JPH0473625B2 - - Google Patents

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JPH0473625B2
JPH0473625B2 JP60069876A JP6987685A JPH0473625B2 JP H0473625 B2 JPH0473625 B2 JP H0473625B2 JP 60069876 A JP60069876 A JP 60069876A JP 6987685 A JP6987685 A JP 6987685A JP H0473625 B2 JPH0473625 B2 JP H0473625B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明はパツケージされた集積回路の電子機
械的アセンブリに関し、特に、(1)欠陥集積回路ダ
イを容易に修理することを可能にし、(2)低コスト
でそのアセンブリを製造することをができ、そし
て(3)そのアセンブリを介して高速度で信号が伝達
され得るようなアセンブリに関するものである。
比較のために、第１図は先行技術による一般的
な（そしておそらく最も広く用いられている）集
積回路パツケージ１０を図解している。パツケー
ジ１０は１つに積層された数枚の正方形の薄い平
らなセラミツク層を含んでいる。底のセラミツク
層は中実であるが、他の層は中央の孔１２を有し
ている。シリコン集積回路ダイ１３は孔１２内に
配置されて底のセラミツク層へ取付けられる。セ
ラミツクとシリコンは同様な熱膨張係数を有して
おり、したがつてパツケージ１０が熱的サイクル
を与えられるときにもそのダイはセラミツクに取
付けられて留まる。
ボンデイングワイヤ１４はダイ１３と導電体１
５の間で信号を運び、それらの導電体は内部セラ
ミツク層１１上にスクリーンされる。これらの導
電体１５は複数の堅い入力／出力ピン１６と接触
し、それらのピンは最も上のセラミツク層へ取付
けられている。パツケージ１０を完成するため
に、ヒートシンク（図示せず）は底のセラミツク
層へ取付けられ、蓋（図示せず）はダイ１３に被
さる最も上のセラミツク層へ取付けられる。その
後に、数個のパツケージ１０のピン１６をプリン
ト回路ボード内に半田付けすることによつて多重
集積回路１３を含むシステムが作られる。
しかし、上述の集積回路パツケージ１０につい
ての１つの問題は、プリント回路ボードから半田
付けを外すことが困難なことである。この問題は
パツケージがあまりに多くの入力／出力ピンを有
しているということによつて生じる。第１図にお
いて、パツケージは140ピンを有しており、そし
て半導体工業における趨勢はピンの数を減少させ
ることである。多数のピンにおいて、半田ごてで
各ピンのそれぞれのまわりの半田を溶かしかつ半
田サツカ（吸込む装置）でそれぞれの溶融された
半田を除去することは時間がかかりすぎる。ま
た、任意の除去するプロセスはピンの近くの領域
においてプリント回路ボードをも加熱する。これ
はしばしばボードのその領域における導電体の薄
層を崩し、またはボード内の絶縁抵抗欠陥を生じ
る。
先行技術によるパツケージ１０および同様に作
られたシステムについてのもう１つの問題は、そ
れらが本来高価であるということである。高価な
部品の或るものは、入力／出力ピン１６のコス
ト、セラミツク層１１のコスト、およびヒートシ
ンクのコストである。もう１つの高価なものは、
パツケージの製造に必要な装置の高いコストであ
る。この装置は、それぞれセラミツク１１を薄い
板にして修正するために必要なプレスと高温炉を
含んでいる。
パツケージ１０についてのさらにもう１つの問
題は、システム内の２つのダイ１３の間における
電気的信号の移動速度に制限を生じるということ
である。部分的に、この制限は導電体１５とそれ
を包囲するセラミツク１１の間における静電結合
による。この結合はピン１６からダイ１３への信
号の移動に関して時間遅延Tdを生じ、それは１
フイートあたり1.016（ER）1/2ナノ秒に等しく、こ
こでERはセラミツクの誘電率である。さらに、
パツケージ１０は本来的にダイ１３より大きい。
したがつて、パツケージ１０はシステム内の２つ
のダイ間の信号が移動しなければならない距離を
増大させ、そのシステムの速度をさらに制限す
る。
