JPH01225145A - 半導体チップキャリアとそれを用いた半導体チップの実装方法 - Google Patents

半導体チップキャリアとそれを用いた半導体チップの実装方法

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JPH01225145A
JPH01225145A JP4966388A JP4966388A JPH01225145A JP H01225145 A JPH01225145 A JP H01225145A JP 4966388 A JP4966388 A JP 4966388A JP 4966388 A JP4966388 A JP 4966388A JP H01225145 A JPH01225145 A JP H01225145A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体チップ実装方式に係り、特に複数個の半
導体チップを高密度、低熱抵抗に実装するに好適なチッ
プキャリア並びにそれを用いた実装方法に関する。
〔従来の技術〕
最近、大形汎用計算機では高速化、大容量化の要求がま
すます増大し、これに使用される半導体チップ(以下、
チップという)は高速、大集積化が図られてきた。これ
に伴ない大電力消費チップの実装技術、とくに放熱特性
を重視したマルチチップパッケージが開発されている。
例えば、特開昭59−36949に記載の実装方式によ
れば、第5図に示すように、チップ10′は冷媒30′
 を通すことのできる冷却封止23′にダイボンドされ
、低熱抵抗化が図られている。チップ10’の信号及び
電源供給線はICリード51′ を経て、チップキャリ
ア20′の側壁に設けられたチップキャリア端子52′
 により基板40′ に電気的に接続されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで最近の大形計算機では集積度2000ゲ一ト程
度のチップが使用されるに至っており、その消費電力は
6W/チツプ、接続点数は160点/チップとなってい
る。しかし、チップの高集積化傾向は4年で3〜4倍と
大きく、将来の計算機では大消費電力、多点接続チップ
の実装要求が一層強まり、上記した従来技術では、(1
)放熱特性、(2)接続点数に限界が生じることが予測
され、高密度実装には対応しきれない。
本発明の目的は、上記した(1)、(2)の技術課題を
解決することにあり、その第1の目的は改良された半導
体チップキャリアを提供することにあり、第2の目的は
それを用いた改良された半導体チップの実装方法を提供
、することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記本発明の第1の目的は、その表面においては、フリ
ップチップボンディングにより半導体チップが電気的に
接続されて搭載されると共にその裏面においては、内部
配線導体を介して電気的に接続された外部電極端子を有
し、かつ前記外部電極端子を介して基板に電気的に接続
されるキャリア基板と、前記半導体チップの背面に熱的
に接続され、かつその内部に冷媒路を有する冷却封止体
とから成る半導体チップキャリアにおいて、前記キャリ
ア基板の裏面に設けた外部電極端子の配列として、面内
に信号接続部端子を、面周縁に電源接続部端子をそれぞ
れ配設したことを特徴とする半導体チップキャリアによ
って達成される。
なお、フリップチップボンディングとは、周知のとおり
、対向する二つの電極同士をつき合わせ必要に応じ、は
んだを介して接続する方法で、ワイヤを介して接続する
ワイヤボンディングとは区別されるものである。
そして、上記キャリア基板上には複数個の半導体チップ
が搭載され、それぞれのチップ同士は前記キャリア基板
内の配線導体を介して相互に論理接続されることが望ま
しい。
また1本発明の上記第2の目的は、上記第1の目的を達
成する半導体チップキャリアのキャリア基板の裏面に設
けられた外部電極端子を、多層配線基板上の電極パッド
上にフリップチップボンディングにより電気的に接続固
定し、前記多層配線基板上に搭載された複数個の半導体
チップキャリア同士を前記多層配線基板の配線導体を介
して相互に論理接続することを特徴とする半導体チップ
の実装方法により達成することができる。
上記キャリア基板、多層配線基板ともにその内部は多層
配線構造体から構成されるのが好ましく、層間絶縁層を
介して立体的に配線される。つまり各層の面方向につい
てはその層間において平面の回路パターンを構成し、垂
直方向については各層に設けられたスルーホールを通し
て層間の回路を構成する。
また、上記冷却封止体の冷媒路内には、冷却効果を大な
らしめるためフィンを設け、フィン付き冷媒路とするこ
とが望ましく、冷媒としては通常の流体(ガス、液体を
問わず)でよく、一般には水などが実用的である。
すなわち、(1)放熱特性の改良における冷却封止体内
に設けられたフィンは、チップに熱接続されている冷却
封止体と冷却(例えば冷却水)と。
の熱接触面積を拡大し、熱伝達特性を向上させる。
これはチップ内部から冷媒までの熱抵抗の低減化、に寄
与し、放熱特性を改良する。また、(2)接続点数の多
点化におけるフリップチップボンディング可能なキャリ
ア基板の採用は、チップ表面全体に配置された500点
を超えるチップ接続部を歩留りよく一括接続できる。さ
らに、キャリア基板内に設けられたスルーホール及び内
部配線構造体は、共通電源配線の統合化を図りつつキャ
リア基板周縁の電源接続部への接続を可能とする。将来
の大消費電力チップではチップ接続部の半数近くが給電
用として使われるため、接続点数をl/10以下にでき
る共通電源配線の統合化はその接続歩留りを向上させる
。しかも、電源接続部はキャリア基板の周縁に配置され
ているため、キャリア基板の裏面は信号接続部を配置す
るだけでよく、その接続間隔が拡大し接続歩留りが向上
する。複数個のチップを同一キャリア基板上に搭載する
場合は、これらのチップ相互の論理接続をキャリア基板
内で行うことができ、信号接続部の接続点数を更に2/
3程度まで減じることができ、その接続歩留りが向上す
る。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図及び第2図により説明
する。
第1図は本発明の概念を示す断面図、第2図は同じく第
1図の要部斜視破断図である。ここで。
lOは半導体LSIチップ(以下単にチップと略称)、
20は複数個(図では4個の例)のチップ10を搭載で
きるチップキャリアで、後述するキャリア基板21と冷
却封止体23から構成される。 21は複数個のチップ
10を電気的に接続し、内在するスルーホール及び相互
配線により共通電源配線の統合及び上記チップ10相互
