(57)【要約】  局所的な熱源を使用する集積回路チップの取付けについて説明する。一例では、インターポーザが、シリコン部品に接続するための上面と、回路基板に接続するための下面とを有しており、上面は、はんだを用いてシリコン部品に電気的に接続するための複数の接触パッドを有する。インターポーザは、複数のヒータトレースの接続端子を有する。取外し可能な制御モジュールが、インターポーザ及びシリコン部品の上に取り付けられ、電流をヒータ接続端子に導通してヒータトレースを加熱し、インターポーザの接触パッド上のはんだを溶融し、及びシリコン部品とインターポーザとの間にはんだ接合を形成する。
2017516291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、当該装置は、
シリコン部品に接続するための上面及び回路基板に接続するための底面を有するインターポーザであって、前記上面は、はんだを用いて前記シリコン部品に電気的に接続するための複数の接触パッドを有する、インターポーザと、
接続端子を有する前記インターポーザ内の複数のヒータトレースと、
前記インターポーザ及びシリコン部品の上に取り付けられ、電流をヒータ接続端子に導通して前記ヒータトレースを加熱し、前記インターポーザの前記接触パッド上のはんだを溶融し、及び前記シリコン部品と前記インターポーザとの間のはんだ接合を形成するための取外し可能な制御モジュールと、を備える、
装置。
【請求項２】
前記ヒータ接続端子に供給される電流を制御するための前記制御モジュールの温度制御回路をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記温度制御回路は、前記インターポーザの感知した温度を閾値と比較し、該比較に基づいて、前記ヒータ接続端子への電流を調整するための比較器を含む、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記温度制御回路は、前記ヒータトレースに結合されたパワートランジスタを有しており、前記比較器は、電流センサ信号に結合された第２の入力部を有しており、それによって前記電流センサ信号が選択された電圧を下回る場合にパワートランジスタがオンにされる、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記電流センサ信号と前記比較器との間にＲＣフィルタをさらに含み、それによって、該ＲＣフィルタのコンデンサは、前記電流センサ信号により充電され、前記パワートランジスタは、前記ＲＣフィルタが選択された充電電圧に到達した後に、オフにされる、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記ヒータトレースは、前記インターポーザの接触パッド同士の間を通過する導電性トレースの蛇行パターンを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記制御モジュールは、該制御モジュールを前記回路基板に取り外し可能に物理的に接続するためのピンを含み、該ピンは、前記シリコン部品の少なくとも対向する２面で前記制御モジュールから延びて、前記回路基板に接続する、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記ピンは、前記回路基板を貫通して延び且つ前記回路基板に形成された孔に係合することにより、前記回路基板に接続する、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記制御モジュールは、前記回路基板上のランドに電気的に接続して、前記回路基板から前記制御モジュールに電流を導通するポゴピンをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記制御モジュールは、前記インターポーザ上のランドと電気的に接続して、前記制御モジュールから前記ヒータ接続端子に電流を導通するポゴピンをさらに含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記制御モジュールは、電流を前記ヒータ接続端子に導通することにより、前記制御モジュールによってはんだリフロー処理を開始させるような制御スイッチをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記制御モジュールは、該制御モジュールによって、はんだリフロー処理を行っているかどうかを示すディスプレイをさらに含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記複数のヒータトレースは、単一電源に並列に接続される、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
方法であって、当該方法は、
制御モジュールにおいてリフロー信号を受信するステップであって、前記制御モジュールは、シリコン部品の上であって且つインターポーザの上で回路基板に取り付けられ、前記インターポーザは、前記回路基板に接続され、前記インターポーザは、前記シリコン部品のパッドに電気的に接続するための接触パッドを有する、受信するステップと、
前記制御モジュールのリフローサイクルを開始するステップと、
前記制御モジュールから前記インターポーザのヒータ接続端子に電流を印加するステップであって、前記ヒータ接続端子は、前記インターポーザの抵抗ヒータトレースに結合され、前記インターポーザの接触パッド上のはんだをリフローする、印加するステップと、
前記リフローサイクルの完了の際に、電流の印加を停止するステップと、を含む、
方法。
【請求項１５】
前記リフローサイクルを開始する際に、リフローインジケータ信号をアクティブにするステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記リフローサイクルを開始した後に、高温注意インジケータ信号をアクティブにするステップと、前記リフローサイクルを完了した後に、安全インジケータ信号をアクティブにするステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記電流を印加するステップは、前記回路基板から前記制御モジュールを介して前記インターポーザに電流を印加するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記印加される電流を調整して、前記インターポーザの所定のリフロー温度を維持するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
装置であって、当該装置は、
外部電源から電力を受け取るための電気コネクタと、
インターポーザのヒータトレースを駆動して、はんだ接続部を加熱し、部品を前記インターポーザに取り付けるための電気コネクタと、
温度センサ信号を受信して、前記はんだ接続部の温度を決定するための電気コネクタと、
はんだ処理を開始し、該はんだ処理が終了したことを示すコマンドを受信するためのユーザインターフェイスと、
前記コマンドを受信し、該受信に応答して前記受け取った電力を前記ヒータトレースに印加し、前記受信した温度センサ信号に基づいて印加されるヒータ電力を制御して、前記はんだ接続部におけるはんだリフロープロファイルを駆動し、及び前記はんだ処理が終了したことを示すために前記ユーザインターフェイスに電力を供給するためのコントローラと、を備える、
装置。
【請求項２０】
前記装置は、はんだリフロー処理を駆動するとともに回路基板に対して前記部品を押し付けるために、プリント基板に取り外し可能に取り付けられる、請求項１９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、外部基板又はソケットへの集積回路の取付けに関し、具体的には、局所的な熱源を用いる集積回路の取付けに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＰＵ（中央処理装置）、ＧＰＵ（グラフィックス処理装置）、制御装置等のシリコンチップ部品は、この部品の表面上のパッドと、メイン回路基板、テスト基板、又はソケット等の外部コネクタの接続アレイとの間の相互接続インターフェイスを使用する。この接続は、典型的には、ＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）の場合にははんだ付けにより、ＬＧＡ（ランド・グリッド・アレイ）の場合にはソケットを介して、達成される。テストプラットフォーム環境では、相互接続が、時にはＭＰＩ（金属粒子相互接続）ソケットを用いて達成される。製造を行う間に、このチップ部品が最終的に市販される前に、シリコンチップ部品は、異なるテストシナリオを経て進む際に、いくつかの異なるテスト用固定具に接続され得る。また、各回路基板又はソケットは、シリコンチップ部品が異なるテスト段階を経て進む際に、異なる部品をテストするために複数回再使用され得る。
