JPH07202378A - パッケージ化電子ハードウェア・ユニット - Google Patents
パッケージ化電子ハードウェア・ユニットInfo
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- JPH07202378A JPH07202378A JP6313111A JP31311194A JPH07202378A JP H07202378 A JPH07202378 A JP H07202378A JP 6313111 A JP6313111 A JP 6313111A JP 31311194 A JP31311194 A JP 31311194A JP H07202378 A JPH07202378 A JP H07202378A
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- electronic hardware
- substrate
- packaged electronic
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- solder balls
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- H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistors
- H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistors electrically connecting electric components or wires to printed circuits
- H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistors electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
- H05K3/341—Surface mounted components
- H05K3/3415—Surface mounted components on both sides of the substrate or combined with lead-in-hole components
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- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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- H10W90/721—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bump connectors
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
- Structures For Mounting Electric Components On Printed Circuit Boards (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 チップ・パッケージ及びその入出力(I/
O)端子のロケーション及び数、並びに対応するデバイ
スのフットプリントを増大する技術を提供する。 【構成】 はんだボールなどのコントロール・コラプス
電気相互接続とピン・スルーホール導体との組合わせを
含むパッケージを有する論理回路用の電気デバイスを開
示する。ピンがはんだボールのアレイの周囲の外側に配
置されることで、電気デバイスのフットプリントを、信
頼性を維持しながら、はんだボールだけを有する時の最
大フットプリントよりも増大させる。更に、ピンが基板
を次レベルのアセンブリに自己位置合わせする役目をは
たし、はんだボールがピンの過挿入を防ぐスタンドオフ
として機能するなどの利点が得られる。
O)端子のロケーション及び数、並びに対応するデバイ
スのフットプリントを増大する技術を提供する。 【構成】 はんだボールなどのコントロール・コラプス
電気相互接続とピン・スルーホール導体との組合わせを
含むパッケージを有する論理回路用の電気デバイスを開
示する。ピンがはんだボールのアレイの周囲の外側に配
置されることで、電気デバイスのフットプリントを、信
頼性を維持しながら、はんだボールだけを有する時の最
大フットプリントよりも増大させる。更に、ピンが基板
を次レベルのアセンブリに自己位置合わせする役目をは
たし、はんだボールがピンの過挿入を防ぐスタンドオフ
として機能するなどの利点が得られる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は超小型化電子回路表面実
装技術(SMT:surface mount technology)に関し、
特に、チップ及びモジュールを含む集積回路デバイス
を、はんだボール(solder ball)などのコントロール
・コラプス電気相互接続(controlled collapse electr
ical interconnection)とピン・スルーホール導体との
組合わせを用いてパッケージ化することに関する。
装技術(SMT:surface mount technology)に関し、
特に、チップ及びモジュールを含む集積回路デバイス
を、はんだボール(solder ball)などのコントロール
・コラプス電気相互接続(controlled collapse electr
ical interconnection)とピン・スルーホール導体との
組合わせを用いてパッケージ化することに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、特に集積回路及びVLSI(超大
規模集積回路)技術において、はんだ電気接触が広く使
用され、20年以上に渡って実施されてきた。この技術
は完全な域に達しており、はんだボール接続(SBC)
技術として、広く利用されてきた。これまでに多数の技
術が開発され、例えばIBMにおいては、しばしば業界
においてフリップチップ(flip-chip)技術として参照
されるコントロール・コラプス・チップ接続すなわちC
