(57)【要約】  本発明は、電子機器組立体４００およびその製造方法８００、９００、１０００、１２００、１４００、１５００、１６００、１７００を提供する。組立体４００は、はんだを使用しない。部品４０６、またはＩ／Ｏリード４１２を有する部品パッケージ４０２、８０２、８０４、８０６は、８００で、平面基板８０８上に配置される。組立体は、１０００で、成形またはドリリングされて基板８０８を貫通し部品のリード４１２まで至るバイア４２０、１００２と共に、電気的絶縁材料９０８を用いて、９００で、包み込まれる。次いで組立体は、１２００でメッキされ、包み込みおよびドリリングの工程が１５００で繰り返されて、所望の層４２２、１５０２、１７０２が構築される。組立体は、１８００で結合されうる。結合された組立体の中に、ピン２２０２ａ、２２０２ｂ、および２２０２ｃ、メザニン相互接続デバイス２２０４、ヒートスプレッダ２４０２、ならびにヒートスプレッダとヒートシンクの組合せ２６０２を含む品目が、挿入されうる。エッジカードコネクタ２８０２は、結合された組立体に取り付けられうる。
2010529657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路組立体１９００であって、
第１のＲＩＰ部分組立体１７００と、第２のＲＩＰ部分組立体１７００ａとを備え、
前記第１のＲＩＰ部分組立体１７００は、第１のＲＩＰ部分組立体１７００の電気的絶縁材料９０８と第２のＲＩＰ部分組立体１７００ａの電気的絶縁材料９０８ａとの間の結合物により、前記第２のＲＩＰ部分組立体１７００ａに取り付けられることを特徴とする回路組立体。
【請求項２】
前記結合物は接着材料１９０２であることを特徴とする請求項１に記載の回路組立体１９００。
【請求項３】
前記結合物は熱融着であることを特徴とする請求項１に記載の回路組立体１９００。
【請求項４】
前記結合物は化学的融着であることを特徴とする請求項１に記載の回路組立体１９００。
【請求項５】
１つまたは複数のピン２２０２ａは、部分組立体１７００を部分組立体１７００ａに電気的に接続することを特徴とする請求項１に記載の回路組立体１９００。
【請求項６】
１つまたは複数のピン２２０２ａは、部分組立体１７００を部分組立体１７００ａに物理的に接続することを特徴とする請求項１に記載の回路組立体１９００。
【請求項７】
１つまたは複数のメザニン相互接続デバイス２２０４は、部分組立体１７００を部分組立体１７００ａに電気的に接続することを特徴とする請求項１に記載の回路組立体１９００。
【請求項８】
前記１つまたは複数のメザニン相互接続デバイスのうちの少なくとも１つは、角度の付いたピンを備えることを特徴とする請求項７に記載の回路組立体１９００。
【請求項９】
前記１つまたは複数のメザニン相互接続デバイスのうちの少なくとも１つは、角度の付いたピンおよび１つまたは複数の段付き縁部を備えることを特徴とする請求項７に記載の回路組立体１９００。
【請求項１０】
ヒートスプレッダは、部分組立体１７００と部分組立体１７００ａとの間の空間にあることを特徴とする請求項１に記載の回路組立体１９００。
【請求項１１】
ヒートスプレッダとヒートシンクの組合せは、部分組立体１７００と部分組立体１７００ａとの間の空間にあることを特徴とする請求項１に記載の回路組立体１９００。
【請求項１２】
ヒートスプレッダは、部分組立体１７００と部分組立体１７００ａとの間の空間にあり、エッジコネクタは、回路組立体１９００に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の回路組立体１９００。
【請求項１３】
ヒートスプレッダとヒートシンクの組合せは、部分組立体１７００と部分組立体１７００ａとの間の空間にあり、エッジコネクタは、回路組立体１９００に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の回路組立体１９００。
【請求項１４】
第１のＲＩＰ部分組立体１７００と、第２のＲＩＰ部分組立体１７００ａとを備え、
前記第１のＲＩＰ部分組立体１７００は、電気的絶縁材料９０８ｂで、前記第２のＲＩＰ部分組立体１７００ａに取り付けられることを特徴とする回路組立体１９００。
【請求項１５】
第１のＲＩＰ部分組立体１７００を第２のＲＩＰ部分組立体１７００ａと接合する方法であって、
前記第１のＲＩＰ部分組立体１７００を前記第２のＲＩＰ部分組立体１７００ａと位置合わせすることと、
前記第１のＲＩＰ部分組立体１７００の電気的絶縁材料９０８を前記第２のＲＩＰ部分組立体１７００ａの電気的絶縁材料９０８ａと接着させることと
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項１６】
第１のＲＩＰ部分組立体２０００を第２のＲＩＰ部分組立体２０００ａと接合する方法であって、
前記第１のＲＩＰ部分組立体２０００を前記第２のＲＩＰ部分組立体２０００ａと位置合わせすることと、
前記第１のＲＩＰ部分組立体２０００と前記第２のＲＩＰ部分組立体２０００ａとの間に電気的絶縁材料９０８ｂを注入することと
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項１７】
第１のＲＩＰ部分組立体１７００を第２のＲＩＰ部分組立体１７００ａと接合する方法であって、
前記第１のＲＩＰ部分組立体１７００を前記第２のＲＩＰ部分組立体１７００ａと位置合わせすることと、
第１の面および第２の面を有する物体を前記第１のＲＩＰ部分組立体１７００と前記第２のＲＩＰ部分組立体１７００ａとの間に挿入することと、
前記第１のＲＩＰ部分組立体１７００の電気的絶縁材料９０８を前記物体の前記第１の面に接着することと、
前記第２のＲＩＰ部分組立体１７００ａの電気的絶縁材料９０８ａを前記物体の前記第２の面に接着することと
