JPH06224266A - パッケージ式電子システムを密封する方法、多重チップ集積回路パッケージを密封する方法、及び密封パッケージ式電子システム - Google Patents

パッケージ式電子システムを密封する方法、多重チップ集積回路パッケージを密封する方法、及び密封パッケージ式電子システム

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JPH06224266A
JPH06224266A JP5229379A JP22937993A JPH06224266A JP H06224266 A JPH06224266 A JP H06224266A JP 5229379 A JP5229379 A JP 5229379A JP 22937993 A JP22937993 A JP 22937993A JP H06224266 A JPH06224266 A JP H06224266A
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JP
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layer
support frame
depositing
polymer
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JP5229379A
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Constantine Alois Neugebauer
コンスタンチン・アロイス・ニューゲバウアー
Robert J Wojnarowski
ロバート・ジョン・ウォーナロスキ
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 全体的な信頼性を改善した密封パッケージ式
電子システムを提供する。 【構成】 特にＨＤＩ電子システム１に適した気密シー
ルの電子パッケージに、パッケージの基部としてセラミ
ック基板１１０が採用されている。基板にはモジュール
接点パッド１１６が設けられている。モジュール接点パ
ッド上の障壁支持枠１１８がパッドを内側部分１２２と
外側部分１２０とに分割している。複数の電子部品１２
４、１２６が、障壁支持枠の外周の範囲内で基板に結合
されており、モジュール接点パッドの内側部分と電子部
品の接点パッド１２８との間で相互接続が施されてい
る。障壁支持枠によって囲まれた区域の上、及びこの枠
自体の一部の上に重合体障壁層１４２が沈積されてお
り、重合体障壁層上に金属障壁層１４４が重ねられてい
る。金属障壁層上には、金属障壁層に空所１４６があっ
ても空所を架橋するように、保護はんだ層１４７が沈積
されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願との関係】本出願は、１９９１年１１月１４
日に出願された発明の名称「耐湿性電気回路高密度相互
接続モジュール及びその製造方法」という係属中の米国
特許出願番号第０７／７９１６９０号、及び１９９１年
１２月１６日に出願された発明の名称「密封パッケージ
ＨＤＩ電子システム」という係属中の米国特許出願番号
第０７／８０７３２５号と関連する。
【０００２】
【産業上の利用分野】本発明は、高密度相互接続（ＨＤ
Ｉ）回路に関し、更に具体的に言えば、密封されたＨＤ
Ｉ回路構成及びその製造方法に関する。
【０００３】
【発明の背景】ＨＤＩ回路は、基板上に取り付けられて
いる複数の相互接続された回路チップを備えており、チ
ップは基板上で、重合体上側層の上に形成されているメ
タライズパターンによって相互接続されている。このよ
うなＨＤＩ回路は、１９８８年１１月８日に付与され、
本出願人に譲渡されたエイチェルバーガ（Eichelberge
r）等による米国特許番号第４７８３６９５号に記載さ
れている。典型的には、メタライズパターンは、１９８
９年５月３０日に付与され、本出願人に譲渡された米国
特許番号第４８３５７０４号に記載されているようなコ
ンピュータ制御のレーザ製版（リトグラフィ）システム
によって形成されている。典型的には、高密度相互接続
構造は、３０個から５０個又は更に多くの集積回路チッ
プを有しており、これらのチップは、約５０ミリメート
ル（ｍｍ）の幅及び長さと、約１．２７ｍｍの厚さとを
有している単一のＨＤＩ基板上に組み立てられて相互接
続されている。
【０００４】このＨＤＩ構造は、故障部品の修理又は交
換のために分解し、その後、再び組み立てても、このシ
ステム内に組み込まれた正しく作用する（即ち、良好
な）部品には目立ったリスクが生じない。この修理の容
易さは、１つの基板上に、それぞれ２０００ドルという
多額のコストのかかる５０個又は更に多くのチップが用
いられている場合、重要な観点である。試験及び修理方
法の例が、１９８９年１１月７日、１９８９年１１月２
８日及び１９９０年６月２６日にそれぞれ付与されたエ
イチェルバーガ（Eichelberger）等による米国特許番号
第４８７８９９１号、同第４８８４１２２号及び同第４
９３７２０３号に記載されている。
【０００５】ＨＤＩ技術の重要な目的は、高湿度状態と
いうような悪環境でも動作し得るＨＤＩ回路構成又はパ
ッケージを作成することである。他の目的は、高い信頼
度を有するＨＤＩ回路構成を作成することである。これ
らの要件は、ＨＤＩ回路構成の種々の集積回路部品内に
