JP2005502187A - 電子部品組立体の熱機械的信頼性を向上するためにパッケージレベルで予め塗布されるアンダーフィル - Google Patents
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Abstract
予め塗布されたアンダーフィル（５０）を自身の上に有する表面実装パッケージ（７０）と、そのようなパッケージの製造および使用の方法とが提供される。予め塗布されたアンダーフィルを有するパッケージを顧客に供給することは、表面実装パッケージの熱的および機械的な信頼性を向上し、また、追加のコスト、工具、人力およびアンダーフィル材の塗布および硬化に関連する工程作業の顧客の必要性を軽減する。
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子コンポーネント（部品）の実装、特に、予め塗布されたアンダーフィルを有する電子コンポーネントパッケージと、予め塗布されたアンダーフィルを有する電子コンポーネントパッケージの製造方法および使用方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ電子デバイスは、何百万の電子回路コンポーネント、主に、集積回路（ＩＣ）チップに組み込まれるトランジスタ、レジスタ（抵抗器）、コンデンサー、および他のコンポーネントを含む。これらの電子コンポーネントは、通常、回路を形成するように相互に接続され、最終的に、例えばプリント配線基板（ＰＷＢ）またはプリント回路基板（ＰＣＢ）のようなキャリアーまたは基板に接続され支持される。
【０００３】
ＩＣコンポーネントは、単一のベアチップ（裸素子）、単一の封止されたチップ、または、封止された複数のチップのパッケージからなることができる。この単一のベアチップはリードフレームに取り付けられ、次ぎに、ＰＷＢまたはＰＣＢに封止され取り付けられるか、または、ＰＷＢまたはＰＣＢに直接取り付けられることができる。
【０００４】
コンポーネントは、リードフレームに接続されるベアチップか、または、プリント配線基板または他の基板に接続されるパッケージであり、接続は電子コンポーネント上の電気終端と基板上の対応する電気終端との間でなされる。これらの接続をなす方法の一つは、コンポーネント端子または基板端子へバンプまたはボール状で付けられる取り付け材料を利用する。端子は整列され一緒に接触され、もたらされた組立体は取り付け材料をリフローし且つ接続を堅くするために加熱される。
【０００５】
その後の製造工程の間において、電子部品組立体は、高温および低温の温度サイクルにさらされる。電子コンポーネント、相互結合材料および基板のそれぞれの熱膨張係数（ＣＴＥ）の相違により、この温度サイクルは組立体のコンポーネントに応力をかけ、破損をもたらす。ＣＴＥのミスマッチにより引き起こされる破損を軽減するために、コンポーネントと基板との間の間隙は、しばしば、相互結合を補強し、温度サイクルによる幾らかのストレスを吸収するために、以下において”アンダーフィル”と称されるポリマー（重合体）封止剤で満たされる。
【０００６】
アンダーフィル封止は、取り付け材料または相互結合材料のリフローの後に行われるか、または、リフローと同時に行われても良い。もし、アンダーフィル封止が相互結合材料のリフロー後に行われるとすると、適量のアンダーフィル封止材料は、電子部品組立体の一つ以上の周囲側部に沿って分配され、コンポーネントと基板との間の間隙内の毛細管現象は材料を内側へ吸い込む。最適な毛細管現象のための所望のレベルの封止粘度を得るために、必要に応じて基板は予熱される。間隙が満たされた後、応力集中を緩和し組み立てられた構造体の疲れ寿命を延ばすことを容易にするために、完成した組立体の周囲に沿って、さらにアンダーフィルが分配されてもよい。アンダーフィルは、所望の最終特性に達するようにその後硬化される。
【０００７】
もし、アンダーフィル封止が、相互結合材料のリフローと同時に行われるとすると、アンダーフィルはＰＷＢまたはＰＣＢのような基板に塗布され、次ぎにコンポーネント上および基板上の端子は整列され且つ接触され、その組立体は相互結合材料をリフローするために加熱される。この加熱工程の間において、アンダーフィルの硬化が相互結合材料のリフローと同時に生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述のような方法は、基板に取り付けられる表面実装パケージを使用する顧客に対して重大な課題を提起する。パケージと基板との間のＣＴＥのミスマッチによりもたらされる応力を緩和することが必要となるために、アンダーフィル作業および硬化作業を実行する追加工程がしばしば必要とされる。このことは、追加の工具、人力、コストをもたらす。さらに、作業員は、アンダーフィル作業によりもたらされる有害な煙霧または蒸気にさらされ、該煙霧または蒸気はアレルギー性の健康問題または他の健康問題を引き起こす可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の幾つかの態様の基本的な理解を提供するために、以下に本発明の簡単な要旨を示す。この要旨は、本発明の広範囲にわたる概要ではない。本発明の鍵または重要な要素を特定するものでもなく、本発明の範囲を線引きするものでもない。後述される、より詳細な記載の前置きとして、簡易な形式で本発明の幾つかのコンセプトを示すことが唯一の目的である。
【００１０】
本発明は、自身の上に予め塗布されたアンダーフィルを有する表面実装パッケージのためのシステムおよび方法に関する。このようなパケージは、熱機械的の信頼性の向上を提供する。本明細書に記載された様々な実装計画および実装方法は、チップパケージ集積化が遂行される組立場所で実行されるアンダーフィル工程の必要性を軽減する。
【００１１】
本発明の表面実装パッケージは、自身の上に配置されるか、堆積されるか、または、設置される取り付け材料を有する。取り付け材料は、基板との電気接続を容易に形成するための任意の形態およびタイプのものでよい。”基板”という用語は、表面実装パケージが付けられる任意の適当な表面を含むことを意味することは理解されうる。例えば、プリント回路基板（ＰＣＢ）またはプリント配線基板（ＰＷＢ）は、本発明の範囲内の基板として考えられる。アンダーフィル材は、出荷前に基板の少なくとも一部分に塗布される。
【００１２】
前述の目的および関連する目的を実現するために、以下の説明および図面と関連して、本発明の特定の例証的な態様が本明細書中に記載される。これらの態様は、本発明の原理が実行される多様な手段のほんの数例を示すものであるが、本発明は、そのような全ての態様およびそれらの等価物が含まれることが意図されている。図面と併せて以下の本発明の詳細な説明が考慮されるとき、本発明の他の利点および新規な特長は本発明の以下の詳細な説明から明らかになりうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、表面実装パケージの熱信頼性および機械的信頼性を向上するために電子コンポーネントに予めアンダーフィルを塗布するシステムおよび方法に関する。本発明は図面を参照して記載され、同一の参照番号は全体を通して同一の要素を参照するように使用される。以下の記載においては、本発明の完全な理解をもたらすために、説明の目的のための多数の特定の詳細が述べられる。しかし、本発明がこれらの特定の詳細を有すること無く実践されてもよいことは明らかである。他の事例においてよく知られている構造および装置は、本発明の記載を容易にするためにブロックフォームで示されている。
【００１４】
図１は、電子コンポーネント２０とその上に塗布されたアンダーフィル材３０とを有する表面実装パケージ１０の一例が示されている。表面実装パッケージ１０には、例えば、ボールグリッドアレイ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）パッケージ、ガル・ウイング（ｇｕｌｌ ｗｉｎｇ）パッケージ、Ｊリード（Ｊ−ｌｅａｄ）パッケージおよびチップスケールパッケージ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）のような多様なタイプのものが可能である。アンダーフィル材３０は、表面実装パケージ１０の出荷前に電子コンポーネント２０に塗布され、一般的に、高粘度または非流動性の液状、ゲル、ペースト、フィルムまたは固体形態の形態である。アンダーフィル材は、（例えば顧客の選択に依存して）補修可能または補修不能であるように適当に調整される。さらに、アンダーフィル材３０は、エポキシ、アクリル等のような化学的性質の有機ポリマーであって、フィラーを含有するもの、または、フィラーを含有しないものが可能で、一般的に、熱硬化性または熱可塑性の性質を有する。
【００１５】
アンダーフィル３０は、シンギュレーション（切断）される前に、ストリップ、テープ、リールまたは他のキャリアー上の単一のパッケージまたは複数のパッケージに塗布されることが可能である。さらに、アンダーフィルの塗布は、例えば、予備成形、制御分配、スクリーン印刷、ステンシル（ｓｔｅｎｃｉｌ）印刷、トランスファー成形、金型成形、射出成形、テープおよびトランスファーフィルムのような多数の技術により実施されることが可能である。選択される技術は、コンポーネント製造および製作の形態またはアンダーフィル材３０の物理化学特性に関するものである。アンダーフィル３０は、予定の高さでパッケージ１０に塗布されることが可能である。パケージ１０は切断（ｓｉｎｇｕｌａｔｅｄ）され、顧客への出荷のために個々のキャリアーに詰め込まれる。よって、本発明は、顧客による基板への表面実装パッケージの取り付け工程を容易にし、一方で、顧客の現場での付加的なアンダーフィル工程の実行の必要性を軽減する。
【００１６】
本発明に態様に基づいて、予め塗布された縁固着タイプのアンダーフィル５０を有する表面実装パケージ４０の平面図が図２に示される。表面実装パケージ４０は、ダイ（電子回路が実装されているシリコン半導体部分）７０の表面上に形成される複数の電気接触部６０（例えば、半田ボール）を有する。半田ボール６０は、例えば（図示されていない）プリント配線基板またはプリント回路基板のようなキャリアーまたは基板へのパッケージ４０の取り付け（例えば、電気的接続）を容易にするための固定材料として機能を果たす。半田ボール６０は、スズ、ビスマス、ニッケル、コバルト、カドニウム、アンチモン、インジウム、鉛、銀、ガリウム、アルミニウム、ゲルマニウム、シリコン、金などを含むグループから選択された少なくとも二つの金属の複合物であり、共融混合物または非共融混合物である。さらに、鉛の毒性により、製造物における鉛の使用を制限する傾向が産業界においてある。かくして、本発明の表面実装パッケージは、実質的に鉛フリー接触部と相互接続するように用いられることができる。
【００１７】
例えば、電気接触部６０には、複数の（例えばポリマーボールのような）ポリマー接触部、および／または、複数の（例えば、銅ボールのような）金属接触部を含んでもよい。さらに、鉛の利用を制限することに加えて、ポリマー接触部および金属接触部の両方を使用することは、電子デバイスの信頼性の改良を容易にする。例えば、ポリマーボールは、基板に対する表面実装パッケージの機械的コンプライアンス（たわみ）を改良するために使用される。しかしながら、ポリマーボールは一般的に伝熱能力が乏しい。よって、パッケージから基板への熱伝導を改良するために、金属ボールがパケージ上に含まれる。従い、ポリマー接触部および金属接触部を有する表面実装パケージは、機械的応力および相互接続の熱伝導率の両方を改善し、このことは結合信頼性を改善し、電子デバイスの総合信頼性を改善する。
【００１８】
ポリマーボールは、銅層および半田層により被覆された、所望の適用のための適当な大きさのポリマーのコア（中心核）からなることが可能である。銅層および半田層は、集積回路要素の入力／出力パッドへの半田部品を介した電気接触を容易にするように使用される。金属ボールは、集積回路との電気接触を容易にするために、半田層被覆を有する（例えば、銅のような）固体金属のコアからなることが可能である。また、金属ボールは、使用される金属の高融解温度により、電気デバイスのスタンドオフ（取り付け面とベース面との距離）の改善を容易にする。ポリマーボールおよび金属ボール上の半田被覆は、集積回路要素の相互結合面とボールとの電気接触を保持するための機械的結合剤として機能し、且つ、相互結合するまで実質的に酸化物のない面を維持する。
