JPH08250657A - 着脱自在モジュールを有するボールグリッドアレイパッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面装着プロセスの環境ストレスに耐えるこ
とのできない部品を使用することを可能としたＢＧＡパ
ッケージを提供することを目的とする。 【解決手段】 半導体装置（１８）が基板（１６）の上
に装着されており且つ半田ボール（２２）と電気的に結
合されている。１個又はそれ以上の端子（２６）が基板
に結合され且つ半導体装置と電気的に結合されている。
着脱自在なモジュール（１４）が補助部品（２８，３
０）を包含している。該モジュールは、該部品を収納す
るための本体部分（３６）を有すると共に、夫々の端子
と係合し該モジュールを基板へ保持し且つ該部品を半導
体装置と電気的に結合させるための１個又はそれ以上の
電気的コネクタ（３２）を有している。部品がオプショ
ンとして回路基板上に設けられるか又は着脱自在なモジ
ュール内に設けることが可能であるように該端子は半田
ボールへ接続させることも可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大略、半導体パッ
ケージ技術に関するものであって、更に詳細には、ボー
ルグリッドアレイパッケージ及び着脱自在なモジュール
組立体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】回路の複雑性が増大するにしたがい、Ｐ
Ｃ（プリント回路）ボード即ちＰＣ基板上への集積回路
の密度を増加させることの必要性が増加する。回路基板
技術の分野における主要な進展は、集積回路部品をプリ
ント回路基板上へ取付け且つ接続するための表面装着技
術の出現であった。当該技術分野において公知の如く、
表面装着可能な集積回路パッケージは、回路基板内にメ
ッキを施した貫通孔を設けることの必要性なしに、回路
基板の平坦な表面へパッケージを接続させることを可能
としている。従って、表面装着技術は、基板設計者に対
して使用可能な自由度のみならず回路基板の理論的な部
品密度を増加させる。何故ならば、基板の全ての面に対
してではなく多層回路基板の単一の表面に対してのみ集
積回路リードの位置を考慮することが必要であるに過ぎ
ないからである。

【０００３】ＰＣ基板上の集積回路の密度の増加に対向
するために、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）集積回路
パッケージタイプが当該技術分野においてポピュラーな
ものとなっている。従来のＢＧＡパッケージは、集積回
路パッケージの下側上に接続体のアレイを設ける点にお
いて、ＰＢＡ（ピングリッドアレイ）パッケージとレイ
アウト及び配列において類似したものである。然しなが
ら、ＰＧＡパッケージにおいて使用するピンコネクタの
代わりに、ＢＧＡパッケージでは各接続位置に位置させ
て半田ボールを使用する。当該技術分野において公知の
如く、ＢＧＡパッケージはプリント回路基板の表面にお
ける導体への接続を行なうために半田ボールをリフロー
即ち再流動させることによってプリント回路基板へ取付
ける。ＢＧＡパッケージは自己整合型であるという重要
な利点を与える。何故ならば、半田の表面張力がＢＧＡ
パッケージをプリント回路基板における対応する導体へ
適切に整合するように引張る傾向があるからである。

【０００４】技術的背景として、種々のタイプのＢＧＡ
パッケージが当該技術分野において公知であり、例え
ば、「キャビティアップ」型及び「キャビティダウン」
型のものがある。従来のキャビティアップＢＧＡパッケ
ージは、パッケージ基板のキャビティ即ち凹所（又は表
面上）内に面を上に向けて集積回路チップを装着し、パ
ッケージとこの側部上のチップとの間にワイヤボンドを
取付け、次いでトランスファモールド又はその他の方法
でチップ及びボンドワイヤ上にプラスチックを供給して
チップ及びワイヤに対して環境保護を与えるものであ
る。半田ボールはチップと反対の基板の側部に設けら
れ、且つパッケージしたチップをシステムプリント回路
基板へ装着させる。従来のキャビティダウン集積回路パ
ッケージは、基板のキャビティ（凹所）の中又はその表
面上に集積回路チップを装着し、次いでそれに対してボ
ンドワイヤを取付け且つチップの周りにプラスチックを
モールディングするものである。このタイプのパッケー
ジにおいては、半田ボールは基板のチップと同じ側に設
けられ、従ってパッケージしたチップを回路基板へ取付
けた後チップは反転して配設されることとなる。

【０００５】ＢＧＡパッケージを使用する主要な欠点
は、例えばデュアルインライン（ＤＩＰ）及び同様のパ
ッケージ等の非表面装着可能なパッケージと比較して、
組立手順期間中にパッケージへ与えられる熱応力及び機
械的応力の大きさである。回路基板へのデュアルインラ
イン集積回路パッケージの装着は、集積回路パッケージ
のピンが回路基板内のメッキを施した貫通孔を介して延
在した状態で、回路基板の下側へウエーブソルダリング
を行なうことによって行なわれる。従って、回路基板そ
れ自身は集積回路パッケージ本体を高温の半田及び半田
付けされたリード先端部が露呈される過酷な化学物質か
ら隔離させている。然しながら、ＢＧＡパッケージのリ
ードはパッケージと同一のプリント回路基板の表面に半
田付けされるので、ＢＧＡパッケージ及びその内容物は
直接的に高温へ露呈され、且つ半田付けプロセスにおい
て使用される例えばフラッグス、半田及びクリーニング
溶媒等の過酷な化学的物質へ露呈される。