の論理接続(図示せず)をするキャリア基板、22はキ
ャリア基板21に内在し、共通電源配線を統合する電源
配線層、23はチップ10を外部環境から保護するとと
もに、チップ10と熱的に接続しその放熱を行う冷却封
止体、24は冷却封止体23内に形成されたフィン、3
0は冷媒としての冷却水、31は冷却水30をチップキ
ャリア20に導くための冷却水路、32は冷却水路31
とチップキャリア20を接続するための水コネクタ、3
3は冷却水路を機械的に支持するための冷却水路支持体
、40は複数個のチップキャリア20相互を論理接続(
図示せず)し一つのまとまった機能ユニットを構成する
多層配線基板、41は基板40全体を機械的に支持する
ための基板支持体、54はチップlOと冷却封止体23
をはんだ固着しチップlOの放熱を確保するための熱接
続部、55は冷却封止体23とキャリア基板21とをは
んだ接合しチップlOを外部環境から保護するためのチ
ップ封止部、51はチップIOをフリップチップボンデ
ィングによりキャリア基板21と接続するためのチップ
接続部、52はチップキャリア20相互の論理接続を基
板40を通して行うための信号接続部、53はキャリア
基板21に内在する電源配線層22に統合された共通電
源配線に外部から基板40表面を通して給電すると同時
にチップキャリア20自体を基板40にはんだ固定する
ための電源接続部、62は電源接続部53を通してキャ
リア基板21に外部から給電するための給電ピン、61
′は基板40上に設けられた給電パッド、61は給電ピ
ン62に対応するコネクタ、60はコネクタ61を通し
て各チップキャリア20に電力を供給するための給電線
、100は以上説明した実装系全体を支持するためのフ
レームである。
上述した構成かられかるように、チップ10の背面はフ
ィン24付冷却封止体23にはんだ固着されているため
、その放熱特性はきわめてよく、チップ当りの消費電力
20〜30Wのチップを搭載しても充分放熱可能な構造
になっている。また、チップ10はチップ接続部51に
フリップチップボンディング方式を採用することにより
多点の一括接続が可能となる。さらにキャリア基板21
は基板40との接続点数を減らすために、共通電源配線
を電源配線層22により統合しキャリア基板21の周辺
に電源接続部53として配置した。キャリア基板21は
上記の他これに搭載されたチップ10相互の論理接続も
可能とし、基板40への信号接続部52点数を減らす役
割をする。すなわち、キャリア基板21の採用により極
めて多点の接続部を持つチップ10の接続実装が歩留り
よくできる。
ところで、本実施例ではチップ10を4個搭載するチッ
プキャリア20について述べたが他の個数でもよい。ま
た冷媒として水以外のものも構成可能である。
第3図は上記キャリア基板21を更に具体的に説明する
ための図で、第3図(a)はチップが搭載される側のキ
ャリア基板上面斜視図、第3図(b)は断面図、そして
第3図(C)はキャリア基板の裏面の斜視図をそれぞれ
示す。第3図(a)の51はチップ接続部を構成する電
極パッドで、この例では4個のチップが接続されるパッ
ドパターン510が示されている。55は冷却封止体2
3で封止るチップ封止部を示し、はんだが盛られている
。第3図(b)は、チップ10の搭載されたキャリア基
板の断面を示しており、チップ接続部51はフリップチ
ップボンディングによりチップの電極パッド(図示せず
)とはんだを介して電気的に接続されている。キャリア
基板21の内部は多層配線構造体となっており、各配線
層はスルーホールを介して層間の回路を構成している。
この例ではキャリア基板21のベース21aとして、ア
ルミナ、ムライトなどのセラミックスを絶縁層とする多
層配線層(給電用配線導体はタングステン)、その上に
ポリイミドのごとき耐熱性有機絶縁材を層間絶縁層とし
た多層配線層21b(給電用配線導体は銅やアルミニウ
ムなど)が積層されて立体回路を構成している。回路内
には信号線、給電線、アース線が存在し、複数のチップ
10間を論理接続できるよう構成されている。第3図(
c)はキャリア基板の裏面を示しているが、その周縁に
は電源接続部(給電端子)53がその内方には信号接続
部(アースを含む信号端子)52が格子状に構成され、
第2図の多層配線基板40と対応した電極パターンをな
しており、相方フリップチップボンディングで接続可能
な構成となっている。なお、この第3図(c)では電源
接続部53をキャリア基板裏面の全周に設けているが、
これは一つの好ましい例であって、本発明においては、
必要に応じ1辺に局在させることもできるし、2〜3辺
にわたって設けることもできる。重要なのは、主面に信
号接続部52を配し周縁に電源接続部(給電端子)53
を配設することである。
第4図は、半導体チップの実装手順、特にはんだ接続の
要部を模式的に示したものである。第4図(a)では、
まずキャリア基板21にチップlOをはんだ(Pb2 
Sn、 320℃で接続)51を介して接続、第4図(
b)は、キャリア基板21のチップ封止部55にはんだ
(PblO8n)を、チップ10と冷却封止体23(こ
の図ではフィン等省略、要部のみ表示)との間に熱接続
部54を構成するはんだ(Sn3.5Ag)を供給した
状態を示し、それを第4図(Q)で、熱接続部54をは
んだ(S n 3 、5 A g +200℃)接続、
次いで第4図(d)で、チップ°封止部55をはんだ(
PblO8n、 300℃)接続、第4図(e)はキャ
リア基板裏面の外部電極端子52゜53に共晶はんだを
供給、そして第4図(f)で多層配線基板40上の電極
パッドと位置合わせし。
180℃でフリップチップボンディングで共晶はんだ接
続し完了する。
〔発明の効果〕
本発明によれば、従来の実装技術では限界に達すると予
測される(1)放熱特性の改良、(2)接続点数の多点
化を歩留りよ〈実施することができ、将来の大形計算機
実装における大消費電力。
多点接続チップの高密度実装を特徴とする特に。
キャリア基板に低抵抗の配線で給電導体層を構成する場
合には、熱膨張係数の関係で、給電端子をキャリア基板
の周縁に設けることにより、信頼性の高い高密度実装を
実現することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の概念を示す断面図、第2図は同じく第
1図の要部斜視破断図、第3図は本発明の一実施例とな
るキャリア基板の構成を示す図、第4図は1本発明の一
実装手順を説明するプロセス工程図、そして第5図は従
来技術の概念を示す断面図である。 図において 10・・・チップ      20・・・チップキャリ
ア21・・・キャリア基板   24・・・フィン40
・・・基板       51・・・チップ接続部52
・・・信号接続部    53・・・電源接続部54・
・・熱接続部 代理人弁理士  中 村 純之助

