JP2000517457A - 等方性導電接着剤を使用して電気的相互接続を形成する方法およびそれにより形成される接続 - Google Patents

等方性導電接着剤を使用して電気的相互接続を形成する方法およびそれにより形成される接続

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Abstract

(57)【要約】 導電接着剤を直接第１の基板の導電区域に施し、接着剤が濡れている状態で、或いは不完全にまたは完全に硬化した状態で、第２の基板を接着剤堆積物と整列させて接触させ、それにより相互接続を完成させることを特徴とする、可撓性導電相互接続方法。組立後、未充填アンダーフィルは可撓性接着剤を圧縮するに十分なだけ収縮し、外部締付けが大幅に削減される。この方法は約6ミルまで縮尺可能であり、接着剤中に含まれる導電粒子の体積における百分率は実質的に上限なしである。

Description

【発明の詳細な説明】 等方性導電接着剤を使用して電気的相互接続を形成する方法 およびそれにより形成される接続発明の分野 本発明は、一般に電気的相互接続の分野に関するものであり、更に詳細には 電気的相互接続を形成する方法、およびそれにより形成される装置に関する。背景 コンピュータのハードウェアシステムは、その構成部品を搭載するのにプリ ント回路板を使用している。その構成部品は主として、通常或るレベルに中間パ ッケージされている集積回路チップ（ＩＣ）である。 電子部品の微小化が続くにつれて、益々大きいプリント回路板（ＰＣＢ）パ ネルが作られる傾向がある。したがって、広い表面領域を横断しながら高密度に 設けられた接触場所に対して確実な電気的相互接続を形成する技法が求められて いる。 比較的小さいパッケージでは表面の面積は障害にはならないが、これが広く なると障害を来す。中間パッケージング、すなわち、裸のチップとプリント回路 板との間にあるパッケージング層が使用されてきた。このような中間層はいくつ かの要求には応えてきたが、他の問題も生じている。その中間層に伴う一つの問 題は、中間層とＰＣＢとの間の、および、中間層とチップまたはチップおよびキ ャリアとの間の確実な接続を作ることが困難であることである。（図１に一般的 に示してある。） 介在層を接続するのにピン接続が使用されてきた。しかし、高周波数の用途 では、中間パッケージングと回路板との間のピン接続は、ピン長が長いことによ る高インダクタンスおよびキャパシタンス結合のため、不適切である。その後も リード（ピン）を必要としない接続が熱心に探求され続けている。 ピンまたはリードおよび中間パッケージング層に関連する問題を克服しよう としてエラストマ性接続（介在コネクタ）が開発された。介在コネクタは一般に 、エラストマ材料に埋め込まれた導電性粒子を含んでいる。この粒子はエラスト マ層中に広がり、エラストマ層が基板（回路板）や中間パッケージングから成る 二つの外側層の間に挟み込まれると、これら二つの外側層が電気的に接続される 。 しかし、このような介在体を形成する方法は、金またはニッケル銀をスパッ タリングまたはメッキして、ボール・ボンディング（はんだボールを二つの基板 のうちの一方に置いてからこれら二つの基板を組立てる）に適した表面を設ける といった公知の方法で基板を準備することに限定されていた。これ以外にも、熱 圧縮ボンディング、レーザ・ボンディング、または自動ワイヤ・ボンディングが すべて実用化されている。しかしいずれも真に優れた接続手段としては認識され ていない。 ピッチが10ミルのワイヤボンド・スタッドを導電接着剤に浸し、基板に対し て押しつけて「リード無し」相互接続を形成する。得られる相互接続は、小さい フットプリント（footprint）を有し、有効且つ容易なアンダーフィル（underfi lling）形成を促進する。このような方法により形成されたボール格子配列は、 結果的に取替え可能且つ試験可能な配列となり、大きいＢＧＡ（Ball Grid Arra y）においてさえ、共面性の問題を排除する。しかし、キャリアはやはり必要で ある。その上、スタッドを得るためのワイヤ・ボンディングは低速のプロセスで あり、大量の用途についてはひどく低速である可能性がある。たとえば、入出力 端子の多い用途では900個の入出力を必要とすることがあり、毎秒３ボンドの速 さでも、ワイヤ・ボンディングだけで１チップあたり５分を費やす。加えて、基 板からチップを刻み取る場合は別として、修理は完全に不可能である。 或るソケット形態の解決法が、ＬＧＡ（Land Grid Array）パッケージに対 する取付けに適切であることが立証されているが、大きいＣＴＥ不整合を伴って 基板に取付けられる可能性がある（穴に詰込まれたスチールウールとほぼ同様の 、周知のCinchの「Cinapse fuzzbutton」、およびソケット内に導電ゲルを使用 した、あまりよく知られていないＡＭＰのソケット）。 ゲルコネクタ（たとえば、米国特許第5,074,799号を参照）は、多数の接点 と濃密な平面状配列とを備える。ゲルコネクタは、接点を打つ力を消散するので 特に魅力的である。また、ゲルはＣＴＥ不整合の問題を改善する。 導電性ゲルのウェーハを、ＢＧＡまたはＬＧＡとプリント回路板との間で圧 縮できることが示されてきた。ＡＭＰの方法はCinapseの「fuzz-button」のもの と比較して幾つかの長所を備えているが、両者とも基本的には「ソケット」方法 であり、これらの方法は共に、構成部品が表面領域において増大した場合におけ る大きな外力を減らすというような、ある重要な設計問題に対しては、完全な解 決を与えることができない。