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JP2000058997A - 電子パッケ―ジ - Google Patents

電子パッケ―ジ

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Publication number
JP2000058997A
JP2000058997A JP11206476A JP20647699A JP2000058997A JP 2000058997 A JP2000058997 A JP 2000058997A JP 11206476 A JP11206476 A JP 11206476A JP 20647699 A JP20647699 A JP 20647699A JP 2000058997 A JP2000058997 A JP 2000058997A
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JP
Japan
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substrate
solder
package
electronic package
electronic
Prior art date
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Pending
Application number
JP11206476A
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English (en)
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Inventor
Matthew K Schwiebert
マッシュー・ケー・シュヴァイベルト
Brian R Hutchison
ブライアン・アール・ハッチソン
Geary L Chew
ギアリイ・エル・チュー
Ron Barnett
ロン・バーネット
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HP Inc
Original Assignee
Hewlett Packard Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hewlett Packard Co filed Critical Hewlett Packard Co
Publication of JP2000058997A publication Critical patent/JP2000058997A/ja
Publication of JP2000058997A5 publication Critical patent/JP2000058997A5/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来の材料及び製造プロセスを利用しなが
ら、完全な分離、電磁シールド及び環境保護をもたら
す、単純で低コストの電子パッケージを提供する。 【構成】 第1の基板16上にコンポーネント26を収
容する部屋をはんだ材料からなる壁14でもって形成
し、その上に重ねられる第2の基板上に、この壁のパタ
ーンと同じパターン部分に上記はんだ材料に対する濡れ
性をもたせる。両基板を重ね合わせてうえで両者をはん
だ付けする。このことによりコンポーネントは密閉・収
納される。従って、この電子パッケージは、完全な分
離,電磁シールド及び環境保護をもたらす。さらに、そ
の上に次々と上に重ね合わせることにより、多層の密閉
された3次元の電子パッケージが得られる。該パッケー
ジは、自動装置で製作し、アセンブルすることができる
ので、また、ハンダ構造が多くの機能を果たすため、必
要な部品数が激減するので、製造しやすい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子パッケージに
関し、特に、高周波デジタル,無線周波(RF),マイ
クロ波及びミリメートル波用途の電子パッケージに関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】電子パッケージにおいて、周波数が約1
ギガヘルツ(GHz)を超える電子信号は、導体を流れ
る電流とは対照的に、より電磁波に似た挙動を示す傾向
がある。こうした電磁波の挙動には、自由空間及び誘電
