JP2012503301A - Circuit assembly and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
本発明は、電子アセンブリ400及びその製造方法800、900、1000、1200、1400、1500、1700に関する。アセンブリ400は、はんだを使用しない。I/Oリード412を有する構成要素406又は構成要素パッケージ402、802、804、806が、平面基板808上に配置800される。このアセンブリは、電気絶縁材料908を用いてカプセル化900され、基板808を貫通して構成要素のリード412まで、バイア420、1002が形成され又はドリルで開けられる1000。次いで、アセンブリはめっき1200され、カプセル化及びドリル工程1500が繰り返されて、所望の層422、1502、1702を構築する。平面基板808を可撓性基板2016として、アセンブリ2000を曲げて、様々な筐体に適合させることが可能である。 The present invention relates to an electronic assembly 400 and a method 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1500, 1700 for manufacturing the same. The assembly 400 does not use solder. A component 406 or component package 402, 802, 804, 806 having an I / O lead 412 is disposed 800 on a planar substrate 808. This assembly is encapsulated 900 using an electrically insulating material 908 and vias 420, 1002 are formed or drilled 1000 through substrate 808 to component leads 412. The assembly is then plated 1200 and the encapsulation and drilling process 1500 is repeated to build the desired layers 422, 1502, 1702. With the planar substrate 808 as the flexible substrate 2016, the assembly 2000 can be bent to fit various housings.
Description
本発明は、回路アセンブリ(circuit assembly)及びその製造方法に関し、より詳細には、無はんだ電子アセンブリ(electronic assembly)及びその製造方法、はんだを使用しない電子製品(electronic product)の製造及び組立てに関する。 The present invention relates to a circuit assembly and a method for manufacturing the circuit assembly, and more particularly, to a solderless electronic assembly and a method for manufacturing the same, and a manufacturing and assembly of an electronic product that does not use solder.
(関連出願の相互参照)
本願は、2008年6月27日出願の米国特許仮出願第12/163870号明細書の継続出願である。米国特許仮出願第12/163870号明細書は、「ELECTRONIC ASSEMBLY WITHOUT SOLDER」という名称の2007年5月8日出願の米国特許仮出願第60/928467号明細書、「ELECTRONIC ASSEMBLY WITHOUT SOLDER AND METHODS FOR THEIR MANUFACTURE」という名称の2007年5月29日出願の米国特許仮出願第60/932200号明細書、「SOLDERLESS FLEXIBLE ELECTRONIC ASSEMBLIES AND METHODS FOR THEIR MANUFACTURE」という名称の2007年7月5日出願の米国特許仮出願第60/958385号明細書、「ELECTRONIC ASSEMBLIES WITHOUT SOLDER AND METHODS FOR THEIR MANUFACTURE」という名称の2007年7月10日出願の米国特許仮出願第60/959148号明細書、「MASS ASSEMBLY OF ENCAPULSATED ELECTRONIC COMPONENTS TO A PRINTED CIRCUIT BOARD BY MEANS OF AN ADHESIVE LAYER HAVING EMBEDDED CONDUCTIVE JOINING MATERIALS」という名称の2007年7月31日出願の米国特許仮出願第60/962626号明細書、「SYSTEM FOR THE MANUFACTURE OF ELECTRONIC ASSEMBLIES WITHOUT SOLDER」という名称の2007年8月6日出願の米国特許仮出願第60/963822号明細書、「ELECTRONIC ASSEMBLIES WITHOUT SOLDER AND METHODS FOR THEIR MANUFACTURE」という名称の2007年8月28日出願の米国特許仮出願第60/966643号明細書、「MONOLITHIC MOLDED SOLDERLESS FLEXIBLE ELECTRONIC ASSEMBLIES AND METHODS FOR THEIR MANUFACTURE」という名称の2008年3月21日出願の米国特許仮出願第61/038564号明細書、及び「THE OCCAM(商標)PROCESS SOLDERLESS ASSEMBLY AND INTERCONNECTION OF ELECTRONIC PACKAGES」という名称の2008年3月24日出願の米国特許仮出願第61/039059号明細書に対する優先権を主張した2008年5月8日出願のPCT出願第PCT/US08/63123号明細書の一部継続出願であり、その利益を主張する。これらの出願の全体を、参照により本明細書に組み込む。
(Cross-reference of related applications)
This application is a continuation of US Provisional Application No. 12 / 163,870, filed June 27, 2008. US Provisional Patent Application No. 12/163870 is filed with US Patent Provisional Application No. 60/929467, filed May 8, 2007, entitled “ELECTRONIC ASSEMBLY WITHOUT SOLDER”, “ELECTRONIC ASSEMBLY WITHOUT SOLDER AND METHODS FOR US Patent Provisional Application No. 60 / 932,200 filed May 29, 2007 entitled "THEIR MANUFACTURE", US Patent filed July 5, 2007, named "SOLDERLESS FLEXIBLE ELECTRONIC ASSEMBLIES AND METHODS FOR THEIR MANUFACTURE" Provisional Application No. 60/958385, US Provisional Application No. 60/959148, filed July 10, 2007 entitled “ELECTRONIC ASSEMBLIES WITHOUT SOLDER AND METHODS FOR THEIR MANUFACTURE”, “MASS ASSEMBLY OF ENCAPULSATED ELECTRONIC COMPONENTS TO A PRINTED CIRCUIT BOARD BY MEANS OF AN ADHESIVE LAYER HAVING EMBEDDED CONDUCTIVE JOINING MATERIALS US Provisional Application No. 60 / 96,626 filed July 31, 2007, US Provisional Application No. 60/96, filed August 6, 2007, entitled “SYSTEM FOR THE MANUFACTURE OF ELECTRONIC ASSEMBLIES WITHOUT SOLDER”. No. 963822, US Provisional Application No. 60/966663, filed August 28, 2007, entitled “ELECTRONIC ASSEMBLIES WITHOUT SOLDER AND METHODS FOR THEIR MANUFACTURE”, “MONOLITHIC MOLDED SOLDERLESS FLEXIBLE ELECTRONIC ASSEMBLIES AND METHODS FOR THEIR” US Provisional Patent Application No. 61/038564, filed March 21, 2008, entitled “MANUFACTURE”, and March 24, 2008, named “THE OCCAM ™ PROCESS SOLDERLESS ASSEMBLY AND INTERCONNECTION OF ELECTRONIC PACKAGES” 2008 claiming priority to US Provisional Patent Application No. 61/039059 8 is a continuation-in-part application of PCT Application No. PCT / US08 / 63123 Pat filed, claiming the benefit. The entirety of these applications is incorporated herein by reference.
本出願はさらに、「SOLDERLESS FLEXIBLE ELECTRONIC ASSEMBLIES AND METHODS FOR THEIR MANUFACTURE」という名称の2007年7月5日出願の米国特許仮出願第60/958385号明細書、「ELECTRONIC ASSEMBLIES WITHOUT SOLDER AND METHODS FOR THEIR MANUFACTURE」という名称の2007年7月10日出願の米国特許仮出願第60/959148号明細書、「MASS ASSEMBLY OF ENCAPULSATED ELECTRONIC COMPONENTS TO A PRINTED CIRCUIT BOARD BY MEANS OF AN ADHESIVE LAYER HAVING EMBEDDED CONDUCTIVE JOINING MATERIALS」という名称の2007年7月31日出願の米国特許仮出願第60/962626号明細書、「SYSTEM FOR THE MANUFACTURE OF ELECTRONIC ASSEMBLIES WITHOUT SOLDER」という名称の2007年8月6日出願の米国特許仮出願第60/963822号明細書、「ELECTRONIC ASSEMBLIES WITHOUT SOLDER AND METHODS FOR THEIR MANUFACTURE」という名称の2007年8月28日出願の米国特許仮出願第60/966643号明細書、「MONOLITHIC MOLDED SOLDERLESS FLEXIBLE ELECTRONIC ASSEMBLIES AND METHODS FOR THEIR MANUFACTURE」という名称の2008年3月21日出願の米国特許仮出願第61/038564号明細書、「THE OCCAM(商標)PROCESS SOLDERLESS ASSEMBLY AND INTERCONNECTION OF ELECTRONIC PACKAGES」という名称の2008年3月24日出願の米国特許仮出願第61/039059号明細書、及び「ELECTRONIC ASSEMBLIES WITHOUT SOLDER ON TEMPORARY SUBSTRATES AND METHODS FOR THEIR MANUFACTURE」という名称の2008年6月24日出願の米国特許仮出願第61/075238号明細書に対する優先権を主張する。これらの出願の全体を、参照により本明細書に組み込む。 This application is further described in US Provisional Application No. 60/958385 filed July 5, 2007, entitled “SOLDERLESS FLEXIBLE ELECTRONIC ASSEMBLIES AND METHODS FOR THEIR MANUFACTURE”, “ELECTRONIC ASSEMBLIES WITHOUT SOLDER AND METHODS FOR THEIR MANUFACTURE”. No. 60/959148, filed July 10, 2007, entitled “MASS ASSEMBLY OF ENCAPULSATED ELECTRONIC COMPONENTS TO A PRINTED CIRCUIT BOARD BY MEANS OF AN ADHESIVE LAYER HAVING EMBEDDED CONDUCTIVE JOINING MATERIALS” US Provisional Patent Application No. 60 / 96,626 filed July 31, 2007, US Provisional Application No. 60/963822, filed Aug. 6, 2007, entitled “SYSTEM FOR THE MANUFACTURE OF ELECTRONIC ASSEMBLIES WITHOUT SOLDER”. No. 20 named “ELECTRONIC ASSEMBLIES WITHOUT SOLDER AND METHODS FOR THEIR MANUFACTURE” US Provisional Patent Application No. 60/966663, filed August 28, 2007, US Provisional Patent Application No. 61, filed March 21, 2008, entitled “MONOLITHIC MOLDED SOLDERLESS FLEXIBLE ELECTRONIC ASSEMBLIES AND METHODS FOR THEIR MANUFACTURE” No. 0/03564, US Provisional Application No. 61/039059, filed Mar. 24, 2008, entitled “THE OCCAM ™ PROCESS SOLDERLESS ASSEMBLY AND INTERCONNECTION OF ELECTRONIC PACKAGES”, and “ELECTRONIC ASSEMBLIES WITHOUT SOLDER” Claims priority to US Provisional Application No. 61/075238, filed June 24, 2008, entitled “ON TEMPORARY SUBSTRATES AND METHODS FOR THEIR MANUFACTURE”. The entirety of these applications is incorporated herein by reference.
