JPH09246419A - ボールグリッドアレイ型パッケージのボールグリッド形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＢＧＡパッケージに反りが生じなくなり、安
価でしかも半田バンプの高さを均一にできるようにす
る。 【解決手段】 半田転写部材１１の凹陥部１２にスクリ
ーン印刷法によってクリーム半田６を充填する。次に、
半田転写部材１１における凹陥部１２が開口する表面側
にＢＧＡパッケージ用プリント基板１を半田転写部材１
１との間に隙間ｄが形成されるように位置付ける。その
後、半田転写部材１１を加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボールグリッドア
レイ型パッケージにボールグリッドを形成するボールグ
リッドアレイ型パッケージのボールグリッド形成方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体集積回路のパッケージとし
ては、ボールグリッドアレイ型パッケージがある。この
ボールグリッドアレイ型パッケージ（以下、単にＢＧＡ
パッケージという）は、半導体チップが表面に実装・樹
脂封止されたプリント基板の裏面に、半田バンプを格子
状に並べてなるボールグリッドを形成している。

【０００３】前記ボールグリッドを前記ＢＧＡパッケー
ジに形成するには、前記プリント基板のボールグリッド
形成用パッドのそれぞれに半田を供給し、このプリント
基板をリフロー炉中で加熱することによって前記半田を
溶融させ、その後、冷却して半田を凝固させる手法を採
っている。半田を前記パッドに供給する方法としては、
スクリーン印刷法によってクリーム半田を印刷する方法
と、ボール状の半田をボール供給装置によって載せる方
法とがある。これらの方法を図４および図５によって説
明する。

【０００４】図４はスクリーン印刷法を用いてボールグ
リッドを形成する方法を説明するための図で、同図
（ａ）はスクリーン印刷工程での状態を示す断面図、同
図（ｂ）はスクリーン印刷後の状態を示す断面図、同図
（ｃ）はリフロー工程後の状態を示す断面図である。図
５はボール状半田を使用してボールグリッドを形成する
方法を説明するための図で、同図はボール状半田をパッ
ド上に載せた状態を示す断面図である。

【０００５】これらの図において、符号１はＢＧＡパッ
ケージを形成するためのプリント基板を示し、このプリ
ント基板１は、ガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸させる
ことによって形成し、図４において下側に位置づけられ
た実装面（図示せず）に半導体チップ（図示せず）が搭
載してあり、上側に位置づけられた裏面１ａにボールグ
リッド形成用パッド２を多数形成している。このパッド
２は、プリント基板１の裏面と垂直な方向から見たとき
の形状を円形に形成し、プリント基板１の前記裏面に格
子状に配設している。

【０００６】図４（ｂ）に符号３で示すものはスクリー
ン印刷用メタルマスクで、このメタルマスク３は、前記
パッド２と対応する部分に貫通穴４を開口形状がパッド
２と同じ形状になるように開口させている。また、同図
において５はスクリーン印刷用スキージを示し、６はク
リーム半田を示す。

【０００７】図５において、符号７はボール状半田を示
し、８は前記ボール状半田７をパッド２上に保持するた
めのマスクを示す。このマスク８も、パッド２と対応す
る部位に貫通穴からなる半田収容穴９を開口形状がパッ
ド２と同じ形状になるように形成している。

【０００８】スクリーン印刷法を用いてプリント基板１
にボールグリッドを形成するには、先ず、図４（ａ）に
示すように、プリント基板１を例えば図示してない保持
台に裏面が上方を指向するように保持させ、この裏面に
スクリーン印刷用メタルマスク３を重ねる。このとき、
貫通穴４の位置をプリント基板１のパッド２と一致させ
る。

【０００９】次に、前記メタルマスク３にクリーム半田
６を塗布し、スキージ５を水平方向へ移動させてスクリ
ーン印刷を行う。スキージ５がクリーム半田６を押しな
がら前記貫通穴４の上方を通過することによって、図４
（ａ）に示すようにクリーム半田６が前記貫通穴４内に
埋め込まれる。全ての貫通穴４がクリーム半田６で埋め
られた後、メタルマスク３をプリント基板１から上方へ
離間させることによって、スクリーン印刷工程が終了す
る。スクリーン印刷終了後のプリント基板１は、図４
（ｂ）に示すように、パッド２上にクリーム半田６が印
刷された状態になる。