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記物体は、ヒートスプレッダ２４０２を備えることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記物体は、ヒートスプレッダとヒートシンクの組合せ２６０２を備えることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
エッジコネクタ２８０２を取り付けるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記結合物は摩擦融着であることを特徴とする請求項１に記載の回路組立体１９００。
【請求項２２】
ピンの少なくとも１列は金属板で置き換えられうることを特徴とする請求項７に記載のメザニン相互接続デバイス。
【請求項２３】
前記金属板は穴を開けられることを特徴とする請求項２２に記載のメザニン相互接続デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、一部継続出願であり、また本出願は、その優先権が本明細書により主張され、その全体が参照により本明細書に組み込まれ、２００７年５月８日に出願した「ELECTRONIC ASSEMBLY WITHOUT SOLDER AND METHODS FOR THEIR MANUFACTURE」と題する米国特許出願第６０／９２８，４６７号明細書の優先権および利益を主張した２００８年５月８日に出願の「ELECTRONIC ASSEMBLIES WITHOUT SOLDER AND METHODS FOR THEIR MANUFACTURE」と題するＰＣＴ／ＵＳ２００８／０６３１２３の利益を主張するものである。
【０００２】
本出願は、２００７年５月２９日に出願した「ELECTRONIC ASSEMBLY WITHOUT SOLDER AND METHODS FOR THEIR MANUFACTURE」と題する米国特許仮出願第６０／９３２，２００号明細書；２００７年７月５日に出願した「SOLDERLESS FLEXIBLE ELECTRONIC ASSEMBLIES AND METHODS FOR THEIR MANUFACTURE」と題する米国特許出願第６０／９５８，３８５号明細書；２００７年７月１０日に出願した「ELECTRONIC ASSEMBLIES WITHOUT SOLDER AND METHODS FOR THEIR MANUFACTURE」と題する米国特許出願第６０／９５９，１４８号明細書；２００７年７月３１日に出願した「MASS ASSEMBLY OF ENCAPULSATED ELECTRONIC COMPONENTS TO A PRINTED CIRCUIT BOARD BY MEANS OF AN ADHESIVE LAYER HAVING EMBEDDED CONDUCTIVE JOINING MATERIALS」と題する米国特許出願第６０／９６２，６２６号明細書；２００７年８月６日に出願した「SYSTEM FOR THE MANUFACTURE OF ELECTRONIC ASSEMBLIES WITHOUT SOLDER」と題する米国特許出願第６０／９６３，８２２号明細書；２００７年８月２８日に出願した「ELECTRONIC ASSEMBLIES WITHOUT SOLDER AND METHODS FOR THEIR MANUFACTURE」と題する米国特許出願第６０／９６６，６４３号明細書；２００８年３月２１日に出願した「MONOLITHIC MOLDED SOLDERLESS FLEXIBLE ELECTRONIC ASSEMBLIES AND METHODS FOR THEIR MANUFACTURE」と題する米国特許出願第６１／０３８，５６４号明細書；および２００８年３月２４日に出願した「THE OCCAM PROCESS SOLDERLESS ASSEMBLY AND INTERCONNECTION OF ELECTRONIC PACKAGES」と題する米国特許出願第６１／０３９，０５９号明細書、に基づき、優先権および利益を主張するものであり、米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて出願日の利益を主張する。
【０００３】
著作権の告知／許諾
本特許文献の開示の一部は、著作権保護の制約を受ける資料を含む。著作権所有者は、米国特許商標局の包袋または特許記録に載っている限り、特許文献または特許情報公開の任意の人物による複写複製に異議を唱えないが、それ以外はいかなるものであれ、すべての著作権を留保する。
【０００４】
本発明は一般に、電子機器組立の分野に関し、より詳細ではあるが排他的ではなく、はんだを使用しない電子製品の製造および組立に関する。
【背景技術】
【０００５】
電子製品の組立、より具体的には電子部品のプリント回路基板への永久的組立は、電子機器産業の最初の頃から、何らかの形態の比較的低温のはんだ合金（例えば、スズ／鉛またはスズ６３／鉛３７）の使用を伴ってきた。その理由は多種多様であるが、最も重要な理由は、プリント回路と多くの電子部品のリードとの間の数千の電子素子の相互接続の、大規模接合が容易であることであった。
【０００６】
鉛は非常に有毒な物質であり、それに曝されると広範囲の、よく知られている健康への悪影響を引き起こす可能性がある。この状況において重要なことは、はんだ作業で発生するヒュームが作業者にとって危険であるである。その工程は、（鉛ベースのはんだからの）酸化鉛と（はんだフラックスからの）松やにの結合物であるヒュームを生成する。これらの成分のそれぞれは、潜在的に危険であることが示されてきた。さらに、電子機器における鉛の量が低減されたならば、鉛を採掘し精錬することへの圧力もまた低減させる。鉛を採掘することは、局地的な地下水供給を汚染する可能性がある。精錬することは、工場、作業者および環境の汚染につながる可能性がある。
【０００７】
鉛ストリーム（stream）を低減することはまた、廃棄された電子デバイスにおける鉛の量を低減し、ごみ廃棄場および他のより不安全な場所における鉛レベルを低下させる。使用済み電子機器をリサイクルすることの困難さおよびコスト、ならびに廃棄物輸出に関する法的規制の手ぬるさから、大量の使用済み電子機器が、中国、インド、およびケニヤなど、環境規準が低く、労働条件の悪い国々に送られている。
