JP4496240B2 - インターフェイスモジュール付きｌｓｉパッケージ - Google Patents

Description

本発明は、高速信号を外部配線するための信号伝送用高速インターフェイスモジュールを備えたインターフェイスモジュール付ＬＳＩパッケージに係わり、特にインターフェイスモジュールとインターポーザとの位置合せ構造の改良をはかったインターフェイスモジュール付きＬＳＩパッケージに関する。また、このＬＳＩパッケージに用いるインターフェイスモジュールに関する。

近年、ＬＳＩのクロック周波数が高くなるに伴い、ＬＳＩ間を接続するインターフェイスのスループット向上が強く望まれている。インターフェイスのスループット向上には、１端子当たりの信号周波数の上昇と端子数の増加が必要である。しかし、端子数を多くすると、ＬＳＩパッケージに占める配線の面積が大きくなり、接続のために必要な配線長が長くなる傾向にある。一方、１端子当たりの信号周波数を高くすると、単位長さ当たりの電気信号の減衰は大きくなり線路長に制限が生じる。そのため、周波数の高い高速信号でも減衰量を極力抑えた伝送線路を用いるなど工夫が必要である。

信号周波数依存の信号減衰の影響が少ない伝送路として、光伝送路を用いることが有効である。例えば光ファイバでは、数十ｍ程度では伝送による信号減衰は殆ど無視できる。このような光伝送路を用いるためには、ＬＳＩ直近で電気／光信号変換を行う方が有利であるため、光電変換機能を持つ光インターフェイスモジュールをＬＳＩパッケージ直近に配置する構造の検討が行われている。

なかでも、信号処理ＬＳＩを搭載したインターポーザ（再配線基板）を実装基板（ＰＷＢ）に通常の実装工程を用いてアセンブリした後、インターポーザに光インターフェイスモジュールを後から熱過程を経ずして搭載することにより、インターフェィスモジュールに熱的影響を与えないＬＳＩパッケージが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、（特許文献１）に記載の構造では、インターフェイスモジュールとインターポーザとの位置合せを行うのが極めて難しいという問題があった。この種の位置合わせとして基準穴とガイドピンを用いる方法もあるが、この場合、複数の基準穴にそれぞれガイドピンを挿入することが必要なため、基準穴とガイドピンとのクリアランスが必要となる。これは、基準穴の直径に比してガイドピンの直径を小さくしておかないと、基準穴間又はガイドピン間の僅かなずれ（ピッチずれ）が生じても、ガイドピンを基準穴に挿入することができなくなってしまうからである。そして、このクリアランスはそれぞれのピッチずれ、穴径及びピン径のばらつき誤差を含むため、高い精度の位置合わせを阻む要因となり、インターフェイスモジュールとインターポーザの電気接続の多ピン化に伴う狭ピッチ化が制限されると云う問題があった。
特開２００４−２５３４５６号公報

本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、インターフェイスモジュールとインターポーザとを高い精度で位置決めすることができ、電気接続の多ピン化に伴う狭ピッチ化にも対応し得るインターフェイスモジュール付きＬＳＩパッケージ及びインターフェイスモジュールを提供することにある。

本発明の一態様は、信号処理ＬＳＩが搭載され、下面側に実装ボード接続用端子を有し、上面側に第１の電気接続端子を有するインターポーザと、外部配線するための伝送線路を有し、該伝送線路に信号を送出又は該伝送線路から信号を受信する駆動素子を内蔵し、下面側に前記駆動素子に電気的に接続された第２の電気接続端子を有するインターフェイスモジュールと、を具備してなり、前記第１の電気接続端子と前記第２の電気接続端子が接続されるインターフェイスモジュール付きＬＳＩパッケージであって、前記インターポーザとインターフェイスモジュールの一方に第１の基準穴が設けられ、他方に基端の径が前記基準穴よりも大きく先端の径が前記基準穴よりも小さいテーパ部を持ち、前記インターポーザとインターフェイスモジュールとの対向方向に移動可能な第１のガイドピンが半固定状態で設けられ、前記ガイドピンのテーパ部を前記基準穴の開口縁に押し当てることで、前記インターフェイスモジュールと前記インターポーザの面内方向の相対位置が位置決めされることを特徴とする。

