JP3729487B2

JP3729487B2 - BGA package mounting board

Info

Publication number: JP3729487B2
Application number: JP2000381572A
Authority: JP
Inventors: 克也大木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-12-15
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2020-12-15
Also published as: JP2002185094A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＢＧＡ（Ball Grid Array ）パッケージをプリント配線板に実装してなるＢＧＡパッケージ実装基板に関し、熱的影響に起因するＢＧＡパッケージとプリント配線板との反りを抑制し、半田ボールによる接合強度を高めることが可能なＢＧＡパッケージ実装基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は特開平６−１０４１３９号公報に記載されているセラミックチップ部品をアルミ基板に実装するための構造である。１０１はセラミック、１０２はセラミック１０１と外部との電気的接続に用いるリード、１０３はリード１０２と実装基板となるアルミ基板１０５とを接続するための半田、１０４はリード１０２とアルミ基板１０５との間に介在させる銅箔、１０６はセラミック１０１の外周に設けられた電極であり、リード１０２は電極１０６の一部を外部に折り曲げた構造である。
【０００３】
セラミック１０１とその両端に金属の電極１０６を被せた構造からなるセラミックチップ部品においては、電極１０６の一部であるリード１０２を外部に折り曲げ、リード１０２の先端をアルミ基板１０５に半田付けした構造とすることで、熱変形による機械的ストレスを吸収させ、接続部におけるクラックの発生を防止していた。
【０００４】
また、図８は特開平８−１８１４５７号公報に記載されている線膨張係数調整材を積層するプリント配線板の構造である。２０１は線膨張係数調整材、２０２は導体、２０３は熱伝導材、２０４は制振合金、２０５は絶縁材である。プリント配線板を構成する層内に、線膨張係数が低い値のインバーや、超インバーを使用した線膨張係数整合材２０１を積層して、絶縁材２０５で使用しているガラスエポキシと組み合わせてプリント配線板自体の線膨張係数を、実装するセラミックパッケージ（図示せず。）の線膨張係数と同じにし、セラミックパッケージとプリント配線板とを接続する半田に亀裂や破断が生じるのを防ぐものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図７に示したセラミック部品実装基板は、電極をリード化することにより、多ピンの部品の場合は、部品実装面積が増大するため、部品の実装密度をあげることが困難となる問題点があった。
また、図８に示したプリント配線板は、低線膨張係数材のインバーによる線膨張を抑える作用がプリント配線板中心部の制振材料に対しては大きく働き、外側にある絶縁層に対しては働きにくくなっている。そのため、プリント配線板の反り、ねじれが発生しやすくなるという問題点があった。
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、部品実装を高密度に行なうことができ、プリント配線板の反りやねじれを防止することが可能な高信頼性のＢＧＡパッケージ実装基板を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明によるＢＧＡパッケージ実装基板は、プリント配線板、上記プリント配線板に半田ボールを介して実装されるＢＧＡパッケージよりなるＢＧＡパッケージ実装基板において、上記プリント配線板は、３層以上に積層されるとともに、その表面に導電部が配置された基材間に、上記基材よりも線膨張係数が小さい複数の低線膨張係数材層がそれぞれ配置され、上記プリント配線板の厚さ方向において、上記基材と上記低線膨張係数材層が対称的な配置となるように積層され、上記低線膨張係数材層は、カーボンアルミよりなり、その両積層面は絶縁層によって被覆されているものである。
【０００７】
また、この発明によるＢＧＡパッケージ実装基板は、上記のような構成において、上記低線膨張係数材層は、上記ＢＧＡパッケージの下部を含む領域に、選択的に配置されたものである。
【０００８】
さらに、この発明によるＢＧＡパッケージ実装基板は、プリント配線板、上記プリント配線板に半田ボールを介して実装されるＢＧＡパッケージよりなるＢＧＡパッケージ実装基板において、上記プリント配線板は、３層以上に積層されるとともに、その表面に導電部が配置された基材間に、上記基材よりも線膨張係数が小さい複数の低線膨張係数材層がそれぞれ配置され、上記プリント配線板の厚さ方向において、上記基材と上記低線膨張係数材層が対称的な配置となるように積層され、上記基材はガラスエポキシ材であり、上記低線膨張係数材層は、ガラスエポキシ材よりなる層の中に、格子状に低線膨張係数材を織り込んだ構造であり、その両積層面は絶縁層によって被覆されているものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１.
