JP4226839B2 - シート接着層における制御されないボイドを除去する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大略、集積回路パッケージに関するものであって、更に詳細には、パッケージコンポーネントを互いに接着させるためにプレフォームされた接着層を利用する集積回路パッケージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半田ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）集積回路パッケージは、例えばテレコミュニケーション装置等の種々の電子装置内におけるプリント回路基板（ＰＣＢ）上に装着するために集積回路ダイを封止するために使用される。装着期間中に、パッケージングした集積回路への電気接続は、その上にパッケージが装着されるプリント回路基板上の対応する電気的トレースと接触した状態で半田ボールをリフローさせることによって行われる。オプションとしての薄い装着形状、高いパッケージ「ピン」数、及び装着の容易性は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）等を包含する多様の適用例に対してボールグリッドアレイパッケージを魅力的なものとしている特徴である。
【０００３】
多数の密接された小さな特徴寸法のデバイスを具備する「高密度」の集積回路の場合には、集積回路の動作期間中に発生される熱を散逸させるためにボールグリッドアレイパッケージ内においてしばしば金属性の熱拡散器が使用される。図４に分解図で示したように、このタイプのボールグリッドアレイパッケージ４００は、典型的に、その中にキャビティ４０２を具備しているプリント回路基板４０１を有しており、それはキャビティ４０２と寸法及び位置が対応する孔を具備するプレフォームされた接着層４０４を使用して金属熱拡散器４０３へ接着されている。集積回路ダイ（不図示）は該キャビティ内に装着され、熱拡散器４０３へ接着され、ワイヤボンド（不図示）が集積回路ダイにおけるボンドパッドを基板４０１上のボンディング箇所へ接続している。
【０００４】
図示したタイプのパッケージにおいて一般的に見られる顕著な欠陥は、接着層４０４の表面と接着層４０４によって合体されているコンポーネント（この場合には基板４０１及び熱拡散器４０３）の表面との間においてのボイドの存在である。接着層４０４を使用してコンポーネントが接着される場合に、コンポーネントの表面と接着層４０４との表面との間にしばしば空気がランダムにトラップされる。接着層４０４が硬化する前に除去されない場合には、接着層４０４と隣接するコンポーネントとの間において完成したパッケージ内に制御されないボイド（トラップされた空気のポケット）が形成される。このようなボイドはプリント配線基板（ＰＷＢ）の生産において一般的に使用される高真空及び高圧力環境によって除去することが可能であるが、かなりの産業設備を必要とする。
【０００５】
接着層４０４における制御されないボイドの結果としてパッケージ４００の組立及びマウント（装着）期間中に２つの問題がしばしば発生することが判明しており、即ち、パッケージ４００用の封止体内のボイド及びダイ剥離である。ダイ剥離は接着層と隣接するコンポーネントとの間にトラップされた空気の膨張によって発生されるものであり、即ち、パッケージングした装置の製造期間中又はパッケージングした装置のシステム内へのその後の取付期間中にパッケージングした装置が加熱された場合に接着層４０４からパッケージコンポーネントの分離を発生させる内部圧力が付与される。
【０００６】
封止体が硬化される間に（典型的に約１７５℃の温度において）、トラップされた空気が徐々に解放されることによってパッケージ封止体内のボイドが同様に発生される。これらのボイドが封止体の外側表面において発生する場合には、パッケージングされた装置は当然に拒否される。然しながら、気泡が封止体の表面に到達せず内側に止まって「埋込型」ボイドを形成する場合があり、それはダイに対して損傷を発生する場合があり又は封止体内側のボンディングワイヤに対して損傷を発生する場合がある。両方の場合において、封止体のボイドは製品の製造歩留まり及び長期の信頼性に影響を与える。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、上述した如き従来技術の欠点を解消し、プレフォームした接着層を使用する改良した集積回路パッケージング技術を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の主要な目的とするところは、集積回路パッケージにおいて使用するために、組立てた集積回路パッケージ内のボイドの寸法及び位置を制御するための通気用スロットを有する集積回路パッケージング内のコンポーネントを合体するプレフォーム型接着層を提供することである。組立期間中に接着層と隣接するコンポーネントの表面の間にランダムにトラップされた空気は、パッケージコンポーネントの分離を発生させるか又は封止体内に解放する内部圧力を形成する代わりに、上昇させた温度において行われるその後の組立及び／又は装着期間中に通気用スロット内へ解放される。トラップされた空気の結果としてリフロー又はその他の組立及び装着プロセス期間中に発生するダイ剥離及び封止体ボイド問題は回避される。
