JPH10229147A - 集積回路チップ・パッケージ用カンチレバー・ボール接続 - Google Patents

集積回路チップ・パッケージ用カンチレバー・ボール接続

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JPH10229147A
JPH10229147A JP10031910A JP3191098A JPH10229147A JP H10229147 A JPH10229147 A JP H10229147A JP 10031910 A JP10031910 A JP 10031910A JP 3191098 A JP3191098 A JP 3191098A JP H10229147 A JPH10229147 A JP H10229147A
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insert
ball connector
circuit board
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Darvin R Edwards
アール．エドワーズ ダービン
Michael A Lamson
エイ．ラムソン マイケル
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボール・コネクタに対する応力を和らげる。 【解決手段】 電子デバイスが、集積回路チップ、挿入
部材及び印刷回路基板を含む。第１ボール・コネクタが
挿入部材を印刷回路基板に接続するために使用される。
挿入部材は第２ボール・コネクタ又はワイヤ・ボンドに
よって集積回路チップに接続され得る。第１ボール・コ
ネクタは挿入部材に形成されたカンチレバー構造上に配
置される。カンチレバーは挿入部材にチャンネルを作る
ことによって形成される。カンチレバーは集積回路チッ
プの印刷回路基板に比較した熱膨張間の差によって生じ
る応力を吸収する。カンチレバーは、ボール・コネクタ
が挿入部材によって画定される平面内を動くことを可能
にすることによってボール・コネクタの応力を減らす。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は全般的に、挿入部材
を使用する集積回路チップ・パッケージ及び印刷回路基
板へのそれらの接続に関する。更に詳細には、本発明は
集積回路チップ・パッケージ用カンチレバー・ボール接
続に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】集積回路チップ・パッケー
ジは通常印刷回路基板に接続され、全電子的機能を達成
する。集積回路チップ・パッケージと印刷回路基板との
間の接続は、集積回路チップの回路から印刷回路基板上
の回路即ち他の部品への電気的導通を典型的に考慮す
る。集積回路チップ・パッケージと印刷回路基板との間
の接続をつくる一つの方法は、フリップ・チップ又はエ
リア・アレイ・パッケージングとして知られている、一
つ又はそれより多い、はんだボールのようなボール・コ
ネクタを使用することである。
【０００３】はんだボール接続での一つの問題は、集積
回路チップ・パッケージの熱膨張の係数と印刷回路基板
のそれとの差から生じる。ある集積回路チップ・パッケ
ージの熱膨張の係数は、例えば約３ｐｐｍ／℃のオーダ
の熱膨張の係数を有し得るシリコンの熱特性によって主
として支配される。印刷回路基板の熱膨張の係数は、主
として、印刷回路基板に含まれる銅の量の関数である。
回路基板は、例えば約１７ｐｐｍ／℃のオーダの熱膨張
の係数を有し得る。それ故、この例の集積回路チップ・
パッケージと印刷回路基板との間の熱膨張の差は約１４
ｐｐｍ／℃である。典型的に、熱膨張の差は１０から１
５ｐｐｍ／℃の範囲内である。
【０００４】熱膨張のこの差は、集積回路チップ・パッ
ケージと印刷回路基板との間の接続を形成するはんだボ
ール・コネクタに比較的大きな応力（stress）を生じ
る。典型的な印刷回路基板及び集積回路チップ・パッケ
ージの組合せの寿命の終るまで、熱膨張及び収縮ははん
だボール接続へのダメージを生じる。熱膨張又は収縮は