−4技術が開発された。用語"フリップチップ"が使用さ
れる由縁は、上向きのパッケージ(例えばチップ)・ピ
ンへの電気接続を、例えばワイヤボンド技術により実現
する従来広く使用される技術に反し(反転パッケージ
(inverted package)として参照される)、これはパッ
ケージング・チップの電気接続をフェース・ダウンで実
施することに由来する。
規模集積回路)技術において、はんだ電気接触が広く使
用され、20年以上に渡って実施されてきた。この技術
は完全な域に達しており、はんだボール接続(SBC)
技術として、広く利用されてきた。これまでに多数の技
術が開発され、例えばIBMにおいては、しばしば業界
においてフリップチップ(flip-chip)技術として参照
されるコントロール・コラプス・チップ接続すなわちC
−4技術が開発された。用語"フリップチップ"が使用さ
れる由縁は、上向きのパッケージ(例えばチップ)・ピ
ンへの電気接続を、例えばワイヤボンド技術により実現
する従来広く使用される技術に反し(反転パッケージ
(inverted package)として参照される)、これはパッ
ケージング・チップの電気接続をフェース・ダウンで実
施することに由来する。
【0003】熱心な研究の結果、SBCアレイは高い信
頼性を有するが、特定の寸法的制限及び距離制限を有す
ることが示された。そして、これらの制限はチップの領
域アレイ上のニュートラル・ポイントまたはゼロ応力ポ
イント(point of zero stress)として通常、参照され
る箇所からはんだボールまでの、破断(rupture)また
は応力破壊(stress fracture)の危険が伴わない最大
距離の要因である。こうしたチップは、通常、一様の間
隔をおいて配置されるはんだボールのアレイを含むフッ
トプリントを有し、これらのはんだボールは実質的に矩
形の、好適には対称の正方形パターンまたはレイアウト
に配置される。
頼性を有するが、特定の寸法的制限及び距離制限を有す
ることが示された。そして、これらの制限はチップの領
域アレイ上のニュートラル・ポイントまたはゼロ応力ポ
イント(point of zero stress)として通常、参照され
る箇所からはんだボールまでの、破断(rupture)また
は応力破壊(stress fracture)の危険が伴わない最大
距離の要因である。こうしたチップは、通常、一様の間
隔をおいて配置されるはんだボールのアレイを含むフッ
トプリントを有し、これらのはんだボールは実質的に矩
形の、好適には対称の正方形パターンまたはレイアウト
に配置される。
【0004】超小型デバイスをシステム・コンポーネン
トに電気的に結合するほとんどの接続システムでは、例
えばチップ、モジュール及び回路基板の間の材料の不一
致が存在し、この不一致が電気接続における機械的応力
をもたらす。例えば回路チップのシリコンなどの材料
と、モジュール基板として使用されるセラミックなどの
材料と、モジュールが実装されるエポキシ硝子回路カー
ドとの間の熱膨張係数の差は、はんだボールの使用にお
いては重要である。これらの機械的応力は、単にデバイ
スが落下した場合に発生する衝撃により生成される応力
も含み、過去に広く研究されてきた。一般的に、はんだ
ボールの最大数に関し、はんだボールのサイズとそれら
の距離との組合わせを要因とする制限が存在することが
知られており、満足のいく信頼性と確立された電気接続
の存続性を維持するように組込まれる。
トに電気的に結合するほとんどの接続システムでは、例
えばチップ、モジュール及び回路基板の間の材料の不一
致が存在し、この不一致が電気接続における機械的応力
をもたらす。例えば回路チップのシリコンなどの材料
と、モジュール基板として使用されるセラミックなどの
材料と、モジュールが実装されるエポキシ硝子回路カー
ドとの間の熱膨張係数の差は、はんだボールの使用にお
いては重要である。これらの機械的応力は、単にデバイ
スが落下した場合に発生する衝撃により生成される応力
も含み、過去に広く研究されてきた。一般的に、はんだ
ボールの最大数に関し、はんだボールのサイズとそれら
の距離との組合わせを要因とする制限が存在することが
知られており、満足のいく信頼性と確立された電気接続
の存続性を維持するように組込まれる。
【0005】組込まれるはんだボールの構成及び数に影
響を及ぼす他の要因には、はんだボールを作る際に使用
される材料、及びはんだボールで結合または接続される
チップまたはモジュール上の材料が含まれる。
響を及ぼす他の要因には、はんだボールを作る際に使用
される材料、及びはんだボールで結合または接続される
チップまたはモジュール上の材料が含まれる。
【0006】ニュートラル・ポイントの距離の信頼性を
増す別の技術では、チップまたはモジュールを基板にエ
ポキシ樹脂で接着する。熱膨張によるチップまたはモジ
ュールの応力がエポキシまたはにかわを介し、基板また
はカードに伝達または消散される。これはコンポーネン
トの故障が存在する場合にも、カードの再加工を必要と
しない発展的な技術である。
増す別の技術では、チップまたはモジュールを基板にエ
ポキシ樹脂で接着する。熱膨張によるチップまたはモジ
ュールの応力がエポキシまたはにかわを介し、基板また
はカードに伝達または消散される。これはコンポーネン
トの故障が存在する場合にも、カードの再加工を必要と
しない発展的な技術である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、チッ
プ・パッケージ及びその入出力(I/O)端子のロケー
ション及びそれらの数、並びに対応するデバイスのフッ
トプリントを増大する技術を提供することである。
プ・パッケージ及びその入出力(I/O)端子のロケー
ション及びそれらの数、並びに対応するデバイスのフッ
トプリントを増大する技術を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の技術は、SBC
技術を高密度I/Oフットプリントへ拡張し、その結
果、I/O数が増加し、同時にSBCパッケージの元来
の低インダクタンスが得られる利点を利用することがで
きるものである。
技術を高密度I/Oフットプリントへ拡張し、その結
果、I/O数が増加し、同時にSBCパッケージの元来
の低インダクタンスが得られる利点を利用することがで
