(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールグリッドアレイパッケージを構成する複数の基板ユニットに分割することのできるパッケージ製造用の中間体であって，
外部接続用の半田ボールを備え単一のボールグリッドアレイパッケージに対応する同一の区画を複数個備えた単一の合成樹脂製の樹脂基板と，素子との接続端子を備え上記樹脂基板の各区画に接合される複数のセラミック基板とを有しており，
上記セラミック基板の底面と樹脂基板の上面との間は，導電体により電気的に接続すると共に合成樹脂製のアンダーフィルが充填されており，上記アンダーフィルの熱膨張係数は，上記セラミック基板の熱膨張係数と上記樹脂基板の熱膨張係数の中間の値を有し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製造用の中間体。
【請求項２】
請求項１記載の中間体の前記セラミック基板に半導体素子が実装され素子シールまたはケーシングがな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製造用の素子付き中間体。
【請求項３】
請求項１または請求項２において，前記セラミック基板の底面と樹脂基板の上面とを接続する導電体は半田部材であり，前記外部接続用の半田ボールは，上記半田部材よりも融点が低い共晶半田であることを特徴とするボールグリッドアレイパッケージ製造用の中間体。
【請求項４】
ボールグリッドアレイパッケージの電子部品の製造方法であって，
外部接続用の半田ボールを備えた複数の区画からなる単一の合成樹脂製の樹脂基板を製作する第１の工程と，搭載する素子との接続端子を備えたセラミック基板を製作する第２の工程と，上記樹脂基板の各区画に上記セラミック基板を接合する第３の工程と，樹脂基板へ搭載後の上記セラミック基板に素子を実装しシールまたはケーシングを行う第４の工程と，素子実装後の上記樹脂基板を各区画別に切断する第５の工程とからなり，
上記第３工程においては，セラミック基板の底面と樹脂基板の上面との間を導電体により電気的に接続すると共に両面間に合成樹脂製のアンダーフィルを充填して接合し，上記アンダーフィルの熱膨張係数を上記セラミック基板の熱膨張係数と上記樹脂基板の熱膨張係数の中間の値に設定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の電子部品の製造方法。
【請求項５】
請求項４において，前記セラミック基板の底面と樹脂基板の上面とを接続する導電体は半田部材であり，前記外部接続用の半田ボールは，上記半田部材よりも融点が低い共晶半田であることを特徴とするボールグリッドアレイパッケージの電子部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は，ボールグリッドアレイパッケージを構成する複数の基板ユニットに分割することのできるボールグリッドアレイパッケージ部品製造用の中間体，並びにボールグリッドアレイパッケージの電子部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
ボールグリッドアレイパッケージの電子部品９０の基本的な構成は，図４に示すように，基板９２に搭載された半導体チップなどの半導体素子９１と，プリント配線基板９６に接合し且つ電気的に接続するための半田ボール９３とを有し，樹脂モールド９５で半導体素子９１を気密封止したり，絶縁性のキャップを用いて封止したりしている。同図において，符号９４１はボンディングワイヤー，符号９４２は基板９２に形成された導体回路である。
【０００３】
そして，上記ボールグリッドアレイパッケージの電子部品９０を製造する手順は，始めに基板９２と半導体素子９１とをそれぞれ別個の工程で製作し，続いて基板９２に素子９１を接合すると共にボンディングワイヤー９４２で基板９２と素子９１とを接続し，その後，樹脂モールド９５で半導体素子９１を気密封止し，或いは絶縁性のキャップを用いて封止する。
【０００４】
なお，半導体素子の基板９２への接続方法としては，フリップチップ方式のようなボンディングワイヤーを使用しない方法もある。
そして，基板９２の材料は，例えばアルミナ等のセラミックが多く用いられている。また，プリント配線基板９６には，合成樹脂製の基板が多く用いられている。