【００１９】
半田ボールは、図面を通して、実質的に一様な格子状パターンで描かれているが、半田ボールが任意のパターンで配置されることが可能であることは明らかである。さらに、本発明は、電気接触部の主たる形態として半田ボールおよび導電性リードに関して記載されるが、本発明が、このようなタイプの接触に限定することを意図していないことは明らかである。本発明に基づく実行に適した任意のタイプの電気接触部が考慮され、特許請求の範囲内に含まれることが意図されている。
【００２０】
アンダーフィル材が取り付け材料を自身の上に有するコンポーネントの表面を実質的に覆うように、アンダーフィル材は電子コンポーネントに塗布されることが可能である。さらに、多くの利点がアンダーフィル材の多様な形態で認識される。例えば、図２においては、アンダーフィル５０はパケージ４０の外周まわりに配置される。この例においては、アンダーフィル５０は、パケージ４０の外周まわりに配置された半田ボール６０を実質的に覆う。アンダーフィル材５０の粘性は、所望の場所に合致するアンダーフィル材の分配を提供する。パッケージの内側領域に配置された半田ボール６０は、実質的にアンダーフィル５０により覆われないで残される。覆われていない（露出されている）半田ボール６０は、基板上の対応するコンポーネントとのパッケージ４０のセルフアライメント（自己整列）を容易にする。パッケージおよび基板の組立体が加熱され、半田がリフローするとき、露出されている半田の表面張力は、コンポーネントの所望の位置内への整列を容易にする。
【００２１】
図３は、図２に関して上記に記載されたような縁固着タイプのアンダーフィルの斜視図を示す。表面実装パッケージ、特に、半田ボールと、ダイおよびアンダーフィル層の厚みとが、説明の目的のみのために誇大な大きさで示されているが、当業者は、特定のパッケージの適用に関して本発明を実行するための半田およびアンダーフィルの適当な大きさと量とを容易に決定できる。図２および図３に図示される形態のさらなる利点は、アンダーフィルがダイ７０の外周まわりに配置されるようにアンダーフィル５０を分配することによりコスト削減が実現されることである。多くの通常の適用においては、アンダーフィルがコンポーネントと基板との間隙内の領域を実質的に満たすように、通常、アンダーフィルは分配され、さらに、アンダーフィルは組立完成体周囲に沿って時々分配される。それに対して、図２および図３に関して記載された形態、および、その結果として生じる形態においては、パッケージとの接続に分配／使用されるアンダーフィル材は、より少ない。
【００２２】
図４および図５は、本発明の態様に基づく、もう一つの縁固着タイプのアンダーフィルを示す。表面実装パッケージは多様なスタイルおよび形状で製造される。幾つかの例においては、アンダーフィル材が、半田ボール上に侵入することなくパッケージの外周に沿って分配されるように、パッケージおよび／または半田ボールの形態が形作られる。図４および図５においては、図２および図３におけるパッケージ４０よりも大きい大きさの表面実装パッケージ１００が示されている。アンダーフィル１１０はダイ１２０の周囲まわりに塗布され、半田ボール１３０の配列は、アンダーフィル１１０により実質的に覆われることなく残される。従って、アンダーフィル１１０に使用されることが可能な材料のタイプに関して多くの選択が利用可能である。さらに、半田ボール１３０が覆われることなく残れば残るほど、半田ボール１３０は基板と接続し、基板とのパッケージ１００の位置調整およびセルフアライメントを容易にする。また、この形態は、ダイ１２０上に半田ボール１３０を形成する前の、パッケージ１００へのアンダーフィルを塗布することの選択を提供する。
【００２３】
次ぎに図６および図７を参照すると、もう一つの縁固着タイプのアンダーフィルが図示されている。パッケージ２００は、ダイ２２０の外周まわりに配置されたアンダーフィル２１０を有する。アンダーフィル２１０は、ダイ２２０の外周まわりに配置された半田ボール２３０を実質的に覆い、一方で、パッケージ２００の内側領域に配置された残りの半田ボール２３０は、上記の図２および図３の形態と同様に覆われない。しかしながら、この実施例においては、アンダーフィル２１０は、組立作業の間における、水分、溶液および／またはガスを逃がすことを可能にするための空洞部２４０を有する。結果として、アンダーフィル２１０の完全性を潜在的に危うくする空隙の形成を緩和する。さらに、パッケージ２００の内側領域に配置された半田ボール２３０が覆われないようにアンダーフィル２１０が塗布されるので、基板に対するパッケージ２００のセルフアライメントは容易とされる。
【００２４】
図８および図９は、本発明に基づいた、空洞部を有する縁固着アンダーフィルのもう一つの例を示す。図４および図５と同様の表面実装パッケージ３００であって、図２、図３、図６および図７のそれぞれにおけるパッケージ４０およびパッケージ２００よりも大きい大きさのパッケージ３００が示されている。アンダーフィル３１０はダイ３２０の周囲まわりに塗布され、半田ボール３３０の配列はアンダーフィル３１０により実質的に覆われずに残されている。よって、パッケージの整列は容易で、このような形態により、より多くの多様なアンダーフィル材の利用の選択が提供される。さらに、図８および図９におけるアンダーフィル材は空洞部３４０を有し、該空洞部３４０は、組立工程またはリフロー工程の間にもたらされる水分、溶液および／またはガスを逃がすことを可能にする。
【００２５】
図６から図９に関して記載されたようなアンダーフィル材内に提供された空洞部は重要な特質を発揮するが、空洞部を望まない適用も存在する。この適用とは、アンダーフィル材の粘性が、アンダーフィル材内で間隙をもたらすことができなような場合である。空洞部が望まれないもう一つの例は、組立工程またはリフロー工程および／またはアンダーフィル材が、水分、溶液および／またはガスの放出を含まないときであり、このような空洞部の提供は、不必要な時間、コストおよび／または工程ステップの増加を結果としてもたらす。
【００２６】
図１０から図１３は、本発明の態様に基づいた、ダム・アンド・フィルタイプのアンダーフィルを示す。ダム・アンド・フィルタイプのアンダーフィルは、上述されたものと同様の縁固着アンダーフィルと、さらに、縁固着アンダーフィルにより覆われないパッケージの内側領域内の第二タイプのアンダーフィルとを有する。このような２層アンダーフィル工程は、異なったレベルの熱膨張係数の相殺を提供し、さらに、シートシンクとして機能を果たすことが可能である。さらに、第二タイプのアンダーフィルは、表面実装パッケージ内における少なくとも二つの異なったアンダーフィル材の塗布を可能にする。周囲まわりに塗布される第一タイプのアンダーフィルは、少なくとも一つの好ましい特性を有し、コンポーネントの周囲構造のようなダムの形成を容易にする。第二材料は、例えば熱伝導率を増加させるような、少なくとも一つの異なった好ましい特性を有する。また、パッケージと実装表面との間で設けられる電気接続を容易にするために、フラックス含有アンダーフィルが選択されることも可能である。第一および第二アンダーフィル層は、実質的に平坦な面を有するパッケージを提供し、このことは基板上のパッケージの設置を容易にする。
【００２７】
図１０および図１１を参照すると、ダイ４２０の外周まわりに配置、堆積または設置された第一アンダーフィル材４１０を有する表面実装パッケージ４００が示されている。第一アンダーフィル材４１０は、半田ボール配列４３０が第一アンダーフィル４１０により実質的に覆われないで残されるように塗布される。さらに、第一アンダーフィル４１０は図１１に示されているようなダム状構造を形成する。第二アンダーフィル材４５０は、第一アンダーフィル４１０により形成されたダム状領域を実質的に満たすようにパッケージ４００に塗布される。
【００２８】
図１２および図１３を参照すると、第一アンダーフィル５１０および第二アンダーフィル５５０からなるダム・アンド・フィルタイプのアンダーフィルを有するもう一つの表面実装パッケージ５００が示されている。しかし、この例においては、第一アンダーフィル５１０は、組立工程またはリフロー工程の間においてもたらされる水分、溶液および／またはガスを逃がすことを可能にするために、第一アンダーフィル層５１０内に少なくとも一つの空洞部５４０を有する。図１０から図１３は、ダム・アンド・フィルタイプのアンダーフィルを使用される表面実装パッケージの一つのタイプが示されているが、ダム・アンド・フィルタイプのアンダーフィルは、任意の適当なスタイルまたは形状のパッケージに適用可能であることは明らかである。
【００２９】
パッケージの外周まわりに実質的に連続するアンダーフィル層を有する例が上記に説明されてきた。しかし、アンダーフィル層は、パッケージの一つまたは任意の数の側部に塗布されることも可能であり、特許請求の範囲内に含まれると考えられることは認識されうる。
【００３０】
表面実装パッケージが組み立てられ、アンダーフィル層がその上に配置、堆積または設置されると、パッケージは、パッケージを基板へ取り付ける顧客へ出荷される。顧客は、パッケージ上の（例えば半田ボール配列のような）電気接触部が基板上のコンポーネントと一致するように、パッケージを基板と整列する。アンダーフィル材が塗布されたパッケージは、パッケージ上のアンダーフィル材の固有の粘着性、設置圧力、熱、または、他の適当な作用物の少なくとも一つにより基板上に配置され保持される。パッケージを基板に取り付ける工程は、熱および圧力により、または、熱および圧力なしに、幾つかの異なった方法で実現される。そのような方法の幾つかの例の中には、半田ペーストが印刷された後にパッケージを設置することと、半田ペースト無しにパッケージを設置することと、基板にフラックスを塗布し次ぎにパッケージを設置することと、設置前にコンポーネントにフラックスを塗布することとが含まれる。
【００３１】
図１４は、例えばプリント配線基板またはプリント回路基板６１０のような基板に取り付けられた表面実装パッケージ６００を示している。半田ボール配列６３０および予め塗布されたアンダーフィル層６４０を有するダイ６２０を具備するパッケージ６００は、半田６３０を溶融するために加熱された空気をプリント回路組立体に接触させる半田付け工程の熱放射または熱伝導により基板６１０に接続される。半田リフローは、異なった温度の幾つかの段階または領域において達成される。まず、加熱された空気は、基板６１０およびコンポーネント６００の温度を上げ、次ぎに、フラックスを活性化し、基板表面上で”プリントされた（ｐｒｉｎｔｅｄ）”半田をリフローし、コンポーネントは基板表面上に取り付けられる。半田は、高温領域で溶融されるとき終端領域を濡らし、冷却後に半田結合を確立する。
【００３２】
一般的な加熱リフロー方法には、赤外線、加熱空気強制対流または熱伝導が含まれる。赤外線工程の間、放射赤外線エネルギーはデバイスの材料により吸収され、デバイスに熱をもたらし、半田のリフローを実施する。加熱空気強制対流工程においては、空気が熱せられ、それぞれの領域に循環される。熱は、加熱された空気によりデバイスに伝達され、デバイスおよび（半田ボールのような）電気接触部を加熱し、半田のリフローをもたらす。熱伝導工程には、デバイスが連続的な一連の加熱されたプラテン（ｐｌａｔｅｎ）の表面を横切って移動することが含まれる。熱は表面接触により伝達され、（例えば半田ボールのような）電気接触部を加熱しリフローすることを可能にする。
【００３３】
半田６３０の相互結合と、アンダーフィル６４０の広がりおよび硬化は、同時に、または、連続して行われる。一般的に、アンダーフィル６４０はリフロー工程前にパッケージ６００に取り付けられ、（例えば半田ボールのような）電気接触部６３０の融解温度と実質的に一致する融解温度を有するように選択されることが可能である。よって、リフローの間において、アンダーフィル６４０は半田６３０の溶融と同時に硬化する。回路基板のコンポーネントが適当に取り付けられるように、リフローの間に加えられる熱の温度は、使用される半田のタイプの融点よりも約２０度から約２５度高い温度とされることができる。これは、異なった大きさのコンポーネントに対して適応させるためになされ、同様に、基板上のコンポーネントの熱容量の相違に対して適応させるためになされる。しかしながら、アンダーフィルは、半田リフロー工程の後に、別の段階として連続して広げられ硬化されることも可能である。
