DE4222402A1 - Anordnung für die Mehrfachverdrahtung von Mulichipmodulen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für die Mehrfachver­ drahtung von Multichipmodulen nach dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.

Multichipmodule sind Bauteile in denen mehrere integrierte Schaltkreise (IC) auf einem gemeinsamen Substrat zusammen­ gefaßt sind. Als Substrat kommen mehrere Materialien zur Anwendung, die jüngsten Entwicklungen zeigen aber einen eindeutigen Trend zu Silizium als Substratmaterial. Zunächst erreicht man damit gleiche thermische Ausdehnung von Chip und Substrat. Gleichzeitig kann man aber zur Strukturierung des Substrats auf die Verfahren der IC- Technologie zurückgreifen. Das bedeutet, daß die Verdrahtung auf dem Substrat in ähnlich kleinen Abmessungen ausgeführt werden kann, wie sie auf den ICs üblich sind. Das führt zu einem erheblichen Gewinn an Flä­ che gegenüber herkömmlichen Substraten, wie sie z. B. in der Hybridtechnik angewendet werden. Die elektrische Kon­ taktierung erfolgt vorwiegend noch konventionell über Bonddrähte, aber auch Simultankontaktierungsverfahren wie TAB (tape automated bonding) oder Flip-Chip-Technik sind in Entwicklung.

Für die Verbindung der Chips in einem Multichipmodul sind Leiterbahnkreuzungen nicht auszuschließen. Beim Einsatz der Bondtechnik können einzelne Überkreuzungen bei ge­ schicktem Layout noch über die Bonddrähte realisiert wer­ den. Bei TAB und Flip-Chip-Technik ist das nicht mehr mög­ lich. Eine Mehrebenenverdrahtung auf dem Siliziumwafer ist zwar Stand der Technik aber entsprechend aufwendig und bei großen Substratflächen entsprechend teuer.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb für Multichipmodule eine Verdrahtungsanordnung anzugeben, die technisch ein­ fach zu realisieren und kostengünstig herzustellen ist.

Die Aufgabe wird gelöst, durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteran­ sprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen erläu­ tert unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen.

In Fig. 1 ist schematisch dargestellt, wie Verbindungslei­ tungen zwischen den einzelnen ICs, welche sich überkreu­ zen, auf einen gemeinsamen Bereich zugeführt werden. In diesem Bereich wird ein zusätzliches Bauelement Z aufge­ bracht, auf welchem die Überkreuzungen realisiert sind.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Multichipmodul wobei die Flip-Chip-Technik als Verbindungstechnik einge­ setzt wird.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß in dem zusätzlichen Bauelement alle notwendigen Überkreuzungen von Leiterbah­ nen enthalten sind. Dadurch kann die Leiterbahnkonfigura­ tion auf dem Substrat des Multichipmoduls in einfacher Technik ohne Überkreuzungen ausgeführt werden.

Sind bei der Verbindung einzelner ICs auf einem Multichip­ modul Überkreuzungen notwendig, so werden diese Leiterbah­ nen an das Zusatzbauelement herangeführt und dort über­ kreuzt. Das zusätzliche Bauelement für die Mehrfachver­ drahtung wird mit herkömmlicher IC-Technologie in Mehrlagentechnik gefertigt und zusammen mit den Schal­ tungs-IC auf einem gemeinsamen Träger aufgebracht. Ohne diesen Zusatzbaustein müßte um Überkreuzungen zu ermögli­ chen, das gesamte Substrat (Träger) in Mehrlagenverdrah­ tung ausgeführt werden. Der Flächenanteil des Zusatzbau­ elements mit Mehrfachverdrahtung ist nur noch ein Bruch­ teil der Gesamtfläche des Substrats und es reduzieren sich daher die Fertigungskosten entsprechend.

