半導体パッケージ、配線基板、及びリフロー炉
【課題】複数の金属ボール端子を備えた半導体パッケージをリフロー法により配線基板に実装する際に、金属ボール端子の溶融状態を正確に把握する。
【解決手段】複数の金属ボール端子のうち四隅の金属ボール端子１５Ａ〜１５Ｄはその他の金属ボール端子１４よりも相対的に径が小さい導通検出用の金属ボール端子であり、導通検出用の金属ボール端子１５Ａ〜１５Ｄの径が式（Ｘ）を充足し、互いに対角にある２個の導通検出用の金属ボール端子１５Ａと１５Ｃ、１５Ｂと１５Ｄが配線１６を介して接続されている。
ｄ２≧ｄ１−ｘ・・・（Ｘ）
（上記式中、ｄ１は導通検出用ではない金属ボール端子の径、ｄ２は導通検出用の金属ボール端子の径、ｘは配線基板上に半導体パッケージを載置した時点に対する金属ボール端子の溶融後の半導体パッケージの沈み込み量を各々示す。）
【解決手段】複数の金属ボール端子のうち四隅の金属ボール端子１５Ａ〜１５Ｄはその他の金属ボール端子１４よりも相対的に径が小さい導通検出用の金属ボール端子であり、導通検出用の金属ボール端子１５Ａ〜１５Ｄの径が式（Ｘ）を充足し、互いに対角にある２個の導通検出用の金属ボール端子１５Ａと１５Ｃ、１５Ｂと１５Ｄが配線１６を介して接続されている。
ｄ２≧ｄ１−ｘ・・・（Ｘ）
（上記式中、ｄ１は導通検出用ではない金属ボール端子の径、ｄ２は導通検出用の金属ボール端子の径、ｘは配線基板上に半導体パッケージを載置した時点に対する金属ボール端子の溶融後の半導体パッケージの沈み込み量を各々示す。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の底面に格子状に配置された複数の金属ボール端子を備え、リフロー法により、複数の金属ボール端子が接合される複数のランドを備えた配線基板に実装される半導体パッケージ、及びこの半導体パッケージが実装される配線基板に関するものである。
本発明はまた、上記半導体パッケージを配線基板に実装する際に用いるリフロー炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩの多ピン化や実装の高密度化の要求が高まり、ＢＧＡ（Ball Grid Array）パッケージと呼ばれる格子状に配置される複数の半田ボール端子により多端子・高密度実装を可能とするＩＣパッケージが実用化されている。
図７、図８を参照して、一般的なＢＧＡパッケージの構造について説明する。図７は概略断面図、図８は底面図である。
【０００３】
図示するＢＧＡパッケージ１００において、半導体基板（サブストレート基板）１０１に搭載された半導体チップ１０２上のボンディングパッド（図示せず）と半導体基板１０１上のボンディングパッド（図示せず）とがボンディングワイヤ１０３により電気的に接続されている。
半導体基板１０１上のボンディングパッドは、基板１０１上の配線や基板１０１内に開孔されたビアホールによる層間接続を介して、基板１０１底面に格子状に配置された複数の半田ボール端子１０４に電気的に接続されている。
図８に示すように、半導体基板１０１の底面には、サイズが均等な複数の半田ボール端子１０４が格子状に配置されている。
ＢＧＡパッケージ１００は以上の構成により、半導体チップ１０２からの信号をパッケージ外部に引き出す電気的導通構造を有している。
ＢＧＡパッケージ１００では、内部構造保護のため、半導体チップ１０２やボンディングワイヤ１０３は封止樹脂１０５により樹脂封止されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2002-289645号公報
【特許文献２】特開2003-068806号公報
【特許文献３】特開2005-235854号公報
【特許文献４】特開平08-037357号公報
【特許文献５】特開平11-054881号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図７、図８に示したＢＧＡパッケージは、ＢＧＡパッケージの複数の半田ボール端子が接合される複数のランドを備えた配線基板に実装される。この実装は通常、以下に記載のリフロー法によってなされる。
まず配線基板上の複数のランドにそれぞれクリーム半田を塗布し、その上にＢＧＡパッケージを搭載する。このとき、各ランドとそれに対応したＢＧＡパッケージの半田ボール端子とを正確に位置合わせして、配線基板上にＢＧＡパッケージを載置する。この状態で、配線基板とＢＧＡパッケージとをリフロー炉の中に入れ、半田が溶融する高温に加熱して半田を溶融し、その後炉の温度を下げて半田を再度凝固させることにより、配線基板とＢＧＡパッケージの半田ボールとが接合される。
【０００６】
従来、ＢＧＡパッケージの配線基板への実装においては、リフロー工程において半田溶融の状況を把握することができない。そのため、リフローによる半田溶融が不充分となり、接合不良が生じる恐れがある。また、確実に接合するためにリフロー加熱の時間を長くすると、ＢＧＡパッケージと配線基板に熱ダメージを与える恐れがあり、エネルギー効率が低下し、リフロー時間も長くなってしまう。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、半導体基板の底面に格子状に配置された複数の金属ボール端子を備えた半導体パッケージを、リフロー法により、複数の金属ボール端子が接合される複数のランドを備えた配線基板に実装する際に、金属ボール端子の溶融状態を正確に把握して、半導体パッケージの金属ボール端子と配線基板のランドとを確実に接合でき、かつ半導体パッケージと配線基板の過度な加熱を抑制することが可能な半導体パッケージ、配線基板、及びリフロー炉を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の半導体パッケージは、
半導体基板の底面に格子状に配置された複数の金属ボール端子を備え、リフロー法により、前記複数の金属ボール端子が接合される複数のランドを備えた配線基板に実装される半導体パッケージであって、
前記複数の金属ボール端子のうち四隅の金属ボール端子はその他の金属ボール端子よりも相対的に径が小さい導通検出用の金属ボール端子であり、当該導通検出用の金属ボール端子の径が下記関係式（Ｘ）を充足するものであり、かつ互いに対角にある２個の導通検出用の金属ボール端子同士が配線を介して接続されたものである。
ｄ２≧ｄ１−ｘ・・・（Ｘ）
（上記式中、ｄ１は導通検出用ではない金属ボール端子の径、ｄ２は導通検出用の金属ボール端子の径、ｘは配線基板上に半導体パッケージを載置した時点に対する金属ボール端子の溶融後の半導体パッケージの沈み込み量を各々示す。）
【０００９】
本発明の配線基板は、
リフロー法により上記の本発明の半導体パッケージが実装される前記配線基板であって、
前記導通検出用の金属ボール端子と当該金属ボール端子が接合される導通検出用のランドとの導通を検出するための配線構造を備えたものである。
【００１０】
本発明のリフロー炉は、
リフロー法により上記の本発明の配線基板に上記の本発明の半導体パッケージを実装するためのリフロー炉であって、
前記導通検出用の金属ボール端子と前記導通検出用のランドとの導通を検出するための検出機構を備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、半導体基板の底面に格子状に配置された複数の金属ボール端子を備えた半導体パッケージを、リフロー法により、複数の金属ボール端子が接合される複数のランドを備えた配線基板に実装する際に、金属ボール端子の溶融状態を正確に把握して、半導体パッケージの金属ボール端子と配線基板のランドとを確実に接合でき、かつ半導体パッケージと配線基板との過度な加熱を抑制することが可能な半導体パッケージ、配線基板、及びリフロー炉を提供することができる。
