WO2017026302A1 - Ｂｇａ型部品の実装構造 - Google Patents

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wiring board
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mounting
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賢悟 上山
加藤　浩二
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株式会社デンソー
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    • H01L2924/3511—Warping

Definitions

  • This disclosure relates to a BGA type component mounting structure for mounting a BGA (Ball Grid Array) type component having solder balls in an aligned state on a mounting surface to a wiring board by solder bonding.
  • BGA Bit Grid Array
  • a BGA (ball grid array) type package suitable for realizing high-density mounting is often used as a package of semiconductor components such as a DDR memory and a CPU.
  • This BGA type component has a large number of solder balls in a grid shape on the mounting surface (lower surface) of the package.
  • This BGA type component is generally mounted by solder bonding on a multilayer wiring board having a number of lands corresponding to the solder balls on the surface (see Patent Document 1).
  • BGA type parts are not arranged on one side of a wiring board, but a pair of equivalent BGA type parts are mounted so as to be symmetrically mounted at the same position on both sides of the wiring board.
  • Technology is also being used. In this mirror arrangement mounting, equal-length wiring can be performed, and the transmission quality of high-frequency signals can be improved. Even when the equal-length wiring is not required, the mounting area can be reduced.
  • Patent Document 1 by devising the shape of the land portion provided on the wiring board and the application shape of the solder resist, the stress of the solder ball portion is relieved and the occurrence of cracks is suppressed.
  • an underfill adhesive is applied so as to cover the solder joint between the wiring board and the BGA type component, and the thermal expansion / contraction stress is relieved.
  • This disclosure is intended to provide a mounting structure for a BGA type component that can effectively prevent the occurrence of cracks in a solder ball while taking advantage of the mirror arrangement mounting of the BGA type component.
  • WHEREIN It is a mounting structure of the BGA type component for mounting the BGA type component which equips a mounting surface with a solder ball to a wiring board by soldering,
  • a pair of BGA type components are Each of the solder balls is mounted on the front surface and the back surface of the wiring board, respectively, and the BGA type component on the front surface side and the BGA type component on the back surface side of the wiring board are viewed in the plate surface direction of the wiring board. It is mounted partially wrapped so that the position of is shifted.
  • the present inventor analyzed the mechanism in which cracks are more likely to occur in the solder ball in the mirror arrangement mounting of the BGA type component on the wiring board as compared with the single-side mounting as follows. That is, since the package of the BGA type component is generally made of resin, the four corners of the package are warped and deformed in a direction away from the wiring board, for example, due to the thermal cycle. The warping force at that time acts as a force, for example, a pulling force, on the wiring board side in the same manner via the solder balls. In the case of single-sided mounting, the wiring board can be warped and deformed following the warpage, whereby stress can be relieved.
  • the wiring board is constrained by receiving the tensile force from the solder balls on both sides of the same part. For this reason, stress relaxation due to deformation of the wiring board itself cannot be achieved, and a larger stress acts on the solder ball portion than in the case of single-sided mounting.
  • the BGA-type component on the front surface side of the wiring board and the BGA-type component on the back surface side of each solder ball are viewed in the plate surface direction of the wiring board. It is mounted so that the position shifts. For this reason, the above-described force on the solder ball portion, for example, a tensile force, does not act at the same position on the front surface side and the back surface side of the wiring board, but acts at a shifted position. Thereby, the stress which acts on a wiring board by the surface side and a back surface side can be canceled, and the relaxation of the stress as a whole can be aimed at.
  • a tensile force does not act at the same position on the front surface side and the back surface side of the wiring board, but acts at a shifted position.
  • FIG. 1 shows an embodiment, and is a perspective view of a main part showing the mounting structure of Example 1 in a transparent state of a wiring board
  • FIG. 2A is a longitudinal front view schematically showing the mounting structure of Example 1
  • FIG. 2B is a longitudinal sectional side view schematically showing the mounting structure of Example 1.
  • FIG. 3 is a plan view schematically showing the arrangement of solder balls in the mounting structure of Example 1.
  • FIG. 4 is a perspective view of a main part showing the mounting structure of Example 2 in a transparent state of the wiring board
  • FIG. 5A is a longitudinal front view schematically showing the mounting structure of Example 2, FIG.
  • FIG. 5B is a longitudinal side view schematically showing the mounting structure of Example 2
  • FIG. 6 is a plan view schematically showing the arrangement of solder balls in the mounting structure of Example 2
  • FIG. 7 is a perspective view of the main part showing the mounting structure of Example 3 in a transparent state of the wiring board
  • FIG. 8A is a longitudinal front view schematically showing the mounting structure of Example 3
  • FIG. 8B is a longitudinal side view schematically showing the mounting structure of Example 3
  • FIG. 9 is a plan view schematically showing the arrangement of solder balls in the mounting structure of Example 3.
  • FIG. 10 is a perspective view of the main part showing the structure in the mirror arrangement mounting in a transparent state of the wiring board
  • FIG. 11A is a longitudinal front view schematically showing a structure of mirror arrangement mounting;
  • FIG. 11B is a vertical sectional side view schematically showing the structure of the mirror arrangement mounting
  • FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing a state where a BGA type component is mounted on one side on a wiring board
  • FIG. 13 is a bottom view of the BGA type part
  • FIG. 14A is a diagram showing sample information of a thermal cycle limit test
  • FIG. 14B is a diagram showing the results of the thermal cycle limit test numerically
  • FIG. 14C is a graph plotting the results of the thermal cycle limit test
  • FIG. 15A is a diagram showing the results of a solder inspection test of samples No. 3 and No. 4 in the thermal cycle test
  • FIG. 15B is a diagram showing the results of the solder inspection test for samples No. 1 and No. 2 in the thermal cycle test
  • FIG. 15C is a diagram showing the results of the solder inspection test for samples No. 6 and No. 7 in the thermal cycle test.