多くの数の要素によって生じ得、それは集積回路チップ
・パッケージのチップ内の又は印刷回路基板の電気の流
れによって発生される熱、通常の加熱及び冷却のような
環境要素、又は、印刷回路基板を組入れている特定電子
デバイスの動作中のパワー・オン及びパワー・オフのサ
イクル上での加熱及び冷却サイクルへ印刷回路基板装置
をさらすことを含む。
【０００５】ある型のフリップ・フロップ装置におい
て、はんだボール・コネクタの第１の組が集積回路チッ
プ表面に提供される。この第１の組のボール・コネクタ
が集積回路チップを、集積回路チップと印刷回路基板と
の間の中間層である挿入部材に接続するために使用され
る。第１の組のボール・コネクタは、例えばＣ４型はん
だボールで構成し得る。挿入部材は第２の組のボール・
コネクタによって印刷回路基板に接続される。これら
は、例えばＣ５型はんだボールで構成し得る。ある型の
エリア・アレイ・パッケージにおいて、集積回路チップ
は挿入部材へワイヤ・ボンドされる。ボール・コネクタ
の組が挿入部材を印刷回路基板へ接続するために使用さ
れる。これらのボール接続は上述した熱膨張特性のため
応力を被る。これはボール接続に対しダメージ又は疲労
を生じ得る。
【０００６】ボール接続の範囲内で応力を和らげる一つ
の方法はシステム・レベル印刷回路基板と集積回路チッ
プとの間にバッファ材を提供することである。例えば、
シリコンのような低係数バッファ層が挿入部材とシステ
ム・レベル印刷回路基板との間に提供され得る。熱膨張
の差によって生じる応力はシリコンにより部分的に吸収
される。しかしながら、これは挿入部材を集積回路チッ
プに接続するはんだボールに高応力を起こす。当業者
は、集積回路チップ、挿入部材及び印刷回路基板間の先
行はんだボール接続に他の課題が存在することを認識す
るであろう。
【０００７】
【課題を達成するための手段及び作用】それ故、先行の
ボールに関連したそれらの課題を解決することが本発明
の目的である。
【０００８】本発明の他の目的は、集積回路チップ、挿
入部材及び印刷回路基板のいずれか２つを接続するため
に使用されるボール・コネクタによって被られる応力を
和らげる接続構成を提供することである。
【０００９】本発明の他の目的は、集積回路チップ・パ
ッケージ及び印刷回路基板間の熱膨張の差のための接続
上の応力を減少する集積回路チップ・パッケージ及び印
刷回路基板間の接続を提供することである。
【００１０】本発明の他の目的は、フリップ・チップ及
びワイヤ・ボンド装置を含むいずれの型の集積回路チッ
プ・パッケージ／印刷回路基板組合せのための応力緩和
ボール接続を提供することである。
【００１１】本発明のこれら及び他の目的に合致するた
め、並びに、本発明の第１実施例に従って、集積回路チ
ップ及び集積回路チップに電気的に接続される挿入部材
を含む電子デバイスが提供される。挿入部材はそこに形
成されたカンチレバーを有し、第１のボール・コネクタ
がカンチレバー上に配置される。印刷回路基板は挿入部
材に電気的に接続される。第１のボール・コネクタは印
刷回路基板と集積回路チップ・パッケージとの間に配置
される。第１ボール・コネクタははんだボールであり得
る。
【００１２】カンチレバー第１ボール・コネクタは、挿
入部材と集積回路チップを又は挿入部材と印刷回路基板
を接続するために使用され得る。もしその後者の接続が
第1ボール・コネクタによって成されるならば、挿入部
材は第２ボール・コネクタか又はワイヤ・ボンドかによ
って集積回路チップ・パッケージに接続され得る。
【００１３】種々の特徴に従って、挿入部材は第１のボ
ール・コネクタが動き得る平面を画定する。カンチレバ
ーは挿入部材に形成されるチャンネルによって画定され
得る。チャンネルはその端から延びるスロット部を有す
る弓形部を含む種々の構成を有することができる。チャ
ンネルは挿入部材に部分的に又は挿入部材を貫通してず
っと延びることができる。
【００１４】発明の他の態様に従って、ボール・コネク
タによる印刷回路基板への電気的接続に適合する挿入部
材が提供される。挿入部材はそこに形成されたカンチレ
バーを有する。カンチレバーは挿入部材に形成されるチ
ャンネルによって定められ得る。チャンネルはカンチレ
