(57)【要約】      （修正有）【課題】パッケージ基板の配路能力（routability）を高め、デバイスの信頼性を高めるＢＧＡパッケージを提供する。【解決手段】ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）パッケージのフットプリントから、はんだボール（及び、それらのそれぞれのはんだボール・パッド３４、バイア３２、及びトレース又は線３０）のポピュレーションを選択的に減らすことにより、デバイスの信頼性を高める配路技術、及びそのように変更されたＢＧＡパッケージを開示する。ポピュレーションを減らしたはんだボールから生じる隙間を、はんだボール・パッドから、半導体ダイが取付けられる基板の外面へトレース又は線を配路するための付加的なスペースとして用いる。最適なバイア直径を保持しつつ、更に縮小を続けるパッケージのはんだボールの数を増やし、これによって、デバイス信頼性が高まる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）パッケージの従来のフットプリントから、はんだボール及びそれらに関連するはんだボール・パッド、バイア、及びトレース又は線のポピュレーションを選択的に減らすことにより、デバイスの信頼性を高める方法。
【請求項２】
デバイスであって、
半導体ダイと、
基板であって、前記基板の第１の側が前記ダイに接続され、前記基板の第２の側が、選択的にポピュレーション減らしされたボール・グリッド・アレイを有し、はんだボール・パッドを前記基板の第１の側に接続する複数のトレース又は線が、はんだボール、及びそれぞれのはんだボール・パッド、バイア、及びトレース又は線のポピュレーション減らしの結果として用いられていないスペースを通って配路される基板、
とを含むデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は集積回路デバイスの分野に関連する。更に特定して言えば、本発明は、パッケージ基板の配路能力（routability）を高めるため、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）パッケージのフットプリントからはんだボールのポピュレーションを選択的に減らすことによってデバイスの信頼性を高める方法、及びそのように変更されたＢＧＡパッケージに関連する。
【０００２】
（従来の技術及びその課題）
最近数年間、全体的なコストの削減及び小形化を併行的に押し進めることにより、非常に小さいＩＣパッケージという解決策が次第に強調されるようになった。これは、カムコーダ及び移動電話機のような消費者向け最終装置に特に明らかである。正式の定義があるにも係わらず、その面積が、パッケージがカプセル封じしているＩＣ面積と同様であるようなパッケージは、大ざっぱにチップ・スケール・パッケージ（ＣＳＰ）と呼ばれている。
ＣＳＰは、色々な方法があるが、コストの削減及び小形化の条件に対する理想的な解決策である。これは、クワッド・フラット・パッケージ（ＱＦＰ）に比べると大幅に面積が縮小し、しかも余分のシステム・レベルのコストをかけずに、そうすることができる能力が高まっている。最善の場合、ＣＳＰは端子当たりのコストを基準とすると、今日ＱＦＰと競争し得る。例えば、テキサス・インスツルメンツ社の種々のＣＳＰは、薄いＱＦＰと互角のコストで利用することができる。
テキサス・インスツルメンツは、ＭｉｃｒｏＳｔａｒ ＢＧＡ（商標）（図１参照）の名前で知られるポリイミド・ベース系列のＣＳＰを生産している。このＣＳＰ１０は、他の大抵のものと同じく、パッケージ基板１４と、パッケージをはんだ付けするボードとの間の相互接続部として、はんだ合金ボール１２を用いている。このようなパッケージは全てそうであるが、パッケージとボードの間に形成されるはんだボールは、循環的な周囲温度条件に曝されると、疲労を生じる。
【０００３】
ＪＥＤＥＣ及びＥＩＡＪは細かいピッチのＢＧＡ業界基準の文書作りを強めている。現在広く認められている最も細かいピッチ基準は、０．５０ｍｍピッチである。しかし、下記の理由で、０．５０ｍｍピッチのＣＳＰが広く受け容れられること及び使用されることは、未だごく限られている。
１）広範囲の供給業者からパッケージを入手することが出来ない。
２）パッケージの信頼性データがなく、信頼性が消費者市場の条件さえ満たさないという心配がある。
