(57)【要約】【課題】本願は、電子部品の反り具合に起因する接合信頼性の低下を抑制できる電子機器を開示する。【解決手段】本願で開示する電子機器は、半導体チップを封止するパッケージと、パッケージが実装されるプリント基板と、を備え、パッケージは、プリント基板に形成されているパッド群に対応する配列パターンの端子群を、パッケージの表面と裏面の両側に各々有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップを封止するパッケージと、
前記パッケージが実装されるプリント基板と、を備え、
前記パッケージは、前記プリント基板に形成されているパッド群に対応する配列パターンの端子群を、前記パッケージの表面と裏面の両側に各々有する、
電子機器。
【請求項２】
前記パッケージは、温度に応じて表面側と裏面側の何れか一方へ反る部品であり、
前記プリント基板は、前記パッケージが前記プリント基板と同じ向きに反る状態で実装される、
請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
前記パッケージは、
前記表面を形成する第１配線層と、
前記裏面を形成し、前記第１配線層と熱膨張係数が異なる第２配線層と、を有する、
請求項１または２に記載の電子機器。
【請求項４】
前記パッケージは、前記第１配線層と前記第２配線層とを電気的に接続する導電材であって、
前記パッケージの何れかの端部内に形成される第１導電材と、
前記パッケージの各端部のうち、前記パッケージの中心部を間に挟んで前記第１導電材の反対側の端部内に形成される第２導電材と、を有する、
請求項３に記載の電子機器。
【請求項５】
前記端子群のうち前記パッケージの表面に配列される端子群は、前記パッケージの裏面に配列される端子群に対し、前記パッケージを前記第１導電材が有る側と前記第２導電材が有る側とに分断する中心線を挟んで対称な配列パターンで形成されている、
請求項４に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器は、小型化の一途を辿っている。電子機器の小型化に伴い、電子機器に内蔵される電子部品には、小型化のための各種工夫が施されている（例えば、特許文献１−３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２１４５３５号公報
【特許文献２】国際公開第０１／０７１８０６号
【特許文献３】特開平１０−９２９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電子機器には、例えば、部品の下面に配列された電極を介して基板に実装される電子部品を内蔵したものがある。下面に電極を配列した電子部品としては、例えば、ＢＧＡ（Ball Grid Array）タイプの半導体パッケージが挙げられる。
【０００５】
ところで、電子部品は、電子機器の小型化や高性能化に伴い、電極数の増加や電極の微細化が求められている。しかし、下面に電極を配列した電子部品の電極数の増加や電極の微細化は、信頼性の維持を困難にする。例えば、半導体チップや基板を組み合わせた半導体パッケージのように、熱膨張係数の相違する素材が積層された電子部品は、温度変化に伴う反りを生ずる場合がある。温度変化に伴う反りを生ずる電子部品の電極数が増加したり、電極が微細化したりすると、電子部品の反りに起因する電極の接合不良の発生確率が高まる。
【０００６】
そこで、温度変化に伴う電子部品の反りの発生を前提とした対策として、例えば、接合に用いるはんだの供給量を反り具合に応じて調整することや、部品間で反り量が揃うように各部品を設計することが考えられる。しかし、各部品の反り具合に応じてはんだの供給量を調整することは容易でない。また、各部品の製造者が同一であることは稀なので、各部品の反り量を設計段階でマッチングさせることは容易でない。