バーの先端部を定める弓形部を含み得る。先端部はそこ
でボール・コネクタを受けるために適合され得る。チャ
ンネルは又、それぞれ弓形部の第１及び第２端から延び
る第１及び第２のスロット部を含み得る。
【００１５】本発明の他の実施例に従って、電子デバイ
スの製造方法が提供される。まず挿入部材が提供され
る。第２に、カンチレバーが挿入部材に形成される。第
３に、印刷回路基板が提供される。第４に、ボール・コ
ネクタがカンチレバーに結合される。第５に、ボール・
コネクタが印刷回路基板に結合される。
【００１６】本発明の他の態様、特徴及び利点は添付図
面に関しての詳細な説明を参照することにより当業者に
よって理解されよう。
【００１７】
【実施例】集積回路チップ・パッケージと印刷回路基板
との間のボール接続は、集積回路チップ・パッケージの
熱膨張の係数と印刷回路基板のそれとの差によって生じ
る応力を受ける。概して、本発明は、挿入部材と集積回
路チップか印刷回路基板かのいずれか又は双方の間に少
なくとも１つのカンチレバー・ボール・コネクタを有す
る集積回路チップ・パッケージ及び印刷回路基板間の接
続を提供することを企図する。好ましくは、第１の組の
ボール・コネクタが挿入部材と印刷回路基板との間に提
供され、第２の組のボール・コネクタが挿入部材と集積
回路チップとの間に提供される。少なくとも１つのボー
ル・コネクタが挿入部材に関してカンチレバーされる。
好ましくは、１組のボール・コネクタがカンチレバーさ
れる。
【００１８】図１により詳細に示されるように、挿入部
材３０は、例えばはんだボールであり得る第１のボール
・コネクタ４０の配列（arrangement ）によって印刷回
路基板５０に接続される。集積回路チップ１０は、例え
ばはんだボールであり得る第２のボール・コネクタ２０
の配列によって挿入部材３０に接続される。集積回路チ
ップ１０は、フリップ・チップ又はワイヤ・ボンド・チ
ップのような既知のチップを含むいずれの型の集積回路
チップであり得る。好ましくは、チップは、ボール・コ
ネクタの使用による印刷回路基板への又は挿入部材への
接続のために適合される。集積回路チップ１０を挿入部
材３０に接続する第２のボール・コネクタ２０は、例え
ば集積回路チップのボンド・パッド（図示せず）に配置
され得る。
【００１９】印刷回路基板５０は、はんだボール接続の
方法によって集積回路チップ・パッケージを単独で又は
挿入部材との組合せで受けるために適合されるいずれの
適切な印刷回路基板であり得る。第１のボール・コネク
タ４０は印刷回路基板５０のはんだ領域（図示せず）に
配置され得る。
【００２０】ボール接続自体は、集積回路チップと挿入
部材との、集積回路チップ・パッケージと印刷回路基板
との、又は挿入部材と印刷回路基板との間に接続をつく
るためのいずれの適切な型のボール・コネクタであり得
る。例えば、第２のボール・コネクタ２０ははんだボー
ルであり得るし、第１のボール・コネクタ４０ははんだ
ボールであり得る。しかしながら、本発明はいずれのボ
ール又ははんだ列コネクタで使用され得る。
【００２１】本発明の第１実施例に従うカンチレバー接
続は、更に図２を参照することでよく理解されよう。便
宜上、図２は１つの第２ボール・コネクタ２０のみと１
つの第１ボール・コネクタ４０のみを示す。図示のよう
に、第２ボール・コネクタ２０は集積回路チップ・パッ
ケージ１０を挿入部材３０の金属ストリップ３１に接続
する。第１のボール・コネクタ４０は同様に挿入部材３
０のバイヤ３２によって金属ストリップ３１に接続す
る。このようにして、第２ボール・コネクタ２０、金属
ストリップ３１及び第１ボール・コネクタ４０は集積回
路チップ１０と印刷回路基板５０との間に電気的な道を
形成するよう協同する。
【００２２】図３及び図４は挿入部材３０でカンチレバ
ーされた第１のボール・コネクタ４０を示す。図４は矢
印４−４の方向の図３の上面図である。便宜上、集積回
路チップ・パッケージと印刷回路基板は図示されていな
い。これらの図を更に参照すると、カンチレバー３３が
挿入部材３０にチャンネル３４を形成することによって
作られる。第１ボール・コネクタ４０の１つはカンチレ
バー３３の先端部３５に配置される。概して、ボール・