以下、この発明の実施の形態１におけるＢＧＡパッケージ実装基板の断面図を、図１に示し説明する。図１において符号１はプリント配線板、２はプリント配線板１とＢＧＡパッケージ３を接合する半田ボール、４はプリント配線板１を構成するガラスエポキシ基材（基材に相当する。）であり、このガラスエポキシ基材４は３層以上積層される。５はガラスエポキシ基材４間にそれぞれ配置されたガラスエポキシ基材４よりも線膨張係数が小さい低線膨張係数材層であり、この低線膨張係数材層５は一枚のプリント配線板１内に少なくとも２層以上含まれる。６はプリント配線板１に設けられた導電部、７はプリント配線板１内のガラスエポキシ基材４と低線膨張係数材層５との間に挟まれた絶縁層をそれぞれ示している。
【００１０】
プリント配線板１の積層構造は、まず、低線膨張係数材層５に対して絶縁処理を行い、その後、通常の基板製造用プレス器でそれぞれの層を重ね合わせてプレス処理を行うことで得られる。ＢＧＡパッケージ３のプリント配線板１への実装は、半田ボール２と導電部６との間に半田ペーストを配置して熱処理し、接合して行う。
【００１１】
このように形成されたＢＧＡパッケージ実装基板では、寒暖差がある使用環境の場合、プリント配線板１周辺温度の変化に従って、プリント配線板１で使用されているガラスエポキシ基材４が伸縮する。この時、プリント配線板１各層の線膨張係数が異なるため、材料の伸縮度合いがそれぞれ異なってくる。図1 のように、２層の低線膨張係数材層５を、プリント配線板１の３層のガラスエポキシ基材４間に対称となるように配置することにより、低線膨張係数材層５の伸縮抑制力がプリント配線板１各層に均等に働き、全層に渡って応力を均一化することができる。プリント配線板１の反り等を生じさせずに、プリント配線板１としての線膨張係数を低く抑えることが可能となる。この時のプリント配線板１としての線膨張係数は、低線膨張係数材層５の厚みの合計で制御することが可能である。
【００１２】
なお、プリント配線板１全体の線膨張係数α_ｔは以下の式であらわすことができる。
α_ｔ= ΣE _ｉα_ｉt _ｉ/ ΣE _ｉt _ｉ
E_ｉ: プリント配線板各層の縦弾性係数
t _ｉ: 各層の厚み
α_ｉ: 各層の線膨張係数
i=1:低線膨張係数材層_、i=2 ：ガラスエポキシ基材
（t 3 ＝プリント配線板１の上面_、下面に位置するガラスエポキシ基材４の厚み）
【００１３】
また、低線膨張係数材とは、具体的には、炭素にアルミを含浸させたカーボンアルミよりなるものである。カーボンアルミの線膨張係数は５〜１０×１０^−６／°Ｃである。
さらに、上述の例ではガラスエポキシ基材４を３層とし、それぞれの基材間に合計２層の低線膨張係数層５を配置した場合を示したが低線膨張係数材層５を厚み方向にバランスさせた構造とすれば、同様の効果を得ることが可能である。
【００１４】
実施の形態２.
上述の実施の形態１においては、プリント配線板１全面に対して低線膨張係数材層５を張り合わせたものについて説明したが、この実施の形態２ではプリント配線板１の一部に低線膨張係数材よりなる層を配置する場合について説明する。図２はこの実施の形態２によるＢＧＡパッケージ実装基板を示すものであり、図において、符号８は部分的に配置された部分低線膨張係数材層（低線膨張係数材層に相当する。）であり、その他、同一符号は同一、若しくは相当部分を示すものである。
図２のような積層構造も、実施の形態１の場合同様に、部分低線膨張係数層８を絶縁処理後、プレスして得ることができる。
【００１５】
部分低線膨張係数材層８は、ＢＧＡパッケージ３の下部を含む領域に配置され、最小で、ＢＧＡパッケージ３に相当する大きさに形成される。実施の形態１の場合と同様に、ガラスエポキシ基材４の間に、均等にこの部分低線膨張係数材層８をプリント配線板１の厚み方向にバランスさせて配置する。このように、ＢＧＡパッケージ３の下部に選択的に膨張係数の小さな部材を配置しておくことによって、部分的にプリント配線板１の雰囲気温度に依存する熱膨張を抑制することが可能となる。
このような構造とすることにより、プリント配線板１に実装するパッケージの種類（プラスチックパッケージ、セラミックパッケージ等）に合わせて選択的にＢＧＡパッケージ３が実装されている部分のみ、線膨張係数を抑えることが可能となり、ＢＧＡパッケージの半田ボールによる接合の信頼性を高めることが可能となる。
【００１６】
なお、部分低線膨張係数材層８の大きさは、少なくともＢＧＡパッケージ３の下部を含む領域を占めるものであれば良く、ＢＧＡパッケージ３の下部よりもさらに広がりを持つ大きさとしても良い。また、同一のプリント配線板１の上に複数のＢＧＡパッケージ３を実装する場合は、部分低線膨張係数材層８も複数個配置することで、半田ボール２の接合信頼性を高めることができる。さらに、異なる線膨係数のＢＧＡパッケージ３を同一のプリント配線板１上に実装する場合においても同様にして接合信頼性を向上させることができる。
また、プリント配線板１全体の線膨張係数α_ｔは実施の形態１において示した式より求めることができる。実施の形態２の場合、ｉ＝４：部分低線膨張係数材層を示す。
【００１７】
実施の形態３.
