JP2004200452A

JP2004200452A - BGA substrate

Info

Publication number: JP2004200452A
Application number: JP2002367914A
Authority: JP
Inventors: Kenshiro Ikeda; 剣志郎池田; Ryoichi Iino; 良一飯野
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】配線基板にＢＧＡ（ボ−ルグリッドアレイ）を搭載したＢＧＡ基板２において、ＢＧＡの高密度接続の容易性を損なうことなく、信号信頼度の高いＢＧＡ基板を提供することを目的としている。
【解決手段】前記ＢＧＡの信号端子１０１のバンプ４０とそれに隣接して配置する複数のグラウンド端子１００のバンプ４０によって形成される伝送路について、そのバンプの径をコントロールして特性インピーダンスを所定値にマッチングさせたことを特徴とする。
【選択図】図１An object of the present invention is to provide a BGA substrate having a BGA (ball grid array) mounted on a wiring substrate and having high signal reliability without impairing the easiness of high-density connection of the BGA. .
In a transmission path formed by a bump of a signal terminal of the BGA and a bump of a plurality of ground terminals disposed adjacent to the BGA, a characteristic impedance is set to a predetermined value by controlling a diameter of the bump. It is characterized by matching.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波回路用ＢＧＡ基板に係り、特に、反射や漏話の少ない信号信頼性の高さを図った高周波回路用ＢＧＡ基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の情報機器の高性能化に伴ない、回路も高集積、高密度配線が一層進み、ＩＣパッケージの小型化と多端子化が進んでいる。一方、信号周波数は高周波、高域化し、信号信頼性が厳しく問われるようになった。
【０００３】
このことから、パッケージ構造は、ピン挿入型や表面実装型（Quad Flat Package等)からＢＧＡ(Ball Grid Array) 構造に発展してきた。特に、パッケージの接続端子として半田ボール等を用いたＢＧＡパッケージは、接続距離の短縮や、狭ピッチ、多端子化が容易である。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−７８７９７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高周波基板内では、一般に、マイクロストリップラインやストリップライン等の伝送路を形成するのが一般的であるが、ＢＧＡ基板の接続端子では伝送路の形態とならないため、信号信頼性を損なう部位であった。
【０００６】
仮に、グラウンド端子と信号端子の２端子のバンプで１対の伝送路を形成しようと考えた場合、端子のピッチまたはバンプの径をコントロールして、バンプ間の距離を選択して特性インピーダンスを所望の値にマッチングさせられる。しかしながら、端子ピッチは、一般に固定されているため、バンプ径のみをコントロールすることになる。
【０００７】
一般的な配置として、端子を１ｍｍピッチ、アンダーフィルを用いずグラウンド端子とシグナル端子が隣接した場合を仮定する。この１対の端子のバンプで形成される伝送路に関し、バンプ径をパラメータとし、バンプを無限長の円柱で近似したコンピュータシミュレーションによる電磁界解析から、図３に示すバンプ径と特性インピーダンスの関係が求められる。これより、特性インピーダンスを５０Ωでマッチングすることを考えると９２０μｍのバンプ径が必要になる。
【０００８】
更に、端子を１mmピッチ、誘電率３．２のアンダーフィル剤を用い、グランド端子とシグナル端子が隣接した場合を仮定する。この１対の端子のバンプで形成される伝送路に関し、バンプ径をパラメータとし、バンプを無限長の円柱で近似したコンピュータシミュレーションによる電磁界解析から、図４に示すバンプ径と特性インピーダンスの関係が求められる。これより、特性インピーダンスを５０Ωでマッチングすることを考えると７７５μｍのバンプ径が必要になる。
【０００９】
しかしながら、バンプを搭載するパッド径を考えると、パッド間に伝送路を引き回すことが不可能であったり、バンプ間が狭いためにショートして接続信頼が悪くなるなどの問題がある。
【００１０】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであって、ＢＧＡの高密度接続の容易性を損なうことなく、信号信頼度の高い高周波回路用のＢＧＡ基板を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明に係るＢＧＡ基板は、ＢＧＡの信号端子のバンプとそれに隣接して配置する複数のグラウンド端子のバンプによって形成される伝送路について、そのバンプの径をコントロールして特性インピーダンスが所定値にマッチングさせたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明に係るＢＧＡ基板は、請求項１に記載のＢＧＡ基板おいて、前記グラウンド端子は前記信号端子について対向する２つの端子であることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明に係るＢＧＡ基板は、請求項１または請求項２に記載のＢＧＡ基板おいて、前記グラウンド端子および信号端子のバンプが前記配線基板に垂直な円柱形状であることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明に係るＢＧＡ基板は、請求項１または請求項２に記載のＢＧＡ基板おいて、前記グラウンド端子および信号端子のバンプが前記配線基板に垂直で、隣接するバンプが対面する直方体形状であることを特徴とする。
【００１５】
【作用】
上記請求項１の構成では、信号端子のバンプ１つに対し、隣接して配置した複数のグラウンド端子のバンプと電気的結合させることで、バンプ径を大きくすることなく、現実的な大きさで所望の特性インピーダンスの伝送路を形成し、接続部の電気特性の向上を可能としている。
【００１６】
さらに、請求項２の構成では、信号端子とその両隣のグラウンド端子のバンプ２個のみで伝送路を形成し、接続部の電気特性の向上を可能としている。
【００１７】
さらに、請求項３の構成では、バンプを配線基板に垂直な円柱形状であることにより、特性インピーダンスの変動を抑えて、より高い電気特性の向上を可能としている。
【００１８】
さらに、請求項４の構成では、グラウンド端子および信号端子のバンプが前記配線基板に垂直で、隣接するバンプが対面する直方体形状にすることで、平行面を対面させ、最接近部の電流の集中を抑え、直流抵抗を軽減させることを可能としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下図１〜図２を参照して本発明の実施の形態例を説明する。
図１は、本発明に係るＢＧＡ基板の実施の形態例を断面で示す部分説明図である。ＢＧＡ基板２では、誘電体（絶縁層）１１０が、グランドプレーン２１及び信号線に接続されるランド６０からなる層で、上下に分離されている。グランドプレーン２１及びランド６０はそれぞれ誘電体中のビア５１を経由し、パッド３０に接続されている。ここで、信号線に接続されるパッド３１（信号端子１０１の一部）には、両隣に２つのグランドプレーンに接続されるパッド（グランド端子１００の一部）が配置されている。
このＢＧＡ基板２の接続されている配線基板１では、グランドプレーン２０からなる層で上下に分離されている。グランドプレーン２０はビア５０を経由し、配線基板１の表面のパッド３０に接続されている。
なお、信号線に接続されるランド６０は、バッドに接続される側とは反対側にビア５２及びランド６１を経由して、誘電体中で信号線に接続される。
【００２０】
この例では、端子ピッチ９２が１ｍｍピッチのＢＧＡ基板２で、３７０μｍのスペースを開けて配線基板１に搭載され、共晶半田のバンプ４０で接続される。対象となる信号端子１０１の両サイドにグラウンド端子１００を配置し、誘電率３．２のアンダーフィル１１２で埋められる。また、配線基板１とアンダーフィル１１２との間は、共晶半田のバンプ４０部分を除き、ソルダーレジスト８０が設けられている。
【００２１】
図２は、図１の実施の形態例を平面で示す部分説明図である。配線基板１とＢＧＡ基板２は、それぞれ５０Ωでインピーダンスマッチングされるマイクロストリップラインが形成され、信号線７０はランド６１を経由し信号端子１０１で接続される。配線基板１中の配線７１は、信号端子１０１の一部であるパッド３１に接続され、配線される。また、それぞれのグラウンドプレーンは、グラウンド端子１００で接続される。
