(57)【要約】  ボールグリッドアレイ実装回路（１０）は応力除去基板（３２）を含み、応力除去基板は、互いに間隔を置いて配置され応力除去基板の表面３４、３６の間を延びる導電性バイア（３８）と、前記両面上の接続パッド４６、４８とを有する。はんだボールから形成されるはんだ接続部（２６）が、上面上のパッドと電子構成要素（１２）上の接続パッド（２２）の間に接続される。はんだボールから形成されるはんだ接続部（２８）が、底面上のパッド（４８）とプリント回路板（２５）上の接続パッド（２４）の間に接続される。はんだ接続部は、電子構成要素とプリント回路板の熱膨張係数の差から生じる応力の少なくとも一部を吸収する。
2005512335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールグリッドアレイ実装回路であって、
上面（３４）と底面（３６）を有する応力除去基板（３２）と、
互いに間隔を置いて配置され、前記上面と前記底面の間に延びる導電性バイア（３８）と、
前記上面にあり、それぞれが前記バイアの少なくとも１つを捕捉する接続パッド（４６）と、
前記底面にあり、前記上面上の前記接続パッドと位置合せ（registration）された接続パッド（４８）と、
第１の熱膨張係数（ＴＣＥ）を有し、前記上面上の前記接続パッドと整列するように互いに間隔を置いて配置された接続パッド（２２）を有する電子構成要素（１２）と、
はんだボール（５４）から形成され、前記上面上の前記接続パッドと前記構成要素の前記接続パッドの間にある、第１のはんだ接続部（２６）と、
第２のＴＣＥを有し、前記底面上の前記接続パッドと整列する接続パッド（２４）を有する、プリント回路板（２５）と
はんだボール（６０）から形成され、前記底面上の前記接続パッドと前記プリント回路板の前記接続パッドの間にある、第２のはんだ接続部（２８）とを備え、
前記第１のはんだ接続部および前記第２のはんだ接続部が、前記第１のＴＣＥと前記第２のＴＣＥの差から生じる応力の少なくとも一部を吸収する形状である、
ボールグリッドアレイ実装回路。
【請求項２】
前記応力除去基板が、可撓性のポリイミド様の材料を含み、厚さが５０．８〜１２７μｍ（２〜５ミル）の範囲内である、請求項１に記載のボールグリッドアレイ実装回路。
【請求項３】
前記電子構成要素の前記接続パッド（２２ｂ）が、前記上面上の前記接続部パッド（４６ｂ）より実質的に寸法が大きく、前記第１のはんだ接続部（２６ｂ）が、前記構成要素の前記接続パッドよりも前記上面上の前記パッドにおける断面が実質的に小さく、前記第１のＴＣＥと前記第２のＴＣＥの差から生じる応力の少なくとも一部を吸収するように働く、請求項１に記載のボールグリッドアレイ実装回路。
【請求項４】
前記プリント回路板の前記接続パッド（２４ｂ）が、前記底面上の前記接続部パッド（４８ｂ）より実質的に寸法が大きく、前記第２のはんだ接続部（２８ｂ）が、前記プリント回路板の前記接続パッドよりも前記底面上の前記パッドにおける断面が実質的に小さく、前記第１のＴＣＥと前記第２のＴＣＥの差から生じる応力の少なくとも一部を吸収するように働く、請求項１に記載のボールグリッドアレイ実装回路。
【請求項５】
前記上面上の前記接続パッドが複数の前記導電性バイアを捕捉する、請求項２に記載のボールグリッドアレイ実装回路。
【請求項６】
前記導電性バイアが、２５．４〜１２７μｍ（１〜５ミル）の範囲内の直径、５０．８〜２５４μｍ（２〜１０ミル）の範囲内のピッチを有する、請求項２に記載のボールグリッドアレイ実装回路。
【請求項７】
前記上面上の前記接続パッドおよび前記底面上の前記接続パッドが、約５０８〜７６２μｍ（２０〜３０ミル）の範囲内の直径である、請求項２に記載のボールグリッドアレイ実装回路。
【請求項８】
前記電子構成要素が、ＴＣＥが約７ｐｐｍ／℃であるセラミック製パッケージであり、前記プリント回路板のＴＣＥは約１２〜２５ｐｐｍ／℃の範囲内である、請求項２に記載のボールグリッドアレイ実装回路。
【請求項９】
前記電子構成要素が、超小型パッケージであり、前記導電性バイアのピッチが約２５４〜１０１６μｍ（１０〜４０ミル）の範囲内である、請求項２に記載のボールグリッドアレイ実装回路。