【０００３】
別の共通接続システムは、異なるアプリケーションについてうまく機能する特定の特性を提供する。はんだによってチップ部品を取り付けるＢＧＡ接続は、非常に信頼性が高く、優れた高速信号伝達性能を提供する。しかしながら、はんだ付けは、制御された工場設備で行われる。はんだ接続部の再加工は、特殊な装置や訓練を要する制御された工場設備が必要である。
【０００４】
ＬＧＡ接続は、大きな柔軟性を提供する。部品は、製造プロセスのあらゆる時点でソケットに嵌合され、且つ現場で容易に交換することができる。しかしながら、ＬＧＡソケットの接点は、損傷を受け易く、高価なプリント基板を機能しない状態にしてしまう。また、ソケットは、高速信号伝達性能を低下させる。ソケットを介した接点や経路によって、かなりのインピーダンスが追加され、信号にクロストークを生じさせる。追加のインピーダンスは、接点における著しい電力損失の原因となり、それによって電力効率を低下させる。
【０００５】
ＭＰＩソケットは高価であり、大量生産には適していない。接続部は、接点が広がる、高インピーダンスを受けることがあり、及びテスト装置に使用される場合に、信頼できないものになり得る。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態による制御モジュール及び回路基板の等角分解図である。
【図２】実施形態による図１の制御モジュール及び回路基板の等角組立図である。
【図３】実施形態によるヒートシンクを回路基板に取り付ける際の等角分解図である。
【図４】実施形態によるインターポーザのヒータトレース層の上部正面図である。
【図５Ａ】実施形態によるシリコン部品を回路基板に取り付けるプロセスフロー図である。
【図５Ｂ】実施形態によるシリコン部品を回路基板に取り付ける制御モジュールの動作のプロセスフロー図である。
【図６】実施形態による回路基板からシリコン部品を取り外すプロセスフロー図である。
【図７】実施形態によるヒータの温度制御回路のブロック図である。
【図８Ａ】実施形態による１つのヒータ素子を含む抵抗ヒータトレースの図である。
【図８Ｂ】施形態による２つのヒータ素子を含む抵抗ヒータトレースの図である。
【図８Ｃ】実施形態による３つのヒータ素子を含む抵抗ヒータトレースの図である。
【図９Ａ】実施形態による代替の制御モジュール及び回路基板の等角分解図である。
【図９Ｂ】実施形態による図９Ａの制御モジュール及び回路基板の部分的に切断した状態の等角組立図である。
【図１０】実施形態による外部電源モジュール及びインターフェイスモジュールを示す図である。
【図１１】実施形態によるテスト済み半導体ダイを組み込んだコンピュータ装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明の実施形態は、添付図面の図において、限定ではなく、例として示されている。図面において、同様の参照符号は同様の要素を指す。
本明細書に記載されるように、シリコンチップ部品の取付け及び再取付けを可能にする直接的なはんだ接続を、回路基板上に形成することができる。接点のアレイを、回路基板上に直接的に形成してもよい。チップ部品は、その後、ハンダを用いて基板に直接的に取り付けられる。これは、ＬＧＡ及びＭＰＩの接点を削減し、より高い信頼性、保守性、及びシグナル・インテグリティとなる。
【０００８】
ヒータは、はんだをリフローし、信頼性の高いはんだ接合を形成するために回路基板内に設計される。ヒータの制御機構は、何処でも使用することができる再利用可能なモジュール式装置内に設けられる。これによって、工場専用ツールの依存性を無くす。また、全てのマザーボードに組み込まれた制御回路を統合する費用も削減する。
モジュール式ヒータ制御回路を用いることで、工場又は現場において、技術者は、シリコンチップ部品を取り付け又は交換することができる。モジュール式ヒータ制御回路は、マザーボード又は外部電源からの電力を用いて、制御回路を駆動し及びヒータ素子を駆動するように構成することができる。モジュール式装置は、制御電流をヒータ回路に供給して、はんだボールをソケット基板上でリフローするように構成することができる。マザーボード又はソケットの機構を使用して、信頼性のある相互接続のためにシリコンチップ部品を位置付けすることができる。完了した場合に、技術者は、モジュール式装置を取り外して再利用することができる。
【０００９】
図１は、制御モジュール１００を用いて回路基板に取り付けられた部品の等角分解図である。マザーボード又はテスト固定基板等の回路基板１０６は、ランド又はパッドが形成された接続グリッド１０７を有する。部品１０９を取り付けるためにこれらのランドにはんだを予め貼り付けてもよい。ヒータトレース（図示せず）が、マザーボード上で接続グリッドの接点の周りに形成される。ヒータトレースを介して電流を送ると、ヒータトレースは、はんだ接続部を溶融するのに十分な熱を発生させて、部品１０９をマザーボードに取り付ける、又はマザーボードからこの部品を取り外せる。ランドやパッドをマザーボード上に直接的に形成する代わりに、インターポーザを使用してもよい。インターポーザは、ソケット、多層回路基板、シリコン基板の形態であってもよく、又は他の適切なインターポーザを使用してもよい。インターポーザを用いる場合に、インターポーザは、表面実装技術又ははんだリフロー技術を用いて回路基板に取り付けられる。次に、部品１０９は、以下に説明するように、インターポーザに取り付けられる。インターポーザは、マザーボードに接続するための、部品へのコネクタ、ヒータトレース、及び配線層の全てを含むことができる。
【００１０】
任意のシリコン・ダイ又はパッケージ化されたデバイスとし得る部品１０９は、回路基板１０６のランド１０７の上に配置される。種々の異なる位置合せ機構１０８を回路基板に取り付けて、部品をランドに正確な位置合せで案内することができる。図示される例示的な機構では、この場合には、位置合せ用コーナー部が設けられ、部品をフローティングさせ、パッドに自己整合させるのが可能になる。回路基板は、実装態様に応じて、テスト又は動作のために、部品をランドを介して外部部品に接続するように回路基板上に配線をパターニングするように構成することができる。回路基板に取り付けられた部品、電源線、及び他のデバイスをサポートするために、抵抗器及び他の受動素子（図示せず）が存在してもよい。
【００１１】
取付けモジュールは、パワーシャーシ１１０に取り付けられたそれ自体の制御基板１０１を含むアセンブリの形態であり、パワーシャーシは、制御基板と、加熱プロセスを制御するための回路を含む他の部品１４６を担持する。制御基板は、マザーボードからこのマザーボード上のヒータ素子への電流の流れを制御するための能動素子又は受動素子１４６又はこれら両方を担持する。ポゴピン１０２が、シャーシの各コーナー部に取り付けられ、制御基板を貫通して延びる。この場合に、４つのピンが示されているが、これよりも多い又は少ないピンを使用してもよく、ポゴピン以外の異なる位置合せシステムを使用してもよい。ポゴピンは、制御基板を回路基板上の電気コネクタ１１２に相互接続する。示されるように、電気コネクタは、ポゴピンの接点に接続する簡素な銅ランドあるが、種々の他の電気コネクタを使用してもよい。ポゴピンは、制御モジュールを回路基板上の位置合せ機構１０８と位置合わせするための位置合せピンとしても機能する。ポゴピンを使用して、マザーボードから電力を受け取り、及び電力をヒータトレースに供給することもできる。あるいはまた、これらの機能の一方又は両方のために、外部接続を形成してもよい。
【００１２】
上部プレート１１４は、制御モジュールの動作を制御するスイッチ１０５を担持する。上部プレートは、可撓性タブ１２６を使用して、パワーシャーシの上に実装され及び取り付けられ、スロット（図示せず）及び取り外し可能な押込みリベット１０３内にスナップ式に嵌め込まれる。押込みリベットがばねを使用しており、取外しプロセスの間に、パッケージ化されたデバイスを基板から持ち上げるのを補助する。上部プレートは、安全性のためにパワーシャーシ及び全ての部品を覆っており、制御モジュールを保持して移動させるための安定した把持面を提供する。部品を取り外すときに、上部キャップ１２２，１２４によって、インターポーザを把持して部品を引き抜くことが可能になる。
