KR100790144B1 - Manufacturing method of ball grid array package solder ball and printed circuit board pad - Google Patents

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Abstract

본 발명은 BGA 패키지 타입의 솔더 볼 및 이와 실장되는 PCB 패드 제조방법에 관한 것으로써, PCB 실장시 PCB에 칩을 고정시키는 역할을 하며 가열시 표면장력에 의해 흐르는 솔더 볼을 PCB까지 가이드 하며 BGA 기판의 패드와 연결되어 모든 솔더 볼의 외부로 돌출되도록 형성되는 접합보조핀과, 가열시 상기 접합보조핀을 타고 흘러내려 PCB 패드와 접합될 저융점, 저점도의 솔더 볼과, 상기 접합보조핀과 각각 대응되며 상기 접합보조핀이 삽입될 수 있는 깊이로 형성되는 소정의 구멍과, 상기 솔더 볼과 접합할 패드 역할을 하며, 상기 구멍의 내부와 상부의 일부를 둘러싸도록 설치되는 금속의 PCB 패드를 구비하므로써, 솔더 볼이 상기 접합보조핀의 가이드를 받기 때문에 좀더 원활히 접합이 수행될 수 있다.
The present invention relates to a BGA package type solder ball and a PCB pad manufacturing method mounted thereon, which serves to fix the chip to the PCB when the PCB is mounted, and guides the solder ball flowing to the PCB by the surface tension during heating and to the BGA substrate. Bonding auxiliary pins which are connected to the pad of the protruding out of all the solder ball, and the low melting point, the low viscosity solder ball to be flowed through the bonding auxiliary pin to be bonded to the PCB pad when heated, Predetermined holes formed to have a depth to which the joining auxiliary pins can be inserted, and pads to be joined to the solder balls, respectively, and are provided with metal PCB pads installed to surround portions of the inside and the top of the holes. Since the solder ball is guided by the bonding auxiliary pin, the bonding can be performed more smoothly.

BGA, 솔더 볼, PCB, 접합보조핀, 금속패드BGA, Solder Balls, PCB, Bonding Pins, Metal Pads

Description

볼 그리드 어레이 패키지의 솔더 볼 및 이를 실장하기 위한 피씨비 패드 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF BALL GRID ARRAY PACKAGE SOLDER BALL AND PRINTED CIRCUIT BOARD PAD} MANUFACTURING METHOD OF BALL GRID ARRAY PACKAGE SOLDER BALL AND PRINTED CIRCUIT BOARD PAD}             

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 2중 솔더 패드를 이용한 접합보조핀의 구현방법1 is a method of implementing a bonding auxiliary pin using a double solder pad according to an embodiment of the present invention

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 BGA 패키지와 PCB 패드의 접합과정을 도시한 도면.2 is a view illustrating a bonding process of a BGA package and a PCB pad according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 BGA 패키지와 PCB 패드가 완전히 접합된 상태를 도시한 도면.Figure 3 is a view showing a state in which the BGA package and the PCB pad fully bonded according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부호에 대한 설명><Description of Major Symbols in Drawing>

1: BGA 패키지 2: 보조 패드1: BGA Package 2: Secondary Pad

3: 접합보조핀 4: 솔더 볼3: joint aid pin 4: solder ball

5: PCB 6: 구멍(half hole)5: PCB 6: half hole

7: PCB 패드
7: PCB pad

본 발명은 피씨비(PCB; Printed Circuit Board) 패드(pad)와 이에 실장되는 반도체 패키지의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 볼 그리드 어레이(BGA; Ball Grid Array) 솔더 볼(solder ball)과 피씨비 패드를 접합함에 있어서 접합불량율을 최소화하고, 용이하게 볼 그리드 어레이 솔더 볼과 피씨비 패드를 접합시킬 수 있도록 구성되는 볼 그리드 어레이 패키지의 솔더 볼 및 이를 실장하기 위한 피씨비 패드 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a printed circuit board (PCB) pad and a method for manufacturing a semiconductor package mounted thereon. In particular, a ball grid array (BGA) solder ball and a PCB pad are bonded to each other. The present invention relates to a solder ball of a ball grid array package configured to minimize a bonding defect rate and to easily bond a ball grid array solder ball and a PCB pad, and a method of manufacturing a PCB pad for mounting the same.

이하, 피씨비 패드를 PCB 패드, 볼 그리드 어레이를 BGA라 칭하기로 한다.Hereinafter, the PCB pad will be referred to as a PCB pad, and the ball grid array will be referred to as a BGA.