【０００８】
こうして、スズ／鉛はんだを減少させることに対する市場および法的な圧力が存在する。特に、電気および電子装置における特定有害物質使用制限指令（一般に、有害物質制限指令またはＲｏＨＳと呼ばれる）が、欧州連合により２００３年２月に採択された。ＲｏＨＳ指令は、２００６年７月１日に効力を生じ、各加盟国において施行され法律となることが要求されている。この指令は、種々のタイプの電子および電気装置の製造における、鉛を含む６つの危険な材料の使用を制限する。それは、電気製品に対する収集、リサイクルおよび回収の目標を設定し、巨大な量の有毒な電子デバイス廃棄物の問題を解決するための立法府による発案の一部を成す、廃電気電子機器指令（ＷＥＥＥ）２００２／９６／ＥＣと密接に関連する。
【０００９】
ＲｏＨＳは、すべての電子デバイスにおける鉛の使用を排除するものではない。医療用デバイスなど、高信頼性を必要とする特定のデバイスにおいては、鉛合金の継続的使用が許されている。したがって、電子機器における鉛は、依然として懸案事項である。電子機器産業は、スズ／鉛はんだの実用的な代用品を探し続けてきた。現在使用中の最も一般的な代用品は、スズ（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）および銅（Ｃｕ）を含む合金であるサック多様体（SAC varieties）である。
【００１０】
サックはんだ（SAC solder）はやはり、重大な環境への影響を持つ。例えば、スズを採掘することは、局所的にも大域的にも災害を引き起こす。スズの大鉱床がアマゾン熱帯雨林で発見された。ブラジルにおいて、これは、道路の導入、森の伐採、土着民の移住、土壌の劣化、およびダム、選鉱滓の池（tailing pond）とマウンドおよび精錬作業の創出につながった。おそらく、ブラジルにおいて、スズ採鉱の最も重大な環境影響は、大小河川の沈泥堆積（silting up）であろう。この劣化は、動植物の分布を永久に変化させ、遺伝子バンクを破壊し、土壌構造を変え、疫病および疾病を導き、回復不可能な環境的損失を引き起こす。
【００１１】
ブラジルの環境の誤った管理から派生する世界的な環境問題は、よく知られている。これらは、熱帯雨林の破壊による地球温暖化への圧力から、動植物の多様性の破壊による薬品産業への長期的被害にまで広がる。ブラジルにおける採掘はスズ産業の破壊的影響の一例に過ぎない。大量の埋蔵量と大規模な採掘作業が、インドネシア、マレーシア、中国、経済発展への姿勢が環境保護への関心を凌駕する開発途上国において、同様に存在する。
【００１２】
サックはんだは、さらなる問題を有する。それらは高温を必要とし、エネルギーを浪費し、脆弱で、そして信頼性問題を引き起こす。融点温度は部品および回路基板がダメージを受けるほどの温度である。個々の合金成分の化合物の正確な量は、未だに調査中であり、長期間安定性は未知である。さらに、サックはんだ工程は、短絡を形成（例えば、「スズウィスカ」（"tin whiskers"））しがちであり、表面が適切に準備されていない場合は断線しがちである。スズ／鉛はんだが使用されようとサック多様体が使用されようと、密度の高い金属が、回路組立体の重さと高さの両方が増加する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第６１６０７１４号明細書（Green）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
それゆえ、はんだ工程ならびにそれに付随する環境的および実用的欠点に対する代替品が必要である。
【００１５】
はんだ合金が最も一般的である一方で、導電性接着剤の一形態であるいわゆる「ポリマーはんだ」など、他の接合材料が提案されかつ／または使用されてきた。さらに、部品に対するソケットを設けることにより分離可能な接続部を作製する努力もなされてきた。また、種々の弾性的接触構造で説明され、そのすべてが一定の印加された力または圧力を要する、電力および信号を伝送する導体とリンクするために開発された電気および電子コネクタが存在してきた。
【００１６】
同時に、より多くの電子素子をより小さな容積の中に押し込むための継続的努力がなされてきた。その結果、過去数年にわたり、電子機器産業界において、すべてＺ軸すなわち垂直軸での組立体の大きさを低減する目的において、集積回路（ＩＣ）チップをパッケージ内に積み重ねる種々の方法、およびＩＣパッケージ自体を積み重ねる種々の方法に対する関心があった。また、多くは受動素子である、ある種の部品を回路基板内に埋め込むことにより、プリント回路基板（ＰＣＢ）上の表面実装部品の数を減少させるための、未だ継続中の努力がなされてきた。
【００１７】
ＩＣパッケージの作製において、パッケージングされないＩＣデバイスを基板内に直接配置し、ドリリングおよびメッキによりそれらを直接チップ接点に相互接続することにより、能動素子を埋め込む努力もまた、なされたきた。そのような解決手段が特定の用途において利益をもたらす一方で、チップの入出力（Ｉ／Ｏ）端子は、そのような接続を正確に行うためには、非常に小さく非常に困難になる可能性がある。さらに、製造後のデバイスがバーンイン試験をうまく合格せず、終了後にすべての努力を無にすることがありうる。
【００１８】
別の分野の関心は熱管理にありうる。というのは、高密度パッケージＩＣが、電子製品の信頼性を減少させる可能性のある高エネルギー密度を生じる可能性があるからである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、電子機器組立体およびその製造方法を提供する。外部Ｉ／Ｏ接点を有する電気、電子、電気光学、電子機械、およびユーザインターフェースのデバイスを含む、予備試験されバーンインされる部品は、平面ベース上に配置される。この部分組立体は、成形されまたはドリリングされ、貫通して部品のリード、導体、および端子（特許請求の範囲を含む本出願において集合的に「リード」と称する）に達する、バイアとして知られる穴と共に、はんだマスク、誘電体、または電気的絶縁材料（特許請求の範囲を含む本出願において集合的に「絶縁材料」と称する）で封じ込められる。次いで、部分組立体はメッキされ、封じ込めおよびドリリングの工程が繰り返されて所望の層が構築される。
