JPH06232335A - 複合多チップモジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＭＣＭを含む集積回路用接続システムの改良
を提供する。 【構成】 本発明の１つの態様において、複数の規格化
した基板モジュールを製造する。該モジュールは一方の
表面にソケットへ挿入するためのピンを含み、他方の表
面に該基板モジュール内部に配置した導体により該ピン
へ接続してある基板側パッドを含む。次にカスタムＩＣ
モジュールを該基板モジュール上に製造する。ＩＣモジ
ュールは外部表面上にＩＣパッドを含み、該ＩＣモジュ
ール内に製造した内部的相互接続を用いて該基板側パッ
ドに接続する。集積回路（ＩＣ）を該ＩＣパッドへ溶接
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は集積回路（ＩＣ）の選択
したピンと該ＩＣを保持するプラグの選択したピンを接
続可能なカスタムアダプタに関する。該プラグは受け口
により接続するので該ＩＣの選択したピンを該受け口内
の選択したソケットに配線することが出来る。

【０００２】

【従来の技術】多チップモジュール（ＭＣＭ）は一般に
薄いセラミック材のシートの積層から製造する。これは
その外見から「グリーンテープ・セラミック」と称す
る。製造工程の概略は次のようなものである： −セラミックシートに導線を付加する（セラミックシー
トは非常に菲薄で壊れやすい。シート厚５ミルのシート
を使用する）。 −シートの適切な位置に穿孔する。 −穿孔をタングステン基材の糊で充填する。これがシー
トを通して延出する導電性プラグを形成することにな
る。 −シートの位置をあわせて積層し、圧縮して炉内で焼結
するとアセンブリが焼成される。焼結によりシート同士
が密着しタングステンを溶解する。溶融タングステンが
プラグ（または「架橋部分」）を形成し、これがシート
を通して延在するので導線を接続できるようになる。

【０００３】このように形成した接続形式を図１で模式
的に図示した。導線は架橋部分を用いて相互に交差させ
る。パッドＡはパッドＢと接続し、パッドＣはパッドＤ
と接続し、以下同様である。導線が３次元的配線網を形
成するので、場合によっては「非平面的」回路網と称す
ることがある。３次元的配線が集積回路（図示していな
い）相互ならびにコネクタを接続する。

【０００４】ＭＣＭは多数の利点を有するが、制約も有
している。制約の１つは、穿孔（架橋部分を含む）が図
２に図示したように約２００ミクロンに制限されている
ことである（図２では簡略化のためプラスチックパッケ
ージに封入したＩＣを図示している。本発明においては
テープ自動接合（ＴＡＢ）と同等のパッケージを使用す
るのが望ましい）。

【０００５】間隔の制限をうける理由の１つは、架橋部
分が存在する穿孔部を穿孔するピン同士を約２００ミク
ロンより接近して配置できないことである。２００ミク
ロンの間隔はもっと小さいピン間隔を有する集積回路た
とえば図２に図示したようなものの場合に問題を付加す
ることになる。

【０００６】第２の問題は、ＭＣＭが焼結過程で形状の
不定変化を起こすことである。ＭＣＭは焼結中に１５な
いし２０パーセント収縮し、それぞれの（収縮した）部
材は他の部材に対して０．５パーセント程度まで変形す
る：−０．５％から＋０．５％の範囲の形状変化が発生
するのである。

【０００７】たとえば、図３に図示した架橋部分間の設
計間隔を１０インチとした場合、焼結後の間隔は９．９
５から１０．０５インチの範囲になる。このような不定
の変化が集積回路を架橋部分に装置するための精度を制
限しているのである。

【０００８】ＭＣＭの別の特徴はその経済性にある。大
量生産においては非常に安価である。たとえば穿孔部を
穿孔するダイなどの装置の費用は数千個のＭＣＭ製造で
償還することが出来る。しかし数十または数百程度の小
規模生産においては、製造ＭＣＭあたりの償却コストは
極端に高額になる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はＭＣＭ
を含む集積回路用接続システムの改良を提供することで
ある。

