説明

インターポーザー

【課題】安価な基板材料を使用しながらもはんだ接続部への熱応力を軽減し、接続信頼性を確保するインターポーザーを提供する。
【解決手段】電子デバイス6とマザーボード7と間にはんだ接続部4、5を介して設けられるインターポーザー1であって、インターポーザーの四隅のうち少なくとも対向する2つの隅に切欠き部を設ける。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、本発明は、インターポーザーに関し、特に電子デバイスと、マザーボードとのはんだ接続部を有するインターポーザーに関する。
【背景技術】
【0002】
図5を用いて、インターポーザーについて説明する。
【0003】
インターポーザー1は、インターポーザー上面2上に1つもしくは複数の電子デバイス6を搭載し、インターポーザー下面3にはマザーボード7との接続部5を有する構造をしている。
【0004】
インターポーザー1と電子デバイス6は、はんだ接続部4で接続されインターポーザー1とマザーボード7は、はんだ接続部5で接続されている。
【0005】
電子デバイス6、インターポーザー1、マザーボード7は、それぞれ熱膨張係数が異なるため、高温時の伸び量の差がはんだ接続部4とはんだ接続部5に熱応力として加わる。
【0006】
そこでこのインターポーザー1では、はんだ接続部4とはんだ接続部5への熱応力を緩和するため、2つの対策を施している。
【0007】
まずはんだ接続部4の熱応力緩和について説明する。
【0008】
理想的には、インターポーザー1の熱膨張係数を電子デバイス6の熱膨張係数と一致させることが望ましいが、電子デバイス6の種類によって熱膨張係数が異なり、また複数の電子デバイス6をインターポーザー1上に実装するケースもあり、熱膨張係数を完全に一致させることは困難である。
【0009】
完全一致は難しいまでも、インターポーザーの材料として電子デバイス6の熱膨張係数値に近い値の材料を選択することが望ましく、電子デバイス6に多く用いられるBTレジンやポリイミドよりも低熱膨張係数が小さな素材を用いることによって熱応力の発生を抑えている。
【0010】
一方、はんだ接続部5の熱応力緩和については、マザーボード7の基板材料をインターボーザー1と同じ低熱膨張率係数材料を用いることで熱応力をなくしている。
【0011】
更に、特許文献1や、特許文献2に記載されているように、熱応力に対する対策として、マザーボードとインターポーザーとの間に空間を設け、上下する構造とすることにより応力を吸収する構造もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
【特許文献1】特開2006−303239(図1)
【特許文献2】特開2008−130678(図1)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
図5に示すインターポーザーの問題点は、インターポーザー1およびマザーボード7共に高価な低熱膨張係数材料を使用しなければならないことである。
【0014】
更に、インターポーザー1に低熱膨張係数材料を使用した場合、基板が高弾性となるため電子デバイス6の反りには追従することができず、はんだ接続部4へ応力が加わることがある。
【0015】
特許文献1は、インターポーザー自身が振動するためバンプに大きな応力がかかる問題点を有し、更に、バンプが2辺のみで接続されているので、振動に対して弱い構造であるとともに、信号線の数も少なくなるという問題点もある。
【0016】
特許文献2もインターポーザー自身が上下するためバンプに大きな応力がかかる問題点を有している。
[発明の目的]
本発明の目的は、インターポーザーに安価な基板材料を使用しながらもはんだ接続部への熱応力を軽減し、接続信頼性を確保することにある。
【課題を解決するための手段】
【0017】
本発明によるインターポーザーは、電子デバイスとマザーボードと間にはんだ接続部を介して設けられるインターポーザーであって、インターポーザーの四隅のうち少なくとも対向する2つの隅に切欠き部を設けることを特徴とする。
【発明の効果】
【0018】
インターポーザーにマザーボードとの間の熱応力を吸収できる構造を有しているため、マザーボードとインターポーザーの熱膨張係数を一致させる必要がない効果を輸している。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】インターポーザーの上面及び側面から見た外形図である。
【図2】インターポーザー状に電子デバイスを搭載したときの上面及び側面から見た外形図である。
【図3】インターポーザーとマザーボードの熱膨張係数が一致する場合の、インターポーザーの動作を説明するための図である。
