JPH05190757A - 集積回路の接続構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成でコストを上昇させることなく高
密度でＩＣを実装可能な集積回路の接続構造を提供す
る。 【構成】 ＩＣ３３は個別の層３６を重ねた多層積層体
３０上に搭載される。いくつかの層に導電体配線パター
ンが形成される。各層の導電体配線パターン同士は接続
されＩＣ間を接続する３次元回路網を形成する。各層
は、市販の大面積シート状のフレキシブル部材から作ら
れ、多数の配線パターンを同時に印刷形成可能である。
この多層積層体は、通常のプリント板３８に重ねられ、
多層積層体３０とプリント板３８の両方を貫通してピン
３９が打込まれその位置に半田付けされる。このピン３
９により多層積層体３０とプリント板３８とが相互に固
定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、集積電子回路間の接続
方式に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、マイクロプロセッサの命令実行速
度は著しく速められている。この実行速度の高速化に伴
い、マイクロプロセッサを構成するチップに対するデー
タ伝達の遅れがその実行処理機能を発揮する上で問題と
なる。

【０００３】例えば、１９７３年頃導入された８０８０
系マイクロプロセッサは通常１メガヘルツ（ＭＨｚ）の
クロック速度で作動していた。各命令は３から５クロッ
クサイクルで行われる。従って、１秒当り約２０万から
３０万の命令が実行される。これに対し、１９９１年に
実用化された’４８６系のプロセッサは５０ＭＨｚのク
ロック速度で動作可能である。通常の命令は約２．５ク
ロックサイクルで行われるため１秒当り２千万の命令が
実行される。単純にいえばこの処理速度は前述の８０８
０系プロセッサの約１００倍の速度である。

【０００４】マイクロプロセッサとこれに接続されたメ
モリ回路間での信号伝達遅れを小さくするために、多数
のＩＣを小さなキャリア上に高密度で実装する技術が各
種開発されている。このようなキャリアの１つとして、
図１に示すようなＭＣＭ（Multi-Chip Module）が用い
られている。このＭＣＭは多層構造体であって、多数の
導電体３がＩＣと外部配線６とを接続するために入組ん
で織込み配設されている。このような織込み配線構造を
図２に示す。異なる層９、１２上にそれぞれ導電体２０
からなる配線パターン１５、１８が形成されている。両
層が組合されると各層のパターン同士が中間接続体２１
により接続され、この組体は３次元の織込み配線接続構
造を形成し、任意の点Ａと別の任意の点Ｂとが点線で示
す経路Ｄを介して接続される。

【０００５】数種類の型式のＭＣＭが実用化されてい
る。その１つは、多層プリント回路板により構成される
型式である。導電体パターンはシルクスクリーン印刷法
により印刷形成され、各パターンの線幅は０．００５イ
ンチ（０．０１２７ｃｍ、約５ｍｉｌｓ）が限度であ
る。（この限度は線幅の最小値をいう。印刷可能な最も
幅の狭い線は５ｍｉｌｓである。線幅は接続密度に逆比
例する。各配線が電子部品間を接続し、線幅が狭いほど
一定スペース内に多数配設することができ、平方インチ
当りの本数で計った線密度を高めることができる。）

【０００６】このようにシルクスクリーン印刷による上
記型式では線幅が大きいため、後述の他の型式に比べ線
密度が小さい。しかしながら、コストは比較的安価であ
る。配線パターンを形成完了した１つの層は平方インチ
当り約１０セントのコストである。従って、１０層のプ
リント板の場合、平方インチ当りのコストは約１ドルで
ある。

【０００７】ＭＣＭの第２の型式は、セラミックにより
各層を構成しこれらセラミック層上にシルクスクリーン
印刷によりパターンを形成したものである。線幅は約５
ｍｉｌｓである。約２×２インチ平方あるいはそれ以下
の正方形の１層について、平方インチ当りの価格は約１
ドルである。サイズがさらに大きくなると価格が大幅に
上昇する。

【０００８】第３の型式は、セラミック層の最上層上に
銅ポリイミド層を設けたものである。プリント工程はフ
ォトリソグラフィ方法により行われ、１ｍｉｌ以下の線
幅のパターンを形成可能である。しかしながら、この型
式による４層構造のＭＣＭについては、平方インチ当り
約３２ドルのコストになる。