【００２０】
部分組立体は、部品を密にパッケージングすることを可能にするために、結合されてよい。さらに、層は、ピンおよび／またはメザニン多重通路相互接続デバイスを用いて電気的および物理的に相互接続されてよい。
【００２１】
組立体は、新しい逆相互接続工程（reverse-interconnection process）（ＲＩＰ）で構築され、はんだを使用せず、それにより鉛、スズの使用ならびに熱に関連する問題を回避する。「逆（reverse）」という用語は、逆の順序による組立を指し；ＰＣＢが最初に作られ、次いで部品を実装するのではなく、部品が最初に配置され、次いで回路層が作られる。従来のＰＣＢは不要であり（１枚は任意選択で一体化されてよいが）、製造のサイクルタイムを短縮し、コストと複雑さを低減し、ＰＣＢの信頼性問題を少なくする。
【００２２】
ＲＩＰ製品は、機械的衝撃および熱サイクル疲労破壊に関して堅牢である。はんだ接合は、電子機器システムにおける不具合の最初の箇所である傾向があるので、はんだの排除は、組立体の堅牢性を増加させる。ＰＣＢ基板上に配置される従来製品に比べて、ＲＩＰ製品内に組み込まれる部品は、表面からのスタンドオフ（standoff）を必要とせず、それにより、より低い外形を有し、より密な間隔で配置できる。さらに、はんだ性を良くする仕上げを必要とせず、より少ない材料とより少ない工程段階しか要しないので、ＲＩＰ製品は低コストである。さらに、ＲＩＰ製品は、一体形の電磁障害（ＥＭＩ）遮蔽をももたらすことができる、インプレースの（in-place）熱機能強化（改良された熱放散の材料および方法を含む）を施しやすい。さらに、その構造は、埋め込まれた電気および光学部品を用いて組み立てられ、かつ／または光経路を備えられうる。
【００２３】
本発明は、従来技術における多くの不利な点を、下記により克服する：
回路基板の必要性の排除
はんだ付けの必要性の排除
「スズウィスカ」問題の排除
困難な、ファインピッチ部品のリード間洗浄の必要性の排除
規格準拠リードまたは規格準拠はんだ接続の必要性の排除
製造および寿命終了での多くの異なるレベルにおける電子廃棄物に関連する問題の多くの排除
脆弱部品に対する高温鉛フリーはんだの使用に関連する熱懸案事項の排除
本発明の利点は下記の通りである：
構造がほぼ完全に追加式であることによる、少ない製造廃棄物
構築における、より少ない材料使用
潜在的に有毒な金属が不要であることにより、環境に優しい
より少ない工程段階
縮小された試験要件
低温熱処理、結果として省エネルギー
低コスト
より低い外形の組立体
向上した信頼性
潜在的高性能、またはより長いバッテリ寿命
機械的衝撃、振動および物理的損傷に対するＩＣのより良い保護
最終金属被膜が施用可能であることによる、電子機器の完全な遮蔽
改良された熱的性能
一体形エッジカードコネクタ対応可能
メモリモジュールに対する改良された設計
電話モジュールに対する改良された設計
コンピュータカードモジュールに対する改良された設計
スマートカードおよびＲＦＩＤカードに対する改良された設計
改良されたライティングモジュール（lighting module）
【００２４】
構造および動作の両方に関する本発明の詳細、ならびに本発明に付随する利点の多くは、以下の詳細な説明を、添付の図面と併せて参照すれば、最もよく理解できる。図面において、別段の指定がない場合は、種々の図を通して同じ参照番号は同じ部品を指す。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ＰＣＢ上でガルウィング部品を使用する従来のはんだ組立体の断面図である。
【図２】ＰＣＢ上でボールグリッドアレー（ＢＧＡ）またはランドグリッドアレー（ＬＧＡ）部品のいずれかを使用する従来のはんだ組立体の断面図である。
【図３】電気部品を使用する従来の無はんだ組立体の断面図である。
【図４】ＬＧＡ部品を使用するＲＩＰ組立体の一部の断面図である。
【図５】任意選択のヒートスプレッダまたはヒートパイプとヒートシンクを持つＬＧＡ部品を使用するＲＩＰ組立体の一部の断面図である。
【図６】搭載されたディスクリート、アナログ、およびＬＧＡ部品を示す、２層ＲＩＰ組立体の断面図である。
【図７】一対の結合された２層ＲＩＰ部分組立体の断面図である。
【図８】代表的ＲＩＰ組立体の製造中の段階の断面図である。
【図９】代表的ＲＩＰ組立体の製造中の段階の断面図である。
【図１０】代表的ＲＩＰ組立体の製造中の段階の断面図である。
【図１１】ＲＩＰ部分組立体の斜視図である。
【図１２】代表的ＲＩＰ組立体の製造中の段階の断面図である。
【図１３】ＲＩＰ部分組立体の斜視図である。
【図１４】ＲＩＰ部分組立体の側面の断面図である。
【図１５】代表的ＲＩＰ部分組立体の製造中の段階の断面図である。
【図１６】代表的ＲＩＰ部分組立体の製造中の段階の断面図である。
【図１７】代表的ＲＩＰ部分組立体の製造中の段階の断面図である。
【図１８】２つのＲＩＰ部分組立体を結合する工程を示す断面図である。
【図１９】完成後の結合されたＲＩＰ組立体の断面図である。
【図２０】ＲＩＰ部分組立体の代替形の断面図である。
【図２１】結合されたＲＩＰ部分組立体の間に絶縁材料を注入充填する工程の断面図である。
【図２２】任意選択のピンで結合されたＲＩＰ部分組立体の断面図である。
【図２３】任意選択のピンおよびメザニン多重通路相互接続デバイスで結合されたＲＩＰ部分組立体の断面図である。
【図２４】任意選択のヒートスプレッダでＲＩＰ部分組立体を結合する工程の断面図である。
【図２５】任意選択のヒートスプレッダで結合されたＲＩＰ部分組立体の断面図である。