きるものである。
【0009】この利点は、はんだボール・コネクタから
外側に広がるI/Oロケーションに導電性のピンを追加
して、コンポーネント・パッケージ上のI/O数を増加
することにより達成される。導電性のピンはワイヤ同様
の優れた機械的及び電気的特性を有するが、はんだボー
ルよりも桁違いに大きなインダクタンスを有する。ピン
ははんだボールよりも、コンポーネントの計算されたゼ
ロ応力ポイントからより外側に配置され、はんだボール
内の応力破壊が発生しないと想定されるゼロ応力ポイン
トからの距離として見きわめられた寸法を越えて配置さ
れる。特に鑞付けされて(brazed)、スルーホール接続
を意図する電気接続ピンの強度及びたわみ性は、熱膨張
による不当な応力に容易に耐えることができ、ゼロ応力
ポイントから遠く離れるほど、そうしたことが当てはま
る。
外側に広がるI/Oロケーションに導電性のピンを追加
して、コンポーネント・パッケージ上のI/O数を増加
することにより達成される。導電性のピンはワイヤ同様
の優れた機械的及び電気的特性を有するが、はんだボー
ルよりも桁違いに大きなインダクタンスを有する。ピン
ははんだボールよりも、コンポーネントの計算されたゼ
ロ応力ポイントからより外側に配置され、はんだボール
内の応力破壊が発生しないと想定されるゼロ応力ポイン
トからの距離として見きわめられた寸法を越えて配置さ
れる。特に鑞付けされて(brazed)、スルーホール接続
を意図する電気接続ピンの強度及びたわみ性は、熱膨張
による不当な応力に容易に耐えることができ、ゼロ応力
ポイントから遠く離れるほど、そうしたことが当てはま
る。
【0010】本発明の技術は、全ての可能な電気接続の
効率化及び最大利用を実現し、いわゆる犠牲(sacrific
ial)はんだボールまたは機能上電気的に作用しない他
の応力キャリアの必要性を排除する。例えば、10×1
0の接続グリッド・アレイは、余分な2列のピンが存在
する12×12のボックスに含まれる10×10のグリ
ッド領域程の信頼性を持たないことは理解されよう。本
発明によれば、余分な2列が電気的に機能し、しかも応
力破壊の観点から高い信頼性を提供する。
効率化及び最大利用を実現し、いわゆる犠牲(sacrific
ial)はんだボールまたは機能上電気的に作用しない他
の応力キャリアの必要性を排除する。例えば、10×1
0の接続グリッド・アレイは、余分な2列のピンが存在
する12×12のボックスに含まれる10×10のグリ
ッド領域程の信頼性を持たないことは理解されよう。本
発明によれば、余分な2列が電気的に機能し、しかも応
力破壊の観点から高い信頼性を提供する。
【0011】
【実施例】本発明は、本発明の実施例を表す添付図を参
照して、詳細に述べられる。説明の最初に当たり、当業
者においては本発明の好適な結果を得るために、本発明
を変更することも有り得よう。従って、後述の説明は当
業者を対象とする広い教示を開示するものであり、本発
明を制限するものではないことを述べておく。
照して、詳細に述べられる。説明の最初に当たり、当業
者においては本発明の好適な結果を得るために、本発明
を変更することも有り得よう。従って、後述の説明は当
業者を対象とする広い教示を開示するものであり、本発
明を制限するものではないことを述べておく。
【0012】図1を参照すると、基板ベース12及びキ
ャップ14を有するモジュール10が表される。キャッ
プ14と基板ベース12との間には、一般的なチップ1
6及び18が挟まれる。モジュール10はエポキシ硝子
回路基板カード20に接続される。カード20とチップ
16及び18との間の導電性は、一般的にはんだボール
22として表される導電性の材料により維持される。ハ
ードワイヤ・ラインまたはプリント回路基板の電気的パ
スは、一般にライン24及び26として表される。
ャップ14を有するモジュール10が表される。キャッ
プ14と基板ベース12との間には、一般的なチップ1
6及び18が挟まれる。モジュール10はエポキシ硝子
回路基板カード20に接続される。カード20とチップ
16及び18との間の導電性は、一般的にはんだボール
22として表される導電性の材料により維持される。ハ
ードワイヤ・ラインまたはプリント回路基板の電気的パ
スは、一般にライン24及び26として表される。
【0013】図1は断面図を表し、モジュール・キャッ
プ14は通常、はんだ付け可能なキャップまたは鑞付け
されたセラミックを含む材料からなる。グロブ・トップ
(glob-top)も使用可能である。また高価ではあるが、
熱伝導モジュール(TCM:termal conduction modul
e)も考慮される。ベースまたは基板12は通常セラミ
ック材料であり、keyatheraまたは"92−11"と呼ば
れる材料などから構成される。上述のようにカード20
はエポキシと硝子、または銅−アンバー−銅(cu-inv-c
u)などの他の適当な材料から構成される。
プ14は通常、はんだ付け可能なキャップまたは鑞付け
されたセラミックを含む材料からなる。グロブ・トップ
(glob-top)も使用可能である。また高価ではあるが、
熱伝導モジュール(TCM:termal conduction modul
e)も考慮される。ベースまたは基板12は通常セラミ
ック材料であり、keyatheraまたは"92−11"と呼ば
れる材料などから構成される。上述のようにカード20
はエポキシと硝子、または銅−アンバー−銅(cu-inv-c
u)などの他の適当な材料から構成される。
【0014】図2は図1の面A−A'に沿う断面図であ
り、導電材料22の一般的なアレイのフットプリントを
示す。このアレイは一様な間隔(例えば50ミル(1.
27mm)または100ミル(2.54mm)のグリッ
ド)をおいた、インライン電気コンタクト若しくはステ
ーション及び列に配列される。この図はアレイの保全性
を乱すこと無く変更することができる。本発明の利点を
有さないこれらのアレイは、温度変化に起因するクラッ
クまたは応力のために、全体サイズが約50mmに制限
される。基板12の下面に接する各はんだボールのフッ
トプリントは、一般に正方形で表される。その様子が、
図1の領域Xの最左端に位置するはんだボール22の拡
大図を表す図3に示される。
り、導電材料22の一般的なアレイのフットプリントを
示す。このアレイは一様な間隔(例えば50ミル(1.