【０００７】
そこで、本願は、電子部品の反り具合に起因する接合信頼性の低下を抑制できる電子機器を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願は、以下のような電子機器を開示する。すなわち、本願で開示する電子機器は、半導体チップを封止するパッケージと、パッケージが実装されるプリント基板と、を備え、パッケージは、プリント基板に形成されているパッド群に対応する配列パターンの端子群を、パッケージの表面と裏面の両側に各々有する。
【発明の効果】
【０００９】
上記の電子機器であれば、各電子部品の反り具合の相違に起因する接合信頼性の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、パッケージを斜め上から見た斜視図である。
【図２】図２は、パッケージを斜め下から見た斜視図である。
【図３】図３は、パッケージの内部構造を示した図である。
【図４】図４は、パッケージを分解した図である。
【図５】図５は、第１配線層の斜視図である。
【図６】図６は、第２配線層の斜視図である。
【図７】図７は、パッケージの反りのメカニズムを説明する第１の図である。
【図８】図８は、パッケージの反りのメカニズムを説明する第２の図である。
【図９】図９は、反っている物体の反り量、曲率半径および長さを示した図である。
【図１０】図１０は、電子機器の一例であるスマートフォンを示した図である。
【図１１】図１１は、スマートフォンの内部構造を示した図である。
【図１２】図１２は、反った状態のプリント基板を示した第１の図である。
【図１３】図１３は、反った状態のプリント基板を示した第２の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施形態について説明する。以下に示す実施形態は、単なる例示であり、本開示の技術的範囲を以下の態様に限定するものではない。
【００１２】
図１は、パッケージを斜め上から見た斜視図である。また、図２は、パッケージ１０を斜め下から見た斜視図である。
【００１３】
パッケージ１０は、矩形で板状の電子部品である。パッケージ１０は、電子機器に内蔵されるプリント基板に実装される電子部品である。パッケージ１０は、図１および図２において上側から順に、第１配線層１１、樹脂層１２、第２配線層１３の３つの層を備える積層構造体である。パッケージ１０は、端子を縦横に配列した端子群を表面と裏面の両方に各々有する。
【００１４】
すなわち、パッケージ１０の第１配線層１１側の表面には、端子１ＡＵ，１ＢＵ，１ＣＵ，１ＤＵ，２ＡＵ，２ＢＵ，２ＣＵ，２ＤＵ，３ＡＵ，３ＢＵ，３ＣＵ，３ＤＵ，４ＡＵ，４ＢＵ，４ＣＵ，４ＤＵを４行４列で縦横に配列した端子群１Ｕが形成されている。また、パッケージ１０の第２配線層１３側の表面には、端子１ＡＢ，１ＢＢ，１ＣＢ，１ＤＢ，２ＡＢ，２ＢＢ，２ＣＢ，２ＤＢ，３ＡＢ，３ＢＢ，３ＣＢ，３ＤＢ，４ＡＢ，４ＢＢ，４ＣＢ，４ＤＢを４行４列で縦横に配列した端子群１Ｂが形成されている。
【００１５】
なお、以下の説明では、パッケージ１０の第１配線層１１側の表面を「表面」と称し、パッケージ１０の第２配線層１３側の表面を「裏面」と称する場合がある。しかし、「表面」および「裏面」との呼称は、パッケージ１０の上下方向を限定するものではない。例えば、パッケージ１０の第１配線層１１側の表面が「裏面」と称され、パッケージ１０の第２配線層１３側の表面が「表面」と称されてもよい。
【００１６】
