(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下面に複数のボール状の接続端子が接続された半導体装置の接続端子と金属配線が接続されて半導体装置が面実装される半導体装置の実装基板において、
前記金属配線は、少なくとも前記接続端子が接続される位置では、厚さが接続前の前記接続端子の高さ以上になっており、
少なくとも一部の前記金属配線の周囲に、前記金属配線の厚さよりも大きい寸法で前記半導体装置側に突出し、その先端部分には前記接続端子側に向かって高さが低くなるように傾斜した案内面が形成された案内部材をさらに備え、
前記金属配線と前記案内部材との間に空間が形成されていることを特徴とする半導体装置の実装基板。
【請求項２】
下面に複数のボール状の接続端子が接続された半導体装置の接続端子と金属配線が接続されて半導体装置が面実装される半導体装置の実装基板に半導体装置が実装された半導体装置実装体において、
請求項１に記載の実装基板を備えたことを特徴とする半導体装置実装体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下面に複数のボール状の接続端子が接続された半導体装置の接続端子と金属配線が接続されて半導体装置が面実装される半導体装置の実装基板及びその実装基板を用いた半導体装置実装体に関するものである。より具体的には、ＢＧＡ（Ball Grid Array，米国特許第５１４８２６５号参照）実装された半導体装置の接続や、フリップチップ接続に用いる実装基板及びその実装基板を用いた半導体装置実装体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、半導体チップを封止したパッケージの下面に半田ボール等の接続端子を有する半導体装置として、ＢＧＡやμＢＧＡ（端子ピッチが０．８ｍｍ以下のＢＧＡであり、ＣＳＰ（Chip Scale Package）ともいう）などが存在する。ＢＧＡやμＢＧＡを用いた実装構造（以下、ＢＧＡ実装構造という）は、複数のリードをパッケージ周辺から取り出したＱＦＰ（Quad Flat Package）を実装した場合に比べて、搭載面積を小さくできるので高密度搭載に適するという利点がある。
【０００３】
図１は、（Ａ）は従来の実装基板を示す断面図、（Ｂ）はその実装基板を用いたＢＧＡ実装構造を示す断面図である。
半導体チップを封止したＢＧＡパッケージ１は、その下面１ａに複数の金属電極３が設けられ、各金属電極３には、接続端子としての半田ボール５がそれぞれ接続されている。
実装基板７のＢＧＡパッケージ１に対向する実装面７ａの、ＢＧＡパッケージ１の各半田ボール５に対応する位置に金属配線９が設けられている。金属配線９の厚さは例えばＪＩＳ規格の材料厚さとして用いられている１８μｍや５０μｍ等であり、その厚さはいずれも半田ボール５のボール径よりも小さい。各金属配線９には、対応する半田ボール５がそれぞれ接続される。
【０００４】
また、高密度搭載を実現する実装構造として、半導体チップの能動素子面を、半田ボール等の接続端子を介して、実装基板に直接接続するフリップチップ接続構造がある。フリップチップ接続構造も、ＢＧＡ実装構造と同様に、搭載面積を小さくできるので高密度搭載に適する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＢＧＡ実装構造では、パッケージをガラスエポキシなどの実装基板に実装すると、パッケージと実装基板との熱膨張係数の違いによって応力が生じ、その応力が金属配線と接続端子の接合部分付近に集中して接続端子にクラックが生じて接合不良を起こすことが一般的に知られている。フリップチップ接続構造でも、半導体チップと実装基板との熱膨張係数の違いによって応力が生じ、接続端子にクラックが生じて接合不良を起こすことが一般的に知られている。
【０００６】
このような不具合を回避するため、特開平０９−１２９７８９号公報、特開平０９−１９９５４０号公報、特開平１０−１７３００６号公報等で接続後の信頼性を向上させる発明が公開されているが、接続端子（半田ボール等）の構造や大きさ・形状に特徴を持たせるか、あるいは接続端子（半田ボール等）の接続部分を凹型にするなどといったものであり、何れもパッケージに特徴を持たせることで問題を解決しており、実装基板にのみ特徴を持たせることによって効果を得るものではない。