【図２６】任意選択の、ヒートスプレッダまたはヒートパイプとヒートシンクの組合せでＲＩＰ部分組立体を結合する工程の断面図である。
【図２７】任意選択の、ヒートスプレッダまたはヒートパイプとヒートシンクの組合せで結合されたＲＩＰ部分組立体の断面図である。
【図２８】任意選択のエッジカードコネクタでＲＩＰ部分組立体を結合する工程の断面図である。
【図２９】任意選択のエッジカードコネクタで結合されたＲＩＰ部分組立体の断面図である。
【図３０】任意選択の、ヒートスプレッダまたはヒートパイプとヒートシンクの組合せ、ならびに任意選択のエッジカードコネクタで結合されたＲＩＰ部分組立体の断面の斜視図である。
【図３１ａ】本発明と互換性のあるメザニン相互接続デバイスの種類の一例を示す図である。
【図３１ｂ】本発明と互換性のあるメザニン相互接続デバイスの種類の別の一例を示す図である。
【図３１ｃ】本発明と互換性のあるメザニン相互接続デバイスの種類のもう１つの例を示す図である。
【図３２】埋め込まれたメザニン相互接続デバイスで結合されたＲＩＰ部分組立体の断面の斜視図である。
【図３３】埋め込まれたメザニン相互接続デバイスで結合されたＲＩＰ部分組立体の断面の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下の説明および添付の図面において、特定の専門用語および図面記号が、本発明の完全な理解をもたらすために説明される。いくつかの例において、専門用語および記号は、本発明を実施するために必要とされない特定の詳細を意味する可能性がある。例えば、部品の導体要素（すなわち、部品のＩ／Ｏリード）間の相互接続は、デバイス内またはデバイス間の複数の部品接点に接続される単一リードまたは単一導体の信号線と相互接続する多導体を有するように示され、または説明される可能性がある。このように、多導体相互接続のそれぞれは、代わりに、単一導体の信号、制御、電力、または接地の線であってよく、その反対も成り立つ。シングルエンド形であるとして図示され説明される回路の経路はまた、差動形であってよく、その反対も成り立つ。相互接続された組立体は、標準的相互接続、すなわちマイクロストリップまたはストリップラインの相互接続から成ることができ、組立体のすべての信号線は、シールドされていてもシールドされていなくてもよい。
【００２７】
図１は、ＰＣＢ１０２の上に、はんだ接合１１０を有する、はんだマウントされたガルウィング部品パッケージ１０４の、従来の完成された組立体１００を示す。
【００２８】
部品パッケージ１０４は、電子部品１０６を含む。部品１０６は、ＩＣでも別のディスクリート部品でもよい。ガルウィングリード１０８は、パッケージ１０４から流動はんだ１１０まで延び、そのはんだは次に、リード１０８をＰＣＢ１０２上のパッド１１２に接続する。絶縁材料１１４は、流動はんだ１１０がＰＣＢ１０２上の部品１０６まで流れ、部品１０６が他の部品（図示せず）と短絡するのを防ぐ。パッド１１２はスルーホール１１８に接続し、スルーホールは次いで、１１６で示されるような適切なトレース（trace）に接続する。はんだ接合に伴う前述の問題に加えて、ＰＣＢ１０２の内部構造を含むこのタイプの組立体は複雑であり、また本発明では低減される高さ空間を必要とする。
【００２９】
図２は、はんだ接合２０２を有し、ＰＣＢ２１４の上にＢＧＡ  ＩＣまたはＬＧＡ  ＩＣのパッケージ２０４がある、従来の完成された組立体２００を示す。図１との主たる違いは、リフローされたはんだ１１０ではなくボールはんだ２０２を使用することである。
【００３０】
部品パッケージ２０４は、部品２０６を含む。リード２０８は、パッケージ２０４から支持体２１０（典型的には、有機またはセラミック材料から成る）を貫通してボールはんだ２０２まで延び、ボールはんだは次いで、リード２０８をＰＣＢ２１４上のパッド２１２に接続する。絶縁材料２１６は、ボールはんだ２０２がパッケージ２０４の中に含まれる他のリード（図示せず）と短絡するのを防ぐ。絶縁材料２１８は、ボールはんだ２０２がＰＣＢ２１４上の部品２０６まで流れ、部品２０６が他の部品（図示せず）と短絡するのを防ぐ。パッド２１２は、スルーホール２２０に接続し、スルーホールは次いで、２２２で示されるような適切なトレースに接続する。図１に示す組立体と同様の問題が、この構成について存在する。はんだ接合に伴う前述の問題に加えて、特にＰＣＢ２１４により、このタイプの組立体は複雑であり、また本発明では低減される高さ空間を必要とする。
【００３１】
図３は、従来の無はんだ接続装置３００を示す（例えば、特許文献１参照。）。この構成において、基板３０２はパッケージ３０４を支持する。パッケージ３０４は、ＩＣまたは他のディスクリート部品など、電気部品（図示せず）を含む。絶縁材料３０６が、基板３０２の上に重なる。基板３０２の反対側には、導電性のポリマー厚膜インク３０８が存在する。導電性を改良するために、銅の薄膜３１０が、ポリマー厚膜インク３０８の上にメッキされる。バイアがパッケージ３０４から基板３０２を貫通して延びる。バイアは、導電性接着剤３１４で充填される。パッケージ３０４の接着剤３１４との接着点３１６は、可溶性の、ポリマー厚膜インク、銀ポリマー厚膜導電性インク、または市販のはんだペーストで作られてよい。本発明に対する、この従来技術の組立体の１つの不利な点は、バンプ３１８で示すように、接着剤３１４により加えられる付加的な厚さである。
【００３２】
ＲＩＰ装置
本発明を説明する装置４００の図４は、ＰＣＢである必要のない基板４１６上に搭載されるＬＧＡ部品パッケージ（４０２、４０６、４０８、４１０、４１２、４１４）を示す。ＢＧＡ、ガルウィング、またはＪリードの部品、あるいは他のＩＣパッケージ構造、あるいは任意のタイプのディスクリート部品が、ＬＧＡ部品を代替できることは、当業者には明白であろう。接続は、図１、図２および図３に示す組立体よりも簡素で、はんだで、かつより低い外形である。
【００３３】