本発明によれば、インターフェイスモジュールとインターポーザとを高い精度で位置決めすることができ、これにより電気接続の多ピン化に伴う狭ピッチ化に対応することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わるインターフェイスモジュール付きＬＳＩパッケージの概略構成を示す断面図であり、（ａ）はインターフェイスモジュールの接続前、（ｂ）は接続後の状態を示している。図２は、インターフェイスモジュールの接続後のインターフェイスモジュール付きＬＳＩパッケージの要部構成を拡大して示す断面図である。

図中の１は信号処理ＬＳＩで、このＬＳＩ１はインターポーザ２の表面上に搭載されている。より具体的には、ＬＳＩ１は、インターポーザ２に半田バンプ（図示せず）により電気接続され、アンダーフィル樹脂３で半田バンプ接続部が封止されている。

インターポーザ２の表面には高速信号配線４が設けられており、この配線４の一部はＬＳＩ１の信号入出力端子と接続されている。また、高速信号配線４の一部は、後述するインターフェイスモジュールの第２の電気接続端子と接続すべき第１の電気接続端子を成している。

インターポーザ２の裏面には、例えばボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）などで形成された実装ボード接続用電気端子５が設けられている。インターポーザ２は、電気端子５を用いて、実装ボード（図示せず）に半田リフロー実装される。そして、実装ボードから電源電圧や比較的低速の制御信号やＧＮＤがインターポーザ２を通じてＬＳＩ１に供給されるようになっている。

図中の１０はインターフェイスモジュールであり、このインターフェイスモジュール１０は高速信号を外部配線するための伝送線路１１と、伝送線路１１に信号を送出又は伝送線路１１から信号を受信する駆動素子部１２を有している。

伝送線路１１は、光ファイバや光導波路や細線同軸線路からなる。伝送線路１１として光ファイバを用いた場合には、細線同軸線路に比較して伝送損失が数十ｍの長さでは殆ど無視できることや径を小さくでき小型化が可能であること、グランドラインを送信受信で分離できるなど利点は多い。

駆動素子部１２には、発光素子や受光素子などの光素子とインターフェイスＩＣが内蔵されている。そして、光素子やインターフェイスＩＣへの配線は、内部配線１４により内側（ＬＳＩ１側）に引き出されて第２の電気接続端子１６に接続されている。電気接続端子１６は、インターポーザ２上に形成された電気配線４の一部（第１の電気接続端子）と電気的に接続されている。

インターフェイスモジュール１０の中央部には開口が設けられており、インターポーザ２へインターフェイスモジュール１０を搭載した時に、信号処理ＬＳＩ１はこの開口内に挿入され、信号処理ＬＳＩ１の上面とインターフェイスモジュール１０の上面とが略同じ高さになるようにしている。これにより、信号処理ＬＳＩ１及びインターフェイスモジュール１０を共通のヒートシンク７で冷却するものとなっている。

ここまでの基本構成は、前述した（特許文献１）と実質的に同様であるが、本実施形態ではこれに加えて次のような位置決め機構が設けられている。

インターポーザ２には、インターポーザ２の表面に対して略垂直方向に貫通する位置決め用の円形の基準穴２１が形成されている。一方、インターフェイスモジュール１０には、基準穴２１の直径より太い径を持つガイドピン２２が保持穴２３に圧入などにより半固定されている。ガイドピン２２の先端は、テーパ状になっており、先端に行くほど細くなり先端の径は基準穴２１よりも小さい構造となっている。保持穴２３は、ガイドピン２２の直径とほぼ同等の直径を有するものであり、インターフェイスモジュール１０の表面に対し略垂直方向に貫通して設けられている。これにより、ガイドピン２２はインターフェイスモジュール１０とインターポーザ２との対向方向に移動可能となっている。