(著作権通知/許可)
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電子機器業界の初期の頃から、電子製品の組立て、より詳細には、プリント回路基板への電子構成要素の恒久的な組立ては、何らかの形の比較的低温のはんだ合金(例えば、スズ/鉛又はSn63/Pb37)の使用を伴うものであった。その理由は多岐にわたるが、最も重要な理由は、プリント回路と多くの電子構成要素のリードとの間の何千もの電子機器相互接続の大量の接合が容易になることである。 Since the early days of the electronics industry, the assembly of electronic products, and more particularly the permanent assembly of electronic components on a printed circuit board, has some form of relatively low temperature solder alloys (e.g. tin / lead or With the use of Sn63 / Pb37). The reasons can vary, but the most important reason is that it facilitates mass bonding of thousands of electronic interconnections between printed circuits and the leads of many electronic components.
鉛は毒性の高い物質であり、鉛にさらされると、健康に対して広い範囲の周知の悪影響を及ぼす恐れがある。この文脈では、はんだ付け作業から発生したガスが作業者にとって危険であることが重要である。この処理では、酸化鉛(鉛系はんだから)とコロホニ(はんだフラックスから)を組み合わせたガスを生成することがある。これらの成分はそれぞれ、潜在的に有害であることがわかっている。さらに、電子機器内の鉛の量を減らした場合、鉛を採掘して製錬することを求める圧力も減るはずである。鉛を採掘すると、地域の地下水供給を汚染する恐れがある。製錬は、工場、作業者、及び環境の汚染を招く恐れがある。 Lead is a highly toxic substance, and exposure to lead can have a wide range of well-known adverse effects on health. In this context, it is important that the gas generated from the soldering operation is dangerous for the operator. This process may produce a gas that combines lead oxide (from lead-based solder) and colophoni (from solder flux). Each of these components has been found to be potentially harmful. In addition, reducing the amount of lead in electronic equipment should also reduce the pressure to mine and smelt lead. Mining lead can contaminate the local groundwater supply. Smelting can lead to pollution of factories, workers, and the environment.
鉛の流れを減らすと、廃棄される電子デバイス内の鉛の量も減って、ごみ埋立地内及び他のあまり安全でない場所内の鉛のレベルを低下させるはずである。使用済み電子機器の資源回収が困難でありかつコストが高く、ならびに廃棄物の輸出に関する法律の施行が緩いため、大量の使用済み電子機器が、中国、インド、及びケニアなどの環境基準がより低くまた労働条件がより劣悪な国へ送られる。 Reducing lead flow should also reduce the amount of lead in discarded electronic devices and reduce the level of lead in landfills and other less secure locations. Due to the difficulty and cost of collecting used electronic resources, and the slow enforcement of waste export laws, many used electronic devices have lower environmental standards such as China, India, and Kenya. They are also sent to countries with worse working conditions.
したがって、スズ/鉛はんだを減らすことを求める市場からの圧力及び法律上の圧力が存在する。具体的には、2003年2月、欧州連合によって、電気電子機器における特定有害物質使用制限指令(Directive on the Restriction of the Use of Certain Hazardous Substances in Electrical and Electronic Equipment)(一般に、有害物質制限指令(Restriction of Hazardous Substances Directive)又はRoHSと呼ばれる)が採択された。RoHS指令は、2006年7月1日に発効しており、各加盟国で法制化して施行することが義務付けられている。この指令は、様々なタイプの電子及び電気機器の製造において、鉛を含む6つの有害な材料の使用を制限する。この指令は、電気製品の収集、資源回収、及び再生利用の目標を設定する、大量の有毒な電子デバイス廃棄物の問題を解決するための法律上の取組みの一部である廃電気電子機器指令(Waste Electrical and Electronic Equipment Directive)(WEEE)2002/96/ECと密接に関連する。 Thus, there is market pressure and legal pressure to reduce tin / lead solder. Specifically, in February 2003, the European Union issued a directive on the use of the Electric of Hazardous Substances in Electrical and Electronic (Directive on the Restriction of Electric Substances) (Restriction of Hazardous Subdirectives Direct) or RoHS) was adopted. The RoHS Directive came into effect on July 1, 2006, and is required to be legislated and enforced in each member country. This directive limits the use of six harmful materials, including lead, in the manufacture of various types of electronic and electrical equipment. The Directive is a waste electrical and electronic equipment directive that is part of a legal effort to solve the problem of large amounts of toxic electronic device waste that sets goals for electrical product collection, resource recovery, and recycling. (Waste Electrical and Electronic Equipment Direct) (WEEE) 2002/96 / EC closely related.
RoHSは、すべての電子デバイス内の鉛の使用をなくすわけではない。医療用デバイスなどの高い信頼性を必要とする特定のデバイスでは、鉛合金を引き続き使用することが許可されている。したがって、電子機器内の鉛は、引き続き問題となる。電子機器業界は、スズ/鉛はんだの実用的な代替品を求めてきた。現在使用されている最も一般的な代替品は、スズ(Sn)、銀(Ag)、及び銅(Cu)を含む合金であるSACの種類である。 RoHS does not eliminate the use of lead in all electronic devices. Certain devices that require high reliability, such as medical devices, are allowed to continue to use lead alloys. Therefore, lead in electronic equipment continues to be a problem. The electronics industry has sought a practical alternative to tin / lead solder. The most common alternative currently in use is the type of SAC, which is an alloy containing tin (Sn), silver (Ag), and copper (Cu).
SACはんだもまた、環境に対して重大な結果をもたらす。例えば、スズの採掘は、地域規模でも世界規模でも災害を引き起こす。アマゾンの雨林で大きなスズ鉱床が発見されている。ブラジルでは、この発見が、道路の導入、森林の皆伐、先住民の強制立ち退き、土壌劣化、ならびにダム、尾鉱池、及び盛り土と製錬事業の形成を招いた。おそらく、ブラジルでのスズの採掘の最も深刻な環境への影響は、河川が沈泥で浅くなることである。この劣化は、動植物の生態のプロファイルを永遠に改変し、遺伝子バンクを破壊し、土壌構造を変え、害虫及び病気をもたらし、また回復不能な生態上の損失を引き起こす。 SAC solder also has serious consequences for the environment. For example, tin mining causes disasters both locally and globally. A large tin deposit has been found in the Amazon rainforest. In Brazil, this discovery led to the introduction of roads, clear-cut forests, forced eviction of indigenous people, soil degradation, and the formation of dams, tailings ponds, and embankment and smelting projects. Perhaps the most serious environmental impact of tin mining in Brazil is that the river becomes silt and shallow. This degradation forever changes the ecological profile of animals and plants, destroys gene banks, alters soil structure, leads to pests and diseases, and causes irreparable ecological losses.
ブラジルの環境の誤った管理に由来する世界的な生態上の問題はよく知られている。これらの問題は、雨林の破壊からの地球温暖化への圧力から、動植物の生物多様性の破壊による製薬業界への長期的な損害にまで及ぶ。ブラジルでの採掘は、スズ業界の破壊的な影響の一例にすぎない。大きな鉱床及び採掘事業は、インドネシア、マレーシア、及び中国にも存在する。これらは、経済発展に対する態度が生態系保護への関心を圧倒する開発途上国である。 Global ecological problems stemming from incorrect management of the Brazilian environment are well known. These problems range from pressures from rainforest destruction to global warming to long-term damage to the pharmaceutical industry due to destruction of animal and plant biodiversity. Mining in Brazil is just one example of the disruptive impact of the tin industry. Large deposits and mining operations also exist in Indonesia, Malaysia and China. These are developing countries where attitudes towards economic development overwhelm interest in ecosystem protection.