【請求項１０】
前記電子構成要素が、プリント回路板への装着に適したパッドアレイを有する、高耐久化されたダイである、請求項２に記載のボールグリッドアレイ実装回路。
【請求項１１】
前記導電性バイアを前記可撓性基板の前記接続パッドにのみ配置する、請求項２に記載のボールグリッドアレイ実装回路。
【請求項１２】
ボールグリッドアレイ実装回路であって、
上面と底面を有する応力除去基板と、
互いに間隔を置いて配置され、前記上面と前記底面の間に延びる導電性バイアと、
前記上面にあり、前記バイアの少なくとも１つを捕捉する接続パッドと、
前記底面にあり、前記上面上の前記接続パッドと位置合せされた接続パッドと、
第１の熱膨張係数（ＴＣＥ）を有し、前記上面上の前記接続パッドと整列するように互いに間隔を置いて配置された接続パッドを有する電子構成要素であって、前記電子構成要素の前記接続パッドが前記上面上の前記接続パットよりも寸法が大きい、電子構成要素と、
はんだボールから形成され、前記上面上の前記接続パッドと前記構成要素の前記接続パッドの間にあるはんだ接続部であって、前記大きい方の寸法のパッドによって、前記はんだ接続部の断面が、前記上面上の前記接続部よりも前記電子構成要素において実質的に大きくされている、はんだ接続部と、
第２のＴＣＥを有し、前記底面上の前記接続パッドと整列する接続パッドを有するプリント回路板であって、前記プリント回路板の前記接続パッドが前記底面上の前記接続パッドよりも寸法が大きい、プリント回路板と、
はんだボールから形成され、前記底面上の前記接続パッドと前記プリント回路板の前記接続パッドの間にあるはんだ接続部であって、前記大きい方の寸法のパッドによって、前記はんだ接続部の断面が、前記底面上の前記接続パッドよりも前記プリント回路板の接続パッドにおいて実質的に大きくされている、はんだ接続部とを備え、
前記電子構成要素の前記接続パッドと前記プリント回路板の前記接続パッドの間に形成された接続部が砂時計形の形状であり、前記第１のＴＣＥと前記第２のＴＣＥの差から生じる応力の少なくとも一部を吸収するように働く、
ボールグリッドアレイ実装回路。
【請求項１３】
前記応力除去基板が、可撓性のポリイミド様の材料を含み、厚さが５０．８〜１２７μｍ（２〜５ミル）の範囲内である、請求項１２に記載のボールグリッドアレイ実装回路。
【請求項１４】
前記上面上の前記接続パッドが複数の前記導電性バイアを捕捉する、請求項１２に記載のボールグリッドアレイ実装回路。
【請求項１５】
前記導電性バイアが、２５．４〜１２７μｍ（１〜５ミル）の範囲内の直径、５０．８〜２５４μｍ（２〜１０ミル）の範囲内のピッチを有する、請求項１２に記載のボールグリッドアレイ実装回路。
【請求項１６】
前記上面上の前記接続パッドおよび前記底面上の前記接続パッドが、約５０８〜７６２μｍ（２０〜３０ミル）の範囲内の直径である、請求項１２に記載のボールグリッドアレイ実装回路。
【請求項１７】
前記電子構成要素が、ＴＣＥが約７ｐｐｍ／℃であるセラミック製のパッケージであり、前記プリント回路板のＴＣＥが約１２〜２５ｐｐｍ／℃の範囲内である、請求項１２に記載のボールグリッドアレイ実装回路。
【請求項１８】
前記導電性バイアが、前記可撓性基板全体にわたって等間隔に配置される、請求項１２に記載のボールグリッドアレイ実装回路。
【請求項１９】
前記導電性バイアが、前記可撓性基板の前記上面上の前記接続パッドにのみ配置される、請求項１２に記載のボールグリッドアレイ実装回路。
【請求項２０】
電子構成要素をプリント回路板に電気的に相互接続する方法であって、
第１の寸法の接続パッド（２２）アレイを有する外面（２３）を有する電子構成要素（１２）を提供するステップと、
上面（３４）と底面（３６）と、互いに間隔を置いて配置され、前記上面と前記底面の間を延びる導電性バイア（３８）と、前記上面上にあり、それぞれが複数の前記バイアを捕捉する接続パッド（４６）と、前記底面上にあり、前記上面上の前記接続パッドと位置合せされた接続パッドとを有し、前記上面上の前記接続パッドおよび前記底面上の前記接続パッドが第２の寸法になっており、前記第２の寸法が前記第１の寸法より小さい、応力除去基板（３２）を提供するステップと、