３）このような細かいピッチのパッケージを取付けるための印刷配線板（ＰＣＢ）条件がごく厳しい。このようなボードの利用可能度は限られており、多くの場合、ＰＣＢコストが一層高くなることは禁止的である。
４）このような細かいピッチのＢＧＡを用いて製造することに、大抵のＳＭＴ組立て作業の側に経験が不足している。
５）０．５０ｍｍピッチのＣＳＰ部品のコストが、端子当たりのコストを基準とすると、例えば、０．８０ｍｍピッチのＣＳＰよりも本質的に高いという確信。
勿論、システム・コストの削減及び小形化という双子の目標を満たさなければならないパッケージを首尾よく採用する鍵は、パッケージの信頼性である。ボール・ピッチが小さくなるにつれて、明細書の冒頭で述べたボール・ジョイントの疲労の現象があるために、信頼性の仕様を満たすことがどんどん困難になる。はんだボールの寸法（容積）及び形の両方が信頼性に影響する。このシステムの最も弱いリンクは、はんだ接合内の断面積が最も小さい点であるのが普通であり、これが図２に見られるようなバイア（２８）である。
従って、ＣＳＰ基板の設計に於ける最大の問題は、このはんだバイアの直径を最適にすることである。しかし、パッケージのボールの密度が増加するにつれて（一層細かいピッチで、より多くの行により多くのボールがあるようになると）、基板の配路密度も増加し、パッケージの設計は本質的に信頼性が一層低いものにつながる場合が多い。これを実証すると、信頼性に対する現在の最適設計は、図３に示すが、次の通りである。
ボール（１２）ピッチ                ：５００μｍ
線（３０）／スペース                ：２８／４２μｍ
バイア（３２）の直径                ：２８０μｍ
はんだボール・パッド（３４）の直径  ：３８０μｍ
ＮＢ。パッド寸法はバイア寸法＋１００μｍである
【０００４】
信頼性に対する設計に基づくこういう最適規則によると、隣接したボール（１２）の間に１つのトレース又は線（３０）しか通せない。ＣＳＰパッケージでは、線又はトレース（３０）が各々のはんだボール・パッド（３４）から基板（１４）の外側の縁まで伸びなければならない（例えば電解めっきを容易にするため）ので、これは重要なことである。隣接したボールの間の線又はトレースを１本にするというこのような制約により、マトリクス形のボール・グリッド・アレイで実際に構成し得るボールの総数が限定される。これは、どれだけの数のトレース又は線が実際に基板の外面まで伸び出すことができるかの限定があるからである。
図４は１０×１０ｍｍのパッケージ本体の上にある１４４個のボール（０．５ｍｍピッチ）を持つ普通のボール・フットプリント （３行のボールの規則的なパターン）を示す。この稠密な配路を達成するためには、設計技術者は妥協しなければならない。典型的には３つの選択がある。
１）接続用トレースに対する線／スペースの設計規則を強める。これによってコスト増になったり、或いは基板技術*の能力を超えることがある。
２）バイアの直径を縮小する。これははんだ接合の疲労寿命を短くする。
３）ボール・パッドとバイアとの最小の重なりを小さくする（図４参照）。これは、パッケージの耐湿性に影響するので、信頼性にマイナスの影響がある。
＊ＮＢ。線／スペース設計規則は、銅被膜の厚さを薄くすることによって改善すること
ができる。ここで説明する原理は、任意の所定の金属被膜の厚さに対するパッケージ
の信頼性を高めるために用いることができるので、これはここでは論じない。配路密
度を高めなければならない場合に当面したときの最も普通の妥協は、所定の基板の技
術に対して利用し得る線／スペース規則を使い、次にボール・バイアの直径を縮小す
ることである。これが図５の例に示されており、図４のフットプリントに使われる設
計である。
【０００５】
図５は３つの完全な行のボールに対する配路パターンを示す。ここで
ボール（１２）ピッチ                ：５００μｍ
線（３０）／スペース                ：２８／４２μｍ
バイア（３２）の直径                ：２１８μｍ
はんだボール・パッド（３４）の直径  ：３１８μｍ