SACはんだには、さらなる問題がある。SACはんだは、高温を必要としてエネルギーを浪費し、堅くてもろく、また信頼性の問題を引き起こす。その融解温度は、構成要素及び回路基板が損傷する可能性がある温度である。個々の合金成分化合物の正確な量は依然として研究中であり、長期的な安定性は不明である。さらに、SACはんだ処理は、短絡(例えば、「スズウィスカ(tin wiskers)」)を発生させやすく、表面が正しく処理されなかった場合は開く。スズ/鉛はんだが使用されようと、SACの一種が使用されようと、高濃度の金属は、回路アセンブリの重量も高さも増加させる。 There are additional problems with SAC solder. SAC solder requires high temperatures, wastes energy, is brittle and causes reliability problems. The melting temperature is the temperature at which components and circuit boards can be damaged. The exact amount of the individual alloy component compounds is still under investigation and long-term stability is unknown. Furthermore, SAC solder processing is prone to short circuits (eg, “tin whiskers”) and opens if the surface is not properly processed. Whether tin / lead solder or a type of SAC is used, a high concentration of metal increases the weight and height of the circuit assembly.
したがって、はんだ付け処理、ならびにそれに付随する環境上及び実用上の欠点に対する代替品が必要とされている。 Therefore, there is a need for an alternative to the soldering process and the attendant environmental and practical drawbacks.
はんだ合金は最も一般的であるが、伝導性接着剤の形のいわゆる「ポリマーはんだ(polymer solders)」などの他の接合材料も、提案及び/又は使用されてきた。さらに、構成要素に対するソケットを提供することによって、接続を分離可能にするための努力がなされてきた。また、様々な弾性の接触構造で説明される電力及び信号を搬送する導体を接続するための電気及び電子コネクタも開発されてきた。これらにはすべて、一定の力又は圧力が加えられる必要がある。 Solder alloys are the most common, but other joining materials such as so-called “polymer solders” in the form of conductive adhesives have also been proposed and / or used. Furthermore, efforts have been made to make the connection separable by providing sockets for the components. Also, electrical and electronic connectors have been developed for connecting conductors carrying power and signals described in various elastic contact structures. All of these require a certain force or pressure to be applied.
同時に、より多くの電子機器をさらに小さな体積の中に入れるための絶え間ない努力がなされてきた。その結果、過去数年間、電子機器業界内では、パッケージ内の集積回路(IC)チップの積層及びICパッケージ自体の積層のための様々な方法に関心が寄せられてきた。これらはすべて、アセンブリの寸法をZ又は垂直軸方向に減らすためのものである。また、特定の構成要素、主として受動デバイスを回路基板内に埋め込むことによって、プリント回路基板(PCB)上の表面実装構成要素の数を減らすための進行中の努力もなされている。 At the same time, constant efforts have been made to put more electronic equipment into smaller volumes. As a result, in the past few years, there has been interest in various methods for stacking integrated circuit (IC) chips in a package and stacking the IC package itself within the electronics industry. All of these are for reducing the size of the assembly in the Z or vertical direction. There is also an ongoing effort to reduce the number of surface mount components on a printed circuit board (PCB) by embedding certain components, primarily passive devices, in the circuit board.
ICパッケージの作製では、パッケージされていないICデバイスを基板内に直接配置すること、そしてドリルで穴を開けてチップコンタクトに直接めっきすることによってこれらのICデバイスを相互接続することによって、能動デバイスを埋め込むための努力もなされてきた。そのような解決策は、特定の適用分野で利益を提供するが、チップの入出力(I/O)端子は非常に小さく、そのような接続を精密に行うのは非常に難しいことがある。さらに、製造後のデバイスがバーンイン(burn in)試験に合格しない可能性があり、それにより完成後にすべての努力が無駄になることがある。 In the creation of IC packages, active devices are formed by interconnecting these IC devices by placing unpackaged IC devices directly in the substrate and by drilling and plating the chip contacts directly. Efforts have also been made to embed. Such a solution provides benefits in certain application areas, but the input / output (I / O) terminals of the chip are very small and it can be very difficult to make such a connection precisely. In addition, the device after manufacture may not pass the burn-in test, which may waste all effort after completion.
別の懸念される領域は熱の管理である。高密度にパッケージされたICではエネルギー密度が高くなることがあり、それによって電子製品の信頼性を低下させる恐れがあるためである。 Another area of concern is heat management. This is because an IC packaged with a high density may have a high energy density, which may reduce the reliability of the electronic product.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、無はんだ回路アセンブリ及びその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a solderless circuit assembly and a method for manufacturing the same.
本発明は、電子アセンブリ及びその製造方法を提供する。外部I/Oコンタクトを有する電気、電子、電気光学、電気機械、及びユーザインターフェースデバイスを含む事前にバーンイン試験された構成要素が、平面の基部上に配置される。このアセンブリは、はんだマスク、誘電体、又は電気絶縁材料(特許請求の範囲を含めて本出願では集合的に「絶縁材料(insulating material)」という)でカプセル化され、構成要素のリード、導体、及び端子(特許請求の範囲を含めて本出願では集合的に「リード(lead)」という)を貫通して、バイア(via)と呼ぶ孔が形成され又はドリルで開けられる。次いで、このアセンブリはめっきされ、カプセル化及びドリル処理が繰り返されて、所望の層を構築する。バイアは、構成要素のリードの領域のうちのわずかな部分を露出させるだけでよいので、トレースを高密度に配置することができる。これらの構成要素が取り付けられる基板は、可撓性基板とすることができ、電子デバイス内でこのアセンブリを様々な形状に適合させることができる。 The present invention provides an electronic assembly and a method for manufacturing the same. Pre-burn-in components including electrical, electronic, electro-optic, electromechanical, and user interface devices with external I / O contacts are placed on a planar base. The assembly is encapsulated with a solder mask, dielectric, or electrically insulating material (collectively referred to as “insulating material” in this application, including the claims), and the component leads, conductors, And through the terminal (collectively “lead” in this application, including the claims), a hole called a via is formed or drilled. The assembly is then plated and the encapsulation and drilling process is repeated to build the desired layer. Vias need only expose a small portion of the component lead area, so that the traces can be densely arranged. The substrate to which these components are attached can be a flexible substrate and the assembly can be adapted to various shapes within the electronic device.
新規な逆相互接続処理(reverse−interconnection process)(RIP)で構築されるアセンブリは、はんだを使用せず、したがって鉛の使用、スズ、及び熱に関連する問題を回避する。「逆(reverse)」という用語は、組立ての順序が逆であることを指し、まずPCBを作製し、次いで構成要素を取り付けるのではなく、まず構成要素が配置され、次いで回路層が製造される。従来のPCBは必要とされず(任意選択で組み込むこともできる)、それによって製造サイクル時間を短縮し、コスト及び複雑さを低減させ、またPCBの信頼性の問題を緩和させる。 Assemblies built with a novel reverse-interconnection process (RIP) do not use solder, thus avoiding problems associated with lead usage, tin, and heat. The term “reverse” refers to the assembly order being reversed, rather than first making the PCB and then attaching the components, the components are first placed and then the circuit layers are manufactured. . Conventional PCBs are not required (and can optionally be incorporated), thereby reducing manufacturing cycle time, reducing cost and complexity, and mitigating PCB reliability issues.
RIP製品は、機械的衝撃及び熱サイクル疲労による故障に対して頑丈である。PCB基板上に配置される従来の製品と比較して、RIP製品内に組み込まれる構成要素は、表面からの隔離を必要とせず、したがって高さがより低くなり、またより高密度に配置することができる。さらに、はんだ付け可能な仕上げを必要とせず、また必要とされる材料及び処理ステップがより少ないので、RIP製品はより低コストである。さらに、RIP製品は、一体化された電磁干渉(EMI)遮蔽を提供することもできるインプレース(in−place)熱促進(改善された熱放散材料及び方法を含む)に適している。さらに、この構造は、埋込み式の電気及び光学構成要素と組み立てることができる。 RIP products are robust against failures due to mechanical shock and thermal cycle fatigue. Compared to conventional products placed on a PCB substrate, the components incorporated in the RIP product do not require isolation from the surface and are therefore lower in height and placed in higher density Can do. In addition, RIP products are less costly because they do not require a solderable finish and require fewer materials and processing steps. In addition, RIP products are suitable for in-place heat enhancement (including improved heat dissipation materials and methods) that can also provide integrated electromagnetic interference (EMI) shielding. Further, this structure can be assembled with embedded electrical and optical components.