ソケットを省略するような方法が望ましく、短く且 つ柔軟性を有する構造に対する要求が大きい。 更に、なお必要なことは、外部からの締付力の省略とともに介在体/ソケッ トの要求事項を共に排除することである。共面性不整合に対する寛容性とともに 、このような相互接続が耐熱サイクル性である、大きいＣＴＥ不整合および大き いＤＮＰにわたって有効な電気的相互接続を備える方法が必要である。更に、相 互接続は、理想的には組立中および現場での双方において、容易に試験および修 理ができるように柔軟性を有していなければならない。なお、その上この方法は 、リードを不要とし、かつ洗浄が不要であるものとすべきである。 発明の概要 ここで教示する発明は、二つの基板を組立てると直ちに二つの基板の有効な 電子相互接続が得られるようにチップまたはダイを含む基板の導電区域（濡れ性 を有するパッド）に塗布され、続いてもう一つの基板および組立体の導電区域と 整列させられる（他の基板への取付け）、体積で30％より多い導電粒子を含むシ リコーンである導電接着剤の使用法に関する。本発明は更に、大きいＣＴＥ不整 合および大きいＤＮＰにわたり有効な電気的相互接続をもたらす。本発明は更に 、耐熱サイクル性である電気的相互接続をもたらす。本発明は、高周波動作を支 援し、且つ試験および修理のしやすい相互接続経路をもたらす。本発明は、共面 性不整合に対する寛容性をもたらす。更に、本発明は、リードを不要とし、且つ 洗浄が不要である組立プロセスを与える。接着剤の施工は、ステンシル法や、写 真作像可能または光剥離可能なものを含む他のマスキングにより、またはピン・ トランスファ（pin-transfer）および関連の技法により行なうことができる。本 発明は他に、ＰＣＢ、ダイ、またはキャリアを含む、実質的にいかなる基板にも 容易なＩＣチップ取付をもたらす。本発明によれば、このような取付けは、濡れ た接着剤、または不完全に或いは完全に硬化した接着剤による組立や、最終硬化 前の容易な修理および試験と共に、多様な組立後硬化およびアンダーフィル・オ プションにも関係している。本発明による装置での現場試験および修理は、迅速 且つ簡潔である。 図面の簡単な説明 図１は、ＰＣＢに取付けられた一般的な従来技術のチップの概略図である。 図２は、本発明による方法の概略である。 図３Ａ〜図３Ｃには、ここに教示した本発明の一実施形態のステップが概略 示されており、特に相互接続の集合体のアンダーフィルのステップが示されてい る。 図４は、本発明の一実施形態のステップを示す流れ図である。発明の詳細な説明 ここに教示する本発明は、ソケットまたは他の介在物を必要とせずに（導電 接着剤の使用により）弾性接触の能力を備えた、短い可撓性相互接続を提供する 。本発明によって、キャリア、またはＬＧＡ、またはプリント回路板に直接相互 接続を施すことができる。相互接続材料が濡れているとき、不完全に硬化してい るとき、または完全に硬化しているとき、二つの基板の間の組立を行うことがで きる。組立後、硬化およびアンダーフィルを行うことができる。 本発明は、記したように、格子配列（回路）構成部品と、多数のこのような 構成部品の他にコンピュータとその関連装置との間の回路機能を与える相互接続 を収容するのに適用されるプリント回路とを含む。本発明の方法は、拡張縮小が 可能であり、約6ミルのピッチに対してばかりでなく、はるかに大きいサイズの 形態へ拡張することもできる。 本発明は、相互接続が機能するようにするための、組立中および組立後にお いてかかる外部圧力が低いものから皆無までのアセンブリを提供する。本発明は 、導電手段に必要な機能特性に適応し得る柔軟な、拡大縮小可能な接着剤施工お よび基板組立の手順を提供する。この導電性接着剤は未硬化状態、部分硬化状態 、或いは完全硬化状態にすることができる。未硬化または部分硬化している間に 第２の基板に取付ければ、最終的完全硬化の前の全ての段階で試験および修理を 行うことができる。 本発明において、硬化せずに組立てた場合、「濡れた」組立体はその後硬化 させられる。本発明の方法は、両面の可撓性接着剤接触を与える。組立体は濡れ ているとき、圧力の制御および/または（特に濡れた接着剤と隣接する導体との 間の接触に関して）濡れたエラストマの広がりの制御のための機械的制限手段が 必要である。本発明における方法において、高さ制限用或いはスペースを設ける ための球部材を接着剤の中に組み込むことも選択的に可能である。この「濡れ」 方法は、修理が特には重要でない、より完成状態に近い製品に対するものである 。 図２に示すように、本発明による方法は、導電接着剤30、および第１の基板 32を使用している。接着剤は基板32の表面に施され34、第１の基板（第１の基板 には導電接着剤36が施されている）の表面の所定領域に接着剤の堆積を生ずる。 第２の基板38は、施された導電接着剤36を支持しそれにより二つの基板および可 撓性導電相互接続から構成される相互接続装置40を形成する、第１の基板に取付 けられる（３９）。 取付けステップ39は、多数チップをＰＣＢのような比較的大きい基板に取付 けるための所望の接続特性または接続機構に応じて、接着剤が濡れているとき、 不完全に硬化しているとき、または完全に硬化しているときに行うことができる 。試験および修理（最終硬化前）のための組立後手順42の他に、多様なアンダー フィル手順が本発明により提供されている。 