JP2865496B2 - マルチチップモジュール - Google Patents
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Description
のLSI、又はICチップを搭載接続し、これら複数個
数のチップを一体的に気密封止すると共に、入出力端子
とヒートシンクとを有するマルチチップモジュールに関
する。
は、例えば大型コンピュータのメインフレームに使用し
ている例を見ると、LSIを個別に熱伝導性を備えた封
止構造にして、さらに多層配線基板に搭載した状態でパ
ッケージングして、全体を液体冷媒により冷却する等の
構成であり、個々の部品の品質、信頼性を確保するため
実装の構造が複雑である。また、パソコン、ワークステ
ーション用のプリント基板を見ると、ガラスエポキシ等
の配線基板上に、LSI、又はICチップを直接ワイヤ
ボンディングで接続し、エポキシ樹脂で簡易封止する構
成の高密度実装例があるが、LSI等多数個搭載時の樹
脂封止後特性不良部のリペア性、及び高速駆動を要求さ
れる製品について、放熱冷却構造及び部品の品質信頼性
の点で問題がある。また、通信装置、通信機器におけ
る、プリント基板の実装技術を見ると、プラスチック等
で個別にパッケージングされたLSI、及びICその他
電子部品を表面実装技術を主にして搭載しているが、高
密度実装対応の限界、伝送速度の高速化に対応するため
の配線長の短縮、低価格化が問題点であり、通信機器、
通信装置とりわけ電子交換機装置に最適なマルチチツプ
モジュールを必要としている。
関するものとしては、例えば特開59−200495号
公報、特開60−134451号公報などが挙げられ
る。
いては、例えばLSIを個別に熱伝導性を備えた封止構
造にして、多層配線基板に複数個搭載した状態でパッケ
ージングし、全体を液体冷媒により冷却する構成をして
いるため、封止、及び冷却構造共複雑となり、全体的に
コスト高になる等の問題点があった。また、ガラスエポ
キシ等の配線基板上にLSIを直接ワイヤボンディング
で接続し、エポキシ樹脂で簡易封止する構成では、多数
個搭載時の樹脂封止後特性不良部のリペア性、及び高速
駆動を要求される製品について、放熱冷却構造及び部品
の品質信頼性の点で問題があった。また、通信機器、及
び通信装置とりわけ電子交換機装置においては、高密度
実装対応の限界、伝送速度の高速化に対応するための配
線長の短縮、低価格化が課題であり、上記従来形のマル
チチップモジュールでは目標仕様を満足しないと云う問
題があった。
術の問題点を解消することにあり、配線基板上に複数個
数のLSI、又はICチップを搭載接続し、これらを一
体的に気密封止すると共にチップからの発熱を効率良く
ヒートシンクに伝達して外部に放熱することのできる改
良されたマルチチップモジュールを提供することにあ
る。
方の面にLSIチップ接続用の電極パッドが、他方の面
に外部回路接続用の入出力端子がそれぞれ設けられた多
層セラミック配線基板と、前記基板上にベアチップ状態
で搭載接続された複数個のLSIチップと、前記各LS
Iチップの上面に熱伝導材を介して接触し、前記複数個
数のLSIチップ全体を気密封止する一体形のヒートシ
ンクとを有して成るマルチチップモジュールにより、達
成される(以下、第1の発明と称する)。上記のように
ヒートシンクは、LSIチップの放熱と気密封止の二つ
の機能を持たせた構造としたものである。
SIチップは、フリップチップ方式もしくはTAB方式
で搭載接続することができる。また、上記一体形のヒー
トシンクは、外周部を肉厚形状にして段差を設け、その
部分を配線基板のLSIチップ搭載面の外周部に半田等
の気密封止材を介して接着し、一体構造にすることが望
ましい。これら接着面はメタライズ接続とし、例えば、
Cr/Cu/Auの積層膜を形成することが好ましい。
る程度の弾性を有する材料が好ましく、例えば半田を始
めとする金属材料、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂の如
き高分子材料が挙げられる。エポキシ樹脂には、熱伝導
性を向上させるために銀フィラーを分散させたもの、ま
た、シリコーン樹脂には、シート材のみならずシリコン
コンパウンド材をも用いることができる。
端子の接続用電極パッドと外部回路接続用の入出力端子
とをそれぞれ同一面上に領域を分けて配設された多層セ
ラミック配線基板と、前記基板上にベアチップ状態で搭
載されると共にボンディングワイヤで前記電極パッドに
接続された複数個のLSIチップと、前記基板に封止材
を介して前記各LSIチップ全体を気密封止するキャッ
プと、前記LSIチップ搭載面とは反対側の基板面に熱
的に接続、配設されたヒートシンクとを有して成るマル
チチップモジュールによっても、達成される(以下、第