【００２２】
グラウンド端子のバンプとシグナル端子のバンプで形成される伝送路に関し、バンプ径をパラメータとし、バンプ高さを無限長で近似したコンピュータシミュレーションによる電磁界解析から、図５に示すバンプ径と特性インビーダンスの関係が求められる。これより、バンプ径９１を５５０μｍの円柱とすれば、グラウンド端子のバンプと信号線のバンプを含めて特性インピーダンス５０Ωの伝送路が確保される。
【００２３】
以上のようなＢＧＡ基板及び配線基板並びに接続は、バンプ部を除き従来と同様にして作成できる。バンプ部に付いては、所望のバンプ半径ｒを得る方法を例示すれば、バンプの高さｈとしてπｒ²ｈの体積のハンダボールを滴下して配列する。更にあらかじめＢＧＡ基板２に塗布する光硬化レジスト厚を厚くし、露光によりバンプ半径ｒの大きさで開口することにより、円柱に近いバンプ形状が得られる。
【００２４】
【発明の効果】
上記の通り、本発明に係るＢＧＡ基板によれば、接続部で伝送路を形成し、ＢＧＡの高密度接続の容易性を損なうことなく、信号信頼度の高い、電気特性の向上を実現できる高周波回路用のＢＧＡ基板とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＢＧＡ基板の実施の形態例を断面で示す部分説明図である。
【図２】図１の実施の形態例を平面で示す部分説明図である。
【図３】アンダーフィル剤を用いない場合の１対のバンプで形成される伝送路のバンプ径対特性インピーダンスのグラフである。
【図４】アンダーフィル剤を用いた場合の１対のバンプで形成される伝送路のバンプ径対特性インピーダンスのグラフである。
【図５】本発明の実施の形態例に係るバンプで形成される伝送路のバンプ径対特性インピーダンスのグラフである。
【符号の説明】
１・・・・配線基板
１００・・グラウンド端子
１０１・・信号端子
１１０・・誘電体
１１１・・誘電体
１１２・・アンダーフィル
２・・・・ＢＧＡ基板
２０・・・グラウンドプレーン
２１・・・グラウンドプレーン
３０・・・パッド
４０・・・バンプ
５０・・・ビア
５１・・・ビア
５２・・・ビア
６０・・・ランド
６１・・・ランド
７０・・・信号配線
７１・・・信号配線
８０・・・ソルダーレジスト
９１・・・バンプ径
９２・・・端子ピッチ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a BGA substrate for a high-frequency circuit, and more particularly to a BGA substrate for a high-frequency circuit with high signal reliability with little reflection or crosstalk.
[0002]
[Prior art]
With the recent increase in the performance of information devices, circuits are becoming more highly integrated and high-density wiring is further progressing, and IC packages are being reduced in size and the number of terminals is increasing. On the other hand, the signal frequency has been increased to a higher frequency and higher frequency range, and the signal reliability has been strictly required.
[0003]
For this reason, the package structure has evolved from a pin insertion type or a surface mount type (such as a Quad Flat Package) to a BGA (Ball Grid Array) structure. In particular, in a BGA package using solder balls or the like as connection terminals of the package, it is easy to shorten the connection distance, narrow the pitch, and increase the number of terminals.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-8-78797 [0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, a transmission line such as a microstrip line or a strip line is generally formed in a high-frequency substrate. However, since the connection terminal of the BGA substrate does not take the form of a transmission line, a portion that impairs signal reliability is not provided. Met.
[0006]
If it is supposed to form a pair of transmission lines with two terminal bumps, a ground terminal and a signal terminal, the characteristic pitch is desired by controlling the terminal pitch or bump diameter and selecting the distance between the bumps. To the value of However, since the terminal pitch is generally fixed, only the bump diameter is controlled.
[0007]
As a general arrangement, it is assumed that the terminals are 1 mm pitch, and the ground terminal and the signal terminal are adjacent to each other without using an underfill. With respect to the transmission path formed by the bumps of the pair of terminals, the relationship between the bump diameter and the characteristic impedance shown in FIG. Desired. Therefore, a bump diameter of 920 μm is required when matching with a characteristic impedance of 50Ω.
[0008]
Further, it is assumed that a ground terminal and a signal terminal are adjacent to each other by using an underfill agent having a terminal of 1 mm pitch and a dielectric constant of 3.2. With respect to the transmission path formed by the bumps of the pair of terminals, the relationship between the bump diameter and the characteristic impedance shown in FIG. Desired. Accordingly, when matching the characteristic impedance at 50Ω, a bump diameter of 775 μm is required.
[0009]
However, in consideration of the diameter of the pad on which the bump is mounted, there are problems that the transmission path cannot be routed between the pads, or that the connection between the bumps is narrow, resulting in a short circuit and poor connection reliability.
