(57)【要約】【課題】耐湿性を向上させ、半田ボールの脱落を回避できるＢＧＡ型パッケージ構造を提供する。【解決手段】チップ２１０、基板２２０、モールド封止体２３０、及び複数の半田ボール２４０を有する。基板２２０はチップ２１０を搭載して電気的にチップ２１０と接続され、下表面２２２には複数のボールパッド２２３と半田マスク層２２４が形成され、少なくともボールパッド２２３群の一部分を露出させるため半田マスク層２２４では複数の開口２２５を有する。モールド封止体２３０は、基板２２０の上表面２２１に形成される主体２３１と下表面２２２に形成され且つほぼ半田マスク層２２４を覆う被覆層２３２とを有する。被覆層２３２上には半田ボール２４０群と対向する複数のボール置穴２３３を設け、各ボール置穴２３３は開口２２５よりも大きく、また各半田ボール２４０は対向のボール置穴２３３に位置合わせされてボールパッド２２３群に接合される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップと、
チップを搭載してチップと電気的に接続し、上表面と下表面とを具備し、下表面には複数のボールパッドと半田マスク層とが形成されて、半田マスク層は少なくともボールパッドの一部分を露出させるような複数の開口を有する印刷回路基板と、
主体と被覆層とを有し、主体が基板の上表面に形成され、被覆層は基板の下表面に形成されてほぼ半田マスク層を覆い、また被覆層は各半田ボールに対向する複数のボール置穴を有し、各ボール置穴の開口は半田マスク層の開口よりも大きくなるモールド封止体と、
対向のボール置穴に位置合わせされて基板のボールパッドに接合される複数の半田ボールと、
を備えることを特徴とするＢＧＡ型パッケージ。
【請求項２】
ボールパッドよりも半田マスク層の開口が小さいことを特徴とする請求項１に記載のＢＧＡ型パッケージ。
【請求項３】
各ボール置穴は面取りを具備するので、各ボール置穴の外端開口は外向きの拡張状となることを特徴とする請求項１に記載のＢＧＡ型パッケージ。
【請求項４】
被覆層の厚さは、モールド封止体の主体の厚さより薄く、且つ半田ボール群の高さよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のＢＧＡ型パッケージ。
【請求項５】
モールド封止体は、更に基板の上表面と下表面との間の外側面に位置し、主体と被覆層と一体に連結される側辺連結部を具備することを特徴とする請求項１に記載のＢＧＡ型パッケージ。
【請求項６】
チップは基板の上表面に設置されることを特徴とする請求項１に記載のＢＧＡ型パッケージ。
【請求項７】
チップは基板の内に設置されることを特徴とする請求項１に記載のＢＧＡ型パッケージ。
【請求項８】
更に複数の電気連結素子を有し、前記電気連結素子群は、モールド封止体内に形成され、且つチップと基板とを電気的に接続することに用いられることを特徴とする請求項１に記載のＢＧＡ型パッケージ。
【請求項９】
チップと、
基板と、
基板の下表面に接合され且つチップと電気的に接続される複数の半田ボールと、
少なくとも基板の下表面を覆い且つ半田ボール群に対向する複数のボール置穴を有し、前記ボール置穴群は、半田ボール群と接触しないような開口寸法を有するモールド封止体と、
を有することを特徴とするＢＧＡ型パッケージ。
【請求項１０】
ボール置穴群の開口寸法は対向する半田ボールの直径と大体等しくなることを特徴とする請求項９に記載のＢＧＡ型パッケージ。
【請求項１１】
各ボール置穴は面取りを具備するので、各ボール置穴の外端開口は外向きの拡張状となることを特徴とする請求項９に記載のＢＧＡ型パッケージ。
【請求項１２】
モールド封止体は、更に基板の外側面に形成され且つ一体に連結する側辺連結部を具備することを特徴とする請求項９に記載のＢＧＡ型パッケージ。
【請求項１３】
更に基板とチップとを設置するために放熱板を備えることを特徴とする請求項９に記載のＢＧＡ型パッケージ。
【請求項１４】
更に複数の電気連結素子を有し、前記電気連結素子群は、モールド封止体内に形成され、且つチップと基板とを電気的に接続することに用いられることを特徴とする請求項９に記載のＢＧＡ型パッケージ。
【請求項１５】
前記電気連結素子群はボンディングワイヤであることを特徴とする請求項１４に記載のＢＧＡ型パッケージ。
【請求項１６】
