JP2005503002A - 柔軟性のある（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ）プリフォーム内部接続部 - Google Patents

Abstract

複数の導体３００によって突き通された熱硬化層１００を有するアセンブリ１０は、離型シート２００上に形成され、その後、ＩＣとＰＷＢまたは他の支持表面の間で挟持され、その後、硬化させられる。離型シートは、熱硬化性材料の硬化前または硬化中のいずれかにおいて除去される。硬化前の除去は、剥離によって達成される。硬化中の除去は、硬化プロセスによる層の破壊によってよい。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、集積回路のパッケージおよび実装である。
【背景技術】
【０００２】
改善された熱的および寸法的性能特性を得るために、プリント配線板「ＰＷＢ」などの表面を支持する集積回路（ＩＣ）デバイスを搭載するためのアンダーフィル材（ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）の使用が知られている。こうした例は、「Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ａｓｓｅｍｂｌｙ ｗｉｔｈ Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ Ｕｎｄｅｒｆｉｌｌ Ｂｏｄｙ」と題する米国特許第５，６５４，０８１号明細書に見出すことができ、その特許明細書はフリップチップＩＣデバイスを回路板に実装する時に特定のアンダーフィル材を使用することが論じられている。
【０００３】
アンダーフィル材は、ＩＣと表面（以下、簡単のためにＰＷＢ）の間に位置し、ＰＷＢに対して、ＩＣとＰＷＢの間の電気的／冶金学的接続の前、または後のいずれかにおいて、アンダーフィル材が実装されるはずである。電気的接続が形成された後にアンダーフィルが行われる場合、アンダーフィル材料を、ＩＣとＰＷＢの間の間隙の側面から、または、ＩＣの下に配置されたＰＷＢの穴を通して注入することができる。しかし、こうした注入法は、アンダーフィルを注入するのに要する時間および完全で（ｃｏｍｐｌｅｔｅ）均一なアンダーフィル材料の分布を確保する時の困難さの点で問題となる傾向がある。
【０００４】
電気的接続の形成の前にアンダーフィルが達成される場合、アンダーフィルは、ＩＣまたはＰＷＢのいずれかの上に「堆積する」（すなわち、印刷される）、あるいは、ＩＣとＰＷＢの間に挟持されるプリフォームとして設けられることができる。堆積プロセスに言及する特許は、先に述べた米国特許第５，６５４，０８１号明細書と「Ｌｏｗ Ｐｒｏｆｉｌｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｍｏｄｕｌｅｓ」と題する米国特許第５，９３６，８４７号明細書の両方を包含する。ＩＣまたはＰＷＢの上の印刷材料は、いつも望ましいとは限らない。それは、印刷材料が、処理プロセスを非常に複雑にする傾向があり、ＩＣとＰＷＢの形成と平行して印刷を行うことができないからである。
【０００５】
導体なしプリフォームを利用する特許は、「Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｐａｃｋａｇｅ ｆｏｒ Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ ｗｉｔｈ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ Ｐｒｅｆｏｒｍ Ｆｅａｔｕｒｅ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｓａｍｅ」と題する米国特許第６，０４０，６３０号明細書である。あいにく、導体なしプリフォームは、プリフォームを通して延びることができる、ＩＣおよび／またはＰＷＢ上のパッドまたは他の導体の使用を必要とする。
【０００６】
プリフォームは、誘電体がコーティングされたポリイミド膜を備え、充填材が過渡液相焼結材料を備える充填した有孔誘電体構造を備えており、「Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ Ｕｓｅｆｕｌ Ｔｈｅｒｅｆｏｒ」と題する米国特許第５，９４８，５３３号明細書において利用されている。しかし、コーティングしたポリイミド膜の使用は、全ての状況において望ましいわけではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、ＰＷＢなどの支持表面に実装されたＩＣにアンダーフィルを行う改良された方法およびデバイスが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、複数の導体によって突き通された熱硬化層を備えるアセンブリが、離型シート上に形成され、その後、ＩＣとＰＷＢまたは他の支持表面の間に挟持され、その後、硬化させられる方法および装置を対象とする。離型シートは、熱硬化性材料の硬化の前または硬化中のいずれかにおいて除去される。硬化の前に除去することは、剥離によって達成されることができる。硬化中に除去することは、硬化プロセスによって層を破壊することによってよい。
