JP3510709B2 - 取り外し可能なフリップチップパッケージを用いた直接チップ接続 - Google Patents

取り外し可能なフリップチップパッケージを用いた直接チップ接続

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイスのパッ
ケージングに関し、特に、容易に再加工することができ
る取り外し可能なフリップチップパッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】単一のパッケージ内に多数の集積回路ダ
イを有するマルチチップモジュールが電子機器業界にお
いてはたす役割はますます大きなものになってきてい
る。マルチチップモジュールの製造においては、集積回
路ダイをモジュールに電気的に接続する方法が重要な問
題となる。テープ自動ボンディング（ＴＡＢ）とフリッ
プチップパッケージは、高い放熱性と良好な電気的性能
とを必要とするリード数の多いVLSIダイのパッケージン
グのために広く用いられるパッケージング技法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】テープ自動ボンディン
グでは、集積回路ダイから外向きに放射状に伸びて基板
の接触部に取り付けられる導電性フィンガの蜘蛛状の金
属パターンが形成される。ＴＡＢ接続は、ピン数の多い
集積回路の接続のための実施可能な手段を提供するもの
ではあるが、多くの問題を伴うものでもある。まず、Ｔ
ＡＢ接続には、ダイと基板との間の媒介物として働く付
加要素（テープ）が必要であり、信号パスが増えること
になる。更に、ＴＡＢ接続では、内側リードおよび外側
リードの接着ステップを含む複雑な組み立て手順が必要
となる。最後に、ＴＡＢにおけるピン数の拡張可能性
は、（エリアアレイ(area array)構成とは異なり）集積
回路ダイ上の周辺部の接着パッド構成の要件によって制
限される。
【０００４】フリップチップパッケージはエリアアレイ
構成を有しており、これにより、標準的なＴＡＢパッケ
ージと比べて利用可能な接続数が多くなる。フリップチ
ップパッケージでは、集積回路ダイは、基板上に下向き
に固定され、ダイの入出力パッドにはんだバンプが形成
される。はんだバンプが形成された後、温度が上げら
れ、はんだバンプのリフローが発生してダイの入出力パ
ッドが基板上の接触部に直接接着される。フリップチッ
プ接続技法は、ＴＡＢ接着の場合の周辺接着パッドに関
連する制約をなくす反面、基板レベルの組み立ての前に
集積回路ダイの試験およびバーンインを行うことができ
なくなるという問題を有するものとなる。更に、フリッ
プチップ接続には、チップを基板に組み付けるためのか
なり複雑な手順が含まれ、この手順により、付加的な出
資と、関連するはんだバンプ技術のためのコストとが必
要になる。
【０００５】従来のＴＡＢ接続およびフリップチップ接
続では、いずれの場合も、入出力パッドあるいはリード
が基板の接触部にはんだ付けされるので、不良ダイの修
理や交換が困難であった。従来のＴＡＢ技術は、基板上
の対応するパターンへのテープの外側リードのはんだ付
けに基づくものである。従来のフリップチップ技術で
は、集積回路ダイの入出力パッド上に形成されたはんだ
バンプを基板上の対応するパッドへはんだ付けする必要
がある。このはんだ付けにより、生産条件下での集積回
路ダイの再加工が極めて困難になる。集積回路ダイの取
り外しとその再度のはんだ付けが困難であるため、不良
のダイが１つあった場合にはそのマルチチップダイモジ
ュール全体を破棄しなければならない場合がある。この
問題は、マルチチップモジュール上のダイの数が多くな
るほど深刻なものとなる。
【０００６】再加工の可能性の問題に対する解決策の１
つとして、ダイ上のパッドとそれに対応する基板上の接
点との電気的接続を行なうのに圧力接続技法を用いる方
法がある。図１に電気的アセンブリのための圧力接続技
法を示す。この電気的アセンブリ100は、ダイ圧力プレ
ート102、集積回路ダイ104、基板106、負荷分配部材108
（典型的にはエラストマー）、裏当てプレート110、お
よび外部負荷112からなる。多くの位置合わせ技法の１
つ（図示せず）を用いてダイの接触パッドを基板上の対
応するパッドに位置合わせすることができる。電気的接
続を確立するために、ダイ104を基板106に位置合わせ
し、外部負荷112によりダイ圧力プレート102を裏当てプ
レート110に押圧させる。
【０００７】上述の方法はかなり簡単なものであるが、
上記アセンブリをパッケージ状の単体部品といった規模
で実施することに重要な課題がある。換言すれば、力を
供給するシステムと位置合わせ機構との全体をパッケー
ジ基板アセンブリ自体に組み込まなければならず、しか
も、パッケージはMCMアプリケーションに適するよう
（サイズ・重量ともに）十分に小さくなければならな
い。更に、パッケージは、ダイを周囲から保護する手段
を提供するものでなければならない。最後に、そのアセ
ンブリの設計は、圧力接続の信頼性が長期間にわたって
保証されるものでなければならない。
【０００８】優れた電気的接触を提供する信頼性の高い
低コストの電気的アセンブリであって、ダイまたは基板
を損傷させることなくそのアセンブリの構成要素の取り
外しおよび再加工を容易に行うことが可能な電気的アセ
ンブリが必要とされている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、集積回路ダイ
の再加工および基板からの取り外しを容易に行うことを
可能にする電気的アセンブリの構造およびその製造方法
を提供するものである。この電気的アセンブリは、第１
の表面上に接触領域を有する集積回路ダイと、そのダイ
の接触領域と位置合わせされた対応する接触領域パター
ンを有する基板と、前記集積回路ダイの接点と基板の接
点との導通を維持するための押圧手段とを備えたもので
ある。一実施例では、前記押圧手段は２つの部分からな
るスプリングシステムを備えており、このスプリングシ
ステムは、集積回路ダイの湾曲を基板と同じ方向の湾曲
にすることにより優れた圧力接続を提供するものであ
る。
【００１０】ダイは、そのダイの接触パッドがその接触
パッドに対応または一致する基板の接触パッドと位置合
