(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数のチップパッドが形成された半導体チップと、ボールランドを有する基板と、
前記チップパッドと電気的に連結され前記ボールランドに安着される砂時計（ｈｏｕｒｇｌａｓｓ）形状の導電性ボールと、
前記半導体チップと前記基板との間の間隔を一定に維持させる、着脱が可能なジグと前記ジグ上に形成された膨張可能なポリマーボール又はバイメタルからなる間隔維持部材とを備え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】
前記間隔維持部材は、前記基板、又は前記半導体チップに取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のボールグリッドアレイパッケージ。
【請求項３】
前記半導体チップと前記間隔維持部材との間に介在される接着層を追加することを特徴とする請求項１に記載のボールグリッドアレイパッケージ。
【請求項４】
前記間隔維持部材は、熱により嵩が膨張、又は収縮が可能なことを特徴とする請求項１に記載のボールグリッドアレイパッケージ。
【請求項５】
前記ポリマーボールの材質は、エポキシ樹脂系列の樹脂、又は、ポリイミド系列の樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のボールグリッドアレイパッケージ。
【請求項６】
前記ポリマーボールは、空気、ガス、水、又はオイルのうち、いずれかの一つが充填されることを特徴とする請求項１に記載のボールグリッドアレイパッケージ。
【請求項７】
多数のチップパッドが形成された半導体チップを供給する段階と、前記チップパッドに球形の導電性ボールを形成する段階と、
ボールランドを有する基板を供給する段階と、前記半導体チップ、又は基板上に、着脱が可能なジグと前記ジグ上に形成された膨張可能なポリマーボール又はバイメタルからなる間隔維持部材を取り付ける段階と、
前記導電性ボールを前記ボールランドに実装する段階と、前記結果物に熱処理を実施して前記間隔維持部材の嵩を膨張させながら前記球形の導電性ボールを砂時計形状に変形させる段階とを備え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の製造方法。
【請求項８】
前記半導体チップ、又は前記基板と前記間隔維持部材との間に接着層を介在させる段階を追加したことを特徴とする請求項７に記載のボールグリッドアレイパッケージの製造方法。
【請求項９】
前記チップパッドは、前記半導体チップの縁部分に形成し、前記間隔維持部材は、前記半導体チップ、又は前記基板の中央部分に形成することを特徴とする請求項７に記載のボールグリッドアレイパッケージの製造方法。
【請求項１０】
前記チップパッドは、前記半導体チップの中央部分に形成し、前記間隔維持部材は前記半導体チップ、又は前記基板の縁部分に形成することを特徴とする請求項７に記載のボールグリッドアレイパッケージの製造方法。
【請求項１１】
前記ポリマーボールの材質は、エポキシ系列の樹脂、又はポリイミド系列の樹脂であることを特徴とする請求項７に記載のボールグリッドアレイパッケージの製造方法。
【請求項１２】
前記ポリマーボールに、空気、ガス、水、又はオイルのうち、いずれか一つが充填されたことを特徴とする請求項７に記載のボールグリッドアレイパッケージの製造方法。
【請求項１３】
前記熱処理は、２００〜２５０℃温度で進行することを特徴とする請求項７に記載のボールグリッドアレイパッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップのパッケージ構造、及びその製造方法に関するものであって、より具体的には、球形の導電性ボールを砂時計形状（つづみ形状）であるアウアガラス（ｈｏｕｒｇｌａｓｓ：砂時計）タイプで容易に製作できるボールグリッドアレイパッケージ、及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ボールグリッドアレイパッケージは基板の裏面に球形のソルダーボール等の導電性ボールを所定の状態で配列してアウターリードの代わりに使用するようになり、パッケージボディ面積をＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）タイプより小さくすることができ、ＱＦＰと違ってリード変形のない長所がある。