【０００７】
そこで本発明は、ＢＧＡ実装構造又はフリップチップ接続構造において、実装基板の配線構造に特徴を持たせることにより、パッケージ又は半導体チップを実装基板に実装した後の熱膨張係数の差による応力を分散させ、実装後の信頼性の向上させることを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下面に複数のボール状の接続端子が接続された半導体装置の接続端子と金属配線が接続されて半導体装置が面実装される半導体装置の実装基板であって、その金属配線は、少なくとも接続端子が接続される位置では、厚さが接続前の上記接続端子の高さ以上になっており、少なくとも一部の前記金属配線の周囲に、上記金属配線の厚さよりも大きい寸法で上記半導体装置側に突出し、その先端部分には上記接続端子側に向かって高さが低くなるように傾斜した案内面が形成された案内部材をさらに備え、上記金属配線と上記案内部材との間に空間が形成されているものである。
【０００９】
金属配線は、少なくとも接続端子が接続される位置では、厚さが接続前の接続端子の高さ以上になっていることより、金属配線が変形して、パッケージ又は半導体チップと実装基板との熱膨張係数の違いによって生じる応力を吸収する。その結果、接続端子と金属配線の接合部分付近に応力が集中することを防止することができ、接続端子の疲労破壊を抑制することができる。
【００１１】
さらに、本発明では、少なくとも一部の金属配線の周囲に、金属配線の厚さよりも大きい寸法で半導体装置側に突出し、その先端部分には接続端子側に向かって高さが低くなるように傾斜した案内面が形成された案内部材をさらに備えているようにしたので、実装時のアライメント精度を緩和して実装性を向上させることができる。
【００１２】
【実施例】
図２は、参考例をＢＧＡ実装構造に適用した例を示す断面図であり、（Ａ）は実装基板、（Ｂ）はＢＧＡ実装構造を示す。
半導体チップを封止したＢＧＡパッケージ１の下面１ａに複数の金属電極３が設けられ、各金属電極３には、接続端子としての半田ボール５がそれぞれ接続されている。半田ボール５の直径寸法Ｄは例えば５００μｍである。半田ボール５は、例えば予め金属電極３に供給した状態で、リフロー炉を通過させることによって半田ボール５が溶融して金属電極３に接続される。
【００１３】
実装基板１１は、そのＢＧＡパッケージ１に対向する実装面１１ａの、ＢＧＡパッケージ１の各半田ボール５に対応する位置に金属配線１３がＢＧＡパッケージ１側に突出して設けられている。金属配線１３は、材料はＣｕやＡｕ、Ｎｉ、Ａｌなどが用いられ、形状は例えば直方状であり、高さ（厚さ）Ｈ１は７００μｍであり、幅Ｗ１は２５０μｍである。実装基板１１の実装面１１ａには、金属配線１３に接続されている配線パターン（図示は省略）が形成されている。
【００１４】
各金属配線１３には、（Ｂ）に示すように、対応する半田ボール５がそれぞれ接続される。半田ボール５は、例えば予め実装基板１１の対応する金属配線１３に位置決めされた状態で、リフロー炉を通過させることによって半田ボール５が溶融して金属配線１３に接続される。
【００１５】
このような構造にすることにより、実装時又は実装後にＢＧＡパッケージ１と実装基板１１の熱膨張係数の違いによって応力が生じても、金属配線１３が変形して応力を吸収し、半田ボール５と金属電極３、金属配線１３の接合部分にのみ応力が集中することを防止して、応力に起因する半田ボール５のクラックの発生を防止することができ、実装信頼性を向上させることができる。
【００１６】
図３は、他の参考例をＢＧＡ実装構造に適用した例を示す断面図であり、（Ａ）は実装基板、（Ｂ）はＢＧＡ実装構造を示す。
実装基板１５は、そのＢＧＡパッケージ１に対向する実装面１５ａの、ＢＧＡパッケージ１の各半田ボール５に対応する位置に図２と同様の金属配線１７がＢＧＡパッケージ１側に突出して設けられている。金属配線１７の高さＨ２は３００μｍであり、幅Ｗ２は３００μｍである。
【００１７】
実装基板１５の実装面１５ａには、実装時にＢＧＡパッケージ１を実装基板１５との間に間隔を保持して支持し、ＢＧＡパッケージ１の実装基板１５側への接近自由度を抑制する複数の支持部材１９がＢＧＡパッケージ１側に突出して設けられている。支持部材１９は、材料は実装基板１５と同じ材料やレジスト材料などの絶縁材料が用いられ、例えば直方状であり、高さＨ３は６００μｍであり、幅Ｗ３は２００μｍである。
