(57)【要約】      （修正有）【課題】ＢＧＡ半導体デバイスの高周波特性を悪化させず、信頼性を向上させる手段を提供する。【解決手段】デバイス実装基板２の上面に搭載され、デバイス実装基板上の複数の電極２１に電気的に接続されるデバイス１０１であって、電子部品４１を搭載し、それぞれがデバイス実装基板上の対応する電極に電気的に接続されるべき複数の電極１４を下面に有する部品搭載基板１と、部品搭載基板とデバイス実装基板の間に少なくとも１つが重ねて設けられ、上面および下面のそれぞれに複数の電極３１，３３を有し、上面および下面の対応する電極間が電気的に接続された中間基板３と、部品搭載基板、中間基板、およびデバイス実装基板の各基板間の対応する電極同士をそれぞれ接続する複数の端子ボール５１ａとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイス実装基板の上面に搭載され、前記デバイス実装基板上の複数の電極に電気的に接続されるデバイスであって、
電子部品を搭載し、それぞれが前記デバイス実装基板上の対応する電極に電気的に接続されるべき複数の電極を下面に有する部品搭載基板と、
前記部品搭載基板と前記デバイス実装基板の間に少なくとも１つが重ねて設けられ、上面および下面のそれぞれに複数の電極を有し、上面および下面の対応する電極間が電気的に接続された中間基板と、
前記部品搭載基板、前記中間基板、および前記デバイス実装基板の各基板間の対応する電極同士をそれぞれ接続する複数の端子ボールと
を備えるデバイス。
【請求項２】
前記部品搭載基板、前記中間基板、および前記デバイス実装基板に設けられる互いに電気的に接続される電極同士は、基板の面方向において重なる位置に設けられる請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
少なくとも１つの前記中間基板は、前記部品搭載基板および前記デバイス実装基板の熱膨張率の差を吸収するフレキシブル基板である請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
少なくとも１つの前記中間基板は、それぞれが対応する上面の電極および下面の電極の組を有する互いに分離した複数の中間部分基板の組を有する請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記部品搭載基板の一の電極に接続される一の前記中間部分基板は、前記一の電極より前記部品搭載基板の辺部に近い位置に設けられた他の電極に接続されない他の前記中間部分基板より少ない数の前記部品搭載基板の電極に接続される請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記部品搭載基板および前記デバイス実装基板の間に１つの前記中間基板を備える請求項４に記載のデバイス。
【請求項７】
デバイス実装基板と、
前記デバイス実装基板の上面に搭載され、前記デバイス実装基板上の複数の電極に電気的に接続されるデバイスと
を備え、
前記デバイスは、
電子部品を搭載し、それぞれが前記デバイス実装基板上の対応する電極に電気的に接続されるべき複数の電極を下面に有する部品搭載基板と、
前記部品搭載基板と前記デバイス実装基板の間に少なくとも１つが重ねて設けられ、上面および下面のそれぞれに複数の電極を有し、上面および下面の対応する電極間が電気的に接続された中間基板と、
前記部品搭載基板、前記中間基板、および前記デバイス実装基板の各基板間の対応する電極同士をそれぞれ接続する複数の端子ボールと