  • FIGS. 10 to 11B show a mounting structure 4 of conventional mirror arrangement mounting.
  • the mounting structures 1 to 3 of the first to third embodiments are structures in which, for example, a BGA (Ball Grid Array) type part 11 made of a DDR memory is mounted on the wiring board 21 by solder connection. As shown in FIG. 12, the BGA type component 11 has solder balls 12 in an aligned state on the mounting surface (the lower surface in FIG. 12). As will be described in detail later, in the mounting structures 1 to 3 of the first to third embodiments, a pair of equivalent BGA type parts 11 and 11 are mounted on the front surface and the back surface of the wiring board 21, respectively.
  • BGA Ball Grid Array
  • the BGA-type component 11 on the front surface side and the BGA-type component 11 on the back surface side of the wiring board 21 are displaced so that the positions of the solder balls 12, 12 are shifted when viewed in the plate surface direction of the wiring board 21. , Partially wrapped and implemented.
  • the BGA type part 11 will be described with reference to FIGS.
  • the BGA type component 11 is in a state in which a semiconductor chip 14 is mounted on a package substrate 13 and is electrically connected by a bonding wire (not shown).
  • a package 15 having a thin rectangular shape as a whole is formed by resin molding on the upper surface side of the package substrate 13.
  • a large number of solder balls 12 shown in black for convenience in FIG. 13 are provided in a vertical and horizontal alignment on the back surface of the package substrate 13.
  • the BGA type part 11 (package 15) is configured in a slightly vertically long rectangular shape.
  • the longitudinal direction (the front-rear direction in the figure) of the BGA type component 11 (package 15) is referred to as the Y direction, and the direction orthogonal to the longitudinal direction (the left-right direction in the figure) is referred to as the X direction.
  • the mounting surface (lower surface) of the BGA type component 11 that is a DDR memory is provided with a forming portion 16 where the solder balls 12 are formed and a non-forming portion 17 where the solder balls 12 are not formed. It has been. Specifically, as shown in FIG.
  • the mounting surface is divided into approximately 1/3 regions in one direction (X direction), and a plurality of solder balls 12 are aligned in three rows on both sides.
  • the formed portion 16 is arranged.
  • the central region of the mounting surface is a non-formed portion 17 where the solder balls 12 are not disposed.
  • the diameter D of the solder balls 12 is 0.4 mm, for example, and the vertical and horizontal arrangement pitch P of the solder balls 12 is 0.8 mm, for example.
  • the wiring board 21 is configured by laminating an insulating base material such as an epoxy resin containing glass fiber in multiple layers, and between its surface (both front and back surfaces) and an interlayer, For example, it has a conductor pattern.
  • an insulating base material such as an epoxy resin containing glass fiber in multiple layers
  • an interlayer For example, it has a conductor pattern.
  • a plurality of lands to which the BGA type component 11 is soldered are provided corresponding to the solder balls 12 of the BGA type component 11.
  • the land formation position of the wiring board 21 (mounting position of the BGA type component 11) is different between the mounting structures 1 to 3 and the mirror arrangement mounting structure 4 of the first to third embodiments.
  • a resist film is provided on the surface of the wiring board 21 so as to cover a portion excluding the land.
  • a solder joining process called reflow is performed. In this step, a solder paste is applied on the land of the wiring board 21. Then, the solder paste on each land and the solder balls 12 of the BGA type component 11 are superposed in an aligned state and heated while controlling the temperature, thereby performing solder joining.
  • the mounting structure 4 for mounting the mirror arrangement has a pair of BGA-type components 11 mounted symmetrically at the same position on both the front and back surfaces of the wiring board 21.
  • the solder balls 12 of the BGA-type component 11 on the front surface side and the solder balls 12 of the BGA-type component 11 on the back surface side are the same on the front and back surfaces of the wiring substrate 21 when viewed in the plate surface direction of the wiring substrate 21. (Overlapping) is arranged to match.
  • the BGA type component 11 on the front surface side and the BGA type component 11 on the back surface side of the wiring substrate 21 are arranged in the X direction and the Y direction. The two are shifted from each other. At this time, both the X direction and the Y direction are shifted by a half pitch (for example, 0.4 mm) of the arrangement pitch P of the solder balls 12. Accordingly, when viewed in the direction of the plate surface of the wiring board 21, most of the packages 15 are wrapped. As a result, as shown in FIGS.
  • the solder balls 12 of the BGA-type component 11 on the back surface side are arranged on the surface of the wiring board 21 with respect to the arrangement of the solder balls 12 of the BGA-type component 11 on the front surface side. When viewed in the direction, they are shifted so as to form a staggered arrangement.
  • the first embodiment has a so-called “ball shift” mounting structure 1.
  • FIG. 3 (and FIGS. 6 and 9), for convenience, the position of the solder ball 12 on the front surface side of the wiring board 21 is shown in black, and the position of the solder ball 12 on the back surface side is shown by a solid white line. Yes.
  • the mounting structure 2 of the second embodiment is such that the BGA type component 11 on the front surface side of the wiring board 21 and the BGA type component 11 on the back surface side are in the X direction and the X direction of the package 15 is. They are arranged with a shift of approximately 1/3 of the dimension (width dimension).
  • the forming portion 16 of one BGA type component 11 and the non-forming portion 17 of the other BGA type component 11 are formed. And are arranged so as to wrap.
  • the second embodiment has a so-called “one-way chip shift” mounting structure 2.
  • the mounting structure 3 of the third embodiment is such that the BGA type component 11 on the front side of the wiring board 21 and the BGA type component 11 on the back side are in the X direction and the X direction of the package 15 is. They are shifted by 1/3 of the dimension (width dimension).
