JP2019525464A

JP2019525464A - 下にある凹状コンポーネント配置

Info

Publication number: JP2019525464A
Application number: JP2019501607A
Authority: JP
Inventors: チャン，アレックス; ブラウン，ポール・ジェームズ
Original assignee: アルカテル−ルーセント
Priority date: 2016-07-13
Filing date: 2017-07-13
Publication date: 2019-09-05
Also published as: CN109565934A; KR20190028760A; US20180020547A1; WO2018011633A1; EP3485709A1

Abstract

下にある凹部は、デカップリングコンデンサおよび他のコンポーネントのためにより近接した範囲を可能にするボールグリッドアレイの下のコンポーネント配置のために提供される。コンポーネントの下にある凹部の配置は、表面マウントコンポーネントに関する信頼性問題を最小化するのを助け、コンポーネントのより近接した配置を提供する。コンポーネントの下にある凹部の配置は、当分野で知られている、より離れたコンポーネント配置の寄生インダクタンスの問題を解決することに特に役立つ。

Description

本発明は、ボールグリッドアレイに関し、特にデカップリングコンポーネントを含む近接コンポーネントの配置に関する。

ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッケージなどの電子集積回路（ＥＩＣ）パッケージの密度の、インタフェース接続密度の、そして、クロックスピードの増加につれて、ＢＧＡデバイスを電気的にデカップリングするための要件は、より厳しくなる。これらのデカップリングコンデンサをできるだけＢＧＡパッドに近く配置することは有益である。表面マウントデカップリングコンデンサの代表的な配置は、電子回路基板の同じ面のＢＧＡデバイスと隣接して、または、電子回路基板の反対面で、回路基板を通してビアによって接続される。これらの技術の両方とも、ルーティングリードの長さおよびビア自体を通る導電性経路の長さのため寄生インダクタンスをもたらし得る。

近接性を最大にするコンポーネント配置を提供する１つの方法は、米国特許第８８０６４２０号「Ｉｎ−ＧｒｉｄＯｎ−ＤｅｖｉｃｅＤｅｃｏｕｐｌｉｎｇｆｏｒＢＧＡ」および米国特許第８８６３０７１号「Ｄｅ−ＰｏｐＯｎ−ＤｅｖｉｃｅＤｅｃｏｕｐｌｉｎｇｆｏｒＢＧＡ」に記載されるように、グリッドアレイの中で、デカップリングコンデンサをＢＧＡ自体の底に配置することであり、その内容全体は参照によって本明細書に組み込まれている。この方法によって起こる問題点は、単にＢＧＡそれ自体を提供することとは対照的に、ＢＧＡ上のコンポーネントの配置に伴う信頼性およびテストを想定するＢＧＡ製造の、あり得る磁気抵抗である。

したがって、ボールグリッドアレイの近接範囲内に小さいコンポーネントを配置する代替の方法を提供することは、望ましいことであり続ける。

米国特許第８８０６４２０号明細書米国特許第８８６３０７１号明細書

種々の例示的実施形態の概要が以下に示される。以下の概要ではいくつかの簡略化および省略がなされ得、それは種々の例示的実施形態のいくつかの態様を強調し紹介するが、本発明の範囲を制限はしないことを意図している。当業者が発明の概念を作成し使用することができるのに十分な好適な例示的実施形態の詳述が、以降のセクションにおいて続く。

本発明の一態様によれば、密ピッチグリッドパターンで配列された、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッドのボールグリッドアレイを、一方の面に有するスルーホールプリント回路板（ＰＣＢ）が提供されて、ミリングされた凹部が、ＢＧＡパッドのボールグリッドアレイの第１および第２のＢＧＡパッドに隣接してかつその間で、ＰＣＢ内のＰＣＢの同じ面にあり、その凹部は表面マウントコンポーネント（ＳＭＣ）を収容するようにサイズ設定され、分離された導電性パッドの第１の対が、ミリングされた凹部の底にあって、各パッドはそれぞれ第１および第２のＢＧＡパッドに導電的に結合されている。

本発明の本態様のいくつかの実施形態において、分離された導電性パッドの第２の対は、ミリングされた凹部の開口を囲み、各パッドはそれぞれ第１および第２のＢＧＡパッドに導電的に結合される。