体材料を通過して、望ましくない導体間のクロストーク
及び電磁妨害雑音(EMI)の放出を生じさせる傾向が
含まれる。一般に、動作周波数が高くなるほど、クロス
トークのレベル及び無線周波妨害雑音の放出レベルが高
くなる。
【0003】動作周波数が約1GHzを超える用途の場
合、電子パッケージにおける導体の幾何学的配置は、そ
の機能にとってクリティカルなものになる。導体は、望
ましくない信号反射を低減させるため、インピーダンス
整合のとれた伝送ライン構造をなすように形成しなけれ
ばならない場合が多い。他の信号導体との望ましくない
クロストークを排除するため、ほぼ全ての信号導体まわ
りにシールドを施すことが必要になる。その結果、電磁
波が望ましくないEMIとして漏出しないようにするた
め、より大規模なシステムに対するその相互接続を含め
て、電子パッケージ全体をほぼシールドしなければなら
ない。これは、接地導体で電子パッケージまたはサブシ
ステム全体を包み込むことによって実施される。
【0004】高周波デジタルの場合、クロストークは、
接地導体の配置によって制御されるが、この制御方法で
はコストが高くつき、製造のしやすさが低下しかつ信頼
性が低くなる。隣接する信号導体間にできるだけ多くの
接地導体を配置すると、クロストークが低減する。例え
ば、ボール・グリッド・アレイ(BGA)・パッケージ
の場合、これは、各信号ボールをいくつかの接地ボール
で包囲し、各信号ラインを接地線で包囲し、各信号面を
接地面で包囲することを意味する。その結果、多くのボ
ール,ライン及び面を備えた複雑なパッケージが生じ
る。こうして複雑さが増すことによって、電子パッケー
ジのコストが増大し、同時に、製造のしやすさ及び信頼
性が低下する。同じことが、ピン・グリッド・アレイ
(PGA)・パッケージ,ハンダ柱キャリヤ,テープ・
オートメーテッド・ボンディング(TAB)・パッケー
ジ,リード付き表面実装パッケージ及びチップ・スケー
ル・パッケージ(CPS)のようなデジタル用途に用い
られる他のタイプの電子パッケージにも当てはまる。
【0005】高周波デジタル用途の場合、EMIの放出
は、電子アセンブリまたは製品全体を金属板で包み込む
ことによって軽減される。この金属板によるシールド
は、かさばるし、コストが高くつく。
【0006】ハイブリッド・マイクロ回路パッケージン
グに関するクロストーク及びEMI放出の問題を取り扱
ったさまざまなRF,マイクロ波及びミリメートル波適
用例が存在する(米国特許第5,753,972号,米
国特許第5,736,783号,米国特許第5,69
2,298号,米国特許第5,668,408号,米国
特許第5,465,008号,米国特許第5,448,
826号,米国特許第5,426,405号,米国特許
第5,285,570号,米国特許第5,235,30
0号)。ハイブリッド・マイクロ回路パッケージング・
アプローチの場合、電子パッケージの大部分は、むくの
金属ブロックから機械加工される。ホール,スロット,
グルーブ及びチャンネルの複雑なアレイを形成して、信
号伝送導体を互いに分離しなければならない。ハイブリ
ッド・マイクロ回路の本体を加工した後、コネクタ,フ
ィード・スルー,相互接続ピン及びリッドのような他の
多くの加工されたコンポーネントが取り付けられる。こ
れら全ての部品の製作及びアセンブリは、自動製造には
あまり適していない。ハイブリッド・マイクロ回路は、
かさばり、コストが高く、プリント回路アセンブリのよ
うな大規模システムに集積するのが困難である。リード
付き表面実装パッケージは、ハイブリッド・マイクロ回
路に対する代替案として高周波用途に利用されてきたが
(米国特許第5,557,144号,米国特許第5,5
22,132号,米国特許第5,401,912号,米
国特許第5,270,673号,米国特許第5,16
0,810号,米国特許第5,122,621号,米国
特許第5,117,068号)、これらのパッケージの
リードは、シールドされないので、望ましくないEMI
の放出が生じる。
【0007】環境的にフリップ・チップをシールするた
め、ハンダ分離壁の変形が公表されているが(米国特許
第5,578,874号,米国特許第5,699,61
1号)、これは、個々の集積回路チップのみに制限され
る。最後に、スタックされた3次元パッケージング構造
が公表されているが(米国特許第5,706,578
号)、層の相互接続にコストの高い機械加工金属部品を
利用している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
