KR920002720B1 - 전자부품의 접속구조와 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

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Description

전자부품의 접속구조와 그의 제조방법
제1도는 본 발명에 관한 도전성판 용수철을 나타내는 구성도.
제1a도는 절연 시트상에 일괄적으로 성형된 도전성판 용수철의 평면도.
제1b도, 제1c도는 제1a도에 있어서의 A-A'부분의 단면도.
제1c도는 제1b도에 있어서 도전성판 용수철을 수직방향으로 변위시켰을때를 나타내는 단면도.
제2도는 LSI칩과 배선 기판 및 냉각체의 위치관계를 도시한 도면.
제2a도는 LSI칩과 배선기판 및 냉각체를 일체화하기전의 모양을 도시한 도면으로 각 칩마다 높이의 불안정이 생기는 것을 나타내고.
제2b도는 열 접속부를 거쳐서 일체화한 구성을 도시한 도면.
제3a도∼제3d도는 본 발명에 관한 접속구조의 제조방법을 도시하기 위한 공정도.
제4a도∼제4c도는 종래의 접속구조를 도시한 도면.
본 발명은 LSI칩드의 전자부품을 기판에 전기접속하는 접속구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.
다수의 전기 접속성을 갖는 LSI칩등의 전자부품(이하 칩이라 칭한다)을 기판에 직접 땜납 접속하는 방법으로서 플립 칩 본딩이 있다. 그러나 기판에 세라믹이나 글라스 에폭시계등의 재료를 사용할 경우, 칩과 기판 재료의 팽창계수가 다르기 때문에, 온도 변화에 의한 열팽차의 차가 땜납 결합부에 작용하여 결합 파괴 수명을 저하시키는 문제가 있었다.
이 문제에 대하여 일본국 특허 공개 공보 소화 61-110441호＂마이크로 일렉트로닉 소자를 전기적으로 접속하기 위한 변형 가능한 멀티 결합의 제조＂에 있어서, 수평 방향의 열팽창의 차를 흡수하는 구조에 대해서의 보고가 있다. 제4도는 상기 보고에 의한 종래 구조의 개념도이지만, 높이가 최소 가로 방향 치수의 수배인 도전성판 용수철(100)이 2개의 도전성핀(101), (102)에 결합되어 각 도전성핀(101), (102)는 칩(3)과 기판(4)에 접속되어 있다. 도전성판 용수철(100)이 칩(3)과 기판(4)의 수평 열팽창의 차를 흡수하여 땜납(31)의 전단 응력을 경감하도록 작용하여 결합 파괴 수명을 연장하는 작용을 한다.
그런데, 상기한 종래 구조는 칩(3)의 배면(상면)에 열접속되는 냉각체의 압착 압력에 견디기 위해서 수직 방향에 대해서 충분한 강성이 확보되어 수직방향으로 변위하지 않는 구조가 취해지고 있다. 이 때문에 칩(3)의 냉각수단에 대하여 다음의 과제가 존재하고 있었다.
또한, 제4도에 있어서의 (32)는 칩 전극, (42)는 기판 전극이다. 동일 기판에 접속된 여러개의 칩을 배면(상면)에서 냉각할 경우를 생각한다. 상기한 종래의 접속 구조에서는 여러개의 칩을 동일 기판에 접속했을 때 기판이 휘어지거나 접속높이의 불안정에 의해 각 칩의 배면이 동일 평면으로 되지 않는다. 이 때문에 냉각체는 독립적으로 각 칩 배면에 나란히 되도록 열접속할 필요가 있었다. 즉, 각 칩마다 수직 위치 조정 또는 압착 압력 조정이 가능한 냉각체를 칩 배면에 압착시키는 기능이 불가결하였다. 저열저항을 유지하면서 상기의 수직위치 조정 또는 압착압력 조정기능을 같이 갖는 냉각체는 상당히 복잡한 구조이며, 그 가공성, 조립성, 신뢰성에 대하여 많은 과제가 있었다.