【００３４】
アンダーフィル塗布方法、パッケージ設置方法、加熱方法等が、説明および記載のためにのみに提供されたことは理解されうる。よって、これらの方法が網羅的なものとして意図されておらず、または本発明が記載された方法に限定されることはない。
【００３５】
図１５は、アンダーフィルがパッケージ７００に塗布される際の、さらにもう一つの形態を示す。（例えば半田ボールのような）電気接触部の配列を有するダイ７１０が提供さる。ダイ７１０の側壁に沿ってアンダーフィル７３０が覆いかぶさり、パッケージ７００のほぼ中央部まで延在するように、アンダーフィル材７３０は分配される。アンダーフィル７３０は、ダイ７１０の頂部面であって、その上に半田ボール７２０を有する頂部面を実質的に覆うことができる。代替として、アンダーフィル７３０は、図２から図１３に関連して上述されたような任意の方法でダイ７１０の頂部面に塗布されることができる。パッケージ７００が基板７４０に整列され組立体が加熱されるとき、付加的なアンダーフィル７３０は、図１６に示すように、相互結合部の縁のまわりにフィレット（隅肉）を形成するように広がる。さらに、この付加的なアンダーフィル７３０はデバイスに補強をもたらす。
【００３６】
次ぎに図１７を参照すると、本発明の態様に基づく、予め塗布されたアンダーフィルを有する表面実装パッケージのもう一つの例が示されている。取り付け材料として半田ボールを使用するのではなく、取り付け材料として導電性リード８２０を有するパッケージ８００が示されている。しかしながら、基本原理は同様である。アンダーフィル材８３０は、出荷される前に、（例えば下面上の）リードに塗布される。上述のような予め塗布されたアンダーフィルを有する利点に加えて、アンダーフィル８３０は、例えばガル・ウイング（ｇｕｌｌ ｗｉｎｇ）コンポーネント、外側へ広がるリードコンポーネントおよびＪリード（Ｊ−ｌｅａｄ）のようなパッケージに対する取り扱い上の損傷を軽減する。
【００３７】
図１８および図１９は、予め塗布されたアンダーフィルを有するＴＳＯＰ（Ｔｈｉｎ Ｓｍａｌｌ Ｏｕｔｌｉｎｅ Ｐａｃｋｅａｇｅ、薄小型パッケージ）９００が示されている。ＴＳＯＰ９００は、導電性リード９２０を備える電子コンポーネント９１０を有し、導電性リード９２０はコンポーネント９１０の本体から下方向に延在する。よって、リード９２０は、基板９４０上の電気終端と整列可能であり、基板９４０上の電気終端に半田付け可能である。ＴＳＯＰパッケージは、一般的に、低いスタンドオフ（取り付け面とベース面との距離）のパッケージに意図的にされ、リードは銅合金およびニッケル−鉄合金のような材料から作られる。（例えば、ニッケル、銅および鉄のような）リード材料の性質、形成されたリードの形状およびデザイン形態は、いかなるコンプライアンスをも本質的に低減または排除する。パッケージ９００の熱膨張係数（ＣＴＥ）と基板９４０の熱膨張係数（ＣＴＥ）との間にミスマッチがあるとき、リード９２０を基板９４０に接続する結合部に応力が発生する。温度サイクル環境において、これらの半田結合は破損する傾向がある。半田結合の破損を軽減するために、リードはアンダーフィル材により補強される。熱膨張係数（ＣＴＥ）のミスマッチにより生じた応力はアンダーフィル内へ分配される。図１９は、さらに、コンポーネント９１０と基板９４０との間に塗布される第二アンダーフィル材９５０を示す。第二アンダーフィル材９５０は、パッケージ９００と基板９４０との間の接続を補強する役割を果たすことが可能である。さらに、もし、第二アンダーフィル材９５０が熱伝導性であるならば、アンダーフィル９５０は電気デバイスの放熱をもたらすことが可能である。
【００３８】
図２０および図２１に示されるようなＪリードは、予め塗布されたアンダーフィルを有して実装されることが可能である。Ｊリード１０００は、電子コンポーネント１０１０から延在し、パッケージの下側で回転されるリードである。形成されたリードの側面は、文字Ｊの形状と似ている。アンダーフィル１０３０は、上述のものと同様に、パッケージ１００のリード１０２０に予め塗布される。さらに、アンダーフィル１０３０はリードを補強し、温度サイクルの間の半田結合の破損を軽減するように機能する。第二アンダーフィル材１０５０はコンポーネント１０１０に予め塗布されることが可能であり、上述されたような更なる利点を提供する。さらに、図１９および図２１において、コンポーネントに塗布された第二アンダーフィル材を有することで、基板に取り付けられる実質的に平坦な表面を有するパッケージを提供する。
【００３９】
説明のために、図１８で示された構造の斜視図が図２２に示される。表面実装パッケージ９００はダイ９１０を有し、該ダイ９１０は、該ダイ９１０の本体から延在する複数のリード９２０を有する。リード９２０は、温度サイクルによる応力を吸収し、また、出荷の間におけるリード９２０の取り扱い上の損傷を防止するように、予定された厚みに塗布されたアンダーフィル材９３０を有する。図１８から図２２におけるアンダーフィルは、パッケージのリードを実質的に覆うように示されているが、アンダーフィルは、図２３に示されるように塗布されることも可能である。図２３においては、本発明の態様に基づいた表面実装パッケージ９０５の一例が示されている。表面実装パッケージ９０５はダイ９１５の本体から延在する複数のリード９２５を有する。アンダーフィル９３５は、リード９２５の少なくとも一部分がアンダーフィル９３５により囲まれないように、リード９２５に塗布される。しかし、アンダーフィル９３５は、結合部の破損を軽減するために、基板９４５に結合されるリード９２５の他の部分に塗布される。
【００４０】
図１８から図２３は、ＴＳＯＰまたはＪリード形態を有するものを示してきたが、任意の同様な表面実装パッケージが、予め塗布されたアンダーフィルを有して実装されることが可能であり、本明細書に記載された同様の利点をもたらすことは理解されうる。例えば、予め塗布されたアンダーフィルは、電気的な機能に加えて光学的な機能を有する集積回路の中で使用されることが可能である。アンダーフィル材は、出荷前に、複数の導電性リードと少なくとも一つの光リード（導波路）を有する表面実装パッケージに塗布されることが可能である。予め塗布されたアンダーフィルは、パッケージと基板との異なった熱膨張係数（ＣＴＥ）を相殺するために、表面実装パッケージ内で使用される。さらに、アンダーフィル材は、光リードのためのクラッド（外装）材として機能を果たすことが可能である。アンダーフィル封止が比較的に低屈折率であるとき、アンダーフィル封止はクラッド材と同様の機能を果たし、すなわち、アンダーフィル材は、内部反射による光リードコア材内に光を閉じ込めることを容易にする。もし、アンダーフィルが光リードコア材と同様の屈折率を有するならば、光はクラッド材が取り外された光リードの領域から漏れるが、光は、上述のようにアンダーフィル内で光が閉じ込められることを保つ小さい逃げ角となる。
【００４１】
液状性アンダーフィル材の代替として、テープまたはフィルムが、パッケージと基板との間の接続の補強のために、且つ、温度サイクルにより生じる応力を吸収するために使用されることが可能である。図２４は、本発明の態様に基づくフィルム塗布工程１１００の一例を示す。フィルム１１１０の両側部上に配置される二つの保護被覆物を有するフィルム１１１０のリール（巻き枠）が提供される。１１２０で、保護被覆物の一つがフィルム１１１０から剥がされ、フィルム１１１０がパッケージ１１３０上に配置される。パッケージ１１３０とフィルム１１１０との組立は、フィルム１１１０のパッケージ１１３０への塗布を容易にするように、減圧、熱、圧力または他の適当な方法の適用によりもたらされる。フィルム１１１０は、フィルム１１１０とパッケージ１１３０との間の領域に実質的に空気がないように取り付けられる。次ぎに、１１５０で、フィルム１１１０はパッケージ１１３０の長さに対応した長さに切断される。
【００４２】
フィルムタイプのアンダーフィルを使用するパッケージが図２５に示される。図２５においては、取り付け工程１１４０が行われる前のフィルム状アンダーフィル１１６０が示されている。フィルム状アンダーフィル１１６０は、実質的にパッケージ１１３０の頂部面を覆い、該頂部面は、自身の上に配置、堆積または設置された半田ボール１１７０の配列を有する面である。代替として、フィルム状アンダーフィルは、液状性アンダーフィルに関して上述された任意の方法で適用されることが可能である。
【００４３】
図２６は、図２４において記載されたフィルム工程と同様のフィルム工程１２００が示されている。自身の上に二つの保護被覆物を有するフィルム１２１０のリールが供給される。複数の半田ボールのために提供される穴がフィルム１２１０内に穴明けされる穴抜き作業１２２０が含まれる。各穴は、該穴が実質的にコンポーネント上のすべての半田ボールに実質的に適合するように、または、予定された数の半田ボールにしか適合しないように穴明けされることが可能である。穴明け作業１２２０は、機械的手段、レーザ手段または他の任意の手段により実行される。穴明け作業１２２０は、塗布工程１２５０および切断工程１２６０と列をなすように図２６においては示されているが、穴明け工程１２２０は、独立した段階で列をなさずに遂行されることが可能であることは理解されうる。さらに、穴明け工程１２２０の代替として、フィルムが、予め穴明けされた穴を有して供給されることか可能である。しかしながら、その後に、予め穴明けされた穴を半田ボールの位置に配置するための整列段階が必要となる。
【００４４】
穴がフィルム１２１０に穴明けされた後に、上述のように、少なくとも一つの保護被覆物がフィルム１２１０から剥がされパッケージ１２４０上に配置される。その後、パッケージ１２４０およびフィルム１２１０の組立体は、フィルム１２１０とパッケージ１２４０との間の領域に実質的に空気が無いように加工される。次ぎに、１２６０で、フィルム１２１０がパッケージ１２４０の長さに対応する長さで切断される。
【００４５】
図２７は、穴明けされたフィルム状アンダーフィル１２７０を有するパッケージ１２４０の説明図である。フィルム状アンダーフィル１２７０は、半田ボール１２８０の配列の少なくとも一部分を露出するように穴明けされる。アンダーフィル１２７０は、アンダーフィル１２７０とパッケージ１２４０との間の領域に実質的に空気が無いように塗布されるが、図２７においては説明のために間隙が示されている。さらに、半田ボール１２８０が覆われないで残れば残るほど、半田ボール１２８０は基板にくっ付けられ、パッケージ１２４０の位置調整およびセルフアライメントを容易にする。また、この形態は、パッケージ１２４０上の（例えば半田ボールのような）電気接触部を形成する前に、パッケージ１２４０にアンダーフィルを塗布する選択の余地を残す。
【００４６】
図２８から図３０は、プリント配線基板または他の基板に予め塗布されたアンダーフィルを有するパッケージを接続するための一連の作業を示す。図２８において、表面実装パッケージ１３００が提供される。パッケージ１３００はダイ１３１０を有し、複数の半田ボール１３２０がダイ１３２０に付着され、半田ボール１３２０はパッケージ１３００のための電気接続としての機能を果たす。アンダーフィル層１３３０は、その適用に適した方法およびタイプでパッケージ上に配置、堆積または設置される。
【００４７】
図２９において、パッケージ１３００は、半田ボール１３２０が基板１３５０上の対応する（図示されていない）電気終端に整列され、リフロー工程が開始されることができるように反転される。リフロー工程の間、半田ボール１３２０が基板１３５０上の終端との接続を形成するまで、好適な加熱手段がパッケージ１３００および基板１３５０の組立体に適用される。アンダーフィル１３３０は半田１３２０のリフローと同時に硬化され、結果としてもたらされるデバイスが図３０に示される。
【００４８】