を有する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デバイス及び装置に関する。特に本発明はデバイス実装基板の上面に搭載されデバイス実装基板上の複数の電極に電気的に接続されるデバイス、およびそのデバイスとデバイス実装基板を備える装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）によりデバイス実装基板（例えば、プリント配線基板）上に実装される半導体デバイスは、例えば端子ボールによって、デバイス実装基板（プリント配線基板）上面の複数の電極と電気的および機械的に接続される。ＢＧＡ半導体デバイス等が動作する時の発熱により温度が上昇する場合、ＢＧＡ半導体デバイス自体も膨張するが、そのＢＧＡ半導体デバイスを実装するデバイス実装基板も膨張する。
【０００３】
ＢＧＡ半導体デバイスとデバイス実装基板の熱膨張率が異なり、且つ、温度が上昇する場合、端子ボール接続部には、熱膨張率の差により、ＢＧＡ半導体デバイス側とデバイス実装基板との位置変化の差を解消しようとする応力（ストレス）が発生する。この応力が端子ボール接続部で吸収できる限度を超えた場合、端子ボール接続部にはクラックが発生する可能性がある。
【０００４】
このクラックの発生を抑制することを目的として、端子ボールの直径を大きくすることも考えられる。ＢＧＡ半導体デバイスの端子ボールの直径を大きくすると、ＢＧＡ半導体デバイスとデバイス実装基板との間隔が増加するので、両者間の位置ずれをより吸収しやすくなり、クラックの発生を抑制できる。このように、ＢＧＡ半導体デバイスの端子ボールの直径を大きくした場合、ＢＧＡ半導体デバイスの信頼性は向上する。また、特許文献１には、半導体チップと基板の間に中間層を設けることが記載されている。
【特許文献１】特開２０００−７７４７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＢＧＡ半導体デバイスの端子ボールの直径を大きくすると、隣接する端子ボール間の容量成分が増加する。その結果、ＢＧＡ半導体デバイスに入出力する信号の高周波成分が減衰し、ＢＧＡ半導体デバイスの高周波特性が悪化することがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態によると、デバイス実装基板の上面に搭載され、前記デバイス実装基板上の複数の電極に電気的に接続されるデバイスであって、電子部品を搭載し、それぞれが前記デバイス実装基板上の対応する電極に電気的に接続されるべき複数の電極を下面に有する部品搭載基板と、前記部品搭載基板と前記デバイス実装基板の間に少なくとも１つが重ねて設けられ、上面および下面のそれぞれに複数の電極を有し、上面および下面の対応する電極間が電気的に接続された中間基板と、前記部品搭載基板、前記中間基板、および前記デバイス実装基板の各基板間の対応する電極同士をそれぞれ接続する複数の端子ボールとを備えるデバイスを提供する。
【０００７】
また、本発明の第２の形態によると、デバイス実装基板と、前記デバイス実装基板の上面に搭載され、前記デバイス実装基板上の複数の電極に電気的に接続されるデバイスとを備え、前記デバイスは、電子部品を搭載し、それぞれが前記デバイス実装基板上の対応する電極に電気的に接続されるべき複数の電極を下面に有する部品搭載基板と、前記部品搭載基板と前記デバイス実装基板の間に少なくとも１つが重ねて設けられ、上面および下面のそれぞれに複数の電極を有し、上面および下面の対応する電極間が電気的に接続された中間基板と、前記部品搭載基板、前記中間基板、および前記デバイス実装基板の各基板間の対応する電極同士をそれぞれ接続する複数の端子ボールとを有する装置を提供する。
【０００８】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１０】
図１は、本実施形態に係るデバイス１０１の構成の一例を示す。本発明の一実施形態によれば、デバイス１０１の信頼性を向上させながら、デバイス１０１の高周波特性を悪化させない端子ボール接続デバイスおよびそのデバイスを用いた装置を提供する。
【００１１】