電気的絶縁材料４０４が、パッケージ４０２と接着する。材料４０４は、パッケージ４０２の１側面と接着するように図示されている。しかし、材料４０４は、パッケージ４０２の２つの面と接着してもよく、３つの面以上とでもよく、あるいは事実上パッケージ４０２を包んでもよい。材料４０４は、施用されると、装置に強度、安定性、構造的完全性、堅牢性（すなわち、非脆弱である）、および寸法的安定性を与える。材料４０４は、ガラス布など、適切な材料を包含することにより強化されうる。
【００３４】
部品パッケージ４０２は、電機部品４０６（ＩＣ、ディスクリート、またはアナログのデバイス；特許請求の範囲を含む本出願においては「部品」と総称される）、支持体４０８および４１０（有機またはセラミック材料から成ることが好ましい）、リード４１２，ならびに絶縁材料４１４を含む。多くの場合に製造され出荷されているように、部品パッケージ４０２は絶縁材料４１４を包含するが、この、伝統的な機能は、潜在的には将来排除可能であり、それにより組立体４００の外形は低減される。支持体４０８と４１０、あるいは、もし存在すれば絶縁材料４１４のいずれかが、絶縁材料から成ることが好ましい基板４１６の上に着座する。パッケージ４０２から伸びるリード（例えば、４１２）を短くしたい場合は、基板４１６の一部または全部が、導電性材料で作られてよい。
【００３５】
リード４１２の絶縁材料４１４および基板４１６との接着は、粘着性ドット（adhesive dot）ならびに他のよく知られた技術により実施可能である。
【００３６】
一例がバイア４２０である第１群のバイアは、基板４１６を貫通して延び、もし存在する場合は絶縁材料４１４を貫通して延び、リード４１２などのリードに到達し、それらを露出する。バイア４２０は、導電性材料（多くの場合は銅（Ｃｕ）であるが、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、またはアルミニウム（Ａｌ）、ならびに他の適切な材料で代用されうる）によりメッキされるか、または充填される。メッキまたは充填物はリード４１２と融合し、電気的および機械的結合を形成する。
【００３７】
基板４１６は、メッキされるパターンマスク（図示せず）を含むことができ、あるいは第１群のバイア（例えば、バイア４２０）の中に導入されたメッキまたは充填物は、基板４１６の下まで延びることができ、要求される第１群のトレースがもたらされる。他のトレースが作られてよい。絶縁材料でもある層４２２は、基板４１６および第１のトレースを支える。４２２の目的は、第２群のトレース（必要な場合）のプラットフォームをもたらすこと、および第１群のトレースを第２群のトレースから電気的に絶縁することである。
【００３８】
その一例がバイア４２６である第２群のバイアは、層４２２を貫通して延び、基板４１６の下のトレースおよび／またはリード（例えば、リード４２８）に到達し、それらを露出する。上述の通り、第１群のバイア（例えば、バイア４２０）を参照すると、第２群のバイアは、それらが基板４１６の下の所望のリード（例えば、リード４２８）と融合するように、メッキされるかまたは充填されてよい。上述の通り、１つまたは複数のトレース４３０は層４２２の下に延びうる。
【００３９】
この層形成は、必要なだけ継続する。上記の構造を繰り返すことにより、多重層（図示せず）、ならびに付加的なトレースおよびバイアが構築されうる。表面絶縁材料４３２が、回路の最終層を下塗りし、それらを短絡または物理的損傷から保護する。リードまたは電気的コネクタ（例えば、リード４３４）は、表面絶縁材料４３２を超えて延びてよい。これにより、他の電気部品または回路基板との接続を可能にする接触面（例えば、面４３６）がもたらされる。
【００４０】
装置５００の図５は、任意選択の熱放散機能を示す。以前に図４で説明した部分組立体４００は、パッケージ４０２および材料４０４の上面に、部品４０６により生成される熱を放散するために、ヒートスプレッダまたはヒートパイプ５０６および／またはヒートシンク５０８を有してよい。熱界面材料（図示せず）が、ヒートシンクをヒートスプレッダに接合するために使用されてよい。任意選択で、パッケージ４０２からの熱流動を高めるために、材料４０４は、酸化シリコン（ＳｉＯ2）または酸化アルミニウム（ＡｌＯ2）など、熱伝導性（であるが電気を絶縁する）材料を、その合成物の中に含んでよい。ヒートスプレッダ５０６およびヒートシンク５０８が当業界でよく知られている１種類または複数種類の物質から成る場合は、それらは、部分組立体４００に対する電磁障害（ＥＭＩ）保護をもたらすことができ、また静電気の蓄電および放電からの保護に役立つことができる。
【００４１】
断面を図５に示す、２層ＲＩＰ装置に従って、図６は、ディスクリートのガルウィング部品６０２、アナログ部品６０４およびＬＧＡ  ＩＣ６０６を含む、搭載されたサンプルの部品群を有する装置６００を示す。
【００４２】
ＲＩＰ装置が、はんだ付けされた部品を含むＰＣＢより複雑でないことは、当業者には明白であろう。すなわち、ＰＣＢ自体そのものが、多数の製造工程を要する複雑なデバイスである。ＲＩＰ装置は、ＰＣＢ基板を必要としないことにより、より簡素であり、より広い回路経路指定スペースをもたらして層数を低減することができ、完全な電子機器組立体を製造するために、より少ない段階しか必要としない。
【００４３】
任意選択として、装置７００の図７は、メッキされた、かつ／または充填されたバイア（例えば、７０６ａ、７０６ｂ）において、かつ／またはリード（例えば、７０８ａ、７０８ｂ）において、共に接合される２つのＲＩＰ部分組立体７０２および７０４を示す。
【００４４】
ＲＩＰの製造方法
図８から図１７は、ＲＩＰ組立体の製造方法を示す。段階の順序が、本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく変更されうることは、当業者には明白であろう。
【００４５】
段階８００の図８は、パッケージ部品８０２、８０４、および８０６の、基板８０８上への初期の搭載を示す。部品は、スポットまたは導電性接着剤を施用することを含む、当業界で知られている多くの異なる技術および／または物質により、あるいは部品リードの粘着膜に接着することにより、基板８０８に対して適所に保持されうる。施用、または接着するための材料は、部品を保持し、かつ後に解除するのに適する。
