JP2021533561A - マルチチップモジュール（ｍｃｍ）アセンブリ - Google Patents

Abstract

前面及び背面を有するとともに、前面に搭載される複数のシリコンチップを備えるグラファイト基板と、グラファイト基板に取り付けられるとともにシリコンチップの外輪郭を取り囲む開口が設けられるプリント配線基板（ＰＷＢ）とを備えるマルチチップモジュール（ＭＣＭ）アセンブリであって、シリコンチップのそれぞれに１つ以上の異なる種類のインクを供給できるように、グラファイト基板が、背面上の１つ以上のインクチャネルと、グラファイト基板を貫通してそれぞれの１つ以上のインクチャネルと流体連通する１つ以上のインク供給スロットとを備え、ＭＣＭアセンブリが、グラファイト基板の１つ以上のインクチャネルを覆うように構成されるグラファイトカバープレートを更に備える。【選択図】 図２

Description

[01]本発明は、サーマルインク印刷技術の技術分野に関し、殊にワイドページ印刷技術、特にマルチチップモジュールアセンブリに関する。

[02]マルチチップモジュール（ＭＣＭ）の概念は、長い間にわたり良く知られてきた。技術的及び経済的な理由が、シリコンチップの長さを長くすることを製造業者に思いとどまらせている。したがって、硬質基板上に適切に配置されることによってＭＣＭを形成する複数のシリコンチップを介してのみ、より長く且つより効果的な印刷スワスを合理的に得ることができる。単一のＭＣＭの外輪郭を適切な方法で成形すると、幾つかのＭＣＭの単純な並置により、より一層長い印刷バーを構築できる。

[03]米国特許第５０１６０２３号は、印字ヘッドの幅寸法に少なくとも等しい量だけ隣接する印字ヘッドに対してオフセットされる印字ヘッドを備える構造を開示する。開示された構造は、特定の高温に耐えるのに適した基板としてのセラミック材料の使用を伴う。しかしながら、セラミック基板の製造プロセスは、所望の形状を一度に得るために特定の金型を必要とするため、或いは、そのような硬質材料を機械加工するために何らかの硬質工具機器の使用を要するため、かなり高価である。更に、米国特許第５０１６０２３号に開示されるバスライン及びＩＣパッケージのセットも、かなり複雑であり、したがって、技術的に効率的でなく、信頼性及び費用効率が高いわけではない。

[04]米国特許第５９３９２０６号は、基板上に搭載される少なくとも１つの半導体チップを備える装置について記載し、前記基板は、ポリマー材料のコーティングがその上に電気泳動的に堆積された多孔質導電部材を備え、この場合、前記多孔質導電部材はグラファイト又は焼結金属を備える。しかしながら、電気泳動堆積ラインの構築及びメンテナンスはかなり高価であるため、装置の製造プロセスが複雑でコストがかかる。

[05]したがって、本発明の目的は、従来技術の欠点を克服することであり、また、複雑な動作及び成形部品を使用する必要性の排除に起因して単純で、ロバスト性が高く、効果的であり、安全で、安価で、製造が容易であるとともに、全体的に信頼性が向上したマルチチップモジュールアセンブリを提供することである。

[06]１つの態様によれば、本発明は、前面及び背面を有するとともに、前面に搭載される複数のシリコンチップを備えるグラファイト基板を備えるマルチチップモジュール（ＭＣＭ）アセンブリに関し、
ＭＣＭアセンブリは、グラファイト基板に取り付けられるとともに複数のシリコンチップの外輪郭を取り囲む複数の開口が設けられるプリント配線基板（ＰＷＢ）を更に備え、
１つ又は複数の異なる種類のインクを複数のシリコンチップのそれぞれに供給できるように、グラファイト基板が、背面上の１つ以上のインクチャネルと、グラファイト基板を貫通して１つ以上のインクチャネルとそれぞれ流体連通する１つ以上のインク供給スロットとを備え、
ＭＣＭアセンブリが、グラファイト基板の１つ以上のインクチャネルを覆うように構成されるグラファイトカバープレートを更に備える。