본 발명의 목적은 상기 과제를 해결하기 위해 칩과 기판의 수평 열팽창차의 흡수기능을 저하시키는 일없이, 수직방향에도 어떤 한계내에서 자유로이 변위가 가능한 칩의 전기적 접속 구조 및 그 제조방법을 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 위하여 본 발명은 접속점을 갖는 전자부품과 기판 사이에 수평방향 및 수직방향에도 충분하게 변위 가능한 도전성판 용수철 또는 리이드 부재를 사용한 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다음에 더욱 상세히 설명한다. 높이가 최소 가로 방향 치수이하인 도전성판 용수철을 칩 접속 구조에 채용하는 것으로, 전기적 접속을 유지하면서 어떤 한계내에서 각 칩을 독립적으로 위쪽으로 이동시킬 수가 있어 냉각체를 하나하나 이동시키는 일없이 칩을 냉각체에 열접속할 수 있다. 이 때문에 냉각체의 구조는 극단적으로 간소화할 수 있다.
또, 절연 시트상에 상기 도전성판 용수철을 일괄적으로 형성하는 것으로 칩, 도전성판 용수철 및 기판의 상호 접속을 용이하게 한다.
다음에 본 발명의 실시예를 제1도, 제2도 및 제3도에 의해 설명한다.
제1a도는 본 발명에 관한 절연 시트상에 일괄 성형된 도전성판 용수철 또는 리이드 부재의 평면도, 제1b도는 접속상태를 도시하는 A-A'단면도, 제1C도는 접속후 칩을 위쪽으로 이동시켰을때의 접속상태를 도시한 단면도(도전성판 용수철 부분은 정면도)이다.
제2도는 본 발명에 관한 접속구조를 사용했을때의 칩과 기판 및 냉각체와의 위치 관계도이며, 냉각체에 대하여 열접속전의 칩을 제2a도, 열접속후의 칩을 제2b도에 도시했다. 제3도는 본 발명에 관한 접속구조의 제조를 도시한 것이다. 제1도 내지 제3도에 있어서, (1)은 도전성판 용수철, (2)는 절연시트, (3)은 칩, (4)는 기판, (5)는 냉각체, (31) 및 (41)은 땜납, (32)는 칩전극, (42)는 기판전극, (51)은 열접속부이며, 전열성 그리스를 사용한다. 예를들면 다이아몬드 그리스가 있다. (1')는 도전성판 용수철재, (2')는 절연 시트재이다.
제1a도는 도전성판 용수철 또는 리이드 부재(1)(이하 리이드 부재라 한다)에 나선형상을 채용한 예이다. 각 도전성판 용수철(1)은 칩 전극(32)의 위치에 대응해서 비어져 있는 절연 시트(2)의 구멍에 나선의 중심을 맞추어 다른쪽 끝을 절연 시트(2)에 고정시킨다. 이들 일괄적으로 고정된 도전성판 용수철(1)은 제1b도에 도시하는 것과 같이 나선의 중심을 칩 전극(32), 다른쪽 끝을 기판 전극(42)에 땜납(31), (41)로서 접속한다.
칩(3)과 기판(4)의 전기적 접속구조를 상기한 구성으로 하는 것에 의해, 제1c도에 도시하는 것과 같이 전기적 접속을 유지하면서 어떤 한계내에서 칩(3)을 독립적으로 위쪽에 이동시키는 것이 가능하게 된다. 이 기능은 제2a도, 제2b도에 도시한 것과 같이 여러개의 칩(3)을 동일의 기판(4)에 접속할 경우, 기판(4)의 휘어짐이나 칩(3)의 접속 높이의 불안정을 흡수하여 칩(3)을 냉각체(5)에 열접속부(51)을 거쳐서 열 접속시키는 것을 가능하게 한다. 또, 상기한 접속구조는 칩(3)과 기판(4)의 수평방향의 열팽창차에 대해서도 이것을 흡수할 수 있어 땜납(31), (41)등 접속계의 결합 파괴 수명을 연장시킬 수 있다.
