JP3986608B2 - ボールグリッドアレイパッケージ形半導体部品の実装構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールグリッドアレイパッケージ形の半導体部品を、表面部にバンプ接続用の複数個のパッドを有する多層配線基板に実装する構造を改良したボールグリッドアレイパッケージ形半導体部品の実装構造に関する。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】
ボールグリッドアレイパッケージ形の半導体部品1(以下、BGA部品1と省略する)は、図6(b)に一部を示すように、パッケージ2の実装面(下面)に、ボール形の多数個のはんだバンプ3をグリッド状に有して構成されている。図示はしないが、このようなBGA部品1の実装には、はんだバンプ3に対応した多数個のパッドを表面部に有する多層配線基板が用いられ、従来では、前記パッドのうち外側のものは表面導体パターンに接続され、内側のものはスルーホールを介して内層導体パターンに接続されるようになっていた。
【0003】
ところが、このようにスルーホールを用いた多層配線基板では、スルーホールの専有面積が大きくなるため、導体間のクリアランスが小さくなって絶縁性に問題が生じ、実装密度の高密度化(高密度配線)の障害になっていた。そこで、近年では、例えば特開平8−162767号公報に示されるように、バンプ接続用の内側のパッドとして、従来のスルーホールに代えて、凹状バイアホールを採用することが行われてきている。
【0004】
即ち、図6及び図7(e)に示すように、多層配線基板4は、外側2列に位置するパッド5をいわゆるべたパッドとしてそのまま表面導体パターン6(一部のみ図示)に接続し、内側に位置するパッド7を、断面U字状のいわゆる凹状のバイアホール8を介して内層導体パターン9に接続するようにしている。尚、BGA部品1を実装するにあたっては、図6に示すように、前記パッド5,7に対してクリームはんだ10を印刷した上で、BGA部品1をマウントし、その後リフロー炉を通してそのクリームはんだ10及びはんだバンプ3を溶融,硬化させて電気的,物理的な接続を行うようになっている。
【0005】
この場合、多層配線基板4は、図7に示すようなビルトアップ法により製造される。まず、ベース基板11の上下両面に、内層導体パターン9,12を形成し(図7(a)参照)、更にその両面に感光性絶縁樹脂13,13を積層し、必要個所(後にバイアホール8となる位置)にフォト法により穴13aを形成する(図7(b)参照)。次に、両面に銅メッキを施し、エッチングにより表面導体パターン6及びパッド5,7並びに裏面側の導体パターン14を形成する(図7(c)参照)。そして、表面の導体部分にニッケル及び金のメッキを施して(図7(d)参照)、最後にソルダレジスト15を形成するものである(図7(e)参照)。
【0006】
これによれば、凹状バイアホール8はフォト法によって形成されるため、その内径寸法を0.1mm程度に小さくすることができてパッド7自体の直径寸法もパッド5と同等に小さくすることができる。従って、パッド5,7の配置ピッチを小さくしても、導体同士間の最小クリアランスを例えば0.15mm程度とすることができ、もって十分な絶縁性を確保することができるのである。
【0007】
しかしながら、上記したような凹状バイアホール8を用いる実装構造では、BGA部品1を実装した際(図6参照)に、パッド7部分のはんだ接続部16内にボイドBが含まれてしまう問題が生じていた。このようにはんだ接続部16内にボイドBが生ずると、ストレスに対する強度が低下して接続の信頼性が低下してしまう不具合を招く。はんだ接続部16内にボイドBが生ずる要因は、次のようなメカニズムによるものと考えられる。
【0008】
即ち、図6(a)は、クリームはんだ10の印刷時の様子を示しており、多層配線基板4上にメタルマスク17が密着され、スキージ18がそのメタルマスク17の上面を矢印A方向に移動されることにより、メタルマスク17上に供給されたクリームはんだ10が、透孔17aを通して基板4(パッド5,7)上に塗布されるようになっている。ところが、クリームはんだ10がメタルマスク17の透孔17aを通って塗布される際に、そのクリームはんだ10が凹状バイアホール8の開口部全体を一気に塞ぐようにしながら供給されることになり(図6(a)参照)、バイアホール8内に空気(気泡)が閉じ込められた状態でクリームはんだ10により蓋がされた形態となる。