  • the Y-direction dimension (length dimension) of the package 15 is shifted by about 3/8 in the Y-direction, which is a direction intersecting with the Y-direction.
  • the solder balls 12 of both the BGA type parts 11 are overlapped when viewed in the plate surface direction of the wiring substrate 21 when viewed in the plate surface direction of the wiring substrate 21 ( Does not match). Also. Both packages 15 are wrapped in an area of approximately 42%.
  • the third embodiment is a so-called “bidirectional chip shift” mounting structure 3.
  • the solder ball 12 is likely to be cracked.
  • the inventor of the present invention is based on a simulation of stress during a thermal cycle based on a simulation of stress during a cooling / heating cycle in the mirror arrangement mounting 4 of the BGA type component 11 on the wiring board 21 as compared with the single-side mounting.
  • the package 15 of the BGA type component 11 is made of a synthetic resin, the four corners of the package 15 are warped and deformed in a direction away from the wiring board 21 due to the cooling / heating cycle.
  • the four corners of the package 15 of the BGA type component 11 warp by 10.5 ppm, for example. Cause deformation. For this reason, stress is generated in the solder ball 12 portion, causing cracks.
  • the warping force (upward pulling force) of the package 15 acts as a force in the direction of arrow A, which tries to generate warpage on the wiring board 21 side through the solder balls 12 in the same manner.
  • the wiring board 21 is warped and deformed following the warpage (for example, 15 ppm), so that the stress can be relaxed.
  • the wiring board 21 is deformed in the same direction following it at a place other than the restraint point.
  • a valley is generated on the reverse side.
  • a stress wave is generated on the wiring board 21. This wave has opposite phases on both sides of the wiring substrate 21, that is, a trough is generated on the opposite side of the peak and a peak is generated on the opposite side of the valley.
  • the solder balls 12 of the BGA type component 11 on the front surface side of the wiring board 21 and the BGA type component 11 on the back surface side are formed.
  • the position is shifted by half a pitch.
  • the stress wave can be reversed in phase on both surfaces of the wiring substrate 21. Therefore, the stress as a whole when subjected to the thermal cycle can be relaxed, and the occurrence of cracks in the solder balls 12 can be effectively prevented.
  • the amount of deviation between the BGA type component 11 on the front surface side of the wiring board 21 and the BGA type component 11 on the back side is very small, it is possible to improve the isometric wiring, the mounting density, etc., which are the advantages of the mirror arrangement mounting. You can enjoy it. This can be realized with a simple configuration that only shifts the position of the BGA type component 11, and the design and structure are not complicated.
  • the forming portion 16 of one BGA type component 11 is viewed in the direction of the plate surface of the wiring board 21.
  • the non-formed part 17 of the other BGA type component 11 are arranged so as to be overlapped, thereby realizing a configuration in which the position of the solder ball 12 does not overlap on both sides of the wiring board 21 very easily. Can do. Therefore, the stress as a whole when subjected to the thermal cycle can be relaxed, and the occurrence of cracks in the solder balls 12 can be effectively prevented.
  • the BGA type component 11 on the front surface side of the wiring board 21 and the BGA type component 11 on the back surface side are shifted by about 1/3, a certain amount of mirror arrangement mounting such as equal-length wiring and improvement of mounting density is fixed. You can enjoy the benefits.
  • the formation portion 16 of one BGA type component 11 is viewed in the plate surface direction of the wiring board 21.
  • the other BGA-type component 11 is arranged so as to be overlapped with the non-forming portion 17 of the other BGA type part 11 and is also displaced in the Y direction.
  • Example 3 is considered to be equivalent to the mounting structure 2 of Example 2, the test is omitted.
  • the mounting structure 4 with a mirror arrangement is also tested.
  • the mounting structure 1 of “ball shifting” in Example 1 and the mounting structure 2 of “single-direction chip shifting” in Example 2 are both compared to the mounting structure 4 of the mirror arrangement of the comparative example.
  • Excellent durability against the thermal cycle was obtained.
  • the mounting structures 1 and 2 of the first and second embodiments compared to the mounting structure 4 of the mirror arrangement, compared with the maximum value, compared with about 1.45 times the maximum and minimum intermediate values, The durability is about 1.74 times.
  • the “one-way chip shifting” mounting structure 2 of the second embodiment conforms to the target standard of 3000 cyc.
  • IC40 is a BGA type part on the front side of the wiring board
  • IC40 is a BGA type part on the back side of the wiring board.
  • the thing with the same number of the last digit is the combination of the same position of front and back.
  • the pair of BGA type components 11 are mounted on the front surface and the back surface of the wiring board 21, respectively.
  • the BGA type component 11 on the front surface side and the BGA type component 11 on the back surface side of the wiring substrate 21 are viewed in the plate surface direction of the wiring substrate 21 so that the positions of the respective solder balls 12 are shifted. It was configured to wrap and implement. Thereby, while taking advantage of the mirror arrangement mounting of the BGA type component 11, it is possible to obtain an excellent effect that it is possible to effectively prevent the solder ball 12 from being cracked.
  • the mounting surface may be a BGA-type component having a solder ball on the entire mounting surface, or a solder ball in a rectangular frame shape excluding the center, and a “ball shifting” mounting structure can also be adopted.
  • the BGA type parts on the front side and the back side are not limited to those having the BGA type parts on the front side and the back side shifted by a half pitch of the solder balls. Even if the structure is such that the parts are wrapped only partially, the intended purpose can be achieved.
  • the present invention is applied to the DDR memory.
  • it is a BGA type component, it can be applied to other semiconductor components such as other memories and a CPU (processor).
  • the numerical values such as the diameter and pitch of the solder balls are only examples.