【０００６】ＢＧＡパッケージ内に封止された半導体装
置は、典型的に、表面装着プロセスの環境的応力に耐え
ることが可能なものであるが、パッケージの一部である
その他の部品が充分に耐久性を有するものではない場合
がある。特に、相補的金属−酸化物−半導体（ＣＭＯ
Ｓ）製造及び設計技術における進展の結果として、多く
の電子回路機能においてバッテリパワーを使用すること
が益々盛んとなっている。公知の如く、ＣＭＯＳ集積回
路は極めて低い活性電力条件で動作することが可能であ
り、例えばスタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲ
ＡＭ）等のＣＭＯＳメモリ装置の場合には、データを維
持するための電力条件は極めて低いものである。これら
の低い電力条件は、従来のリチウムバッテリ及びその他
のセルタイプによって駆動される電子システムにおいて
動作及びデータ保持を行なうことを可能としており、シ
ステム基板自身の上にバックアップ電源を設けることの
必要性なしに最近のシステムの可搬性及び信頼性を改善
している。然しながら、従来のバッテリは、表面装着組
立期間中に集積回路が露呈される温度及び化学的条件に
信頼性をもって耐えることが可能なものではない。ある
タイプのバッテリは、表面装着プロセスにおいて使用さ
れるある半田の温度以下である１８１℃程度の温度に露
呈されることによって永久的に損傷される場合がある。
例えばオンチップオシレータと関連して使用されるクォ
ーツクリスタルレゾネータ等のその他の部品もこのよう
な厳しい環境条件によって影響を受ける場合がある。

【０００７】「ガルウイング」表面装着可能パッケージ
においては、パッケージへ取付けられる着脱自在なモジ
ュールを使用することが、米国特許出願第０８／１１
４，７５０号、「着脱自在モジュールを有する表面装着
可能集積回路パッケージ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ
ａｂｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｐ
ａｃｋａｇｅ Ｗｉｔｈ Ｄｅｔａｃｈａｂｌｅ Ｍｏ
ｄｕｌｅ）」、Ｓｉｅｇｅｌ ｅｔ ａｌ．１９９３年
８月３１日出願、代理人参照番号９３−Ｃ−５３）、及
び米国特許出願第０８／２２５，２２７号、「低姿勢着
脱自在モジュールを有する表面装着可能集積回路パッケ
ージ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔａｂｌｅ Ｉｎｔｅ
ｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｄ Ｐａｃｋａｇｅ Ｗｉ
ｔｈ Ｌｏｗ−Ｐｒｏｆｉｌｅ Ｄｅｔａｃｈａｂｌｅ
Ｍｏｄｕｌｅ）」、Ｓｉｇｅｌｅｔ ａｌ．１９９４
年４月８日出願（代理人参照番号９４０−Ｃ−４４）に
記載されており、これらの２つの出願はエスジーエス−
トムソンマイクトロニクス、インコーレイテッドへ譲渡
されている。然しながら、ＢＧＡは、典型的に、記載し
たタイプの機械的接続手段を使用することを可能とする
ためにシステムＰＣ基板の上方に充分なるクリアランス
を有するものではない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の点に
鑑みなされたものであって、上述した如き従来技術の欠
点を解消し、表面装着プロセスの環境ストレスに耐える
ことの不可能な部品を使用することを可能とするＢＧＡ
パッケージを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の一側面によれ
ば、集積回路パッケージが、プリント回路基板へ取付け
るための下部モジュールと該下部モジュールへ着脱自在
に接続される上部モジュールとを有している。上部モジ
ュールは、ハウジングと、ハウジング内に設けられたデ
ータ採取部品と、データ採取部品へ電気的接続を与える
ための上部モジュール接続回路とを有している。下部モ
ジュールは、基板と、該基板へ結合した処理回路と、上
部モジュール接続回路との着脱自在な接続を与えるため
に処理回路へ電気的に結合した下部モジュール接続回路
とを有している。

【００１０】本発明の別の側面によれば、集積回路パッ
ケージがプリント回路基板へ取付けるための下部モジュ
ールを有すると共に、下部モジュールへ着脱自在に接続
される上部モジュールを有している。上部モジュール
は、ハウジングと、ハウジング内に設けられた通信装置
と、該通信装置への電気的接続を与えるための上部モジ
ュール接続回路とを有している。下部モジュールは、基
板と、該基板へ結合した処理回路と、上部モジュール接
続回路との着脱自在な接続を与えるために処理回路へ電
気的に結合した下部モジュール接続回路とを有してい
る。

【００１１】更に本発明の別の側面によれば、集積回路
パッケージはプリント回路基板へ取付けるための下部モ
ジュールと該下部モジュールへ着脱自在に接続される上
部モジュールとを有している。上部モジュールは、ハウ
ジングと、該ハウジング内に設けられた出力装置と、出
力装置への電気的接続を与えるための上部モジュール接
続回路とを有している。下部モジュールは、基板と、該
基板へ結合した処理回路と、上部モジュール接続回路と
の着脱自在な接続を与えるために処理回路へ電気的に結
合した下部モジュール接続回路とを有している。

【００１２】本発明の更に別の側面によれば、集積回路
パッケージが集積回路基板へ取付けるための下部モジュ
ール及び該下部モジュールへ着脱自在に接続される上部
モジュールを有している。上部モジュールは、ハウジン
グと、バッテリと、該ハウジング内の実時間クロックク
リスタル及びシステムクロッククリスタルと、バッテリ
及びクリスタルへの電気的接続を与えるための上部モジ
ュール接続回路とを有している。下部モジュールは、基
板と、該基板へ結合した処理回路と、上部モジュール接
続回路との着脱自在な接続を与えるために処理回路へ電
気的に結合された下部モジュール接続回路とを有してい
る。

【００１３】本発明の更に別の側面によれば、複数個の
半田ボールが結合されたボールグリッドアレイ基板を含
む集積回路部品をパッケージするシステムが提供され
る。半導体装置が該基板に装着されており且つ半田ボー
ルと電気的に結合されている。１つ又はそれ以上の端子
が該基板へ結合されており且つ半導体装置と電気的に結
合されている。着脱自在なモジュールが１個又はそれ以
上の補助部品を含んでいる。該モジュールは、該部品を
収容するための本体部分を有すると共に、該モジュール
を基板へ保持させ且つ該部品を半導体装置と電気的に結
合させるために夫々の端子と係合する１個又はそれ以上
の電気的コネクタを有している。