上述の構造および上記に記載された機能的特長に照らして、本発明の多様な態様に基づく方法（手順）は、図３１および図３２を参照することにより、よく理解されうる。説明を簡単にするために、図３１および図３２の方法は連続的に実行するように示され記載されているが、本発明が説明されている順序に限定されることはなく、本発明に基づく幾つかの態様が、本明細書に図示および記載されたものと異なったで順序で、および／または、他の態様と同時に行われることが可能であることは理解され認識されうる。さらに、説明された全ての形態が、本発明の態様に基づく方法を実行するために必要とされるとは限らない。
【００４９】
図３１は、予め塗布されたアンダーフィルを有する表面実装パッケージを製造するための方法を示す。本方法は、電子コンポーネントが提供される１４００で始まる。次ぎに、１４１０で、半田ボールまたはリードワイヤーのような取り付け材料が電子コンポーネントに結合される。よって、電子コンポーネントは表面実装パッケージとなり、ボールグリッドアレイ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）、ガル・ウイング（ｇｕｌｌ ｗｉｎｇ）、Ｊリード（Ｊ−ｌｅａｄ）およびチップスケールパッケージ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）の一つとなりうる。慣習的にここで、パッケージは切断（ｓｉｎｇｕａｔｅｄ）され、出荷のために個々のキャリアーに詰め込まれる。パッケージを受け入れる顧客は、リフロー工程の間において取り付け材料と基板との間に発生する応力を緩和する課題に直面する。この課題には一般的に、顧客による追加工具の入手、人力、工程段階、および、有害な蒸気および煙霧に対する潜在的な被爆が含まれる。
【００５０】
しかし、本発明の態様によれば、１４２０で、アンダーフィル材は、供給業者レベルで取り付け材料の少なくとも一部分に塗布される。塗布は単一のパケージまたは多数のパッケージに対して可能であり、例えば、予備成形、制御分配、スクリーン印刷、ステンシル印刷、トランスファー成形、金型成形、射出成形、テープおよびトランスファーフィルムのような多数の技術によって実行されることが可能である。選択される技術は、コンポーネント製造および製作の形式とアンダーフィル材の物理化学特性とに関するものである。アンダーフィルは予定された高さ、または、予定された体積でパッケージに塗布される。次に、１４３０で、パッケージは切断（ｓｉｎｇｕｌａｔｅｄ）され、顧客へ出荷するための個々のキャリアー内に詰め込まれる。よって、基板へのパッケージの取り付けの顧客による通常工程は、アンダーフィル工程を追加することなく実行されることが可能である。
【００５１】
図３２は、予め塗布されたアンダーフィルを有する表面実装パッケージを使用するための方法を示す。この方法は、予め塗布されたアンダーフィルを有する表面実装パッケージが提供される１５００で始まる。次ぎに、パッケージは１５１０で基板に整列される。ここで、（例えば、半田ボール、リードワイヤーのような）取り付け材料は、基板上の電気終端と一致する。もし、取り付け材料の少なくとも一部分がアンダーフィルにより覆われないで残存するようにアンダーフィルが形成されるならば、基板に対するパッケージの位置調整およびセルフアライメントは、より容易とされる。次ぎに、１５２０で、取り付け材料をリフローするためにパッケージおよび基板に熱が加えられる。リフロー作業の間において、パッケージと基板との電気接続が得られる。さらに、選択されたアンダーフィル材が取り付け材料の融解温度と多少一致しているならば、アンダーフィルは、取り付け材料のリフローと実質的に同時に硬化することができる。よって、アンダーフィル塗布作業および硬化作業は顧客にとって軽減される。
【００５２】
本明細書に記載されたような本発明のパッケージおよび方法は、幅広い適用の可能性があることは理解されうる。例えば、本発明の表面実装パッケージは、（例えば、携帯電話、コンピュータ、パーソナル・データ・アシスタント、カメラ、複写装置、玩具、電子ゲーム、メモリーカードなどのような）多数のタイプの市販の産業用電子装置内で使用されることが可能である。さらに、本発明の方法は、このような装置に関するパッケージの製造に結びつく工程に関連して使用されることが可能である。
【００５３】
上記の記載は、本発明の模範的な実行を含む。もちろん、本発明を述べるために、全ての考えられるコンポーネントおよび方法の組み合わせを記載することは不可能であるが、当業者は、さらに多くの本発明の組み合わせおよび変更が可能であることを理解しうる。よって、本発明は、特許請求の精神および範囲内に含まれるこれらの全ての変形、変更および代替物を包含することが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の態様に基づく、予め塗布されたアンダーフィルを有する電子コンポーネントの側面図である。
【図２】本発明の態様に基づく縁固着タイプのアンダーフィル形態の平面図である。
【図３】本発明の態様に基づく図２の縁固着タイプのアンダーフィル形態の斜視図である。
【図４】本発明の態様に基づく、もう一つの縁固着タイプのアンダーフィル形態の平面図である。
【図５】本発明の態様に基づく図４の縁固着タイプのアンダーフィル形態の斜視図である。
【図６】本発明の態様に基づく、さらにもう一つの縁固着タイプのアンダーフィル形態の平面図である。
【図７】本発明の態様に基づく図６の縁固着タイプのアンダーフィル形態の斜視図である。
【図８】本発明の態様に基づく、さらにもう一つの縁固着タイプのアンダーフィル形態の平面図である。
【図９】本発明の態様に基づく図８の縁固着タイプのアンダーフィル形態の斜視図である。
【図１０】本発明の態様に基づくダム・アンド・フィルタイプのアンダーフィル形態の平面図である。
【図１１】本発明の態様に基づく図１０のダム・アンド・フィルタイプのアンダーフィル形態の斜視図である。
【図１２】本発明の態様に基づく、もう一つのダム・アンド・フィルタイプのアンダーフィル形態の平面図である。
【図１３】本発明の態様に基づく図１２のダム・アンド・フィルタイプのアンダーフィル形態の斜視図である。
【図１４】本発明の態様に基づく、複数の半田ボールとアンダーフィルとにより基板に取り付けられた電子コンポーネントの側面図である。
【図１５】本発明の態様に基づく、もう一つのアンダーフィル形態の側面図である。
【図１６】本発明の態様に基づく基板に取り付けられた図１５の電子コンポーネントおよびアンダーフィル形態の側面図である。
【図１７】本発明の態様に基づく封止されたリードワイヤーを有する電子コンポーネントの平面図である。
【図１８】本発明の態様に基づくＴＳＯＰの外側まわりに塗布されたアンダーフィルの部分側面図である。
【図１９】本発明の態様に基づくＴＳＯＰ適用に塗布されたダム・アンド・フィルタイプのアンダーフィルの部分側面図である。
【図２０】本発明の態様に基づくＪリードの外側まわりに塗布されたアンダーフィルの部分側面図である。
【図２１】本発明の態様に基づくＪリード適用に塗布されたダム・アンド・フィルタイプのアンダーフィルの部分側面図である。
【図２２】本発明の態様に基づくアンダーフィルにより封止されたリードワイヤーを有する電子コンポーネントの斜視図である。
【図２３】本発明の態様に基づくアンダーフィルにより封止されたリードワイヤーを有する電子コンポーネントの斜視図である。
【図２４】本発明の態様に基づくフィルム適用を示した図である。
【図２５】本発明の態様に基づくフィルム状アンダーフィルの側面図である。
【図２６】本発明の態様に基づく穴明け加工作業を含むフィルム適用を示した図である。
【図２７】本発明の態様に基づく穴明け加工された穴を有するフィルム状アンダーフィルの側面図である。
【図２８】本発明の態様に基づく予め塗布されたアンダーフィルを有する電子コンポーネントを示す図である。
【図２９】本発明の態様に基づく基板と整列された電子コンポーネントを示す図である。
【図３０】本発明の態様に基づく基板に取り付けられた電子コンポーネントを示す図である。
【図３１】本発明の態様に基づく予め塗布されたアンダーフィル材を有する表面実装パッケージを製造する方法を示す図である。
【図３２】本発明の態様に基づく予め塗布されたアンダーフィルを有する表面実装パッケージを使用する方法を示す図である。
【０００１】
本発明は、電子コンポーネント（部品）の実装、特に、予め塗布されたアンダーフィルを有する電子コンポーネントパッケージと、予め塗布されたアンダーフィルを有する電子コンポーネントパッケージの製造方法および使用方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ電子デバイスは、何百万の電子回路コンポーネント、主に、集積回路（ＩＣ）チップに組み込まれるトランジスタ、レジスタ（抵抗器）、コンデンサー、および他のコンポーネントを含む。これらの電子コンポーネントは、通常、回路を形成するように相互に接続され、最終的に、例えばプリント配線基板（ＰＷＢ）またはプリント回路基板（ＰＣＢ）のようなキャリアーまたは基板に接続され支持される。
【０００３】
ＩＣコンポーネントは、単一のベアチップ（裸素子）、単一の封止されたチップ、または、封止された複数のチップのパッケージからなることができる。この単一のベアチップはリードフレームに取り付けられ、次ぎに、ＰＷＢまたはＰＣＢに封止され取り付けられるか、または、ＰＷＢまたはＰＣＢに直接取り付けられることができる。
【０００４】
コンポーネントは、リードフレームに接続されるベアチップか、または、プリント配線基板または他の基板に接続されるパッケージであり、接続は電子コンポーネント上の電気終端と基板上の対応する電気終端との間でなされる。これらの接続をなす方法の一つは、コンポーネント端子または基板端子へバンプまたはボール状で付けられる取り付け材料を利用する。端子は整列され一緒に接触され、もたらされた組立体は取り付け材料をリフローし且つ接続を堅くするために加熱される。
【０００５】
その後の製造工程の間において、電子部品組立体は、高温および低温の温度サイクルにさらされる。電子コンポーネント、相互結合材料および基板のそれぞれの熱膨張係数（ＣＴＥ）の相違により、この温度サイクルは組立体のコンポーネントに応力をかけ、破損をもたらす。ＣＴＥのミスマッチにより引き起こされる破損を軽減するために、コンポーネントと基板との間の間隙は、しばしば、相互結合を補強し、温度サイクルによる幾らかのストレスを吸収するために、以下において”アンダーフィル”と称されるポリマー（重合体）封止剤で満たされる。
【０００６】
アンダーフィル封止は、取り付け材料または相互結合材料のリフローの後に行われるか、または、リフローと同時に行われても良い。もし、アンダーフィル封止が相互結合材料のリフロー後に行われるとすると、適量のアンダーフィル封止材料は、電子部品組立体の一つ以上の周囲側部に沿って分配され、コンポーネントと基板との間の間隙内の毛細管現象は材料を内側へ吸い込む。最適な毛細管現象のための所望のレベルの封止粘度を得るために、必要に応じて基板は予熱される。間隙が満たされた後、応力集中を緩和し組み立てられた構造体の疲れ寿命を延ばすことを容易にするために、完成した組立体の周囲に沿って、さらにアンダーフィルが分配されてもよい。アンダーフィルは、所望の最終特性に達するようにその後硬化される。
【０００７】
もし、アンダーフィル封止が、相互結合材料のリフローと同時に行われるとすると、アンダーフィルはＰＷＢまたはＰＣＢのような基板に塗布され、次ぎにコンポーネント上および基板上の端子は整列され且つ接触され、その組立体は相互結合材料をリフローするために加熱される。この加熱工程の間において、アンダーフィルの硬化が相互結合材料のリフローと同時に生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述のような方法は、基板に取り付けられる表面実装パケージを使用する顧客に対して重大な課題を提起する。パケージと基板との間のＣＴＥのミスマッチによりもたらされる応力を緩和することが必要となるために、アンダーフィル作業および硬化作業を実行する追加工程がしばしば必要とされる。このことは、追加の工具、人力、コストをもたらす。さらに、作業員は、アンダーフィル作業によりもたらされる有害な煙霧または蒸気にさらされ、該煙霧または蒸気はアレルギー性の健康問題または他の健康問題を引き起こす可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の幾つかの態様の基本的な理解を提供するために、以下に本発明の簡単な要旨を示す。この要旨は、本発明の広範囲にわたる概要ではない。本発明の鍵または重要な要素を特定するものでもなく、本発明の範囲を線引きするものでもない。後述される、より詳細な記載の前置きとして、簡易な形式で本発明の幾つかのコンセプトを示すことが唯一の目的である。