前記電気連結素子群はバンプであることを特徴とする請求項１４に記載のＢＧＡ型パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体実装技術に関して、特に製品の耐湿信頼性を向上させることを特徴とする基板底部封止のＢＧＡ型パッケージ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＢＧＡ（Ball Grid Array）型パッケージは、伝統的な、リードフレームをベースとして用いる半導体パッケージに代わることができ、且つリードフレームの長過ぎるリードにより電気的な伝送速度に影響する事がないように、外部ＰＣＢ（Printed Circuit Board）に接合用として基板底部に複数の半田ボールがアレイ状に配置される。しかしながら、一般的なＢＧＡパッケージは耐湿不良という問題があるので、なかなかMST level 1（Moisture Sensitivity Test）に合格することができない。このＭＳＴは、ＪＥＤＥＣなどの国際組織に規範され、一級から八級まで用意されているが、その中でも一級は最も厳しく規定されている。
【０００３】
図１に示すように、周知のＢＧＡ型パッケージ１００は、主にチップ１１０、基板１２０、モールド封止体１３０、及び複数の半田ボール１４０を有する。チップ１１０は、基板１２０の上表面１２１に設置され、且つボンディングワイヤ１５０を介して電気的に基板１２０と接続される。モールド封止体１３０は基板１２０の上表面１２１だけに形成される。基板１２０の下表面１２２には半田マスク層１２３が形成される。半田ボール１４０群は基板１２０の下表面１２２に接合される。上記のような形態では、基板１２０の底部から薄い半田マスク層１２３を通して水気が製品の内部まで侵入することによって、剥離またはポップコーンなどの形状悪化が発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の第１目的は、上記問題を解決できるＢＧＡ型パッケージ構造を提供することである。このＢＧＡ型パッケージ構造においては、基板底部にある半田マスク層の露出面積を縮小させることによって、ＢＧＡ製品の耐湿性を向上させ、封止体の応力により半田ボールが圧縮されて脱落することを回避できる。
本発明の第２目的は、基板の半田マスク層にある開口寸法を利用して、基板底部にモールド封止体のオーバーフローのため基板のボールパッドを汚染することを防止できるＢＧＡ型パッケージ構造を提供することである。
本発明の第３目的は、更に半田ボールと基板底部のモールド封止体との接触を避けられるＢＧＡ型パッケージ構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記問題を解決するために本発明では、下記のような技術が提案されている。本発明に係る基板底部封止のＢＧＡ型パッケージ構造は、チップ、印刷回路基板、モールド封止体、及び複数の半田ボールなどから構成されている。上表面と下表面を有する基板はチップを搭載して電気的にチップと接続されている。基板の下表面には複数のボールパッドと半田マスク層が形成され、少なくともボールパッド群の一部分を露出させるため半田マスク層では複数の開口を有する。また、モールド封止体は、基板の上表面に形成される主体と基板の下表面に形成され且つほぼ半田マスク層を覆う被覆層とを有する。被覆層上には半田ボール群と対向する複数のボール置穴を設け、各ボール置穴の開口は半田マスク層の各開口よりも大きく、また各半田ボールは対向のボール置穴に位置合わせされて基板のボールパッド群に接合される。上記問題を解決する技術は様々な実装形態のＢＧＡ型パッケージに運用することができる。
【０００６】
上記問題を解決するために本発明では、更に他の技術を説明する。
上記ＢＧＡ型パッケージ構造において、ボールパッド群よりも半田マスク層の開口群の寸法は小さい。
上記ＢＧＡ型パッケージ構造において、ボール置穴群はそれぞれ面取りを有するためそれらの外端開口が外向きの拡張状になっている。
【０００７】
上記ＢＧＡ型パッケージ構造において、被覆層の厚さはモールド封止体の主体の厚さより薄く、また各半田ボールの高さよりも小さい。
上記ＢＧＡ型パッケージ構造において、モールド封止体は更に側辺連結部を有し、この側辺連結部は、基板の上表面と下表面との間の外側面に形成され、また主体と被覆層と一体に連結されている。