従って、図４の場合（並びに同様に図５の場合も）、設計技術者は２）の選択を選ぶ。隣接したボールの間に２本のトレースを配路することができるようにするため、バイアの直径を２８０μｍから２１８μｍに縮めなければならないが、これは２８０μｍのバイア直径を要求する最適設計規則の違反である。周知のように、このような変形又は変更には信頼性に影響の大きい意味合いがある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）パッケージの従来のフットプリントから、はんだボール（及びそれらに対応するはんだボール・パッド、バイア、及びトレース又は線）のポピュレーションを選択的に減らすことにより、デバイスの信頼性を高める配路技術、及びそのように変更されたＢＧＡパッケージが開示される。この配路技術は、はんだボールのポピュレーションを減らすことにより生じる隙間を、はんだボールから、半導体ダイが取付けられる基板の外面にトレース又は線を配路するための付加的なスペースとして用いる。本発明の利点は、これによって、最適なバイア直径を保持しつつ、更に縮小を続けるパッケージのはんだボールの数を増加させ、それにより、デバイス信頼性を高めることができることにある。
この発明に特有と考えられる新規な特徴は、添付の特許請求の範囲に説明してある。しかし、この発明自体並びにその他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明を添付図面に関連させて参照すれば、最もよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）パッケージの分解断面図。
【図２】印刷配線板（ＰＷＢ）の上に取付けられたボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）パッケージの断面図。
【図３】バイア、はんだボール・パッド及びトレース又は線に対する現在の最適設計を示す。
【図４】現在の最適設計規則を犠牲にして達成することができる従来のボール・グリッド・アレイ・フットプリントを示す。
【図５】図４のボール・グリッド・アレイ・フットプリントに於けるボールの完全な３行に対する配路パターンを示す。
【図６】この発明の１実施例による、選択的なボールのポピュレーション減らしを用いたボール・グリッド・アレイ・フットプリントを示す。
【図７】図５及び６のボール・グリッド・アレイ・フットプリントに対するモデル作成結果を示す。
【図８】図６のフットプリントの一部分の配路パターンを示す。
【図９】この発明の別の実施例による、選択的なボールのポピュレーション減らしを用いたボール・グリッド・アレイ・フットプリントを示す。
【図１０】図９のボール・グリッド・アレイ・フットプリントに対するモデル作成結果を示す。
【図１１】この発明の更に別の実施例による、選択的なボールのポピュレーション減らしを用いたボール・グリッド・アレイ・フットプリントを示す。
【図１２】図１１のボール・グリッド・アレイ・フットプリントに対するモデル作成結果を示す。
【図１３】ダイの寸法の関数として、従来のボール・グリッド・アレイ並びに選択的にポピュレーション減らししたボール・グリッド・アレイ・パッケージに対する最悪の場合の弾性歪みの予測を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
フットプリントの設計を根本的に見直すと、上に述べた多くの制約及び妥協を克服することが可能である。選択的なボールのポピュレーション減らしの原理を使うと、信頼性に対する最適設計規則に戻って、従来のフットプリント設計のボール密度に合わせることが可能になる。しかし、フットプリント設計の複雑さは今日では著しく増大しており、これを取上げるために利用し得るソフトウエア設計の手段が今日存在しない（発明者の知る限り）ので、特にそうである。
図３に示すように、２８０μｍのバイア（３２）は、隣接するボール（１２）の間に１本のトレースしか許さない。しかし、（それに関連するバイア（３２）、はんだボール・パッド（３４）及びトレース又は線（３０）を含めて）ボールのポピュレーションを減らせば、この結果隣接する２つのボールの間に生じる隙間に、２５μｍ規則の線／スペース２８／４２を使うときは８本までのトレース又は線（３０）（或いは、１８μｍ規則の線／スペース２０／３０を使うときは１３本までのトレース又は線（３０）。これらの数はこの他の規則の線／スペース数を選ぶときに変わる）を配置することができる。このようにポピュレーションを減らすボールを注意深く選ぶことにより、妥協の設計規則（例えば、２８０μｍ未満のバイア直径）を用いた従来のフットプリントに比較して、全体のボールはそれより多くならないとしても、それと同じ数を最適設計規則（最適のバイア直径）で配路することが可能である。この設計の考えをＳｍａｒｔ−Ｆｏｏｔ（商標）と呼ぶ。