【００１０】スクリーン印刷工程の後、プリント基板１
をリフロー炉（図示せず）に供給してクリーム半田６が
溶融する温度に加熱し、その後、リフロー炉内あるいは
リフロー炉外で冷却する。このリフロー工程により、ク
リーム半田６が溶融してパッド２の全面に濡れ拡がって
から凝固し、図４（ｃ）に示すように、パッド２上に半
田バンプ１０が形成される。この半田バンプ１０は、こ
れが溶融状態で表面張力が作用していたときと同じ形
状、すなわち上方へ向けて凸となる半球状に形成されて
いる。リフロー工程が終了することによってボールグリ
ッドがプリント基板１の裏面に形成される。

【００１１】一方、ボール状半田を使用してボールグリ
ッドを形成するには、プリント基板１を例えば保持台に
裏面１ａが上方を指向するように保持させた後、図５に
示すように、裏面１ａ上にマスク８を半田収容穴９の位
置がパッド２と一致するように載せる。そして、図示し
てない半田供給装置によってボール状半田７をマスク８
の半田収容穴９に上方から挿入する。

【００１２】このようにボール状半田７を装填した後、
プリント基板１をマスク８やボール状半田７が載置した
状態で図示してないリフロー炉に供給する。そして、プ
リント基板１をリフロー炉内でボール状半田７が溶融す
る温度に加熱し、その後、リフロー炉内あるいはリフロ
ー炉外で冷却する。リフロー工程でボール状半田７が溶
融してから凝固するので、前記図４（ｃ）で示したもの
と同等のボールグリッドが形成される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上述した方
法によってボールグリッドを形成すると、ＢＧＡパッケ
ージが反ってしまうことがあった。これは、クリーム半
田６あるいはボール状半田７を溶融させるためにプリン
ト基板１をリフロー炉に入れて加熱することが原因であ
ると思われる。

【００１４】また、スクリーン印刷法によってクリーム
半田６をパッド２上に印刷する場合には、メタルマスク
３をプリント基板１から外すときに、貫通穴４内のクリ
ーム半田６の一部がメタルマスク３に掻き取られるよう
にして除去されてしまうことがあった。このようにクリ
ーム半田６の一部が除去されると、クリーム半田６の印
刷量にばらつきが生じてしまい、全てのパッド２にクリ
ーム半田６を同じ体積となるように印刷することができ
なくなる。

【００１５】体積が相対的に小さいクリーム半田によっ
て形成された半田バンプ１０は、その高さが他より低く
なってしまうので、ＢＧＡパッケージをマザーボード
（図示せず）などに表面実装するときにマザーボード側
のパッドに接触せず、半田付けできなくなるおそれがあ
る。

【００１６】前記メタルマスク３の貫通穴４の内壁面に
付着したクリーム半田６は、次回の印刷時にも前記内壁
面から剥がれずに残留する場合がほとんどであるので、
次回以降もクリーム半田６の印刷量がばらついてしま
い、メタルマスク３を頻繁に清掃しないとＢＧＡパッケ
ージの歩留りが低下してしまう。

【００１７】上述したようなスクリーン印刷法による不
具合はボール状半田７を使用する手法では生じないが、
ボール状半田７を使用するためにはこれをマスク８の半
田収容穴９に挿入するための半田供給装置が必要にな
る。この半田供給装置は、小径なボール状半田７を取り
扱うことから精度が高くなるように形成しなければなら
ず、スクリーン印刷機に較べるときわめて高価になって
しまう。

【００１８】本発明はこのような問題点を解消するため
になされたもので、ＢＧＡパッケージが反り難くなり、
しかも、安価に半田バンプの高さを均一にできるような
ボールグリッド形成方法を得ることを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係るボール
グリッド形成方法は、ＢＧＡパッケージのボールグリッ
ドと対応する部位に凹陥部がそれぞれ形成された半田転
写部材の前記凹陥部にスクリーン印刷法によってクリー
ム半田を充填し、次いで、前記半田転写部材の凹陥部が
開口する表面側にＢＧＡパッケージを半田転写部材との
間に隙間が形成されるように位置付け、しかる後、前記
半田転写部材を加熱するものである。

