(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子回路モジュール（２１）を相互接続面（２３）に接続するための薄型相互接続構造（２０）であって、
間隔を空けられた複数の実装領域（２５）を持つ実装面（２２）と、前記実装面によって画定される複数の電気接点領域（２４）とを有する前記電子回路モジュール（２１）と、
前記モジュール（２１）の前記実装面（２２）に隣接して配置される前記相互接続面（２３）であって、前記相互接続面（２３）は、前記モジュール（２１）の前記実装領域（２５）と位置合わせされる複数の接合支持領域（３０）と、前記モジュール（２１）の前記複数の電気接点領域（２４）と位置合わせされる複数の接合電気相互接続領域（３１）とを有し、前記実装面（２２）および前記相互接続面（２３）は前記実装領域（２５）に対して平行に、かつ間隔を空けて配置され、前記実装領域（２５）と前記接合支持領域（３０）とは第１距離の間隔を空けて配置され、前記電気接点領域（２４）と前記接合電気相互接続領域（３１）とは、前記第１距離より短い第２距離だけ間隔を空けて配置される前記相互接続面（２３）と、
第１厚みを有する複数の実装構造体（３６）であって、前記複数の実装構造体（３６）のそれぞれ１つは、前記複数の実装領域（２５）のそれぞれ１つの実装領域（２５）および前記接合支持領域（３０）と物理的に接続され、前記相互接続面（２３）の上に、前記モジュール（２１）を物理的に実装する前記実装構造体（３６）と、
前記実装構造体（３６）の第１厚みよりも短い第２厚みを有する複数の電気接続部材（３７）であって、前記複数の電気接続部材（３７）のそれぞれ１つは、前記複数の電気接点領域（２４）のそれぞれ１つの電気接点領域（２４）および前記接合電気相互接続領域（３１）に電気的に接続される前記複数の電気接続部材（３７）と
によって構成され、
前記実装構造体（３６）及び前記電気接続部材（３７）は互いに異なる半田材料によって形成され、前記実装構造体（３６）の半田材料の融解温度は３１０℃であり、前記電気接続部材（３７）の半田材料の融解温度は２２０℃であることを特徴とする薄型相互接続構造。
【請求項２】
前記相互接続面（２３）はプリント配線板（１１）に設けられ、プリント配線板（１１）を形成する材料は前記電子回路モジュール（１０）の材料とは異なり、２つの材料の熱膨張係数が異なることを特徴とする請求項１に記載の薄型相互接続構造。
【請求項３】
電子回路モジュール（２１）を相互接続面（２３）に接続する方法であって、
間隔を空けられた複数の実装領域（２５）を持つ実装面（２２）と、前記実装面（２２）によって画定される複数の電気接点領域（２４）とを有する前記電子回路モジュール（２１）を設ける工程であって、前記複数の実装領域（２５）が、前記実装面（２２）に対して平行に、かつ間隔を空けて配置された相互接続平面（２３）から第１距離の間隔を空けて配置され、前記複数の電気接点領域（２４）が、前記相互接続平面（２３）から前記第１距離よりも短い第２距離の間隔を空けて配置される工程と、
複数の接合支持領域（３０）と複数の接合電気相互接続領域（３１）とを有する前記相互接続面（２３）を設ける工程と、
第１厚みを有する複数の実装構造体（３６）を設ける工程と、
前記第１厚みよりも薄い第２厚みを有する複数の電気接続部材（３７）を設ける工程と、
前記複数の実装構造体（３６）のそれぞれ１つを、前記複数の実装領域（２５）のそれぞれ１つの実装領域（２５）および前記接合支持領域（３０）に物理的に接続して、前記相互接続面（２３）の上に前記モジュール（２１）を物理的に実装し、かつ、前記複数の電気接続部材（３７）のそれぞれ１つを、前記複数の電気接点領域（２４）のそれぞれ１つの電気接点領域（２４）および前記接合電気相互接続領域（３１）に電気的に接続して、前記実装面（２２）および前記相互接続面（２３）を間隔を空けて配置し、前記実装領域（２５）および前記接合支持領域（３０）が第１距離の間隔を空けられ、前記電気接点領域（２４）および前記接合電気相互接続領域（３１）が前記第１距離よりも短い第２距離の間隔を空けられて配置される工程とによって構成され、
前記実装構造体（３６）及び前記電気接続部材（３７）は互いに異なる半田材料によって形成され、前記実装構造体（３６）の半田材料の融解温度は３１０℃であり、前記電気接続部材（３７）の半田材料の融解温度は２２０℃であることを特徴とする方法。
【請求項４】
