(57)【要約】【課題】  短絡や断線が生じるのを抑えることができるランドグリッドアレイ型パッケージを提供することを目的としている。【解決手段】  素子側グランド電極６と基板側グランド電極９と、及び素子側周縁電極７と基板側周縁電極１０と、が共晶半田１６により半田付けされる構造のランドグリッドアレイ型パッケージにおいて、素子側グランド電極６における半田付け領域１８内には、実装基板３を貫通するガス抜き用貫通孔１５が形成されていることを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面略中央部に素子側中央電極が形成されると共にこの素子側中央電極の周縁に複数の素子側周縁電極が形成された半導体素子と、上記素子側中央電極と対応する位置に基板側中央電極が設けられると共にこの基板側中央電極の周縁で上記素子側周縁電極と対応する位置に複数の基板側周縁電極が形成された実装基板とを有し、且つ、上記素子側中央電極と上記基板側中央電極と、及び上記素子側周縁電極と基板側周縁電極と、が半田付け部により半田付けされる構造のランドグリッドアレイ型パッケージにおいて、
上記基板側中央電極における半田付け領域内には、上記実装基板を貫通するガス抜き用貫通孔が形成されていることを特徴とするランドグリッドアレイ型パッケージ。
【請求項２】
上記半田付け領域内における上記ガス抜き用貫通孔が存在する部位以外の部位に、上記素子側中央電極と上記基板側中央電極とを半田付けする上記半田付け部が存在する、請求項１記載のランドグリッドアレイ型パッケージ。
【請求項３】
上記ガス抜き用貫通孔は複数存在し、且つ上記半田付け領域内で分布密度が均一となるように配置される一方、上記半田付け部は複数存在し、且つ上記半田付け領域内で分布密度が均一となるように配置される、請求項２記載のランドグリッドアレイ型パッケージ。
【請求項４】
上記ガス抜き用貫通孔と半田付け部とが、上記半田付け領域内で略格子状に配置される、請求項３記載のランドグリッドアレイ型パッケージ。
【請求項５】
上記半導体素子が高周波用ＩＣチップである、請求項１〜４記載のランドグリッドアレイ型パッケージ。
【請求項６】
上記素子側中央電極と基板側中央電極とがグランド電極である、請求項１〜５記載のランドグリッドアレイ型パッケージ。
【請求項７】
上記素子側周縁電極と基板側周縁電極とが、それぞれ、電源電極、グランド電極、或いは信号電極から成る、請求項１〜６記載のランドグリッドアレイ型パッケージ。
【請求項８】
上記半田付け部の大きさは、上記基板側周縁電極の大きさと略同等になるように形成されている、請求項１〜７記載のランドグリッドアレイ型パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランドグリッドアレイ型パッケージに関し、特に無線伝送用モジュールに用いられるランドグリッドアレイ型パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、電子機器の小型化および高実装密度化等を図るべく、半導体のパッケージの形態がボールグリッドアレイやランドグリッドアレイというような、パッケージの裏面にグリッド状に接続電極を作ったリードを持たないパッケージが提案されている。特に、上記ランドグリッドアレイ型のものは高周波用ＩＣや高出力ＩＣに適用されることが多い。
ここで、上記高周波用ＩＣにおいてはパッケージの裏面中央部に大面積のグランド電極（ダイパッド）が形成され、このグランド電極全体に半田付けを行うような構造である。このような構造とするのは、なるべく大面積で半田付け（電気的に接続）することにより、グランド電位の安定性を図り、良好な高周波特性を維持するためである。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２９９４９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の構造では、グランド電極の周縁に形成された電源電極等において、断線や短絡が生じるという課題を有していた。具体的には、以下に示す理由により、このような不都合が生じるものと考えられる。
すなわち、ランドグリッドアレイ型パッケージの実装構造は、図１２に示すように、ランドグリッドアレイ型パッケージ用のＩＣチップ５０の中央部には大面積の素子側グランド電極５１が設けられ、周縁部には小面積の素子側電源電極５２ａ・５２ｂ等が設けられる一方、実装基板５３の中央部には大面積の基板側グランド電極５４が設けられ、周縁部には小面積の基板側電源電極５５ａ・５５ｂ等が設けられている。そして、素子側グランド電極５１と基板側グランド電極５４、素子側電源電極５２ａ・５２ｂと基板側電源電極５５ａ・５５ｂとが、それぞれ半田５６・５７ａ・５７ｂにより電気的に接続される構造である。