上述の実施の形態１、２では、低線膨張係数材そのものを板状に成形して使用した例を示したが、この実施の形態３では、ガラスエポキシ材の中に、高強度な性質の低線膨張係数材を格子状に織り込んだ積層材料を使用する場合について説明する。
図３はこの発明の実施の形態３によるＢＧＡパッケージ実装基板の断面図および部分斜視図を示すものである。図において符号９は格子状低線膨張係数材層（低線膨張係数材層に相当する。）、９ａは格子状の低線膨張係数材、９ｂは格子状の低線膨張係数材９ａを埋設するように配置されたガラスエポキシ材である。
【００１８】
このような構造をとることでも、実施の形態1 と同様に、プリント配線板１側の雰囲気温度に依存する膨張を小さく抑制することが可能となり、ＢＧＡ接合の接合信頼性を確保することができる。
なお、高強度な性質の低線膨張係数材９ａとしては、インバー、超インバーまたはＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）などを用いることが可能である。
また、プリント配線板１全体の線膨張係数α_ｔは実施の形態１において示した式より求めることができる。実施の形態３の場合、ｉ＝５：格子状低線膨張係数材層を示す。
【００１９】
参考例１．
図４は、この発明の参考例１によるＢＧＡパッケージ実装基板の断面構造を示す図である。この参考例１によるＢＧＡパッケージ実装基板は、ＢＧＡパッケージ３の裏面に複数行複数列に設けられる電極の内、ＢＧＡパッケージ３の最外周の電極を半田ボールからリードに変更したものである。
図において、符号１０はＢＧＡパッケージ３の最外周に位置すべき電極を半田ボールから変更したリードであり、このリード１０をＢＧＡパッケージ３の上面の外周部に配置し、そこから突き出した先端部をプリント配線板１に接合することで電気的接続を行う。また、２ａはＢＧＡパッケージ３の電極のうち最外周以外に配置された電極に相当する内部側半田ボールを示している。
【００２０】
熱ストレスを受けた場合、最も応力が大きくなり、クラック等、半田接合部の破壊が発生しやすいのがＢＧＡパッケージ３の外周部、特に最外周である。この部分に配置されるべき半田ボールのみ、リード化することにより、リード１０による熱応力緩和を行なうことが可能となるとともに、他の電極を半田ボールのまま残しておくことにより、パッケージ部品の実装密度の低下を防ぐことが可能である。
なお、プリント配線板１を実施の形態１〜３において示したいずれかの構造とすることによって、より熱ストレスの耐性を強化することが可能であることは言うまでもない。
【００２１】
参考例２．
図５はＢＧＡパッケージ３の裏面に複数行複数列に設けられたパッドのうち、最外周のパッドのピッチを狭めたピン配列を示すＢＧＡパッケージ３の裏面の平面図である。符号１１ａはＢＧＡパッケージ３の裏面に、複数行複数列に配置されたパッドのうちの、最外周に位置するパッド（以下、最外周パッドとする。）、１１ｂはその他のパッド（以下、内部側パッドとする。）を示している。それぞれのパッド上には半田ボール２が配置され、プリント配線板１側との接続は半田ボール２を介して行われる。
【００２２】
この参考例２によるＢＧＡパッケージ実装基板は、図５に示したように、最外周パッド１１ａのピッチを、他の内部側パッド１１ｂの通常ピッチよりも狭くした構造のＢＧＡパッケージ３を用いることで、最外周パッド１１ａでの半田ボール２によるプリント配線板１との接合点を多くしたものである。内部側パッド１１ｂの通常のパッドピッチは１．２７ｍｍである場合、最外周パッド１１ａの狭めたパッドピッチは１．０ｍｍとすることができ、また、最小でパッドピッチを０．８ｍｍまでとすることができる。
【００２３】
これにより、熱応力が大きくなるＢＧＡパッケージ３の外周部において、半田ボール２による接合部分が多くなるため、熱応力が分散、緩和でき、半田接合部の信頼性の向上を図ることが可能となる。また、ＢＧＡパッケージとしての実装密度を保った上で、さらに、外周部に位置する最外周パッド１１ａのみを高密度化することにより、基板設計難度を上げずに、ＢＧＡパッケージ３全体のサイズも小さくできる効果も得られる。
なお、プリント配線板１を実施の形態１〜３において示したいずれかの構造とすることによって、より熱ストレスの耐性を強化することが可能であることは言うまでもない。
【００２４】
参考例３．
図６はＢＧＡパッケージ３とプリント配線板１との間に、中間の線膨張係数を有する中間基板を挿入した状態のＢＧＡパッケージ実装基板を示す断面図であり、図において、符号１２はセラミックよりなるＢＧＡパッケージ３( α=6〜7ppm) とプリント配線板１(17〜20ppm)の中間的な線膨張係数( α=11 〜13ppm)を有する中間基板であり、１３は中間基板１２とプリント配線板との間の半田接合を示すものである。この場合、具体的には中間基板１２としてガラスポリイミドなどを用いることが可能である。
【００２５】
これにより、ＢＧＡパッケージとしての実装密度を保った上で、さらに、プリント配線板１とセラミックよりなるＢＧＡパッケージ３との線膨張係数の差による熱応力を、中間基板１２で段階的に緩和することが可能であり、ＢＧＡパッケージ３側の接合部およびプリント配線板１側の半田接合部における信頼性も確保することが可能となる。
さらに、この場合、中間基板１２として適合する材料は、基板材料として完全なものである必要がなく、プリント配線板１と部品パッケージ材質の線膨張係数に応じて、自由に選択することが可能である。従って、材料選定および材料の入手が容易になる。
【００２６】
また、ＢＧＡパッケージ３がセラミックパッケージである場合について主に述べたが、これに限らず、異なる線膨張係数のＢＧＡパッケージ３を、中間基板１２を介してプリント配線板１に実装することも可能である。その場合、中間基板１２の線膨張係数も異なる線膨張係数に合わせて調整する。
