(57)【要約】【課題】ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）集積回路パッケージの改善。【解決手段】パッケージ基板（１２）の底面（１６）上に配置されたはんだボール（３４）の外部二次元アレイおよびはんだボール（３４）の中心二次元アレイを有するボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）集積回路パッケージ（１０）。  はんだボールは、一般に、パッケージをプリント回路ボードに取り付けるためにリフローされる。基板の反対側の面には、パッケージ内の内部配線によってはんだボールに電気的に結合される集積回路（１８）が取り付けられる。はんだボールの外部アレイは、集積回路と基板との熱膨張差によって引き起こされるはんだ応力を小さくするために集積回路の寸法プロファイルの外側に配置される。中心はんだボールは、一般に、集積回路からプリント回路ボードまで直接熱経路および電気経路を形成するためにパッケージのグランドおよび電力パッドに直接配線される。【選択図】図４
2008252152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面と底面を有する基板であって、前記底面は、それぞれ第１の距離だけ互いに分離されたコンタクト・パッドの外部アレイおよびそれぞれ第２の距離だけ互いに分離されたコンタクト・パッドの中心アレイを有し、前記コンタクト・パッドの中心アレイが、第１および第２の距離よりも長い第３の距離だけ前記コンタクト・パッドの外部アレイから分離された基板と、
前記基板の上面中央に搭載された集積回路と、
前記集積回路に近接して、前記基板にそれぞれ形成され、かつ前記集積回路に接続された接地バスと電力バスと、
前記接地バスと電力バスの周囲にあって、前記基板の上面にそれぞれ形成され、かつ前記集積回路に接続されたボンド・パッドと、
前記外部アレイ内のコンタクト・パッドを前記ボンドパッドに接続する複数の第１ビアと、
前記中心アレイ内のコンタクト・パッドを前記接地バスと電力バスとに接続する複数の第２ビアと、
前記基板の前記コンタクト・パッドに取り付けられた複数のはんだボールとを含み、
前記コンタクト・パッドの外部アレイが、前記集積回路の寸法プロファイルの外側に設けら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。
【請求項２】
ａ）上面と底面を有する基板であって、
前記基板の上面中央に搭載される集積回路と、この集積回路にそれぞれ接続される、前記基板の中央に配置された接地バスと電力バス及びこれらの接地バス及び電力バスの周辺に配置された複数のボンド・パッドと、
前記基板の底面に、それぞれ第１の距離だけ互いに分離され、かつ複数の第１ビアを介して前記複数のボンド・パッドに接続されるコンタクト・パッドの外部アレイおよびそれぞれ第２の距離だけ互いに分離され、かつ複数の第２ビアを介して前記接地バス及び電力バスに接続されるコンタクト・パッドの中心アレイとを有し、かつ
前記コンタクト・パッドの中心アレイが、第１および第２の距離よりも長い第３の距離だけ前記コンタクト・パッドの外部アレイから分離された基板を備え、
ｂ）前記基板の前記上面中央に集積回路を取り付けるとともに、前記接地バス、電力バス及び複数のボンド・パッドをこの集積回路に接続するステップと、
ｃ）前記コンタクト・パッドに複数のはんだボールを取り付けるステップとを含み、
前記コンタクト・パッドの外部アレイが、前記集積回路の寸法プロファイルの外側に設けられていることを特徴とするボール・グリッド・アレイ集積回路パッケージを組み立てる方法。
【請求項３】
複数のボンド・パッドを有する上面を有するとともに、その底面に中心領域と、外部領域と、その間の中間領域とを有する基板と、
前記外部領域に位置する第１の複数のコンタクトと前記中心領域に位置する第２の複数のコンタクトとからなり、前記中間領域にはコンタクトがなく、中心領域の互いに隣接しているコンタクトの間の距離と外部領域の互いに隣接しているコンタクトの間の距離が中心領域と外部領域との間の距離よりも小さい複数のコンタクトと、
前記基板の上面に取り付けられ、かつ前記ボンド・パッドに直接電気的に接続された集積回路と
を含み、前記第１の複数のコンタクトと第２の複数のコンタクトとがそれぞれ前記集積回路の寸法プロファイルの外側と内側に位置しているとともに、
前記集積回路に結合されるとともに複数のビアによって前記第２の複数のコンタクトに接続されている接地バスを前記基板が備え、さらに、
