(57)【要約】      （修正有）【課題】ＢＧＡ型半導体装置と共に搭載するチップ部品による耐ノイズ性を向上させることができる搭載位置を実現する手段を提供する。【解決手段】格子状に配列された半田ボールを有するＢＧＡ型半導体装置と実装基板との間に配置され、ＢＧＡ型半導体装置を機能させるチップ部品を収容するチップ部品収容板２８が、半田ボールの直径よりも薄く、かつチップ部品の高さより厚い板厚を有すると共に、チップ部品収容板２８を貫通し、半田ボールが挿入されるボール挿入孔２２と、隣合う４つのボール挿入孔２２の中央部にチップ部品が挿入されるチップ収容孔２４とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
格子状に配列された半田ボールを有するＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）型半導体装置と、該ＢＧＡ型半導体装置を搭載する実装基板との間に配置され、前記ＢＧＡ型半導体装置を機能させるチップ部品を収容するチップ部品収容板であって、
該チップ部品収容板の板厚を、前記半田ボールの直径よりも薄く、かつ前記チップ部品の高さより厚い板厚とすると共に、前記チップ部品収容板を貫通し、前記半田ボールが挿入されるボール挿入孔と、隣合う４つの前記ボール挿入孔の中央部に、前記チップ部品収容板を貫通し、前記チップ部品を挿入するチップ収容孔とを設けたことを特徴とするチップ部品収容板。
【請求項２】
請求項１において、
前記チップ部品収容板の前記実装基板側の面に、前記ボール挿入孔を縦横に接続し、前記チップ部品収容板を横切って形成されたボール挿入孔連通溝と、前記チップ収容孔を縦横に接続し、前記チップ部品収容板を横切って形成されたチップ収容孔連通溝とを設けたことを特徴とするチップ部品収容板。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記チップ部品収容板の板厚を、前記半田ボールの体積と前記ボール挿入孔の内容積とが略同等となるようにしたことを特徴とするチップ部品収容板。
【請求項４】
請求項１、請求項２または請求項３において、
前記チップ収容孔の形状を、複数種類の円弧を組合せて略十字型に形成し、該円弧の少なくとも１種類の円弧に、前記チップ部品を案内させることを特徴とするチップ部品収容板。
【請求項５】
請求項１から請求項３または請求項４において、
前記チップ部品収容板の外周形状を、前記ＢＧＡ型半導体装置の外周形状と略同等にしたことを特徴とするチップ部品収容板。
【請求項６】
格子状に配列された半田ボールを有するＢＧＡ型半導体装置と、該ＢＧＡ型半導体装置を搭載する実装基板と、前記ＢＧＡ型半導体装置を機能させるチップ部品と、前記ＢＧＡ型半導体装置と前記実装基板の間に配置され、前記チップ部品を収容するチップ部品収容板とを備えたことを特徴とするＢＧＡ型半導体装置の実装構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）型半導体装置と共に実装基板に搭載されるチップ部品をＢＧＡ型半導体装置と実装基板との間に搭載するために用いるチップ部品収容板およびＢＧＡ型半導体装置の実装構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＢＧＡ型半導体装置は、複数の配線層が形成された多層構造の実装基板のおもて面に格子状に配列されたパッドを形成し、このパッドに導体パターンやスルーホールを介して内部配線を電気的に接続すると共に、ＢＧＡ型半導体装置の格子状に配列された半田ボールを半田付けして実装基板にＢＧＡ型半導体装置を搭載している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このようにして搭載されたＢＧＡ型半導体装置を正常に機能させるためには、ＢＧＡ型半導体装置のドライバ側の反射雑音を抑制するためのダンピング抵抗器や電源とアースの間に介在させるバイパスコンデンサ等のチップ部品をＢＧＡ型半導体装置を搭載した実装基板に搭載することが必要になり、これらのチップ部品は一般にＢＧＡ型半導体装置の周辺に配置される。
【０００４】
図９はチップ部品の一般的な搭載例を示す説明図である。
図９において、１はＢＧＡ型半導体装置（以下、単に半導体装置という。）であり、その裏面１ｂには格子状に配列された半田ボール２が設けられている。
４は実装基板であり、複数の配線層が形成された基板５の基板おもて面５ａに半導体装置１の各半田ボール２に対向配置されたパッド６が形成されている。
【０００５】
本例の配線層は、基板５の基板おもて面５ａや基板裏面５ｂ上に形成された導体パターン７および基板５の内部に形成された電源層８、アース層９、並びに電源層８とアース層９との間に２層に形成された内部配線１０の６層で構成されている。