【０００９】第４の型式は、フォトリソグラフ印刷によ
るシリコン層を用いるものである。この型式では、線幅
は１ｍｉｌ以下にできるが、コストが１層当り約１５ド
ルかかり、４層にすると合計約６０ドルになる。

【００１０】上記見積コストは概略値であって、各種要
件、例えば要求される品質、前処理の状態あるいは導電
体パターンの入組み度合い等により大幅に価格が変る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の各種ＭＣＭ
においては、線幅が小さくなる程コストが上昇する。Ｉ
Ｃの実装密度を高めるためには、できるだけ線幅を小さ
くする必要がある。従って、従来のＭＣＭ構造において
は、ＩＣを高密度で実装すると価格が上昇するという問
題があった。

【００１２】本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなさ
れたものであって、集積回路の接続構造を改良して、簡
単な構成でコストを上昇させることなく高密度でＩＣを
実装可能な集積回路の接続構造の提供を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の１形態において
は、プリント板の頂部にＭＣＭを積層し、ＭＣＭの導電
体パッドをプリント板の導電体パターンに整合させてい
る。複数の孔をプリント板およびＭＣＭの両方に形成
し、これらの孔にピンを挿入する。各ピンはパッドおよ
び対応するパターン間を結びこれらを電気的に接続す
る。各ピンはパッドおよび配線パターンに半田付けさ
れ、電気的接続を達成するとともに機械的な支持構造を
形成する。ＭＣＭは、銅の配線パターンが形成されたフ
レキシブルシート材の多層構造とすることができる。

【００１４】本発明の１態様においては、（Ａ）集積回
路（ＩＣ）同士を接続する２層の高密度接続配線（線幅
約１ｍｉｌまたはそれ以下）および（Ｂ）これらの２層
の接続配線を支持する２層のプリント板からなるＭＣＭ
を具備している。プリント板は、ＩＣに電力を供給しか
つＩＣと外部装置間での信号伝達を行う。

【００１５】このような態様によれば、同じ接続配線密
度に対し、前述の従来技術に比べ価格が大幅に減少す
る。即ち、本発明では、２層の高密度接続配線は最終的
に平方インチ当り約１ドルしかかからない。また、２層
のプリント板は平方インチ当り約０．１ドルであり、従
って全体のコストは平方インチ当り２．２０ドルであ
る。このコストは、セラミック層上に銅ポリイミド層を
積層した構造が約３２ドルのコストであるのに比べ大幅
に低価格となる。

【００１６】

【実施例】図３は本発明の１実施例を示す。フレキシブ
ル薄膜積層体３０上に集積回路（ＩＣ）３３が搭載され
る。ここで、フレキシブル薄膜積層体とは、各層３６が
フレキシブルな誘電体シートからなる積層体をいう。誘
電体シートはポリイミド、例えば厚さ０．００６インチ
（６ｍｉｌｓ、０．０１５２４ｃｍ）のマイラー（登録
商標）により構成される。マイラーシートはデラウェア
にあるデュポン社の商品を用いることができる。

【００１７】各シートは銅メッキされる。メッキ量は、
１／２、１／４、あるいは１／８オンス／平方フィート
の重量である（それぞれ厚さ１８、９、あるいは５ミク
ロンに対応する）。このようなメッキは、例えばテキサ
ス州オースチンの３Ｍ社により商業的に行われる。

【００１８】配線パターンは公知のフォトリソグラフィ
技術を用いて、線幅約０．００２インチ（０．００５０
８ｃｍ、２ｍｉｌｓ）以下、好ましくは０．００１イン
チ（０．００２５４ｃｍ、１ｍｉｌ）以下の線幅であっ
て、隣接パターン間の間隔が１あるいは２ｍｉｌｓとな
るように形成される。

【００１９】フレキシブル薄膜積層体３０は、ピン３９
によりそれ自体は公知のプリント板３８に取付けられ
る。これらのピン３９は、フレキシブル薄膜積層体とプ
リント板とを機械的に結合するとともに、積層体３０の
パッド４２とプリント板３８の配線パターン４３とを電
気的に接続する。図４〜図７に本発明概念をさらに詳し
く示す。