【0009】
そして、図6(b),(c),(d)に示すように、その状態からBGA部品1が実装されると、前記クリームはんだ10とはんだバンプ3とが一体化して溶融し硬化してはんだ接続部16となる際に、バイアホール8内に残っていた空気が、その後のリフローの工程ではんだ接続部16内を上昇するように移動してボイドBとなるのである。
【0010】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、はんだ接続部のボイドの発生を防止できて接続の信頼性を向上させることができるボールグリッドアレイパッケージ形半導体部品の実装構造を提供するにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1のボールグリッドアレイパッケージ形半導体部品の実装構造は、ボールグリッドアレイパッケージ形の半導体部品を、表面部にバンプ接続用の複数個のパッドを有する多層配線基板に対して、前記パッドに印刷されたはんだを介して実装する構造にあって、前記パッドを、前記多層配線基板の表面導体にのみ接続された第1のパッドと、この第1のパッドと同一平面上に配置され前記多層配線基板の内層導体に接続される第2のパッドとを含んで構成すると共に、そのうち第2のパッドを、該第2のパッドの近傍に形成された凹状バイアホールに、前記多層配線基板の表面部に設けられた接続部により接続することにより、それら接続部及び凹状バイアホールを介して前記内層導体に接続するように構成し、更に前記接続部及び凹状バイアホールの表面部分全体を、ソルダレジストにより覆い、且つ第2のパッドの前記接続部に接続していない周囲部分も該ソルダレジストにより覆って第2のパッドを円形に露出させるようにしたところに特徴を有する。
【0012】
これによれば、第2のパッドは、該第2のパッドから離間するバイアホールを介して内層導体に接続されるので、その表面を凹凸のないフラットな状態とすることができる。また、表面導体に接続される第1のパッドの表面がフラットとされることは勿論である。従って、はんだは、共にフラットな第1及び第2のパッドの表面に印刷されることになり、空気が残存することはなくなる。
【0013】
この結果、本発明によれば、はんだ接続部のボイドの発生を防止できて接続の信頼性を向上させることができるという優れた効果を得ることができる。また、このとき、第2のパッドを第1のパッドと同等の小さいものとすることができることは勿論であり、さらに、バイアホールは、フォト法により形成することができて専有面積を小さく済ませることができるので、実装密度が高い場合でも、導体同士間の絶縁に必要なクリアランスを十分に確保することができることを確認したのである。しかも、多層配線基板の表面部においては、パッド等の必要部位を除いては、導体が露出することがなくなるので、絶縁性の点で効果的となる。
【0014】
この場合、前記バイアホールを、第2のパッドと角度45度ずれ、且つパッド同士間の中央部に位置させて設けることができる(請求項2の発明)。これによれば、多層配線基板上にバイアホールを設けるための余分な領域を設けずとも、バイアホールをパッド同士間の領域に効率的に配置することができると共に、バイアホールと他のパッドとの間の絶縁距離を最も大きくとることができるようになり、絶縁性にも十分に優れたものとなる。
【0015】
本発明の請求項3のボールグリッドアレイパッケージ形半導体部品の実装構造は、ボールグリッドアレイパッケージ形の半導体部品を、表面部にバンプ接続用の複数個のパッドを有する多層配線基板に対して、前記パッドに印刷されたはんだを介して実装する構造にあって、前記パッドを、前記多層配線基板の表面導体にのみ接続される第1のパッドと、前記多層配線基板の内層導体に接続される第2のパッドとを含んで構成し、そのうち、第1のパッドを、前記多層配線基板の表面部の外側2列に形成すると共に、外方に延びる表面導体パターンに接続し、第2のパッドを、前記第1のパッドの内側に位置して形成すると共に、第2のパッドの近傍に形成された凹状バイアホールに、前記多層配線基板の表面部に設けられた接続部により接続することにより、それら接続部及び凹状バイアホールを介して前記内層導体に接続するように構成したところに特徴を有する。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について、図1ないし図5を参照しながら説明する。まず、図1及び図2は、ボールグリッドアレイパッケージ形半導体部品21(以下、BGA部品21と省略する)を、多層配線基板22に実装した様子を示している。
