KR19990022864A - 테이프 볼 그리드 어레이 회로용 유연성 리드 - Google Patents

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디. 쉘러 랜돌프
제이. 윈드쉬틀 데이비드
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스프레이그 로버트 월터
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Abstract

유연성 회로 구조체는 중합체 시트와, 이 중합체 시트에 있는 관통홀과, 중합체 시트상에 배치된 금속 회로를 포함한다. 회로는 납땝 볼이 이후에 부착되는 관통홀에 부분적으로 걸쳐지는 캔틸레버 단부에서 종단된다. 캔틸레버 단부는 납땜 볼로 하여금 유연성 회로에 대하여 이동가능하게 함으로써, 정렬 오류와 차동 열 팽창 효과를 보상하게 된다.

Description

테이프 볼 그리드 어레이 회로용 유연성 리드
전자 장치용의 일반적인 패키지 구성은 집적회로가 보호용 중합체로 캡슐화된 소위 4-평면 팩(quid flat pack)이다. 이 구조는 회로 기판과 같은 다른 전자 소자에 연결하기 위해 캡슐을 빠져나가는 다수의 유연성 리드(flexible lead)를 갖는 정사각형이다. 리드의 유연성에 의해, 4-평면 팩과 회로 기판을 구비하는 중합체 사이의 차동 열 팽창을 보상하여, 리드를 회로 기판에 연결하는 납땜 접속이 파손되는 것을 방지하게 된다.
테이프 볼 그리드 어레이(TBGA) 소자는 다수의 입력 및 출력을 가진 집적회로를 수용하고 제조 비용을 감소시키기 위해, 4-평면 팩 구조에 대한 대체용으로 제안되어 왔다. 이러한 TBGA 소자는 유연성 중합체 베이스 시트를 포함하는데, 이 시트에는 적어도 한 면상에 금속층이 배치된다. 이 베이스에는 통상적으로 금속 스티프너(stiffener)가 접착되며, 납땜 볼 어레이는 금속층에 의해 한정된 회로에 부착됨으로써, 회로 기판에 연결될 수 있다. 불행하게도, 이러한 구성은 베이스에 대하여 납땜 볼의 양호한 유연성을 제공하지 못하기 때문에, 중합체의 납땜 볼과 금속층 사이의 납땜 접속이 균열 또는 파손되는 문제점이 발생한다.
TBGA 패키지의 구성을 향상시키기 위해, 4-평면 팩의 성능을 매칭시키는 것이 필요하다.
본 발명은 일반적으로 유연성 회로 구성, 특히 테이프 볼 그리드 어레이(TBGA) 유연성 회로 구성과 이러한 회로 구성에 형성된 접촉체에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 유연성 회로 구조체와 이 구조체에 부착된 납땜 볼을 나타낸 단면도.
도 2는 도 1의 유연성 회로중에서 하나의 회로 트레이스의 단부를 나타내는 상면도.
도 3은 도 1의 유연성 회로의 일부와 이 회로에 부착된 납땜 볼을 나타내고, 납땜 볼이 유연성 회로에 부착된 후 이 납땜 볼을 처리하기 위한 장치를 나타낸 단면도.
도 4는 도 3의 장치에 의해 납땜 볼을 처리한 결과를 나타내는 유연성 회로의 일부와 이 회로에 부착된 납땜 볼을 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 유연성 회로의 다른 실시예를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 유연성 회로의 또 다른 실시예를 나타낸 도면.
본 발명에 따른 TBGA 패키지는 이 패키지와 기판 사이에서 열 팽창 계수가 다르기 때문에, 열 순환 동안 볼 그리드 어레이 납땜 접속에서 발생할 수 있는 강도의 약화를 방지한다. 본 발명에 따라, 유연성 회로 기판은 이 유연성 회로 기판의 단부에서 관통홀에 걸쳐지는 캔틸레버 빔(cantilever beam)을 포함하도록 구성된다. 납땜 볼은 종래의 방법에 의해 캔틸레버 빔에 부착된다. 캔틸레버 빔이 아래쪽으로 구부러져서 볼은 유연성 회로에 대하여 어느 정도의 유동성을 가지는 것이 바람직하다. 이러한 부가된 유동성으로 인해, 열 순환 동안 생긴 스트레스 레벨을 감소시키게 되고, 이로써 패키지의 내구성을 증가시키며, 표면 장착 동안 각각의 볼이 납땜 페이스트와 접촉하는 것을 보장하는 패키지와 기판 사이의 공평면성(coplanarity)을 향상시키게 된다.