前記集積回路に結合されるとともに複数のビアによって前記第２の複数のコンタクトに接続されている電力バスを前記基板が備えている
ボール・グリッド・アレイ半導体パッケージ。
【請求項４】
前記中心領域の互いに隣接しているコンタクトの問の距離と前記外部領域の互いに隣接しているコンタクトの間の距離とが等しい請求項３記載の半導体パッケージ。
【請求項５】
さらに前記集積回路を覆うカプセル材を備えた請求項３記載の半導体パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、集積回路パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の説明
集積回路は、一般に、パッケージに取り付けられ、そのパッケージがプリント回路ボードにはんだ付けされる。１つのそのようなタイプの集積回路パッケージは、ボール・グリッド・アレイ（「ＢＧＡ」）パッケージである。ＢＧＡパッケージは、パッケージ基板の外部底面上に配置された複数のはんだボールを有する。はんだボールは、パッケージをプリント回路ボードに取り付けるためにリフローされる。集積回路は、パッケージ基板の上面に取り付けられ、パッケージ内の内部配線によってはんだボールに電気的に結合される。
【０００３】
第１図に、従来技術のＢＧＡパッケージ２のはんだボール・アレイを示す。はんだボール４は、パッケージの底面上に一般に二次元パターンの形で配置される。集積回路６は、パッケージ２の反対側の中央に配置される。パッケージ２は、一般に、集積回路の熱膨張率と異なる熱膨張率を有する材料から構成される。集積回路とパッケージとの熱膨張差は、回路ダイの外縁に対応する領域内のはんだ接合を損なう温度関連応力を引き起こすことが分かっている。
【０００４】
第２図に、はんだボール４の外部二次元アレイを有する従来技術のＢＧＡパッケージ２を示す。はんだボール４は、集積回路６の下にあるパッケージ領域から離れた位置にある。はんだボール４を集積回路６から離れて配置すると、パッケージと集積回路との膨張差によって生じるはんだ接合の熱応力が小さくなる。外部アレイ・パターンは、はんだ故障を少なくするのに有効であるが、パッケージの入出力（Ｉ／Ｏ）を制限する。さらに、集積回路は、はんだボールを介してプリント回路ボード中に伝導する熱を発生する。はんだボールをパッケージの外縁に配置すると、パッケージ基板中の熱経路が増大する。経路が長くなると、パッケージの熱インピーダンスが増大し、集積回路の接合温度が上昇する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術のＢＧＡパッケージよりも製品寿命が長く、熱インピーダンスが小さく、Ｉ／Ｏが大きいＢＧＡパッケージを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の概要
本発明は、パッケージ基板の底面上に配置されたはんだボールの外部二次元アレイおよびはんだボールの中心二次元アレイを有するボール・グリッド・アレイ（「ＢＧＡ」）集積回路パッケージである。はんだボールは、一般に、パッケージをプリント回路ボードに取り付けるためにリフローされる。基板の反対側の面には、パッケージ内の内部配線によってはんだボールに電気的に結合される集積回路が取り付けられる。はんだボールの外部アレイは、集積回路と基板との熱膨張差によって引き起こされるはんだ応力を小さくするために集積回路の寸法プロファイルの外側に配置される。中心はんだボールは、一般に、集積回路からプリント回路ボードまで直接熱経路および電気経路を形成するためにパッケージのグランドおよび電力パッドに直接配線される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
発明の詳細な説明
参照番号によってより具体的に図面を参照すると、第３図および第４図には、本発明のボール・グリッド・アレイ（「ＢＧＡ」）集積回路パッケージ１０が示されている。パッケージ１０は、上面１４および反対側の底面１６を有する基板１２を含んでいる。基板１２の上面１４には、集積回路１８が取り付けられる。集積回路１８は、一般にマイクロプロセッサである。マイクロプロセッサに対して説明するが、パッケージ１０は、任意の電気デバイスを含むことを理解されたい。
【０００８】