さらに、プリント配線板１を実施の形態１〜３において示したいずれかの構造とすることによって、より熱ストレスの耐性を強化することが可能であることは言うまでもない。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ＢＧＡパッケージを実装するプリント配線板を、３層以上に積層されるとともに、その表面に導電部が配置された基材間に、上記基材よりも線膨張係数が小さい複数の低線膨張係数材層をそれぞれ配置し、プリント配線板の厚さ方向において、基材と低線膨張係数材層が対称的な配置となるように積層するものとし、低線膨張係数材層は、カーボンアルミよりなり、その両積層面は絶縁層によって被覆されている状態となるように構成することで、プリント配線板の厚み方向に複数枚の低線膨張係数材層をバランスさせて配置することができ、熱的影響によるプリント配線板の反りを小さく抑制することが可能であり、ＢＧＡパッケージとプリント配線板との半田ボールによる接合信頼性を確保することが可能なＢＧＡパッケージ実装基板を得ることができる。
【００２８】
また、この発明によれば、低線膨張係数材層をプリント配線板内のＢＧＡパッケージの下部を含む領域に、選択的に配置することにより、ＢＧＡパッケージを実装した領域のプリント配線板の熱的影響による反りを選択的に小さく抑制することが可能となるとともに、プリント配線板に複数個のＢＧＡパッケージを実装する場合において、それぞれのＢＧＡパッケージの線膨張係数に応じた低線膨張係数材層をプリント配線板内に配置し、熱的影響を小さく抑制することが可能なＢＧＡパッケージ実装基板を得ることができる。
【００２９】
さらに、この発明によれば、ＢＧＡパッケージを実装するプリント配線板を、３層以上に積層されるとともに、その表面に導電部が配置された基材間に、上記基材よりも線膨張係数が小さい複数の低線膨張係数材層をそれぞれ配置し、プリント配線板の厚さ方向において、基材と低線膨張係数材層が対称的な配置となるように積層するものとし、基材をガラスエポキシ材とし、低線膨張係数材層を、格子状の低線膨張係数材をガラスエポキシ材よりなる層の中に織り込んだ構造とし、その低線膨張係数材層の両積層面は絶縁層によって被覆されている状態となるように構成することで、上記の場合と同様に、熱的影響によるプリント配線板の反りを小さく抑制することが可能であり、ＢＧＡパッケージとプリント配線板との半田ボールによる接合信頼性を確保することが可能なＢＧＡパッケージ実装基板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるＢＧＡパッケージ実装基板の断面図である。
【図２】この発明の実施の形態２によるＢＧＡパッケージ実装基板の断面図である。
【図３】この発明の実施の形態３によるＢＧＡパッケージ実装基板の断面図および部分斜視図である。
【図４】この発明の参考例１によるＢＧＡパッケージ実装基板の断面図である。
【図５】この発明の参考例２によるＢＧＡパッケージの裏面側を示す平面図である。
【図６】この発明の参考例３によるＢＧＡパッケージ実装基板の断面図である。
【図７】従来の技術によるパッケージ実装基板の断面図である。
【図８】従来の技術によるプリント配線板の断面図である。
【符号の説明】
１. プリント配線板２. 半田ボール２ａ. 内部側半田ボール
３. ＢＧＡパッケージ４. ガラスエポキシ基材５. 低線膨張係数層
６. 導電部７. 絶縁層８. 部分低線膨張係数材層
９. 格子状低線膨張係数材層９ａ. 低線膨張係数材
９ｂ. ガラスエポキシ材１０. リード１１ａ. 最外周パッド
１１ｂ. 内部側パッド１２. 中間基板１３. 半田接合。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a BGA package mounting board in which a BGA (Ball Grid Array) package is mounted on a printed wiring board, and suppresses the warpage between the BGA package and the printed wiring board due to thermal influence, and the bonding strength by solder balls. The present invention relates to a BGA package mounting board capable of increasing the resistance.
[0002]
[Prior art]
FIG. 7 shows a structure for mounting a ceramic chip component described in JP-A-6-104139 on an aluminum substrate. 101 is ceramic, 102 is a lead used for electrical connection between the ceramic 101 and the outside, 103 is solder for connecting the lead 102 and the aluminum substrate 105 as a mounting substrate, and 104 is between the lead 102 and the aluminum substrate 105 The copper foil 106 interposed between the electrodes is an electrode provided on the outer periphery of the ceramic 101, and the lead 102 has a structure in which a part of the electrode 106 is bent outward.