2の発明と称する)。
く伝達するために、LSIチップが搭載された直下の基
板に、例えば銅などの熱伝導良好な部材を充填したサー
マルビアをその断面方向に設けることが望ましい。具体
的には基板にスルーホールを開けて、メッキ等で銅を充
填すればよい。
密封止材を介してキャップを基板に接着することが望ま
しく、これら接着面もメタライズ接続とし、例えば、C
r/Cu/Auの積層膜を形成することが好ましい。
配線基板は、多層セラミック基板もしくはそれよりも低
温度で積層結着させた多層ガラスセラミック、さらには
これらの基板上に例えばポリイミドの如き耐熱性樹脂を
層間絶縁膜とする多層配線を形成した基板をも含むもの
とする。また、LSIチップも高密度のLSIチップは
勿論のこと、比較的低密度のICチップをも含む。さら
に外部回路接続用の入出力端子も、例えばPGA形、Q
FP形の端子構造とすることができる。
の熱は上記第1の発明では、LSIチップの上面に保持
した熱伝導材を介して接触している一体形ヒートシンク
に伝熱し空冷される。この一体形ヒートシンクの外周部
は肉厚形状にして段差を設け、配線基板のチップ搭載面
の外周部に気密封止材を介して接着し、一体形構造にし
て放熱と気密封止の機能を持たせることができる。ま
た、上記第2の発明では、LSIチップの熱は基板を介
して背面のヒートシンクに伝熱し空冷される。基板に配
設したサーマルビアは、基板の熱抵抗を低下させ効率良
くLSIチップの熱をヒートシンクに伝熱する。また、
何れの発明においても、LSIチップが不良の場合に
は、気密封止されたヒートシンクもしくは同じく気密封
止されたキャップを取り外して(封止材である半田を加
熱溶融するか、機械的に取り外すなど)、良品に交換す
る所謂リペアを容易とする。
説明する。 〈実施例1〉図1は、第1の発明の実施例となるマルチ
チップモジュール17の一例を示した断面図である。図
示のように、多層セラミック配線基板1の一方の面に形
成した、図示されていない電極パッド上に複数個のLS
Iチップ2をフリップチップ法を用いて接続する。次に
配線基板1の反対面に形成した、図示されていない入出
力信号電極パッド上にPGA形の入出力信号ピン3を、
例えば半田材等で接続する。
止するための放熱機能を持つ熱伝導材4をLSIチップ
2上に配し、更にLSIチップ2と配線基板1の配線部
とを保護すると共に放熱機能を持つヒートシンク5を封
止材6で配線基板1に接続する。ヒートシンク5の材質
としては、アルミ、アルミ合金もしくは窒化アルミが好
適であり、ここではアルミ合金を引き抜き加工したもの
を使用した。
容易とするため双方の接続面にメタライズ層を形成して
おくことが望ましく、配線基板1の接続領域には予めC
r/Cu/Auの積層膜を、ヒートシンク5の接続面に
はNi/Au二層メッキを形成した。そして封止材6と
熱伝導材4とをほぼ同等の融点を有する半田とすること
により、基板1とヒートシンク5及び熱伝導材4とヒー
トシンク5の接続をそれぞれ同時に行なうことができ
る。本実施例のモジュールの実装では、数種類の接続材
を使用するが、接続温度の違った半田材質を段階的に使
い分けることにより、製造工程毎の温度条件を設定す
る。例えば、フリップチップ法によりLSIチップ2を
接続する半田7を高融点のものとし、次に入出力信号ピ
ン3用の接続材を中程度の融点とし、更にヒートシンク
5用の封止材6を低融点のものとすれば、最終の接続工
程では最初にフリップチップ法で接続したLSI2の接
続品質に与える影響を考慮しなくても良い。
6〜300Wと大きいため、LSIチップ2のボディは
直接冷却する必要がある。本実施例では、熱伝導材4と
して半田の例を示したが、その他熱伝導性の優れた例え
ばシリコーン系の樹脂を使用することも可能であり、こ
の場合には樹脂に放熱の機能を持たせると共に、絶縁樹
脂であるため接続時にLSIチップ2の半田7の接続部
へのショート等の配慮が必要なくなると云う効果があ
る。また、ヒートシンク5を封止材6で接続する際は、
例えば水素還元炉もしくは窒素雰囲気炉で半田付けを行
なうことにより無洗浄を可能とし、気密封止も実現でき
る。
他の実施例となるマルチチップモジュール17の断面図
を示したものである。同図において実施例1と異なるの
は、配線基板1上に搭載接続するLSIチップ2の搭載
接続方法であり、フリップチップ法に代えてフェイスダ
ウン状態のTAB法を用いて接続した。図中の20は予
めテープキャリアを使用してLSIチップ2を搭載した
TABのリード端子を示している。本実施例によれば、
LSIチップ2の接続をTAB法を用いているため、前
述の実施例1のフリップチップ法に比べてLSIチップ
2のベアチップ状態でのテスティングが容易であるた
め、チップ入手時の信頼性が高くボンディング後の接続