【００１０】本発明のさらなる目的はＭＣＭおよびその
他の安価な接栓形式の両方を用いる２部分からなる接続
システムを提供することである。２部分は相互に連結し
てＭＣＭ機能を提供する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの態様にお
いて、規格化した基本モジュールを製造する。このモジ
ュールにはソケットへ挿入するためのピンと、ピンに接
続した基板側パッドが含まれる。カスタムＩＣモジュー
ルをこの基板モジュール上に製造する。ＩＣモジュール
はＩＣモジュール上に作成する基板側パッドとＩＣパッ
ド間の相互接続を含む。集積回路（ＩＣ）はこのＩＣパ
ッドに接合する。

【００１２】

【実施例】本発明の１つの態様の簡略なＸ線透視図を図
４に示す。基板モジュールは受け口（図示していない）
と接続するためのピンを含む。基板モジュールはＩＣモ
ジュールを有し、これに集積回路（ＩＣ）を装着する。
基板モジュールの各ピンは破線で図示してある導線を用
いてＩＣパッドと接続する。

【００１３】基板モジュールはセラミック製ＭＣＭであ
る。実際には、非常に高価なためそれぞれが幾らか異な
る配線パターンを有する数種類の基板モジュールが生産
されているに過ぎない。本発明を組み立てるには、導線
の適切な配線パターンを有する基板モジュールを基板モ
ジュール群から選択する。次に、特定のＩＣおよび所望
の特定のＩＣパッド−ＩＣピン接続に合わせるようにＩ
Ｃモジュールを製造する。ＩＣモジュールは基板モジュ
ール上に製造する。

【００１４】ＩＣモジュールはポリイミド材の層から作
成し、この上に集積回路製造技術を用いて導線を形成す
る。

【００１５】図５は図４の本発明を示したものだが、図
６および図７に図示する構成に対応して展開した状態を
図示してある（展開した状態を用いたのは内部接続を図
示するためである。本明細書で説明するように、ＩＣモ
ジュールは別個の素子として形成してから基板モジュー
ルに接着するのではなく、基板モジュール上に層ごとに
製造するのが望ましい）。

【００１６】図６において、ピンは破線で示した導線を
伝って基板側パッドに接続している。基板側パッドは実
際にはセラミックシート内の孔の内部のプラグとして機
能する架橋部分の端部である。図示した導線は基板側パ
ッドとピンを直接接続している。各導線はピンから基板
側パッドまで直線的に縦方向の経路をたどる。この構造
では、配線層は必要ではなく、排除することも可能であ
る（配線層は図１に図示したような機能を行なうもので
あって、選択したピンを選択した基板側パッドに接続す
ることが出来る。簡略化のため３つの経路だけを図示し
てあるが、実際には数百または数千の経路を使用するこ
とが出来る）。

【００１７】層３および層６は電力線として機能する平
行の導線を含む。これらの導線は全て同一の電位に保持
する。たとえば、層６を電位Ｖｄｄにまた層３を電位Ｖ
ｓｓに保持することが出来る。層６の導線は層３の導線
と直交する方向を向いている。これらの層はＩＣモジュ
ールに装着する集積回路に電力を供給するためのもので
ある。層３および層６は厳密には必要ではなく、場合に
よっては排除することが可能である。

【００１８】ＩＣモジュールは図７に簡略化した形状で
図示したような導線および架橋部分の回路網を含む。導
線は（基板モジュール上の）基板側パッドと、図６およ
び図７で図示した重層パッドを用いて接続する。この重
層パッドは基板側パッドより大きく、発明の背景で説明
したように基板モジュールに発生する膨張および収縮に
対応できるようになしてある。

【００１９】実施例の１つにおいて、図６の基板側パッ
ドは直径８ミル（すなわち０．００８インチ）であるの
に対し、重層パッドは直径が３０ミルである。２種類の
部材寸法による２形式の相互の接続を、図８および図９
に図示した。図８に図示した１つの形式では、基板側モ
ジュールは０．５パーセント膨張している。重層パッド
１２（大きい方の円）の１つが基板側パッド１０と中心
軸が揃えてある。残りは順次中心がずれ、中心からのず
れの最大の度合は中心軸を合わせたパッド１０と１２よ
り最も離れたパッドの対１５と１８で発生する。つま
り、膨張があっても、全てのパッドは良好な接触を保っ
ている。