[0010]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a BGA substrate for a high-frequency circuit having high signal reliability without impairing the easiness of high-density BGA connection.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the BGA substrate according to the first aspect of the present invention provides a BGA substrate having a transmission path formed by a bump of a signal terminal of a BGA and a bump of a plurality of ground terminals arranged adjacent thereto. The characteristic impedance is matched to a predetermined value by controlling the diameter.
[0012]
A BGA board according to a second aspect of the present invention is the BGA board according to the first aspect, wherein the ground terminal is two terminals facing the signal terminal.
[0013]
A BGA substrate according to a third aspect of the present invention is the BGA substrate according to the first or second aspect, wherein the bumps of the ground terminal and the signal terminal have a columnar shape perpendicular to the wiring substrate. I do.
[0014]
A BGA board according to a fourth aspect of the present invention is the BGA board according to the first or second aspect, wherein the bumps of the ground terminal and the signal terminal are perpendicular to the wiring board, and adjacent bumps face each other. It is characterized by having a shape.
[0015]
[Action]
In the configuration of the first aspect, one bump of the signal terminal is electrically coupled to the bump of the plurality of ground terminals arranged adjacent to each other, so that the bump has a realistic size without increasing the bump diameter. A transmission line having a desired characteristic impedance is formed, and the electrical characteristics of the connection portion can be improved.
[0016]
Further, in the configuration of the second aspect, the transmission path is formed only by the two bumps of the signal terminal and the ground terminal on both sides thereof, and the electrical characteristics of the connection portion can be improved.
[0017]
Furthermore, in the configuration of the third aspect, the bumps are formed in a columnar shape perpendicular to the wiring board, so that the variation of the characteristic impedance is suppressed, and higher electric characteristics can be improved.
[0018]
Further, in the configuration of claim 4, the bumps of the ground terminal and the signal terminal are formed in a rectangular parallelepiped shape in which the bumps are perpendicular to the wiring board and the adjacent bumps face each other, so that the parallel faces face each other, and the current concentration at the closest part is concentrated. And reduce DC resistance.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
FIG. 1 is a partial explanatory view showing a cross section of an embodiment of a BGA substrate according to the present invention. In the BGA substrate 2, a dielectric (insulating layer) 110 is vertically separated by a layer including a ground plane 21 and a land 60 connected to a signal line. The ground plane 21 and the lands 60 are connected to the pads 30 via vias 51 in the dielectric. Here, pads (parts of the ground terminals 100) connected to two ground planes are arranged on both sides of the pads 31 (parts of the signal terminals 101) connected to the signal lines.
In the wiring board 1 to which the BGA board 2 is connected, the wiring board 1 is vertically separated by a layer composed of the ground plane 20. The ground plane 20 is connected to the pads 30 on the surface of the wiring board 1 via the vias 50.
The land 60 connected to the signal line is connected to the signal line in the dielectric via the via 52 and the land 61 on the side opposite to the side connected to the pad.
[0020]
In this example, the terminal pitch 92 is mounted on the wiring board 1 with a space of 370 μm on the BGA substrate 2 having a pitch of 1 mm, and connected by the eutectic solder bumps 40. The ground terminals 100 are arranged on both sides of the target signal terminal 101 and are filled with an underfill 112 having a dielectric constant of 3.2. In addition, a solder resist 80 is provided between the wiring board 1 and the underfill 112 except for the bump 40 of eutectic solder.