図３は、パッケージ１０の内部構造を示した図である。パッケージ１０は、第１配線層１１と第２配線層１３との間に半導体チップ１４を配置した構造を有する。半導体チップ１４は、第２配線層１３にはんだボール５Ｍを介して実装されている。また、パッケージ１０には、第１配線層１１と第２配線層１３とを電気的に接続する導電材が備わっている。すなわち、パッケージ１０には、図３において左側の端部内に形成される第１導電材６と、図３において右側の端部内に形成される第２導電材７とが備わっている。第１導電材６と第２導電材７は、パッケージ１０の中心部を間に挟んで対称に形成されている。第１配線層１１と第２配線層１３との間は、樹脂層１２を形成するモールド樹脂が充填されている。よって、半導体チップ１４、第１導電材６、第２導電材７は、樹脂層１２を形成す
るモールド樹脂の中に埋まっている。
【００１７】
図４は、パッケージ１０を分解した図である。パッケージ１０は、端子群１Ｕを形成する多数のはんだボール５Ｕが、第１配線層１１の表面に形成される多数のパッド８Ｕに溶着される。また、パッケージ１０は、端子群１Ｂを形成する多数のはんだボール５Ｂが、第２配線層１３の表面に形成される多数のパッド８Ｂに溶着される。各パッド８Ｕ，８Ｂは、パッケージ１０が実装されるプリント基板に形成されているパッド群に対応する配列パターンに沿って形成されている。
【００１８】
また、第１配線層１１には、各パッド８Ｕと第１導電材６、第２導電材７とを電気的に繋ぐ配線パターンが形成されている。第２配線層１３も、第１配線層１１と同様、各パッド８Ｂと第１導電材６、第２導電材７とを電気的に繋ぐ配線パターンが形成されている。また、第２配線層１３には、はんだボール５Ｍを介して実装される半導体チップ１４と各パッド８Ｂとを電気的に繋ぐ配線パターンも形成されている。
【００１９】
第１導電材６は、図４においてパッケージ１０の左奥側の端部内に形成されている。また、第２導電材７は、図４においてパッケージ１０の右手前側の端部内に形成されている。なお、図４では、第１導電材６および第２導電材７が棒状に描かれているが、第１導電材６および第２導電材７は、パッケージ１０を表面から裏面へ貫くスルーホール内に形成される導電材である。第１導電材６は、１０個のスルーホール４ＢＴ１，３ＡＴ，４ＢＴ２，４ＡＴ，１ＡＴ，１ＢＴ，２ＢＴ１，２ＢＴ２，２ＡＴ，３ＢＴを有する。また、第２導電材７は、１０個のスルーホール４ＣＴ，４ＤＴ，３ＣＴ１，３ＣＴ２，３ＤＴ，２ＣＴ，２ＤＴ，１ＤＴ，１ＣＴ１，１ＣＴ２を有する。
【００２０】
図５は、第１配線層１１の斜視図である。図５（Ａ）は第１配線層１１を斜め上から見た図であり、図５（Ｂ）は第１配線層１１を斜め下から見た図である。図６は、第２配線層１３の斜視図である。図６（Ａ）は第２配線層１３を斜め上から見た図であり、図６（Ｂ）は第２配線層１３を斜め下から見た図である。
【００２１】
図４，５，６を見ると判るように、スルーホール４ＢＴ１とスルーホール４ＢＴ２は、端子４ＢＵ，４ＢＢと電気的に繋がっている。また、スルーホール３ＡＴは、端子３ＡＵ，３ＡＢと電気的に繋がっている。また、スルーホール４ＡＴは、端子４ＡＵ，４ＡＢと電気的に繋がっている。また、スルーホール１ＡＴは、端子１ＡＵ，１ＡＢと電気的に繋がっている。また、スルーホール１ＢＴは、端子１ＢＵ，１ＢＢと電気的に繋がっている。また、スルーホール２ＢＴ１とスルーホール２ＢＴ２は、端子２ＢＵ，２ＢＢと電気的に繋がっている。また、スルーホール２ＡＴは、端子２ＡＵ，２ＡＢと電気的に繋がっている。また、スルーホール３ＢＴは、端子３ＢＵ，３ＢＢと電気的に繋がっている。
【００２２】
また、スルーホール４ＣＴは、端子４ＣＵ，４ＣＢと電気的に繋がっている。また、スルーホール４ＤＴは、端子４ＤＵ，４ＤＢと電気的に繋がっている。また、スルーホール３ＣＴ１とスルーホール３ＣＴ２は、端子３ＣＵ，３ＣＢと電気的に繋がっている。また、スルーホール３ＤＴは、端子３ＤＵ，３ＤＢと電気的に繋がっている。また、スルーホール２ＣＴは、端子２ＣＵ，２ＣＢと電気的に繋がっている。また、スルーホール２ＤＴは、端子２ＤＵ，２ＤＢと電気的に繋がっている。また、スルーホール１ＤＴは、端子１ＤＵ，１ＤＢと電気的に繋がっている。また、スルーホール１ＣＴ１とスルーホール１ＣＴ２は、端子１ＣＵ，１ＣＢと電気的に繋がっている。