【００１４】本発明は従来技術と比較して種々の利点を
提供している。例えば、第一に、本発明は、ある部品を
表面装着プロセスのストレス（応力）へ露呈させること
なしにボールグリッドアレイパッケージをプリント回路
基板へ装着することを可能としている。更に、本発明の
一実施例においては、モジュールと基板との間の電気的
接続は、モジュールを基板へ固定するための機械的手段
としても作用している。別の実施例においては、パッケ
ージをプリント回路基板へ結合させた場合に、部品が基
板上で使用可能であるかに依存して、そのモジュールを
オプションによって使用することが可能であるように、
モジュールを基板上の半田ボールへ結合させることを可
能としている。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１Ａ及び１Ｂを参照すると、着
脱自在なモジュールを有するボールグリッドアレイパッ
ケージの概略正面図及び断面図が示されている。全体的
なパッケージ１０は、スタンダードな技術を使用してプ
リント回路基板へ組込むために設計されている。パッケ
ージ１０は下部モジュール１２と上部モジュール１４と
を有している。下部モジュール１２は、基板１６を有し
ており、基板１６は例えば導電性エポキシ又は共晶マウ
ント等の従来のダイ取付技術を使用して半導体チップ１
８が取付けられている。半導体チップ１８（以後、「チ
ップ」１８とも言う）は例えばマイクロプロセサ、メモ
リ、論理装置、アナログ装置、又はその他の当該技術分
野において公知の如く単一チップ又はマルチチップ集積
回路として実現された電子機能素子等のソリッドステー
ト集積回路とすることが可能である。該集積回路はボン
ドワイヤ２０を使用して基板へ結合されている。

【００１６】基板１６は、セラミック基板、プリント回
路基板、又はチップ１８へ及びそれからの電気信号を担
持するためにその上又は内部に導電性の相互接続システ
ムが形成されたその他の同様の基板とすることが可能で
ある。ボンドワイヤ２０がチップ１８上のボンドパッド
を基板上の導電性相互接続システムへ接続させる。導電
性相互接続システムは基板１６の下側表面上の半田ボー
ル２２へ結合されている。半田ボール２２は例えば半田
マスク等の従来技術を使用して形成することが可能であ
る。チップ１８及びボンドワイヤ２０は、例えばプラス
チックモールド化合物、エポキシ、ポッティング化合物
又はその他の従来の集積回路封止物とすることが可能な
封止物２４によって被覆されている。

【００１７】コネクタ２６ａ−２６ｄ（総括的にコネク
タ２６と呼ぶ）が基板１６上に配設されており上部モジ
ュール１４を下部モジュール１２へ結合している（図２
参照）。好適実施例においては、コネクタ２６が上部モ
ジュール１４を下部モジュール１２へしっかりと取付け
るための機械的接続を与えると共に、上部モジュール１
４における部品をチップ１８へ結合させるための電気的
接続を与えている。図１Ｂに示した如く、コネクタ２６
は砂時計形状を有しており、その上に共働するコネクタ
を配設させることが可能である。図１Ｂに示した如く、
コネクタ２６は基板１６を貫通して設けられており、そ
の場合に該コネクタは基板の相互接続構成体と結合して
いる。一方、コネクタ２６を上表面上の又は基板が多層
型である場合には中間レベルにおける基板の相互接続構
成体へ結合させることが可能である。

【００１８】上部モジュール１４は、組立手順期間中に
パッケージに付加される熱的及び機械的ストレスによっ
て故障した場合に交換可能な部品を包含している。例え
ば、図１Ｂに示した上部モジュール１４は、第一部品２
８と第二部品３０とを有している。コネクタ３２ａ−３
２ｄは対応するコネクタ２６ａ−２６ｄへ接続してお
り、機械的及び電気的接続を形成している。好適実施例
においては、コネクタ３２が円筒形状に配列された複数
個のスプリングを有しており、それらのスプリングは、
拡大した形態において、コネクタ２６に対応する砂時計
形状を形成している。リードタブ３４ａ及び３４ｂが第
一部品２８と夫々のコネクタ３２ａ及び３２ｄとの間に
結合されている。リードタブ３４ｂ及び３４ｃが第二部
品と夫々のコネクタ３２ｃ及び３２ｃとの間に結合され
ている。第一部品２８、第二部品３０、コネクタ３２及
びリードタブ３４は本体３６内に収納されている。

【００１９】パッケージ１０は、通常、以下の如くにし
てプリント回路基板へ取付けられる。最初に、下部モジ
ュール１２が集積回路に設けられるその他の集積回路と
共に、表面装着又はその他の従来の方法で回路基板へ装
着される。蒸気相リフロー、対流、ＩＲ（赤外線）加熱
又はその他の適宜の技術を使用して表面装着を行なった
後に、上部モジュール１４を、夫々のコネクタ２６及び
３２を介して下部モジュール１２へ接続させる。該コネ
クタは２つのモジュールの間の物理的及び電気的接続を
形成する。

【００２０】従って、上部モジュール１４の内容物は、
下部モジュール１２と同じく、表面装着プロセス期間中
に半田、フラックス、溶媒及び極限温度等に露呈される
ことはない。その結果、上部モジュール１４の内容物の
信頼性が表面装着プロセスによって劣化されることはな
い。更に、上部モジュール１４は、上部モジュール１４
を下部モジュール１４から引き離すことによってコネク
タ２６及び３２を離脱させて必要に応じて容易に交換す
ることが可能である。従って、上部モジュール１４の交
換は、パッケージ１０が取付けられている回路基板から
取外すことの必要性なしに行なうことが可能である。更
に、回路基板が付加的なソルダリング即ち半田付けを必
要とする場合には、上部モジュールを取外し、次いでソ
ルダリングを終了した後に交換することが可能である。

