(57)【要約】【課題】リフローハンダ付けにおいて、ハンダ付け温度がピーク温度近辺に達する際、半導体パッケージの樹脂封止材の熱膨張によってパッケージが上に凸に反るという現象が起こることがあった。この現象によって、エリアアレイ型半導体パッケージのコーナー部にパッケージの自重が集中してかかり、ハンダの溶融時に集中して自重を受けたコーナー部の溶融ハンダが押しつぶされ、隣の電極のハンダと繋がってしまう、ブリッジ不良が発生する。本発明の目的は、半導体パッケージの、樹脂封止材の熱膨張による反りを低減する事である。【解決手段】半導体パッケージの樹脂封止部分の上面に凹みの構造を持たせ、リフロー実装時に樹脂がパッケージ中心方向へも熱膨張可能とすることを、上に凸となる反りを大きく低減させるための手段とし、ブリッジ不良を抑制する効果を得る。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体パッケージ上部の樹脂封止材部分の中央部が凹んでおり、熱膨張による樹脂の外側への伸びを凹み部分で吸収することによって、パッケージの反りを低減する構造を持つことを特徴とする、エリアアレイ型の半導体パッケージ部品。
【請求項２】
請求項１に記載のエリアアレイ型半導体パッケージ部品について、パッケージ上部の樹脂封止材部分にワイヤを避けるように任意の方向へ溝が構成されており、熱膨張による樹脂の外側への伸びを中央部の穴と溝の部分で吸収することによって、パッケージ上面の伸びを低減し、パッケージの反りを低減する構造を持つことを特徴とする、エリアアレイ型の半導体パッケージ部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、エリアアレイ型半導体パッケージの樹脂封止部分の上面に凹みの構造を持たせ、リフロー実装時に樹脂がパッケージの中心方向へも熱膨張可能とすることによって、上に凸となるパッケージの反りを減少させ、パッケージコーナー部にパッケージの自重が集中してかかることによって発生するブリッジ不良を抑制する、という主旨である。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明はエリアアレイ型半導体パッケージに関わり、リフロー実装時の反り低減を実現する構造に関する。
【０００３】
【従来の技術】
リフローハンダ付けにおいて、ハンダ付け温度がピーク温度近辺に達する際、半導体パッケージの構成物の熱膨張によってパッケージが反るという現象が起こることがあった。その場合従来は、反りの原因となっている構成物の材料変更という対応がとられる場合が多かった。また、特開平９−１６７８１１に記載のとおり、半導体パッケージ上面に剛性の高い金属板を貼りつけ、強制的に反りを無くすという技術によって対応がなされる場合もあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
リフローハンダ付けにおいて、ハンダ付け温度がピーク温度近辺に達する際、半導体パッケージの樹脂封止材の熱膨張によってパッケージが上に凸に反るという現象が起こることがあった。この現象によって、エリアアレイ型半導体パッケージのコーナー部にパッケージの自重が集中してかかり、ハンダの溶融時に集中して自重を受けたコーナー部の溶融ハンダが押しつぶされ、隣の電極のハンダと繋がってしまう、ブリッジ不良が発生した。本発明の解決する課題は、半導体パッケージの、樹脂封止材の熱膨張による反りを低減する事である。
【０００５】
さらに近年は、鉛フリーハンダの使用が一般的となりつつあり、従来のハンダとの融点の違いから、リフロー実装のピーク温度は従来に比べ、２０℃から３０℃程度上がるケースが多く見られる。その結果、パッケージの樹脂封止部分の熱膨張量が増え、従来よりも大きな反りが発生し、パッケージコーナー部にブリッジ不良が多くみられるようになった。そこで実装してブリッジ不良が出てから対策を施すのではなく、あらかじめブリッジ不良が出にくいパッケージであることが望まれている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、半導体パッケージの樹脂封止部分の上面に凹みの構造を持たせ、リフロー実装時に樹脂がパッケージ中心方向へも熱膨張可能とすることを、上に凸となる反りを大きく低減させるための手段とし、ブリッジ不良を抑制する効果を得る。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００８】
図１は本発明の一実施例を示すエリアアレイ型半導体パッケージであるＢＧＡ半導体パッケージであり、図２は図１のＡ−Ｂ線断面図である。本実施例のＢＧＡ半導体パッケージは、図１の１に示すとおり、パッケージ上部の樹脂封止部分の中央部が凹んだ構造となっており、さらに、１の凹みはパッケージの内部に存在する２のシリコンと３のインターポーザーを結線する４のワイヤーを避け、シリコンの上部に位置する構造となっている。