コネクタが付けられるコンポーネント（例えば、集積回
路チップ１０又は印刷回路基板５０）が熱的に膨張又は
収縮するときに、ボール・コネクタが方向ＡＡに自由に
動くことを可能にするようにカンチレバー３３は提供さ
れる。カンチレバー３３の先端部３５上にあるボール・
コネクタは好ましくは第１ボール・コネクタ４０である
が、カンチレバー構造は１つ又はそれより多い第２ボー
ル・コネクタ２０に適用し得る。
【００２３】好ましくは、チャンネル３４は完全に挿入
部材３０を貫いて延びる。しかしながら、影響を受ける
層の熱係数の間の差のためのボール・コネクタの応力に
対する救済が、挿入部材の厚みに部分的にのみ延びるチ
ャンネルを有することにより達成され得る。好ましく
は、チャンネル３４は一対の実質的に垂直な側壁を含
む。随意に、側壁はチャンネルが傾くように互いの方へ
傾斜し得る。チャンネル３４は弓形部３６、及び弓形部
３６の端３８から延びる一対のスロット部３７を含む。
好ましくは、スロット部３７はボール・コネクタ４０の
周囲境界の向こうで延びる。スロット部３７はカンチレ
バー３３のアーム部３９を画定する。ボール・コネクタ
４０は方向ＡＡに動くことが自由であるから、ボール・
コネクタ４０によってある時吸収された応力が今アーム
部３９によって吸収される。それ故好ましくは、挿入部
材３０は、ボール・コネクタ４０より強くそして疲労を
受けない材料から形成される。
【００２４】他のジオメトリがチャンネル３４を形成す
るために使用され得ることに注意されたい。例えば、図
５に示すように、弓形部３６はそこからスロット部３７
が延びる半円形であり得る。他の代替において、溝は図
６に示すように矩形又は正方形の先端を画定し得る。好
ましくは、図５に示すように弓形部３６がアーム部３９
から離れた軸ＡＡの側に限定される場合のように、弓形
部３６はボール・コネクタ４０の周囲に少なくとも１８
０°延びる。弓形部３６はボール・コネクタ４０の周囲
に全３６０°より少なく延びるべきであり、これは、ボ
ール・コネクタ４０を挿入部材３１へ接続するためのア
ーム部３９を有せなくなってしまうからである。それ
故、ボール・コネクタ４０の周囲の角度のある部分３６
の伸長度は１８０°と３６０°の間であるべきである。
より好ましくは伸長度は２２０°と３２０°の間であ
る。更により好ましくは伸長度は２６０°と２９０°の
間であり、最も好ましくは伸長度は約２７０°のオーダ
である。好ましくは、図４で最もよく見られるように、
弓形部３６の端３８間のライン・セグメント３９は第１
ボール・コネクタ４０の平面区域の外に位置する。
【００２５】その最も狭い位置でのチャンネル３４の幅
は、第１ボール・コネクタ４０が軸ＡＡに沿って動くこ
とが予測される距離に少なくとも等しい。これは、挿入
部材３０、集積回路チップ１０及び印刷回路基板５０の
熱膨張係数、並びに集積回路チップ・パッケージ／印刷
回路基板装置が作動する環境条件を含む数個の要素に依
存する。チャンネルの幅の一例は、０．００１乃至０．
００３インチのオーダである。
【００２６】チャンネル３４はパンチング、エッチング
又はレーザ・ドリリングを含むいずれの適切な技術によ
って形成され得る。チャンネル３４は好ましくはレーザ
・ドリリングによって形成される。この方法は小さなカ
ンチレバーを形成することを可能にし、比較的費用がか
からない。このプロセスに従って、レーザは挿入部材に
チャンネル・パターンをドリル又はカットするよう使用
される。
【００２７】挿入部材３０は好ましくは、集積回路チッ
プ１０と印刷回路基板５０の間にボール接続をつくるた
め適切な中間層を形成し得る適切な材料から形成され
る。好ましくは、挿入部材３０を形成するために使用さ
れる材料はポリイミド・テープのようなフィルムであ
る。しかしながらサーマル・プラスチックのような他の
材料が使用され得る。
【００２８】本発明の第２の実施例に従って、上述のカ
ンチレバー構造が図２に示すフリップ・チップ型装置以
外の集積回路チップ・パッケージ／印刷回路基板装置で
使用され得る。例えば図７に示すように、カンチレバー
のアプローチはワイヤ・ボンド装置で使用され得る。集
積回路チップ１１０は挿入部材１３０に粘着物１６０の
