JP2561793B2 - ダイレクト・チップ・アタッチ・モジュール - Google Patents

ダイレクト・チップ・アタッチ・モジュール

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は集積回路チップのパッケ
ージに関する。さらに、本発明は低価格のマルチチップ
・パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】回路トランスポーザ（キャリヤとも呼ば
れている）、デック、またはインターポーザ上に設けた
集積回路チップを有する集積回路（ＩＣ）モジュールは
従来より公知である。例えば、本願の譲渡人に帰属する
米国特許４、０７４、３４２に開示されており、この特
許は本願の引例として示した。米国特許４、０７４、３
４２および本明細書に添付の図１に示すように、チップ
・インターポーザ３０はインターポーザの一面のハンダ
球３２を介して基板２９に接続される。デポジットした
導体３４は載置した集積回路チップ３６間および外部ハ
ンダ球３２とバイア３８を介して相互接続する。また、
集積回路チップをハンダ球４２によってインターポーザ
に固定させる。基板配線（図示せず）を介してインター
ポーザに接続したモジュール・ピン２４は、このモジュ
ールをパッケージの次のレベル、すなわち、プリント配
線板に接続する。これらインターポーザは１チップ以上
を取り付け可能であり、取り付けチップ間の相互接続お
よび外部パッケージ・ピンへの接続等を行う。このイン
ターポーザを有することによりＩＣモジュールが複雑と
なり、コストの上昇が免れない。インターポーザはモジ
ュール基板と同じぐらい複雑であり、基板と同程度のコ
ストがかかり、モジュールの製造コストを倍にしてしま
う。
【０００３】インターポーザのコスト増加に加え、イン
ターポーザの追加によりモジュールの歩どまりが低下す
るのでモジュールのコストも上昇する。インターポーザ
は通常、基板にハンダ付けされ、これがモジュールの組
付け工程に加わるので、不良品の出る確率が高くなる。
組付け不良は欠陥のある部品、たとえばインターポー
ザ、チップ、基板等から生じやすく、あるいはハンダ付
け不良から生じる。
【０００４】さらに、パッケージの不均一な熱膨張や熱
収縮のために通常な操作条件ではハンダ付けの良好な接
合は得られない。通常、チップそのものが熱膨張を起す
熱の発生源である。各チップは数ワットの電力で燃えだ
すので、単一のインターポーザに取り付けした数枚のチ
ップをカプセル化したものは最終パッケージ内でかなり
の量の熱を漏出する。一方、より複雑なパッケージで
は、熱はチップから直接取り除かれるので、基板はチッ
プを介して冷却される。したがって、このタイプのパッ
ケージを切ると、チップは基板より早く冷え、パッケー
ジに機械的なストレスを与えることになる。熱膨張や熱
収縮はパッケージ内の全てに機械的なストレスを与え、
その結果、チップやキャリヤの結合は破局的なストレス
を受けることになる。チップ温度を所望の範囲に維持す
るために、パッケージ内のチップが発生する熱をチップ
からパッケージの外部に伝え放散する必要がある。熱移
動の効率を上げるほど、パッケージの操作温度範囲は狭
くなり、その温度範囲が狭くなるほど、熱膨張や熱収縮
の発生は減少する。
【０００５】不均一なパッケージ温度は、さらにストレ
スを悪化させる。モジュール内のストレスの原因となる
不均一な温度を減少させる一方法は、チップと同じ熱膨
張率を有する物質でインターポーザを製造することであ
った。しかし、これはインターポーザをＩＣチップと同
じ物質で同じ方法によって製造することを意味した。上
記したように、基板と同じ方法によってインターポーザ
を作ることはパッケージのコストを上昇させることにな
った。
【０００６】熱移動と電力の消散は信頼性という観点ば
かりでなく、新規な半導体技術や液体窒素の温度やそれ
