JP2010522445A - フレキシブル・プレーナ・リードを有する集積回路 - Google Patents
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Abstract
これらのプレーナ・フレキシブル・リードは機械的応力作動中の屈曲に適合し、デバイスの部材への直接的マウントを可能にし、宇宙空間において遭遇するような−１９７℃〜＋１５０℃等の極限的な熱サイクルに耐えられる。
Description
（関連出願）
本出願は、２００７年３月２３日出願の、米国仮出願番号未定、代理人ドケット番号第Ａ１１４７ＳＤ号、発明の名称「フレキシブル・プレーナ・リード（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｌａｎｅｒ ｌｅａｄ）を有する集積回路」の優先権を主張する。
本出願は、２００７年３月２３日出願の、米国仮出願番号未定、代理人ドケット番号第Ａ１１４７ＳＤ号、発明の名称「フレキシブル・プレーナ・リード（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｌａｎｅｒ ｌｅａｄ）を有する集積回路」の優先権を主張する。
（技術分野）
本発明は、一般的に集積回路に関し、より具体的には、太陽光パネル等、スペース環境（ｓｐａｃｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）において被るような極限的な熱サイクルに耐えるよう適合される、ダイオードを含む集積回路に関する。
本発明は、一般的に集積回路に関し、より具体的には、太陽光パネル等、スペース環境（ｓｐａｃｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）において被るような極限的な熱サイクルに耐えるよう適合される、ダイオードを含む集積回路に関する。
ミクロ電子デバイスは、通常、プリント基板への電気的取り付けを許容する複数の外部リードを有するパッケージに含まれる、集積回路ダイオード・ダイを含む。これらのミクロ電子デバイスは、市販デバイスとして利用でき、衛星、宇宙船及び太陽光パネル等のスペース環境において統合されるものを含み、軍事アプリケーションにおける使用等の高信頼性デバイスとして利用できるものもある。スペース環境において、ミクロ電子デバイスは、−１９７℃〜＋１５０℃等の極限的な熱サイクルに耐える必要がある。
全ての材料は、熱膨張係数を有し、これは熱の関数として材料が膨張又は収縮する相対的な度合いを示す、温熱係数である。材料は、冷却されると収縮し、加熱されると膨張する。したがって、ミクロ電子デバイスには、極限的な熱サイクルに耐えることのできるような熱膨張係数を有する材料を用いる。同様の熱膨張係数を有するデバイス部分は、接着剤、ペースト、ハンダを用いて互いに固定され、これにより熱サイクル中の分離を防ぐようにする。
スペース・アプリケーション（ｓｐａｃｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）において、通常の一つの集積回路は、太陽電池パネルに接続可能な太陽電池ダイオードを含む。この太陽電池ダイオードは、太陽への曝露と、これに続く遮蔽を、ライフサイクルにわたって幾度となく繰り返すという、最も厳しい熱サイクル環境に曝される。従来は、これらの太陽電池デバイスはガラスからなり、太陽光パネルにハンダ付け又は溶接され、剛性の軸リード等、剛体材料を用いて他の回路に相互接続される。これらの剛性リードは、ある期間は極限的な熱サイクルに耐えることができるが、ライフサイクルは限られる。これらの軸リードによるデバイスは、太陽光パネルにハンダ付けで取り付けられるよう設計されていた。この設計におけるハンダ接続は、熱膨張ミスマッチ、ハンダの再結晶、及びハンダのクリープにより、熱サイクルの能力が限られている。更に、ハンダ接続のクラックにより、回路の電気的切断が生じる。最近になって、太陽光パネル製造者は、溶接接続を用いる軸リード接続に切り替えてきた。軸リード自体は、容易には溶接に馴染まない。太陽光パネル製造者は、溶接による取り付けに苦労している。丸い軸リードにプレーナ・リードを溶接することから、信頼性及び溶接の整合の問題が発生する。より容易で信頼性の高い方法が望まれている。
