の熱膨張係数とプリント基板の熱膨張係数の違いに
起因する機械的ストレス等が抑制され、同時に、第１の
パッケージ用パッドと接続体との間の良好な電気的接触
が保証される。このため、熱履歴が生じた場合であって
も、接続体、もしくは接続体周辺における不良の発生が
回避される。しかも、この第１のパッケージ用パッドと
接続体との間の良好な電気的接触は、パッケージ組立体
に振動が与えられる場合であっても維持できる。従っ
て、本発明の第１の特徴によれば、高い実装信頼性を得
ることができる。

【００１０】より具体的には、この圧力印加手段は、プ
リント基板に設けられた貫通穴と、一端がパッケージに
固定され、他端がこの貫通穴を遊貫したピンと、このピ
ンの他端に螺合したナットと、プリント基板とナットと
の間に挟入された弾性体とから少なくとも構成すればよ
い。ここで、「弾性体」とは板バネやつるまきバネ等の
バネや、ゴム等でもよい。このピンに螺合されるナット
の位置と、弾性体の弾性率を調整することにより、第１
のパッケージ用パッドと接続体間の接触圧力を調整し、
所望の圧力を得られるので、電気的な接触抵抗が低くな
り、かつ実装信頼性が向上する。

【００１１】なお、本発明の第１の特徴における「半田
により溶着」とは、接続体が完全に溶けることを要しな
いことはもちろんである。半田により溶着されるために
は、接続体の材質にもよるが、少なくとも接続体の原子
層レベルの表面が、合金反応、固相拡散反応、表面触媒
反応等所定の反応により融解した半田と互いにくっつい
ていればよいのである。

【００１２】本発明の第２の特徴は、複数のアウターリ
ード・パッドを具備したパッケージと、この複数のアウ
ターリード・パッドのそれぞれに半田により溶着された
複数の接続体と、複数の接続体の内の一部とのみ圧着さ
れる第１のパッケージ用パッド及び残余の接続体と半田
により溶着される第２のパッケージ用パッドとを具備す
るプリント基板と、パッケージの周辺部において、パッ
ケージ・プリント基板間に引力を与え、第１のパッケー
ジ用パッドと接続体間に所定の圧力を印加する圧力印加
手段とを少なくとも具備するパッケージ組立体と、この
パッケージ組立体を格納する筐体とを少なくとも含む電
子機器であることである。

【００１３】本発明の第２の特徴によれば、パッケージ
材料の熱膨張係数とプリント基板の熱膨張係数の違いに
起因する機械的ストレス等が抑制される。同時に、パッ
ケージ組立体の第１のパッケージ用パッドと接続体間
に、電気的に良好な接触が可能なレベルの圧力を印加で
き、第１のパッケージ用パッドと接続体との間の良好な
電気的接触が保証される。さらに、電子機器に振動が加
わった際においても良好な電気的接続が維持され、実装
信頼性が高い。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一
又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法と
の関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なるこ
とに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸
法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また
図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる
部分が含まれていることはもちろんである。

【００１５】（第１の実施の形態）図１は本発明の第１
の実施の形態に係るパッケージ組立体を説明するための
模式的な断面図で、図２（ａ）は、図１のＡ部の拡大図
で、図２（ｂ）は、図１のＢ部の拡大図である。図３は
図１に示したプリント基板３上の、ＢＧＡパッケージ２
を実装する領域を拡大して示す平面図である。

【００１６】図１及び図２に示すように本発明の第１の
実施の形態に係るパッケージ組立体は、複数のアウター
リード・パッド４を具備したパッケージ（ＢＧＡパッケ
ージ）２と、この複数のアウターリード・パッド４のそ
れぞれに半田により溶着された複数の接続体５と、複数
の接続体５の内の一部とのみ圧着される第１のパッケー
ジ用パッド６Ａ及び残余の接続体５と半田により溶着さ
れる第２のパッケージ用パッド６Ｂとを具備するプリン
ト基板３とを少なくとも有している。また、ＢＧＡパッ
ケージ２に搭載された半導体チップ１は、ＢＧＡパッケ
ージ２の凹部の表面に設けられたインナリード・パッド
（図示省略）にボンディングワイヤを介して接続されて
いる。インナリード・パッドとアウターリード・パッド
４とは、図示を省略した配線部やスルーホール部を介し
て互いに接続されている。なお、簡略化のために図示を
省略しているが、半導体チップ１は所定の樹脂等でモー
ルドされるのが好ましいことは勿論である。