【０００９】
本発明の種々の目的、特徴、態様および利点は、同じ数字が同じ構成要素を表す添付図面と共に本発明の好ましい実施形態を以下で詳細に説明することによってより明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１〜３において、好ましいプリフォームアセンブリ１０は、ベース層アセンブリ１００、犠牲層アセンブリ２００、および貫通導体３００を備える。
【００１１】
ベース層アセンブリ１００は、単一のＢステージ熱硬化性材料を含むのが好ましい。熱可塑性材料を使用することができるが、熱硬化性材料が付加的な強度および安定性を提供することが期待される。好ましいＢステージ熱硬化性材料は、必ずしもそれに限定はしないが、シアン酸エステル、脂環式エポキシ、ビスマレイミド、シアン酸エステル／エポキシ共重合体、シアン酸エステル／ビスマレイミド共重合体または混合物、および脂環式エポキシ／ビスマレイミド共重合体または混合物を含む。単一層から形成されるのが好ましいが、ベース層アセンブリ１００は、多層アセンブリであってよいことが予想される。
【００１２】
犠牲層アセンブリ２００は犠牲層２１０および離型皮膜２２０を備える。犠牲層２１０は、ポリエステルまたはセルロイド膜などの比較的安価な材料から形成されるのが好ましい。離型皮膜２２０は、犠牲層２１０とベース層アセンブリ１００の間に配置され、標準的なケイ素、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）またはＣｈｅｍｌｅａｓｅ（商標）およびＢｕｅｈｌｅｒ（商標）から入手できる市販の材料などの黒鉛離型材を備える。こうした市販材料の例はＰＯＬ−ＥＳＥ ２３３（商標）である。他の実施形態において、犠牲層アセンブリ２００は、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）および配向ポリイミドなどの、他の材料に対して自然表面エネルギーが低く、接着性が低い材料を用いる場合には特に、離型皮膜２２０を含まない可能性がある。あまり好ましいとはいえない実施形態において、犠牲層は除去されるのではなく、最終構造の一部となる。多くの実施形態において、離型皮膜２２０のトレースは、犠牲層１００が除去された後に残るであろう。
【００１３】
ポリエステルまたはセルロイド膜を備える安価な犠牲層２１０と共に離型皮膜２２０を使用することは、現行のどの保護被覆法およびデバイスと比べても、犠牲層２００の価格を下げること、アセンブリ１０の利用をより容易にすること、および、アセンブリ１０の適応性を高めることなどのいくつかの利点を提供することが期待される。
【００１４】
貫通導体３００は、数ある方法の中で、ベース層アセンブリ１００を通してワイヤをスティッチングする／突き通すこと、または、ベース層アセンブリ１００内に伝導性バイアを形成することによって形成されることができる。貫通導体３００は、導体３００が穿孔されるかどうかの選択によって、犠牲層アセンブリ２００を穿孔してもしなくてもよく、それは、使用する製造方法、および貫通導体が最終的に電気的に結合するであろう対象物のタイプ（すなわち、パッド、はんだボール、スタッド、または何らかの他のタイプ）によって少なくとも部分的に決まる。したがって、ワイヤを突き通すことは、パッケージまたは板上のパッドまたはバイアに接続するための使用に対する選択であるが、バイアは、スタッドまたはボールに接続する場合にはよりよい選択である。貫通導体のタイプおよび貫通導体が犠牲層アセンブリ２００を貫通するかどうかの選択は、種々の構成および製造方法に対応できるように行われるのが好ましい。図２は、バイア（３０１と３０２）とワイヤ（３０３）の両方の例、ならびに、全体の内部接続部を突き通す貫通導体（３０１）、ベース層アセンブリ１００および離型皮膜２２０を突き通す貫通導体（３０２）、およびベース層１００のみを突き通す貫通導体（３０３）の例を示す。
【００１５】
伝導性バイアを使用する場合、こうしたバイアが、過渡液相焼結材料ではなく、はんだペーストを含むであろうことが期待される。好ましいはんだペーストは、ワイヤ突き通し／超音波熱圧着（ｔｈｅｒｍｏｓｏｎｉｃ）ボール形成が使用される場合、ＰｂＳｎ、ＰｂＳｎＡｇ、インジウム合金、および金共晶合金を含む。
【００１６】
貫通導体３００を犠牲層アセンブリ２００内に延ばすことは、対応するアライメントの安定性に対して、付加的な機械的安定性を提供するであろうことが期待される。
【００１７】