[07]ＭＣＭアセンブリのシリコンチップを取り囲む開口を備える単純なプリント配線基板（ＰＷＢ）の使用は、ボンディングパッドがチップの両側に沿って分散される場合であっても、電気的接触を実現するための簡単な方法をもたらす。グラファイト基板上に直接にインクポートがインクチャネルと一体化されているため、従来技術の場合のように、インクチャネルを収容するように成形される成形インクポートは必要ない。グラファイト基板と組み合わせたグラファイトカバープレートは、製造及び主要機器への搭載／主要機器からの取り外しが簡単な、コンパクトなモジュールを提供する。

[08]本発明の更なる態様によれば、ＭＣＭアセンブリは、グラファイトカバープレートとグラファイト基板との間に配置される事前に含浸された複合繊維の中間接着剤層を更に備える。事前に含浸された複合繊維の中間接着剤層は、グラファイト基板のインクチャネルに一致するアパーチャーを備える。

[09]本発明の更なる態様によれば、グラファイトカバープレートの内面が平坦である。或いは、グラファイトカバープレートの内面は、グラファイト基板のインクチャネルに一致するインクチャネルを備えることができる。

[010]本発明の更なる態様によれば、ＰＷＢは、グラファイト基板のインクチャネルに一致するアパーチャーを有する事前に含浸された複合繊維の中間接着剤層によってグラファイト基板に取り付けられる。或いは、ＰＷＢは、グラファイト基板のインクチャネルに一致するアパーチャーを有する事前に含浸された複合繊維の層を備えることができる。

[011]好ましくは、グラファイトカバープレートは、シールＯリングを有するインク入口及び出口ポートを備える。これにより、印刷機器に挿入した後にモジュールの密閉シールをもたらすことができる。

[012]本発明の更なる態様によれば、グラファイトカバープレートとグラファイト基板との間の事前に含侵された複合繊維は、ＰＷＢとグラファイト基板との間の事前に含侵された複合繊維と同じ種類である。或いは、グラファイトカバープレートとグラファイト基板との間の事前に含浸された複合繊維は、ＰＷＢとグラファイト基板との間の事前に含浸された複合繊維）とは異なる種類である。

[013]以下、添付図面に関連して本発明をより十分に説明し、図面では、同じ数字が異なる図の全体にわたって同じ要素を表わし、また、本発明の顕著な態様及び特徴が示される。

本発明に係るＭＣＭアセンブリの概略図である。 マルチチップモジュールの全体図を与える。 カバープレートの全体図を与える。 カバープレートの内面が平坦である、カバープレートの別の実施形態を示す。 カバープレートの内面がインクチャネルを備える、カバープレートの別の実施形態を示す。 事前に含浸された複合繊維の中間接着剤層の概略図を与える。 本発明に係る完全なマルチチップモジュールアセンブリを構成する部品の全セットを分解図で示す。 本発明に係る完全なマルチチップモジュールアセンブリを構成する部品の全セットを背面図で描く組立図で示す。 本発明に係る完全なマルチチップモジュールアセンブリを構成する部品の全セットを正面図で描く組立図で示す。

詳細な説明

[014]印字ヘッドのスワス長を長くするための想定し得る解決策は、複数のシリコンチップを単一の基板上に整列させて、マルチチップモジュール（ＭＣＭ）を形成し、効果的なより大きい印刷スワスを得ることである。