図６は選択的なボールのポピュレーション減らしを用いたフットプリント（３８）を示す。具体的に言うと、図６に示す選択的なボール・ポピュレーション減らしをしたフットプリント（３８）は、１０×１０ｍｍの本体（４０）の上に１５１個のボールを有するＴＩ  １５１  ＧＨＺ  μＳｔａｒ ＢＧＡ（商標）に対するフットプリントである。ＴＩ  １５１  ＧＨＺ  μＳｔａｒ ＢＧＡ（商標）パッケージに対するモデル作成は、（ダイの寸法と顧客の寸法制限要請の組合せに基づいて）１０×１０ｍｍの本体の選択から始められた。次に、１８（１８×１８）のボール・グリッド・マトリクスが選ばれた。各々の有効なダイ・パッドに対するトレース又は線が基板の外面まで伸びなければならないが、全ての０．２８ｍｍ直径のバイアの間には全てのトレースを収容する場所がないから、最適設計規則を使って、３２４個のボールを持つ完全な１８×１８ボール・グリッド・アレイ（又はその点では実質的な寸法を持つ他のどのグリッド）を利用することは出来ないことが、これまでの説明から思い出されよう。こつは、所望のフットプリントに達するために、どのボールのポピュレーション減らしをするかを知能的に決めることである。従って、図６及び８の実施例では、２８０μｍの標準寸法バイアと２８μｍの線幅を使い、これによって標準のバイア間に１本のトレース、そしてポピュレーション減らししたバイアがその間にある２つのバイアの間に８本までのトレースが取れる。
上に述べた判断基準を使うと、（同一の４辺を持つ）グリッド上での一番外側の行（行０）は、最大の可能性として６８個のボール箇所を持ち、一番外側の行の４辺の各々で６つのボールをポピュレーション減らしし、その結果、行０には総数４４個のボールが残る。グリッドの次の行（行１）は最大の可能性として６０個のボール箇所を持ち、この行の４辺の各々で１４個のボールをポピュレーション減らしし、その結果総数４個のボールが行１に残る。グリッドの次の行（行２）は最大の可能性として５２個のボール箇所を持ち、この行の４辺の各々でポピュレーション減らしするボールは０であり、この結果、総数５２個のボールが行２に残る。グリッドの次の行（行３）は最大の可能性として４４個のボール箇所を持ち、この行の４辺の各々でポピュレーション減らしするボールは０であり、この結果、総数４４のボールが行３に残る。グリッドの次の行（行４）は最大の可能性として３６個のボール箇所を持ち、この行の４辺の各々で７個のボールがポピュレーション減らしされ、その結果総数８個のボールが行４に残る。ボールの追加の行は選ばなかった。全てのボールを加算すると、このフットプリントの選択結果を示す図７に見られるように、パッケージは１５２個のボール（行０の左下隅のボールをポピュレーション減らしするとき、１５１個のボールに減る）を持つフットプリントを持つ。実際に選ばれた１５１個のボールは、この発明の選択的なポピュレーション減らしを使って１０×１０ｍｍパッケージで求めることができる最大又は最小ではない。それでも、１５１個のボールは、最適２８０μｍのバイア寸法を必要とする従来のフットプリント設計方式を使って１０×１０ｍｍパッケージで求めることができるボールの数よりも実質的に多い。図８は、切断線１−１で切った図６のフットプリントの一例の配路パターンの一部分を示す。
【０００９】
図９は、選択的なボールのポピュレーション減らしを用いた別のフットプリント（４１）を示す。更に具体的に言うと、図９に示す選択的なボールのポピュレーション減らしのフットプリント（４１）は、１０×１０ｍｍの本体（４０）上に２４０個のボールを有するＴＩ  ２４０  ＧＨＺ  μＳｔａｒ ＢＧＡ（商標）パッケージに対するフットプリントである。ＴＩ  ２４０  ＧＨＺ  μＳｔａｒ ＢＧＡ（商標）パッケージのモデル作成は、（ダイの寸法及び顧客の寸法制限の要請の組合せに基づいて）１０×１０ｍｍの本体を選ぶことから始まった。次に、１７（１７×１７）のボール・グリッド・マトリクスを選んだ。図９の実施例では、２８０μｍの標準寸法バイア及び（現在の最適設計規則より小さい）１８μｍの線幅を用いており、これによって標準バイアの間に２本のトレース、及びポピュレーション減らししたバイアがその間にある２つのバイアの間に１２本までのトレースがとれる。