１１はスルーホールであり、基板５の厚さ方向に延在する導電体からなる円柱状部材であって、基板おもて面５ａに形成されたパッド６と基板裏面５ｂに形成された導体パターン７との間やパッド６と内部配線１０との間、基板おもて面５ａに形成された導体パターン７と内部配線１０との間等を電気的に接続している。
【０００６】
１４はチップ部品としてのダンピング抵抗器であり、基板５の基板おもて面５ａの半導体装置１の側方に配置され、その一方の平板状の端子１４ａは基板おもて面５ａの導体パターン７、スルーホール１１、内部配線１０、スルーホール１１、基板おもて面５ａのパッド６を介して比較的長い経路で半導体装置１のドライバ素子に接続する半田ボール２と電気的に接続し、他方の平板状の端子１４ｂは基板おもて面５ａの他の導体パターン７と電気的に接続して半導体装置１のレシーバ素子に接続しており、半導体装置１のドライバ側の出力インピーダンスをマッチングさせてドライバ側での反射雑音を抑制する機能を有している。
【０００７】
１５はチップ部品としてのバイパスコンデンサであり、基板５の基板裏面５ｂの半導体装置１の下方に配置され、その一方の平板状の端子１５ａは基板裏面５ｂの導体パターン７、絶縁された状態でアース層９を貫くスルーホール１１を介して電源層８と電気的に接続し、他方の平板状の端子１５ｂは基板裏面５ｂの他の導体パターン７、スルーホール１１を介してアース層９と電気的に接続しており、スイッチング部品等の他の部品の動作に伴ってアース層９に生じるアース雑音が電源層８へ伝わることを抑制する機能を有している。
【０００８】
上記のように、それぞれの機能を有するチップ部品を実装基板４の半導体装置１の周辺に配置して半導体装置１を正常に機能させている。
【特許文献１】特開２００３−１８８５０８号公報（第５頁段落００２７−第６頁段落００３９、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した一般的なチップ部品の配置においては、ダンピング抵抗器が比較的長い経路で半導体装置と接続されているため、この長い経路が伝送路と做され、半導体装置のドライバ側の出力インピーダンスとダンピング抵抗器の抵抗値との和を経路の特性インピーダンスと同等にすることが困難になり、ダンピング抵抗器による反射雑音の抑制効果が低下してしまうという問題がある。
【００１０】
また、バイパスコンデンサを実装基板の基板裏面に配置した場合は、バイパスコンデンサの電源側の端子が絶縁された状態でアース層を貫くスルーホールを介して電源層に電気的に接続しているため、他の部品が動作したときに回りこんでくるアース雑音が電源層へ伝わりやすくなるという問題がある。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、チップ部品による耐ノイズ性を向上させることができるチップ部品の搭載位置を実現する手段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】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するために、格子状に配列された半田ボールを有するＢＧＡ型半導体装置と、該ＢＧＡ型半導体装置を搭載する実装基板との間に配置され、前記ＢＧＡ型半導体装置を機能させるチップ部品を収容するチップ部品収容板であって、該チップ部品収容板の板厚を、前記半田ボールの直径よりも薄く、かつ前記チップ部品の高さより厚い板厚とすると共に、前記チップ部品収容板を貫通し、前記半田ボールが挿入されるボール挿入孔と、隣合う４つの前記ボール挿入孔の中央部に、前記チップ部品収容板を貫通し、前記チップ部品を挿入するチップ収容孔とを設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
これにより、本発明は、ダンピング抵抗器やバイパスコンデンサ等のチップ部品を半導体装置の裏面と実装基板の基板おもて面との間に搭載して半導体装置の半田電極とチップ部品の端子との間の経路を最短距離とすることが可能になり、チップ部品による半導体装置との適切なインピーダンスマッチングによる反射雑音の抑制機能やアース雑音の抑制機能等のチップ部品の機能を十分に発揮させることができ、チップ部品による耐ノイズ性を向上させることができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、図面を参照して本発明によるチップ部品収容板の実施例について説明する。
【実施例】
【００１４】