本発明は、
回路基板の必要性の回避、
はんだ付けの必要性の回避、
「スズウィスカ」の問題の回避、
微細なピッチの構成要素リード間の困難な清浄の必要性の回避、
適合したリード又は適合したはんだ接続の必要性の回避、
多くの異なる製造レベル及び寿命末期における電子廃棄物に関連する多くの問題の回避 、ならびに
脆弱な構成要素上で高温の無鉛はんだを使用することに関係する熱の問題の回避
によって、従来技術の多数の欠点を克服する。
The present invention
Avoiding the need for circuit boards,
Avoiding the need for soldering,
Avoiding the problem of "Suzu Whisker"
Avoiding the need for difficult cleaning between fine pitch component leads,
Avoiding the need for suitable leads or suitable solder connections;
Many of the prior arts have been avoided by avoiding many of the problems associated with e-waste at many different manufacturing levels and end of life, as well as avoiding the thermal problems associated with the use of high temperature lead-free solders on fragile components. Overcoming the drawbacks.
本発明の効果(利益)には、
構造はほぼ完全に付加的であるため、製造廃棄物が少ないこと、
構築における材料の使用量がより少ないこと、
潜在的に有毒な金属を必要としないため、環境に優しいこと、
処理ステップがより少ないこと、
試験要件が低減されること、
低温で処理し、したがってエネルギーを節約すること、
コストがより低いこと、
アセンブリの高さがより低いこと、
信頼性が高いこと、
潜在的に性能がより高く、又は電池寿命がより長いこと、
機械的衝撃、振動、及び物理的損傷からICをより良好に保護すること、
使用されるデバイスを直接見ることができないので、設計上のセキュリティが改善され ること、
最終金属被覆を塗布することができるので、電子機器を完全に遮蔽すること、
熱性能が改善されること、
一体化されたエッジカードコネクタが可能であること、
メモリモジュールの設計が改善されること、
電話モジュールの設計が改善されること、
コンピュータカードモジュールの設計が改善されること、
スマートカード及びRFIDカードの設計が改善されること、ならびに
照明モジュールが改善されること
が含まれる。
The effects (benefits) of the present invention include
The structure is almost completely additive, so there is less manufacturing waste,
Less material used in construction,
Environmentally friendly because it doesn't require potentially toxic metals,
Fewer processing steps,
Reducing test requirements,
Processing at low temperature and thus saving energy,
Lower cost,
Lower assembly height,
High reliability,
Potentially higher performance or longer battery life,
Better protection of the IC from mechanical shock, vibration, and physical damage,
The design security is improved because the devices used cannot be seen directly,
The final metallization can be applied, so that the electronics are completely shielded,
Improved thermal performance,
An integrated edge card connector is possible,
Improved memory module design,
Improved phone module design,
Improved design of computer card modules,
This includes improved smart card and RFID card designs and improved lighting modules.
本発明の構造及び動作に関する詳細、ならびに本発明に付随する利点の多くは、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照すると、最もよく理解することができる。図面では、別段の指定がない限り、様々な図全体にわたって、同じ参照番号が同じ部分を指す。 The details of the structure and operation of the present invention, as well as many of the advantages associated with the present invention, can best be understood by referring to the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings. In the drawings, like reference numerals refer to like parts throughout the various figures unless otherwise specified.
以下の説明及び添付の図面では、本発明を完全に理解するために、特定の術語及び図面記号を示す。場合によっては、これらの術語及び記号は、本発明を実施するのに必須ではない特定の詳細を示唆することがある。例えば、構成要素の導体要素(すなわち、構成要素I/Oリード)間の相互接続は、デバイス内又はデバイス間で複数の構成要素コンタクトに接続された単一のリード又は単一の導体信号線路に相互接続する複数の導体を有するものとして図示又は説明することがある。したがって、別法として、複数導体の相互接続はそれぞれ、単一導体の信号伝達、制御、電力、又は接地線路とすることができ、逆も同様である。シングルエンドとして図示又は説明する回路経路は差動式であってもよく、逆も同様である。相互接続されたアセンブリは、標準的な相互接続から構成することができ、このアセンブリのマイクロストリップ又はストリップ線路の相互接続及びすべての信号線路は、遮蔽してもしなくてもよい。 In the following description and in the accompanying drawings, specific terminology and drawing symbols are set forth in order to provide a thorough understanding of the present invention. In some instances, these terms and symbols may suggest specific details that are not essential to the practice of the invention. For example, the interconnection between component conductor elements (ie, component I / O leads) can be a single lead or a single conductor signal line connected to multiple component contacts within or between devices. It may be illustrated or described as having a plurality of interconnected conductors. Thus, alternatively, each of the multiple conductor interconnects can be a single conductor signal transmission, control, power, or ground line, and vice versa. The circuit path shown or described as single-ended may be differential and vice versa. The interconnected assembly can be constructed from standard interconnects, and the microstrip or stripline interconnects and all signal lines of this assembly may or may not be shielded.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は、PCB上でガルウィング(gull wing)型の構成要素を使用する従来のはんだアセンブリの横断面図で、PCB102上にはんだ付けされたガルウィング型の構成要素パッケージ104の、はんだ接合部110を有する従来の完成したアセンブリ100を示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional solder assembly that uses gull wing type components on a PCB, showing a
構成要素パッケージ104は、電気構成要素106を含んでいる。構成要素106は、ICであっても、別のディスクリート構成要素であってもよい。ガルウィング型のリード108が、パッケージ104からフローはんだ110まで延び、フローはんだ110は、リード108をPCB102上のパッド112に接続させる。絶縁材料114は、フローはんだ110が構成要素106まで流れて構成要素106をPCB102上の他の構成要素(図示せず)と短絡させるのを防止する。パッド112はスルーホール118に接続し、スルーホール118は、116で示すものなどの適切なトレースに接続する。はんだ接合部に関する前述の問題に加えて、PCB102の内部構造を含めて、このタイプのアセンブリは複雑であり、高さ空間を必要とする。本発明では、この高さ空間を低減させる。
図2は、PCB上でボールグリッドアレイ(BGA)構成要素又はランドグリッドアレイ(LGA)構成要素のいずれかを使用する従来のはんだアセンブリの横断面図で、PCB214上のBGA IC又はLGA ICパッケージ204の、はんだ接合部202を有する従来の完成したアセンブリ200を示している。図1との主な違いは、フローはんだ110ではなくボールはんだ202を使用することである。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a conventional solder assembly that uses either a ball grid array (BGA) component or a land grid array (LGA) component on a PCB, with a BGA IC or