上に示した判断基準を使うと、（同一の４辺を持つ）グリッド上の一番外側の行（行０）は最大の可能性として６４個のボール箇所を持ち、一番外側の行の４辺の各々で３つのボールがポピュレーション減らしされ、その結果総数５２個のボールが行０に対して残る。グリッドの次の行（行１）は最大の可能性として５６個のボール箇所を持ち、行の４辺の各々で２つのボールがポピュレーション減らしされ、その結果総数４８個のボールが行１に対して残る。グリッドの次の行（行２）が最大の可能性として４８個のボール箇所を持ち、行の４辺の各々で２つのボールをポピュレーション減らしして、その結果総数４０個のボールが行２に残る。グリッドの次の行（行３）は最大の可能性として４０個のボール箇所を持ち、行の４辺の各々で１つのボールをポピュレーション減らしし、その結果総数３６個のボールが行３で残る。グリッドの次の行（行４）は最大３２個のボール箇所を持ち、行の４辺の各々でポピュレーション減らしするボールは０であり、その結果総数３２個のボールが行４に残る。グリッドの次の行（行５）は最大の可能性として２４個のボール箇所を持ち、行の４辺の各々でポピュレーション減らしするボールは０であり、その結果総数２４個のボールが行５に残る。グリッドの次の行（行６）は最大の可能性として１６個のボール箇所を持ち、行の４辺の各々で４つのボールがポピュレーション減らしされ、その結果行６に残るボールの総数は０である。グリッドの次の行（行７）は最大８個のボール箇所を持ち、行の４辺の各々でポピュレーション減らしされるボールは０であり、その結果総数８個のボールが行７に残る。更なる行のボールは選ばれなかった。全部のボールを加算すると、このフットプリントに対する選択の結果を示す図１０に見られるように、パッケージは２４０個のボールを持つフットプリントを有する。上に述べた１５１個のボールのフットプリントの例のように、実際に選ばれた２４０個のボールは、この発明の選択的なポピュレーション減らしを使って１０×１０ｍｍパッケージに対して求めることができる最大又は最小ではない。前と同じく、２４０個のボールは、最適の２８０μｍのバイア寸法を必要とする従来のフットプリント設計方法を用いて、１０×１０ｍｍパッケージで求めることができるよりも、実質的に多い。
【００１０】
図１１は、選択的なボールのポピュレーション減らしを用いた更に別のフットプリント（４３）を示す。更に具体的に言うと、図１１に示す選択的なボールのポピュレーション減らしをしたフットプリント（４３）は、１２×１２ｍｍの本体（４５）の上に２８８個のボールを有するＴＩ  ２８８  ＧＺＧ  μＳｔａｒＢＧＡ（商標）パッケージに対するフットプリントである。このＴＩ  ２８８  ＧＺＧ  μＳｔａｒＢＧＡ（商標）パッケージのモデル作成は、（ダイの寸法及び顧客の寸法制限の要請の組合せに基づいて）１２×１２ｍｍの本体を選ぶことから始まった。次に、２１（２１×２１）のボール・グリッド・マトリクスを選んだ。図１１の実施例では、２８０μｍの標準寸法バイア及び（現在の最適設計規則より小さい）１８μｍの線幅を用いており、これによって、標準バイアの間に２本のトレース、そしてポピュレーション減らししたバイアがその間にある２つのバイアの間に１２本までのトレースがとれる。
【００１１】
上に示した判断基準を使うと、（同一の４辺を持つ）グリッド上の一番外側の行（行０）は最大の可能性として８０個のボール箇所を持ち、一番外側の行の４辺の各々で８つのボールがポピュレーション減らしされ、その結果総数４８個のボールが行０に対して残る。グリッドの次の行（行１）は最大の可能性として７２個のボール箇所を持ち、行の４辺の各々で１つのボールがポピュレーション減らしされ、その結果総数６８個のボールが行１に対して残る。グリッドの次の行（行２）が最大の可能性として６４個のボール箇所を持ち、行の４辺の各々でポピュレーション減らしするボールは０であり、その結果総数６４個のボールが行２に残る。グリッドの次の行（行３）は最大の可能性として５６個のボール箇所を持ち、行の４辺の各々でポピュレーション減らしされるボールは０であり、その結果総数５６個のボールが行３で残る。グリッドの次の行（行４）は最大の可能性として４８個のボール箇所を持ち、行の４辺の各々で１２個のボールがポピュレーション減らしされ、その結果行４で残るボールの総数は０である。グリッドの次の行（行５）は最大の可能性として４０個のボール箇所を持ち、行の４辺の各々で１０個のボールがポピュレーション減らしされ、その結果行５で残るボールの総数は０である。グリッドの次の行（行６）は最大の可能性として３２個のボール箇所を持ち、行の４辺の各々で１つのボールがポピュレーション減らしされ、その結果総数２８個のボールが行６に残る。