【００２０】図４は、ＩＣ３３を搭載したフレキシブル
薄膜積層体４６の上面を示す。導電体パッド４７が上面
に設けられる。図５は、プリント板３８上に搭載された
フレキシブル薄膜積層体の１つを示す。複数のスルーホ
ール３７（全ては図示していない）が各パッド４７側か
ら積層体およびプリント板を貫通して配線パターン４３
に達するように形成される。破線で示すピン３９がスル
ーホールに挿入され、パッド４７と配線パターン４３と
を接続する。

【００２１】図６は、４つのフレキシブル薄膜積層体を
搭載したプリント板３８の上面図であり、図７は、その
底面図であり一部の配線パターン４３が示されている。
本発明の重要な特徴は以下のとおりである。

【００２２】１．フレキシブル薄膜積層体として、例え
ば市販の標準幅４０インチ（１０１．６ｃｍ）のロール
巻のマイラー（登録商標）シートが使用できる。サイズ
を大きくすれば、フォトリソグラフィ印刷工程におい
て、一度に多数の導電体パターンをシート上に露光可能
になりコストの低減が図られる。発明者の試算によれ
ば、配線パターンを形成完了したシート１層について、
平方インチ当り約１ドルのコストですむ。

【００２３】フレキシブル薄膜積層体の好ましい実施例
においては、このようなシートを３層にして用い、図２
に示すように、その内２層に配線パターン１５、１８を
設け、他の１層に中間接続体２１を設けている。

【００２４】２．１枚のシート上には１種類のパターン
を専用に形成してもよいし、あるいは１枚のシートに異
なるパターンを交ぜて形成してもよい。即ち、例えば、
１枚のシートに図２のように縦方向の配線パターン１５
のみを設け、別のシートに横方向の配線パターン１８の
みを設ける構成とすることができる。このような構成で
は２枚のフォトリソグラフィ用原版を必要とする。この
ような構成に代えて、２種類のパターンを同じシート上
に同じ工程で形成してもよい。このようにすれば原版は
１枚のみですむ。

【００２５】３．図３および図７のプリント回路板上に
設けた配線パターン４３は、電源供給用パターンおよび
信号伝達用パターンの両方を含む。電源供給用配線パタ
ーンはその断面積が比較的大きく例えば約０．１インチ
（０．２５４ｃｍ）×１８ミクロンであり、従って低イ
ンピーダンス接続が可能である。

【００２６】４．図５のスルーホール３７は、フレキシ
ブル薄膜積層体とプリント板とを重ね合わせる前に穿孔
する必要はない。即ち、薄膜３６を先に重ね合わせて積
層体を形成し、その後この積層体にスルーホールを形成
することができる。あるいはさらに別のやり方として、
先にフレキシブル薄膜積層体をプリント板上に重ね、そ
の後スルーホールを穿孔してもよい。スルーホールの内
径は約１５ｍｉｌｓから２０ｍｉｌｓである。

【００２７】穿孔パターンをプログラム制御により繰返
し形成可能な穴あけ装置を用いることができる。この場
合、パッド間隔がプリント板の配線パターン間隔と同
じ、例えば約２５〜５０ｍｉｌｓであることが重要であ
る。現在プリント板製造で用いられているプログラム制
御可能な穴あけ装置は、直径１２〜２０ｍｉｌのスルー
ホールを３０〜６０ｍｉｌ中心間隔で形成可能である。

【００２８】５．図３に示すピン３９は、フランジ状頭
部４０を有する。ピンを挿入すると、その柄部（尾部）
４９がフレキシブル薄膜積層体内に圧入されてこの積層
体に保持され、ピンの頭部４０がプリント板を保持す
る。この状態でピンの頭部と尾部がそれぞれパッドおよ
び配線パターンに半田付けされる。

【００２９】ピンの頭部はなくてもよい。この場合に
は、ピンの半田付けが完了するまでフレキシブル薄膜積
層体とプリント板とを接着剤で接合しておくことが望ま
しい。

【００３０】６．スルーホールはピンの挿入前に予め設
けておく必要はない。ピン自体をドリルとして用い、穿
孔後その位置に半田付けして固定することができる。こ
のようなピンは、それぞれドリル動作を行い、そのまま
その位置に残されて導電体として作用する。