【０００９】
前述したことは、当業者が以下に続く発明の詳細な説明をより良く理解することが可能であるように本発明の特徴及び技術的利点をむしろ広義に概説したものである。本発明の付加的な特徴及び利点について以下に説明するが、それらは本発明の技術的範囲に包含されるものである。当業者によって理解されるように、本発明と同一の目的を達成するために修正を行ったりその他の構成を設計するための基礎として本発明の概念及び本明細書に開示した特定の実施例を使用することが可能である。更に当業者によって理解されるように、このような均等な構成は本発明の技術的範囲を逸脱するものではない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に説明する図１乃至３及び本明細書において本発明の原理を説明するために使用される種々の実施例は例示的なものであって本発明の範囲を制限するために解釈されるべきものではない。当業者が理解するように、本発明の原理は任意の適切な装置において実現することが可能である。
【００１１】
図1は本発明の１実施例に基づいて通気用スロットを具備するプレフォーム型集積回路パッケージング接着層を示した概略平面図である。接着層１００は、エポキシを含湿させたガラスファイバー担体又はＢ−ステージ型ポリイミド（Ｂ−ｓｔａｇｅｄ ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）を付着させたポリイミド担体等のエポキシ又はポリイミド接着剤を具備しておりプリント回路基板を形成するために使用されるタイプの担体物質から形成されている。接着層１００は例示的実施例においては約５ミルの厚さであり、且つキャビティ孔１０１を有している。
【００１２】
本発明における接着層１００は、更に、通気用スロット１０２−１０９を有しており、それらは接着層１００の厚さを貫通して延在しており、且つ接着層１００の打ち抜き又はレーザー切断のいずれかによって形成することが可能である。図示したように、例示的実施例における通気用スロット１０２−１０９は接着層１００内においてキャビティ孔１０１の側部又は角部に近接した領域から接着層１００の対応する周辺側部又は角部へ延在している。
【００１３】
通気用スロット１０２−１０９は上述したランダムに発生するボイドの原因となる接着層１００内の空気及び蒸発した（ガス状）湿気に対する通路として作用する。通気用スロット１０２−１０９は例示的実施例においては約１０５ｍｍの幅であり、このような湿気をキャビティ領域１０１からパッケージの周辺部へ向かって導くためのチャンネルを提供している。このような空気及び湿気は、接着剤硬化プロセス期間中の真空影響下において組立てられたパッケージから吸い出させることが可能であり、及び／又はパッケージングした装置をシステム内に装着する期間中に半田ボールのリフローを行うために必要な加熱によって駆除させることが可能である。
【００１４】
従って、接着層１００の周辺部において通気用スロット１０２−１０９の終端部に位置されており且つ通気用スロット１０２−１０９を接着層１００外側の大気環境から分離している接着層１００の架橋部分１１０は、接着層１００に対して構造的支持及び一体性を与えながら、それを介して空気及び湿気が拡散することを許容するのに充分に幅狭である。
【００１５】
図示例においては、通気用スロット１０２−１０９はキャビティ孔１０１の周辺部周りに延長部１１１を有しており、且つ、全体として、キャビティ孔１０１の周りを実質的に完全に延在して接着層１００からキャビティ孔１０１へ向かって拡散する湿気を捕捉する。通気用スロット１０２−１０９を分離する接着層１００の部分１１２は、好適には、通気用スロット１０２−１０９からキャビティ孔１０１内への空気又は湿気の拡散を最小とするのに充分に幅広のものである。
【００１６】