本発明の半導体パッケージでは、互いに対角にある２個の導通検出用の半田ボール端子同士を接続するようにしている。かかる構成では、配線基板に対して半導体パッケージをどの向きで搭載しても配線基板側の導通配線パターンを同じ配線ルールで対応できるため、配線パターンの設計が容易であり、半導体パッケージの搭載向きや配線パターンの人為的ミスを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る一実施形態のＢＧＡパッケージの概略断面図である。
【図２】図１のＢＧＡパッケージの底面図である。
【図３】本発明に係る一実施形態の配線基板の上面図である。
【図４】配線基板のその他の例を示す上面図である。
【図５】ＢＧＡパッケージの配線基板への実装工程を示す断面図であり、（Ａ）は半田溶融前、（Ｂ）は半田溶融後を各々示す図である。
【図６】リフロー炉の斜視図である。
【図７】従来のＢＧＡパッケージの概略断面図である。
【図８】図７のＢＧＡパッケージの底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
「第１実施形態」
図面を参照して、本発明に係る一実施形態のＢＧＡパッケージ、配線基板、及びリフロー炉の構成について説明する。
図１はＢＧＡパッケージの概略断面図、図２はＢＧＡパッケージの底面図である。
図３は配線基板の一例を示す上面図、図４は配線基板のその他の例を示す上面図である。
図５はＢＧＡパッケージの配線基板への実装工程を示す断面図であり、（Ａ）は半田溶融前、（Ｂ）は半田溶融後を各々示している。
図６はリフロー炉の斜視図であり、内部透視図である。
視認しやすくするため、図面上は各構成の縮尺や位置を実際のものとは適宜異ならせてある。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態のＢＧＡパッケージ（半導体パッケージ）１０において、半導体基板（サブストレート基板）１１に搭載された半導体チップ１２上のボンディングパッド（図示せず）と半導体基板１１上のボンディングパッド（図示せず）とがボンディングワイヤ１３により電気的に接続されている。
半導体基板１１上のボンディングパッドは、基板１１上の配線や基板１１内に開孔されたビアホールによる層間接続を介して、基板底面１１Ｂに格子状に配置された複数の半田ボール端子（金属ボール端子）１４、１５に電気的に接続されている。
複数の半田ボール端子１４、１５は外部接続用の端子であり、図２に示すように基板底面１１Ｂに格子状に配置されている。
ＢＧＡパッケージ１０は以上の構成により、半導体チップ１２からの信号をパッケージ外部に引き出す電気的導通構造を有している。
ＢＧＡパッケージ１０では、内部構造保護のため半導体チップ１２やボンディングワイヤ１３は封止樹脂１７により樹脂封止されている。
【００１５】
図１中、複数の半田ボール端子のうち四隅の半田ボール端子に符号１５を付し、その他の半田ボール端子に符号１４を付してある。図２中、四隅の半田ボール端子に符号１５Ａ〜１５Ｄを付してある。
【００１６】
図１、図２に示すように、本実施形態において、四隅の半田ボール端子１５Ａ〜１５Ｄ以外の半田ボール端子１４は通常使用されるサイズであり、四隅の半田ボール端子１５Ａ〜１５Ｄはそれよりも径が小さく設定されている。径の小さい四隅の半田ボール端子１５Ａ〜１５Ｄは、導通検出用の半田ボール端子である。
【００１７】
図２に示すように、基板底面１１Ｂにおいて、互いに対角にある導通検出用の半田ボール端子１５Ａと導通検出用の半田ボール端子１５Ｃとは配線１６を介して電気的に接続され、同様に、互いに対角にある導通検出用の半田ボール端子１５Ｂと導通検出用の半田ボール端子１５Ｄとは配線１６を介して電気的に接続されている。
なお、互いに対角にある２個の導通検出用の半田ボール端子間の配線接続については、図示するものに限定されず、適宜設計できる。
【００１８】
図３に示す配線基板２０において、符号２１はＢＧＡパッケージ１０の搭載位置を示している。配線基板２０上には、ＢＧＡパッケージ１０の複数の半田ボール端子１４、１５が半田付けされるランド２４、２５が格子状に設けられている。
各半田ボール端子１４と各ランド２４とが対応し、各半田ボール端子１５と各ランド２５とが対応している。ランド２５は導通検出用の半田ボール端子１５が接合される導通検出用のランドである。導通検出用のランド２５として、四隅の半田ボール端子１５Ａ〜１５Ｄに対応して、４個のランド２５Ａ〜２５Ｄが設けられている。
【００１９】
配線基板２０には、導通検出用の半田ボール端子１５Ａ〜１５Ｄと導通検出用のランド２５Ａ〜２５Ｄとの導通を検出するための一対の検出用端子２２が設けられている。
配線基板２０にはまた、配線基板２０にＢＧＡパッケージ１０を実装した状態で、半田ボール端子１５Ａ〜１５Ｄとランド２５Ａ〜２５Ｄと一対の検出用端子２２とが電気的に接続されるよう、配線２３が形成されている。
本実施形態において、一方の検出用端子２２と導通検出用のランド２５Ａとが配線２３を介して接続され、他方の検出用端子２２と導通検出用のランド２５Ｂとが配線２３を介して接続されている。導通検出用のランド２５Ｃと導通検出用のランド２５Ｄとが配線２３を介して接続されている。
【００２０】
図２に示したように、半導体パッケージ１０の底面１１Ｂにおいて、互いに対角にある導通検出用の半田ボール端子１５Ａと１５Ｃ、互いに対角にある導通検出用の半田ボール端子１５Ｂと１５Ｄはそれぞれ配線１６を介して接続されている。したがって、配線基板２０にＢＧＡパッケージ１０が実装され、配線基板２０上の導通検出用のランド２５Ａ〜２５Ｄに導通検出用の半田ボール端子１５Ａ〜１５Ｄが半田付けされると、４個の導通検出用の半田ボール端子１５Ａ〜１５Ｄと４個の導通検出用のランド２５Ａ〜２５Ｄと２個の検出用端子２２とが導通される。すなわち、配線基板２０には、一箇所に設けた一対の検出用端子２２により、４個の導通検出用の半田ボール端子１５Ａ〜１５Ｄと４個の導通検出用のランド２５Ａ〜２５Ｄとの導通が一括検出される配線構造が形成されている。
なお、配線基板２０における一対の検出用端子２２の位置や配線構造については適宜設計変更できる。
【００２１】
図３に示す配線基板２０は１個のＢＧＡパッケージ１０を搭載可能なものであるが、複数のＢＧＡパッケージ１０を搭載可能なものでもよい。
図４に示す配線基板２６は２個のＢＧＡパッケージ１０を搭載可能なものである。
図４に示す例においては、一箇所に設けた一対の検出用端子２２により、２個のＢＧＡパッケージ１０の４個の導通検出用の半田ボール端子１５Ａ〜１５Ｄと４個の導通検出用のランド２５Ａ〜２５Ｄとの導通が一括検出される配線構造が形成されている。一対の検出用端子２２はＢＧＡパッケージ１０ごとに設けても構わない。
【００２２】
図５（Ａ）、（Ｂ）を参照して、ＢＧＡパッケージ１０の配線基板２０への実装方法と、半田ボール端子１４、１５のサイズ関係について説明する。
【００２３】
ＢＧＡパッケージ１０を配線基板２０に実装する方法は以下の通りである。
まず図５（Ａ）に示すように、配線基板２０上の複数のランド２４、２５にそれぞれクリーム半田を塗布し、その上にＢＧＡパッケージ１０を載置する。このとき、各ランド２４、２５とそれに対応したＢＧＡパッケージ１０の半田ボール端子１４、１５とを正確に位置合わせして、配線基板２０上にＢＧＡパッケージ１０を載置する。
上記状態で、配線基板２０とＢＧＡパッケージ１０とをリフロー炉の加熱室内に載置し、半田が溶融する高温に加熱して半田を融かし、その後温度を下げて半田を再度凝固させることにより、図５（Ｂ）に示すように、配線基板２０のランド２４、２５とＢＧＡパッケージ１０の半田ボール端子１４、１５とを接合する。
【００２４】
図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ＢＧＡパッケージ１０をリフロー炉にて高温に晒し半田ボール端子１４、１５が溶融すると、自重によりＢＧＡパッケージ１０の沈み込みが発生する。