또한 접속에 있어서, 도전성판 용수철(1)을 갖는 절연 시트(2)를 반전시켜, 도전성판 용수철(1)의 나선의 중심을 기판전극(42)에, 다른쪽 끝을 칩 전극(32)에 접속시켜도(도시하지 않음) 상기한 것과 마찬가지의 효과를 얻을 수가 있다.
다음에 상기한 접속구조의 제조방법에 대하여 제3도에 의해 설명한다. 제3a도에 있어서 먼저 얇은 판형의 도전성판 용수철재(1')(동, 동합금 또는 동과의 복합금속)과 절연시트재(2')를 접착한다. 여기서 절연시트재(2')로서는 폴리이미드, 글라스 에폭시, 글라스 폴리이미드, 폴리에스텔, 석영 섬유가 들어간 폴리이미드, 또는 폴리이미드, 에폭시, 폴리에스텔에 카본 섬유를 넣은 수지가 사용된다. 내열성에서 특히 바람직한 것은 폴리이미드, 글라스에폭시, 글라스 폴리이미드이다.
다음에 제3b도에서 절연 시트재(2')에 대하여 칩 전극(32)위치에 대응하는 장소에 도전성판 용수철(1)의 나선 부분보다 큰 구멍을 포토 에칭 또는 펀칭(기계로 구멍을 뚫는 것)에 의해 뚫어서 절연 시트(2)로 한다. 또 제3c도에서 도전성판 용수철재(1')에 대하여 소정의 장소에 제1a도에 도시한 나선 형상을 포토 에칭에 의해 형성하여 도전성판 용수철(1)로 한다. 이때 도전성판 용수철(1)의 한쪽끝은 절연시트(2)에 고정된 채이고, 여러개의 도전성판 용수철(1)은 서로 위치 정밀도가 좋게 일괄적으로 형성할 수 있으며, 또한 전체로서 취급이 용이하게 된다. 최후에 제3d도에서 도전성판 용수철(1)은 칩 전극(32) 및 기판 전극(42)에 땜납(31), (41)로 접속한다.
또한, 이상 기술한 제조방법에 있어서, 도전성판 용수철재(1')와 절연 시트재(2')를 접착하기 전에 절연시트재(2')에 소정의 구멍을 뚫은후, 이것에 도전성판 용수철재(1')를 접착하여 제3b도의 상태로 하는것도 가능하다. 또, 제3d도에 이르는 제조방법에 있어서, 도전성판 용수철(1)과 칩(3), 또는 기판(4)와의 땜납(31), (41)접속대신에 열압착, 납땜 또는 용접에 의해서 접속하여도 좋다.
다음에 본 발명에 관한 도전성판 용수철의 치수에 대하여 상세히 기술한다. 제1도에 도시한 형상의 각 도전성판 용수철의 치수 범위로서 바람직한 범위는 두께 10∼40㎛, 폭 40∼70㎛이고, 용수철 정수에 대해서는 수평방향 300∼600g/mm, 수직방향 40∼90g/mm이며, 접속점의 밀도는 600∼1200개/10㎟이다.
가장 바람직한 치수로서는 두께 20㎛, 폭 50㎛ 수평방향의 용수철 정수 450g/㎜, 수직방향의 용수철 정수 65g/㎜이고, 접속점의 밀도는 1000개/10㎟이다.
이상, 상세하게 기술한 것과 같이 본 발명에 의한 칩의 전기적 접속 구조에 의하면, 칩과 기판의 수평 열팽창차의 흡수 기능을 손상하는 일없이 여러개의 칩을 독립으로 냉각체로 열접속이 가능하게 되어 냉각계의 구조 전체를 매우 간단하게 할 수가 있다. 즉, 가공 및 조립성의 한계에 의한 여러개 칩의 배면 레벨의 불안정을 하나 하나의 칩에 대하여 독립으로 냉각체의 위치 조정 또는 압착 압력 조정수단으로 흡수하고 있던 종래의 복잡한 냉각계에 대하여 본 발명에서는 이들의 조정 기능의 필요성이 없어져 냉각계의 구조를 매우 간단히 할 수 있다. 이러한 것은 높은 발열 칩의 고밀도 배열 내장에 대하여 뛰어난 조립성 및 신뢰성을 갖는 효과가 있다.