わせされるよう剛性のダイ取付構造に取り付けられる。
この電気的アセンブリは典型的には、それら２組の接触
領域を自己位置合わせさせるための手段を備えている。
典型的には、精密な段付きボルトを使用してプレートが
基板に位置合わせされる。段付きボルトのねじ部がダイ
取付構造のねじ穴に係合し、段付きボルトの段部分が基
盤の精密な穴に係合する。基板の裏側にはスプリングシ
ステムが設けられ、このスプリングシステムは典型的に
は、エラストマーおよび金属プレート・スペーサ構造を
備えたものとなる。
【００１１】圧力接続は、前記段付きボルトを配置して
トルクを加えることによって行なわれる。この電気的ア
センブリは典型的には、ダイを周囲から保護するシール
手段を備えるものとなる。好適実施例では、このシール
手段は、ダイの周囲に配置されてダイ取付構造と基板と
の間に挟まれるシリコーンリングとなっている。段付き
ボルトにトルクを加えて圧力をかけると、それに伴って
ガスケット状環境シールが提供される。
【００１２】本発明の好適実施例では、押圧手段は、ダ
イ取付構造の開口部を通って配置される段付きボルト
と、スプリングシステムと、接続基板と、その基板の第
１の側に結合された２つの部分からなるスプリングシス
テムとを備えている。その２つの部分からなるスプリン
グシステムは、第１の支持プレートと第２の支持プレー
トとからなり、その第１の支持プレートと第２の支持プ
レートとはスペーサによって分離されている。典型的に
は、そのスペーサは、前記第１および第２の支持プレー
トの中心の近くに配置され、1)実質的に平行である第１
のプレートと第２のプレートとの距離を保ち、2)第１の
支持プレートと第２の支持プレートとの間で力を伝達す
るものとなる。
【００１３】段付きボルトが締め付けられると、ダイ取
付プレートの周辺部に加えられた力によってダイ取付プ
レートが湾曲させられ、この場合、ダイ取付プレートは
ダイに向かって下向きに湾曲する。スプリングシステム
の第２の支持プレートに加えられた力により、第２の支
持プレートは、ダイ取付プレートの湾曲方向と反対にな
るように湾曲させられる。しかし、スペーサが、第２の
支持プレートから第１の支持プレートの中心へと力を伝
達し、これにより、第１の支持プレートが力の加わる点
の周りでダイと同じ方向に湾曲させられる。基板は、第
１の支持プレートに結合されているので、基板もまたダ
イの湾曲と同じ方向に湾曲して、優れた電気的接触が提
供される。したがって、このスプリングシステムは、ダ
イの湾曲と基板の湾曲とを同一方向に発生させる力を基
板に加えるものである。
【００１４】この取り外し可能なフリップチップは、は
んだバンプによるフリップチップ技法の利点の全てを維
持すると共に、ワークステーションやミニコンピュータ
等のコスト上の影響を受けやすい用途にフリップチップ
技術を受け入れることができない理由の一部ともなって
いる事前試験の可能性や再加工に関する問題を解決する
ことのできる、パッケージング技法と考えることができ
る。本発明の実施例では、集積回路ダイは、フリップチ
ップエリアアレイ構成における接触パッドを介して基板
に接続される。したがって、ダイ上のパッドのエリアア
レイ構成に関する全利点は、取り外し可能なフリップチ
ップにも当てはまるものとなる。かかる利点には、信号
経路の寄生（分岐？）を最小限にする位置にパッドを配
置する上での柔軟性、ダイサイズの縮小可能性、接地ピ
ンや電源ピンを少なくすることによる入出力数の低減可
能性等が含まれる。入出力数を増やす場合のコストの上
昇も最小限にすることができる。
【００１５】更に、本発明の電気的アセンブリは取り外
し可能な部品であるため、再加工が容易となる。基板レ
ベルの組み立ての前に部品についての試験とバーンイン
とを完全に行なうことが可能となり、これは、従来のフ
リップチップにはなかった特徴である。したがって、マ
ルチチップパッケージを既知の良品のダイを用いて試験
することができるので、この取り外し可能なフリップチ
ップパッケージは、試作や試験を行なう上で大きな利点
を提供するものとなる。また、個々のダイをマルチチッ
プモジュールから取り外すことができるので、それらの
ダイを実際の動作環境で試験し、欠陥がある場合には交
換することができる。このin-situ試験によって、マル
チチップモジュールを実施する際の重大な障害と考えら
れている高速試験（at-speed testing）が不要になる。
【００１６】本発明の取り外し可能なフリップチップの
更なる利点はその高い熱特性にある。本発明の好適実施
例では、ダイ取付プレートは、ヒートシンクとなってい
る。したがって、ダイの裏側から拡散器への熱流路とダ
イの表側から基板への熱流路との２つの熱流路により、
熱特性が向上する。更に、ダイと基板との境界が分離可
能な性質を有しているため、この取り外し可能なフリッ
プチップでは、ダイと基板との熱膨張係数を一致させる
必要がない。これにより、基板の選択の幅が極めて広範
となり、プロセス上の柔軟性が提供される。
【００１７】更なる側面として、本発明は、複数の集積
回路ダイをダイ取付構造に取り付け、その集積回路ダイ
の活性面上の接触パッドを基板上の接触パッドと位置合
わせし、その複数の集積回路ダイが基板の接触パッドと
電気的に接触するように力を加えることにより電気的ア
センブリを形成する方法を提供するものである。その加
えられる力には、ダイ取付構造の開口部を通って延びる
段付きボルトによって加えられてダイ取付構造をスプリ
ングシステムに押圧する力と、スプリングシステムによ
って加えられる力とが含まれる。この取り外し可能なフ
リップチップは、ダイ取付プレートの開口部を通って延
びる段付きボルトと、基板に対するダイの位置合わせを
提供するスプリングシステムとによる簡単な自己位置合
わせアセンブリを有している。
【００１８】本発明により提供される電気的アセンブリ
は、極めて簡単な組み立て手順を提供するものである。
ウエハに対するバンプ形成、テープ設計、内側リード接
着、カプセル化、外側リード接着、およびはんだ付けと
いった従来のＴＡＢアセンブリに伴うコストのかかるプ
ロセスの多くをなくすことができる。同様に、はんだバ
ンプ形成、リフロー、フラックス塗布、およびフラック