本発明の本態様のいくつかの実施形態において、密ピッチグリッドパターンは１ｍｍのピッチを有する。これらの実施形態のいくつかにおいて、ＳＭＣは業界公称０２０１サイズを有し、そして、第１および第２のＢＧＡパッドは、グリッドパターンに対して斜めに位置している。これらの実施形態の他のものでは、ＳＭＣは、業界公称０１００５サイズを有し、そして、第１および第２のＢＧＡパッドは、グリッドパターンに対して斜めに位置している。

本発明の本態様のいくつかの実施形態において、ＢＧＡパッドのボールグリッドアレイの少なくとも１つのＢＧＡパッドが取り除かれており、そして、ミリングされた凹部は、少なくとも１つのＢＧＡが取り除かれたアレイグリッドに位置づけされる。これらの実施形態のいくつかにおいて、ＳＭＣは、業界公称０１００５サイズ、一部は業界公称０２０１サイズ、一部は業界公称０４０２サイズ、そして一部は業界公称０６０３サイズを有する。

本発明の本態様のいくつかの実施形態において、ミリングされた凹部は、レーザーによってミリングされたものである。

本発明の別の態様によれば、ＰＣＢが、グリッドパターンに配列されるＰＣＢの一方の面にボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッドのボールグリッドアレイを有する、多層ＰＣＢを製造する方法が提供され、方法は次のステップつまり、ＢＧＡパッドのボールグリッドアレイの第１および第２のＢＧＡパッドに隣接してかつそれの間で、ＰＣＢ内のＰＣＢの同じ面に凹部を、ミリングするステップであって、凹部の底はミリングされた凹部の底の分離された導電性パッドの第１の対の配列を有し、各パッドは第１および第２のＢＧＡパッドにそれぞれ導電的に結合される、ステップ、表面マウントコンポーネント（ＳＭＣ）を収容するために凹部をサイズ設定するステップ、分離された導電性パッドの第１の対にはんだペーストを配置するステップ、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッドのボールグリッドアレイ上にはんだペーストを配置するステップ、凹部の中にＳＭＣを配置するステップ、ＳＭＣの上にＢＧＡコンポーネントを配置するステップ、ＳＭＣコンポーネントおよびＢＧＡコンポーネントをリフローはんだ付けするステップ、を有する。

本発明の本態様のいくつかの実施形態において、ミリングは、レーザーによって実行される。

本発明の本態様のいくつかの実施形態においては、多層ＰＣＢが、ミリングされた凹部の開口を囲んでいる分離された導電性パッドの第２の対を、有するステップであって、各パッドが、それぞれの導電性パッドと同じ第１および第２のＢＧＡパッドに、凹部の同じ端でそれぞれ導電的に結合されるステップと、凹部の中にＳＭＣを配置するステップの前に、分離された導電性パッドの第２の対にはんだペーストを配置するステップとがさらにある。

本発明の本態様のいくつかの実施形態において、ＳＭＣはコンデンサである。

本発明の本態様のいくつかの実施形態において、第１および第２のＢＧＡパッドは、グリッドパターンに対して斜めに位置している。

本発明の本態様のいくつかの実施形態において、ＢＧＡパッドのボールグリッドアレイの少なくとも１つのＢＧＡパッドは、取り除かれており、そして、凹部のミリングは、少なくとも１つのＢＧＡが取り除かれたアレイグリッドに位置づけされる。

本発明のさらに別の態様によれば、プリント回路板（ＰＣＢ）の一方の面にグリッドパターンに配列されるボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッドのボールグリッドアレイをＰＣＢが有する、多層プリント回路板（ＰＣＢ）に対応するための、コンピューティング装置に実装されるコンピュータ支援設計ツールが提供され、それは：２リード線のコンポーネントへの接続のためにプリント回路板（ＰＣＢ）上の２つの隣接するＢＧＡパッドを選択するように構成される設計ツールモード、表面マウントコンポーネント（ＳＭＣ）を収容するために２つのＢＧＡパッドの間の凹部の配置を識別するように構成される設計ツールモード、凹部の底を画定するようにＰＣＢの内部層上の別々のコンポーネントパッドの配置を識別するように構成される設計ツールモード、および、別々のコンポーネントパッドを２つのＢＧＡパッドのそれぞれのＢＧＡパッドに導電的に接続するように構成される設計ツールモード、を含む。