なお、ガイドピン２２は保持穴２３内に後端部の一部が圧入されて仮固定されており、抜けないようになっている。そして、ガイドピン２２の先端部に一定以上の力が加わるとガイドピン２２は後退するようになっている。

インターフェイスモジュール１０をインターポーザ２に搭載する際には、ガイドピン２２のテーパ部が基準穴２１の開口縁に押し当てられた状態でインターフェイスモジュール１０とインターポーザ２の横方向の相対位置が位置決めされる。このとき、電気接続端子１６によりインターフェイスモジュール１０の電気配線１４とインターポーザ２の電気配線４が確実に電気接続されている必要があるため、インターフェイスモジュール１０とインターポーザ２の間隔（図で上下方向）は所定の高さに調節されている必要がある。

これに対し、ガイドピン２２が基準穴２１の開口縁と接触する高さ方向の位置は、相対的な位置ずれや穴径、ガイドピン径に依存するため一定とはならない。従って、間隔を所定の値とするためには、高さ調節機構が必要となる。この高さ調節機構は、次のように実現されている。図３を参照して説明する。

まず、図３（ａ）に示すように、インターフェイスモジュール１０を上方よりガイドピン２２の先端がインターポーザ２の基準穴２１に入るようにセットする。そして、図３（ｂ）に示すように、ガイドピン２２のテーパ部に基準穴２１の開口縁を押し当てるようにすると、ガイドピン２２と基準穴２１のセンター位置がセルフアラインされ、ほぼ一致するようにガイドされる。この時点では、電気接続端子１６は電気配線４と接続されていない。ここで、ガイドピン２２は、予め保持穴２３内に挿入されて仮固定されたものであっても良いし、インターフェイスモジュール１０とインターポーザ２との接続の直前に保持穴２３内に圧入されたものであっても良い。

次いで、図３（ｃ）に示すように、インターフェイスモジュール１０を押し当て荷重を増加することにより、半固定されていたガイドピン２２が保持穴２３内を上方に滑り始める。そして、図３（ｄ）に示すように、インターフェイスモジュール１０とインターポーザ２の面内方向の相対位置を保持したまま、インターフェイスモジュール１０とインターポーザ２との間隔が狭まる。最終的に、電気接続端子１６が電気配線４と接触した時点で、複数の電気接続端子１６に荷重が分散されガイドピン２２のすべりが止まり、位置決め及び電気接続が完了する。

ここで、ガイドピン２２にテーパ部を設け、このテーパ部を基準穴２１の開口縁に接触させているため、仮にピン径や穴径のばらつきがあっても、最終的にはガイドピン２２の中心は基準穴２１の中心に略一致することになる。従って、ピン径や穴径のばらつきの影響を受けることはない。

以上は１対のガイドピン２２と基準穴２１による位置合せの原理であるが、１対では、ガイドピン２２の軸を回転軸とする回転方向によるずれが生じるため、同心円パターンのような回転方向に一様なパターンでない一般の場合には位置決めができない。従って、最低２対以上が必要となる。２対の場合について、図４及び図５を用いて更に説明する。

複数の位置決めピンを用いると、ガイドピン２２のピッチと基準穴２１のピッチが一般には一致しないため、図４で示すように、何れかのピッチが広い状態となる。図４（ａ）はガイドピン２２のピッチの方が広い場合、図４（ｂ）は基準穴２１のピッチの方が広い場合を示している。図４（ａ）（ｂ）から分かるように何れの場合にも、２本のガイドピン２２のセンター位置と基準穴２１のセンター位置はほぼ一致するようにガイドされる。従って、センター位置を基準にインターポーザ２及びインターフェイスモジュール１０の各々の電極の位置を決定することにより、ガイドピン２２と基準穴２１のピッチずれによる位置ずれの影響は排除可能となる。