前記相互接続面（２３）はプリント配線板（１１）に設けられ、プリント配線板（１１）を形成する材料は前記電子回路モジュール（１０）の材料とは異なり、２つの材料の熱膨張係数が異なることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子回路モジュールを実装し、相互接続する薄型の構造、およびその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日の電子機器では、プリント配線板などの相互接続面の上に、電子回路モジュールをしっかりと取り付けることが必要または望ましいことが多い。しかしながら、多くの用途において、実装されたモジュールの全体的な厚みは、薄く維持しなければならない重大なパラメータである。プリント配線板上で、このようにモジュールを実装することを実現する１つの卓越した方法と装置が、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）と言われる。ＢＧＡは、すべてが比較的大きな同一の直径を有する半田ボールのアレイを含む。ＢＧＡは、入力／出力（Ｉ／Ｏ）端子の数が多い装置にとっては、信頼できる相互接続を提供することで知られる。しかしながら、高さが１５から３５ミル（０．３８ｍｍから０．８９ｍｍ）の範囲を採り、装置の全体の高さが大きくなりすぎるという不利点を有する。Ｉ／Ｏ半田のための金属パッドを使用すると、相互接続の厚みを５ミル（０．１３ｍｍ）未満に低減することができ、これは、プリント配線板に実装されたときの装置の全体的高さを大幅に低減する。金属パッドの欠点は、Ｉ／Ｏの信頼性が十分でないことである。半田の高さが低いことから、モジュールと、プリント配線板との熱的不整合により生じた応力を緩和するのに十分な半田が存在しない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そのため、相互接続面の上に、モジュールを実装する構造および方法を提供し、かつ薄型の最終構造を実現する構造および方法がきわめて望ましい。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の一態様によれば、電子回路モジュール（２１）を相互接続面（２３）に接続するための薄型相互接続構造（２０）であって、間隔を空けられた複数の実装領域（２５）を持つ実装面（２２）と、前記実装面によって画定される複数の電気接点領域（２４）とを有する前記電子回路モジュール（２１）と、前記モジュール（２１）の前記実装面（２２）に隣接して配置される前記相互接続面（２３）であって、前記相互接続面（２３）は、前記モジュール（２１）の前記実装領域（２５）と位置合わせされる複数の接合支持領域（３０）と、前記モジュール（２１）の前記複数の電気接点領域（２４）と位置合わせされる複数の接合電気相互接続領域（３１）とを有し、前記実装面（２２）および前記相互接続面（２３）は前記実装領域（２５）に対して平行に、かつ間隔を空けて配置され、前記実装領域（２５）と前記接合支持領域（３０）とは第１距離の間隔を空けて配置され、前記電気接点領域（２４）と前記接合電気相互接続領域（３１）とは、前記第１距離より短い第２距離だけ間隔を空けて配置される前記相互接続面（２３）と、第１厚みを有する複数の実装構造体（３６）であって、前記複数の実装構造体（３６）のそれぞれ１つは、前記複数の実装領域（２５）のそれぞれ１つの実装領域（２５）および前記接合支持領域（３０）と物理的に接続され、前記相互接続面（２３）の上に、前記モジュール（２１）を物理的に実装する前記実装構造体（３６）と、前記実装構造体（３６）の第１厚みよりも短い第２厚みを有する複数の電気接続部材（３７）であって、前記複数の電気接続部材（３７）のそれぞれ１つは、前記複数の電気接点領域（２４）のそれぞれ１つの電気接点領域（２４）および前記接合電気相互接続領域（３１）に電気的に接続される前記複数の電気接続部材（３７）とによって構成され、前記実装構造体（３６）及び前記電気接続部材（３７）は互いに異なる半田材料によって形成され、前記実装構造体（３６）の半田材料の融解温度は３１０℃であり、前記電気接続部材（３７）の半田材料の融解温度は２２０℃であることを特徴とする薄型相互接続構造が提供される。
【０００５】