信頼性を向上させることができる。
となるマルチチップモジュール17の断面図を示したも
のである。図示のように、この例は多層セラミック配線
基板1の一方の面上にLSIチップ2をダイボンディン
グ法等で搭載し、ワイヤボンディング法を用いて、図示
していない基板上の電極パットに接続し、他方の基板面
上にヒートシンク5を接続した構造である。すなわち、
本実施例では、LSIチップ2の放熱は直接配線基板1
を介してヒートシンク5に熱を逃がすため、実施例1に
示したような熱伝導材は必要ない。また、LSIチップ
2、ボンディングワイヤ8及び配線基板1の配線部を保
護するため、封止キャップ9を封止材6を用いて基板に
接続し、入出力信号ピン3は封止キャップ9の外周領域
に配置する構造とした。配線基板1とヒートシンク5の
接続面及び配線基板1と封止キャップ9の接続面には実
施例1と同様にそれぞれメタライズ層を形成し、何れも
ほぼ同一融点の封止材6(半田)を用いて接続した。封
止キャップ9としては、気密性を有し、熱膨張率が基板
に近い材質が好ましく、ここではコバールを用いた。本
実施例によれば、LSIチップ2の接続をワイヤボンデ
ィング法で行なっているため、前述の実施例1及び2の
フリップチップ法のものに比べLSIチップ単体での価
格が安く、コスト低減を図ることが容易である。
他の実施例となるマルチチップモジュール17の断面図
を示したもので、基本的には実施例3の図3と同様の構
成であるが、入出力信号ピン3の替わりに配線基板1の
外周部両面にQFP形のリード端子10を接続し、入出
力信号を取り出す構造とした。本実施例によれば、入出
力信号取り出しリード端子10の配置を基板端面として
いることで、図3の構造と比較して、LSIチップ2の
搭載領域を拡張することができ、実装密度を上げること
ができる。
なる他の実施例となるマルチチップモジュールの配線基
板を主とした要部断面図を示したもので、基本的には実
施例1と同様のジュール構造をとるが、配線基板の構成
が以下に説明するように異なる。すなわち、図示したよ
うに、実施例1の配線基板1と同一の多層セラミック基
板11上に、銅ポリイミド多層配線12を形成し、この
上にフリップチップ法で接続したLSIチップ2を搭載
接続したものであり、図示されていないLSIチップ2
の電極パッドから入出力信号ピン3まで信号線13の配
線と接地線14を形成した構造である。銅ポリイミド多
層配線12は、層間絶縁膜としてポリイミド樹脂を、配
線層として銅膜を、それぞれ積層したものであり、周知
のパターン形成技術を用いて多層に積層し、多層セラミ
ック基板11よりも高密度の多層配線構造体を形成した
ものである。したがって、この多層セラミック基板11
と銅ポリイミド多層配線12とを積層した基板は、高密
度実装に適している。本実施例によれば、多層セラミッ
ク基板11上のポリイミド樹脂は低誘電率、基板11と
の熱膨張性の整合、耐熱性、膜密着性、プレーナ構造の
取扱性、低吸水率、など薄膜多層構造の絶縁材として好
適である。銅ポリイミド多層線配12を積層することに
より、信号伝送速度をプリント基板の300Mb/s程度
を約1Gb/sまで高めることが可能となり、高速伝送が
可能となる。
なる他の実施例となるマルチチップモジュールの断面図
を示したもので、基本的には実施例3の図3に示したも
のと同様の構成である。ただし、LSIチップ2の放熱
効率を向上させるために、配線基板1のLSIチップ2
の搭載領域直下部に、放熱用のサーマルビア15を形成
した。サーマルビア15としては、基板の断面方向にス
ルーホールを開け、この内部に熱伝導率の高い部材を充
填する。この例では銅材をメッキにより充填した。本実
施例によれば、放熱用のサーマルビア15を設けたこと
により、LSIチップ2の発熱をサーマルビア15を介
してヒートシンク5に放熱する構造としているため、先
の実施例3、4よりも放熱効率が一層改善された。
2のマルチチップモジュール17をプリント基板16に
実装した電子装置ボード21の構造例を示した斜視図で
ある。図示のように、本発明のマルチチップモジュール
17が在来のプリント基板16の数枚分に相当する実装
密度を持つため、同一機能を求めた場合、図7に示した
従来のプリント基板16に比較してコンパクトなサイズ
を実現できる。
ップモジュール17よりも更にLSIチップ2を高密度
に実装した実施例5のマルチチップモジュール17を、
プリント基板16に搭載した電子装置ボード21の構造
例を示した斜視図である。図示のように、高密度なマル
チチップモジュールを搭載することにより、実装するプ
リント基板も小型化できる。
子装置ボード21を、通信装置等の電子装置に組み込ん
だ要部斜視図を示したものである。従来の通信装置に
は、複数枚のプリント基板16がブックシェルフ実装の
