KR100193229B1

KR100193229B1 - BGA Semiconductor Package Using Solder Balls as Input / Output Terminals and Motherboards

Info

Publication number: KR100193229B1
Application number: KR1019950025173A
Authority: KR
Inventors: 표우열
Original assignee: 황인길; 아남반도체주식회사
Priority date: 1995-08-16
Filing date: 1995-08-16
Publication date: 1999-06-15
Also published as: KR970013235A

Abstract

본 발명은 솔더볼을 입출력 단자로 사용하는 BGA(Ball Grid Array: 볼 그리드 어레이) 반도체 패키지의 기판구조에 관한 것으로, 상기 패키지를 마더보드에 실장시 오픈되는 솔더볼이 없게 하기 위하여 패키지의 상면을 가압하여 마더보드에 실장시키게 되는데, 종래에는 이와 같이 실장시 상호 인접한 솔더볼들이 늘어붙게 되어 쇼트가 발생되는 등의 문제점이 있었던 바, 본 발명은 BGA 반도체 패키지의 PCB 기판 저면에 솔더볼의 높이보다 작은 높이를 갖는 보호턱을 형성하여 패키지를 마더보드에 실장시킬 때 솔더볼 상호간의 접촉을 방지하여 쇼트를 예방할 수 있도록 된 솔더볼을 입출력 단자로 사용하는 BGA 반도체 패키지 및 이를 위한 마더보드이다.The present invention relates to a substrate structure of a ball grid array (BGA) semiconductor package using a solder ball as an input / output terminal, and pressurizes an upper surface of the package so that no solder ball is opened when the package is mounted on a motherboard. In the prior art, there are problems such as shortening of solder balls which are adjacent to each other during mounting. Thus, the present invention has a height smaller than the height of solder balls on the bottom surface of a PCB substrate of a BGA semiconductor package. It is a BGA semiconductor package and a motherboard for using a solder ball as an input / output terminal to prevent a short circuit by preventing contact between solder balls when forming a protective jaw to mount the package on the motherboard.

Description

BGA Semiconductor Package Using Solder Balls as Input / Output Terminals and Motherboards

제1도는 이론적으로 가장 이상적인 상태의 BGA 반도체 패키지를 도시한 단면도.1 is a sectional view showing a BGA semiconductor package in a theoretically ideal state.

제2(a)도 내지 제2(b)도는 평편도가 불량한 종래의 BGA 반도체 패키지를 도시한 단면도.2 (a) to 2 (b) are cross-sectional views showing a conventional BGA semiconductor package with poor flatness.

제3(a)도 내지 제3(c)도는 평편도가 불량한 종래의 BGA 반도체 패키지가 마더보드에 실장된 상태를 도시한 단면도.3 (a) to 3 (c) are cross-sectional views showing a state in which a conventional BGA semiconductor package having poor flatness is mounted on a motherboard.

제4도는 본 발명에 따른 BGA 반도체 패키지를 도시한 단면도.4 is a cross-sectional view showing a BGA semiconductor package according to the present invention.

제5도는 제4도의 A부를 확대 도시한 단면도.5 is an enlarged cross-sectional view of part A of FIG.

제6도는 본 발명에 따른 BGA 반도체 패키지가 마더보드에 실장된 상태를 도시한 단면도.6 is a cross-sectional view illustrating a state in which a BGA semiconductor package according to the present invention is mounted on a motherboard.

제7도는 본 발명에 따른 보호턱이 형성된 BGA 반도체 패키지를 도시한 평면도.7 is a plan view showing a BGA semiconductor package with a protective jaw according to the present invention.

제8(a)도 내지 제8(b)도는 본 발명의 다른 실시예로서 마더보드에 보호턱이 형성된 상태를 도시한 평면도.8 (a) to 8 (b) are plan views illustrating a protection jaw formed on a motherboard as another embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