【００２１】図３はコネクタ２６及び３２の一実施例を
更に詳細に示している。コネクタ２６は実質的に砂時計
形状をしている。コネクタ３２は、複数個のスプリング
３８を有しており、それらのスプリングは拡大された状
態においてコネクタ２６の形状にほぼ対応する砂時計形
状を形成している。コネクタ２６がコネクタ３２内へ挿
入されると、スプリング３８はコネクタ２６の幅狭部分
４０内へ拡大することが許容されるまでほぼ円筒形状に
圧縮される。注意すべきことであるが、コネクタ２６と
３２との組合わせは上部モジュール１４を下部モジュー
ル１２へ保持させるために使用することが可能な多数の
コネクタのうちの一例であるに過ぎない。

【００２２】図４ａ−４ｄは本発明の一実施例を示して
おり、その場合に、上部モジュール１４はデータを採取
するための１個又はそれ以上の部品４２を包含しており
且つ下部モジュールはデータ４４を処理及び／又は格納
する回路を包含している。図４ａ−４ｄのパッケージ１
０を単一のデータ採取部品４２がその内部に収納されて
いるものとして示してあるが、単一の上部モジュール１
４内には複数個のデータ採取部品４２又はデータ採取部
品４２とその他の部品との組合わせを格納させることが
可能である。

【００２３】図４ａは例えば熱電対又はサーミスタ等の
感温装置４６を具備する上部モジュール１４を有するパ
ッケージ１０の概略断面を示している。感温装置４６は
コネクタ２６及び３２及びリード３４を介してチップ１
８へ結合されている。感温装置４６は、例えば、回路ハ
ウジング内部において危険な温度に到達した場合に回路
を遮断させるため又は例えば補助的なファン等の付加的
な冷却手段を動作させるために回路１８と関連して使用
することが可能である。更に、感温装置は温度を調整す
るための空調装置において使用することも可能である。

【００２４】図４ｂは例えば湿度計等の感湿装置４８を
具備する上部モジュール１４を有するパッケージ１０の
概略断面を示している。湿度計４８はコネクタ２６及び
３２及びリード３４を介してチップ１８へ結合されてい
る。チップ１８は大気の湿度に応答して制御信号を発生
する制御回路を有することが可能である。湿度計及びチ
ップ１８は、例えば、住居及びオフィス建物における適
切な環境を維持するために空調装置を制御するために使
用することが可能である。

【００２５】図４ｃは圧力計５０を具備する上部モジュ
ール１４を有するパッケージ１０の概略断面を示してい
る。圧力計５０はコネクタ２６及び３２及びリード３４
を介してチップ１８へ結合している。チップ１８は、大
気の空気圧に応答して制御信号を発生する制御回路を有
することが可能である。圧力計は、例えば、所定の圧力
に到達した場合又はある装置を空気圧における変化に応
答させるために使用することが可能である。

【００２６】図４ｄは例えば磁界計等の磁界検知装置５
２を具備する上部モジュール１４を有するパッケージ１
０の概略断面図を示している。磁界計５２はコネクタ２
６及び３２及びリード３４を介してチップ１８へ結合し
ている。チップ１８は、磁界に応答して制御信号を発生
する制御回路を有することが可能である。磁界計５２
は、例えば、組立ライン上の磁界を検知するか、又は万
引された商品を検知するために商店におけるセキュリテ
ィ装置の一部として使用することが可能である。該チッ
プは、パーツを区別したり又はセキュリティタグを識別
したりするために磁界計５２からの情報を処理すること
が可能である。

【００２７】注意すべきことであるが、上部モジュール
１４内においてその他のデータ採取部品４６を使用する
ことも可能である。本発明のこの側面は、従来技術と比
較して著しい利点を提供している。第一に、上述した如
く、上部モジュールは交換可能であるので、表面装着を
行なった後にデータ採取部品を回路へ結合させることが
可能であり、その際に該部品が損傷することから保護し
ている。第二に、上部モジュール１４は時間の経過と共
に故障したり又は不正確となる場合のある部品を容易に
交換することを可能としている。第三に、カスタム化の
目的のために単一の下部モジュール１２を複数個の上部
モジュールと共に使用することが可能である。例えば、
多数の上部モジュールを種々の感度を有するデータ採取
部品と共に使用可能な状態とすることが可能である。従
って、サーミスタを有するパッケージ１０はオフィスに
おける温度を調節するタイプの上部モジュールと共に使
用することが可能であり、更に、高い感度のサーミスタ
を有する別の上部モジュールと共に狭い公差で正確な温
度を維持せねばならない病院又は工場において使用する
ことが可能である。

【００２８】図５は本発明の一実施例を示しており、こ
の場合には、上部モジュール１４がワイヤレス通信のた
めの１個又はそれ以上の部品５４を包含しており、且つ
下部モジュールがワイヤレス通信部品からのデータを処
理するための回路を包含している。この場合には、図５
のパッケージ１０は単一のワイヤレス通信部品が内部に
収納されている状態を示しているが、単一の上部モジュ
ール内に複数個のワイヤレス通信部品又はワイヤレス通
信部品とその他の部品との組合わせを収納させることが
可能である。

【００２９】図５において、上部モジュール１４は通信
信号を受信するためのアンテナ５６を収納している。チ
ップ１８はアンテナによって受信された信号を処理す
る。該チップは、例えば、通信信号を受信（又は発信）
又は条件付けするためのアナログ回路を有すると共に受
信又は送信したデータを処理するためのデジタル回路を
有することが可能である。このタイプのパッケージは多
数の分野において有用なものである。第一に、ワイヤレ
スモデム通信を与えるためにＰＣＭＣＩＡ基板（主にポ
ータブルコンピュータにおいて使用されている）に関連
してパッケージを使用することが可能である。処理回路
とアンテナの両方を単一パッケージ内に設けることによ
ってこのような基板を製造するコスト及び複雑性が減少
される。別の適用例としてはＧＰＳ（地球静止位置決め
ステーション）装置であり、その場合には、パッケージ
が自動車、船舶及び同様の適用例において使用するため
の単一チップを提供している。

