JPH04233264A - コンパクト型高密度接続構造 - Google Patents

コンパクト型高密度接続構造

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JPH04233264A
JPH04233264A JP3186986A JP18698691A JPH04233264A JP H04233264 A JPH04233264 A JP H04233264A JP 3186986 A JP3186986 A JP 3186986A JP 18698691 A JP18698691 A JP 18698691A JP H04233264 A JPH04233264 A JP H04233264A
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JP
Japan
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substrate
electronic
electronic system
conductors
disposed
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP3186986A
Other languages
English (en)
Inventor
Walter M Marcinkiewicz
ウォルター マリオン マルシンキエヴィッツ
Charles W Eichelberger
チャールズ ウイリアム アイケルベーガー
Robert J Wojnarowski
ロバート ジョン ヴォウナロスキー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
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    • H01L2924/15787Ceramics, e.g. crystalline carbides, nitrides or oxides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/161Cap
    • H01L2924/162Disposition
    • H01L2924/1627Disposition stacked type assemblies, e.g. stacked multi-cavities

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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電子システムを形成する
ための電子チップの高密度接続構造の分野に関し、特に
そのような電子システムの密度を増加させる技術に関す
る。
【0002】
【従来の技術】はじめに、本発明は次の出願に関連する
。出願日1988年9月27日、特許出願シリアル番号
250,010、発明の名称「高い体積効率をもつ高密
度接続」、発明者 C.W. Eichelberge
rその他、出願日1989年12月21日、特許出願シ
リアル番号454,546、発明の名称「ハーメチック
高密度接続電子システム」、発明者W.P. Korn
rumpfその他、出願日1990年4月5日、特許出
願シリアル番号07/504,769、発明の名称「フ
レキシブル高密度接続構造およびフレキシブルに接続さ
れたシステム」、発明者C.W. Eichelber
ger その他。上記の出願の各々はそのまま引用され
て、この明細書に挿入される。
【0003】ゼネラルエレクトリック社によって開発さ
れた高密度接続(HDI)構造または高密度接続システ
ムは電子システムのコンパクトな組立てに多くの利点を
提供する。例えば、30乃至50のチップを含むマイク
ロコンピュータのような電子システムは長さ2インチ、
幅2インチ、厚さ0.050インチの単一の基板上に、
完全に組立てられ相互に接続される。さらに重要なこと
は、この接続構造は、システム内に組込まれている正常
な機能要素を損傷する何らかの危懼なしに機能要素の修
繕や交換のために分解し、次に再組立てすることができ
る。このことは、各々2,000.00ドルもするチッ
プが50も1つの基板上に単一のシステムとして組込ま
れるような場合には特に重要である。前記の修繕可能性
は、損傷した構成要素を交換するためにシステムを再加
工することが不可能であるか、または正常な構成要素を
損傷する実質的危懼をもつ従来の接続システムに勝る実
質的な進歩である。
【0004】簡単に説明するならば、この高密度接続構
造においては、適当な面積と強度をもち、厚さは100
ミル(1ミル=1000分の1インチ)程度あればよい
アルミナのようなセラミックの基板が全システム用に設
けられている。この面積は通常、2インチ平方より小さ
いけれど、それより大きくも小さくもすることができる
。種々のチップの位置がひとたび特定されると、適当な
深さをもつ個別の空所、または1つの大きな空所がそれ
ぞれのチップの所定の位置に設けられる。この作業は、
一様な厚さと所望の面積をもつ生地のままの基板から出
発して行なわれる。
【0005】種々のチップやその他の要素を配置するこ
とが予定される空所を形成するために、在来の超音波ミ
リング加工(フライス削り加工)またはレーザーミリン
グ加工を使用することができる。チップの縁と縁とを相
接して配置することが望ましい多くのシステムに対して
は、単一の大きな空所で充分である。その大きな空所は
、半導体チップがほぼ一様な厚さをもつ場合には、通常
、一様な深さをもつ。特に厚い要素または特に薄い要素
が配置される場合には、空所の底は、その空所に対応す
る要素の上面が、他の要素の上面および当該空所の周囲
の基板の上面とほぼ同一平面上に位置するように、それ
ぞれ深くまたは浅く形成される。
【0006】次に空所の底部には熱可塑性接着剤の層が
形成される。熱可塑性接着剤としては、ゼネラルエレク
トリック社から商標名ULTEM6000で市販されて
いるポリエーテルイミド樹脂が望ましい。次に種々の要
素が空所内の所望の位置に置かれ、全構造がURTEM
ポリエーテルイミドの融点(235℃の近傍)以上の温
度300℃まで加熱され、次に、冷却されて個々の要素
が基板に熱可塑的に結合する。その後、厚さがほぼ0.