湿気が入り込むのを防止する手段を有しているＨＤＩ回
路構成を提供することにより満たされる。ＨＤＩ回路パ
ッケージを気密（ハーメチック）シールすることによ
り、外部の汚染物質又は湿気のようなその他の有害な材
料は、影響を受け易い部品又は接続部に達することがで
きなくなる。気密シールは又、仕様の範囲内で組み立て
られたＨＤＩ回路パッケージが、悪環境にさらされたと
きに、それ以上劣化するのを防止する。こういう高い信
頼度は、軌道を回る衛星又は高い湿度の環境内で動作す
る電子装置に用いられるようなシステムでは特に重要で
ある。
【０００６】ＨＤＩパッケージの電子部品を気密シール
するために種々の手段が工夫されてきた。例えばＨＤＩ
パッケージを密封された金属外被内に配置している。金
属外被は、そのコストが比較的高いことを別としても、
かさばって重量が増え、ＨＤＩパッケージを用いること
に伴う有力な利点の幾つかを帳消しにする。前に述べた
考えが、係属中の米国特許出願番号第０７／８０７３２
５号では著しく改善されている。この場合、コバール金
属合金で形成されているパッケージの蓋は、その内部に
複数の集積回路チップが配置されている基板に固定され
たはんだ密封リングに接して、その蓋を加熱することに
より密封されている。前に引用した係属中の米国特許出
願番号第０７／７９１６９０号に記載されているような
他の保護方式では、ＨＤＩパッケージが酸化チタン又は
酸化シリコンの湿気障壁層で取り囲まれている。重合体
被膜で形成された湿気障壁も試みられたが、経験の示す
ところによると、重合体材料は分子レベルでの湿気の浸
透を受け易い。
【０００７】
【発明の要約】従って、本発明の目的は、簡単であっ
て、ＨＤＩ回路構成の相互接続された部品に対する損傷
のリスクが極く小さくなるような改良された密封ＨＤＩ
回路構成を作成する方法を提供することである。本発明
の他の目的は、全体的な信頼性を改善した電気回路モジ
ュールを提供することである。
【０００８】本発明の他の目的は、蓋で密封されたアセ
ンブリが本質的に外部の圧力に影響され難いが、それと
同じように外部の圧力に影響され難い電気回路を密封す
る方法を提供することである。本発明の更に他の目的
は、障壁層と、その下方にある密封された軽量のＨＤＩ
回路構成の基板との間の熱膨張の不釣合（ミスマッチ）
に対処する丈夫で柔軟性のある障壁層を有している軽量
の密封ＨＤＩ回路構成を提供することである。
【０００９】本発明の更に他の目的は、その内部に封入
されている相互接続された集積回路チップのリスクを最
小限にして、修理することができる軽量の密封ＨＤＩ回
路構成を提供することである。本発明は、パッケージ式
電子システムを密封する方法を提供する。この方法は、
基板の所望の面上に複数のモジュール接点パッドを沈積
する工程と、複数のモジュール接点パッドが外側及び内
側部分に分割されるように、所望の面上にリムを有して
いる障壁支持枠を沈積する工程と、相互接続パッドを有
している複数の電子部品を障壁支持枠の外周の範囲内で
所望の面上に位置決めする工程と、障壁支持枠及び複数
の電子部品を覆うと共にそれらに結合するように、重合
体誘電体被膜を適用する工程と、相互接続パッドの少な
くとも一部及びモジュール接点パッドの内側部分と整合
したヴァイア開口を重合体誘電体被膜内に形成するよう
に、重合体誘電体被膜に穿孔する工程と、相互接続パッ
ドの少なくとも一部とモジュール接点パッドの内側部分
との間に電気接続をもたらすように、重合体誘電体被膜
上に相互接続導体パターンを沈積する工程と、障壁支持
枠の範囲内に囲まれた区域を全体的に覆うと共に障壁支
持枠を部分的に覆うように、重合体誘電体被膜上に重合
体障壁層を積層する工程と、重合体障壁層の範囲内に囲
まれた区域を全体的に密封すると共に障壁支持枠を実質
的に覆うように、重合体障壁層上に金属障壁層を沈積す
る工程と、金属障壁層の機械的な損傷を防止すると共に
金属障壁層内に空所があっても空所を架橋するように、
金属障壁層上に保護層を沈積する工程とを含んでいる。
【００１０】本発明は更に、密封パッケージ式電子シス
テムを提供する。この電子システムは、基板と、基板の
所望の面上に設けられている複数のモジュール接点パッ
ドと、所望の面上に設けられているリムを有しており、
複数のモジュール接点パッドを内側及び外側部分に分割
している障壁支持枠と、障壁支持枠の外周の範囲内に位
置決めされていると共に相互接続パッドを有している複
数の電子部品と、集積回路チップに重なっていると共に
これらのチップを架橋しており、相互接続パッドの少な
くとも一部と整合している複数のヴァイア開口を有して
いる重合体誘電体被膜と、相互接続パッドの少なくとも
一部とモジュール接点パッドの内側部分との間に電気接
続をもたらすように、重合体誘電体被膜上に設けられて
いる相互接続導体パターンと、障壁支持枠の範囲内に囲
まれた区域を全体的に覆うと共に障壁支持枠を部分的に
覆うように、重合体誘電体被膜上に設けられている重合
体障壁層と、重合体障壁層の範囲内に囲まれた区域を全
体的に覆うと共に障壁支持枠を実質的に覆うように、重
合体障壁層上に設けられている金属障壁層と、金属障壁
層内に空所があっても空所を架橋すると共に機械的な損
傷を防止するように、重合体障壁層上に設けられている
保護層とを含んでいる。
【００１１】本発明の上述、並びにその他の目的、特徴
及び利点は、以下図面について詳しく説明するところか
ら明らかになろう。
【００１２】