したがつて、本発明の第１の目的は相互接続さ
れた集積回路ダイの改善されたアセンブリを提供
することである。
本発明のもう１つの目的は、修理が容易でコス
トが低くかつ動作速度が速い相互接続された集積
回路ダイのアセンブリを提供することである。
発明の概要 これらの目的および他の目的は本発明による相
互接続された集積回路ダイのアセンブリによつて
達成され、そのアセンブリはサブストレートを備
え、そのサブストレートはそれを貫通する複数の
孔を有し、各孔は集積回路ダイを受入れるのに適
した寸法のものであり、前記アセンブリには複数
の独立なサブアセンブリも与えられており、各サ
ブアセンブリは集積回路ダイとヒートシンクを含
み、ヒートシンクはダイの背面に取付けられてそ
の背面を越えて延びており、各サブアセンブリは
サブストレート内のそれぞれの孔と整列されてい
て、それによつてダイは孔内に収まり、ヒートシ
ンクはその孔を越えて延びていてサブストレート
へ付着し、サブアセンブリはサブストレート上の
プリントされた導電体とダイの前面からその導電
体へ接合された個別のワイヤとによつて相互接続
されており、そしてダイとヒートシンクは同様な
熱膨張係数を有し、一方、サブストレートは本質
的に異なつた熱膨張係数を有している。
実施例の説明 本発明の種々の特徴や長所はここで図面と関連
して説明される。
第２図と第３図を参照して、本発明によつて構
成された電子機械的アセンブリ２０の好ましい実
施例が詳細に説明される。アセンブリ２０は２層
のエポキシガラスサブストレート２１を含んでい
る。層２１ａ（底の層）は複数の孔２２を有して
おり、それらの各孔は集積回路ダイよりわずかに
大きい。層２１ｂ（最も上の層）は対応する複数
の孔２３を有しており、それらは孔２２よりわず
かに大きくかつ整列している。
アセンブリ２０には複数の独立なサブアセンブ
リ２４も含まれており、それらの各々は集積回路
ダイ２５とヒートシンク２６を含んでいる。ダイ
２５は、金共晶体のような接合剤によつてヒート
シンク２６へ取付けられた背面を有している。ヒ
ートシンク２６は長方形であつて、その幅はダイ
２５の幅と一致してもよく、または大きな冷却が
望まれるならばダイの幅より広くてもよく、そし
てその長さは４つの支柱２７を収容するために常
にダイ２５の長さを越えて延びている。
サブアセンブリ２４の各々はサブストレート２
１内のそれぞれの孔と整列させられており、それ
によつて、ダイ２５は孔内に収まり、ヒートシン
ク２６は孔を越えて長さ方向に延びていてサブス
トレートへ付着する。各サブアセンブリ２４を正
しい位置に保持するために、４つの支柱２４がヒ
ートシンク２６へ取付けられており、それらはサ
ブストレート２１内のボア２８を貫通する。ボア
２８内に支柱２７を保持するために半田が用いら
れる。ダウコーニングからX1−4939シリコーン
誘電体ゲルのような溶解可能なカプセル封止剤
が、その孔内の各々のダイ２４をカバーして保護
する。
１つのダイ２５からもう１つのダイへ信号を運
ぶために、プリントされた導電体２９が層２１ａ
と２１ｂ上に描かれている。そして、個別のワイ
ヤ３０がダイ２５上のボンデイングパツド３１と
導電体２９の間で接合される。好ましくは、導電
体２９の１つはバイアス電圧（たとえば、接地）
を支柱２７へ運び、次にそれはダイ２５をバイア
スする。導電体２９のあるものは層２１ａと２１
ｂのエツジにある入力／出力ピン３２へもつなげ
られ、それによつて、異なつたアセンブリ上のダ
イが背面を介して相互接続されることを可能にす
る。
ヒートシンク２６は熱膨張係数（TCE）がシ
リコンダイ２５と同様（すなわち、20％以内）の
熱膨張係数（TCE）の材料から作られている。
これは６〜7ppm／℃のTCEを有するテキサスイ
ンスツルメンツ社からの銅・インバー・銅のサン
ドイツチのヒートシンク２５を構成することによ
つて適切に達成される。これと比較して、サブス
トレート２１は本質的に異なつたTCE、すなわ
ち少なくとも200％だけ異なつたTCEを有する材
料から作られる。たとえば、エポキシガラスは
16ppm／℃のTCEを有している。しかし、この
熱的不一致にもかかわらず、サブアセンブリ２４
は支柱２７によつて正しい位置に保持され、そし
て個別のワイヤ３０は任意の熱的な膨張と収縮を
収容するように十分な弛みを有している。