전자, 통신산업의 발달로 말미암아, 휴대용 무선단말기가 널리 보급되고 있으며, 사용자의 욕구에 부응하기 위하여 상기 단말기의 기능은 다양화되어가고 있으며, 반면에 점차 소형화, 경박화 및 부품의 고집적화가 이루어지고 있는 추세이다.Due to the development of the electronic and telecommunications industry, portable wireless terminals are widely used, and the functions of the terminals are diversified to meet the needs of users, while gradually miniaturization, thinning, and high integration of components are achieved. There is a trend.

상기와 같은 소형화 및 고집적화를 위하여는 많은 부품과 칩이 장착되는 PCB의 소형화, 고집적화가 이루어져야 하고, 이에 따라 점점 BGA(Ball Grid Array) 타입의 칩 사용이 늘어가고 있는 실정이다.For miniaturization and high integration as described above, miniaturization and high integration of PCBs on which many components and chips are mounted should be made. Accordingly, the use of BGA (Ball Grid Array) type chips is increasing.

상기 BGA타입의 칩은 다이(die)외의 불필요한 패키지를 최대한 줄여서 부피를 줄일 수 있으며, 특히 PCB의 한쪽면만을 사용하면 되므로 고집적화를 가능하게 하였다.The BGA type chip can reduce the volume by reducing the unnecessary package other than the die as much as possible, and in particular, since only one side of the PCB is used, high integration is possible.

그러나 BGA 타입의 칩은 패드와 접합될 부분인 솔더 볼(solder ball)이 칩의 아랫면에 있어 실장시, 보이지 않기 때문에 다른 타입의 칩보다 PCB 패드와의 접합이 어렵다는 단점이 있다. 접합을 위한 가열시 약간의 흔들림만으로도 위치가 어긋나게 되므로 접합에 이상이 생기는 경우가 많으며, 특히 솔더 볼들간의 쇼트(short) 혹은 솔더 볼과 PCB 패드간의 오픈(open)이 잦아 접합 불량이 발생하는 경우가 많은 단점이 있었다.However, a BGA type chip has a disadvantage in that bonding with a PCB pad is more difficult than other types of chips because solder balls, which are parts to be bonded to the pad, are not visible when mounted on the bottom surface of the chip. In the case of heating for joining, the position is displaced even by slight shaking, which causes problems in joining. Especially in case of short joining of solder balls or frequent opening of solder balls and PCB pads. There were many drawbacks.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 기술들로는 기출원된 국내 공개번호 특허 제1999-0051221호(1997.12.19)인 "볼 그리드 어레이 패키지의 솔더 볼 형성방법"과 국내 공개번호 실용 제1998-028045호(1996.11.20)인 "BGA 부품의 실장을 위한 인쇄회로기판"이 제시되어 있다.As a technique for solving the above problems, Korean Patent Application Publication No. 1999-0051221 (December 19, 1997), "Method of Forming Solder Balls in a Ball Grid Array Package" and Korean Publication No. 1998-028045 ( 1996.11.20), "Printed Circuit Board for Mounting BGA Components."

전자의 경우에는 BGA 패키지의 솔더 볼을 형성하는 방법에 관한 것으로서, BGA 회로기판의 구리패드 위에 일정 높이의 보조패드를 만들고 이 보조패드 주변에 Sn/Pb 솔더를 형성하여 볼의 형상이 일정하게 유지되고 솔더 볼의 붕괴를 막은 것을 요지로 하고 있다.In the former case, the method relates to the formation of solder balls in a BGA package. An auxiliary pad of a certain height is formed on a copper pad of a BGA circuit board, and a Sn / Pb solder is formed around the auxiliary pad to maintain a uniform shape of the ball. The main purpose is to prevent the collapse of the solder balls.

그러나 상기와 같은 방법은 보조 패드가 솔더 볼 내부에 들어 있어 솔더 볼간의 쇼트를 막는데는 효과가 있으나 접합 전 실장 PCB 패드와의 고정에는 크게 기여하지 못하는 단점이 도출되고 있다.However, the above method is effective in preventing a short between the solder balls because the auxiliary pad is contained in the solder ball, but draws a disadvantage that does not contribute significantly to the fixing with the mounting PCB pad before bonding.