100 : BGA 반도체 패키지 10 : PCB 기판100: BGA semiconductor package 10: PCB substrate

11 : 반도체 칩 12 : 칩 패드11: semiconductor chip 12: chip pad

13 : 와이어 14 : 봉지재13: wire 14: encapsulant

15 : 솔더볼 16 : 보호턱15: solder ball 16: protective jaw

20 : 마더보드20: motherboard

본 발명은 솔더볼을 입출력 단자로 사용하는 BGA(Ball Grid Array: 볼 그리드 어레이) 반도체 패키지 및 이를 위한 마더보드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 BGA 반도체 패키지의 PCB 기판 또는 마더보드에 다수의 보호턱을 형성시켜서 패키지를 마더보드에 실장시킬 때 솔더볼 상호간의 쇼트를 방지할 수 있도록 된 BGA 반도체 패키지 및 이를 위한 마더보드에 관한 것이다.The present invention relates to a ball grid array (BGA) semiconductor package using a solder ball as an input / output terminal, and a motherboard therefor. More specifically, a plurality of protective jaws are provided on a PCB substrate or a motherboard of a BGA semiconductor package. The present invention relates to a BGA semiconductor package and a motherboard therefor that are formed to prevent a short circuit between solder balls when mounting a package on a motherboard.

일반적으로 BGA(Ball Grid Array) 반도체 패키지는 직접화한 반도체 칩의 전기적 회로를 출력시키는 단자를 솔더볼로 구성하여 많은 수량의 초다핀을 갖게 한 것으로, 이러한 패키지(100)는 상면에 다수의 칩 패드가 안치 고정된 반도체 칩(11)과, 상기 반도체 칩(11)이 상면에 부착되는 PCB기판(10)과, 상기 PCB기판(10)의 저면에 형성된 다수의 솔더볼(15)과, 상기 반도체 칩(11)의 칩 패드(12)와 PCB기판(10)을 연결시켜주는 와이어(13)와, 상기 반도체 칩(11)을 보호하기 위하여 감싸고 있는 봉지재(14)로 구성된다.In general, a ball grid array (BGA) semiconductor package has a large number of ultra-high pins by forming a solder ball on a terminal for outputting an electrical circuit of a semiconductor chip that has been directly manufactured. A semiconductor chip 11 having a fixed position, a PCB substrate 10 on which the semiconductor chip 11 is attached, a plurality of solder balls 15 formed on a bottom surface of the PCB substrate 10, and the semiconductor chip And a wire 13 connecting the chip pad 12 and the PCB substrate 10 to the chip pad 12 and an encapsulant 14 wrapped to protect the semiconductor chip 11.

이와 같이 구성된 BGA 패키지(100)는 반도체 칩(11)과, PCB기판(10) 및 봉지재(14)의 열 팽창계수가 서로 다르기 때문에 제조 공정중에 쉽게 휘게 된다.The BGA package 100 configured as described above is easily bent during the manufacturing process because the thermal expansion coefficients of the semiconductor chip 11, the PCB substrate 10, and the encapsulant 14 are different from each other.

예컨데, BGA 반도체 패키지(100)의 제조공정중 봉지재(14)를 경화시킬 때에는 고온의 오븐에 넣어서 경화시키는데, 이때 반도체 칩(11)과 PCB기판(10) 및 봉지재(14)의 열 팽창계수가 서로 다르기 때문에 BGA 반도체 패키지(100)는 쉽게 변형이 발생된다.For example, when the encapsulant 14 is hardened during the manufacturing process of the BGA semiconductor package 100, the encapsulant 14 is hardened by being put in a high-temperature oven, where the thermal expansion of the semiconductor chip 11, the PCB substrate 10, and the encapsulant 14 is performed. Since the coefficients are different from each other, the BGA semiconductor package 100 is easily deformed.

또한, 상기 BGA 반도체 패키지(100)는 솔더볼(15) 자체의 자중에 의해서도 처짐이 발생하여 쉽게 변형되는 문제점도 내포하고 있다.In addition, the BGA semiconductor package 100 also has a problem that sagging occurs due to its own weight of the solder ball 15 itself, and thus is easily deformed.

이와 같이 평편도가 불량한 BGA 반도체 패키지(100)를 마더보드(Mother Board)에 실장하게 되면, 첨부도면 제3(a)도에 도시된 바와 같이 BGA 반도체 패키지(100)의 가장자리 또는 중심부가 마더보드(20)와 접촉하지 못하고 오픈된 상태로 있게 되므로 패키지(100)의 불량이 발생하게 된다.As described above, when the BGA semiconductor package 100 having a poor flatness is mounted on the motherboard, the edge or the center of the BGA semiconductor package 100 is the motherboard as shown in FIG. Since it is not in contact with the 20 and is in an open state, a defect of the package 100 occurs.