Claims (52)

  1. 적어도 하나의 전극(32)를 갖는 전자부품(3), 상기 전자부품의 상기 전극에 전기적으로 접속된 기판(4), 곡면형상으로 두께 이상의 폭을 갖고, 상기 전자부품 및 상기 기판이 수평 및 수직방향의 어느쪽으로도 상호 변위할 수 있도록 상기 전자부품과 상기 기판사이에 접속된 리이드 부재(1)을 포함하는 전자부품의 접속구조.
  2. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 리이드 부재는 나선형상인 전자부품의 접속구조.
  3. 특허청구의 범위 제2항에 있어서, 상기 리이드 부재(1), 상기 기판(4) 및 상기 전자부품(3)은 땜납 접속에 의해 접속되는 전자부품의 접속구조.
  4. 특허청구의 범위 제2항에 있어서, 상기 리이드 부재(1), 상기 기판(4) 및 상기 전자부품 (3)은 열압착 접속에 의해 접속되는 전자부품의 접속구조.
  5. 특허청구의 범위 제2항에 있어서, 상기 리이드 부재(1), 상기 기판(4) 및 상기 전자부품(3)은 납땜접속에 의해 접속되는 전자부품의 접속구조.
  6. 특허청구의 범위 제2항에 있어서, 상기 리이드 부재(1), 상기 기판(4) 및 상기 전자부품(3)은 용접에 의해 접속되는 전자부품의 접속구조.
  7. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 리이드 부재는 두께 10∼40㎛, 폭 40∼70㎛인 전자부품의 접속구조.
  8. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 리이드 부재는 용수철 정수가 수평방향으로 100∼600g/㎜, 수직방향으로 25∼90g/㎜인 전자부품의 접속구조.
  9. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 리이드 부재는 동, 동합금 또는 동과의 복합금속으로 되는 전자부품의 접속구조.
  10. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 리이드 부재는 절연시트(2)와 일체로 형성되는 전자부품의 접속구조.
  11. 특허청구의 범위 제10항에 있어서, 상기 절연시트는 폴리이미드, 글라스에폭시, 글라그 폴리이미드, 폴리에스텔, 석영섬유를 함유한 폴리이미드, 또는 카본 섬유를 함유할 수지로 되는 전자부품의 접속구조.
  12. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 기판은 세라믹 또는 글라스 에폭시계의 재료로 되는 전자부품의 접속구조.
  13. 여러개의 전극(32)를 각각 갖는 전자부품(3), 상기 전자부품을 마련한 기판(4), 곡면형상으로 두께 이상의 폭을 갖고, 상기 전자부품 및 상기 기판의 각각이 수평 및 수직방향의 어느쪽으로도 상호변위할 수 있도록 상기 전자부품과 상기 기판 사이에 접속된 리이드 부재(1)을 포함하는 모듈.
  14. 특허청구의 범위 제13항에 있어서, 상기 리이드 부재는 절연시트(2)상에 일괄적으로 형성하는 모듈.
  15. 특허청구의 범위 제14항에 있어서, 상기 절연시트에는 상기 전자부품의 여러개의 전극에 대응하는 위치에 구멍에 마련되고, 상기 리이드 부재는 각각의 한쪽끝이 상기 절연시트에 접착하며 다른쪽끝이 상기 절연시트의 구멍부분에 위치하도록 상기 절연시트위에 배치되는 모듈.
  16. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 폭(W)대 상기 두께(T)의 비율은 1∼7(W/T=1∼7)의 범위내에 있는 전자부품의 접속구조.
  17. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 전극에서 상기 기판의 접속점에의 상기 리이드 부재의 각도 거리는 360°보다 큰 전자부품의 접속구조.
