JP3905024B2 - 半導体パッケージの実装構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プリント配線板に半導体パッケージをはんだ接合することによる、半導体パッケージの実装構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プリント配線板に、はんだボール端子を備えた半導体パッケージをはんだ接合することによる、半導体パッケージの実装構造は、以下のようなものである（例えば、特許文献１）。
特許文献１によれば、ＩＣパッケージ等に用いられるパッケージ用基板は、はんだボールからなる多数の接続端子を備えており、この接続端子の配置に対応するように配置、形成された接続パッドを有するプリント基板に対し、位置決めして重ね、はんだ付けすることにより電気的接続がなされている。
【０００３】
このような技術において、近年、半導体パッケージに設けた複数のはんだボール端子の数個ずつと、プリント配線板（プリント基板）に設けた複数のはんだ接合用パッド（接続パッド；以下、パッドともいう。）のそれぞれとを、パッドを覆うように設けられたはんだを介し、接合することにより半導体パッケージの実装構造を作製する技術が知られてきている。このように、複数のはんだボール端子を、一つのパッドへ接合する技術は、半導体パッケージの実装構造に対して、曲げ・歪み等の力が加わったときに、接合部の強度を確保するという利点がある。
【０００４】
以下、上述の半導体パッケージの実装構造の一般的な作製方法について説明する。
１．半導体パッケージ搭載用パッドを設けたプリント配線板に、クリームはんだ印刷マスクを位置合わせする。
２．クリームはんだをスキージ等で印刷マスクの開口部に充填した後、印刷マスクを引き上げることにより、所定のパッド上にクリームはんだを供給する。
３．クリームはんだを供給したパッドへ、半導体パッケージのはんだボール端子を位置合わせして搭載する。
４．全体をリフロー炉に入れて加熱することにより、クリームはんだおよび半導体パッケージのはんだボール端子を溶融し、その後硬化させることによりプリント配線板と半導体パッケージをはんだ接合し、半導体パッケージの実装構造が完成する。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−３０３３３０号公報（２頁、図１８）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体パッケージの実装構造は、以上のように構成されているため、以下に示すような課題があった。
通常、リフロー加熱により溶融したクリームはんだは、下方向と横方向に力が発生し、パッド上に低く濡れ広がる性質を持つ。ここでいう、濡れるとは、接触することである。したがって、プリント配線板側の溶融したクリームはんだがパッド上に濡れ広がるときに下向きの力が発生する。このため、半導体パッケージ側のはんだボール端子と融合する際に、このはんだボール端子をパッド側に引っ張り込んで吸収→半導体パッケージとプリント配線板との間隔が開く（以下、この状態をオープン状態という。）→接続不良を起こす、というおそれがあった。複数個のはんだボール端子を同一パッドへ接合する場合、あるはんだボール端子がオープン状態となっても他のはんだボール端子による接続部分で接続を補えるため、導電不能にはならないが、接合面積が少なくなるために、接合強度が低下してしまうという課題があった。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、複数のはんだボール端子を一つのパッドへ接合する場合においても接続が良好で、接合強度が高い半導体パッケージの実装構造を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体パッケージの実装構造は、半導体パッケージに設けた複数のはんだボール端子と、プリント配線板に設けたはんだ接合用パッドとを、はんだを介して接合し、はんだ接合用パッドの上部の、はんだボール端子と接合する部分に囲まれる部分に、パターン形成されたソルダーレジストと接触し、はんだと接触しない非接触部を備えたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。ここでは、４個のはんだボール端子をプリント配線板に設けた一つのはんだ接合用パッドに接合する場合について説明する。