【００１０】
本発明は、自身の上に予め塗布されたアンダーフィルを有する表面実装パッケージのためのシステムおよび方法に関する。このようなパケージは、熱機械的の信頼性の向上を提供する。本明細書に記載された様々な実装計画および実装方法は、チップパケージ集積化が遂行される組立場所で実行されるアンダーフィル工程の必要性を軽減する。
【００１１】
本発明の表面実装パッケージは、自身の上に配置されるか、堆積されるか、または、設置される取り付け材料を有する。取り付け材料は、基板との電気接続を容易に形成するための任意の形態およびタイプのものでよい。”基板”という用語は、表面実装パケージが付けられる任意の適当な表面を含むことを意味することは理解されうる。例えば、プリント回路基板（ＰＣＢ）またはプリント配線基板（ＰＷＢ）は、本発明の範囲内の基板として考えられる。アンダーフィル材は、出荷前に基板の少なくとも一部分に塗布される。
【００１２】
前述の目的および関連する目的を実現するために、以下の説明および図面と関連して、本発明の特定の例証的な態様が本明細書中に記載される。これらの態様は、本発明の原理が実行される多様な手段のほんの数例を示すものであるが、本発明は、そのような全ての態様およびそれらの等価物が含まれることが意図されている。図面と併せて以下の本発明の詳細な説明が考慮されるとき、本発明の他の利点および新規な特長は本発明の以下の詳細な説明から明らかになりうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、表面実装パケージの熱信頼性および機械的信頼性を向上するために電子コンポーネントに予めアンダーフィルを塗布するシステムおよび方法に関する。本発明は図面を参照して記載され、同一の参照番号は全体を通して同一の要素を参照するように使用される。以下の記載においては、本発明の完全な理解をもたらすために、説明の目的のための多数の特定の詳細が述べられる。しかし、本発明がこれらの特定の詳細を有すること無く実践されてもよいことは明らかである。他の事例においてよく知られている構造および装置は、本発明の記載を容易にするためにブロックフォームで示されている。
【００１４】
図１は、電子コンポーネント２０とその上に塗布されたアンダーフィル材３０とを有する表面実装パケージ１０の一例が示されている。表面実装パッケージ１０には、例えば、ボールグリッドアレイ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）パッケージ、ガル・ウイング（ｇｕｌｌ ｗｉｎｇ）パッケージ、Ｊリード（Ｊ−ｌｅａｄ）パッケージおよびチップスケールパッケージ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）のような多様なタイプのものが可能である。アンダーフィル材３０は、表面実装パケージ１０の出荷前に電子コンポーネント２０に塗布され、一般的に、高粘度または非流動性の液状、ゲル、ペースト、フィルムまたは固体形態の形態である。アンダーフィル材は、（例えば顧客の選択に依存して）補修可能または補修不能であるように適当に調整される。さらに、アンダーフィル材３０は、エポキシ、アクリル等のような化学的性質の有機ポリマーであって、フィラーを含有するもの、または、フィラーを含有しないものが可能で、一般的に、熱硬化性または熱可塑性の性質を有する。
【００１５】
アンダーフィル３０は、シンギュレーション（切断）される前に、ストリップ、テープ、リールまたは他のキャリアー上の単一のパッケージまたは複数のパッケージに塗布されることが可能である。さらに、アンダーフィルの塗布は、例えば、予備成形、制御分配、スクリーン印刷、ステンシル（ｓｔｅｎｃｉｌ）印刷、トランスファー成形、金型成形、射出成形、テープおよびトランスファーフィルムのような多数の技術により実施されることが可能である。選択される技術は、コンポーネント製造および製作の形態またはアンダーフィル材３０の物理化学特性に関するものである。アンダーフィル３０は、予定の高さでパッケージ１０に塗布されることが可能である。パケージ１０は切断（ｓｉｎｇｕｌａｔｅｄ）され、顧客への出荷のために個々のキャリアーに詰め込まれる。よって、本発明は、顧客による基板への表面実装パッケージの取り付け工程を容易にし、一方で、顧客の現場での付加的なアンダーフィル工程の実行の必要性を軽減する。
【００１６】
本発明に態様に基づいて、予め塗布された縁固着タイプのアンダーフィル５０を有する表面実装パケージ４０の平面図が図２に示される。表面実装パケージ４０は、ダイ（電子回路が実装されているシリコン半導体部分）７０の表面上に形成される複数の電気接触部６０（例えば、半田ボール）を有する。半田ボール６０は、例えば（図示されていない）プリント配線基板またはプリント回路基板のようなキャリアーまたは基板へのパッケージ４０の取り付け（例えば、電気的接続）を容易にするための固定材料として機能を果たす。半田ボール６０は、スズ、ビスマス、ニッケル、コバルト、カドニウム、アンチモン、インジウム、鉛、銀、ガリウム、アルミニウム、ゲルマニウム、シリコン、金などを含むグループから選択された少なくとも二つの金属の複合物であり、共融混合物または非共融混合物である。さらに、鉛の毒性により、製造物における鉛の使用を制限する傾向が産業界においてある。かくして、本発明の表面実装パッケージは、実質的に鉛フリー接触部と相互接続するように用いられることができる。
【００１７】
例えば、電気接触部６０には、複数の（例えばポリマーボールのような）ポリマー接触部、および／または、複数の（例えば、銅ボールのような）金属接触部を含んでもよい。さらに、鉛の利用を制限することに加えて、ポリマー接触部および金属接触部の両方を使用することは、電子デバイスの信頼性の改良を容易にする。例えば、ポリマーボールは、基板に対する表面実装パッケージの機械的コンプライアンス（たわみ）を改良するために使用される。しかしながら、ポリマーボールは一般的に伝熱能力が乏しい。よって、パッケージから基板への熱伝導を改良するために、金属ボールがパケージ上に含まれる。従い、ポリマー接触部および金属接触部を有する表面実装パケージは、機械的応力および相互接続の熱伝導率の両方を改善し、このことは結合信頼性を改善し、電子デバイスの総合信頼性を改善する。
【００１８】
ポリマーボールは、銅層および半田層により被覆された、所望の適用のための適当な大きさのポリマーのコア（中心核）からなることが可能である。銅層および半田層は、集積回路要素の入力／出力パッドへの半田部品を介した電気接触を容易にするように使用される。金属ボールは、集積回路との電気接触を容易にするために、半田層被覆を有する（例えば、銅のような）固体金属のコアからなることが可能である。また、金属ボールは、使用される金属の高融解温度により、電気デバイスのスタンドオフ（取り付け面とベース面との距離）の改善を容易にする。ポリマーボールおよび金属ボール上の半田被覆は、集積回路要素の相互結合面とボールとの電気接触を保持するための機械的結合剤として機能し、且つ、相互結合するまで実質的に酸化物のない面を維持する。
【００１９】
半田ボールは、図面を通して、実質的に一様な格子状パターンで描かれているが、半田ボールが任意のパターンで配置されることが可能であることは明らかである。さらに、本発明は、電気接触部の主たる形態として半田ボールおよび導電性リードに関して記載されるが、本発明が、このようなタイプの接触に限定することを意図していないことは明らかである。本発明に基づく実行に適した任意のタイプの電気接触部が考慮され、特許請求の範囲内に含まれることが意図されている。
【００２０】
アンダーフィル材が取り付け材料を自身の上に有するコンポーネントの表面を実質的に覆うように、アンダーフィル材は電子コンポーネントに塗布されることが可能である。さらに、多くの利点がアンダーフィル材の多様な形態で認識される。例えば、図２においては、アンダーフィル５０はパケージ４０の外周まわりに配置される。この例においては、アンダーフィル５０は、パケージ４０の外周まわりに配置された半田ボール６０を実質的に覆う。アンダーフィル材５０の粘性は、所望の場所に合致するアンダーフィル材の分配を提供する。パッケージの内側領域に配置された半田ボール６０は、実質的にアンダーフィル５０により覆われないで残される。覆われていない（露出されている）半田ボール６０は、基板上の対応するコンポーネントとのパッケージ４０のセルフアライメント（自己整列）を容易にする。パッケージおよび基板の組立体が加熱され、半田がリフローするとき、露出されている半田の表面張力は、コンポーネントの所望の位置内への整列を容易にする。
【００２１】
図３は、図２に関して上記に記載されたような縁固着タイプのアンダーフィルの斜視図を示す。表面実装パッケージ、特に、半田ボールと、ダイおよびアンダーフィル層の厚みとが、説明の目的のみのために誇大な大きさで示されているが、当業者は、特定のパッケージの適用に関して本発明を実行するための半田およびアンダーフィルの適当な大きさと量とを容易に決定できる。図２および図３に図示される形態のさらなる利点は、アンダーフィルがダイ７０の外周まわりに配置されるようにアンダーフィル５０を分配することによりコスト削減が実現されることである。多くの通常の適用においては、アンダーフィルがコンポーネントと基板との間隙内の領域を実質的に満たすように、通常、アンダーフィルは分配され、さらに、アンダーフィルは組立完成体周囲に沿って時々分配される。それに対して、図２および図３に関して記載された形態、および、その結果として生じる形態においては、パッケージとの接続に分配／使用されるアンダーフィル材は、より少ない。
【００２２】
図４および図５は、本発明の態様に基づく、もう一つの縁固着タイプのアンダーフィルを示す。表面実装パッケージは多様なスタイルおよび形状で製造される。幾つかの例においては、アンダーフィル材が、半田ボール上に侵入することなくパッケージの外周に沿って分配されるように、パッケージおよび／または半田ボールの形態が形作られる。図４および図５においては、図２および図３におけるパッケージ４０よりも大きい大きさの表面実装パッケージ１００が示されている。アンダーフィル１１０はダイ１２０の周囲まわりに塗布され、半田ボール１３０の配列は、アンダーフィル１１０により実質的に覆われることなく残される。従って、アンダーフィル１１０に使用されることが可能な材料のタイプに関して多くの選択が利用可能である。さらに、半田ボール１３０が覆われることなく残れば残るほど、半田ボール１３０は基板と接続し、基板とのパッケージ１００の位置調整およびセルフアライメントを容易にする。また、この形態は、ダイ１２０上に半田ボール１３０を形成する前の、パッケージ１００へのアンダーフィルを塗布することの選択を提供する。
【００２３】
次ぎに図６および図７を参照すると、もう一つの縁固着タイプのアンダーフィルが図示されている。パッケージ２００は、ダイ２２０の外周まわりに配置されたアンダーフィル２１０を有する。アンダーフィル２１０は、ダイ２２０の外周まわりに配置された半田ボール２３０を実質的に覆い、一方で、パッケージ２００の内側領域に配置された残りの半田ボール２３０は、上記の図２および図３の形態と同様に覆われない。しかしながら、この実施例においては、アンダーフィル２１０は、組立作業の間における、水分、溶液および／またはガスを逃がすことを可能にするための空洞部２４０を有する。結果として、アンダーフィル２１０の完全性を潜在的に危うくする空隙の形成を緩和する。さらに、パッケージ２００の内側領域に配置された半田ボール２３０が覆われないようにアンダーフィル２１０が塗布されるので、基板に対するパッケージ２００のセルフアライメントは容易とされる。