一方、従来のように基準穴１２１よりも直径の小さいガイドピン１２２を基準穴１２１に挿入する方法を、図５に示す。この場合、図５（ａ）に示すようにガイドピン１２２のピッチが広い場合、及び図５（ｂ）に示すように基準穴１２２のピッチが広い場合の何れにおいても、ガイドピン１２２が基準穴１２１に挿入される必要がある。このため、図５（ｃ）に示すように、最大ピッチずれに相当するガイドピン１２２と基準穴１２１との間のクリアランス１２０が必要となる。そして、図５（ｄ）に示すように、最大ピッチずれ分に相当するセンター位置ずれＡが生じ、位置決め誤差が余計に付加され高精度位置決めが困難となる。

次に、ガイドピン２２と基準穴２１との配置関係を、図６を参照して説明する。

図６（ａ）は、ガイドピン２２及び基準穴２１の配置を、基板の対角線近傍に設定したものである。この場合、基板のセンター位置とガイドピン２２及び基準穴２１のセンター位置が略一致するため、自動機でアセンブリする場合に回転中心が略一致するなどの利点が多い。

２対の場合には、２対を結ぶ線を軸として回転する成分が残るため、荷重をかけた場合に偏る可能性が大きくなることを考慮して、図６（ｂ）に示したように、２対より多くのガイドピン２２、基準穴２１の対を使用することも可能である。この場合には、複数対のうち２対で決まる相対位置に対して残りのガイドピン２２が基準穴２１にテーパ部で押し当てられる程度にテーパ部によるクリアランスが大きければよく、複数本で荷重を支えることができるため、荷重のバランスが向上するという効果がある。

なお、１対のガイドピン２２と基準穴２１の場合、回転方向についてはずれが生じて位置決めができないが、回転方向のずれを規制するストッパを設けることによりこのずれを無くすことも可能である。この場合、中心位置の規定はできないが１点のみは合わせることができるため、インターポーザ２及びインターフェイスモジュール１０において、基準穴２１及びガイドピン２２を基準に配線等のパターンを形成すればよい。

図７は、本実施形態の高速インターフェイスモジュール付ＬＳＩパッケージの実際の実装状態を示す斜視図である。

他の実装部品と共に信号処理ＬＳＩ１が搭載されたインターポーザ２が実装ボード３０に実装された後、図中矢印で示したようにインターフェイスモジュール１０をインターポーザ２上に搭載することにより完成する。このとき、インターフェイスモジュール１０のガイドピン２２をインターポーザ２の基準穴２１に合わせることにより、インターフェイスモジュール１０とインターポーザは精度良く位置合わせされる。なお、実装ボード３０上の３２は配線、３３はチップ部品である。また、光ファイバ等の伝送線路１１の光インターフェイスモジュール１０の反対端には、外部光ファイバとの接続用の光コネクタ３１が接続されている。

このように、光インターフェイスモジュール１０から離れた場所で光コネクタ３１を接続することにより、光コネクタ構造が大きくなることによる、実装制限を解決することが可能である。

また、信号処理ＬＳＩ１を搭載したインターポーザ２を、他の実装部品（例えば、キャパシタやリアクタンスといったチップ部品、或いは周辺のＬＳＩやＩＣなど）と共に、通常のリフロー工程による半田付けやソケットへの嵌合といった方法で電気実装を終了後、インターフェイスモジュール１０に熱履歴を加えることなく、機械的な接続のみで後付けすることができる。このため、インターフェイスモジュール１０に用いられる伝送線路を実装工程に制限されずに選択することが可能である。従って、伝送距離や周波数或いはコストに応じた適切な材料を選択でき、全体としてコストが低減可能という効果がある。

このように本実施形態によれば、インターポーザ２に位置決め用の基準穴２１を設けると共に、インターフェイスモジュール１０に本体の部分の直径が基準穴２１よりも大きく先端径が基準穴２１よりも小さくテーパ状に細くなっているガイドピン２２を半固定の状態で設けることにより、ガイドピン２２のテーパ部を基準穴２１の基板表面での円周の縁に押し当てた状態でインターポーザ２とインターフェイスモジュール１０とを面内方向に精度良く位置決めすることができる。しかも、インターフェイスモジュール１０とインターポーザ２が所定の間隔となるようにガイドピン２２が保持穴２３をすべることにより、インターフェイスモジュール１０とインターポーザ２との間隔を調節（高さ調節）することが可能となる。従って、電気接続の多ピン化に伴う狭ピッチ化にも対応することができ、大容量伝送可能なインターフェイスモジュール付きＬＳＩパッケージを実現することができる。