27mm)または100ミル(2.54mm)のグリッ
ド)をおいた、インライン電気コンタクト若しくはステ
ーション及び列に配列される。この図はアレイの保全性
を乱すこと無く変更することができる。本発明の利点を
有さないこれらのアレイは、温度変化に起因するクラッ
クまたは応力のために、全体サイズが約50mmに制限
される。基板12の下面に接する各はんだボールのフッ
トプリントは、一般に正方形で表される。その様子が、
図1の領域Xの最左端に位置するはんだボール22の拡
大図を表す図3に示される。
【0015】はんだボールは一般に球状のボール28に
相当する中央部分からなり、これは90%の鉛(PB)
と10%のスズ(Sn)を含む90/10として知られ
るはんだ材料からなる。はんだボール22の上側のフッ
ト30は、球状ボール28と基板12の下面に配置され
る電気接続端子との間のコンタクトを提供する。下側の
フット32は、はんだボール22の球状ボール28とエ
ポキシ硝子カード20、及びその上に配置されて電気的
連続性を提供する電気的端子との間の電気的接続を提供
する。上側のフット30及び下側のフット32は、37
/63のPB/Snなどの材料からなる。鉛−スズ混合
比の選択は、主に製造の都合及びもちろん導電性に関す
る理由から決定される。例えば、はじめの製造または後
のリワークの間、はんだボールは融解されないが、上側
または下側のフットがその場所で融解されるか、融解に
より除去される。これは鉛対スズの異なる混合比により
達成される。図1、図2及び図3に示されるこの構成
は、現在一般に使用されているデバイスに対しては合理
的に適用されるものだが、本発明の機構は含んでいな
い。
相当する中央部分からなり、これは90%の鉛(PB)
と10%のスズ(Sn)を含む90/10として知られ
るはんだ材料からなる。はんだボール22の上側のフッ
ト30は、球状ボール28と基板12の下面に配置され
る電気接続端子との間のコンタクトを提供する。下側の
フット32は、はんだボール22の球状ボール28とエ
ポキシ硝子カード20、及びその上に配置されて電気的
連続性を提供する電気的端子との間の電気的接続を提供
する。上側のフット30及び下側のフット32は、37
/63のPB/Snなどの材料からなる。鉛−スズ混合
比の選択は、主に製造の都合及びもちろん導電性に関す
る理由から決定される。例えば、はじめの製造または後
のリワークの間、はんだボールは融解されないが、上側
または下側のフットがその場所で融解されるか、融解に
より除去される。これは鉛対スズの異なる混合比により
達成される。図1、図2及び図3に示されるこの構成
は、現在一般に使用されているデバイスに対しては合理
的に適用されるものだが、本発明の機構は含んでいな
い。
【0016】こうした通常のデバイスが図4の断面図に
表され、ここでは部分的に表されたキャップ36内に、
一般的なチップ34が配置され、キャップは基板38に
通常のように固定される。チップ34の適当な端子とは
んだボール40との間の接続のために電気回路が提供さ
れ、次にはんだボールが基板38とカード42との間の
電気回路を提供し、カード42内のバイア44との電気
的コンタクトを形成する。これらのバイアは、図8に示
されるようなピン・コネクタのためのめっきスルーホー
ル(PHT:plated-through hole)よりも径が小さ
い。これらのバイアは迅速な再加工を容易にする。
表され、ここでは部分的に表されたキャップ36内に、
一般的なチップ34が配置され、キャップは基板38に
通常のように固定される。チップ34の適当な端子とは
んだボール40との間の接続のために電気回路が提供さ
れ、次にはんだボールが基板38とカード42との間の
電気回路を提供し、カード42内のバイア44との電気
的コンタクトを形成する。これらのバイアは、図8に示
されるようなピン・コネクタのためのめっきスルーホー
ル(PHT:plated-through hole)よりも径が小さ
い。これらのバイアは迅速な再加工を容易にする。
【0017】熱応力状態の下で、はんだボールは材料の
違い、及びモジュール・キャップ14、モジュール基板
12及び回路カード20を含む様々なコンポーネントの
熱膨張係数による不適な影響を受け、図5の拡大図に示
されるような応力破壊が発生したりする。熱サイクル
(例えばエンド・アセンブリを繰返しオン、オフする)
に起因する疲労故障は熱条件により発生し、この断面図
の領域46及び48に示されるような破壊につながる。
この応力は、例えば周囲温度状態からオペレートされ、
結果的に短い時間でかなりな高温(例えば80℃乃至1
00℃)に達したような場合におけるモジュールの膨張
に起因する。これらの応力破壊は、通常、せん断応力破
壊(shear stress fracture)であり、図示のように一
般的に表されるはんだボール40の上側のフット50及
び下側のフット52において発生する。
違い、及びモジュール・キャップ14、モジュール基板
12及び回路カード20を含む様々なコンポーネントの
熱膨張係数による不適な影響を受け、図5の拡大図に示
されるような応力破壊が発生したりする。熱サイクル
(例えばエンド・アセンブリを繰返しオン、オフする)
に起因する疲労故障は熱条件により発生し、この断面図
の領域46及び48に示されるような破壊につながる。
この応力は、例えば周囲温度状態からオペレートされ、
結果的に短い時間でかなりな高温(例えば80℃乃至1
00℃)に達したような場合におけるモジュールの膨張
に起因する。これらの応力破壊は、通常、せん断応力破
壊(shear stress fracture)であり、図示のように一
般的に表されるはんだボール40の上側のフット50及
び下側のフット52において発生する。
【0018】図6、図7及び図8は、本発明の原理によ
る機構を組込んだモジュールを表す。図6では基板54
はそれを通って、はんだボール56及び導電ピン58に
至る電気接続を提供するように示される。導電ピン58