半田溶融後のＢＧＡパッケージ１０の沈み込み量をｘとする。通常サイズの半田ボール端子１４の径をｄ１、四隅の小さい半田ボール端子１５の径をｄ２とすると、ｄ２は下記関係式（Ｘ）を充足するようにする。
ｄ２≧ｄ１−ｘ・・・（Ｘ）
【００２５】
上記関係式を充足する四角の径の小さい導通検出用の半田ボール端子１５は、図５（Ａ）に示す時点、すなわちＢＧＡパッケージ１０を配線基板２０に載置した半田溶融前の時点においては、配線基板２０上の導通検出用のランド２５と接触せず電気的導通はない。
四角の径の小さい導通検出用の半田ボール端子１５は、図５（Ｂ）に示す時点、すなわちリフロー加熱によりＢＧＡパッケージ１０の沈み込みが発生した半田溶融後の時点において、配線基板２０上の導通検出用のランド２５と接触し電気的導通が得られるようになる。導通検出用の半田ボール端子１５と導通検出用のランド２５との導通が検出された時点でリフロー加熱が充分に行われたことが判断できる。
【００２６】
したがって、本実施形態では、ＢＧＡパッケージ１０をリフロー法により配線基板２０に実装する際に、半田ボール端子１４、１５の溶融状態を正確に把握することができる。そのため、半導体パッケージ１０の金属ボール端子１４、１５と配線基板２０のランド２４、２５とを確実に接合できる。また、必要最小限だけリフロー加熱することが可能となるので、半導体パッケージ１０と配線基板２０とが過度に加熱されてこれらが熱ダメージを受ける恐れがなく、エネルギー効率も良く、リフロー時間も短縮できる。
【００２７】
本実施形態では、ＢＧＡパッケージ１０の四隅に導通検出用の半田ボール端子１５Ａ〜１５Ｄを設けているので、パッケージ１０全体の導通を良好に検出できる。
【００２８】
本実施形態ではまた、互いに対角にある導通検出用の半田ボール端子１５Ａと導通検出用の半田ボール端子１５Ｃとを接続し、互いに対角にある導通検出用の半田ボール端子１５Ｂと導通検出用の半田ボール端子１５Ｄとを接続している。
かかる構成では、図３に示す配線基板２０に対して半導体パッケージ１０をどの向きで搭載しても、配線基板２０側の導通配線パターンを同じ配線ルールで対応できる。そのため、半導体パッケージ１０の搭載向きはどの向きでもよく、半導体パッケージ１０の搭載向きによらず、配線基板２０に同じパターンで配線パターンを形成すればよい。したがって、本実施形態では、配線パターンの設計が容易であり、半導体パッケージ１０の搭載向きや配線パターンの人為的ミスを防止できる。
半導体パッケージ１０の搭載向きによらず同じ配線パターンを適用できることは、図４に示した配線基板２６でも同様である。したがって、１つの配線基板に複数の半導体パッケージを搭載する場合も、配線パターンの設計が容易であり、半導体パッケージ１０の搭載向きや配線パターンの人為的ミスを防止できる。
【００２９】
本実施形態ではまた、配線基板２０に、すべての導通導通検出用の金属ボール端子１５Ａ〜１５Ｄと導通導通検出用のランド２５Ａ〜２５Ｄとの導通を一括検出できる配線構造を設けている。
すなわち、本実施形態では、半田接合が良好なときには、４個の導通検出用の金属ボール端子１５Ａ〜１５Ｄと４個の導通検出用のランド２５Ａ〜２５Ｄとが電気的に繋がり、これらの導通が一括検出され、一箇所でも導通検出用の金属ボール端子１５と導通検出用のランド２５とが良好に接合されていなければ、導通は検出されない。したがって、検出が確実で、しかもシンプルである。
一括検出が可能なことは、図４に示した配線基板２６でも同様である。
【００３０】
図６に示すリフロー炉３０はリフロー法により配線基板２０にＢＧＡパッケージ１０を実装するための炉である。リフロー炉３０は加熱室３１を有し、その内部にはヒータ３２が設けられている。
【００３１】
リフロー法によりＢＧＡパッケージ１０を配線基板２０に実装する際には、配線基板２０のランド２４、２５にクリーム半田を塗布し、配線基板２０にＢＧＡパッケージ１０を載置した状態で、これらをリフロー炉３０の加熱室３１内に搭載し、半田が溶融する温度に加熱して半田のリフローが行われる。
リフロー炉３０の加熱室３１内には、配線基板２０の一対の検出用端子２２と接続される一対の検出用端子３４が設けられている。配線基板２０の一対の検出用端子２２とリフロー炉３０の一対の検出用端子３４とは、一対の耐熱ケーブル３３を介して接続される。
図では、一対の検出用端子２２、一対の耐熱ケーブル３３、及び一対の検出用端子３４をそれぞれ１つにまとめて図示してある。
一対の検出用端子３４は、４個の導通検出用の金属ボール端子１５Ａ〜１５Ｄと４個の導通検出用のランド２５Ａ〜２５Ｄとの導通を電気的に検出する検出器３５に接続されている。
【００３２】
リフロー炉３０では、一対の耐熱ケーブル３３、一対の検出用端子３４、及び検出器３５により、４個の導通検出用の金属ボール端子１５Ａ〜１５Ｄと４個の導通検出用のランド２５Ａ〜２５Ｄとの導通を電気的に検出する検出機構が構成されている。そして、検出器３５による検出結果は表示部３７に表示されるようになっている。
【００３３】
リフロー炉３０にはまた、検出器３５による検出結果が入力され、この検出結果に基づいてヒータ３２の加熱を制御する制御回路（加熱制御機構）３６が設けられている。この制御回路３６は、すべての導通検出用の金属ボール端子１５Ａ〜１５Ｄと導通検出用のランド２５Ａ〜２５Ｄとの導通が検出された時点で、配線基板２０と半導体パッケージ１０のリフロー加熱を終了するよう、ヒータ３２の加熱を制御する。
かかる制御機構により、半導体パッケージ１０の金属ボール端子１４、１５と配線基板２０のランド２４、２５とを確実に接合でき、かつ半導体パッケージ１０と配線基板２０とが過度に加熱されることを安定的に抑制することができる。
【００３４】
リフロー炉３０には上記加熱制御機構を設ける代わりに、検出器３５によりすべての導通検出用の金属ボール端子１５Ａ〜１５Ｄと導通検出用のランド２５Ａ〜２５Ｄとの導通が検出された時点で、配線基板２０と半導体パッケージ１０を取り出す機構を備える構成としてもよい。
かかる構成でも、半導体パッケージ１０の金属ボール端子１４、１５と配線基板２０のランド２４、２５とを確実に接合でき、かつ半導体パッケージ１０と配線基板２０とが過度に加熱されることを安定的に抑制することができる。
【００３５】
リフロー炉３０に上記加熱制御機構や配線基板２０と半導体パッケージ１０の取出し機構を設ける代わりに、表示部３７に表示された検出結果に基づいて、作業者が、導通検出用の金属ボール端子１５Ａ〜１５Ｄと導通検出用のランド２５Ａ〜２５Ｄとの導通が検出された時点で、配線基板２０と半導体パッケージ１０のリフロー加熱を終了するか、あるいはリフロー炉３０の加熱室３１から配線基板２０とＢＧＡパッケージ１０とを取り出すようにしてもよい。
【００３６】
本発明の関連技術としては、「背景技術」の項に挙げた特許文献１〜５がある。
【００３７】
特許文献１には、配線基板の四隅にそれぞれ、その他のランドを２個連結した大きさを有する２つの補強用ランド（２２）が設けられ、補強用ランド（２２）の隣のランド（２３）と、この補強用ランドから対角線上に離隔する位置の他の補強用ランド（２２）とが配線（２４）により接続された構成が記載されている（図１、段落００２２）。
特許文献１には、ＢＧＡ型パッケージの四隅にそれぞれ、４個の補強用ハンダボール（１５）が設けられ、補強用ハンダボール（１５）の隣のハンダボール（１６）と、この補強用ハンダボール（１５）から対角線上に離隔する位置の他の補強用ハンダボール（１５）とが基板に設けられた配線（図示なし）により接続された構成が記載されている（図２、段落００２２）。
特許文献１に記載の構成では、２個の補強用半田ボール（１５）が１個の補強用ランド（２２）に接合される。
【００３８】
特許文献１の[発明の効果]の項（段落００３４）には、強い衝撃力を受けて、補強用半田ボールが補強用ランドから剥がれるのに加えて、その隣の半田ボールが隣のランドから剥がれた場合でも、他の補強用ランドとこれに接続された他の補強用半田ボールを介して信号を迂回させて隣の半田ボールに信号を伝達するので、隣のランドと隣の半田ボールとの間の接続関係が維持されることが記載されている。