集積回路は、導通ロスにより作動中に熱を生じる。この熱は、適切な機能のためには、デバイスから発散しなければならない。特に、軸リード型ガラス・ダイオードは、パネルに対して放熱させ、効率的に熱を除くことが非常に困難である。太陽光パネル製造者は、軸リード型ガラス・ダイオードに関する熱の問題に苦労してきた。より効率的に放熱できるデバイスが望まれている。
スペース環境において遭遇するような極限的な熱サイクルに耐えるよう適合される、ミクロ電子デバイスの改良が望まれている。
本発明は、ミクロ電子回路及びプレーナ・フレキシブル・リードを含むミクロ電子デバイスとしての、技術的進歩を達成するものである。プレーナ・フレキシブル・リードは機械的応力作動中及び極度の熱サイクルの間の屈曲及び湾曲に適合し、容易な溶接又はハンダ付けによって部材に対してデバイスの直接的マウントを可能にする。
図１に、一対のプレーナ・フレキシブル・リード１４及び１６の間に挟まれる集積回路アセンブリ１２を含む外観の、１０のミクロ電子デバイスを概略的に示す。集積回路アセンブリ１２は、モリブデン基板２６上に配置されるダイ等のミクロ電子回路２２を含むことを示し、図示のように、基板２６はフレキシブル・リード１６に固定される。リング２８が基板２６上に形成され、ミクロ電子回路を受け入れるよう構成されるダイ取り付けキャビティ３８を形成する（図３）。
有利なことに、プレーナ・フレキシブル・リード１４及び１６は、それぞれ、とりわけ機械的応力中及び極限的熱サイクル中に屈曲するよう構成される、薄いシートとして形成される。プレーナ・フレキシブル・リード１４及び１６は、膜として形成することもできるが、他の形状及び特徴を有してもよく、ダイ２２からそれぞれのフレキシブル・リード１４又は１６に結合される別の部材へ電気信号が通過できる導電部を有する。本発明の一実施形態によれば、フレキシブル・リード１４及び１６の全体は、銅、金又は銀等の金属又は合金等の導電性部材の薄いプレーナ・シートからなるが、他の材料も可能であり、本発明の範囲内にある。別の実施形態において、フレキシブル・リードは、背面部材等の別の材料上の導電部材からなる。好適な一実施形態において、フレキシブル・リード１４及び１６の厚さは０．０７６２ミリメートル（３ミル）であるが、材料の所望の導電性及び熱伝導性、所望の可撓性、及び意図する環境における整合性によっては、０．７６２ミリメートル（３０ミル）以下の厚さを有してもよい。ミクロ電子デバイスは、図示の試験固定具内に入れられ、試験することができる。
次いで、図２に、それぞれの端部の間でアセンブリ１２を挟むよう構成される、同一直線上のプレーナ・フレキシブル・リード１４及び１６を含むミクロ電子デバイス１０を示す。
図３に、図２における線３−３に沿った、デバイス１０の横断面図を示す。基板２６は、下方フレキシブル・リード１６の上面に、ろう付け、溶接、導電接着、又は集積回路基部を電極に接続するために用いられる他の周知の技法により固定される、下方主表面３２を有することを示す。基板２６は、基板ダイ２２が上に固定され、固定はろう付け、溶接、又は導電ペーストによる、上方主表面３４を有することも示す。ダイ２２の上面には、基板２６に対する場合と同様に上部部材２０が接続され、ダイ２２への機械的支持を設けるように構成することを示す。基板２６及び上方部材２０は、ダイ２２からそれぞれのプレーナ・フレキシブル・リード１４及び１６への一以上の電気的経路を提供することも示す。