図１は、従来のボールグリッドアレイパッケージの断面図であり、図２は、他の従来のボールグリッドアレイパッケージの断面図である。
上記のような長所を有する通常的なボールグリッドアレイパッケージは、基板１００に実装する場合には、導電性ボール１１４の形態に応じて図１に図示されているように船形状を有するベッセル（ｖｅｓｓｅｌ）タイプと図２に図示したように砂時計形状を有するアウアガラスタイプとに分けられる。ベッセルタイプ、又はアウアガラスタイプに製作されたボールグリッドアレイパッケージは、通常、２００〜２５０℃程度の温度で熱に対する信頼性テストが進行される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記温度で熱に対する信頼性テストが進行される間に、ベッセルタイプのボールグリッドアレイパッケージは、図１に図示された導電性ボール１１４が球形から楕円形に変形され、導電性ボール１１４と、その導電性ボール１１４と接触されるＰＣＢ基板（以下、基板と称する）１００、及び半導体チップ１１０との界面にストレスが集中されてクラックが発生した。
従って、このようなベッセルタイプパッケージにおける問題点を改善するために、ソルダージョイントの接合信頼性、及び熱に対する信頼性の優秀なアウアガラスタイプのボールグリッドアレイパッケージが提案された。
しかし、アウアガラスタイプパッケージは、導電性ボールを砂時計形状に形成するために、別の装置を利用し半導体チップを真空にして、上方向へ引き上げる工程を追加しなければならないという問題点があった。
【０００４】
そこで、本発明は、半導体チップと基板との間の間隔が一定に維持され、導電性ボールをアウアガラスタイプに容易に製作できるボールグリッドアレイパッケージを提供することを目的としている。
更に、本発明は、半導体チップと基板との間の間隔を一定に維持させて、導電性ボールをアウアガラスタイプに容易に製作できるボールグリッドアレイパッケージの製造方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するためになされた、本発明によるボールグリッドアレイパッケージは、多数のチップパッドが形成された半導体チップと、ボールランドを有する基板と、前記チップパッドと電気的に連結され前記ボールランドに安着される砂時計（ｈｏｕｒｇｌａｓｓ）形状の導電性ボールと、前記半導体チップと前記基板との間の間隔を一定に維持させる、着脱が可能なジグと前記ジグ上に形成された膨張可能なポリマーボール又はバイメタルからなる間隔維持部材とを備えていることを特徴とする。又、前記目的を達成するためになされた、本発明によるボールグリッドアレイパッケージの製造方法は、多数のチップパッドが形成された半導体チップを供給する段階と、前記チップパッドに球形の導電性ボールを形成する段階と、ボールランドを有する基板を供給する段階と、前記半導体チップ、又は基板上に、着脱が可能なジグと前記ジグ上に形成された膨張可能なポリマーボール又はバイメタルからなる間隔維持部材を取り付ける段階と、前記導電性ボールを前記ボールランドに実装する段階と、前記結果物に熱処理を実施して前記間隔維持部材の嵩を膨張させながら前記球形の導電性ボールを砂時計形状に変形させる段階とを備えていることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明にかかるボールグリッドアレイパッケージ及びその製造方法の実施の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
図３乃至図１２は、本発明の第１の実施例に係るボールグリッドアレイパッケージ、及びその製造方法を説明するための図面である。
図３は、本発明の第１の実施例に係るボールグリッドアレイパッケージの断面図である。
図４乃至図７は、図３に示すボールグリッドアレイパッケージの製造工程を説明するための断面図である。
図８は、図３に示すチップパッドが中央部分に形成された半導体チップの斜視図である。
図９及び図１０は、図３に示す球形のポリマーボールの製作過程を説明するための斜視図である。
図１１は、図８に示すチップパッドが縁部分に形成された半導体チップの斜視図である。
図１２は、図１１に示すＩ−ＩＩ切断面を示した断面図である。
【０００７】
