(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面上に複数の導電性トレースを有する印刷回路基板と、
主面上にアレー状導電性ランドを有する表面実装集積回路パッケージであって、少なくとも前記アレー状導電性ランドの一部が前記導電性トレースの対応する部分と接触するように、前記パッケージは前記印刷回路基板上に載置されることを特徴とするパッケージと、
前記パッケージと前記印刷回路基板との間に配置され、前記パッケージを前記印刷回路基板に接着により接合させるアンダーフィル接着剤とを備え、
前記アンダーフィル接着剤は、前記パッケージの前記印刷回路基板に対する接着に先立ち、前記印刷回路基板の主面に対して固着していない薄膜として供用され、
前記アンダーフィル接着剤は、前記導電性ランドのアレーの周囲に配置されるように前記パッケージの四隅の各々から同パッケージの外周に沿って延びるＬ字型の第１部分と、各第１部分のＬ字型を構成する二辺のうちの一辺から垂直且つ内方に向けて前記導電性ランドの間を櫛歯状に延びる第２部分とを有し、隣り合う第１部分は、前記パッケージの外周の各辺に沿った中間部に開口部を提供するように互いに離間しており、各第１部分から櫛歯状に延びる第２部分は、他の第１部分から櫛歯状に延びる第２部分と空隙を隔てて対向している、印刷配線アセンブリ。
【請求項２】
前記アンダーフィル接着剤の一部は前記パッケージの端面を超えて延びる、請求項１に記載の印刷配線アセンブリ。
【請求項３】
前記アンダーフィル接着剤は、無機充填材及び有機色素を含む薄膜と、中央芯部としての補剛材とを有する積層薄膜よりなる、請求項１に記載の印刷配線アセンブリ。
【請求項４】
主面上に複数の導電性トレースを有する印刷回路基板と、
主面上にアレー状導電性ランドを有する表面実装集積回路パッケージであって、少なくとも前記アレー状導電性ランドの一部が前記導電性トレースの対応する部分と接触するように、前記パッケージは前記印刷回路基板上に載置されることを特徴とするパッケージと、
前記パッケージと前記印刷回路基板との間に、前記パッケージを前記印刷回路基板に接着により接合させるアンダーフィル接着剤とを備え、
前記アンダーフィル接着剤は、前記パッケージの前記基板に対する接着に先立ち、前記印刷回路基板の主面に対して固着していない薄膜として供用され、
前記アンダーフィル接着剤は、前記導電性ランドのアレーの周囲に配置されるように前記パッケージの四隅の各々から同パッケージの外周に沿って延びるＬ字型の第１部分と、各第１部分のＬ字型を構成する二辺のうちの一辺から垂直且つ内方に向けて前記導電性ランドの間を櫛歯状に延びる第２部分とを有し、隣り合う第１部分は、前記パッケージの外周の各辺に沿った中間部に開口部を提供するように互いに離間しており、各第１部分から櫛歯状に延びる第２部分は、他の第１部分から櫛歯状に延びる第２部分と空隙を隔てて対向しており、
前記供用の後、前記アンダーフィル接着剤は軟化されて流動し、前記パッケージを前記印刷回路基板に接着することを特徴とする印刷配線アセンブリ。
【請求項５】
主面上に複数の導電性ランドを有する印刷回路基板と、
前記導電性ランドに半田付けされるアレー状半田バンプを主面上に有する表面実装集積回路パッケージと、
前記パッケージと前記印刷回路基板との間に、前記パッケージを前記印刷回路基板に接着により接合させるアンダーフィル接着剤とを備え、
前記アンダーフィル接着剤は、前記バンプを前記導電性ランドに対して半田付けするのに先立ち、前記印刷回路基板の主面に対して固着していない薄膜として供用され、
前記アンダーフィル接着剤は、前記アレー状半田バンプの周囲に配置されるように前記パッケージの四隅の各々から同パッケージの外周に沿って延びるＬ字型の第１部分と、各第１部分のＬ字型を構成する二辺のうちの一辺から垂直且つ内方に向けて前記アレー状半田バンプの間を櫛歯状に延びる第２部分とを有し、隣り合う第１部分は、前記パッケージの外周の各辺に沿った中間部に開口部を提供するように互いに離間しており、各第１部分から櫛歯状に延びる第２部分は、他の第１部分から櫛歯状に延びる第２部分と空隙を隔てて対向していることを特徴とする印刷配線アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くは印刷配線アセンブリに関する。より具体的には、本発明は、表面実装集積回路パッケージを印刷回路基板に接着するアンダーフィル接着剤の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
米国政府は本発明の払込済み使用権を有し、併せて、米国立標準技術研究所（ＮＩＳＴ）の支援による認可第７０ＮＡＮＢ８Ｈ４００７の条項により定められる如く、本特許所有者が他者に対し納得性ある条件にて許諾することを要求する、限定的な条件の権利を保有する。