【００２０】同様に、基板側モジュールが０．５パーセ
ント収縮した場合の構成を図９に図示してある。収縮ま
たは膨張の中間的な形態においては、接触形式も図８と
図９に図示した形式の中間となる（必然的に、中心軸を
合わせてあるパッドの特定の対はそれぞれのモジュール
上のパッドの相対的な位置および、収縮または膨張の度
合を含む多くの要因によって変化することは理解されよ
う。さらに、場合によっては、中心合わせが全てのパッ
ドの対で出来ないことも有り得る）。

【００２１】図７の重層パッドは架橋部分と導線（また
は配線）の３次元回路網によりＩＣ層上のＩＣパッドに
接続する。架橋部分は図１０に図示してあるように、２
層の電力面を接触することなく通過する。１つの面は層
２０が保持しており、他方の面は層２５が保持する。拡
大図３０および拡大図３５で図示したように、回路網の
部分をなす架橋部分は電力面を構成する金属膜と接触し
ない。架橋部分は金属膜に開けた孔を通過し、金属膜と
接触しない。

【００２２】一方の金属膜はたとえばＶｄｄなど高電位
に保持されており、他方の金属膜はたとえばＶｓｓなど
低電位に保持されている。ＩＣに電力を供給するため図
１０の電力面から図７の選択したＩＣパッドへ延在する
導線が（図示していない）存在する。

【００２３】本発明の重要な特徴の幾つかは次のような
ものである。

【００２４】１．図５のＩＣモジュールを構成する層は
標準的厚さ１０〜２５ミクロンのポリイミド・ポリマー
製が望ましい。ポリイミド層は基板モジュールを遠心機
で回転させて液状プレカーサーを塗布し、遠心力により
薄い層に広げることで形成する。焼結により薄層がポリ
イミド層となる。図６の各層の導線（配線とも称する）
は標準的な集積回路製造技術を用いて形成する。

【００２５】図１１に図示したように、たとえば配線を
形成するためには通常１，０００オングストローム厚の
金属膜（ニッケルが望ましい）を有するポリイミド層が
原材料となる。フォト・レジストを金属膜に塗布し、そ
のフォト・レジスト上に、密着焼き付けまたは投影装置
の使用などにより画像を形成する。フォト・レジストを
現像し、図示したように、金属膜をエッチングから保護
しようとする場所にだけ硬化したフォト・レジストが残
るようにする。

【００２６】この部材にエッチング液を作用させ、フォ
ト・レジストで保護していない金属膜を除去し、図示し
たように金属配線のパターンを残す。また硬化させた残
存フォト・レジストを金属配線から除去する。

【００２７】集積回路製造で用いられる技術によれば、
１０〜３０ミクロン程度の線幅Ｗを有し１０〜１００ミ
クロンの間隔Ｓだけ離した図１１の金属配線Ｔを製造可
能である。このような線幅と間隔は例として示したもの
でこれ以外も従来技術で公知である。

【００２８】２．本発明においては図１１の金属配線の
さらなる処理が望ましい。厚さ５〜１０ミクロンが望ま
しい銅層を金属配線上に鍍金する。次に別の、望ましく
はニッケルの層を銅層の上に鍍金する。これで金属配線
は３層化する。つまり金属配線は３層の金属を含む。こ
のような鍍金は従来技術で公知である。鍍金により金属
配線の有効厚を増加させ、鍍金配線がさらに多くの電流
を運ぶことが出来るようになる。

【００２９】当初から金属厚膜配線を生成しようと試み
るのではなく厚みを増大させるために鍍金を行なうのは
金属厚膜（５〜１０ミクロンの範囲）から金属厚膜配線
をエッチングするのが困難なためである。さらに銅の線
幅の狭い配線をエッチングするのは困難だが既存の配線
に銅で鍍金するのは簡単に行なえる。