【００３０】図６ａ−６ｃは本発明の別の実施例を示し
ており、その場合に、上部モジュール１４は情報出力の
ための１個又はそれ以上の部品を包含しており且つ下部
モジュールは出力部品へのデータを処理及び条件付けす
るための回路を包含している。この場合にも、図５のパ
ッケージ１０は単一の出力部品が収納されている状態が
示されているが、単一の上部モジュール１４内には複数
個の出力部品及び出力部品とその他の部品との組合わせ
を収納させることが可能である。

【００３１】図６ａにおいて、上部モジュールは例えば
ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）又はＬＥＤ（発光ダイオー
ト）ディスプレイ等のディスプレイ装置５８を包含して
いる。チップ１８はディスプレイ５８が所望される多数
の部品のうちの１つとすることが可能である。例えば、
１つの適用例において、チップ１８はクロック回路を包
含することが可能であり且つディスプレイ装置５８はデ
ータ及び時間を出力することが可能である。別の適用例
においては、ディスプレイ装置はマイクロプロセサ又は
マイクロコントローラの１個又はそれ以上のレジスタの
値を出力することが可能である。更に別の適用例におい
ては、ディスプレイ装置５８はモデムチップに対しステ
ータス信号を出力することが可能である。このようなデ
ィスプレイ５８の使用態様は無限である。

【００３２】図６ａにおいて、コネクタ５９を介して複
数個の信号がディスプレイ装置５８へ通信される。下部
モジュール１２からディスプレイへ電力を供給するため
に接地及びパワー信号が使用される。ディスプレイ５８
は下部モジュール１２からの直列信号を変換し且つバッ
ファするための回路を有しているものと仮定する。一
方、ディスプレイ装置５８とチップ１８との間の並列デ
ータ通信を与えるために付加的な接続を使用することが
可能である。

【００３３】図６ｂはチップ１８からオーディオ出力を
与えるために例えばスピーカ又はブザー等のオーディオ
出力装置６０を具備する上部モジュールを示している。
オーディオ出力装置は製造業者に対して組立て容易な解
決方法を与えるために使用することが可能である。例え
ば、出力装置はハンドヘルドゲームに関連して無線周波
数受信機チップと共に、又はＤＳＰ（デジタル信号プロ
セサ）と共に使用することが可能である。別の適用例と
しては製造コストを減少させるためのパソコンにおける
ものである。

【００３４】図６ｃはチップ１８からの制御信号に応答
して例えば振動装置等の触覚信号を供給するために振動
装置６２を具備する上部モジュールを示している。この
装置は、例えば、入力されるメッセージをユーザへ通知
するためにページャ回路に関連して使用することが可能
である。

【００３５】図６ａ−６ｃに示したような本発明の側面
は、従来技術と比較して著しい利点を提供している。第
一に、上述した如く、上部モジュールは交換可能である
ので、表面装着を行なった後に出力部品を回路へ結合さ
せることが可能であり、従ってそれらの部品が損傷を受
けることを保護している。第二に、上部モジュール１４
は時間と共に故障した場合の部品を容易に交換すること
を可能としている。第三に、該パッケージは製造業者に
対し組立て容易な解決方法を提供することが可能であ
る。

【００３６】図７はコンピュータシステムにおいて使用
すべき２つのクリスタル６６及び６８（１つがシステム
用で別の１つが実時間クロック用）及びバッテリ６４を
包含する上部モジュール１４を具備するパッケージの概
略断面を示している。チップ１８はコンピュータシステ
ム全体に分布させるためのシステムクロック信号を発生
させるための条件付け回路及び時間及び日付出力を与え
るための実時間クロック回路を有している。このような
回路はコンピュータのマザーボードを製造するコストを
減少させ、且つ表面装着技術を使用してマザーボードを
製造する場合に前述した利点を提供する。

【００３７】図４ａ−４ｄ及び図５、図６ａ−６ｃ及び
図７に関連して示した２つ又はそれ以上の実施例を結合
させることが可能である。例えば、図７の実施例を図４
ａのサーミスタと結合させることが可能である。その他
の結合も同様に有益的なものである。

【００３８】更に、上述したものと異なる部品を上部モ
ジュール１４内に収納させることが可能である。更に、
上部モジュール１４を下部モジュール１２へ結合させる
ために種々の形態のコネクタを使用することが可能であ
る。上部モジュール１４を下部モジュール１２へ保持さ
せるために機械的コネクタを使用するその他のコネクタ
方法は例えば上掲の米国特許出願第０８／１１４，７５
０号及び米国特許出願第０８／２２５，２２７号に示さ
れている。

【００３９】図８Ａ及び８Ｂはソルダリング及び半田付
けの後に回路基板への電気的接続を形成するコネクタ２
６と半田ボール２２との間の電気的接続の第一及び第二
実施例を示している。図８Ａにおいて、コネクタ２６の
少なくとも幾つかは半田ボール２２へ電気的に結合され
ている。コネクタ２６と半田ボール２２との間の接続を
基板１６の底部表面上の直接的な接続として図８Ａに示
してあるが、この接続は多層基板の任意の層（又は複数
個の層）において行なうことが可能である。図８Ａは、
更に、ボンドワイヤ２０へ電気的に結合された半田ボー
ル２２とパッド３８との間の接続を示している。