0005インチ乃至0.003インチ(約12.5ミク
ロン乃至75ミクロン)のポリイミドフィルム(E.I
.デュポン  ドヌモ社から市販されている商標Kap
tonポリイミドのフィルムでもよい)がリアクティブ
イオンエッチング(RIE)によって粘着を促進するた
めに予備処理され、次に、基板とチップはULTEM1
000ポリエーテルイミド樹脂または他の熱可塑剤で被
覆され、そして前記Kaptonフィルムはチップと他
の要素と基板の上面を横切って積層される。このとき、
前記のULTEM樹脂は、そのKaptonフィルムを
適正な位置に維持するための熱可塑性接着剤として働く
。その次に、接続しようとする電子要素上の接点パッド
と位置合わせされて前記Kapton層およびULTE
M層にスルーホールが設けられる(レーザ穿孔によるの
が望ましい)。Kapton層上に蒸着されている金属
被覆層が前記スルーホール中に延び、その下に位置する
接点パッドと電気的に接続する。この金属被覆層は、蒸
着の過程で個別の導体を形成するようにパターン形成さ
れてもよいし、連続的な層として蒸着された後にフォト
レジストを使用し、エッチングを行なってパターン形成
されることもできる。処理の最後に正確に配列された導
体パターンを得るために、フォトレジストはレーザを用
いて露光されるのが望ましい。あるいはまた、マスクを
通しての露光が用いられてもよい。
【0007】さらに付加される絶縁層と金属被服層は、
チップ間の所望の電気的接続のすべてを行なうために必
要とされるように形成される。個別の電子要素やそれら
の接点パッドの誤配置は適応性のあるレーザリソグラフ
ィシステムによって補償される。そのようなシステムは
以下に列挙されている特許および出願のいくいつかの主
題である。
【0008】この高密度接続構造は多くの利点を提供す
る。これらの利点のうちには、現在、市販されているこ
の種の電子システムのうちで最も軽くかつ、最小体積の
パッケージングが含まれる。
【0009】この高密度接続構造のもう1つの、そして
恐らくもっと重要な利点は、この高密度接続構造を用い
るシステムを設計し製作するために必要な時間が短いこ
とである。従来技術の方法においては各々の半導体チッ
プを予めパッケージングし、種々にパッケージングされ
たチップを相互に接続する多層回路板を設計し、等々の
作業が必要である。多層回路板は高価であって、それを
製作するための実質的リードタイムを必要とする。それ
とは対照的にHDIシステム用として特別に予め製作さ
れなければならないものは個々の半導体チップが搭載さ
れる基板である。この基板は、種々のチップと基板とが
相互に連結された構造の表面が1つの平面内にあるよう
に半導体チップが配置されるための適当な空所を基板が
その中にもっているという要件以外には、標準の在庫品
目である。HDI法においては必要な空所は、焼成済み
のセラミック基板に、在来のミリング加工またはレーザ
ミリング加工によって形成されることができる。このミ
リング加工は直接的でかなり迅速であって、ひとたび基
板に対する所望の配置が設定されると、それに対応する
基板の実体はわずか1日で、また、大量生産に先立って
行なわれる設計の確認のための研究システムまたはプロ
トタイプシステム向きの小量の場合には、通常は4時間
で半導体チップを搭載する準備を整えることができる。
【0010】この高密度接続構造と、該構造の製造方法
および製造装置は、以下に示す文献に開示されている。
【0011】(1)アイケルベルガーらの「マルチチッ
プ集積回路のパッケージング形状と方法」と題された米
国特許第4,783,695号明細書 (2)アイケルベルガーらの「高密度接続を得るのに適
したリソグラフィ・システム」と題された米国特許第4
,835,704号明細書 (3)アイケルベルガーらの「複合電子回路チップのパ
ッケージング用のポリマー誘電体におけるスルーホール
形成方法」と題された米国特許第4,714,516号
明細書 (4)ヴォナロウスキィらの「新規なレジストのエキシ
マレーザ・パターニング」と題された米国特許第4,7
80,177号明細書 (5)ヴォナロウスキィらの「基板に接着された素子を
取除く方法および装置」と題された、1989年9月2
7日に出願された米国特許出願番号第249,927号
明細書 (6)アイケルベルガーらの「ポリマー材におけるスル
ーホール形成用のレーザービーム・スキャニング方法」
と題された、1989年2月14日に出願された米国特
許出願番号第310,149号明細書 (7)ヴォナロウスキィらの「高密度接続熱可塑性型付
加材および溶解性型付加工程」と題された、1989年
2月21日に出願された米国特許出願番号第312,7
98号明細書 (8)アイケルベルガーらの「高密度接続回路の簡易修
理方法」と題された、1988年12月12日に出願さ
れた米国特許出願番号第283,095号明細書(9)
コールらの「製造方法および集積回路テスト構造」と題
された、1989年2月3日に出願された米国特許出願
番号第305,314号明細書(10)アイケルベルガ
ーらの「高容積効率を有する高密度接続」と題された、
1988年9月27日に出願された米国特許出願番号第
250,010号明細書(11)ヴォナロウスキィらの
「高密度接続された組立て部品に用いられる型付加方法
」と題された、1989年3月28日に出願された米国
特許出願番号第329,478号明細書 (12)コールらの「レーザ接続工程」と題された、1
988年10月4日に出願された米国特許出願番号25
3,020号明細書 (13)アイケルベルガーらの「除去可能な上部層を用
いた電子回路および集積回路チップのテスト方法および
形状」と題された、1988年8月5日に出願された米
国特許出願番号第230,654号明細書(14)リウ
らの「集積回路デバイスに使用される金属パターンのダ
イレクト・デポジション」と題された、1988年8月
8日に出願された米国特許出願番号第233,965号
明細書 (15)リウらの「活性体の紫外線レーザ除去による電
極層フォトパターニング方法」と題された、1988年
8月23日に出願された米国特許出願番号第237,6
38号明細書 (16)リウらの「集積回路デバイスに使用される難溶
解性金属配線の直接描画」と題された、1988年8月
25日に出願された米国特許出願番号第237,685
号明細書 (17)  アイケルベルガーらの「ポリマー・フィル
ム上部層を用いた集積回路のパッケージング方法および
装置」と題された、1988年8月30日に出願された
米国特許出願番号第240,367号明細書(18)コ