[015]基板材料は、シリコンチップを損傷させ得る想定し得る危険な曲げを回避するために剛性が高い必要があり、また、その熱膨張係数（ＣＴＥ）は、組み立て後に生じる大きな応力を防止するために、シリコンのＣＴＥに近い必要がある。基板材料は、チップ固定のための平らな表面、及び、組み立てのための全ての細部、すなわち、背面からインクを供給するためのインクスロット、外部支持体に対するＭＣＭ固定のためのブシュハウジング、液圧接着剤を収容するための溝などをもたらすために容易に機械加工される必要がある。焼結グラファイトはこの目的に適した材料である。すなわち、焼結グラファイトは、前述の全ての要件を満たすことができ、更に安価である。焼結グラファイトのプレートは、例えば、ＴＯＹＯ ＴＡＮＳＯ−大阪（日本）から入手できる。焼結グラファイトの想定し得る欠点は、特に溶剤インクが使用されるときに材料がインクを吸収できるようにするその多孔性である。しかしながら、国際公開第２０１７１９８８１９号又は国際公開第２０１７１９８８２０号に開示されるものなどであるがこれらに限定されない適切なシール剤及び化学的適合性のある接着剤の実施により、シール剤で処理した後、シリコンチップをグラファイト基板に取り付けることができるようになる。

[016]本発明によれば、複数のシリコンチップとの電気的接続をもたらすために、プリント配線基板（ＰＷＢ）がＭＣＭの基板上に固定される。シリコンチップは、その熱機械的安定性が放出要素のそれぞれの位置及び位置合わせを維持できるようにする基板上に組み立てられ、一方、ＰＷＢは、外部コントローラとの電気的接続をもたらす。シリコンチップがＰＷＢ上に直接に組み立てられた場合には、その低い熱機械的安定性が、印刷品質に対する悪影響を伴って、放出要素の安定したそれぞれの位置決めを妨げる。

[017]図１に示されるように、シリコンチップに対する適切な電気的接触をもたらすために、ＰＷＢ１１は、シリコンチップ２の外輪郭を取り囲む開口８を有する。ＭＣＭにおける右下のシリコンチップの右側を参照すると、点線円１０で取り囲まれる領域は、シリコンチップ及びＰＷＢの両方にボンディングパッドを含み、これらのボンディングパッドは、互いに対向しており、適切な方法、例えばワイヤボンディングによって導電ワイヤと接続される。電気的保護及び機械的保護の両方を与えるために、ワイヤボンディング後にシール接着剤を塗布して、チップ及びボードの両方のボンディングパッドを接続ワイヤと一緒に組み込むことができる。

[018]下に横たわるグラファイト基板の外輪郭が点線９によって示される。チップパッド及びボードパッドが電気的に接続された、ＭＣＭと取り付けられたＰＷＢとにより構成される構造は、ＭＣＭアセンブリを形成する。

[019]ＰＷＢが両面粘着テープを介してＭＣＭの下に横たわる基板に取り付けられる従来技術とは対照的に、ＰＷＢをＭＣＭの基板に結合するためのより効率的な方法が開発されてきた。この方法は、熱硬化性材料を含む事前に含浸された複合繊維のシートである中間接着剤層、又は、いわゆるプリプレグの使用にある。プリプレグは、例えばＴＵＣ−Ｚｈｕｂｅｉ（台湾）から入手できる。熱硬化性材料は、取り扱いを容易にするために、部分的にのみ硬化される。ＰＷＢ＋プリプレグ＋基板により構成される「サンドイッチ」に対して高圧（約２０バール）及び高温（約２００℃）を長時間（約３時間）にわたって加えることにより、非常に信頼できる結合が部品間で得られる。ＰＷＢは、表面上に予備的に堆積されてＰＷＢ輪郭に一致するように適切に成形される中間接着剤層（又はプリプレグ層）を備えることができる。

[020]ＰＷＢから外部コントローラへの電気的接触を引き出すために、様々な方法を使用できる。ＰＷＢに搭載される標準的なマルチピンソケットを採用することができ、このマルチピンソケットは可撓性ケーブルに接続されるプラグを収容することができ、可撓性ケーブルはコントローラまで延びる。しかしながら、この解決策は、機械的安定性に関してプラグとソケットとの間の電気的接触における信頼性が低く、ＭＣＭの機能中に接触の欠落を見出すことも珍しくない。

