JPH031831B2 - - Google Patents

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JPH031831B2
JPH031831B2 JP62126102A JP12610287A JPH031831B2 JP H031831 B2 JPH031831 B2 JP H031831B2 JP 62126102 A JP62126102 A JP 62126102A JP 12610287 A JP12610287 A JP 12610287A JP H031831 B2 JPH031831 B2 JP H031831B2
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printed circuit
base
stress
circuit conductor
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Jeemuzu Kyanesutaro Maikeru
Josefu Sama Uiriamu
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International Business Machines Corp
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Publication date
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Publication of JPH031831B2 publication Critical patent/JPH031831B2/ja
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Structure Of Printed Boards (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 本発明は、電子デバイスを構成する材料の熱的
性質と、基板を構成する材料の熱的性質との間の
不整合があるとき、基板上に直後に電子デバイス
を接着する技術に関する。より具体的に言えば、
本発明はシリコンを主体として作られている半導
体チツプのような電子デバイスを、例えば、エポ
キシ樹脂又は他の同様な材料をガラズ繊維に含浸
させた印刷回路基板のような有機物基板に直接に
装着する技術に関する。
Ｂ 従来の技術 電子デバイスを構成する材料の熱的性質と、上
述の基板を構成する有機物材料の熱的性質との間
の不整合がある場合でも、その基板上に、電子デ
バイスを直接に装着することがしばしば望まれ
る。例えば、電子回路基板は、シリコンを主体と
して作られた半導体チツプや、セラミツク材料を
主体として作られた半導体チツプの支持体（モジ
ユール）のような半導体デバイス上のリード（即
ち端子）を、ガラス繊維などにエポキシ樹脂又は
他の類似の材料が含浸された主として有機材料で
作られた印刷回路基板の表面に存在し固着された
回路導体へはんだ付けすることによつて作られて
いるが、そのような印刷回路基板の熱膨張係数は
電子デバイスを構成している材料の熱膨脹係数と
は著しく異なつている。例えば、若し、印刷回路
基板の製造中又は使用中の温度変化によつて、過
剰なストレス（応力）がそのような回路基板に加
えられたとすれば、これは、電子デバイスと、回
路基板上の回路導体との間のはんだ接続体を破損
し、従つて、電子デバイスを回路板から剥離させ
たり、或は他の不慮の問題を発生する。
米国特許第4413308号、同第4048438号及び同第
4026759号などに、回路が付与された基板上に電
子デバイスを装着する際に使われる或る種のスト
レス除去技術が開示されている。また、同様な技
術が1969年２月のIBMテクニカル・デイスクロ
ジヤ・ブレテン（IBM Technical Disclosure
Bulletin）のVol.11、No.９の1173頁の「チツプの
可撓性接続体」（Flexible Chip Joint）と題する
文献にも示されている。然しながら、これらの技
術は複雑であつて、例えば、米国特許等4413308