【００１３】
モード制御スイッチ１０５によって、取付け及び取外しのために制御モジュールを設定する。この例では、モード制御スイッチは、丸みを帯びた面取り面を有しており、面取りされた嵌合面を上部プレートに係合してこのスイッチを上部プレートに接続する。パワーシャーシに接続された接続ポスト１２２が、上部プレートを貫通して延び、制御スイッチにも取り付けられる。このようにして、制御スイッチは、上部プレートにバヨネット式マウントを有し、パワーシャーシにも取り付けられる。これによって、上部プレートをパワーシャーシとスイッチとの間に保持する。取り外し可能な押込みリベットによって、上部プレートをパワーシャーシにも保持する。あるいはまた、上部プレート及びパワーシャーシは、種々の他の方法で一緒に固定してもよい。
【００１４】
押込みリベット１１６は、パワーシャーシの両面のそれぞれに取り付けられる。押込みリベットは、パワーシャーシを貫通して延び、マザーボードに接触する。押込みリベットは、通常の使用中に、接触プレート１１０をマザーボードから離す方向に保持するためのばね１１８を有する。押込みリベットは、ばねの抵抗に抗して上方から押し下げられ、マザーボードに接触し、及び押込みリベットと所定の位置で位置合わせされる接続孔１４２を通して押圧することができる。押込みリベットは、この孔内にラッチされ、プッシュピンを孔から取り外すためにしっかりと引き離されるまで、パワーシャーシを所定の位置に保持する。スタンドオフ、つまみねじを使用する種々の取付け方法、又は他のツールを使用する又はツールを使用しない方法を、使用してもよい。
【００１５】
部品を取り外すときに、ヒータトレースを起動して、マザーボードに接続するはんだを溶融してもよく、及び押込みリベットのばねを使用して、部品及び制御モジュール１２４をマザーボードの上に及びこのマザーボードから離れるように付勢してもよい。パワーシャーシの下部にあるタブは、制御モジュールによって部品を引き上げるように、側面によって部品を把持する。示されるように、パワーシャーシの両面のいずれかに１つの押込みリベットがある。パワーシャーシの反対側と、押込みリベットに隣接する側とのそれぞれに部品を保持するための２つのタブがある。引き抜き力を加えるための特定の構成及び把持機構は、異なる部品及び異なる取付け構成に合うように適合してもよい。
【００１６】
図２は、マザーボード１０６の部品の上で完全に組み付けられ及び配置された制御モジュール１００の等角図である。部品は、制御モジュールの下にあり、図面には表示されていない。上部プレート１１４は、パワーシャーシ１１０の上に取り付けられ、パワーシャーシ上の電気部品との直接的な接触を防止する。一例では、部品１０９（図示せず）は、制御モジュール内の所定の位置にスナップ式に嵌め込まれ、タブ１２４を使用して所定の位置に保持される。次に、制御モジュールは、ポゴピン１０２とマザーボード上のコーナー部位置合せ機構１１２との位置合せを使用して、マザーボード上に配置される。制御モジュールがマザーボード上の所定の位置に配置されると、制御モジュールを使用して、部品をマザーボードにはんだ付けする。
【００１７】
はんだは、制御モジュールを所定の位置に移動する前に、マザーボードの接続グリッドに貼り付けてもよい。制御モジュールを所定の位置に配置した状態で、ポゴピンは、マザーボード上の電源パッドから制御モジュールへの電気的な接続を確立する。マザーボードからの電力は、制御モジュールによって、マザーボードのヒータトレースに又はマザーボードのインターポーザに供給される。
制御モジュール１００のスイッチ１０５は、２つの位置を有しており、１２時の位置で取り外され、９時の位置で取り付けられる。スイッチの取付け及び取外し位置によって、取外し中に基板の一部を持ち上げるばねを起動又は停止する。制御モジュールは、制御回路基板上の集積回路部品によって制御される種々のプログラムされた異なる電流又は温度サイクルを含むことができる。これらのサイクルは、ユーザが、加熱サイクル中に制御モジュールを監視する必要がないように、自律的に動作させることができる。あるいはまた、より簡素なオン、オフスイッチを使用して、ヒータトレースへの電力を制御してもよい。
【００１８】
ＬＥＤのセットが、制御モジュール用の制御インターフェイスとして使用される。第１のＬＥＤ１３０が「高温注意（HOT）」を示すために使用される。このＬＥＤは、システムが危険な又は高い温度であることを示すために、ヒータトレースに電力が供給される度に、起動してもよい。「安全（SAFE）」とラベル付けされた第２のＬＥＤが存在する。このＬＥＤは、制御モジュールが、マザーボード及び部品に接続された所定の位置にあることを示すとともに、ユーザが制御モジュールに触れるのに安全な温度であることを示すために使用してもよい。第３のＬＥＤは、「リフロー」とラベル付けされる。このＬＥＤは、はんだ付け処理が進行中であることをユーザに示すために連続点灯又は点滅させることができ、且つ何らかの方法で中断すべきでない。これらの３つのＬＥＤは、制御モジュールの安全な動作のために十分であるが、特定の実装態様に応じて、より多い又は少ないＬＥＤがあってもよい。他のタイプのユーザ出力を、示されたものの代わりに用いてもよい。より詳細な表示システムを用いてもよく、又はシステムは、オペレータ端末への無線又は有線接続を使用してリモート表示するように構成してもよい。
【００１９】
図３は、上述した取付け及び位置合せ機構を用いて、ヒートシンクをシリコン部品の上に配置した状態の等角図である。シリコン部品３０９が、上述したように一組のコーナー部位置合せ機構３０８の間でプリント基板３０６に取り付けられる。部品は、特定の実装態様に応じて、インターポーザ基板、プリント基板、又はソケット内のヒータトレースを使用して所定の位置にはんだ付けされる。図３は、制御モジュール用の孔が、通常のヒートシンク取付けのためにも使用できることを示している。
ヒートシンク３１６は、少なくとも２つの側面にプッシュピン３１８を有し、このプッシュピンは、マザーボードの各孔３１２内に接続される。同じ孔を使用して、制御モジュールを所定の位置に保持する。熱グリース又は他の熱伝導材料が、部品３０９の上面に塗布される。次に、ヒートシンクが、部品の上面に押し付けられ、プッシュピンは、ヒートシンクを所定の位置に保持するために下部ピン３１４がマザーボードの孔を貫通して押圧されるまで、押される。部品は、過熱することなく高速且つ高負荷で動作することができる。このようなヒートシンク取付けシステムは、テスト又は通常動作のために使用することができる。
【００２０】
テスト固定具について、テストが完了した後に、プッシュピンを引き上げることにより、ヒートシンクを取り外すことができる。次に、制御モジュールを再び取り付けることにより、部品を取り外すことができる。同様の手法を使用して、シリコン部品を現場で交換することができる。ヒートシンクは、アルミニウムフィン等の金属製の放熱フィンのアレイを含む金属ベースとして示されているが、ヒートシンクは、種々の受動的又は能動的な形態を取ってもよい。液体冷却システム等のより正確なヒートシンクを使用して、部品の温度をより正確に制御してもよい。
【００２１】
図４は、本明細書で説明するような、制御モジュールと共に使用し得るヒータトレースの上面図である。ヒータトレースは、図１のインターポーザ１０７のようなインターポーザ４００として形成してもよい。あるいはまた、ヒータトレースは、回路基板１０６上に又はソケットに直接的に形成してもよい。ヒータトレースは、はんだ付けされる接続点に非常に近い材料に埋め込まれる。図４では、部品（図示せず）にはんだ付けされる接続点４０６のアレイが存在する。ヒータトレースは、接続点の各々が、ヒータトレースの熱及び設計ルールによって許容される範囲内で接続点に接近するように行４０４及び列４０２に通される。ヒータトレースに給電すると、それらヒータトレースは、加熱され、それらヒータトレースを担持するプリント基板を加熱し、及びこの基板を介して、回路基板上のランドのアレイの接続点を加熱する。
【００２２】