図２は本発明の１実施例に基づく通気用スロットを具備するプレフォーム型集積回路パッケージング接着層のシートを示した概略平面図である。接着層１００は、単一のシート内にキャビティ孔と通気用スロットからなるパターンを複数回繰返して複製し、次いで個々の層を分離するか（例えば、レーザー切断によって）、又はプレフォーム型集積回路パッケージング接着層の該シートを具備する基板のパネル及びヒートシンク物質からなる大きなシートを使用してマスラミネーション（ｍａｓｓ ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）を実施し、切断（鋸又はレーザー）によってラミネ−ションの後に個々のパッケージに個別化することによって製造することが可能である。
【００１７】
図３は本発明の１実施例に基づく空気用スロットを具備するプレフォーム型接着層を包含する集積回路パッケージの一部を示している。集積回路パッケージ３００は基板３０１（例えば、プリント回路基板）を有しており、それを貫通してダイキャビティ３０２が設けられている。基板３０１は上述したタイプのプレフォーム型接着層１００を使用して別のパッケージコンポーネント３０３へ接着されている。パッケージコンポーネント３０３は図示例においては金属製の熱拡散器であり、別法として、別の基板層又は何等かのその他のパッケージコンポーネントとすることが可能である。
【００１８】
組立期間中に、接着層１００に含湿されているエポキシ樹脂が硬化されて基板３０１がパッケージコンポーネント３０３へ接着される。集積回路ダイがダイキャビティ３０２内に装着されており、且つ、接着層１００内のキャビティ孔１０１を介して、例えば樹脂等の従来の方法を使用してパッケージコンポーネント３０３の表面へ接着されている。次いで、ワイヤボンドを形成して集積回路ダイを基板３０１上の導電性トレースと接続させ、それは基板３０１上に形成されているボールグリッドアレイ内の半田ボールと接着する。組立てられたパッケージは半田ボールをリフローさせることによって装着され、該パッケージと該パッケージが装着される構成体との間に電気的接続を形成する。
【００１９】
以上、本発明の具体的実施の態様について詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ制限されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することなしに種々の変形が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の１実施例に基づく通気用スロットを具備するプレフォーム型集積回路パッケージング接着層を示した概略平面図。
【図２】 本発明の１実施例に基づく通気用スロットを具備するプレフォーム型集積回路パッケージング接着層からなるシートを示した概略平面図。
【図３】 本発明の１実施例に基づく通気用スロットを具備するプレフォーム型接着層を包含する集積回路パッケージの一部を示した概略図。
【図４】 接着層と隣接するコンポーネントとの間の制御されないボイドの高い発生率を有するプレフォーム型接着層を包含する集積回路の一部を示した概略図。
【符号の説明】
１００ 接着層
１０１ キャビティ孔
１０２−１０９ 通気用スロット
１１０ 架橋部分
１１１ 延長部
３００ 集積回路パッケージ
３０１ 基板
３０２ ダイキャビティ
３０３ パッケージコンポーネント

Claims (16)

1. 集積回路パッケージにおいて使用するための１つのパッケージコンポーネントを別のパッケージコンポーネントへ接着させる接着層において、
   接着物質領域、
   パッケージング期間中に前記接着物質領域と前記接着物質領域によって合体されるコンポーネントとの間のボイドの寸法及び位置を制御するために前記接着物質領域内に延在する少なくとも１個の通気用スロット、
   を有しており、
   前記少なくとも１個の通気用スロットが、各々が前記接着物質領域内のキャビティ孔の側部又は角部に近接した領域から前記接着物質領域の周辺部の対応する側部又は角部へ向かって延在する複数個の通気用スロットを有しており、
   前記各通気用スロットが、それを介してガスの拡散を許容するのに充分に狭い接着物質の幅だけ前記接着物質領域の前記周辺部から離隔されている、
   ことを特徴とする接着層。
2. 請求項１において、前記各通気用スロットが、前記キャビティ孔の周辺部に沿って延在する延長部を有していることを特徴とする接着層。
3. 請求項２において、前記延長部が、前記通気用スロットから前記キャビティ孔へのガスの拡散を最小とするために充分に幅広の接着物質によって前記キャビティ孔から離隔されていることを特徴とする接着層。
4. 請求項１において、前記接着物質領域がエポキシ樹脂を含湿したガラスファイバーから形成されていることを特徴とする接着層。