適切な接着剤として、アンダーフィルリングされたもの、成いは純粋なアン ダーフィルからの内部圧力により圧縮されるのに十分に軟らかいものが含まれる （下記の図３に関する説明を参照）。適切な接着剤として、シリコーン接着剤ま たは軟エポキシのファミリーを構成するもの、および導電粒子、フレーク、また はワイヤ（金、炭素、銀、など）が混入している同様の混合物が含まれる。接着 剤接続の等方性は接触を簡単にするが、接着剤内の導電粒子の体積は、例外的状 況を除き、30％を下回るべきではない。更に典型的な例は、体積で45％乃至75％ の導電粒子である。コンプライアンスの保存状態のような実際的なファクタは、 専門家に適切な体積を示すであろう。 接着剤のコンプライアンスは、外部からの締付けのためのいかなる要求をも 排除する上での重要な因子である。接着剤およびアンダーフィルの選択は、この ことを念頭において考慮すべきである。 接着剤30の施工を多様な方法により行うことができる。予め構成したマスク による、或いは剥脱可能な、つまり剥離可能な写真作像可能なマスク材料による ステンシル法の他、他の公知のステンシル法を選択できる。 図４に概略示したように、接着剤をマスク開口を通して接続すべき二つの基 板のいずれかに微小ステンシルをする仕方は非常に望ましい施工手順である。Ｃ ＰＤ（contained paste deposition）（ＵＳＰＴＯの前の出願、シリアル番号08 /287,453、に示してあり、あたかも全てここに記載されているかのようにここに 組み込まれているものとする）と呼ばれるHewlett-Packard Companyの方法は、 有効な基板の「微小ステンシル法」を提供している。そこに教示されているよう に、基板の導電場所への導電接着剤の微小ステンシル法は、装置の動作中に外力 を必要とせずに可撓性電気的相互接続を与える。 図４に概略示したように、本発明による導電接着剤の微小ステンシル施工法 は一般に、第１の基板、マスク、および接着剤を選択するステップ410、基板お よびマスクを組立るステップ412、基板とマスクを整列させるステップ414、導電 性接着剤を堆積させるステップ416、マスクを除去するステップ424、マスクを洗 浄するステップ430、および、このプロセスの更なる繰り返しにマスクを再利用 するステップを備える。他の実施形態では、マスク除去のステップ424を省略し 、更に他の実施形態は中間検査ステップ418、426、および修正ステップ420、428 を備えて、導電接着剤の規則正しい体積および正確な配置を確保している。 代わりに、施工を「ドクター・ブレーディング（doctor-blading）」により 、またはピン・ポイント・トランスファ（pin-point transfer）により行うこと ができる。「ピン・トランスファ」では、ピン、針、または類似品を接着剤に浸 し、次にピン・ポイントを、接着剤を堆積しようとする基板表面に接触させる。 接触により少量の接着剤またはフットプリントが基板に移される。各場所に孔の 散らばったダイを使用するのではなく、接着剤を基板にトランスファするための パターンとして単一の孔の開いたダイを使用する（ピン・トランスファ／ドクタ ー・ブレード（doctor blade））のが簡単である。従って、無隆起ダイを予めパ ターン化した場所に整列させて取付けることができる。接着剤の硬化は、上に示 した手順（すなわち、完全/不完全/未硬化）のいずれによっても行うことができ る。 更に代わりの実施形態は、ダイの鏡像および無隆起ダイへの接着剤のピン・ トランスファを備える。三つの硬化選択肢のどれでも可能である。 他の施工法も接着性導体に使用するのに適しており、実行者により選択され た方法は、企図していたピッチが選択した方法により達成できるか否かに大きく 依存する。 取付け後の硬化およびアンダーフィル形成（図３Ａ乃至図３Ｃに示す）は随 意選択のステップであって、選択してもよいし、選択しなくてもよく、これもま た問題となっている相互接続の設計特性に依存する。しかし、「純粋」または「 未充填」アンダーフィルを選択すれば、アンダーフィルの収縮が接続部分をぴっ たりと圧縮するよう作用し、外部からの締付けの必要性がなくなる。 図３Ｃに示すように、アンダーフィル相互接続354は、第１の基板342、可撓 性導電接着剤338、および第２の基板350の組立体の圧縮を特徴としている。 ここに教示する本発明は、接触圧力を維持するのにアンダーフィルを使用で きるものと規定している。完全に硬化した接着剤だけが電気的接触を維持するの に圧力を必要とするであろうが、すべての直接的なチップ取付け法は、このアン ダーフィルにより与えられる周囲シールから恩恵を受けることになる。導電接着 剤に対するアンダーフィルは、通常のエポキシアンダーフィルにより与えられる ものより有利な特性を示すことができる。 充填剤（固体粒子）がない無垢なアンダーフィルは、硬化時において、同等 の充填アンダーフィルより大きく収縮する。導電接着剤は多く充填されているの で、硬化すると、周囲のアンダーフィルの収縮は導電接着剤の隆起を圧縮する。 「無充填」アンダーフィルは、その低い粘度のため、チップの下に急速に侵 入し、分離しない。更に、無充填アンダーフィルは低い係数を有し、大きなダイ でチップの破壊または応力により誘発される圧電現象を生ずる可能性が少ない。 低い係数の泡境界面には応力を上昇させるものが少ないから、低い係数は空隙の ないアンダーフィルの必要性を少なくする。 