【００３１】例えば、図８のシーケンスフロー説明図に
示すように、まずチャック５５がドリルピン３９Ａを掴
み、第１工程から次工程を経て最終工程まで駆動され
る。

【００３２】ドリルの概念は変えられ、図９に示すよう
に、複数のピンを連続して形成し集合一体的なドリル棒
（ドリルワイヤ）形状のドリルビット連続体６０として
形成される。このようなドリルビットの連続体はいろい
ろな方法で形成可能である。例えば、図９に示すように
まずワイヤ４０を準備する。次に、図１０に示すよう
に、２つの孔４１を穿孔する。次に、図１１に示すよう
に、先端のとがった研削ホイル５７を用いて環状のノッ
チ５２を研磨形成する。このノッチ５２は、先に穿孔し
た孔４１が研磨により溝４１Ａを形成する位置に研削さ
れる。この溝の縁部５８が各ドリルの切り刃エッジ（ま
たはチゼルエッジ）を構成する。線影をつけた部分５９
は研磨削除して切り刃エッジを有効に突出させることが
できる。続いて、切り屑除去用の溝４４が公知方法によ
り研削され、図９に示すようにドリル連続体６０が形成
される。

【００３３】このような複数のピン（ドリルビット）か
らなるドリルビット連続体６０は図１２に示すように、
ドリルチャック５５に掴まれて全体が回転駆動され、各
ピンを所定の位置で穴あけ動作させる。続いて、図１３
に示すように、チャック５５を傾けて、ピンを挿入した
状態で連続体６０をノッチ部分５２から切断分離する。
別の適当な方法でピンを切断してもよい。チャックは急
速な加速および減速が可能である。また、クリッパー
（図示しない）等によりピンの突出部分を切取ってもよ
い。

【００３４】上記切断方法により各ピンを切断した際、
図１４に示すように、切断部（次のピンの先端部）に不
揃いなぎざぎざ部６３が残った場合には、このぎざぎざ
先端部６３により穿孔進路が真っ直ぐな進路からそれて
穿孔位置ずれの原因となる。このような問題は、センタ
ーポンチ（図示しない）を用いてドリル穿孔前にプリン
ト板（またはＭＣＭ）に凹みを設けておくことにより解
消される。この凹み内にドリルのぎざぎざ先端部６３が
拘束され、ドリルの斜行を防止する。

【００３５】切り屑除去用の溝４４を設ける代りに、図
１５に示すように、穿孔部分の直径をシャンク部分の直
径より大きくするようなチゼルエッジ６７を設けてもよ
い。この径の差７１により、穿孔中に切り屑や粉塵を孔
から逃す隙間が形成される。実質上、このようなビット
は、クリアランス７１を無限ピッチの切り屑除去用の溝
とするスペードドリルのビットとして機能する。

【００３６】７．上記実施例では、半田付けが用いられ
ていた。各種の異なる半田を用いることができる。ま
た、半田に代えて、ろう付けや溶接により接合してもよ
い。

【００３７】８．前述のように、図３に示す銅メッキの
マイラー（登録商標）の層３６は長いシート状でありロ
ールに巻回される。このようなロールを図１６に示す。
シートは柔軟なフレキシブル性を有し、図１６に示すよ
うに、損傷させることなく半径１０１のロール状に巻回
できる。この半径は約０．５インチ（１．２７ｃｍ）と
することができる。しかしながら、層３６が図３に示す
ように積層されると、積層体は個々の層３６よりも幾分
硬くなる。このような積層体は図１６のロールと同じよ
うな半径１０１のロール状には巻回できない。即ち、各
層は各々個別に分離した状態の方が積層化された状態よ
りもより柔軟度が大きい。従って、この点を考慮すれ
ば、フレキシブル薄膜の層は、「個別にフレキシブル」
即ち個々の膜の状態の場合にフレキシブルであるといえ
る。

【００３８】９．フレキシブル薄膜積層体は、外観が多
層プリント回路板と同様にみえるが２つの基本的に異な
る点がある。１つの違いは、フレキシブル薄膜積層体は
マスキングやエッチングのプロセスでフォトリソグラフ
ィ印刷技術を用いるため、線幅が小さいことである。こ
れに対し、プリント板は従来よりシルクスクリーン印刷
技術を用いるため、線幅が大きくなる。２つめの違い
は、フレキシブル薄膜積層体は図３に示すように、フレ
キシブルな基板の層３６を用いるのに対し、プリント板
は例えばガラスエポキシ樹脂のような硬質の基板を用い
る点である。