【０００９】
５の樹脂封止部分の材質には、室温〜１９０℃の熱膨張係数が１６ｐｐｍ／℃、Ｔｇ点が１９０℃、１９０℃以上の熱膨張係数が５６０ｐｐｍ／℃の樹脂を用いた。３のインターポーザーには熱膨張係数が１６ｐｐｍのＦＲ４基板を用い、はんだボール、はんだペーストのはんだ材には錫９６．５％、銀３．０％、銅０．５％で構成される合金を用いた。また本実施例におけるパッケージ寸法は、外形寸法３０ｍｍＳＱ、シリコン寸法９ｍｍＳＱ、樹脂封止厚２ｍｍ、シリコン厚０．４ｍｍ、インターポーザー厚０．５ｍｍである。中央部の穴は、穴の無い先の寸法のパッケージの上面に、５ｍｍＳＱ、深さ１ｍｍの角柱形に凹んだ形状を切削加工した。以上のようなパッケージを１００個用意し、テスト基板に対しリフロー実装を行い、ブリッジ不良の発生頻度を確認する実験を行なった。本実施例では、発明の効果を検証するために、パッケージ上面に穴を空けなかったものについても同様の実験を行った。その際のリフロー温度プロファイルは、図３に示すとおり、初期加熱昇温レート２℃／ｓｅｃ、プリヒート条件１６０℃から１８０℃へ６０秒間、本加熱昇温レート２℃／ｓｅｃ、ピーク条件を２４０℃２０秒間とした。
【００１０】
本実施例のＢＧＡ半導体パッケージはリフロー実装の際、パッケージ上面の穴によって、図４のｃ、ｄで示すように樹脂封止の熱膨張が中央方向と外方向に発生し、樹脂封止の外方向への伸びが減少し、ｅの矢印のようなパッケージの上に凸となる反りが減少していることがわかった。その結果、パッケージのコーナー部への自重の集中は緩和され、コーナー部の溶融ハンダの、つぶれによる横方向への膨らみ量が減少したため、ブリッジ不良は発生しなかった事をＸ線透過観察で確認した。一方、パッケージ上面に穴を空けなかったものについて同様にリフロー実装を行った場合、１００サンプル中２５サンプルにおいて、コーナー部のブリッジ不良を同様の方法で確認した。このサンプルはリフロー加熱の際、図５の断面図中のｆの矢印で示すとおり、図４の本発明の形態を持つＢＧＡに比べ大きく熱膨張し、さらに、ｇの矢印のようなパッケージの上に凸となる反りが大きく出ている事が分かった。
【００１１】
以上の結果から本発明の効果が確認できた。
【００１２】
本実施例で用いたパッケージは、パッケージ上面の樹脂封止部分に穴の無いものを用意し、切削加工を施したが、基本的にパッケージの使用段階において樹脂封止部分に穴が空いた形状であればよいものとする。例えば、エリアアレイ型半導体パッケージの樹脂封止プロセスにおいて、あらかじめ樹脂封止部上面に穴の空くような形状に封止できる型を用いて本発明の形状を作りこむ事などをも指す。
【００１３】
また、本実施例における穴の形状は角柱形であったが、樹脂内部のワイヤを避けたシリコン上部の穴であれば、円柱形、角錐形など、形状は問わないものとする。
【００１４】
また、本実施例はシリコン上部の樹脂封止部分の穴のみであったが、その構造を含めば、図５に示すように穴とそれ以外の構造を含む場合でも良いものとする。図６では特に、樹脂封止部分の内部にあるワイヤを避けやすいパッケージの対角線上に溝を併せ持つ場合を示している。
【００１５】
【発明の効果】
半導体パッケージはシリコン、封止樹脂、プリント基板などの複合体であり、それぞれが異なる熱膨張を起こすため半導体パッケージ全体として反りを起こすが、ＢＧＡ半導体パッケージを本発明に従った構造にすることによって、リフロー時の上に凸となる反りを低減し、パッケージコーナー部の電極におけるブリッジ不良の発生を抑える効果を得ることが本発明の主旨である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すＢＧＡ半導体パッケージを表す。
【図２】図１のＡ−Ｂ線断面図を表す。
【図３】本実施例のリフロー実装においてかけられる熱履歴を表す。
【図４】本実施例で用いた、本発明の形態を持つＢＧＡの断面図を表す。
【図５】本実施例で用いた、従来の形態を持つＢＧＡの断面図を表す。
【図６】シリコン上部の樹脂封止部分の穴とそれ以外の構造を持つエリアアレイ型パッケージの例を表す。ここでは特に、樹脂封止部分の内部にあるワイヤを避けやすいパッケージの対角線上に溝を併せ持つ場合を示している。
【符号の説明】
１　パッケージ上部の樹脂封止部分の中央部が凹んだ構造を示す。
２　シリコンを示す。
３　インターポーザーを示す。
４　シリコンの電極とインターポーザーの電極を結ぶワイヤーを示す。
５　樹脂封止部分を示す。６：はんだボールを示す。
ｃ、ｄ、ｅ、ｆ　リフロー時の、パッケージ上部、下部の変形方向と量を表す矢印である。
【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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