【０００５】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記ボールグリッドアレイパッケージの電子部品９０の基板９２としてセラミックを用い，合成樹脂製のプリント配線基板９６に搭載した場合には，次のような問題点がある。
【０００６】
それは，セラミック製の基板９２と合成樹脂製のプリント配線基板９６との間の熱膨張係数の差により，電子部品９０とプリント配線基板９６との間に熱応力が働き，半田ボール９３にクラック等が発生して接合信頼性を著しく損なうため，ボールグリッドアレイパッケージの大きさ（面積）が制限されることである。
【０００７】
大きさが制限される理由は，基板９２の面積が大きいほど上記両部間に働く熱応力の大きさも大きくなるからである。その結果，電子部品１個当たりの大きさ（面積）が制限され，ひいては電子部品を搭載するプリントボード及び装置の小型化も妨げられることになる。
例えば，基板９２にアルミナを用い，プリント配線基板９６の材料としてガラスエポキシ等を用いた場合には，上記ボールグリッドアレイパッケージの大きさは２５ｍｍ×２５ｍｍ程度に制限される。
【０００８】
また，第２の問題点として，電子部品９０を製造する中間段階において，基板９２や素子９１を運搬したり保管したりする場合に，基板９２や素子９１が損傷するという問題がある。
【０００９】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであり，電子部品と電子部品を搭載する樹脂製のプリント配線板との間の熱応力を軽減して部品を大型化する第１の課題と，製造段階における基板などの損傷を低減することのできる第２の課題とを解決するボールグリッドアレイパッケージ製造用の中間体の提供，並びに上記課題を解決するボールグリッドアレイパッケージの電子部品の製造方法を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題の解決手段】
本願の第１発明は，ボールグリッドアレイパッケージを構成する複数の基板ユニットに分割することのできるパッケージ製造用の中間体であって，外部接続用の半田ボールを備え単一のボールグリッドアレイパッケージに対応する同一の区画を複数個備えた単一の合成樹脂製の樹脂基板と，素子との接続端子を備え上記樹脂基板の各区画に接合される複数のセラミック基板とを有しており，上記セラミック基板の底面と樹脂基板の上面との間は，導電体により電気的に接続すると共に合成樹脂製のアンダーフィルが充填されており，上記アンダーフィルの熱膨張係数は，上記セラミック基板の熱膨張係数と上記樹脂基板の熱膨張係数の中間の値を有し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製造用の中間体にある。
【００１１】
本発明において特に注目すべきことの第一点は，中間体を構成する樹脂基板には，半田ボールを備え単一のボールグリッドアレイパッケージを形成する区画が複数個形成されており，上記樹脂基板の各区画にはセラミック基板が接合されていることである。従って，上記樹脂基板を切断し各区画に分割することにより，上記中間体から，単一のボールグリッドアレイパッケージを構成する複数の基板ユニットを得ることができる。そして，上記基板ユニットは，外部接続用の半田ボールを備えた樹脂基板と素子を搭載するセラミック基板とからなる。
【００１２】
上記のように，上記中間体は複数の基板ユニットを一体として保持するから，電子部品を製造する中間段階において，基板ユニットを運搬したり保管したりする場合に，取り扱いが容易になると共に，バラバラの基板ユニットで保持する場合に比べて基板ユニットの損傷が生じにくくなり，製品の品質を向上させることができる。
【００１３】
本発明において特に注目すべきことの第二点は，上記基板ユニットには，素子を搭載するセラミック基板の他に底面に半田ボールを接合した合成樹脂製の樹脂基板がもう一つ設けられており，かつ上記セラミック基板と樹脂基板との間にアンダーフィルを介設させてあること，そして，上記アンダーフィルの熱膨張係数は，上記セラミック基板の熱膨張係数と上記樹脂基板の熱膨張係数の中間の値を有していることである。
【００１４】
その結果，第１の作用効果として，底部に位置する外部との接続用の基板を樹脂基板としたことにより，電子部品が搭載されるプリント配線基板を合成樹脂製の基板とした場合にも，電子部品の底部とプリント配線基板との間に働く熱応力を小さくすることができる。