ールらの「電子パッケージング用のシロキサン・ポリイ
ミド加工方法」と題された。1989年4月24日に出
願された米国特許出願番号第342、153号明細書 (19)リウらの「導電性基板および非導電性基板上へ
の選択的電解デポジション」と題された、1988年1
2月27日に出願された米国特許出願番号第289,9
44号明細書 (20)ヴォナロウスキィらの「接着可能な積層物を形
成するための熱硬化性フィルムを熱可塑性材料に接着す
る方法」と題された、1989年2月17日に出願され
た米国特許出願番号第312,536号明細書(21)
アイケルベルガーらの「迅速なカスタム設計用および特
有のテスト性能用の集積回路のパッケージング形状」と
題された、1989年6月8日に出願された米国特許出
願番号第363,646号明細書(22)コールらの「
面選択的電極形成工程」と題された、1990年1月2
日に出願された米国特許出願番号第07/459,84
4号明細書 (23)ホーラーらの「高密度接続構造におけるトレラ
ンスおよびチップ位置決めの適応リソグラフィ調節」と
題された、1989年6月5日に出願された米国特許出
願番号第361,623号明細書 (24)ホーラーらの「ローカル・オリエンテーション
の特別なルーチン・システム」と題された、1989年
12月26日に出願された米国特許出願番号第07/4
57,023号明細書 (25)コールらの「レーザ除去可能なポリマー誘電体
および方法」と題された、1989年12月26日に出
願された米国特許出願番号第456,421号明細書(
26)コルンルンプフらの「密閉高密度接続された電子
システム」と題された、1989年12月21日に出願
された米国特許出願番号第454,546号明細書(2
7)コールらの「高性能蛍光ポリマーおよびそれらを用
いた接続構造」と題された、1989年12月26日に
出願された米国特許出願番号第07/457,127号
明細書 (28)アイケルベルガーらの「エポキシ/ポリイミド
・コポリマー・ブレンド誘電体およびそれを具体化する
積層回路」と題された、1989年12月21日に出願
された米国特許出願番号第454,545号明細書(2
9)コルンルンプフらの「マイクロ波モジュールへのビ
ルディング・ブロック・アプローチ」と題された、19
90年4月5日に出願された米国特許出願番号第07/
504,760号明細書 (30)コルンルンプフらの「高密度接続マイクロ波回
路の組立て」と題された、1990年4月5日に出願さ
れた米国特許出願番号第07/504,821号明細書
(31)スミスらの「高密度電気接続を有する超音波ア
レイ」と題された、1990年4月5日に出願された、
米国特許出願番号第07/504,750号明細書(3
2)コルンルンプフらの「マイクロ波素子テスト方法お
よび装置」と題された、1990年4月5日に出願され
た米国特許出願番号第07/504,803号明細書 (33)コルンルンプフらの「高密度接続されたマイク
ロ波システム」と題された、1990年4月5日に出願
された米国特許出願番号第07/504,753号明細
書 (34)アイケルベルガーらの「フレキシブルな高密度
接続構造およびフレキシブルに接続されたシステム」と
題された、1990年4月5日に出願された米国特許出
願番号第07/504,769号明細書(35)コルン
ルンプフらの「小型で熱効率のよい焦平面アレイとその
テスティングおよび修理」と題された、1990年4月
5日に出願された米国特許出願番号第07/504,7
51号明細書 (36)ヴォナロウスキィらの「最上部に装着された素
子を有する高密度接続構造」と題された、1990年4
月5日に出願された米国特許出願番号第07/504.
749号明細書 (37)ヴォナロウスキィらの「チャンバを含む高密度
接続構造」と題された、1990年4月5日に出願され
た米国特許出願番号第07/504,770号明細書(
38)コルンルンプフらの「調整された動作特性を有す
るマイクロ波素子および調整方法」と題された、199
0年4月5日に出願された米国特許出願番号第07/5
04,748号明細書上記した各特許および各特許出願
は、引用文献によってここに挙げてある。
【0012】上記(10)に示した「高容積効率を有す
る高密度接続」と題された関連米国特許出願番号第25
0,010号明細書は、より複雑なシステムを構成する
ために、複数の高密度接続構造を積み重ねるいくつかの
技術を開示する。その一実施例においては、ラップアラ
ウンドコンタクトが、そのシステムの製造開始に先だっ
て基板の各エッジに沿って設けられる。その後、各チッ
プは基板上に装着されまた、基板の高密度接続構造は、
基板上のラップアラウンドコンタクトへの適当な接続を
含めて製造される。同じ大きさのこの種の基板が複数枚
積み重ねられて、積層物として固定される。そして、種
々の基板を接続するために、高密度接続構造がこの積層
物の一側面あるいは複数の側面に形成される。長方形の
積層物の各側面に沿って接続が必要な場合には、積層物
の各側面に1つずつ、4つの別個の高密度接続構造が形
成されなければならない。これは有効ではあるが、好ま
しくない複雑な工程であり、さらに、積層物の個々の基
板が、積層物の側面に形成される高密度接続構造によっ
て外部の熱シンクから熱的に絶縁されるという欠点があ
る。
【0013】上記(10)に示した特許出願における他
の実施例では、大きさが少しずつ小さくなる複数の基板
が、高密度接続構造にしたがって製造され、高密度接続
構造の上面にコンタクト・パッドが設けられる。そして
、これらの基板はピラミッドを形成するように積み重ね
られ、接着される。これらの基板のコンタクト・パッド
間の接続は、ワイヤ接続により行なわれる。この技術は
有効ではあるが、大きさが少しずつ小さくなる複数の基
板を用いるため、積層物の最上部の基板に装着できるチ
ップの数が、積層物の下部の基板に装着できるチップの
数よりも実質的に少なくなるという欠点がある。この構
造の他の欠点は、信頼性の低い接続形式であるワイヤ接
続を用いていること、したがって、高密度接続構造自体
がこのような3次元構造の信頼性を制限する特徴となる
ことである。
【0014】上記(10)に示した特許出願は、基板を
有しない、したがって、フレキシブルな高密度接続構造
を開示する。上記(34)に示した「フレキシブルな高
密度接続構造およびフレキシブルに接続されたシステム
」と題された関連米国特許出願番号第07/504,7
69号明細書は、種々のフレキシブルな高密度接続構造
を開示する。