ヒータトレースは、インターポーザの層２等の、インターポーザの任意の適切な層内に埋め込んでもよい。ヒータトレースは、インターポーザ内のビアを加熱し、及びこのビアを介して、パッドを加熱する。ヒータトレースは、ビアを加熱することができる、インターポーザの内部層内にあってもよい。図４の例では、熱は、基板材料を介してビア内に移動した後に、取付けパッドのはんだ面に移動する。ヒータトレースの特定の構成は、フラックスの種類、フラックスの塗布方法、フラックスの量に合わせて適合させることができる。フラックスは、インターポーザ基板からはんだ付けされる部品の底部に熱を伝達するための媒体を提供する。
【００２３】
図５Ａは、本明細書に記載されるような、シリコン部品をマザーボード上に取り付けるプロセスフロー図である。部品を取り付ける前に、ヒータトレースとの接続点のアレイを提供する。これは、これらの機構をマザーボードに構築することによって、又は上述したように、マザーボードに取り付けるために、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）及びＢＧＡとランドとの間の配線層を含むＦＲ４（プリプレグ）インターポーザを構築することによって、行うことができる。インターポーザは、マザーボードを最初に又は任意の他の時間に組み付けたときに、マザーボード上に取り付けられる。
【００２４】
図５のプロセスは、本明細書に記載の制御モジュールを使用するシステムを準備するステップから開始する。それに応じて、５０２において、インターポーザは、マザーボード、テスト基板、又は他の基板上にはんだ付けされる。上述したように、インターポーザは、様々な材料から形成してもよい。そのインターポーザは、一方の側で、マザーボードに接続するように構成される。そのインターポーザは、他方の側で、シリコンデバイス部品にはんだ付けされるように構成される。インターポーザは、その部品に接続する接続パッド、ボール、又はランドの近くの又はこれらをさらに取り囲むヒータ素子及び制御モジュールのための接続部も含む。
【００２５】
インターポーザは、従来の方法でマザーボードにはんだ付けしてもよい。さらに、５０４において、他の部品が、マザーボードにはんだ付けされる。特定の部品は、基板の種類及びその使用目的に依存するであろう。これらの他の部品は、電圧調整器、電源、又はメモリ、グラフィックス、入力／出力ハブ、及び通信インターフェイス等の他のシステム部品を含んでもよい。
５０６において、取り付けるべき部品アイテムが、インターポーザに挿入される。これは、例えば、図１に示される一体化されたコーナー部位置合せ機構の補助や他の位置合せ又は配置の補助によって行うことができる。コーナー部の機構によって、部品上の接続点をインターポーザ上の接続点と安全且つ適正な位置合せが保証される。
【００２６】
５０８において、制御モジュールは、マザーボードの部品の上に配置される。これは、相互接続ポゴピンをマザーボード上の電気接続点と位置合わせすることを含むことができる。また、押込みリベットをマザーボード上のそれぞれの孔内に押し込み、プッシュピン及び制御モジュールをマザーボード上に固定すること、又は代替的な取り付け方法も含むことができる。
５１０において、制御モジュールは、電源に接続される。これは、制御モジュールがポゴピンを介して給電されるように、マザーボードを電源に接続することによって行ってもよく、又は電源を制御モジュールに直接的に接続することによって行ってもよい。５１２において、電源を接続した状態で、オペレータは、モード制御を用いて、「取付け」モードを選択する。
【００２７】
次に、５１４において、制御モジュールは、はんだリフローサイクルを開始する。５１６において、制御モジュールは、マザーボード又は他の外部電源からインターポーザのヒータトレースに電流を印加する。トレースは、抵抗加熱により加熱され、この熱は、トレースからインターポーザ又は部品のいずれかに貼り付けられる接続パッド及びはんだに伝わる。
制御モジュールのオンボードコントローラが、インターポーザ内のヒータ素子に通電する際に、その制御モジュールは、部品が、低温はんだリフローのための温度範囲内となることを確実にするために部品の温度を監視する。制御モジュールは、ヒータトレースへの電流を調整して所望の温度を維持する。この温度は、部品、インターポーザ、又は接続アレイに損傷を与えることなく、はんだをリフローするのに十分な温度となるように選択される。
【００２８】
特定の温度は、異なる材料、異なる用途、及び異なるタイプの接続に合うように修正することができる。慎重に制御された条件下でテストが行われるので、例えば、テスト基板に取り付けるためにより低い温度、低いロバストのはんだを使用することができる。エンドユーザに出荷される製品について、よりロバストな、高温はんだを使用することによって、出荷及び動作温度変化による物理的応力に耐える、また、最終製品が長年に亘って性能を持続することができる。インターポーザ上のマザーボードに使用されるはんだ化合物は、インターポーザを部品に接続するために使用されるはんだ化合物の選択にも影響を及ぼし得る。インターポーザ上の部品接合に低温はんだを使用することにより、インターポーザとマザーボードとの間のはんだに影響を与えることなく、低温はんだをリフローすることが可能になる。
【００２９】
５２０において、リフローインジケータＬＥＤが点滅する。制御モジュールは、種々の異なる制御及び表示システムに適合させることができる。示される例では、ＬＥＤのセットが使用される。そのような例では、リフロー処理が進行中であることを示すために、リフローＬＥＤが存在してもよい。リフロー処理が終了すると、このＬＥＤはオフにされる。異なる点滅周期を全てのＬＥＤで使用して、各状態表示について異なるレベルで示すことができる。５２２において、高温注意インジケータＬＥＤは、注意を示すために点灯される。高温注意インジケータは、測定又は監視される温度によって、或いは他の条件によって直接的に制御することができる。
【００３０】
サイクルが終了すると、リフローＬＥＤはオフにされる。高温注意ＬＥＤは、依然としてシステムに触れるには熱過ぎであり、及び依然としてはんだが冷却されていることを示すことができる。温度が安全なレベルに達したときに、この高温注意ＬＥＤが、５２４において消灯され、安全ＬＥＤが、リフロー処理が終わったことを確認するために、５２６において点灯する。この時点で、部品は、インターポーザに成功裏に接続され、実装態様に応じてテスト又は動作の準備が整う。
５２８において、オペレータは、ポゴピンを押圧して、プッシュピンをマザーボードのその嵌合孔から引き出して、制御モジュールを取り外す。５３０において、必要に応じて、ヒートシンクを部品に取り付けてもよい。特に便利な取付け機構が、図３の例に示されている。他の準備も行うことができ、部品を取付けた状態のマザーボードを、使用するためのテスト又はコンピュータシステムに取り付けることができる。
【００３１】
図５Ｂは、部品を回路基板に取り付けるプロセスフロー図であり、制御モジュールの動作のみを示す。５５２において、制御モジュールは、リフローイネーブル信号を受信する。制御モジュールがその受信に対応している場合に、この信号は、選択スイッチ１０５の位置によって生じるものである。あるいはまた、その信号は、制御モジュールの動作の特定の実装態様に応じて、種々の他の制御システムから生じてもよい。５５４においてリフローイネーブル信号を受信すると、制御モジュールは、リフローサイクルを開始する。このサイクルによって、部品をインターポーザに接続又はインターポーザから切断することができる。制御モジュールは、異なるデバイスタイプや、はんだ付け器及びはんだ吸い取り器についての様々な温度プロファイルを含むＭＣＵ（マイクロ・コントローラ・ユニット）を含むことができる。ＭＣＵは、インターポーザから適切なプロファイルを検出し、ヒータを通る電流の流れを制御して適切な温度サイクルを形成し、部品をはんだ付け又は部品のはんだ吸い取りを行うことができる。
【００３２】
図２の例では、制御モジュールは、回路基板に取り付けられ、且つシリコン部品の上に配置される。制御モジュール及び部品は、インターポーザの上に配置される。次に、インターポーザは、回路基板に接続される。インターポーザは、シリコン部品のパッドに電気的に接続するための接触パッドを有する。リフロー後に、シリコン部品及びインターポーザは、一緒にはんだ付けされる。あるいはまた、制御モジュールは、はんだ接続部を溶融してシリコン部品を取り外すのを可能にする。
５５６において、制御モジュールは、制御モジュールからインターポーザのヒータ接続端子に電流を印加する。ヒータ接続端子は、インターポーザの抵抗ヒータトレースに結合される。ヒータは、インターポーザの接触パッド上のはんだを加熱してそのはんだをリフローし、はんだ接続を形成するか、又ははんだ接続を引き離す。電流は、接続部によって回路基板に供給してもよい、又は別の外部電源から供給してもよい。