[0003]
In a ceramic chip part having a structure in which a ceramic electrode 101 and metal electrodes 106 are covered at both ends thereof, a lead 102 which is a part of the electrode 106 is bent outside, and a tip of the lead 102 is soldered to an aluminum substrate 105. By doing so, mechanical stress due to thermal deformation was absorbed, and the occurrence of cracks in the connection portion was prevented.
[0004]
FIG. 8 shows the structure of a printed wiring board in which linear expansion coefficient adjusting materials described in JP-A-8-181457 are laminated. 201 is a linear expansion coefficient adjusting material, 202 is a conductor, 203 is a heat conducting material, 204 is a damping alloy, and 205 is an insulating material. Invar having a low linear expansion coefficient or a linear expansion coefficient matching material 201 using a super invar is laminated in a layer constituting the printed wiring board and printed in combination with the glass epoxy used in the insulating material 205. The linear expansion coefficient of the wiring board itself is made the same as the linear expansion coefficient of the ceramic package (not shown) to be mounted to prevent the solder connecting the ceramic package and the printed wiring board from cracking or breaking. .
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The ceramic component mounting board shown in FIG. 7 has a problem that it is difficult to increase the mounting density of the components because the mounting area of the components increases in the case of a multi-pin component by making the electrodes into leads. It was.
In the printed wiring board shown in FIG. 8, the effect of suppressing the linear expansion due to the invar of the low linear expansion coefficient material works greatly for the damping material at the center of the printed wiring board, and against the insulating layer on the outside. Has become difficult to work. Therefore, there has been a problem that the printed wiring board is likely to be warped and twisted.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and is capable of performing component mounting with high density and capable of preventing warping and twisting of a printed wiring board. An object is to obtain a BGA package mounting substrate.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The BGA package mounting board according to the present invention is a BGA package mounting board comprising a printed wiring board and a BGA package mounted on the printed wiring board via solder balls, and the printed wiring board is laminated in three or more layers. A plurality of low linear expansion coefficient material layers having a linear expansion coefficient smaller than that of the base material are respectively disposed between the base materials on which conductive portions are arranged on the surface thereof, and the base is arranged in the thickness direction of the printed wiring board. The material and the low linear expansion coefficient material layer are laminated so as to be symmetrically arranged, the low linear expansion coefficient material layer is made of carbon aluminum, and both the laminated surfaces are covered with an insulating layer. .
[0007]
In the BGA package mounting substrate according to the present invention, the low linear expansion coefficient material layer is selectively disposed in a region including a lower portion of the BGA package in the configuration as described above.
[0008]
Furthermore, the BGA package mounting board according to the present invention is a BGA package mounting board comprising a printed wiring board and a BGA package mounted on the printed wiring board via solder balls, wherein the printed wiring board is laminated in three or more layers. In addition, a plurality of low linear expansion coefficient material layers having a linear expansion coefficient smaller than that of the base material are disposed between the base materials on which conductive portions are disposed on the surface, respectively, in the thickness direction of the printed wiring board, The base material and the low linear expansion coefficient material layer are laminated so as to be symmetrically arranged, the base material is a glass epoxy material, and the low linear expansion coefficient material layer is a layer made of a glass epoxy material. Further, a low linear expansion coefficient material is woven in a lattice shape, and both laminated surfaces are covered with an insulating layer .
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1.
Hereinafter, a cross-sectional view of a BGA package mounting substrate according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a printed wiring board, 2 denotes a solder ball for joining the printed wiring board 1 and the BGA package 3, and 4 denotes a glass epoxy base material (corresponding to a base material) constituting the printed wiring board 1. Three or more glass epoxy base materials 4 are laminated. Reference numeral 5 denotes a low linear expansion coefficient material layer having a smaller linear expansion coefficient than that of the glass epoxy base material 4 disposed between the glass epoxy base materials 4, and the low linear expansion coefficient material layer 5 is a single printed wiring board 1. It contains at least two layers. Reference numeral 6 denotes a conductive portion provided on the printed wiring board 1, and 7 denotes an insulating layer sandwiched between the glass epoxy base material 4 and the low linear expansion coefficient material layer 5 in the printed wiring board 1.
[0010]
The laminated structure of the printed wiring board 1 is obtained by first performing an insulation process on the low linear expansion coefficient material layer 5 and then performing a pressing process by superimposing the respective layers with a normal substrate manufacturing press. It is done. The mounting of the BGA package 3 on the printed wiring board 1 is performed by placing a solder paste between the solder balls 2 and the conductive portion 6, heat-treating, and bonding.