プリフォームアセンブリ１０を形成する好ましい方法は、犠牲層２１０を設けることと、犠牲層２１０を離型皮膜２２０でコーティングすることと、熱硬化性材料１００を離型皮膜２２０の上部に塗布することと、Ｂステージ層を形成するように上記熱硬化性材料１００を硬化させることと、貫通導体３００を熱硬化性材料１００内に挿入することとを含む。貫通導体３００を挿入することは、ワイヤ３００を上記熱硬化性材料内に突き通すこと、あるいは、熱硬化性材料１００において、レーザ穴あけ、またはドリル穴あけし、その後、穴を充填することを含むのが好ましい。レーザ穴あけされたバイアは、「オフセット」レーザ穴あけによって処理されて、より大きな底面直径面積を提供し、接触点に対するレジストレーションの難しさを減らすようにすることができる。プリフォームアセンブリ１０を用いる好ましい方法は、ＩＣを設けることと、上記ＩＣが機械的かつ電気的に接合されるはずの支持表面を設けることと、プリフォームアセンブリ１０を設けることと、プリフォームアセンブリ１０を上記ＩＣまたは上記支持層のいずれかに塗布することと、犠牲層２１０を剥離させることと、上記ＩＣと上記支持層の間にプリフォームアセンブリ１０を挟持することと、プリフォームアセンブリ１０の上記ベース層アセンブリを硬化させることとを含む。
【００１８】
機械的支持構造は、熱硬化層１００の構成中に含まれてもよい。一実施形態の熱硬化層１００は、それに限定はしないが、その中に層１００の熱硬化性物質が含浸される（ｉｍｐｒｅｇｎａｔｅｄ）、ガラス、黒鉛、ＫＥＶＬＡＲ（登録商標）、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）、またはポリエステルから成る繊維メッシュ材料を含む。機械的支持を付加するために、熱硬化性物質を粒状性充填材と共に調合することができる。こうした充填材は、それに限定はしないが、アルミナ、シリカ、黒鉛繊維、黒鉛粒子、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、ダイヤモンド、ベリリウム、または伝導性ポリマー充填材を含む。
【００１９】
熱的な強化が必要とされる場合、プリフォームは、熱伝導性のある材料を用いた構成を含む。好ましい実施形態は、導電性のない充填材を熱硬化性材料１００内に用いるであろう。こうした充填材は、それに限定はしないが、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ダイヤモンド、伝導性ポリマー充填材、黒鉛、またはアルミナを含む。別の実施形態において、熱伝導性があるメッシュ材料を、熱硬化性物質層１００の構成と共に使用することができる。この例において、熱伝導性の黒鉛メッシュは、熱硬化性物質材料を含浸され、層１００の一部になる。熱硬化性物質材料は、伝導性充填材と共に調合されることを含んでも含まなくてもよい。あまり好ましくはない実施形態において、物理的熱層（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｔｈｅｒｍａｌ ｌａｙｅｒ）１０２は、プリフォームの構成に付加されるであろう。たとえば、銅平面または位相変化膜１０２は、熱硬化性物質層１０１と１０３の間の中央層として付加されることができるであろう。使用される熱硬化性物質材料は、望まれる熱的構成に依存して、伝導性充填材と共に調合することを含んでも含まなくてもよい。
【００２０】
このように、柔軟性のあるプリフォーム内部接続部の特定の実施形態および用途が開示されてきた。しかし、本明細書の発明の概念から逸脱することなく、既に述べた変更以外に多くのさらなる変更が可能であることは、当業者には明らかであるはずである。したがって、本発明の主題は、添付請求項の精神の中にある以外は限定されることはない。さらに、本明細書および請求項の両方を解釈する時に、全ての用語が、本文脈と一貫する可能性のある最も広い方法で解釈されるべきである。特に、「備えている（含んでいる）」および「備える（含む）」という用語は、非排他的に、要素、構成要素、またはステップとして解釈されるべきであり、言及した要素、構成要素、またはステップが、明白に言及されていない他の要素、構成要素、またはステップと共に、存在し、または利用され、または組み合わされることができることを示している。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明を具体化する柔軟性のあるプリフォーム内部接続部の斜視平面図である。
【図２】本発明を具体化する柔軟性のあるプリフォーム内部接続部の破断図である。
【図３】集積回路をプリント配線板に結合する、本発明を具体化する柔軟性のあるプリフォーム内部接続部の破断図である。

Claims (21)

1. ＩＣと、
   支持表面と、