本実施形態の装置１００は、例えば半導体パッケージであり、デバイス１０１と、デバイス実装基板２とを備える。デバイス１０１は、例えばＢＧＡ半導体デバイスであり、部品搭載部９１と、中間基板３と、複数の端子ボール５１とを有する。デバイス１０１は、デバイス実装基板２の上面に搭載された状態で、最も下側層の複数の端子ボール５１ｂにより、デバイス実装基板２上の複数の電極２１と電気的に接続される。
【００１２】
部品搭載部９１は、それぞれがデバイス実装基板２上の対応する電極２１に電気的に接続されるべき複数の電極１４を下面に有する部品搭載基板１と、部品搭載基板１上に実装される複数の部品を含む。部品搭載部９１の詳細については後述する。
【００１３】
中間基板３は、部品搭載基板１とデバイス実装基板２の間に、部品搭載基板１の下面及びデバイス実装基板２の上面と平行に設けられる。中間基板３は、部品搭載基板１およびデバイス実装基板２の熱膨張率の差による位置変化の差を吸収する。中間基板３は、例えば可撓性を有するポリイミドフィルム等を用いたフレキシブル基板であってよい。これに代えて、中間基板３は、部品搭載基板１とデバイス実装基板２の間の熱膨張率を有してもよい。
【００１４】
中間基板３は、例えば上面に配された複数の電極３１と、下面に配された複数の電極３３を有してよい。互いに対応する電極３１と電極３３は、例えば中間基板３を貫通する導電性のビア３４により電気的に接続される。
【００１５】
また、電極３１と電極３３は、各々対応する電極同士が基板の面方向Ａにおいて重なる位置に設けられ、さらにデバイス実装基板２の上面の対応する電極２１、および、部品搭載基板１の下面の対応する電極１４とも、基板の面方向Ａにおいて重なる位置に設けられてよい。その場合、対応する電極１４、端子ボール５１ａ、電極３１、電極３３、端子ボール５１ｂおよび電極２１同士は、全て基板の垂直方向に一列に並ぶ。
【００１６】
中間基板３の上側に設けられた複数の端子ボール５１ａは、部品搭載基板１および中間基板３の各基板間の対応する電極１４と電極３１同士をそれぞれ電気的及び機械的に接続する。中間基板３の下側に設けられた複数の端子ボール５１ｂは、中間基板３およびデバイス実装基板２の各基板間の対応する電極３３と電極２１同士をそれぞれ電気的及び機械的に接続する。したがって、各々複数の電極１４、端子ボール５１ａ、電極３１、電極３３、端子ボール５１ｂおよび電極２１における対応する組み合わせ同士は、全て電気的に接続される。
【００１７】
ここで、本実施形態における部品搭載部９１の詳細を説明する。部品搭載基板１は、一例として誘電体の低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）、あるいは他の種類のセラミックを使用して、その上面に各種の電気回路（特に高周波回路）の配線パターンが形成された基板（セラミック基板）であってもよい。部品搭載基板１は、下面に配された入出力用の複数の電極１４を有する。それぞれの電極１４は、それぞれが対応する電極２１に電気的に接続される。
【００１８】
また、部品搭載基板１は、上面側にパターン配線４４ａが形成されており、実装部品４３が当該パターン配線４４ａに接続する。実装部品４３は、例えばトランジスタ、ダイオード、抵抗、コンデンサ、又はコイル等の電子部品、又は、電子部品等が集積された半導体集積回路のチップ４１、又は、ヒートシンク等の機構部品であってよい。実装部品４３は、対応するパターン配線４４ａ上にはんだ等により電気的及び機械的に接続される。部品搭載基板１の上面に配されたパターン配線４４ａ及び下面に配された電極１４は、必要に応じて部品搭載基板を全て貫通するビア１５ａにより電気的に接続される。ビア１５ａは、例えば導電性材料により部品搭載基板１を貫通するように形成されたスルーホールであってよい。
【００１９】