スの洗浄といったフリップチップアセンブリに伴うコス
トのかかるプロセスの多くをなくすことができる。
【００１９】本発明の特徴と利点については、本明細書
の以下の記述と図面から更に明らかとなろう。
【００２０】
【実施例】本発明は、再加工が容易であって、集積回路
ダイを基板に電気的に接続する手段を提供する、機械的
・電気的アセンブリを提供する。電気的アセンブリ200
は、接触領域204を有する集積回路ダイ202と、その集積
回路ダイ202との電気的接続を提供するためにその集積
回路ダイ202の接触領域204と位置合わせされた接触領域
210を有する基板208と、集積回路ダイの接点が基板の接
点と導通した状態を維持する押圧手段とを備えている。
図２に示す実施例では、集積回路ダイ202が基板208上に
配置されているが、本発明の接続技法は、集積回路ダイ
以外の部品を基板に電気的に接続する場合にも用いるこ
とが可能である。
【００２１】図２は、本発明による電子アセンブリ200
を示す断面図である。図２(a)は、電子アセンブリ200の
好適実施例を分解して示す図である。図２(b)は、図２
(a)の電子アセンブリ200を組み立て後の状態で示す図で
ある。図３、図４、図５は、図２(a),(b)に示した実施
例のスプリングシステムに対する代替的なスプリングシ
ステムを有する電子アセンブリを組み立て後の状態で示
す断面図である。
【００２２】図２において、集積回路ダイ202は、剛性
のダイ取付プレート212に取り付けられている。ダイ取
付プレート212は好適にはヒートシンクとして機能し、
典型的にはダイ202から熱を奪う金属その他の材料から
なる。集積回路ダイ202は、接着層214あるいはそれに替
わる手段によってダイ取付プレートへの取り付けまたは
固定を行うことができる。一実施例では、接着層214
は、窒化ホウ素を充填したシリコーン等の熱境界材料21
4の薄いシートとなっており、これは、良好な熱接触を
提供するものとなる。
【００２３】本好適実施例では、複数の集積回路ダイが
基板上に配置される。図７は、４つの取り外し可能なフ
リップチップを支持するよう設計された基板304上への
１つの取り外し可能なフリップチップ308の取り付けを
示す分解斜視図である。図２に示す電気的アセンブリと
同様に、図７に示す電気的アセンブリは典型的には、ヒ
ートシンク306と、集積回路ダイ308と、基板304と、エ
ラストマー310と、スペーサ316によって分離された第１
および第２のプレート312,314とを備えている。段付き
ボルト318a,318b,318c,318dを、プレート312,314とスペ
ーサ316とを備えたスプリングシステム320と共に用い
て、ダイ308が基板304に向かって押圧される。図７に
は、ヒートシンクまたはダイ取付プレートをそれ自体が
備えたフリップチップ302が示されているが、このヒー
トシンクは、１つ以上の集積回路ダイにより共用される
よう拡大することが可能なものである。
【００２４】ここで図２を参照する。集積回路ダイ202
は、第１および第２の側面220,222を有している。ダイ2
02の第１の側面220は不活性面である。第２の面222は集
積回路ダイ202の活性面であり、第１の接触領域204を有
している。集積回路ダイ202は、能動部品および電気接
続を含む活性面222が基板208に面するように配向され
る。集積回路ダイ202の不活性面220は、ダイ取付構造21
2に面するように配向される。本好適実施例では、集積
回路は、第１の接触領域204から隆起した導電性バンプ
を備えたエリアアレイ構成を有している。集積回路ダイ
および基板は、エリアアレイ構成の入出力パッドの位置
合わせされたアレイを有している。
【００２５】基板208は、多数の内部導電金属層を有す
る従来の基板とすることが可能であり、また代替的には
可撓性基板とすることが可能である。例えば、この基板
は、銅に精密な穴がエッチングされた銅ポリイミド構造
に基づく可撓性回路とすることが可能である。
【００２６】周囲の空気の凝縮は集積回路アセンブリ内
部で電解導体として働き、これにより回路の故障が発生
することがある。本好適実施例では、集積回路ダイの外
周に沿ってダイ取付プレートと基板との間にシールリン
グ224が配設される。図８(a)は、電気的アセンブリの一
部を示し、集積回路ダイ402を接触境界側から見た図で
ある。図８では、簡略化のため、ダイ取付プレート406
の穴404a,404b,404c,404dを通って延びる段付きボルト
が省略されている。図８(a)から分かるように、シール
リング408は、ダイ取付プレート406の穴404を覆わない
ように配置されなければならない。図８(b)は、その電
気的アセンブリの一部のラインA-Aに沿った断面図であ
る。
【００２７】前述したように、再加工の可能性に関する
問題に対する１つの解決法は、集積回路ダイの接点と基
板の接点とを圧力接続によって電気的に接続することで
ある。図９は、そのような取り外し可能な電気的アセン
ブリにおける力の供給を示す図である。電気的アセンブ
リ500は、ヒートシンクあるいはダイ取付プレート502
と、集積回路ダイ504と、基板506と、負荷分配部材（エ
ラストマー）508と、ベース支持プレート510とを備えて
いる。電気的接触を形成するために、ダイ取付プレート
502がベース支持プレート506に向かって押圧され、これ
によりダイ504が基板506の接点に接触することになる。
【００２８】基板506に対するダイ取付プレート502の押
圧は、典型的には、矢印512で示す力の作用点において
ベースプレート510およびダイ取付プレート502を通って
延びる１対の段付きボルト（図示せず）によって行なわ
れる。図９(b)は、ダイの外周部に締め付け力を加えた
後のダイ取付プレート502、ダイ504および基板510を示
すものである。残念ながら、図９(b)から分かるよう
に、ダイ504の湾曲方向は、基板506の湾曲方向とは逆に
なる。接触境界における湾曲が逆方向であるため、ダイ
の接触パッドは、基板の接触パッドと良好に接触せず、
その結果、この電気的アセンブリの電気的接続は不十分
なものになる。図９(b)に示すように、図９(a)に示す構
成では、締め付け力によって接触境界に生じる湾曲が逆
になっているため、故障や動作信頼性の低下が生じる。