アニュラ・リング２８は、図示のように、ダイ２２の周辺に固定され、ダイ２２の回りにダイ取り付けキャビティ３８を形成することを示す。リング２８は、集積回路チップ２２の下端１６の間において機械的な緩衝として機能し、リードにおける機械的応力を集積回路チップ２２から分離する。環状キャップ部材４０は、リング２８の表面上に配置されることを示す。キャップ部材４０は、他の材料でも同様に密封シール形成に適切ではあるが、０．０２５４ミリメートル（１ミル）厚カプトン（登録商標）層等の環状部材４２によって上部プレーナ・フレキシブル・リード１４に結合される。リング２８は、好適には合金４２等の合金からなり、部材４０は銅等の金属からなり、同様の熱膨張係数を有する。基部及び上方部材には他の材料も適切ではあるが、基板２６及び上方部材２０は、好適にはモリブデンからなる。デバイス１０の全ての部材は、極限的な熱サイクルの間に、互いに対して過剰な歪みや圧縮とならないよう、非常に類似した熱膨張係数を有する。図３に示す実施形態において、ダイ２２は０．１２７ミリメートル（５ミル）の厚さを有し、フレキシブル・リード１４及び１６は０．０７６２ミリメートル（３ミル）の厚さを有する。
フレキシブル・リード１４及び１６の厚さには、重要な制限がある。プレーナ・フレキシブル・リード１４及び１６は適切な材料からなり、太陽光パネル等に直接的にアセンブリ１２を互いに固定する十分な機械的強度を有する適切な厚みを有する一方、軌道上において太陽光パネルを展開する間に、劣化又は裂傷のない、機械的応力に耐える柔軟性を備えて、十分に薄いことが望ましい。したがって、プレーナ・フレキシブル・リードは、０．７６２ミリメートル（３０ミル）以下の厚さを有することが望ましいが、この正確な寸法に限定するものと考えてはならない。
プレーナ・フレキシブル・リード１４及び１６は、太陽電池パネル等の受入部材への取り付け中、又は使用中に、必要であれば屈曲しても、ねじれてもよいリボン・リードを形成してもよい。プレーナ・フレキシブル・リードは、これらのプレーナ・リードは溶接可能に取り付けられるという点で、従来の固い軸リードを超える技術的利点をもたらし、これは、宇宙空間環境等において必要な、極限的な熱サイクルを経験するデバイスに対する好ましい取り付け方法である。軸リードは、溶接に対して理想的に適切とは言えない。
プレーナ・フレキシブル・リード１４及び１６の好適な一実施形態は、金属、合金又は他の材料等の導電材料であるが、これらは、所望であれば、同一又は異種材料からなる多層部材等の、一以上の材料からなってもよい。例えば、リードは、主表面に沿って接続される二つのプレーナ部材からなってもよく、プレーナの第二材料の上に、第一材料のストリップを乗せるものであってもよい。したがって、単一材料からなるプレーナ・フレキシブル・リードに限定するものと考えてはならない。
ダイ２２は、太陽電池ダイオードからなってもよく、所望であれば、増幅器、センサ、又は他の電気的デバイス等の集積回路デザインも含んでもよい。ダイオードの場合には、上方フレキシブル・リード１４はアノードに接続してもよく、下方フレキシブル・リード１６は該ダイオードのカソードに接続してもよい。アセンブリ１２は、密封シールしてもよく、所望であれば、半密封シールしてもよい。デバイス１０に使用される全ての材料は、宇宙空間のアウトガス規制を満たし、自動的な酸素曝露規制（ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｏｘｙｇｅｎ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ）にも通過している。デバイス１０は、ほとんど全てのダイ・サイズに適合するよう、サイズは拡大縮小可能である。デバイス１０は、そのプレーナ的なデザインのために、平坦かつ非常に背の低い形状であり、更に所望であれば太陽光パネルに容易に直接的に取り付けられる。