[021]印刷機器において接触配列として一連の「ポゴピン」をＰＷＢ上の接点パッドの対応する配列と共に使用して、より安定した接触を得ることができる。ポゴピンコネクタは、例えば、ＩＮＧＵＮ−Ｆｉｎｏ Ｍｏｒｎａｓｃｏ（イタリア）から入手できる。各ピンはばね荷重であるため、部品間の接触の機械的強度が遥かに高く、電気的導通が安定しているのが分かる。一方、配列内のピンの数が多いということは、全体の付勢力がかなり大きいことを意味し、この付勢力はＰＷＢに伝えられる。それを考慮すると、ＰＷＢをグラファイト基板に結合するためのプリプレグ解決策は、部品間に非常に強力な結合をもたらすのに非常に効果的であり、それにより、接触ピンが付勢されるときに外れるリスクが低減されるのが分かる。更なる代替案（図示せず）として、可撓性ケーブルが硬質構造に埋め込まれたＰＷＢを使用することができ、可撓性ケーブルの延出された外側部分は一連の接触パッドで終端し、これらの接触パッドは外部ソケットに差し込まれるようになっている。

[022]図２は、６つのチップを収容するグラファイト基板に直接にインクポート及びインクチャネルを組み入れる実施形態を示す。グラファイト基板２１の背面は、２つの種類のインクのための独立したインクチャネル１７，１８をそれぞれ示す。インク供給スロット１９，２０が、インクチャネル１７，１８とそれぞれ流体連通して、グラファイト基板２１を貫いて実現され、そのため、グラファイト基板２１の反対側に搭載されるＭＣＭ内のシリコンチップのそれぞれの１つに２つのインクを供給できる。

[023]インクチャネルはグラファイト基板２１に埋め込まれるため、従来技術の場合のように、インクチャネルを収容するように成形される成形インクポートは必要ない。

[024]基板表面のチャネルを閉じるためには基板の背面に付着されるカバープレート２２で十分である。カバープレート２２は、軽量で機械加工が容易なグラファイトから形成されるとともに、図３に示されるように、インクチャネル１７，１８の端部に対応する適切なインク入口ポート及びインク出口ポートを備える。

[025]図示の実施形態において、ＭＣＭは、例えば２つの異なるインクを用いて印刷するべく２つの異なるチャネルを通じてインクを送出するように考えられているため、カバープレートには４つのインク入口／出口ポートが設けられる。実際に、インク入口ポート２３及びインク出口ポート２４が図２のインクチャネル１７の端部に対応し、一方、インク入口ポート２５及びインク出口ポート２６がインクチャネル１８に対応する。

[026]従来技術のように突出するホース取付具の使用を避けるために、各インクポートは、印刷機器（図示せず）に挿入した後にモジュールの密閉シールをもたらすべくＯリング２９を収容できる。その運用上の配置では、ＭＣＭが印刷機器に押し付けられ、その結果、印刷機器はＯリングを対照させるのに適した当接部を有する。この形態を用いると、インクホースをインクポートに挿入する必要がなく、また、ＭＣＭの印刷機器への搭載又は印刷機器からの取り外しが遥かに簡単であることが分かる。

[027]図４に示されるように、カバープレート２２の内面３２は、平坦であり得る又はインクチャネルを備えることができる。特に、カバープレート２２の内面３２が平坦である場合の解決策が図４Ａに描かれる。この場合、内面３２は、単に図２に描かれるグラファイト基板２１のインクチャネル１７，１８の天井として作用するにすぎない。別の方法として、グラファイト基板２１におけるインクチャネル１７，１８にそれぞれ一致するインクチャネル３７，３８が、実際のチャネル断面を増大させるべく、図４Ｂに描かれるように、グラファイトカバープレート２２に実現される。この解決策は、例えば、幅広いチャネル断面が必要とされる場合及びチャネルの深さが深いために材料が脆弱になる可能性を回避しなければならない場合に役立ち、これらは、チャネルが専ら基板に形成された場合に起こり得ることである。

[028]グラファイトカバープレート２２とグラファイト基板２１を効果的に結合するために、更なる革新的な解決策が採用され、この解決策は、接着剤に基づく従来の方法に対する改善を表す。本解決策は、接着剤を塗布する代わりに、図５に示されるように、２つの部分間に事前に含浸された複合繊維の中間接着剤層３０を配置することにある。