ここで、上述の如く、良好な高周波特性を維持するためには両グランド電極５１・５４間をなるべく大面積で半田付け（電気的に接続）する必要が生じる。
【０００５】
このため、実装基板５３の基板側グランド電極５４に半田ペーストを多量に塗布して、両グランド電極５１・５４間の半田付けを行なわなければならないが、このようにして半田付けを行うと、半田リフロー時の半田ペーストの表面張力と、半田ペースト内のフラックスの蒸発等によるガス発生とに起因して、ＩＣチップ５０が持ち上げられることになる。特に、ＩＣチップ５０の中央部で、表面張力の作用と、ガス発生によるガス溜り作用とが集中する。この結果、図１２に示すように、ランドグリッドアレイ型パッケージ用のＩＣチップ５０が実装基板５３に対して傾斜して搭載されるため、素子側電源電極５２ａと基板側電源電極５５ａとの間では半田ペーストが押圧されることに起因する短絡が生じたり、素子側電源電極５２ｂと基板側電源電極５５ｂとの間では半田ペーストの不足に起因する断線が生じたりするという課題を有していた。
【０００６】
本発明は以上の事情に鑑みなされたものであって、ランドグリッドアレイ型パッケージ用のＩＣチップが実装基板に対して傾斜して搭載されるのを抑制することにより、短絡や断線が生じるのを抑えることができるランドグリッドアレイ型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】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、裏面略中央部に素子側中央電極が形成されると共にこの素子側中央電極の周縁に複数の素子側周縁電極が形成された半導体素子と、上記素子側中央電極と対応する位置に基板側中央電極が設けられると共にこの基板側中央電極の周縁で上記素子側周縁電極と対応する位置に複数の基板側周縁電極が形成された実装基板とを有し、且つ、上記素子側中央電極と上記基板側中央電極と、及び上記素子側周縁電極と基板側周縁電極と、が半田付け部により半田付けされる構造のランドグリッドアレイ型パッケージにおいて、上記基板側中央電極における半田付け領域内には、上記実装基板を貫通するガス抜き用貫通孔が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
上記構成の如く、基板側中央電極内に実装基板を貫通するガス抜き用貫通孔が形成されていれば、半田リフロー時にガス発生が生じても、ガス抜き用貫通孔から外部にガスが排出されるため、半導体素子が持ち上げられるのを抑制することができる。したがって、半導体素子が実装基板に対して傾斜して搭載されるのを抑制することができるため、素子側周縁電極と基板側周縁電極との間で半田ペーストが押圧されることに起因する短絡や、素子側周縁電極と基板側周縁電極との間で半田ペーストの不足に起因する断線が生じるのを抑制することができる。
また、ガス抜き用貫通孔は、基板側中央電極における半田付け領域内に形成されているので、ガスの排出が一層円滑に行われることになる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、半田付け領域内におけるガス抜き用貫通孔が存在する部位以外の部位に、素子側中央電極と基板側中央電極とを半田付けする半田付け部が存在することを特徴とする。
上記構成であれば、ガス抜き用貫通孔に半田ペーストが詰まることによってガス排出が阻止されたり、半田ペーストがガス抜き用貫通孔を介して裏面側に抜けてしまうことによって短絡が生じたりするという不都合を回避することができるので、上記作用効果がより一層発揮される。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、ガス抜き用貫通孔は複数存在し、且つ半田付け領域内で分布密度が均一となるように配置される一方、半田付け部は複数存在し、且つ半田付け領域内で分布密度が均一となるように配置されることを特徴とする。
上記構成の如く、複数のガス抜き用貫通孔が半田付け領域内で均一に配置されていれば、何れの部位で発生したガスもガス抜き用貫通孔から外部に円滑に排出される。加えて、複数の半田付け部に分割されているので、各半田付け部における表面張力が低下する。これらのことから、半導体素子が持ち上げられるのを一層抑制することができ、半導体素子が実装基板に対して傾斜して搭載されるのをより抑制することができる。
また、半田付け部は半田付け領域内で分布密度が均一となるように配置されているので、半田付け部間の距離は短くなる。したがって、グランド電位の安定性が図れ、良好な高周波特性を維持することが可能となる。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、ガス抜き用貫通孔と半田付け部とが、半田付け領域内で略格子状に配置されることを特徴とする。