【００３９】１０．上記実施例ではＭＣＭ（Multi-Chip
Module）が用いられていた。ＭＣＭはプリント回路板
に似ているが、通常のプリント板が平面配線回路網によ
りＩＣ同士を接続するのに対し、ＭＣＭは３次元の配線
回路網によりＩＣ同士を接続する点が異なる。３次元の
配線回路網は、個々のプリント板を積層しこれらを相互
に接続することにより形成される。別の型式のＭＣＭを
用いることも可能である。

【００４０】本発明の範囲内で多くの変更態様や置換態
様が可能であり、電源供給や信号伝達のためのＩＣ相互
間接続の経済的手段を得ることができる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡単な構成でコストを上昇させることなく高密度でＩＣ
を実装可能な集積回路の接続構造が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来のＭＣＭの構造図である。

【図２】 ＭＣＭにおける２層の回路パターンを接続す
る３次元回路網の構成説明図である。

【図３】 本発明の一実施例に係るＩＣ接続構造の断面
図である。

【図４】 集積回路３３を搭載した接続媒体（ＭＣＭ）
４６の上面図である。

【図５】 図４のＭＣＭを図３に示すようにプリント回
路板上に搭載した積層構造の１部破断斜視図である。

【図６】 ４つのＭＣＭを１枚の共通プリント板上に搭
載した構造の上面図である。

【図７】 図６のプリント板の底面図である。

【図８】 ドリルビットにより、プリント板上に重ね合
わされたＭＣＭにスルーホールを穿孔するプロセスを示
すシーケンス説明図である。

【図９】 １本のワイヤ４０からドリルビット連続体６
０を作る手順を示す工程説明図である。

【図１０】 図９の棒材（ワイヤ）４０に２つの孔４１
を形成する状態を示す説明図である。

【図１１】 図９の棒材４０にノッチ５２を研削して形
成する状態を示す説明図である。

【図１２】 プリント板上にＭＣＭを積層した積層体に
ドリルビット連続体６０により穿孔する状態を示す説明
図である。

【図１３】 ドリルビット連続体をそのノッチ部分５２
で曲げて切断する状態を示す説明図である。

【図１４】 図１３の切断により生じたぎざぎざ先端部
６３の詳細図である。

【図１５】 ビットのシャンク（柄）７２より径の大き
い切り刃エッジ６７を有するスペードビットの説明図で
ある。

【図１６】 シート材のロールおよびその巻回半径を示
す説明斜視図である。

【符号の説明】

３０；フレキシブル薄膜積層体、３３；ＩＣ、３６；
層、３７；スルーホール、３８；プリント板、３９；ピ
ン、４３；配線パターン、４７；パッド。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に導電体配線パターンが形成された
   プリント回路板を、 （Ａ）集積回路（ＩＣ）を搭載し、 （Ｂ）該集積回路間を接続する３次元配線網を有し、 （Ｃ）該配線網に接続する導電体パッドが形成された、 積層構造体に取付ける方法において、 ａ）前記積層構造体を、配線パターンが形成されていな
   い側の前記プリント配線板表面に重ね、 ｂ）該プリント配線板および積層体に対しピンを貫通し
   て打込んで前記パッドと配線パターンとを接続したこと
   を特徴とするプリント回路板と積層構造体との接続固定
   方法。
2. 【請求項２】 集積回路（ＩＣ）の接続構造において、 ａ）個々の層がフレキシブルな積層構造体であって、 ｉ）ＩＣを搭載し、 ｉｉ）該ＩＣ間を接続する３次元配線網を有し、該配線
   網は線幅が約０．００２インチより小さい配線パターン
   からなる、 積層構造体と； ｂ）該積層構造体に重ね合わされ、導電体配線パターン
   が形成されたプリント配線板と； ｃ）前記積層構造体とプリント配線板の両方を貫通して
   配設され、それぞれが１つのパッドと１つの配線パター
   ンとを接続する複数のピンとからなることを特徴とする
   集積回路の接続構造。