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Abstract

実装面にはんだボール（１２）を整列状態に備えるＢＧＡ型部品（１１）を、配線基板（２１）にはんだ接合により実装するためのＢＧＡ型部品の実装構造（１、２、３）は、一対のＢＧＡ型部品（１１）が、前記配線基板（２１）の表面及び裏面に夫々実装される。これと共に、前記配線基板（２１）の表面側のＢＧＡ型部品（１１）と裏面側のＢＧＡ型部品（１１）とが、該配線基板（２１）の板面方向に見て、各々のはんだボール（１２）の位置がずれるように、部分的にラップして実装されている。

Description

ＢＧＡ型部品の実装構造 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１５年８月７日に出願された日本出願番号２０１５－１５７０４６号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、実装面にはんだボールを整列状態に備えるＢＧＡ(Ball Grid Array)型部品を、配線基板にはんだ接合により実装するためのＢＧＡ型部品の実装構造に関する。
　例えばＤＤＲメモリやＣＰＵ等の半導体部品のパッケージとしては、高密度実装を実現するに適したＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）型パッケージが多く採用されている。このＢＧＡ型部品は、パッケージの実装面（下面）に、多数個のはんだボールをグリッド状に有して構成されている。このＢＧＡ型部品は、一般に、前記はんだボールに対応した多数個のランドを表面部に有する多層配線基板に、はんだ接合により実装される（特許文献１参照）。
　また、近年では、配線基板の片面にＢＧＡ型部品を配置するのではなく、一対の同等のＢＧＡ型部品を、夫々配線基板の両面の同じ位置に対称的に実装するいわゆるミラー配置実装と称される技術が用いられることも行われている。このミラー配置実装においては、等長配線を行うことができ、高周波信号の伝送品質の向上を図ることができる。等長配線を必要としない場合でも、実装面積の小型化を図ることができる。
特開２０１５－５３３９０号公報
　ところで、上記のようなＢＧＡ型部品の実装構造にあっては、冷熱サイクルにより、配線基板とＢＧＡ型部品（パッケージ）との間の線膨張係数の差に起因して、はんだボール部分に大きな応力が作用する事情がある。特に、車両用など温度差が比較的大きくなる環境で使用された場合に、その応力によりはんだボールにクラックが発生する虞があり、接続信頼性に劣る問題がある。
　そこで、特許文献１では、配線基板に設けられるランド部分の形状やソルダレジストの塗布形状に工夫を施すことにより、はんだボール部分の応力を緩和してクラックの発生を抑えるようにしている。また、それ以外の対策として、アンダーフィル接着剤を、配線基板とＢＧＡ型部品との間のはんだ接合部を覆うように塗布し、熱膨張・収縮の応力を緩和することも行われている。
　しかしながら、上記のような、はんだボール部分の応力緩和のために配線基板に工夫を施す対策では、いずれも設計や構造を複雑なものとしてしまうと共に、クラックの発生防止効果に十分であるとは言えなかった。特に、上記したＢＧＡ型部品のミラー配置実装においては、高密度実装が可能となる等のメリットがある反面、はんだボール部分にクラックがより一層発生しやすいものとなっていた。
　本開示は、ＢＧＡ型部品のミラー配置実装の利点を生かしながらも、はんだボールに対するクラックの発生を効果的に防止することができるＢＧＡ型部品の実装構造を提供することを目的とする。
　本開示の第一の態様において、実装面にはんだボールを整列状態に備えるＢＧＡ型部品を、配線基板にはんだ接合により実装するためのＢＧＡ型部品の実装構造であって、一対のＢＧＡ型部品が、前記配線基板の表面及び裏面に夫々実装されると共に、前記配線基板の表面側のＢＧＡ型部品と裏面側のＢＧＡ型部品とが、該配線基板の板面方向に見て、各々のはんだボールの位置がずれるように、部分的にラップして実装されている。
　ここで、本発明者は、配線基板に対するＢＧＡ型部品のミラー配置実装において、片面実装に比べてはんだボールにクラックが発生しやすくなるメカニズムを、次のように分析した。即ち、ＢＧＡ型部品のパッケージは、一般に樹脂製であるため、冷熱サイクルにより、パッケージの四隅が、配線基板から例えば離れる方向に反り変形する。その際の反りの力が、はんだボールを介して、配線基板側に同様に反りを発生させる力、例えば引張り力として作用する。片面実装の場合には、配線基板がその反りに追従して反り変形することにより応力の緩和を図ることができる。ところが、ミラー配置実装の場合には、配線基板には、両面において同じ箇所がはんだボールからの引張り力を受けるようになって拘束される。そのため、配線基板自体の変形による応力緩和が図られず、はんだボール部分に片面実装の場合よりも大きな応力が作用する。
　これに対し、本開示の第一の態様においては、配線基板の表面側のＢＧＡ型部品と、裏面側のＢＧＡ型部品とが、該配線基板の板面方向に見て、各々のはんだボールの位置がずれるように実装されている。このため、上記したはんだボール部分に対する力、例えば引張り力は、配線基板の表面側と裏面側との同じ位置で作用するのではなく、ずれた位置に作用するようになる。これにより、表面側と裏面側とで配線基板に作用する応力を相殺し、全体としての応力の緩和を図ることができる。