また、部品搭載基板１は、例えばセラミック製の上層基板１１、中層基板１２、下層基板１３等の複数の基板が積層された多層基板であってよい。その場合、上層基板１１及び中層基板１２の間にパターン配線４４ｂ、中層基板１２と下層基板１３の間にパターン配線４４ｃが形成されてよい。また、その場合、上層基板１１の上面に配されたパターン配線４４ａ及び下層基板１３の下面に配された電極１４は、パターン配線４４ｂ又はパターン配線４４ｃと、必要に応じて部品搭載基板の個別基板を貫通するビア１５ｂにより電気的に接続されてよい。ビア１５ｂは、例えば上層基板１１、中層基板１２、下層基板１３の少なくとも１層を貫通して、パターン配線４４ｂ、パターン配線４４ｃ等の上下の対応する各電極を電気的に接続することを目的として設けられる。
【００２０】
また、部品搭載基板１が多層基板の場合、最上層の上層基板１１の一部を切り欠いた凹部４０が設けられてもよい。また、凹部４０の上側には、当該凹部４０を塞ぐように蓋部４５が配されてよい。蓋部４５と接続するパターン配線４４ａは、例えば部品搭載基板１に設けられた複数のビア１５ａを介して、部品搭載基板１の下面に形成された電極１４のうちの接地電極と電気的に接続されてよい。これにより蓋部４５を、接地電位とすることができる。
【００２１】
デバイス実装基板２は、ガラスエポキシ基板等であってよい。また、デバイス実装基板２の上面には、各種の電気回路の配線パターンが形成されてよい。また、デバイス実装基板２は、例えば複数の電極２１を配線パターンにより形成してもよい。
【００２２】
電極２１は、端子ボール５１とはんだ接続される電極であり、例えば端子ボール５１の直径と同様な直径を有する円形、又は、その円に外接する正方形等の形状に形成されてよい。端子ボール５１は、例えばはんだ等の導電性接合材料を微小な球形状に形成したもので、はんだボールとも称する。
【００２３】
本実施形態において、部品搭載基板１とデバイス実装基板２の間隔Ｌ１は、例えば各電極の厚さ寸法を無視すると、部品搭載基板１と中間基板３の間隔Ｌ２と、中間基板３とデバイス実装基板２の間隔Ｌ３と、中間基板３の厚さＬ４の和となる。例えば間隔Ｌ２と間隔Ｌ３が略同一である場合、間隔Ｌ２及び間隔Ｌ３は、各々間隔Ｌ１の略１／２より小さくなる。なお、本実施形態では間隔Ｌ２と間隔Ｌ３の値を略同一にしたが、これに限られるわけではなく、例えば上側の間隔Ｌ２を下側の間隔Ｌ３よりも小さくする等のように両者の値が異なる場合も本実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００２４】
一方、間隔Ｌ２と間隔Ｌ３が略同一である場合には、端子ボール５１ａの直径Ｄ１と端子ボール５１ｂの直径Ｄ２も略同一としてよい。端子ボール５１ａと端子ボール５１ｂは、上下端部がつぶれて変形するが略球形とみなすことができるので、各電極の厚さを無視する場合には、間隔Ｌ２、間隔Ｌ３、直径Ｄ１、直径Ｄ２は、略同様な（又は近似した）値となる。この場合、直径Ｄ１、直径Ｄ２は、各々間隔Ｌ１の略１／２より小さい値となる。
【００２５】
これにより装置１００によれば、中間基板３を用いずに１層の端子ボール５１ａを用いる場合と比較して、部品搭載基板１とデバイス実装基板２の間の間隔を大きくすることができ、応力をよりよく吸収できる。また、中間基板３を用いずに端子ボール５１の直径を倍増させた場合、よりよく応力を吸収できるが、端子ボール５１間の容量成分が増加してしまい、信号の高周波成分がより減衰してしまう。
【００２６】
それに対して装置１００によれば、部品搭載基板１とデバイス実装基板２の間隔Ｌ１を大きくとって維持してデバイス１０１の信頼性を向上でき、さらに、端子ボール５１ａの直径Ｄ１と端子ボール５１ｂの直径Ｄ２を増加させないことから高周波特性を悪化させることがない。したがって、装置１００によれば、デバイスの実装密度を高くすることができると共に高周波特性を悪化させず、信頼性を向上することができる。
【００２７】