【発明の好ましい実施例の詳しい説明】図１は、密封
（ハーメチックシール）された多重チップ集積回路パッ
ケージ１のような密封パッケージ式電子システムの好ま
しい実施例を断面図で示す。パッケージ１は基板１１０
を含んでおり、本発明では、この基板は完成された気密
パッケージの基部としても作用する。ＨＤＩ製造方法で
は、基板１１０は、例えば約０．６３５ｍｍから約２．
５４ｍｍ（２５ミルから１００ミル）の厚さを有してい
てもよく、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）又は窒化アルミニウ
ム（ＡｌＮ）で構成することができる。これらの中でも
アルミナが好ましい。図１に示すように、基板１１０の
所望の面の一部、即ち、部品を支持している面が、空所
（キャヴィティ）１１２と、空所（キャヴィティ）１１
４とを含んでいる。しかしながら、所望によっては、基
板１１０は単一の空所又は３つ以上の空所を有していて
もよい。複数の電気回路部品、例えば相互接続パッド１
２８を有している集積回路チップ１２４及び１２６が空
所１１２及び１１４内にそれぞれ位置決めされている。
【００１３】空所１１２及び１１４は、一様な厚さ及び
所望の寸法を有している裸の基板から出発して形成する
ことができる。普通のフライス加工、又はレーザ若しく
は超音波によるフライス加工を利用して、上に述べた空
所１１２及び１１４を形成し、これらの空所内に、大規
模集積（ＶＬＳＩ）回路チップのような種々の電子部品
が配置されている。比較的厚手又は比較的薄手の電子部
品を配置する場合、対応する空所の底部はそれぞれ更に
深く又は更に浅く作成する。
【００１４】基板１１０の所望の面には更に、金、アル
ミニウム、銅又はタングステンのような導電材料で構成
されている複数のモジュール接点パッド１１６が設けら
れている。これらの中でもタングステンが好ましい。パ
ッド１１６はスクリーンプリンティングによって設ける
ことが好ましく、その後、基板１１０と共に焼成する
が、その方法は後で図２（Ａ）について更に詳しく説明
する。
【００１５】図１は更に、基板１１０の所望の面上に配
設されており、好ましくは矩形の額縁の形状を成してい
る障壁支持枠１１８を示している。障壁支持枠１１８
は、モジュール接点パッド１１６の上に位置決めされて
おり、接点パッド１１６を外側部分１２０、即ち枠１１
８の外周より外側にある部分と、内側部分１２２、即ち
枠１１８の外周の範囲内にある部分とに分割する境界と
して作用する。障壁支持枠１１８は硝子で形成されてい
ることが好ましいが、その代わりに、硝子及びセラミッ
クで構成してもよい。障壁支持枠１１８の寸法及び形状
は、空所１１２及び１１４、並びに接点パッド１１６の
内側部分１２２がその外周の範囲内に配置されるように
なっている。障壁支持枠１１８は、後で説明する重合体
誘電体被膜１３０及び１３６を正しく適用することがで
きることを保証すべく、極く小さい厚さ、好ましくは約
２ミルから約１０ミルの厚さを有している。障壁支持枠
１１８は、スクリーンプリンティングによって設けるこ
とが好ましく、その後、基板１１０と共に焼成される。
【００１６】モジュール接点パッド１１６の外側部分１
２０には、金のような材料の耐食被覆１１７が設けられ
ていることが好ましい。普通のリードフレーム（図に示
していない）の個別のリード線１１５が、障壁支持枠１
１８の外側部分１２０に取り付けられている。パッケー
ジ式電子システムをプリント配線板上に実際に取り付け
る前に、普通のリードフレームが個別のリード線１１５
から切断されることは言うまでもない。
【００１７】空所１１２及び１１４の底部には、熱可塑
性接着剤層１２３及び１２５がそれぞれ設けられてい
る。接着剤層１２３及び１２５は、マサチュセッツ州ピ
ッツフィールドのゼネラル・エレクトリック・カンパニ
イから入手し得るウルテム（登録商標）ポリエーテルイ
ミドで構成されていることが好ましい。チップ１２４及
び１２６のような種々の電子部品を空所１１２及び１１
４内にそれぞれ配置した後、この構造全体を約２１７℃
から約２３５℃のポリエーテルイミドの軟化点まで加熱
し、その後冷却して、チップ１２４及び１２６を空所１
１２及び１１４にそれぞれ熱可塑的に結合する。
【００１８】この段階で、チップ１２４及び１２６のよ
うなすべての電子部品の上面、並びに基板１１０の所望
の面のフライス加工しなかった部分の上面は、実質的に
同一平面になる。その後、多層ＨＤＩ上側被覆構造１３
３を組み立てて、チップ１２４及び１２６のような電子
部品を実際の機能するシステムとなるように電気的に相
互接続する。ＨＤＩ上側被覆構造１３３の組み立ての初
めに、好ましくはデラウェア州ウィルミントンのＥ．
Ｉ．デュポン・ドゥ・ネムアース・アンド・カンパニイ
によって製造されるカプトン・ポリイミドで構成されて
おり、約０．５ミルから約３ミルの厚さを有している重
合体誘電体被膜１３０を、接着を促進するように予備処
理する。重合体誘電体被膜１３０は熱可塑性又は熱硬化
性材料で構成されていてもよい。重合体誘電体被膜１３
０の一方の側をウルテム・ポリエーテルイミド樹脂又は
その他の適当な熱可塑性樹脂層（図に示していない）で
被覆し、その後、チップ１２４及び１２６の上面、並び
に障壁支持枠１１８内に囲まれている基板１１０の所望
の面に結合する。ウルテム・ポリエーテルイミド樹脂
は、被膜１３０を所定位置に保持する熱可塑性接着剤と
して作用する。上に述べた結合は真空状態の下で行われ