グリッドの次の行（行７）は最大の可能性として２４個のボール箇所を持ち、行の４辺の各々でポピュレーション減らしされるボールは０であり、その結果総数２４個のボールが行７に残る。グリッドの次の行（行８）は最大の可能性として１６個のボール箇所を持ち、行の４辺の各々で４つのボールがポピュレーション減らしされ、その結果行８で残るボールの総数は０である。グリッドの次の行（行９）は最大８個のボール箇所を持ち、行の４辺の各々で２つのボールがポピュレーション減らしされ、その結果、行９に残るボールの総数は０である。更なる行のボールは選ばれなかった。全部のボールを加算すると、このフットプリントに対する選択の結果を示す図１２に見られるように、パッケージは２８８個のボールを持つフットプリントを有する。実際に選ばれた２８８個のボールは、この発明の選択的なポピュレーション減らしを使って１２×１２ｍｍパッケージに対して求めることができる最大又は最小ではない。上に述べたのと同じく、２８８個のボールは、最適の２８０μｍのバイア寸法を必要とする従来のフットプリント設計方法を用いて、１２×１２ｍｍパッケージで求めることができるよりも、実質的に多い。
【００１２】
表１は、従来のフットプリント及び「スマート・フットプリント」の両方に対して試されたボード・レベルの信頼性（ＢＬＲ）試験の結果を示す。信頼性に対するダイ寸法の依存性が強いため、両方の場合のダイは一定に保った（６．０×６．０ｍｍ）。パッケージの信頼性に焦点を合わせるため、接合のパッケージ側の故障だけを報告する。
従来のパッケージ及び「Ｓｍａｒｔ−Ｆｏｏｔ」（商標）パッケージのボード・レベルの信頼性
2012069984.tif 000003
この試験に用いられたこの他の設計及び試験の特徴は次の通りである。
温度範囲                  ：−４０／１２５℃
傾斜時間                  ：２−５分
停留時間                  ：１１−１３分
ボード・ランドの形式      ：銅、Ｎｉ／Ａｕめっき
ボード材料                ：ＦＲ４
ボードの厚さ              ：０．８０ｍｍ
ランドの設計              ：はんだマスク定めず
ランドの直径              ：０．２０ｍｍ*
＊最適直径は０．２５−０．３０ｍｍである。この試験のために調達したボードは、元の仕様に合わなかった。
【００１３】
ここで提案した解決策のモデルを作ることができることは、新しいパッケージを素早く市場に持ち込む点で測りしれない価値がある。ＴＩ  １５１  ＣＳＰ  「Ｓｍａｒｔ−Ｆｏｏｔ」（商標）パッケージは、どんな新しいツールも使わずに、２次元有限要素解析ツールを用いてモデルを作成した。このモデルは、この提案による信頼性の利点を前もって確認した。１５１ボールＣＳＰ「Ｓｍａｒｔ−Ｆｏｏｔ」（商標）パッケージは、モデルの予測通りに、信頼性があることを証明したばかりでなく、全ての信頼性試験に始めて合格した。図１３は、ダイ寸法の関数として、両方のパッケージに対する最悪の場合の弾性歪み予測を示しており、「Ｓｍａｒｔ−Ｆｏｏｔ」（商標）パッケージの場合、歪みがずっと少ないことをはっきりと示している。
無線送受話器用のカスタムＤＳＰは、１４４個の接点を持つパッケージを使う場合が多い。１４４  ＴＱＦＰパッケージは、こういう用途に対する需要の大きいパッケージであった。「従来の技術及びその課題」に述べたように、従来のＱＦＰパッケージの寸法を同等のチップ・スケール・パッケージまで縮小する必要が明確にあった。このため、１４４  ＣＳＰが必要であった。１２×１２ｍｍの本体を持ち、０．８０ｍｍのボール・ピッチを有する１４４  ＣＳＰを開発したが、１９９７年以降、需要が高いＣＳＰであった。パッケージの一層の縮小が必要になった場合、１０×１０ｍｍの本体寸法で０．５０ｍｍピッチ版を開発する必要性が出てくる。今日、０．５０ｍｍピッチを持つ１０×１０ｍｍの本体を持つパッケージは、従来のフットプリント及び「Ｓｍａｒｔ−Ｆｏｏｔ」（商標）フットプリントの両方で利用できる。
本体が一層小さいパッケージに対する要求が続くとき、この発明が辿った経路に続く一層のパッケージの設計が視野に入っている。既に、１２×１２ｍｍ及び１３×１３ｍｍの本体を持つ「Ｓｍａｒｔ−Ｆｏｏｔ」（商標）パッケージが、全体のボール数が更に大きい用途向けに設計中である。
【００１４】
パッケージ設計に対する幾らかの「カスタム化」方式で、色々な批判に先手を打つことができる。