号に示されたように、電子デバイスが装着される
印刷回路基板の開孔を必要とする。また、これら
公知の技術は、例えばシリコンを主体として作ら
れた電子デバイスを、この電子デバイスを構成す
る材料の熱膨脹係数とは著しく熱膨脹係数が異な
っている基板、例えばエポキシ樹脂又は類似の他
の材料をガラス繊維に浸み込ませたような有機材
料の基板上に装着することを指向していない。
Ｃ 発明が解決しようとする問題点 従つて、本発明の目的は、電子デバイスを構成
する材料の熱的な性質と、基板を構成する材料の
熱的性質との間に不整合がある場合、基板上に直
接に電子デバイスを装着するための接続体であつ
て、比較的簡単なストレス除去用の電気接続体を
提供することにある。
本発明の他の目的は、シリコンの如き材料を主
体として作られた電子デバイスを、この電子デバ
イスを構成するシリコンの熱膨脹係数と著しく異
なつた熱膨脹係数を有する例えば、エポキシ樹脂
又は類似の他の材料をガラス繊維に浸み込ませた
ような有機物基板に直接に装着するための接続体
であつて、比較的簡単なストレス除去用の電気接
続体を提供することにある。
本発明の他の目的はそのようなストレス除去用
の電気接続体を製造する方法を提供することにあ
る。
Ｄ 問題点を解決するための手段 本発明の諸目的は、エポキシ樹脂を浸み込ませ
たガラス繊維のような有機物材料の基板上に、シ
リコンを主体として作られた半導体の支持体（モ
ジユール）のような有機物材料とは熱的な特性が
著しく異なる電子デバイスを装着する場合に、有
機物材料の基板上に回路導体の一部として可撓性
の電気接続体を設けることによつて達成すること
が出来る。各可撓性電気接続体は、基板上の回路
導体に電子デバイスを接続する所定の領域であ
る、基板の相対的に弱い接着力を持つ領域上に浮
いているストレス除去用屈曲部を有する回路導体
の一部の境界部を含んでいる。各可撓性電気接続
体は、回路導体の境界部と、電子デバイスの引き
出し部（端子）との間の電気接続を被損するか、
又は悪影響を与える熱的なストレス、又は他の歪
みの除去を与える。
本発明に従つた可撓性電気接続体は、相対的に
強い接着力を持つ領域でとり囲まれている相対的
に弱い接着力を持つ領域を形成するように、基板
の選択された表面部分を処理することによつて作
られる。従つて、基板の表面上の相対的に弱い接
着力を持つ領域に設けられたストレス除去用屈曲
部を有する境界部を有する回路導体を含む回路導
体パターンが基板上に形成されるので、これらの
回路導体の各々の境界部は基板の表面上で浮かさ
れ、他方、回路導体の残部は基板の表面上の相対
的に強い接着力を持つ領域に確実に固着される。
ストレス除去用の屈曲部を有する回路導体のこれ
らの浮いた境界部は可撓性電気接続体を形成し、
この可撓性電気接続対に対して、電子デバイスが
はんだ付け、熱圧着融着、超音波熔着、又は他の
適当な接続技術を使うことによつて接続される。
Ｅ 実施例 第１図を参照すると、複数個の回路導体１１を
有し、エポキシ樹脂を含浸させたガラス繊維を主
体として作られた印刷回路基板、又はカード１０
の一部を表わした平面図が示されており、それぞ
れの回路導体は、本発明の原理に従つた印刷回路
基板１０上に、シリコンを主体として作られた半
導体チツプ２０を直接に装着するための、可撓性
の電気接続体を備えた印刷回路基板１０の相対的
に弱い接着力を持つ領域に２に設けられた端子１
６を有していることが示されている。例えば、若
し半導体チツプ２０が６ミリメートル平方のデバ
イスであるとすれば、弱い接着力の領域２は約15
ミリメートル平方の領域である。然しながら、チ
ツプ２０及び印刷回路基板１０の対応領域２は実
際に即した寸法に選ばれることは注意を要する。
回路導体１１の各々は銅又は他の適当な導電体
で作られており、且つ回路導体１１へ接続される
半導体チツプ２０と適合するような寸法にされて
いる。例えば、若し半導体チツプ２０が上述のよ
うな６ミリメートル平方のデバイスであれば、各
回路導体１１は、約7.6乃至12.7ミクロン（約３
乃至５ミル）の幅と、約12.7乃至35.6ミクロン
（約５乃至14ミル）の高さを有し、そして回路導
体１１の間隔は約24.4乃至152.4ミクロン（10乃
至60ミル）である。
各回路導体11の境界部（terminus）１６は、