이러한 불량을 방지하기 위하여 일반적으로 사용하고 있는 방법으로는 BGA 반도체 패키지(100)의 상면을 고온의 상태에서 마더보드(20)쪽으로 가압하여 모든 솔더볼(15)이 마더보드(20)에 접촉하도록 하는 실장방법을 이용하고 있으나, 이와 같이 패키지(100)의 상면을 가압할 때 PCB기판(10) 저면의 가장자리 또는 중심부에 위치한 솔더볼(15)이 제3(b)도와 제3(c)도에 도시된 바와 같이 과다하게 눌려지는 부분이 발생하여 인접하는 솔더볼(15)들이 늘어붙는 소위, 쇼트가 발생되는 문제점이 있었다.In order to prevent such defects, a method generally used is to press the upper surface of the BGA semiconductor package 100 toward the motherboard 20 in a high temperature state so that all the solder balls 15 contact the motherboard 20. Although the mounting method is used, the solder ball 15 located at the edge or the center of the bottom surface of the PCB substrate 10 when pressing the upper surface of the package 100 is illustrated in FIGS. 3 (b) and 3 (c). As described above, there is a problem in that an excessively depressed part is generated and so-called shorts are generated in which adjacent solder balls 15 are stuck.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 발명한 것으로, BGA 반도체 패키지의 PCB기판 저면 또는 마더보드의 상면에 다수의 보호턱을 형성시켜서 패키지를 마더보드에 실장시킬 때 솔더볼 상호간의 쇼트를 방지함으로써 패키지의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 된 솔더볼 입출력 단자로 사용하는 BGA 반도체 패키지 및 이를 위한 마더보드를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention is invented to solve such a problem, by forming a plurality of protective jaws on the bottom surface of the PCB substrate or the motherboard of the BGA semiconductor package to prevent the short circuit between the solder balls when mounting the package on the motherboard The purpose of the present invention is to provide a BGA semiconductor package used as a solder ball input / output terminal and a motherboard for the same.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 전자회로가 집적되어 있고 표면에는 이 전자회로의 신호를 외부로 인출하기 위한 다수의 칩 패드가 형성된 반도체 칩과; 상기 반도체 칩의 저면에 부착되어 있되, 다수의 본드핑거와 이 본드핑거에 연결된 회로패턴과 이 회로패턴에 연결되어 저면에 다수의 솔더볼랜드가 형성되어 있는 PCB기판과; 상기 반도체 칩의 칩 패드와 PCB기판의 본드핑거를 전기적으로 연결시켜주는 전도성 와이어와; 상기 반도체 칩, 전도성 와이어 등을 외부의 환경으로부터 보호하기 위해 PCB기판을 감싸는 봉지재와; 상기 PCB기판의 솔더볼랜드에 융착되어 차후에 마더보드로 신호를 인출하는 다수의 솔더볼과; 상기 PCB기판의 저면에 상기 솔더볼의 높이보다 작은 높이를 갖도록 형성된 다수개의 보호턱을 포함하여 이루어져, 마더보드에 고온의 상태에서 가압하여 실장시 상기 PCB기판의 가압되는 높이를 일정하게 제한시킴으로써 솔더볼들이 서로 쇼트되는 것을 방지하고, 모든 솔더볼들이 마더보드에 실장되도록 한 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor chip comprising: a semiconductor chip in which an electronic circuit is integrated, and a plurality of chip pads formed on a surface thereof for drawing out signals of the electronic circuit to the outside; A PCB substrate attached to a bottom surface of the semiconductor chip, wherein a plurality of bond fingers and circuit patterns connected to the bond fingers and a plurality of solder bores are formed on the bottom surface connected to the circuit patterns; A conductive wire electrically connecting the chip pad of the semiconductor chip to the bond finger of the PCB substrate; An encapsulant surrounding the PCB substrate to protect the semiconductor chip, the conductive wire, and the like from an external environment; A plurality of solder balls which are fused to the solder bores of the PCB and subsequently pull out signals to the motherboard; It includes a plurality of protective jaw formed to have a height smaller than the height of the solder ball on the bottom surface of the PCB, the solder ball by pressing the motherboard at a high temperature state to limit the pressurized height of the PCB substrate during mounting It prevents the short to each other, and all the solder balls are characterized in that the mounting on the motherboard.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제4도 내지 제7도는 본 발명의 BGA 반도체 패키지(100)를 도시한 것으로, BGA 반도체 패키지(100)의 PCB기판(10) 저면에 다수의 보호턱(16)을 형성하되, 상기 보호턱(16)의 높이는 PCB기판(10) 저면에 돌출 형성되어 있는 소더볼(15)의 높이보다 작은 높이로 형성된다. 여기서 상기 PCB기판(10)은 상면에 도시되지 않은 본드핑거, 회로패턴이 형성되어 있고, 또한 저면에는 솔더볼이 융착되도록 다수의 솔더볼랜드가 형성되어 있다.4 to 7 illustrate the BGA semiconductor package 100 of the present invention, wherein a plurality of protective jaws 16 are formed on the bottom surface of the PCB substrate 10 of the BGA semiconductor package 100, and the protective jaw ( The height of the 16 is formed to be smaller than the height of the soder ball 15 protruding from the bottom surface of the PCB (10). Here, the PCB substrate 10 has a bond finger and a circuit pattern (not shown) formed on an upper surface thereof, and a plurality of solder ball lands are formed on the bottom thereof so that solder balls are fused.