また、本発明の別の態様によれば、電子回路モジュール（２１）を相互接続面（２３）に接続する方法であって、間隔を空けられた複数の実装領域（２５）を持つ実装面（２２）と、前記実装面（２２）によって画定される複数の電気接点領域（２４）とを有する前記電気回路モジュール（２１）を設ける工程であって、前記複数の実装領域（２５）が、前記実装面（２２）に対して平行に、かつ間隔を空けて配置された相互接続平面（２３）から第１距離の間隔を空けて配置され、前記複数の電気接点領域（２４）が、前記相互接続平面（２３）から前記第１距離よりも短い第２距離の間隔を空けて配置される工程と、複数の接合支持領域（３０）と複数の接合電気相互接続領域（３１）とを有する前記相互接続面（２３）を設ける工程と、第１厚みを有する複数の実装構造体（３６）を設ける工程と、前記第１厚みよりも薄い第２厚みを有する複数の電気接続部材（３７）を設ける工程と、前記複数の実装構造体（３６）のそれぞれ１つを、前記複数の実装領域（２５）のそれぞれ１つの実装領域（２５）および前記接合支持領域（３０）に物理的に接続して、前記相互接続面（２３）の上に前記モジュール（２１）を物理的に実装し、かつ、前記複数の電気接続部材（３７）のそれぞれ１つを、前記複数の電気接点領域（２４）のそれぞれ１つの電気接点領域（２４）および前記接合電気相互接続領域（３１）に電気的に接続して、前記実装面（２２）および前記相互接続面（２３）を間隔を空けて配置し、前記実装領域（２５）および前記接合支持領域（３０）が第１距離の間隔を空けられ、前記電気接点領域（２４）および前記接合電気相互接続領域（３１）が前記第１距離よりも短い第２距離の間隔を空けられて配置される工程とによって構成され、前記実装構造体（３６）及び前記電気接続部材（３７）は互いに異なる半田材料によって形成され、前記実装構造体（３６）の半田材料の融解温度は３１０℃であり、前記電気接続部材（３７）の半田材料の融解温度は２２０℃であることを特徴とする方法が提供される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
ここで図面、特に図１を見て、周知のボール・グリッド・アレイの装置および方法によって、プリント配線板１１の上に実装されたモジュール１０の側面図が示される。ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）は、すべて、実質的に同一の大きな直径を有する複数のボール１２を含む。ボール１２は、半田によって形成され、プリント配線板１１上の接点によって、モジュール１０の上の接点を相互接続するのに使用される。同じ例で、この他にもさらにボール１２が、単に物理的な実装構造として使用されて、アレイを完成することができる。
【０００７】
一般に、モジュール１０の材料は、プリント配線板１１を形成する材料とは異なり、２つの材料は、熱膨張係数が異なる。周知のボール・グリッド・アレイの通常の使用では、半田ボール１２の直径は、２つの異なる熱膨張係数により生じる応力を吸収するのに十分な大きさである。ボール１２を形成する半田は、亀裂または電気接点への移動なしに、応力を吸収するのに、十分な柔らかさと可縮性（yielding）を有する。しかしながら、ボール１２が小さく形成されすぎると、応力の一部が、電気接点に移動し、その結果、半田接続および／または電気接点に亀裂および切れ目を生じ、これがひいては、信頼性のない電気接点を生じさせる。
【０００８】
問題は、今日の多くの用途では、最終構造の高さまたは薄さが重大であり、これは、あるレベルを超えないように維持されなければならず、このレベルは、ボール・グリッド・アレイ型の実装および相互接続によって、高信頼性で実現できるレベルよりも一般に薄い。
【０００９】
つぎに、図２および図３を見て、本発明による薄型相互接続構造２０が、図示される。構造２０は、電子回路モジュール２１を含み、これは、パッケージされた半導体チップ，セラミック・ハイブリッド・パッケージなど、任意の周知のモジュールとすることができる。モジュール２１は、特に、相互接続面２３の上に、モジュール２１を実装するために設計された、下方実装面２２を有する。実装面２２は、複数の入力／出力端子または電気接点を含み、これらは、パッケージング技術および関連する電子回路の回路の種類に釣り合う適切な位置に配置される。一般には、接点領域２４は、標準的な多層相互接続技術により、すべての組み込み電子回路に対して、外部的にアクセス可能であり、かつ内部的にこれに接続される金属パッドを含む。
【００１０】
また、実装面２２には、相互接続面２３の上にモジュール２１を物理的に実装するために、特に備えられ、戦略的に配置される実装領域２５が含まれる。実装領域２５は、必要または適切である場合には、物理的な実装構造のほかに、電気接続を含むことができる。実装領域２５は、一部の用途では、物理的実装だけのために含めることができる。一般に、実装領域２５は、実装面２２に沿って、間隔を空けて配置され、モジュール２１にとって最良の支持を提供するのに選択された戦略的ポイントに配置される。例えば、図３のように、モジュール２１が一般に、長方形の形状である場合、実装領域２５は、四隅のそれぞれの角に隣接して形成される。
【００１１】