図１は実施例の半導体装置の実装基板への載置状態を示す説明図、図２は実施例のチップ部品収容板を示す三面図、図３は実施例のチップ収容孔近傍を示す上面から見た拡大図、図４は実施例のバイパスコンデンサの設置状態を示す上面から見た説明図、図５は図４のＡ−Ａ断面を示す説明図である。
なお、図２はチップ部品収容板の上面とその２方向の側面図を同時に示した図である。
【００１５】
また、上記で図９を用いて説明したと同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
図１において、２１はチップ部品収容板であり、半導体装置１の裏面１ａと実装基板４の基板５の基板おもて面５ａとの間に配置される。
チップ部品収容板２１は、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁材料で形成された半田ボール２の直径よりも薄く、かつ搭載するチップ部品の高さより厚い板厚を有する板状部材であって、その外周形状は半導体装置１やチップ部品収容板２１の製作精度を考慮して半導体装置１と略同等の外周形状に形成される。
【００１６】
図２、図３において、２２はボール挿入孔であり、半導体装置１の半田ボール２の配列ピッチと同じ配列ピッチで格子状に配列された半田ボール２の直径と略同等の直径を有するチップ部品収容板２１に形成された貫通孔であって、半田ボール２が挿入される。
２４はチップ収容孔であり、隣合う４つのボール挿入孔２に囲まれた領域の中央部に形成されたチップ部品収容板２１を貫通する略十字型の孔であって、複数種類の円弧、つまり大円弧である大円弧部２５と小円弧である小円弧部２６との２種類の円弧を組合せて略十字型に形成される。
【００１７】
２７はボール挿入孔連通溝であり、チップ部品収容板２の実装基板４側の面、つまりチップ部品収容板２の裏面にボール挿入孔２２を縦横に接続し、チップ部品収容板２１を横切ってその側面の一方から他方に渡って形成されたＶ字状の溝であって、半田ボール２を溶融させるための熱風の通路等として機能する。
２８はチップ収容孔連通溝であり、チップ部品収容板２の裏面にチップ収容孔１４を縦横に接続し、チップ部品収容板２１を横切って形成されたＶ字状の溝であって、チップ部品の端子と基板おもて面５ａの導体パターン７とを接合するために塗布される半田ペーストを溶融させるための熱風の通路等として機能する。
【００１８】
図４、図５において、３１は角パッドであり、基板５の基板おもて面５ａに形成されたチップ部品の両側の平板状の端子がそれぞれ接合される角型のパッドであって、基板５の内部に形成された電源層８、アース層９もしくは内部配線１０とスルーホール１１を介して、または基板５の基板おもて面５ａに形成されたパッド６と導体パターン７を介して電気的に接続する。
【００１９】
図４、図５に示すバイパスコンデンサ１５は、チップ収容孔２４の十字に配置された１種類の円弧である大円弧部２５のどちらか一方の方向（本実施例では図４における水平方向）にバイパスコンデンサ１５の両側の平板状の端子１５ａ、１５ｂの側面の角部を嵌合させてチップ収容孔２４に挿入され、端子１５ａ、１５ｂの下面がそれぞれ角パッド３１に接合される。
【００２０】
また、バイパスコンデンサ１５の端子１５ａは所定のパッド６と導体パターン７を介して電気的に接続すると共にスルーホール１１を介して電源層８と電気的に接続し、端子１５ｂはスルーホール１１を介してアース層９と電気的に接続している。
図６は実施例のダンピング抵抗器の設置状態を示す上面から見た説明図
図６に示すダンピング抵抗器１４は、チップ収容孔２４の十字に配置された大円弧部２５のどちらか一方の方向（本実施例では図６における垂直方向）にダンピング抵抗器１４の両側の平板状の端子１４ａ、１４ｂの側面の角部を嵌合させてチップ収容孔２４に挿入され、端子１４ａ、１４ｂの下面がそれぞれ角パッド３１に接合される。
【００２１】
また、ダンピング抵抗器１４の端子１４ａは所定のパッド６と導体パターン７を介して電気的に接続し、端子１４ｂはスルーホール１１を介して内部配線１０と電気的に接続している。
本実施例のパッド６は図４、図６に示すようにボール挿入孔２２の内部に収容可能な円形のパッドとして形成され、角パッド３１はチップ収容孔連通溝２８のＶ字溝の内部に収容可能な角型のパッドとして形成されている。
【００２２】
上記のチップ部品収容板２１の板厚は、半田ボール２の直径よりも薄く、かつチップ部品の高さより厚い板厚として説明したが、望ましくは半田の固化時の体積変化を考慮した場合に、半田ボール２を溶融してパッド６に接合する時にボール挿入孔２２が固化した半田で丁度満たされる板厚、つまり半田ボール２の体積とボール挿入孔２２の内容積が略同等となる板厚に設定するとよい。
【００２３】
また、チップ収容孔連通溝２８の深さは、チップ部品の接合信頼性を確保するに必要な半田ペーストの塗布厚さと同等に設定するとよい。