第１のはんだボール（５４）を提供するステップと、
第２のはんだボール（６０）を提供するステップと、
前記第１のはんだボールのところに、前記底面上の前記接続パッドを位置決めするステップと、
前記上面上の前記接続パッドのところに、前記第２のはんだボールを位置決めするステップと、
前記第１のはんだボールおよび第２のはんだボールが十分に融解するような温度まで前記第１のはんだボールおよび第２のはんだボールを加熱し、それによって前記はんだボールを前記接続パッドに接着させて、第１の組立て体を形成するステップと、
前記第２のはんだボールが前記第１の寸法の前記接続パッドと整列するように、前記第１の組立て体を位置決めするステップと、
前記第２のはんだボールが十分に融解するような温度まで前記第２のはんだボールを加熱し、前記第１の寸法の前記接続パッドとはんだ接続部を形成して、前記接続パッドが、前記上面上の前記接続パッドよりも前記第１の寸法の前記接続パッドにおいて断面が実質的に大きい前記はんだ接続部を形作り、前記電子構成要素と前記第１の組立て体が第２の組立て体を形成するステップと、
第３の寸法の接続パッドアレイを有するプリント回路板（２５）を提供し、前記第２の組立て体を前記プリント回路板に接続するステップと
を含む、電子構成要素をプリント回路板に電気的に相互接続する方法。
【請求項２１】
前記底面上の前記接続パッドのところに前記第１のはんだボールを位置決めする前記ステップが、
はんだボールを受けるための空間（５２）アレイを有する取付け具（５０）を提供するステップと、
前記第１のはんだボールを前記取付け具に装入するステップと、
前記底面上の前記接続パッドが前記第１のはんだボールと整列し当接するように、前記応力除去基板を位置決めするステップと
を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記上面上の前記接続パッドのところに前記第２のはんだボールを位置決めする前記ステップが、
はんだボールを受けるための空間（５８）アレイを有する取付け具（５６）を提供するステップと、
前記空間アレイが前記上面上の前記接続パッドと整列するように、前記取付け具を位置決めするステップと、
前記第２のはんだボールを前記取付け具に装入するステップと、
を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記第３寸法が前記第２の寸法より大きく、前記第２の組立て体を前記プリント回路板に接続する前記ステップが、
前記第２のはんだボールを前記第３寸法の前記接続パッドと整列させて、前記第２の組立て体を位置決めするステップと、
前記第２のはんだボールが十分に融解するような温度まで前記第２のはんだボールを加熱し、前記第３寸法の前記接続パッドとはんだ接続部を形成して、前記接続パッドが、前記上面上の前記接続パッドよりも前記第３寸法の前記接続パッドにおいて断面が実質的に大きい前記はんだ接続部を形作るステップと
を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
ボールグリッドアレイ実装回路において、第１の熱膨張係数（ＴＣＥ）を有する電子構成要素（１２）への第１の接続部（２６）を作り、第２のＴＣＥを有するプリント回路板（２５）への第２の接続部（２８）を作るインターポーザ（３０）であって、
上面（３４）と底面（３６）を有する応力除去基板（３２）と、
互いに間隔を置いて配置され、前記上面と前記底面の間を延びる導電性バイア（３８）と、
前記上面にあり、それぞれが前記バイアの少なくとも１つを捕捉する、接続パッド（４６）とを備え、
前記第１の接続部が、はんだボール（６０）から形成され、前記上面上の前記接続パッドと前記電子構成要素の表面上に配置された接続パッドとの間にあり、前記第１のはんだ接続部の断面積が、前記構成要素上に配置された前記接続パッドよりも前記上面上の前記接続パッドにおいて実質的に小さく、
前記インターポーザが、前記底面上に、前記上面上の前記接続パッドと位置合せされた接続パッド（４８）を備え、