実施の形態１．
図１〜図６はこの発明の実施の形態１による半導体パッケージの実装構造の説明図であり、プリント配線板にはんだ接合用パッドを設けてから、はんだ接合が終了するまでを段階的に示している。図１は、はんだ接合用パッドが設けられたプリント配線板の上面図、図２は図１をＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。図３は図１に、クリームはんだを供給したときの図であり、図４は図３をＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図である。図５は図４に対して半導体パッケージ側のはんだボール端子を位置合わせしたときの図であり、図６ははんだボールを搭載したのち接合した図であり、半導体パッケージの実装構造を示す。
【００１０】
半導体パッケージの実装構造１は、プリント配線板２に複数設けられたはんだ接合用パッド（以下、単にパッドともいう。）のうちの一つのパッド３と、半導体パッケージ５に設けられた４つのはんだボール端子６とが、パッド３上に印刷されたはんだと融合して構成されている（図６）。
【００１１】
パッド３は、例えば銅箔で構成されており、その中央に、その平面形状が菱形様となるようなパターン形状に型抜きされた型抜き部（非接触部）３ａが形成されている。ここではパッド３における、はんだと接触しない非接触部が型抜き部３ａとなっており、その位置は四方のはんだボール端子６と接合する部分に囲まれるパッド３の一部分である。型抜き部の平面形状は四方に対称な形状であるのが良く、既に述べてあるように型抜き部３ａの形状はここでは菱形様としたが、正確には、パッド３上に搭載されるはんだボール端子の、パッド３中央付近の端子のラインを模して形成したものであるため、菱形の辺が曲線で構成されている（図１）。
【００１２】
次に、半導体パッケージの実装構造１の作製方法につき説明をする。
１．プリント配線板２にパッド３をパターン形成する。パターン形成には、通常のエッチングの手法を用いる。
ａ）銅箔を積層した基材を準備する。
ｂ）基材にエッチングレジストを塗布する。
ｃ）パターン形状（ここでは菱形様の形状）を印画したフィルムをレジスト上の所定の位置に位置合わせして密着させ、露光する。
ｄ）フィルムを除去し、現像する。
ｅ）エッチングレジストを剥離する。このとき、露光時に光の当たった箇所が剥離し、パターン形成したい場所（型抜き部３ａ）のエッチングレジストが剥離する。
ｆ）基材のエッチングを同様に行う。エッチングレジストが除去された部分の基材がエッチングされ、型抜き部３ａが形成される。
ｇ）エッチングレジストを剥離し、パッド３が完成する（図１および図２）。
【００１３】
２．このパッド３の上を覆うようにクリームはんだ４が印刷され、型抜き部３ａ部分にも充填される。このとき、型抜き部３ａ部分を除くパッド３上のクリームはんだを４ａ、型抜き部３ａ上のクリームはんだを４ｂとする。クリームはんだの印刷形状は、ここではパッド３よりもやや小さい相似形であるが、同寸法でも良い（図３および図４）。
【００１４】
３．次いで、半導体パッケージ５を、これに設けられた複数のはんだボール端子６のうちの４つと、パッド３のそれぞれとの位置が合うように、位置合わせをする（図５）。
【００１５】
４．位置合わせをした後、半導体パッケージ５をプリント配線板２上に載置し、全体をリフロー加熱する。加熱によりクリームはんだ４とはんだボール端子６とが溶融する。このとき、型抜き部３ａに充填されている部分のはんだ４ｂが、表面張力によってはんだ４ａに吸収される。このため、型抜き部３ａを除く部分のパッド３上には、最初に塗布されたクリームはんだの量以上のはんだが供給されることになる。
この表面張力による上述の吸収によって、パッド３上に塗布されたクリームはんだの、溶融による下方向および横方向の力が抑制される上、鉛直上側に力が働き、高く盛り上がった形状のはんだが形成される。このことにより、パッド３上の溶融したクリームはんだが、はんだボール端子６を引っ張る力が軽減されるので、はんだボール端子６がパッド３に吸い取られることなく、良好なはんだ接合がなされた半導体パッケージの実装構造１を得ることができる（図６）。