基板１２の上面１４は、複数のボンド・パッド２０および接地バス２２を有する。基板１２はまた、集積回路１８およびグランド・パッド２２のまわりに同心的に配置された別の電力バス２３を有する。集積回路１８は、ボンド・ワイヤ２４によってボンド・パッド２０およびバス２２および２３に結合される。集積回路１８は、一般に、カプセル材２６によって囲まれる。ボンド・ワイヤ２４を図示し、説明するが、集積回路１８は、一般に「Ｃ４」または「フリップ・チップ」パッケージングと呼ばれるパッケージおよびプロセスにおいて回路ダイの底面上に配置されたはんだボールを有する基板に取り付けられ、結合される。
【０００９】
基板１２の底面１６は、複数のコンタクト・パッド２８を有する。コンタクト・パッド２８は、基板１２内のビア３０および内部配線３２によってボンド・パッド２０およびバス２２および２３に結合される。基板は、従来のプリント回路ボードまたは従来技術において周知の共焼成セラミック・パッケージング・プロセスを用いて構成することができる。
【００１０】
複数のはんだボール３４が周知のボール・グリッド・アレイ・プロセスによってコンタクト・パッド２８に取り付けられる。はんだボール３４は、一般に、パッケージ１０をプリント回路ボード（図示せず）に取り付けるためにリフローされる。
【００１１】
コンタクト・パッド２８は外部二次元アレイ３６および中心二次元アレイ３８内に配置される。各アレイは、多数の誘電体スペース４０によって互いに分離された複数のコンタクト・パッド２８を含んでいる。外部アレイ３６は、誘電体領域４２によって中心アレイ３８から分離される。外部アレイ３８は、集積回路１８の外部寸法プロファイルの外側に配置されることが好ましい。したがって、外部アレイ３８のはんだ接合は、集積回路１８の熱膨張率と基板１２の膨張率との差によって生じる応力を受けない。中心アレイ３８は、回路ダイの外縁ほどの熱膨張率を受けない領域内で集積回路１６の中心の近くに配置される。したがって、熱膨張率差によって生じるはんだ応力は、中心アレイ３８の領域内で最小になる。分離されたアレイは、はんだ接合に対する応力を最小限に抑えるパターンを形成する。
【００１２】
外部アレイ３６は、一般に、集積回路１６の信号線に結合される。中心アレイ３８は、基板１２の接地バス２０および電力バス２３に結合されることが好ましい。バス２２および２３を中心コンタクト・パッド３８に結合するビア３０は、基板中の直接熱経路を形成する。直接経路は、パッケージ１０の熱インピーダンスを小さくし、集積回路１８の接合温度を下げる。さらに、短い電気経路は、自己インダクタンスを小さくし、集積回路１８のスイッチング雑音を少なくする。
【００１３】
好ましい実施形態では、パッケージ１０は、幅２７×２７ミリメートル（ｍｍ）の基板１２上に２９２個のコンタクト・パッド２８を含んでいるか、または３５×３５ｍｍの基板１２上に３５２個のコンタクト・パッド２８を含んでいる。コンタクト・パッド２８間の誘電体スペース４０は、一般に１．２７ｍｍである。パッケージ１０は、一般に約２．５ｍｍの高さを有する。
【００１４】
パッケージ１０は、はんだボール３４をコンタクト・パッド２８に取り付けることによって組み立てられる。集積回路１８は、基板１２に取り付けられ、結合される。集積回路１８は、次いでカプセル材２６によって囲まれる。ＢＧＡパッケージ１０は、一般に、エンド・ユーザに送られ、エンド・ユーザははんだボール３４をリフローすることによってパッケージ１０をプリント回路ボードに取り付ける。
【００１５】
第５図に、基板１２’の外部アレイ３６’内にコンタクト・パッド２８の５個または６個の行をパッケージ１０’の代替実施形態を示す。追加のパッド２８は、パッケージ１０の入出力（Ｉ／Ｏ）を増大させる。外部アレイ３６’は、はんだ接合に対する応力を最小限に抑えるために集積回路１８の外部寸法プロファイルの外側にあることが好ましい。パッケージ１０’は、２７×２７ｍｍの基板１０上に３２４個のコンタクト・パッド２８を備えることができる。パッケージ６０のより長い行は、２７×２７ｍｍパッケージのフットプリント内に３５×３５ｍｍパッケージの概算Ｉ／Ｏをもたらす。
【００１６】
以上、いくつかの例示的な実施形態について説明し、添付の図面に示したが、そのような実施形態は、広範な本発明を説明するためのものにすぎず、限定するものではないこと、また様々な他の修正例を当業者なら思い付くので、本発明は、図示し、説明した特定の構成および配置に限定されるものではないことを理解されたい。
【００１７】
以下は、実施態様例である。
１．上面および反対側の底面を有する基板であって、前記底面が、それぞれ第１の距離だけ互いに分離されたコンタクト・パッドの外部アレイ、およびそれぞれ第２の距離だけ互いに分離されたコンタクト・パッドの中心アレイを有し、前記コンタクト・パッドの中心アレイが、第１および第２の距離よりも長い第３の距離だけ前記コンタクト・パッドの外部アレイから分離された基板と、