【００４６】
段階９００の図９は、ＲＩＰの製造方法における別の段階を示す。この段階において、図８の一部の機器は反転させられる。初期に搭載されるパッケージ部品８０２、８０４、および８０６は、電気的絶縁材料９０８の中に包み込まれる。材料９０８は、パッケージングされた部品８０２、８０４、および８０６の支持、ならびに互いの電気的絶縁をもたらす。材料９０８が電気的絶縁材料ではなく、ＡｌＯ2、またはＳｉＯ2などの熱伝導材料を含む場合は、それはまた、熱の放散に役立つ。
【００４７】
段階１０００の図１０は、ＲＩＰの製造方法における別の段階を示す。基板８０８を貫通するバイア（例えば、１００２）が作られ、パッケージングされた部品８０２、８０４、および８０６のリードに到達し、それらを露出する。バイア（例えば、１００２）は、任意の数の、レーザドリリングを含む既知の技術により、成形またはドリリングされてよい（特許請求の範囲を含む本出願においては「形成される」と総称する）。
【００４８】
段階１０００の完成時に示すように、部分的な組立体１１００の図１１は、バイア（例えば、１１０２）を示す基板８０８の上面の斜視図である。
【００４９】
段階１２００の図１２は、いかにして回路の直接プリントが達成されうるかを示す。バイア（例えば、１２０２）は、導電性材料でメッキまたは充填可能であり、基板８０８上のトレースおよびリード（例えば、１２０８）は、デバイス１２０６により作られうる。当業界でよく知られている任意の数の技術を使用して、デバイス１２０６は、バイア１２０２を充填し、リードおよびトレース１２０８をプリントし、かつ／またはリードおよびトレース１２０８を基板８０８上にメッキする。
【００５０】
段階１２００に従って基板８０８上に作られたトレース（例えば、１３０２）およびリード（例えば、１３０４）を、部分的な機器１３００の図１３において斜視図で示す。
【００５１】
段階１２００に従って作られた部分的な機器１４００を、図１４の側面図で示す。充填されたバイア（例えば、１４０２）が、基板８０８を貫通して部品リード（例えば、リード１４０６）まで延びているのが示される。
【００５２】
段階１５００を示す図１５において、絶縁材料１５０２の層および第２群のバイア（例えば、バイア１５０４）が、基板８０８の上面に形成される。バイアは、基板８０８の上面まで延び、基板８０８の上面のリード（例えば、１５０６）を露出する。
【００５３】
図１６に示すように、任意の適切なときに、部分組立体は反転されてよい。部分組立体１６００の作製を示す段階である図１６において、第２群のバイア（例えば、１６０２）をメッキおよび／または充填すること、ならびにトレース（例えば、１６０４）を作ることが、層１５０２の下に完成する。
【００５４】
このようにして、追加の層が構築可能である。最終的には、２層部分組立体１７００に関して図１７に示すように、絶縁材料１７０２が、部分組立体１６００の底層の下に置かれる。
【００５５】
段階１８００の図１８に示すように、ＲＩＰ部分組立体１７００および第２のＲＩＰ部分組立体１７００ａの作製時に、２つの部分組立体は結合されてよい。ＲＩＰ部分組立体は、システムまたはサブシステムとして新しいまたは異なる機能を生み出すために接合されうる機能的な電子ブロックとして作製されてよい。図１９は、機器１９００を形成するための、完成された、部分組立体１７００と部分組立体１７００ａの結合を示す。部分組立体１７００のための絶縁材料９０８および部分組立体１７００ａのための同等の絶縁材料９０８ａは、接着剤１９０２の層ならびに熱融着、摩擦融着、または化学的融着を含む、任意の数の当業界で知られる技術にて接合されうる。
【００５６】
上述の通り、段階の順序は、本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく変更されうる。例えば、図２０において、ＲＩＰ部分組立体２０００は、絶縁材料（図９、絶縁材料９０８参照）の付加を遅らせるかまたは排除することにより構築されうる。
【００５７】
絶縁材料の付加を遅らせると、図２１、段階２１００で示すように、射出成形の代替処理が可能になる。この段階において、部分組立体２０００と第２の部分組立体２０００ａが結合される。次いで、当業界でよく知られているデバイス２１０２が電気的絶縁材料９０８ｂを部分組立体２０００と部分組立体２０００ａの間の空間に注入する。
【００５８】
ＲＩＰ部分組立体が、工程の初期に配置された絶縁材料（例えば、図９、絶縁材料９０８）で作製されるにしろ、工程の後の時点で配置されて（例えば、図２１、絶縁材料９０８ｂ）作製されるにしろ、ＲＩＰ構成により、一方の部分組立体の１つまたは複数の層と第２の部分組立体の１つまたは複数の層との間に、種々のタイプの電気的接続が可能になる。
【００５９】
例えば、図２２において、組立体２２００は、ＲＩＰ部分組立体２０００および２０００ａの結合されたペアである。適切な電気的絶縁材料９０８ｂが、部分組立体２０００および２０００ａの間にある。ピン２２０２ａ、２２０２ｂおよび２２０２ｃは、部分組立体２０００から部分組立体２０００ａまでのトレース（例えば、２２０４および２２０６）の間に電気的および／または物理的接続を作る。
【００６０】
ピン自体は、メザニン相互接続デバイスの中で、互いにしっかりと構成されうる。図２３において、機器２３００は、接続ピン２３０２ａおよび２３０２ｂで２つのＲＩＰが結合された部分組立体である。さらに、メザニン相互接続デバイス２３０４は、２つの部分組立体の間に配置される。メザニン相互接続デバイスは、以下により、さらに詳細に記載される（図３１ａ、図３１ｂ、図３１ｃ、図３２、および図３３参照）。
【００６１】