本発明の本態様のいくつかの実施形態において、設計ツールは、ミリングされた凹部の開口を囲んでいる、分離された導電性パッドの第２の対の配置を識別するように構成される設計ツールモード、および、それぞれの導電性パッドと同じ第１および第２のＢＧＡパッドに、凹部の同じ端で第２の対をそれぞれ導電的に接続するように構成される設計ツールモードを、さらに有する。

本発明の本態様のいくつかの実施形態において、設計ツールには、ＢＧＡパッドのボールグリッドアレイから少なくとも１つのＢＧＡパッドを識別、取り除き、ＢＧＡパッドが取り除かれたアレイグリッドの凹部を位置させるように構成される設計ツールモードをさらに有する。

よりよく種々の例示的実施形態を理解するために、添付図面が参照される。

本発明の一実施形態による微細ピッチスルーホール多層回路基板の一部の横断面図である。図１の微細ピッチスルーホール多層回路基板の一部のレーザーエッチングの横断面図である。図１の微細ピッチスルーホール多層回路基板のさらなる一部のレーザーエッチングの横断面図である。図１の微細ピッチスルーホール多層回路基板のレーザーエッチングされた凹部の範囲内で、そして、それに隣接して塗布されるはんだペーストの横断面図である。図２Ａの微細ピッチスルーホール多層回路基板のレーザーエッチングされた凹部の中に配置される表面マウントコンポーネントの横断面図である。図２Ｂの微細ピッチスルーホール多層回路基板のレーザーエッチングされた凹部上に配置されるＢＧＡコンポーネントの横断面図である。本発明の一実施形態による、その上にマウントされる表面マウントコンポーネントを有する微細ピッチスルーホール多層回路基板の最上層上の銅ランドパターンの平面図である。本発明の一実施形態による、微細ピッチスルーホール多層回路基板の内部層上の銅構造パターンの平面図である。本発明の一実施形態による、一対のＢＧＡランディングパッドと関連した微細ピッチスルーホール多層回路基板の最上層上の銅ランドパターンの平面図である。本発明の一実施形態による、ＢＧＡランディングパッドのグリッドと関連した微細ピッチスルーホール多層回路基板の最上層上の銅ランドパターンの平面図である。本発明の一実施形態による一連の方法ステップのフローチャートである。

理解を容易にするために、類似の参照数字が、実質上同じであるか類似の構造および／または実質上同じであるか類似の機能を有する要素を示すために用いられている。

記述および図面は、単に本発明の原理を例示するだけである。したがって、当業者が、明示的に記載されていないかまたは本明細書において示されないが、本発明の原理を具現化してその範囲の中に含まれる、種々の配置を考案することが可能であることが理解されよう。さらに、本明細書において詳述されるすべての例は主に明白に、教育的目的のためだけに読者が技術を進めるために発明者によって貢献のあった概念および本発明の原理を理解するのを助けることを目的としており、このような特に詳述された例および条件に制限されないものとして解釈されるべきである。加えて、用語、「または（ｏｒ）」は、本明細書において使われる場合、特に他の形で（例えば、「またはそうでなければ（ｏｒｅｌｓｅ）」、または、「または択一的に（ｏｒｉｎｔｈｅａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ）」と）明記しない限り、非排他的論理和（すなわち、および／または（ａｎｄ／ｏｒ））を指す。また、いくつかの実施形態が新規な実施形態を形成するために１つまたは複数の他の実施形態と結合されることができるので、本明細書において記載されている種々の実施形態が必ずしも相互排他的であるというわけではない。

次に図面を参照すると、その中では同様の数字は同様のコンポーネントまたはステップを指し、種々の例示的実施形態の広い範囲が開示される。

図１Ａを参照すると、微細ピッチスルーホール多層回路基板の一部の横断面図を見ることができる。パッド１０１ａおよび１０１ｂは、プリント回路板の最上層にあって、図３Ａおよび３Ｃでさらに詳述される。絶縁樹脂層１０２ａ−１０２ｅは、多層ボードの導電性部分を分離する。導電トレース１０３は、第１の信号層上のトレースを表すが、図３Ｂでさらに詳述される導電性領域１０５ａおよび１０５ｂは、第２の信号層に位置づけされる。導電性領域１０５ａおよび１０５ｂは、２つの役割をもたらす。第１に、それらは最終的に、表面マウントコンポーネントのためのはんだ付け位置としての役目を果たし、第２には、それらは図１Ｂと関連して後述するレーザードリルのためのストップ層としての役目を果たす。