【００３３】
５５８において、制御モジュールは、リフローインジケータ信号をアクティブにすることができる。高温警報、特定の温度表示、タイマー等の他の信号、又は他の所望の信号としてもよい。ＬＥＤの小さなグループが本明細書に示されるが、インジケータは、他の形態であってもよい。
５６０において、制御モジュールは、リフローサイクルを完了する。その結果、５６２において、電流の印加が停止する。これは、５６４において、リフローインジケータ信号を消すことによって起こり、安全な温度又は他の表示を示すことができる。リフローサイクルが終了した後に、制御モジュールを取り外してもよい。また、部品を取り外すためにリフローサイクルを行った場合に、この部品を取り外してもよい。
【００３４】
図６は、制御モジュールを用いて部品をインターポーザ基板から取り外すプロセスフロー図である。取付けと同じように、リフロー炉が存在しておらず、大型設備を使用しない。制御モジュール、及びヒータトレースを介してはんだをリフローするのに十分である電源のみを使用して、部品を取り付け及び取り外しすることができる。
部品の取外しは、制御モジュールのコントロールが「取外し」に設定されることを除いて、取付けと同様である。これは、ポゴピンと同軸であるばねによって、上向きの圧力を部品にかけることができる。部品とインターポーザとの間の取付けを解放するようにはんだが十分に溶融されたときに、ばねの圧力は、部品を基板から取り外すのに役立つ。
【００３５】
６０２において開始し、ヒートシンクは、存在する場合に、部品から取り外される。同時に、他の付属品や接続部が、部品の上面から取り外される。これによって、部品の上面へのアクセスが可能になり、６０４において、制御モジュールが、基板の部品の上に位置付けされる。取付けと同様に、ポゴピンは、基板の電源ランド部に接続され、押込みリベットは、基板に固定される。
制御モジュールが部品の上の所定の位置に取り付けられると、６０６において、マザーボードが、電源に接続される。必要に応じて、制御モジュールを配置する前に電源を接続してもよく、又は電源は、単に所定の位置に留まることができる。
【００３６】
６０８において、オペレータは、制御モジュールを用いて取外しプロセスを開始する。これは、示される例では、制御モジュールの取外しモード位置にセレクタを回転させることにより、行うことができる。次に、６１０において、制御モジュールは、リフローサイクルを開始する。リフロー処理について、取付けと同様に、オンボードコントローラが、６１２において、インターポーザ内のヒータ素子に通電し、及び６１４において、はんだリフローの温度を監視し及び調整する。
６１６において、リフローインジケータは、このリフロープロセス中に点滅する。また、６１８において、システムがヒータ素子によって高温になった後に、高温注意ＬＥＤが点灯する。６２０において、リフロー処理中に、示される例では、ポゴピンのばねは、部品を基板から取り外すために、はんだが溶融する際に部品に上向きの圧力を加える。制御モジュールは、部品に物理的に接続される。図１では、タブ１２４が、部品の下に到達し、部品の下側の一部を把握する。ばねの上向きの圧力は、これらのタブを介して部品に伝達され、それによって、制御モジュールは、部品を上向きに引っ張る。はんだが十分に溶融されたときに、はんだ接続部が解放され、ばねによって、インターポーザの接続アレイから離れる方向に部品を引っ張る。
【００３７】
６２２において、部品が解放された後又はタイマーが経過した後に、リフローＬＥＤが消灯する。リフローサイクルが完了し及びシステムが冷却された後に、高温注意ＬＥＤを消灯する。６２４において、システムに触れても安全となるときに、安全ＬＥＤが点灯する。
次に、オペレータは、６２６において制御モジュールを取り外し、６２８において部品を取り外すことができる。これは、これら両方の取外しをマザーボードから単一の組立体として持ち上げることによって行うことができる。次に、部品を、制御モジュールから解放することができる。次に、６３０において、インターポーザの接続アレイ及び部品の接続アレイの過剰なはんだ、ロジン、又は他の材料を洗浄することができる。テストシステムについて、動作システムを修復するために、６３２において、別の部品を取り付けるためにインターポーザが準備される。例として、クリーニングパッドを制御モジュールに取り付けることができ、クリーニングサイクルが開始する。パッドを使用して、余分なはんだを除去し、新しい部品を取り付けための準備が整う。他の場合には、インターポーザ又は部品、或いはその両方を、交換又は廃棄してもよい。部品又はインターポーザの準備は、特定の実装態様及び制御モジュールの使用に合うように適合される。
【００３８】
示されるように、インターポーザは、表面実装接続と比較して、基板上に非常にわずかな追加のスペースしか必要としない。インターポーザは、ソケットよりもはるかに少ないスペースしか必要としない。これにより、基板設計の柔軟性を向上させる。インターポーザは、ＭＰＩソケットよりも信頼性が高く且つ効率的な接続を提供する。工場や現場でのＬＧＡソケットに共通するアセンブリやサービス中の損傷の危険性も排除される。
制御モジュールは、パーツの直前の設定を可能にし、効率性を高め、システム工場での在庫管理を最小化する。また、接続部のインターポーザに対する再加工可能な特性によって、高価なＣＰＵ部品が欠陥を有する基板に取り付けられている場合に、その高価なＣＰＵ部品を再利用することができる。制御モジュールは、小型でポータブルでもある。これは、現場で取り付けたシステムのアップグレードや修理のために、部品を交換するのを可能にする。システムを、遠隔の工場や修理施設に返却する必要はない。
【００３９】
マザーボードに供給される電力を用いて、制御モジュールは、一定に制御された電力を例えばＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）ヒータに供給することにより、部品とインターポーザとの間のはんだリフローを電気的に行うのを可能にする。制御モジュールは、ヒータ温度を維持するための回路を含む。温度は、マザーボードによって設定されるか、又は温度は、制御モジュールのメモリによって設定することができる。基板のはんだボールのリフロー処理中にいつでも制御モジュールを使用して、このヒータ温度を設定し及び変更することができる。
【００４０】
図７は、ヒータ温度制御回路７０２のブロック図である。その制御回路は、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal  Oxide  Semiconductor  Field  Effect  Transistor）７０８及び電流センサ７１０を介してＤＣ（直流）電圧源７０６に接続されたインターポーザ上のトレースの形態であるヒータ７０４を含む。電流センサの信号が、ＲＣローパスフィルタ７１２を介してＨＣ（ヒステリシス・コンパレータ）７１４の２つの入力部のうちの一方に供給される。他のＨＣ入力が、ヒータ温度を設定するＴＳＳ（温度設定信号）７１６に接続される。
はんだは、熱平衡状態下で溶融され、その溶融状態は、この例では閉ループ制御によって維持される。閉ループは、ヒータの抵抗に関係なく、ヒータに供給される電力を一定に保持する。制御回路は、比較器７２０に適用されるイネーブル入力部７１８も組み込む。イネーブル・コンパレータは、イネーブル入力を温度設定信号と比較し、両方がアクティブであるならば、次に、比較器の出力は、パワーＭＯＳＦＥＴ７０８に供給される。イネーブル入力７１８が、制御モジュールの回転式スイッチのリフロー位置等にある外部制御スイッチによって、設定される。イネーブル入力は、パワーＭＯＳＦＥＴを活性化することにより、ヒータを起動させる。これにより、パッケージ交換やはんだボールのリフロー処理が開始するときに、制御回路によって、ヒータを制御するのが可能になる。
【００４１】
制御回路がイネーブルにされると、スイッチングＭＯＳＦＥＴがオンになり、ＲＣフィルタの出力コンデンサが、電流センサの信号によって充電され始める。コンデンサ電圧がＴＳＳによって設定されたヒステリシス・コンパレータの上限閾値と交差すると、ヒステリシス・コンパレータは、ＭＯＳＦＥＴをオフにし、ＲＣフィルタ・コンデンサは、放電を開始する。コンデンサ電圧が、ヒステリシス・コンパレータの下限閾値と交差する際に、ＨＣは、ＭＯＳＦＥＴをオンにする。この２つの閾値は、リフロー処理の温度範囲を設定する。所望のヒータ温度を維持するために、ＭＯＳＦＥＴサイクルのオン及びオフを行う。設定温度に達した後に、パッケージが取り外される、又は他のリフロー処理が完了し、イネーブル信号がデアサートされるまで、ヒータは、熱平衡状態で動作する。