【００１７】このパッケージ組立体の実装方式におい
て、すべての接続体５は半導体素子用パッケージ（ＢＧ
Ａパッケージ）２の電極パッド（アウターリード・パッ
ド）４に半田７により溶着され、固定されている。半田
７としては、たとえば、融点１００℃乃至２００℃程度
の低融点半田や共晶半田を用いればよい。より具体的に
は、半田７としてスズ（Ｓｎ）-６３％鉛（Ｐｂ）３７
％の共晶半田や、インジウム（Ｉｎ）合金半田、あるい
はスズ（Ｓｎ）-銀（Ａｇ）半田等を用いればよい。Ｂ
ＧＡパッケージ２には、半導体チップ１がマウントされ
ている。接続体５としては、導電性ボールや、導電性バ
ンプ等の種々の導電性接続体を用いることが出来る。例
えば、導電性ボールとしては、高融点半田、金（Ａ
ｕ）、銅(Cu)等のボールを用いることが出来る。高融点
半田の融点は、２５０℃乃至３６０℃程度、好ましくは
２７５℃程度であれば良く、一例として、スズ（Ｓｎ）
１０％-鉛（Ｐｂ）９０％の高融点半田が挙げられる。
導電性バンプとしては、金（Ａｕ）ペースト、銀（Ａ
ｇ）ペースト、あるいは上記の高融点半田等の突起物を
用いることが可能である。導電性ボールの代わりに、円
柱状の導電性接続体（導電性ピラー）を用いても良い。
図１においては、接続体５として、導電性ボールを示し
ているが、本発明は上記のような種々の導電性接続体に
適用可能であることに留意すべきである。

【００１８】また、本発明の第１の実施の形態に係るパ
ッケージ組立体においては、図１のＢ部及び図２（ｂ）
に示すように、（ＢＧＡパッケージ２の外周部を除く）
中央寄りの部分に配置された接続体（導電性ボ−ル）５
のみが、対応する第２のパッケージ用パッド６Ｂと半田
７で溶着されている。一方、図１のＡ部及び図２（ａ）
に示すように、パッケージ２の外周部の接続体５は対応
する第１のパッケージ用パッド６Ａとは半田７で溶着さ
れずに、単に接触だけで電気的な接続が形成されてい
る。

【００１９】図１に示す本発明の第１の実施の形態に係
るパッケージ２は、先端にネジを刻んだ４本のピン８を
その四隅に、半田７によりそれぞれ溶着し、固定してい
る。そして、このピン８がプリント基板３に形成した貫
通穴１１を遊貫している。貫通穴１１から飛び出たピン
の頭に、バネ９を挿入し、さらに、このピンの頭にナッ
ト１０を螺合している。このようにピン８、バネ９及び
ナット１０を用いてパッケージ２をプリント基板３に対
して押しつけて固定することで、第１のパッケージ用パ
ッド６Ａと接続体５の接触部分に圧力を加える構造にな
っている。

【００２０】プリント基板３の四隅に配置する貫通穴１
１の形状は、円形又は当方的な多角形のみに限られな
い。即ち、図３に示すように貫通穴１１の形状を、プリ
ント基板３にパッケージを実装した時のパッケージ中心
と貫通穴１１の中心を結ぶ軸に沿って広げた形状とする
ことは、ＢＧＡパッケージ２の実装信頼性を向上させる
上で有効である。図３において破線で示した部分が実装
されるＢＧＡパッケージ２の外形線である。貫通穴１１
の形状を図３に示すような長円形、又は一方向に長い多
角形等の形状にすることにより、パッケージ２の熱膨張
量とプリント基板３の熱膨張量に差異を吸収するだけの
余裕を持たせることが出来る。

【００２１】本発明の第１の実施の形態によれば、熱履
歴が生じても、パッケージ材料の熱膨張係数とプリント
基板の熱膨張係数の違いに起因する機械的ストレス等が
抑制され、接続体、もしくは接続体周辺における不良の
発生が回避される。従って、ＢＧＡパッケージを用いた
パッケージ組立体およびこれを用いた電子機器の実装信
頼性が向上する。同時に、パッケージ組立体の第１のパ
ッケージ用パッド６Ａと接続体５間に、電気的に良好な
接触が可能なレベルの圧力を印加でき、第１のパッケー
ジ用パッド６Ａと接続体５との間の良好な電気的接触が
保証される。さらに、このパッケージ組立体が格納され
る電子機器に振動が加わった場合においても良好な電気
的接続が維持され、実装信頼性が高い。