本請求項は、請求項４に記載したガス抜き用貫通孔と半田付け部とが半田付け領域内で均一に配置される一例を示すものであるが、本発明はこのような構造に限定されるものではない。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４記載の発明において、半導体素子が高周波用ＩＣチップであることを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項１〜５記載の発明において、素子側中央電極と基板側中央電極とがグランド電極であることを特徴とする。
請求項７記載の発明は、請求項１〜６記載の発明において、素子側周縁電極と基板側周縁電極とが、それぞれ、電源電極、グランド電極、或いは信号電極から成ることを特徴とする。
【００１３】
請求項８記載の発明は、請求項１〜７記載の発明において、上記半田付け部の大きさは、上記基板側周縁電極の大きさと略同等になるように形成されていることを特徴とする。
上記構成であれば、半田ペースト上に半導体素子を載置したときに、各半田ペーストに加わる圧力が均一となるので、半導体素子が実装基板に対して傾斜して搭載されるのを一層抑制することができ、上記作用効果がより発揮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明を実施するための最良の形態を、図１〜図４に基づいて説明する。図１は本発明の最良の形態に係るランドグリッドアレイ型パッケージに用いる実装基板の平面図、図２は本発明の最良の形態に係るランドグリッドアレイ型パッケージに用いるＩＣチップの裏面図、図３は本発明の最良の形態に係るランドグリッドアレイ型パッケージの作製工程を示す断面図、図４は本発明の最良の形態に係るランドグリッドアレイ型パッケージの断面図である。なお、本発明はその要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
【００１５】
図４に示すように、本発明のランドグリッドアレイ型パッケージ１は、ランドグリッドアレイ型パッケージ用のＩＣチップ（５．１５〜５．３５ＧＨｚ、高周波ＩＣ）２と、実装基板３とを有している。
上記ＩＣチップ２は、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）から成る半導体部４を有しており、この半導体部４の一方の面には、ガラスエポキシ樹脂等の材料で形成され上記半導体部４を封止する封止部５が形成される。上記半導体部４の他方の面の中央部には、金メッキ法により形成された素子側グランド電極（素子側中央電極）６が設けられており、上記半導体部４の他方の面の周縁部には、金メッキ法により形成された素子側周縁電極７が設けられており、この素子側周縁電極７と上記素子側グランド電極６とはワイヤ２７により電気的に接続されている。上記素子側グランド電極６は、図２に示すように、Ｌ１とＬ２とが６ｍｍの略正方形状を成す。上記素子側周縁電極７は素子側グランド電極６の周りに位置し、複数の素子側電源電極７ａと、複数の素子側グランド電極７ｂと、複数の素子側信号電極７ｃ（尚、図２においては、素子側電源電極７ａと素子側グランド電極７ｂと素子側信号電極７ｃとの一部にのみ符号を付し、その他のものは符号を省略している）とから構成されている。
【００１６】
一方、上記実装基板３は、ガラスエポキシ樹脂等の材料で形成された本体部８を有し、この本体部８における上記実装基板３側の面の上記素子側グランド電極６に対応する位置（中央部）には、銅から成る基板側グランド電極（基板側中央電極）９が形成されており、上記素子側周縁電極７に対応する位置（周縁部）には、銅から成る基板側周縁電極１０が形成されている。また、上記本体部８における上記実装基板３側の面とは反対側の面には、外部取り出し用の第１取り出し電極１１と第２取り出し電極１２とが形成されており、第１取り出し電極１１は取り出し用貫通孔（スルーホール）１３を介して上記基板側グランド電極９と電気的に接続される一方、第２取り出し電極１２は取り出し用貫通孔（スルーホール）１４を介して上記基板側周縁電極１０と電気的に接続される。また、上記基板側グランド電極９には、半田リフロー時に半田ペースト内のフラックスの蒸発等に起因するガスを速やかに外部に放出するためのガス抜き用貫通孔１５（直径Ｌ３＝０．３ｍｍ）が形成されている。また、上記素子側グランド電極６と基板側グランド電極９と、及び、素子側周縁電極７と基板側周縁電極１０とは、それぞれ共晶半田１６・１７により電気的に接続されている。
【００１７】