　しかも、配線基板の表面側のＢＧＡ型部品と裏面側のＢＧＡ型部品とが、一部は重なった形態で実装されているので、ミラー配置実装における、等長配線や実装密度向上等の一定の利点を享受することができる。ＢＧＡ型部品の位置をずらせるだけの簡単な構成で実現でき、設計や構造が複雑なものとなることもない。この結果、ＢＧＡ型部品のミラー配置実装の利点を生かしながらも、はんだボールに対するクラックの発生を効果的に防止することができる。
　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、実施形態を示すもので、実施例１の実装構造を配線基板の透視状態で示す要部の斜視図であり、 図２Ａは、実施例１の実装構造を模式的に示す縦断正面図であり、 図２Ｂは、実施例１の実装構造を模式的に示す縦断側面図であり、 図３は、実施例１の実装構造におけるはんだボールの配置の概略を示す平面図であり、 図４は、実施例２の実装構造を配線基板の透視状態で示す要部の斜視図であり、 図５Ａは、実施例２の実装構造を模式的に示す縦断正面図であり、 図５Ｂは、実施例２の実装構造を模式的に示す縦断側面図であり、 図６は、実施例２の実装構造におけるはんだボールの配置の概略を示す平面図であり、 図７は、実施例３の実装構造を配線基板の透視状態で示す要部の斜視図であり、 図８Ａは、実施例３の実装構造を模式的に示す縦断正面図であり、 図８Ｂは、実施例３の実装構造を模式的に示す縦断側面図であり、 図９は、実施例３の実装構造におけるはんだボールの配置の概略を示す平面図であり、 図１０は、ミラー配置実装における構造を配線基板の透視状態で示す要部の斜視図であり、 図１１Ａは、ミラー配置実装の構造を模式的に示す示す縦断正面図であり、 図１１Ｂは、ミラー配置実装の構造を模式的に示す縦断側面図であり、 図１２は、ＢＧＡ型部品を配線基板に片面実装した様子を示す縦断面図であり、 図１３は、ＢＧＡ型部品の底面図であり、 図１４Ａは、冷熱サイクル限界試験のサンプル情報を示す図であり、 図１４Ｂは、冷熱サイクル限界試験の結果を数値で示す図であり、 図１４Ｃは、冷熱サイクル限界試験の結果をグラフにプロットして示す図であり、 図１５Ａは、冷熱サイクル試験のサンプルＮｏ３、４のはんだ精査試験の結果を示す図であり、 図１５Ｂは、冷熱サイクル試験のサンプルＮｏ１、２のはんだ精査試験の結果を示す図 図１５Ｃは、冷熱サイクル試験のサンプルＮｏ６、７のはんだ精査試験の結果を示す図である
　以下、車載用の電子装置に適用した実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１～図３は、実施例１のＢＧＡ型部品の実装構造１を示している。図４～図６は、実施例２のＢＧＡ型部品の実装構造２を示している。図７～図９は、実施例３のＢＧＡ型部品の実装構造３を示している。これら実施例１～３は、いずれも本開示を具体化したＢＧＡ型部品の実装構造である。これに対し、図１０～図１１Ｂは、従来から行われているミラー配置実装の実装構造４を示している。
　上記実施例１～３の実装構造１～３は、例えばＤＤＲメモリからなるＢＧＡ（Ball Grid Array）型部品１１を、配線基板２１にはんだ接続により実装する構造である。図１２に示すように、ＢＧＡ型部品１１は実装面（図１２にて下面）に、はんだボール１２を整列状態に備えている。そして、詳しくは後述するように、実施例１～３の実装構造１～３は、同等の一対のＢＧＡ型部品１１，１１が、配線基板２１の表面及び裏面に夫々実装される。これと共に、前記配線基板２１の表面側のＢＧＡ型部品１１と裏面側のＢＧＡ型部品１１とが、配線基板２１の板面方向に見て、各々のはんだボール１２，１２の位置がずれるように、部分的にラップして実装されている。
　ここで、図１２及び図１３を参照して、前記ＢＧＡ型部品１１について述べる。図１２に示すように、ＢＧＡ型部品１１は、パッケージ基板１３上に、半導体チップ１４を装着し、図示しないボンディングワイヤにより電気的接続を行った状態とされる。そして、パッケージ基板１３の上面側に対する樹脂モールドにより、全体として薄形矩形状のパッケージ１５を形成して構成されている。図１３にも示すように、パッケージ基板１３の裏面側の実装面には、多数個のはんだボール１２（図１３では、便宜上黒く塗りつぶして示す）が縦横整列状に設けられている。
　ここで、ＢＧＡ型部品１１（パッケージ１５）は、やや縦長な長方形状に構成されている。ＢＧＡ型部品１１（パッケージ１５）の長手方向（図で前後方向）をＹ方向、それと直交する方向（図で左右方向）をＸ方向と称する。本実施形態では、ＤＤＲメモリであるＢＧＡ型部品１１の実装面（下面）には、はんだボール１２が形成されている形成部１６と、はんだボール１２が形成されていない非形成部１７とが設けられている。具体的には、図１３に示すように、実装面は、一方向（Ｘ方向）に、ほぼ１／３ずつの領域に区分され、両側領域が、複数個のはんだボール１２が３列に整列配置された形成部１６とされている。また、実装面の中央領域が、はんだボール１２を配置しない非形成部１７とされている。尚、はんだボール１２の直径寸法Ｄは、例えば０．４ｍｍ、はんだボール１２の縦横の配置ピッチＰは、例えば０．８ｍｍとされている。
　詳しい図示及び説明は省略するが、前記配線基板２１は、例えばガラス繊維を含有したエポキシ樹脂等の絶縁基材を多層に積層して構成されると共に、その表面部（表裏両面）及び層間に、例えば導体パターンを有して構成されている。このとき、配線基板２１の表面及び裏面には、ＢＧＡ型部品１１のはんだボール１２に対応して、該ＢＧＡ型部品１１がはんだ接合される多数個のランドが設けられている。後述のように、配線基板２１のランドの形成位置（ＢＧＡ型部品１１の実装位置）が、各実施例１～３の実装構造１～３及びミラー配置実装構造４の間で全て異なっている。