何故ならば，従来のように電子部品の底部をセラミック基板とした場合に比べて，樹脂製のプリント配線基板とパッケージ底部との間の熱膨張係数の差が少なくなるからである。従って，より面積の大きな大型のボールグリッドアレイパッケージを電子部品用に使用することが可能となり，電子装置の集約度を向上させることができる。
【００１５】
また，第２の作用効果として，パッケージの内部においては，セラミック基板と樹脂基板の間に中間的な熱膨張係数のアンダーフィルを介設させてあるため，上記上下の基板間に働く熱応力は分散されて低減することがある。
その結果，上記のようにボールグリッドアレイパッケージの面積を大きくしても，セラミック基板と樹脂基板との間の強度の低下や信頼性の低下などの不具合が生じにくくなる。
【００１６】
上記のように，本発明によれば，電子部品と電子部品を搭載する樹脂製のプリント配線板との間の熱応力を軽減して部品を大型化する第１の課題と，製造段階における基板などの損傷を低減することのできる第２の課題とを同時に解決するボールグリッドアレイパッケージ製造用の中間体の提供することができる。
【００１７】
なお，複数のユニット（区画）からなる上記中間体は，請求項２に記載のように，更に，セラミック基板に半導体素子を実装し素子シールまたはケーシングを施したものとしてもよい。そして，上記素子付きの中間体を各区画に分割してボールグリッドアレイパッケージ部品の完成体を得る。
【００１８】
また，請求項３に記載のように，セラミック基板の底面と樹脂基板の上面とを接続する導電体を半田部材とした場合には，外部接続用の半田ボールは，前記中継用の半田部材よりも融点が低い共晶半田とすることが好ましい。
これによって，ボールグリッドアレイパッケージのプリント配線板への接続時に，外部接続用の半田ボールを介して，中継用の半田が溶融する不具合を防止することができるからである。その結果，ボールグリッドアレイパッケージ部品をプリント配線板へ搭載する時に加熱されても，セラミック基板と樹脂基板の間の半田部材は溶融したりしないので，セラミック基板と樹脂基板の間の剥離やズレ等の問題は起こらなくなる。
【００１９】
一方，本願の第２発明は，ボールグリッドアレイパッケージの電子部品の製造方法であって，外部接続用の半田ボールを備えた複数の区画からなる単一の合成樹脂製の樹脂基板を製作する第１の工程と，搭載する素子との接続端子を備えたセラミック基板を製作する第２の工程と，上記樹脂基板の各区画に上記セラミック基板を接合する第３の工程と，樹脂基板へ搭載後の上記セラミック基板に素子を実装しシールまたはケーシングを行う第４の工程と，素子実装後の上記樹脂基板を各区画別に切断する第５の工程とからなり，上記第３工程においては，セラミック基板の底面と樹脂基板の上面との間を導電体により電気的に接続すると共に両面間に合成樹脂製のアンダーフィルを充填して接合し，上記アンダーフィルの熱膨張係数を上記セラミック基板の熱膨張係数と上記樹脂基板の熱膨張係数の中間の値に設定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の電子部品の製造方法にある。
【００２０】
本発明において特に注目すべきことの第一点は，第１工程で製作する樹脂基板には，半田ボールを備え単一のボールグリッドアレイパッケージを形成する区画が複数個形成されており，第３工程において上記樹脂基板の各区画にセラミック基板が接合され，続く第４工程において素子が実装されることである。従って，第５工程において上記樹脂基板を切断し各区画に分割することにより，単一のボールグリッドアレイパッケージを構成する複数のボールグリッドアレイパッケージ部品を得ることができる。
【００２１】
上記のように，第３，第４工程での中間体は複数の基板ユニットを一体として保持するから，電子部品を製造する中間段階において，基板ユニットを運搬したり保管したりする場合に，取り扱いが容易になると共に，バラバラの基板ユニットで保持する場合に比べて基板ユニットの損傷が生じにくくなり，製品の品質を向上させることができる。
【００２２】
本発明において特に注目すべきことの第二点は，上記基板ユニットには，素子を搭載するセラミック基板の他に底面に半田ボールを接合した合成樹脂製の樹脂基板がもう一つ設けられており，かつ上記セラミック基板と樹脂基板との間にアンダーフィルを介設させてあること，そして，上記アンダーフィルの熱膨張係数は，上記セラミック基板の熱膨張係数と上記樹脂基板の熱膨張係数の中間の値を有していることである。