【0017】
前記BGA部品21は、図5(b)にも示すように、矩形状のパッケージ23の実装面(図で下面)に、ボール状の複数個のはんだバンプ24(後にはんだ接続部25となる)をグリッド状(格子状)に有して構成されている。この場合、図2から理解できるように、前記はんだバンプ24は、パッケージ23の下面うち、その中央部の矩形状領域を除いた枠状領域に内外方向に4列に渡って形成されている。また、はんだバンプ24の縦横方向の形成ピッチ(ひいては後述するパッドの配置ピッチ)は、1.0mm以下この場合0.8mmと狭小なものとされている。
【0018】
これに対し、前記多層配線基板22は、後述するように、ビルトアップ法により製造されるようになっている。この場合、多層配線基板22は、図1及び図3,図5に示すように、中間絶縁層26の表裏(図で上下)両面側に、夫々表面側絶縁層27、裏面側絶縁層28を有し、これと共に、前記表面側絶縁層27の表面部に位置して表面導体パターン29、表面側絶縁層27と中間絶縁層26との間に位置して内層導体パターン30、前記裏面側絶縁層28の裏面部に位置して裏面導体パターン31、裏面側絶縁層28と中間絶縁層26との間に位置して裏面側内層導体パターン32を有して構成されている。
【0019】
さて、この多層配線基板22(表面側絶縁層27)の表面部の前記BGA部品21が実装される部位には、図2,図4にも示すように、前記はんだバンプ24に対応して複数個のバンプ接続用のパッド33,34が設けられる。そのうち外側(図1,図5で左側)2列のものが第1のパッド33とされ、内側2列のものが第2のパッド34とされている。
【0020】
この場合、これら第1及び第2のパッド33及び34は、前記表面導体パターン29と一体に形成されるいわゆる表面べたパッドとされている。本実施例では、第1及び第2のパッド33及び34は、全て直径寸法が例えば0.3mmの円形状に形成されると共に、その形成ピッチが縦横共に例えば0.8mmとされている。また、そのうち第1のパッド33は、外方に延びる表面導体パターン29に接続されている。
【0021】
そして、前記各第2のパッド34の近傍には、夫々凹状のバイアホール35が設けられていると共に、各第2のパッド34と各バイアホール35とは、多層配線基板22の表面部にて細幅の導体からなる接続部36により接続されている。本実施例では、このバイアホール35は、図2及び図4に示すように、第2のパッド34とは角度45度ずれ、且つパッド33,34同士間の中央部に位置して設けられている。
【0022】
前記バイアホール35は、後述するようにして形成され、図1などに示すように、表面側絶縁層27を貫通するように設けられた円形の穴27a(図3(b)参照)の底部、内周面部、上面開口の周囲部のリング状部分に連続した形態で導体を設けて構成されている。このバイアホール35の底部が、前記内層導体パターン30に接続されており、また、上面周囲のリング状部分が前記接続部36を介して第2のパッド34に接続されている。
【0023】
これにより、前記第2のパッド34が、接続部36及びバイアホール35を介して内層導体パターン30に接続されているのである。尚、本実施例では、前記バイアホール35は、穴の直径寸法が例えば100μm、深さ寸法が例えば70μm、上面周囲のリング状部分の直径寸法が例えば250μmとされている。これにて、バイアホール35と他のパッド33,34との間の最小クリアランスは、0.1mm以上この場合0.14mmが確保されるようになているのである。
【0024】
また、図1及び図4に示すように、この多層配線基板22の表裏両面部は、必要部分(パッド33,34部分等)を除いて、ソルダレジスト37により覆われるようになっている。従って、前記接続部36及びバイアホール35の表面部分もソルダレジスト37により覆われ、このとき、バイアホール35の穴内にもソルダレジスト37が充填状態とされるようになっている。尚、前記第1及び第2のパッド33及び34には、後述するようにペースト状のクリームはんだ38(図5参照)が印刷され、その上でBGA部品21が実装されるようになっている。
【0025】