【００４２】
ローパスフィルタの出力信号は、ＭＯＳＦＥＴの平均電流レベルに比例するので、ヒータで発生した出力は、変わらないままである。ＭＯＳＦＥＴによってヒータに供給される電力は、一定の入力電圧と、ヒータで消費される平均電流との積に等しい。スイッチングＭＯＳＦＥＴは非常に少ない電力しか消費しないため、入力電源からの消費電力の殆ど全てがヒータに供給される。オン状態では、ＭＯＳＦＥＴの両端の電圧はゼロに近い。オフ状態では、ＭＯＳＦＥＴは非常に少ない電力しか消費しないので、ＭＯＳＦＥＴを流れる電流はゼロに近い。
【００４３】
種々の異なる温度及び電流の制御及び調整システムを使用して、電流をヒータトレースに供給することができる。より複雑な又はより単純なシステムを使用してもよい。図７の例は、単なる一例として提供される。図７の例では、単一の温度が、リフロー処理中に維持されるが、代わりに、リフロー処理中に温度を変更してもよい。温度は、タイミングや温度マップに応じて増大させることができる。閾値を必要に応じて変更することにより、温度を所望のパターンに維持又は低減することができる。別の実施形態では、ヒータ温度は、閉ループスイッチ切替を使用して制御することができる。異なるパルス幅変調（PWM）設定を使用して、ヒータ温度のセンサ信号を基準レベルと比較することに基づいて、ＭＯＳＦＥＴのデューティサイクルを切り替えてもよい。
【００４４】
ヒータは、種々の異なる態様のいずれかで実現することができる。図４は、各接触パッド４０６を包む蛇行トレース４０２，４０４を示しており、蛇行トレースは、接触パッドに触れることなく、インターポーザの層の周囲に巻回される。示されるように、トレースは、インターポーザの接触パッド４０６の間及び周りを通過する。示される接続パッドは、シリコンデバイス部品に接続するためのパッドである。
昇圧レギュレータを使用することなく、ヒータに必要な電力レベルをより低い電源電圧で生成するために、ヒータトレースは、１つ又は複数のスイッチを使用して一緒に又は個別に制御されるＮに等しいセクションに分割して、異なる温度を異なるヒータ領域に提供することができる。各セクションの抵抗は、Ｒｔ／Ｎとして表すことができ、ここでＲｔは、ヒータトレースの全抵抗であり、Ｎは、セクションの数である。共同制御(joint  control)のために全てのヒータセクションを並列に接続することにより、等価のヒータ抵抗は、各セクションの抵抗よりもＮ倍低い。等価のヒータ抵抗ＲｔＥ＝Ｒｔ／Ｎ２である。
【００４５】
図８Ａは、全抵抗Ｒｔを有する抵抗ヒータトレース８０６の一例を示す。ヒータは、連続的な単一のヒータ素子を形成するために、２つのヒータ端子電源接続部８０２，８０４を有する。
図８Ｂでは、２つの別個の抵抗ヒータトレース・セクション８１６，８１８に並列に接続された端子電源接続部８１２が存在する。２つのトレースは、両方とも、第２の電源端子８１４に並列に接続される。２つのセクションは、等価抵抗Ｒ／２２＝Ｒ／４を形成する。同様に、図８Ｃでは、２つのヒータ端子電源接続部８２２，８２４が、３つの別個のヒータトレース・セクション８２６，８２８，８３０に並列に接続される。これは、Ｒ／３２＝Ｒ／９の等価抵抗を形成する。ヒータトレースを複数のセクションに分割し且つこれらセクションを並列に接続することによって、同じヒータ出力をより低い電源電圧で生成することを可能にする。高電圧ヒータの熱は、より低い電圧にマッチングさせることができる。これは、リフロー温度を、電子機器のマザーボードに典型的に使用される電圧レベルで発生させることを可能にする。
【００４６】
この原理は、例えば、高い電圧レベル（Ｖ１）と低い電圧レベル（Ｖ２）とを比較し、次に以下の式に示されるように電力を等しくなるように設定することによって、表すことができる。
Ｐ＝Ｖ１２／Ｒｔ＝Ｖ２２／ＲｔＥ＝（Ｎ２×Ｖ２２）／Ｒｔ
従って、Ｖ２で達成される同じ電力レベルは、Ｖ１／Ｎで実現し得る。例として、抵抗Ｒｔ＝２４Ωを有する元のヒータトレースで２４Ｗの出力を生成するために、２４Ｖの電圧源Ｖ１が必要とされる。図８Ｂに示されるように、ヒータトレースを２つの等しいセクションに分割し且つこの２つのセクションを並列に接続することによって、必要な電圧を低減させる。１２Ｖ電源のＶ２を考える。
ＲｔＥ＝Ｒｔ／Ｎ２  ＝２４／２２＝６；    Ｐ＝Ｖ２２／ＲｔＥ＝１２２／６＝２４Ｗ
図８Ｂ及び図８Ｃに示されるように、ヒータトレースを等しいセクションに分割し且つそれらセクションを並列に接続することにより、電圧を低減させることができる。これは、制御回路のサイズ及びコストを低減することを可能にし、追加のコンバータを排除することにより、及びマザーボード上で利用可能な既存の電圧源を使用して、その効率を増大させる。
【００４７】
図９Ａは、代替の制御モジュール及びマザーボードの組合せの等角分解図である。回路基板９０２は、表面実装技術又ははんだリフロー技術を用いて回路基板に取り付けられたインターポーザ９０４を有する。次に、部品９０６が、インターポーザの上に配置される。インターポーザは、マザーボードに接続するための部品へのコネクタ、ヒータトレース、及び配線層の全てを含むことができる。特に、インターポーザは、インターポーザのヒータトレースのそれぞれを独立して駆動するために、制御モジュールのポゴピンに接続するヒータ接続部９２０を有する。部品９０６は、インターポーザのランドの上に配置され、インデックス機構、接着剤、又は任意の他の機構によって所定の位置に保持される。
【００４８】
回路基板９０４は、種々の外付け部品のいずれかをサポートし、且つ電力、データ、Ｉ／Ｏ、及び他のデバイスに接続するための他の多くの機能（図示しない）を含む。回路基板は、インターポーザを取り付けるときにインターポーザを所定の位置に保持するとともに、制御モジュール９３２の位置合せピン９１０を位置合わせするのに役立つような位置合せコーナー部９１２も含む。コーナー部に加えて、回路基板は、３つ対応するポスト９１８を制御モジュールに係合するための３つのペグ９１６を含む。ポストは、制御モジュールを所定の位置に保持するためにペグの上に配置される。
制御モジュール９３２は、制御回路９１４と、外部電源から電力を受け取るよう電源コネクタ９２４とを有する。この受け取った電力を使用して、制御回路を動作させる又はインターポーザのヒータトレースを駆動する、或いは両方を行ってもよい。カバー９２６が、制御回路を覆い、且つユーザインターフェイス９２８を提供する。
【００４９】
図９Ｂは、部品（図示せず）及びインターポーザ９０４の上の所定の位置に同じ制御モジュールを配置した状態の等角及び断面図である。ポゴピン９３０が一方の側にあるのが明確に確認することができ、制御モジュールの回路からインターポーザ上のコネクタに電気的接続を形成する。この例では、接続部は、インターポーザのヒータトレースに直接的に存在している。しかしながら、接続部は、代替的に、回路基板によって、ヒータトレースへの接続を行うような回路基板であってよい。回路基板を使用して、電力を制御モジュールに及びヒータトレースに供給する場合に、ポゴピンを回路基板に接続するのが有用であり得る。この例では、外部電源の接続部９２４が、制御モジュールから提供され、それによって、ヒータトレースへの直接的な接続が、必ずしも必要ではないが、より簡素になる。
【００５０】
プロセッサをソケット内に挿入するのと同様にして、修理中又は製造フローで、プロセッサ９０６は、インターポーザ９０４上に配置される。フラックスが、インターポーザに塗布される。インターポーザ上の位置合せ機構によって、正しいはんだ付けを行うためにプロセッサを位置合せする。コントローラ９１４を含む取付けツール９３２が、基板上に設置される。リフローサイクルが、オペレータによって開始され、プロファイルが実行され、プロセッサを基板にリフローする。インターポーザは、再加工プロセスによって後の時点で取り付けることができるが、インターポーザは、メインマザーボードのビルドの一部であり、既にマザーボードにはんだ付けされている。プロセッサは、手動による位置合せ機構を使用して又は必要に応じて取付けツールによって、インターポーザ内に挿入される。制御モジュール９３２が、基板上に位置付けされる。コントローラの機構が、基板の機構に嵌合し、ねじで又は任意の適切な方法で固定される。基板の機構は、図３に示されるように、スタンドオフを搭載するヒートシンクであってもよい。