【００２３】
その結果，上記構成から前記第１発明で述べたと同様の第１，第２の作用効果を得ることができる。
従って，本発明によれば，電子部品と電子部品を搭載する樹脂製のプリント配線板との間の熱応力を軽減して部品を大型化する第１の課題と，製造段階における基板などの損傷を低減することのできる第２の課題とを同時に解決するボールグリッドアレイパッケージ部品の製造方法を提供することができる。
【００２４】
そして，請求項５に記載のように，セラミック基板の底面と樹脂基板の上面とを接続する導電体を半田部材とした場合には，外部接続用の半田ボールは，前記中継用の半田部材よりも融点が低い共晶半田とすることが好ましい。
これによって，ボールグリッドアレイパッケージのプリント配線板への接続時に，外部接続用の半田ボールを介して，中継用の半田が溶融する不具合を防止することができるからである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
実施形態例
本例は，図１（ｅ）に示すボールグリッドアレイパッケージの電子部品８１の製造方法であって，図２に示すように外部接続用の半田ボール１５を備えた複数の区画１１からなる単一の合成樹脂製の樹脂基板１０を製作する第１の工程と，搭載する半導体素子３１との接続端子２１を備えた図１（ａ）に示すセラミック基板２０を製作する第２の工程と，図１（ｂ），（ｃ）に示すように樹脂基板１０の各区画１１（図２，図３）にセラミック基板２０を接合する第３の工程と，図１（ｄ）に示すように樹脂基板１０へ搭載後のセラミック基板２０に半導体素子３１を実装する第４の工程と，素子３１の実装後の樹脂基板１０を各区画１１別に切断し，図１（ｅ）に示すように単一のボールグリッドアレイパッケージ部品８１を得る第５の工程とからなる。
【００２６】
そして，図１（ｂ），（ｃ）に示すように，上記第３工程においては，セラミック基板２０の底面と樹脂基板１０の上面との間を半田部材２５により電気的に接続すると共に両面間に合成樹脂製のアンダーフィル２７を充填して接合する。そして，アンダーフィル２７の熱膨張係数をセラミック基板２０の熱膨張係数と樹脂基板１０の熱膨張係数の中間の値に設定する。
【００２７】
上記のように，第３工程により製作されたボールグリッドアレイパッケージ部品８１製造用の第１の中間体８５１は，図１（ｃ）に示すように，外部接続用の半田ボール１５を備え単一のボールグリッドアレイパッケージに対応する同一の区画１１を複数個備えた単一の合成樹脂製の樹脂基板１０と，半導体素子３１との接続端子２１を備え樹脂基板１０の各区画１１に接合される複数のセラミック基板２０とを有している。
【００２８】
そして，セラミック基板２０の底面と樹脂基板１０の上面との間は，半田部材２５により電気的に接続すると共に合成樹脂製のアンダーフィル２７が充填されている。また，外部接続用の半田ボール１５は，上記半田部材２５よりも融点が低い共晶半田である。
そして，図１（ｄ），図３に示すように，第４工程終了時における第２中間体８５２には，半導体素子３１が実装されている。
【００２９】
以下それぞれについて説明を補足する。
樹脂基板１０の本体を形成する合成樹脂はガラスエポキシであり，セラミック基板１１との間に充填されるアンダーフィル２７の材料はエポキシ樹脂である。
そして，中継用の半田部材２５は，融点２８０℃ぐらいの高融点半田であり，半田ボール１５は，中継用の半田部材２５よりも融点が低い共晶半田である。
なお図１（ｄ），（ｅ）において，符号３２はボンディングワイヤー，符号１３は半田部材２５と半田ボール１５との間を接続するビアホールである。
【００３０】
そして，上記ボールグリッドアレイパッケージの電子部品８１は，次のような工程により製作される。
始めに図示しない回路パターンとビアホールとを形成したセラミック基板２０と，ビアホール１３を形成した樹脂基板１０とを別個に製作し，図１（ｂ）に示すように，樹脂基板１０とセラミック基板２０とを中継用の半田部材２５で接合する。
【００３１】
その後，同図（ｃ）に示すように，樹脂を注入する方法によりアンダーフィル２７を両基板１０，２０の間に形成し，第１の中間体８５１を得る。その後は，同図（ｄ），図３に示すように，従来と同様の方法により半導体素子３１を搭載し，ボンディングワイヤー３２で接続し，第２の中間体８５２を得る。