手段によって粘着する。集積回路チップが挿入部材に付
けられるとき、カンチレバー片が不注意に集積回路チッ
プ・パッケージに粘着されないことが重要である。ポリ
イミド・テープ（例えばKapton（商標）テープ）の場
合、これはカンチレバー片上を除いたあらゆる所に粘着
物を選択的に付着することにより防ぐことができる。あ
るサーマル・プラスチック（例えばAurum （商標））の
場合、金属加熱板が良好な粘着が必要とされるテープ領
域に対してのみ圧力と温度を加えるために使用され得
る。
【００２９】集積回路チップ１１０は少なくとも１つの
ワイヤ・ボンド１７０によって挿入部材１３０にワイヤ
・ボンドされる。ワイヤ・ボンド１７０は集積回路チッ
プ・パッケージ１１０のボンド・パッド（図示せず）を
挿入部材１３０の金属ストリップ１３１と接続する。ボ
ール・コネクタ１４０は挿入部材１３０に形成されたバ
イヤ１３２によって金属ストリップ１３１に接続され
る。ボール・コネクタ１４０は同様に印刷回路基板１５
０に接続され、集積回路チップ１１０から印刷回路基板
１５０への電気的な道を完成する。カンチレバー１３３
はボール・コネクタ１４０の前後の動きを可能にするよ
う上述のように提供される。
【００３０】本発明の第３の実施例に従って、方法が電
子デバイスを製造するために提供される。集積回路チッ
プが提供される。チップは、１つ又はそれより多いボー
ル接続による挿入部材又は印刷回路基板への接続のため
に適合される既知又は不既知のいずれの型であり得る。
挿入部材が提供される。印刷回路基板が提供される。カ
ンチレバーが挿入部材に形成される。これは挿入部材に
チャンネルを形成することによって成される。チャンネ
ルは、レーザ・ドリリング、エッチング又はパンチング
を含むがそれらには限定されないいずれの適切な方法に
よって形成され得る。第１ボール・コネクタはカンチレ
バーに及び印刷回路基板に結合される。挿入部材は第２
ボール・コネクタ又はワイヤ・ボンドのいずれによって
集積回路チップ・パッケージに接続される。いくつかの
第１ボール接続が適切又は所望の装置において提供され
得る。
【００３１】本発明の別の態様に従って、アウトリガー
・ボール（outrigger ball）がパッケージ／基板装置に
組入れられ得、装置の熱性能及び安定性を保証する。ア
ウトリガー・ボールはカンチレバーされず、それ故熱膨
張サイクルで疲労ダメージを被る。しかしながら、アウ
トリガー・ボールは電気的に能動でないから、電気的な
損失は上述したような熱膨張の差からの応力によるアウ
トリガー・ボールへのダメージからは生じない。
【００３２】本発明及びその利点を詳細に記述したが、
添付の特許請求の範囲によって定められる発明の精神及
び範囲から逸脱することなしに、種々の変更、置換及び
改造が成され得ることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に従う電子デバイスの図。
【図２】本発明の第１実施例に従う電子デバイスの一部
断面図。
【図３】本発明の第１実施例に従う電子デバイスの等長
図。
【図４】図３の矢印４の方向でみた図３の電子デバイス
の上面図。
【図５】図４の電子デバイスの代わりの態様の図。
【図６】図４の電子デバイスの代わりの態様の図。
【図７】本発明の第２実施例に従う電子デバイスの図。
【符号の説明】 １０ 集積回路チップ ２０ 第２ボール・コネクタ ３０ 挿入部材 ３３ カンチレバー ４０ 第１ボール・コネクタ ５０ 印刷回路基板

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 集積回路チップと、 集積回路チップに電気的に接続され、そこに形成された
    カンチレバーを有する挿入部材と、 カンチレバーに配置された第１ボール・コネクタと、 挿入部材に電気的に接続された印刷回路基板であって、
    第１ボール・コネクタが印刷回路基板と集積回路チップ
    との間に配置される印刷回路基板を含む電子デバイス。
  2. 【請求項２】 挿入部材は印刷回路基板に第１ボール・
    コネクタによって電気的に接続され、第１ボール・コネ
    クタは挿入部材と印刷回路基板との間に配置された請求