【図4】インターポーザーとマザーボードの熱膨張係数が不一致の場合の、インターポーザーの動作を説明するための図である
【図5】インターポーザーを説明するための外形図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【0021】
図1を参照すると、本発明の一実施の形態としてのインターポーザーが示されている。インターポーザーは、電子デバイスやマザーボードに熱が加わった際の熱応力(膨張収縮力)を吸収するしなやかさ(低弾性率)が必要とする。熱応力は、電子デバイスの種類やマザーボードの材質によっても変わり、どのような電子デバイスとマザーボードを選ぶかによって、インターポーザーに求められる弾性率は変わる。従って弾性率は、その電子デバイスやマザーボードの熱応力を吸収できる値、例えば、FR−4材の弾性率(22〜25GPa/25℃)よりも大幅に小さな値(例えば5GPa以下の低弾性率)とし、10〜30ppm/℃の熱膨張係数を有することにより実現できる。インターポーザーを低弾性率とすることにより、熱応力を吸収することが可能となるが、本発明では更に、インターポーザーがたわむことによる応力を吸収するためにインターポーザーの形状に特徴を持たせた。
【0022】
すなわち、インターポーザー1の形状は、四隅を切欠いた十字型の形状である。インターポーザー1とマザーボード7間の接続信号数が少ない場合は、切欠き部が片方の対角のみで構成する形状でも可能である。
【0023】
このように四隅を切り欠く形状とすることにより、角1点に集中する応力が分散され、熱応力に対して、より強い構造となっている。
【0024】
インターポーザー1の形状や大きさは、搭載する電子デバイス6の面積やマザーボード7との接続信号数に応じて、全て四隅を全て切欠く形状とするか、片方の対角のみ切り欠くか選択することができる。
【0025】
インターポーザー上面2には、電子デバイス6を搭載するためのはんだ接続部4がある。
【0026】
はんだ接続部4は、四隅を切欠いた延長線上を結んだエリアのことである。
【0027】
電子デバイス6の搭載エリアは、はんだ接続部4に限定する。但しインターポーザー1を小型化する目的においては、搭載高が低い部品に限ってはんだ接続禁止部へ搭載することができる。
【0028】
但しその場合は、インターポーザー1を低弾性化した効果は薄くなる。
【0029】
一方インターポーザー下面3には、マザーボード7と接続するためのはんだ接続部5がある。
【0030】
はんだ接続部5は、十字形状の向かい合う4辺を割り当てる。
【0031】
はんだ接続部5のパット形状は、円、楕円、正方形、長方形などがある。はんだの供給方法は、はんだボールやはんだ印刷などがある。
【0032】
またはんだ接続部5の裏面に当たる領域は、マザーボード7とのはんだ接続を禁止するはんだ接続禁止部12とする。
【0033】
インターポーザー1の振動耐性を高める必要がある場合は、中心点Cのみマザーボード7とはんだ接続をする。
【0034】
その他対振動性を高める方法として、低弾性樹脂でインターポーザー1とマザーボード7を接着する方法もある。
【0035】
はんだ接続部5とはんだ接続禁止部12に挟まれた領域は、応力吸収代8である。
【0036】
応力吸収代8の幅は、インターポーザー1とマザーボード7の熱膨張係数差から求める。
【0037】
応力吸収代8については、はんだ接続部よりも基板層数を減らすことによって、更なる低弾性化が図られ、はんだ接続部5への熱応力を減らすことができる。
【0038】
次に、具体的な実施例を用いて本発明を実施するための最良の形態の構成及び動作
を説明する。
【0039】
図2に示す通り、インターポーザー1の基板素材は、数GPa以下の低弾性率を有し、10〜30ppm/℃程度の熱膨張係数を有する。
【0040】
形状は、四隅を切欠いた十字型の形状である。切り欠き部が片方の対角のみで構成しても良い。
【0041】
インターポーザー上面2には、電子デバイス6を搭載するための領域がある。
【0042】
一方インターポーザー下面3には、マザーボード7と接続するためのはんだ接続部5がある。
【0043】
はんだ接続部5は、十字形状の向かい合う4辺を割り当てる。
【0044】
はんだ接続部5のパット形状は、円、楕円、正方形、長方形などがあるが、インターポーザー下面3に電子デバイス6を搭載しない場合には、はんだ印刷にて低く強固に接続可能な長方形が望ましい。またインターポーザー下面3に電子デバイス6を搭載する場合には、電子デバイス6の実装空間を確保できるはんだボールでの接続があり、パット形状は円が望ましい。
【0045】
またはんだ接続部5の裏面に当たる領域では、インターポーザー1とマザーボード7をはんだ接続せず、電子デバイス6とマザーボード7間の熱応力干渉を防ぐ。