【００２４】
図８および図９は、本発明に基づいた、空洞部を有する縁固着アンダーフィルのもう一つの例を示す。図４および図５と同様の表面実装パッケージ３００であって、図２、図３、図６および図７のそれぞれにおけるパッケージ４０およびパッケージ２００よりも大きい大きさのパッケージ３００が示されている。アンダーフィル３１０はダイ３２０の周囲まわりに塗布され、半田ボール３３０の配列はアンダーフィル３１０により実質的に覆われずに残されている。よって、パッケージの整列は容易で、このような形態により、より多くの多様なアンダーフィル材の利用の選択が提供される。さらに、図８および図９におけるアンダーフィル材は空洞部３４０を有し、該空洞部３４０は、組立工程またはリフロー工程の間にもたらされる水分、溶液および／またはガスを逃がすことを可能にする。
【００２５】
図６から図９に関して記載されたようなアンダーフィル材内に提供された空洞部は重要な特質を発揮するが、空洞部を望まない適用も存在する。この適用とは、アンダーフィル材の粘性が、アンダーフィル材内で間隙をもたらすことができなような場合である。空洞部が望まれないもう一つの例は、組立工程またはリフロー工程および／またはアンダーフィル材が、水分、溶液および／またはガスの放出を含まないときであり、このような空洞部の提供は、不必要な時間、コストおよび／または工程ステップの増加を結果としてもたらす。
【００２６】
図１０から図１３は、本発明の態様に基づいた、ダム・アンド・フィルタイプのアンダーフィルを示す。ダム・アンド・フィルタイプのアンダーフィルは、上述されたものと同様の縁固着アンダーフィルと、さらに、縁固着アンダーフィルにより覆われないパッケージの内側領域内の第二タイプのアンダーフィルとを有する。このような２層アンダーフィル工程は、異なったレベルの熱膨張係数の相殺を提供し、さらに、シートシンクとして機能を果たすことが可能である。さらに、第二タイプのアンダーフィルは、表面実装パッケージ内における少なくとも二つの異なったアンダーフィル材の塗布を可能にする。周囲まわりに塗布される第一タイプのアンダーフィルは、少なくとも一つの好ましい特性を有し、コンポーネントの周囲構造のようなダムの形成を容易にする。第二材料は、例えば熱伝導率を増加させるような、少なくとも一つの異なった好ましい特性を有する。また、パッケージと実装表面との間で設けられる電気接続を容易にするために、フラックス含有アンダーフィルが選択されることも可能である。第一および第二アンダーフィル層は、実質的に平坦な面を有するパッケージを提供し、このことは基板上のパッケージの設置を容易にする。
【００２７】
図１０および図１１を参照すると、ダイ４２０の外周まわりに配置、堆積または設置された第一アンダーフィル材４１０を有する表面実装パッケージ４００が示されている。第一アンダーフィル材４１０は、半田ボール配列４３０が第一アンダーフィル４１０により実質的に覆われないで残されるように塗布される。さらに、第一アンダーフィル４１０は図１１に示されているようなダム状構造を形成する。第二アンダーフィル材４５０は、第一アンダーフィル４１０により形成されたダム状領域を実質的に満たすようにパッケージ４００に塗布される。
【００２８】
図１２および図１３を参照すると、第一アンダーフィル５１０および第二アンダーフィル５５０からなるダム・アンド・フィルタイプのアンダーフィルを有するもう一つの表面実装パッケージ５００が示されている。しかし、この例においては、第一アンダーフィル５１０は、組立工程またはリフロー工程の間においてもたらされる水分、溶液および／またはガスを逃がすことを可能にするために、第一アンダーフィル層５１０内に少なくとも一つの空洞部５４０を有する。図１０から図１３は、ダム・アンド・フィルタイプのアンダーフィルを使用される表面実装パッケージの一つのタイプが示されているが、ダム・アンド・フィルタイプのアンダーフィルは、任意の適当なスタイルまたは形状のパッケージに適用可能であることは明らかである。
【００２９】
パッケージの外周まわりに実質的に連続するアンダーフィル層を有する例が上記に説明されてきた。しかし、アンダーフィル層は、パッケージの一つまたは任意の数の側部に塗布されることも可能であり、特許請求の範囲内に含まれると考えられることは認識されうる。
【００３０】
表面実装パッケージが組み立てられ、アンダーフィル層がその上に配置、堆積または設置されると、パッケージは、パッケージを基板へ取り付ける顧客へ出荷される。顧客は、パッケージ上の（例えば半田ボール配列のような）電気接触部が基板上のコンポーネントと一致するように、パッケージを基板と整列する。アンダーフィル材が塗布されたパッケージは、パッケージ上のアンダーフィル材の固有の粘着性、設置圧力、熱、または、他の適当な作用物の少なくとも一つにより基板上に配置され保持される。パッケージを基板に取り付ける工程は、熱および圧力により、または、熱および圧力なしに、幾つかの異なった方法で実現される。そのような方法の幾つかの例の中には、半田ペーストが印刷された後にパッケージを設置することと、半田ペースト無しにパッケージを設置することと、基板にフラックスを塗布し次ぎにパッケージを設置することと、設置前にコンポーネントにフラックスを塗布することとが含まれる。
【００３１】
図１４は、例えばプリント配線基板またはプリント回路基板６１０のような基板に取り付けられた表面実装パッケージ６００を示している。半田ボール配列６３０および予め塗布されたアンダーフィル層６４０を有するダイ６２０を具備するパッケージ６００は、半田６３０を溶融するために加熱された空気をプリント回路組立体に接触させる半田付け工程の熱放射または熱伝導により基板６１０に接続される。半田リフローは、異なった温度の幾つかの段階または領域において達成される。まず、加熱された空気は、基板６１０およびコンポーネント６００の温度を上げ、次ぎに、フラックスを活性化し、基板表面上で”プリントされた（ｐｒｉｎｔｅｄ）”半田をリフローし、コンポーネントは基板表面上に取り付けられる。半田は、高温領域で溶融されるとき終端領域を濡らし、冷却後に半田結合を確立する。
【００３２】
一般的な加熱リフロー方法には、赤外線、加熱空気強制対流または熱伝導が含まれる。赤外線工程の間、放射赤外線エネルギーはデバイスの材料により吸収され、デバイスに熱をもたらし、半田のリフローを実施する。加熱空気強制対流工程においては、空気が熱せられ、それぞれの領域に循環される。熱は、加熱された空気によりデバイスに伝達され、デバイスおよび（半田ボールのような）電気接触部を加熱し、半田のリフローをもたらす。熱伝導工程には、デバイスが連続的な一連の加熱されたプラテン（ｐｌａｔｅｎ）の表面を横切って移動することが含まれる。熱は表面接触により伝達され、（例えば半田ボールのような）電気接触部を加熱しリフローすることを可能にする。
【００３３】
半田６３０の相互結合と、アンダーフィル６４０の広がりおよび硬化は、同時に、または、連続して行われる。一般的に、アンダーフィル６４０はリフロー工程前にパッケージ６００に取り付けられ、（例えば半田ボールのような）電気接触部６３０の融解温度と実質的に一致する融解温度を有するように選択されることが可能である。よって、リフローの間において、アンダーフィル６４０は半田６３０の溶融と同時に硬化する。回路基板のコンポーネントが適当に取り付けられるように、リフローの間に加えられる熱の温度は、使用される半田のタイプの融点よりも約２０度から約２５度高い温度とされることができる。これは、異なった大きさのコンポーネントに対して適応させるためになされ、同様に、基板上のコンポーネントの熱容量の相違に対して適応させるためになされる。しかしながら、アンダーフィルは、半田リフロー工程の後に、別の段階として連続して広げられ硬化されることも可能である。
【００３４】
アンダーフィル塗布方法、パッケージ設置方法、加熱方法等が、説明および記載のためにのみに提供されたことは理解されうる。よって、これらの方法が網羅的なものとして意図されておらず、または本発明が記載された方法に限定されることはない。
【００３５】
図１５は、アンダーフィルがパッケージ７００に塗布される際の、さらにもう一つの形態を示す。（例えば半田ボールのような）電気接触部の配列を有するダイ７１０が提供さる。ダイ７１０の側壁に沿ってアンダーフィル７３０が覆いかぶさり、パッケージ７００のほぼ中央部まで延在するように、アンダーフィル材７３０は分配される。アンダーフィル７３０は、ダイ７１０の頂部面であって、その上に半田ボール７２０を有する頂部面を実質的に覆うことができる。代替として、アンダーフィル７３０は、図２から図１３に関連して上述されたような任意の方法でダイ７１０の頂部面に塗布されることができる。パッケージ７００が基板７４０に整列され組立体が加熱されるとき、付加的なアンダーフィル７３０は、図１６に示すように、相互結合部の縁のまわりにフィレット（隅肉）を形成するように広がる。さらに、この付加的なアンダーフィル７３０はデバイスに補強をもたらす。
【００３６】
次ぎに図１７を参照すると、本発明の態様に基づく、予め塗布されたアンダーフィルを有する表面実装パッケージのもう一つの例が示されている。取り付け材料として半田ボールを使用するのではなく、取り付け材料として導電性リード８２０を有するパッケージ８００が示されている。しかしながら、基本原理は同様である。アンダーフィル材８３０は、出荷される前に、（例えば下面上の）リードに塗布される。上述のような予め塗布されたアンダーフィルを有する利点に加えて、アンダーフィル８３０は、例えばガル・ウイング（ｇｕｌｌ ｗｉｎｇ）コンポーネント、外側へ広がるリードコンポーネントおよびＪリード（Ｊ−ｌｅａｄ）のようなパッケージに対する取り扱い上の損傷を軽減する。
【００３７】
図１８および図１９は、予め塗布されたアンダーフィルを有するＴＳＯＰ（Ｔｈｉｎ Ｓｍａｌｌ Ｏｕｔｌｉｎｅ Ｐａｃｋｅａｇｅ、薄小型パッケージ）９００が示されている。ＴＳＯＰ９００は、導電性リード９２０を備える電子コンポーネント９１０を有し、導電性リード９２０はコンポーネント９１０の本体から下方向に延在する。よって、リード９２０は、基板９４０上の電気終端と整列可能であり、基板９４０上の電気終端に半田付け可能である。ＴＳＯＰパッケージは、一般的に、低いスタンドオフ（取り付け面とベース面との距離）のパッケージに意図的にされ、リードは銅合金およびニッケル−鉄合金のような材料から作られる。（例えば、ニッケル、銅および鉄のような）リード材料の性質、形成されたリードの形状およびデザイン形態は、いかなるコンプライアンスをも本質的に低減または排除する。パッケージ９００の熱膨張係数（ＣＴＥ）と基板９４０の熱膨張係数（ＣＴＥ）との間にミスマッチがあるとき、リード９２０を基板９４０に接続する結合部に応力が発生する。温度サイクル環境において、これらの半田結合は破損する傾向がある。半田結合の破損を軽減するために、リードはアンダーフィル材により補強される。熱膨張係数（ＣＴＥ）のミスマッチにより生じた応力はアンダーフィル内へ分配される。図１９は、さらに、コンポーネント９１０と基板９４０との間に塗布される第二アンダーフィル材９５０を示す。第二アンダーフィル材９５０は、パッケージ９００と基板９４０との間の接続を補強する役割を果たすことが可能である。さらに、もし、第二アンダーフィル材９５０が熱伝導性であるならば、アンダーフィル９５０は電気デバイスの放熱をもたらすことが可能である。
【００３８】
図２０および図２１に示されるようなＪリードは、予め塗布されたアンダーフィルを有して実装されることが可能である。Ｊリード１０００は、電子コンポーネント１０１０から延在し、パッケージの下側で回転されるリードである。形成されたリードの側面は、文字Ｊの形状と似ている。アンダーフィル１０３０は、上述のものと同様に、パッケージ１００のリード１０２０に予め塗布される。さらに、アンダーフィル１０３０はリードを補強し、温度サイクルの間の半田結合の破損を軽減するように機能する。第二アンダーフィル材１０５０はコンポーネント１０１０に予め塗布されることが可能であり、上述されたような更なる利点を提供する。さらに、図１９および図２１において、コンポーネントに塗布された第二アンダーフィル材を有することで、基板に取り付けられる実質的に平坦な表面を有するパッケージを提供する。