【００１８】
各金属配線１７には、（Ｂ）に示すように、対応する半田ボール５がそれぞれ接続される。半田ボール５は、ＢＧＡパッケージ１の下面１ａが支持部材１９の上端面に支持されて、実装基板１１の対応する金属配線１７に位置決めされた状態で、リフロー炉を通過させることによって半田ボール５が溶融して金属配線１７に接続される。金属配線１７の高さＨ２は、図２の金属配線１３の高さＨ１に比較して低いが、高さＨ３の支持部材１９によって実装基板１５に対して所定の間隔を保持してＢＧＡパッケージ１の下面１ａを支持することにより、金属配線１７と金属電極３との間に厚さの一定した半田ボール５を介在させることができる。
【００１９】
このような構造にすることにより、実装時にＢＧＡパッケージ１と実装基板１５の熱膨張係数の違いによって応力が生じても、金属配線１７と半田ボール５が変形して応力を吸収し、半田ボール５と金属電極３、金属配線１７の接合部分にのみ応力が集中することを防止して、応力に起因する半田ボール５のクラックの発生を防止することができ、実装信頼性を向上させることができる。
この参考例では、支持部材としての支持部材１９が金属配線１７，１７間にそれぞれ設けられているが、支持部材の形状、配置及び数はこれに限定されるものではなく、実装基板との間に所定の間隔を保持してパッケージの下面を支持できる構成であれば、どのような形状、配置及び数であってもよい。
【００２０】
図４は、本発明の実施例をＢＧＡ実装構造に適用した例を示す断面図であり、（Ａ）は実装基板、（Ｂ）はＢＧＡパッケージ実装前の実装基板及びＢＧＡパッケージを示す。
実装基板２１は、そのＢＧＡパッケージ１に対向する実装面２１ａの、ＢＧＡパッケージ１の各半田ボール５に対応する位置に図２と同様の金属配線２３がＢＧＡパッケージ１側に突出して設けられている。金属配線２３の高さＨ４は７００μｍであり、幅Ｗ４は２５０μｍである。
【００２１】
実装基板２１の実装面２１ａには、金属配線２３に接近して、実装時に半田ボール５を対応する金属配線２３の先端に案内する複数の案内部材２５がＢＧＡパッケージ１側に突出して設けられている。案内部材２５は、材料は実装基板２１と同じ材料やレジスト材料などの絶縁材料が用いられ、形状は先端面から金属配線２３に対向する側面に向かって面取りされて案内面２５ａが形成された直方状であり、高さＨ５は金属配線２３の高さＨ４よりも大きく、幅Ｗ５は５００μｍである。
【００２２】
ＢＧＡパッケージ１の実装時において、半田ボール５が実装基板２１の対応する金属配線２３に位置決めされた状態で、リフロー炉を通過させることによって半田ボール５が溶融して金属配線２３に接続される。その位置決めの際に、半田ボール５の位置が金属配線２３に対してずれていても、半田ボール５は案内部材２５の案内面２５ａによって対応する金属配線２３に位置決めされるので、アライメント精度を緩和して実装性を向上させることができる。このとき、金属配線２３と案内部材２５が互いに接触しないように、予め金属配線２３と案内部材２５との間に１００μｍ程度の空間を設けておくことが好ましい。これにより、実装後の熱膨張係数の違いによる応力の吸収が円滑に行なわれる。
この実施例では、案内部材２５が金属配線２３，２３間にそれぞれ設けられているが、案内部材２５の形状、配置及び数はこれに限定されるものではなく、接続端子を実装基板の対応する金属配線に案内できる構成であれば、どのような形状、配置及び数であってもよい。
【００２３】
図５は、さらに他の参考例をＢＧＡ実装構造に適用した例を示す断面図であり、（Ａ）は実装基板、（Ｂ）はＢＧＡ実装構造を示す。実装基板２７は、そのＢＧＡパッケージ１に対向する実装面２７ａの、ＢＧＡパッケージ１の各半田ボール５に対応する位置に図２R>２と同様の金属配線２９がＢＧＡパッケージ１側に突出して設けられている。金属配線２９の高さＨ６は３００μｍであり、幅Ｗ６は３００μｍである。実装基板２７の実装面２７ａには、金属配線２９に接続されている配線パターン（図示は省略）が形成されている。
【００２４】