   機械的かつ電気的に前記ＩＣを前記支持表面に結合する内部接続部であって、前記内部接続部は、前記ＩＣおよび前記支持表面に電気的に接合した複数の貫通導体と、前記貫通導体、前記ＩＣ、および前記支持表面に機械的に接合した誘電体ベース層と、前記誘電体ベース層と前記ＩＣまたは前記支持表面のいずれかとの間に位置する離型皮膜のトレースとを備え、前記離型皮膜トレースは、前記ＩＣ、前記支持表面、および前記誘電体ベース層の成分とは異なった成分の残余部分を含む、内部接続部とを備えるＩＣアセンブリ。
2. 前記ＩＣ誘電体ベース層は、以下の群、すなわち、シアン酸エステル、脂環式エポキシ、ビスマレイミド、シアン酸エステルとエポキシとの共重合体、シアン酸エステルとビスマレイミドとの共重合体または混合物、ならびに脂環式エポキシとビスマレイミドとの共重合体または混合物のうちの少なくとも１つからの材料を含む請求項１に記載のＩＣアセンブリ。
3. 前記離型皮膜のトレースは、ケイ素、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、または黒鉛離型材の残渣を少なくとも部分的に含む請求項２に記載のＩＣアセンブリ。
4. 前記貫通導体はワイヤを含む請求項３に記載のＩＣアセンブリ。
5. 前記貫通導体ははんだペーストバイアを含み、前記はんだペーストは、ＰｂＳｎ、ＰｂＳｎＡｇ、インジウム合金、および金共晶合金のうちの少なくとも１つを含む請求項４に記載のＩＣアセンブリ。
6. 前記誘電体ベース層は、熱硬化性物質または粒子状充填材を混合された熱硬化性物質で含浸させた繊維メッシュ材料を含む請求項１に記載のＩＣアセンブリ。
7. 前記誘電体ベース層は、熱硬化性物質を含浸させた繊維メッシュ材料を含み、前記繊維メッシュ材料は、ガラス、黒鉛、ＫＥＶＬＡＲ（登録商標）、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）、およびポリエステルのうちの少なくとも１つを含む請求項６に記載のＩＣアセンブリ。
8. 前記誘電体ベース層は、熱硬化性物質を含浸させた繊維メッシュ材料を含み、前記繊維メッシュ材料は熱伝導性がある請求項６に記載のＩＣアセンブリ。
9. 前記誘電体ベース層は、粒状性充填材を混合された熱硬化性物質を含み、前記充填材は、アルミナ、シリカ、黒鉛繊維、黒鉛粒子、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、ダイヤモンド、ベリリウム、および伝導性ポリマー充填材のうちの少なくとも１つを含む請求項６に記載のＩＣアセンブリ。
10. 前記誘電体ベース層は、熱伝導性があり導電性のない粒状性充填材を混合された熱硬化性物質を含み、前記充填材は、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ダイヤモンド、伝導性ポリマー充填材、黒鉛、およびアルミナのうちの少なくとも１つを含む請求項６に記載のＩＣアセンブリ。
11. 前記誘電体ベース層は、２つの熱硬化性物質層の間に挟持された物理的熱層を含む請求項６に記載のＩＣアセンブリ。
12. 前記熱層は銅または位相変化膜を含む請求項１１に記載のＩＣアセンブリ。
13. ＩＣを支持表面に結合する方法であって、
    ＩＣを設けることと、
    前記ＩＣが機械的かつ電気的に接合する支持表面を設けることと、
    ベース層と犠牲層を含むプリフォームアセンブリを設けることと、
    前記プリフォームアセンブリを前記ＩＣまたは前記支持表面のいずれかに塗布することと、
    前記犠牲層を剥離させることと、
    前記ＩＣと前記支持表面の間に前記剥離させたプリフォームアセンブリを挟持することと、
    前記ベース層を硬化させることとを含む方法。
14. 前記プリフォームアセンブリを設けることが、
    犠牲層を設けることと、
    前記犠牲層を離型皮膜でコーティングすることと、
    熱硬化性材料を前記離型皮膜の上部に塗布することと、
    Ｂステージ層を形成するように、前記熱硬化性材料を硬化させることと、
    貫通導体を前記熱硬化性材料内に挿入することとを含む請求項１３に記載の方法。
15. 貫通導体を前記熱硬化性材料内に挿入する前記ステップは、ワイヤを前記熱硬化性材料内に突き通すこと、あるいは、前記熱硬化性材料において、レーザ穴あけ、またはドリル穴あけし、その後、はんだペーストで穴を充填することを含む請求項１４に記載の方法。
16. 前記ベース層は熱硬化性物質を含浸させた微細メッシュ繊維材料を含む請求項１３に記載の方法。
17. 前記微細メッシュ繊維は熱伝導性がある請求項１６に記載の方法。
18. 前記微細メッシュ繊維は導電性がない請求項１６に記載の方法。
19. 前記ベース層は粒状性充填材を混合された熱硬化性物質を含む請求項１３に記載の方法。
20. 前記粒状性充填材は熱伝導性がある請求項１９に記載の方法。
21. 前記粒状性充填材は導電性がない請求項１９に記載の方法。

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