ここで、上記基板側グランド電極９は、図１に示すように、Ｌ４とＬ５とが６ｍｍの略正方形状を成す。また、基板側グランド電極９内の半田付け領域（最外周の共晶半田１６間を結んだ仮想的な範囲をいう）１８内には格子状に多数のガス抜き用貫通孔１５が形成されており、このガス抜き用貫通孔１５が形成されていない部位には、格子状に共晶半田１６が存在している。尚、上記基板側グランド電極９に対する上記ガス抜き用貫通孔１５の割合は、１つのガス抜き用貫通孔１５の直径が０．３ｍｍ、ガス抜き用貫通孔１５の個数が２５個、略正方形状の基板側グランド電極９の一辺の長さが６ｍｍであることを考慮すると、下記数１に示す式により算出できる。
【００１８】
０．１５×０．１５×３．１４×２５÷（６×６）×１００≒４．９％  （数１）
また、上記基板側周縁電極１０は基板側グランド電極９の周りに位置し、複数の基板側電源電極１０ａと、複数の基板側グランド電極１０ｂと、複数の基板側信号電極１０ｃ（尚、図１中、基板側電源電極１０ａと基板側グランド電極１０ｂと基板側信号電極１０ｃとの一部にのみ符号を付し、その他のものは符号を省略している）とから構成されている。そして、実装基板３の周縁には、基板側周縁電極１０と接続された外部取り出し端子１９が設けられている。
【００１９】
ここで、上記ランドグリッドアレイ型パッケージの作製は、図３に示すように、実装基板３の基板側グランド電極９上に半田ペースト２５を格子状（図１に示す共晶半田１６と同形状）に塗布すると共に、実装基板３の基板側周縁電極１０上に半田ペースト２６を塗布する。尚、この半田ペースト塗布工程は、メタルマスク等を用いて行うことができる。次に、基板側グランド電極９上にＩＣチップ２を載置した後、半田リフロー炉を用いて半田リフローすることにより作製した。
【実施例】
【００２０】
（実施例１）
実施例１としては、上記発明を実施するための最良の形態のランドグリッドアレイ型パッケージを用いた。
このように作製したランドグリッドアレイ型パッケージを、以下、本発明パッケージＡと称する。
【００２１】
（実施例２）
図５に示すように、４分割した方形状の半田ペースト２５を塗布する他は、上記実施例１と同様にしてランドグリッドアレイ型パッケージを作製した。
このように作製したランドグリッドアレイ型パッケージを、以下、本発明パッケージＢと称する。
尚、上記図５及び下記図６〜図９においては、理解の容易のため、外部取り出し端子１９のリードを省略している。
【００２２】
（実施例３）
図６に示すように、３分割した半田ペースト２５を塗布する他は、上記実施例１と同様にしてランドグリッドアレイ型パッケージを作製した。
このように作製したランドグリッドアレイ型パッケージを、以下、本発明パッケージＣと称する。
【００２３】
（比較例１）
図７に示すように、基板側グランド電極９の周縁（半田付け領域１８外）にのみガス抜き用貫通孔１５を形成し、このガス抜き用貫通孔１５の内側に半田ペースト２５を塗布する他は、上記実施例１と同様にしてランドグリッドアレイ型パッケージを作製した。
このように作製したランドグリッドアレイ型パッケージを、以下、比較パッケージＸと称する。
【００２４】
（比較例２）
図８に示すように、３分割した半田ペースト２５を塗布する他は、上記比較例１と同様にしてランドグリッドアレイ型パッケージを作製した。
このように作製したランドグリッドアレイ型パッケージを、以下、比較パッケージＹと称する。
【００２５】
（実験）
上記本発明パッケージＡ〜Ｃ、比較パッケージＸ、Ｙにおける断線と短絡との有無について調べたので、その結果を図５〜図９に示す。本発明パッケージＢ，Ｃ、比較パッケージＸ、Ｙの実験結果については、それぞれ各説明に使用した図に併せて示し、本発明パッケージＡの実験結果については、図９に示す。尚、各図において、断線或いは短絡が生じた部分については、電極を黒く塗りつぶしている。
図９から明らかなように、本発明パッケージＡでは全く断線或いは短絡が生じておらず、また、図５及び図６から明らかなように、本発明パッケージＢ、Ｃでは断線或いは短絡が生じる場合もあるが、その数は極めて少ない。これに対して、図７及び図８から明らかなように、比較パッケージＸ、Ｙでは多数の断線或いは短絡が生じていることが認められる。
【００２６】
このような結果となったのは、以下に示す理由によるものと考えられる。即ち、比較パッケージＸでは、半田付け領域１８の外側にしかガス抜き用貫通孔１５が存在しないため、半田リフロー時に発生するガスが円滑に排出されず、しかも基板側グランド電極９上には大面積の半田ペースト２５が１つだけ塗布されるものであるため、半田ペースト２５の表面張力が大きくなる。したがって、ＩＣチップが実装基板に対して傾斜して搭載されるため、素子側周縁電極７と基板側周縁電極１０との間で短絡や断線が生じる。また、比較パッケージＹでは、半田ペースト２５は３分割されているものの、やはり半田ペースト２５の表面張力が大きくなり、しかも半田付け領域１８の外側にしかガス抜き用貫通孔１５が存在しないため、素子側周縁電極７と基板側周縁電極１０との間で短絡や断線が生じるのを防止するには至らない。
【００２７】