印刷回路基板１０の表面上で「浮いて」（float）
おり、そして印刷回路基板１０上の回路導体１１
に対するチツプ２０の物理的、電気的接続の両方
に影響するストレス、特に熱的ストレスを軽減す
るためのストレス除法用の屈曲部１７を含んでい
る。ここで使われる「浮く」という術語は、印刷
回路基板１０の領域２において、各回路導体１１
の境界部１６が、所定の位置に固着されるよう
に、印刷回路基板１０との接触面と充分に接着さ
れてはいないが、然し、境界部１６の全体の移動
は妨げるように、印刷回路基板１０との接触面と
は充分に接着されていることを意味する。従つ
て、各回路導体の境界部１６は、回路導体１１の
電気及び機械的の全体的な特性に悪影響を与える
ことなくストレスを除去するために、印刷回路基
板１０の表面上を動く（浮く）ことが出来る。
印刷回路基板１０の相対的に弱い接着力の領域
２とは対照的に、印刷回路基板１０の領域２を完
全に取り巻く印刷回路基板１０の領域４におい
て、各印刷回路導体１１の部分１９は、印刷回路
基板１０の所定の位置に各回路導体１１の部分１
９を固定するために、印刷回路基板１０の接触面
と充分に接着している。例えば、各回路導体１１
の境界部１６は、領域２において、１ミリメート
ル当り約0.35ニュートン（１インチ当り約２ポン
ド）以下の弱い力で下層の印刷回路基板１０と接
着しているのに反して、各回路導体１１の部分１
９は、領域４において、１ミリメートル当り少な
くとも約0.88ニユートン（１インチ当り約５ポン
ド）の力で下層の印刷回路基板１０と接着してい
る。印刷回路基板１０の各回路導体の領域２の境
界部１６と、領域４の部分１９との間の接着力の
この差異は、本発明の原理に従つた比較的簡単な
ストレス除去用の電気接続体を与えるにための重
要な要件である。
第１図に示されているように、各回路導体１１
のストレス除去用の屈曲部は全体としてＵ字形を
しており、Ｕ字形の部分は回路導体の幅Ｂの約２
乃至３倍の高さＡと、回路導体の幅Ｂの約４乃至
６倍の幅Ｃとを待つのが好ましい。例えば、若し
各回路導体が約7.6ミクロン（３ミル）の幅Ｂを
持つているとすれば、全体としてＵ字形のストレ
ス除去用の屈曲部17は約15.2乃至22.8ミクロン
（約６乃至９ミル）の高さＡと、約30.4乃至45.6
ミクロン（12乃至18ミル）の幅Ｃを持つのが好ま
しい。然しながら、各回路導体１１の境界部１６
のストレス除去用屈曲部１７は、不必要なストレ
スを除去する能力を有する任意の寸法及び構造に
することが可能であり、且つ各ストレス除去用屈
曲部１７の寸法及び構造が回路導体１１のために
適当な全体的パターンを与えるよう設計されてい
る限りにおいて、各ストレス除去用の屈曲部１７
は必要に応じて異なつた寸法及び構造にすること
が出来る。所望の回路導体の密度を維持するため
に、ストレス除去用の屈曲部１７の特に好ましい
構造は、ストレス除去用屈曲部を有する回路導体
が隣り同志平行に敷設され、ストレス除去用屈曲
部が比較的低い高さ（即ち、全体として明確でな
いＵ字形の弧状）で揃えられているような入れ子
にされた（nested）構成である。
第２図は、第１図の線Ｉ−Ｉに沿つて切断し
た、半導体チツプ２０を装着した印刷回路基板１
０の断面図である。第２図に示されたように、半
導体チヅプ２０は電気的な端子（引き出し部）３
０を有しており、その端子は回路導体１１の境界
部１６へはんだ柱１４によつて物理的及び電気的
に接続されている。例えば、半導体チツプ２０の
端子３０と、回路導体１１の境界部１６との間の
各接続ははんだリフロー接続（Ｃ−４）である。
然しながら、半導体チツプ２０の電気的端子３０
は、必要に応じて、ワイヤ・ボンデイング又は他
の適当な接続技術によつて回路導体１１の境界部
１６に接続することが出来る。
また、第２図に示されているように、印刷回路
基板１０は表面領域２（第１図参照）を有する基
部１２を含んでおり、その領域各回路導体１１の
境界部１６は、その領域２に対して境界部１６を
所定の位置に充分に固定するほど接着しておら
ず、従つて、境界部１６は上述したようにストレ
スの除去を与えるために、基部１２のこの領域２
の上で浮いている。印刷回路基板１０の領域４
（第１図参照）において、回路導体１１の部分１