前記第２の接続部が、はんだボール（５４）から形成され、前記底面上の前記接続パッドと前記プリント回路板上に配置された接続パッドとの間にあり、前記第２のはんだ接続部の断面積が、前記プリント回路板上に配置された前記接続パッドよりも前記底面上に配置された前記接続パッドにおいて実質的に小さく、
前記第１の接続部および前記第２の接続部の組合せは、砂時計形の形状であり、前記第１のＴＣＥと前記第２のＴＣＥの差に関連する応力の少なくとも一部を吸収するのに十分にコンプライアントである、
インターポーザ。
【請求項２５】
前記応力除去基板が、可撓性のポリイミド様の材料を備え、厚さが約５０．８〜１２７μｍ（２〜５ミル）の範囲内である、請求項２４に記載のインターポーザ。
【請求項２６】
前記導電性バイアが、２５．４〜１２７μｍ（１〜５ミル）の範囲内の直径、５０．８〜２５４μｍ（２〜１０ミル）の範囲内のピッチを有する、請求項２５に記載のインターポーザ。
【請求項２７】
前記上面上の前記接続パッドおよび前記底面上の前記接続パッドが、約５０８〜７６２μｍ（２０〜３０ミル）の範囲内の直径である、請求項２６に記載のインターポーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、集積回路の実装に関し、より詳細には、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッケージに関する。詳細には、本発明は、ボールグリッドアレイパッケージにインターポーザを使用することに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子構成要素の物理的寸法を縮小し複雑さを増大させることが重視される結果、設置面積の縮小、リード数の増加、電気的および熱的性能の向上の必要性に対応する集積回路実装が常に必要になってきている。リード数がより多く、設置面積がより小さい集積回路パッケージの必要性に対処するために、ボールグリッドアレイパッケージが使用されてきた。ＢＧＡパッケージは、一般に、導体が接続パッドで終端するところに外面へのチップ接続を有する導体を収容する、正方形のパッケージである。パッケージのパッドとプリント回路板（ＰＣＢ）上の対応するパッドとの間にはんだボールを配置し、そのはんだボールをリフローさせて恒久的な電気接続部を形成する。
【０００３】
セラミック製のパッケージは、一般に、性能が良く信頼性が高い集積回路の実装において使用される。そうしたパッケージは、信頼性試験の一環として、何百または何千もの熱サイクルを受けたときでも、性能を発揮しなければならない。材料には、熱膨張係数（ＴＣＥ）が２．５〜４ｐｐｍ／℃の範囲内のシリコン、ＴＣＥが約７ｐｐｍ／℃のセラミック、ＴＣＥが約１２〜２５ｐｐｍ／℃の範囲内のＰＣＢが含まれる。そうしたＢＧＡパッケージの主要な問題点は、ＰＣＢに取り付けたときに、これらのパッケージが熱サイクルに耐えられるかどうかである。セラミック製パッケージとＰＣＢの間のＴＣＥの不一致によって応力が生じるので、熱サイクルの間中、はんだ接合部が、パッケージ界面またはＰＣＢ界面で疲労する。従来、熱サイクルを受けたときのパッケージの性能を向上させるために、様々な手法が使用されてきた。１つの手法では、電気的に接続されたはんだボールの両端間にいくらかの空き空間ができるように、パッケージ側のＢＧＡとプリント回路板側のＢＧＡをずらして、可撓性の基板をパッケージとプリント回路板の間に配置することが提案されてきた。基板の両側のボールは、基板の一方の表面上のトレースによって、また基板内を貫通するバイア（経路）によって接続する。このずれによって、おそらく、熱サイクルの間、可撓性基板が曲がり、ＴＣＥの不一致によって生じた応力を吸収することができる。両面上のトレースと対応するはんだボールの間にずれがある基板の製造は高くつく。さらに、多リードの多くのパッケージにおいては、パッケージからプリント配線板内に熱を熱伝導するような実装にできるかどうかが、重大な問題である。可撓性基板上にトレースを使用すると、パッケージから外部への熱伝達に対するかなり大きな熱抵抗が提供されると考えられている。他の手法においては、剛性であり、基板両側上のＢＧＡが整列し、バイアによって接続される基板が提案される。この剛性基板は、バイアの間の空間に形成されて、はんだボールを相互接続する材料の量を低減する穴を有し、その結果、この手法によれば、基板はＴＣＥによる応力をはんだボールに伝達するよりむしろ屈曲する傾向にある。