１）「Ｓｍａｒｔ−Ｆｏｏｔ」（商標）パッケージは外観が普通と異なり、他のベンダーが提供するフットプリントと合致しないという批判。幸いなことに、無線の用途が大量であるため、幾らかの「カスタム化」のフットプリントは、信頼性の利点の点で容易に正当化される。
２）このような普通とは違うボードの配路能力が問題になるかも知れないという批判。実際には、「Ｓｍａｒｔ−Ｆｏｏｔ」（商標）フットプリントの配路は、拡がった形式のために、実際には一層容易であり得るから、この方式ではシステム・コストに余分の負担がかかることがない。２４０及び３０４個のボールのような一層大きなパッケージの場合、ボードの配路能力が劣化しないように保証するために余計な注意が必要であるが、こういうことを達成するのは容易である。
３）パッケージ・コストが一層高くなるであろうという批判。設計サイクルが一層長くなることを別とすると、「Ｓｍａｒｔ−Ｆｏｏｔ」（商標）パッケージのコストは、従来のフットプリントを持つパッケージと同じである。組立て過程は同一である。使われるパッケージ材料は両方の場合、同じである。更に、「Ｓｍａｒｔ−Ｆｏｏｔ」（商標）が（普通の１つの金属層の代わりに、例えば２つの金属層を必要とする）一層コストの高い基板材料を使わずに済む例がある。
４）上に述べた配路能力の他に、この他の余分のシステム・コストがかかるかもしれないという批判。信頼性が不適切なＣＳＰは、パッケージの不適切さを埋め合わせるための特徴を追加することをボード組立て装置に必要とするのが普通である。通常、これは、部品とボードの間に接着剤を使う方法である「下埋め」過程を用いる。この接着剤がはんだボールから応力を軽減し、それをパッケージの下方にある表面積全体に互って分配する。これは有効な方法であるが、かなりのコスト増になる。「Ｓｍａｒｔ−Ｆｏｏｔ」（商標）のような信頼性が一層高い解決策を使うことにより、システム・レベルのコストを節約することができる。
結論として、「Ｓｍａｒｔ−Ｆｏｏｔ」（商標）パッケージを用いたパッケージ設計への革新的な方式を取ることにより、幾つかの利点を提供することができる。
１）ボード・レベルの信頼性が従来の設計の２−３倍に改善される。
２）下埋めのような余分の過程を避けることにより、コスト節約の可能性がある。
３）パッケージ、顧客のボード又は顧客の方法に余分のコストを生じない。
【００１５】
以上の説明に関し、更に以下の項目を開示する。
（１）  ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）パッケージの従来のフットプリントから、はんだボール及びそれらに関連するはんだボール・パッド、バイア、及びトレース又は線のポピュレーションを選択的に減らすことにより、デバイスの信頼性を高める方法。
（２）  第１項に記載の方法であって、複数のトレース又は線は、前記はんだボール、及びそれぞれのはんだボール・パッド、バイア、及びトレース又は線のポピュレーション減らしの結果として用いられていないスペースを通って配路される方法。
（３）  第１項に記載の方法であって、２５μｍ線幅規則が用いられるとき、前記はんだボール、及びそれぞれのはんだボール・パッド、バイア、及びトレース又は線のポピュレーション減らしの結果として用いられていないスペースを通って、８本までのトレース又は線が配路される方法。
（４）  第１項に記載の方法であって、１８μｍ線幅規則が用いられるとき、前記はんだボール、及びそれぞれのはんだボール・パッド、バイア、及びトレース又は線のポピュレーション減らしの結果として用いられていないスペースを通って、１２本までのトレース又は線が配路される方法。
（５）  第１項から第４項のうち任意の１つに記載の方法であって、前記バイアの直径が最適なバイア設計規則に維持される方法。
（６）  第５項に記載の方法であって、前記直径が２８０μｍである方法。
（７）  前述の項のうち任意の１つに記載の方法であって、前記はんだボールのピッチが５００μｍである方法。
（８）  前述の項のうち任意の１つに記載の方法であって、ボール接合疲労を減らすことによって、デバイス信頼性が改善される方法。
（９）  前述の項のうち任意の１つに記載の方法であって、前記トレース又は線が１８μｍの幅を有する方法。
（１０）  第１項から第８項のうち任意の１つに記載の方法であって、前記トレース又は線のスペース幅は２８μｍである方法。
【００１６】
（１１）  デバイスであって、
半導体ダイと、