透明アンダーフィルを紫外線硬化機構で調合し、ダイを所定位置に縁留めす ることができる。随意選択の熱硬化を、試験が完了してからの二次動作とするこ とができる。適切なアンダーフィルの例は、シアノアクリラート、紫外線硬化エ ポキシ（「Loctite」から入手できる）、「Lite-tak」（Loctite）のようなアク リラート、および他の同様なポリマである。 前述から明らかなように、本発明は、キャリアおよびリードなしで直接チッ プを基板（プリント回路板、ＬＧＡ、ＰＧＡ（pad grid array）、亜鉛酸ダイ、 または他の基板）に取付ける方法を含む。未硬化接着剤をチップか基板のうち最 も信頼性のある表面、および共に押しつけられた二つの表面に施すことができる 。組立後、使用者は、性能特性に合わせる必要に応じて、アンダーフィリング（ underfilling）および硬化を含む多数のプロセスを任意に進めることができる。典型的な手順 下記は、本発明による好適実施形態である。1089ピン・京セラ・セラミック ＬＧＡは、銀・シリコーン接着剤（Grace Specialty Polymersから入手可能、比 重3.6）をステンシル印刷する基板である。隆起のあるＬＧＡを約5ポンド〜10ポ ンドの圧力のもとで摂氏150度で１時間硬化させる。半硬化隆起付きＬＧＡを銀 ・シリコーンペーストの薄層（濡れた、ドクター・ブレードされた、約5ミルの 厚さの）に浸し、隆起の先端がペーストにより濡らされるようにする。ＬＧＡお よびその上の隆起をＦＲ-４ＰＣＢの導電性区域と整列させ、接触して設置する 。ＬＧＡ-ＰＣＢ組立体を摂氏150度で１時間硬化させる。低粘度アンダーフィル （Loktiteから入手できる、紫外線硬化可能な修正アクリル酸であるSealant 350 のような）を侵入させ、紫外線に露出させることにより硬化する。 本発明を幾つかの好適実施形態を参照して文章および図面で説明してきたが 、当業者には、これまでの説明を読み、図面を検討すれば種々の変形案および置 換案が明らかであると考えられる。したがって、本発明の範囲を付記した請求の 範囲により決定するつもりである。
【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成９年８月１９日（１９９７．８．１９） 【補正内容】 明細書 等方性導電接着剤を使用して電気的相互接続を形成する方法 およびそれにより形成される接続 発明の分野 本発明は、一般に電気的相互接続の分野に関するものであり、更に詳細には 電気的相互接続を形成する方法、およびそれにより形成される装置に関する。 背景 コンピュータのハードウェアシステムは、その構成部品を搭載するのにプリ ント回路板を使用している。その構成部品は主として、通常或るレベルに中間パ ッケージされている集積回路チップ（ＩＣ）である。 電子部品の微小化が続くにつれて、益々大きいプリント回路板（ＰＣＢ）パ ネルが作られる傾向がある。したがって、広い表面領域を横断しながら高密度に 設けられた接触場所に対して確実な電気的相互接続を形成する技法が求められて いる。 図１に概略的に示すように、比較的小さいパッケージでは表面の面積は障害 にはならないが、これが広くなると障害を来す。中間パッケージング、すなわち 、裸のチップ１とプリント回路板２との間にあるパッケージング層が使用されて きた。このような中間層はいくつかの要求には応えてきたが、他の問題も生じて いる。その中間層に伴う一つの問題は、中間層とＰＣＢとの間の、および、中間 層とチップまたはチップおよびキャリア３との間の確実な接続を作ることが困難 であることである。 介在層を接続するのにピン接続が使用されてきた。しかし、高周波数の用途 では、中間パッケージングと回路板との間のピン接続は、ピン長が長いことによ る高インダクタンスおよびキャパシタンス結合のため、不適切である。その後も リード（ピン）を必要としない接続が熱心に探求され続けている。 請求の範囲 １． 導電相互接続組立の方法であって、 各々が複数の別々の導電区域を有する第１の基板（410、32）および第２ の基板（38）を選択することと、 導電接着剤（30、400）を選択することと、 第１の基板の選択された別々の導電区域に、 マスク（410）の開口が第１の基板の選択された別々の導電区域と 整列するように第１の基板に近接して複数の開口が設けられたマスク（410）を 設置し（410）、 マスク（410）に導電接着剤（400）を施して導電接着剤がマスクの 開口から充填されるようにする ことにより導電接着剤の堆積物（36）を形成する（416）ことと、 第１の基板と第２の基板との間に導電接触を確立するに十分な条件のもと に、導電接着剤の堆積物を第２の基板の選択された別々の導電区域と整合して設 置する（39）こと から成る方法。 ２． 導電接着剤の堆積物を第２の基板（38）と整合して配置する（39）前 に、導電接着剤（400）を少なくとも幾らかは硬化させること（422）をさらに含 むことを特徴とする、請求項１記載の方法。 ３． 導電接着剤の堆積物を第２の基板（38）と整合して配置する（39）前 に、導電接着剤（400）を完全に硬化させることをさらに含むことを特徴とする 、請求項１記載の方法。 ４． アンダーフィルを選択し、第１の基板（350）、導電接着剤の堆積物 （338）、および第２の基板（342）を含む組立体（352）にアンダーフィルを施 すステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか一 項に記載の方法。 ５． 複数の開口を有するマスクを配置するステップは、 第１の基板に写真作像可能な層（34）を堆積させることと、 導電接着剤（30）を施そうとする基板の導電区域に対応する写真作像可能 な層に開口を写真作像することと をさらに含むことを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の 方法。 ６． 導電接着剤の堆積物を第２の基板の選択された別々の導電区域と整合 して配置する前に、マスク（410）を除去すること（430）をさらに含むことを特 徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の方法。 ７． 第１の基板と第２の基板との間に導電接触を確立するに十分な条件の もとに、導電接着剤の堆積物を第２の基板の選択された別々の導電区域と整合し て設置するステップ（39）はさらに、第１の基板および第２の基板の外部に圧力 を加えることを含むことを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に 記載の方法。 ８． 導電接着剤（30）を選択するステップは、約30％を越える体積だけ混 合された導電粒子の混合物を有するシリコーンから構成されるグループから導電 接着剤を選択することをさらに含むことを特徴とする、請求項１乃至請求項７の いずれか一項に記載の方法。 【図１】【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年１月１６日（１９９８．１．１６） 【補正内容】 ピンまたはリードおよび中間パッケージング層に関連する問題を克服しよう としてエラストマ性接続（介在コネクタ）４が開発された。介在コネクタは一般 に、エラストマ材料に埋め込まれた導電性粒子を含んでいる（例えば欧州特許出 願番号501270を参照）。この粒子はエラストマ層中に広がり、エラストマ層が基 板（回路板）２や中間パッケージングから成る二つの外側層の間に挟み込まれる と、これら二つの外側層が電気的に接続される。 しかし、このような介在体を形成する方法は、金またはニッケル銀をスパッ タリングまたはメッキして、ボール・ボンディング（はんだボール５を二つの基 板のうちの一方に置いてからこれら二つの基板を組立てる）に適した表面を設け るといった公知の方法で基板を準備することに限定されていた。これ以外にも、 熱圧縮ボンディング、レーザ・ボンディング、または自動ワイヤ・ボンディング がすべて実用化されている。しかしいずれも真に優れた接続手段としては認識さ れていない。 チップの端子及び基板の端子はまた、チップの端子を基板上の端子に押し付 けるためにチップの端子へ塗布される導電接着剤を使用して接続されてきた（例 えば日本特許出願6275678を参照）。同様に、ピッチが10ミルのワイヤボンド・ スタッドを導電接着剤に浸し、基板に対して押しつけて「リード無し」相互接続 を形成する。得られる相互接続は、小さいフットプリント（footprint）を有し 、有効且つ容易なアンダーフィル（underfilling）形成を促進する。このような 方法により形成されたボール格子配列は、結果的に取替え可能且つ試験可能な配 列となり、大きいＢＧＡ（Ball Grid Array）においてさえ、共面性の問題を排 除する。しかし、キャリアはやはり必要である。その上、スタッドを得るための ワイヤ・ボンディングは低速のプロセスであり、大量の用途についてはひどく低 速である可能性がある。たとえば、入出力端子の多い用途では900個の入出力を 必要とすることがあり、毎秒３ボンドの速さでも、ワイヤ・ボンディングだけで １チップあたり５分を費やす。加えて、基板からチップを刻み取る場合は別とし て、修理は完全に不可能である。 或るソケット形態の解決法が、ＬＧＡ（Land Grid Array）パッケージに対 する取付けに適切であることが立証されているが、大きいＣＴＥ不整合を伴って 基板に取付けられる可能性がある（穴に詰込まれたスチールウールとほぼ同様の 、周知のCinchの「Cinapse fuzzbutton」、およびソケット内に導電ゲルを使用 した、あまりよく知られていないＡＭＰのソケット）。 ゲルコネクタ（たとえば、米国特許第5,074,799号を参照）は、多数の接点 と濃密な平面状配列とを備える。ゲルコネクタは、接点を打つ力を消散するので 特に魅力的である。また、ゲルはＣＴＥ不整合の問題を改善する。 導電性ゲルのウェーハを、ＢＧＡまたはＬＧＡとプリント回路板との間で圧 縮できることが示されてきた。ＡＭＰの方法はCinapseの「fuzz-button」のもの と比較して幾つかの長所を備えているが、両者とも基本的には「ソケット」方法 であり、これらの方法は共に、構成部品が表面領域において増大した場合におけ る大きな外力を減らすというような、ある重要な設計問題に対しては、完全な解 決を与えることができない。ソケットを省略するような方法が望ましく、短く且 つ柔軟性を有する構造に対する要求が大きい。 更に、なお必要なことは、外部からの締付力の省略とともに介在体/ソケッ トの要求事項を共に排除することである。共面性不整合に対する寛容性とともに 、このような相互接続が耐熱サイクル性である、大きいＣＴＥ不整合および大き いＤＮＰにわたって有効な電気的相互接続を備える方法が必要である。更に、相 互接続は、理想的には組立中および現場での双方において、容易に試験および修 理ができるように柔軟性を有していなければならない。