実装基板２７の実装面２７ａには、実装時にＢＧＡパッケージ１を実装基板２７との間に間隔を保持して支持し、ＢＧＡパッケージ１の実装基板２７側への接近自由度を抑制するとともに、半田ボール５を対応する金属配線２９の先端に案内する複数の支持・案内部材３１がＢＧＡパッケージ１側に突出して設けられている。支持・案内部材３１は、材料は実装基板２７と同じ材料やレジスト材料などの絶縁材料が用いられ、例えば形状は端面から金属配線２９に対向する側面に向かって面取りされて案内面３１ａが形成された直方状であり、高さＨ７は６００μｍであり、幅Ｗ７は５００μｍである。
【００２５】
各金属配線２９には、対応する半田ボール５がそれぞれ接続される。半田ボール５は、ＢＧＡパッケージ１の下面１ａが支持・案内部材３１の上端面に支持されて、実装基板２７の対応する金属配線２９に位置決めされた状態で、リフロー炉を通過させることによって半田ボール５が溶融して金属配線２９に接続される。その位置決めの際に、半田ボール５の位置が金属配線２９に対してずれていても、半田ボール５は支持・案内部材３１の案内面３１ａによって対応する金属配線２９に位置決めされるので、アライメント精度を緩和して実装性を向上させることができる。
【００２６】
支持・案内部材３１の形状、配置及び数はこの参考例に限定されるものではなく、接続端子を実装基板の対応する金属配線に案内でき、かつ実装基板との間に所定の間隔を保持してパッケージの下面を支持できる構成であれば、どのような形状、配置及び数であってもよい。
【００２７】
上記実施例では実装基板の金属配線の半田ボールに対応する部分のみがパッケージ側に突出しているが、金属配線のすべてが突出していてもよいし、半田ボールに対応する部分が突出していればその他の部分が突出していてもよい。また、上記実施例はＢＧＡ実装構造に適用しているが、フリップチップ実装構造に適用することもできる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の半導体装置の実装基板は、下面に複数のボール状の接続端子が接続された半導体装置の接続端子と金属配線が接続されて半導体装置が面実装される半導体装置の実装基板であって、その金属配線は、少なくとも接続端子が接続される位置では、厚さが接続前の接続端子の高さ以上になっており、金属配線が変形して、パッケージ又は半導体チップと実装基板との熱膨張係数の違いによって生じる応力を吸収し、パッケージ又は半導体チップを実装基板に実装した後の熱膨張係数の差による応力を分散させて接続端子と金属配線の接合部分付近に応力が集中することを防止するようにしたので、接続端子の疲労破壊を抑制することができ、実装後の信頼性の向上させることができる。
さらに、少なくとも一部の金属配線の周囲に、金属配線の厚さよりも大きい寸法で半導体装置側に突出し、その先端部分には接続端子側に向かって高さが低くなるように傾斜した案内面が形成された案内部材をさらに備えているようにしたので、実装時のアライメント精度を緩和して実装性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （Ａ）は従来の実装基板を示す断面図、（Ｂ）はその実装基板を用いたＢＧＡ実装構造を示す断面図である。
【図２】  参考例をＢＧＡ実装構造に適用した例を示す断面図であり、（Ａ）は実装基板、（Ｂ）はＢＧＡ実装構造を示す。
【図３】  他の参考例をＢＧＡ実装構造に適用した例を示す断面図であり、（Ａ）は実装基板、（Ｂ）はＢＧＡ実装構造を示す。
【図４】  本発明の実施例をＢＧＡ実装構造に適用した例を示す断面図であり、（Ａ）は実装基板、（Ｂ）はＢＧＡパッケージ実装前の実装基板及びＢＧＡパッケージを示す。
【図５】  さらに他の参考例をＢＧＡ実装構造に適用した例を示す断面図であり、（Ａ）は実装基板、（Ｂ）はＢＧＡ実装構造を示す。
【符号の説明】
１  ＢＧＡパッケージ
１ａ  ＢＧＡパッケージの下面
３  金属電極
５  半田ボール
７，１１，１５，２１，２７  実装基板
７ａ，１１ａ，１５ａ，２１ａ，２７ａ  実装面
９，１３，１７，２３，２９  金属配線
１９  支持部材
２５  案内部材
３１  支持・案内部材
【図１】
0003801397.tif 000002
【図２】
0003801397.tif 000003
【図３】
0003801397.tif 000004
【図４】
0003801397.tif 000005
【図５】
0003801397.tif 000006