【００３０】ニッケルの第２の層はポリイミドから銅を
絶縁するために鍍金する。銅の存在下にポリイミドに湿
気が加わると腐食が発生する。

【００３１】３．本発明により図７のＩＣ層に図６の基
板側パッド間の間隔より小さい間隔を有するＩＣパッド
を含めることが出来るようになる。前述のように、実際
の基板側パッドはタングステン製架橋部分の最上部であ
る。これらの架橋部分は基板モジュールの製造中にグリ
ーンセラミックテープにあらかじめ穿孔しておいた孔の
中に存在する。前述のように、穿孔した孔の間の最小間
隔は、図２に示すように通常約２００ミクロンが限界で
ある。

【００３２】図７のＩＣパッドの間隔は使用する製造技
術で制限され、基板側パッドの間隔を制限する技術とは
異なる。前述のように、図１１の配線Ｔとの接続におい
て、集積回路製造技術を使用することで（基板側パッド
の３００ミクロンに対して）５０ミクロンのパッド間隔
を実現することが出来る。集積回路の製造において使用
される従来技術は図１１の線幅Ｗを１０ミクロンまたは
それ以下で製造する能力を有している。これと同じ技術
で１０ミクロンまたはそれ以下の間隔Ｓを製造可能であ
る。これらの間隔は図２に図示した基板モジュールの基
板側パッド間に存在する３００ミクロンの間隔の２０パ
ーセント以下である。

【００３３】間隔の有用な組み合わせの１つは図６の基
板側パッドで３００ミクロンとし、図７のＩＣパッドで
１００ミクロンとすることである（１２ミルの軸には８
ミルの架橋部分が望ましい）。

【００３４】４．図８および図９との関連で説明したよ
うに、図６および図７の重層パッドの寸法を大きくし
て、重層パッドに対して基板側パッドを移動させること
になるＭＣＭの縮小に対処する。

【００３５】５．図７のＩＣモジュール内の架橋部分は
従来技術の集積回路製造技術で公知のマスキングとエッ
チングにより製造する。

【００３６】６．図６に図示した基板モジュールは図１
２に図示したような大型シートで製造することが出来
る。シートの各モジュールはピン（図１２では視野から
隠れているが、図６に図示してある）と基板側パッド
（図１２に図示してある）間の接続パターンを有してい
る。製造を容易にするため、所定のシート上の全ての基
板側モジュールは接続構造が同一となるようにしてお
く。

【００３７】基板モジュールを必要とするときにシート
から切り出す。ＩＣモジュールは前述のように基板モジ
ュールの上部に製造し、基板モジュールを多チップモジ
ュールに差し込む。

【００３８】７．図６に図示したピンは厳密には必要で
はない。代わりにエッジ・コネクタ（端部接栓）を図１
３に図示したように使用することが出来る。断面図を図
１４に図示する。断面の各層はポリイミド製シートであ
る。最上部のポリイミドシートは図１３に図示したカー
ドエッジ配線を有してもよい。

【００３９】８．図６の重層パッドは基板側パッドに重
なり、相互には重層しない。重層パッドはまた「オーバ
ーサイズ」パッドと呼ばれることがあるが、その断面領
域が要求電流を通すのに必要な最小限領域より大きいた
めである。基板側パッドは少なくともこの最小領域を有
しオーバーサイズパッドより小さい。

【００４０】９．図６の基板側パッドの中心同士の間の
間隔は「ピッチ」とも呼ばれる。図２に図示したピッチ
は最小３００ミクロンである。同図のＩＣピンのピッチ
は１００ミクロンである。

【００４１】前述したように、図６の基板モジュールの
膨張または収縮のため、基板側パッドのピッチは所望の
ピッチの９９．５％から１００．５％まで変化すること
がある。そのため基板側パッドのピッチは「ランダム
（無秩序性）」であると記述することが出来、「ランダ
ム・エラー」を含む。これはピッチを知ることが出来な
いという意味ではなく、測定により確定することが出来
るが、あらかじめピッチを知ることが出来ないというこ
とである。つまり基板側パッドの焼結以前にピッチを知
ることが出来たとしても、焼結後のピッチは不確実なも
のになるということである。