【００２９】ここで図２を参照する。好適実施例では、
押圧手段はスプリングシステム226と段付きボルト228等
の締め付け装置とを有している。典型的にはエラストマ
ー230が基板208とスプリングシステム226との間に配置
される。エラストマー230は、負荷分配部材として機能
し、基板208の両端に加えられる負荷を均一化するのに
使用される。
【００３０】本好適実施例では、スプリングシステム22
6は、基板208の第１の側面232に結合される２つの部分
からなるスプリングシステムとなっている。基板の第２
の側面234は、集積回路ダイの活性面222に結合されてい
る。本好適実施例では、スプリングシステム226は、ス
ペーサ240によって互いに分離された第１のプレート236
と第２のプレート238とを備えた２つの部分からなるス
プリングシステムとなっている。第１の支持プレート23
6および第２の支持プレート238は典型的には、互いに実
質的に平行になるように配置され、この場合、その２つ
の平行なプレート236,238の間隔は基本的にはスペーサ2
40の高さとなる。そのスペーサ240は、第１のプレート2
36あるいは第２のプレート238の一部とすることが可能
であり、また代替的には、別個の部品とすることが可能
である。別個の部品とする場合には、スペーサ240は典
型的には第１および第２のプレートに接着されて、安定
した接触点が提供される。代替的には、第１のプレート
236あるいは第２のプレート238に切り込みによる開口部
を形成し、その中にスペーサ240を配置して、機械的に
安定した接触点を提供することも可能である。
【００３１】スペーサ240は典型的には、第１のプレー
ト236および第２のプレート238の長さの数分の１しかな
いものとなる。スペーサ240は典型的には、第１のプレ
ート236および第２のプレート238の長さの中心部に配置
されて、力の作用点あるいは伝達点として働く。スペー
サ240は、第１のプレート236の中心で第２のプレート23
8から第１のプレート236へと力を伝達し、これにより第
１のプレート236の中心点242のまわりに湾曲が生じるよ
うにする。
【００３２】図２に示すように、電気的アセンブリ200
は、ダイ取付プレート212、基板208、およびスプリング
システム226にそれぞれ形成された複数のねじ穴244,24
6,248を有している。これらの穴244,246,248は、互いに
間隔をおいて配置されており、位置合わせのために使用
され、それらの穴244,246,248に係合する段付きボルト2
28によって使用される。ダイパッド204と基板パッド210
との間の電気的接触は、ダイ取付プレート212を基板208
に精確に位置合わせして、スプリングシステム226を介
して段付きボルト228を係合させることによって達成さ
れる。
【００３３】ダイ取付プレート212に取り付けられるダ
イ202の位置は、ダイ取付プレート212の４つのねじ穴24
4と精確に関係付けされなければならない。これは、ね
じ穴に挿入され、ダイのサイズよりも僅かに大きな開口
部を中央に有する（ダイ取付用の）テンプレートを用い
て簡単に行なうことができる。このテンプレートは、ダ
イが取り付けられて硬化した後に取り外される。更に、
基板の４つの穴の位置は、その基板上のパッドのパター
ンに正確に関係付けされなければならない。また、それ
らの穴の大きさは、位置合わせ用の段付きボルトの段部
がその中を自由に摺動できるものでなければならない。
実施例によっては、１パッケージあたり４つの穴は必要
ない。例えば、４つの取り外し可能なフリップチップが
同じダイ取付プレートを共用する場合、あるいは４つの
ダイが同じ熱拡散器を共用する場合には、穴の数を少な
くすることにより基板上の引き回しスペースが節約され
る。
【００３４】段付きボルト228がダイ取付プレート212に
ねじ込まれると、スプリングシステム226が基板208に力
を加え、エラストマー230が圧縮され、これにより、集
積回路ダイ202の接触パッド204が基板208の接触パッド2
10に接触させられることになる。スプリングシステムが
圧縮されると、そのスプリングシステムの第１のプレー
トがダイと同じ方向に僅かに曲がり、これによりダイの
曲がりが補償される。
【００３５】図６(a),(b),(c)は、図２(a)に示す実施例
に対する力の適用を示すものである。図６(a)は、段付
きボルト228がダイ取付プレート212にねじ込まれてダイ
202が基板208に向かって押圧される際における力の加え
始めを示している。段付きボルト228からの力により、
この電気的アセンブリの外周部に矢印254で示すような
力が加わることになる。説明の明瞭化のために、図６
(a),(b),(c)には段付きボルト228およびシール手段224
は図示しない。矢印254で示すように力が加えられ始め
る際には、ダイ取付プレート212およびスプリングシス
テムのプレート236,238は、本質的には基板208と平行と
なっている。矢印254aで示す下向きの力がダイ取付プレ
ート212に加えられて、そのダイ取付プレート212が基板
208上の入出力パッド210に向かって押圧される。また、
矢印254bで示す第２の力により、基板208がダイ202に向
かって上方に押圧される。
【００３６】図６(b)は、スプリングシステムの第１の
プレート236だけを示した部分的な力の分配を示す図で
ある。同図から分かるように、矢印254aで示す力によ
り、ダイ取付構造212の外周部に下向きの力が加えられ
る。同図はまた、第１のプレート236に加えられる力を
示す第２の矢印254cを示している。この力254cは、スペ
ーサ240を介して第２のプレート238から第１のプレート
236へと伝達される。第１のプレート236および第２のプ
レート238の中央近くに中心を有するスペーサ240は、第
２のプレート238から第１のプレート236の中心へと力を
伝達する。
【００３７】図６(c)は、スプリングシステムの第１の
プレート236、ダイ202、およびダイ取付構造212を含む
部分的な力の分配を示す図である。同図は、力254が加
えられた結果として生じるダイ取付プレート212、ダイ2
02、および基板208の湾曲を示している。穴224,246,248