【０００４】
円筒形の典型的なはんだ接合部は、はんだ接続部と基板の間の界面での応力集中により、寿命が有限であることが知られている。球状から形を変えると、機械的性質が強化されることが知られており、試験により、砂時計形の接続部にすると、疲労寿命が大幅に向上することが示されている。接続部とパッケージおよびプリント回路板との界面への応力集中は、接続部を砂時計形にすることによって低減する。応力は、砂時計形によってより均一に分配され、界面に集中しなくなる。はんだ接合部を引き伸ばすことも含めて、はんだ接合部の形状を変える様々な手法が提案されてきた。
【０００５】
別の手法では、セラミック製のインターポーザを使用して、はんだボールまたははんだ柱（solder column）をＬＧＡに取り付けることが提案されてきた。このインターポーザはアルミナセラミック製であり、Ｐｂ／Ｓｎ９０／１０はんだが取り付けられている。パッケージ上にプリントされた、またはインターポーザを備えたＳｎ／Ｐｂ６３／３７共晶はんだによって、インターポーザをパッケージに取り付ける。この手法は、高温で非融解のはんだのみを使用し、種々のはんだボールまたは寸法には対応しない。また、はんだ柱が完全にリフローしないので、この方法は自己整合性（self-aligning）ではない。さらに、いくつかのセラミック製インターポーザにおいては、インターポーザとＬＧＡパッケージの間の隙間がわずか約１０２μｍ（４ミル）であり、したがってはんだ付け後に融剤を除去することが難しい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、熱サイクルの間のＴＣＥ応力を低減し、熱的性質に優れ、製造が容易なＢＧＡパッケージが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、第１の態様において、上面と底面を有し、その両面の間を導電性バイアが延び、その両面にあるパッドが選択されたバイアを捕捉する応力除去基板を含むボールグリッドアレイ実装回路を提供することによって、上記その他の必要性を解決する。はんだボールから形成される第１のはんだ接続部が、上面上のパッドと第１の熱膨張係数（ＴＣＥ）を有する電子構成要素上の接続パッドとの間に接続される。はんだボールから形成される第２のはんだ接続部が、底面上のパッドと第２のＴＣＥを有するプリント回路板（ＰＣＢ）上の接続パッドとの間に接続される。第１のはんだ接続部および第２のはんだ接続部は、第１のＴＣＥと第２のＴＣＥの差から生じる応力の少なくとも一部を吸収する。第２の態様においては、電子構成要素上およびプリント回路板上の接続パッドは、上面上および底面上の接続パッドより寸法が大きく、そのためはんだ接続部は砂時計形を有し、応力除去が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図面には、本発明の原理によるＢＧＡパッケージが示され、全体が１０で示されている。ＢＧＡパッケージ１０は、集積回路（ＩＣ）のダイまたはチップ１４を受けるランドグリッドアレイ（ＬＧＡ）パッケージ１２および半球形の蓋１９を含む。ダイ１４は、ワイヤボンド１６によってパッド１８に、内部配線２０によってＬＧＡパッケージ１２の表面２３に配置された接点パッド２２に、順に電気接続される。本発明は、ＬＧＡパッケージ１２とプリント回路板２５の間に配置されたインターポーザ３０を含む。はんだをリフローされて形成された接続部２６、２８は、それぞれ接点パッド２２でＬＧＡパッケージ１２に、接点パッド２４でプリント回路板（ＰＣＢ）２５に接続される。図２、３を参照すると、インターポーザ３０は、ポリイミド製または同様の材料製であり、上面３４と底面３６を有する可撓性基板３２を含む。基板３２には、それを貫通して延びる穴４０内に形成された導電性バイア３８が比較的密に間隔を置いて配置される。可撓性基板３２は、ポリイミド製または同等の材料から形成され、一般に約５０．