また、インターポーザ２には基準穴２１を形成するのみでよいため、既存のＬＳＩパッケージアセンブリ工程（例えばリフロー工程など）をそのまま適用可能である。このため、ラインの調整や再構築をする必要がないと云う効果も得られる。

（第２の実施形態）
図８は、本発明の第２の実施形態に係わるインターフェイスモジュール付きＬＳＩパッケージの要部構成を示す断面図である。なお、図３と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。また、図８の（ａ）〜（ｄ）は図３の（ａ）〜（ｄ）に対応している。

本実施形態が先に説明した第１の実施形態と異なる点は、ガイドピン２２の保持穴２３に半固定された本体部分からテーパ部に至る途中に、本体部分よりも直径が不連続に大きくされたストッパ部２４を設けたことにある。即ち、ガイドピン２２のテーパ部の先端（最小径）は基準穴２１の直径よりも小さく、基端（最大径）は基準穴２１よりも大きく、且つ保持穴２３よりも大きくなっている。この場合、ガイドピン２２の本体の直径（保持穴２３に挿入される部分の直径）は必ずしも基準穴２１よりも大きくする必要はない。ガイドピン２２の本体のテーパ部分の最小径が基準穴２１より小さく、テーパ部分の最大径が基準穴２１よりも大きければ、ガイドピン２２の本体の直径は基準穴２１よりも小さくても良い。

このような構成であれば、インターポーザ２とインターフェイスモジュール１０との面内方向の相対位置が位置決めされた後に、ガイドピン２２が保持穴２３内を滑り始め、電気接続端子が接触して電気接続する。ここで、荷重が大きくさらにガイドピン２２が滑った場合、ストッパ部２４ですべりが止まるため、電気接続部が過剰につぶれすぎることを抑制できる。これにより、荷重に偏りが生じて設計より大きな力が偏ってかかった場合でも、ストッパ部２４ですべりが止まり、別のガイドピン２２に荷重が分散され均一に電気接続を行うことが可能であるという効果がある。

（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態に係わるインターフェイスモジュール付きＬＳＩパッケージの要部構成を示す断面図である。なお、図２と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。

本実施形態では、インターポーザ２に第１の基準穴２１とは別に粗位置決め用の第２の基準穴４１が設けられている。この基準穴４１は、インターポーザ２の表面から裏面へ略垂直方向に貫通して設けられている。基準穴４１の個数は１個でも複数個でも良いが、確実に粗調整を行うには２個以上が望ましい。

一方、インターフェイスモジュール１０には、第２の基準穴４１に挿入される第２のガイドピン４２が固定されている。このガイドピン４２は、直径が基準穴４１よりも小さくなっている。さらに、第２のガイドピン４２の長さは第１のガイドピン２２よりも長く、第１のガイドピン２２のテーパ部が第１の基準穴２１の開口縁に接する前に、第２のガイドピン４２が第２の基準穴４１に挿入されるようになっている。

このような構成であれば、第２のガイドピン４２を第２の基準穴４１に挿入することにより、インターフェイスモジュール１０とインターポーザ２との面内方向の相対位置を粗調整することができる。これにより、予め第２のガイドピン４２と第２の基準穴４１で粗く位置決めすることができ、第１のガイドピン２２の先端が第１の基準穴２１から外れてしまうのを防ぎ、速やかで確実な位置合わせを行うことができる。

（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態では、ガイドピンがインターフェイスモジュール側に半固定されている場合を説明したが、これとは逆にインターポーザ側にガイドピンを半固定で設置し、インターフェイスモジュール側に基準穴を設けるようにしても良い。また、ガイドピンと基準穴の対は１個でも良いし、複数個であっても良い。但し、ガイドピン間の中心位置の規定を正確に行うには２個以上が望ましい。