が、ダイ202を避けるために電気的アセンブリの外周部
に設けられているため、力254による湾曲は電気的アセ
ンブリの外周部に生じることになる。図６(a),(b),(c)
に示すように、段付きボルトによる力254aによって下向
きの力が生じ、この下向きの力により、ダイ取付プレー
ト212の外縁部が屈曲されて、ダイ取付プレート212およ
び取り付けられたダイ202がそのダイ202の周囲に僅かに
凹面状をなして内側に湾曲した構造を形成することにな
る。同様に、図６(b)に示すように第１のプレート236の
中心に加えられる力254cにより、第１のプレート236
が、力が加えられる点の周りでダイ取付プレート212の
湾曲と同じ方向に湾曲する。このスプリングシステムの
第１のプレート236は、基板208に結合されているので、
その基板208もまた、力が加えられる点の周りでダイ取
付プレート212の湾曲と同じ方向に湾曲する。したがっ
て、この２つの部分からなるスプリングシステムは、ダ
イ202と基板208とを同じ方向に湾曲させる力を加えるも
のとなる。ダイ202と基板208とを同じ方向に湾曲させる
ことにより、信頼性の高い電気的接触が確実に得られ
る。ダイ202と基板208の湾曲が同じ方向であるだけでな
く同じ曲率半径を有するようにプレート236,238のサイ
ズ、厚さおよび材料を調整することにより、電気的接触
を更に良好にすることができる。
【００３８】図３、図４、および図５は、図２(a),(b)
に示すスプリングシステムの代替実施例を示すものであ
る。図３において、第１のプレート236は、第２のプレ
ート238より短いものとなっている。同図に示すスプリ
ングシステムでは、第１のプレート236は、ダイの外周
部に設けられたねじ228を越えて延びることはなく、典
型的にはダイ202に近い長さを有するものとなる。ま
た、図４に示す実施例では、基板208に結合された第１
のプレート236は、幅の狭いベース領域252と基板208に
結合された幅の広いキャップ領域254とを有するＴ字状
のものとなる。ベース領域252は、段付きボルト228を越
えて延びることはない。このベース領域252は、スペー
サ240によって第２のプレート238から分離されている。
図３および図４に示す実施例はいずれも、スペーサ240
を介して第２のプレート238から第１のプレート236の中
心へと力を伝達するものである。この力の伝達により、
第１のプレート236がダイ取付プレート212と同じ方向に
湾曲することになる。この第１のプレート236の湾曲に
より、基板208がダイ取付プレート212と同じ方向に湾曲
し、その結果として優れた電気的接触が得られることに
なる。
【００３９】図５に示す実施例では、スプリングシステ
ムは、中心部が高くなった強化カムスプリングである。
スプリング260は、ベース領域262が基板208に結合され
るように前記Ｔ字状の第１のプレート236が反転されて
いる点を除き、図４のＴ字状の第１のプレート236と同
様の形態を有するものである。また、図２に示したスプ
リングシステムと比べて、図５に示すスプリングシステ
ムは、単一のプレート状スプリング260のみから構成さ
れている。ベース領域262の長さは典型的にはダイ202の
長さと等しいものとなる。段付きボルト228は、スプリ
ング260、基板208、およびダイ取付プレート212に形成
された穴を通過する。図２ないし図４に示した実施例と
同様に、基板208の中心部に力が加えられる。スプリン
グ260のベース領域262により加えられる力によって、基
板208がダイと同じ方向に湾曲して、良好な電気的接続
が達成される。
【００４０】図２に示す取り外し可能なフリップチップ
200の製造プロセスには以下の各ステップが含まれ、即
ち、複数の接触領域を有する集積回路ダイをダイ取付構
造に取り付け、その集積回路ダイの接触領域が基板の対
応する接触領域と位置合わせされるよう前記集積回路ダ
イを前記基板と位置合わせし、前記基板を前記集積回路
ダイに向かって押圧するように力を加え、その際に第１
の力により集積回路ダイを第１の方向に湾曲させ、およ
びスプリングシステムにより加えられる力によって基板
を前記第１の方向に湾曲させる、という各ステップが含
まれる。
【００４１】図１０は電気的アセンブリの代替実施例を
示すものである。この実施例では、ｚ軸エラストマーを
用いて基板への電気的接続が提供される。同図に示す取
り外し可能なチップアセンブリ600は、ダイ取付プレー
トあるいはヒートシンク604に精確に取り付けられたダ
イ602と、そのダイの周辺部に配置されたシールリング6
06と、基板608と、ｚ軸エラストマー610と、スプリング
システム612とを備えている。本好適実施例では、ダイ
アセンブリ600は、基板608と、負荷分配部材として働く
と共に基板608をまたいで加えられる負荷を均一化する
のに使用されるスプリングシステム612との間に配置さ
れた第２のエラストマー614を備えている。
【００４２】しかし、図２ないし図７に示した実施例と
は異なり、図１０に示す実施例では、ｚ軸エラストマー
610がダイ602と基板608との間に直接配置されている。
このｚ軸エラストマー610は、一般的なフリップチップ
に見られるバンプ接点パターンの代わりに使用される。
集積回路ダイ上の接触パッドパターンは、基板上の接触
パッドパターンと一致するものである。したがって、ダ
イの接触パッドは、ｚ軸エラストマー中の垂直方向のワ
イヤを介して基板上の接点パターンに電気的に接続され
る。基板に対するダイの位置合わせは、スプリングシス
テム612により加えられる力と、段付きボルト616がねじ
込まれるダイ取付プレートのねじ穴に対応する基板中の
穴に段付きボルト616をねじ込むことにより加えられる
力との組み合わせによる圧力接触によってもたらされ
る。段付きボルト616の段部は、基板608の穴に係合する
位置合わせピンを形成するものである。
【００４３】ダイのパッド、ｚ軸エラストマー内の導電
ワイヤ、および基板上のパッドは、典型的にはエリアア
レイ上にある。現在利用可能なｚ軸エラストマーは、約
0.203mm(0.008")インチという導電ワイヤのピッチを提
供するものである。例えば、12.7mm×12.7mm(0.5"×0.