【００３９】
特許文献１は半田ボールとランドとの導通を検出可能としたものではない。
また、「互いに対角にある半田ボール同士を接続することで、配線基板に対して半導体パッケージをどの向きで搭載しても配線基板側の導通配線パターンを同じ配線ルールで対応できるため、半導体パッケージの搭載向きや配線基板の配線パターンの人為的ミスを防止できる。」という本発明の効果については記載がない。
【００４０】
特許文献２〜５には、ＢＧＡパッケージの半田ボールの一部を導通検出用の半田ボールとし、配線基板のランドの一部を導通検出用ランドとし、配線基板に導通検出用の半田ボールと導通検出用ランドとの導通を検査するための配線構造を設けた構成が記載されている。
【００４１】
特許文献２には、ＢＧＡパッケージの四隅にそれぞれ互いに配線を介して接続された２個の導通検出用の半田ボール（１１ａ〜１１ｈ）を設け、配線基板に導通検出用の半田ボールが接合される導通検出用ランド（２１ａ〜２１ｈ）を設け、配線基板に導通検出用の半田ボールと導通検出用ランドとの導通を検査するための複数の配線（２５ａ〜２５ｅ）と２個の導通検出用パッド（２３ａ、２３ｂ）を設け、一括検出を可能とした構成が記載されている（図５〜図６）。
特許文献２において、導通検出用の半田ボールの径は通常の半田ボールと同一である。
【００４２】
特許文献３には、ＢＧＡパッケージの四隅と中央部にそれぞれ互いに配線を介して接続された２個の導通検出用の半田ボール（半田ボールのランド３ａ、３ｂを参照）を設け、配線基板に導通検出用の半田ボールが接合される導通検出用ランド（５ａ、５ｂ）を設け、配線基板に導通検出用の半田ボールと導通検出用ランドとの導通を検査するための複数の配線と複数の導通検出用端子（５ｃ、５ｃ'）を設けた構成が記載されている（図１〜図２）。
特許文献３では、互いに配線を介して接続された２つの導通検出用の半田ボールごとに一対の導通検出用端子（５ｃ、５ｃ'）を設けられており、導通試験装置６で各対の導通検出用端子（５ｃ、５ｃ'）間の導通を検査するようになっている（段落００１８）。
特許文献３において、導通検出用の半田ボールの径は通常の半田ボールと同一である。
【００４３】
特許文献４には、ＢＧＡパッケージの四隅にそれぞれ径の小さい導通検出用の半田ボール（２ｂ）を設け、この導通検出用の半田ボール（２ｂ）と隣の半田ボールとを接続し、配線基板に導通検出用の半田ボールが接合される導通検出用ランド（符号なし）を設け、配線基板に導通検出用の半田ボールと導通検出用ランドとの導通を検査するための複数の配線（図示なし）を設けた構成が記載されている（図３、図４、段落００２８−００３０）。
【００４４】
特許文献５には、ＢＧＡパッケージの四隅及び各辺の中央部にそれぞれ径の小さい導通検出用の半田ボール（１４）を設け、ＢＧＡパッケージの基板の上面に導通検出用の半田ボールに導通された導通検出用電極（３０）を設け、配線基板に導通検出用の半田ボールが接合される導通検出用ランド（２２）を設けた構成が記載されている（図２、図３）。
特許文献５では、テスター（７０）を用いて導通検出用電極（３０）と導通検出用ランド（２２）との導通が検査されるようになっている（図３）。
【００４５】
特許文献２〜５には、互いに対角にある導通検出用の半田ボール同士を接続した構成や、配線基板とリフロー炉とを接続して導通の有無を検出可能とした構成は記載されていない。
特許文献２〜５に記載の配線構造では、「配線基板に対して半導体パッケージをどの向きで搭載しても配線基板側の導通配線パターンを同じ配線ルールで対応できるため、配線パターンの設計が容易であり、半導体パッケージの搭載向きや配線パターンの人為的ミスを防止できる。」という本発明の効果は得られず、配線接続等のミスが起こりやすい。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態によれば、ＢＧＡ半導体パッケージ１０をリフロー法により配線基板２０に実装する際に、半田ボール端子１４、１５の溶融状態を正確に把握して、半導体パッケージ１０の半田ボール端子１４、１５と配線基板２０のランド２４、２５とを確実に接合でき、かつ半導体パッケージ１０と配線基板２０との過度な加熱を抑制することが可能な半導体パッケージ１０、配線基板２０、及びリフロー炉３０を提供することができる。
本実施形態では、互いに対角にある２個の導通検出用の半田ボール端子１５同士を接続するようにしている。かかる構成では、配線基板２０に対して半導体パッケージ１０をどの向きで搭載しても配線基板２０側の導通配線パターンを同じ配線ルールで対応できるため、配線パターンの設計が容易であり、半導体パッケージ１０の搭載向きや配線基板２０の配線パターンの人為的ミスを防止できる。
【００４７】
（設計変更）
本発明は上記実施形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において適宜設計変更が可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１０ ＢＧＡパッケージ（半導体パッケージ）
１１ 半導体基板
１１Ｂ 基板底面
１２ 半導体チップ
１３ ボンディングワイヤ
１４ 半田ボール端子（金属ボール端子）
１５、１５Ａ〜１５Ｄ 導通検出用の半田ボール端子（金属ボール端子）
１６ 配線
２０、２６ 配線基板
２２ 検出用端子
２３ 配線
２４ ランド
２５、２５Ａ〜２５Ｄ 導通検出用のランド
３０ リフロー炉
３１ 加熱室
３２ ヒータ
３３ 耐熱ケーブル
３４ 検出用端子
３５ 検出器
３６ 制御回路
３７ 表示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の底面に格子状に配置された複数の金属ボール端子を備え、リフロー法により、複数の金属ボール端子が接合される複数のランドを備えた配線基板に実装される半導体パッケージ、及びこの半導体パッケージが実装される配線基板に関するものである。
本発明はまた、上記半導体パッケージを配線基板に実装する際に用いるリフロー炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩの多ピン化や実装の高密度化の要求が高まり、ＢＧＡ（Ball Grid Array）パッケージと呼ばれる格子状に配置される複数の半田ボール端子により多端子・高密度実装を可能とするＩＣパッケージが実用化されている。
図７、図８を参照して、一般的なＢＧＡパッケージの構造について説明する。図７は概略断面図、図８は底面図である。
【０００３】
図示するＢＧＡパッケージ１００において、半導体基板（サブストレート基板）１０１に搭載された半導体チップ１０２上のボンディングパッド（図示せず）と半導体基板１０１上のボンディングパッド（図示せず）とがボンディングワイヤ１０３により電気的に接続されている。
半導体基板１０１上のボンディングパッドは、基板１０１上の配線や基板１０１内に開孔されたビアホールによる層間接続を介して、基板１０１底面に格子状に配置された複数の半田ボール端子１０４に電気的に接続されている。
図８に示すように、半導体基板１０１の底面には、サイズが均等な複数の半田ボール端子１０４が格子状に配置されている。
ＢＧＡパッケージ１００は以上の構成により、半導体チップ１０２からの信号をパッケージ外部に引き出す電気的導通構造を有している。
ＢＧＡパッケージ１００では、内部構造保護のため、半導体チップ１０２やボンディングワイヤ１０３は封止樹脂１０５により樹脂封止されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2002-289645号公報
【特許文献２】特開2003-068806号公報
【特許文献３】特開2005-235854号公報
【特許文献４】特開平08-037357号公報