5. 請求項１において、前記接着物質領域がＢ−ステージ型ポリイミド接着樹脂を具備するポリイミドフィルムから形成されていることを特徴とする接着層。
6. 請求項１において、前記接着層が複数個の前記接着物質領域を形成するシートを有しており、各接着物質領域が前記少なくとも１個の通気用スロットを有していることを特徴とする接着層。
7. 集積回路パッケージにおいて、
   第一パッケージコンポーネント、
   第二パッケージコンポーネント、
   前記第一及び第二パッケージコンポーネントを互いに接着させる接着層、
   を有しており、前記接着層が、
   接着物質領域、
   パッケージング期間中に前記接着層と前記第一又は第二コンポーネントとの間のボイドの寸法及び位置を制御するために前記接着物質領域内に延在する少なくとも１個の通気用スロット、
   を有しており、
   前記少なくとも１個の通気用スロットが、各々が前記接着物質領域内のキャビティ孔の側部又は角部に近接した領域から前記接着物質領域の周辺部の対応する側部又は角部へ向かって延在している複数個の通気用スロットを有しており、
   前記各通気用スロットが、それを介してのガスの拡散を許容するために充分に幅狭の接着物質の幅だけ前記接着物質領域の前記周辺部から離隔されている、
   ことを特徴とする集積回路パッケージ。
8. 請求項７において、前記各通気用スロットが、前記キャビティ孔の周辺部に沿って延在する延長部を有していることを特徴とする集積回路パッケージ。
9. 請求項８において、前記延長部が前記通気用スロットから前記キャビティ孔内へのガスの拡散を最小とするために充分な幅の接着物質によって前記キャビティ孔から離隔されていることを特徴とする集積回路パッケージ。
10. 請求項７において、前記接着物質領域がエポキシ樹脂を含湿させたガラスファイバーから形成されていることを特徴とする集積回路パッケージ。
11. 請求項７において、前記接着物質領域がＢ−ステージ型ポリイミド接着樹脂を具備するポリイミドフィルムから形成されていることを特徴とする集積回路パッケージ。
12. 請求項７において、更に、前記第一パッケージコンポーネント内のダイキャビティ内に装着されており且つ前記接着物質領域内のキャビティ孔を介して前記第二パッケージコンポーネントへ接着されている集積回路ダイ、を有していることを特徴とする集積回路パッケージ。
13. 集積回路パッケージにおいて使用するための１つのパッケージコンポーネントを別のパッケージコンポーネントへ接着させる方法において、
    接着物質領域を形成し、
    パッケージング期間中に前記接着物質領域と前記接着層によって合体されているコンポーネントとの間のボイドの寸法及び位置を制御するために前記接着物質領域内に延在する少なくとも１個の通気用スロットを形成し、
    パッケージング期間中に前記接着物質領域と前記接着物質領域によって合体されたコンポーネントとの間のボイドの寸法及び位置を制御するために前記接着物質領域内に延在する少なくとも１個の通気用スロットを形成する場合に、各々が前記接着物質領域内のキャビティ孔の側部又は角部に近接した領域から前記接着物質領域の周辺部の対応する側部又は角部へ向かって延在する複数個の通気用スロットを形成し、
    各々が前記接着物質領域内のキャビティ孔の側部又は角部の近接した領域から前記接着物質領域の周辺部の対応する側部又は角部へ延在する複数個の通気用スロットを形成する場合に、
    それを介してのガスの拡散を許容するために充分に狭い接着物質の幅だけ前記接着物質領域の周辺部から離隔されている点へ延在させて各通気用スロットを形成し、
    前記キャビティ孔の周辺部に沿って延在する各通気用スロットの延長部を形成し、
    前記延長部が前記通気用スロットから前記キャビティ孔内へのガスの拡散を最小とさせるのに充分に広い接着物質によって前記キャビティ孔から離隔されている、
    ことを特徴とする方法。
14. 請求項１３において、更に、シート内に前記接着物質領域用の複数個のパターンを形成し、各パターンが少なくとも１個の通気用スロットを有していることを特徴とする方法。
15. 請求項１３において、更に、その中にダイキャビティを持っている基板を前記接着物質領域を利用して第二パッケージコンポーネントへ接着させることを特徴とする方法。
16. 請求項１５において、更に、
    前記ダイキャビティ内に集積回路ダイを装着し、
    前記集積回路ダイを前記キャビティ孔を介して前記第二パッケージコンポーネントへ接着し、
    前記集積回路ダイを前記基板上の導電性トレースへ電気的に接続させる、
    ことを特徴とする方法。

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