【００２３】
パッケージ１０は、表面に配列される端子と裏面に配列される端子とが上述のように電気的に繋がっているため、表面にある端子群１Ｕと裏面にある端子群１Ｂとが、パッケージ１０を第１導電材６が有る側と第２導電材７が有る側とに分断する中心線を挟んで電気
的に対称な配列パターンを形成している。このため、パッケージ１０は、裏面をプリント基板へ向けた状態で実装することもできるし、表面をプリント基板へ向けた状態で実装することもできる。よって、上記のパッケージ１０であれば、温度に応じた反りがプリント基板やパッケージ１０で生ずる場合に、プリント基板の反り方向とパッケージ１０の反り方向とを合わせることができる。したがって、上記のパッケージ１０を用いれば、プリント基板やパッケージ１０の製造に際し、反り量を管理するだけで、プリント基板とパッケージ１０とを適正に接合することができる。すなわち、上記のパッケージ１０を用いれば、プリント基板とパッケージ１０との反り方向の相違に起因する接合信頼性の低下を抑制することができる。
【００２４】
図７は、パッケージ１０の反りのメカニズムを説明する第１の図である。図７では、半導体チップ１４と樹脂層１２に相当する部材を符号Ａ，Ｂで示し、第２配線層１３に相当する部材を符号Ｃで示す。半導体チップ１４は、シリコンで出来ているため、パッケージ１０を形成する他の樹脂等の素材よりも熱膨張係数が小さい。よって、常温の状態からリフローが行われると、図７に伸張差として示されるように、半導体チップ１４と樹脂層１２に相当する部材である符号Ａ，Ｂの部材よりも、第２配線層１３に相当する部材である符号Ｃの部材の方が伸びる。よって、第２配線層１３と半導体チップ１４と樹脂層１２とによって形成される構造体では、リフロー等で昇温されると、下側へ向かって凹状に反りが発生する。
【００２５】
図８は、パッケージ１０の反りのメカニズムを説明する第２の図である。図８では、第１配線層１１に相当する部材を符号Ｄで示し、第１導電材６および第２導電材７に相当する部材を符号Ｅで示す。パッケージ１０の設計においては、例えば、符号Ａ，Ｂで示される部材に発生する熱応力の緩和を目的として、樹脂層１２にフィラー等を含有させ、樹脂層１２と半導体チップ１４との熱膨張の不一致の低減が図られる。更に、下側へ向かって凹状に反る符号Ａ，Ｂ，Ｃの部材の反り方向に沿うよう、符号Ｄで示される部材には、符号Ｂ，Ｃの部材の熱膨張係数よりも更に符号Ａの熱膨張係数に近い素材が選定される。符号Ｃで示される部材と符号Ｄで示される部材は、両端部が符号Ｅの部材で互いに接合されている。すなわち、パッケージ１０は、第１導電材６と第２導電材７がパッケージ１０の中心部を間に挟んで対称に形成されたバイメタルのような構造を有しているため、符号Ｄの部材が符号Ｂ，Ｃの部材よりも熱膨張係数の小さい素材で形成されれば、パッケージ１０全体が下側へ向かって凹状に反ることになる。
【００２６】
パッケージ１０の反り量は、例えば、以下のようにして管理することができる。図９は、反っている物体の反り量、曲率半径および長さを示した図である。例えば、パッケージ１０の表面および裏面に配列される各端子を、例えば、厚さ１２０μｍの印刷版を用いてはんだで形成する場合を考える。パッケージ１０の表面および裏面に配列される各端子が厚さ１２０μｍの印刷版を用いてはんだで形成されている場合、理論的には１２０μｍの反りまでは接合不良を生じることなくプリント基板に接合できるはずである。しかし、一般的には、端子の寸法の誤差を考慮した統計処理により、例えば、３０％程度のマージンが設定されると、接合不良を生じることなくプリント基板に接合できる反り量は１２０×０．７＝８４μｍと算定される。
【００２７】