【特許文献５】特開平11-054881号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図７、図８に示したＢＧＡパッケージは、ＢＧＡパッケージの複数の半田ボール端子が接合される複数のランドを備えた配線基板に実装される。この実装は通常、以下に記載のリフロー法によってなされる。
まず配線基板上の複数のランドにそれぞれクリーム半田を塗布し、その上にＢＧＡパッケージを搭載する。このとき、各ランドとそれに対応したＢＧＡパッケージの半田ボール端子とを正確に位置合わせして、配線基板上にＢＧＡパッケージを載置する。この状態で、配線基板とＢＧＡパッケージとをリフロー炉の中に入れ、半田が溶融する高温に加熱して半田を溶融し、その後炉の温度を下げて半田を再度凝固させることにより、配線基板とＢＧＡパッケージの半田ボールとが接合される。
【０００６】
従来、ＢＧＡパッケージの配線基板への実装においては、リフロー工程において半田溶融の状況を把握することができない。そのため、リフローによる半田溶融が不充分となり、接合不良が生じる恐れがある。また、確実に接合するためにリフロー加熱の時間を長くすると、ＢＧＡパッケージと配線基板に熱ダメージを与える恐れがあり、エネルギー効率が低下し、リフロー時間も長くなってしまう。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、半導体基板の底面に格子状に配置された複数の金属ボール端子を備えた半導体パッケージを、リフロー法により、複数の金属ボール端子が接合される複数のランドを備えた配線基板に実装する際に、金属ボール端子の溶融状態を正確に把握して、半導体パッケージの金属ボール端子と配線基板のランドとを確実に接合でき、かつ半導体パッケージと配線基板の過度な加熱を抑制することが可能な半導体パッケージ、配線基板、及びリフロー炉を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の半導体パッケージは、
半導体基板の底面に格子状に配置された複数の金属ボール端子を備え、リフロー法により、前記複数の金属ボール端子が接合される複数のランドを備えた配線基板に実装される半導体パッケージであって、
前記複数の金属ボール端子のうち四隅の金属ボール端子はその他の金属ボール端子よりも相対的に径が小さい導通検出用の金属ボール端子であり、当該導通検出用の金属ボール端子の径が下記関係式（Ｘ）を充足するものであり、かつ互いに対角にある２個の導通検出用の金属ボール端子同士が配線を介して接続されたものである。
ｄ２≧ｄ１−ｘ・・・（Ｘ）
（上記式中、ｄ１は導通検出用ではない金属ボール端子の径、ｄ２は導通検出用の金属ボール端子の径、ｘは配線基板上に半導体パッケージを載置した時点に対する金属ボール端子の溶融後の半導体パッケージの沈み込み量を各々示す。）
【０００９】
本発明の配線基板は、
リフロー法により上記の本発明の半導体パッケージが実装される前記配線基板であって、
前記導通検出用の金属ボール端子と当該金属ボール端子が接合される導通検出用のランドとの導通を検出するための配線構造を備えたものである。
【００１０】
本発明のリフロー炉は、
リフロー法により上記の本発明の配線基板に上記の本発明の半導体パッケージを実装するためのリフロー炉であって、
前記導通検出用の金属ボール端子と前記導通検出用のランドとの導通を検出するための検出機構を備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、半導体基板の底面に格子状に配置された複数の金属ボール端子を備えた半導体パッケージを、リフロー法により、複数の金属ボール端子が接合される複数のランドを備えた配線基板に実装する際に、金属ボール端子の溶融状態を正確に把握して、半導体パッケージの金属ボール端子と配線基板のランドとを確実に接合でき、かつ半導体パッケージと配線基板との過度な加熱を抑制することが可能な半導体パッケージ、配線基板、及びリフロー炉を提供することができる。
本発明の半導体パッケージでは、互いに対角にある２個の導通検出用の半田ボール端子同士を接続するようにしている。かかる構成では、配線基板に対して半導体パッケージをどの向きで搭載しても配線基板側の導通配線パターンを同じ配線ルールで対応できるため、配線パターンの設計が容易であり、半導体パッケージの搭載向きや配線パターンの人為的ミスを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る一実施形態のＢＧＡパッケージの概略断面図である。
【図２】図１のＢＧＡパッケージの底面図である。
【図３】本発明に係る一実施形態の配線基板の上面図である。
【図４】配線基板のその他の例を示す上面図である。
【図５】ＢＧＡパッケージの配線基板への実装工程を示す断面図であり、（Ａ）は半田溶融前、（Ｂ）は半田溶融後を各々示す図である。
【図６】リフロー炉の斜視図である。
【図７】従来のＢＧＡパッケージの概略断面図である。
【図８】図７のＢＧＡパッケージの底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
「第１実施形態」
図面を参照して、本発明に係る一実施形態のＢＧＡパッケージ、配線基板、及びリフロー炉の構成について説明する。
図１はＢＧＡパッケージの概略断面図、図２はＢＧＡパッケージの底面図である。
図３は配線基板の一例を示す上面図、図４は配線基板のその他の例を示す上面図である。
図５はＢＧＡパッケージの配線基板への実装工程を示す断面図であり、（Ａ）は半田溶融前、（Ｂ）は半田溶融後を各々示している。
図６はリフロー炉の斜視図であり、内部透視図である。
視認しやすくするため、図面上は各構成の縮尺や位置を実際のものとは適宜異ならせてある。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態のＢＧＡパッケージ（半導体パッケージ）１０において、半導体基板（サブストレート基板）１１に搭載された半導体チップ１２上のボンディングパッド（図示せず）と半導体基板１１上のボンディングパッド（図示せず）とがボンディングワイヤ１３により電気的に接続されている。
半導体基板１１上のボンディングパッドは、基板１１上の配線や基板１１内に開孔されたビアホールによる層間接続を介して、基板底面１１Ｂに格子状に配置された複数の半田ボール端子（金属ボール端子）１４、１５に電気的に接続されている。
複数の半田ボール端子１４、１５は外部接続用の端子であり、図２に示すように基板底面１１Ｂに格子状に配置されている。
ＢＧＡパッケージ１０は以上の構成により、半導体チップ１２からの信号をパッケージ外部に引き出す電気的導通構造を有している。
ＢＧＡパッケージ１０では、内部構造保護のため半導体チップ１２やボンディングワイヤ１３は封止樹脂１７により樹脂封止されている。
【００１５】
図１中、複数の半田ボール端子のうち四隅の半田ボール端子に符号１５を付し、その他の半田ボール端子に符号１４を付してある。図２中、四隅の半田ボール端子に符号１５Ａ〜１５Ｄを付してある。
【００１６】
図１、図２に示すように、本実施形態において、四隅の半田ボール端子１５Ａ〜１５Ｄ以外の半田ボール端子１４は通常使用されるサイズであり、四隅の半田ボール端子１５Ａ〜１５Ｄはそれよりも径が小さく設定されている。径の小さい四隅の半田ボール端子１５Ａ〜１５Ｄは、導通検出用の半田ボール端子である。
【００１７】
図２に示すように、基板底面１１Ｂにおいて、互いに対角にある導通検出用の半田ボール端子１５Ａと導通検出用の半田ボール端子１５Ｃとは配線１６を介して電気的に接続され、同様に、互いに対角にある導通検出用の半田ボール端子１５Ｂと導通検出用の半田ボール端子１５Ｄとは配線１６を介して電気的に接続されている。
なお、互いに対角にある２個の導通検出用の半田ボール端子間の配線接続については、図示するものに限定されず、適宜設計できる。
【００１８】