　尚、図示はしないが、前記配線基板２１の表面部は、ランドを除く部分を覆うレジスト膜が設けられる。また、ＢＧＡ型部品１１を配線基板２１に実装するにあたっては、周知のように、リフローと称されるはんだ接合の工程が実行される。この工程では、配線基板２１のランド上に、はんだペーストが塗布される。そして、各ランド上のはんだペーストと、ＢＧＡ型部品１１のはんだボール１２とを位置合せ状態に重ねて、温度制御しながら加熱することにより、はんだ接合が行われる。
　さて、実施例１～３の実装構造１～３、並びに、ミラー配置実装の実装構造４について述べる。まず、ミラー配置実装の実装構造４は、図１０、図１１Ａ，図１１Ｂに示すように、一対のＢＧＡ型部品１１が、配線基板２１の表面及び裏面の両面の同じ位置に対称的に実装される。このとき、表面側のＢＧＡ型部品１１のはんだボール１２と、裏面側のＢＧＡ型部品１１のはんだボール１２とは、配線基板２１の板面方向に見て、配線基板２１の表裏面の同じ箇所に一致するように（重なって）配置されている。
　これに対し、実施例１の実装構造１では、図１～図３に示すように、配線基板２１の表面側のＢＧＡ型部品１１と裏面側のＢＧＡ型部品１１とが、Ｘ方向及びＹ方向の双方にずれて配置されている。このとき、Ｘ方向及びＹ方向の双方において、はんだボール１２の配置ピッチＰの半ピッチ分（例えば０．４ｍｍ）ずつずれている。従って、配線基板２１の板面方向に見て、両者のパッケージ１５はほとんどがラップするようになっている。これにより、図２Ａ、図２Ｂ、図３に示すように、表面側のＢＧＡ型部品１１のはんだボール１２の並びに対し、裏面側のＢＧＡ型部品１１のはんだボール１２が、配線基板２１の板面方向に見て、千鳥配列をなすようにずれて配置されている。この実施例１は、いわば「ボールずらし」の実装構造１となっている。尚、図３（及び図６、図９）では、便宜上、配線基板２１の表面側のはんだボール１２の位置を黒く塗りつぶして示し、裏面側のはんだボール１２の位置を白抜きの実線で示している。
　実施例２の実装構造２は、図４～図６に示すように、配線基板２１の表面側のＢＧＡ型部品１１と裏面側のＢＧＡ型部品１１とが、Ｘ方向に、パッケージ１５のＸ方向寸法（幅寸法）のほぼ１／３分だけずれて配置されている。これにより、図５Ａ、図５Ｂ、図６に示すように、配線基板２１の板面方向に見て、一方のＢＧＡ型部品１１の形成部１６と、他方のＢＧＡ型部品１１の非形成部１７とがラップするようずれて配置されている。これにて、両ＢＧＡ型部品１１のはんだボール１２が、配線基板２１の板面方向に見て重なる（一致する）ことが無いようになっている。従って、配線基板２１の板面方向に見て、両者のパッケージ１５は、ほぼ２／３の面積でラップしている。この実施例２は、いわば「片方向チップずらし」の実装構造２となっている。
　実施例３の実装構造３は、図７～図９に示すように、配線基板２１の表面側のＢＧＡ型部品１１と裏面側のＢＧＡ型部品１１とが、Ｘ方向に、パッケージ１５のＸ方向寸法（幅寸法）の１／３分だけずれて配置されている。これに加えて、それとは交差する方向であるＹ方向に、パッケージ１５のＹ方向寸法（長さ寸法）のほぼ３／８分だけずれて配置されている。これにより、図８Ａ、図８Ｂ、図９に示すように、配線基板２１の板面方向に見て、両ＢＧＡ型部品１１のはんだボール１２が、配線基板２１の板面方向に見て重なる（一致する）ことが無い。また。両者のパッケージ１５は、ほぼ４２％の面積でラップしている。この実施例３は、いわば「両方向チップずらし」の実装構造３となっている。
　ここで、上記のようなＢＧＡ型部品１１の実装構造にあっては、冷熱サイクルにより、配線基板２１とＢＧＡ型部品１１（パッケージ１５）との間の線膨張係数の差に起因して、はんだボール１２部分に応力が作用する事情がある。特に、車両用など温度差が比較的大きくなる環境で使用された場合に、はんだボール１２部分に作用する応力が大きくなるため、はんだボール１２にクラックが発生し、接続信頼性が低下する虞がある。この場合、従来から行われているミラー配置実装の実装構造４では、はんだボール１２にクラックが発生しやすいものとなっていた。
　本発明者は、配線基板２１に対するＢＧＡ型部品１１のミラー配置実装４において、片面実装に比べてはんだボール１２にクラックが発生しやすくなるメカニズムを、冷熱サイクル時の応力のシミュレーションに基づき、次のように分析した。即ち、ＢＧＡ型部品１１のパッケージ１５は合成樹脂製であるため、冷熱サイクルにより、パッケージ１５の四隅が、配線基板２１から例えば離れる方向に反り変形する。図１２に誇張して示すように、配線基板２１の片面（図で上面）にＢＧＡ型部品１１が実装されている場合、ＢＧＡ型部品１１のパッケージ１５の四隅部が、例えば１０．５ｐｐｍだけ反り変形を起こす。このため、はんだボール１２部分に応力が発生し、クラック発生の原因になる。
　このとき、パッケージ１５の反りの力（上方への引張り力）が、はんだボール１２を介して、配線基板２１側に同様に反りを発生させようとする矢印Ａ方向の力として作用する。図１２に示す片面実装の場合、配線基板２１がその反りに追従して反り変形する（例えば１５ｐｐｍ）ことにより、応力の緩和を図ることができる。