これに対して、本発明パッケージＡ〜Ｃでは、半田付け領域１８内にガス抜き用貫通孔１５が存在するため、半田リフロー時に発生するガスが円滑に排出される。但し、本発明パッケージＢ、Ｃでは、ガス抜き用貫通孔１５上に半田ペースト２５が塗布される場合があるため、ガスが円滑に排出できない場合が生じ、且つ、１つあたりの半田ペースト２５の面積が大きいため、半田ペースト２５の表面張力が大きくなる。このため、素子側周縁電極７と基板側周縁電極１０との間で短絡や断線が生じる場合があり得る。加えて、半田ペースト２５がガス抜き用貫通孔１５を介して裏面側に抜けてしまうことがあるため、これも短絡の原因となりうる。しかし、本発明パッケージＡでは、ガス抜き用貫通孔１５上に半田ペースト２５が塗布されるのを防止できるので、ガスを円滑に排出でき、且つ、１つあたりの半田ペースト２５の面積が小さいため、半田ペーストの表面張力が小さくなる。このため、素子側周縁電極７と基板側周縁電極１０との間で短絡や断線が生じるのを確実に防止することができる。加えて、半田ペースト２５がガス抜き用貫通孔１５を介して裏面側に抜けてしまうこともない。
尚、実験結果は図示しないが、図１０（比較例）及び図１１（本発明）に示すようにして半田ペースト２５を塗布したところ、上記と同様の傾向にあることを確認した。
【００２８】
（その他の事項）
（１）上記実施例では半導体素子の一例として高周波用ＩＣチップを例にとって説明したが、本発明は高周波用ＩＣチップに限定されるものではない。
（２）上記実施例ではガス抜き用貫通孔の形状を円筒状としたが、これに限定するものではなく、方形筒状、三角形筒状等であっても良く、また、半田ペーストの塗布形状も方形状に限定するものではなく、三角形状等であっても良い。
（３）基板側グランド電極に対するガス抜き用貫通孔の割合は上記の割合に限定するものではないが、この割合が大き過ぎると半田ペーストの塗布面積が小さくなって素子側グランド電極と基板側グランド電極との半田強度が小さくなる一方、この割合が小さ過ぎるとガスが円滑に排出されず、ＩＣチップが実装基板に対して傾斜して搭載されて、素子側周縁電極と基板側周縁電極との間で短絡や断線が生じる。したがって、上記不都合が生じない範囲に規制するのが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上説明したように、本発明によると、短絡や断線が生じるのを抑えることができるランドグリッドアレイ型パッケージを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の最良の形態に係るランドグリッドアレイ型パッケージに用いる実装基板の平面図。
【図２】本発明の最良の形態に係るランドグリッドアレイ型パッケージに用いるＩＣチップの裏面図。
【図３】本発明の最良の形態に係るランドグリッドアレイ型パッケージの作製工程を示す断面図。
【図４】本発明の最良の形態に係るランドグリッドアレイ型パッケージの断面図。
【図５】本発明パッケージＢにおける半田ペースト塗布状態及び半田リフロー後の断線、短絡不良を示す平面図。
【図６】本発明パッケージＣにおける半田ペースト塗布状態及び半田リフロー後の断線、短絡不良を示す平面図。
【図７】比較パッケージＸにおける半田ペースト塗布状態及び半田リフロー後の断線、短絡不良を示す平面図。
【図８】比較パッケージＹにおける半田ペースト塗布状態及び半田リフロー後の断線、短絡不良を示す平面図。
【図９】本発明パッケージＡにおける半田ペースト塗布状態及び半田リフロー後の断線、短絡不良を示す平面図。
【図１０】本発明パッケージの変形例における半田ペースト塗布状態を示す平面図。
【図１１】比較パッケージの変形例における半田ペースト塗布状態を示す平面図。
【図１２】従来のランドグリッドアレイ型パッケージの断面図。
【符号の説明】
【００３１】
１  ランドグリッドアレイ型パッケージ
２  ＩＣチップ
３  実装基板
６  素子側グランド電極
７  素子側周縁電極
９  基板側グランド電極
１０  基板側周縁電極
１５  ガス抜き用貫通孔
１６  共晶半田
１７  共晶半田
１８  半田付け領域
２５  半田ペースト
【図１】
2005150643.tif 000003
【図２】
2005150643.tif 000004
【図３】
2005150643.tif 000005
【図４】
2005150643.tif 000006
【図５】
2005150643.tif 000007
【図６】
2005150643.tif 000008
【図７】
2005150643.tif 000009
【図８】
2005150643.tif 000010
【図９】
2005150643.tif 000011
【図１０】
2005150643.tif 000012
【図１１】
2005150643.tif 000013
【図１２】
2005150643.tif 000014