構成要素パッケージ204は、構成要素206を含んでいる。リード208が、パッケージ204から支持体210(通常、補強された有機又はセラミック材料からから構成される)を貫通してボールはんだ202まで延び、ボールはんだ202は、リード208をPCB214上のパッド212に接続させる。絶縁材料216は、ボールはんだ202がパッケージ204内に含まれる他のリード(図示せず)を短絡させるのを防止する。絶縁材料218は、ボールはんだ202が構成要素206まで流れて構成要素206をPCB214上の他の構成要素(図示せず)と短絡させるのを防止する。パッド212はスルーホール220に接続し、スルーホール220は、222で示すものなどの適切なトレースに接続する。この構成でも、図1に示すアセンブリと同じ問題が発生し、はんだ接合部に関する前述の問題に加えて、このタイプのアセンブリは、特にPCB214のために複雑であり、高さ空間を必要とする。本発明では、この高さ空間を低減させる。
The
図3は、電気構成要素を使用する従来の無はんだアセンブリの横断面図で、従来の無はんだ接続装置300を示している。特許文献1(Green)を参照されたい。この構成では、基板302がパッケージ304を支持する。パッケージ304は、IC又は他のディスクリート構成要素などの電気構成要素(図示せず)を含む。基板302の上に、絶縁材料306が位置する。基板302の反対側には、伝導性のポリマー厚膜インク308が位置する。伝導性を改善するために、ポリマー厚膜308上に薄い銅膜310がめっきされる。パッケージ304から基板302を貫通してバイアが延びる。このバイアは、伝導性接着剤314で充填される。パッケージ304を接着剤314に取り付ける点316は、可溶性のポリマー厚膜インク、銀ポリマー厚膜伝導性インク、又は 市販のはんだペーストで作製することができる。本発明に対するこの従来技術アセンブリの1つの欠点は、隆起318で示すように、接着剤314によって追加の厚さが加えられることである。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a conventional solderless assembly that uses electrical components and shows a conventional
<RIPアセンブリ>
図4は、LGA構成要素を使用するRIPアセンブリの一部分の横断面図で、アセンブリ400は、基板416上に取り付けられたLGA構成要素パッケージ(402、406、408、410、412、414)を示している。基板416は、PCBである必要はない。BGA、ガルウィング型、もしくは他のICパッケージ構造、又は任意のタイプのディスクリート構成要素を、LGA構成要素の代わりに使用できることが、当業者には明らかであろう。図1乃至図3に示すアセンブリに比べて、接続はより簡単であり、はんだを用いず、また高さがより低い。
<RIP assembly>
FIG. 4 is a cross-sectional view of a portion of a RIP assembly that uses LGA components, where
パッケージ402には、電気絶縁材料404が付着する。電気絶縁材料404は、パッケージ402の1面に取り付けたものとして示す。しかし、電気絶縁材料404は、パッケージ402の2面、パッケージ402の3面以上に取り付けても、実際にパッケージ402を包んでもよい。電気絶縁材料404が塗布されると、このアセンブリに、強度、安定性、構造上の完全性、靭性(すなわち、もろくない)、及び寸法上の安定性を与えることができる。電気絶縁材料404は、スクリーン(図33及び34参照)又はガラスクロスなどの適切な材料を含めることによって補強することができる。
An electrically insulating
構成要素パッケージ402は、電気構成要素406(特許請求の範囲を含めて本出願では集合的に「構成要素」と呼ぶIC、ディスクリート、又はアナログデバイスなど)と、支持体408及び410(補強された有機又はセラミック材料から構成されることが好ましい)と、リード412と、絶縁材料414とを含む。多くの場合製造されて出荷される構成要素パッケージ402は、絶縁材料414を組み込むが、この従来の特徴は潜在的に、将来除去することができ、したがってアセンブリ400の高さを低減させることができる。支持体408及び410、又は存在する場合、絶縁材料414のいずれかが、基板416上に位置する。基板416は、絶縁材料から作製されることが好ましい。パッケージ402から延びるリード(例えば、412)を短絡させることが望ましい場合、基板416の一部分又はすべてを電気伝導性材料から作製することができる。
The
絶縁材料414及び基板416へのリード412の取付けは、接着剤ドットによって、ならびに他の周知の技法によって実現することができる。
Attachment of
第1の組のバイアが、基板416を貫通して延び、絶縁材料414が存在する場合は絶縁材料414を貫通して延び、そしてリード412などのリードに到達してこれらを露出させる。第1の組のバイアの一例は、バイア420である。第1の組のバイアは、電気伝導性材料(多くの場合銅(Cu)であるが、銀(Ag)、金(Au)、又はアルミニウム(Al)、ならびに他の適切な材料を代わりに使用してもよい)でめっき又は充填される。このめっき又は充填材は、リード412と溶解して、電気的かつ機械的結合を形成する。
A first set of vias extends through the
基板416は、めっきされたパターンマスク(図示せず)を含むことができ、又は第1の組のバイア(例えば、バイア420)内に導入されるめっきもしくは充填材が基板416の下へ延びて、必要な第1の組のトレースを提供することもできる。他のトレースを作ることもできる。基板416及び第1のトレースの下には、同じく絶縁材料からなる層422を置くことができる。層422の目的は、第2の組のトレース(必要な場合)に対するプラットフォームを提供すること、そして第1の組のトレースを第2の組のトレースから電気的に絶縁することである。
The
第2の組のバイアは、層422を貫通して延び、基板416の下のトレース及び/又はリード(例えば、リード428)に到達してこれらを露出させる。第2の組のバイアの一例は、バイア426である。第1の組のバイア(例えば、バイア420)に関連して上述した通り、第2の組のバイアにめっき又は充填することができ、その結果、第2の組のバイアは、基板416の下で所望のリード(例えば、リード428)と溶解する。上述した通り、層422の下には、1つ又は複数のトレース430が延びることができる。
A second set of vias extends through
この多層化は、必要に応じて継続する。上記の構造を繰り返すことによって、複数の層(図示せず)、ならびに追加のトレース及びバイアを構築することができる。最後の層には、表面絶縁材料432で下地被覆を施す。この表面絶縁材料432は、より気密性のアセンブリを作って追加のEMI保護を提供するために、電気的機能に干渉しない金属仕上げで選択的に被覆することができる。リード又は電気コネクタ(例えば、リード434)は、表面絶縁材料432を越えて延びることができる。これにより、他の電気構成要素又は回路基板との接続を可能にするためのコンタクト表面(例えば、表面436)を提供する。
This multi-layering continues as necessary. By repeating the above structure, multiple layers (not shown) as well as additional traces and vias can be constructed. The last layer is coated with a
図5は、任意選択のヒートスプレッダ及びヒートシンクを有するLGA構成要素を使用するRIPアセンブリの一部分の横断面図で、アセンブリ500は、任意選択の熱放散特徴を示している。図4で上述したサブアセンブリ400は、パッケージ402及び材料404上に、構成要素406によって生成される熱を放散するためのヒートスプレッダ506及び/又はヒートシンク508を有することができる。ヒートシンクをヒートスプレッダと接合させるために、熱界面材料(図示せず)を使用することができる。任意選択で、材料404は、パッケージ402からの熱流を高めるために、その組成内に、二酸化ケイ素(SiO2)又は二酸化アルミニウム(AlO2)などの熱伝導性(ただし電気的に絶縁性である)材料を含むことができる。ヒートスプレッダ506及びヒートシンク508は、当技術分野では周知の1つ又は複数の物質から作製される場合、サブアセンブリ400に電磁干渉(EMI)保護を提供して、静電気の放電から保護するのに役立つことができる。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a portion of a RIP assembly that uses an LGA component with an optional heat spreader and heat sink, and the
図6は、取り付けられたディスクリート、アナログ、及びLGA構成要素を示す2層RIPアセンブリの横断面図である。その断面を図5に示す2層RIPアセンブリによって、図6は、ディスクリートのガルウィング型の構成要素602、アナログ構成要素604、及びLGA IC606を含む1組の見本用の構成要素が取り付けられたアセンブリ600を示している。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a two-layer RIP assembly showing attached discrete, analog, and LGA components. FIG. 6 shows an
RIPアセンブリは、はんだ付けされた構成要素を含むPCBほど複雑ではないことが、当業者には明らかであろう。すなわち、PCB自体だけが、数十の製造ステップを必要とする複雑なデバイスである。このRIPアセンブリは、PCB基板を必要としないことによってより簡単であり、完全な電子アセンブリを製造するのに必要なステップはより少ない。 It will be apparent to those skilled in the art that the RIP assembly is not as complex as a PCB containing soldered components. That is, the PCB itself is a complex device that requires tens of manufacturing steps. This RIP assembly is simpler by not requiring a PCB substrate and requires fewer steps to produce a complete electronic assembly.
図7は、1対の嵌め合わせた2層RIPサブアセンブリの横断面図で、任意選択で、図7のアセンブリ700は、めっき及び/もしくは充填されたバイア(例えば、706a、706b)で、あるいは/又はリード(例えば、708a、708b)でともに接合させた、2つのRIPサブアセンブリ702及び704を示している。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a pair of mated two-layer RIP subassemblies, optionally with the
<RIP製造方法>
図8乃至図17は、RIPアセンブリの製造方法を示している。ステップの順序は、本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく変更できることが、当業者には明らかであろう。
<RIP manufacturing method>
8 to 17 show a method for manufacturing the RIP assembly. It will be apparent to those skilled in the art that the order of the steps can be changed without departing from the scope and spirit of the invention.