本実施形態のデバイス１０１においては、中央部分よりも周辺部分にいくほど、部品搭載基板１とデバイス実装基板２との熱膨張率による位置変化の差が大きくなる。したがって、端子ボールの接続部に発生する応力も、デバイス１０１の中央部分よりも周辺部分の方が大きい。この周辺部分の応力を緩和することを目的として、互いに分離した複数の中間部分基板の組として形成してもよい。その場合に、中間基板３を中央部分の中間部分基板と周辺部分の中間部分基板とに分離させてもよく、さらに、中央部分の中間部分基板と比較して周辺部分の中間部分基板を小さく形成してもよい。なお、中間部分基板を小さくする場合、その表面上の電極３１の数は減少する。
【００２８】
図２は、中間基板３を複数の中間部分基板３ｃから３ｇに分割した構成を上面から見た一例を示す。例えば図１における符号３の部分が図２のＢ−Ｂ断面に相当する。なお、以下の説明における左前側、右前側、中央、左後側、右後側等は、複数の基板を判別することを目的としたもので、実際の製品等に適用された場合の前後左右とは異なる場合がある。
【００２９】
中間部分基板３ｃは、デバイス１０１の中央部分に配される。中間部分基板３ｃは、中間部分基板３ｄから中間部分基板３ｇに対し、デバイス実装基板２の辺から遠い位置に設けられる。中間部分基板３ｄから中間部分基板３ｇは、中間部分基板３ｃに対し、デバイス実装基板２の辺に近い位置に設けられる。
【００３０】
中間部分基板３ｄは、デバイス１０１の側端のうち左前側端部に配される中間基板であってよい。中間部分基板３ｅは、デバイス１０１の側端のうち右前側端部に配される中間基板であってよい。中間部分基板３ｆは、デバイス１０１の側端のうち右後側端部に配される中間基板であってよい。中間部分基板３ｇは、デバイス１０１の側端のうち左後側端部に配される中間基板であってよい。
【００３１】
中間部分基板３ｄから中間部分基板３ｇは、デバイス実装基板２の辺に最も近い中間部分基板３ｃの電極３１よりも、よりデバイス実装基板２の辺に近い電極３１を有する。換言すると、中間部分基板３ｃは、中間部分基板３ｄから中間部分基板３ｇが有する少なくとも一つの電極３１よりも、部品搭載基板１の辺部に近い位置に設けられた他の電極３１を有さない。なお、各中間部分基板のうち、中間基板３ｄから３ｇのほうが、中央部分の中間基板３ｃよりも、端子ボール（電極３１）の位置の平均が、部品搭載基板１の辺部に近い構成をとってよい。
【００３２】
また、本例のように、中間部分基板３ｃは、中間部分基板３ｄから中間部分基板３ｇが有する少なくとも一つの電極３１よりも、部品搭載基板１の中心から離れた位置に設けられた他の電極３１を有さない構成をとってよい。ここで部品搭載基板１の中心とは、一例として部品搭載基板１の重心であってよく、部品搭載基板１における複数の電極３１の位置を平均した位置であってよい。なお、中間部分基板３ｃは、部品搭載基板１の辺部に近い位置に設けられた電極１４には接続されない。
【００３３】
中間部分基板３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、及び３ｇは、互いに分離しており、それらを組み合わせることにより、部品搭載基板１に設けられた複数の電極１４と、デバイス実装基板２に設けられた対応する各電極２１とを接続する。それぞれの中間部分基板３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、及び３ｇは、それぞれが対応する上面の電極３１と下面の電極３３の組を有する。
【００３４】
また、中央部分の中間部分基板３ｃと比較して周辺部分の中間部分基板３ｄから中間部分基板３ｇを小さく形成する場合、その表面上の電極３１の数は減少するので、中間部分基板３ｄ、３ｅ、３ｆ、及び３ｇは、中間部分基板３ｃより少ない数の電極１４に接続される。これにより、中間基板の周辺部の端子ボールに対し、より大きく発生する応力を緩和することができる。
【００３５】