８〜１２７μｍ（２〜５ミル）の範囲内の厚さである。穴４０は、一般に、直径２５．４〜１２７μｍ（１〜５ミル）、ピッチ５０．８〜２５４μｍ（２〜１０ミル）で基板３２に形成される。穴４０は、電気めっきなど多種多様な公知の方法を使用して、たとえば銅または金である導電材料で埋められる。表面３４、３６において、穴４０を埋める銅または金を、めっき部分４２、４４で示すようにめっきすることができる。たとえば、銅を使用して穴を埋めた場合、次いでニッケルでめっきすることができる。本発明では、めっき部分４２、４３を設ける必要はないが、いくつかの応用例ではそれを使用することができる。インターポーザ３０形成の次のステップは、銅製パッド４６、４８をそれぞれ基板３２の上面３４、底面３６上に形成することである。銅を付着させ、次いで、様々な公知の方法、たとえばアディティブ電気めっき法（additive electroplating process）を用いて、パッドを形成するようにその銅をパターン化することによって銅製パッド４６、４８を形成することができる。本発明の原理によれば、各銅製パッドは、図２、３に示すように、一般に、いくつかの導電性バイア３８を捕捉する。銅製パッド４６、４８は、めっき部分４２、４４を設けず、直接に銅製の導電性バイア３８上に形成することができる。導電性パッド４６、４８の直径は５０８〜７６２μｍ（２０〜３０ミル）の範囲内が一般的である。したがって、１つのパッドがいくつかのバイアを捕捉することが容易である。
【０００９】
導電性バイア３８およびパッド４６、４８を形成した後、第１のレベルのはんだボール５４を装入することができる空間５２を有する黒鉛製取付け具（fixture）５０を設けて、ＢＧＡパッケージ１０の構築を進める。次いで、パッド４８をはんだボール５４と整列させて、インターポーザ３０を、取付け具５０内、第１のレベルのはんだボール５４上に位置決めする。次いで、パッド４６を穴５８に整列させて、穴５８を有する黒鉛製取付け具５６を、取付け具５０内、インターポーザ３０上に配置する。次いで、黒鉛製取付け具５６の穴５８に第２のレベルのはんだボール６０を装入する。次いで、取付け具５０、ボール５４、インターポーザ３０、取付け具５６およびはんだボール６０から構成される組立て体を加熱して、はんだボール５４、６０をリフローさせ、パッド４６、４８を湿らせ、それによってインターポーザ３０にはんだボール５４、６０を載せる。一代替方法では、黒鉛製取付け具５０を使用してはんだボール５４を空間５２に装入する。次いで、パッド４８をボール５４と整列させて、インターポーザ３０をはんだボール５４上に位置決めする。次いで、組立て体に十分な熱を加え、はんだボール５４を融解し、はんだボール５４をパッド４８に接着させる。次いで、はんだボール５４が載ったインターポーザ３０を取付け具５０から取り外すことができ、第２のアレイのはんだボールを空間５２に装入する。次いで、はんだボール５４を上に向け、パッド４６を第２のアレイのはんだボールと整列させて、インターポーザ３０を再び取付け具５０内に位置決めする。次いで、組立て体を再加熱して、第２のアレイのはんだボールをパッド４６に付着させる。たとえば、はんだをインターポーザ３０上にスクリーン印刷する、またピックアップ工具（pick up tool）を使用してはんだボールを配置する、別の方法を使用することができる。
【００１０】
パッド１８を上に向けてパッケージ組立て用取付け具（package assembly fixture）６４に装入されるＬＧＡパッケージ１２を受ける寸法のキャビティ６６を有する黒鉛製のパッケージ組立て用取付け具６４を設けて、さらにＢＧＡパッケージ１０の組立てを次に進める。次いで、はんだが載ったインターポーザ３０を図４とは上下逆さにし、はんだボール６０をパッケージするためのインターポーザをパッド２２と整列させて、パッケージ組立て用取付け具６４内に位置決めする。次いで、はんだボール６０をリフローすると、ＬＧＡパッケージ１２およびインターポーザ３０の組立て体をプリント回路板に装着する準備が整う。