상기 보호턱(16)의 형성위치는 PCB기판(10)의 각 모서리 부분과 중앙부분에 형성하는 것이 가장 바람직하나, 필요에 따라서 상기 보호턱(16)의 위치를 변경하여 형성할 수 있다.The protective jaw 16 is most preferably formed at each corner portion and the center of the PCB substrate 10, but may be formed by changing the position of the protective jaw 16 as necessary.

상기 보호턱(16)은 BGA 반도체 패키지(100)를 마더보드(20)에 실장시킬 때 솔더볼(15)이 충분히 접촉될 수 있는 정도의 높이를 가지는 것이 바람직하다. 즉, BGA 반도체 패키지(100)가 마더보드(20)에 정상적으로 실장될 때에는 솔더볼(15)이 약간 눌려진 상태를 유지하게 되는데, 이때 상기 보호턱(16)은 PCB기판(10)의 가장 자리와 중앙부분에만 형성되어 있는 것이 바람직하며, 이때의 보호턱(16)은 기존에 형성되어 있는 솔더볼(15)을 간섭하지 않는 위치에 형성하는 것이 더욱 바람직하다.The guard jaw 16 preferably has a height such that the solder ball 15 can be sufficiently contacted when the BGA semiconductor package 100 is mounted on the motherboard 20. That is, when the BGA semiconductor package 100 is normally mounted on the motherboard 20, the solder ball 15 is kept slightly pressed, wherein the guard jaw 16 is at the edge and the center of the PCB substrate 10. It is preferable that it is formed only in a part, and it is more preferable that the guard jaw 16 at this time is formed in the position which does not interfere with the existing solder ball 15 formed.

상기와 같은 본 발명의 작용효과에 대하여 설명하면, 본 발명의 BGA 반도체 패키지(100)를 마더보드(20)에 실장시키게 되면 BGA 반도체 패키지(100)의 저면에 돌출형성되어 있는 다수의 솔더볼(15)의 소정부분이 눌리면서 마더보드(20)에 실장된다. 이때, 상기 BGA 반도체 패키지(100)의 솔더볼(15)은 보호턱(16)에 의해 소정 부분이상 눌려지지 않게 되는바, 이는 PCB기판(10) 저면에 일체로 돌출형성되어 있는 보호턱(16)이 마더보드(20)에 접촉되므로 상기 솔더볼(15)은 보호턱(16)의 높이보다 작은 높이로 눌려지지 않게 된다.Referring to the operation and effect of the present invention as described above, when the BGA semiconductor package 100 of the present invention is mounted on the motherboard 20, a plurality of solder balls 15 protruding on the bottom surface of the BGA semiconductor package 100 The predetermined portion of the) is mounted on the motherboard 20. At this time, the solder ball 15 of the BGA semiconductor package 100 is not pressed over a predetermined portion by the protective jaw 16, which is a protective jaw 16 that is integrally formed on the bottom surface of the PCB substrate 10. Since the contact with the motherboard 20, the solder ball 15 is not pressed to a height smaller than the height of the protective jaw (16).

또한, 상기 BGA 반도체 패키지(100)의 평편도가 불량하여 이 BGA 반도체 패키지(100)를 고온의 상태에서 가압하여 눌러 주더라도 상기 솔더볼(15)은 보호턱(16)에 의하여 과다하게 소정부분 이상 눌려지지 않게 되므로, 즉, BGA 반도체 패키지(100)를 마더보드(20)에 실장시 보호턱(16)에 의해서 솔더볼(15) 상호간의 접촉으로 인한 불량은 완전히 해소되는 것이다. 따라서, BGA 반도체 패키지(100)를 마더보드(20)에 손쉽고 안전하게 실장시킬 수 있게 된다.In addition, even if the flatness of the BGA semiconductor package 100 is poor and the BGA semiconductor package 100 is pressed and pressed in a high temperature state, the solder ball 15 is excessively over a predetermined portion by the protective jaw 16. Since it is not pressed, that is, when the BGA semiconductor package 100 is mounted on the motherboard 20, defects due to contact between the solder balls 15 by the guard jaw 16 are completely eliminated. Therefore, the BGA semiconductor package 100 can be easily and safely mounted on the motherboard 20.