후자의 경우에는 BGA 부품의 솔더 볼이 접합되는 각 위치에 수직으로 관통하는 홀을 형성하고, 홀의 내부면과 주변에 동(Cu)을 이용한 막을 형성시킨 인쇄회로기판(PCB)을 만드는 방법에 관한 것으로, 접합품질 향상 및 솔더 페이스트 용융시 BGA 부품의 위치 틀어짐 현상을 방지할 수 있으며, 인접 볼간의 단락을 방지하는 것을 특징으로 하고 있다.In the latter case, a method of forming a printed circuit board (PCB) in which holes are formed perpendicularly through each position where the solder balls of a BGA component are joined, and a film using copper (Cu) is formed on the inner surface and the periphery of the hole It is possible to prevent the positional shift of the BGA component during joint quality improvement and solder paste melting, and to prevent short circuit between adjacent balls.

그러나, 상기와 같은 방법은 PCB를 관통하는 홀 때문에 맞은 편의 기판은 사용할 수 없게 되어 회로의 고집적화에는 크게 기여하지 못하는 문제점이 도출되고 있는 실정이다.
However, in the above method, due to the holes penetrating the PCB, the opposite substrates cannot be used, and thus, a problem in that it does not contribute significantly to the high integration of the circuit has been derived.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 BGA 솔더 볼과 PCB 패드간의 접합불량율을 최소화할 수 있도록 구현되는 BGA 패키지의 솔더 볼 및 이를 실장하기 위한 PCB 패드 제조방법을 제공하는데 있다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a solder ball of the BGA package implemented to minimize the defect rate between the BGA solder ball and the PCB pad and a PCB pad manufacturing method for mounting the same. have.

본 발명의 다른 목적은 PCB의 고집적화를 구현할 수 있도록 구성되는 BGA 패키지의 솔더 볼 및 이를 실장하기 위한 PCB 패드 제조방법을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a solder ball of a BGA package configured to implement high integration of a PCB and a PCB pad manufacturing method for mounting the same.

따라서, 본 발명은 BGA 패키지 타입의 솔더 볼 및 이와 실장되는 PCB 패드 제조방법에 있어서, PCB 실장시 PCB에 칩을 고정시키는 역할을 하며 가열시 표면장력에 의해 흐르는 솔더 볼을 PCB까지 인도하며 BGA 기판의 패드와 연결되어 모든 솔더 볼의 외부로 돌출되도록 형성되는 접합보조핀과, 가열시 상기 접합보조핀을 타고 흘러내려 PCB 패드와 접합될 저융점, 저점도의 솔더 볼과, 상기 접합보조핀과 각각 대응되며 상기 접합보조핀이 삽입될 수 있는 깊이로 형성되는 소정의 구멍과, 상기 솔더 볼과 접합할 패드 역할을 하며, 상기 구멍의 내부와 상부의 일부를 둘러싸도록 설치되는 금속의 PCB 패드를 구비함을 특징으로 한다.
Therefore, in the BGA package type solder ball and PCB pad manufacturing method mounted thereon, the present invention serves to fix the chip to the PCB when the PCB is mounted, and guides the solder ball flowing to the PCB by the surface tension during heating to the BGA substrate. Bonding auxiliary pins which are connected to the pad of the protruding out of all the solder ball, and the low melting point, the low viscosity solder ball to be flowed through the bonding auxiliary pin to be bonded to the PCB pad when heated, Predetermined holes formed to have a depth to which the joining auxiliary pins can be inserted, and pads to be joined to the solder balls, respectively, and are provided with metal PCB pads installed to surround portions of the inside and the top of the holes. Characterized in having.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the case where it is determined that the gist of the present invention may be unnecessarily obscured, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 2중 솔더 패드를 이용한 접합보조핀의 구현방법으로써, BGA의 일반 솔더 패드(1)이외에 도시된 바와 같은 보조패드(2)를 제작한다. 이것을 평면도(가운데 그림)와 같이 길게 절단하여 가운데 부분을 수직으로 구부리면 보조패드(2)와 일체로 되어 있는 접합보조핀(3)을 만들 수 있다. 또한, 별도의 일반 핀을 패드에 붙여서 사용할 수도 있다.1 is a method of implementing a bonding auxiliary pin using a double solder pad in accordance with a preferred embodiment of the present invention, the auxiliary pad 2 as shown in addition to the general solder pad (1) of the BGA. By cutting this lengthwise as shown in the plan view (middle figure), the center part can be bent vertically to make the joining auxiliary pin 3 integral with the auxiliary pad 2. In addition, a separate general pin can also be attached to the pad.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 BGA 패키지와 PCB 패드의 접합과정을 도시한 도면으로써, 먼저 PCB(5)에 BGA 칩(1)을 실장시, 접합보조핀(3)을 PCB 패드(7)상에 형성된 구멍(6)에 끼워 넣음으로써 간단히 안착시킬 수 있다. 이는 종래에 패드와 솔더 볼을 정확히 맞추기 위해 기구를 사용하거나 다른 노력을 기울이던 방식에 비해 훨씬 간단하면서도, 핀(3)이 구멍(6)(7의 안쪽부분)에 삽입되는 형태이기 때문에 상기 BGA 칩이 PCB상에 안정적으로 놓일 수 있다.2 is a view illustrating a bonding process of a BGA package and a PCB pad according to an embodiment of the present invention. First, when the BGA chip 1 is mounted on the PCB 5, the bonding auxiliary pins 3 are bonded to the PCB pad. It can be settled simply by inserting into the hole 6 formed on (7). The BGA is much simpler than the conventional method of using a mechanism or other effort to precisely align the pad and the solder ball, but the pin 3 is inserted into the hole 6 (inside of the 7). The chip can be placed stably on the PCB.