以下に、半田ボール２の配列ピッチが１．２７ｍｍである半導体装置１に適用するチップ部品収容板２１の寸法例を示す。
本実施例の半田ボール２の直径は０．７５ｍｍであるので、ボール挿入孔２２の直径は０．８５ｍｍ、ボール挿入孔２２の配列ピッチは１．２７ｍｍであり、チップ部品収容板２１の板厚は０．５ｍｍである。
【００２４】
また、チップ収容孔２４とボール挿入孔２２との中心間距離はそれぞれ０．６３５ｍｍ、チップ収容孔２４の大円弧部２５はチップ収容孔２４の中心から四方に０．２ｍｍ隔てた位置を中心とする半径０．２ｍｍの円弧で構成され、小円弧部２６はチップ収容孔２４の中心から四方に０．４ｍｍ隔てた位置を中心とする半径０．１ｍｍの円弧で構成されている。これにより本実施例のチップ収容孔２４は２種類のドリルを用いれば穿孔することが可能になる。
【００２５】
更に、ボール挿入孔連通溝２７の溝幅は０．８５ｍｍ、溝深さは０．２ｍｍ、チップ収容孔連通溝２８の溝幅は０．４ｍｍ、溝深さは０．２ｍｍである。
上記の構成の作用について説明する。
半導体装置１を実装基板４に実装する場合は、チップ部品収容板２１のボール挿入孔連通溝２７およびチップ収容孔連通溝２８が形成されている面を実装基板４の側とし、実装基板４に設けられた半導体装置１を所定の位置に搭載するための４隅または２隅を示す鉤括弧状のマークである搭載認識マークに半導体装置１と略同等の外周形状に形成されているチップ部品収容板２１の隅を合わせて載置し、実装基板４に搭載する各チップ部品の所定のチップ収容孔２４の底部に露出している角パッド３１上に半田ペーストをシリンジ等により塗布し、その後に図７に示すようにダンピング抵抗器１４およびバイパスコンデンサ１５をそれぞれの端子１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂの側面の角部をチップ収容孔２４の大円弧部２５に案内させて所定のチップ収容孔２４に挿入する。
【００２６】
チップ部品の挿入後に、半導体装置１の裏面１ａに配列された各半田ボール２をチップ部品収容板２１の各ボール挿入孔２２に沿わせて挿入し、図１に示すように各半田ボール２を各ボール挿入孔２２の底部に露出しているパッド６に載置する。
その後、ボール挿入孔連通溝２７およびチップ収容孔連通溝２８へ熱風を吹込み、半田ボール２および半田ペーストを溶融させた後に冷却固化させ、図８に示すように半導体装置１およびダンピング抵抗器１４、バイパスコンデンサ１５を実装基板４に搭載する。
【００２７】
このとき、ボール挿入孔連通溝２７およびチップ収容孔連通溝２８はチップ部品収容板２１を横切って縦横に配置されているのでチップ部品収容板２１の側面から容易に熱風を吹き込むことができると共に、半田ボール２や半田ペーストの固化時に空気抜きとして機能するので、ボイドが生ずることを防止することができる。
また、半田ボール１は、固化したときにボール挿入孔２２を満たす円柱状の半田電極２ａとなって半導体装置１と実装基板４との間の信号等を送受する電極として機能する。
【００２８】
このように、本実施例のチップ部品収容板２１を備えた半導体装置１の実装構造を用いれば、ダンピング抵抗器１４やバイパスコンデンサ１５等のチップ部品を半導体装置１の裏面１ａと実装基板４の基板おもて面５ａとの間に搭載して半導体装置１の半田電極２ａとチップ部品の端子との間の経路を最短距離とすることが可能になる他、チップ部品を半導体装置１の周辺に配置する必要がないので、実装基板４に搭載する半導体装置１の搭載密度を高めることができる。
【００２９】
また、ダンピング抵抗器１４は、半導体装置１の裏面１ａと実装基板４の基板おもて面５ａとの間に最短距離で搭載されるので、導体パターン７等の経路が伝送路と做されることがなくなり、半導体装置１のドライバ側の出力インピーダンスとダンピング抵抗器１４の抵抗値との和を経路の特性インピーダンスと同等にすることが容易になり、インピーダンスマッチング効果による反射雑音の抑制効果を向上させることができる。
【００３０】
更に、バイパスコンデンサ１５は、半導体装置１の裏面１ａとの間の実装基板４の基板おもて面５ａに搭載されるので、図５に示すように電源層８からのスルーホール１１がアース層９を貫くことがなくなり、他の部品が動作したときに回りこんでくるアース雑音が電源層８へ伝わることを防止してアース雑音を抑制することができる他、一般的な配置によってバイパスコンデンサ１５を実装基板４の基板おもて面５ａの半導体装置１の周辺に配置した場合に較べて導体パターン７等の経路を短くできるので、経路に侵入するアース雑音を防止することができる。
【００３１】