한편, 이와는 달리 제8(a)도와 제8(b)도에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예로서 BGA 반도체 패키지(100)가 실장되는 마더보드(20)의 상면에 솔더볼(15)의 높이보다 작은 높이를 갖는 보호턱(16)을 돌출 형성하여도 되는데, 이때에는 상기 보호턱(16)이 실장되는 BGA 반도체 패키지(100)의 각 모서리부분과 중앙부분에 대응되도록 마더보드(20)의 상면에 형성하면 된다.Meanwhile, as shown in FIGS. 8A and 8B, the solder ball 15 may be formed on the upper surface of the motherboard 20 on which the BGA semiconductor package 100 is mounted. The protective jaw 16 having a height smaller than the height may be formed to protrude. In this case, the motherboard 20 corresponds to each corner portion and the center portion of the BGA semiconductor package 100 in which the protective jaw 16 is mounted. It may be formed on the upper surface of.

이상의 설명에서와 같이 본 발명의 솔더볼을 입출력 단자로 사용하는 BGA 반도체 패키지 및 이를 위한 마더보드에 의하면, 솔더볼이 위치한 PCB기판 저면, 또는 BGA 반도체 패키지가 실장되는 마더보드의 상면에 보호턱을 형성하여 패키지를 마더보드에 실장시 인접하는 솔더볼들의 상호접촉되는 불량을 완전히 해소시켜 패키지의 쇼트를 예방하여 신뢰성을 향상시킴은 물론, 패키지를 마더보드에 보다 안정적으로 실장할 수 있는 등의 효과가 있다.As described above, according to the BGA semiconductor package using the solder ball of the present invention as an input and output terminal and the motherboard therefor, by forming a protective jaw on the bottom surface of the PCB substrate on which the solder ball is located, or the upper surface of the motherboard on which the BGA semiconductor package is mounted When the package is mounted on the motherboard, the defects of contact between adjacent solder balls are completely eliminated to prevent short circuit of the package, thereby improving reliability and mounting the package on the motherboard more stably.

Claims

A semiconductor chip in which electronic circuits are integrated and formed with a plurality of chip pads on the surface for drawing signals of the electronic circuits to the outside; A PCB substrate attached to a bottom side of the semiconductor chip, the PCB substrate having a plurality of bond fingers, circuit patterns connected to the bond fingers, and a plurality of solder bores formed on the bottom surface thereof; A conductive wire electrically connecting the chip pad of the semiconductor chip to the bond finger of the PCB substrate; An encapsulant surrounding the PCB substrate to protect the semiconductor chip, the conductive wire, and the like from an external environment; A plurality of solder balls which are fused to the solder bores of the PCB and subsequently pull out signals to the motherboard; It includes a plurality of protective jaw formed to have a height smaller than the height of the solder ball on the bottom surface of the PCB, the solder ball by pressing the motherboard at a high temperature state to limit the pressurized height of the PCB substrate during mounting A BGA semiconductor package using solder balls as input / output terminals, which prevents short circuits from each other and allows all solder balls to be mounted on a motherboard.

The BGA semiconductor package according to claim 1, wherein the protective jaw is formed at each corner portion and a center portion of a bottom surface of the PCB.

In a motherboard on which a BGA semiconductor package having a solder ball as an input / output terminal is mounted, the motherboard has a plurality of guard jaws formed on one surface of the BGA semiconductor package smaller than the solder ball height of the BGA semiconductor package. BGA semiconductor package using the solder ball as an input and output terminal characterized in that the solder ball is prevented from shorting each other by pressing the BGA semiconductor package on the motherboard at a high temperature to constantly limit the pressurized height of the PCB substrate when mounted. Motherboard for.

The BGA semiconductor package using solder balls as input / output terminals according to claim 3, wherein the protective jaw is formed at a position corresponding to each corner portion and a center portion of the PCB substrate of the BGA semiconductor package mounted on the upper surface of the motherboard. Motherboard for.