以下で操作しなくてはならない超伝導体に対しても重要
なことである。こうした低温ＩＣは迅速な熱移動と熱消
散が要求される。低温ＩＣの接合温度が液体窒素の沸点
よりはるか高温に上昇すると、そのＩＣは破損する。し
たがって、非常に高価で、複雑なパッケージが低温用に
必要とされてきた。そうした低温チップのパッケージが
低温ＩＣのコストの大部分をしめている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、マル
チ集積回路チップ・パッケージのコストを減少させるこ
とである。また、本発明の他の目的はマルチ集積回路チ
ップ・パッケージの信頼性を向上させることである。さ
らに、本発明の他の目的はマルチ集積回路チップの熱移
動を改良することである。また、さらに、本発明の他の
目的はチップ・パッケージのコストを減少させ、信頼性
を向上させ、集積回路チップ・パッケージの熱移動能力
を向上させることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は１個以上の集積回路をパッケージするため
の集積回路（ＩＣ）チップ・キャリヤおよびパッケージ
またはモジュールであり、パッケージはＩＣチップを取
り付けたキャリヤを有する。キャリヤは上面に取り付け
る１個以上のチップ、上面、あるいは下面、あるいは上
面と下面の間に層状に設けることができる１枚以上の配
線板または層、当該キャリヤとパッケージの次のレベル
間で信号を授受したり電力供給を行うための結合パッド
を有する。キャリヤはプリント配線カードを製造したも
のと同じガラス繊維入り樹脂複合材料によって作られ
る。インターポーザは、さらに、デュアル・イン・ライ
ン・ピン（ＤＩＰ）パッケージやプラスチック・リーデ
ッド・チップ・キャリヤ（ＰＬＣＣ）のような標準パッ
ケージ内に設けることができる。キャリヤ結合パッドと
標準パッケージ間の接続は配線結合による。また、キャ
リヤはハンダあるいはハンダペーストによってキャリヤ
結合パッドと基板間の接続を行うことが可能である。別
の実施例では、チップ取り付け位置に設けたチップでキ
ャリヤを直接、プリント配線カードに付着あるいは取り
付ける。
【０００９】
【実施例】添付の図２は本発明のチップ・キャリヤの望
ましい一実施例を示す。チップ・キャリヤ１００は上面
１０４上に集積回路ＩＣチップ１０６取り付け用のチッ
プ取り付け位置１０２を１箇所以上有する。図２のキャ
リヤ１００は４箇所の取り付け位置１０２を示している
が、図示した数は例であり、これに限定するものではな
く、４箇所以上でも以下でも可能である。各取り付け位
置１０２は、キャリヤ１００とそれに取り付けたＩＣチ
ップ１０６間で電力、データ、制御等の物理的授受のた
めの信号、電力パッド１０８を複数有する。ＩＣチップ
１０６は、複数のＣ４（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｃｏｌ
ｌａｐｓｅｄ Ｃｈｉｐ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）ハン
ダ球１１０によってチップ・キャリヤ１００のチップ取
り付け位置１０２に取り付けられる。キャリヤの上面
（下面にも可能）上の導電性ランド１１２が取り付けた
ＩＣチップ１０６間の配線をおこなうチップ間配線の役
目をする。導電性ランド１１２にも接続している複数の
キャリヤ・パッド１２０（図３参照）でキャリヤに信号
と電力を供給する。本願の望ましい実施例では、導電性
ランド１１２は銅である。しかし、いかなる低抵抗の導
電性物質も銅に代え、あるいは銅と組み合わせて使用す
ることができる。
【００１０】図２の３−３線に沿ったチップ・キャリヤ
１００の断面を図３に示す。チップ・キャリヤ１００は
上面１０４上に単一の導電面１２４を有する絶縁性物質
の単一層１２２を持つことが可能である。あるいは、必