図8に示す段階(stage)800は、パッケージされた構成要素802、804、及び806を基板808上に最初に取り付けるステップを示している。これらの構成要素は、スポットもしくは非伝導性接着剤を塗布すること、又は構成要素リードの粘着性膜を基板808に結合させることを含む当技術分野では周知の複数の異なる技法及び/又は物質によって、定位置に保持することができる。塗布又は結合するための材料は、構成要素を保持し、後に解放するのに適したものとすることができる。
A
図9に示す段階900は、RIP製造方法の別のステップを示している。この段階で、図8の部分的アセンブリを裏返しにする。最初に取り付けたパッケージされた構成要素802、804、及び806は、電気絶縁材料908内に入れられる。電気絶縁材料908は、パッケージされた構成要素802、804、及び806を支持し、ならびに互いに電気的に絶縁する。電気絶縁材料908が、AlO2又はSiO2などの熱伝導性であるが電気的に絶縁性の物質を含む場合、電気絶縁材料908は熱を放散するのにも役立つ。
Stage 900 shown in FIG. 9 illustrates another step of the RIP manufacturing method. At this stage, the partial assembly of FIG. The initially installed packaged
図10に示す段階1000は、RIP製造方法の別のステップを示している。基板808を貫通してバイア(例えば、1002)が作られ、パッケージされた構成要素802、804、及び806のリードに到達してこれらを露出させる。レーザドリルを含む任意の数の周知の技法によって、バイア(例えば、1002)を形成し又はドリルで開ける(特許請求の範囲を含めて本出願では集合的に「形成」という)ことができる。
図11は、RIPサブアセンブリの斜視図である。段階1000の完成時を示す図11の部分的アセンブリ1100は、基板808の上面の斜視図であり、バイア(例えば、1102)を示している。
FIG. 11 is a perspective view of the RIP subassembly. The
図12に示す段階1200は、どのようにして回路の直接印刷を実現できるかを示している。装置1206によって、バイア(例えば、1202)を電気伝導性材料でめっき又は充填することができ、また基板808上にトレース及びリード(例えば、1208)を作ることができる。当技術分野では周知の任意の数の技法を使用して、装置1206は、バイア1202を充填し、リード及びトレース1208を印刷し、ならびに/又はリード及びトレース1208を基板808上にめっきすることができる。
図13は、RIPサブアセンブリの斜視図である。段階1200によって基板808上に作られるトレース(例えば、1302)及びリード(例えば、1304)を、図13の部分的アセンブリ1300の斜視図に示している。
FIG. 13 is a perspective view of the RIP subassembly. Traces (eg, 1302) and leads (eg, 1304) created on
図14は、RIPサブアセンブリの側面の横断面図である。段階1200によって作られる部分的アセンブリ1400を、図14の側面図に示している。充填されたバイア(例えば、バイア1402)は、基板808を貫通して構成要素リード(例えば、リード1406)まで延びるものとして示している。
FIG. 14 is a side cross-sectional view of the RIP subassembly. A
図15は、代表的なRIPアセンブリの製造の一段階の横断面図である。段階1500を示す図15では、基板808上に、絶縁材料層1502及び第2の組のバイア(例えば、バイア1504)が形成される。これらのバイアは、基板808上のリード(例えば、1506)まで延びてこれらを露出させる。
FIG. 15 is a cross-sectional view of a stage in the manufacture of a representative RIP assembly. In FIG. 15
図16は、代表的なRIPアセンブリの製造の一段階の横断面図である。図16のサブアセンブリ1600の作製を示す段階では、層1502上で、バイア(例えば、1602)のめっき及び/又は充填、ならびにトレース(例えば、1604)の作製が完成されている。
FIG. 16 is a cross-sectional view of a stage in the manufacture of a representative RIP assembly. In the stage showing fabrication of
図17は、代表的なRIPアセンブリの製造の一段階の横断面図である。このようにして、追加の層を構築することができる。最終的に、図17の段階1700に示すように、サブアセンブリ1600の上層の上に、絶縁材料1702が配置される。さらに、材料908の下に、ヒートスプレッダ1706及びヒートシンク1708を取り付けることができる。
FIG. 17 is a cross-sectional view of a stage in the manufacture of a representative RIP assembly. In this way, additional layers can be constructed. Finally, an insulating
図18は、2つのRIPサブアセンブリの位置合わせ及び接合の横断面図である。絶縁材料1702をサブアセンブリ1704上に置くことに代わる手段を、図18の段階1800及び図19の段階1900に示している。図18では、サブアセンブリ1600のリード、充填材、及びトレースは、互いに位置合わせされ、次いで接合される。
FIG. 18 is a cross-sectional view of alignment and bonding of two RIP subassemblies. Alternative means for placing the insulating
図19は、嵌め合わせて完成した1対の2つのRIPサブアセンブリの横断面図で、任意の適切な工程及び材料を使用して(例えば、異方性の伝導性膜を塗布する)結合剤1908を添加し、サブアセンブリ1600をともに接合するステップを示している。図19には図示しないが、1つのサブアセンブリについて前述して図17に図示したように、支持体材料1904の下及び支持体材料1906の上に、ヒートスプレッダ及びヒートシンクを加えることができる。
FIG. 19 is a cross-sectional view of a pair of two RIP subassemblies completed in mating, using any suitable process and material (e.g., applying an anisotropic conductive film). The step of adding 1908 and joining the
<可撓性基板>
図20は、可撓性基板上に取り付けられたLGA構成要素を使用するRIPアセンブリの一部分の横断面図である。図4に類似しているが、いくつかの注目に値する違いがあり、部分的に示したアセンブリ2000は可撓性基板2016の取付けを有し(可撓性基板2016は第1の平面2022及び第2の平面2024を有する)、電気絶縁材料2004は基板全体にわたって延びず、またバイア(例えば、バイア2020)及びトレース(例えば、トレース2028)の層は1層しか存在しない。
<Flexible substrate>
FIG. 20 is a cross-sectional view of a portion of a RIP assembly that uses LGA components mounted on a flexible substrate. Similar to FIG. 4, but with some notable differences, the partially shown
本発明の可撓性の変形形態を図示する図20のアセンブリ2000は、当技術分野では周知のタイプの電気絶縁材料から作製された可撓性基板2016上に取り付けられたLGA構成要素パッケージ2002(下位構成要素2006、2008、2010、2012、2014を含む)を示している。BGA、ガルウィング型、もしくは他のICパッケージ構造、又は任意のタイプのディスクリート構成要素を、LGA構成要素の代わりに使用できることが、当業者には明らかであろう。図4に示すアセンブリと同様に、図1乃至図3に示すアセンブリに比べて、接続はより簡単であり、はんだを用いず、また高さがより低い。
The
パッケージ2002には、電気絶縁材料2004が付着する。電気絶縁材料2004は、パッケージ2002の2面に取り付けたものとして示す。しかし、電気絶縁材料2004は、パッケージ2002の1面、パッケージ2002の3面以上に取り付けても、実際にパッケージ2002を包んでもよい。電気絶縁材料2004が塗布されると、このアセンブリの該当する部分に、強度、安定性、構造上の完全性、靭性(すなわち、もろくない)、及び寸法上の安定性を与えることができる。電気絶縁材料2004は、ガラスクロス又は金属スクリーンなどの適切な材料を含めることによって補強することができる(ある程度のEMI保護も提供する)。
An electrically insulating
構成要素パッケージ2002は、電気構成要素2006(特許請求の範囲を含めて本出願では集合的に「構成要素」というIC、ディスクリート、又はアナログデバイスなど)と、支持体2008及び2010(有機又はセラミック材料から構成されることが好ましい)と、リード2012と、絶縁材料2014とを含む。多くの場合製造されて出荷される構成要素パッケージ2002は、電気絶縁材料2014を組み込むが、この従来の特徴は潜在的に、将来除去することができ、したがって、アセンブリ2000の高さを低減させることができる。支持体2008及び2010、又は存在する場合絶縁材料2014のいずれかが、可撓性基板2016上に位置する。可撓性基板2016は、電気絶縁材料から作製されることが好ましい。パッケージ2002から延びるリード(例えば、2012)を短絡させることが望ましい場合、基板2016の一部分又はすべてを電気伝導性材料から作製することができる。
基板2016へのリード2012及び絶縁材料2014の取付けは、接着剤ドットによって、ならびに他の周知の技法によって実現することができる。
Attachment of
1組のバイアが、基板2016を貫通して延び、絶縁材料2014が存在する場合は絶縁材料2014を貫通して延び、そしてリード2012などのリードに到達してこれらを露出させる。1組のバイアの一例は、バイア2020である。バイア2020は、電気伝導性材料(多くの場合銅(Cu)であるが、銀(Ag)、金(Au)、又はアルミニウム(Al)、ならびに他の適切な材料を代わりに使用してもよい)でめっき又は充填される。このめっき又は充填材は、リード2012と溶解して、電気的かつ機械的結合を形成する。
A set of vias extends through the
基板2016は、めっきされたパターンマスク(図示せず)を含むことができ、又はこの1組のバイア(例えば、バイア2020)内に導入されるめっきもしくは充填材が基板2016の下へ延びて、必要な1組のトレースを提供することもできる。他のトレースを作ることもできる。
The
トレース(例えば、トレース2028)及び可撓性基板2016には、表面電気絶縁材料2032で下地被覆を施す。リード又は電気コネクタは、表面絶縁材料2032を越えて延びることができる。これにより、他の電気構成要素又は回路基板との接続を可能にするためのコンタクト表面(図示せず)を提供する。
The trace (eg, trace 2028) and
図には示さないが、図20を図5と比較すると、アセンブリ2000は、任意選択の熱放散特徴を含むことができることが明らかである。アセンブリ2000は、パッケージ2002及び/又は電気絶縁材料2004上に、構成要素2006によって生成される熱を放散するためのヒートスプレッダ506及び/又はヒートシンク508(どちらも図5に示す)を有することができる。ヒートシンクをヒートスプレッダと接合させるために、熱界面材料(図示せず)を使用することができる。任意選択で、電気絶縁材料2004は、パッケージ2002からの熱流を高めるために、その組成内に、二酸化ケイ素(SiO2)又は二酸化アルミニウム(AlO2)などの熱伝導性(ただし電気的に絶縁性である)材料を含むことができる。図5に示す通り、ヒートスプレッダ506及びヒートシンク508は、当技術分野では周知の1つ又は複数の物質から作製される場合、アセンブリ2000に電磁干渉(EMI)保護を提供して、静電気の放電から保護するのに役立つことができる。
Although not shown in the figure, comparing FIG. 20 with FIG. 5, it is clear that
電気絶縁材料2004は、アセンブリ2000が曲げられたときに歪み緩和(すなわち、剛性領域から屈曲領域への遷移)をもたらす先細りした縁部2005を有することができる。
The electrically insulating
図21乃至図26は、可撓性RIPアセンブリの製造方法を示す図である。ステップの順序は、本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく変更できることが、当業者には明らかであろう。 21 to 26 are views showing a method of manufacturing the flexible RIP assembly. It will be apparent to those skilled in the art that the order of the steps can be changed without departing from the scope and spirit of the invention.