の材料及び製造プロセスを利用でき、かつ、完全な分
離,電磁シールド及び環境保護をもたらす、単純で低コ
ストの電子パッケージを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、電子パッケー
ジを、所定の構成をなすようにして、任意の形状のハン
ダ構造が設けられた第1の基板と、第1の基板における
所定のハンダ構成に対応するパターンをなすハンダ濡れ
性材料が設けられた第2の基板とからなり、前記第1基
板と第2の基板が、アライメントのとれるように、第1
の基板のハンダ構成が、第2の基板の濡れ性パターンと
一致させて両者を結合させることで前記目的を達成でき
る。
【0010】また、本発明によれば、完全な電磁分離,
シールド及び環境保護を施された容易に製造可能な高周
波用の電子パッケージが得られる。この電子パッケージ
には、一般に、ボール及び/または壁といった任意の形
状のハンダ構造で相互に接続され、かつ次々と上に重ね
られた多層プリント回路基板またはセラミック基板であ
る複数のスタック基板が含まれている。一般に、多くの
コンポーネントから構成される集積回路または電子サブ
システムを納めたドータ基板によって、表面実装可能モ
ジュールが形成され、これをマザー基板に取り付ける
と、完全にシールドされ、環境的に密封された電子パッ
ケージが形成されることになる。さらに、複数の基板を
順次スタックすることができるので、結果として、3次
元パッケージが形成される。該パッケージは、自動装置
で製作・組立することができ、かつ、ハンダ構造が多く
の機能を果たすため、必要な部品数が激減するので製造
しやすい。
【0011】本発明によれば、さらに、マザー基板への
電気的及び機械的接続,完全なEMIシールド,信号導
体間の電磁分離及び環境保護をもたらす表面実装可能電
子相互接続が得られる。本発明によれば、任意の形状の
相互接続及び分離壁が得られる。相互接続材料が、37
Pb/63Snハンダである望ましい実施態様の場合、
ヒューレット・パッカード社の含有ペースト溶着テクノ
ロジ(米国特許第5,672,542号;第5,58
6,715号;第5,539,153号)によって相互
接続を形成することが可能である。ハンダ構造が、基板
のあらかじめ決められたハンダ付け可能な表面に溶着さ
せられる。次に、ハンダ構造が設けられた基板と対応す
るハンダ付け可能な金属パターンを備える第2の基板と
がつながるように、アライメントのとれる配置が施され
る。その後、対をなす基板とハンダの相互接続を加熱す
ることによって、ハンダが溶融して、第2の基板のハン
ダ付け可能パターンを濡らすことが可能になり、この結
果、2つの基板間における固定された電気的及び機械的
相互接続,環境シール,電磁分離及び/または電磁シー
ルドが同時に形成される。
【0012】任意の形状のハンダ構造によって、キャビ
ティ,トンネル,連続シールまたは単純な相互接続ボー
ルを形成することが可能である。本発明の構造及びそれ
によって造られる装置は、自動大量生産になじみやす
い。機械加工されたまたは導電性のポリマ挿入物を含め
て、他の材料も任意の形状の相互接続に適合する。ま
た、基板を固定可能に接続する方法は種々あるが、その
全ての種類が当該技術者にはとって既知のところである
ので、本出願の特許請求の範囲内に包含されるものとす
る。
【0013】
【発明の実施の形態】図1ないし図4に本発明の実施の
形態を示す。本発明によれば、従来の材料及び製造プロ
セスを利用しながら、完全な分離,電磁シールド環境保
護をもたらす、低コストの電子パッケージが得られる。
【0014】図1及び図2を参照すると明らかなよう
に、本発明によれば、第1の基板16(本明細書では便
宜上「ドータ基板」ともいう。)の第1の表面13に任
意の形状の構造12、14が設けられる。任意の形状の
構造12、14の形状及び位置は、分離,シーリング,
EMIシールドまたは役立つ特性の何らかの組み合わせ
が得られるように、あらかじめ決められている。任意の
形状の構造12、14は、第2の基板18(本明細書で
は便宜上「マザー基板」ともいう。)の向かい合った表
面におけるハンダ付け可能な、対応するメタライゼーシ
ョン・パターン20と、固定可能かつ動作可能にアライ
メントがとられ、つながっている。ドータ基板16上に
おいて、各種表面実装可能コンポーネント26が、任意
形状のハンダ構造と所定の関係をなすように、前記第1
の表面13に動作可能に固定されている。任意の形状の
構造によって動作可能に結合された前記第1の基板と前