相互接続面２３は、複数の接合（mating）支持領域３０と、複数の接合電気相互接続領域３１とを含む。図２を見れば最も良く分かるように、モジュール２１が、相互接続面２３の上にある実装位置に配置される状態では、モジュール２１の電気接点領域２４は、接合電気相互接続領域３１と位置合わせされ、モジュール２１の実装領域２５は、複数の接合支持領域３０と位置合わせされる。この位置では、モジュール２１の実装面２２は、相互接続面２３に対して概ね平行であり、かつ間隔を空けられる。
【００１２】
ここで、モジュール２１の実装領域２５は、接合支持領域３０から、第１距離の間隔を開けられ、モジュール２１の電気接点領域２４は、接合電気相互接続領域３１から、第１距離より短い第２距離の間隔を空けられることに注意されたい。このような間隔の違いは、幾つかの異なる配置を用いることによって提供できる。例えば、この好適な実施例では、実装領域２５は、モジュール２１の実装面２２において形成される凹み３５によって画定される。凹みは、相互接続面２３の中に形成されて、接合支持領域３０を画定でき、または一部の特定の用途では、実装面２２と相互接続面２３の両方において、より小さな凹みを形成できることを無論、理解されたい。相互接続面２３の上に、実装モジュール２１を動作可能な形で実装するには、ボール、正方形など、複数の実装構造体３６が、第１距離に実質的に等しい第１厚みまたは直径を有して提供され、複数の電気接続部材３７は、第１厚みよりも小さい第２厚みを有する。この好適な実施例では、実装構造体３６と電気接続部材３７は、異なる半田材料で作られて、実装構造体３６が、基本的に、その形状を維持して、実装機能を提供する一方で、電気接続部材３７は、電気接続機能を提供するように流れる。１つの具体的な例では、実装構造体３６は、融解温度が約３１０℃の半田ボールであり、電気接続部材３７は、融解温度が約２２０℃の半田ペーストの部分である。ついで、実装構造体３６が機械的実装を提供する間、単純なリフロー工程が用いられて、電気接続部材３７を電気的に接続する。種々の機能に特に適する同一材料が、必要であれば、利用できることを理解されたい。
【００１３】
実装構造体３６は、互いに各実装領域２５および接合支持領域３０と物理的に１つずつ接続され、相互接続面２３の上に、モジュール２１を物理的に実装する。同時に、電気接続部材３７は、電気接点領域２４のそれぞれ１つを、接合電気相互接続領域３１に電気的に接続するように配置される。実装構造体３６および電気接続部材３７の位置決め及び取り付け工程は、標準的な周知の技術により実施され、本明細書では詳述する必要はない。
【００１４】
モジュール２１の上に戦略的に配置されるダミーまたは有効な実装構造体３６のいずれかを用いることにより、実装構造体３６は、熱膨張係数の違いなどによって、モジュール２１と、相互接続面２３との間に生じる応力のほとんどを吸収し、大幅に薄い電気接続部材３７によって形成または半田付けされた電気接続を保護する。さらに、この方式を用いることにより、最終パッケージの高さｈLは、ＢＧＡ実装モジュールの高さｈよりも大幅に小さい（図１参照）。図１に示されるように、ＢＧＡ実装モジュールを、高さｈLに低減するには、モジュールの実質的部分が失われることになる。好適な実施例では、凹み３５があるので、モジュール２１の少量しか失われず、大部分は回路のために残っている。凹みが、相互接続面の中に形成される場合には、それ以上の体積は失われないが、標準化の一部は失われる可能性がある。
【００１５】
このため、高信頼性の実装による薄型相互接続構造が開示される。
【００１６】
【発明の効果】
この構造は、多くの用途の高さ制限以内に収まるように容易に適応できる一方、なおかつ高信頼性の接点を提供するとともに、電気回路の体積の多くを損なわない。本発明の具体的実施例を示し、説明してきたが、当業者は、さらなる変形および改良を考え付こう。したがって、本発明は、ここに示される特定の形式には限定されないことを理解されたい。また、添付の特許請求の範囲は、本発明の意図および範囲から逸脱しないすべての変形を包含することを意図する。
【図面の簡単な説明】
【図１】周知のボール・グリッド・アレイにより、プリント配線板に実装されたモジュールの側面図である。
【図２】本発明により実装・相互接続回路上に実装されたモジュールの側面図である。
【図３】図２のモジュールの底面図である。
【符号の説明】
１１ プリント配線板、
２０ 薄型相互接続構造、
２１ 電子回路モジュール、
２２ 実装面、
２４ 電気接点領域、
２５ 実装領域、
３０ 接合支持領域、
３１ 接合電気相互接続領域、
３５ 凹み、
３６ 実装構造、
３７ 電気接続部材。
【図１】
0004545917.tif 000002
【図２】
0004545917.tif 000003
【図３】
0004545917.tif 000004