【００５１】
ソフトウェア又はモードスイッチにより、制御モジュールで取付けモードが選択される。次に、リフローは、ソフトウェア又はモードスイッチに応答して開始される。リフロー処理中に、リフローインジケータ９２８が点滅し、高温注意インジケータは、オペレータに待つように促し、その後、安全なインジケータは、モジュールを安全に取り外すことができることを示すために点灯する。
リフローインジケータが点滅する際に、制御モジュールは、ポゴピンを介してヒータトレースに励磁電流を送る。ヒータトレースは、励磁電流に応答して始動する。センサトレースも、ヒータトレースの温度上昇に応じて始動する。
【００５２】
コントローラ９１４は、他のポゴピン介してセンサトレースに正確な電流を供給する。センサトレースは、ヒータトレース・セグメントに位置合わせされ、個々の制御ゾーンについて良好な柔軟性を可能にし、及びマザーボードの銅密度及びレイアウトの相違を補償するのを可能にする。インターポーザのセンサ層は、正確な温度測定及びヒータゾーンの閉ループ制御を可能にする。
コントローラ９１４は、センサトレースの平均温度を示す電圧を監視し、ヒータ電流を制御してはんだリフロープロファイルを満たすように適切な温度を達成するのを保証する。コントローラは、このプロファイルを完了し、コントローラインターフェイスのＬＥＤインジケータ９２８を管理する。ヒートシンクアセンブリは、最後の取付け工程で行ってもよい。
【００５３】
図１０は、回路基板９５０の部品及びインターポーザの上に位置付けされた簡素なインターフェイスモジュール９５２の図である。インターフェイスモジュールは、外部電源モジュール９６０に結合される。図１０に示されるパーツ、レイアウト、及び構成は、ヒータの駆動及び制御部が外部モジュール９６０に常駐していることを除いて、図９Ａ及び図９Ｂと同じである。コントローラアセンブリが、電源モジュール９６０内にある一方、インターフェイスモジュール９５２は、ケーブル接続からポゴピンに信号を転送するインターフェイスボードを有する。換言すれば、上述した制御モジュールは、２つの別個の部品に分割され、それらは、回路基板に収まる簡素なインターフェイス部品、及びケーブルを使用してそのインターフェイスに接続する外部インテリジェント部品である。スペースの制限及び他の要件に応じて、外付け部品は、代わりに、直接的な物理コネクタを使用して、インターフェイス部品の直上含む他の方法で接続することができる。
【００５４】
電源ケーブルコネクタ９５６が、電源モジュールの電源出力部９６２に結合される。電源出力部は、ヒータの駆動電流を供給する。インターフェイスモジュールのセンサ出力信号９５８は、電源モジュールの信号コネクタ９６４にセンサ信号を提供する。インターフェイスモジュールの信号コネクタは、ユーザインターフェイスのＬＥＤ９５４、及び他の機能接続部も駆動することができる。電源モジュールの外部電源コネクタ９６２は、外部の直流電源、又は交流電源を受け、電源モジュールに電力を供給し、ヒータトレース及びインターフェイスモジュール９５２の任意の部品に電力を供給する。外部電源がＡＣである場合に、ＤＣコンバータを、電源モジュールに内蔵してもよい。
【００５５】
図１０の実装態様では、制御回路及び電源は、外部電源モジュールによるものである。インターポーザ及びユーザインターフェイスへの接続部は、インターフェイスモジュール内にある。ユーザインターフェイスを、インターフェイスモジュールから電源モジュールに移動してもよい。他の実施形態でされ且つ説明するように、制御モジュールは、プロセッサ及びインターポーザの上に収まり、且つインターポーザに接続するようにマザーボードと一緒に設計される。制御モジュール及びマザーボードは、マザーボード上の他のパーツが、制御モジュールの取付け、取外し、及び使用の際に干渉しないように設計される。本実施例では、基板上に部品と一緒に取り付けるコントローラをモジュール内に収まるように設計する代わりに、外部電源モジュールは、接続、保護、位置合せ、及びユーザインジケータのみを提供する簡素インターフェイスモジュールにプラグ接続することによって、任意の部品及びプリント基板の組合せで動作する。インターフェイスモジュールは、コントロール及び電源回路の全てが除去されるため、設計及び構築が簡易である。
【００５６】
図１１は、本発明の一実施態様によるコンピュータ装置１１を示す。コンピュータ装置１１は、基板２を収容する。基板２は、プロセッサ４及び少なくとも１つの通信チップ６を含むがこれらに限定されない、複数の部品を含むことができる。プロセッサ４は、基板２に物理的及び電気的に結合される。いくつかの実装態様では、少なくとも１つの通信チップ６も、基板２に物理的及び電気的に結合される。更なる実装態様では、通信チップ６は、プロセッサ４の一部である。
その用途に応じて、コンピュータ装置１１は、基板２に物理的及び電気的に結合する又は結合されない他の部品を含んでもよい。これらの他の部品は、揮発性メモリ（例えば、ＤＲＡＭ）８、不揮発性メモリ（例えば、ＲＯＭ）９、フラッシュメモリ（図示せず）、グラフィックス・プロセッサ１２、デジタル信号プロセッサ（図示せず）、暗号プロセッサ（図示せず）、チップセット１４、アンテナ１６、タッチスクリーン・ディスプレイ等のディスプレイ１８、タッチスクリーン・コントローラ２０、バッテリ２２、オーディオコーデック（図示せず）、ビデオコーデック（図示せず）、出力増幅器２４、全地球測位システム（GPS）装置２６、コンパス２８、加速度計（図示せず）、ジャイロスコープ（図示せず）、スピーカ３０、カメラ３２、及び（例えば、ハード・ディスク・ドライブ等の）大容量記憶装置１０、コンパクトディスク（CD）（図示せず）、デジタル多用途ディスク（DVD）（図示せず）等）を含むが、これらに限定されるものではない。これらの部品は、システムボード２に接続し、システムボードに取り付け、又は他の部品のいずれかと組み合わせることができる。
【００５７】
通信チップ６は、コンピュータ装置１１との間でデータを転送するための無線及び／又は有線通信を可能にする。用語「無線」及びその派生語は、変調された電磁放射の使用によって、データを非固体媒体を介して通信する回路、デバイス、システム、方法、技術、通信チャネル等を表すために使用することができる。この用語は、関連する装置がワイヤを含まないことを意味するものではないが、いくつかの実施形態ではそのように意味し得る。通信チップ６は、Ｗｉ−Ｆｉ（ＩＥＥＥ８０２．１１関連規格）、ＷｉＭＡＸ（ＩＥＥＥ８０２．１６関連規格）、ＩＥＥＥ８０２．２０、ロングタームエボリューション（LTE）、Ｅｖ−ＤＯ、ＨＳＰＡ＋、ＨＳＤＰＡ＋、ＨＳＵＰＡ＋、ＥＤＧＥ、ＧＳＭ（登録商標）、ＧＰＲＳ、ＣＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＤＥＣＴ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、イーサネット（登録商標）、その派生体を含むがこれらに限定されない多数の無線又は有線の規格やプロトコルのいずれかだけでなく、３Ｇ、４Ｇ、５Ｇ、及びこれ以降の規格として指定される他の無線及び有線プロトコルも実装することができる。コンピュータ装置１１は、複数の通信チップを含んでもよい。例えば、第１の通信チップ６は、Ｗｉ−ＦｉやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の短距離無線通信専用であってもよく、第２の通信チップ６は、ＧＰＳ、ＥＤＧＥ、ＧＰＲＳ、ＣＤＭＡ、ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ、Ｅｖ−ＤＯ、及び他の規格等の長距離無線通信専用であってもよい。
【００５８】
コンピュータ装置１１のプロセッサ４は、プロセッサ４内にパッケージ化された集積回路ダイを含む。本発明のいくつかの実装態様では、プロセッサ、記憶装置、通信装置、又は他の構成要素の集積回路ダイは、必要に応じて、本明細書に記載されるようにインターポーザと一緒に取り付けられ又はテストされる１つ又は複数のダイを含む。用語「プロセッサ」は、レジスタ及び／又はメモリからの電子データを処理して、その電子データをレジスタ及び／又はメモリに格納することができる他の電子データに変換する装置又は装置の一部を指し得る。
【００５９】