て、被膜１３０と基板１１０との間に空気が取り込まれ
ることを防止し、こうして、被膜１３０と基板１１０と
の間の接着力を改善することが好ましい。
【００１９】次に、重合体誘電体被膜１３０と、被膜１
３０の下方にある接着剤被覆（図に示していない）と
を、好ましくはレーザビームによって穿孔して、チップ
１２４及び１２６にある相互接続パッド１２８の少なく
とも一部、並びにモジュール接点パッド１１６の内側部
分１２２と整合したヴァイア開口１３２を形成する。例
としてのレーザドリル加工法が、１９８７年１２月２２
日に付与され、本出願人に譲渡されたエイチェルバーガ
（Eichelberger）等による米国特許番号第４７１４５１
６号、及び１９９０年１月１６日に付与された同第４８
９４１１５号、並びに１９８８年８月１６日に付与さ
れ、本出願人に譲渡されたローラン（Loughran）等によ
る同第４７６４４８５号に記載されている。
【００２０】ＨＤＩ上側被覆構造１３３の組み立てを続
けて、重合体誘電体被膜１３０の上にメタライズした相
互接続導体パターン１３４を沈積し、少なくとも一部の
相互接続接点パッド１２８とモジュール接点パッド１１
６の内側部分１１２との間にヴァイア開口１３２を通じ
て電気接続をもたらす。相互接続導体１３４は、被膜１
３０の上に適用される間に個別の導体を形成するような
パターンにしてもよいし、又は連続的な層として適用
し、その後、普通のフォトレジスト及びエッチング法を
用いてパターン決めしてもよい。しかしながら、フォト
レジストは、正確に整合した導体パターン１３４となる
ように、基板１１０に対して走査されるレーザビームに
露出することが好ましい。メタライズした相互接続導体
１３４は更に、重合体誘電体被膜１３０と直接的に接触
しているチタン層（図に示していない）と、このチタン
層の上部に沈積された銅層（図に示していない）とを備
えている。相互接続導体を形成する方法の例が、１９８
８年１０月２５日に付与されたウォーナロスキ（Wojnar
owski ）等による米国特許番号第４７８０１７７号及び
１９８９年６月２７日に付与された同第４８４２６７７
号、並びに１９８９年５月３０日に付与されたエイチェ
ルバーガ（Eichelberger）等による同第４８３５７０４
号に記載されており、これらの米国特許は、いずれも本
出願人に譲渡されている。チップ１２４及び１２６のよ
うな個別の電子部品、並びにそれらの相互接続パッド１
２８の位置ずれは、前に引用した米国特許番号第４８３
５７０４号に記載されている適応形レーザ製版（リトグ
ラフィ）システムを用いることにより補償される。
【００２１】他の重合体誘電体被膜１３６が、パッド１
２８の間の残りの所望の電気接続をもたらすように、被
膜１３０及び導体１３４の上部に必要に応じて設けられ
ている。他の重合体誘電体被膜１３６は、その中にヴァ
イア開口１３８を有していると共に、その上に相互接続
導体パターン１４０を有している。当業者であれば、必
要な相互接続導体パターンを有している更に他の重合体
誘電体被膜（図に示していない）を、所望によっては、
被膜１３６及び導体１４０の上部に設けることができる
ことが理解されよう。重合体誘電体被膜１３０及び１３
６は、障壁支持枠１１８によって囲まれている区域、及
び内側部分１２２に一層近い枠１１８の内側を覆ってい
る。
【００２２】次に、好ましくは約０．５ミルから約１０
ミルの厚さを有しているカプトン・ポリイミド被膜であ
る重合体障壁層１４２が、重合体誘電体被膜１３６の上
に積層されている。上に述べた接着方法を用いて、被膜
１３６に層１４２を積層することが好ましい。重合体障
壁層１４２は、被膜１３６を含めて、障壁支持枠１１８
の範囲内に囲まれた区域全体を覆っていると共に、障壁
支持枠１１８を部分的に覆っている。重合体障壁層１４
２のうち、障壁支持枠１１８を越えて伸びている部分
は、好ましくはエキシマレーザを用いた削摩によって除
去する。本発明によってもたらされる気密（ハーメチッ
ク）シールを更に改善するために、重合体誘電体被膜１
３０及び１３６の縁、並びに重合体障壁層１４２の縁に
は、好ましくはエキシマレーザによって、滑かなテーパ
が付けられている。
【００２３】パッケージ式電子システム１は更に、重合
体障壁層１４２の上部に配設されている金属障壁層１４
４を備えている。金属障壁層１４４は重合体障壁層１４
２と共に、パッケージ式電子システム１に対する気密シ
ールとなっている。金属障壁層１４４は、全体的な厚さ
が約０．５ミルから約２ミルであることが好ましく、後
で説明するような一連の金属層で構成されていることが
好ましい。一般的に、金属障壁層１４４は障壁支持枠１
１８の範囲内に囲まれた区域を全体的に密封していると
共に、枠１１８を部分的に覆っている。従って、その縁
を含めた重合体障壁層１４２のどの部分も大気に露出し
ていない。
【００２４】層１４２の露出した側は、金属障壁層１４
４を沈積する前に、接着力を強められる。金属障壁層１
４４は、約７５０オングストロームから約１５００オン
グストローム、好ましくは１０００オングストロームの
厚さを有しているクロム層１４５を、接着力を強めた重
合体障壁層１４２の上部に直接的に沈積して構成されて
いることが好ましい。スパッタリング、化学反応気相成
長、又は無電気金属沈積のような普通の沈積法を用い
て、クロム層を沈積する。これらの中でもスパッタリン
グ法が好ましい。金属障壁層１４４は更に、約０．７５