図３は、中間基板３を複数の中間部分基板３ｃ'から３ｇ'に分割した構成を上面から見た他の例を示す。なお、以下の説明における前側、後側、中央、右側、左側等は、複数の基板を判別することを目的としたもので、実際の製品等に適用された場合の前後左右とは異なる場合がある。
【００３６】
中間部分基板３ｃ'は、デバイス１０１の中央部分に配される。中間部分基板３ｃ'は、中間部分基板３ｄ'から中間部分基板３ｇ'に対し、デバイス実装基板２の辺から遠い位置に設けられる。中間部分基板３ｄ'から中間部分基板３ｇ'は、中間部分基板３ｃ'に対し、デバイス実装基板２の辺に近い位置に設けられる。
【００３７】
中間部分基板３ｄ'は、デバイス１０１の側端のうち前側端部に配される中間基板であってよい。中間部分基板３ｅ'は、デバイス１０１の側端のうち後側端部に配される中間基板であってよい。中間部分基板３ｆ'は、デバイス１０１の側端のうち右側端部に配される中間基板であってよい。中間部分基板３ｇ'は、デバイス１０１の側端のうち左側端部に配される中間基板であってよい。各部分基板における電極３１の位置関係及び接続は上記した図２の例の場合と同様である。
【００３８】
図４は、本実施形態に係るデバイス１０１の接続部の変形例を示す。本変形例に係るデバイス１０１は、複数の中間基板３ａと３ｂを有する。各中間基板３ａ、３ｂの間にはそれぞれ複数の端子ボール５１ｃが設けられる。また、中間基板３ａと中間基板３ｂは、上記した中間基板３と同様に、各々部品搭載基板１の下面及びデバイス実装基板２の上面と平行に、且つ、上下に重なるように配される。各中間基板３ａと３ｂのその他の構成は、図１から図３に記載した中間基板３と同様である。
【００３９】
この変形例の場合、部品搭載基板１とデバイス実装基板２の間が間隔Ｌ１をさらに増加させることができる。また、この変形例の場合、端子ボール５１ａと端子ボール５１ｂと端子ボール５１ｃの各直径については、逆に減少させることができる。つまり、この変形例では、端子ボールに発生する応力を吸収するための間隔を増加させると共に、高周波特性を悪化させる容量成分は減少させることができる。したがって、本変形例に係る部品搭載基板１においては、さらにデバイスの高周波特性を悪化させず、信頼性を向上させることができる。
【００４０】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本実施形態に係る装置１００の構成の一例を示す。
【図２】図１の中間基板３を複数の中間部分基板３ｃから３ｇに分割した構成を上面から見た一例を示す。
【図３】図１の中間基板３を複数の中間部分基板３ｃ'から３ｇ'に分割した構成を上面から見た他の例を示す。
【図４】本実施形態に係るデバイス１０１の接続部の変形例を示す。
【符号の説明】
【００４２】
１  部品搭載基板
２  デバイス実装基板
３  中間基板
３ａ  中間基板
３ｂ  中間基板
３ｃ、３ｃ'  中間部分基板
３ｄ、３ｄ'  中間部分基板
３ｅ、３ｅ'  中間部分基板
３ｆ、３ｆ'  中間部分基板
３ｇ、３ｇ'  中間部分基板
１１  上層基板
１２  中層基板
１３  下層基板
１４  電極
１５  ビア
１５ａ  ビア
１５ｂ  ビア
２１  電極
３１  電極
３３  電極
３４  ビア
３４ａ  ビア
３４ｂ  ビア
４０  凹部
４１  チップ
４２  ワイヤボンディング
４３  実装部品
４４  パターン配線
４５  蓋部
５１  端子ボール
５１ａ  端子ボール
５１ｂ  端子ボール
５１ｃ  端子ボール
９１  部品搭載部
１００  装置
１０１  デバイス
Ｌ１  間隔
Ｌ２  間隔
Ｌ３  間隔
Ｌ４  厚さ
Ｄ１  直径
Ｄ２  直径
【図１】
2009105095.tif 000003
【図２】
2009105095.tif 000004
【図３】
2009105095.tif 000005
【図４】
2009105095.tif 000006