９は、下層の基体部１２と充分に接着して、回路
導体１１を印刷回路基板１０の所定の位置に固定
している。
また、第１図及び第２図は印刷回路基板１０上
に接着された主としてシリコンで作られた半導体
チツプ２０を示しているけれども、他の適宜の電
子デバイスを本発明に従つて印刷回路基板１０上
に装着することが出来る。例えば、適当な電気端
子を有する抵抗又はコンデンサを印刷回路基板１
０上に装着することが可能であり、また、半導体
チツプを装着したセラミツクモジユールも本発明
に従つて印刷回路基板１０上に直接装着すること
が出来る。
動作について説明すると、比較的弱い接着力の
領域２の所にある回路導体１１の境界部１６にチ
ツプ２０の端子３０を接続することによつて、半
導体チツプ２０、又は他の適当な電子デバイスが
印刷回路基板１０に装着された後、端子３０と境
界部１６との間のこれらの接続部１４における不
要なストレスは、各境界部１６が印刷回路基板１
０の表面から浮いており、且つ各境界部がストレ
ス除去用屈曲部１７を持つているので、除去され
る。その結果、例えば印刷回路基板に電子デバイ
スを装着する場合とか印刷回路基板１０の動作中
などに生ずる温度変化や、印刷回路基板の物理的
な歪みや他のストレスを生じさせる現象によつて
発生される不要なストレスが除去される。このス
トレス除去作用はチツプ２０が印刷回路基板１０
上の回路導体から電気的に切断し、物理的に剥離
するのを妨げるので、印刷回路基板１０の信頼性
を向上させる。
上述した可撓性の電気接続体は第３図及び第４
図を参照して説明される本発明の方法によつて作
られるものが好ましい。第３図及び第４図は第１
図の線−に沿つて切断した断面図であつて、
本発明に従つて可撓性電気接続体を製造する良好
な実施例の方法のステツプの一部を説明するため
の摸式図である。
第３図を参照すると、先ず、銅のような材料の
相対的に薄い層15を相対的に厚い基板１２上に設
ける。上述したように、基部１２は有機物材料で
作られるのが好ましい。代表的な基部１２は、エ
ポキシ樹脂を浸み込ませたガラス繊維を複数層積
層することにより作られた厚さ約1026乃至1538ミ
クロン（40乃至60ミル）を持つ矩形の基板であ
る。例えば、層15は厚さが約5.1ミクロン（約２
ミル）の銅の薄層である。このような銅層15は任
意の適当な処理を経て、上述したような有機物の
基部１２に設けられる。例えば、「引剥し銅箔」
（peal apart copper）と適当なキヤリヤ（例え
ば銅製の担体）との間に剥離層を有する引剥し銅
箔のシートを基部の表面に付着させる。次に、キ
ヤリヤと剥離層は引剥し銅箔から取り除かれて、
引剥し銅箔は下側の有機物の基部１２に接着し
て、有機物の基部１２上の銅層として所定の場所
に残留する。このような「引剥し銅箔」という製
品はニユージヤージ州のボーデンタウン
（Bordentown.New Jersey）所在のイエーツ社
（Yates、 Inc.）により市販されている。
更に第３図を参照すると、銅層15を有機物基部
１２上に設けた後、イー・アイ・デユポン社によ
り市販されている3515ホトレジストのようなホト
レジスト材料２１の層が銅層15の上に添加され
る。次に、ホトレジスト材料２１は通常のホトレ
ジスト処理技術に従つて露光され、現像されて、
印刷回路基板１０の基部１２の相対的に弱い接着
力の領域15上に設けられる各回路導体１１のスト
レス除去用屈曲部１７を有する境界部16だけの像
（イメージ）を形成する。第３図は銅層15を有す
る有機物基部１２の断面図があつて、銅層15上に
は、相対的に弱い接着力の領域２の中に所定のイ
メージを形成するように露光され現像されたホト
レジスト材料２１がある。
第３図及び第４図を参照して説明を続けると、
各回路導体１１のストレス除去用屈曲部１７を有
する境界部１６の所望のイメージが、相対的に弱
い接着力の領域２の中の銅層15上の露光され現像
されたホトレジスト材料２１によつて形成された
後、ホトレジスト材料２１によつて覆われていな
い銅層15の部分は、任意の適当な銅の蝕刻処理を
使うことによつて除去されて、ホトレジスト材料
２１によつて保護されている領域の銅層だけが残
される。次に、ホトレジスト材料２１は、任意の
適当なホトレジスト剥離技術を使うことにより除
去される。