上記ＢＧＡ型パッケージ構造において、チップが基板の上表面上に設置される。
上記ＢＧＡ型パッケージ構造において、チップが基板の内に設置される。
上記ＢＧＡ型パッケージ構造において、更にモールド封止体内に形成され、また電気的にチップと基板とを接続する複数の電気連結素子を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図２は、本発明の第１実施例によるＢＧＡ型パッケージ２００を示している。ＢＧＡ型パッケージ２００は、主にチップ２１０、印刷回路基板２２０、モールド封止体２３０、及び複数の半田ボール２４０などにより構成されている。チップ２１０は、半導体材質で出来たものであり、集積回路チップ２１０を使うこともできる。チップ２１０の能動面には複数のボンディングパッド２１１を有する。
【０００９】
基板２２０は、チップ２１０を搭載してチップ２１０と電気的に接続される。基板２２０は、上表面２２１と下表面２２２とを有し、下表面２２２には複数のボールパッド２２３と半田マスク層２２４とが形成される。この基板２２０は、例えばＢＴ樹脂を含有するＰＣＢ（Printed Circuit Board）をも使える。本実施例において、チップ２１０がダイアタッチ材料を介して基板２２０の上表面２２１に接着され、またワイヤボンディング方式で形成した複数のボンディングワイヤを電気連結素子２５０として用い、チップ２１０のボンディングパッド群２１１と基板２２０とを電気的に接続させる。尚、半田マスク層２２４は、少なくともボールパッド群２２３の一部分を露出させるような複数の開口２２５を有する。
【００１０】
モールド封止体２３０は、モールディング方式で形成されたものであり、所定形状の上下金型で形成され、優れる耐湿性と電気絶縁性とを具備する。モールド封止体２３０は主体２３１と被覆層２３２とを有し、主体２３１は、基板２２０の上表面２２１に形成され、一般のモールド封止体２３０によく似て、チップ２１０と電気連結素子群２５０とを覆うか、或いは局部的にチップ２１０だけを覆うことができる。基板２２０の下表面２２２に形成される被覆層２３２は、半田マスク層２２４をほぼ覆い、且つ各半田ボール２４０の対向に位置する複数のボール置穴２３３を有する。各ボール置穴２３３の開口は半田マスク層２２４の各開口２２５よりも大きい。本実施例において、被覆層２３２の厚さはモールド封止体２３０の主体２３１の厚さより薄く、また各半田ボール２４０の高さよりも小さい。尚、各半田ボール２４０は、対向のボール置穴２３３に位置合わせされて基板２２０のボールパッド群２２３に接合される。
【００１１】
基板２２０の底部の半田マスク層２２４上が被覆層２３２に覆われ、この被覆層２３２は優れた耐湿性と比較的厚みがあり、このため、水気は基板２２０の下表面２２２から侵入し易くなくなり、また、半田ボール群２４０と被覆層２３２のボール置穴群２３３とが直接に接触しない。従って、ＢＧＡ型パッケージ２００では、ＢＧＡ半導体製品の耐湿性を高めることができ、MST level １に合格することも可能になり、また基板２２０の底部に位置するモールド封止体２３０の応力により半田ボール２４０が圧縮されて脱落することを避けられる。
【００１２】
ボールパッド群２２３よりも半田マスク層２２４の開口群２２５の寸法が小さいことによってＳＭＤ（Solder Mask Defined）形態にすることができるので、より好ましい。即ち、半田マスク層２２４の開口群２２５の周囲には、ボールパッド群２２３の周縁により凹面がなくなってしまう。そして、ボール置穴群２３３の開口は半田マスク層２２４の開口群２２５よりも大きいので、モールド封止体２３０はオーバーフロー時にボールパッド２２３まで流れることを止められ汚染現象の発生を防止することができる。
【００１３】
モールド封止体２３０の主体２３１と被覆層２３２とは同一材料を用いて同時に加圧で形成される。モールド封止体２３０は、更に基板２２０の上表面２２１と下表面２２２との間の外側面に位置し、主体２３１と被覆層２３２と一体で連結される側辺連結部２３４を具備することが好ましい。これにより、基板２２０の外側面から水気浸入を避けられる。
【００１４】