【0015】上記(26)に示した「密閉高密度接続さ
れた電子システム」と題された関連米国特許出願番号第
454,546号明細書は、密閉された構造を得るため
、密閉したフィードスルーを高密度接続構造の基板に有
するものを開示している。
【0016】高密度接続構造においては、種々のシステ
ムの要求およびニーズを満たすために、密度の向上、加
工上の適応性の向上および構造上の多様性の向上をさら
に図る必要がある。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
第1の目的は、基板の両側にマウントされた電子部品を
有する高密度接続構造を提供することである。
【0018】本発明のさらに他の目的は、高密度接続構
造基板の相対する側の回路の間における直接接続を提供
することである。
【0019】本発明のさらに他の目的は、より高密度な
3次元の高密度接続構造を提供することである。
【0020】本発明のさらに他の目的は、ワイヤ結合が
自由で、外部に適用できる高密度接続構造の3次元スタ
ックを提供することである。
【0021】本発明のさらに他の目的は、積層された高
密度接続構造における、個々の高密度接続構造の厚みを
最小限とすることである。
【0022】本発明のさらに他の目的は、単一基板の上
にその基板の1つの主面の面積以上のシリコンの面積を
含むことの可能な高密度接続構造を提供することである
【0023】本発明のさらに他の目的は、密閉囲いの部
分を形成する高密度接続構造それ自身によって密封され
た1つの高密度接続構造のスタックよりなるシステムを
提供することである。
【0024】本発明のさらに他の目的は、高密度接続構
造のスタックの面積内の任意の所望の位置において基板
から基板への接続を提供することである。
【0025】本発明のさらに他の目的は、3次元高密度
接続構造基板の組立てに関係する工程ステップの数を減
少させることである。
【0026】
【課題を解決するための手段】図面を含んで全明細書か
ら明白となるであろう上述した、および他の目的は、本
発明の一実施態様にしたがって、高密度接続構造の基板
の中にフィードスルー導体を備え、基板の両側にチップ
を配置し、個々の高密度接続構造の基板の両側のチップ
を基板の中のフィードスルー導体を通じてか、あるいは
ラップアラウンド導体によって接続されている2つの高
密度接続構造に接続することによって達成されている。
【0027】このタイプの高密度接続構造基板は、テス
ト後に、異なる基板の隣り合う面で導体を接続するため
の手段をスタックの中に含むことによって、3次元構造
を提供するように積層することができる。この接続のた
めの手段は、好ましくは両基板の周囲境界の内側に配置
される。代わりに、その中にフィードスルー導体をもち
、しかしながらその一表面にのみ高密度接続構造のある
基板が、同様な方法によって積層されてもよい。
【0028】代わりの実施態様によれば、このタイプの
スタックは、他の基板よりも大きいベース基板を使用し
、それに周囲密封リングを備えることによって、密封構
造とすることができる。構造が積層されテストされた後
、密封カップまたは密封囲いの他の適当な残りの部分が
、スタックの全ての電子構成要素を単一の囲い(この構
造のベース基板は電子構成要素をその内向きの表面にの
み持っている)内に密封するために密封リングに接合す
ることができる。他方、ベース基板は両表面上の密封リ
ングに沿って両表面上に電子構成要素の持ってもよく、
また、2つの隔離した密閉カップは、ベース基板の各側
に1つずつある2つの隔離したサブスタックを密封する
ために使うこともできる。
【0029】一方、密封は、スタックの中にスタックに
向かう側のみに電子構成部品を持った頂部と底部の基板
を含み、スタックのテストの後に、金属板または他の適
当な構造をスタックの側面において基板が露出している
端部に接合することによって、スタックの側壁を密封す
ることにより行なうこともできる。
【0030】他の実施態様において、電子チップは基板
の中の開口部に、その接触面を実質的に基板の1つの主
面の平面内に、また、その背面を実質的に基板の他の主
面の平面内に配設され、それによって各高密度接続構造
基板は厚さを最小のものとしている。これらのフレーム
基板は好ましくはフィードスルー導体を含み、上述した
ようには密封されないスタックを形成するように積層す
ることができ、およびまたは密封スタックの中の内部基
板として使用することができる。
【0031】
【実施例】本発明に関する主題事項は、明細書の特許請
求の範囲において特に指摘されかつ明白に主張されてい
る。しかしながら本発明は、機構および実施方法の両者
に関してさらにその目的とその利点とともに、以下の添
附図面に関連した次の記載を参照すれば最もよく理解さ
れるであろう。
【0032】図1には、本発明による両側高密度接続構
造10が断面図で描かれている。構造10は、頂面13
Tと底面13Bとを有する基板12からなる。基板12
は、好ましくはアルミナやその他のセラミック材料であ
る。基板12の頂面13Tは、複数の電子チップ26が
配置される空所14を有する。各チップ26は、それぞ
れの上面すなわち接触面に配置されたコンタクトパッド
28を有する。これら各チップは熱可塑性重合体接着剤
層25によって基板に固定され、この熱可塑性重合体接
着剤層25は、好ましくは、ゼネラル・エレクトリック
・カンパニーから入手できるポリエーテルイミド樹脂U
LTEM(登録商標)である。基板12の下面13Bに
ある同様の空所16は、そこに配置された複数のチップ
36を有する。これら各チップは、コンタクトパッド3
8を有する。チップ36は、熱可塑性接着剤35の薄い
層によって基板12に接着されている。基板12の正面
と背面との間に形成される接続を可能とする複数の好ま
しくは密封構成のフィードスルーが、基板12を垂直方
向に貫通して延びるようになっている。ここで密封構成
のフィードスルーとは、基板を貫通して延びる導体であ
って気密に基板に封入されているもののことであり、気
密であることにより、基板の一方の側にある物体を包含
する部材が基板内に密封して封入されている場合に、前
記基板の一方の側にある物体が基板の他方の側にある全
ての汚染物から隔離されることが可能となる。高密度接
続構造40が基板12の上面13Tに配置されている。 構造40は、基板の上面13Tとチップの接触面とに接
着された重合体誘電体層42からなる。誘電体層42に
は、複数のスルーホール43が、チップ26のコンタク
トパッドとフィードスルー導体18とそしてもしあれば