記第2の基板は、前記両基板間に、電気的分離,電磁シ
ールド,電気的相互接続及び環境保護を同時に可能にす
る電気的及び機械的相互接続を形成する。機械的止め具
(不図示)を利用して、相互接続構造の崩壊を制御し、
同時に、溶解したハンダ相互接続の表面張力によって、
前記第1の基板と前記第2の基板の受動的自己アライメ
ントがとれるようにすることが可能である。
【0015】望ましい実施の形態の1つが、表面実装可
能な5GHz、130dBステップの減衰器モジュール
である。ドータ基板は、多層プリント回路基板である。
ボール,壁及び伝送ライン構造といった各種63Sn/
37Psハンダ構造が、ドータ基板の表面におけるあら
かじめ決められたハンダ濡れ性パターン上に配置され
る。ドータ基板は、他のコンポーネントと共に、従来の
表面実装テクノロジによって、一般にはプリント回路基
板であるより大規模なマザー基板に表を下にして配置さ
れる。含有ペースト溶着のようなアセンブリ方法を利用
して、本発明の装置を製作する場合には、電子アセンブ
リを加熱して、63Sn/37Pbハンダ構造を溶解さ
せ、溶解ハンダ構造によって、マザー基板の回路基板上
における第2のあらかじめ決められたハンダ濡れ性パタ
ーンを濡らすことが可能になる。アセンブリを冷却する
と、ハンダ構造が固化し、電子パッケージが形成され
る。
【0016】ハンダ相互接続の形状は、ハンダ相互接続
がさまざまな機能を果たせるように、慎重に設計され、
制御される。単純なハンダ・ボール(従来のボール・グ
リッド・アレイ相互接続)によって、低周波直流(D
C)電子相互接続が形成される。モジュール周辺まわり
のギャップのない壁14と、基板の銅接地面が連係し
て、パッケージまわりに電磁シールドを形成し、EMI
の放出が排除され、外部EMIによるモジュールへの影
響が抑制される。ギャップのない壁は、水分,湿気,汚
染物質といった環境的有害物に対するシールも形成す
る。内壁によって、モジュール・セクションが他のセク
ションから分離され、2つのセクション間のクロストー
クが排除される。最後に、同軸及びU字形相互接続とい
ったインピーダンス制御伝送ライン構造(すなわち、H
Pの「Coaxial Solder Interconnect」ドケット番号:
10971817)がある。
【0017】図3には、本発明による電子パッケージの
断面図が示されている。ドータ基板16は、任意の形状
のハンダ相互接続20、22によってマザー基板18に
動作可能に結合されており、さまざまな表面実装コンポ
ーネント26,ワイヤ・ボンディングを施したデバイス
28,フリップチップ・デバイス24従来のハンダ・ボ
ール相互接続30が、パッケージ構成に寄与している。
【0018】図4には、3次元パッケージがマザー基板
18と複数のドータ基板16.0、16.1、16.2
から構成される本発明の第2の実施の形態が示されてい
る。
【0019】図5は、図4の断面図で示された3次元構
造の可能性のある適用例を描いたものである。
【0020】図4及び図5に示すように、電子パッケー
ジは、次々に上に積み重ねて、ボール及び壁のような任
意の形状のハンダ構造で互いに接続され、その結果、よ
り小形の電子コンポーネント及びデバイスが配置され
る、完全にシールドされ、環境的に密封されたサンドイ
ッチ構造をなす、基板から構成されている。マザー基板
に電子的及び機械的相互接続を施すだけではなく、ハン
ダ相互接続は、パッケージ内におけるコンポーネント間
の電磁分離,パッケージの外部まわりの電磁シールド環
境シールも可能にする。パッケージ全体が、従来の材料
と自動装置でアセンブルされるコンポーネントとから構
成されている。
【0021】本アセンブリ方法には、含有ペースト溶着
といった方法及び同様の方法が含まれている。相互接続
ボール,分離壁,環境シール等の任意の形状のハンダ構
造は、一般的には多層プリント回路基板またはセラミッ
ク基板からなるドータ基板の表面に配置される。ハンダ
構造の形状は、ドータ基板上における露出したハンダ濡
れ性メタライゼーション・パターンと、溶着させるハン
ダの量によって決まる。一般に、ハンダ構造は、かなり
の高さを備えており、表面実装アセンブリを容易にする
ため、溶着後は同一平面をなす。表面実装可能受動コン
ポーネント,表面実装パッケージ,薄膜回路,フリップ
・チップ及びワイヤ・ボンディング式集積回路(IC)
のようなコンポーネントが、自動装置によって、ドータ
基板のハンダ構造間またはその周囲に装着される。
【0022】本発明によるハンダ構造またはハンダ以外