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、その表面においては、フリップチップボンディング
    により半導体チップが電気的に接続されて搭載されると
    共にその裏面においては、内部配線導体を介して電気的
    に接続された外部電極端子を有し、かつ前記外部電極端
    子を介して基板に電気的に接続されるキャリア基板と、
    前記半導体チップの背面に熱的に接続され、かつその内
    部に冷媒路を有する冷却封止体とから成る半導体チップ
    キャリアにおいて、前記キャリア基板の裏面に設けた外
    部電極端子の配列として、面内に信号接続部端子を、面
    周縁に電源接続部端子をそれぞれ配設して成ることを特
    徴とする半導体チップキャリア。 2、前記キャリア基板上に搭載された複数個の半導体チ
    ップ同士が、前記キャリア基板内の配線導体を介して相
    互に論理接続されて成ることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の半導体チップキャリア。 3、特許請求の範囲第1項もしくは第2項記載の半導体
    チップキャリアの外部電極端子を、多層配線基板上の電
    極パッド上にフリップチップボンディングにより電気的
    に接続固定し、前記多層配線基板上に搭載された複数個
    の半導体チップキャリア同士を前記多層配線基板の配線
    導体を介して相互に論理接続することを特徴とする半導
    体チップの実装方法。 4、上記多層配線基板上の電源接続部に設けられた給電
    パッドに、外部からの給電手段を設けたことを特徴とす
    る特許請求の範囲第3項記載の半導体チップの実装方法
JP4966388A 1987-11-16 1988-03-04 半導体チップキャリアとそれを用いた半導体チップの実装方法 Expired - Lifetime JPH0770671B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100825658B1 (ko) * 2001-05-14 2008-04-29 소니 가부시끼 가이샤 반도체 장치 및 그 제조 방법
JP2008109161A (ja) * 2008-01-11 2008-05-08 Fujitsu Ltd 基板ユニット

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JP4644717B2 (ja) * 2008-01-11 2011-03-02 富士通株式会社 基板ユニット

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