様々なシリコン・ダイオード・チップをパッケージ内に用いてもよく、阻止用途及びバイパス用途に使用可能なものがあってもよい。本デバイスは、宇宙空間で展開される新規なフレキシブル太陽電池パネル回路との共用にも適している。本デバイスは、太陽光の管理に対して、太陽光パネルに直接的に放熱することが可能である。有利なことに、ダイ接合は太陽光から保護され、逆方向の漏れ電力損失を低減する。大きなダイを用い、発熱低減により、低Ｖｆとすることも可能である。極低Ｖｆ用途向けに、ショットキー・ダイオードを用いることもできる。本デバイスは、−１９７℃（液体窒素）及び＋１５０℃以下の液体等に耐えることができる。
特定の好適な実施形態に関し、本発明を記載してきたが、当業者であれば、本明細書の読み取りにより多くの変形及び変更が明らかである。したがって、添付の特許請求の範囲は、そのような変形及び変更の全てを含む従来技術を考慮して、可能な限り広範囲に解釈すべきであることを意図している。
Claims (20)
- 上方主表面及び下方主表面を有する基板と、
前記基板の上方主表面の上に配置される集積回路と、
前記集積回路から遠方に延長し、電気信号を送るよう取り付けられる、前記基板に結合する第一のプレーナ・フレキシブル・リードと、
を含むミクロ電子デバイス。 - 前記第一のフレキシブル・リードは、前記基板の下方主表面に結合し、前記基板に対して応力緩和を提供するよう構成される、請求項１に記載のミクロ電子デバイス。
- 前記第一のフレキシブル・リードは、導電性の材料からなる、請求項１に記載のミクロ電子デバイス。
- 前記第一のフレキシブル・リードは、導電性のプレーナ部を有する、請求項１に記載のミクロ電子デバイス。
- 前記プレーナ部は、金属製の材料からなる、請求項４に記載のミクロ電子デバイス。
- 前記第一のフレキシブル・リードは、約０．７６２ミリメートル（約３０ミル）以下の厚さを有する、請求項１に記載のミクロ電子デバイス。
- 前記第一のフレキシブル・リードは、溶接可能に構成される、請求項１に記載のミクロ電子デバイス。
- 前記基板上に配置され、かつ前記集積回路を包囲するリングを更に含む、請求項１に記載のミクロ電子デバイス。
- 前記基板は、前記集積回路と前記第一のフレキシブル・リードとの間に配置される導電部を含む、請求項１に記載のミクロ電子デバイス。
- 前記集積回路に結合される第二のプレーナ・フレキシブル・リードを更に含む、請求項１に記載のミクロ電子デバイス。
- 前記第一のフレキシブル・リード及び前記第二のフレキシブル・リードは、前記集積回路を挟むよう構成される、請求項１０に記載のミクロ電子デバイス。
- 前記第一のプレーナ・フレキシブル・リードは前記基板の下方主表面に結合され、前記第二のプレーナ・フレキシブル・リードは前記集積回路の上部に結合される、請求項１１に記載のミクロ電子デバイス。
- 前記集積回路と前記第二のフレキシブル・リードとの間に配置される部材を更に含む、請求項１１に記載のミクロ電子デバイス。
- 前記部材は、前記集積回路と前記第二のフレキシブル・リードとの間に相互接続される導電部を含む、請求項１３に記載のミクロ電子デバイス。
- 前記部材は、前記基板に結合される、請求項１３に記載のミクロ電子デバイス。
- 前記基板に結合され、かつ前記集積回路の周辺に配置され、前記基板と前記部材との間に配置されている、リングを更に含む、請求項１０に記載のミクロ電子デバイス。
- 前記集積回路の周辺に配置される集積回路キャビティを更に含む、請求項１６に記載のミクロ電子デバイス。
- 前記集積回路は、ダイオードである、請求項１に記載のミクロ電子デバイス。
- 前記基板は、モリブデンを含む、請求項１に記載のミクロ電子デバイス。
- 前記第一のフレキシブル・リードは、銅、金、又は銀の材料からなる、請求項１に記載のミクロ電子デバイス。
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