【００３９】
説明のために、図１８で示された構造の斜視図が図２２に示される。表面実装パッケージ９００はダイ９１０を有し、該ダイ９１０は、該ダイ９１０の本体から延在する複数のリード９２０を有する。リード９２０は、温度サイクルによる応力を吸収し、また、出荷の間におけるリード９２０の取り扱い上の損傷を防止するように、予定された厚みに塗布されたアンダーフィル材９３０を有する。図１８から図２２におけるアンダーフィルは、パッケージのリードを実質的に覆うように示されているが、アンダーフィルは、図２３に示されるように塗布されることも可能である。図２３においては、本発明の態様に基づいた表面実装パッケージ９０５の一例が示されている。表面実装パッケージ９０５はダイ９１５の本体から延在する複数のリード９２５を有する。アンダーフィル９３５は、リード９２５の少なくとも一部分がアンダーフィル９３５により囲まれないように、リード９２５に塗布される。しかし、アンダーフィル９３５は、結合部の破損を軽減するために、基板９４５に結合されるリード９２５の他の部分に塗布される。
【００４０】
図１８から図２３は、ＴＳＯＰまたはＪリード形態を有するものを示してきたが、任意の同様な表面実装パッケージが、予め塗布されたアンダーフィルを有して実装されることが可能であり、本明細書に記載された同様の利点をもたらすことは理解されうる。例えば、予め塗布されたアンダーフィルは、電気的な機能に加えて光学的な機能を有する集積回路の中で使用されることが可能である。アンダーフィル材は、出荷前に、複数の導電性リードと少なくとも一つの光リード（導波路）を有する表面実装パッケージに塗布されることが可能である。予め塗布されたアンダーフィルは、パッケージと基板との異なった熱膨張係数（ＣＴＥ）を相殺するために、表面実装パッケージ内で使用される。さらに、アンダーフィル材は、光リードのためのクラッド（外装）材として機能を果たすことが可能である。アンダーフィル封止が比較的に低屈折率であるとき、アンダーフィル封止はクラッド材と同様の機能を果たし、すなわち、アンダーフィル材は、内部反射による光リードコア材内に光を閉じ込めることを容易にする。もし、アンダーフィルが光リードコア材と同様の屈折率を有するならば、光はクラッド材が取り外された光リードの領域から漏れるが、光は、上述のようにアンダーフィル内で光が閉じ込められることを保つ小さい逃げ角となる。
【００４１】
液状性アンダーフィル材の代替として、テープまたはフィルムが、パッケージと基板との間の接続の補強のために、且つ、温度サイクルにより生じる応力を吸収するために使用されることが可能である。図２４は、本発明の態様に基づくフィルム塗布工程１１００の一例を示す。フィルム１１１０の両側部上に配置される二つの保護被覆物を有するフィルム１１１０のリール（巻き枠）が提供される。１１２０で、保護被覆物の一つがフィルム１１１０から剥がされ、フィルム１１１０がパッケージ１１３０上に配置される。パッケージ１１３０とフィルム１１１０との組立は、フィルム１１１０のパッケージ１１３０への塗布を容易にするように、減圧、熱、圧力または他の適当な方法の適用によりもたらされる。フィルム１１１０は、フィルム１１１０とパッケージ１１３０との間の領域に実質的に空気がないように取り付けられる。次ぎに、１１５０で、フィルム１１１０はパッケージ１１３０の長さに対応した長さに切断される。
【００４２】
フィルムタイプのアンダーフィルを使用するパッケージが図２５に示される。図２５においては、取り付け工程１１４０が行われる前のフィルム状アンダーフィル１１６０が示されている。フィルム状アンダーフィル１１６０は、実質的にパッケージ１１３０の頂部面を覆い、該頂部面は、自身の上に配置、堆積または設置された半田ボール１１７０の配列を有する面である。代替として、フィルム状アンダーフィルは、液状性アンダーフィルに関して上述された任意の方法で適用されることが可能である。
【００４３】
図２６は、図２４において記載されたフィルム工程と同様のフィルム工程１２００が示されている。自身の上に二つの保護被覆物を有するフィルム１２１０のリールが供給される。複数の半田ボールのために提供される穴がフィルム１２１０内に穴明けされる穴抜き作業１２２０が含まれる。各穴は、該穴が実質的にコンポーネント上のすべての半田ボールに実質的に適合するように、または、予定された数の半田ボールにしか適合しないように穴明けされることが可能である。穴明け作業１２２０は、機械的手段、レーザ手段または他の任意の手段により実行される。穴明け作業１２２０は、塗布工程１２５０および切断工程１２６０と列をなすように図２６においては示されているが、穴明け工程１２２０は、独立した段階で列をなさずに遂行されることが可能であることは理解されうる。さらに、穴明け工程１２２０の代替として、フィルムが、予め穴明けされた穴を有して供給されることか可能である。しかしながら、その後に、予め穴明けされた穴を半田ボールの位置に配置するための整列段階が必要となる。
【００４４】
穴がフィルム１２１０に穴明けされた後に、上述のように、少なくとも一つの保護被覆物がフィルム１２１０から剥がされパッケージ１２４０上に配置される。その後、パッケージ１２４０およびフィルム１２１０の組立体は、フィルム１２１０とパッケージ１２４０との間の領域に実質的に空気が無いように加工される。次ぎに、１２６０で、フィルム１２１０がパッケージ１２４０の長さに対応する長さで切断される。
【００４５】
図２７は、穴明けされたフィルム状アンダーフィル１２７０を有するパッケージ１２４０の説明図である。フィルム状アンダーフィル１２７０は、半田ボール１２８０の配列の少なくとも一部分を露出するように穴明けされる。アンダーフィル１２７０は、アンダーフィル１２７０とパッケージ１２４０との間の領域に実質的に空気が無いように塗布されるが、図２７においては説明のために間隙が示されている。さらに、半田ボール１２８０が覆われないで残れば残るほど、半田ボール１２８０は基板にくっ付けられ、パッケージ１２４０の位置調整およびセルフアライメントを容易にする。また、この形態は、パッケージ１２４０上の（例えば半田ボールのような）電気接触部を形成する前に、パッケージ１２４０にアンダーフィルを塗布する選択の余地を残す。
【００４６】
図２８から図３０は、プリント配線基板または他の基板に予め塗布されたアンダーフィルを有するパッケージを接続するための一連の作業を示す。図２８において、表面実装パッケージ１３００が提供される。パッケージ１３００はダイ１３１０を有し、複数の半田ボール１３２０がダイ１３２０に付着され、半田ボール１３２０はパッケージ１３００のための電気接続としての機能を果たす。アンダーフィル層１３３０は、その適用に適した方法およびタイプでパッケージ上に配置、堆積または設置される。
【００４７】
図２９において、パッケージ１３００は、半田ボール１３２０が基板１３５０上の対応する（図示されていない）電気終端に整列され、リフロー工程が開始されることができるように反転される。リフロー工程の間、半田ボール１３２０が基板１３５０上の終端との接続を形成するまで、好適な加熱手段がパッケージ１３００および基板１３５０の組立体に適用される。アンダーフィル１３３０は半田１３２０のリフローと同時に硬化され、結果としてもたらされるデバイスが図３０に示される。
【００４８】
上述の構造および上記に記載された機能的特長に照らして、本発明の多様な態様に基づく方法（手順）は、図３１および図３２を参照することにより、よく理解されうる。説明を簡単にするために、図３１および図３２の方法は連続的に実行するように示され記載されているが、本発明が説明されている順序に限定されることはなく、本発明に基づく幾つかの態様が、本明細書に図示および記載されたものと異なったで順序で、および／または、他の態様と同時に行われることが可能であることは理解され認識されうる。さらに、説明された全ての形態が、本発明の態様に基づく方法を実行するために必要とされるとは限らない。
【００４９】
図３１は、予め塗布されたアンダーフィルを有する表面実装パッケージを製造するための方法を示す。本方法は、電子コンポーネントが提供される１４００で始まる。次ぎに、１４１０で、半田ボールまたはリードワイヤーのような取り付け材料が電子コンポーネントに結合される。よって、電子コンポーネントは表面実装パッケージとなり、ボールグリッドアレイ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）、ガル・ウイング（ｇｕｌｌ ｗｉｎｇ）、Ｊリード（Ｊ−ｌｅａｄ）およびチップスケールパッケージ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）の一つとなりうる。慣習的にここで、パッケージは切断（ｓｉｎｇｕａｔｅｄ）され、出荷のために個々のキャリアーに詰め込まれる。パッケージを受け入れる顧客は、リフロー工程の間において取り付け材料と基板との間に発生する応力を緩和する課題に直面する。この課題には一般的に、顧客による追加工具の入手、人力、工程段階、および、有害な蒸気および煙霧に対する潜在的な被爆が含まれる。
【００５０】
しかし、本発明の態様によれば、１４２０で、アンダーフィル材は、供給業者レベルで取り付け材料の少なくとも一部分に塗布される。塗布は単一のパケージまたは多数のパッケージに対して可能であり、例えば、予備成形、制御分配、スクリーン印刷、ステンシル印刷、トランスファー成形、金型成形、射出成形、テープおよびトランスファーフィルムのような多数の技術によって実行されることが可能である。選択される技術は、コンポーネント製造および製作の形式とアンダーフィル材の物理化学特性とに関するものである。アンダーフィルは予定された高さ、または、予定された体積でパッケージに塗布される。次に、１４３０で、パッケージは切断（ｓｉｎｇｕｌａｔｅｄ）され、顧客へ出荷するための個々のキャリアー内に詰め込まれる。よって、基板へのパッケージの取り付けの顧客による通常工程は、アンダーフィル工程を追加することなく実行されることが可能である。
【００５１】
図３２は、予め塗布されたアンダーフィルを有する表面実装パッケージを使用するための方法を示す。この方法は、予め塗布されたアンダーフィルを有する表面実装パッケージが提供される１５００で始まる。次ぎに、パッケージは１５１０で基板に整列される。ここで、（例えば、半田ボール、リードワイヤーのような）取り付け材料は、基板上の電気終端と一致する。もし、取り付け材料の少なくとも一部分がアンダーフィルにより覆われないで残存するようにアンダーフィルが形成されるならば、基板に対するパッケージの位置調整およびセルフアライメントは、より容易とされる。次ぎに、１５２０で、取り付け材料をリフローするためにパッケージおよび基板に熱が加えられる。リフロー作業の間において、パッケージと基板との電気接続が得られる。さらに、選択されたアンダーフィル材が取り付け材料の融解温度と多少一致しているならば、アンダーフィルは、取り付け材料のリフローと実質的に同時に硬化することができる。よって、アンダーフィル塗布作業および硬化作業は顧客にとって軽減される。
【００５２】
本明細書に記載されたような本発明のパッケージおよび方法は、幅広い適用の可能性があることは理解されうる。例えば、本発明の表面実装パッケージは、（例えば、携帯電話、コンピュータ、パーソナル・データ・アシスタント、カメラ、複写装置、玩具、電子ゲーム、メモリーカードなどのような）多数のタイプの市販の産業用電子装置内で使用されることが可能である。さらに、本発明の方法は、このような装置に関するパッケージの製造に結びつく工程に関連して使用されることが可能である。
【００５３】
上記の記載は、本発明の模範的な実行を含む。もちろん、本発明を述べるために、全ての考えられるコンポーネントおよび方法の組み合わせを記載することは不可能であるが、当業者は、さらに多くの本発明の組み合わせおよび変更が可能であることを理解しうる。よって、本発明は、特許請求の精神および範囲内に含まれるこれらの全ての変形、変更および代替物を包含することが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の態様に基づく、予め塗布されたアンダーフィルを有する電子コンポーネントの側面図である。