再び図8を参照すると、段階800は、パッケージされた構成要素802、804、及び806を基板808上に最初に取り付けるステップを示す。この段階は、類似の構成要素を可撓性基板上に取り付ける際にも同じままである(例えば、図21の構成要素2102、2002、及び2104ならびに可撓性基板2016)。これらの構成要素は、スポットもしくは非伝導性接着剤を塗布すること、又は構成要素リードの粘着性膜を可撓性基板2016に結合させることを含む当技術分野では周知の複数の異なる技法及び/又は物質によって、定位置に保持することができる。塗布又は結合するための材料は、構成要素を恒久的に保持するのに適したものとすることができる。
Referring again to FIG. 8,
図21に示す段階2100は、可撓性基板2016上に取り付けられた典型的な1組のパッケージされた構成要素(例えば、ガルウィング型の構成要素2102、LGA構成要素2002、及びアナログ構成要素2104)を包むステップを示す。この段階で、可撓性基板2016を、一時的な基部(図示せず)上又はエアクッション上に置くことができる。典型的な構成要素2102、2002、及び2104上に、電気絶縁材料2004及び電気絶縁材料2004aが塗布又は外側被覆される。材料2004及び2004aは、可撓性基板2016に付着する。材料2004及び2004aは、2102などの単一の構成要素、2002及び2104などの2つ以上の構成要素、又は複数の構成要素に取り付け又はこれらを包むことができることに留意されたい。段階2100の結果、サブアセンブリ2106が完成する。
Stage 2100 shown in FIG. 21 includes a typical set of packaged components (eg, gull-
図22に示す段階2200は、サブアセンブリ2106上に位置合わせされかつ位置決めされた支持要素及び/又は成型デバイス2208を示している。
Stage 2200 shown in FIG. 22 shows the support element and / or
図23に示すように、段階2300は、支持要素及び/又は成型デバイス2208を加えるステップである。デバイス2208は、起伏2302及び2304それぞれで材料2004a及び2004に接触する。デバイス2208は、材料2004a及び材料2004を支持及び/又は成型する。材料2004a及び材料2004が事前に形成されていようと、この段階で成型されようと、デバイス2208は、その後の製造段階でサブアセンブリ2106を支持する(図21及び22参照)。
As shown in FIG. 23,
必要に応じて、段階2300に続いて、一時的な基部を取り除き、又はエアクッションを停止させることができる。そして再び、必要に応じて、図24の段階2400に示すように、サブアセンブリの位置を変えることができる。この段階で、可撓性基板2016を貫通してドリルで穴を開ける(バイア2402などのバイアを形成する)ことで、リード(リード2012など)を露出させる。しかし、バイアを形成する順序及び工程は異なってもよく、例えば、図21の段階2100の前に、ドリル又は成型によってバイアを事前に形成することもできる。実際には、一時的な基部又はエアクッションを貫通してドリルで穴を開けることによって、バイアを形成することができる。
If desired, following
図25に示す段階2500で、例えば、電気伝導性材料2502を用いてバイアのめっき又は充填が行われる。電気伝導性材料2502(多くの場合銅(Cu)であるが、銀(Ag)、金(Au)、又はアルミニウム(Al)、ならびに他の適切な材料を代わりに使用してもよい)が、当技術分野では周知の任意の工程によって塗布される。めっき又は充填材は、構成要素リードと溶解して、電気的かつ機械的結合を形成する。このめっき又は充填材は、リードを形成することができる。またこの段階で、通常、実際にはめっきすることによって、トレース2504などのトレースを形成することができる。
In
図26に示す次の段階2600で、表面電気絶縁又は誘電材料2602を塗布することで、めっき又は充填されたバイア(例えば、充填されたバイア材料2502)、トレース(例えば、トレース2504)、及び可撓性基板2016を上塗りする。ある点でリード2604aでありまた別の点でリード2604bであるリード又は電気コネクタは、表面絶縁材料2602を越えて延びることができる。リード2604a及び2604bにより、他の電気構成要素又は回路基板との接続が可能になる。この段階では、デバイス2208が物理的支持を提供している。デバイス2208の代わりに、エアクッションが支持を提供することもできる。段階2600の終了時点で、デバイス2208は取り除かれる。
In the
図27は、可撓性基板上に取り付けられたディスクリート、アナログ、及びLGA構成要素を示す代表的なRIPアセンブリの横断面図で、完成したアセンブリ2700を示している。構成要素2102、2002、及び2104は絶縁され、材料2004a及び2004によって可撓性基板2016に取り付けられる。絶縁材料2032が、可撓性基板2016を支持する。
FIG. 27 shows a completed
図28は、可撓性基板上に取り付けられたディスクリート、アナログ、及びLGA構成要素を示し、またアセンブリの曲げを示す代表的なRIPアセンブリの横断面図で、符号2802及び2804付近に屈曲点を有する位置にあるアセンブリ2700を示している。アセンブリ2700を曲げることで、「スペース(real estate)」が非常に高価なデバイス(例えば、携帯電話及び手持ち式デバイス)内でアセンブリ2700を配置することができ、したがって他の種々雑多なデバイス要素の周りに回路を挿入することができる。
FIG. 28 is a cross-sectional view of a representative RIP assembly showing discrete, analog, and LGA components mounted on a flexible substrate and showing bending of the assembly, with bending points near 2802 and 2804. The
<トレース密度>
図10を参照すると、RIPサブアセンブリは、バイア1002などのバイアを含んでいる(斜視図は図11参照)。
<Trace density>
Referring to FIG. 10, the RIP subassembly includes a via, such as via 1002 (see FIG. 11 for a perspective view).
図29は、トレース接続を示す1層のRIPサブアセンブリの斜視図である。RIPサブアセンブリ2900の基板2906の表面に、充填されたバイアがリード(例えば、リード2904)及びトレース(例えば、トレース2902)を形成する。
FIG. 29 is a perspective view of a single layer RIP subassembly showing trace connections. Filled vias form leads (eg, leads 2904) and traces (eg, trace 2902) on the surface of
図30は、1層の非RIPサブアセンブリの上面図で、はんだ付けした接続を使用する非RIPサブアセンブリ3000を示している。プリント回路基板(PCB)3002上で、はんだがリード(例えば、3004)を覆う。リード間にトレース(例えば、3006)が形成されるが、ランド縁部間の空間が低減されることによって、その数は制限される。一般に、はんだマスク(図示せず)を使用して、はんだ終端を構成する。
FIG. 30 is a top view of a single layer non-RIP subassembly showing a
図31は、RIPサブアセンブリの図で、電気絶縁材料3102が構成要素パッケージ3104を包んで構成要素パッケージ3104を基板3112に取り付けるRIPサブアセンブリ3100を示している。基板3112を貫通して構成要素リード(例えば、リード3106)まで延びるバイアが形成されている。バイアは充填又はめっきされ(例えば、充填されたバイア3110)、またトレース(例えば、トレース3108)が形成されて充填又はめっきされたバイアを接続し、したがって適当な電気経路を形成する。充填されたバイア3110は、リード3106の領域のうちのわずかな部分だけを覆って、図30と比較すると、ランド間により多くのトレースを引き回すことを可能にする。はんだが必要とされないためランドの寸法を低減させ、したがって、パッケージ上の引回しの可能性を高め、またしたがって潜在的にパッケージ層の数及び複雑さを低減できるはずであることにも留意されたい。
FIG. 31 is an illustration of a RIP subassembly showing an
図32は、1層のRIPサブアセンブリの上面図で、図31のサブアセンブリ3100に類似しているRIPサブアセンブリ3200の上面図である。基板3202は、構成要素パッケージ(図示せず)を覆う。図30の非RIPサブアセンブリ3000とは対照的に、構成要素パッケージリード(例えば、3204)は、充填又はめっきされたバイア(例えば、充填されたバイア3206)によって部分的に覆われる。トレース(例えば、トレース3208a及びトレース3208b)が、充填又はめっきされたバイアから延びて、適当な電気経路を形成する。下にあるリードの領域のうちの一部だけを覆うことによって、RIPサブアセンブリでは、非RIPサブアセンブリよりトレースを高密度に配置することが可能である。これは、図32のサブアセンブリ3200を、図30のサブアセンブリ3000と比較することによって明らかである。
32 is a top view of a single layer RIP subassembly and is a top view of a
<スクリーン含有>
図4に関して前述の通り、材料404は、強度及び安定性を改善するために、金属スクリーン、ガラスクロス、又は他の補強材料を組み込むことができる。
<Contains screen>
As described above with respect to FIG. 4, the
図33は、RIPサブアセンブリの上面の写真を示す図で、アセンブリ3300は、電気絶縁材料3302内にスクリーン3304を含めるステップを示している。電気絶縁材料3302は、構成要素パッケージ(例えば、パッケージ3306)を包む。スクリーン3304は、強度及び安定性を高める働きをするだけでなく、ヒートスプレッダとして働き、またEMI保護を提供することもできる。
FIG. 33 shows a photograph of the top surface of the RIP subassembly, where the
図34は、RIPサブアセンブリを斜視した写真を示す図で、スクリーン3304を含めるステップを示すアセンブリ3300の斜視図である。図33に示す通り、構成要素パッケージ3306は電気絶縁材料3302で包まれ、スクリーン3304は電気絶縁材料3302内に埋め込まれる。
FIG. 34 is a perspective view of the