次いで、ＬＧＡパッケージ１２およびはんだボール５４、６０を含むインターポーザ３０の組立て体を、はんだボール５４をパッド２４と整列させて、プリント回路板２５上に位置決めし、加熱してはんだボール５４をリフローさせ、パッド２４を湿らせ、はんだ接続部２８を形成する。本発明のＢＧＡパッケージの利点は、従来技術に見られるような、接続パッド７２を有する電子構成要素７０および接続パッド７６を有するプリント回路板７４を含めて、電子構成要素とＰＣＢの間の接続を示した図８の従来技術と比較することで理解できるであろう。はんだボールから形成されたはんだ接続部７８がパッド７２をパッド７６と接続する。図８の接続部に温度サイクルをかけると、電子構成要素７０のＴＣＥとプリント回路板７４のＴＣＥの差によって、パッド７２またはパッド７６のところではんだ接続部７８に応力が生じる。円筒形構造のはんだ接続部７８は、高さが非常に低く、延性ではない。接続部７８は、それほど大きな応力を除去しないので、はんだ接続部７８がパッド７２またはパッド７６のところで破損することがある。
【００１１】
図６は、本発明の原理による、電子構成要素１２とプリント回路板２５の間の接続を示している。パッド２２ａ、パッド４６ａ、パッド４８ａおよびパッド２４ａはほぼ同じ寸法である。図８に比べて、図６に示した接続部の高さの方が高いため、図８に示した接続部よりもコンプライアントな接続になり、極めて大きな応力を除去できることがすぐに理解できるであろう。
【００１２】
本発明の原理によれば、電子構成要素１２上の接続パッド２２およびプリント回路板２５上の接続パッド２４を、それぞれインターポーザ３０上の接続パッド４６、４８より実質的に大きな寸法にすると、さらなる利点が得られる。次いで、図７に示すように、はんだボール５４をリフローさせ、パッド２４を湿らせると、本発明の原理による大きな方の寸法のパッド２４によって、パッド４８付近よりもパッド２４付近に形成されるはんだの体積がより大きくされる。したがって、はんだ接合部２６ｂの断面積は、たとえば、パッド４６ｂよりもパッド２２ｂにおいて実質的に大きい。図７に示すように、ＢＧＡパッケージ１０は、ＬＧＡパッケージ１２とプリント回路板２５の間に、はんだ接続部２６、２８を合わせた形が砂時計形になっている成形接続部（shaped connection）を含む。この形は、リフロー方法によって、パッド２２、２４付近に、それぞれインターポーザ３０のパッド４６、４８よりも非常に大きな体積のはんだが形成されるように、パッケージ１２における接続パッド２２およびプリント回路板２５における接続パッド２４の寸法を意図的に設定することによって実現される。たとえば、直径が約３８１〜５０８μｍ（１５〜２０ミル）の範囲内のインターポーザパッドを、直径が約６６０μｍ（２６ミル）のプリント回路板パッドおよびＬＧＡパッド、直径が約６３５〜８８９μｍ（２５〜３５ミル）の範囲内のはんだボールとともに使用すると、良い性能がもたらされると考えられる。インターポーザ３０およびＬＧＡパッケージ１２の組立て体のプリント回路板２５への装着は、その組立て体を顧客に引き渡した後に行うことができ、したがって、顧客の施設または別の施設で実施することもあり、これらの作業を適当に調整する必要があると理解されたい。
【００１３】
以上、ＢＧＡパッケージ１０の構造および動作について述べてきたので、多くの利点を示し、理解することができるであろう。パッケージ１０は、従来のＢＧＡはんだ接続部の信頼性を、従来のＢＧＡパッケージのはんだ接合部よりも高くコンプライアントなはんだ接合部を提供することによって向上させる。はんだ接合部が高いほど、熱疲労に対する抵抗が大きくなる。はんだボールは融解温度が高く、融解しないはんだ（Ｓｎ／Ｐｂ１０／９０など）であってよく、または融解温度が低く、完全に融解するはんだ（Ｓｎ／Ｐｂ６３／３７、Ｓｎ／Ｐｂ６０／４０、Ｓｎ／Ｐｂ／Ｂｉ４６／４６／８など）でもよい。高温はんだを、低い融解温度のはんだで、ポリイミド製物体に取り付けることができる。それらの液相線温度に応じて、２２０〜３５０℃の温度で、はんだをポリイミド製インターポーザにリフローさせる。
【００１４】