様々な実装態様では、コンピュータ装置１１は、ラップトップ、ネットブック、ノートブック、ウルトラブック、スマートフォン、タブレット、パーソナルデジタルアシスタント（PDA）、ウルトラモバイルＰＣ、携帯電話、デスクトップコンピュータ、サーバ、プリンタ、スキャナ、モニタ、セットトップボックス、娯楽制御装置、デジタルカメラ、携帯音楽プレーヤ、デジタルビデオレコーダとすることができる。更なる実装態様では、コンピュータ装置１１は、データを処理する任意の他の電子機器であってもよい。
実施形態は、１つ以上のメモリチップ、コントローラ、ＣＰＵ（中央処理装置）、マザーボードを使用して相互接続されたマイクロチップ又は集積回路、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、及び／又はフィールド・プログラマブル・ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）の一部として実装され得る。
【００６０】
「一実施形態」、「実施形態」、「例示的な実施形態」、「様々な実施形態」等についての言及は、そのように説明される本発明の実施形態（複数可）が、特定の特徴、構造、又は特性を含むが、全ての実施形態が、必ずしも特定の特徴、構造、又は特性を含むわけではないことを示す。さらに、いくつかの実施形態は、他の実施形態について説明した特徴のいくつか、全てを有する、或いはいずれも有さなくてもよい。
以下の詳細な説明及び特許請求の範囲において、その派生語と併せて「結合される」という用語が使用され得る。「結合される」は、２つ以上の要素が、互いに協働したり、相互作用したりすることを示すために使用されるが、それらの要素には、それら要素の間に介在する物理的又は電気的な要素があってもなくてもよい。
【００６１】
特許請求の範囲で使用される場合に、特に断らない限り、共通の要素を説明するための「第１の」、「第２の」、「第３の」等の序数形容詞の使用は、単に同じ要素の異なる例を示すために参照され、そして、そのように説明された要素が、所定の順番で、時間的、空間的に、ランキングで又は他の方法でそのような順番等でしなければならないことを意味するものではない。
図面及び前述した説明は、実施形態の例を与える。当業者は、説明した要素の１つ以上を単一の機能的な要素に十分に組み合わせてもよいことを理解するであろう。あるいはまた、特定の要素を、複数の機能的な要素に分割してもよい。一実施形態の要素を、他の実施形態に追加してもよい。例えば、本明細書で説明するプロセスの順序は、変更してもよく、且つ本明細書中に説明した方法に限定されるものではない。また、任意のフロー図の動作は、示される順序で実施する必要はなく、全ての動作を、必ずしも実施する必要はない。さらに、他の動作に依存しないこれらの動作は、他の動作と並行して実施することができる。実施形態の範囲は、これら具体例によって限定されるものではない。構造、寸法、及び使用する材料の違い等の多くの変形形態は、明細書に明示的に記載されているか否かにかかわらず、可能である。実施形態の範囲は、以下の特許請求の範囲に与えられる範囲と少なくとも同じである。
【００６２】
以下の実施例は、更なる実施形態に関連する。様々な実施形態の種々の特徴は、種々の様々な用途に適するように含められ及び他に除外された一部の機能と様々に組み合わせることができる。いくつかの実施形態は、シリコン部品に接続するための上面及び回路基板に接続するための底面を含むインターポーザであって、上面は、はんだを用いてシリコン部品に電気的に接続するための複数の接触パッドを有する、インターポーザと；接続端子を有するインターポーザ内の複数のヒータトレースと；インターポーザ及びシリコン部品の上に取り付けられ、電流をヒータ接続端子に導通してヒータトレースを加熱し、インターポーザの接触パッド上のはんだを溶融し、及びシリコン部品とインターポーザとの間のはんだ接合を形成するための取り外し可能な制御モジュールと；を有するシステムに関する。
【００６３】
更なる実施形態は、ヒータ接続端子に供給される電流を制御するための制御モジュールの温度制御回路を含む。更なる実施形態では、温度制御回路は、インターポーザの感知した温度を閾値と比較し、この比較に基づいて、ヒータ接続端子への電流を調整するための比較器を含む。温度制御回路は、ヒータトレースに結合されたパワートランジスタを有しており、比較器は、電流センサ信号に結合された第２の入力部を有しており、それによって、電流センサ信号が選択された電圧を下回るときに、パワートランジスタがオンにされる。
更なる実施形態は、電流センサ信号と比較器との間にＲＣフィルタを含み、それによって、ＲＣフィルタのコンデンサは、電流センサ信号により充電され、パワートランジスタは、ＲＣフィルタが選択された充電電圧に到達した後に、オフにされる。
【００６４】
更なる実施形態では、ヒータトレースは、インターポーザの接触パッド同士の間を通過する導電性トレースの蛇行パターンを含む。制御モジュールは、制御モジュールを回路基板に取り外し可能に物理的に接続するためのピンをさらに含み、ピンは、シリコン部品の少なくとも対向する２面で制御モジュールから延びて、回路基板に接続する。ピンは、回路基板に形成された孔を貫通して延び且つこの孔に係合することにより、回路基板に接続する。
更なる実施形態では、制御モジュールは、回路基板上のランドに電気的に接続して、回路基板から制御モジュールに電流を導通するポゴピンをさらに含む。制御モジュールは、インターポーザ上のランドと電気的に接続して、制御モジュールからヒータ接続端子に電流を導通するポゴピンをさらに含む。
更なる実施形態では、制御モジュールは、電流をヒータ接続端子に導通することにより、制御モジュールによってはんだリフロー処理を開始させるような制御スイッチをさらに含む。制御モジュールは、制御モジュールによって、はんだリフロー処理を行っているかどうかを示すディスプレイをさらに含む。複数のヒータトレースは、単一電源に並列に接続される。
【００６５】
いくつかの実施形態では、制御モジュールにおいてリフロー信号を受信するステップであって、制御モジュールは、シリコン部品の上であって且つインターポーザの上で回路基板に取り付けられ、インターポーザは、回路基板に接続され、インターポーザは、シリコン部品のパッドに電気的に接続するための接触パッドを有する、受信するステップと；制御モジュールのリフローサイクルを開始するステップと；制御モジュールからインターポーザのヒータ接続端子に電流を印加するステップであって、ヒータ接続端子は、インターポーザの抵抗ヒータトレースに結合され、インターポーザの接触パッド上のはんだをリフローする、印加するステップと；リフローサイクルの完了の際に、電流の印加を停止するステップと；を含む方法に関する。
【００６６】
更なる実施形態は、リフローサイクルを開始する際に、リフローインジケータ信号をアクティブにするステップを含む。更なる実施形態は、リフローサイクルを開始した後に、高温注意インジケータ信号をアクティブにするステップと、リフローサイクルを完了した後に、安全インジケータ信号をアクティブにするステップとを含む。更なる実施形態では、電流を印加するステップは、回路基板から制御モジュールを介してインターポーザに電流を印加するステップを含む。更なる実施形態は、印加される電流を調整して、インターポーザの所定のリフロー温度を維持するステップを含む。
【００６７】
いくつかの実施形態では、外部電源から電力を受け取るための電気コネクタと；インターポーザのヒータトレースを駆動して、はんだ接続部を加熱し、部品をインターポーザに取り付けるための電気コネクタと；温度センサ信号を受信して、はんだ接続部の温度を決定するための電気コネクタと；はんだ処理を開始し、このはんだ処理が終了したことを指示すコマンドを受信するためのユーザインターフェイスと；コマンドを受信し、この受信に応答して受け取った電力をヒータトレースに印加し、受信した温度センサ信号に基づいて印加されるヒータ電力を制御して、はんだ接続部におけるはんだリフロープロファイルを駆動し、及びはんだ処理が終了したことを示すためにユーザインターフェイスに電力を供給するためのコントローラと；を有する装置に関する。
更なる実施形態では、装置は、はんだリフロー処理を駆動するとともに回路基板に対して部品を押し付けるために、プリント基板に取り外し可能に取り付けられる。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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