Fig. 1 stellt ein Ausführungsbeispiel für ein Zusatzbau­ element in Mehrlagentechnik dar. Auf einem Silizium-Sub­ strat S mit den Abmessungen 40×40 mm² sind vier Silizi­ umchips (IC1 . . . IC4) zu einem Multichipmodul zusammenge­ fügt. Die Anschlüsse nach außen sind in Fig. 1 nicht be­ rücksichtigt. Für die elektrische Verbindung der Chips un­ tereinander wird nur eine Verdrahtungsebene auf dem Sub­ strat aufgebracht. Teilweise lassen sich Überkreuzungen durch geschickte Anordnung der Leiterbahnen vermeiden. Grundsätzlich treten jedoch eine größere Anzahl vom Überkreuzungen auf. In Fig. 1 sind die Leiterbahnen, die sich überkreuzen, auf ein zentrales Bauelement Z zuge­ führt, das in Mehrebenentechnik ausgeführt ist und nur sich überkreuzende Leiterbahnen enthält. Die Anschlüsse dieses Bauelements Z werden mit Bonddrähten an die heran­ geführten Leiterbahnen angeschlossen. In Fig. 1 sind auf dem Überkreuzungsbauelement Z mehr Leiterbahnen gezeichnet als angeschlossen sind. Dies soll zeigen, daß das Überkreuzungsbauelement als ein universeller Baustein aus­ bildbar ist, der vom Layout des Multichipmoduls unabhängig ist und daher in jedes Multichipmodul eingesetzt werden kann. Beispielsweise kann das Bauelement Z separat gefer­ tigt werden und anschließend in das Multichipmodul einge­ setzt werden.

In Fig. 1 ist die Fläche des Bauelements Z gegenüber den ICs deutlich vergrößert, um die Ausführung der Überkreuzungen sichtbar zu machen. In der Realisation wird das Bauelement Z nur einen Bruchteil der IC-Chips an Platz beanspruchen, so daß auch mehrere derartige Chips auf ei­ nem Substrat aufgebracht werden können, ohne die Substrat­ fläche nennenswert zu vergrößern.

Für eine Flip-Chip-Kontaktierung stellt sich das Problem der Überkreuzungen noch stärker als für die Bondtechnik, da Überkreuzungen mit Hilfe der Bonddrähte wegfallen.

Auch bei der Flip-Chip-Technik kann prinzipiell das oben beschriebene Überkreuzungsbauelement Z in Mehrebenentech­ nik eingesetzt werden. Bei der Flip-Chip-Technik werden die ICs mit lötfähigen Anschlußhöckern (bumps) versehen und upside down auf die vorgefertigte Leiterbahnstrukturen gebracht und simultan verlötet. Auch ein zusätzliches Überkreuzungsbauelement Z wird auf diese Weise eingesetzt.

Jedoch läßt sich bei der Flip-Chip-Technik eine Überkreuzung einfacher realisieren. Da die bumps 1 eine beträcht­ liche Höhe aufweisen (ca. 20 µm) bleibt zwischen den Bauelementen und dem Substrat ein Luftspalt erhalten. Das bedeutet, daß unterhalb des Zusatzbauelements Z Leiterbah­ nen 2, hindurchgeführt werden können. Um Überkreuzungen zu realisieren ist daher für ein Zusatzbauelement Z nur eine Metallisierungsebene notwendig, da die zu überkreuzenden Leiterbahnen 2 bereits auf dem Substrat S des Multichipmo­ duls aufgebracht sind (Fig. 2). Da das Überkreuzungsbauelement Z ebenso wie das Substrat des Multichipmoduls eine Metallisierungsebene enthält, kann das Überkreuzungsbauelement zusammen mit dem Multichipmodul auf einem Träger gefertigt werden.

Auch bei der Flip-Chip-Technik kann ein universelles Überkreuzungsbauelement Z eingesetzt werden, das separat ge­ fertigt und in das Multichipmodul eingesetzt wird.

Claims (4)

1. Anordnung für die Mehrfachverdrahtung von Multichipmo­ dulen, bei denen mehrere integrierte Schaltkreise auf ei­ nem gemeinsamen Substrat angeordnet sind, dadurch gekenn­ zeichnet daß das Multichipmodul zumindest ein zusätzli­ ches Bauelement für die Überkreuzungen der Leiterbahnen der einzelnen integrierten Schaltkreise enthält.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Überkreuzungsbauelement in Flip-Chip-Technik mit dem Substrat des Multichipmodul verbunden ist und mindestens eine Verdrahtungsebene enthält.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Überkreuzungsbauelement mehrere Verdrahtungsebenen be­ sitzt und die elektrischen Anschlüsse zum Substrat oder/und ICs mittels Drahtbonden hergestellt werden.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Träger und Überkreuzungsbauelement aus Silizium bestehen.