5")のダイに500個のパッドを設ける場合、エリアアレイ
構成に配置するのであればパッドピッチは約0.508mm(約
0.020")とかなり粗いものになり、これに対し、ダイの
外周部に配置する場合にはパッドピッチは約0.076mm〜
0.101mm(0.003"〜0.004")となる。ｚ軸エラストマーの
厚さは典型的には、約0.508mm〜1.016mm(0.020"〜0.04
0")の範囲となり、シリコーンシールリングの厚さは、
ｚ軸エラストマーの厚さにダイの厚さを加えたものにほ
ぼ等しいものとなる。そのエラストマーは、各接点に最
低でも約50グラムの力と約0.127mm〜0.254mm(0.005"〜
0.010")の絶対圧縮を提供する量だけ圧力がかけられる
べきである。
【００４４】図１０に示す実施例では、ダイと基板の間
の導通のためにｚ軸エラストマーが用いられるため、図
１０に示す取り外し可能な電気的アセンブリの形成プロ
セスにはダイと基板との間にｚ軸エラストマーを配置す
るステップが更に含まれる。
【００４５】一代替実施例では、ＴＡＢパッケージング
技法に変更を加えることにより取り外し可能なチップア
センブリが形成される。外側リード領域では、裸のＴＡ
Ｂテープが通常の場合と同様に（例えばはんだ付けによ
り）表面取り付けされる。しかし、このチップアセンブ
リは、例えば米国特許5,053,922号で説明されているＤ
ＴＡＢ接着システムにおける外側リード接着と同様に、
内側リード接着領域で取り外し可能な圧力接続を行なう
のに用いられる。これにより、内側リード領域をエリア
アレイ上に置くことが可能となる。本実施例では、ｚ軸
エラストマーをなくして内側リード領域におけるテープ
の裏側に通常のエラストマーを取り付けて圧力接触を提
供することができる。
【００４６】以上の説明は例示であって本発明を限定す
るものではないことを理解されたい。例えば、図３ない
し図５に示した代替的なスプリングシステムを図１０に
示したスプリングシステムの代わりに使用することが可
能である。重要な特徴は、このスプリングシステムによ
って集積回路ダイと同じ湾曲が提供されることにある。
更に、各集積回路ダイは、典型的にはそれ自体がダイ取
付プレートとスプリングシステムとを有するものとなる
が、複数の集積回路ダイが１つのダイ取付プレートまた
はスプリングシステムを共用することも可能である。し
たがって、本発明の範囲は、上記の説明からではなく、
特許請求の範囲に記載の請求項およびその請求項と等価
なもの全てから判断すべきである。
【００４７】以下においては、本発明の種々の構成要件
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。
【００４８】１．第１の主表面と第２の主表面とを有す
る接続基板と、第１の主表面と第２の主表面とを有する
集積回路ダイであって、前記第２の主表面が前記集積回
路ダイの活性側面であって複数の接触領域を有してい
る、前記集積回路ダイと、第１の主表面と第２の主表面
とを有する前記接続基板から隔置されたダイ取付構造で
あって、前記集積回路ダイの前記第１の主表面が前記ダ
イ取付プレートに結合され、前記集積回路ダイの前記第
２の主表面が前記接続基板の前記第１の主表面に電気的
に接続される、ダイ取付構造と、前記接続基板の前記第
１の主表面を前記集積回路ダイの前記第２の主表面に向
かって付勢する押圧手段であって、前記集積回路ダイを
第１の方向に湾曲させる力を加え、更に前記接続基板を
前記第１の方向に湾曲させるスプリングシステムを備え
ている、前記押圧手段とからなることを特徴とする、電
気接続アセンブリ。
【００４９】２．前記スプリングシステムが強化カムス
プリングを備えており、その強化カムスプリングがベー
ス領域とキャップ領域とを有しており、前記ベース領域
が前記接続基板の前記第２の主表面に結合されている、
前項１に記載のアセンブリ。
【００５０】３．前記ダイ取付構造の前記第２の主表面
と前記接続基板との間で前記集積回路ダイの外周部に配
置されたシールリングを更に備えている、前項１に記載
のアセンブリ。
【００５１】４．前記スプリングシステムが、隔置手段
によって互いに分離された第１および第２のプレートを
備えている、前項１に記載のアセンブリ。
【００５２】５．前記第１のプレートと前記第２のプレ
ートとが実質的に平行である、前項４に記載のアセンブ
リ。
【００５３】６．前記ダイ取付構造と前記接続基板と前
記スプリングシステムの前記第１および第２のプレート
とに開口部が形成されている、前項１に記載のアセンブ
リ。
【００５４】７．前記ダイ取付構造と前記接続基板と前
記スプリングシステムとの前記開口部が、前記ダイ取付
構造と前記接続基板と前記第１および第２のプレートと
の外周に沿って配置されている、前項６に記載のアセン
ブリ。
【００５５】８．前記ダイ取付構造と前記接続基板と前
記スプリングシステムとの前記開口部を通して配設され
た段付きボルトを更に備えており、この段付きボルトの
配設により、前記集積回路ダイの前記接触領域が前記接
続基板の前記接触領域と位置合わせされるようになって
いる、前項６に記載のアセンブリ。
【００５６】９．前記段付きボルトをねじ込むことによ
り、前記ダイ取付構造を前記集積回路ダイの周囲で下向
きの第１の方向に湾曲させる力と前記接続基板を前記集
積回路ダイに向かって上向きの第２の方向に湾曲させる
力とが生じるようになっている、前項８に記載のアセン
ブリ。
【００５７】１０．前記スプリングシステムが、スペー
サにより分離された第１および第２のプレートを備えて
おり、前記接続基板を前記第２の方向に湾曲させる前記
力が前記第２のプレートに加えられ、前記第２のプレー
トに加えられる前記力に応じて前記スペーサから前記第