특히, 본 발명은 납땜 볼에 부착하기 위한 유연성 회로 구성이며, 납땜 볼은 2개의 주표면을 갖는 유연성 중합체 시트와, 이 중합체 시트를 통과하여 연장하는 적어도 하나의 관통홀과, 중합체층의 적어도 하나의 주표면상에 배치되며 전기 회로가 관통홀의 리드에서 종단되도록 한정하는 금속과, 관통홀을 거쳐 한 방향으로 연장하여 중합체 시트의 주표면과 수직인 방향으로의 이동이 자유로운 캔틸레버 단부를 한정하는 리드를 구비한다. 관통홀은 리드를 따라 연장될 수 있으며, 중합체 시트는 인접한 리드를 절단할 수 있기 때문에, 캔틸레버의 효율적인 길이를 증가시킬 수 있으며, 캔틸레버 단부의 이동 범위와 유연성을 증가시킬 수 있다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 기술될 것이며, 동일 번호는 동일 부분을 나타낸다.
도 1은 유연성 회로(10)를 나타내며, 일반적으로 이러한 구성이 사용된다. 유연성 회로(10)는 일반적으로 폴리이미드로 만들어진 중합체 시트(12)와, 일반적으로 구리로 만들어진 금속을 포함하며, 이 금속은 중합체 시트(12)의 적어도 하나의 주표면상에 배치되어 전기적 회로(14)를 한정하게 된다. 도 1에 있어서, 금속(14)의 상부층은 신호 트레이스(16)를 한정하고, 하부층은 접지 평면(18)을 한정하게 된다. 어떤 경우에 있어서, 접지 평면(18)은 존재하지 않으며, 그래서 중합체 시트(12)는 단지 하나의 금속층만을 포함하게 된다.
유연성 회로(10)는 일반적으로 접착제(22)에 의해 스티프너(20)에 부착된다. 이 스티프너(20)에 의해 유연성 회로(10)는 치수 안정성을 갖게 된다. 집적회로는 일반적으로 와이어 본딩, 열 압축 본딩 또는 플립 칩(flip chip) 기술과 같은 종래 기술을 이용하여 신호 트레이스(16)와 접지 평면(18)에 접속된다.
유연성 회로(10)의 조립체, 이 조립체의 스티프너(20) 및 다른 소자는 일반적으로 종래의 인쇄 회로 기판에 부착된다. 이러한 부착은 유연성 회로(10)에 납땜된 납땜 볼(24)에 의해 부착되어 대량으로 리플로우시켜 인쇄 회로 기판에 납땜된다. 납땜 볼을 유연성 회로(10)에 부착시키는 것은 각각의 납땜 볼(24)을 중합체 시트(12)에 형성된 관통홀(26)을 통해 적절한 회로 트레이스(16)에 납땜시키므로써 달성된다. 종래의 유연성 회로 구성에 있어서, 회로 트레이스(16)는 관통홀(26)위에 걸쳐지므로써, 유연성 회로에 대하여 제위치에 단단히 유지된다. 이러한 경직성으로 인해, 여러 가지 소자가 온도 변화에 의해 치수가 변할 때 조립체에서의 스트레스가 생기는데, 특히 납땜 결합에서의 납땜 볼(24)에서 스트레스가 생긴다. 이 경우, 이러한 스트레스의 결과 구성요소나 부착 부위가 파손될 수 있으며 소자가 파괴될 수 있다.
본 발명은 이러한 스트레스를 제거하기 위한 것으로서, 회로 트레이스(16)가 관통홀(26)에 완전히 걸쳐지지 않게 관통홀(26)에서 종단됨으로써 이러한 스트레스를 제거한다. 도 2에 잘 도시되어 있으며, 여기서 회로 트레이스(16)는 관통홀(26)을 단지 한 방향으로 가로지르며 연장된 캔틸레버 단부(30)를 포함하는 연장된 리드(28)내에서 종단된다.
납땜 볼(24)은 종래기술에 의해 캔틸레버 단부(30)에 부착되며, 캔틸레버 단부(30)는 회로 트레이스와는 달리 중합체 시트(12)에 대하여 이동가능하다는 사실에 의해 중합체 시트(12)에 대하여 자유롭게 이동된다. 자유 단부(30)의 유연성 및 스프링 상수는 캔틸레버 단부(30)의 폭과 두께의 선택에 의해 조정될 수 있다.
도 3은 캔틸레버 단부(30)를 관통홀(26) 안으로 구부려서 납땜 볼(24)의 유동성을 증가시키는 방법을 나타낸다. 고정장치(32)는 납땜 볼(24)을 수용할 수 있는 크기의 채널(34)을 포함한다. 일단 위치되면, 고정장치(32)는 유연성 회로(10)에 대하여 이동(도 3에서는 왼쪽으로 도시)되어, 캔틸레버 단부(30)는 도 4에 도시된 위치로 구부러지게 된다. 도 3은 동시에 결합시킨 많은 납땜 볼(24)중 하나만이 도시되어 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 납땜 볼(24)은 통상적으로 많은 열과 행으로 정렬되어, 이것이 테이프 볼 그리드 어레이의 어레이 부분이 된다. 고정장치는 어레이에 존재하는 다수 열로된 납땜 볼(24)을 수용하기 위해 일련의 채널(34)을 형성할 것이다. 물론, 도 3은 납땜 볼(24)을 편향시키는 한가지 방법이 도시되어 있지만 다른 것도 가능하다. 예를 들어, 캔틸레버 단부(30)와 접촉하는 돌출부에 의해 위로부터 캔틸레버 단부(30)를 편향시키는 것이 가능하다.