なお、その上この方法は 、リードを不要とし、かつ洗浄が不要であるものとすべきである。発明の概要 ここで教示する発明は、二つの基板を組立てると直ちに二つの基板の有効な 電子相互接続が得られるようにチップまたはダイを含む基板の導電区域（濡れ性 を有するパッド）に塗布され、続いてもう一つの基板および組立体の導電区域と 整列させられる（他の基板への取付け）、体積で30％より多い導電粒子を含むシ リコーンである導電接着剤の使用法に関する。本発明は更に、大きいＣＴＥ不整 合および大きいＤＮＰにわたり有効な電気的相互接続をもたらす。本発明は更に 、耐熱サイクル性である電気的相互接続をもたらす。本発明は、高周波動作を支 援し、且つ試験および修理のしやすい相互接続経路をもたらす。本発明は、共面 性不整合に対する寛容性をもたらす。更に、本発明は、リードを不要とし、且つ 洗浄が不要である組立プロセスを与える。接着剤の施工は、ステンシル法や、写 真作像可能または光剥離可能なものを含む他のマスキングにより、またはピン・ トランスファ（pin-transfer）および関連の技法により行なうことができる。本 発明は他に、ＰＣＢ、ダイ、またはキャリアを含む、実質的にいかなる基板にも 容易なＩＣチップ取付をもたらす。本発明によれば、このような取付けは、濡れ た接着剤、または不完全に或いは完全に硬化した接着剤による組立や、最終硬化 前の容易な修理および試験と共に、多様な組立後硬化およびアンダーフィル・オ プションにも関係している。本発明による装置での現場試験および修理は、迅速 且つ簡潔である。図面の簡単な説明 図１は、ＰＣＢに取付けられた一般的な従来技術のチップの概略図である。 図２は、本発明による方法の概略である。 図３Ａ〜図３Ｃには、ここに教示した本発明の一実施形態のステップが概略 示されており、特に相互接続の集合体のアンダーフィルのステップが示されてい る。 図４は、本発明の一実施形態のステップを示す流れ図である。発明の詳細な説明 ここに教示する本発明は、ソケットまたは他の介在物を必要とせずに（導電 接着剤の使用により）弾性接触の能力を備えた、短い可撓性相互接続を提供する 。本発明によって、キャリア、またはＬＧＡ、またはプリント回路板に直接相互 接続を施すことができる。 取付けステップ39は、多数チップをＰＣＢのような比較的大きい基板に取付 けるための所望の接続特性または接続機構に応じて、接着剤が濡れているとき、 不完全に硬化しているとき、または完全に硬化しているときに行うことができる 。試験および修理（最終硬化前）のための組立後手順42の他に、多様なアンダー フィル手順が本発明により提供されている。 適切な接着剤として、アンダーフィルリングされたもの、或いは純粋なアン ダーフィルからの内部圧力により圧縮されるのに十分に軟らかいものが含まれる （下記の図３に関する説明を参照）。適切な接着剤として、シリコーン接着剤ま たは軟エポキシのファミリーを構成するもの、および導電粒子、フレーク、また はワイヤ（金、炭素、銀、など）が混入している同様の混合物が含まれる。接着 剤接続の等方性は接触を簡単にするが、接着剤内の導電粒子の体積は、例外的状 況を除き、30％を下回るべきではない。更に典型的な例は、体積で45％乃至75％ の導電粒子である。コンプライアンスの保存状態のような実際的なファクタは、 専門家に適切な体積を示すであろう。 接着剤のコンプライアンスは、外部からの締付けのためのいかなる要求をも 排除する上での重要な因子である。接着剤およびアンダーフィルの選択は、この ことを念頭において考慮すべきである。 接着剤30の施工を多様な方法により行うことができる。予め構成したマスク による、或いは剥脱可能な、つまり剥離可能な写真作像可能なマスク材料による ステンシル法の他、他の公知のステンシル法を選択できる。 図４に概略示したように、接着剤をマスク開口を通して接続すべき二つの基 板のいずれかに微小ステンシルをする仕方は非常に望ましい施工手順である。Ｃ ＰＤ（contained paste deposition）(USP 5,539,153に示されている）と呼ばれ るHewlett-Packard Companyの方法は、有効な基板の「微小ステンシル法」を提 供している。そこに教示されているように、基板の導電場所への導電接着剤の微 小ステンシル法は、装置の動作中に外力を必要とせずに可撓性電気的相互接続を 与える。 図４に概略示したように、本発明による導電接着剤の微小ステンシル施工法 は一般に、第１の基板、マスク、および接着剤を選択するステップ410、基板お よびマスクを組立るステップ412、基板とマスクを整列させるステップ414、導電 性接着剤を堆積させるステップ416、マスクを除去するステップ424、マスクを洗 浄するステップ430、および、このプロセスの更なる繰り返しにマスクを再利用 するステップを備える。他の実施形態では、マスク除去のステップ424を省略し 、更に他の実施形態は中間検査ステップ418、426、および修正ステップ420、428 を備えて、導電接着剤の規則正しい体積および正確な配置を確保している。 代わりに、施工を「ドクター・ブレーディング（doctor-blading）」により 、またはピン・ポイント・トランスファ（pin-point transfer）により行うこと ができる。「ピン・トランスファ」では、ピン、針、または類似品を接着剤に浸 し、次にピン・ポイントを、接着剤を堆積しようとする基板表面に接触させる。 