ＲＩＰ部分組立体が結合されうるやり方（すなわち、背面どうし）に起因して、他の物体が挿入されうる。図２４において、段階２４００は、ヒートスプレッダ２４０２と結合されている工程の部分組立体１７００および１７００ａを示す。図２５は、部分組立体１７００および１７００ａの間にヒートスプレッダ２４０２を有する完成後の組立体２５００を示す。
【００６２】
同様のやり方で、ヒートスプレッダとヒートシンクの組合せが挿入されてよい。段階２６００の図２６は、ヒートスプレッダとヒートシンクの組合せ２６０２と共に結合されている工程の部分組立体１７００および１７００ａを示す。図２７は、部分組立体１７００および１７００ａの間にヒートスプレッダとヒートシンクの組合せ２６０２を有する完成後の組立体２７００を示す。
【００６３】
物体の種々の組合せがＲＩＰ部分組立体と共に結合されうる。図２８において、段階２８００は、ヒートスプレッダ２４０２およびエッジコネクタ２８０２と共に結合されている工程の部分組立体１７００と１７００ａを示す。図２９は、トレース２９０２および２９０４と接触するエッジコネクタ２８０２と組み合わされた部分組立体１７００と１７００ａの間にヒートスプレッダ２４０２を有する、完成後の組立体２９００を示す。
【００６４】
図３０は、組立体３０００の斜視図である。ＲＩＰ部分組立体１７００ｃおよび１７００ｄは、ヒートスプレッダとヒートシンクの組合せ２６０２ａと共に結合される。同じ機器において、エッジカードコネクタ２８０２ａは、組立体３０００のトレース（図示せず）と接触している。
【００６５】
図３１ａ、図３１ｂ、および図３１ｃは、本発明と互換性のあるメザニン相互接続デバイスのタイプの例である。図２３を参照すると、メザニン相互接続デバイスは、２つの離隔するＲＩＰ結合された部分組立体の間で、トレースを電気的に接続することができる。図３１ａにおいて、メザニン相互接続デバイス３１００ａは、破断されたメザニン相互接続デバイスの斜視図である。導電性のピン（例えば、３１０２）は、電気的絶縁材料の中に埋め込まれている。また、図３１ｂは、埋め込まれたピン（例えば、３１０４）を有するメザニン相互接続デバイス３１００ｂを示す。この例において、導電性のピンは角度が付いている。これは、例えば、エッジ接続のために有用である。また、図示はしないが、ピンの少なくとも１列は、ピンの列間の遮蔽を改良するためか、あるいは改良されたまたは向上された信号品位をもたらすために、金属板で置き換えられてよい。板は、組立体の物理的完全性を改良するために、穴を開けられてよい。図３１ｃは、やはり角度が付いた、埋め込まれたピン（例えば、３１０６）を有するメザニン相互接続デバイス３１００ｃを示す。この例において、導電性のピンが現れる、メザニン相互接続デバイスの縁部は、段付きである。これにより、特定のタイプのエッジカードとの接続が可能になる。
【００６６】
図３２は、結合された、部分的に完成されたＲＩＰ部分組立体の破断図の斜視図を示す。第２の層のバイアは完成されているが、それらは未だ充填されておらず、トレースは未だメッキされていない。この図は、組立体作製の工程における段階の順序がいかにして変えられるかの、別の例である。部分的な機器３２００は、メザニン相互接続デバイス３１００ａおよび３１００ｂを含む。メザニン相互接続デバイス３１００ａは、機器３２００の中の層を（例えば、３１０２などのピンで）電気的に接続し、一方メザニン相互接続デバイス３１００ｂは、層から（例えば、３１０４などのピンで）部分的な機器３２００の縁部までの、電気信号の経路を定める。
【００６７】
図３３において、部分的に完成されたＲＩＰ機器３３００は、図３２における機器３２００のように、メザニン相互接続デバイス３１００ａを含み、（例えば、ピン３１０２により）層を電気的に接続する。段付きの縁部を有するメザニン相互接続デバイス３１００ｃは、層から（例えば、ピン３１０２により）部分的な機器３３００の縁部までの、電気信号の経路を定める。これにより、エッジコネクタ（図示せず）を、完成後の、結合されたＲＩＰ機器に取り付けることが可能になる。
【００６８】
はんだのない電子機器組立体のための、特定のシステム、機器、および方法は、本明細書の中で詳細に図示し説明した通り、本発明の上述の目的を達成することは完全に可能であるが、それは本発明の現在好ましい実施形態であり、したがって本発明により広範囲に企図されている主題を表すものであり、本発明の範囲は当業者には明らかになるであろう、他の実施形態を完全に包含し、また本発明の範囲は、それゆえ添付の特許請求の範囲以外の何物にも制限されず、特許請求の範囲において、単数形の要素の言及は、「少なくとも１つ」を意味することを理解されたい。当業者に知られている、または後日知られる、上述の好ましい実施形態の要素に対するすべての構造的および機能的相当物は、参照により本明細書に明確に組み込まれ、本特許請求の範囲により包含されることが企図される。さらに、装置または方法は、本発明により解決されるべきことが求められた個々のすべての問題に対処する必要はなく、それは、本特許請求の範囲により包含される。さらに、要素、構成部品、または方法ステップが、特許請求の範囲の中で明確に記載されているかどうかにかかわらず、本開示におけるいかなる要素、構成部品、または方法ステップも、一般に供されることを意図していない。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１ａ】
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【図３１ｂ】
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【図３１ｃ】
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【図３２】
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【図３３】
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【国際調査報告】
2010529657.tif 000038
2010529657.tif 000039