複数の銅製バイア３８を用い、はんだボールを垂直に整列させてはんだボール５４、６０を基板３２の両側に接続することによって、ＢＧＡパッケージ１０の熱的および電気的性能は著しく向上する。これによって、たとえばはんだおよび銅である熱伝導性が高い材料を通る、断面が大きくインターポーザ３０を通る熱の流れを絞らないようにする直接的な熱伝導通路が形成される。この用途にあった寸法および数の、たとえば銅製の複数の導電性バイアを設けることができる。導電性バイア３８が等間隔に配置された基板３２が図示されているが、メンブレン型プローブカードおよび可撓性リボンコネクタ用途向けに作られたｚ軸タイプのコネクタ材料を購入してもよい。次いで、パッド４６、４８を形成するために、その材料を加工する必要がある。応用例によっては、図示のように等間隔に配置された穴内より、パッドによって接続される予定のところのみにバイアを配置した基板材料を使用することが望ましいであろう。バイアをパッドによって接続される予定のところだけに配置すれば、パッドがいくつかのバイアの一部分のみを捕捉することに関するどんな問題も防止され、またパッド上のはんだの流れに影響が及ぶことがなくなる。応用例によっては、単一の導電性バイア３８が適当であろう。しかし、バイアを大きく単一にするよりも、より小さな寸法のバイアを多数製造することの方が容易であることが、ほとんどの応用例で利点をもたらすと考えられる。
【００１５】
本発明を、セラミック製のＬＧＡに関して示してきたが、本発明は、そうしたパッケージタイプにのみ限定されるものではない。本発明は、リードがない任意のパッケージに使用したときに、利点をもたらすことができる。たとえば、本発明はプラスチック製のＢＧＡパッケージに応用される。本発明はまた、半導体ダイより若干大きく、約２５４〜１０１６μｍ（１０〜４０ミル）の範囲内のピッチ、たとえば８１３μｍ（３２ミル）または５０８μｍ（２０ミル）のピッチで間隔を置いて配置されたボールを有する、超小型（chip scale）パッケージに使用することもできる。超小型パッケージなどの用途においては、基板３０上の接続パッドおよびはんだボールは、上記のものよりも相対的に小さいことを理解されたい。本発明は、プリント回路板への直接装着を意図する、高耐久化された（reggedized）半導体ダイまたはチップに使用することができる。そうした高耐久化されたチップは、公知のウエハレベルの超小型加工法（wafer level chip scale processing）を使用して形成される。そうしたチップは、一般に、チップを覆う保護層の上に、チップの中央部分に配置された接続パッドアレイを有する。パッドとはんだボールの寸法の均衡がとれた本発明のインターポーザは、接続パッドのアレイとプリント回路板の間で使用されるであろう。
【００１６】
したがって、本明細書で開示する本発明は、その精神または全体的な特徴から逸脱することなく、本明細書でそのいくつかを示した別の特定の形で実施できるので、本明細書に記載した実施形態は、すべての点で、限定的ではなく例示的とみなすべきである。本発明の範囲は、前述の説明ではなくむしろ添付の特許請求の範囲によって示されるものとし、特許請求の範囲の均等物の内容および範囲に含まれるすべての変更は、それらに含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の原理による、電子構成要素とプリント回路板の間にインターポーザを含むＢＧＡパッケージの断面図である。
【図２】図１のインターポーザをさらに詳細に示す部分上面図である。
【図３】図２の線３−３に沿った図２のインターポーザの断面図である。
【図４】図２、３のインターポーザにはんだボールを取り付ける方法を示す断面図である。
【図５】はんだボールをＬＧＡパッケージに接着させた、図２のインターポーザの取付けを示す断面図である。
【図６】図１のはんだ接続部の例をさらに詳細に示す拡大断面図である。
【図７】図１のはんだ接続部の例をさらに詳細に示す拡大断面図である。
【図８】従来技術で見られる、電子構成要素とプリント回路板の間の接続部の拡大断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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