図３に示す配線基板２０において、符号２１はＢＧＡパッケージ１０の搭載位置を示している。配線基板２０上には、ＢＧＡパッケージ１０の複数の半田ボール端子１４、１５が半田付けされるランド２４、２５が格子状に設けられている。
各半田ボール端子１４と各ランド２４とが対応し、各半田ボール端子１５と各ランド２５とが対応している。ランド２５は導通検出用の半田ボール端子１５が接合される導通検出用のランドである。導通検出用のランド２５として、四隅の半田ボール端子１５Ａ〜１５Ｄに対応して、４個のランド２５Ａ〜２５Ｄが設けられている。
【００１９】
配線基板２０には、導通検出用の半田ボール端子１５Ａ〜１５Ｄと導通検出用のランド２５Ａ〜２５Ｄとの導通を検出するための一対の検出用端子２２が設けられている。
配線基板２０にはまた、配線基板２０にＢＧＡパッケージ１０を実装した状態で、半田ボール端子１５Ａ〜１５Ｄとランド２５Ａ〜２５Ｄと一対の検出用端子２２とが電気的に接続されるよう、配線２３が形成されている。
本実施形態において、一方の検出用端子２２と導通検出用のランド２５Ａとが配線２３を介して接続され、他方の検出用端子２２と導通検出用のランド２５Ｂとが配線２３を介して接続されている。導通検出用のランド２５Ｃと導通検出用のランド２５Ｄとが配線２３を介して接続されている。
【００２０】
図２に示したように、半導体パッケージ１０の底面１１Ｂにおいて、互いに対角にある導通検出用の半田ボール端子１５Ａと１５Ｃ、互いに対角にある導通検出用の半田ボール端子１５Ｂと１５Ｄはそれぞれ配線１６を介して接続されている。したがって、配線基板２０にＢＧＡパッケージ１０が実装され、配線基板２０上の導通検出用のランド２５Ａ〜２５Ｄに導通検出用の半田ボール端子１５Ａ〜１５Ｄが半田付けされると、４個の導通検出用の半田ボール端子１５Ａ〜１５Ｄと４個の導通検出用のランド２５Ａ〜２５Ｄと２個の検出用端子２２とが導通される。すなわち、配線基板２０には、一箇所に設けた一対の検出用端子２２により、４個の導通検出用の半田ボール端子１５Ａ〜１５Ｄと４個の導通検出用のランド２５Ａ〜２５Ｄとの導通が一括検出される配線構造が形成されている。
なお、配線基板２０における一対の検出用端子２２の位置や配線構造については適宜設計変更できる。
【００２１】
図３に示す配線基板２０は１個のＢＧＡパッケージ１０を搭載可能なものであるが、複数のＢＧＡパッケージ１０を搭載可能なものでもよい。
図４に示す配線基板２６は２個のＢＧＡパッケージ１０を搭載可能なものである。
図４に示す例においては、一箇所に設けた一対の検出用端子２２により、２個のＢＧＡパッケージ１０の４個の導通検出用の半田ボール端子１５Ａ〜１５Ｄと４個の導通検出用のランド２５Ａ〜２５Ｄとの導通が一括検出される配線構造が形成されている。一対の検出用端子２２はＢＧＡパッケージ１０ごとに設けても構わない。
【００２２】
図５（Ａ）、（Ｂ）を参照して、ＢＧＡパッケージ１０の配線基板２０への実装方法と、半田ボール端子１４、１５のサイズ関係について説明する。
【００２３】
ＢＧＡパッケージ１０を配線基板２０に実装する方法は以下の通りである。
まず図５（Ａ）に示すように、配線基板２０上の複数のランド２４、２５にそれぞれクリーム半田を塗布し、その上にＢＧＡパッケージ１０を載置する。このとき、各ランド２４、２５とそれに対応したＢＧＡパッケージ１０の半田ボール端子１４、１５とを正確に位置合わせして、配線基板２０上にＢＧＡパッケージ１０を載置する。
上記状態で、配線基板２０とＢＧＡパッケージ１０とをリフロー炉の加熱室内に載置し、半田が溶融する高温に加熱して半田を融かし、その後温度を下げて半田を再度凝固させることにより、図５（Ｂ）に示すように、配線基板２０のランド２４、２５とＢＧＡパッケージ１０の半田ボール端子１４、１５とを接合する。
【００２４】
図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ＢＧＡパッケージ１０をリフロー炉にて高温に晒し半田ボール端子１４、１５が溶融すると、自重によりＢＧＡパッケージ１０の沈み込みが発生する。
半田溶融後のＢＧＡパッケージ１０の沈み込み量をｘとする。通常サイズの半田ボール端子１４の径をｄ１、四隅の小さい半田ボール端子１５の径をｄ２とすると、ｄ２は下記関係式（Ｘ）を充足するようにする。
ｄ２≧ｄ１−ｘ・・・（Ｘ）
【００２５】
上記関係式を充足する四角の径の小さい導通検出用の半田ボール端子１５は、図５（Ａ）に示す時点、すなわちＢＧＡパッケージ１０を配線基板２０に載置した半田溶融前の時点においては、配線基板２０上の導通検出用のランド２５と接触せず電気的導通はない。
四角の径の小さい導通検出用の半田ボール端子１５は、図５（Ｂ）に示す時点、すなわちリフロー加熱によりＢＧＡパッケージ１０の沈み込みが発生した半田溶融後の時点において、配線基板２０上の導通検出用のランド２５と接触し電気的導通が得られるようになる。導通検出用の半田ボール端子１５と導通検出用のランド２５との導通が検出された時点でリフロー加熱が充分に行われたことが判断できる。
【００２６】
したがって、本実施形態では、ＢＧＡパッケージ１０をリフロー法により配線基板２０に実装する際に、半田ボール端子１４、１５の溶融状態を正確に把握することができる。そのため、半導体パッケージ１０の金属ボール端子１４、１５と配線基板２０のランド２４、２５とを確実に接合できる。また、必要最小限だけリフロー加熱することが可能となるので、半導体パッケージ１０と配線基板２０とが過度に加熱されてこれらが熱ダメージを受ける恐れがなく、エネルギー効率も良く、リフロー時間も短縮できる。
【００２７】
本実施形態では、ＢＧＡパッケージ１０の四隅に導通検出用の半田ボール端子１５Ａ〜１５Ｄを設けているので、パッケージ１０全体の導通を良好に検出できる。
【００２８】
本実施形態ではまた、互いに対角にある導通検出用の半田ボール端子１５Ａと導通検出用の半田ボール端子１５Ｃとを接続し、互いに対角にある導通検出用の半田ボール端子１５Ｂと導通検出用の半田ボール端子１５Ｄとを接続している。
かかる構成では、図３に示す配線基板２０に対して半導体パッケージ１０をどの向きで搭載しても、配線基板２０側の導通配線パターンを同じ配線ルールで対応できる。そのため、半導体パッケージ１０の搭載向きはどの向きでもよく、半導体パッケージ１０の搭載向きによらず、配線基板２０に同じパターンで配線パターンを形成すればよい。したがって、本実施形態では、配線パターンの設計が容易であり、半導体パッケージ１０の搭載向きや配線パターンの人為的ミスを防止できる。
半導体パッケージ１０の搭載向きによらず同じ配線パターンを適用できることは、図４に示した配線基板２６でも同様である。したがって、１つの配線基板に複数の半導体パッケージを搭載する場合も、配線パターンの設計が容易であり、半導体パッケージ１０の搭載向きや配線パターンの人為的ミスを防止できる。
【００２９】
本実施形態ではまた、配線基板２０に、すべての導通導通検出用の金属ボール端子１５Ａ〜１５Ｄと導通導通検出用のランド２５Ａ〜２５Ｄとの導通を一括検出できる配線構造を設けている。
すなわち、本実施形態では、半田接合が良好なときには、４個の導通検出用の金属ボール端子１５Ａ〜１５Ｄと４個の導通検出用のランド２５Ａ〜２５Ｄとが電気的に繋がり、これらの導通が一括検出され、一箇所でも導通検出用の金属ボール端子１５と導通検出用のランド２５とが良好に接合されていなければ、導通は検出されない。したがって、検出が確実で、しかもシンプルである。
一括検出が可能なことは、図４に示した配線基板２６でも同様である。
【００３０】
図６に示すリフロー炉３０はリフロー法により配線基板２０にＢＧＡパッケージ１０を実装するための炉である。リフロー炉３０は加熱室３１を有し、その内部にはヒータ３２が設けられている。
【００３１】