【図２】本発明の態様に基づく縁固着タイプのアンダーフィル形態の平面図である。
【図３】本発明の態様に基づく図２の縁固着タイプのアンダーフィル形態の斜視図である。
【図４】本発明の態様に基づく、もう一つの縁固着タイプのアンダーフィル形態の平面図である。
【図５】本発明の態様に基づく図４の縁固着タイプのアンダーフィル形態の斜視図である。
【図６】本発明の態様に基づく、さらにもう一つの縁固着タイプのアンダーフィル形態の平面図である。
【図７】本発明の態様に基づく図６の縁固着タイプのアンダーフィル形態の斜視図である。
【図８】本発明の態様に基づく、さらにもう一つの縁固着タイプのアンダーフィル形態の平面図である。
【図９】本発明の態様に基づく図８の縁固着タイプのアンダーフィル形態の斜視図である。
【図１０】本発明の態様に基づくダム・アンド・フィルタイプのアンダーフィル形態の平面図である。
【図１１】本発明の態様に基づく図１０のダム・アンド・フィルタイプのアンダーフィル形態の斜視図である。
【図１２】本発明の態様に基づく、もう一つのダム・アンド・フィルタイプのアンダーフィル形態の平面図である。
【図１３】本発明の態様に基づく図１２のダム・アンド・フィルタイプのアンダーフィル形態の斜視図である。
【図１４】本発明の態様に基づく、複数の半田ボールとアンダーフィルとにより基板に取り付けられた電子コンポーネントの側面図である。
【図１５】本発明の態様に基づく、もう一つのアンダーフィル形態の側面図である。
【図１６】本発明の態様に基づく基板に取り付けられた図１５の電子コンポーネントおよびアンダーフィル形態の側面図である。
【図１７】本発明の態様に基づく封止されたリードワイヤーを有する電子コンポーネントの平面図である。
【図１８】本発明の態様に基づくＴＳＯＰの外側まわりに塗布されたアンダーフィルの部分側面図である。
【図１９】本発明の態様に基づくＴＳＯＰ適用に塗布されたダム・アンド・フィルタイプのアンダーフィルの部分側面図である。
【図２０】本発明の態様に基づくＪリードの外側まわりに塗布されたアンダーフィルの部分側面図である。
【図２１】本発明の態様に基づくＪリード適用に塗布されたダム・アンド・フィルタイプのアンダーフィルの部分側面図である。
【図２２】本発明の態様に基づくアンダーフィルにより封止されたリードワイヤーを有する電子コンポーネントの斜視図である。
【図２３】本発明の態様に基づくアンダーフィルにより封止されたリードワイヤーを有する電子コンポーネントの斜視図である。
【図２４】本発明の態様に基づくフィルム適用を示した図である。
【図２５】本発明の態様に基づくフィルム状アンダーフィルの側面図である。
【図２６】本発明の態様に基づく穴明け加工作業を含むフィルム適用を示した図である。
【図２７】本発明の態様に基づく穴明け加工された穴を有するフィルム状アンダーフィルの側面図である。
【図２８】本発明の態様に基づく予め塗布されたアンダーフィルを有する電子コンポーネントを示す図である。
【図２９】本発明の態様に基づく基板と整列された電子コンポーネントを示す図である。
【図３０】本発明の態様に基づく基板に取り付けられた電子コンポーネントを示す図である。
【図３１】本発明の態様に基づく予め塗布されたアンダーフィル材を有する表面実装パッケージを製造する方法を示す図である。
【図３２】本発明の態様に基づく予め塗布されたアンダーフィルを有する表面実装パッケージを使用する方法を示す図である。
Claims (47)
- 表面実装パッケージにおいて、
第一側部と第二側部とを有する電子コンポーネントであって、前記第一側部は自身の上に多数の電気接触部を有する電子コンポーネントと、
出荷前に前記電子コンポーネントの前記第一側部の少なくとも一部分に沿って塗布されたアンダーフィル材とを有する、表面実装パッケージ。 - 前記電気接触部は複数の半田ボールを有する、請求項１に記載の表面実装パッケージ。
- 前記電気接触部は複数のポリマーボールおよび複数の金属ボールを有する、請求項１に記載の表面実装パッケージ。
- 前記電気接触部は複数の導電性リードを有する、請求項１に記載の表面実装パッケージ。
- さらに、前記電気接触部は少なくとも一つの光リード（導波路）を有する、請求項４に記載の表面実装パッケージ。
- アンダーフィル材は、前記少なくとも一つの光リード内に光を閉じ込めることを容易にする、請求項４に記載の表面実装パッケージ。
- 電子装置の中で使用される、請求項１に記載の表面実装パッケージ。
- 表面実装パッケージにおいて、
第一側部と第二側部とを有する電子コンポーネントであって、前記第一側部は自身の上に複数の電気接触部を有する電子コンポーネントと、
出荷前に前記第一側部の周囲の少なくとも一部分に沿って塗布された第一アンダーフィル材とを有する、表面実装パッケージ。 - 前記第一アンダーフィル材は、前記第一側部の前記周囲に沿って連続する、請求項８に記載の表面実装パッケージ。
- 前記第一アンダーフィル材は、前記第一側部の前記周囲に沿ってダム状構造を形成する、請求項９に記載の表面実装パッケージ。
- 第二アンダーフィル材は、前記ダム状構造により形成された内部領域の少なくとも一部分を満たす、請求項１０に記載の表面実装パッケージ。
- 前記第二アンダーフィル材は、前記パッケージからの熱の散逸を容易にする、請求項１１に記載の表面実装パッケージ。
- 前記第一アンダーフィル材および前記第二アンダーフィル材は異なった熱膨張係数（ＣＴＥ）である、請求項１１に記載の表面実装パッケージ。
- 前記第一アンダーフィル材は、水分またはガスが出て行くことを容易にするために自身内に形成された少なくとも一つの空洞部を有する、請求項８に記載の表面実装パッケージ。
- 前記第一アンダーフィル材は、前記電気接触部の少なくとも外周列を部分的に覆う、請求項８に記載の表面実装パッケージ。
- 前記電気接触部は複数の半田ボールを有する、請求項８に記載の表面実装パッケージ。
- 前記複数の半田ボールは、半田で被覆された複数のポリマーボールと、半田で被覆された複数の金属ボールとを有する、請求項１６に記載の表面実装パッケージ。
- 前記電気接触部は複数の導電性リードを有する、請求項８に記載の表面実装パッケージ。
- 前記電気接触部は、さらに、少なくとも一つの光リードを有する、請求項１８に記載の表面実装パッケージ。
- 前記第一アンダーフィル材は、前記第一側部の少なくとも一つの縁を部分的に覆い、部分的に覆う前記アンダーフィルは、リフロー工程の間において前記パッケージと基板との間にフィレット（隅肉）を形成する、請求項８に記載の表面実装パッケージ。
- 前記第一アンダーフィル材は、前記複数の電気接触部を実質的に覆う、請求項２０に記載の表面実装パッケージ。
- 前記第一アンダーフィル材は、前記第一側部の前記周囲に沿って実質的に連続している、請求項２１に記載の表面実装パッケージ。
- 前記第一アンダーフィル材は補修しやすい、請求項８に記載の表面実装パッケージ。
- 前記第一アンダーフィル材は、ゲル、ペースト、テープ、フィルムまたは固体形態で塗布される、請求項８に記載の表面実装パッケージ。
- 表面実装パッケージにおいて、
電子コンポーネントの本体から延在する複数のリードを有する電子コンポーネントと、
前記複数のリードの少なくとも一つに塗布される第一アンダーフィルであって、前記パッケージの出荷前に塗布された第一アンダーフィルとを有する、表面実装パッケージ。 - 第二アンダーフィル材は前記本体の第一側部に塗布され、前記本体の前記第一側部は、リフロー工程の間において基板に結合される側部である、請求項２５に記載の表面実装パッケージ。
- 前記第二アンダーフィルは、前記表面実装パッケージからの熱の散逸を容易にする、請求項２５に記載の表面実装パッケージ。
- 前記電子コンポーネントは薄小型パッケージ（ＴＳＯＰ）および小型Ｊ字導線（ＳＯＪ）パッケージの一つである、請求項２５に記載の表面実装パッケージ。
- 前記第一アンダーフィルは、ゲル、ペースト、テープ、フィルム、非流動液体、または固体形態で塗布される、請求項２５に記載の表面実装パッケージ。
- 表面実装パッケージを製造する方法において、
第一側部および第二側部を有する電子コンポーネントを使用することと、
前記第一側部へ取り付け材料を配置することと、
前記第一アンダーフィル材を前記電子コンポーネントの前記第一側部に塗布し、前記第一アンダーフィル材が前記パッケージの出荷前に塗布されることとを有する、表面実装パッケージを製造する方法。 - 前記取り付け材料は複数の半田ボールである、請求項３０に記載の表面実装パッケージを製造する方法。
- 前記取り付け材料は複数のワイヤーリードである、請求項３０に記載の表面実装パッケージを製造する方法。
- さらに、第二アンダーフィル材を前記パッケージに塗布することを有し、前記第二アンダーフィル材は熱伝導および熱の散逸を改善することを容易にする、請求項３０に記載の表面実装パッケージを製造する方法。
- さらに、自身の上に塗布されたアンダーフィル材を有する前記表面実装パッケージを荷造りし、顧客へ前記パッケージを出荷することを有する、請求項３０に記載の表面実装パッケージを製造する方法。
- 表面実装パッケージにフィルム状アンダーフィルを塗布する方法において、
前記表面実装パッケージ上に前記フィルム状アンダーフィルを配置することと、
前記フィルム状アンダーフィルと前記表面実装パッケージとの間の領域に実質的に空気が無いように、前記表面実装パッケージに前記フィルム状アンダーフィルを取り付けることと、
前記表面実装パッケージの大きさと対応する大きさに前記フィルム状アンダーフィルを切断することと、
前記表面実装パケージがその上に塗布された前記フィルム状アンダーフィルを有し出荷されることとを有する、表面実装パッケージ上にフィルム状アンダーフィルを塗布する方法。 - 前記取り付けることは、減圧、熱および圧力の少なくとも一つを適用することである、請求項３５に記載の表面実装パッケージ上にフィルム状アンダーフィルを塗布する方法。
- さらに、前記表面実装パッケージ上の電気接触部に適合するように、前記フィルム状アンダーフィルに穴を加工することを有する、請求項３５に記載の表面実装パッケージ上にフィルム状アンダーフィルを塗布する方法。
- 前記フィルム状アンダーフィルは、前記表面実装パッケージ上の電気接触部に適合するために予め加工された穴を有する、請求項３５に記載の表面実装パッケージ上にフィルム状アンダーフィルを塗布する方法。
- 前記配置することは、前記予め加工された穴を前記電気接触部と整列することを含む、請求項３８に記載の表面実装パッケージ上にフィルム状アンダーフィルを塗布する方法。
- 表面実装パッケージを基板に接続する方法において、
自身の上に予め塗布されたアンダーフィルを有する表面実装パッケージを使用することと、
前記表面実装パッケージの取り付け材料を前記基板の電気終端に整列することと、
前記表面実装パッケージおよび前記基板に熱を加えることとを有し、前記熱は、前記取り付け材料を前記電気終端に接続することを容易にする、表面実装パッケージを基板に接続する方法。 - さらに、前記パッケージと前記基板とに熱を加えるのと同時に前記アンダーフィル材を硬化することを有する、請求項４０に記載の表面実装パッケージを基板に接続する方法。
- 表面実装パッケージにおいて、
自身の上に複数の電気接触部を有する電子コンポーネントと、前記パッケージの周囲の少なくとも一部分に沿って壁を形成する予め塗布されたアンダーフィル材とを有し、前記アンダーフィル材は硬化し、前記パッケージと基板との間の熱的ミスマッチを部分的に相殺する、表面実装パケージ。 - 携帯電話で使用される、請求項４２に記載の表面実装パケージ。
- コンピュータ装置に使用される、請求項４２に記載の表面実装パッケージ。
- カメラに使用される、請求項４２に記載の表面実装パッケージ。
- 電子装置に使用される、請求項４２に記載の表面実装パッケージ。
- 表面実装パッケージにおいて、
前記表面実装パケージと表面との間に電気接続を提供する手段と、
前記表面実装パッケージと前記基板との間の熱的ミスマッチを相殺する手段であって、出荷前の前記パッケージの一部分である手段とを有する、表面実装パッケージ。
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