本明細書に詳細に図示及び説明した無はんだ電子アセンブリのための特定のシステム、アセンブリ、及び方法は、本発明の前述の目的を完全に達成することができるが、これは本発明の現在好ましい実施形態であり、したがって本発明によって広く企図される主題を表わしているということ、本発明の範囲は、当業者には明らかになりうる他の実施形態を完全に包含するということ、そして本発明の範囲はしたがって、添付の特許請求の範囲以外の何ものにも限定されず、この特許請求の範囲では、単数の要素への言及は「少なくとも1つ」を意味するということを理解されたい。当業者に知られた又は後に知られることとなる前述の好ましい実施形態要素に対する構造上及び機能上の等価物はすべて、参照により明白に本明細書に組み込まれ、また本特許請求の範囲によって包含されるものとする。さらに、デバイス又は方法は、本特許請求の範囲によって包含されるために、本発明による解決が求められる各問題すべてに対処する必要はない。さらに、本開示内の要素、構成要素、又は方法ステップは、その要素、構成要素、又は方法ステップが特許請求の範囲内に明示的に記載されているかどうかにかかわらず、公衆に供されるものではない。 While the particular systems, assemblies, and methods for solderless electronic assemblies shown and described in detail herein can fully achieve the aforementioned objectives of the present invention, this is presently preferred for the present invention. It is an embodiment, and thus represents a subject that is broadly contemplated by the present invention, the scope of the present invention fully encompasses other embodiments that may be apparent to those skilled in the art, and the present invention Accordingly, it is to be understood that the scope of the invention is not limited to anything other than the appended claims, and in this claim, references to a single element mean “at least one”. All structural and functional equivalents of the preferred embodiment elements known or later known to those skilled in the art are expressly incorporated herein by reference and are encompassed by the claims. Shall be. Moreover, a device or method need not address every problem sought to be solved by the present invention, as it is encompassed by the claims. Furthermore, an element, component, or method step within this disclosure is intended to be made available to the public regardless of whether that element, component, or method step is explicitly recited in the claims. is not.
Claims (32)
少なくとも1つのリード2012を有する構成要素パッケージ2002と、
該構成要素パッケージ2002を前記可撓性基板2016に取り付ける電気絶縁材料2004と、
前記可撓性基板2016を貫通して、前記少なくとも1つのリード2012まで延びる少なくとも1つのバイア2020と
を備えることを特徴とする回路アセンブリ2000。 A flexible substrate 2016;
A component package 2002 having at least one lead 2012;
An electrically insulating material 2004 for attaching the component package 2002 to the flexible substrate 2016;
A circuit assembly 2000 comprising: at least one via 2020 extending through the flexible substrate 2016 to the at least one lead 2012.
第1の組の1つ又は複数のリード2012を備え、少なくとも1つの表面を有する少なくとも1つの構成要素2006と、
該構成要素2006の少なくとも1つの表面を前記第1の平面2022に取り付ける第1の電気絶縁材料2004と、
前記第2の平面2024から延びて、前記第1の組の1つ又は複数のリード2012を露出させる少なくとも1つのバイア2020と
を備えることを特徴とする回路アセンブリ2000。 A flexible substrate 2016 having a first plane 2022 and a second plane 2024;
At least one component 2006 comprising a first set of one or more leads 2012 and having at least one surface;
A first electrically insulating material 2004 that attaches at least one surface of the component 2006 to the first plane 2022;
A circuit assembly 2000 comprising: at least one via 2020 extending from the second plane 2024 and exposing the first set of one or more leads 2012.
第1の組の1つ又は複数のリード2012を備え、少なくとも1つの表面を有する少なくとも1つの構成要素パッケージ2002と、
前記少なくとも1つの表面を前記第1の平面2022に取り付ける第1の電気絶縁材料2004と、
前記第2の平面2024から延びて、前記第1の組の1つ又は複数のリード2012を露出させる少なくとも1つのバイア2020と
を備えることを特徴とする回路アセンブリ2000。 A flexible substrate 2016 having a first plane 2022 and a second plane 2024;
At least one component package 2002 comprising a first set of one or more leads 2012 and having at least one surface;
A first electrically insulating material 2004 for attaching the at least one surface to the first plane 2022;
A circuit assembly 2000 comprising: at least one via 2020 extending from the second plane 2024 and exposing the first set of one or more leads 2012.
前記少なくとも1つの構成要素パッケージ2002の少なくとも1つの表面を前記第1の平面2022に取り付ける第1の電気絶縁材料2004を塗布するステップ2100であって、前記第1の電気絶縁材料2004が前記第1の平面2022上で先細り縁部2005を形成して、前記第1の平面2022のうちの少なくとも1つの区分を露出させる、ステップ2100と、
前記可撓性基板2016の前記第2の平面2024を貫通して第1の組の少なくとも1つのバイア2402を形成し、前記少なくとも1つの構成要素パッケージ2002の1組の少なくとも1つのリード2012を露出させるステップ2400と
を有することを特徴とする回路アセンブリの製造方法。 Placing 800 at least one component package 2002 on a flexible substrate 2016, the component package 2002 having at least one surface, the flexible substrate 2016 having a first plane 2022; And a second plane 2024 and the at least one component package 2002 is in contact with the first plane 2022;
Applying 2100 a first electrically insulating material 2004 that attaches at least one surface of the at least one component package 2002 to the first plane 2022, wherein the first electrically insulating material 2004 is the first electrically insulating material 2004. Forming a tapered edge 2005 on the first plane 2022 to expose at least one section of the first plane 2022; and
A first set of at least one via 2402 is formed through the second plane 2024 of the flexible substrate 2016 to expose a set of at least one lead 2012 of the at least one component package 2002. And a step 2400 for producing a circuit assembly.
少なくとも1つの表面を有する少なくとも1つの構成要素パッケージ2002を、前記第1の平面2022と接触するように配置するステップ800と、
前記少なくとも1つの構成要素パッケージ2002の少なくとも1つの表面を前記第1の平面2022に取り付ける第1の電気絶縁材料2004を塗布するステップ2100であって、前記第1の電気絶縁材料2004が前記第1の平面2022上で先細り縁部2005を形成する、ステップ2100と、
1つ又は複数の構成要素支持体2208を、第1の電気絶縁材料2004上及び前記少なくとも1つの構成要素パッケージ上に配置するステップ2300であって、前記1つ又は複数の構成要素支持体2208が、前記第1の電気絶縁材料2004を一時的に支持して前記第1の平面2022に一時的に接続する、ステップ2300と、
前記一時的な支持体を取り除くステップと、
前記第2の平面2024を貫通して第1の組の少なくとも1つのバイア2402を形成し、前記少なくとも1つの構成要素パッケージ2002の1組の少なくとも1つのリード2012を露出させるステップ2400と、
前記1つ又は複数の構成要素支持体2208を取り除くステップと
を有することを特徴とする回路アセンブリの製造方法。 Disposing a flexible substrate 2016 having a first plane 2022 and a second plane 2024 on a temporary support, wherein the second plane 2024 contacts the temporary support. , Steps and
Placing 800 at least one component package 2002 having at least one surface in contact with the first plane 2022;
Applying 2100 a first electrically insulating material 2004 that attaches at least one surface of the at least one component package 2002 to the first plane 2022, wherein the first electrically insulating material 2004 is the first electrically insulating material 2004. Forming a tapered edge 2005 on the plane 2022 of step 2100;
Disposing one or more component supports 2208 on a first electrically insulating material 2004 and on the at least one component package, wherein the one or more component supports 2208 are Step 2300, temporarily supporting and electrically connecting the first electrically insulating material 2004 to the first plane 2022;
Removing the temporary support;
Forming a first set of at least one via 2402 through the second plane 2024 to expose a set of at least one lead 2012 of the at least one component package 2002; 2400;
Removing the one or more component supports 2208. A method of manufacturing a circuit assembly, comprising:
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