リフロー法によりＢＧＡパッケージ１０を配線基板２０に実装する際には、配線基板２０のランド２４、２５にクリーム半田を塗布し、配線基板２０にＢＧＡパッケージ１０を載置した状態で、これらをリフロー炉３０の加熱室３１内に搭載し、半田が溶融する温度に加熱して半田のリフローが行われる。
リフロー炉３０の加熱室３１内には、配線基板２０の一対の検出用端子２２と接続される一対の検出用端子３４が設けられている。配線基板２０の一対の検出用端子２２とリフロー炉３０の一対の検出用端子３４とは、一対の耐熱ケーブル３３を介して接続される。
図では、一対の検出用端子２２、一対の耐熱ケーブル３３、及び一対の検出用端子３４をそれぞれ１つにまとめて図示してある。
一対の検出用端子３４は、４個の導通検出用の金属ボール端子１５Ａ〜１５Ｄと４個の導通検出用のランド２５Ａ〜２５Ｄとの導通を電気的に検出する検出器３５に接続されている。
【００３２】
リフロー炉３０では、一対の耐熱ケーブル３３、一対の検出用端子３４、及び検出器３５により、４個の導通検出用の金属ボール端子１５Ａ〜１５Ｄと４個の導通検出用のランド２５Ａ〜２５Ｄとの導通を電気的に検出する検出機構が構成されている。そして、検出器３５による検出結果は表示部３７に表示されるようになっている。
【００３３】
リフロー炉３０にはまた、検出器３５による検出結果が入力され、この検出結果に基づいてヒータ３２の加熱を制御する制御回路（加熱制御機構）３６が設けられている。この制御回路３６は、すべての導通検出用の金属ボール端子１５Ａ〜１５Ｄと導通検出用のランド２５Ａ〜２５Ｄとの導通が検出された時点で、配線基板２０と半導体パッケージ１０のリフロー加熱を終了するよう、ヒータ３２の加熱を制御する。
かかる制御機構により、半導体パッケージ１０の金属ボール端子１４、１５と配線基板２０のランド２４、２５とを確実に接合でき、かつ半導体パッケージ１０と配線基板２０とが過度に加熱されることを安定的に抑制することができる。
【００３４】
リフロー炉３０には上記加熱制御機構を設ける代わりに、検出器３５によりすべての導通検出用の金属ボール端子１５Ａ〜１５Ｄと導通検出用のランド２５Ａ〜２５Ｄとの導通が検出された時点で、配線基板２０と半導体パッケージ１０を取り出す機構を備える構成としてもよい。
かかる構成でも、半導体パッケージ１０の金属ボール端子１４、１５と配線基板２０のランド２４、２５とを確実に接合でき、かつ半導体パッケージ１０と配線基板２０とが過度に加熱されることを安定的に抑制することができる。
【００３５】
リフロー炉３０に上記加熱制御機構や配線基板２０と半導体パッケージ１０の取出し機構を設ける代わりに、表示部３７に表示された検出結果に基づいて、作業者が、導通検出用の金属ボール端子１５Ａ〜１５Ｄと導通検出用のランド２５Ａ〜２５Ｄとの導通が検出された時点で、配線基板２０と半導体パッケージ１０のリフロー加熱を終了するか、あるいはリフロー炉３０の加熱室３１から配線基板２０とＢＧＡパッケージ１０とを取り出すようにしてもよい。
【００３６】
本発明の関連技術としては、「背景技術」の項に挙げた特許文献１〜５がある。
【００３７】
特許文献１には、配線基板の四隅にそれぞれ、その他のランドを２個連結した大きさを有する２つの補強用ランド（２２）が設けられ、補強用ランド（２２）の隣のランド（２３）と、この補強用ランドから対角線上に離隔する位置の他の補強用ランド（２２）とが配線（２４）により接続された構成が記載されている（図１、段落００２２）。
特許文献１には、ＢＧＡ型パッケージの四隅にそれぞれ、４個の補強用ハンダボール（１５）が設けられ、補強用ハンダボール（１５）の隣のハンダボール（１６）と、この補強用ハンダボール（１５）から対角線上に離隔する位置の他の補強用ハンダボール（１５）とが基板に設けられた配線（図示なし）により接続された構成が記載されている（図２、段落００２２）。
特許文献１に記載の構成では、２個の補強用半田ボール（１５）が１個の補強用ランド（２２）に接合される。
【００３８】
特許文献１の[発明の効果]の項（段落００３４）には、強い衝撃力を受けて、補強用半田ボールが補強用ランドから剥がれるのに加えて、その隣の半田ボールが隣のランドから剥がれた場合でも、他の補強用ランドとこれに接続された他の補強用半田ボールを介して信号を迂回させて隣の半田ボールに信号を伝達するので、隣のランドと隣の半田ボールとの間の接続関係が維持されることが記載されている。
【００３９】
特許文献１は半田ボールとランドとの導通を検出可能としたものではない。
また、「互いに対角にある半田ボール同士を接続することで、配線基板に対して半導体パッケージをどの向きで搭載しても配線基板側の導通配線パターンを同じ配線ルールで対応できるため、半導体パッケージの搭載向きや配線基板の配線パターンの人為的ミスを防止できる。」という本発明の効果については記載がない。
【００４０】
特許文献２〜５には、ＢＧＡパッケージの半田ボールの一部を導通検出用の半田ボールとし、配線基板のランドの一部を導通検出用ランドとし、配線基板に導通検出用の半田ボールと導通検出用ランドとの導通を検査するための配線構造を設けた構成が記載されている。
【００４１】
特許文献２には、ＢＧＡパッケージの四隅にそれぞれ互いに配線を介して接続された２個の導通検出用の半田ボール（１１ａ〜１１ｈ）を設け、配線基板に導通検出用の半田ボールが接合される導通検出用ランド（２１ａ〜２１ｈ）を設け、配線基板に導通検出用の半田ボールと導通検出用ランドとの導通を検査するための複数の配線（２５ａ〜２５ｅ）と２個の導通検出用パッド（２３ａ、２３ｂ）を設け、一括検出を可能とした構成が記載されている（図５〜図６）。
特許文献２において、導通検出用の半田ボールの径は通常の半田ボールと同一である。
【００４２】
特許文献３には、ＢＧＡパッケージの四隅と中央部にそれぞれ互いに配線を介して接続された２個の導通検出用の半田ボール（半田ボールのランド３ａ、３ｂを参照）を設け、配線基板に導通検出用の半田ボールが接合される導通検出用ランド（５ａ、５ｂ）を設け、配線基板に導通検出用の半田ボールと導通検出用ランドとの導通を検査するための複数の配線と複数の導通検出用端子（５ｃ、５ｃ'）を設けた構成が記載されている（図１〜図２）。
特許文献３では、互いに配線を介して接続された２つの導通検出用の半田ボールごとに一対の導通検出用端子（５ｃ、５ｃ'）を設けられており、導通試験装置６で各対の導通検出用端子（５ｃ、５ｃ'）間の導通を検査するようになっている（段落００１８）。
特許文献３において、導通検出用の半田ボールの径は通常の半田ボールと同一である。
【００４３】
特許文献４には、ＢＧＡパッケージの四隅にそれぞれ径の小さい導通検出用の半田ボール（２ｂ）を設け、この導通検出用の半田ボール（２ｂ）と隣の半田ボールとを接続し、配線基板に導通検出用の半田ボールが接合される導通検出用ランド（符号なし）を設け、配線基板に導通検出用の半田ボールと導通検出用ランドとの導通を検査するための複数の配線（図示なし）を設けた構成が記載されている（図３、図４、段落００２８−００３０）。
【００４４】
特許文献５には、ＢＧＡパッケージの四隅及び各辺の中央部にそれぞれ径の小さい導通検出用の半田ボール（１４）を設け、ＢＧＡパッケージの基板の上面に導通検出用の半田ボールに導通された導通検出用電極（３０）を設け、配線基板に導通検出用の半田ボールが接合される導通検出用ランド（２２）を設けた構成が記載されている（図２、図３）。
特許文献５では、テスター（７０）を用いて導通検出用電極（３０）と導通検出用ランド（２２）との導通が検査されるようになっている（図３）。
【００４５】
特許文献２〜５には、互いに対角にある導通検出用の半田ボール同士を接続した構成や、配線基板とリフロー炉とを接続して導通の有無を検出可能とした構成は記載されていない。