【００２０】このボールグリッド形成方法によれば、半
田転写部材を加熱することによってクリーム半田が溶融
し、表面張力によって盛り上がって上縁がＢＧＡパッケ
ージのボールグリッド形成部に触れる。そして、前記ボ
ールグリッド形成部に半田を介して熱が伝導され、溶融
した半田がここに濡れ拡がることによってＢＧＡパッケ
ージ側に転写される。また、この方法を実施するに当た
っては、従来使用していたスクリーン印刷機を利用でき
る。

【００２１】第２の発明に係るボールグリッド形成方法
は、第１の発明に係るボールグリッド形成方法におい
て、半田転写部材を加熱する工程で半田転写部材の裏面
にヒータ側の部材を接触させ、半田転写部材を熱伝導に
よって加熱するものである。したがって、半田転写部材
にはヒータを設けなくてよいから、半田転写部材を熱容
量が小さくなるように形成できる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
１によって詳細に説明する。図１は本発明に係るボール
グリッド形成方法を説明するための図で、同図（ａ）は
スクリーン印刷工程での半田転写部材の断面図、同図
（ｂ）は加熱開始時の状態を示す断面図、同図（ｃ）は
半田がＢＧＡパッケージに転写された状態の要部を拡大
して示す断面図、同図（ｄ）は全工程が終了した後のＢ
ＧＡパッケージのボールグリッド形成部を拡大して示す
断面図である。これらの図において前記図４および図５
で説明したものと同一もしくは同等部材については、同
一符号を付し詳細な説明は省略する。

【００２３】図１（ａ）〜（ｄ）において、符号１１は
この実施の形態による半田転写部材を示し、この半田転
写部材１１は、半田が濡れない金属、例えばスーパーイ
ンバーによって板形に形成し、凹陥部１２を図１（ａ）
において上側となる表面に開口させて多数形成してい
る。なお、この半田転写部材１１の表面における凹陥部
１２どうしの間となる部位と裏面は平坦に形成してい
る。

【００２４】前記凹陥部１２は、半田転写部材用板材の
所定部位に、すなわち図１（ｂ）に示すＢＧＡパッケー
ジ用プリント基板１のパッド２と対応する部位に、エッ
チングを施すことによってそれぞれ形成している。ま
た、この凹陥部１２の開口形状は、この実施の形態では
前記パッド２に合わせて円形に形成している。なお、こ
の実施の形態では凹陥部１２をその内径がパッド２の外
径と等しくなるように形成しているが、この凹陥部１２
の内径および深さは、後述する加熱・転写工程で良好な
半田バンプが形成される範囲内であれば適宜変更するこ
とができる。

【００２５】図１（ｂ）において、符号１３で示すもの
はヒータで、このヒータ１３は、通電されることにより
発熱する発熱体（図示せず）を内蔵し、上面を平坦に形
成している。また、同図において前記ヒータ１３の上面
に添うように位置づけられた符号１４で示すものは、前
記半田転写部材１１を搬送するための搬送ベルトであ
る。この搬送ベルト１４は、この実施の形態ではステン
レス鋼によって表裏両面が平坦な薄板帯状に形成し、図
示してない駆動装置が駆動することにより、前記半田転
写部材１１が載置した状態で水平方向（図１の左右方
向）へ移動して前記ヒータ１３の上面に載置するように
構成している。なお、この搬送ベルト１４は、ステンレ
ス鋼に代えて、耐熱性、可撓性および熱伝導性が高いフ
ッ素樹脂によって形成することもできる。さらに、図１
（ｄ）において、符号１５で示すものは、本発明に係る
ボールグリッド形成方法によってボールグリッドを形成
したＢＧＡパッケージである。

