(57)【要約】【課題】実装後における、リペアーの容易化、および薄型化を容易に可能にするとともに、はんだ接合品質を向上でき、信頼性の高い回路動作を期待できるエリアアレイ端子型半導体パッケージを提供する。【解決手段】半導体部品実装用シート部材１１を介在した、はんだ接合構造は、接合部１２において、内部接合用パッド１２１と基板接合用パッド１２３のパッド本体１２４との間に、応力吸収部（ばね部）１２６が介在し、パッド相互の間の位置が変位可能な構造であることから、内部接合用パッド１２１のはんだ接合部、および基板接合用パッド１２３のはんだ接合部において、各はんだ接合部に加わるストレスが応力吸収部１２６により吸収される。【選択図】    図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁シートに複数の接合部を配列した半導体部品実装用シート部材を用いて外部接合用の電極面を形成したエリアアレイ端子型半導体パッケージであって、
前記接合部を、
前記絶縁シートの一部に設けた孔部と、
前記絶縁シートの一方の面に、前記孔部を塞ぐように設けた内部接合用パッドと、
前記絶縁シートの他方の面に、応力吸収部を有し、該応力吸収部を介して前記内部接合用パッドに対向するように設けた外部接合用パッドと、
前記内部接合用パッドと前記外部接合用パッドとの間に前記絶縁シートを貫通して設けたスルーホールと、
により構成したことを特徴とするエリアアレイ端子型半導体パッケージ。
【請求項２】
前記外部接合用パッドは、前記孔部の周縁部に固定した固定部と、該固定部に前記応力吸収部を介して支持されたパッド本体とにより構成されていることを特徴とするエリアアレイ端子型半導体パッケージ。
【請求項３】
前記応力吸収部は、前記固定部と前記パッド本体との間の複数箇所に設けた、前記パッド本体の面方向および面方向に直交する方向にばね性を有する湾曲形状のばね部により構成されていることを特徴とする請求項２に記載のエリアアレイ端子型半導体パッケージ。
【請求項４】
前記固定部と前記パッド本体と前記ばね部は前記絶縁シートの他方の面に設けられた銅箔により一体に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のエリアアレイ端子型半導体パッケージ。
【請求項５】
前記パッド本体は、前記孔部を逃げ孔として前記ばね部を介し前記固定部に支持されていることを特徴とする請求項４に記載のエリアアレイ端子型半導体パッケージ。
【請求項６】
前記ばね部に、はんだの被着を防止し、かつばね部を補強する被膜加工が施されていることを特徴とする請求項４に記載のエリアアレイ端子型半導体パッケージ。
【請求項７】
絶縁シートに複数の接合部を配列した半導体部品実装用シート部材を用いて外部接合用の電極面を形成したエリアアレイ端子型半導体パッケージを実装した回路基板であって、
前記接合部は、
前記絶縁シートの一部に設けた孔部と、
前記絶縁シートの一方の面に、前記孔部を塞ぐように設けた、前記半導体パッケージの内部に回路接続された内部接合用パッドと、
前記絶縁シートの他方の面に、応力吸収部を有し、該応力吸収部を介して前記内部接合用パッドに対向するように設けた、前記半導体パッケージにはんだ接合された外部接合用パッドと、
前記内部接合用パッドと前記外部接合用パッドとの間に前記絶縁シートを貫通して設けたスルーホールと、
を具備して構成されたことを特徴とする回路基板。
【請求項８】
絶縁シートに複数の接合部を配列した半導体部品実装用シート部材を用いてエリアアレイ端子型半導体パッケージを実装した回路基板を具備する電子機器において、
前記接合部は、
前記絶縁シートの一部に設けた孔部と、
前記絶縁シートの一方の面に、前記孔部を塞ぐように設けた、前記半導体パッケージの内部に回路接続された内部接合用パッドと、
前記絶縁シートの他方の面に、応力吸収部を有し、該応力吸収部を介して前記内部接合用パッドに対向するように設けた、前記回路基板に半田接合された外部接合用パッドと、
前記内部接合用パッドと前記外部接合用パッドとの間に前記絶縁シートを貫通して設けたスルーホールと、
を具備して構成されたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＢＧＡ，ＬＧＡ等のエリアアレイ端子型半導体パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