また、ガイドピンを半固定状態で設置する手法としては、実施形態で説明したようにガイドピンの本体部分の直径と保持穴の直径を同じにしてガイドピンを圧入により保持する場合に限らず、ガイドピンを半固定の状態に保持するための専用の機構を設けるようにしても良い。

また、電気接続端子は必ずしもバンプに限定されるものではなく、スタッドバンプで形成しておき超音波などにより押しつぶして接合させる構造であっても良い。さらに、接合部の信頼性を向上するためにアンダーフィル樹脂を挿入するような構造であっても良い。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。

第１の実施形態に係わるインターフェイスモジュール付きＬＳＩパッケージの概略構成を示す断面図。 第１の実施形態に係わるインターフェイスモジュール付きＬＳＩパッケージの要部構成を拡大して示す断面図。 第１の実施形態における高さ調整機構の原理を説明するための断面図。 第１の実施形態により面内方向の位置決めができる様子を説明するための断面図。 従来例では良好な位置決めができない様子を説明するための断面図。 第１の実施形態におけるガイドピン及び基準穴の配置例を示す平面図。 第１の実施形態におけるパッケージの実際の実装状態を示す斜視図。 第２の実施形態に係わるインターフェイスモジュール付きＬＳＩパッケージの要部構成を示す断面図。 第３の実施形態に係わるインターフェイスモジュール付きＬＳＩパッケージの要部構成を示す断面図。

符号の説明

１…信号処理ＬＳＩ
２…インターポーザ
３…アンダーフィル樹脂
４…電気配線（第１の電気接続端子）
５…ＢＧＡ
１０…インターフェイスモジュール
１１…伝送線路
１２…駆動素子部
１４…電気配線
１６…第２の電気接続端子
２１…第１の基準穴
２２…第１のガイドピン
２３…保持穴
３０…実装ボード
３１…光コネクタ
３２…配線
３３…チップ部品
４１…第２の基準穴
４２…第２のガイドピン

Claims (4)

1. 信号処理ＬＳＩが搭載され、下面側に実装ボード接続用端子を有し、上面側に第１の電気接続端子を有するインターポーザと、
   外部配線するための伝送線路を有し、該伝送線路に信号を送出又は該伝送線路から信号を受信する駆動素子を内蔵し、下面側に前記駆動素子に電気的に接続された第２の電気接続端子を有するインターフェイスモジュールと、
   を具備してなり、前記第１の電気接続端子と前記第２の電気接続端子が接続されるインターフェイスモジュール付きＬＳＩパッケージであって、
   前記インターポーザとインターフェイスモジュールの一方に第１の基準穴が設けられ、他方に基端の径が前記基準穴よりも大きく先端の径が前記基準穴よりも小さいテーパ部を持ち、前記インターポーザとインターフェイスモジュールとの対向方向に移動可能な第１のガイドピンが半固定状態で設けられ、前記ガイドピンのテーパ部を前記基準穴の開口縁に押し当てることで、前記インターフェイスモジュールと前記インターポーザの面内方向の相対位置が位置決めされることを特徴とするインターフェイスモジュール付きＬＳＩパッケージ。
2. 前記インターポーザとインターフェイスモジュールの一方に第２の基準穴が設けられ、他方に径が前記第２の基準穴よりも小さい第２のガイドピンが設けられ、前記第２のガイドピンを前記第２の基準穴に挿入することにより、前記インターフェイスモジュールとインターポーザの面内方向の相対位置が粗調整されることを特徴とする請求項１記載のインターフェイスモジュール付きＬＳＩパッケージ。
3. 前記第１のガイドピン及び前記第１の基準穴を少なくとも２対以上有することを特徴とする請求項１又は２記載のインターフェイスモジュール付きＬＳＩパッケージ。
4. 前記第１のガイドピンは、該ガイドピンの本体から前記テーパ部に至る途中で径が不連続に大きくされたストッパ部を有することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のインターフェイスモジュール付きＬＳＩパッケージ。

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