の材料からなる構造は、いくつかの機能を果たす。最も
基本的な構造は、従来のボール・グリッド・アレイ相互
接続のように、基板間の電子的及び機械的相互接続を可
能にするハンダ・ボールである。もう1つの単純なハン
ダ構造は壁である。内壁を利用して、モジュールの部品
を互いに電磁的に分離し、信号伝送導体間のクロス・ト
ークを低減させるか、または、排除することが可能であ
る。金属平面と基板に対するエッジ・メッキと連係し
て、外壁を利用することにより、パッケージまわりの導
電性シールドを完成し、EMI放出を排除することが可
能である。ハンダ外壁は、さらに、環境的有害物に対す
るシーリングによって、外部環境からパッケージ内部の
コンポーネントを保護する。ハンダ構造を利用して、同
軸ハンダ相互接続のようなインピーダンス制御を施した
伝送ライン構造を形成することも可能である(HPの
「Coaxial Solder Interconnect」ドケット番号:10
971817)。最後に、ハンダ構造は、表面実装可能
な状態のまま、これらの全ての機能を同時に果たす。
【0023】任意の形状の構造に適した他の材料には、
機械的または化学的に加工された金属パターン,導電性
エポキシ・プリフォーム,調合された導電性エポキシ,
パターン形成された導電性ポリマー,金属ファズ・ボタ
ン、コイル・バネ上記の任意の組み合わせも含まれる。
【0024】本発明の方法、及び、それによって製造さ
れる相互接続及び装置は、自動大量生産になじみやす
い。基板を固定可能に接続する手段及び方法は、さまざ
まであるが、こうした種類は、当該技術者には既知のと
ころであり、本出願の特許請求の範囲内に包含されるも
のとする。
【0025】本発明は、望ましい実施の形態、及び、本
発明の相互接続を形成する方法に関して解説してきた
が、当該技術者には多くの変更が思い浮かぶであろう。
従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によっ
て判断すべきものである。そして、本明細書に記載の実
施の形態は、例示のためであるから、決して本発明を制
限するものと解釈してはならない。
【0026】以下に、本発明の実施の形態の要約を説明
する。 1. 所定の構成を形成する任意の形状のハンダ構造が
設けられた第1の基板と、前記第1の基板の前記ハンダ
構成に対応するパターンを形成するハンダ濡れ性材料が
設けられた第2の基板とを含む電子パッケージであっ
て、前記第1の基板と前記第2の基板とが、アライメン
トのとれるように、前記第1の基板の前記ハンダ構成と
前記第2の基板の前記濡れ性の前記パターンと一致さ
せ、かつ、結合されることにより動作可能な電子パッケ
ージが形成されていることを特徴とする電子パッケー
ジ。 2. 一方の基板がプリント回路基板であることを特徴
とする上記1に記載の電子パッケージ。 3. 一方の基板がプリント回路基板以外のものである
ことを特徴とする上記1に記載の電子パッケージ。 4. ハンダ構造に、パッケージのほぼ周辺におけるギ
ャプのない壁面が含まれることを特徴とする、上記1に
記載の電子パッケージ。 5. 両方の基板が、周辺付近のギャップのないハンダ
接続と共に、パッケージ及びその相互接続を電磁的及び
環境的にほぼシールドする働きをする、1つ以上の完全
な接地面を備えていることを特徴とする上記3に記載の
電子パッケージ。 6. ハンダ構造によって、パッケージの部品を互いに
電磁的に分離する働きをする内壁が得られることを特徴
とする上記5に記載の電子パッケージ。 7. ハンダ構造に、基板間において電子信号を伝送す
る相互接続が含まれることを特徴とする上記1に記載の
電子パッケージ。 8. ハンダには、63Sn/37Pbが含まれること
を特徴とする上記1に記載の電子パッケージ。 9. ハンダ構造が、溶融したハンダ壁面の表面張力に
よる所定の任意の形状への一致を可能にするのに十分な
コーナ半径を有することを特徴とする上記8に記載の電
子パッケージ。 10. 所定の任意の形状が、コーナのあたりで直線セ
クションの幅に比べて狭くなっているので、任意の形状
のハンダ構造に沿って、ほぼ均一な同一平面上のハンダ
分布が助長されることを特徴とする上記9に記載の電子
パッケージ。 11. さらに、任意の形状構造を決めるのに役立つ、
機械的止め具として機能することが可能な、ハンダ付け
可能な金属ボールが含まれることを特徴とする、上記1
0に記載の電子パッケージ。 12. 表面実装可能電子相互接続構造であって、第1