前記基板の前記コンタクト・パッドに取り付けられた複数のはんだボールとを含むボール・グリッド・アレイ・パッケージ。
２．前記基板の前記上面が複数のボンド・パッドを有することを特徴とする実施態様１に記載のパッケージ。
３．前記基板の前記上面が、前記基板中に延びる複数のビアによって前記コンタクト・パッドの中心アレイに接続された接地バスを有することを特徴とする実施態様２に記載のパッケージ。
４．前記コンタクト・パッドの外部アレイがコンタクト・パッドの少なくとも５つの行を有することを特徴とする実施態様３に記載のパッケージ。
５．前記基板の前記上面が、前記基板中に延びる複数のビアによって前記コンタクト・パッドの中心アレイに接続された電力バスを有することを特徴とする実施態様４に記載のパッケージ。
６．前記コンタクト・パッドの中心アレイが４×４マトリックスの形に配置されたことを特徴とする実施態様５に記載のパッケージ。
７．上面および反対側の底面を有する基板であって、前記上面が複数のボンド・パッドを有し、前記底面が、それぞれ第１の距離だけ互いに分離されたコンタクト・パッドの外部アレイ、およびそれぞれ第２の距離だけ互いに分離されたコンタクト・パッドの中心アレイを有し、前記コンタクト・パッドの中心アレイが、第１および第２の距離よりも長い第３の距離だけ前記コンタクト・パッドの外部アレイから分離された基板と、
前記基板の前記コンタクト・パッドに取り付けられた複数のはんだボールと、
前記基板に取り付けられ、かつ前記ボンド・パッドに取り付けられた集積回路とを含むボール・グリッド・アレイ集積回路パッケージ。
８．前記基板の前記上面が、前記集積回路に結合され、かつ前記基板中に延びる複数のビアによって前記コンタクト・パッドの中心アレイに接続された接地バスを有することを特徴とする実施態様７に記載のパッケージ。
９．前記コンタクト・パッドの外部アレイがコンタクト・パッドの少なくとも５つの行を有することを特徴とする実施態様８に記載のパッケージ。
１０．前記基板の前記上面が、前記基板中に延びる複数のビアによって前記コンタクト・パッドの中心アレイに接続された電力バスを有することを特徴とする実施態様９に記載のパッケージ。
１１．前記コンタクト・パッドの中心アレイが４×４マトリックスの形に配置されたことを特徴とする実施態様１０に記載のパッケージ。
１２．前記集積回路がカプセル材によって囲まれることを特徴とする実施態様１１に記載のパッケージ。
１３．前記コンタクト・パッドの外部アレイが前記集積回路の外部寸法プロファイルの外側に配置されることを特徴とする実施態様７に記載のパッケージ。
１４．ａ）上面および反対側の底面を有する基板であって、前記上面が複数のボンド・パッドを有し、前記底面が、それぞれ第１の距離だけ互いに分離されたコンタクト・パッドの外部アレイ、およびそれぞれ第２の距離だけ互いに分離されたコンタクト・パッドの中心アレイを有し、前記コンタクト・パッドの中心アレイが、第１および第２の距離よりも長い第３の距離だけ前記コンタクト・パッドの外部アレイから分離された基板を備えるステップと、
ｂ）前記基板の前記上面に集積回路を取り付けるステップと、
ｃ）前記コンタクト・パッドに複数の前記はんだボールを取り付けるステップとを含むボール・グリッド・アレイ集積回路パッケージを組み立てる方法。
１５．前記集積回路をカプセル化するステップをさらに含むことを特徴とする実施態様１４に記載の方法。
１６．複数のボンド・ワイヤを用いて前記集積回路を前記基板に結合するステップをさらに含むことを特徴とする実施態様１５に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１図は、従来技術のボール・グリッド・アレイ集積回路パッケージの底面図である。
【図２】第２図は、従来技術のボール・グリッド・アレイ集積回路パッケージの底面図である。
【図３】第３図は、本発明のボール・グリッド・アレイ集積回路パッケージの側部断面図である。
【図４】第４図は、第３図に示されるパッケージの底面図である。
【図５】第５図は、代替ボール・グリッド・アレイ集積回路パッケージの底面図である。
【符号の説明】
【００１９】
１８  集積回路
３６  コンタクトパッドの外部アレイ
３８  コンタクトパッドの中心アレイ
【図１】
2008252152.tif 000003
【図２】
2008252152.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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