ここで、前記多層配線基板22の製造方法(ビルトアップ法)について簡単に述べる。図3は、多層配線基板22の製造の工程を順に示している。まず、図3(a)に示すように、中間絶縁層26となるベース基板39の上下両面に、銅箔からなる内層導体パターン30及び裏面側内層導体パターン32を形成する。更に、(b)に示すように、そのベース基板39の上下両面に、表面側絶縁層27及び裏面側絶縁層28となる感光性絶縁樹脂40及び41を積層し、図示しないマスクを密着させて露光した後、現像することにより、感光性絶縁樹脂40及び41を硬化させて表面側絶縁層27及び裏面側絶縁層28を形成すると共に、その表面側絶縁層27のうち後にバイアホール35となる位置に穴27aを形成する。
【0026】
次に、(c)に示すように、表面側絶縁層27の上面及び裏面側絶縁層28の下面に銅メッキを施し、エッチングすることにより、表面側絶縁層27の表面に、表面導体パターン29及び第1,第2のパッド33,34、並びにバイアホール35の導体部、接続部36を形成すると共に、裏面導体パターン31を形成する。そして、仕上げ工程として、表裏両面の導体部分にニッケル及び金のメッキを順に施し(図3(d)参照)、最後にソルダレジスト37を塗布し露光,現像行って多層配線基板22が完成するものである(図3(e)参照)。
【0027】
このとき、ソルダレジスト37は、図4に示すように、第1及び第2のパッド33及び34部分を露出させるように設けられ、前記接続部36及びバイアホール35の表面部分を覆うように設けられる。ソルダレジスト37は液状のものを塗布した後に硬化させるものであるため、バイアホール35の穴内にもソルダレジスト37が充填状態とされるようになっている。尚、図4では便宜上、ソルダレジスト37部分をハッチングを付して示している。
【0028】
さて、上記のように構成された多層配線基板22に対して、BGA部品21を実装する手順について、図5を参照しながら述べる。図5は、多層配線基板22に対するBGA部品21の実装手順を示している。まず、図5(a)に示すように、多層配線基板22(第1及び第2のパッド33及び34)の上面にクリームはんだ38を印刷塗布する工程が実行される。
【0029】
この印刷の工程では、前記パッド33,34に対応した透孔42aが形成されたメタルマスク42が用いられ、多層配線基板22の上面にメタルマスク42が密着され、そのメタルマスク42上にクリームはんだ38が供給された状態で、スキージ43が矢印A方向に摺動しながら移動することにより、クリームはんだ38が透孔42a内に充填された状態となる。この後、メタルマスク42が上昇されることにより、クリームはんだ38が、透孔42aを通してパッド33,34の上面に盛り上がった状態に印刷されるのである。
【0030】
しかる後、図5(b)に示すように、各パッド33,34とはんだバンプ24とが位置合せされた状態で、多層配線基板22上にBGA部品21がマウントされる。そして、図示しないリフロー炉を通されて例えば183℃以上に加熱されることにより、図5(c)に示すように、はんだバンプ24とクリームはんだ37とが溶融して一体化し、その後冷却されることにより、(d)に示すように、はんだが硬化してはんだ接続部25となり、もって多層配線基板22に対するBGA部品21の電気的,物理的接続がなされるのである。
【0031】
しかして、このとき、従来例で述べたように、凹状バイアホール8を用いてパッド7と内層導体パターン9とを接続するようにしたものでは、凹状バイアホール8内に空気が閉じ込められた状態でクリームはんだ10が印刷されてはんだ接続部16内にボイドBが生ずるといった虞があった。ところが、本実施例では、第1のパッド33の表面がフラットであることは勿論、第2のパッド34についても、接続部36及びバイアホール35を介して内層導体パターン30に接続されるので、その表面を凹凸のないフラットな状態とすることができる。
【0032】
従って、本実施例によれば、クリームはんだ38は、共にフラットな第1及び第2のパッド33及び34の表面に、空気が残存することなく印刷されるようになり、はんだ接続部25にボイドが発生することを防止できる。この結果、従来の実装構造と異なり、接続の信頼性を大幅に向上させることができるという優れた効果を得ることができるものである。
【0033】