また、リフロー加熱時に、パッド３上のはんだの高さが高くなるので、パッド３とはんだボール端子６との接続性が向上し、オープン状態等の、未接続となるおそれを低減させることができる。
【００１６】
以上のように、この実施の形態１の半導体パッケージの実装構造１によれば、はんだ接合用パッド３のうち、四方のはんだボール端子６と接合する部分に囲まれる部分に、その平面形状が菱形様の型抜き部３ａを備えた。このように、パッド３の一部に、はんだと接触しない部分を設けたため、リフロー加熱を経ると、パッド３上の、はんだボール端子６と対応する部分に、高く盛り上がった形状のはんだ７が形成される。したがって、パッド３とはんだボール端子６との接続性が向上し、半導体パッケージの実装構造における、オープン状態等の、未接続となるおそれを低減させることができるという効果が得られる。
【００１７】
実施の形態２．
図７は実施の形態２の半導体パッケージの実装構造の説明図であり、プリント配線板上に形成される、はんだ接合用のパッドのパターン形状を説明するための平面図である。図８は、図７をＣ−Ｃ線に沿って切断した断面図である。実施の形態１では、型抜き部の平面形状を菱形様の形状としたが、ここでは円形とする。
はんだ接合用パッド１３は、例えば銅箔で構成されており、その中央に、その平面形状が円形となるようなパターン形状に型抜きされた型抜き部（非接触部）１３ａが形成されている。その他の部分については、実施の形態１と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【００１８】
以上のように、この実施の形態２の半導体パッケージの実装構造によれば、はんだ接合用パッド１３のうち、四方のはんだボール端子と接合する部分に囲まれる部分に、その平面形状が円形である型抜き部１３ａを備えた。このため、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００１９】
実施の形態３．
図９〜図１４はこの発明の実施の形態３による半導体パッケージの実装構造２１の説明図であり、プリント配線板にはんだ接合用パッドを設けてから、はんだ接合が終了するまでを段階的に示している。図９は、パッドが設けられたプリント配線板の上面図、図１０は図９をＤ−Ｄ線に沿って切断した断面図である。図１１は図９に、クリームはんだを供給したときの図であり、図１２は図１１をＥ−Ｅ線に沿って切断した断面図である。図１３は図１２に対して半導体パッケージ側のはんだボール端子を位置合わせしたときの図であり、図１４ははんだボールを搭載したのち接合した図であり、半導体パッケージの実装構造を示す。
【００２０】
半導体パッケージの実装構造２１は、プリント配線板２に複数設けられたはんだ接合用パッド（以下、単にパッドともいう。）のうちの一つのパッド２３と、半導体パッケージ５に設けられた４つのはんだボール端子６とが、パッド２３上に印刷されたはんだと融合して構成されている（図１４）。
【００２１】
パッド２３は、例えば銅箔で構成されており、その中央部に、その平面形状が菱形様となるようなパターン形状に形成されたソルダーレジスト２３ａが設けられている。（図９および図１０）。
ソルダーレジスト２３ａは、例えばエポキシ系の樹脂等からなり、四方のはんだボール端子６と接合する部分に囲まれる部分に設けられている。パッド２３上の、ソルダーレジスト２３ａと接触する部分は、パッド２３がはんだと接触しない非接触部２３ｂである。ソルダーレジスト２３ａの平面形状は四方に対称な形状であるのが良く、既に述べてあるようにソルダーレジスト２３ａの形状はここでは菱形様としたが、正確には、パッド３上に搭載されるはんだボール端子の、パッド３中央付近の端子のラインを模して形成したものであるため、菱形の辺が曲線で構成されている（図９および図１０）。
【００２２】
次に、半導体パッケージの実装構造２１の作製方法につき説明をする。
１．プリント配線板２に、複数のパッド２３を、エッチング等の方法により形成する。