도 4에 도시된 캔틸레버 단부(30)와 납땜 볼(24)의 최종 구조에 의해 납땜 볼(24)은 수직 및 수평 방향으로 이동가능하여, 열적 효과에 의한 접속되는 소자의 이동을 수용하고, 제조 허용도, 납땜 볼(24)의 크기차 또는 소자의 뒤틀림 등에 의한 납땜 볼(24)의 어떤 정렬 오류도 처리할 수 있다.
도 5에는 캔틸레버 단부(30)의 유연성과 범위를 증가시키는 한가지 방법이 도시되어 있다. 여기서 2개의 절단부가 회로 트레이스(16)의 방향으로 인접하여 중합체 시트(12)내에 형성된다. 이것으로, 중합체 시트(12)는 캔틸레버 단부(30)의 부근에서 구부러질 수 있으며, 납땜 볼(24)에서 이용가능한 이동에 도움이 된다.
도 6에는 캔틸레버 단부(30)의 유연성과 범위를 증가시키는 다른 방법에 도시되어 있다. 여기서, 관통홀(26)의 형태는 회로 리드(28)의 길이를 아래로 더욱 연장시키기 위해 그 형태가 변경됨으로써, 캔틸레버 단부(30)의 자유 길이가 증가하게 된다.
그러므로, 테이프 볼 그리드 어레이 소자에서 납땜 볼의 이동을 가능하게 하여 정렬 오류를 수용하기 위해 조립체의 성능을 증가시키고 열 확장 효과를 감소시키는 개선된 유연성 회로가 개시되어 있다. 본 발명이 비록 일부 특정 실시예에 대해서만 설명되었지만 적절한 변경을 가하여 다른 태양으로도 실시 가능하다. 즉, 첨부된 청구범위의 개념과 범위는 본 명세서에 개시된 실시예에만 한정되지 않는다. 예를 들어, 캔틸레버 단부(30)의 형태는 크게 바뀔 수 있다. 또는 하나의 절단부(36) 또는 상이한 형태의 차단부(36)가 도 5에 도시된 차단부와는 다르게 캔틸레버 단부(30)의 유연성을 증가시키기 위해 이용될 수 있다. 다른 예를 들면, 캔틸레버 단부가 납땜 볼에 대하여 중합체 시트의 대향 측면에 위치하는 것으로 도시되어 있지만, 리드와 이것은 캔틸레버 단부는 납땜 마스크가 이후 부착된 납땜 볼에 대해 캔틸레버 단부를 한정하는데 사용되는 경우, 납땜 볼로서 중합체 시트의 동일 측면상에 위치될 수 있을 것이다. 이러한 캔틸레버 단부는 상기 기술된 것과 유사한 방식으로 편향된다. 또한, 캔틸레버 단부 구조는 유연성 회로 구성에 한정되지 않는다. 이 원리는 경직된 인쇄 회로 기판에 똑같이 적용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 납땜 볼에 부착하기 위한 회로 구조체에 있어서,
    2개의 주표면을 갖는 베이스와;
    상기 베이스의 적어도 하나의 주표면상에 배치되어, 상기 베이스의 주표면에 수직인 방향으로 이동이 자유로운 캔틸레버 단부에서 종단하는 전기 회로를 한정하는 금속을 구비하는 것을 특징으로 하는 회로 구조체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 베이스는 관통홀을 포함하는 유연성 중합체 시트이며, 상기 캔틸레버 단부는 상기 관통홀의 일부에만 걸쳐지는 것을 특징으로 하는 회로 구조체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 캔틸레버 단부는 상기 금속이 배치되는 주표면에 대향하여 상기 중합체 시트의 주표면을 향해 상기 관통홀 안으로 연장하도록 구부러진 것을 특징으로 하는 회로 구조체.
  4. 제2항에 있어서, 상기 유연성 시트는 상기 관통홀에 인접하여 절단됨으로써, 상기 캔틸레버 단부가 상기 중합체 시트의 평면에 대하여 더 크게 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 회로 구조체.
  5. 제4항에 있어서, 상기 중합체 시트는 상기 리드에 인접한 관통홀로부터 연장하는 2개의 절단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 구조체.
  6. 제2항에 있어서, 상기 관통홀에 인접하여 접촉된 중합체 시트를 관통하며, 상기 관통홀의 연장을 증가시키도록 상기 리드 위에 배치되어 상기 캔틸레버 단부의 이동 범위, 길이 및 유연성을 증가시키는 다른 홀을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 구조체.
KR1019970709333A 1995-06-16 1996-05-03 테이프 볼 그리드 어레이 회로용 유연성 리드 KR19990022864A (ko)

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