上述したようにホトレジスト材料２１を除去し
た後、デラウエアのウイルミントン
（Wilmington）所在のヘレクレス・パウダ社
（Hercules Powder Co.）で市販されているレテ
ン（Reten）210のようなカチオン界面活性剤が、
境界部１６のパターンを有する銅層15を有する基
部１２の領域２と、基部１２上に形成されるべき
各回路導体１１のストレス除去用屈曲部１７とを
含む基部１２の全面に添加される。表面活性剤の
この添加工程の後、例えば、米国特許第4448804
号に示されているようなコロイド錫／パラジウム
のたね層を基部１２の全表面に成長させる工程が
続く。次に、デユポン社で市販しているリスト
ン・タイプT167ホトレジストの如きホトレジス
トの他の層（図示せず）が基部１２の全表面に添
加される。ホトレジストのこの第２層は、基部１
２に設けられるべき全回路導体のパターンの陰画
のイメージを形成するために、通常のホトレジス
ト処理技術に従つて露光され現像される。より詳
細に説明すると、ホトレジストの第２層は、領域
２の中のストレス除去用屈曲部１７を有する境界
部１６と、回路導体１１の領域４の中の部分１９
とを含んで、印刷回路基板１０の基部１２上に形
成されるべきすべての回路導体１１に対応する陰
画のイメージを形成するように、露光され現像さ
れる。
回路導体全体のパターンの所望の陰画のイメー
ジがホトレジスト材料の第２層を露光し且つ現像
することによつて基部１２上に形成された後、ホ
トレジストで覆われていない基部１２の領域の上
に銅を可とする導電材料を被着することにより回
路導体１１が形成される。上述のホトレジストで
覆われていない領域は、上述の第１のホトレジス
ト工程後に基部１２上に残され、且つ各回路導体
１１のストレス除去用の屈曲部１７を有する境界
部１６の構成でパターン化されている銅層15を有
する基部１２の領域を含んでいる。導電材料は回
路導体１１を形成するための任意の適当な方法で
基部１２上に被着される。例えば、銅層は、回路
導体１１を形成するため、通常の被着
（additive）銅めつき処理を使うことによつて基
部１２上に被着される。所望の回路導体１１の陰
画イメージを形成しているホトレジストは、第４
図に示された構造を残すために、任意の適当なホ
トレジスト剥離処理を施すことによつて除去され
る。
第１図に良く示されているように、上述の方法
は、印刷回路基板１０の基部１２の相対的に弱い
接着力の領域２上で浮いているストレス除去用屈
曲部１７を有する境界部１６を持ち、且つ印刷回
路基板１０の基部１２の相対的に強い接着力領域
４上に固定された部分１９を持つ各回路導体１１
を作ることになる。各回路導体１１のストレス除
去用屈曲部１７を有する境界部１６は、上述した
ように、カチオン界面活性剤で下層の銅層を処理
することによつて、印刷回路基板１０の基部１２
の領域２の表面に浮くことになる。この処理は、
処理を施さない場合に比べて、印刷回路基板１０
の基部１２上の下側の銅層15に対して、各回路導
体１１のストレス除去用屈曲部１７を有する境界
部１６の接着力を劇的に減少させる。例えば、こ
の処理は、銅対銅の接着力を１ミリメートル当り
約2.64ニユートン（１インチ当り約15ポンド）か
ら１ミリメートル当り約0.18乃至0.35ニユートン
（１インチ当たり約１乃至２ポンド）に減少する。
銅層15はこの領域４には存在せず、且つコロイド
錫／パラジウムのたねの被着が後続するカチオン
界面活性剤処理が、未処理のものの接着力に比べ
て、この領域４の接着力を増加するように作用す
るので、上述した場合とは逆に、この処理は、領
域４における印刷回路基板１０の基部１２に対し
て、各回路導体１１の部分１９の接着力を劇的に
増加する。例えば、この処理は、銅対ガラス／エ
ポキシ樹脂の接着力を、１ミリメートル当たり約
0.35乃至0.53ニユートン（１インチ当り約２乃至
３ポンド）から、１ミリメートル当り約0.70乃至
0.88ニユートン（１インチ当り約４乃至５ポン
ド）に増加する。
このように、本発明の上述の実施例の方法は、
既に述べたように、印刷回路基板１０上に電子デ
バイスを直接に装着するのに使うことの出来る相
対的に弱い接着力の領域２上に浮いているストレ
ス除去用屈曲部１７を有する境界部１６を持つ