マイクロメートルから約２マイクロメートル、好ましく
は約１マイクロメートルの厚さを有している銅層１４９
を備えている。スパッタリング、化学反応気相成長又は
電解金属沈積のような普通の沈積法を用いて、銅層を沈
積する。これらの中でも電解金属沈積が好ましい。
【００２５】重合体障壁層１４２の露出面の上に汚染物
質が存在することは避けられないので、金属障壁層１４
４には複数の空所（ボイド）１４６が必然的に形成さ
れ、このため、重合体障壁層１４２のある部分は依然と
して大気に露出したままになる。従って、パッケージ式
電子システム１には、層１４４内の空所１４６を架橋
（ブリッジ）するように、金属障壁層１４４の上に保護
層１４７が設けられている。一般的に保護層１４７は、
無機の耐食材料、好ましくははんだ材料で構成されてい
る。保護層１４７にとって適当なはんだ材料は、金／
錫、銀／錫、及び錫／ルビジウムの合金である。これら
の中でも金／錫の合金が好ましい。はんだ材料は、化学
反応気相成長、電気めっき等のような普通の手段によっ
て金属障壁層１４４の上に沈積するが、電気めっきが好
ましい。保護層１４７の厚さは、個々の空所１４６の寸
法（即ち、面積）に関係するが、大まかに言って空所の
寸法と等しくすべきである。一般的に、保護層１４７の
厚さは約１ミル未満である。
【００２６】保護層１４７の架橋作用を更に改善するた
めに、赤外線加熱、熱線加熱、指向性熱ガスリフロー又
はエキシマレーザのようなレーザによるリフロー等の普
通の方法によって局所的に加熱して、層１４７のリフロ
ーを行うことができる。この場合、エキシマレーザによ
る加熱が好ましい。所望によっては、パッケージ式電子
システム１には、所定数のピンコネクタを設けることが
できる。図１に見られるように、基板１１０には孔１４
８が設けられている。そのとき、普通の金属コネクタピ
ン１５０が、孔１４８内に配置されているウルテム・ポ
リエーテルイミドのような重合体誘電体材料のスリーブ
１５２内に埋込まれている。金属障壁被覆１５４が、パ
ッケージ式電子システムに一般的に用いられるピンコネ
クタに対する気密シールを施すように、コネクタピン１
５０の露出した側に設けられている。金属障壁被覆１５
４は、金属障壁層１４４と同じ材料で形成されており、
金属障壁被覆１５４を沈積するには、前に述べたのと同
じ方法が用いられている。
【００２７】図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は本発明の他の
実施例を示しており、この実施例では、モジュール接点
パッド２１６の一部が基板２１０内に埋設されている。
モジュール接点パッド２１６の外側部分２１８及び内側
部分２２０のみが露出している。図２（Ｂ）は、基板製
造過程の最終段階を示しており、この段階により、基板
２１０、モジュール接点パッドの外側部分２１８及び内
側部分２２０、並びにモジュール接点パッド２１６の埋
設された第１の部分２１７及び埋設された第２の部分２
１９が一緒に焼成された本体を形成しており、この本体
は又、障壁支持枠２２２を含んでいる。
【００２８】普通の多層セラミック製造過程を用い、こ
の過程は、完成された基板２１０（図２（Ａ））をグリ
ーンセラミックテープの別々の積層構造として出発す
る。グリーンセラミックテープは一般的に、可塑剤及び
結合剤を含んでいる。グリーンセラミックテープの上に
述べた積層構造を一緒に焼成すると、モノリシック構造
が形成される。図２（Ｂ）の基板２１０は、図１の前に
述べた実施例における基板１１０と同じ材料で構成され
ている。
【００２９】図２（Ａ）に示すような第１のグリーン基
板層２１０Ａから出発して、モジュール接点パッド２１
６の第１の部分２１７が、第１のグリーン基板層２１０
Ａの所望の面上に、好ましくはスクリーンプリンティン
グによって設けられる。ヴァイア及び整合のために開け
た必要な孔を有している第２のグリーン基板層２１０Ｂ
を同様な過程の工程にかける。モジュール接点パッド２
１６の第２の部分２１９、外側部分２１８及び内側部分
２２０が、障壁支持枠２２２と共に、第２のグリーン基
板層２１０Ｂの上にスクリーンプリンティングによって
設けられる。このスクリーンプリンティング工程は、真
空状態の下で実施されることが好ましい。
【００３０】第１のグリーン基板層２１０Ａと、第２の
グリーン基板層２１０Ｂとを互いに結合して、積層基板
構造を形成し、この積層基板構造を焼結炉内で一緒に焼
成する。この炉では、ある期間でモノリシック基板２１
０（図２（Ｂ））を形成するために制御された雰囲気及
び温度を採用している。比較的温度が低い初期段階は結
合剤焼去段階であり、この結果、比較的多孔質のセラミ
ック構造になる。その後、温度を高め、最終的に稠密な
セラミック構造を形成し、こうして、一緒に焼成した気
密（ハーメチック）基板を形成する。モジュール接点パ
ッド２１６の一部が基板２１０内に埋設されているの
で、障壁支持枠２２２は電気的にはパッド２１６から隔
離されている。従って、障壁支持枠２２２は、硝子、硝
子／セラミック、又はコバール及びモリブデンのような
金属で形成されていてもよい。次に、この結果得られた
基板２１０に空所（キャヴィティ）２１４のような所望
の空所を設ける。
【００３１】図２（Ｂ）には示していないが、図２
（Ｂ）の実施例のこの他の部品は、図１の実施例に示す
ものと同じであり、前に述べたのと同じ方法によって作
成される。以上の説明は、集積回路チップのような複数