図１Ｂを参照すると、レーザー１１６が回路基板に空洞１１９を掘るためにそのビーム１１８を使用している図１Ａの微細ピッチスルーホール多層回路基板の一部の横断面図を見ることができる。導電性領域１０５ａは、通常は銅であり、レーザー光線１１８のための範囲の「ストップ」としての役目を果たし、掘削された凹部に深さを設定する。ビーム１１８は、後述するように、領域をコンポーネントはんだ付けパッドとして使用可能なままにして、導電性領域１０５ａの上の絶縁樹脂層を気化させる。

図１Ｃを参照すると、レーザーがさらに掘削を続けてきている図１Ｂの微細ピッチスルーホール多層回路基板の一部の横断面図を見ることができる。ビーム１２８が、さらなる深さ１２９まで掘削していて、導電性部分１０７はビームのための「ストップ」としての役目を果たしているのを見ることができる。導電性部分１０７は、通常は多層回路基板の中の電源またはグランドプレーンの一部である。導電性領域１０５ａと１０５ｂ間のさらなる深さ部は、領域がコンポーネントはんだ付けパッドとして後で使われるときに、これらの導電性領域間の絶縁のギャップとして役目を果たす。

図２Ａを参照すると、レーザーが掘削を完了した図１Ｃの微細ピッチスルーホール多層回路基板の一部の横断面図を見ることができる。はんだペースト量２３１は、導電パッド領域２０１ａおよび２０１ｂ上のプリント回路板上に置かれている。

図２Ｂにおいて、表面マウントコンポーネント２４３は凹部に挿入されて、導電性領域パッド２０５ａおよび２０５ｂ上にはんだペーストを分配している。一般に、このコンポーネントはデカップリングコンデンサである。抵抗器およびダイオードなどの２ポートデバイスを含む他のタイプの表面マウントコンポーネントが代わりに凹部に入れられることもできる。

図２Ｃを参照すると、図２Ｂにおいて示される微細ピッチスルーホール多層回路基板の一部の上に配置されるボールグリッドアレイの横断面図を見ることができる。ＢＧＡの底部２５５は、はんだペーストの各部に置かれるはんだボール２５９ａおよび２５９ｂを有する。次のリフローはんだ付け動作は、ＢＧＡおよび表面マウントコンポーネントの両方をプリント回路板上のそれらのそれぞれの導体パッドに固定する。

図３Ａから３Ｃを次に参照すると、通常は銅である導電性ランドパターンの平面図を見ることができ、それは以前の図に対応する。図３Ａにおいて、多層回路基板の最上層上の全般にＵ型の導電性パッド３０１ａおよび３０１ｂを見ることができる。これらのパッドは、図１Ａの導電性横断面１０１ａおよび１０１ｂにそれぞれ対応し、表面マウントコンポーネント３４３が配置される凹部を囲む。

図３Ｂにおいて、コンポーネント３４３の底部が最終的にはんだ付けされる導電性パッドを見ることができる。これらの導電性パッドは、図１Ａの導電性横断面１０５ａおよび１０５ｂにそれぞれ対応し、前述したように、それらの領域の凹部の底を画定するレーザーミリングプロセスのための「ストップ」としても作用する。

図３Ｃを次に参照すると、ＢＧＡコンポーネントがはんだ付けされるパッドのグリッドの一部を含むプリント回路板コンポーネントパッド３０９ａおよび３０９ｂを見ることができる。これらのコンポーネントパッド３０９ａおよび３０９ｂは、Ｕ型の導電性パッド３０１ａおよび３０１ｂに、それぞれ導電的に接続されている。また、プリント回路板ビア接続はまた、内部層導電性パッド３０５ａおよび３０５ｂをそれぞれコンポーネントパッド３０９ａおよび３０９ｂに導電的に接続し、リフローはんだ付け動作完了後にコンポーネントパッドと表面マウントコンポーネント３４３の間にビアが導電接続のかなりの追加の信頼性を与える。