【０００３】
フリップチップ（ＦＣ）及びボールグリッドアレー（ＢＧＡ）パッケージのような集積回路（ＩＣ）は、表面実装半田接合の手段により印刷回路基板（ＰＣＢ）に直接装着されている。この技術は、高効率高密度な製品を生産する為に、コンピュータから携帯電話に到るまでの電子機器類に、今日では広く用いられている。
【０００４】
しかし、これらのパッケージが印刷回路基板上に実装される際に、前記半田接合部に伝わる機械的な応力は、半田接合部や回路トレースの割れ、又は半田ランドが前記ＰＣＢからの剥離などの多くの機構により、相互接続系に支障を来たすことがあり得る。これらの機械的な応力は、前記パッケージと前記ＰＣＢとの間の熱的な不適合などの、多くの源から生じ得る。しかし極めて一般的には、前記電子製品が落下した時の機械的な衝撃によって生じる。この問題に対する一つの一般解はかなり以前から知られてきた。特に、アンダーフィルと称されている液状の重合性材料が、前記パッケージが前記ＰＣＢに半田付けされた後、前記パッケージの下方に流し込まれる。前記フリップチップ底部と前記基板との間にある狭い間隙に、前記アンダーフィルが完全に充填されると、前記材料は重合により硬化される。硬化し重合したアンダーフィルは、前記ＩＣパッケージと前記ＰＣＢとを互いに固定するので、ずれはあっても極めて小さくなる。前記チップと前記ＰＣＢ間との接合部に他にも生じる過剰な応力を抑制することにより、信頼性の高いアセンブリが製造され得る。
【０００５】
アンダーフィルの従来の使用法は、ＰＣＢにかかる機械的衝撃の問題を解決したが、一方では一連の重大な製造上の問題を浮上させてきた。第１に、前記予備重合された液状アンダーフィルは、特別な装置を有する派生工程として備えられねばならない。典型的には、前記アンダーフィルは、加工されるパッケージの１つ、２つ又は３つの端面に供用され、前記実装パッケージの下部にまで流れ込ませる。前記材料が反対の端面まで流れて行き、且つ、全ての空気が前記チップ下部から置換されてから、更なるアンダーフィルを、隅肉を形成するようにこれらの外端面に追加供給することができる。前記隅肉は信頼性を増すので、たとえ追加生産時間が必要となっても一般的には好ましい。次に、前記アセンブリは炉にて前記アンダーフィルを重合させて硬化させる為にベーキングされる。これもまた工程に時間を加えることになる。このベーキング工程は、数時間を要することもあり得るが、通常１０から３０分かかる。更に、追加となる装置及びその維持は製造原価への重大な加算となる。かくして、アンダーフィルを用いると、機械的な衝撃問題を軽減するのに役立ち、商業的な解決策を提供するのであるが、電子デバイス製造業はより原価の低い更に効率良い製造方法を求めている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
最近、アンダーフィル工程を進歩させ、能率を向上させる進歩が為された。一つの方法
は、前記基板に加工する前に、前記ＩＣパッケージ上にアンダーフィルを供給する工程を備える。半田付けの前に予備供給されるアンダーフィルは融剤を有しているか、又は、半田接合形成を促進する特性があるのがよい。回路上のランドはしばしば酸化するし、ＩＣパッケージ上のスズ／鉛半田バンプは通常酸化されるので、前記融剤及び前記アンダーフィルは、これらの酸化物被覆を減少させ、半田接合形成を促進するように設計されねばならない。前記ＩＣパッケージアセンブリ工程を簡素化できる一方で、この方法では追加の工程が要求される。ＩＣパッケージのアンダーフィル技術によってもたらされる数々の利点にも拘わらず、アンダーフィルを用いた更に簡易な方法が必要とされる。アンダーフィル適用に伴い要求される工程数を減少させる工程方法論もまた必要である。
【０００７】
新規であると判断される本発明の特徴は、添付の特許請求の範囲に具体的に提示されている。しかし本発明自体は、各部及び操作の方法の双方に関して、本発明の目的及び利点と共に、本発明のある例示的な実施態様を説明する以下の本発明の詳細な説明を参照することにより充分に理解されよう。以下の説明において、複数図面において、同一の、類似の、又は相当する要素を説明する為に同様な参照番号が用いられている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は多くの異なる形態の実施態様を許すものであるが、図面が示され、更にここに詳細で具体的な実施態様が説明される。これは、本開示は本発明の原理の例であるとみなされるべきであり、本発明を、図示及び説明されている具体的な実施態様に限定しようとするものではないとの理解に基づいている。以下の説明において、複数図面において、同一の、類似の、又は相当する要素を説明する為に同様な参照番号が用いられている。