接触により少量の接着剤またはフットプリントが基板に移される。各場所に孔の 散らばったダイを使用するのではなく、接着剤を基板にトランスファするための パターンとして単一の孔の開いたダイを使用する（ピン・トランスファ／ドクタ ー・ブレード（doctor blade））のが簡単である。従って、無隆起ダイを予めパ ターン化した場所に整列させて取付けることができる。接着剤の硬化は、上に示 した手順（すなわち、完全/不完全/未硬化）のいずれによっても行うことができ る。 更に代わりの実施形態は、ダイの鏡像および無隆起ダイへの接着剤のピン・ トランスファを備える。三つの硬化選択肢のどれでも可能である。 他の施工法も接着性導体に使用するのに適しており、実行者により選択され た方法は、企図していたピッチが選択した方法により達成できるか否かに大きく 依存する。 取付け後の硬化およびアンダーフィル形成（図３Ａ乃至図３Ｃに示す）は随 意選択のステップであって、選択してもよいし、選択しなくてもよく、これもま た問題となっている相互接続の設計特性に依存する。しかし、「純粋」または「 未充填」アンダーフィルを選択すれば、アンダーフィルの収縮が接続部分をぴっ たりと圧縮するよう作用し、外部からの締付けの必要性がなくなる。 図３Ｃに示すように、アンダーフィル相互接続354は、第１の基板342、可撓 性導電接着剤338、および第２の基板350の組立体の圧縮を特徴としている。 ここに教示する本発明は、接触圧力を維持するのにアンダーフィルを使用で きるものと規定している。完全に硬化した接着剤だけが電気的接触を維持するの に圧力を必要とするであろうが、すべての直接的なチップ取付け法は、このアン ダーフィルにより与えられる周囲シールから恩恵を受けることになる。導電接着 剤に対するアンダーフィルは、通常のエポキシアンダーフィルにより与えられる ものより有利な特性を示すことができる。 充填剤（固体粒子）がない無垢なアンダーフィルは、硬化時において、同等 の充填アンダーフィルより大きく収縮する。導電接着剤は多く充填されているの で、硬化すると、周囲のアンダーフィルの収縮は導電接着剤の隆起を圧縮する。 「無充填」アンダーフィルは、その低い粘度のため、チップの下に急速に侵 入し、分離しない。更に、無充填アンダーフィルは低い係数を有し、大きなダイ でチップの破壊または応力により誘発される圧電現象を生ずる可能性が少ない。 低い係数の泡境界面には応力を上昇させるものが少ないから、低い係数は空隙の ないアンダーフィルの必要性を少なくする。 透明アンダーフィルを紫外線硬化機構で調合し、ダイを所定位置に縁留めす ることができる。随意選択の熱硬化を、試験が完了してからの二次動作とするこ とができる。適切なアンダーフィルの例は、シアノアクリラート、紫外線硬化エ ポキシ（Loctite Corp.から入手できる）、Loctite Corpによる「LITE-TAK」と いう登録商標で販売されているようなアクリラート、および他の同様なポリマで ある。 前述から明らかなように、本発明は、キャリアおよびリードなしで直接チッ プを基板（プリント回路板、ＬＧＡ、ＰＧＡ（pad grid array）、亜鉛酸ダイ、 または他の基板）に取付ける方法を含む。未硬化接着剤をチップか基板のうち最 も信頼性のある表面、および共に押しつけられた二つの表面に施すことができる 。組立後、使用者は、性能特性に合わせる必要に応じて、アンダーフィリング（ u nderfilling）および硬化を含む多数のプロセスを任意に進めることができる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １． 導電相互接続組立の方法であって、 各々が複数の別々の導電区域を有する第１および第２の基板を選択するス テップと、 導電接着剤を選択するステップと、 前記第１の基板の導電区域上において導電接着材料を予め選択された位置 に供給するやり方で、前記第１の選択された表面上に前記導電性接着剤を施すス テップと、 第１の基板と第２の基板との間に導電接触を確立するに十分な条件のもと に前記導電接着剤が前記第２の基板に接触するように、第２の基板を前記第１の 基板上の導電接着剤に近接させて配置するステップと を設けて成る方法。 ２． 導電接着剤を前記第２の基板に近接させて配置する前に導電接着剤を 少なくとも不完全に硬化させるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項 １に記載の方法。 ３． 導電接着剤を前記第２の基板に接触させて配置する前に導電接着剤を 完全に硬化させるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の方 法。 ４． 前記第２の基板に接触させて導電接着剤を配置した後に導電接着剤を 完全に硬化させるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の方 法。 ５． アンダーフィルを選択し、前記第１の基板−導電接着剤−第２の基板 組立体にアンダーフィリングを施すステップをさらに含むことを特徴とする、請 求項４に記載の方法。 ６． 前記施すステップは、前記導電接着剤が配置される予定の導電区域を 確認するステップと、 前記導電区域上に導電接着剤を堆積させるやり方で前記導電接着剤を施すステッ プと をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。 ７． 