【００２２】（第２の実施の形態）図４は本発明の第２
の実施の形態に係るパッケージ組立体を示す断面図であ
る。パッケージ２の上面に載せた固定板１２とプリント
基板３の間にパッケージを挟み、ピン８で固定する構造
である。

【００２３】図４に示すように本発明の第２の実施の形
態に係るパッケージ組立体は、複数のアウターリード・
パッド４を具備したＢＧＡパッケージ２と、この複数の
アウターリード・パッド４のそれぞれに半田により溶着
された複数の接続体５と、複数の接続体５の内の一部と
のみ圧着される第１のパッケージ用パッド６Ａ及び残余
の接続体５と半田により溶着される第２のパッケージ用
パッド６Ｂとを具備するプリント基板３とを少なくとも
有している。図４に示すように、すべての接続体５はＢ
ＧＡパッケージ２の電極パッド４に半田７により溶着さ
れ、固定されている。半田７としては、低融点半田や共
晶半田を用いればよい。ＢＧＡパッケージ２には、半導
体チップ１がマウントされている。接続体５としては、
導電性ボール、導電性ピラーや、導電性バンプ等の種々
の導電性接続体を用いることが出来る。

【００２４】そして、本発明の第２の実施の形態に係る
パッケージ組立体においては、図４に示すように、ＢＧ
Ａパッケージ２の外周部を除く中央寄りの部分に配置さ
れた接続体（導電性ボ−ル）５のみが、対応する第２の
パッケージ用パッド６Ｂと半田７で溶着されている。一
方、パッケージ２の外周部の接続体５は対応する第１の
パッケージ用パッド６Ａとは半田７で溶着せずに、単に
接触だけで電気的な接続が形成されている。

【００２５】図４に示す本発明の第２の実施の形態に係
るパッケージ組立体は、パッケージ２の上面に、四隅に
貫通穴を有する固定板１２を配置し、この固定板１２
に、ピン８を掛着している。円盤形の頭を有するピン８
の首を固定板１２の貫通穴に嵌合し、ピン８を固定板１
２に嵌着してもよい。あるいは、固定板１２に４本のピ
ン８を半田によりそれぞれ溶着し、固定してもよい。そ
して、このピン８がプリント基板３に形成した貫通穴１
１を遊貫している。貫通穴１１から飛び出たピンの頭
に、バネ９を挿入し、さらに、この貫通穴１１から飛び
出たピンの頭にナット１０を螺合している。このように
固定板１２、ピン８、バネ９及びナット１０を用いてパ
ッケージ２をプリント基板３に対して押しつけて固定す
ることで、第１のパッケージ用パッド６Ａと接続体５の
接触部分に圧力を加える構造になっている。

【００２６】本発明の第２の実施の形態によれば、熱履
歴が生じても、パッケージ材料の熱膨張係数とプリント
基板の熱膨張係数の違いに起因する機械的ストレス等が
抑制され、接続体５、もしくは接続体５の周辺における
不良の発生が回避される。従って、ＢＧＡパッケージを
用いたパッケージ組立体およびこれを用いた電子機器の
実装信頼性が向上する。同時に、パッケージ組立体の第
１のパッケージ用パッド６Ａと接続体５間に、電気的に
良好な接触が可能なレベルの圧力を印加でき、第１のパ
ッケージ用パッド６Ａと接続体５との間の良好な電気的
接触が保証される。さらに、このパッケージ組立体が格
納される電子機器に振動が加わった場合においても良好
な電気的接続が維持され、実装信頼性が高い。

【００２７】（その他の実施の形態）上記のように、本
発明は第１及び第２の実施の形態によって記載したが、
この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定す
るものであると理解すべきではない。この開示から当業
者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明
らかとなろう。

【００２８】たとえば、第１のパッケージ用パッドに圧
着される接続体の全表面や、この接続体の第１のパッケ
ージ用パッドの近傍のみを選択的に金メッキしても良
い。金メッキにより、更に低い接触抵抗が得られる。ま
た、熱膨張による位置移動を考慮して、第１のパッケー
ジ用パッドの面積を第２のパッケージ用パッドのそれよ
り大きくしても良い。

【００２９】また、本発明の第１及び第２の実施の形態
においては、プリント基板の表面に、外周部に配置され
た一部の接続体とのみ圧着される第１のパッケージ用パ
ッド、及び残余の（内周部に配置された）接続体と溶着
される第２のパッケージ用パッドとを設けたが、逆に、
パッケージの底面に一部の（外周部の）接続体とのみ圧
着される第１のアウターリード・パッド及び残余の（内
周部の）接続体と溶着される第２のアウターリード・パ
ッドとを設け、プリント基板の表面に設けられるパッケ
ージ用パッドにすべての接続体を溶着してもよいこと
は、上記の技術思想から明らかであろう。