携行が容易な電子機器は、外部ストレスを受け易い環境下で使用されることから、機器筐体内に設けられる半導体パッケージを実装した基板構造においても外部ストレスに対してロバストな実装構造が要求される。
【０００３】
携行が容易な電子機器において、ＢＧＡパッケージの採用は拡大傾向にあり、この種半導体パッケージをプリント配線板に実装した後の外部ストレスによる接合破壊に対して防止対策が必要とされる。この防止対策として、従来では、ＢＧＡパッケージを接着剤で固定する方法、ＢＧＡソケットを用いる方法等が適用されていた。しかしながら、ＢＧＡパッケージを接着剤で固定する方法は、リペアーが困難であるという保守上の問題があり、また、ＢＧＡソケットを用いる方法は、基板上にソケットを固定するためのねじ止め機構を必要とするとともに、接着剤で固定する方法に比べて基板上により多くの実装スペースを必要とする等、構造上の問題があった。さらにソケットの実装により部品実装高さが増すことから機器筐体の薄型化を図る上でも問題があった。
【０００４】
上記問題点に対処する技術として、配線基板の接続パッドに応じた位置にシートを貫通する窓と、その一端がシート上に固定され他端が窓を介してシートの反対面に突出したリードと、を有する絶縁シートを、半導体チップと配線基板との間に設けた、半導体装置の実装技術が存在した。この技術は、リペアーの容易化を図ることはできるが、基板接合電極となるリードの先端がシートの窓空間から突出した位置ずれの生じ易い構造であることから、多ピン構造のすべての電極に対して十分なはんだ接合面を確保することが難しく、半導体パッケージ実装後のストレスによる接合破壊に対して脆弱になる可能性が高い。
【特許文献１】特開２００１−２４４２９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、外部ストレスを受け易い環境下で使用される回路基板においては、保守、構造上の問題に加えて、外部ストレスに対する実装部品のはんだ接合技術に問題があった。
【０００６】
本発明は、上記した保守、構造上の問題を解決するとともに、はんだ接合品質の向上が図れるエリアアレイ端子型半導体パッケージを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、絶縁シートに複数の接合部を配列した半導体部品実装用シート部材を用いて外部接合用の電極面を形成したエリアアレイ端子型半導体パッケージであって、前記接合部を、前記絶縁シートの一部に設けた孔部と、前記絶縁シートの一方の面に、前記孔部を塞ぐように設けた内部接合用パッドと、前記絶縁シートの他方の面に、応力吸収部を有し、該応力吸収部を介して前記内部接合用パッドに対向するように設けた外部接合用パッドと、前記内部接合用パッドと前記外部接合用パッドとの間に前記絶縁シートを貫通して設けたスルーホールと、により構成したことを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、絶縁シートに複数の接合部を配列した半導体部品実装用シート部材を用いて外部接合用の電極面を形成したエリアアレイ端子型半導体パッケージを実装した回路基板であって、前記接合部は、前記絶縁シートの一部に設けた孔部と、前記絶縁シートの一方の面に、前記孔部を塞ぐように設けた、前記半導体パッケージの内部に回路接続された内部接合用パッドと、前記絶縁シートの他方の面に、応力吸収部を有し、該応力吸収部を介して前記内部接合用パッドに対向するように設けた、前記半導体パッケージにはんだ接合された外部接合用パッドと、前記内部接合用パッドと前記外部接合用パッドとの間に前記絶縁シートを貫通して設けたスルーホールと、を具備して構成されたことを特徴とする特徴とする。
【０００９】
また本発明は、絶縁シートに複数の接合部を配列した半導体部品実装用シート部材を用いてエリアアレイ端子型半導体パッケージを実装した回路基板を具備する電子機器において、前記接合部は、前記絶縁シートの一部に設けた孔部と、前記絶縁シートの一方の面に、前記孔部を塞ぐように設けた、前記半導体パッケージの内部に回路接続された内部接合用パッドと、前記絶縁シートの他方の面に、応力吸収部を有し、該応力吸収部を介して前記内部接合用パッドに対向するように設けた、前記回路基板に半田接合された外部接合用パッドと、前記内部接合用パッドと前記外部接合用パッドとの間に前記絶縁シートを貫通して設けたスルーホールと、を具備して構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