１のプレートへと力が伝達される、前項９に記載のアセ
ンブリ。
【００５８】１１．前記第１のプレートに伝達された力
に応じて、前記第１のプレートが前記集積回路ダイの湾
曲の方向と同じ第１の下向きの方向に湾曲する、前項１
０に記載のアセンブリ。
【００５９】１２．前記接続基板と前記集積回路ダイと
の間に配置されたｚ軸エラストマーを更に備えている、
前項１に記載のアセンブリ。
【００６０】１３．電気接続アセンブリの形成方法であ
って、第１および第２の主表面を有する集積回路ダイを
第１および第２の主表面を有するダイ取付構造に取り付
け、前記集積回路ダイの前記第２の主表面がその集積回
路ダイの活性側面であって複数の接触領域を有してお
り、前記集積回路ダイを第１および第２の主表面を有す
る基板と位置合わせし、前記基板の前記第１の主表面が
前記集積回路ダイの前記第２の主表面上の前記複数の接
触領域に対応する複数の接触領域を有しており、前記集
積回路ダイ上の前記複数の接触領域が前記基板上の前記
複数の接触領域に電気的に接続されるように前記集積回
路ダイが前記基板と位置合わせされ、前記基板の前記第
１の主表面を前記集積回路ダイの前記第２の主表面に向
かって押圧する力を加え、この力が、前記集積回路ダイ
を第１の方向に湾曲させる第１の力と、前記基板を前記
第１の方向に湾曲させるスプリングシステムによって加
えられる第２の力とを含むものである、という各ステッ
プからなることを特徴とする、電気接続アセンブリの形
成方法。
【００６１】１４．前記集積回路ダイを前記基板に位置
合わせするステップが、前記ダイ取付構造と前記基板と
前記スプリングシステムとに開口部を形成し、その開口
部が、前記集積回路ダイの前記接触領域を前記基板の前
記接触領域と位置合わせするように精密に穿孔され、前
記ダイ取付構造と前記基板と前記スプリングシステムと
の前記開口部を通して締め付け手段を配置する、という
各ステップを更に含む、前項１３に記載の方法。
【００６２】１５．前記集積回路ダイの周囲にシール手
段を配設し、そのシール手段が、前記ダイ取付構造と前
記基板との間に位置するようにする、というステップを
更に含む、前項１３に記載の方法。
【００６３】
【発明の効果】本発明は上述のように構成したので、優
れた電気的接触を提供する信頼性の高い低コストの電気
的アセンブリであって、ダイまたは基板を損傷させるこ
となくそのアセンブリの構成要素の取り外しおよび再加
工を容易に行うことが可能な電気的アセンブリを提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電気的アセンブリの一般的な圧力接続構成を示
す断面図である。
【図２】(a)は２つの部分からなるスプリングシステム
を有する取り外し可能なフリップチップの好適実施例を
示す分解断面図であり、(b)はその組み立て後を示す断
面図である。
【図３】図２(b)の実施例の代替的なスプリングシステ
ムを組み立て後の状態で示す断面図である。
【図４】図２(b)の実施例の代替的なスプリングシステ
ムを組み立て後の状態で示す断面図である。
【図５】図２(b)の実施例の代替的なスプリングシステ
ムを組み立て後の状態で示す断面図である。
【図６】(a),(b),(c)は、図２(b)の本発明の好適実施例
に関する力の供給を示す断面図である。
【図７】４つの取り外し可能なフリップチップを配設す
るよう設計された基板上に１つの取り外し可能なフリッ
プチップを配設する場合を示す分解斜視図である。
【図８】(a),(b)は、図２の実施例に関するシリコーン
リングの配置を示す平面図および断面図である。
【図９】(a),(b)は、２つの部分からなるスプリングシ
ステムを使用しない場合における力を供給するための接
続構成を示す断面図である。
【図１０】取り外し可能なチップのためのスプリングシ
ステムの代替実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
200 電子アセンブリ 202 集積回路ダイ 204 接触パッド 208 基板 210 接触パッド 212 ダイ取付プレート 214 接着層 220 第１の側面 222 第２の側面 226 スプリングシステム 228 段付きボルト 230 エラストマー 232 第１の側面 234 第２の側面 236 第１のプレート 238 第２のプレート 240 スペーサ 244,246,248 穴
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−292837（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−142534（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−269842（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−160543（ＪＰ，Ｕ) 特表 昭63−501995（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/52 H01L 21/60 311

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１の主表面と第２の主表面とを有する接
    続基板と、 第１の主表面と第２の主表面とを有する集積回路ダイで
    あって、前記集積回路ダイの前記第２の主表面が活性側
    面であり、前記集積回路ダイの前記第２の主表面が複数
    の接触領域を有している、前記集積回路ダイと、 第１の主表面と第２の主表面とを有する前記接続基板か
    ら隔置されたダイ取付プレートであって、前記集積回路