要に応じ、その下面１１４に第二導電面１２４を設ける
ことができる。また、チップ・キャリヤは図３の断面図
に示すように複数の絶縁層１２２によって分離した複数
の導電面１２４を有する多層構造とすることもできる。
チップ・キャリヤが１層を上回る導電面１２４を有する
際には、信号と電力はキャリヤの上面１０４からチップ
・キャリヤ１００を介し、バイア１２８で他の導電面に
分配される。この例のチップ・キャリヤ１００は５つの
絶縁層１２２を有し、導電面１２４が２層の絶縁層１２
２で挟まれている。上面１０４、下面１１４、４枚の内
面を合わせて、６枚の導電面が存在し、その各々が信号
配線または電力分配を有する。導電面１２４は多層プリ
ント配線カードあるいは多層セラミック基板の内部層と
機能的に同一である。
【００１１】本発明の一実施例では、キャリヤ用ハンダ
球１３０をチップ・キャリヤ１００をプリント配線基板
（図示せず）に直接取り付け、接続する手段として使用
している。また、ポリマ金属導電（ＰＭＣ）ペーストを
ハンダ球１３０に代えることもできる。キャリヤ用ハン
ダ球１３０はチップ・キャリヤ１００上、あるいは基
板、モジュール・パッケージ、またはプリント配線カー
ド上に置く。さらに、図示してないが、信号・電力パッ
ドがその上に付着させたハンダを有したり、Ｃ４ハンダ
球１１０がチップ１０６の取り付け用のハンダを提供す
るようにすることも可能である。
【００１２】本発明の望ましい実施例では、絶縁層１２
２を作る材料はエポキシ樹脂とガラス繊維の樹脂複合材
料、つまりＦＲ−４（Ｆｉｒｅ Ｒｅｔａｒｄａｎｔ−
４）と称される防燃材である。ＦＲ−４はプリント配線
カードの製造で使用した物質と同じものである。充分な
絶縁特性を有する物質であれば、ＦＲ−４をその物質に
代えることができる。
【００１３】図４は本発明の第２実施例による組付け状
態を示し、図５はその平面図である。この実施例の特徴
は図２、図３の実施例と共通なので、煩雑さを避けるた
めに共通部品等には同じ番号で表わし、同一箇所や機能
に関する説明は省略する。
【００１４】図４、図５の実施例では、ＩＣチップ１０
６は図２、図３に示したようにキャリヤ１００上に取り
付ける。プラスチック・リーデッド・チップ・キャリヤ
（ＰＬＣＣ）パッケージ用に通常使用されているリード
フレーム１４０をキャリヤ・パッド１２０のハンダ球１
３０によってチップ・キャリヤ１００にハンダづけされ
ている。図５はリードフレーム１４０に固定したチップ
・キャリヤ１００の平面図である。あるいは、リードフ
レーム１４０はＪリードタイプにして、キャリヤを取り
付ける前にハンダをそのＪリードタイプリードフレーム
に付着させることも可能である。チップ・キャリヤ１０
０上に設けたダイレクト・チップ・アタッチ（ＤＣＡ）
有機重合カプセル材１４２が被膜を作り、Ｃ４ハンダ球
１１０および取り付けたチップ１０６を保護する。この
ＤＣＡ有機重合カプセル材は、本発明の引例として示
し、かつ本発明の譲渡人に譲渡された米国特許４、６０
４、６４４（Ｂｅｃｋｈａｍ等）に記載されている。こ
うしてリードフレーム１４０に取り付けたチップ・キャ
リヤ１００は、チップがパッケージに囲まれないため熱
移動および熱放散が改良された。
【００１５】図６は本発明の第３実施例による組付け例
をしめす概略斜視図であり、図７はその断面図である。
チップ１０６をチップ・キャリヤ１００のチップ取り付
け位置１０２内に取り付ける。この実施例では、キャリ
ヤ・パッド１０８は上面１０４の上に設け、配線接合に
適している。前述の実施例のようにパッケージ１５０に
キャリヤをハンダづけしない。そのかわり、キャリヤを
適切な熱接着剤によってＰＬＣＣのように適切なパッケ
ージ１５０に接着する。電力と信号は、キャリヤ接続パ
ッド１２０と配線結合用パッド１５４間の結合配線１５
２を介してキャリヤに授受される。ＤＣＡ有機重合カプ
セル材１５６が被膜を作り、結合配線１５２そのものと