  18. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 곡면형상은 나선형상인 전자부품의 접속구조.
  19. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 리이드 부재는 상기 형상을 형성하도록 에칭된 도전층 부분이고, 절연시트위에 고정되는 전자부품의 접속구조.
  20. 여러개의 전극을 각각 갖는 전자부품, 여러개의 상기 전자부품을 마련한 기판(4), 곡면형상으로 두께 이상의 폭을 갖고, 상기 전자부품 및 상기 기판의 각각이 수평 및 수직방향의 어느쪽으로도 상호변위할 수 있도록 상기 전자부품과 상기 기판사이에 접속된 리이드 부재(1)과 상기 전자부품에 열접속되고, 상기 전자부품을 냉각하는 적어도 하나의 냉각체(5)를 포함하는 모듈.
  21. 전자부품을 전기적으로 접속하는 도전수단, 상기 전자부품의 상기 도전수단에 전기적으로 접속될 전기적 도전체를 갖는 기판과 3차원 탄성이동을 하도록 상기 기판의 한쪽끝에만 접착된 판형상의 곡선으로 상기 리이드 부재의 두께 이상의 폭을 갖고, 상기 기판상에 형성된 박막리이드 부재를 포함하며, 상기 리이드 부재는 상기 전자부품 및 상기 기판이 수평 및 수직방향의 어느쪽으로도 상호변위하도록 상기 곡선을 따라 빈공간 위치에서 상기 도전체와 상기 전기적 도전체 사이에 접속되는 전자부품의 접속구조.
  22. 특허청구의 범위 제21항에 있어서, 상기 박막 리이드 부재의 가장자리는 에칭되는 전자부품의 접속구조.
  23. 특허청구의 범위 제21항에 있어서, 상기 박막 리이드 부재는 상기 기판위에 퇴적된 전기적 도전재료로 전체적으로 이루어지고, 상기 기판 위에 있을 때 상기 형상으로 에칭되는 전자부품의 접속구조.
  24. 기판위의 단일 퇴적판에 10㎟당 적어도 1000개의 접속구조의 밀도를 여러개의 상기 박막 리이드 부재가 있는 단일 기판상에 특허청구의 범위 제28항 기재의 여러개의 접속구조를 포함하는 모듈.
  25. 특허청구의 범위 제21항에 있어서, 상기 리이드 부재는 나선형상인 전자부품의 접속구조.
  26. 특허청구의 범위 제22항에 있어서, 상기 리이드 부재는 나선형상인 전자부품의 접속구조.
  27. 특허청구의 범위 제23항에 있어서, 상기 리이드 부재는 나선형상인 모듈.
  28. 특허청구의 범위 제24항에 있어서, 상기 리이드 부재는 나선형상인 모듈.
  29. 특허청구의 범위 제21항에 있어서, 상기 리이드 부재와 상기 전자부품은 땜납 접속에 의해 접속되는 전자부품의 접속구조.
  30. 특허청구의 범위 제21항에 있어서, 상기 리이드 부재와 상기 전자부품은 열압착 접속에 의해 접속되는 전자부품의 접속구조.
  31. 특허청구의 범위 제21항에 있어서, 상기 리이드 부재와 상기 전자부품은 납땜 접속에 의해 접속되는 전자부품의 접속구조.
  32. 특허청구의 범위 제21항에 있어서, 상기 리이드 부재와 상기 전자부품은 용접 접속에 의해 접속되는 전자부품의 접속구조.
  33. 특허청구의 범위 제21항에 있어서, 상기 리이드 부재는 두께 10∼40㎛, 폭 40∼70㎛인 전자부품의 접속구조.
  34. 특허청구의 범위 제24항에 있어서, 상기 리이드 두께 10∼40㎛, 폭 40∼70㎛인 모듈.
  35. 특허청구의 범위 제24항에 있어서, 상기 리이드 부재는 두께 20㎛, 폭 50㎛인 모듈.
  36. 특허청구의 범위 제21항에 있어서, 상기 리이드 부재의 용수철 정수는 수평방향으로 100∼600g/㎜, 수직방향으로 25∼90g/㎜인 전자부품의 접속구조.