外部ストレスを受け易い環境下で使用されるエリアアレイ端子型半導体パッケージにおいて、実装後における、リペアーの容易化、および薄型化を容易に可能にするとともに、はんだ接合品質を向上でき、信頼性の高い回路動作を期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１２】
本発明の実施形態に係る回路基板は、絶縁シートに複数の接合部を配列した半導体部品実装用シート部材を用いて外部接合用の電極面を形成した、ＬＧＡ（Land grid array）若しくはＢＧＡ（ball grid array）等のエリアアレイ端子型半導体パッケージ（以下単に半導体パッケージと称す）を実装している（図３、図８、図９に示す符号５参照）。
【００１３】
この半導体パッケージの外部接合用の電極面を形成する半導体部品実装用シート部材は、ＴＡＢ（tape automated bonding）テープにより提供される。
【００１４】
上記半導体部品実装用シート部材を提供するＴＡＢテープを図１に示している。図１に示すように、スプロケット孔を有するＴＡＢテープ１０上に、一定の間隔で、半導体部品実装用シート部材１１，１１，…が配置されており、ＴＡＢテープ１０から１枚ずつ切り出して、回路基板を構成するプリント配線板の部品実装面部にはんだ接合される。
【００１５】
ＴＡＢテープ１０から例えば型抜きして切り出した１枚の半導体部品実装用シート部材１１を図２に示している。この半導体部品実装用シート部材１１には、実装対象となる半導体パッケージの電極配置構造に対応して複数の接合部１２，１２，…が配列されている。
【００１６】
このＴＡＢテープ１０から切り出された１枚の半導体部品実装用シート部材１１を用いて、半導体パッケージの外部接合用の電極面が形成される。この半導体部品実装用シート部材１１を用いて外部接合用の電極面を形成した半導体パッケージを図３に示している。ここでは、ＩＣチップ２の外部接続端が、リード３を介して半導体部品実装用シート部材１１の内部接合用パッドに導かれる、ワイヤーボンディング工法による半導体パッケージを例に示している。リード３により半導体部品実装用シート部材１１に配線されたＩＣチップ２は例えばモールド樹脂４により樹脂封止されている。この半導体部品実装用シート部材１１を用いて外部接合用の電極面を形成した半導体パッケージ１は、半導体部品実装用シート部材１１に形成した接合部１２の基板接合用パッド（図７参照）を介して回路基板５の部品実装用パッド（図８、図９に示す符号５ａ参照）に、はんだ接合される。
【００１７】
半導体部品実装用シート部材１１に設けられた接合部１２は、図４に示すように、絶縁シート１２２と、絶縁シート１２２の一部に設けた孔部１２８と、絶縁シート１２２の一方の面に、前記孔部１２８を塞ぐように設けた内部接合用パッド１２１と、絶縁シート１２２の他方の面に、応力吸収部１２６を有し、該応力吸収部１２６を介して上記内部接合用パッド１２１に対向するように設けた外部接合用パッド（以下基板接合用パッドと称す）１２３と、内部接合用パッド１２１と基板接合用パッド１２３との間に上記絶縁シート１２２を貫通して設けたスルーホール１２７とを有して構成される。
【００１８】
内部接合用パッド１２１と、基板接合用パッド１２３は、例えば絶縁シート１２２の両面にめっき処理により形成された銅箔を、各々エッチング処理加工することにより形成される。内部接合用パッド１２１と、基板接合用パッド１２３は、絶縁シート１２２を貫通して内部接合用パッド１２１と基板接合用パッド１２３との間に設けた複数のスルーホール１２７により電気的接続されている。
【００１９】
内部接合用パッド１２１には、上記図３に示したリード３が、半導体部品実装用シート部材１１の内部配線を介して回路接続される。
【００２０】
この内部接合用パッド１２１は、図５に示すように、円形の導体パターンで構成され、絶縁シート１２２に設けられた孔部１２８より大きい径を有している。
【００２１】
絶縁シート１２２は、図６に示すように、円形の孔部１２８を有し、この孔部１２８を介して、一方面部に内部接合用パッド１２１、他方面部に基板接合用パッド１２３が設けられる。この絶縁シート１２２に、内部接合用パッド１２１、および基板接合用パッド１２３を形成する工程の一例を挙げると、実装対象となる半導体パッケージ１の電極配置位置に対応して、絶縁シート１２２に、例えばレーザ加工で孔部１２８，１２８，…を穿設した後、絶縁シート１２２の両面に銅めっきを施し、その後、絶縁シート１２２のの両面に孔部１２８を塞ぐように形成された銅箔を、各々エッチング処理することにより、絶縁シート１２２に、内部接合用パッド１２１、および基板接合用パッド１２３が形成される。
