JP3986608B2

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

Info

Publication number: JP3986608B2
Application number: JP08941997A
Authority: JP
Inventors: 友幸平松; 晃嘉山本; 雅之青山; 晃志沼田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-04-08
Filing date: 1997-04-08
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2017-04-08
Also published as: JPH10284846A

Description

【０００１】
【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

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。