はモジュールの中央部分から外側に向かって、はんだボ
ール56の外側に配置される。このピン58は例えば金
めっきコバール鋼(gold-plated steel cobar)を含む
異なる材料からなる。他の共融材料(eutectic materia
l)も使用可能である。これらのタイプのピンは比較的
高い信頼性を提供するが、はんだボールと比較するとか
なり高価である。はんだボール56とピン58の両方が
モジュール間、すなわち基板54と回路カード60との
間の導電性を提供する。
る機構を組込んだモジュールを表す。図6では基板54
はそれを通って、はんだボール56及び導電ピン58に
至る電気接続を提供するように示される。導電ピン58
はモジュールの中央部分から外側に向かって、はんだボ
ール56の外側に配置される。このピン58は例えば金
めっきコバール鋼(gold-plated steel cobar)を含む
異なる材料からなる。他の共融材料(eutectic materia
l)も使用可能である。これらのタイプのピンは比較的
高い信頼性を提供するが、はんだボールと比較するとか
なり高価である。はんだボール56とピン58の両方が
モジュール間、すなわち基板54と回路カード60との
間の導電性を提供する。
【0019】はんだボール56及びピン58の一般的な
アレイが図7に示される。図6は図7のラインB−B'
に沿う断面図である。このアレイは一般には64mmの
サイズである。サイズ・パラメータはピンが接続される
ソケットのタイプなどの要素に依存する。図7におい
て、合計I/Oは、中心間距離が0.050インチ
(1.27mm)のグリッドの場合、329から625
に増加する。図7において、はんだボール56と導電ピ
ン58を含む各電気接続のフットプリントは、一般に正
方形で示される。輪郭線により示される中央が空白の正
方形(一般に参照番号56で示される)ははんだボール
に相当する。塗りつぶされた正方形(一般に参照番号5
8で示される)はピンに相当する。一般に、はんだボー
ルはニュートラル・ポイントからの最大許容可能寸法ま
たは距離に相当する寸法よりも外側には設けられない。
この一般的な図において、示される距離"D"は、応力破
壊を防止するために、はんだボールがニュートラル・ポ
イント60から取り得る最大距離に相当する。たとえ1
本のコネクタ・ピンでもはんだボール・アレイの外側に
配置されると、はんだボール内の応力破壊を防止する効
果を提供することが明らかであるが、実際には、はんだ
ボール・アレイを囲む一列のピンなどの、より多くのピ
ンが設けられることが望ましい。
アレイが図7に示される。図6は図7のラインB−B'
に沿う断面図である。このアレイは一般には64mmの
サイズである。サイズ・パラメータはピンが接続される
ソケットのタイプなどの要素に依存する。図7におい
て、合計I/Oは、中心間距離が0.050インチ
(1.27mm)のグリッドの場合、329から625
に増加する。図7において、はんだボール56と導電ピ
ン58を含む各電気接続のフットプリントは、一般に正
方形で示される。輪郭線により示される中央が空白の正
方形(一般に参照番号56で示される)ははんだボール
に相当する。塗りつぶされた正方形(一般に参照番号5
8で示される)はピンに相当する。一般に、はんだボー
ルはニュートラル・ポイントからの最大許容可能寸法ま
たは距離に相当する寸法よりも外側には設けられない。
この一般的な図において、示される距離"D"は、応力破
壊を防止するために、はんだボールがニュートラル・ポ
イント60から取り得る最大距離に相当する。たとえ1
本のコネクタ・ピンでもはんだボール・アレイの外側に
配置されると、はんだボール内の応力破壊を防止する効
果を提供することが明らかであるが、実際には、はんだ
ボール・アレイを囲む一列のピンなどの、より多くのピ
ンが設けられることが望ましい。
【0020】ある条件のもとで、この寸法"D"はおおよ
そ13.5mmである。図7に示される幾何学的に対称
なレイアウトのアレイでは、ニュートラル・ポイント6
0は一連のはんだボールが形成する半径"D"の円の中心
に相当する。但しあらゆる例において、こうした構成が
中心点の回りに対称に配置される必要は必ずしもない。
しかしながら、対称の構成は事実好適であり、ここでの
説明においては適用される。図7において、領域Cとし
て示される中央領域は、通常、図6のはんだボール56
のように、一様な間隔をおいて配置されるはんだボール
を含む。中心ポイントまたはニュートラル・ポイント6
0から最大許容寸法Dを越えたところに広がる電気的に
導電性の材料が、導電ピン58として示される。通常、
領域C内の任意の電気コンタクトまたは導電性材料は、
ピン58で表される種類の導電ピンの形態をとる。
そ13.5mmである。図7に示される幾何学的に対称
なレイアウトのアレイでは、ニュートラル・ポイント6
0は一連のはんだボールが形成する半径"D"の円の中心
に相当する。但しあらゆる例において、こうした構成が
中心点の回りに対称に配置される必要は必ずしもない。
しかしながら、対称の構成は事実好適であり、ここでの
説明においては適用される。図7において、領域Cとし
て示される中央領域は、通常、図6のはんだボール56
のように、一様な間隔をおいて配置されるはんだボール
を含む。中心ポイントまたはニュートラル・ポイント6
0から最大許容寸法Dを越えたところに広がる電気的に
導電性の材料が、導電ピン58として示される。通常、
領域C内の任意の電気コンタクトまたは導電性材料は、
ピン58で表される種類の導電ピンの形態をとる。
【0021】検討の結果、上述したI/Oの中心間距離
が0.050インチ(1.27mm)の幾つかのモジュ
ール・サイズにおいて、次に示す満足のいく結果が得ら
れた。 25mmのモジュール:I/O数が329から361に
増加 32mmのモジュール:I/O数が329から625に
増加 44mmのモジュール:I/O数が329から1089
に増加
が0.050インチ(1.27mm)の幾つかのモジュ