の電子部品を用いている気密シールの電子パッケージを
一般的に対象としたものであるが、このシステム及び方
法が、単一の電子部品しか存在しないような場合にも同
様に適用可能であることは言うまでもない。本発明の密
封パッケージ式電子システムは、軽量で柔軟で弾力性の
ある気密シールを含んでおり、普通の全体及び細部の漏
れ試験にかけられても損傷を受けることがない。ここで
説明した構成及び方法はどちらも経済的であって、簡単
にした製造工程によって容易に達成され得る。更に、こ
こで説明した処理方法は、その結果得られる回路パッケ
ージの物理的及び電気的な特性についても著しい利点を
もたらすことを認識されたい。
【００３２】本発明のある好ましい実施例を詳しく説明
したが、当業者には、その種々の改変及び変更が考えら
れよう。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲内に
属するこのようなすべての改変及び変更を包括するもの
であることを承知されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施例の一部を断面で示す側
面図である。
【図２】図２（Ａ）は本発明の第２の実施例の基板を製
造する初期段階における一部を断面で示す側面図であ
り、図２（Ｂ）は本発明の第２の実施例で基板の製造が
完了したときの一部を断面で示す側面図である。
【符号の説明】
１ パッケージ式電子システム １１０、２１０、２１０Ａ、２１０Ｂ 基板 １１６、２１６ モジュール接点パッド １１８、２２２ 障壁支持枠 １２０、２１８ 外側部分 １２２、２２０ 内側部分 １２４、１２６ 集積回路チップ（電子部品） １２８ 相互接続接点パッド １３０、１３６ 重合体誘電体被膜 １３２ ヴァイア開口 １３４、１４０ メタライズ相互接続導体パターン １４２ 重合体障壁層 １４４ 金属障壁層 １４６ 空所 １４７ 保護層 １４８ 孔 １５０ 金属コネクタピン １５４ 金属障壁被覆
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 23/31 Ｈ０５Ｋ 3/28 Ｇ 7511−4Ｅ (72)発明者 ロバート・ジョン・ウォーナロスキ アメリカ合衆国、ニューヨーク州、ボール ストン・レイク、ハットリー・ロード、 1023番

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板の所望の面上に複数のモジュール接
    点パッドを沈積する工程と、 前記複数のモジュール接点パッドが外側及び内側部分に
    分割されるように、前記所望の面上にリムを有している
    障壁支持枠を沈積する工程と、 相互接続パッドを有しており、前記障壁支持枠の外周の
    範囲内に配置されている複数の電子部品を前記所望の面
    上に位置決めする工程と、 前記複数の電子部品及び前記障壁支持枠の外周の範囲内
    にある前記所望の面を覆うと共に該複数の電子部品及び
    該所望の面に結合するように、重合体誘電体被膜を適用
    する工程と、 前記相互接続パッドの少なくとも一部及び前記モジュー
    ル接点パッドの内側部分と整合したヴァイア開口を前記
    重合体誘電体被膜内に形成するように、前記重合体誘電
    体被膜を穿孔する工程と、 前記相互接続パッドの少なくとも一部と前記モジュール
    接点パッドの前記内側部分との間に電気接続をもたらす
    ように、前記重合体誘電体被膜上に相互接続導体パター
    ンを沈積する工程と、 前記障壁支持枠の範囲内に囲まれた区域を全体的に覆う
    と共に前記障壁支持枠を部分的に覆うように、前記重合
    体誘電体被膜上に重合体障壁層を積層する工程と、 前記重合体障壁層の範囲内に囲まれた区域を全体的に密
    封すると共に前記障壁支持枠を実質的に覆うように、前
    記重合体障壁層上に金属障壁層を沈積する工程と、 前記金属障壁層内に存在する空所があっても該空所を架
    橋するように、前記金属障壁層上に保護層を沈積する工
    程とを備えたパッケージ式電子システムを密封する方
    法。
  2. 【請求項２】 前記複数のモジュール接点パッドを沈積
    する工程は、前記モジュール接点パッドの前記外側部分
    の上に耐食性導電被覆を沈積する工程を含んでいる請求
    項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記複数のモジュール接点パッドを沈積
    する工程は、前記所望の面上に前記モジュール接点パッ
    ドをスクリーンプリンティングする工程を含んでいる請
    求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記障壁支持枠を沈積する工程は、前記
    所望の面上に前記障壁支持枠をスクリーンプリンティン
    グする工程を含んでいる請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記障壁支持枠は、硝子で形成されてい
    る請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記重合体誘電体被膜上に重合体障壁層
    を積層する工程は、前記重合体障壁層のうち、前記障壁
    支持枠の外周を越えて伸びている部分を除去する工程を