【００４０】この実施例は、回路基板の設計者が、上部
モジュール１４内に収納される場合のある１個又はそれ
以上の部品を回路基板が包含するか又は包含しないかを
設計する上で柔軟性を有するという点において利点を有
している。設計者が回路基板上に部品（即ち、バッテリ
及び／又はレゾネータ）を組込むこととした場合には、
上部モジュール１４は不要である。この場合には、下部
モジュール１２は上述した如く回路基板へ装着させるこ
とが可能であり、従って、下部モジュール１２はスタン
ドアローン回路パッケージとして、及び例えばバッテリ
及びレゾネータ等の補助部品へ接続させることの可能な
パッケージとして作用する。設計者がバッテリ又はレゾ
ネータのいずれかを基板上に組込み且つ単に必要とされ
る部品のみを具備する上部モジュール１４を購入するこ
とが可能であるように複数個の上部モジュールを設ける
ことが可能である。

【００４１】図１０は好適実施例のこの側面をブロック
図で示している。下部モジュール１２は他の回路４２と
共に回路基板４０上に装着されている。例えばオンボー
ドの再充電可能バッテリであるオプションとしての部品
４４を回路基板４０へ組込むことが可能である。通常下
部モジュール１２上のチップへ結合されている上部モジ
ュール１４がバッテリのみを包含するに過ぎないものと
仮定すると、再充電可能バッテリが回路基板上にない場
合には上部モジュール１４は必要ではない。一方、オプ
ションとしての部品４４が回路基板４０内に組込んで設
計されていない場合には、バッテリを収納する上部モジ
ュールを使用することによってバッテリを下部モジュー
ル１２上のチップへ供給することが可能である。

【００４２】本発明のこの側面は、多数の適用場面にお
いて使用することの可能な半導体製品に関連して特に有
用である。例えば、チップ１８がスタティックランダム
アクセスメモリ（ＳＲＡＭ）であり且つ上部モジュール
１４がバッテリを包含しており、従って回路基板への電
力が遮断された場合にＳＲＡＭが情報を保持するような
図１に示したタイプのパッケージ１０を有することが所
望される場合がある。同一の下部モジュール１２を、
（１）オンチップパワーが所望される場合、（２）シス
テムがパワーオフ状態にある場合にオンボードのバック
アップバッテリによってＳＲＡＭへ電力を供給する場
合、（３）バッテリバックアップが必要でない場合の夫
々の場合において使用することが可能である。これら３
つの全ての機能を達成するパッケージを供給することに
よって、複数個の製品を設計するコストが除去される。

【００４３】図８Ｂは第二実施例を示しており、その場
合に、上部モジュール１４内の部品はパッド３２を介し
てチップ１８へ接続されているが、回路基板への電気的
接続を有するものではない。

【００４４】図９Ａ及び９Ｂはコネクタ２６及び３２の
異なる実施例を示している。図９Ａにおいてコネクタ２
６は上部にフランジ２８を設けた金属オスコネクタを有
している。コネクタ３２は、フランジ２８に対して押圧
された場合に外側へ屈曲し且つフランジがスプリングア
ーム４６内に位置した場合に内側へ復帰する複数個のス
プリングアーム４６を具備する円形部材を有している。
このコネクタは９Ｖバッテリに関して一般的に使用され
るコネクタに類似している。

【００４５】図９Ｂは、コネクタ２６がピンコネクタ３
２と共働する金属メスコネクタである場合の実施例を示
している。ピンコネクタ３２は、メスコネクタ２６内に
押し込まれた場合に摩擦によって所定位置に保持される
ように設計されている。このことは、例えば、リブ付き
（又は手ざわりのある）ピンコネクタ３２を使用するこ
とによるか、又は中実ピン３２及び例えばスプリングに
よるか又は内部的に形成されたフィンガ（ピン３２にお
ける対応する止め金でインターロックする）又はその他
の適宜のソケット２６等の該ピンを内部に保持するソケ
ット２６を使用することによって達成することが可能で
ある。殆どの場合において、上部モジュールと下部モジ
ュールとの間の物理的接続は摩擦によって維持される。

【００４６】図９Ａ及び９Ｂに示した実施例は、機械的
なクリップ又はそれらのモジュールを一体的に保持する
ための同様の装置を必要とすることなしに、上部モジュ
ール１４と下部モジュール１２とを係合した状態とする
ことを可能としている。このことは、回路基板と基板１
６との間のクリアランスが非常に小さなＢＧＡ装置にお
いて特に有用である。

【００４７】以上、本発明の具体的実施の態様について
詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ限定
されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなしに種々の変形が可能であることは勿論であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】 着脱自在なモジュールを組込んだボールグ
リッドアレイパッケージの好適実施例を示した概略正面
図。