[029]図５における中間接着剤層３０は、いわゆるプリプレグのような熱硬化性材料を含む、事前に含浸された複合繊維のシートであり、該シートは、ＰＷＢボードをグラファイト基板に結合するために使用される同じ材料となり得る、或いは、接着特性を伴う異なる複合繊維材料となり得る。

[030]この実施形態において、グラファイトカバープレート（図示せず）は、中間接着剤層３０と完全に適合する非常に平坦な表面を備える。適切なアパーチャー２７，２８が、中間接着剤層３０で実現されるとともに、チャネル壁を延在させて、それにより実際のチャネル深さを増大させるべく、基板チャネル１７，１８（図２に描かれる）にそれぞれ一致する。グラファイト基板のために使用される同じシール剤をグラファイトカバーのために使用して、その多孔性によって引き起こされる問題を防ぐことができる。

[031]インクチャネル１７，１８のように成形される中間接着剤層３０におけるアパーチャー２７，２８はそれぞれ、インク供給スロット１９，２０を介したインクポート２３，２４，２５，２６間の及びインクチャネル１７，１８との流体連通を可能にし、インクが放出チップに流れることができる。

[032]当業者に完全に明らかなように、記載された実施形態は、本発明の範囲から逸脱することなく、何らかの簡単な調整後に、１つのインクのみが使用されるＭＣＭに関して或いは更には３つ以上のインクが使用されるＭＣＭに関して実現され得る。

[033]グラファイト基板２１におけるインクチャネルが十分に深い場合には、インクチャネルへのインクの流れを保証するために、中間接着剤層３０におけるアパーチャー２７，２８をインクポート領域に限定できることも明らかである。この異なる解決策（図示せず）において、グラファイト基板におけるインク供給スロットには、グラファイト基板で実現されるインクチャネルのみによってインクが供給されるべきである。それにより、インク再循環流量を増大させるべく、カバープレートの内面を平坦にすることもでき、或いは、カバープレートの内面にインク入口ポート及びインク出口ポートと連通するインクチャネルを設けることもできる。

[034]高温高圧で結合されたグラファイト基板２１とグラファイトカバープレート２２との間に挟まれる中間接着剤層３０は、インクチャネル及び放出チップがコンパクトな構造に含まれる、ロバスト性が高い効果的なアセンブリをもたらす。

[035]本発明に係る完全なマルチチップモジュールアセンブリを構成する部品の全セットが、分解図（図６Ａ）及び組立図の両方で図６に示され、組立図は、背面図（図６Ｂ）及び正面図（図６Ｃ）に分けられる。プリプレグ層の最終的な硬化は、好ましくは、ＰＷＢを含む部品のセット全体に対して独自の段階で行なわれる。

[036]１つの実施形態において、グラファイトカバープレートとグラファイト基板との間のプリプレグ層（事前に含浸された複合繊維）は、ＰＷＢとグラファイト基板との間のプリプレグ層（事前に含浸された複合繊維）と同じ種類である。或いは、グラファイトカバープレートとグラファイト基板との間のプリプレグ層（事前に含浸された複合繊維）は、ＰＷＢとグラファイト基板との間のプリプレグ（事前に含浸された複合繊維）とは異なる種類である。

[037]前述したように、ＭＣＭアセンブリを構成できる部品のセットが図６Ａに示される。ＭＣＭアセンブリは、上から下に向かって、Ｏリング２９を伴うグラファイトカバープレート２２、事前に含浸された複合繊維（プリプレグ）の接着剤中間層３０、背面にインクチャネルを伴うグラファイト基板２１、グラファイト基板の反対側の表面に搭載される複数のシリコンチップ２、開口８及び接点パッド３１の配列が設けられたＰＷＢ１１を備える。グラファイト基板２１に面するＰＷＢ１１の表面は、結合に適したプリプレグ層から成る。接点パッド３１の配列は、印刷機器におけるばね付勢された「ポゴピン」の対応する配列と一致している。