ここで、図８において符号Ａ，Ｂで示す部材の熱膨張係数をα１、符号Ｃで示す部材の熱膨張係数をα２、符号Ｄで示す部材の熱膨張係数をα３とする。また、図８において、符号Ａ，Ｂで示す部材のヤング率をＥ１、符号Ｃで示す部材のヤング率をＥ２、符号Ｄで示す部材のヤング率をＥ３とする。図８に示す構造体の反り量は、以下の数式１で表わされる。
【数１】
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【００２８】
温度変化Ｔとは、温度変化量であり、例えば、常温２５℃からリフロー温度２５０℃に達した場合は２２５℃となる。上述した数式１を見ると判るように、反り量は、熱膨張係数とヤング率による影響が支配的であることが判る。よって、パッケージ１０を設計する際は、例えば、熱膨張係数の大小関係がα１＞α２＞α３となる適宜の素材を選定する。
【００２９】
図１０は、電子機器の一例であるスマートフォンを示した図である。パッケージ１０は、例えば、図１０に示されるスマートフォン２０のような小型の電子機器に内蔵可能である。スマートフォン２０は、図１０に示されるように、タッチパネル２１と筐体２２を備える。スマートフォン２０は、小型化を求められる電子機器でありながら、タッチパネル２１の大画面化を求められる電子機器である。よって、スマートフォン２０は、タッチパネル２１の大画面化と全体的な大きさの小型化を両立するべく、薄型化が求められている。
【００３０】
図１１は、スマートフォン２０の内部構造を示した図である。スマートフォン２０には、各種の電子部品を実装したプリント基板２３が内蔵されている。スマートフォン２０に内蔵されるプリント基板２３は、薄型化が求められる。薄いプリント基板２３は、電子部品を実装する際のリフローの熱で反ることがある。
【００３１】
図１２は、反った状態のプリント基板２３を示した第１の図である。プリント基板２３は、例えば、図１２に示されるように、上側へ凸状に反る場合がある。上側へ凸状に反るプリント基板２３に対し、下側へ凹状に反るパッケージ１０を実装すると、端子の接合不良が生じる可能性が高い。
【００３２】
図１３は、反った状態のプリント基板２３を示した第２の図である。パッケージ１０は、上述したように、表面をプリント基板２３へ向けた状態と裏面をプリント基板２３へ向けた状態の何れの状態でも実装することができる。そこで、プリント基板２３が上側へ凸状に反る場合、パッケージ１０がプリント基板２３と同じ方向へ反るようにパッケージ１０を裏返してから実装することにより、端子の接合不良が生じる可能性を低減できる。
【００３３】
なお、パッケージ１０は、スマートフォン２０に内蔵されるものに限定されない。パッケージ１０は、例えば、ノート型のパーソナルコンピュータ、タブレット型のパーソナル
コンピュータ、電子手帳、電子辞書、携帯型の音響機器、ボイスレコーダ、その他の各種電子機器に内蔵されてもよい。
【００３４】
また、パッケージ１０は、半導体チップ１４を１つ内蔵したものに限定されない。パッケージ１０は、半導体チップ１４を複数内蔵したものであってもよいし、半導体チップ１４以外の各種電子部品を内蔵したものであってもよい。
【００３５】
また、パッケージ１０は、正方形で板状のものに限定されない。パッケージ１０は、例えば、長方形で板状のものであってもよいし、その他の形状で板状のものであってもよい。
【００３６】
また、パッケージ１０を内蔵する電子機器は、パッケージ１０をプリント基板に直に実装したものに限定されない。パッケージ１０を内蔵する電子機器は、積み重なった複数のパッケージ１０を内蔵したものであってもよい。
【００３７】
また、パッケージ１０は、４行４列で配列された端子を表面と裏面に有するものに限定されない。パッケージ１０は、様々な行数と列数で配列された端子を表面と裏面に有するものであればよい。
【００３８】