【０００９】
自己支持型アンダーフィル薄膜は、表面実装集積回路パッケージを印刷回路基板に接着により接合している。前記印刷回路基板は、その表面上に導電性トレース及び露出型導電性ランドを有する。薄膜接着剤は、前記印刷回路基板上の前記導電性ランド近傍に意図して配置され、前記バンプのある表面実装集積回路パッケージはその後、前記基板上に載置される。これにより、前記パッケージ上の前記導電性ランドは、前記基板上の前記導電性ランドと位置が合致する。前記薄膜接着剤は、前記パッケージが前記基板に半田付けされる時に軟化し、前記薄膜は、最終的にアンダーフィルとして、前記半田接合部の機械的一体性を高めるように作用する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１及び図２を参照すると、表面実装用部材として設計された印刷回路基板１０は、通常の方法にて少なくと一主面、即ち、片側１１上に導電性トレース１２を有する。ＰＣＢ１０は又、前記の側にあり、少なくとも幾つかの、典型的には一列などのパターンに配置され、集積回路パッケージ１４と接続されるように配置されている導電性トレース１２と接続されている、複数の導電性ランド１３を有する。導電性ランド１３は典型的には露出されており、ＩＣパッケージ１４と前記ＰＣＢ上のトレース１２との間の電気的な接続を可能にしている。例えばボールグリッドアレー、フリップチップ・パッケージ又は他の型のエリアアレー型表面実装パッケージなどの前記ＩＣパッケージは、典型的には、前記パッケージの下面にあるアレー型の接点即ち端子１６を有する。これら接点１６は、当業者には良く知られている如く、通常の方法で前記集積回路に接続されている。これらの接点１６は、典型的には半田球で隆起されており、前記ＩＣパッケージが前記ＰＣＢ上の対応する導電性ランド１３にリフローして半田付けされ得る。自己支持型薄膜接着剤１８は、前記ＰＣＢ上に導電性ランド１３と接することなく導電性ランド１３の近傍に載置される。接着薄膜１８はＩＣパッケージ１４とＰＣＢ１０との間のアンダーフィルとして機能し、前記パッケージが前記ＰＣＢに半田付けされた後、前記アセンブリを堅くするように作用する。図５を参照すると、一実施態様において、接着薄膜５８はＬ字型に裁断され、前記導電性ランドアレーの四隅の各々に意図して載置されている。前記接着薄膜は、夫々の
導電性ランドに近く、しかし前記ランドに接することなく注意深く位置決めされ、前記ＩＣパッケージの前記ＰＣＢへの半田付けを妨げないようにされている。前記ＰＣＢへの接合の後でアンダーフィルを供給する従来技術と異なり、並びに、前記ＩＣパッケージ上にアンダーフィルを予備供給する従来技術とも異なり、本発明は、前記ＩＣパッケージが前記ＰＣＢ上に載置されるよりも前に、前記ＰＣＢ上に載置される接着剤の自己支持型薄膜を用いる。前記アンダーフィル接着剤は自己支持型薄膜の形状をなすので、例えば予めテープ及び巻物状の形態の包装とし、あらゆる他の電子部品と全く同様に、部品供給用の機械又はロボットによって容易に取り扱うことができる。実際には、前記薄膜は、前記ＩＣパッケージ載置前に１つ以上の部品供給機によって前記ＰＣＢ上に載置される。そしてその場に静止し、その後前記ＩＣパッケージがその場所上に投入される。前記ＩＣパッケージが前記ＰＣＢ上に載置される時には、前記薄膜及び前記パッケージはその場に静止している。半田リフロー工程中には、前記ＩＣパッケージの前記半田バンプは溶融してＰＣＢ導電性ランド１３に半田付けされる。同時にアンダーフィル接着剤薄膜１８は軟化し、図１に示されるような前記ＩＣパッケージの外側端面周囲の隅肉を形成する。前記の軟化及び流動の程度は、勿論前記アンダーフィル薄膜として選択された接着剤の特性に依存する。例えば、熱可塑性接着剤は半田付け工程中に軟化し流動する。その後、室温まで冷却されて硬化する。例えば、エポキシ類、ポリエステル類ポリウレタン類及びポリイミド類などの熱硬化性接着剤は、ほとんど又は全く軟化を示さず、一般に熱可塑性物よりも流動性が乏しい。しかしそれでも、堅い固体に硬化する前に小さな隅肉を生成する。いずれの場合にも、冷却すると接着剤は硬化し前記ＩＣパッケージをしっかりとその場に固定し、前記電子製品の生涯に起こり得るその後の機械的衝撃の間において、ずれを防止する。
【００１１】