　これに対し、ミラー配置実装の実装構造４では、図１１Ａ、図１１Ｂに示すように、配線基板２１に対し、表面側のＢＧＡ型部品１１によって矢印Ａ方向の力が作用すると共に、裏面側のＢＧＡ型部品１１によってそれとは反対方向の力が作用するようになる。このとき、はんだボール１２が表裏両面の同じ位置に配置されているので、配線基板２１は両側から同等の引張り力を受けるようになり、反り変形を行うことがない。このため、はんだボール１２部分に片面実装の場合よりも大きな応力が作用する。
　このように、冷熱サイクルによってＢＧＡ型部品１１が反り変形する際に、配線基板２１は、拘束点以外の箇所で、それに追従して同方向に変形する。このとき、配線基板２１が反り変形して一面側に山が発生すると、その裏面側には、逆に谷が発生している。これが、はんだボール１２の接合箇所毎に発生すると考えると、配線基板２１には応力の波ができることになる。この波は、配線基板２１の両面で逆位相になる、つまり山の反対側には谷、谷の反対側には山が発生する。
　図１１Ａ、図１１Ｂに示したような、ミラー配置実装の実装構造４では、配線基板２１の表裏両面で同じ位相の波が発生し、配線基板２１を両側から引っ張り合うようになる。このとき、単純計算で、はんだボール１２部分には、片面実装の場合の２倍の応力がかかることになる。ところが、配線基板２１の表面側のＢＧＡ型部品１１によって発生する応力の波に対し、配線基板２１の裏面側のＢＧＡ型部品１１によって、山谷が逆になった逆位相の波を発生させるとする。これにより、はんだボール１２に作用する応力を緩和することができるのである。
　実施例１の「ボールずらし」の実装構造１では、図２Ａ、図２Ｂに示すように、配線基板２１の表面側のＢＧＡ型部品１１と、裏面側のＢＧＡ型部品１１とのはんだボール１２の位置が半ピッチ分だけずれている。これにより、はんだボール１２のレベルで、応力の波を、配線基板２１の両面で逆位相にすることができる。従って、冷熱サイクルを受けた際の、全体としての応力の緩和を図ることができ、はんだボール１２に対するクラックの発生を効果的に防止することができる。また、配線基板２１の表面側のＢＧＡ型部品１１と、裏面側のＢＧＡ型部品１１との間のずれ量はごく僅かなので、ミラー配置実装の利点である、等長配線や実装密度向上等を享受することができる。ＢＧＡ型部品１１の位置をずらせるだけの簡単な構成で実現でき、設計や構造が複雑なものとなることもない。
　実施例２の「片方向チップずらし」の実装構造２では、図５Ａ、図５Ｂ、図６に示すように、配線基板２１の板面方向に見て、一方のＢＧＡ型部品１１の形成部１６と、他方のＢＧＡ型部品１１の非形成部１７とがラップするようずれて配置されている、これにより、はんだボール１２の位置が配線基板２１の両面で重ならない構成を極めて容易に実現することができる。従って、冷熱サイクルを受けた際の、全体としての応力の緩和を図ることができ、はんだボール１２に対するクラックの発生を効果的に防止することができる。また、配線基板２１の表面側のＢＧＡ型部品１１と、裏面側のＢＧＡ型部品１１との間は、１／３程度のずれなので、等長配線や実装密度向上等のミラー配置実装の一定の利点について享受することができる。
　実施例３の「両方向チップずらし」の実装構造３では、図８Ａ、図８Ｂ、図９に示すように、配線基板２１の板面方向に見て、一方のＢＧＡ型部品１１の形成部１６と、他方のＢＧＡ型部品１１の非形成部１７とがラップするように、Ｘ方向にずれて配置されている、これに加えて、Ｙ方向にもずれて配置されている。これにより、実施例２の実装構造２の構成と同様に、はんだボール１２の位置が配線基板２１の両面で重ならない構成を極めて容易に実現することができる。従って、冷熱サイクルを受けた際の、全体としての応力の緩和を図ることができ、はんだボール１２に対するクラックの発生を効果的に防止することができる。但し、この構成では、両面側のＢＧＡ型部品１１のラップしている面積が比較的小さくなるので、ミラー配置実装の利点については、あまり期待できない。
　次に、本発明者は、実施例１～３の実装構造１～３の有効性を検証すべく、冷熱サイクル試験を行った。この試験は、（１）限界試験、及び、（２）はんだ精査試験の２種類について行った。以下、これらの試験結果について述べる。但し、実施例３の実装構造３については、実施例２の実装構造２と同等と考えられるため、試験を省略している。また、比較例として、ミラー配置の実装構造４についても、併せて試験を行っている。
　（１）限界試験
　実際の製品を試験サンプルとし、２５分かけて－３０℃まで冷却し、その後、２０分かけて８０℃まで加熱するサイクルを繰返し、試験サンプルが非動作状態となる（ＮＧが確認される）までのサイクル数（ｃｙｃ）を調べた。ＢＧＡ型部品１１のサンプル情報を図１４Ａに示す。この試験では、約２００サイクル毎に起動試験を実施し、ＮＧが確認された前のチェック時のサイクル数を試験結果としている。試験結果を、図１４Ｂ、図１４Ｃに示す。図１４Ｃは、図１４Ｂの結果（サイクル数）をプロットしたものである。尚、ミラー配置に関しては、試験サンプル数が４、実施例１及び実施例２に関しては、夫々試験サンプル数が３となっている。
　この結果から、実施例１の「ボールずらし」の実装構造１、及び、実施例２の「片方向チップずらし」の実装構造２は、いずれも、比較例のミラー配置の実装構造４に比べて、冷熱サイクルに対する優れた耐久性が得られた。この場合、実施例１、２の実装構造１、２では、ミラー配置の実装構造４に比べて、最大値で比較して、約１．４５倍、最大、最小の中間値で比較して、約１．７４倍の耐久性が得られている。特に、実施例２の「片方向チップずらし」の実装構造２は、３０００ｃｙｃの目標規格にも適合するものとなっている。