同様にチップ１０６、キャリヤ１００、配線結合用パッ
ド１５４を保護する。あるいは、ＤＣＡ有機重合カプセ
ル材１５６の代わりに、標準のパッケージ上面（図示せ
ず）を用いることができる。このようにして、本願の実
施例は従来では高価となるパッケージ技術を必要とした
非常に小さなチップ用の比較的安価なパッケージを提供
することができる。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、集積回路チップ用の比
較的安価で、柔軟性のあるパッケージを提供できる。ま
た、このキャリヤは、同一の機能を有するが互換性のな
いフットプリントを持つ２個のチップが交換可能になる
ように、チップ信号の比較的安価なリダイレクト手段を
提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のマルチ・チップ・パッケージを示す概略
斜視図である。
【図２】本発明のチップ・キャリヤの望ましい一実施例
を示す概略斜視図である。
【図３】図２の３−３線に沿ったキャリヤの断面図であ
る。
【図４】本発明の第２実施例による組付け状態を示す平
面図である。
【図５】本発明の第２実施例による組付けた状態を示す
平面図である。
【図６】本発明の第３実施例による組付け状態を示す概
略斜視図である。
【図７】本発明の第３実施例による組付け状態を示す断
面図である。
【符号の説明】
１００ チップ・キャリヤ １０２ チップ取り付け位置 １０４ キャリヤ上面 １０６ ＩＣチップ １０８ 信号・電力パッド １１０ ハンダ球 １１４ キャリヤ下面 １２０ キャリヤ・パッド １２２ 絶縁層 １２４ 導電面 １２８ 媒介手段 １３０ ハンダ球 １５０ パッケージ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パーワイズ・ニハル アメリカ合衆国12533 ニューヨーク州、 ホープウェル・ジャンクション、デイ ル・ロード 46

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも１個の集積回路チップをキャリ
    ヤに取り付けるためのチップ取り付け手段と、少なくと
    も１個の集積回路チップに電力と信号を分配するための
    分配手段とを含み、該分配手段は少なくとも１個の導電
    面上のキャリヤ配線によって複数のチップ結合パッドに
    接続した複数のキャリヤ・パッドから成り、前記導電面
    は少なくとも１つのガラス繊維樹脂複合材料の層上に設
    けた構成を有する、キャリヤを含み、 前記キャリヤは、異なる分配手段を有する少なくとも２
    個のキャリヤから選択され、それによって、同一の機能
    を有するがフットプリントの互換性がない２個のチップ
    が集積回路チップ内で交換可能になることを特徴とし、 集積回路チップ・パッケージと、 前記キャリヤを前記パッケージに取り付け、接続するた
    めの結合手段を含む、 集積回路モジュール。
  2. 【請求項２】前記少なくとも１個の導電面は、複数の導
    電面を含み、隣接した各組の導電面は前記少なくとも１
    つの層のうちの１つにより分離されることを特徴とす
    る、請求項１記載の集積回路モジュール。
  3. 【請求項３】前記複数の導電面のうちの少なくとも２つ
    の導電面は内部導電面であり、前記少なくとも１つの層
    は複数の絶縁層であり、それによって、各前記導電層が
    前記少なくとも１つの層のうちの１つにより分離される
    ことを特徴とする、請求項２記載の集積回路モジュー
    ル。
  4. 【請求項４】前記チップ取り付け手段は各前記チップ結
    合パッド上に付着したハンダ球を含み、該付着したハン
    ダ球は前記各チップを前記キャリヤに取り付け、電気的
    に接続することを特徴とする、請求項３記載の集積回路