上述のアセンブリ２０の１つの特徴は、欠陥ダ
イを修理する容易さである。そのような修理にお
いて、欠陥ダイを含むサブアセンブリ２４の４つ
の支柱２７のまわりの半田を溶解して除去するた
めに、半田ごてと半田サツカーが用いられる。次
に、カプセル封止剤３３が溶解されて、ボンデイ
ングワイヤ３０がダイから切断される。これによ
つて欠陥アセンブリを除去することが可能とな
り、新しい作動するサブアセンブリによつて置換
えられる。新しいサブアセンブリ上の導電体２９
とボンデイングパツド３１の間で個別のワイヤ３
０のボンデイングがフイールドサービスセンタで
行なわれる。
アセンブリ２０のもう１つの特徴は、その低い
製造コストである。第１図の先行技術によるパツ
ケージ２０と比較して、アセンブリ２０は入力／
出力ピン１６とセラミツク層１１を含んでいな
い。また、それは修理可能であるためのソケツト
を必要としない。したがつて、それらの材料のコ
ストのみならずセラミツクを取扱うプレスと炉の
コストが節約される。
アセンブリ２０のさらにもう１つの特徴は、そ
の高速度の動作である。アセンブリ２０内のプリ
ントされたすべての導電体２９はエポキシガラス
層２１ａと２１ｂで囲まれており、エポキシガラ
スはわずかに4.2の誘電率ERを有している。これ
に比べて、セラミツクは9.6の誘電率を有してい
る。したがつて、アセンブリ２０内の或る与えら
れた長さの導電体２９を通る信号の時間遅れ
（Td）は、パツケージ１０内の同じ長さの導電体
１５を通る遅れの半分以下である。
さらに、アセンブリ２０は２つの異なつたダイ
２５間の導電体２９の長さを非常に短くすること
を可能にする。これは、ヒートシンク２６の幅が
ダイ２５の幅と一致するかまたはわずかに広くて
もよく、その幅は２つのダイを横に近接して並べ
ることを可能にする。１つの実際のアセンブリに
おいて、ダイ２５は1/4インチ四方であり、ヒー
トシンク２６は3/4×（１〜1/4）インチである。
これによつて、２つのダイは互いに1/2インチ範
囲内に置かれ得る。これと比較して、第１図の先
行技術によるパツケージ１０は、ピン１６が多く
のスペースをとるので２つのダイのそのような接
近した間隔を可能としない。
アセンブリ２０のさらにもう１つの特徴は、そ
の動作時において被る熱的な応力が減少すること
である。この応力の減少はヒートシンク２４上の
支柱２７間の距離ｄが小さい事実によつており、
その距離はダイ２５よりわずかに大きい必要があ
るだけである。これと比べて、先行技術によるパ
ツケージ１０の最も外側のピンの間における距離
は、その他のすべてのピンのための空間を形成す
るためにダイ２５よりかなり大きくなければなら
ない。たとえば、68ピンのパツケージ１０の最も
外側のピンの間における距離は1.20インチであつ
て、これに対してパツケージ２０の支柱間の長さ
方向の距離はわずかに0.63インチである。いずれ
の場合においても熱応力は距離ｄに直接比例す
る。
本発明の好ましい実施例はこれまで詳細に説明
された。さらに、本発明の性質と精神から離れる
ことなく、この発明に対する多くの変更や修正が
なされ得る。たとえば、サブストレート２１は２
以上の層を有することができる。また、アセンブ
リのコストを下げるために、支柱２７は省略する
ことができ、その場合にはアセンブリはヒートシ
ンク２６とサブストレート部材２１ａの間で接合
剤によつて正しい位置に保持される。さらに、カ
プセル封止剤３１の薄い層（たとえば、20mil厚
さの層）のみがダイ２５上に拡げられ、蓋がサブ
ストレート部材２１ｂ内の各孔２３に被せて置か
れ得る。その蓋はプラスチツクで形成することが
できて、接合剤によつて正しい位置へ適切に保持
することができる。したがつて、そのような多く
の変更がなされ得るので、本発明は前記詳細な説
明に限定されるものではなくて、特許請求の範囲
によつて規定されるものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は先行技術の集積回路パツケージの描写
図であつて、比較のために示されている。第２図
は本発明に従つて構成される相互接続された集積
回路ダイのアセンブリの分解描写図である。第３
図は第２図のアセンブリの拡大された断面部分図
である。 図において、２０はアセンブリ、２１はエポキ
シガラスサブストレート、２２と２３は孔、２４