図４を次に参照すると、ＢＧＡがはんだ付けされるプリント回路板コンポーネントパッド４０９ａから４０９ｄのグリッドの一部の中の本発明の実施形態の平面図を見ることができる。本実施形態において、ＢＧＡグリッドは、１ｍｍのピッチを有していて、Ｕ型の導電性パッド４０１ａおよび４０１ｂ、凹部ならびに寸法が公称業界サイズ「０２０１」の表面マウントコンポーネント４４３のための十分なスペースを可能にしている、正規のグリッドである。公称業界サイズ「０１００５」などのより小さいコンポーネントは同様に、Ｕ型の導電性パッドおよび凹部の適切な寸法の適合によって同様な構成で位置していることができる。

本発明の別の実施形態によれば、公称業界サイズ「０４０２」および「０６０３」などの、より大きいコンポーネントサイズも、Ｕ型の導電性パッドおよび凹部の両方の適切な寸法の適合によって、そして、特定のＢＧＡコンポーネントパッド（および、ＢＧＡコンポーネント上の対応するボール）を減らすことによって、ＢＧＡグリッドパターンの中に配置されることができる。同様に、特定のＢＧＡコンポーネントパッドおよびＢＧＡコンポーネント上の対応するボールを減らすことによって、本発明の実施形態は、１ｍｍのピッチ以外の標準のグリッド、例えば０．８ｍｍのピッチを有するものに実装されることができる。代替的に、本発明の実施形態は、非標準のグリッドに実装されることもでき、ボールグリッドアレイがコンポーネント上に置かれるのに適したコンポーネント配置の柔軟性を提供する。

図５を参照すると、本発明の一実施形態による方法のステップのフローチャート５００を見ることができる。方法は、ステップ５０１で始まる。ステップ５０３で、表面マウントコンポーネントが配置されるのに適したコンポーネントパッドおよび導電性接続を有する微細ピッチスルーホール多層回路基板が提供される。ステップ５０５で、レーザーミリング作業は、それぞれのボールグリッドアレイコンポーネントの下に位置づけされるべき表面マウントコンポーネントのための適切な凹部を刻む。前述したように、内部導電性パッドは、レーザーミリング作業のための「ストップ」としての役目を果たすために配置されている。ステップ５０７で、はんだペーストが回路基板に塗布されて、ステップ５０９で、表面マウントコンポーネントは、それらの適切な導電性パッドおよびボールがはんだペーストと接触しているように配置される。ステップ５１１で、はんだ付けリフロー動作が実行されて、はんだペーストをリフローして、導電的に表面マウントコンポーネントを取り付ける。それから、方法は、ステップ５１３で終了する。

例示的な実施形態において、コンピュータ支援設計ツールは、最上層および内部層の両方の上の導電コンポーネントパッドの選択が実質的に自動化されることを可能にする。コンピュータ支援設計ツールは、画定された凹部の中で基盤に取り付けるためのそれぞれのＢＧＡグリッドの中に、標準コンポーネントを配置するために、導電性パッドの適切なスペーシングおよび形状を自動的に識別することができる。コンピュータ支援設計ツールはまた、改造された回路基板を製造するためにマシンを制御するための命令を提供することもできる。命令はマシンにエクスポートされることができるか、または、設計ツールがマシンを直接制御することができる。

このように、開示されていることは、ボールグリッドアレイの下に、表面マウントコンポーネントを、それぞれの凹部にて配置する方法であり、したがって、ボールグリッドアレイの近接範囲内に小さいコンポーネントを配置する代替的な方法を提供する。

図および記述が、例示的実施形態では異なる要素の規則的な円形または矩形の形状を表すことができる一方で、不完全な多角形および丸みのある形などの代替の形状が使われ得ることが理解されるべきである。これらの代替の形状は、面積および輪郭が示された形状と実質的に類似していてもよい。