の基板と、第2の基板と、前記第1の基板と前記第2の
基板の間に挿入されて、前記第1の基板と第2の基板を
しっかりと固定し、動作時における無線周波干渉を低減
する働きをする接続ウェッビングが含まれている相互接
続構造。 13. 相互接続構造であって、所定の構成をなすよう
にして、導電材料による任意の形状の構造が設けられ
た、第1の基板と、第1の基板における導電性材料構造
の所定の構成に対応する表面受けパターンが設けられ
た、第2の基板が含まれており、前記第1の基板と第2
の基板とがアライメントをとってしっかりと結合され、
第1の基板の導電性材料構造の構成が、第2の基板の表
面受けパターンと一致するようになっていることを特徴
とする相互接続構造。 14. 複数の表面実装パッケージが動作可能に接続さ
れていることを特徴とする上記1に記載の電子パッケー
ジ。 15. 複数の基板が動作可能に接続されていることを
特徴とする上記13に記載の相互接続構造。
【0027】
【発明の効果】本発明において、電子パッケージを、所
定の構成をなすようにして、任意の形状のハンダ構造が
設けられた第1の基板と、第1の基板における所定のハ
ンダ構成に対応するパターンをなすハンダ濡れ性材料が
設けられた第2の基板と、前記第1と第2の基板が、ア
ライメントのとれるように、しっかりと結合され、第1
の基板のハンダ構成が、第2の基板の濡れ性パターンと
一致して、動作可能な電子パッケージが形成されるよう
したので、第1の基板上に実装されるコンポーネントは
密閉・収納される。従って、完全な分離、電磁シールド
及び環境保護をもたらす表面実装電子パッケージを提供
できる。しかも、このパッケージは従来の材料及び製造
プロセスを利用でき、単純で低コストの生産できる。さ
らに、その上に次々と上に重ね合わせることにより、多
層の密閉された3次元の電子パッケージが得られる。該
パッケージは、自動装置で製作し、アセンブルすること
ができるので、また、ハンダ構造が多くの機能を果たす
ため、必要な部品数が激減するので、製造しやすい。
【0028】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による汎用の第1のドータ基板を表す図
である。
【図2】本発明による汎用のマザー・ドータ基板を表す
図である。
【図3】本発明に従ってアセンブルされた汎用の表面実
装モジュール及びマザー基板を表す図である。
【図4】本発明の代替実施態様を表す図である。
【図5】図4の実施態様の部分切り取り透視図である。
【符号の説明】
12,14 壁 13 第1の基板の表面 16,16.0,16.1,16.2 第1の基板(ド
ータ基板) 17,22 はんだ接続 18 第2の基板(マザー基板) 20 メタライゼィーション パターン 24 フリップチップディバイス 26 表面実装コンポーネント 28 ディバイス 30 はんだ相互接続
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブライアン・アール・ハッチソン アメリカ合衆国 カリフォルニア,ウィン ザー,クリスティン・ウェイ 9565 (72)発明者 ギアリイ・エル・チュー アメリカ合衆国 カリフォルニア,フォス ター・シテイ,バハマ・レイン 701 (72)発明者 ロン・バーネット アメリカ合衆国 カリフォルニア,サンタ ロウザ,チェリイ・ストリート 813

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定の構成を形成する任意の形状のハン
    ダ構造が設けられた第1の基板と、 前記第1の基板の前記ハンダ構成に対応するパターンを
    形成するハンダ濡れ性材料が設けられた第2の基板とを
    含む電子パッケージであって、 前記第1の基板と前記第2の基板とが、アライメントの
    とれるように、前記第1の基板の前記ハンダ構成と前記
    第2の基板の前記濡れ性の前記パターンと一致させ、か
    つ、結合されることにより動作可能な電子パッケージが
    形成されていることを特徴とする電子パッケージ。
JP11206476A 1998-07-31 1999-07-21 電子パッケ―ジ Pending JP2000058997A (ja)

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US09/127531 1998-07-31

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