[0011]
In the BGA package mounting board formed in this way, in a usage environment with a temperature difference, the glass epoxy base material 4 used in the printed wiring board 1 expands and contracts according to the change in the temperature around the printed wiring board 1. At this time, since the linear expansion coefficient of each layer of the printed wiring board 1 is different, the expansion / contraction degree of the material is different. As shown in FIG. 1, by arranging two layers of low linear expansion coefficient material layer 5 so as to be symmetrical between three layers of glass epoxy base material 4 of printed wiring board 1, low linear expansion coefficient material layer 5 The expansion / contraction suppression force acts equally on each layer of the printed wiring board 1, and the stress can be made uniform over all layers. The linear expansion coefficient of the printed wiring board 1 can be kept low without causing warpage or the like of the printed wiring board 1. The linear expansion coefficient as the printed wiring board 1 at this time can be controlled by the total thickness of the low linear expansion coefficient material layer 5.
[0012]
Note that the linear expansion coefficient α _t of the entire printed wiring board 1 can be expressed by the following equation.
_{_{_{α t = ΣE i α i t}}} i / ΣE i t i
E _i : Longitudinal elastic modulus of each layer of printed wiring board
t _i : thickness of each layer α _i : linear expansion coefficient of each layer
i = 1: Low linear expansion coefficient material layer _, i = 2: Glass epoxy base material (t 3 = thickness of glass epoxy base material 4 positioned on the upper surface _and lower surface of printed wiring board 1)
[0013]
Further, the low linear expansion coefficient material, specifically, those composed of carbon aluminum impregnated with aluminum to carbon. The linear expansion coefficient of carbon aluminum is 5 to 10 × 10 ⁻⁶ / ° C.
Furthermore, in the above-described example, the glass epoxy base material 4 has three layers, and a total of two low linear expansion coefficient layers 5 are arranged between the respective base materials. However, the low linear expansion coefficient material layer 5 is disposed in the thickness direction. If the structure is balanced, the same effect can be obtained.
[0014]
Embodiment 2.
In the first embodiment, the low linear expansion coefficient material layer 5 is bonded to the entire surface of the printed wiring board 1. However, in the second embodiment, the low linear expansion is formed on a part of the printed wiring board 1. The case where the layer which consists of a coefficient material is arrange | positioned is demonstrated. FIG. 2 shows a BGA package mounting substrate according to the second embodiment. In the figure, reference numeral 8 denotes a partial low linear expansion coefficient material layer (corresponding to a low linear expansion coefficient material layer). In addition, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
The laminated structure as shown in FIG. 2 can also be obtained by pressing the partial low linear expansion coefficient layer 8 after the insulation treatment, as in the case of the first embodiment.
[0015]
The partial low coefficient of linear expansion material layer 8 is disposed in a region including the lower portion of the BGA package 3 and is formed in a size corresponding to the BGA package 3 at the minimum. As in the case of the first embodiment, the partial low linear expansion coefficient material layer 8 is evenly balanced between the glass epoxy substrates 4 in the thickness direction of the printed wiring board 1. As described above, by selectively disposing a member having a small expansion coefficient below the BGA package 3, it is possible to suppress thermal expansion that partially depends on the ambient temperature of the printed wiring board 1.
By adopting such a structure, the linear expansion coefficient is suppressed only in the portion where the BGA package 3 is selectively mounted according to the type of package (plastic package, ceramic package, etc.) to be mounted on the printed wiring board 1. Therefore, it is possible to improve the reliability of the bonding with the solder balls of the BGA package.
[0016]
It should be noted that the size of the partial low linear expansion coefficient material layer 8 suffices as long as it occupies a region including at least the lower portion of the BGA package 3, and may be larger than the lower portion of the BGA package 3. Further, when implementing a plurality of BGA packages 3 on the same printed circuit board 1, part a low linear expansion coefficient material layer 8 also be multiple placement Turkey, to enhance the bonding reliability of the solder ball 2 Can do. Furthermore, even when BGA packages 3 having different linear expansion coefficients are mounted on the same printed wiring board 1, the bonding reliability can be improved in the same manner.
Further, the linear expansion coefficient α _t of the entire printed wiring board 1 can be obtained from the equation shown in the first embodiment. In the case of Embodiment 2, i = 4: a partial low linear expansion coefficient material layer.
[0017]
Embodiment 3.
In the first and second embodiments described above, an example in which the low linear expansion coefficient material itself is formed into a plate shape has been shown, but in this third embodiment, the glass epoxy material has a high strength property. A case where a laminated material in which a low linear expansion coefficient material is woven in a lattice shape will be described.
FIG. 3 shows a cross-sectional view and a partial perspective view of a BGA package mounting substrate according to Embodiment 3 of the present invention. In the figure, reference numeral 9 denotes a lattice-like low linear expansion coefficient material layer (corresponding to a low linear expansion coefficient material layer), 9a denotes a lattice-like low linear expansion coefficient material, and 9b denotes a lattice-like low linear expansion coefficient material 9a. It is a glass epoxy material arranged to do.
[0018]
Also by adopting such a structure, as in the first embodiment, it is possible to suppress the expansion depending on the ambient temperature on the printed wiring board 1 side, and to secure the bonding reliability of the BGA bonding. .