【００４２】別の面から眺めてみると、１，０００個の
基板モジュールを製造し箱に入れてあるとする。箱の中
から１つを取り出した場合、そのモジュールのピッチは
予知できない。９９．５％から１００．５％の範囲内で
ピッチは無作意に存在することになる。

【００４３】１０．１００ミクロン以下の配線間隔を有
する図６のＩＣモジュールの製造はクラス１００程度の
クリーンルーム内で行なわれるものと考えられる。クリ
ーンルームのさまざまなクラスを定義した工業規格が商
業的に利用できる。逆に、基板モジュールはクリーンル
ーム内において製造されないものと考えられる。その１
つの理由は穿孔操作によりクリーンルームでは許容され
ないほどの切り屑が発生するためである。

【００４４】１１．図１０の金属膜の層と図６の平行配
線の層３および層６は、どちらもＩＣに電力を供給し、
これらの間に挟まれた層の導線に対して電磁遮蔽として
機能する。

【００４５】１２．図１５に記載のＴＡＢはＩＣをＴＡ
Ｂ枠に装着するために使用する標準的テープ自動接続技
術を表わす。

【００４６】１３．ＴＡＢ枠は高周波溶着を用いてＩＣ
パッドに溶接する。この理由から、高周波溶接を容易に
なすためと耐酸化性のためにＩＣモジュールの最上部表
面は金鍍金が施される。

【００４７】

【発明の効果】本発明はＭＣＭを含む集積回路用接続シ
ステムの改良を提供する。さらに、ＭＣＭおよびその他
の安価な接栓形式の両方を用いる２部分からなる接続シ
ステムを提供する。２部分は相互に連結してＭＣＭ機能
を提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】多チップモジュールにおいて使用する３次元回
路網の略図である。

【図２】１００ミクロン間隔のピンおよび２００ミクロ
ン間隔のパッドを有する集積回路（ＩＣ）である。

【図３】多チップモジュールの焼結中に発生し得る収縮
または拡大の略図である。

【図４】本発明のＸ線透視による略図である。

【図５】図４の部材のうち３つの展開図で、図５の部材
を図６および図７に示す。

【図６】図４の基板モジュールとＩＣモジュールの内部
的特徴である。

【図７】ＩＣモジュールにＩＣ層を形成する方法の略図
である。

【図８】図６の基板側パッドと重層パッド間で発生し得
る不適合の略図である。

【図９】図６の基板側パッドと重層パッド間で発生し得
る不適合の略図である。

【図１０】ＩＣモジュール内の金属薄膜層を架橋部分が
どのように通過するかを示す略図である。

【図１１】金属線の形成を示す。

【図１２】基板モジュールのシートを示す。

【図１３】エッジコネクタ（端部接栓）を有するＩＣモ
ジュールを示す。

【図１４】図１３の断面図である。

【符号の説明】

３ 層 ６ 層 １０ パッド １２ パッド １５ パッド １８ パッド ２０ 層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲアリ アール．ソーンバーグ アメリカ合衆国 80906 コロラド、コロ ラド スプリングス、タイコ コート 750

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 集積回路（ＩＣ）をソケットに接続する
   ため、 ａ）ｉ）前記ソケット用のピンと、 ｉｉ）Ａ）前記ピンに接続し、 Ｂ）間隔に誤差を有する基板側パッドを含むセラミック
   製基板と、 ｂ）前記ＩＣを前記基板側パッドに接続するための手段
   を含むことを特徴とする接栓。
2. 【請求項２】 ａ）それぞれが不定間隔を有する基板側
   パッドを保持する１群の基板から基板を選択する段階
   と、 ｂ）前記選択した基板に大型パッドのアレイを有するＩ
   Ｃモジュールを接続する段階であって、前記大型パッド
   のアレイがｉ）顕著な間隔誤差を有さず、かつｉｉ）基
   板側パッドの前記アレイと組み合わさるように成してあ
   ることを含むことを特徴とする集積回路（ＩＣ）用接栓
   の製造方法。