[038]動作条件に関する利便性にしたがって、記載された実施形態の幾つかを代替的に使用することができ、一方、当業者が容易に分かるように、他の幾つかの実施形態を一緒に接合して、非常に高性能な印刷機器を得ることができる。

[039]他の既知のマルチチップモジュールアセンブリと比較して、記載された発明は、複雑な動作及び成形部品を使用する必要性の排除に起因して単純で、ロバスト性が高く、効果的であり、安全で、安価で、製造が容易であるとともに、全体的に信頼性が向上したマルチチップモジュールアセンブリを提供する。

[040]上記の開示された主題は、例示的であり、限定的ではないと見なされるべきであり、独立請求項によって規定される発明のより良い理解を与えるのに役立つ。

Claims (9)

1. 前面及び背面を有するとともに、前記前面に搭載される複数のシリコンチップ（２）を備えるグラファイト基板（２１）を備えるマルチチップモジュール（ＭＣＭ）アセンブリにおいて、
   前記ＭＣＭアセンブリが、前記グラファイト基板（２１）に取り付けられるとともに前記複数のシリコンチップ（２）の外輪郭を取り囲む複数の開口（８）が設けられるプリント配線基板（ＰＷＢ）（１１）を更に備え、
   １つ又は複数の異なる種類のインクを前記複数のシリコンチップ（２）のそれぞれに供給できるように、前記グラファイト基板（２１）が、前記背面上の１つ以上のインクチャネル（１７，１８）と、前記グラファイト基板（２１）を貫通して前記１つ以上のインクチャネル（１７，１８）とそれぞれ流体連通する１つ以上のインク供給スロット（１９，２０）とを備え、
   前記ＰＷＢ（１１）が、前記グラファイト基板の前記インクチャネルに一致するアパーチャーを有する事前に含浸された複合繊維の中間接着剤層（３０）によって前記グラファイト基板（２１）に取り付けられ、
   前記ＭＣＭアセンブリが、前記グラファイト基板（２１）の前記１つ以上のインクチャネル（１７，１８）を覆うように構成されるグラファイトカバープレート（２２）を更に備える、
   ことを特徴とするＭＣＭアセンブリ。
2. 前記グラファイトカバープレート（２２）と前記グラファイト基板（２１）との間に配置される事前に含浸された複合繊維の中間接着剤層（３０）を更に備える、請求項１に記載のＭＣＭアセンブリ。
3. 事前に含浸された複合繊維の前記中間接着剤層（３０）が、前記グラファイト基板（２１）の前記インクチャネル（１７，１８）に一致するアパーチャー（２７，２８）を備える、請求項２に記載のＭＣＭアセンブリ。
4. 前記グラファイトカバープレート（２２）の内面（３２）が平坦である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＭＣＭアセンブリ。
5. 前記グラファイトカバープレート（２２）の内面（３２）が、前記グラファイト基板（２１）の前記インクチャネル（１７、１８）に一致するインクチャネル（３７，３８）を備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載のＭＣＭアセンブリ。
6. 前記ＰＷＢが、前記グラファイト基板の前記インクチャネルに一致するアパーチャーを有する事前に含浸された複合繊維の層を備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載のＭＣＭアセンブリ。
7. 前記グラファイトカバープレート（２２）が、シールＯリング（２９）を有するインク入口及び出口ポート（２３，２４，２５，２６）を備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載のＭＣＭアセンブリ。
8. 前記グラファイトカバープレート（２２）と前記グラファイト基板（２１）との間の前記事前に含浸された複合繊維が、前記ＰＷＢ（１１）と前記グラファイト基板（２１）との間の前記事前に含浸された複合繊維と同じ種類である、請求項１〜７のいずれか一項に記載のＭＣＭアセンブリ。
9. 前記グラファイトカバープレート（２２）と前記グラファイト基板（２１）との間の前記事前に含浸された複合繊維が、前記ＰＷＢ（１１）と前記グラファイト基板（２１）との間の前記事前に含浸された複合繊維とは異なる種類である、請求項１〜８のいずれか一項に記載のＭＣＭアセンブリ。

Images