In addition, as the low linear expansion coefficient material 9a having high strength, invar, super invar, CFRP (carbon fiber reinforced plastic), or the like can be used.
Further, the linear expansion coefficient α _t of the entire printed wiring board 1 can be obtained from the equation shown in the first embodiment. In the case of Embodiment 3, i = 5: a lattice-like low linear expansion coefficient material layer.
[0019]
Reference Example 1
FIG. 4 is a diagram showing a cross-sectional structure of a BGA package mounting substrate according to Reference Example 1 of the present invention . The BGA package mounting substrate according to the reference example 1 is obtained by changing the outermost electrode of the BGA package 3 from solder balls to leads among the electrodes provided in a plurality of rows and columns on the back surface of the BGA package 3.
In the figure, reference numeral 10 denotes a lead in which an electrode to be positioned on the outermost periphery of the BGA package 3 is changed from a solder ball. The lead 10 is arranged on the outer peripheral portion of the upper surface of the BGA package 3, and a tip portion protruding from the lead 10 is provided. Electrical connection is made by bonding to the printed wiring board 1. Reference numeral 2a denotes an inner-side solder ball corresponding to an electrode other than the outermost periphery among the electrodes of the BGA package 3.
[0020]
When subjected to thermal stress, the stress becomes the largest and the solder joints such as cracks are liable to break down in the outer peripheral portion of the BGA package 3, particularly the outermost periphery. By making only the solder balls to be arranged in this portion lead, it is possible to relieve the thermal stress by the leads 10, and leave the other electrodes as solder balls to mount the package parts. It is possible to prevent a decrease in density.
Needless to say, the printed wiring board 1 can have one of the structures shown in Embodiments 1 to 3 to further enhance the heat stress resistance.
[0021]
Reference Example 2
FIG. 5 is a plan view of the back surface of the BGA package 3 showing a pin arrangement in which the pitch of the outermost peripheral pads among the pads provided on the back surface of the BGA package 3 in a plurality of rows and columns is narrowed. Reference numeral 11a denotes a pad located in the outermost periphery among pads arranged in a plurality of rows and columns on the back surface of the BGA package 3 (hereinafter referred to as an outermost peripheral pad), and 11b denotes other pads (hereinafter referred to as an inner side). A pad). Solder balls 2 are arranged on the respective pads, and the connection with the printed wiring board 1 is made through the solder balls 2.
[0022]
BGA package mounting board according to the reference example 2, as shown in FIG. 5, the pitch of the outermost pad 11a, used BGA package 3 of narrower construction than passing Tsunepi pitch of the other inner side pad 11b As a result, the number of junction points with the printed wiring board 1 by the solder balls 2 at the outermost peripheral pad 11a is increased. When the normal pad pitch of the inner pad 11b is 1.27 mm, the narrowed pad pitch of the outermost peripheral pad 11a can be 1.0 mm, and the pad pitch should be 0.8 mm at the minimum. Can do.
[0023]
As a result, in the outer peripheral portion of the BGA package 3 where the thermal stress increases, the number of joint portions by the solder balls 2 increases, so that the thermal stress can be dispersed and alleviated, and the reliability of the solder joint portion can be improved. . Further, by maintaining the mounting density as a BGA package and further increasing the density of only the outermost peripheral pad 11a located at the outer peripheral portion, the overall size of the BGA package 3 can be reduced without increasing the difficulty of board design. The effect that can be obtained is also obtained.
Needless to say, the printed wiring board 1 can have one of the structures shown in Embodiments 1 to 3 to further enhance the heat stress resistance.
[0024]
Reference Example 3
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a BGA package mounting board in a state where an intermediate board having an intermediate linear expansion coefficient is inserted between the BGA package 3 and the printed wiring board 1, and in the figure, reference numeral 12 is made of ceramic. An intermediate board having an intermediate linear expansion coefficient (α = 11 to 13 ppm) between the BGA package 3 (α = 6 to 7 ppm) and the printed wiring board 1 (17 to 20 ppm). Reference numeral 13 denotes the intermediate board 12 and the printed wiring board. It shows the solder joint between. In this case, specifically, glass polyimide or the like can be used as the intermediate substrate 12.
[0025]
As a result, while maintaining the mounting density as a BGA package, thermal stress due to the difference in coefficient of linear expansion between the printed wiring board 1 and the BGA package 3 made of ceramic can be gradually reduced by the intermediate substrate 12. It is available, it is possible to ensure reliability of solder joints of junctions and the printed wiring board 1 side of the BGA package 3 side.
Further, in this case, the material suitable for the intermediate substrate 12 does not need to be a perfect substrate material, and can be freely selected according to the linear expansion coefficients of the printed wiring board 1 and the component package material. is there. Therefore, material selection and material acquisition become easy.
[0026]
Although the case where the BGA package 3 is a ceramic package has been mainly described, the present invention is not limited to this, and the BGA package 3 having a different linear expansion coefficient can be mounted on the printed wiring board 1 via the intermediate substrate 12. is there. In that case, the linear expansion coefficient of the intermediate substrate 12 is also adjusted to a different linear expansion coefficient.