本発明のボールグリッドアレイパッケージは、図３に示したように、多数のチップパッド２１２が形成された半導体チップ２１０と、チップパッド２１２と電気的に連結される砂時計形状の導電性ボール２１５と、導電性ボール２１５が実装されるボールランド２０４が形成された基板２００と、半導体チップ２１０上に形成され、導電性ボール２１５が砂時計形状を有するように半導体チップ２１０と基板２００との間の間隔を一定に維持させるためのポリマーボール２３０、半導体チップ２１０とポリマーボール２３０との間に介在される接着層２３２とで構成される。
ここで、チップパッド２１２が、半導体チップ２１０の中心部分に配列された場合には、図８に示したように、ポリマーボール２３０は、チップパッド２１２が配列されない半導体チップ２１０の縁部分に配列される。又、チップパッド２１２が半導体チップ２１０の縁部分に配列された場合には、図１１に図示されたように、ポリマーボール２３０は、チップパッド２１２が配列されない半導体チップ２１０の中心に配列される。
【０００８】
上記のような構成による、第１の実施例によるボールグリッドアレイパッケージの製造方法は、図４に示したように、まず、半導体チップ２１０のチップパッド２１２に球形の導電性ボール２１４を形成する。この際、導電性ボール２１４にはソルダーボールを利用する。
続いて、半導体チップ２１０上に接着層２３２を利用してポリマーボール２３０を取り付ける。この際、接着層２３２としては接着テープ、又は接着材等を挙げられる。
又、ポリマーボール２３０は、図１２に示したように、半導体チップ２１０上に接着層２３２、及びテープ２３４等により貼り付けられて密封された状態で外部空気が完全に遮断され、材質は、エポキシ樹脂系列の樹脂、又はポリイミド系列の樹脂が利用される。
【０００９】
図４乃至図７では、チップパッド２１２、及び導電性ボール２１４が半導体チップ２１０の中心部分に配列され、ポリマーボール２３０が半導体チップ２１０の縁部分に配列された場合を図示したものであるが、これと逆に、図１１に示したような場合は、チップパッド２１２及び導電性ボール２１４が半導体チップ２１０の縁部分に配列され、ポリマーボール２３０が半導体チップ２１０の中心部分に配列される。
次に、図９及び図１２に示したように、シリンジ等の注入装置２４０を利用してポリマーボール２３０内に空気、ガス、水、又はオイル２５０等を充填させ、図１０に示したように嵩を膨張させる。
ポリマーボール２３０内には、空気、ガス、水、又はオイル以外にも、温度変化による嵩が膨張又は縮小される性質を有する成分は、全て可能である。この後、基板２００上に金属をスパッタリング法により蒸着した後、半導体チップ２１０のチップパッド２１２と対応される部位に残留されるようにエッチングしてボールランド２０４を形成する。
【００１０】
そして、導電性ボール２１４を基板２００のボールランド２０４に実装する。その次、図５に示したように、結果物に赤外線ランプ（図示せず）を利用して熱処理２２０を実施する。熱処理２２０は、２００〜２５０℃温度で進行し、好ましくは、２３５℃の温度で進行する。
熱処理２２０により、空気、ガス、水、又はオイル等が注入されたポリマーボール２３０の嵩が膨張しながら、ポリマーボール２３０が基板２００に到達して一定圧力を及ぼすようになる。この結果、半導体チップ２１０と基板２００との間の間隔は一定に確保される。即ち、膨張されたポリマーボール２３０は、半導体チップ２１０と基板２００との間の間隔を維持させる役割をする。
この時、導電性ボール２１５も熱によりリフローされながら図６に示したように砂時計形状に変形される。
この後、赤外線ランプを消すと、ポリマーボール２３０は図７に示したように温度下降により収縮される。砂時計形状の導電性ボール２１５が製作された後に収縮されたポリマーボールはエッチングして除去するか、或いはそのまま放置しても構わない。
【００１１】
次に、本発明の第２の実施例に係るボールグリッドアレイパッケージについて説明する。
図１３は、本発明の第２の実施例に係るボールグリッドアレイパッケージを説明するための斜視図である。
第２の実施例に係るボールグリッドアレイパッケージは、図１３に示したように、多数のチップパッド（図示せず）が形成された半導体チップ３１０と、チップパッドと電気的に連結される導電性ボール３１４と、導電性ボール３１４が実装されるボールランド３０４が形成された基板３００と、基板３００上のボールランド３０４が形成されない部分に形成され、導電性ボール３１４が砂時計形状を有するように半導体チップ３１０、及び基板３００の間の間隔を一定に維持させるためのポリマーボール３３０と、半導体チップ３１０とポリマーボール３３０との間に介在される接着層３３２とで構成される。
【００１２】