    含んでいる請求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記重合体誘電体被膜及び前記重合体障
    壁層の縁に滑かなテーパを付ける工程を含んでいる請求
    項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記重合体障壁層の部分を除去する工程
    は、前記重合体障壁層の前記部分をエキシマレーザを用
    いて削摩する工程を含んでいる請求項６に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記金属障壁層を沈積する工程は、前記
    重合体障壁層上に前記金属障壁層をスパッタリングによ
    り、又は化学反応気相成長により沈積することから成る
    群のうちの１つを含んでいる請求項１に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記金属障壁層の前記空所の架橋作用
    を改善するように、前記保護層を加熱する工程を含んで
    いる請求項１に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 請求項１に記載した方法により形成さ
    れている密封パッケージ式電子システム。
  12. 【請求項１２】 基板の所望の面上に複数のモジュール
    接点パッドを沈積する工程と、 前記複数のモジュール接点パッドが外側及び内側部分に
    分割されるように、前記所望の面上にリムを有している
    障壁支持枠を沈積する工程と、 相互接続パッドを有しており、前記障壁支持枠の外周の
    範囲内に配置されている複数の集積回路チップを前記所
    望の面上に位置決めする工程と、 前記複数の集積回路チップ及び前記障壁支持枠の外周の
    範囲内にある前記所望の面を覆うと共に該複数の集積回
    路チップ及び該所望の面に結合するように、重合体誘電
    体被膜を適用する工程と、 前記相互接続パッドの少なくとも一部及び前記モジュー
    ル接点パッドの内側部分と整合したヴァイア開口を前記
    重合体誘電体被膜内に形成するように、前記重合体誘電
    体被膜を穿孔する工程と、 前記相互接続パッドの少なくとも一部と前記モジュール
    接点パッドの前記内側部分との間に電気接続をもたらす
    ように、前記重合体誘電体被膜上に相互接続導体パター
    ンを沈積する工程と、 前記障壁支持枠の範囲内に囲まれた区域を全体的に覆う
    と共に前記障壁支持枠を部分的に覆うように、前記重合
    体誘電体被膜上に重合体障壁層を積層する工程と、 前記重合体障壁層の範囲内に囲まれた区域を全体的に覆
    うと共に前記障壁支持枠を実質的に覆うように、前記重
    合体障壁層上に金属障壁層を沈積する工程と、 前記金属障壁層内に存在する空所があっても該空所を架
    橋するように、前記金属障壁層上に保護層を沈積する工
    程とを備えた多重チップ集積回路パッケージを密封する
    方法。
  13. 【請求項１３】 第１のグリーンセラミック基板層上に
    複数のモジュール接点パッドの第１の部分を沈積すると
    共に、第２のグリーンセラミック基板層上に前記複数の
    モジュール接点パッドの第２の部分を沈積する工程と、 前記複数のモジュール接点パッドの一部が前記第１のグ
    リーンセラミック基板層と前記第２のグリーンセラミッ
    ク基板層との間に埋められるように、前記第１及び第２
    のグリーンセラミック基板層を結合する工程と、 前記複数のモジュール接点パッドが外側及び内側部分に
    分割されるように、前記第２のグリーンセラミック基板
    層の所望の面上に障壁支持枠を沈積する工程と、 前記第１及び第２のグリーンセラミック基板層から基板
    を形成するように、該第１及び第２のグリーンセラミッ
    ク基板層を一緒に焼成する工程と、 相互接続パッドを有しており、前記障壁支持枠の外周の
    範囲内に配置されている複数の集積回路チップを前記所
    望の面上に位置決めする工程と、 前記複数の集積回路チップ及び前記障壁支持枠の外周の
    範囲内にある前記所望の面を覆うと共に該複数の集積回
    路チップ及び該所望の面に結合するように、重合体誘電
    体被膜を適用する工程と、 前記相互接続パッドの少なくとも一部及び前記モジュー
    ル接点パッドの内側部分と整合したヴァイア開口を前記
    重合体誘電体被膜内に形成するように、前記重合体誘電
    体被膜を穿孔する工程と、 前記相互接続パッドの少なくとも一部と前記モジュール
    接点パッドの前記内側部分との間に電気接続をもたらす
    ように、前記重合体誘電体被膜上に相互接続導体パター
    ンを沈積する工程と、 前記障壁支持枠の範囲内に囲まれた区域を全体的に覆う
    と共に前記障壁支持枠を部分的に覆うように、前記重合
    体誘電体被膜上に重合体障壁層を積層する工程と、 前記重合体障壁層の範囲内に囲まれた区域を全体的に覆
    うと共に前記障壁支持枠の前記リムを実質的に覆うよう
    に、前記重合体障壁層上に金属障壁層を沈積する工程
    と、 前記金属障壁層内に存在する空所があっても該空所を架
    橋するように、前記金属障壁層上に保護層を沈積する工
    程とを備えた多重チップ集積回路パッケージを密封する
    方法。