Furthermore, it goes without saying that the printed wiring board 1 can have one of the structures shown in Embodiments 1 to 3 to further enhance the heat stress resistance.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a printed wiring board on which a BGA package is mounted is laminated between three or more layers, and a conductive part is disposed on the surface of the printed wiring board. A plurality of low linear expansion coefficient material layers each having a small linear expansion coefficient are arranged, and in the thickness direction of the printed wiring board, the base material and the low linear expansion coefficient material layer shall be laminated so as to be symmetrical, The low linear expansion coefficient material layer is made of carbon aluminum, and the two laminated surfaces are covered with an insulating layer so that a plurality of low linear expansion coefficient materials are formed in the thickness direction of the printed wiring board. It is possible to arrange the layers in a balanced manner, it is possible to suppress the warpage of the printed wiring board due to thermal influence, and to ensure the bonding reliability of the BGA package and the printed wiring board by the solder balls. A BGA package mounting substrate capable of being obtained can be obtained.
[0028]
According to the present invention, the thermal expansion of the printed wiring board in the region where the BGA package is mounted is performed by selectively disposing the low linear expansion coefficient material layer in the region including the lower portion of the BGA package in the printed wiring board. It is possible to selectively suppress warping due to influence, and when a plurality of BGA packages are mounted on a printed wiring board, a low linear expansion coefficient material layer corresponding to the linear expansion coefficient of each BGA package is provided. It is possible to obtain a BGA package mounting substrate that can be arranged in a printed wiring board and can suppress thermal effects to a small extent.
[0029]
Furthermore, according to the present invention, the printed wiring board for mounting the BGA package is laminated in three or more layers, and the linear expansion coefficient is higher than that of the base material between the base materials on which the conductive portions are arranged. A plurality of small low linear expansion coefficient material layers are respectively arranged, and the base material and the low linear expansion coefficient material layer are laminated so as to be symmetrically arranged in the thickness direction of the printed wiring board. It is made of an epoxy material, and a low linear expansion coefficient material layer is structured so that a lattice-like low linear expansion coefficient material is woven into a layer made of glass epoxy material , and both laminated surfaces of the low linear expansion coefficient material layer are formed by insulating layers. By configuring so as to be covered, it is possible to suppress warping of the printed wiring board due to thermal influence as in the above case, and solder balls between the BGA package and the printed wiring board. by A BGA package mounting substrate capable of ensuring the bonding reliability can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a BGA package mounting substrate according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of a BGA package mounting substrate according to a second embodiment of the present invention.
FIGS. 3A and 3B are a sectional view and a partial perspective view of a BGA package mounting substrate according to a third embodiment of the present invention. FIGS.
4 is a cross-sectional view of a BGA package mounting substrate according to Reference Example 1 of the present invention. FIG.
FIG. 5 is a plan view showing the back side of a BGA package according to Reference Example 2 of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a BGA package mounting substrate according to Reference Example 3 of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional package mounting board.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a conventional printed wiring board.
[Explanation of symbols]
1. Printed wiring board 2. Solder ball 2a. Internal solder ball 3. BGA package 4. Glass epoxy base material 5. Low linear expansion coefficient layer 6. Conductive part 7. Insulating layer 8. Partial low linear expansion coefficient material layer 9 Lattice-like low linear expansion coefficient material layer 9a. Low linear expansion coefficient material 9b. Glass epoxy material 10. Lead 11a. Outermost peripheral pad 11b. Internal side pad 12. Intermediate substrate 13. Solder joint.

Claims

In a BGA package mounting board comprising a printed wiring board and a BGA package mounted on the printed wiring board via solder balls, the printed wiring board is laminated in three or more layers, and a conductive portion is disposed on the surface thereof. A plurality of low linear expansion coefficient material layers having a smaller linear expansion coefficient than the base material are disposed between the base materials, and the base material and the low linear expansion coefficient material layer are disposed in the thickness direction of the printed wiring board. Are laminated so as to be symmetrically arranged, the low linear expansion coefficient material layer is made of carbon aluminum, and both the laminated surfaces are covered with an insulating layer .

2. The BGA package mounting substrate according to claim 1 , wherein the low linear expansion coefficient material layer is selectively disposed in a region including a lower portion of the BGA package.

In a BGA package mounting board comprising a printed wiring board and a BGA package mounted on the printed wiring board via solder balls, the printed wiring board is laminated in three or more layers, and a conductive portion is disposed on the surface thereof. A plurality of low linear expansion coefficient material layers having a smaller linear expansion coefficient than the base material are disposed between the base materials, and the base material and the low linear expansion coefficient material layer are disposed in the thickness direction of the printed wiring board. There are laminated so as to be symmetrical arrangement, the substrate is a glass epoxy material, the low linear expansion coefficient material layer, in a layer made of a glass epoxy material, a low linear expansion coefficient material in a grid pattern which incorporated a construction, the both laminated surfaces B GA packaging board characterized that you are covered by an insulating layer.