上記のように構成された第２実施例のボールグリッドアレイパッケージの製造方法は、ポリマーボール３３０を基板３００に形成することを除外しては本発明の第１実施例と同様である。
第２実施例のボールグリッドアレイパッケージの製造方法を簡略に説明すれば次の通りである。
先ず、半導体チップ３１０のチップパッド（図示せず）上に球形の導電性ボール３１４を取り付ける。次に、基板３００でボールランドが形成されない部位、即ち、図１３に示したように縁部分に接着層３３２を介在させポリマーボール３３０を取り付ける。
次に、ポリマーボール３３０に空気、ガス、水、オイル等を充電させた後に導電性ボール３１４を基板３００のボールランド３０４に実装する。
【００１３】
続いて、結果物に熱処理を実施する。この時、熱処理によってポリマーボール３３０の嵩が膨張して基板３００と半導体チップ３１０との間の間隔を一定に維持された状態で、球形の導電性ボールが熱によってリフローされて砂時計形状に変形される。
砂時計形状の導電性ボールが製作された後に、収縮されたポリマーボールは、基板３００から除去するか、或いはそのまま放置しても構わない。
本発明の第１及び第２の実施例は、温度変化に応じ、膨張、又は収縮される性質を有しているポリマーボールを利用して半導体チップと基板との間の間隔を一定に維持させた状態で、球形の導電性ボールを砂時計形状に変形させたものである。
【００１４】
次に、本発明の第３の実施例について図を参照して説明する。
図１４は、本発明の第３の実施例に係るボールグリッドアレイパッケージを説明するための斜視図である。
図１５は、本発明の第３の実施例に係るボールグリッドアレイパッケージの断面図である。
本発明の第３の実施例に係るボールグリッドアレイパッケージは、図１４に示したように、多数のチップパッド（図示せず）が形成された半導体チップ４１０と、チップパッドと電気的に連結される導電性ボール４１４と、導電性ボール４１４が実装されるボールランド４０４が形成された基板４００と、基板４００上のボールランド４０４が形成されない縁部分に取り付けたジグ４３４と、ジグ４３４上に形成され、導電性ボール４１４が砂時計形状を有するように半導体チップ４１０及び基板４００間の一定間隔を維持させるためのポリマーボール４３０と、ジグ４３４とポリマーボール４３０との間に介在される接着層４３２とで構成される。
【００１５】
上記のように構成された第３の実施例に係るボールグリッドアレイパッケージの製造方法は、図１４及び図１５に示したように、半導体チップ４１０のチップパッドに導電性ボール４１４を形成する。
次に、基板４００上に、金属をスパッタリング法により蒸着した後にチップパッドと対応された部位に残留されるようにエッチングしてボールランド４０４を形成する。この後、ボールランド４０４が形成された基板４００の縁部分にポリマーボール４３０が配置されたジグ４３４を接着させる。
この時、ポリマーボール４３０とジグ４３４との間に接着層４３２を介在して接着力を強化する。又、ポリマーボール４３０は、シリンジ等の注入装置（図示せず）を利用して、熱により嵩が膨張又は収縮される成分、即ち、空気、ガス、水、又はオイルを注入した状態である。
この後、導電性ボール４１４をボールランド４０４に安着させた後に、赤外線ランプを利用し熱処理させることによってポリマーボール４３０の嵩は膨張しながら半導体チップ４１０と基板４００との間の一定間隔を確保する。この時、導電性ボール４１４も熱によりリフローされ砂時計形状に変形される。又、ジグ４３４は熱処理の後、着脱させて再活用することができる。
【００１６】
次に、本発明の第４の実施例に係るボールグリッドアレイパッケージについて説明する。
図１６は、本発明の第４の実施例に係るボールグリッドアレイパッケージを説明するための斜視図である。
第４の実施例のボールグリッドアレイパッケージは、図１６に示したように、多数のチップパッド（図示せず）が形成された半導体チップ５１０と、チップパッドと電気的に連結される導電性ボール５１４と、導電性ボール５１４が実装されるボールランド５０４が形成された基板５００と、基板５００上のボールランド５０４の縁部分に取り付けられたジグ５３４と、ボールランド５０４上に形成される導電性ボール５１４（図示せず）が砂時計形状を有するように、半導体チップ５１０及び基板５００との間の一定間隔を、維持させるためのバイメタル５３０とで構成される。
【００１７】
バイメタル５３０は、熱膨張係数の異なる二種の薄い金属片をくっつけたものであって、温度が上昇すると撓む性質を有する。