また、パッケージ１０は、表面と裏面に端子として配列されたはんだボールを備えるものに限定されない。パッケージ１０は、表面と裏面に端子として配列されたパッドのみを有し、はんだボールが表面と裏面の少なくとも何れかの面から省略されていてもよい。
【００３９】
なお、本願は、以下の付記的事項を含む。
（付記１）
半導体チップを封止するパッケージと、
前記パッケージが実装されるプリント基板と、を備え、
前記パッケージは、前記プリント基板に形成されているパッド群に対応する配列パターンの端子群を、前記パッケージの表面と裏面の両側に各々有する、
電子機器。
（付記２）
前記パッケージは、温度に応じて表面側と裏面側の何れか一方へ反る部品であり、
前記プリント基板は、前記パッケージが前記プリント基板と同じ向きに反る状態で実装される、
付記１に記載の電子機器。
（付記３）
前記パッケージは、
前記表面を形成する第１配線層と、
前記裏面を形成し、前記第１配線層と熱膨張係数が異なる第２配線層と、を有する、
付記１または２に記載の電子機器。
（付記４）
前記パッケージは、前記第１配線層と前記第２配線層とを電気的に接続する導電材であって、
前記パッケージの何れかの端部内に形成される第１導電材と、
前記パッケージの各端部のうち、前記パッケージの中心部を間に挟んで前記第１導電材の反対側の端部内に形成される第２導電材と、を有する、
付記３に記載の電子機器。
（付記５）
前記端子群のうち前記パッケージの表面に配列される端子群は、前記パッケージの裏面に配列される端子群に対し、前記パッケージを前記第１導電材が有る側と前記第２導電材
が有る側とに分断する中心線を挟んで対称な配列パターンで形成されている、
付記４に記載の電子機器。
（付記６）
半導体チップを封止するパッケージと、
前記パッケージの表面と裏面の両側に各々に形成された、前記パッケージが実装されるプリント基板に形成されているパッド群に対応する配列パターンの端子群と、を備える、
電子部品。
（付記７）
前記パッケージは、温度に応じて表面側と裏面側の何れか一方へ反る部品である、
付記６に記載の電子部品。
（付記８）
前記パッケージは、
前記表面を形成する第１配線層と、
前記裏面を形成し、前記第１配線層と熱膨張係数が異なる第２配線層と、を有する、
付記７または８に記載の電子部品。
（付記９）
前記パッケージは、前記第１配線層と前記第２配線層とを電気的に接続する導電材であって、
前記パッケージの何れかの端部内に形成される第１導電材と、
前記パッケージの各端部のうち、前記パッケージの中心部を間に挟んで前記第１導電材の反対側の端部内に形成される第２導電材と、を有する、
付記８に記載の電子部品。
（付記１０）
前記端子群のうち前記パッケージの表面に配列される端子群は、前記パッケージの裏面に配列される端子群に対し、前記パッケージを前記第１導電材が有る側と前記第２導電材が有る側とに分断する中心線を挟んで対称な配列パターンで形成されている、
付記９に記載の電子部品。
【符号の説明】
【００４０】
１ＡＵ，１ＢＵ，１ＣＵ，１ＤＵ，２ＡＵ，２ＢＵ，２ＣＵ，２ＤＵ，３ＡＵ，３ＢＵ，３ＣＵ，３ＤＵ，４ＡＵ，４ＢＵ，４ＣＵ，４ＤＵ，１ＡＢ，１ＢＢ，１ＣＢ，１ＤＢ，２ＡＢ，２ＢＢ，２ＣＢ，２ＤＢ，３ＡＢ，３ＢＢ，３ＣＢ，３ＤＢ，４ＡＢ，４ＢＢ，４ＣＢ，４ＤＢ・・・端子：１Ｕ，１Ｂ・・・端子群：５Ｍ，５Ｕ，５Ｂ・・・はんだボール：６・・・第１導電材：７・・・第２導電材：８Ｕ，８Ｂ・・・パッド：１０・・・パッケージ：１１・・・第１配線層：１２・・・樹脂層：１３・・・第２配線層：１４・・・半導体チップ：２０・・・スマートフォン：２１・・・タッチパネル：２２・・・筐体：２３・・・プリント基板
【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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