　（２）はんだ精査試験
　次に、上記冷熱サイクルを、１５００ｃｙｃ繰返して、動作ＯＫだった試験サンプル（各８組）に対し、配線基板のカットを実施して、はんだボールのクラック率（直径を１００％としてどれくらいの長さのクラックが発生しているか）を顕微鏡で確認した。その試験結果を図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃに示す。図１５ＡのサンプルＮｏ．３、Ｎｏ．４が、ミラー配置の実装構造４を示し、図１５ＢのサンプルＮｏ．１、Ｎｏ．２が、実施例１の「ボールずらし」の実装構造１を示し、図１５ＣのサンプルＮｏ．６、Ｎｏ．７が、実施例２の「片方向チップずらし」の実装構造２を示している。
　尚、図１５Ａ～図１５Ｃにおける、「ＩＣ４０１」等の記号は、「ＩＣ４０」が配線基板の表面側のＢＧＡ型部品、「ＩＣ４０」が配線基板の裏面側のＢＧＡ型部品である。また、下一桁の数字が同じものが、表裏の同じ位置の組合せである。また、実施例２の「片方向チップずらし」の実装構造２では、表裏のＢＧＡ型部品を同一位置でカットするのが困難である。そのため、２つのサンプルのうち一方で表面側のＢＧＡ型部品を調べ、他方で裏面側のＢＧＡ型部品を調べるようにしている。
　このはんだ精査試験の結果、クラック率９０％以上のものが、比較例のミラー配置の実装構造４では、７組／８組見られ、各組のクラック率最悪箇所の平均クラック率は９２．０％であった。これに対し、実施例１の「ボールずらし」の実装構造１では、クラック率９０％以上のものが、１組／８組見られ、最悪箇所の平均クラック率は６５．７５％であった。実施例２の「片方向チップずらし」の実装構造２では、クラック率９０％以上のものが、全く見られず、最悪箇所の平均クラック率も５２．７５％であった。尚、実施例３の「両方向チップずらし」の実装構造３においても、実施例２の「片方向チップずらし」の実装構造２と同等の結果が得られると推測される。
　以上のように、実施例１～３の実装構造１～３によれば、一対のＢＧＡ型部品１１を、配線基板２１の表面及び裏面に夫々実装した。これと共に、配線基板２１の表面側のＢＧＡ型部品１１と裏面側のＢＧＡ型部品１１とを、該配線基板２１の板面方向に見て、各々のはんだボール１２の位置がずれるように、部分的にラップして実装するように構成した。これにより、ＢＧＡ型部品１１のミラー配置実装の利点を生かしながらも、はんだボール１２に対するクラックの発生を効果的に防止することができるという優れた効果を得ることができる。
　尚、上記実施形態では、実施例１～３の３種類の実装構造を例示したが、それらを組合せた構造や、中間的な構造を採用することも可能である。この場合、実装面の全体にはんだボールを備える、或いは中央を除く矩形枠状にはんだボールを備えるＢＧＡ型部品でも良く、やはり「ボールずらし」の実装構造を採用できる。この場合、表面側及び裏面側のＢＧＡ型部品が、はんだボールの半ピッチだけずれているものに限らず、はんだボールの位置が表裏で重ならない構造であれば、表面側及び裏面側のＢＧＡ型部品が一部分のみでラップしている構造であっても、所期の目的を達成し得る。
　また、上記実施形態では、ＤＤＲメモリに適用したが、ＢＧＡタイプの部品であれば、他のメモリやＣＰＵ（プロセッサ）等の各種の半導体部品に適用することができる。その他、はんだボールの直径寸法やピッチ等の数値についても、一例を示したに過ぎない。本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに位置要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (4)

  1. 　実装面にはんだボール（１２）を整列状態に備えるＢＧＡ型部品（１１）を、配線基板（２１）にはんだ接合により実装するための構造（１、２、３）において、
    　一対のＢＧＡ型部品（１１）が、前記配線基板（２１）の表面及び裏面に夫々実装されると共に、
    　前記配線基板（２１）の表面側のＢＧＡ型部品（１１）と裏面側のＢＧＡ型部品（１１）とが、該配線基板（２１）の板面方向に見て、各々のはんだボール（１２）の位置がずれるように、部分的にラップして実装されている、ＢＧＡ型部品の実装構造。
  2. 　請求項１のＢＧＡ型部品の実装構造において、
    　前記配線基板（２１）の表面側及び裏面側の一方のＢＧＡ型部品（１１）のはんだボール（１２）の並びに対し、他方のＢＧＡ型部品（１１）のはんだボール（１２）が、前記配線基板（２１）の板面方向に見て、千鳥配列をなすようにずれて配置されている。
  3. 　請求項１のＢＧＡ型部品の実装構造において、
    　前記ＢＧＡ型部品（１１）の実装面には、はんだボール（１２）が形成されている形成部（１６）と、はんだボール（１２）が形成されていない非形成部（１７）とが設けられており、前記一対のＢＧＡ型部品（１１）は、前記配線基板（２１）の板面方向に見て、一方のＢＧＡ型部品（１１）の形成部（１６）と、他方のＢＧＡ型部品（１１）の非形成部（１７）とがラップするようずれて配置されている。
  4. 　請求項３のＢＧＡ型部品の実装構造において、
    　前記一対のＢＧＡ型部品（１１）は、一方のＢＧＡ型部品（１１）の形成部（１６）と、他方のＢＧＡ型部品（１１）の非形成部（１７）とがラップするようずれる方向に加えて、そのずれ方向とは交差する方向にもずれて配置されている。
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