JPH10284846A - 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

Abstract

(57)【要約】 【課題】 はんだ接続部のボイドの発生を防止し接続の
信頼性を向上する。 【解決手段】 ＢＧＡ部品２１は、はんだバンプをグリ
ッド状に有して構成され、多層配線基板２２の第１及び
第２のパッド３３及び３４に、はんだ接続部２５によっ
て接続される。外側２列に位置する第１のパッド３３を
表面導体パターン２９と接続する。その内側に位置する
第２のパッド３４を、その近傍に形成された凹状のバイ
アホール３５に接続部３６を介して接続し、それらによ
り内層導体パターン３０に接続される構成とする。バイ
アホール３５を、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
ける。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。第１及び第２のパッド３
３及び３４は共に表面がフラットなので、空気が残存す
ることなくクリームはんだが印刷される。

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接続された第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。

【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。

【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】さらには、前記接続部及びバイアホールの
表面部分を、ソルダレジストにより覆う構成としても良
い（請求項３の発明）。これによれば、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。

【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３
０、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３３，３
４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３
３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２
７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１００
μｍ、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０．１４
mm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３
３，３４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２７
ａ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３
３，３４、並びにバイアホール３５の導体部、接続部３
６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３３，３
４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４
２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３
８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２
５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、２
５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、３
３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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 沼田 晃志 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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接続され
   た第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。
2. 【請求項２】 前記バイアホールは、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。
3. 【請求項３】 前記接続部及びバイアホールの表面部分
   は、ソルダレジストにより覆われていることを特徴とす
   る請求項１又は２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。