以上説明したように、本実施例では、チップ部品収容板を半田ボールの直径よりも薄く、かつチップ部品の高さより厚い板厚とし、これを貫通するボール挿入孔と隣合う４つのボール挿入孔の中央部にチップ収容孔とを設けたチップ部品収容板を、半導体装置と実装基板との間に配置するようにしたことによって、ダンピング抵抗器やバイパスコンデンサ等のチップ部品を半導体装置の裏面と実装基板の基板おもて面との間に搭載して半導体装置の半田電極とチップ部品の端子との間の経路を最短距離とすることが可能になり、チップ部品による半導体装置との適切なインピーダンスマッチングによる反射雑音の抑制機能やアース雑音の抑制機能等のチップ部品の機能を十分に発揮させることができ、チップ部品による耐ノイズ性を向上させることができる。
【００３２】
また、バイパスコンデンサを実装基板の基板おもて面に配置できるので、電源層からのスルーホールがアース層を貫くことがなくなり、他の部品が動作したときに回りこんでくるアース雑音が電源層へ伝わることを防止することができる。
更に、チップ部品収容板の実装基板側の面に、ボール挿入孔およびチップ収容孔を縦横に接続するボール挿入孔連通溝およびチップ収容孔連通溝をチップ部品収容板を横切って形成するようにしたことによって、半導体装置やチップ部品を実装基板に搭載するときの半田ボールや半田ペーストの溶融を容易に行うことができ、半導体装置の実装時の作業性を向上させることができる。
【００３３】
更に、チップ部品収容板の板厚を半田ボールの体積とボール挿入孔の内容積が略同等となるように設定したことによって、半田ボールの固化時にボール挿入孔を半田で満たすことができ、形成された半田電極の接続信頼性を向上させることができる。
更に、チップ部品収容板のチップ収容孔の形状を複数種類の円弧を組合せて略十字型に形成し、この内の１種類の円弧にチップ部品の端子の側面の角部を案内させるようにしたことによって、チップ部品の挿入時の位置ずれを防止することができる。
【００３４】
更に、チップ部品収容板の外周形状を半導体装置の外周形状と略同等にしたことによって、実装基板に設ける搭載識別マークをそのまま利用することができる。
なお、上記実施例においては、チップ部品をダンピング抵抗器やバイパスコンデンサとして説明したが、ブリッジ抵抗器等の他のチップ部品であっても同様である。
また、上記実施例においては、半導体装置の半田ボールの配列ピッチが１．２７ｍｍである場合を例に説明したが、配列ピッチが１．２７ｍｍ未満の場合や１．２７ｍｍを超える場合であっても同様である。
【００３５】
更に、チップ部品はチップ収容孔の１種類の円弧に案内させるとして説明したが、案内させる円弧は１種類に限らず、２種類であっても３種類以上であってもよい。
更に、チップ収容孔はドリルにより穿孔して形成するとして説明したが、レーザ加工機を用いて形成してもよく、射出成形機によりチップ収容孔およびボール挿入孔を一度に形成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施例の半導体装置の実装基板への載置状態を示す説明図
【図２】実施例のチップ部品収容板を示す三面図
【図３】実施例のチップ収容孔近傍を示す上面から見た拡大図
【図４】実施例のバイパスコンデンサの設置状態を示す上面から見た説明図
【図５】図４のＡ−Ａ断面を示す説明図
【図６】実施例のダンピング抵抗器の設置状態を示す上面から見た説明図
【図７】実施例のチップ部品の設置状態を示す上面から見た説明図
【図８】実施例の半導体装置の実装基板への搭載状態を示す説明図
【図９】チップ部品の一般的な搭載例を示す説明図
【符号の説明】
【００３７】
１    ＢＧＡ型半導体装置（半導体装置）
１ａ  裏面
２    半田ボール
２ａ  半田電極
４    実装基板
５    基板
５ａ  基板おもて面
５ｂ  基板裏面
６    パッド
７    導体パターン
８    電源層
９    アース層
１０  内部配線
１１  スルーホール
１４  ダンピング抵抗器
１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ  端子
１５  バイパスコンデンサ
２１  チップ部品収容板
２２  ボール挿入孔
２４  チップ収容孔
２５  大円弧部
２６  小円弧部
２７  ボール挿入孔連通溝
２８  チップ収容孔連通溝
３１  角パッド
【図１】
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【図２】
2007019273.tif 000004
【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】
2007019273.tif 000009
【図８】
2007019273.tif 000010
【図９】
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