【００２６】次に、本発明に係るボールグリッド形成方
法を実施する手順について説明する。先ず、図１（ａ）
に示すように、半田転写部材１１を凹陥部１２の開口側
（前記表面）が上側になるように保持台（図示せず）に
保持させ、この半田転写部材１１の表面にクリーム半田
６をスキージ５で塗るようにしてスクリーン印刷を行
う。このスクリーン印刷工程で凹陥部１２にクリーム半
田６が充填される。

【００２７】このようにスクリーン印刷を行った後、図
１（ｂ）に示すように、半田転写部材１１をスクリーン
印刷面が上側になるように搬送ベルト１４上に載置し、
この搬送ベルト１４をヒータ１３の上面に載置するよう
に移動させる。次いで、この搬送ベルト１４によってヒ
ータ１３の上方に搬送された半田転写部材１１の上方
に、ＢＧＡパッケージ用プリント基板１をパッド２が下
側になるように位置づける。このとき、これら両者の互
いに対向する面どうしを平行にするととともに、半田転
写部材１１の上面とプリント基板１のパッド２の表面
（図において下側の面）とを予め定めた隙間ｄだけ離間
させる。また、このときには、ヒータ１３の発熱体に通
電してヒータ１３を半田溶融温度より高い温度に加熱し
ておく。

【００２８】前記隙間ｄは、後述する加熱・転写工程で
溶融して盛り上がった半田が半田転写部材１１の上面よ
り上方へ突出する寸法と同じか、これより短くなるよう
に設定する。

【００２９】半田転写部材１１を搬送ベルト１４を介し
てヒータ１３に載置させると、ヒータ１３の熱が搬送ベ
ルト１４を介して伝導することにより半田転写部材１１
が下側から加熱され、温度がクリーム半田６の融点に達
するとクリーム半田６が半田転写部材１１に接触してい
る部分から溶融し始める。このとき、プリント基板１
は、半田転写部材１１とは離間しているから、半田転写
部材１１から熱が伝導されて加熱されることはない。半
田が溶融するときには、溶融範囲が半田転写部材１１と
の接触部分から次第に中央部に拡がる。半田転写部材１
１は半田が濡れない材料によって形成されているから、
溶融した半田は、表面張力によって凹陥部１２内で球形
になるように変形して盛り上がる。

【００３０】すなわち、図１（ｃ）中に二点鎖線で示す
ように、凹陥部１２に触れていた周縁が凹陥部１２の壁
面に付着することなく低くなるとともに中央部が盛り上
がる。そして、この半田は、盛り上がる部分の頂点がパ
ッド２の下面に接触する。このように半田がパッド２に
触れると、半田の熱でパッド２が加熱される。

【００３１】パッド２の温度が半田の融点に達すると、
半田は凹陥部１２に触れる部分の面積が次第に小さくな
るように変形しながら、パッド２の下面に濡れ拡がるよ
うになる。パッド２の下面の全域に濡れ拡がった状態の
半田を図１（ｃ）中に符号６ａで示す。このようにパッ
ド２の下面の全域に半田が濡れ拡がることによって、半
田が半田転写部材１１からパッド２に転写される。な
お、この実施の形態では前記転写工程が終了した後でも
半田６ａの下部が半田転写部材１１に触れているが、凹
陥部１２の容積、パッド２の表面積および隙間ｄを変更
することによって、転写工程の終了後に前記下部が半田
転写部材１１に触れないようにすることもできる。

【００３２】半田がパッド２に転写された後、プリント
基板１を上方へ移動させて半田転写部材１１から離間さ
せるとともに、搬送ベルト１４を駆動して半田転写部材
１１をヒータ１３の上方から移動させ、クリーム半田６
のスクリーン印刷を再度行うために保持台へ戻す。プリ
ント基板１を半田転写部材１１から離間させると、半田
６ａには熱が伝導されなくなり、冷却されて凝固する。
半田６ａが凝固することによって、図１（ｄ）に示すよ
うに、多数の半田バンプ１０からなるボールグリッドが
下面に形成されたＢＧＡパッケージ１５が得られる。ま
た、半田転写部材１１を保持台へ戻すときにはこれがヒ
ータ１３から離間するので、加熱されなくなって速く冷
却する。