ール・サイズにおいて、次に示す満足のいく結果が得ら
れた。 25mmのモジュール:I/O数が329から361に
増加 32mmのモジュール:I/O数が329から625に
増加 44mmのモジュール:I/O数が329から1089
に増加
【0022】本発明の組合わせは少なくとも次の利点を
有する。第1に、同一プラットフォーム(例えば大きな
MLC基板)上にピンとはんだボールの両方をI/Oと
して含むことによりI/O密度が増加する。第2に、ピ
ン・ロケーションが50ミル(1.27mm)または1
00ミル(2.54mm)のグリッドとなる。第3に、
低インダクタンス・ポートとして使用されるピンが金め
っきを必要としない。第4に、ピンが基板を次レベルの
アセンブリに導く(自己位置合わせ)事実により、はん
だボールを次レベルのアセンブリに位置合わせする配慮
が多大に軽減される。第5に、自己位置合わせ機構が追
加の装置の費用、及びはんだボールだけが存在する場合
に必要な光学的位置合わせの処理ステップを最小化す
る。第6に、はんだボールが組込みスタンドオフとして
機能し、ピンの特殊な加工或いはスタンドオフ・ポスト
の追加の必要を排除する。第7に、アセンブリ前の処理
の間に、ピンがSBCはんだボールを"保護する"。
有する。第1に、同一プラットフォーム(例えば大きな
MLC基板)上にピンとはんだボールの両方をI/Oと
して含むことによりI/O密度が増加する。第2に、ピ
ン・ロケーションが50ミル(1.27mm)または1
00ミル(2.54mm)のグリッドとなる。第3に、
低インダクタンス・ポートとして使用されるピンが金め
っきを必要としない。第4に、ピンが基板を次レベルの
アセンブリに導く(自己位置合わせ)事実により、はん
だボールを次レベルのアセンブリに位置合わせする配慮
が多大に軽減される。第5に、自己位置合わせ機構が追
加の装置の費用、及びはんだボールだけが存在する場合
に必要な光学的位置合わせの処理ステップを最小化す
る。第6に、はんだボールが組込みスタンドオフとして
機能し、ピンの特殊な加工或いはスタンドオフ・ポスト
の追加の必要を排除する。第7に、アセンブリ前の処理
の間に、ピンがSBCはんだボールを"保護する"。
【0023】一般的にクリティカルな寸法"D"の外側の
領域にピンを制限することにより、パッケージ化される
コンポーネントの相対コストを調整することが可能にな
る。例えば、はんだボールとピンとのこの組合わせは、
コンポーネント・パッケージのより大きなフットプリン
トを提供するが、コストを大幅に押し上げたり、信頼性
または性能を犠牲にすることはない。SBCとホール内
ピン(pin-in-hole)とのこの組合わせ技術は、成功裡
に実施されることが判明した。
領域にピンを制限することにより、パッケージ化される
コンポーネントの相対コストを調整することが可能にな
る。例えば、はんだボールとピンとのこの組合わせは、
コンポーネント・パッケージのより大きなフットプリン
トを提供するが、コストを大幅に押し上げたり、信頼性
または性能を犠牲にすることはない。SBCとホール内
ピン(pin-in-hole)とのこの組合わせ技術は、成功裡
に実施されることが判明した。
【0024】図8は図6の領域Yの拡大図を示し、一般
的なはんだボール56と一般的なピン58を表す。図8
では、カード内のめっきスルーホール(PTH)62ま
たはソケットが、ピンの挿入箇所に設けられる。ピン5
8はロケーション64において鑞付けされる。この構成
はまた、基板54のカード60との位置合わせを容易に
する。PTHは一般に銅被覆され、通常は次にピンが例
えば37/63はんだにより、適所(ロケーション6
6)にはんだ付けされる。ピンがはんだカラム(solder
column)などの他のはんだ技術によっても組込み可能
であることは容易に理解されよう。ピンがはんだボール
などの材料との組合わせにおいて使用される場合、ピン
は過挿入を防止するためにスウェッジ(swedge)される
必要もない。はんだボールが自然に停止機能を果たすの
で、コンポーネント・パッケージとその接続回路との間
のスタンドオフを達成するために、組込み式停止機能を
有する選択ピンを特に加工し、配置する必要がない。
的なはんだボール56と一般的なピン58を表す。図8
では、カード内のめっきスルーホール(PTH)62ま
たはソケットが、ピンの挿入箇所に設けられる。ピン5
8はロケーション64において鑞付けされる。この構成
はまた、基板54のカード60との位置合わせを容易に
する。PTHは一般に銅被覆され、通常は次にピンが例
えば37/63はんだにより、適所(ロケーション6
6)にはんだ付けされる。ピンがはんだカラム(solder
column)などの他のはんだ技術によっても組込み可能
であることは容易に理解されよう。ピンがはんだボール
などの材料との組合わせにおいて使用される場合、ピン
は過挿入を防止するためにスウェッジ(swedge)される
必要もない。はんだボールが自然に停止機能を果たすの
で、コンポーネント・パッケージとその接続回路との間
のスタンドオフを達成するために、組込み式停止機能を
有する選択ピンを特に加工し、配置する必要がない。
【0025】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
の事項を開示する。
【0026】(1)論理機能を実行するパッケージ化電
子ハードウェア・ユニットであって、基板と、上記基板
に形成された入出力端子を有する電気論理回路と、第1
の上記入出力端子それぞれに接続されるコントロール・
コラプス導電材料のコンタクトと、上記コンタクトに接
続されない第2の上記入出力端子それぞれに接続される
導電材料のピンと、を含む、パッケージ化電子ハードウ
ェア・ユニット。 (2)上記コントロール・コラプス導電材料のコンタク
トがはんだ材料からなる、上記(1)記載のパッケージ
化電子ハードウェア・ユニット。 (3)上記コントロール・コラプス導電材料のコンタク