【００２２】
基板接合用パッド１２３は、図７に示すように、上記孔部１２８の周縁部に固定した固定部（枠体）１２５と、この固定部１２５に上記応力吸収部１２６を介して支持されたパッド本体１２４とにより構成されている。
【００２３】
上記応力吸収部１２６は、上記固定部１２５と上記パッド本体１２４との間の複数箇所に設けた、上記パッド本体１２４の面方向および面方向に直交する方向にばね性を有する湾曲形状のばね部により構成されている。なお、以降の説明では、ばね部についても応力吸収部１２６と同一の符号（１２６）を用いる。
【００２４】
上記固定部１２５と、上記パッド本体１２４と、上記ばね部１２６は、上述したように絶縁シート１２２の他方の面に設けられた銅箔により一体に形成されている。
【００２５】
上記パッド本体１２４は、上記孔部１２８を逃げ孔として上記ばね部１２６を介し上記固定部１２５に支持されている（図８および図９参照）。
【００２６】
上記ばね部１２６の基板接合側の面を、ソルダーレジスト被膜で被覆することにより、はんだの被着によるばね性の低下を抑制できるとともに、ばね部１２６の強度を補強することができる。また、ばね部１２６を構成する銅箔に弾発特性に優れた銅箔を用いることにより、ばね部１２６の強度をより高めることができる。
【００２７】
上記した構造の接合部１２，１２，…を形成した半導体部品実装用シート部材１１を介して、半導体パッケージ１を回路基板５に実装した状態を図８および図９に示している。図８は接合部１２にストレスが加わらない状態、図９は接合部１２にストレスが加わった状態を示している。なお、図中の符号ＳＲは、はんだ７０の濡れ拡がり範囲を規制するソルダーレジスト被膜である。
【００２８】
半導体部品実装用シート部材１１の接合部１２に設けた基板接合用パッド１２３のパッド本体１２４と、回路基板５の部品実装面に設けた部品実装用パッド５ａとが、はんだ７０により、はんだ接合されることによって、半導体パッケージ１が半導体部品実装用シート部材１１を介して回路基板５の部品実装面にはんだ実装される。
【００２９】
この実装状態を図８に示し、接合部１２にストレスが加わった状態の一例を図９に示している。
【００３０】
この半導体部品実装用シート部材１１を介在した、はんだ接合構造は、接合部１２において、内部接合用パッド１２１と基板接合用パッド１２３のパッド本体１２４との間に、応力吸収部（ばね部）１２６が介在し、上記パッド相互の間の位置が変位可能な構造であることから、内部接合用パッド１２１のはんだ接合部、および基板接合用パッド１２３のはんだ接合部において、各はんだ接合部に加わるストレスが応力吸収部１２６により吸収される。すなわち、回路基板５の部品実装面に加わるストレスは、すべて応力吸収部（ばね部）１２６により吸収される。この接合部１２にストレスが加わった状態の一例を図９に示している。この図９に示す例は、回路基板５と半導体パッケージ１とが互いに離間する方向に、外部偏倚力が加わった場合の一例を示している。なお、回路基板５と半導体パッケージ１とが互いに近づく方向に、外部偏倚力が加わった場合は、パッド本体１２４が孔部１２８内に位置する状態となる。
【００３１】
このような接合部１２の応力吸収作用により、回路基板５に対して外部応力によるストレスが加わった場合においても、半導体パッケージ１に対して外部応力によるストレスが加わった場合においても、外部応力による接合部１２のはんだ剥離が確実に回避される。これにより、外部応力によるストレスに対して、信頼性の高い回路動作を維持することができる。また、半導体部品実装用シート部材１１を用いたはんだ接合による部品実装構造であることから、リペアーが容易であるとともに、ソケットを必要としない構造であることから基板を薄型化できる。
【００３２】
上記した基板接合用パッド１２３の他の構成例を図１０、図１１にそれぞれ示している。図１０に示す基板接合用パッド１２３Ａは、パッド本体１２４を４つの応力吸収部（ばね部）１２６ａ〜１２６ｄにより固定部１２５に支持した構成である。図１１に示す基板接合用パッド１２３Ｂは、応力吸収部（ばね部）１２６ａ〜１２６ｄの各々に固定部１２５ａ〜１２５ｄを一体に設けて、上記図１０に示す構造に比しパッド本体１２４の接合面を拡げた構造としている。
【００３３】
上記した実施形態は、半導体部品実装用シート部材１１のすべての接合部を図４乃至図７に示す構造としているが、例えば部品実装領域の外部ストレスを受け易い部分に特定して、当該部分領域（例えば各コーナーの一部領域）に対応する接合部１２，１２，…を図４乃至図７に示す応力吸収部１２６を備えた構造としてもよい。