【００３３】したがって、このボールグリッド形成方法
によれば、ＢＧＡパッケージ１５のパッド部分（ボール
グリッド形成部）のみを局部的に加熱してボールグリッ
ドを形成できるから、リフロー炉によってＢＧＡパッケ
ージ１５の全体を加熱する場合に較べてＢＧＡパッケー
ジ１５の他の部位の温度が上昇し難い。

【００３４】また、半田転写部材１１の凹陥部１２に充
填したクリーム半田６は全て溶融し、半田転写部材１１
に残存することがないから、ＢＧＡパッケージ１５に多
数形成された半田バンプ１０の高さが均一になる。しか
も、ボールグリッドを形成するに当たり従来使用してい
たスクリーン印刷機を利用できる。

【００３５】さらに、半田転写部材１１を加熱するに当
たって、裏面に搬送ベルト１４を介してヒータ１３を接
触させて熱伝導によって行うから、半田転写部材１１に
はヒータを設けなくてよく、これを熱容量が小さくなる
ように形成できる。

【００３６】なお、本発明を実施するに当たって使用す
る半田転写部材１１は、図１に示した構成に限定される
ことはなく、例えば、図２および図３に示すように形成
することもできる。図２は凹陥部の形状を変えた半田転
写部材の他の形態を示す断面図、図３は凹陥部の底に貫
通孔を開口させた他の形態を示す断面図である。これら
の図において前記図１で説明したものと同一もしくは同
等部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略す
る。

【００３７】図２に示す半田転写部材１１の凹陥部１２
は、上方へ向かうにしたがって開口面積が次第に大きく
なるように形成している。この凹陥部１２も、開口形状
が上方から見たときに円形になっている。このように凹
陥部１２を円錐台形に形成するためには、半田転写部材
用板材にプレス加工あるいは研削加工などを施すことに
よって行う。

【００３８】図３に示す半田転写部材１１は、凹陥部１
２を図１で示した形状にエッチングによって形成した後
に、この凹陥部１２の底になる部分に貫通孔１６を穿設
している。

【００３９】図２に示すように凹陥部１２を形成した
り、図３に示すように貫通孔１６を形成すると、スクリ
ーン印刷工程で凹陥部１２にクリーム半田を充填すると
きに凹陥部１２内に空気が溜り難い。すなわち、図２に
示す構成を採ると、凹陥部１２におけるクリーム半田が
入り込む側とは反対側から空気が排出され、図３に示す
構成を採ると、貫通孔１６から凹陥部１２内の空気が下
方へ排出される。なお、図３に示すように貫通孔１６を
設けると、スクリーン印刷工程でクリーム半田がこの貫
通孔１６にも埋め込まれる。しかし、この貫通孔１６内
のクリーム半田は、溶融時に凹陥部１２内の半田と一体
になってパッド２に転写されるので、貫通孔１６に残留
してしまうことはない。

【００４０】このため、図２および図３に示す構成を採
ると、凹陥部１２内の全域にクリーム半田を埋め込むこ
とができるから、凹陥部１２内のクリーム半田の体積が
全ての凹陥部１２において均等になり、半田バンプの高
さがばらついてしまうことがない。なお、凹陥部１２の
形状は、図１〜図３に示した形状に限定されることはな
く、適宜変更することができる。

【００４１】また、半田転写部材１１に凹陥部１２を形
成するには、上述したように１枚の板材にエッチングや
機械加工を施す他に、貫通穴を形成した板材（図示せ
ず）を平板（図示せず）に重ねることによって行うこと
もできる。この手法によって凹陥部を形成すると、前記
貫通穴の壁面が凹陥部１２の内壁となり、前記平板にお
ける貫通穴を閉塞する部分が凹陥部１２の底面になる。