基板上に配置された他の導体17とに位置合わせされて
、配置されている。導体パターン44が誘電体層42の
上面に配置されており、所望に応じて、その個々の導体
がその導体とコンタクトパッド28、貫通接続導体18
あるいは表面導体17との電気的接続を形成するように
選択されたフィードスルー内に延びている。
【0033】同様の高密度接続構造50が基板12の下
面13Bに配置され、この高密度接続構造50は、チッ
プと基板の下面13Bとに接着された誘電体層52を含
み、誘電体層52はその中にあるスルーホール53と、
コンタクトパッドとフィードスルーとのうちの選択され
たものと相互接続をする導体パターン54とを有する。 基板12の周囲において、個別の密封リング19が基板
12の上面と下面とに配置されている。望むならば、密
封リング19が相互に連続するように、密封リング材料
が基板の周囲の縁を越えてさらに延びるようにしてもよ
い。
【0034】図1に示された構造は、図2において平面
図で表され、図2では線1−1で示されたものが、図1
の断面線となる。図2の平面図において、作成すべきシ
ステムに適することができるように、異なる大きさのチ
ップがこの構造内に組込まれることができることが見て
取れるであろう。さらに、空所14は図2においては矩
形であるように示されているが、システムに含まれるチ
ップとその所望の相対的位置関係とに適している配置で
あれば、どのような配置もとり得ることが理解されるで
あろう。図2には単一の空所14が図示されているが、
その代わりに、1個のチップを含むものから多数のチッ
プを含むものまで変化し得る分離した複数の空所を使用
してもよいことが認識されるであろう。
【0035】フィードスルー導体18は、基板が形成さ
れる未焼成の半加工品に穴をあけ、セラミックの焼成温
度に耐える適当な導電性組成物でもってこれらの穴を充
填することによって、基板製造工程の一部分として、セ
ラミック基板中に形成することができる。しかしながら
、このような工程は好ましくない。これはいくつかの理
由による。第1に、セラミックの分野でよく知られてい
るように、未焼成のセラミックスリップは、焼成中にか
なりの収縮を受けやすく、その結果として、指定された
正確な場所にフィードスルーが位置することができなく
なるであろう。第2に、アルミナ基板の招請に耐え得る
導電性組成物は限られており、それらの焼成温度に耐え
られない一群の金属より通常大きい抵抗率を有する。 この理由のために、フィードスルー導体18のための穴
を形成するのに先だって、基板半加工品を焼成するのが
好ましい。フィードスルー導体18のための穴は、レー
ザ穴開けや基板に穴を形成するための他の高精度の技術
を使用することによって、正確に位置させることができ
る。その後、穴は、好ましくは、焼成と同時に形成され
る典型的なフィードスルーに比べて実質的に大きい伝導
率を有する導電性金属組成物で充填される。米国、93
010  カリフォルニア州、カマリロ市、コンスティ
テューション  アヴェニュー  547−D所在のマ
イクロ−サブストレート社は、基板のこのような穴を充
填するサービスを提供している。発明者らは、2インチ
四方の基板であって、四方に縁からほぼ10ミル(2.
54mm)のところに、四方に各辺に沿ったフィードス
ルーの穴の互い違いの2列を有し、直径15ミル(0.
381mm)であって40ミル(1.016mm)の中
心間隔で配置された合計348個のフィードスルーのた
めの穴を有する基板を入手した。このような基板の大多
数は、入手した段階で密封構造である。入手した段階で
密封構造でないものについては、フィードスルーの上に
追加の金属を電着することによって、それらが密封構造
になることがわかった。この追加層の典型的厚さは5μ
mである。
【0036】もちろん、密閉構造を必要としない場合は
、非セラミック基板を用いてもよく、非密閉のフィード
スルーと同様に使用してよい。
【0037】焼成工程中に形成されたフィードスルーと
既焼成の基板中の穴に充填法によって後から作られたフ
ィードスルーとの相違点の1つは、フィードスルー導体
の構成の相違で、焼成中に形成された場合は、乾燥およ
び焼成工程の期間中での相互拡散の結果によるセラミッ
クとフィードスルー導体間の境界拡散層が存在するのに
対して、後者の場合は、フィードスルー導体材とセラミ
ックとの間に画然とした境界が存在する。図3において
、2つのセグメント10からなるスタック60の断面図
が示されている。2つのセグメント10は、その一方の
上に他方が積み重ねられ、両者間に、下側の基板12の
上面にある所定の導体と、上側の基板12の下面にある
別の所定の導体との間を接続する導電性のバンプ62が
配設されている。下側の基板12は、さらに、その導体
44を上の基板12の下面に露出したいずれかの導体5
4から確実に絶縁するために、上部の高密度接続構造4
0に含まれる追加誘電体層46を有する。もし所望であ
れば、同様の誘電体層を上の基板の下面上にも設けて、
思いがけない誤接続を防止する手段を2重にしてもよい
。導電バンプ62は、多様な形態をとってもよい。 これらのバンプは、使用するはんだが溶融・再固化する
温度にまで基板の温度を上げることによって、双方の基
板に接合されるはんだのバンプでよい。はんだは誘電体
層をぬらさないので、導電バンプ62がはんだよりなる
このような場合には、誘電体層46がはんだフローの防
止の作用をし、したがって、バンプ62の寸法が小さく
、しかもこれらの小さなはんだバンプが溶けたときの表
面張力が大きいので、通常の環境下においては、誘電体
層46の上面にはんだフローは生じない。別の手段とし
て、導電バンプ62は、銀片のような導電性材料が詰め
込まれたRTVであってもよい。または、シンチコネク
タ社から入手可能な「ファズボタン」であってもよい。 さらに、その代わりに直径の小さな金属球でもよい。
【0038】導電バンプ62がファズボールの場合には
、これらを所定の位置に配置した後、基板をこすること
によってファズボールが両方の基板に熱圧着される。 あるいは、ファズボールが接合されないまま残り、個々
の基板をファズボールと密接に接触させるためにスタッ
クに圧力を加えることによって、構造体の接触を密接に
保持してもよい。他の導電バンプ62の構成にも同様の
技術が適用できる。
【0039】図4は、そのようなスタックのための代案
の形状60’の断面図である。このスタックにおいては
、上部セグメント10’が下部セグメント10よりも小
さな断面を有する。このことは、下部基板12の上面に