形態で搭載されていたが、本発明のマルチチップモジュ
ール17をプリント基板16に搭載した電子装置ボード
21の裏面部を、バックパネル18に平面実装すること
により、スペース効率を上げ装置自体の小型化が可能と
なった。
チップモジュール17を実装した光(又は電気)インタ
コネクタタイプのプリント基板16の構造例を示した平
面図である。図示のように、基板内の装置側との入出力
信号は、光(又は電気)インタコネクタ19を介して信号
の受渡しを行なう構造としたものである。
所期の目的を達成することができた。すなわち、従来の
プリント基板の入出力信号用端子が高々15ピン/cm
2位であるのに対して、本発明により入出力信号ピンの
実装密度を35〜80ピン/cm2まで上げることがで
きる。したがって、これまでプリント基板数十枚で構成
されている通信装置が、本発明のマルチチップモジュー
ルを使用することにより、プリント基板の使用数を大幅
に削減することができ、装置の小型化、低価格化が実現
できる。
ュールの断面構成図。
ルの断面構成図。
ュールの断面構成図。
ルの断面構成図。
ップモジュールの断面構成図。
ップモジュールの断面構成図。
板に搭載した電子装置ボードの斜視図。
プリント基板に搭載した電子装置ボードの斜視図。
電子装置の斜視図。
電子装置ボードに各種インタコネクタを適用した構造の
平面図。
ップ(ICチップ)、3…入出力信号ピン、
4…熱伝導材、5…ヒートシンク、
6…封止材、7…半田、
8…ボンディングワイヤ、9…封止キャッ
プ、 10…リード端子、11…多層
セラミック基板、 12…銅ポリイミド多層配
線、13…信号線、 14…接地
線、15…サーマルビア、 16…プリ
ント基板、17…マルチチップモジュール、 18
…バックパネル、19…光(又は電気)インタコネク
タ、20…TABリード端子、21…電子装置ボード。
Claims (3)
- 【請求項1】LSIチップ端子の接続用電極パッドと外
部回路接続用の入出力端子とをそれぞれ同一面上に領域
を分けて配設された多層セラミック配線基板と、前記配
線基板上にベアチップ状態で搭載されると共にボンディ
ングワイヤで前記電極パッドに接続された複数個のLS
Iチップと、前記基板に封止材を介して前記各LSIチ
ップ全体を気密封止するキャップと、前記LSIチップ
搭載面とは反対側の基板面に熱的に接続、配設されたヒ
ートシンクとを有して成るマルチチップモジュール。 - 【請求項2】上記LSIチップが搭載された直下の配線
基板に、サーマルビアをその断面方向に設けて成る請求
項1記載のマルチチップモジュール。 - 【請求項3】上記ヒートシンクと配線基板の接着面及び
キャップと配線基板の接着面は、それぞれ互いにメタラ
イズ層を有しており、配線基板への接続は同材質の半田
で構成して成る請求項1もしくは2記載のマルチチップ
モジュール。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4223690A JP2865496B2 (ja) | 1992-08-24 | 1992-08-24 | マルチチップモジュール |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4223690A JP2865496B2 (ja) | 1992-08-24 | 1992-08-24 | マルチチップモジュール |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0677361A JPH0677361A (ja) | 1994-03-18 |
JP2865496B2 true JP2865496B2 (ja) | 1999-03-08 |
Family
ID=16802125
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4223690A Expired - Lifetime JP2865496B2 (ja) | 1992-08-24 | 1992-08-24 | マルチチップモジュール |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2865496B2 (ja) |
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-
1992
- 1992-08-24 JP JP4223690A patent/JP2865496B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPH0677361A (ja) | 1994-03-18 |
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