    モジュール。
  5. 【請求項５】各前記集積回路チップは複数のチップパッ
    ドを有し、前記チップ取り付け手段が、 接着剤と、 前記チップ結合パッドと前記チップパッドとの間の複数
    の配線結合と、有機カプセルに包むための材料とを含
    み、 それによって、前記チップが前記キャリヤに接着され、
    配線結合が前記有機カプセルに包むための材料に包まれ
    ることを特徴とする、請求項３記載の集積回路モジュー
    ル。
  6. 【請求項６】前記集積回路チップ・パッケージは空洞と
    複数のパッケージ配線結合パッドを有するリーデッド・
    チップ・キャリヤであり、前記チップ取り付け手段が、 複数のキャリヤ配線結合パッドと、 各前記キャリヤ配線結合パッドと前記パッケージ配線結
    合パッドの１つの間の配線結合とを有し、 それによって、前記キャリヤが前記空洞に取り付けられ
    ることを特徴とする、請求項３記載の集積回路モジュー
    ル。
  7. 【請求項７】前記結合手段がポリマ金属導電ペーストで
    ある、請求項３記載の集積回路モジュール。
  8. 【請求項８】前記チップ取り付け手段がポリマ金属導電
    ペーストである、請求項７記載の集積回路モジュール。
  9. 【請求項９】複数の配線面と、ガラス繊維複合樹脂から
    なる複数の絶縁層で、該絶縁層の各々は該配線面の隣接
    する２面間にはさまれ、複数の媒介手段で、該媒介手段
    の各々は該配線面の１面から該配線面の第２面に該絶縁
    層の少なくとも１層を介して伸び、複数のキャリヤ・パ
    ッドと、複数のチップ電力・信号パッドを有する、キャ
    リヤの表面上のチップ取り付け位置の少なくとも１箇所
    とを含み、前記キャリヤは少なくとも２つのキャリヤか
    ら選択され、前記キャリヤの取り付け位置は他のキャリ
    ヤとは異なるチップの電力及び信号の割り当てを有し、
    それによって、同一の機能を有するがフットプリントの
    互換性がない２個のチップがパッケージ内で交換可能に
    なることを特徴とる、キャリヤと、 信号及び電力を前記キャリヤに提供する手段とを含む、
    集積回路パッケージ。
  10. 【請求項１０】前記信号及び電力を前記キャリヤに提供
    する手段は前記キャリヤ・パッドで前記キャリヤに取り
    付けられたリード・フレームである、請求項９記載の集
    積回路パッケージ。
  11. 【請求項１１】前記信号及び電力を前記キャリヤに提供
    する手段は、 空洞と、複数の配線結合パッドと、複数のパッケージ・
    リードを含み、前記キャリヤは前記空洞内に固着されて
    おり、 前記複数のキャリヤ・パッドと前記複数の配線結合パッ
    ド間の複数の配線結合とを含む、 請求項９記載の集積回路パッケージ。
  12. 【請求項１２】全ての集積回路チップは、少なくとも１
    回チップ取り付け位置が付着されたカプセルに包むため
    の材料により被覆され保護される、請求項９記載の集積
    回路パッケージ。
  13. 【請求項１３】前記キャリヤ・パッド、前記配線結合パ
    ッド、及び前記複数の配線結合は、付着されたカプセル
    に包むための材料により被覆され表面処理される、請求
    項１１記載の集積回路パッケージ。
  14. 【請求項１４】前記信号及び電力を前記キャリヤに提供
    する手段がポリマ金属導電ペーストである、請求項９記
    載の集積回路パッケージ。
  15. 【請求項１５】前記取り付け位置のチップ電力及び信号
    パッドがポリマ金属導電ペーストを付着していることを
    特徴とする、請求項１４記載の集積回路パッケージ。
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