    項１記載の電子デバイス。
  3. 【請求項３】 挿入部材は平面を画定し、第１ボール・
    コネクタは平面内で可動な請求項１記載の電子デバイ
    ス。
  4. 【請求項４】 カンチレバーは挿入部材に形成されるチ
    ャンネルによって画定される請求項１記載の電子デバイ
    ス。
  5. 【請求項５】 チャンネルは挿入部材の厚みの中を完全
    に貫通して延びる請求項４記載の電子デバイス。
  6. 【請求項６】 チャンネルは挿入部材の厚みの中を部分
    的にだけ通って延びる請求項４記載の電子デバイス。
  7. 【請求項７】 チャンネルは第１ボール・コネクタを部
    分的に囲む弓形部を含み、第１及び第２のスロット部は
    それぞれ弓形部の第１及び第２端から延びる請求項４記
    載の電子デバイス。
  8. 【請求項８】 チャンネルの弓形部は第１ボール・コネ
    クタの回りを少なくとも１８０°延びている請求項７記
    載の電子デバイス。
  9. 【請求項９】 チャンネルの弓形部は第１ボール・コネ
    クタの回りを少なくとも２７０°延びている請求項７記
    載の電子デバイス。
  10. 【請求項１０】 カンチレバーは先端部とアーム部を含
    み、第１ボール・コネクタは先端部に接続されている請
    求項１記載の電子デバイス。
  11. 【請求項１１】 挿入部材は第１ボール・コネクタによ
    って印刷回路基板に接続され、アーム部は印刷回路基板
    の熱膨張と集積回路チップの熱膨張の間の差に応答する
    第１ボール・コネクタの動きによって生じる応力を吸収
    するよう適合される請求項１０記載の電子デバイス。
  12. 【請求項１２】 チャンネルは開始部と終了部を有し、
    開始部と終了部の間のライン・セグメントは第１ボール
    ・コネクタの平面境界を越えたところに位置する請求項
    １記載の電子デバイス。
  13. 【請求項１３】 挿入部材は第１ボール・コネクタによ
    って印刷回路基板に電気的に接続され、挿入部材は第２
    ボール・コネクタによって集積回路チップに電気的に接
    続される請求項１記載の電子デバイス。
  14. 【請求項１４】 挿入部材は第１ボール・コネクタによ
    って印刷回路基板に電気的に接続され、挿入部材はワイ
    ヤ・ボンドによって集積回路チップに電気的に接続され
    る請求項１記載の電子デバイス。
  15. 【請求項１５】 ボール・コネクタによって印刷回路基
    板に電気的接続するために適合された挿入部材であっ
    て、そこでボール・コネクタを受けるために形成された
    カンチレバーを有する基板を含む挿入部材。
  16. 【請求項１６】 カンチレバーは基板に形成されたチャ
    ンネルによって画定される請求項１５記載の挿入部材。
  17. 【請求項１７】 チャンネルはカンチレバーの先端部を
    画定する弓形部を含み、先端部はそこでボール・コネク
    タを受けるために適合され、チャンネルは更に弓形部の
    第１及び第２の端からそれぞれ延びる第１及び第２のス
    ロット部を含む請求項１５記載の挿入部材。
  18. 【請求項１８】 挿入部材を提供し、 挿入部材にカンチレバーを形成し、 印刷回路基板を提供し、 ボール・コネクタをカンチレバーに結合し、 ボール・コネクタを印刷回路基板に結合するステップを
    含む電子デバイスを製造する方法。
  19. 【請求項１９】 集積回路チップを提供するステップ
    と、集積回路チップを挿入部材に電気的に接続するステ
    ップを更に含む請求項１８記載の方法。
  20. 【請求項２０】 カンチレバーを形成するステップは挿
    入部材にチャンネルを形成することを含む請求項１８記
    載の方法。
JP10031910A 1997-01-02 1998-01-05 集積回路チップ・パッケージ用カンチレバー・ボール接続 Pending JPH10229147A (ja)

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