【図１Ｂ】 図１Ａのボールグリッドアレイパッケージ
の概略断面図。

【図２】 封止した半導体装置を有するボールグリッド
アレイ基板を示した概略平面図。

【図３】 本発明パッケージの上部モジュールと下部モ
ジュールとの結合用のコネクタの好適実施例を示した概
略図。

【図４Ａ】 本パッケージの上部モジュール内にデータ
採取装置を組込んだパッケージの一例を示した概略断面
図。

【図４Ｂ】 本パッケージの上部モジュール内にデータ
採取装置を組込んだパッケージの一例を示した概略断面
図。

【図４Ｃ】 本パッケージの上部モジュール内にデータ
採取装置を組込んだパッケージの一例を示した概略断面
図。

【図４Ｄ】 本パッケージの上部モジュール内にデータ
採取装置を組込んだパッケージの一例を示した概略断面
図。

【図５】 本パッケージの上部モジュール内に通信装置
を組込んだパッケージを示した概略断面図。

【図６Ａ】 本パッケージの上部モジュール内に出力装
置を組込んだ状態の一例を示した概略図。

【図６Ｂ】 本パッケージの上部モジュール内に出力装
置を組込んだ状態の一例を示した概略図。

【図６Ｃ】 本パッケージの上部モジュール内に出力装
置を組込んだ状態の一例を示した概略図。

【図７】 本パッケージの上部モジュール内に１個のバ
ッテリと２個のクリスタルとを組込んだ状態を示した概
略断面図。

【図８Ａ】 図２のボールグリッドアレイ基板の一例を
示した概略底面図。

【図８Ｂ】 図２のボールグリッドアレイ基板の一例を
示した概略底面図。

【図９Ａ】 着脱自在なモジュールを基板へ電気的且つ
物理的に結合させる一実施例を示した概略図。

【図９Ｂ】 着脱自在なモジュールを基板へ電気的且つ
物理的に結合させる一実施例を示した概略図。

【図１０】 回路基板と共に図８Ｂに示したような接続
を有するボールグリッドアレイパッケージの使用状態を
示した概略図。

【符号の説明】

１０ パッケージ １２ 下部モジュール １４ 上部モジュール １６ 基板 １８ 半導体チップ ２０ ボンドワイヤ ２２ 半田ボール ２４ 封止物 ２６ コネクタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フランク シグマンド アメリカ合衆国， テキサス 75019， コッペル， クワイエット バレー 316 (72)発明者 フレッド シェブレトン アメリカ合衆国， テキサス 75007， カーロルトン， ブランチ ホロー ドラ イブ 2035 (72)発明者 ロバート エイチ． ボンド アメリカ合衆国， テキサス 75023， プラノー， チェンバーレーン ドライブ 2208 (72)発明者 ハリー エム． シーゲル アメリカ合衆国， テキサス 76053， ハースト， ウィールウッド ドライブ 825