  14. 【請求項１４】 前記障壁支持枠は、硝子と金属とから
    成っている群のうちの１つを含んでいる請求項１３に記
    載の方法。
  15. 【請求項１５】 基板の所望の面上に複数のモジュール
    接点パッドを沈積する工程と、 前記複数のモジュール接点パッドが外側及び内側部分に
    分割されるように、前記所望の面上に障壁支持枠を沈積
    する工程と、 相互接続パッドを有しており、前記障壁支持枠の外周の
    範囲内に配置されている複数の集積回路チップを前記所
    望の面上に位置決めする工程と、 前記複数の集積回路チップ及び前記障壁支持枠の外周の
    範囲内にある前記所望の面を覆うと共に該複数の集積回
    路チップ及び該所望の面に結合するように、ポリイミド
    誘電体被膜を適用する工程と、 前記相互接続パッドの少なくとも一部及び前記モジュー
    ル接点パッドの内側部分と整合したヴァイア開口を前記
    ポリイミド誘電体被膜内に形成するように、前記ポリイ
    ミド誘電体被膜を穿孔する工程と、 前記相互接続パッドの少なくとも一部と前記モジュール
    接点パッドの前記内側部分との間に電気接続をもたらす
    ように、前記ポリイミド誘電体被膜上に相互接続導体パ
    ターンを沈積する工程と、 前記障壁支持枠の範囲内に囲まれた区域を全体的に覆う
    と共に前記障壁支持枠を部分的に覆うように、前記ポリ
    イミド誘電体被膜上にポリイミド障壁層を積層する工程
    と、 前記ポリイミド障壁層の範囲内に囲まれた区域を全体的
    に覆うと共に前記障壁支持枠を実質的に覆うように、前
    記ポリイミド障壁層上にクロム層を沈積する工程と、 前記クロム層の区域を全体的に覆うように、該クロム層
    上に銅層を沈積する工程と、 前記銅層内に存在する空所があっても該空所を架橋する
    ように、前記銅層上に保護はんだ層を沈積する工程と、 前記銅層及びクロム層内の前記空所の架橋作用を改善す
    るように、前記保護はんだ層を加熱する工程とを備えた
    多重チップ集積回路パッケージを密封する方法。
  16. 【請求項１６】 基板と、該基板の所望の面上に設けら
    れている複数のモジュール接点パッドと、 前記所望の面上に設けられており、前記複数のモジュー
    ル接点パッドを内側及び外側部分に分割している障壁支
    持枠と、 相互接続パッドを有しており、前記障壁支持枠の外周の
    範囲内に位置決めされている複数の電子部品と、 前記相互接続パッドの少なくとも一部及び前記モジュー
    ル接点パッドの内側部分と整合している複数のヴァイア
    開口を有しており、前記電子部品に重なっていると共に
    該電子部品を架橋している重合体誘電体被膜と、 前記相互接続パッドの少なくとも一部と前記モジュール
    接点パッドの前記内側部分との間の電気接続をもたらす
    ように、前記重合体誘電体被膜上に設けられている相互
    接続導体パターンと、 前記障壁支持枠の範囲内に囲まれた区域を全体的に覆う
    共に前記障壁支持枠を部分的に覆うように、前記重合体
    誘電体被膜上に設けられている重合体障壁層と、 前記重合体障壁層の範囲内に囲まれた区域を全体的に覆
    うと共に前記障壁支持枠を実質的に覆うように、前記重
    合体障壁層上に設けられている金属障壁層と、 前記重合体障壁層上に設けられており、前記金属障壁層
    内に存在する空所があっても該空所を架橋している保護
    層とを備えた密封パッケージ式電子システム。
  17. 【請求項１７】 前記基板は、アルミナと、窒化アルミ
    ニウムとから成っている群から選ばれた材料を含んでい
    る請求項１６に記載の密封パッケージ式電子システム。
  18. 【請求項１８】 前記障壁支持枠は、硝子と、硝子及び
    セラミックの複合体とから成っている群から選ばれた材
    料を含んでいる請求項１６に記載の密封パッケージ式電
    子システム。
  19. 【請求項１９】 前記重合体誘電体被膜は、熱可塑性材
    料と、熱硬化性材料とから成っている群のうちの１つを
    含んでいる請求項１６に記載の密封パッケージ式電子シ
    ステム。
  20. 【請求項２０】 前記相互接続パターンは、前記重合体
    誘電体被膜と接触しているチタン層と、該チタン層上に
    ある銅層とを含んでいる請求項１６に記載の密封パッケ
    ージ式電子システム。
  21. 【請求項２１】 前記金属障壁層は、前記重合体障壁層
    と接触しているクロム層と、該クロム層上にある銅層と
    を含んでいる請求項１６に記載の密封パッケージ式電子
    システム。
  22. 【請求項２２】 前記保護層は、金及び錫と、銀及び錫
    と、ルビジウム及び錫とから成っている合金の群から選
    ばれた合金を含んでいる請求項１６に記載の密封パッケ
    ージ式電子システム。
  23. 【請求項２３】 前記重合体誘電体被膜及び前記重合体
    障壁層の縁には、滑かなテーパが付いている請求項１６
    に記載の密封パッケージ式電子システム。
  24. 【請求項２４】 前記電子部品の各々は、それぞれの集
    積回路チップを含んでいる請求項１６に記載の密封パッ
    ケージ式電子システム。
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