他に、このＢＧＡ型パッケージには、本発明を利用して以下のような様々の形態が提案されている。図３は、本発明の第２実施例によるウインドウＢＧＡ型パッケージ３００を示している。ウインドウＢＧＡ型パッケージ３００は、主にチップ３１０、印刷回路基板３２０、モールド封止体３３０、及び複数の半田ボール３４０を有する。チップ３１０の能動面には複数のボンディングパッド３１１が設けられ、また基板３２０の上表面３２１にチップ３１０の能動面を接着させる。接合面として基板３２０の下表面３２２には半田ボール３４０群が接合される。基板３２０は貫通孔３２６を有し、複数の電気連結素子３５０（例えばボンディングワイヤ）を介してこの貫通孔３２６を通してチップ３１０のボンディングパッド群３１１と基板３２０とを電気的に接続させる。尚、基板３２０の下表面３２２には、複数のボールパッド３２３と半田マスク層３２４とが形成される。半田マスク層３２４は、少なくともボールパッド群３２３の一部分を露出させるような複数の開口３２５を具備し、且つボールパッド群３２３よりも半田マスク層３２４の開口群３２５の寸法が小さいのでＳＭＤ（Solder Mask Defined）形態にすることができる。
【００１５】
モールド封止体３３０は主体３３１と被覆層３３２とを有し、主体３３１はチップ３１０を保護するため基板３２０の上表面３２１に形成される。被覆層３３２は、基板３２０の下表面３２２と貫通孔３２６とに形成され、ほぼ半田マスク層３２４を覆って電気連結素子群３５０を密封する。また、被覆層３３２は、各半田ボール３４０の対向に位置する複数のボール置穴３３３を有し、各ボール置穴３３３の開口は半田マスク層３２４の各開口３２５よりも大きい。また、半田ボール群３４０は、それぞれ対向のボール置穴３３３に位置合わせされて基板３２０のボールパッド群３２３に接合される。それにより、ＢＧＡ半導体製品の耐湿性を高めることが可能であると共に、基板３２０の底部に位置するモールド封止体３３０の応力により半田ボール３４０が圧縮されて脱落することを避けられる。
ボール置穴群３３３はそれぞれ面取り３３４を具備することがより好ましく、よって、ボール置穴群３３３の外端開口が外向きの拡張状となっている。これにより、被覆層３３２はできるだけ全面的に半田マスク層３２４を覆うと共に、被覆層３３２の応力により半田ボール３４０が圧縮されて脱落することがなくなる。
【００１６】
図４は、本発明の第３実施例であるキャビティダウンＢＧＡ型パッケージ４００を示している。キャビティダウンＢＧＡ型パッケージ４００は、チップ４１０、印刷回路基板４２０、モールド封止体４３０、及び複数の半田ボール４４０などから構成され、基板４２０とチップ４１０とを設置するため更に放熱板４６０を有する。チップ４１０は基板４２０の開口を通して放熱板４６０上に設置され、すなわち、チップ４１０は基板４２０の内に位置する。基板４２０は上表面４２１と下表面４２２とを有し、基板４２０の上表面４２１が放熱板４６０に接着され、且つ基板４２０の下表面４２２には複数のボールパッド４２３と半田マスク層４２４とが形成される。複数の電気連結素子４５０（例えばボンディングワイヤ）を介してチップ４１０のボンディングパッド群４１１と基板４２０とを電気的に接続させる。
【００１７】
モールド封止体４３０は、チップ４１０と電気連結素子群４５０との密封用として突起部４３２を有する。モールド封止体４３０は、更に基板４２０の下表面４２２に形成されほぼ半田マスク層４２４を覆い、且つ半田ボール４４０に対向する複数のボール置穴４３１を有する。ここで、このボール置穴群４３１は、モールド封止体４３０と半田ボール４４０との接触をさせないように開口寸法を有し、一般に、この開口寸法は対応の半田ボール４４０の直径と大体等しくなる。尚、対向のボール置穴群４３１に位置合わせされて各半田ボール４４０は基板４２０のボールパッド群４２３に接合される。それによって、ＢＧＡ半導体製品の耐湿性を高めることが可能であると共に、基板４２０の底部に位置するモールド封止体４３０の応力により半田ボール４４０が圧縮されて脱落するのを避けることができる。本実施例において、モールド封止体４３０は、更に基板４２０の上表面４２１と下表面４２２との間の外側面に形成され且つ一体に連結する側辺連結部４３３を有する。これにより、基板４２０の外側面から水気浸入を避けられる。
【００１８】