Claims (43)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 集積回路パッケージにおいて、 ハウジングと、前記ハウジング内に設けられたデータ採
   取部品と、前記データ採取部品へ電気的接続を与えるた
   めの上部モジュール接続回路とを具備する上部モジュー
   ル、 基板と、前記基板へ結合した処理回路と、前記上部モジ
   ュール接続回路との着脱自在な接続を与えるために前記
   処理回路へ電気的に結合された下部モジュール接続回路
   とを有する下部モジュール、を有することを特徴とする
   集積回路パッケージ。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記データ採取部品
   が感温装置を有することを特徴とする集積回路パッケー
   ジ。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記感温装置がサー
   ミスタを有することを特徴とする集積回路パッケージ。
4. 【請求項４】 請求項２において、前記感温装置が熱電
   対を有することを特徴とする集積回路パッケージ。
5. 【請求項５】 請求項１において、前記データ採取部品
   が感湿装置を有することを特徴とする集積回路パッケー
   ジ。
6. 【請求項６】 請求項５において、前記処理回路が大気
   の湿度に応答して制御信号を発生する制御回路を有する
   ことを特徴とする集積回路パッケージ。
7. 【請求項７】 請求項１において、前記処理回路が感圧
   装置を有することを特徴とする集積回路パッケージ。
8. 【請求項８】 請求項７において、前記処理回路が大気
   圧力に応答して制御信号を発生する制御回路を有するこ
   とを特徴とする集積回路パッケージ。
9. 【請求項９】 請求項１において、前記処理回路が磁界
   検知装置を有することを特徴とする集積回路パッケー
   ジ。
10. 【請求項１０】 請求項７において、前記処理回路が磁
    界に応答して制御信号を発生する制御回路を有すること
    を特徴とする集積回路パッケージ。
11. 【請求項１１】 集積回路パッケージにおいて、 ハウジングと、前記ハウジング内に設けられたワイヤレ
    ス通信装置と、前記ワイヤレス通信装置へ電気的接続を
    与えるための上部モジュール接続回路とを具備する上部
    モジュール、 基板と、前記基板へ結合した処理回路と、前記上部モジ
    ュール接続回路との着脱自在な接続を与えるために前記
    処理回路へ電気的に結合した下部モジュール接続回路と
    を具備する下部モジュール、を有することを特徴とする
    集積回路パッケージ。
12. 【請求項１２】 請求項１１において、前記ワイヤレス
    通信装置がアンテナを有することを特徴とする集積回路
    パッケージ。
13. 【請求項１３】 請求項１２において、前記処理回路が
    前記アンテナによって受信される信号を処理するアナロ
    グ回路を有することを特徴とする集積回路パッケージ。
14. 【請求項１４】 請求項１３において、前記処理回路
    が、更に、前記アナログ回路からの信号を処理するデジ
    タル回路を有することを特徴とする集積回路パッケー
    ジ。
15. 【請求項１５】 請求項１３において、前記デジタル回
    路が地球静止位置決め回路を有することを特徴とする集
    積回路パッケージ。
16. 【請求項１６】 請求項１２において、前記処理回路が
    前記アンテナによって送信されるべき信号を処理するア
    ナログ回路を有することを特徴とする集積回路パッケー
    ジ。
17. 【請求項１７】 請求項１６において、前記処理回路
    が、更に、前記アナログ回路へ送給されるべき信号を処
    理するデジタル回路を有することを特徴とする集積回路
    パッケージ。
18. 【請求項１８】 集積回路パッケージにおいて、 ハウジングと、前記ハウジング内に設けられた出力装置
    と、前記出力装置への電気的接続を与えるための上部モ
    ジュール接続回路とを具備する上部モジュール、 基板と、前記基板へ結合した処理回路と、前記上部モジ
    ュール接続回路との着脱自在な接続を与えるために前記
    処理回路へ電気的に結合した下部モジュール接続回路と
    を具備する下部モジュール、を有することを特徴とする
    集積回路パッケージ。
19. 【請求項１９】 請求項１８において、前記出力装置が
    スピーカを有することを特徴とする集積回路パッケー
    ジ。
20. 【請求項２０】 請求項１８において、前記出力装置が
    ディスプレイを有することを特徴とする集積回路パッケ
    ージ。
21. 【請求項２１】 請求項１８において、前記出力装置が
    触覚信号を与える装置を有することを特徴とする集積回
    路パッケージ。
22. 【請求項２２】 請求項２１において、前記触覚信号を
    与える装置が振動装置を有することを特徴とする集積回
    路パッケージ。
23. 【請求項２３】 請求項１８において、前記出力装置が
    ブザーを有することを特徴とする集積回路パッケージ。
24. 【請求項２４】 請求項１８において、前記処理回路が
    デジタル信号処理装置を有することを特徴とする集積回
    路パッケージ。
25. 【請求項２５】 集積回路パッケージにおいて、 ハウジングと、前記ハウジング内に設けられたバッテリ
    と、実時間クロックへクロック信号を供給する第一クリ
    スタルと、システムクロック用のクロック信号を供給す
    る第二クリスタルと、前記バッテリ及び前記第一及び第
    二クリスタルへ電気的接続を与えるための上部モジュー
    ル接続回路とを具備する上部モジュール、 基板と、前記基板へ結合した処理回路と、前記上部モジ
    ュール接続回路との着脱自在な接続を与えるために前記
    処理回路へ電気的に結合した下部モジュール接続回路と
    を具備する下部モジュール、を有することを特徴とする
    集積回路パッケージ。
26. 【請求項２６】 請求項２５において、前記処理回路が
    時間とデータ出力とを供給する実時間クロック回路及び
    システムクロック信号を供給するクロック回路を有する
    ことを特徴とする集積回路パッケージ。
27. 【請求項２７】 集積回路部品をパッケージするシステ
    ムにおいて、 ボールグリッドアレイ基板、 前記基板へ結合した複数個の半田ボール、 前記半田ボールへ結合した半導体装置、 前記基板へ結合しており且つ前記半導体装置へ電気的に
    結合した１個又はそれ以上の端子、 補助部品を含むモジュール、を有しており、前記モジュ
    ールが前記部品を含むための本体部分と、前記モジュー
    ルを前記基板へ保持し且つ前記部品を前記半導体装置へ
    電気的に結合させるために前記端子の夫々と係合する１
    個又はそれ以上の電気的コネクタとを有する、ことを特
    徴とするシステム。
28. 【請求項２８】 請求項２７において、前記端子が拡大
    した上部部分をもった金属ポストを有しており、且つ前
    記コネクタが前記ポストへクランプするための変形可能
    な金属クリップを有することを特徴とするシステム。
29. 【請求項２９】 請求項２７において、前記コネクタが
    ピンを有しており且つ前記端子が前記ピンを受納するた
    めに形成された孔を具備する金属ポストを有しているこ
    とを特徴とするシステム。
30. 【請求項３０】 請求項２７において、前記補助部品が
    バッテリであることを特徴とするシステム。
31. 【請求項３１】 請求項２７において、前記補助部品が
    レゾネータであることを特徴とするシステム。
32. 【請求項３２】 請求項２７において、前記端子が、前
    記基板に関して適切に配向された場合に前記モジュール
    が前記端子と係合することが可能であるように前記基板
    上に非対称的に配列されていることを特徴とするシステ
    ム。
33. 【請求項３３】 請求項２７において、前記１個又はそ
    れ以上の端子が夫々の半田ボールへ電気的に結合されて
    いることを特徴とするシステム。
34. 【請求項３４】 集積回路部品をパッケージするシステ
    ムにおいて、 ボールグリッドアレイ基板、 前記基板へ結合した複数個の半田ボール、 前記半田ボールへ結合した半導体装置、 前記基板へ結合しており且つ夫々の半田ボールへ電気的
    に結合している１個又はそれ以上の端子、 補助部品を含むモジュール、 を有しており、前記モジュールが、前記部品を収容する
    本体部分と、前記部品を前記半導体装置と電気的に結合
    させるために前記端子の夫々と係合する１個又はそれ以
    上の電気的コネクタとを有することを特徴とするシステ
    ム。
35. 【請求項３５】 請求項３４において、前記電気的コネ
    クタが前記端子と機械的に係合して前記モジュールを前
    記基板に対して保持することを特徴とするシステム。
36. 【請求項３６】 請求項３５において、前記端子が拡大
    した上部部分をもった金属ポストを有しており、且つ前
    記コネクタが前記ポストへクランプするための変形可能
    な金属クリップを有することを特徴とするシステム。
37. 【請求項３７】 請求項３５において、前記コネクタが
    ピンを有しており、且つ前記端子が前記ピンを受納する
    ために形成された孔をもった金属ポストを有することを
    特徴とするシステム。
38. 【請求項３８】 請求項３４において、前記補助部品が
    バッテリであることを特徴とするシステム。
39. 【請求項３９】 請求項３４において、前記補助部品が
    レゾネータであることを特徴とするシステム。
40. 【請求項４０】 請求項３４において、前記基板に関し
    て適切に配向された場合に前記モジュールが前記端子と
    係合することが可能であるように前記端子が前記基板上
    に非対称的に配列されていることを特徴とするシステ
    ム。
41. 【請求項４１】 プリント回路基板上に集積回路を装着
    する方法において、半導体装置を取付けたボールグリッ
    ドアレイ基板をプリント回路基板上へ装着し、 前記基板上の端子及びコネクタ及び前記モジュールが物
    理的接続と電気的接続の両方を与えるように補助部品を
    含むモジュールを前記基板へ取付ける、上記各ステップ
    を有することを特徴とする方法。
42. 【請求項４２】 請求項４１において、前記取付けるス
    テップが、前記基板上の端子及びコネクタ及び前記モジ
    ュールが物理的接続と電気的接続の両方を与えるように
    バッテリを含むモジュールを前記基板へ取付けるステッ
    プを有することを特徴とする方法。
43. 【請求項４３】 請求項４１において、前記取付けるス
    テップが、前記基板上の端子及びコネクタ及び前記モジ
    ュールが物理的接続と電気的接続の両方を与えるように
    レゾネータを含むモジュールを前記基板へ取付けるステ
    ップを有することを特徴と方法。