図３を参照すると、流動性を有するアンダーフィル薄膜接着剤は、図面に示されているものに類似の隅肉３８を形成するであろう。前記隅肉の一部は前記ＩＣパッケージの下面と接し、更に一部は前記パッケージの外縁を上方に延長した部分のメニスカスを形成している。この好ましい実施態様において、前記アンダーフィルは前記パッケージの端面を超えて延在するので、これは機械的な衝撃に対する優れた耐性を与えることが判明している。図４は完全に前記ＩＣパッケージの下方にあり、くぼんだ隅肉を形成しているアンダーフィル薄膜接着剤４８を示している。実行により本構成は改善された衝撃耐性を示すことが分かったが、前記パッケージ外辺からはみ出た好ましい隅肉の場合に見られた程度程ではなかった。先に議論され、図５に図示された如く、接着剤薄膜５８の好ましい形態はＬ字型であり、前記アレーの各々の隅に１つのＬ字型の薄膜を有し前記ＩＣパッケージの隅々を捉えている。しかし前記ＰＣＢ上の個々の半田ランド１３には接触していない。Ｌ字型の薄膜間の間隔は、前記パッケージ外周の各辺に沿った中間部での開口部を与え、半田付け操作の際に発生する揮発性ガスが、前記パッケージの下部から散逸することを可能にする。これらの開口部はまた前記ＩＣパッケージの下方の対流熱を増大させることにより、より速い半田付けを可能とする。本発明の他の実施態様は図６に示されている。ここでは、自己支持型アンダーフィル接着剤薄膜６８は網目又は格子パターンの形をなし、前記ＰＣＢアレー上の個々の半田ランド１３又はランド群を取り囲んでいる。
【００１２】
自己支持型接着剤アンダーフィル薄膜１８は純粋なポリマーであり得る、又は、前記接着剤の物理的な特性を変化させる為の充填材を詰め込まれ得る。例えば、シリカ、二酸化チタン、炭素繊維類、ミクロバルーンなどの多くの無機充填材は当業者に良く知られており、有機色素と共に前記薄膜に容易に加えられ得る。これは、前記薄膜の固有の柔軟性を減少させるので有利であり、自動化工場における取り扱いを容易にする。例えば、接着薄膜２層の間の中央芯部として、長手方向に積層した補剛材を有する積層薄膜もまた使用され得る。例えば、金属箔、ガラス繊維マット、紙シート、又は、充分に硬化された熱硬化性ポリマーの層などの補剛材は、前記接着剤薄膜に積層され得る。
【００１３】
総括すると、本発明の範囲を限定することを意図することなく、印刷回路基板上の表面
実装ＩＣパッケージの為のアンダーフィルを提供する新規な方法は、前記ＩＣパッケージを載置するより前に、前記ＰＣＢ上に載置された接着剤の自己支持型薄膜を用いる。前記薄膜はその後、半田リフロー工程の間に硬化され、又は、軟化され、前記ＩＣパッケージを前記ＰＣＢに接着し、機械的衝撃からの応力が前記半田接合部に集中するのを防止する。本発明は、ガラス強化印刷回路基板上の半田バンプを有するボールグリッドアレーの使用に基づく例示的な実施態様に関して説明されてきたことは、当業者は認識するであろう。しかし、本発明はそのように限定されるべきものではない。何故なら、ここに教示されていることを考慮すると、当業者には他の様々な変更は思い浮かぶであろうからである。例えば、本発明は半田はバンプ型及びリフロー型のＩＣパッケージの使用を基本的には教示しているが、導電性インク、導電性弾性体、金めっきランドなどの、他の半田ではない型の接着方法論での本発明も採用され得るのであり、これらの型のシステムは添付の本発明の請求の範囲にあるものと判断される。また他に、軟化も流動もしないが接触により前記ＩＣパッケージを容易にその場に固定する感圧接着剤、若しくは、電磁放射線によって軟化し、又は、硬化する接着剤も使用し得る。
【００１４】
具体的な実施態様と合わせて本発明を説明してきたが、先の説明を考慮すると、多くの代替、改変、並び替え、及び変更は、当業者にとっては明らかとなろう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲に属するこれら全ての代替、改変及び変更を包含すると解される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による印刷回路基板上に実装されたボールグリッドアレー・パッケージの等角投影図
【図２】本発明による印刷回路基板上に実装されたボールグリッドアレー・パッケージの分解側面図
【図３】本発明の種々の実施態様による印刷回路基板上に実装されたボールグリッドアレー・パッケージの部分側面図
【図４】本発明の種々の実施態様による印刷回路基板上に実装されたボールグリッドアレー・パッケージの部分側面図
【図５】本発明の一実施態様による、前記アンダーフィル薄膜の位置を図示する前記薄膜装着印刷回路基板の部分平面図
【図６】本発明の他の実施態様による、前記アンダーフィル薄膜の位置を図示する前記薄膜装着印刷回路基板の部分平面図
【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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