図５は、本発明の第４実施例によるフリップチップＢＧＡ型パッケージ５００を示している。フリップチップＢＧＡ型パッケージ５００は、主にチップ５１０、印刷回路基板５２０、モールド封止体５３０、及び複数の半田ボール５４０などから構成される。フリップチップ接合方式を用いて基板５２０の上表面５２１にチップ５１０を設置する際に、電気連結素子５５０として複数のバンプを介してチップ５１０と基板５２０とを電気的に接続させる。そして、底部充填剤５６０をさらに使って電気連結素子群５５０を先に密封させることができる。基板５２０の下表面５２２には、接合面として半田ボール５４０を接合すると共に、複数のボールパッド５２３と半田マスク層５２４を形成する。また、モールド封止体５３０は主体５３１と被覆層５３２とを有する。主体５３１は、チップ５１０の保護と基板５２０の周辺の変形や折曲がりの発生とを防止するため、基板５２０の上表面５２１に形成され且つ基板５２０と寸法が等しくなる。被覆層５３２は、基板５２０の下表面５２２に形成されてほぼ半田マスク層５２４を覆って半田ボール５４０に対向する複数のボール置穴５３３を有し、ここで、ボール置穴群５３３の開口が半田マスク層５２４の開口よりも大きい。尚、対向のボール置穴５３３に位置合わせされて各半田ボール５４０は基板５２０のボールパッド群５２３に接合される。それにより、ＢＧＡ半導体製品の耐湿性を高めることが可能であると共に、基板５２０の底部に位置するモールド封止体５３０の応力により半田ボール５４０が圧縮されて脱落するのを避けられる。
本発明をその好適な実施例に基づいて説明したが、本発明の保護範囲は特許申請範囲で限定されて、この保護範囲に基準して、本発明の精神と範囲内に触れるどんな変更や修正も本発明の保護範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】周知のＢＧＡ型パッケージ構造を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施例によるＢＧＡ型パッケージ構造を示す断面図である。
【図３】本発明の第２実施例によるＢＧＡ型パッケージ構造を示す断面図である。
【図４】本発明の第３実施例によるＢＧＡ型パッケージ構造を示す断面図である。
【図５】本発明の第４実施例によるＢＧＡ型パッケージ構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
２００  ＢＧＡ型パッケージ、２１０  チップ、２１１  ボンディングパッド、２２０  基板、２２１  上表面、２２２  下表面、２２３  ボールパッド、２２４  半田マスク層、２２５  開口、２３０  モールド封止体、２３１  主体、２３２  被覆層、２３３  ボール置穴、２３４  側辺連結部、２４０  半田ボール、２５０  電気連結素子、３００  ＢＧＡ型パッケージ、３１０  チップ、３１１  ボンディングパッド、３２０  基板、３２１  上表面、３２２  下表面、３２３  ボールパッド、３２４  半田マスク層、３２５  開口、３２６  貫通孔、３３０  モールド封止体、３３１  主体、３３２  被覆層、３３３  ボール置穴、３３４  面取り、３４０  半田ボール、３５０  電気連結素子、４００  ＢＧＡ型パッケージ、４１０  チップ、４１１  ボンディングパッド、４２０  基板、４２１  上表面、４２２  下表面、４２３  ボールパッド、４２４  半田マスク層、４３０  モールド封止体、４３１  ボール置穴、４３２  突起部、４３３  側辺連結部、４４０  半田ボール、４５０  電気連結素子、４６０  放熱板、５００  ＢＧＡ型パッケージ、５１０  チップ、５２０  基板、５２１  上表面、５２２  下表面、５２３  ボールパッド、５２４  半田マスク層、５３０  モールド封止体、５３１  主体、５３２  被覆層、５３３  ボール置穴、５４０  半田ボール、５５０  電気連結素子、５６０  底部充填剤
【図１】
2008053614.tif 000003
【図２】
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【図３】
2008053614.tif 000005
【図４】
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【図５】
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