トがはんだボールである、上記(2)記載のパッケージ
化電子ハードウェア・ユニット。 (4)上記はんだボールが上記基板上にアレイ状に配置
され、上記基板上のアレイ内の中心に位置するポイント
から、距離"D"より離れて位置する上記はんだボールは
存在せず、上記距離"D"が上記はんだボール内で該はん
だボールの導電性を破壊する応力を生じさせないように
する最大距離に相当する、上記(3)記載のパッケージ
化電子ハードウェア・ユニット。 (5)上記距離"D"が13.5mmよりも大きい、上記
(4)記載のパッケージ化電子ハードウェア・ユニッ
ト。 (6)上記ピンが、上記基板上の上記コントロール・コ
ラプス導電材料のコンタクトのアレイの輪郭を定義する
周囲を越えた箇所にのみ配置される、上記(1)記載の
パッケージ化電子ハードウェア・ユニット。 (7)上記コントロール・コラプス導電材料のコンタク
トが実質的にボール形状に形成され、はんだ材料からな
る、上記(6)記載のパッケージ化電子ハードウェア・
ユニット。 (8)論理機能を実行するパッケージ化電子ハードウェ
ア・ユニットであって、基板と、上記基板に形成された
入出力端子を有する電気論理回路と、第1の上記入出力
端子にそれぞれ接続され、第1のレベルのインダクタン
スを有する材料からなる導電コンタクトの第1のセット
と、上記コンタクトの上記第1のセットに接続されない
第2の上記入出力端子にそれぞれ接続され、第1のレベ
ルよりも大きな第2のレベルのインダクタンスを有する
材料からなる導電コンタクトの第2のセットと、を含
む、パッケージ化電子ハードウェア・ユニット。
子ハードウェア・ユニットであって、基板と、上記基板
に形成された入出力端子を有する電気論理回路と、第1
の上記入出力端子それぞれに接続されるコントロール・
コラプス導電材料のコンタクトと、上記コンタクトに接
続されない第2の上記入出力端子それぞれに接続される
導電材料のピンと、を含む、パッケージ化電子ハードウ
ェア・ユニット。 (2)上記コントロール・コラプス導電材料のコンタク
トがはんだ材料からなる、上記(1)記載のパッケージ
化電子ハードウェア・ユニット。 (3)上記コントロール・コラプス導電材料のコンタク
トがはんだボールである、上記(2)記載のパッケージ
化電子ハードウェア・ユニット。 (4)上記はんだボールが上記基板上にアレイ状に配置
され、上記基板上のアレイ内の中心に位置するポイント
から、距離"D"より離れて位置する上記はんだボールは
存在せず、上記距離"D"が上記はんだボール内で該はん
だボールの導電性を破壊する応力を生じさせないように
する最大距離に相当する、上記(3)記載のパッケージ
化電子ハードウェア・ユニット。 (5)上記距離"D"が13.5mmよりも大きい、上記
(4)記載のパッケージ化電子ハードウェア・ユニッ
ト。 (6)上記ピンが、上記基板上の上記コントロール・コ
ラプス導電材料のコンタクトのアレイの輪郭を定義する
周囲を越えた箇所にのみ配置される、上記(1)記載の
パッケージ化電子ハードウェア・ユニット。 (7)上記コントロール・コラプス導電材料のコンタク
トが実質的にボール形状に形成され、はんだ材料からな
る、上記(6)記載のパッケージ化電子ハードウェア・
ユニット。 (8)論理機能を実行するパッケージ化電子ハードウェ
ア・ユニットであって、基板と、上記基板に形成された
入出力端子を有する電気論理回路と、第1の上記入出力
端子にそれぞれ接続され、第1のレベルのインダクタン
スを有する材料からなる導電コンタクトの第1のセット
と、上記コンタクトの上記第1のセットに接続されない
第2の上記入出力端子にそれぞれ接続され、第1のレベ
ルよりも大きな第2のレベルのインダクタンスを有する
材料からなる導電コンタクトの第2のセットと、を含
む、パッケージ化電子ハードウェア・ユニット。
【0027】
【発明の効果】本発明に開示したように、同一プラット
フォーム上に、導電性ピンと、はんだボールの両方をI
/Oとして含むことにより、電子チップ・パッケージに
おけるI/O密度を、信頼性を維持しながら、増大させ
ることができた。
フォーム上に、導電性ピンと、はんだボールの両方をI
/Oとして含むことにより、電子チップ・パッケージに
おけるI/O密度を、信頼性を維持しながら、増大させ
ることができた。
【図1】本発明の原理の利点を使用していない、はんだ
ボール接続技術を適用した電子コンポーネント・モジュ
ールの断面図である。
ボール接続技術を適用した電子コンポーネント・モジュ
ールの断面図である。
【図2】本発明の原理の利点を使用していない、はんだ
ボールのマトリックスを有する領域アレイ・チップを表
す、図1の面A−A'に沿う断面図。
ボールのマトリックスを有する領域アレイ・チップを表
す、図1の面A−A'に沿う断面図。
【図3】図1の領域X内の1つのはんだボールの拡大図
である。
である。
【図4】本発明の原理の利点を使用していない、バイア
・ホールにおいて回路基板を接続するはんだボール接続
技術を表す、典型的なはんだボール・モジュール・アセ
ンブリの部分断面図である。
・ホールにおいて回路基板を接続するはんだボール接続
技術を表す、典型的なはんだボール・モジュール・アセ
ンブリの部分断面図である。
【図5】はんだボール接続の破壊を表す図3及び図4の
はんだボールの拡大図である。
はんだボールの拡大図である。
【図6】本発明の原理によるはんだボール及び導電ピン
を有するパッケージ化電子コンポーネントの断面図であ
る。
を有するパッケージ化電子コンポーネントの断面図であ
る。
【図7】本発明の原理による導電ピン及びはんだボール
のフットプリント・パターンを表す、図6の面B−B'
に沿う断面図である。
のフットプリント・パターンを表す、図6の面B−B'
に沿う断面図である。
【図8】本発明の原理により、回路基板と電気的にコン
タクトする導電ピン及びはんだボールを表す、図6の領
域Y内の拡大図である。
タクトする導電ピン及びはんだボールを表す、図6の領
域Y内の拡大図である。