２．パッド２３上にソルダーレジスト２３ａをパターン形成する。
ａ）パッド２３上を覆うように、ソルダーレジストの基材となるエポキシ系の樹脂を塗布する。
ｂ）パターン形状（ここでは菱形様の形状）を印画したフィルムをレジスト上の所定の位置に位置合わせして密着させ、露光する。
ｃ）フィルムを除去し、現像する。
ｄ）基材がパターン形成され、ソルダーレジスト２３ａが完成する（図９および図１０）。
【００２３】
３．ソルダーレジスト２３ａを含む、パッド２３の上を覆うようにクリームはんだ２４が印刷される。このとき、ソルダーレジスト２３ａ部分を除くパッド２３上のクリームはんだを２４ａ、ソルダーレジスト２３ａ上のクリームはんだを２４ｂとする。クリームはんだ２４の印刷形状は、ここではパッド３よりもやや小さい相似形であるが、同寸法でも良い（図１１および図１２）。
【００２４】
４．次いで、半導体パッケージ５を、これに設けられた複数のはんだボール端子６のうちの４つと、パッド２３のそれぞれとの位置が合うように、位置合わせをする（図１３）。
【００２５】
５．位置合わせをした後、半導体パッケージ５をプリント配線板２上に載置し、全体をリフロー加熱する。加熱によりクリームはんだ２４とはんだボール端子６とが溶融する。このとき、ソルダーレジスト２３ａ上のはんだ２４ｂが、表面張力によってはんだ２４ａに吸収される。このため、ソルダーレジスト２３ａを除く部分のパッド２３上には、最初に塗布されたクリームはんだの量以上のはんだが供給されることになる。
この表面張力による上述の吸収によって、パッド２３上に塗布されたクリームはんだの、溶融による下方向および横方向の力が抑制される上、鉛直上側に力が働き、高く盛り上がった形状のはんだが形成される。このことにより、パッド２３上の溶融したクリームはんだが、はんだボール端子６を引っ張る力が軽減されるので、はんだボール端子６がパッド２３に吸い取られることなく、良好なはんだ接合がなされた半導体パッケージの実装構造２１を得ることができる（図１４）。
また、リフロー加熱時に、パッド２３上のはんだの高さが高くなるので、パッド２３とはんだボール端子６との接続性が向上し、オープン状態等の、未接続となるおそれを低減させることができる。
【００２６】
以上のように、この実施の形態３の半導体パッケージの実装構造２１によれば、
はんだ接合用パッド２３上の、四方のはんだボール端子６と接合する部分に囲まれる部分に、その平面形状が菱形様のソルダーレジスト２３ａを備えた。このように、パッド２３の一部のソルダーレジスト２３ａと接触する部分に、はんだと接触しない非接触部２３ｂを設けたため、リフロー加熱を経ると、パッド２３上の、はんだボール端子６と対応する部分に、高く盛り上がった形状のはんだ２７が形成される。したがって、パッド２３とはんだボール端子６との接続性が向上し、半導体パッケージの実装構造における、オープン状態等の、未接続となるおそれを低減させることができるという効果が得られる。
【００２７】
実施の形態４．
図１５は実施の形態４の半導体パッケージの実装構造の説明図であり、はんだ接合用のパッド上のソルダーレジストおよび非接触部のパターン形状を説明するための平面図である。図１６は、図１５をＦ−Ｆ線に沿って切断した断面図である。実施の形態３では、ソルダーレジストの平面形状を菱形様の形状としたが、ここでは円形とする。
【００２８】
はんだ接合用パッド３３は、例えば銅箔で構成されており、その中央に、その平面形状が円形となるようなパターン形状に形成されたソルダーレジスト３３ａが形成されている。また、ソルダーレジスト３３ａの下側は、パッド３３上の、はんだと接触しない非接触部３３ｂとなっている。
その他の部分については、実施の形態３と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【００２９】
以上のように、この実施の形態４の半導体パッケージの実装構造によれば、はんだ接合用パッド３３上の、四方のはんだボール端子と接合する部分に囲まれる部分に、その平面形状が円形であるソルダーレジスト３３ａを備えた。このため、実施の形態３と同様の効果が得られる。
【００３０】