【００３０】さらに、図５に示すように、ＢＧＡパッケ
ージ２の四隅に貫通穴１９を設け、プリント基板３に形
成した貫通穴１１と、ＢＧＡパッケージ２の四隅の貫通
穴１９とを共に遊貫したボルト１３の先端部にバネ９を
介して、ナット１０を螺合してもよい。

【００３１】あるいは、図６に示すように、ＢＧＡパッ
ケージ２の四隅に貫通穴２１を設け、プリント基板３に
形成した貫通穴２２と、ＢＧＡパッケージ２の四隅の貫
通穴２１とを共に遊貫したバネ１４により、ＢＧＡパッ
ケージ２をプリント基板３に対して押しつけて固定する
ことも可能である。図５及び図６に示すような構成によ
っても、第１のパッケージ用パッド６Ａと接続体５の接
触部分に所望の圧力を加えることができる。

【００３２】図１及び図４では、ＢＧＡパッケージ２の
中央部に凹部を設け、この凹部に半導体チップ１をマウ
ントしているが、図５に示すような平坦なＢＧＡパッケ
ージ２の中央部に半導体チップ１をマウントしても良い
ことは勿論である。

【００３３】このように、本発明はここでは記載してい
ない様々な実施の形態等を包含するということを理解す
べきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な
特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定さ
れるものである。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、良好な電気的な接続
と、熱膨張効果等の熱履歴や振動の効果に対する高い実
装信頼性を有したＢＧＡパッケージ組立体が提供でき
る。

【００３５】また、本発明によれば、良好な電気的な接
続と、高い実装信頼性を有した電子機器が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るパッケージ組
立体の断面図である

【図２】図２（ａ）は、図１のＡ部の拡大図で、図２
（ｂ）は、図１のＢ部の拡大図である。

【図３】図１に示したプリント基板上の、ＢＧＡパッケ
ージを実装する領域を拡大して示す平面図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係るパッケージ組
立体の断面図である。

【図５】本発明の他の実施の形態に係るパッケージ組立
体の断面図である。

【図６】本発明さらに他の実施の形態に係るパッケージ
組立体の断面図である。

【図７】従来のパッケージ組立体の断面図である。

【符号の説明】

１ 半導体チップ ２ ＢＧＡパッケージ ３ プリント基板 ４ アウターリード・パッド ５ 接続体 ６Ａ 第１のパッケージ用パッド ６Ｂ 第２のパッケージ用パッド ７ 半田 ８ ピン ９，１４ バネ １０ ナット １１，１９，２１，２２ 貫通穴 １２ 固定板 １３ ボルト

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のアウターリード・パッドを具備し
   たパッケージと、 該複数のアウターリード・パッドのそれぞれに半田によ
   り溶着された複数の接続体と、 該複数の接続体の一部と圧着される第１のパッケージ用
   パッド及び残余の接続体と半田により溶着される第２の
   パッケージ用パッドとを具備するプリント基板と、 前記パッケージの周辺部において、前記パッケージと前
   記プリント基板間に引力を与え、前記第１のパッケージ
   用パッドと前記接続体間に所定の圧力を印加する圧力印
   加手段とを少なくとも具備するパッケージ組立体。
2. 【請求項２】 前記圧力印加手段は、 前記プリント基板に設けられた貫通穴と、 一端が前記パッケージに固定され、他端が前記貫通穴を
   遊貫したピンと、 前記ピンの他端に螺合したナットと、 前記プリント基板と前記ナットとの間に挟入された弾性
   体とから少なくとも構成されることを特徴とする請求項
   １記載のパッケージ組立体。
3. 【請求項３】 複数のアウターリード・パッドを具備し
   たパッケージと、 該複数のアウターリード・パッドのそれぞれに半田によ
   り溶着された複数の接続体と、 該複数の接続体の一部と圧着される第１のパッケージ用
   パッド及び残余の接続体と半田により溶着される第２の
   パッケージ用パッドとを具備するプリント基板と、 前記パッケージの周辺部において、前記パッケージと前
   記プリント基板間に引力を与え、前記第１のパッケージ
   用パッドと前記接続体間に所定の圧力を印加する圧力印
   加手段とを少なくとも具備するパッケージ組立体と、 該パッケージ組立体を格納する筐体とを少なくとも含む
   ことを特徴とする電子機器。