シールリング19がふさがれずに残ることを意味する。 シールフレーム64がこのシールリング上に配置されて
、熱圧着またははんだフローなどの適切な技術によって
シールリングに接合される。図示の実施例では、別個の
蓋ないしカバー66がフレーム64の上に密封されて、
上部セグメント10’と下部ないしは基底の基板12の
上面とを気密に密閉する。
【0040】もし、基底セグメントの基板12の下面上
の電子構成要素をも含めて密封しようとするのであれば
、図5に示すように、基底セグメントの基板12の下側
のシールリング19に、同様のフレーム64’と蓋66
’とを接合することによって達成できる。所望であれば
、1個以上のセグメント10’を基底部の密封室に密閉
することができる。
【0041】さらに他の代案として、基底部の基板を片
面のみの基板とし、下側の面には電子構成要素を搭載し
ないようにすることもできる。フィードスルー18は、
図6に示すように、パッケージ60”を回路盤またはソ
ケットに組込むための外部ピン68に接続される。この
作業は、高密度接続構造の組立ての前か後ろのいずれで
も可能である。高密度接続構造の組立ての前に設けられ
たピン68は、基板中の穴を埋めた金属の一体化構成部
分である。
【0042】図4と図5中の各密閉室内に示されたのは
、いずれも単一の基板であるが、いかなる所望数の基板
でもその内に組込むことができることは理解されよう。 同様に、もし要求があれば、このような密閉室内により
小さな基板からなる2つ以上のスタックを収容すること
ができる。
【0043】さらに別の構成においては、図4または5
に示したのと同様なスタック、ただし高密度接続構造が
両側構成ではなく片側構成であるスタックによって形成
される。
【0044】図7は、1つのスタックの一部を示す断面
図で、全ての基板は同一断面形状を有し、金属片72を
スタックの側部に、基板上の金属端縁部11に接合する
はんだ74により接合して、密封構成とされている。こ
れと異なった接合技術が用いられても差し支えない。
【0045】本発明にしたがう高密度接続構造のいま1
つの代案の形状100を図8に示す。この構造100は
片側のみであり、基板112はチップ126と同等の厚
さに過ぎず、その結果チップ126は図1の形態におけ
る空所というよりは基板112のあき間114内に配置
されていることを除いて構造10に類似している。この
構造は、図2に認められる開口14がこの形状において
は空所というよりはあき間であるという理解のもとに、
図2のような平面図に見られる。集積されるべきシステ
ムおよびその他の考慮に適合するように、単一の大きな
開口よりも多数の独立した開口を設けることもできよう
。高密度接続構造100は構造10について述べたのと
同様に、フィードスルーの下端に直接接触する接点バン
プを用いて積み重ねることができる。このような積み重
ねによれば、各構造100はそれが接続するチップの厚
さにその高密度接続構造を加えたものと等しい厚さを有
するので、最小の厚さを有する3次元のスタックができ
る。典型的にはチップの厚さは15ミルまたは20ミル
であるのに対して基板の厚さは典型的には25ミルない
し50ミルである。2金属層レベルの高密度接続構造の
典型的な厚さは、1.5ミルないし4ミルである。これ
より全体の厚さは、15ミルのチップの場合に約19ミ
ル以下となり、これは25ミルないし50ミルの厚さの
基板を用いる高密度接続構造の厚さより実質的に小さい
。図1の両側構造10は片側全基板構造によってもたら
される密度を向上させる。フレーム基板112を用いる
構造100は、さらに、図1において空所14および1
6の間に配置された基板部分の厚さを除外できるという
利点を生じる。
【0046】高密度接続構造100は他の応用について
も附加的利点を提供する。基板100は構造全般に剛性
を与える。しかし、チップが基板中の空所に配置される
システムと異なり、チップの裏面は直接露出されており
中間材料や境界層を介在させることなく液状あるいはガ
ス状冷却剤により冷却することができる。このようにし
て、この構造は関連する出願第250,010号「高容
積効率を有する高密度接続」および第07/504,7
69号「可撓性高密度接続構造および可撓性接続システ
ム」において開示された無基板構造と類似している。
【0047】基板の周辺部で多区分高密度接続構造の異
なる区分間に接続を導入することは多くの利点を生じる
。先ず第一にフィードスルー導体18の位置と並べ方を
正確に予め決定することができる。第2の基板の縁にお
けるラップアラウンド導体が不用になる。第3に、1列
を超えるフィードスルーの列を設けることができるので
、ラップアラウンド導体によるよりもより多数のフィー
ドスルーを単一基板を通して実現することができる。 第4に、スタック中の基板の縁が、高密度接続構造がそ
の縁面上に形成されるべき場所で望まれるほどの平坦面
を形成する必要はないので、基板の寸法の許容誤差をゆ
るくすることができる。第5に、3次元スタックの外部
表面上に高密度接続構造を形成する必要はなく、その結
果個々の基板はスタックの端まで直接に延びることが許
され、それにより、スタックがかなりの電力を消費する
ことが期待され、したがって熱を放散する必要があると
きに、熱シンクを基板の縁に取り付けることができる。 この目的のため、熱シンク自体あるいは中間金属部材に
溶接できるよう基板の垂直縁を金属化することが望まし
いであろう。
【0048】図2において、各フィードスルー18は同
じ寸法で示されているが、もし望ましいときは一部のフ
ィードスルー導体はより大きくすることができると理解
しなければならない。電力と接地のフィードスルー導体
は信号用フィードスルー導体に比し比較的大電流を通す
ので、このような寸法拡大が特に適切である。
【0049】スタックの種々の基板へのフィードスルー
導体18による電源および接地の接続を行なう代わりに
、縁部に沿って設置された導体すなわちラップアラウン
ド導体218が図9のスタック260に示す基板212
の縁に設けられている。一部あるいは全てのラップアル
ンド導体218が、区分内において電源および接地の端
子として接続され得る。そこで、電源および接地用ラッ
プアラウンド導体は全ての基板を確実に同一の電圧で動
作させるため、大容量電源バス282および接地バス2
84に直結される。このことは電源と接地の双方の導体
を、図示のようにスタックの異なる縁ではなくスタック
の同一の縁に配置することによって行なわれる。もし望
むならば、いくつかの信号の接続も同様に行なうことが