前記施すステップは、写真作像可能な層の堆積に続いて、導電接着剤 が施される予定の基板上の導電区域に対応する開口を写真作像することをさらに 含むことを特徴とする、請求項６に記載の方法。 ８． 導電接着剤が施される予定の場所に開口を設けるように構成可能なマ スクによって前記第１の基板をマスキングするステップをさらに含むことを特徴 とする、請求項６に記載の方法。 ９． 前記施すステップは、ピン・トランスファによって導電接着剤を前記 第１の基板表面に移すステップをさらに含んでおり、 前記ピン・トランスファにおいては、少なくとも１つのピン状ポイントが導電 接着剤に浸され、続いて前記第１の基板の表面上の導電区域に接触して配置され 、それによって、導電接着剤が導電区域に施され接触することを特徴とする、請 求項６に記載の方法。 １０． 基板に直接導電性接着剤による接続を形成する方法であって、 基板上の導電区域にその開口が位置あわせされるようにその開口を構成できる マスク部材を基板に配置するステップと、 導電接着剤がマスク部材の開口に充填されるように前記導電接着剤をマスク部 材へ供給するステップと、 マスク部材を除去するステップと を設けて成る方法。 １１． マスクを除去する前に導電接着剤を不完全に硬化させるステップを さらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。 １２． 前記導電接着剤は、約３０％より多い体積比で混合された導電性粒 子が混合されたシリコーンからなるグループから選択されることを特徴とする、 請求項１０に記載の方法。 １３． 導電接着剤を完全に硬化させる前に基板−導電接着剤−マスク組立 体を検査するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法 。 １４． 検査の後にマスクの開口に追加の導電接着剤を不十分に加えるステ ップをさらに含むことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。 １５． マスクの除去の後に基板−導電接着剤組立体を検査し修理するステ ップをさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。 １６． 基板−導電接着剤組立体上のピッチが約１０ミルからそれよりも大 きい大きさの範囲にあることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。 １７． 複数の導電区域を有する第１の基板を複数の導電区域を有する第２ の基板に電気的に接続する方法であって、 複数の開口を有するマスクの開口が導電区域に位置合わせされるように、マ スクを基板に取り付けるステップと、 導電接着剤がマスク開口に充填されるように、導電接着剤をマスクに供給す るステップと、 導電接着剤が少なくとも幾らかは硬化していない間にマスクを除去するステ ップと を含む方法によって第１の基板上に導電接着剤の堆積を形成するステップと、 第１の基板上の導電接着剤の堆積を第２の基板の導電区域に位置合わせするス テップと、 第１の基板と第２の基板の間の電気的接続を形成するために圧力をかけるステ ップと 外部圧力の付加を停止するステップと を設けて成る方法。 １８． 第１の基板上の導電接着剤の堆積のピッチは、約１０ミル或いはそ れより大きい範囲のものであることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。 １９． 複数の導電区域を有する第１の基板を複数の導電区域を有する第２ の基板に電気的に接続する方法であって、 マスクの開口が導電区域に位置合わせされるように、第１の基板上に写真作 像可能部材の層を取りつけ、該写真作像可能部材に複数の開口をエッチングする ステップと、 導電接着剤がマスク開口に充填されるように、導電接着剤を写真作像可能部 材に供給するステップと、 導電接着剤が少なくとも幾らかは硬化していない間に写真作像可能部材を除 去するステップと を含む方法によって第１の基板上に導電接着剤の堆積を形成するステップと、 第１の基板上の導電接着剤の堆積を第２の基板の導電区域に位置合わせするス テップと、 第１の基板と第２の基板の間の電気的接続を形成するために圧力をかけるステ ップと 外部圧力の付加を停止するステップと を設けて成る方法。 ２０． 複数の導電区域を有する第１の基板を複数の導電区域を有する第２ の基板に電気的に接続する方法であって、 堆積が導電区域に位置合わせされるように、第１の基板上に導電接着剤をピ ン・トランスファによって堆積させるステップと、 第１の基板上の導電接着剤の堆積を第２の基板の導電区域に位置合わせする ステップと、 第１の基板と第２の基板との間の電気的接続を形成するために圧力をかけ、 相互接続を得るためのアンダーフィリングを行うことを含む組立てステップと、 外部圧力の付加を停止するステップと を設けて成る方法。 ２１． 導電接着剤を完全に硬化させるステップと、濡れた導電接着剤を硬 化した導電接着剤の先端部分に堆積させるステップとさらに含むことを特徴とす る、請求項２０に記載の方法。 ２２． 第１の層のいくつかの導電部を第２の層のいくつかの導電部に電気 的に接続する装置であって、 第１と第２の層の間の複数の弾性体を備えており、 前記弾性体は導電接着剤をさらに含んでおり、１０ミルより大きいピッチを有 する ことを特徴とする装置。
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