はサブアセンブリ、２５はダイ、２６はヒートシ
ンク、２７は支柱、２８はボア、２９はプリント
された導電体は、３０は個別のワイヤ、３１はボ
ンデイングパツド、３２は入力／出力ピン、３３
はカプセル封止剤を示す。なお各図において、同
一符号は同一内容または相当部分を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 集積回路ダイの電子機械的アセンブリであつ
    て、前記アセンブリは、 複数の独立なサブアセンブリを備え、それらの
    各々は、単一の材料からなる単一の板に直接取付
    けられた背面を有するただ１つの前記ダイと前記
    １つのダイの周りの前記板から垂直方向に延びる
    複数の支柱とを含み、 前記アセンブリはさらに、互いに隔てられた複
    数の孔を有するサブストレートを備え、その各々
    は、単一のダイより僅かに大きいだけであつて前
    記孔の各々の傍に数個の小さなボアを有し、 前記複数のサブアセンブリは各ダイがそれぞれ
    の孔内に配置され、かつ各サブアセンブリの支柱
    が前記それぞれの孔の傍の前記ボア内に適合させ
    られるように配列されており、 各サブアセンブリの前記板は、前記ダイの熱膨
    張係数と本質的に同じでありかつ前記サブストレ
    ートの熱膨張係数と実質的に異なる単一の熱膨張
    係数を有し、 各サブアセンブリにおける前記支柱は、単一の
    ダイより僅かだけ大きい距離だけ互いに隔てられ
    ており、そして 前記サブストレートは、前記ダイへの信号を伝
    えるように前記ダイの前面へ個別のボンデイング
    ワイヤによつて接続された導体と、前記ダイの背
    面へバイアス電圧を伝えるために各サブアセンブ
    リ上のそれぞれの支柱に接続されたもう１つの導
    体を有することを特徴とする集積回路ダイの電子
    機械的アセンブリ。 ２ 前記サブアセンブリは前記支柱と前記サブス
    トレートとの間で接着剤によつて前記サブストレ
    ートに取付けられていることを特徴とする特許請
    求の範囲第１項記載のアセンブリ。 ３ 前記サブストレートと前記板のそれぞれの熱
    膨張係数は少なくとも２倍だけ異なつていること
    を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のアセン
    ブリ。 ４ 前記サブストレートは５より小さな誘電率を
    有するエポキシガラスで作られていることを特徴
    とする特許請求の範囲第１項記載のアセンブリ。 ５ 前記サブストレート上にあつてかつ前記アセ
    ンブリを背面内に挿入するための前記導体に接続
    された複数の信号ピンをさらに含むことを特徴と
    する特許請求の範囲第１項記載のアセンブリ。 ６ 前記ダイのための２つの孔の間の空間と前記
    ２つの孔内のダイを相互接続する前記導体の長さ
    が１インチ以下であることを特徴とする特許請求
    の範囲第１項記載のアセンブリ。 ７ 前記板は矩形であつて前記ダイより長いが同
    一の幅を有していることを特徴とする特許請求の
    範囲第１項記載のアセンブリ。 ８ 前記集積回路ダイと各アセンブリの前記板は
    互いに20％範囲内でしか相違しないそれぞれの熱
    膨張係数を有し、前記サブストレートは前記それ
    ぞれの熱膨張係数から少なくとも200％だけ異な
    る熱膨張係数を有していることを特徴とする特許
    請求の範囲第１項記載のアセンブリ。
JP60069876A 1984-04-02 1985-04-01 集積回路ダイの電子機械的アセンブリ Granted JPS60247955A (ja)

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US06/596,053 US4598308A (en) 1984-04-02 1984-04-02 Easily repairable, low cost, high speed electromechanical assembly of integrated circuit die

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