また、このとき、第2のパッド34を第1のパッド33と同等の径小のものとすることができることは勿論であり、しかも、バイアホール35は、フォト法により形成されて専有面積を小さく済ませることができるので、実装密度が高い(高密度配線)事情があっても、導体同士間の絶縁に必要なクリアランス、本実施例では最低0.14mmを確保することができた。この場合、特に本実施例では、バイアホール35を、第2のパッド34と角度45度ずれ、且つパッド33,34同士間の中央部に位置させて設けたので、バイアホール35をパッド33,34同士間の領域に効率的に配置しながらも、バイアホール35と他のパッド33,34との間の絶縁距離を最も大きくとることができる。
【0034】
さらに、本実施例では、前記接続部36及びバイアホール35の表面部分を、ソルダレジスト37により覆う構成としたので、多層配線基板22の表面部においては、パッド33,34等の必要部位を除いては、導体が露出することがなくなるので、絶縁性の点でより効果的となるという利点を得ることができる。
【0035】
尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、例えば同一の列においても、第1のパッドと第2のパッドとを混在させるように設けても良く、また、バイアホールを第2のパッドの形成領域から内側に離間した位置に設けるようにしても良い。さらには、上記した各部の寸法や製造方法は一例に過ぎず各種の変形が可能である等、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すもので、BGA部品の基板への実装構造を示す拡大縦断正面図
【図2】BGA部品の基板への実装構造を示す要部の平面図
【図3】多層配線基板の製造工程を示す図
【図4】多層配線基板の要部の平面図
【図5】BGA部品の実装工程を示す図
【図6】従来例を示す図5相当図
【図7】図3相当図
【符号の説明】
図面中、21はボールグリッドアレイパッケージ形半導体部品、22は多層配線基板、24ははんだバンプ、25ははんだ接続部、27は表面側絶縁層、27aは穴、29は表面導体パターン、30は内層導体パターン、33は第1のパッド、34は第2のパッド、35はバイアホール、36は接続部、37はソルダレジスト、38はクリームはんだ(はんだ)を示す。
Claims (3)
- ボールグリッドアレイパッケージ形の半導体部品を、表面部にバンプ接続用の複数個のパッドを有する多層配線基板に対して、前記パッドに印刷されたはんだを介して実装する構造であって、
前記パッドは、前記多層配線基板の表面導体にのみ接続された第1のパッドと、この第1のパッドと同一平面上に配置され前記多層配線基板の内層導体に接続される第2のパッドとを含んでなると共に、
前記第2のパッドは、該第2のパッドの近傍に形成された凹状バイアホールに、前記多層配線基板の表面部に設けられた接続部により接続されることにより、それら接続部及び凹状バイアホールを介して前記内層導体に接続されており、
更に前記接続部及び凹状バイアホールの表面部分は、ソルダレジストにより全体が覆われ、且つ前記第2のパッドの前記接続部に接続していない周囲部分も該ソルダレジストにより覆われて該第2のパッドが円形に露出することを特徴とするボールグリッドアレイパッケージ形半導体部品の実装構造。 - 前記凹状バイアホールは、前記第2のパッドとは角度45度ずれ、且つパッド同士間の中央部に位置して設けられていることを特徴とする請求項1記載のボールグリッドアレイパッケージ形半導体部品の実装構造。
- ボールグリッドアレイパッケージ形の半導体部品を、表面部にバンプ接続用の複数個のパッドを有する多層配線基板に対して、前記パッドに印刷されたはんだを介して実装する構造であって、
前記パッドは、前記多層配線基板の表面導体にのみ接続される第1のパッドと、前記多層配線基板の内層導体に接続される第2のパッドとを含んでなり、
前記第1のパッドは、前記多層配線基板の表面部の外側2列に形成されていると共に、外方に延びる表面導体パターンに接続され、
前記第2のパッドは、前記第1のパッドの内側に位置して形成されていると共に、該第2のパッドの近傍に形成された凹状バイアホールに、前記多層配線基板の表面部に設けられた接続部により接続されることにより、それら接続部及び凹状バイアホールを介して前記内層導体に接続されていることを特徴とするボールグリッドアレイパッケージ形半導体部品の実装構造。
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