種々の例示的実施形態がその特定の例示的な態様を特に参照して詳述されたが、本発明は他の実施形態が可能であり、その詳細は種々の明らかな点において修正が可能であることが理解されよう。当業者にすでに明らかであるように、変形および変更は、本発明の精神と範囲の中にありながら達成されることができる。したがって、前述の開示、記述および図は説明の目的のためにだけあって、本発明をいかなる形であれ制限はせず、それは請求項だけによって定義される。

Claims

スルーホールプリント回路板（ＰＣＢ）であって、
密ピッチグリッドパターンで配列された、ＰＣＢの一方の面のボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッドのボールグリッドアレイと、
ＢＧＡパッドの前記ボールグリッドアレイの第１および第２の前記ＢＧＡパッドに隣接してかつその間で、前記ＰＣＢ内の前記ＰＣＢの同じ面の、ミリングされた凹部であって、前記凹部が表面マウントコンポーネント（ＳＭＣ）を収容するようにサイズ設定される、凹部と、
前記ミリングされた凹部の底の、分離された導電性パッドの第１の対であって、各パッドはそれぞれ前記第１および第２のＢＧＡパッドに導電的に結合されている、第１の対と
を含む、スルーホールプリント回路板（ＰＣＢ）。
分離された導電性パッドの第２の対が前記ミリングされた凹部の開口を囲み、各パッドはそれぞれ前記第１および第２のＢＧＡパッドに導電的に結合される、
請求項１に記載のＰＣＢ。
前記密ピッチグリッドパターンが１ｍｍのピッチを有する、
請求項１または２に記載のＰＣＢ。
前記ＳＭＣが業界公称０２０１サイズおよび業界公称０１００５サイズの１つを有し、
前記第１および第２のＢＧＡパッドが前記グリッドパターンに対して斜めに位置している、
請求項３に記載のＰＣＢ。
ＢＧＡパッドの前記ボールグリッドアレイの少なくとも１つのＢＧＡパッドが取り除かれており、
前記ミリングされた凹部が、前記少なくとも１つのＢＧＡが取り除かれたアレイグリッドに位置づけされる、
請求項１から４のいずれか一項に記載のＰＣＢ。
ＰＣＢが、グリッドパターンに配列される、ＰＣＢの一方の面にボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッドのボールグリッドアレイを有する、多層ＰＣＢを製造する方法であって、
ＢＧＡパッドの前記ボールグリッドアレイの第１および第２の前記ＢＧＡパッドに隣接してかつそれの間で、前記ＰＣＢ内の前記ＰＣＢの同じ面に凹部を、ミリングするステップであって、前記凹部の底は前記ミリングされた凹部の底の分離された導電性パッドの第１の対の配列を有し、各パッドはそれぞれ前記第１および第２のＢＧＡパッドに導電的に結合される、ステップと、
表面マウントコンポーネント（ＳＭＣ）を収容するために前記凹部をサイズ設定するステップと、
分離された導電性パッドの前記第１の対にはんだペーストを配置するステップと、
ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッドの前記ボールグリッドアレイ上にはんだペーストを配置するステップと、
前記凹部の中にＳＭＣを配置するステップと、
前記ＳＭＣの上にＢＧＡコンポーネントを配置するステップと、
前記ＳＭＣコンポーネントおよび前記ＢＧＡコンポーネントをリフローはんだ付けするステップと
を含む方法。
前記多層ＰＣＢが、前記ミリングされた凹部の開口を囲んでいる分離された導電性パッドの第２の対を有し、各パッドは、それぞれの導電性パッドと同じ第１および第２のＢＧＡパッドに、前記凹部の同じ端でそれぞれ導電的に結合され、
前記凹部の中にＳＭＣを配置するステップの前に、分離された導電性パッドの前記第２の対の上にはんだペーストを配置する、
請求項６に記載の方法。
前記第１および第２のＢＧＡパッドが前記グリッドパターンに対して斜めに位置している、
請求項６または７に記載の方法。
ＢＧＡパッドの前記ボールグリッドアレイの少なくとも１つのＢＧＡパッドが取り除かれており、
前記凹部のミリングが、前記少なくとも１つのＢＧＡが取り除かれたアレイグリッドに位置づけされる、
請求項６から８のいずれか一項に記載の方法。
前記ミリングがレーザーによって実行される、請求項６から９のいずれか一項に記載の方法。