できる。このような形状では、3次元スタック全体は信
号用導体が本出願で開示された方法で設けられ、電源お
よび接地用導体が出願第250,010号で開示された
ものと類似の方法で設けられている。
【0050】本発明はここではある実施例にしたがって
詳細に述べてあるが、多くの代案、変更が当業者によっ
て行なわれよう。したがって本発明の精神と範囲に包含
されるような全てのこのような代案および変更案は、本
願の特許請求の範囲によってカバーされるものと意図し
ている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の両側高密度接続構造の断面図である。
【図2】図1の構造の平面図である。
【図3】複数個の図1の構造によって形成された3次元
構造の断面図である。
【図4】全体のスタックのための密封囲いの一部分とし
て、スタックの高密度接続構造の1つを含むために適合
する、図3の構造の変形を図示している。
【図5】密封囲いが2つの隔離した密封チャンバーを含
んでいる図4の構造に対する他の構成を示す断面図であ
る。
【図6】外部接触ピンを含む変形スタックの断面図であ
る。
【図7】囲いの部分としてスタックの基板を使用した密
封囲いの他の構成の部分断面図である。
【図8】電子構成要素が基板の中の空所よりは基板の中
の開口部に配置されている高密度接続構造の断面図であ
る。
【図9】電源と接地ブスがスタックの外側に沿って供給
されている3次元高密度接続構造の他の構成の一部分の
斜視図である。
【符号の説明】
10    両側高密度接続構造 12    基板 13T    頂面 13B    底面 14,16    空所 17    表面導体 18    フィードスルー導体 19    密封リング 25,35    (熱可塑性重合体)接着剤26,3
6      チップ 28,38    接点パッド 40,50    高密度接続構造 42,52    誘電体層 43,53    穴 44,54    導体パターン

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  第1および第2の主基板面と、自身の
    接触面上にそれぞれ接点用パッドを持つ多数の電子構成
    要素と、高密度接続構造とを有し、前記電子構成要素は
    それらの接触面が実質的に前記第1の主基板面の平面内
    に配設されており、前記高密度接続構造は前記構成要素
    の前記接触面および前記第1の主基板面に接合された誘
    電体層と、前記誘電体上または誘電体内部に配設された
    導体パターンとを含み、該導体パターンは前記電子構成
    要素の前記接点パッドに電気的に接続された導体を含ん
    でいるタイプの電子システムにおいて、それぞれが自身
    の接触面上に配設された第2の接点パッドを有し、該接
    触面が実質的に第2の主基板面の平面内に配設されてい
    る多数の第2の電子構成要素と、前記第2の電子構成要
    素と前記第2の主基板面とに接合された第2の誘電体層
    と、該誘電体層上または誘電体層内部に配設された第2
    の導体パターンとを含み、該第2の導体パターンは前記
    第2の電子構成要素を電気的に接続するために前記第2
    の接点パッドに電気的に接続された導体を含んでいる第
    2の高密度接続構造と、を有することを特徴とする電子
    システム。
  2. 【請求項2】  前記基板を貫通して延び、それぞれに
    第1および第2の端部を持つ多数のフィードスルー導体
    と、該フィードスルー導体のうち選択された複数本の導
    体の第1の端部に電気的に接続された導体を含む前記導
    体パターンとをさらに含む請求項1記載の電子システム
  3. 【請求項3】  前記第2の導体パターンが、前記フィ
    ードスルー導体のうち第2の選択された複数本に抵抗接
    続された導体を含む請求項2記載の電子システム。
  4. 【請求項4】  前記第1の主基板面が前記電子構成要
    素の1つが配設される空所を含み、前記フィードスルー
    導体の1本が該電子構成要素の背面と電気的に接触して
    前記空所の下部に配設される請求項2記載の電子システ
    ム。
  5. 【請求項5】  前記電子システムは前記基板の一方の
    側の表面面積よりも広いチップの表面面積をその1個の
    基板上に含む請求項1記載の電子システム。
  6. 【請求項6】  前記フィードスルー導体は前記基板中
    の穴に充填された金属よりなる請求項2記載の電子シス
    テム。
  7. 【請求項7】  前記基板がセラミックであり、前記穴
    は前記セラミックの焼成温度には耐え得ない導電性合金
    を含む請求項6記載の電子システム。
  8. 【請求項8】  第1および第2の主面を有する基板と
    、基板の前記第1の主面上に配設された多数の電子構成
    要素と、高密度接続構造とを有し、前記高密度接続構造
    は前記構成要素と前記基板の前記第1の主面とに接合さ
    れた誘電体層と、前記誘電体上または誘電体内部に配設
    された導体パターンとを含み、該導体パターンは前記電
    子構成要素の接点パッドに電気的に接続された導体を含
    んでいるタイプの電子システムにおいて、前記基板を貫
    通して延び、それぞれに第1および第2の端部を有し、
    1本が前記電子構成要素の下部に配設されて該電子構成
    要素の背面と電気的に接続している多数のフィードスル
    ー導体と、前記フィードスルー導体のうち選択された複
    数本の導体の前記第1の端部に電気的に接続された導体
    を含む前記導体パターンと、を有することを特徴とする
    電子システム。
  9. 【請求項9】  多数の区分よりなる電子システムであ
    って、各区分は、周辺と第1および第2の主面とをそれ
    ぞれに有する第1および第2の側とを有する基板であっ
    て、多数のフィードスルー導体が該基板内を貫通して延
    びており、前記フィードスルー導体のそれぞれは前記基
    板の前記第1および第2の側とそれぞれに組合っている
    前記基板と、自身の接触面上に接点パッドを有し、該接
    触面が実質的に前記第1の主基板面の平面内に配設され
    ている電子構成要素と、前記電子構成要素と前記基板の
    前記第1の主面とに接合された高密度接続構造とよりな
    り、前記高密度接続構造は誘電体と該誘電体上または誘