    ダイの前記第１の主表面が前記ダイ取付プレートに結合
    され、前記集積回路ダイの前記第２の主表面が前記接続
    基板の前記第１の主表面に電気的に接続される、前記ダ
    イ取付プレートと、 前記接続基板の前記第１の主表面を前記集積回路ダイの
    前記第２の主表面に向かって押圧する押圧手段であっ
    て、前記押圧手段が前記集積回路ダイを第１の方向に湾
    曲させる力を加え、前記押圧手段が更に前記接続基板を
    前記第１の方向に湾曲させるスプリングシステムを備え
    る前記押圧手段とからなる電気接続アセンブリ。
  2. 【請求項２】前記スプリングシステムが強化カムスプリ
    ングを備えており、該強化カムスプリングが比較的狭い
    ベース領域と比較的広いキャップ領域とを含むＴ字状の
    形態を有しており、前記ベース領域が前記接続基板の前
    記第２の主表面に結合されている、請求項１に記載のア
    センブリ。
  3. 【請求項３】前記ダイ取付プレートの前記第２の主表面
    と前記接続基板との間で前記集積回路ダイの外周部に配
    置されたシールリングを更に備えている、請求項１に記
    載のアセンブリ。
  4. 【請求項４】前記スプリングシステムが、隔置手段によ
    って互いに分離された第１および第２のプレートを備え
    ている、請求項１に記載のアセンブリ。
  5. 【請求項５】前記第１のプレートと前記第２のプレート
    とが実質的に平行である、請求項４に記載のアセンブ
    リ。
  6. 【請求項６】前記ダイ取付プレートと前記接続基板と前
    記スプリングシステムの前記第１および第２のプレート
    とに開口部が形成されている、請求項４に記載のアセン
    ブリ。
  7. 【請求項７】前記ダイ取付プレートと前記接続基板と前
    記スプリングシステムとの前記開口部が、前記ダイ取付
    プレートと前記接続基板と前記第１および第２のプレー
    トとの外周に沿って配置されている、請求項６に記載の
    アセンブリ。
  8. 【請求項８】前記ダイ取付プレートと前記接続基板と前
    記スプリングシステムとの前記開口部を通して配設され
    た段付きボルトを更に備えており、この段付きボルトの
    配設により、前記集積回路ダイの前記接触領域が前記接
    続基板の前記接触領域に位置合わせされるようになって
    いる、請求項６に記載のアセンブリ。
  9. 【請求項９】前記段付きボルトをねじ込むことによっ
    て、前記ダイ取付プレートを前記集積回路ダイ周辺で下
    向きの第１の方向に湾曲させる力と、前記接続基板を前
    記集積回路ダイ方向の上向きの第２の方向に湾曲させる
    力とを生じさせる、請求項８に記載のアセンブリ。
  10. 【請求項１０】前記接続基板を第２の方向に湾曲させる
    前記力が前記第２のプレートに加えられ、前記第２のプ
    レートに加えられた力に応じて、力が前記隔離手段から
    第１のプレートへと伝達される、請求項９に記載のアセ
    ンブリ。
  11. 【請求項１１】前記第１のプレートに伝達された前記力
    に応じて、前記第１のプレートが第１の下方向に湾曲
    し、この湾曲の方向が前記集積回路ダイの湾曲と同じ方
    向である、請求項１０のアセンブリ。
  12. 【請求項１２】前記接続基板と前記集積回路ダイの間
    に、更に垂直方向に導電性のエラストマーが装備され
    る、請求項１に記載のアセンブリ。
  13. 【請求項１３】電気接続アセンブリの形成方法であっ
    て、第１および第２の主表面を有する集積回路ダイを第
    １および第２の主表面を有するダイ取付プレートに取り
    付け、前記集積回路ダイの前記第２の主表面が該集積回
    路ダイの活性側面であり、前記集積回路ダイの前記第２
    の主表面が複数の接触領域を有しており、 前記集積回路ダイを第１および第２の主表面を有する基
    板と位置合わせし、前記基板の前記第１の主表面が前記
    集積回路ダイの前記第２の主表面上の前記複数の接触領
    域に対応する複数の接触領域を有しており、前記集積回
    路ダイ上の前記複数の接触領域が前記基板上の前記複数
    の接触領域に電気的に接続されるように前記集積回路ダ
    イが前記基板と位置合わせされ、 前記基板の前記第１の主表面を前記集積回路ダイの前記
    第２の主表面に向かって押圧する力を加え、この力が、
    前記集積回路ダイを第１の方向に湾曲させる第１の力
    と、前記基板を前記第１の方向に湾曲させるスプリング
    システムによって加えられる第２の力とを含むものであ
    る、 という各ステップからなる、電気接続アセンブリの形成
    方法。
  14. 【請求項１４】前記集積回路ダイを前記基板に位置合わ
    せするステップが、 前記ダイ取付プレートと前記基板と前記スプリングシス
    テムとに開口部を形成し、その開口部が、前記集積回路
    ダイの前記接触領域を前記基板の前記接触領域と位置合
    わせするように精密に穿孔され、 前記ダイ取付プレートと前記基板と前記スプリングシス
    テムとの前記開口部を通して締め付け手段を配置する、 という各ステップを更に含む、請求項１３に記載の方
    法。
  15. 【請求項１５】前記集積回路ダイの周囲にシール手段を
    配設し、そのシール手段が、前記ダイ取付プレートと前
    記基板との間に位置するようにする、 というステップを更に含む、請求項１３に記載の方法。
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