基板であって、前記基板の第１の側が前記ダイに接続され、前記基板の第２の側が、選択的にポピュレーション減らしされたボール・グリッド・アレイを有し、はんだボール・パッドを前記基板の第１の側に接続する複数のトレース又は線が、はんだボール、及びそれぞれのはんだボール・パッド、バイア、及びトレース又は線のポピュレーション減らしの結果として用いられていないスペースを通って配路される基板、
とを含むデバイス。
【００１７】
（１２）  第１１項に記載のデバイスであって、前記複数のトレース又は線は更に、前記基板の外面まで延びるデバイス。
（１３）  第１１項に記載のデバイスであって、複数のトレース又は線が、前記はんだボール、及びそれぞれのはんだボール・パッド、バイア、及びトレース又は線のポピュレーション減らしの結果として用いられていないスペースを通って配路されるデバイス。
（１４）  第１１項に記載のデバイスであって、２８μｍの線幅規則が用いられるとき、前記はんだボール、及びそれぞれのはんだボール・パッド、バイア、及びトレース又は線のポピュレーション減らしの結果として用いられていないスペースを通って、８本までのトレース又は線が配路されるデバイス。
（１５）  第１１項に記載のデバイスであって、１８μｍの線幅規則が用いられるとき、前記はんだボール、及びそれぞれのはんだボール・パッド、バイア、及びトレース又は線のポピュレーション減らしの結果として用いられていないスペースを通って、１２本までのトレース又は線が配路されるデバイス。
（１６）  第１１項から１５項のうち任意の１つに記載のデバイスであって、前記バイアの直径が最適なバイア設計規則に維持されるデバイス。
（１７）  第１６項に記載のデバイスであって、前記直径が２８０μｍであるデバイス。
（１８）  第１１項から１７項のうち任意の１つに記載のデバイスであって、前記はんだボールのピッチが５００μｍであるデバイス。
（１９）  第１１項から１８項のうち任意の１つに記載のデバイスであって、ボール接合疲労を減らすことによってデバイス信頼性が改善されるデバイス。
（２０）  第１１項から１７項のうち任意の１つに記載のデバイスであって、前記トレース又は線が１８μｍの幅を有するデバイス。
（２１）  第１１項から１７項のうち任意の１つに記載のデバイスであって、前記トレース又は線のスペース幅が２８μｍであるデバイス。
（２２）  第１１項から２１項のうち任意の１つに記載のデバイスであって、前記デバイスがボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）パッケージであるデバイス。
【００１８】
（２３）  ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）パッケージの従来のフットプリントから、はんだボール（１２）（及び、それらのそれぞれのはんだボール・パッド（３４）、バイア（３２）、及びトレース又は線（３０））のポピュレーションを選択的に減らすことにより、デバイスの信頼性を高める配路技術、及びそのように変更されたＢＧＡパッケージを開示する。この配路技術は、ポピュレーション減らしされたはんだボールから生じる隙間を、はんだボール・パッドから、半導体ダイ（２０）が取付けられる基板（１４）の外面へトレース又は線を配路するための付加的なスペースとして用いる。本発明の利点は、最適なバイア直径を保持しつつ、更に縮小を続けるパッケージのはんだボールの数を増やし、これによって、デバイス信頼性が高まることである。
【符号の説明】
【００１９】
３０  トレース又は線
３２  バイア
３４  はんだボール・パッド
【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】
2012069984.tif 000008
【図６】
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【図７】
2012069984.tif 000010
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年12月22日(2011.12.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）パッケージの従来のフットプリントから、はんだボール及びそれらに関連するはんだボール・パッド、バイア、及びトレース又は線のポピュレーションを選択的に減らすことにより、デバイスの信頼性を高める方法。