夫々の回路導体を設けることが出来る。勿論、印
刷回路基板１０上の基部１２上に、相対的に弱い
接着力を有する領域２を作るための他の方法があ
る。
例えば、第１番目のホトレジスト材料２１を添
加する前に、基部１２上に置かれた銅層15全体が
基部１２から蝕刻し除去され、次に、印刷回路基
板１０の領域２のすべての部分は覆わないで、領
域４だけを保護するように、ホトレジスト材料２
１が添加され、露光され且つ現像されることを除
いて、上述の方法を実施する。次に、開放された
開口領域２は濃硫酸、又は気相ブラストで処理
し、その後、残りの工程は上述の方法が適用され
る。開口領域２の濃硫酸処理又は気相ブラスト処
理は処理が施されない場合に比べて、印刷回路基
板１０の基部１２の領域２に対して、回路導体１
１の接着力の減少をもたらす。その他の方法とし
て、銅層15を基部１２の表面に接着する前に、銅
層15を硫酸、気相ブラスト又は蝕刻によつて選択
的な前処理を施し、そして、選択的に前処理が施
された銅層15の面を基部１２の表面に向けて、基
部１２上に銅層を積層することを除いて、上述の
方法を適用する方法がある。この選択的な前処理
は、銅層15上に平滑な領域を発生させ、この銅層
の平滑な領域は、銅層15を積層し、且つ後の工程
で銅層15を完全に除去した後に、基部１２の表面
上に平滑な領域を作らせ、この基部１２の表面上
の平滑な領域は、印刷回路基板１０の基部１２の
相対的に弱い接着力の領域２を形成するために必
要な、各回路導体１１の境界部１６のパターンを
持つよう選択された銅層15上の平滑な領域に対応
するものである。印刷回路基板１０の領域２の中
にこの選択された平滑さは、非処理の場合に比べ
て、印刷回路基板１０の基部１２のこの領域２に
対して、回路導体１１の接着力を減少する。
Ｆ 発明の効果 本発明は、熱膨脹係数が相異する電子デバイス
と回路基板などの接続部において、例えば印刷回
路基板に電子デバイスを装着する際とか、印刷回
路基板の動作中などに生ずる温度変化や、印刷回
路基板の物理的な歪みなどにより発生される接続
部のストレスを除去して、印刷回路基板の信頼性
を向上させる。
【図面の簡単な説明】
第１図はエポキシ樹脂又は類似の材料を浸み込
ませたガラス繊維のような有機物材料で作られた
印刷回路基板上に、シリコンのような材料を主体
として作られた半導体チツプを、本発明に従つた
ストレス除去用の複数個の可撓性電気接続体を使
つて直接に装着した印刷回路基板の一部を示す平
面図、第２図は半導体チツプが装着された第１図
の印刷回路基板を線−に沿つて切断した断面
図、第３図及び第４図は第１図の線−に沿つ
て切断した断面図であつて、本発明の可撓性電気
接続体を製造する方法の工程の一部を説明するた
めの模式図である。 ２……弱い接着力の領域、４……強い接着力の
領域、１０……印刷回路基板、１１……回路導
体、１６……回路導体の境界部、１７……ストレ
ス除去用屈曲部、２０……半導体チツプ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 回路基板と、この回路基板上に実装される部
    品と、上記回路基板上に設けられ、上記部品の所
    定箇所と電気的かつ機械的に結合される少なくと
    も１本の導体線とを有し、かつこの導体線は上記
    部品の周辺において他の領域よりも弱い接着力で
    上記回路基板に接着され、さらにこの周辺におい
    てストレス除去用の屈曲部を有することを特徴と
    する回路基板装置。
JP62126102A 1986-10-06 1987-05-25 回路基板装置 Granted JPS6396934A (ja)

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US915485 1992-07-17

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JPS6396934A JPS6396934A (ja) 1988-04-27
JPH031831B2 true JPH031831B2 (ja) 1991-01-11

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