이때, 한가지 알아두어야 할 사항은 패드상 구멍(6)의 깊이가 접합보조핀(3)의 돌출길이보다 깊어야 한다는 점이다(돌출보조핀의 돌출길이는 솔더 볼두께의 0.5배, 패드구멍의 깊이는 솔더 볼 두께의 1~2배가 바람직하다.) 이렇게 하면 솔더 볼이 PCB의 금속 패드(7)에 직접 닿게 되지만, 그렇지 않을 경우 솔더 볼이 부분적으로 뜨는 곳이 생겨 패드와 볼 사이가 오픈이 될 수 있으므로 주의해야 한다. 또 한 접합보조핀(3)이 삽입되는 패드구멍(6)이 PCB의 중간까지만 뚫려 있기 때문에 PCB의 뒷면에도 회로를 삽입하여 PCB를 충분히 고집적화에 적용할 수 있다.At this time, one thing to be aware of is that the depth of the pad-shaped hole 6 should be deeper than the protruding length of the joining auxiliary pin 3 (the protruding length of the protruding auxiliary pin is 0.5 times the thickness of the solder ball, Depth should be 1 to 2 times the thickness of the solder balls.) This will cause the solder balls to directly touch the metal pads (7) on the PCB, but otherwise the solder balls will partially float and open between the pads and the balls. Be careful as it can be. In addition, since the pad hole 6 into which the joint auxiliary pin 3 is inserted is only drilled to the middle of the PCB, the circuit can be inserted into the back of the PCB to apply the PCB to high integration.

도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 BGA 패키지와 PCB 패드가 완전히 접합된 상태를 도시한 도면으로써, BGA칩의 접합을 위한 가열시 저융점, 저점도의 솔더 볼(4)이 녹게 되고, 녹은 솔더 볼(4)은 접합보조핀(3)의 표면장력 때문에 옆으로 번지지 않고 상기 접합보조핀(3)을 따라 흘러내려 PCB 패드(7)와 접합하게 된다. 이는 BGA칩 접합시 발생하기 쉬운 솔더 볼 간 쇼트를 방지할 수 있다. 여기서 일반 BGA패키지에 사용되는 솔더 볼보다 더 낮은 융점, 더 낮은 점도의 솔더 볼을 사용하게 되면 상기 솔더 볼(4)이 더 잘 흘러내릴 수 있고 PCB 패드(7)와의 접합은 더 쉬워진다. 또한 솔더 볼(4)이 빨리 녹기 때문에 과열로 인한 패키지 손상(뒤틀림, 휨 등)을 방지할 수 있다.
3 is a view illustrating a state in which a BGA package and a PCB pad are fully bonded according to an exemplary embodiment of the present invention, and a low melting point and low viscosity solder ball 4 is melted during heating for bonding a BGA chip. The molten solder ball 4 flows along the bonding auxiliary pin 3 without spreading laterally due to the surface tension of the bonding auxiliary pin 3 and bonded to the PCB pad 7. This prevents short solder ball shorts during BGA chip bonding. The use of a lower melting point, lower viscosity solder ball than the solder ball used in a general BGA package may allow the solder ball 4 to flow down more easily and make bonding with the PCB pad 7 easier. In addition, since the solder ball 4 melts quickly, it is possible to prevent package damage (twisting, bending, etc.) due to overheating.