【0046】
インターポーザー1の振動耐性を高める必要がある場合は、中心点Cのみマザーボード7とはんだ接続をする。
【0047】
その他対振動性を高める方法として、低弾性樹脂でインターポーザー1とマザーボード7を接着する方法もある。
【0048】
4箇所ある応力吸収代8は、他の部分よりも基板層数を減らすことによって、更なる低弾性化が図られ、はんだ接続部5への熱応力を減らすことができる。
【0049】
次に、図3と図4を用いて、インターポーザーの動作について説明する。
【0050】
電子デバイス6、インターポーザー1、マザーボード7は、固有の熱膨張係数を
有しており、高温時の膨張量や膨張のしかたはそれぞれ異なる。
【0051】
インターポーザー1は、電子デバイス6とマザーボード7の中間に位置し自身の熱膨張ではんだ接続部4に熱応力を与えないことはもちろんのこと、電子デバイス6とマザーボード7の挙動の違いを吸収する役割を果たす。
【0052】
まず始めに図3を用いて、インターポーザーの熱膨張係数10とマザーボードの熱膨張係数11を一致する場合の、電子デバイス6とインターポーザー1とマザーボード7の動きについて説明する。
【0053】
電子デバイス6とインターポーザー1の関係については、双方の熱膨張係数を一致させることは難しいため、はんだ接続部4には、必ず熱応力が加わる可能性を秘めているが、インターポーザー1を低弾性化することにより、はんだ接続部4へ加わる熱応力が低減できる。
【0054】
またインターポーザー1を低弾性化することにより、電子デバイス6の反りにも追従する。
【0055】
一方インターポーザー1とマザーボード7の関係については、双方の熱膨張係数が一致した場合、高温時の伸びも一致するため、はんだ接続部5へ熱応力は加わらない。
【0056】
更に電子デバイス6とマザーボード7の関係については、インターポーザー1が低弾性でありかつ電子デバイス6の下面にインターポーザー1と、マザーボード7のはんだ接続箇所5がないことにより、双方の挙動が互いに影響しない状況を作り出している。
【0057】
次に図4を用いて、インターポーザー1の熱膨張係数10とマザーボード7の熱膨張係数11が一致しない場合の、インターポーザー1の応力吸収構造が熱膨張量の差を吸収し、はんだ接続部5に加わる熱応力を吸収する仕組みについて説明する。
【0058】
インターポーザーの熱膨張係数10がマザーボードの熱膨張係数11より大きい場合、高温時にはインターポーザー1はマザーボード7よりも伸び量が大きい。背景技術ではこの伸び量の差がはんだ接続部5へ熱応力として加わっていたが、本発明では応力吸収代8を支点にインターポーザー1が上下に可動できるしくみを設けることで、B面はんだ接続部7への熱応力の印加を防いでいる。
【符号の説明】
【0059】
1 インターポーザー
2 インターポーザー上面
3 インターポーザー下面
4 はんだ接続部
5 はんだ接続部
6 電子デバイス
7 マザーボード
8 応力吸収代
10 インターポーザーの熱膨張係数
11 マザーボードの熱膨張係数
12 はんだ接続禁止部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
電子デバイスとマザーボードと間にはんだ接続部を介して設けられるインターポーザーであって、前記インターポーザーの四隅のうち少なくとも対向する2つの隅に切欠き部を設けることを特徴とするインターポーザー。
【請求項2】
前記インターポーザーの4辺にはんだ接続部を設けたことを特徴とする請求項1記載のインターポーザー。
【請求項3】
前記インターポーザーの中心部に更にはんだ接続部を設けたことを特徴とする請求項2記載のインターポーザー。
【請求項4】
前記インターポーザーの四隅全てに切欠き部を設けたことを特徴とする請求項1記載のインターポーザー。
【請求項5】
前記インターポーザーが低弾性であることを特徴とする請求項1記載のインターポーザー。
【請求項6】
電子デバイスとマザーボードと間にはんだ接続部を介して設けられるインターポーザーであって、前記インターポーザーの四隅に切欠き部を設け、前記インターポーザーの4辺にのみ前記マザーボードとのはんだ接続部を設けたことを特徴とするインターポーザー。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2012−109331(P2012−109331A)
【公開日】平成24年6月7日(2012.6.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−255548(P2010−255548)
【出願日】平成22年11月16日(2010.11.16)
【出願人】(390001074)NECネットワークプロダクツ株式会社 (23)