【００３４】
上記した実施形態に係る、半導体部品実装用シート部材１１を有する半導体パッケージ１を実装した回路基板５を筐体内に設けた電子機器の構成を図１２に示している。ここでは上記半導体パッケージ１を実装した回路基板５をポータブルコンピュータ等の小型電子機器に適用した例を示している。
【００３５】
図１２に於いて、ポータブルコンピュータ５１の本体５２には、表示部筐体５３がヒンジ機構を介して回動自在に設けられている。本体５２には、ポインティングデバイス、キーボード５４等の操作部が設けられている。表示部筐体５３には例えばＬＣＤ等の表示デバイス５５が設けられている。
【００３６】
また本体５２には、キーボード５４、表示デバイス５等を入出力制御する制御回路素子（Ｐ１，Ｐ２，…）を組み込んだ回路基板（マザーボード）５６が設けられている。この回路基板５６には、上記した半導体パッケージ１が、制御回路素子（Ｐ１）として実装されている。
【００３７】
この制御回路素子（Ｐ１）は、上記した接合部１２，１２，…を有する半導体部品実装用シート部材１１を介して回路基板５６の部品実装面部にはんだ実装されている。
【００３８】
この半導体部品実装用シート部材１１を介在した、はんだ接合構造は、接合部１２において、内部接合用パッド１２１と基板接合用パッド１２３のパッド本体１２４との間に、応力吸収部（ばね部）１２６が介在し、上記パッド相互の間の位置が変位可能な構造であることから、内部接合用パッド１２１のはんだ接合部、および基板接合用パッド１２３のはんだ接合部において、各はんだ接合部に加わるストレスが応力吸収部１２６により吸収される。すなわち、回路基板５６の部品実装面部に加わるストレスは、すべて応力吸収部（ばね部）１２６により吸収される。
【００３９】
このような接合部１２の応力吸収作用により、回路基板５６に対して外部応力によるストレスが加わった場合においても、また、制御回路素子（Ｐ１）に対して外部応力によるストレスが加わった場合においても、外部応力による接合部１２のはんだ剥離が確実に回避される。これにより、外部応力によるストレスに対して、信頼性の高い回路動作を維持することができる。
【００４０】
なお、上記した実施形態では、ワイヤーボンディング工法による半導体パッケージについて説明したが、例えばフリップチップ工法等、他のチップ接続構成においても本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態に係るエリアアレイ端子型半導体パッケージに用いられる半導体部品実装用シート部材を形成したＴＡＢの構成例を示す平面図。
【図２】上記実施形態に係る半導体部品実装用シート部材を示す平面図。
【図３】上記実施形態に係る半導体部品実装用シート部材を用いた部品実装例を示す側面図。
【図４】上記実施形態に係る接合部の構成を示す側断面図。
【図５】上記実施形態に係る接合部の内部接合用パッドを示す平面図。
【図６】上記実施形態に係る接合部の絶縁シートを示す平面図。
【図７】上記実施形態に係る接合部の基板接合用パッドを示す平面図。
【図８】上記実施形態に係る接合部のはんだ接合状態を示す側断面図。
【図９】上記実施形態に係る接合部のストレスを受けた状態下でのはんだ接合状態を示す側断面図。
【図１０】上記実施形態に係る接合部の基板接合用パッドの他の構成例を示す平面図。
【図１１】上記実施形態に係る接合部の基板接合用パッドの他の構成例を示す平面図。
【図１２】本発明の実施形態に係る電子機器の構成を示す一部を拡大した側面図。
【符号の説明】
【００４２】
１…半導体パッケージ、２…ＩＣチップ、３…リード、４…モールド樹脂、５…回路基板、１１…半導体部品実装用シート部材、１２…接合部、５１…ポータブルコンピュータ、５２…本体、５３…表示部筐体、５４…キーボード、５５…表示デバイス、５６…回路基板（マザーボード）、７０…はんだ、１２１…内部接合用パッド、１２２…絶縁シート、１２３，１２３Ａ，１２３Ｂ…外部接合用（基板接合用）パッド、１２４…パッド本体、１２５，１２５ａ〜１２５ｄ…固定部（枠体）、１２６，１２６ａ〜１２６ｄ…応力吸収部（ばね部）、１２７…スルーホール、１２８…孔部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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