【００４２】さらに、半田転写部材１１を加熱するに当
たっては、通電されることにより発熱する発熱体を半田
転写部材１１に内蔵させることもできる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように第１の発明に係るボ
ールグリッド形成方法は、ＢＧＡパッケージのボールグ
リッドと対応する部位に凹陥部がそれぞれ形成された半
田転写部材の前記凹陥部にスクリーン印刷法によってク
リーム半田を充填し、次いで、前記半田転写部材の凹陥
部が開口する表面側にＢＧＡパッケージを半田転写部材
との間に隙間が形成されるように位置付け、しかる後、
前記半田転写部材を加熱するため、クリーム半田が溶融
して表面張力により盛り上がり、ＢＧＡパッケージのボ
ールグリッド形成部に濡れ拡がることによって、半田が
半田転写部材からＢＧＡパッケージに転写される。

【００４４】したがって、ＢＧＡパッケージのボールグ
リッド形成部のみを局部的に加熱してボールグリッドを
形成できるから、リフロー炉によってＢＧＡパッケージ
の全体を加熱する場合に較べ、温度が上昇する部分の範
囲が狭くなってＢＧＡパッケージに反りが生じることが
ない。また、半田転写部材の凹陥部に充填したクリーム
半田は全て溶融し、半田転写部材に残存することがない
から、ＢＧＡパッケージに多数形成された半田バンプの
高さが均一になる。

【００４５】このため、このボールグリッド形成方法に
よってボールグリッドを形成したＢＧＡパッケージは、
マザーボードなどに表面実装するときの信頼性が高い。
しかも、ボールグリッドを形成するに当たり従来使用し
ていたスクリーン印刷機を利用できるから、安価でしか
も全ての半田バンプの高さを等しくすることができる。

【００４６】第２の発明に係るボールグリッド形成方法
は、第１の発明に係るボールグリッド形成方法におい
て、半田転写部材を加熱する工程で半田転写部材の裏面
にヒータ側の部材を接触させ、半田転写部材を熱伝導に
よって加熱するため、半田転写部材にはヒータを設けな
くてよいから、半田転写部材を熱容量が小さくなるよう
に形成できる。このため、半田をＢＧＡパッケージに転
写した後に半田転写部材をヒータから離間させることに
よって、半田転写部材がこれにヒータを設ける場合に較
べて速く冷却される。

【００４７】したがって、半田をＢＧＡパッケージに転
写した後に半田転写部材をヒータから離間させることに
よって、半田転写部材がこれにヒータを設ける場合に較
べて速く冷却されるので、次の工程でクリーム半田をス
クリーン印刷によって供給するまでの時間が短くてよ
い。

【００４８】すなわち、高品質なＢＧＡパッケージを安
価に得られるという第１の発明の効果に加えて、半田転
写部材の冷却時間を短縮でき、ボールグリッドを形成す
るときの能率をも高めることができるという効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るボールグリッド形成方法を説明
するための図である。

【図２】 凹陥部の形状を変えた半田転写部材の他の形
態を示す断面図である。

【図３】 凹陥部の底に貫通孔を開口させた他の形態を
示す断面図である。

【図４】 スクリーン印刷法を用いてボールグリッドを
形成する方法を説明するための図である。

【図５】 ボール状半田を使用してボールグリッドを形
成する方法を説明するための図である。

【符号の説明】

１…プリント基板、２…パッド、５…スキージ、６…ク
リーム半田、１０…半田バンプ、１１…半田転写部材、
１２…凹陥部、１３…ヒータ、１５…ＢＧＡパッケー
ジ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボールグリッドアレイ型パッケージのボ
   ールグリッドと対応する部位に凹陥部がそれぞれ形成さ
   れた半田転写部材の前記凹陥部にスクリーン印刷法によ
   ってクリーム半田を充填し、次いで、前記半田転写部材
   における凹陥部が開口する表面側にボールグリッドアレ
   イ型パッケージを半田転写部材との間に隙間が形成され
   るように位置付け、しかる後、前記半田転写部材を加熱
   することを特徴とするボールグリッドアレイ型パッケー
   ジのボールグリッド形成方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のボールグリッドアレイ型
   パッケージのボールグリッド形成方法において、半田転
   写部材を加熱する工程で半田転写部材の裏面にヒータ側
   の部材を接触させ、半田転写部材を熱伝導によって加熱
   することを特徴とするボールグリッドアレイ型パッケー
   ジのボールグリッド形成方法。