    電体内部に配設された導体パターンとを含み、該導体パ
    ターンは前記電子構成要素の前記接点パッドに電気的に
    接続された導体と前記フィードスルー導体に電気的に接
    続された導体とを含んでおり、前記区分はスタック状に
    配列されており、該スタックは互いに異なり隣り合う前
    記区分の導体を隣接する区分同士の隣接面で互いに電気
    的に接続するための手段を有し、電気的接続のための該
    手段は前記隣接する両基板の周辺内に配設されている電
    子システム。
  10. 【請求項10】  前記フィードスルー導体の前記第1
    の端部は実質的に前記基板の第1の主面と同一面内に配
    設され、前記導体パターンは前記フィードスルー導体に
    、前記接点パッドに接続するのと実質的に同じ仕方で接
    続する請求項9記載の電子システム。
  11. 【請求項11】  隣接する区分の隣接面で、前記フィ
    ールドスルー導体の端部がそれぞれの組み合わされた主
    基板面と実質的に同一面内に配設されている請求項9記
    載の電子システム。
  12. 【請求項12】  前記スタックが、所定の寸法を持つ
    底部区分とより小さい寸法の基板を持つスタック区分と
    を有し、前記底部区分は自身の前記第1の主面上に密封
    リングを持ち、さらに、前記システムは前記密封リング
    に密閉された側壁を有し、このリングは前記スタックの
    基板を、前記底部区分の前記基板と前記側壁とよりなる
    囲い内に封じ込めるためのものである請求項9記載の電
    子システム。
  13. 【請求項13】  前記底部区分が、前記底部区分基板
    の第2の主面上に配設された第2の密封リングを含み、
    第2の側壁が、第2のスタック基板を前記底部基板と前
    記第2の側壁よりなる囲い内に封じ込めるための第2の
    密封リングに密閉されている請求項12記載の電子シス
    テム。
  14. 【請求項14】  前記基板中の第1の基板が、その第
    2の主面上に配設された第2の電子構成要素を有する請
    求項9記載の電子システム。
  15. 【請求項15】  前記第1の基板が、自身の前記第2
    の主面と前記第2の電子構成要素とに接合された第2の
    高密度接続構造を有する請求項14記載の電子システム
  16. 【請求項16】  直接に接続するための前記手段が、
    ファズボタンよりなる請求項9記載の電子システム。
  17. 【請求項17】  前記手段がはんだよりなる請求項9
    記載の電子システム。
  18. 【請求項18】  直接に接続するための前記手段が、
    導電性材料を含む重合体である請求項9記載の電子シス
    テム。
  19. 【請求項19】  前記システムの一部分が密閉した囲
    いの中に取り込まれており、前記区分の第1の区分の前
    記基板が前記密閉囲いの一部分を構成している請求項9
    記載の電子システム。
  20. 【請求項20】  前記第1の区分の基板が前記基板の
    他の区分のいくつかより大きく、前記第1の区分の前記
    基板は、前記密封囲いを完全なものとするために、上述
    した他の基板が配設されている囲いの残りの部分に密封
    されている請求項19記載の電子システム。
  21. 【請求項21】  前記囲いが底部と天井壁と側壁とを
    有し、前記底部は前記スタックの基板よりなる請求項1
    9記載の電子システム。
  22. 【請求項22】  前記側壁が、前記スタックの前記基
    板の端縁に接合された部材よりなる請求項21記載の電
    子システム。
  23. 【請求項23】  周辺と第1および第2の主面と開口
    部とを有する基板と、それぞれが接触面および背面と該
    接触面上の接点パッドとを有し、また、それぞれが前記
    第1の主基板面と実質的に同一面内にそれぞれの接触面
    を揃えて、前記基板の開口部内に配設されている多数の
    電子構成要素と、前記電子構成要素の前記接触面と前記
    基板の前記第1の主面とに接合された高密度接続構造と
    よりなり、前記高密度接続構造は誘電体と該誘電体上ま
    たは誘電体内部に配設された導体パターンとを含み、該
    導体パターンは前記電子構成要素を前記電子システムに
    接続するために前記電子構成要素の前記接点パッドに電
    気的に接続された導体を含んでいる電子システム。
  24. 【請求項24】  前記電子構成要素のいくつかが、前
    記第2の主基板面と実質的に同一面内に配設された背面
    を有している請求項23記載の電子システム。
  25. 【請求項25】  前記基板が、前記第1および第2の
    主面の間に延びる多数のフィードスルー導体を含み、前
    記導体パターンが前記フィドースルー導体に電気的に接
    続された導体を含んでいる請求項23記載の電子システ
    ム。
  26. 【請求項26】  多数の区分よりなる電子システムで
    あって、各区分は、周辺と第1および第2の主面と開口
    部とを有する基板であって、多数のフィードスルー導体
    が該基板内を貫通して延びており、前記フィードスルー
    導体のそれぞれは第1および第2の端部を有している前
    記基板と、それぞれに接触面と背面と該接触面上の接点
    パッドとを有し、それぞれが前記第1の主基板面と実質
    的に同一面内にそれぞれの接触面を揃えて、前記基板の
    開口部内に配設されている多数の電子構成要素と、前記
    電子構成要素の前記接触面と前記基板の前記第1の主面
    とに接合された高密度接続構造とよりなり、前記高密度
    接続構造は誘電体と該誘電体上または誘電体内部に配設
    された導体パターンとを含み、該導体パターンは前記電
    子構成要素を前記システムに接続するために前記電子構
    成要素の前記接点パッドに電気的に接続された導体を含
    んでおり、前記区分はスタック状に配列されており、該
    スタックは互いに異なり隣り合う前記区分の導体を隣接
    する区分同士の隣接面で互いに電気的に接続するための
    手段を有し、電気的接続のための該手段は前記隣接する
    両基板の周辺内に配設されている電子システム。
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