본 발명은 솔더 볼의 외부로 돌출된 접합보조핀과 PCB패드상의 구멍에 의해 안정적으로 안착시킬 수 있기 때문에, BGA 솔더 볼과 PCB 패드와의 위치 틀어짐을 방지할 수 있고, 접합보조핀을 따라 솔더 볼이 흘러내려 주변으로 퍼지지 않기 때문에 BGA 솔더 볼들 간 쇼트를 방지할 수 있으며, 돌출된 접합보조핀의 길이보다 더 깊은 PCB 패드상의 구멍으로 인해 모든 솔더 볼이 PCB 패드와 접합할 수 있고, 솔더 볼이 아래로 흘러내리기 때문에 BGA 솔더 볼과 PCB 패드간 부분적인 오픈을 막을 수 있어서 확실한 접합을 보장하며, PCB 패드 상의 구멍이 PCB를 관통하지 않 기 때문에 PCB 뒷면에도 회로를 추가할 수 있어서 PCB의 고집적화에 기여할 수 있으며, 저융점의 솔더 볼을 사용해 BGA 접합시간의 단축과 열에 의한 패키지 및 회로 변형을 최소화할 수 있는 효과가 있다.Since the present invention can be stably seated by the bonding auxiliary pins protruding to the outside of the solder ball and the holes on the PCB pad, it is possible to prevent a misalignment between the BGA solder balls and the PCB pads, and the solder along the bonding auxiliary pins. The ball flows down and does not spread around, preventing shorts between BGA solder balls. Holes on the PCB pads deeper than the length of the protruding bond aid pins allow all solder balls to join the PCB pads. It flows down to prevent partial opening between the BGA solder balls and the PCB pads, ensuring a secure bond, and because the holes on the PCB pads do not penetrate the PCB, circuitry can be added to the back of the PCB, resulting in high integration of the PCB. The low melting point solder balls reduce BGA bonding time and minimize thermal and package deformation. .

Claims (4)

볼 그리드 어레이(Ball Grid Array : BGA) 패키지 타입의 솔더 볼 및 이와 실장되는 프린티드 회로 보드(Printed Circuit Board : PCB) 패드 제조방법에 있어서,In the method of manufacturing a ball grid array (BGA) package type solder ball and a printed circuit board (PCB) pad mounted thereon, 상기 PCB 실장시 상기 PCB에 칩을 고정시키며, 가열시 표면장력에 의해 흐르는 솔더 볼을 상기 PCB까지 가이드 하며, 상기 BGA 기판의 패드와 연결되어 모든 솔더 볼의 외부로 돌출되도록 형성되는 접합보조핀과;Fixing the chip on the PCB when mounting the PCB, and guides the solder ball flowing by the surface tension during heating to the PCB, connected to the pad of the BGA substrate bonded to the auxiliary pins are formed to protrude out of the solder ball; ; 상기 가열시, 상기 접합보조핀을 통해 상기 PCB 패드와 접합될 저융점, 저점도의 솔더 볼과;A low melting point, low viscosity solder ball to be bonded to the PCB pad through the bonding auxiliary pins during the heating; 상기 접합보조핀과 각각 대응되며, 상기 접합보조핀이 삽입될 수 있는 깊이로 형성되는 소정의 구멍과;A predetermined hole corresponding to each of the bonding auxiliary pins and formed to a depth into which the bonding auxiliary pins can be inserted; 상기 솔더 볼과 접합할 패드로, 상기 구멍의 내부와 상부의 일부를 둘러싸도록 설치되는 금속의 PCB 패드를 포함하는 피씨비 패드 제조방법.The pad to be bonded to the solder ball, PCB pad manufacturing method comprising a metal PCB pad is installed to surround a portion of the inside and the top of the hole. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 접합보조핀은 솔더 패드외의 상기 솔더 패드와 접합되는 소정의 보조 패드상에서 일부를 상측으로 절곡시켜 핀과 같은 형상으로 형성하는 피씨비 패드 제조방법.The bonding auxiliary pin is bent in the upper portion on the predetermined auxiliary pad to be bonded to the solder pad other than the solder pad to form a PCB pad shape. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 PCB상에 형성되는 구멍은 후면까지 관통하지 않도록 일정 깊이로 형성되어, 상기 PCB 기판의 후면상에도 별도의 회로를 추가할 수 있는 피씨비 패드 제조방법.Holes formed on the PCB is formed to a predetermined depth so as not to penetrate to the back, the PCB pad manufacturing method that can add a separate circuit on the back of the PCB substrate. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 구멍은 적어도 상기 접합보조핀의 길이보다 깊도록 형성하는 피씨비 패드 제조방법.And the hole is formed at least deeper than the length of the bonding auxiliary pin.
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