上記のように構成された第４の実施例に係るボールグリッドアレイパッケージの製造方法は、第３の実施例と同様の方法であり、半導体チップ５１０のチップパッドに導電性ボール５１４を取り付け、基板５００にボールランド５０４を形成する。
次に、図１６に示したように、基板５００の縁部分にバイメタル５３０が形成されたジグ５３４を取り付ける。この際、基板５００とジグ５３４との間には接着層を介在させて接着力を強化する。
この後、導電性ボール５１４をボールランド５０４に安着させた後、赤外線ランプを利用し熱処理させることによってバイメタル５３０を膨張させる。
この時、球形の導電性ボールは、膨張されたバイメタル５３０により半導体チップと基板間の間隔ほど伸びて砂時計形状に変形される。ジグ５３４は、熱処理の後、着脱させて再活用することもできる。
【００１８】
尚、本発明は、本実施例に限られるものではない。本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、基板、又は半導体チップ上に基板と半導体チップとの間の間隔を一定に維持するための間隔維持部材を形成することによって間隔維持部材により確保された基盤と半導体チップとの間隔ほど導電性ボールを伸ばし砂時計形状であるアウアガラスタイプの導電性ボールを有するパッケージを容易に製造することができる。又、本発明では、導電性ボールを砂時計形状に製造するために、半導体チップを真空状態にして上方向へ引き上げる等、別の装置が不要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のボールグリッドアレイパッケージの断面図である。
【図２】従来の他のボールグリッドアレイパッケージの断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係るボールグリッドアレイパッケージの断面図である。
【図４】図３に示すボールグリッドアレイパッケージの製造工程を説明するための断面図である。
【図５】図３に示すボールグリッドアレイパッケージの製造工程を説明するための断面図である。
【図６】図３に示すボールグリッドアレイパッケージの製造工程を説明するための断面図である。
【図７】図３に示すボールグリッドアレイパッケージの製造工程を説明するための断面図である。
【図８】図１に示すチップパッドが中央部分に形成された半導体チップの斜視図である。
【図９】図３に示す球形ポリマーボールの製作過程を説明するための斜視図である。
【図１０】図３に示す球形ポリマーボールの製作過程を説明するための斜視図である。
【図１１】図３に示すチップパッドが縁部分に形成された半導体チップの斜視図である。
【図１２】図１１に示すＩ−ＩＩ切断面を示した断面図である。
【図１３】本発明の第２の実施例に係るボールグリッドアレイパッケージを説明するための斜視図である。
【図１４】本発明の第３の実施例に係るボールグリッドアレイパッケージを説明するための斜視図である。
【図１５】図１４に示すボールグリッドアレイパッケージの断面図である。
【図１６】本発明の第４の実施例に係るボールグリッドアレイパッケージを説明するための斜視図である。
【符号の説明】
２００、３００、４００、５００  基板
２０４、３０４、４０４、５０４  ボールランド
２１０、３１０、４１０、５１０  半導体チップ
２１２          チップパッド
２１４、３１４、４１４      導電性ボール
２１５          砂時計形状の導電性ボール
２２０          熱処理
２３０、３３０、４３０      ポリマーボール
２３２、３３２、４３２      接着層
２３４          テープ
２４０          注入装置
２５０          空気、ガス、水、又はオイル
４３４          ジグ
５３０          バイメタル
５３４          ジグ
【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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【図７】
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【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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