上記のように素子３１を実装した後，素子部全体を樹脂４１で封止して樹脂基板１０を各区画１１別に切断し，図１（ｅ）に示すように単一のボールグリッドアレイパッケージ部品８１を得る。
【００３２】
本例の電子部品８１の製造方法においては，第１工程で製作する樹脂基板１０には，半田ボール１５を備え単一のボールグリッドアレイパッケージを形成する区画１１が複数個形成されており，第３工程において上記樹脂基板１０の各区画１１にセラミック基板２０が接合される。そして，続く第４工程において半導体素子３１が実装され，第５工程において上記樹脂基板１０を切断し各区画１１に分割することにより，単一のボールグリッドアレイパッケージ部品８１を得ることができる。
【００３３】
上記のように，第３，第４工程で中間体８５１，８５２を形成し，そこに最終的に分離独立し単一のボールグリッドアレイパッケージを構成する複数の基板ユニットを一体として保持するから，電子部品８１を製造する中間段階において，上記基板ユニットを運搬したり保管したりする場合に，バラバラの基板ユニットで保持する場合に比べて基板ユニットの損傷が生じにくくなり，製品の品質を向上させることができる。
【００３４】
また，上記基板ユニットには，素子３１を搭載するセラミック基板２０の他に底面に半田ボールを接合した外部接続用の樹脂基板１０がもう一つ設けられている。また，上記セラミック基板２０と樹脂基板１０との間にアンダーフィル２７を介設させてあり，アンダーフィル２７の熱膨張係数は，セラミック基板２０の熱膨張係数と樹脂基板１０の熱膨張係数の中間の値を有している。
【００３５】
その結果，外部接続用の基板１０を合成樹脂製としたことにより，電子部品８１が搭載されるプリント配線基板を合成樹脂基板とした場合にも，電子部品８１の底部とプリント配線基板との間に働く熱応力を小さくすることができる。
樹脂製のプリント配線基板と部品８１での接合部（樹脂基板１０）との間の熱膨張係数の差が少なくなるからである。従って，より面積の大きな大型のボールグリッドアレイパッケージを電子部品用にに使用することが可能となり，電子装置の集約度を向上させることができる。
【００３６】
また，パッケージの内部においては，セラミック基板２０と樹脂基板１０の間に両者の中間的な熱膨張係数のアンダーフィル２７を介設させてあるため，上下の基板１０，２０に働く熱応力は分散されて低減する。
その結果，上記のようにボールグリッドアレイパッケージの面積を大きくしても，セラミック基板２０と樹脂基板１０との間の強度の低下や信頼性の低下などの不具合が生じにくくなる。
【００３７】
従って，本例によれば，電子部品８１と電子部品８１を搭載する樹脂製のプリント配線板との間の熱応力を軽減して部品８１を大型化する第１の課題と，製造段階における基板１０，２０の損傷を低減することのできる第２の課題とを同時に解決することのできるボールグリッドアレイパッケージ部品８１の製造方法を提供することができる。
【００３８】
【発明の効果】
上記のように本発明によれば，電子部品と電子部品を搭載する樹脂製のプリント配線板との間の熱応力を軽減して部品を大型化する第１の課題と，製造段階における基板などの損傷を低減することのできる第２の課題とを同時に解決するボールグリッドアレイパッケージ製造用の中間体，並びに上記課題を解決するボールグリッドアレイパッケージの電子部品の製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例の電子部品の製造方法の第３〜第５工程の流れを示す図。
【図２】図１（ｄ）に示す中間体の区画の構成を示す正面断面図。
【図３】図２の平面図。
【図４】ボールグリッドアレイパッケージの電子部品の一例を示す断面図。
【符号の説明】
１０．．．樹脂基板，
１１．．．半田ボール
２０．．．セラミック基板，
２１．．．接続端子，
２５．．．導電体（半田部材），
２７．．．アンダーフィル，
３１．．．素子，
８１．．．ボールグリッドアレイパッケージ部品，
８５１，８５２．．．中間体，
【図１】
0003706226.tif 000002
【図２】
0003706226.tif 000003
【図３】
0003706226.tif 000004
【図４】
0003706226.tif 000005