[0021]
FIG. 2 is a partial explanatory view showing the embodiment of FIG. 1 in a plane. The wiring board 1 and the BGA board 2 are each formed with a microstrip line whose impedance is matched by 50Ω, and the signal line 70 is connected to the signal terminal 101 via the land 61. The wiring 71 in the wiring board 1 is connected to and wired to the pad 31 which is a part of the signal terminal 101. Each ground plane is connected by a ground terminal 100.
[0022]
With respect to the transmission path formed by the bump of the ground terminal and the bump of the signal terminal, using the bump diameter as a parameter and the electromagnetic field analysis by computer simulation in which the bump height is approximated to infinite length, the bump diameter and the characteristic impedance shown in FIG. A dance relationship is required. Thus, if the bump diameter 91 is a column of 550 μm, a transmission line having a characteristic impedance of 50Ω is secured, including the ground terminal bumps and the signal line bumps.
[0023]
The BGA substrate, the wiring substrate, and the connection as described above can be formed in the same manner as in the related art except for the bump portion. In the case of a method of obtaining a desired bump radius r, for example, a solder ball having a volume of πr ² h as a bump height h is dropped and arranged on the bump portion. Further, by increasing the thickness of the photo-curing resist applied to the BGA substrate 2 in advance and opening the opening with the size of the bump radius r by exposure, a bump shape close to a cylinder can be obtained.
[0024]
【The invention's effect】
As described above, according to the BGA substrate of the present invention, a transmission path is formed at a connection portion, and high-frequency signals with high signal reliability and improved electrical characteristics can be realized without impairing the easiness of high-density BGA connection. It can be a BGA substrate for a circuit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial explanatory view showing a cross section of an embodiment of a BGA substrate according to the present invention.
FIG. 2 is a partial explanatory view showing the embodiment of FIG. 1 in a plane.
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a bump diameter and a characteristic impedance of a transmission line formed by a pair of bumps when an underfill agent is not used.
FIG. 4 is a graph showing a relation between a bump diameter and a characteristic impedance of a transmission line formed by a pair of bumps when an underfill agent is used.
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a bump diameter and a characteristic impedance of a transmission line formed by bumps according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1, wiring board 100, ground terminal 101, signal terminal 110, dielectric 111, dielectric 112, underfill 2, BGA substrate 20, ground plane 21, ground Plane 30 pad 40 bump 50 via 51 via 52 via 60 land 61 land 70 signal wiring 71 signal wiring 80 ..Solder resist 91 ... Bump diameter 92 ... Terminal pitch

Claims

In a BGA board having a BGA (ball grid array) mounted on a wiring board, the diameter of the bump of a transmission path formed by the bumps of the signal terminals of the BGA and the bumps of a plurality of ground terminals arranged adjacent thereto is described. Characterized in that the characteristic impedance is matched to a predetermined value by controlling the BGA.

The BGA board according to claim 1, wherein the ground terminal is two terminals facing the signal terminal.

3. The BGA substrate according to claim 1, wherein the bumps of the ground terminal and the signal terminal have a column shape perpendicular to the wiring substrate.

3. The BGA substrate according to claim 1, wherein the bumps of the ground terminal and the signal terminal have a rectangular parallelepiped shape in which the bumps are perpendicular to the wiring substrate and adjacent bumps face each other. 4.