なお、実施の形態１〜４では、４個のはんだボール端子をプリント配線板に設けた一つのはんだ接合用パッドに接合する場合について説明したが、４個ではない複数個のはんだボール端子の場合においても適用が可能である。その場合は、はんだ接合用パッドに備える非接触部は、はんだボール端子と接合する部分に囲まれる部分とする。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、はんだ接合用パッドの上部の、はんだボール端子と接合する部分に囲まれる部分に、パターン形成されたソルダーレジストと接触し、はんだと接触しない非接触部を備えて半導体パッケージの実装構造を構成したので、リフロー加熱を経ると、パッド上の、はんだボール端子と対応する部分に、高く盛り上がった形状のはんだが形成される。したがって、パッドとはんだボール端子との接続性が向上し、半導体パッケージの実装構造における、オープン状態等の、未接続となるおそれを低減させることが可能な半導体パッケージの実装構造が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による半導体パッケージの実装構造の説明図であり、特に、はんだ接合用パッドが設けられたプリント配線板の上面図である。
【図２】 図１をＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。
【図３】 この発明の実施の形態１による半導体パッケージの実装構造の説明図であり、図１に、クリームはんだを供給したときの図である。
【図４】 図３をＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図である。
【図５】 この発明の実施の形態１による半導体パッケージの実装構造の説明図であり、図４に対して半導体パッケージ側のはんだボール端子を位置合わせしたときの図である。
【図６】 この発明の実施の形態１による半導体パッケージの実装構造の断面図である。
【図７】 この発明の実施の形態２による半導体パッケージの実装構造の説明図であり、特に、はんだ接合用パッドが設けられたプリント配線板の上面図である。
【図８】 図７をＣ−Ｃ線に沿って切断した断面図である。
【図９】 この発明の実施の形態３による半導体パッケージの実装構造の説明図であり、特に、はんだ接合用パッドが設けられたプリント配線板の上面図である。
【図１０】 図９をＤ−Ｄ線に沿って切断した断面図である。
【図１１】 この発明の実施の形態３による半導体パッケージの実装構造の説明図であり、図９に、クリームはんだを供給したときの図である。
【図１２】 図１１をＥ−Ｅ線に沿って切断した断面図である。
【図１３】 この発明の実施の形態３による半導体パッケージの実装構造の説明図であり、図１２に対して半導体パッケージ側のはんだボール端子を位置合わせしたときの図である。
【図１４】 この発明の実施の形態３による半導体パッケージの実装構造の断面図である。
【図１５】 この発明の実施の形態４による半導体パッケージの実装構造の説明図であり、特に、はんだ接合用パッドが設けられたプリント配線板の上面図である。
【図１６】 図１５をＦ−Ｆ線に沿って切断した断面図である。
【符号の説明】
１，２１ 半導体パッケージの実装構造、２ プリント配線板、３，１３，２３，３３ はんだ接合用パッド、３ａ，１３ａ 型抜き部（非接触部）、４，２４ クリームはんだ、４ａ 型抜き部を除くパッド上のクリームはんだ、４ｂ 型抜き部上のクリームはんだ、５ 半導体パッケージ、６ はんだボール端子、２３ａ，３３ａ ソルダーレジスト、２３ｂ，３３ｂ 非接触部、２４ａ ソルダーレジスト部分を除くパッド上のクリームはんだ、２４ｂ ソルダーレジスト上のクリームはんだ。

Claims (1)

1. 半導体パッケージに設けた複数のはんだボール端子と、プリント配線板に設けたはんだ接合用パッドとを、上記はんだ接合用パッドを覆うように設けられたはんだを介し、接合してなる半導体パッケージの実装構造において、
   上記はんだ接合用パッドの上部の、はんだボール端子と接合する部分に囲まれる部分に、パターン形成されたソルダーレジストと接触し、上記はんだと接触しない非接触部を備えたことを特徴とする半導体パッケージ実装構造。

Images