特許文献２〜５に記載の配線構造では、「配線基板に対して半導体パッケージをどの向きで搭載しても配線基板側の導通配線パターンを同じ配線ルールで対応できるため、配線パターンの設計が容易であり、半導体パッケージの搭載向きや配線パターンの人為的ミスを防止できる。」という本発明の効果は得られず、配線接続等のミスが起こりやすい。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態によれば、ＢＧＡ半導体パッケージ１０をリフロー法により配線基板２０に実装する際に、半田ボール端子１４、１５の溶融状態を正確に把握して、半導体パッケージ１０の半田ボール端子１４、１５と配線基板２０のランド２４、２５とを確実に接合でき、かつ半導体パッケージ１０と配線基板２０との過度な加熱を抑制することが可能な半導体パッケージ１０、配線基板２０、及びリフロー炉３０を提供することができる。
本実施形態では、互いに対角にある２個の導通検出用の半田ボール端子１５同士を接続するようにしている。かかる構成では、配線基板２０に対して半導体パッケージ１０をどの向きで搭載しても配線基板２０側の導通配線パターンを同じ配線ルールで対応できるため、配線パターンの設計が容易であり、半導体パッケージ１０の搭載向きや配線基板２０の配線パターンの人為的ミスを防止できる。
【００４７】
（設計変更）
本発明は上記実施形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において適宜設計変更が可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１０ ＢＧＡパッケージ（半導体パッケージ）
１１ 半導体基板
１１Ｂ 基板底面
１２ 半導体チップ
１３ ボンディングワイヤ
１４ 半田ボール端子（金属ボール端子）
１５、１５Ａ〜１５Ｄ 導通検出用の半田ボール端子（金属ボール端子）
１６ 配線
２０、２６ 配線基板
２２ 検出用端子
２３ 配線
２４ ランド
２５、２５Ａ〜２５Ｄ 導通検出用のランド
３０ リフロー炉
３１ 加熱室
３２ ヒータ
３３ 耐熱ケーブル
３４ 検出用端子
３５ 検出器
３６ 制御回路
３７ 表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の底面に格子状に配置された複数の金属ボール端子を備え、リフロー法により、前記複数の金属ボール端子が接合される複数のランドを備えた配線基板に実装される半導体パッケージであって、
前記複数の金属ボール端子のうち四隅の金属ボール端子はその他の金属ボール端子よりも相対的に径が小さい導通検出用の金属ボール端子であり、当該導通検出用の金属ボール端子の径が下記関係式（Ｘ）を充足するものであり、
かつ互いに対角にある２個の導通検出用の金属ボール端子同士が配線を介して接続された半導体パッケージ。
ｄ２≧ｄ１−ｘ・・・（Ｘ）
（上記式中、ｄ１は導通検出用ではない金属ボール端子の径、ｄ２は導通検出用の金属ボール端子の径、ｘは配線基板上に半導体パッケージを載置した時点に対する金属ボール端子の溶融後の半導体パッケージの沈み込み量を各々示す。）
【請求項２】
リフロー法により請求項１に記載の半導体パッケージが実装される前記配線基板であって、
前記導通検出用の金属ボール端子と当該金属ボール端子が接合される導通検出用のランドとの導通を検出するための配線構造を備えた配線基板。
【請求項３】
前記配線構造として、前記導通検出用の金属ボール端子と前記導通検出用のランドとの導通を検出するための検出用端子と、当該検出用端子と前記導通検出用のランドとを電気的に接続する配線とを備えた請求項２に記載の配線基板。
【請求項４】
前記配線構造は、すべての前記導通検出用の金属ボール端子と前記導通検出用のランドとの導通を一括検出できる配線構造である請求項２又は３に記載の配線基板。
【請求項５】
リフロー法により請求項２又は４に記載の配線基板に請求項１に記載の半導体パッケージを実装するためのリフロー炉であって、
前記導通検出用の金属ボール端子と前記導通検出用のランドとの導通を検出するための検出機構を備えたリフロー炉。
【請求項６】
リフロー法により請求項３に記載の配線基板に請求項１に記載の半導体パッケージを実装するためのリフロー炉であって、
前記配線基板の前記検出用端子に電気的に接続される検出用端子を含む、前記導通検出用の金属ボール端子と前記導通検出用のランドとの導通を検出するための検出機構を備えたリフロー炉。
【請求項７】
前記検出機構によりすべての前記導通検出用の金属ボール端子と前記導通検出用のランドとの導通が検出された時点で、前記配線基板と前記半導体パッケージのリフロー加熱を終了する加熱制御機構を備えた請求項５又は６に記載のリフロー炉。
【請求項８】
前記検出機構によりすべての前記導通検出用の金属ボール端子と前記導通検出用のランドとの導通が検出された時点で、前記配線基板と前記半導体パッケージを取り出す機構を備えた請求項５又は６に記載のリフロー炉。
【請求項１】
半導体基板の底面に格子状に配置された複数の金属ボール端子を備え、リフロー法により、前記複数の金属ボール端子が接合される複数のランドを備えた配線基板に実装される半導体パッケージであって、
前記複数の金属ボール端子のうち四隅の金属ボール端子はその他の金属ボール端子よりも相対的に径が小さい導通検出用の金属ボール端子であり、当該導通検出用の金属ボール端子の径が下記関係式（Ｘ）を充足するものであり、
かつ互いに対角にある２個の導通検出用の金属ボール端子同士が配線を介して接続された半導体パッケージ。
ｄ２≧ｄ１−ｘ・・・（Ｘ）
（上記式中、ｄ１は導通検出用ではない金属ボール端子の径、ｄ２は導通検出用の金属ボール端子の径、ｘは配線基板上に半導体パッケージを載置した時点に対する金属ボール端子の溶融後の半導体パッケージの沈み込み量を各々示す。）
【請求項２】
リフロー法により請求項１に記載の半導体パッケージが実装される前記配線基板であって、
前記導通検出用の金属ボール端子と当該金属ボール端子が接合される導通検出用のランドとの導通を検出するための配線構造を備えた配線基板。
【請求項３】
前記配線構造として、前記導通検出用の金属ボール端子と前記導通検出用のランドとの導通を検出するための検出用端子と、当該検出用端子と前記導通検出用のランドとを電気的に接続する配線とを備えた請求項２に記載の配線基板。
【請求項４】
前記配線構造は、すべての前記導通検出用の金属ボール端子と前記導通検出用のランドとの導通を一括検出できる配線構造である請求項２又は３に記載の配線基板。
【請求項５】
リフロー法により請求項２又は４に記載の配線基板に請求項１に記載の半導体パッケージを実装するためのリフロー炉であって、
前記導通検出用の金属ボール端子と前記導通検出用のランドとの導通を検出するための検出機構を備えたリフロー炉。
【請求項６】
リフロー法により請求項３に記載の配線基板に請求項１に記載の半導体パッケージを実装するためのリフロー炉であって、
前記配線基板の前記検出用端子に電気的に接続される検出用端子を含む、前記導通検出用の金属ボール端子と前記導通検出用のランドとの導通を検出するための検出機構を備えたリフロー炉。
【請求項７】
前記検出機構によりすべての前記導通検出用の金属ボール端子と前記導通検出用のランドとの導通が検出された時点で、前記配線基板と前記半導体パッケージのリフロー加熱を終了する加熱制御機構を備えた請求項５又は６に記載のリフロー炉。
【請求項８】
前記検出機構によりすべての前記導通検出用の金属ボール端子と前記導通検出用のランドとの導通が検出された時点で、前記配線基板と前記半導体パッケージを取り出す機構を備えた請求項５又は６に記載のリフロー炉。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２５４０５３（Ｐ２０１１−２５４０５３Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２８８５８（Ｐ２０１０−１２８８５８）
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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