12、38、54 基板 14、36 キャップ 16、18、34 チップ 20、42、60 エキポシ硝子回路基板カード 22、40、56 はんだボール 24、26 ハードワイヤ・ライン 28 球状のボール 30、50 上側フット 32、52 下側フット 44 バイア 46 上側フット破壊 48 下側フット破壊 58 導電ピン 60 ニュートラル・ポイント 62 めっきスルーホール 64 鑞付けロケーション 66 はんだ付けロケーション
フロントページの続き (72)発明者 ジョセフ・マイケル・モスレー アメリカ合衆国33434、フロリダ州ボカ・ ラトン、ノース・ウエスト 28 ウェイ 4800 (72)発明者 ビトー・ジェームズ・タオゾロ アメリカ合衆国33434、フロリダ州ボカ・ ラトン、ラス・フロレス・ドライブ 6548 (72)発明者 ジョン・クロスビー・ミリケン アメリカ合衆国12563、ニューヨーク州パ ターソン、センター・ストリート、ピィ・ オー・ボックス 200
Claims (8)
- 【請求項1】論理機能を実行するパッケージ化電子ハー
ドウェア・ユニットであって、 基板と、 上記基板に形成された入出力端子を有する電気論理回路
と、 第1の上記入出力端子それぞれに接続されるコントロー
ル・コラプス導電材料のコンタクトと、 上記コンタクトに接続されない第2の上記入出力端子そ
れぞれに接続される導電材料のピンと、 を含む、パッケージ化電子ハードウェア・ユニット。 - 【請求項2】上記コントロール・コラプス導電材料のコ
ンタクトがはんだ材料からなる、請求項1記載のパッケ
ージ化電子ハードウェア・ユニット。 - 【請求項3】上記コントロール・コラプス導電材料のコ
ンタクトがはんだボールである、請求項2記載のパッケ
ージ化電子ハードウェア・ユニット。 - 【請求項4】上記はんだボールが上記基板上にアレイ状
に配置され、上記基板上のアレイ内の中心に位置するポ
イントから、距離"D"より離れて位置する上記はんだボ
ールは存在せず、上記距離"D"が上記はんだボール内で
該はんだボールの導電性を破壊する応力を生じさせない
ようにする最大距離に相当する、請求項3記載のパッケ
ージ化電子ハードウェア・ユニット。 - 【請求項5】上記距離"D"が13.5mmよりも大き
い、請求項4記載のパッケージ化電子ハードウェア・ユ
ニット。 - 【請求項6】上記ピンが、上記基板上の上記コントロー
ル・コラプス導電材料のコンタクトのアレイの輪郭を定
義する周囲を越えた箇所にのみ配置される、請求項1記
載のパッケージ化電子ハードウェア・ユニット。 - 【請求項7】上記コントロール・コラプス導電材料のコ
ンタクトが実質的にボール形状に形成され、はんだ材料
からなる、請求項6記載のパッケージ化電子ハードウェ
ア・ユニット。 - 【請求項8】論理機能を実行するパッケージ化電子ハー
ドウェア・ユニットであって、 基板と、 上記基板に形成された入出力端子を有する電気論理回路
と、 第1の上記入出力端子にそれぞれ接続され、第1のレベ
ルのインダクタンスを有する材料からなる導電コンタク
トの第1のセットと、 上記コンタクトの上記第1のセットに接続されない第2
の上記入出力端子にそれぞれ接続され、第1のレベルよ
りも大きな第2のレベルのインダクタンスを有する材料
からなる導電コンタクトの第2のセットと、 を含む、パッケージ化電子ハードウェア・ユニット。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US172467 | 1988-03-24 | ||
| US08/172,467 US5490040A (en) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | Surface mount chip package having an array of solder ball contacts arranged in a circle and conductive pin contacts arranged outside the circular array |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07202378A true JPH07202378A (ja) | 1995-08-04 |
| JPH0831667B2 JPH0831667B2 (ja) | 1996-03-27 |
Family
ID=22627813
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6313111A Expired - Lifetime JPH0831667B2 (ja) | 1993-12-22 | 1994-12-16 | パッケージ化電子ハードウェア・ユニット |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5490040A (ja) |
| EP (1) | EP0660405A3 (ja) |
| JP (1) | JPH0831667B2 (ja) |
| CN (1) | CN1108813A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001160436A (ja) * | 1999-10-19 | 2001-06-12 | Berg Technol Inc | 電気コネクタ |
| US10137518B2 (en) | 2015-02-27 | 2018-11-27 | Fujitsu Limited | Semiconductor package, electronic device, and solder mounting method |
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|---|---|---|---|---|
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