  37. 특허청구의 범위 제21항에 있어서, 상기 리이드 부재의 용수철 정수는 수평방향으로 300∼600g/㎜, 수직방향으로 40∼90g/㎜인 전자부품의 접속구조.
  38. 특허청구의 범위 제21항에 있어서, 상기 리이드 부재의 용수철 정수는 수평방향으로 450g/㎜, 수직방향으로 65g/㎜인 전자부품의 접속구조.
  39. 특허청구의 범위 제21항에 있어서, 상기 리이드 부재는 동, 동합금 또는 동과의 복합 금속으로 되는 전자부품의 접속구조.
  40. 특허청구의 범위 제21항에 있어서, 상기 기판의 상기 전극에서 접속점에의 각도 거리는 360°보다 큰 전자부품의 접속구조.
  41. 특허청구의 범위 제21항에 있어서, 상기 리이드 부재는 상기 형상을 형성하도록 에칭된 도전층의 일부로 이루어져 절연시트위에 고정된 전자부품의 접속구조.
  42. 접속구조의 밀도가 적어도 1000개/10㎟인 단일 기판상에 특허청구의 범위 제21항 기재의 여러개의 접속구조를 포함하는 모듈.
  43. 접속구조의 밀도가 적어도 1000개/10㎟인 단일 기판상에 특허청구의 범위 제22항 기재의 여러개의 접속구조를 포함하는 모듈.
  44. 접속구조의 밀도가 적어도 1000개/10㎟인 단일 기판상에 특허청구의 범위 제23항 기재의 여러개의 접속구조를 포함하는 모듈.
  45. 특허청구의 범위 제21항에 있어서, 또 상기 전자부품위에 마련된 냉각체를 포함하는 전자부품의 접속구조.
  46. 특허청구의 범위 제21항에 있어서, 상기 리이드 부재의 주요부는 절연시트위에 형성되는 전자부품의 접속구조.
  47. 특허청구의 범위 제46항에 있어서, 상기 절연시트는 폴리미드수지, 글라스 에폭시수지, 글라스 폴리미드수지, 폴리 에스테르 수지, 석영섬유를 함유한 폴리미드수지 또는 카본 섬유를 함유한 수지로 되는 전자부품의 접속구조.
  48. 특허청구의 범위 제21항에 있어서, 상기 기판은 세라믹 또는 글라스 에폭시 수지의 재료로 되는 전자부품의 접속구조.
  49. 전자부품을 전기적으로 접속하는 도전수단, 상기 전자부품의 상기 도전수단에 전기적으로 접속될 전기적 도전체를 갖는 기판과 3차원 스프링 이동을 하도록 상기 기판의 한쪽끝에만 접착된 판형상의 곡선으로 상기 리이드 부재의 두께이상의 폭을 갖고 상기 기판상에 형성된 박막 리이드 부재를 포함하며, 상기 리이드 부재는 상기 전자부품 및 상기 기판이 수평 및 수직방향의 어느쪽으로도 상호 변위하도록 상기 곡선을 따라 빈공간 위치에서 상기 도전체와 상기 전기적 도전체 사이에 접속되고, 상기 박막 리이드 부재는 상기 기판위에 퇴적된 전기적 도전재료로 전체적으로 이루어져 상기 기판위에 있을 때 상기 형상으로 에칭하는 전자부품의 접속구조.
  50. 특허청구의 범위 제49항에 있어서, 상기 리이드 부재는 두께 10∼40㎛, 폭 40∼70㎛인 전자부품의 접속구조.
  51. 접속구조의 밀도가 적어도 1000개/10㎟인 단일 기판상에 특허청구의 범위 제55항 개재의 여러개의 접속구조를 포함하는 모듈.
  52. 접속구조의 밀도가 적어도 1000개/10㎟인 단일 기판상에 특허청구의 범위 제54항 기재의 여러개의 접속구조를 포함하는 모듈.
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