JPH07105144A - 回路化高分子誘電体パネルの積層化 - Google Patents

回路化高分子誘電体パネルの積層化

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JPH07105144A JP6142789A JP14278994A JPH07105144A JP H07105144 A JPH07105144 A JP H07105144A JP 6142789 A JP6142789 A JP 6142789A JP 14278994 A JP14278994 A JP 14278994A JP H07105144 A JPH07105144 A JP H07105144A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 パネル間におけるパッドとパッドとの電気接
続と共に、回路化高分子誘電体パネルの積層化方法を述
べる。 【構成】 パッド216とパッド216との電気接続
は、共晶形成システムの非共晶化学量論での組成によっ
て特徴づけられる接合金属の瞬間液相形成結合によって
提供される。システムの共融温度は、高分子誘電体22
3の1次転移温度よりも低く、及び結合金属組成の融点
は高分子誘電体223の1次転移温度よりも高い。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は並列プロセッサのパッケ
ージの構造に関し、特にプロセッサ、メモリ並びにプロ
セッサ素子とメモリ素子を搭載する専用のプリント回路
カード基板などの、複数のプリント回路カード基板を有
する並列プロセッサに関する。プリント回路カード基板
は、フレキシブル回路などの複数の回路化フレキシブル
・ケーブル基板に取付けられ、相互接続される。フレキ
シブル回路などの回路化フレキシブル・ケーブル基板
は、分離されたプリント回路カード基板を中央積層部を
介して接続する。この中央積層部はプロセッサ間、メモ
リ間、プロセッサ素子とメモリ素子間及びバスを介して
のプロセッサとメモリの内部相互接続を行い、及び積層
部を経て、フレキシブル回路からフレキシブル回路に延
びるバイアとスルー・ホールを介して通信を行う手段で
ある、層の間のZ軸を提供する。本発明では、パッケー
ジにおける隣接する層の複数のパッド間の金属接合が提
供されている。金属接合は、製造不良が出ない範囲内の
プロセスで、瞬間液相接合によって形成される。
【0002】
【従来の技術】並列プロセッサは、同じプログラムで互
いに協力可能な複数の互いに分離したプロセッサを有す
る。並列プロセッサは、多重命令多重データ(MIM
D)と単一命令多重データ(SIMD)の設計に分類で
きる。
【0003】多重命令多重データ(MIMD)の並列プ
ロセッサは、多数のメモリ・チップとメモリ階層でサポ
ートされる高速のマイクロプロセッサによって特徴づけ
られる個々の処理ノードを持つ。高性能中間ノード通信
コプロセッサ・チップは、他のマイクロプロセッサに対
して通信リンクを与える。各プロセッサ・ノードは、メ
ッセージ伝達機能である標準化ライブラリを通してアプ
リケーション・レベルで交信してオペレーティング・シ
ステム・カーネルを実行させる。MIMDの並列プロセ
ッサにおいて、共用型及び分散型の両方のメモリ・モデ
ルがサポートされる。
【0004】単一命令多重データ(SIMD)の並列プ
ロセッサは、単一の制御装置の制御を受け、相互通信装
置によって接続された複数の個々のプロセッサ素子を有
する。SIMDマシンは、下記条件によって指定される
アーキテクチャを持つ。 1.マシンの演算処理素子の数。 2.制御装置によって直接実行される命令の数。上記命
令数はスカラ命令とプログラム・フロー命令を含む。 3.並列実行の全プロセッサ素子に対する制御装置によ
る命令同報通信の数。これはプロセッサ素子内のデータ
全体にかかわる能動プロセッサ素子によって実行され
る、算術、論理、データ経路指定、マスキング並びにロ
ーカル・オペレーションを含む。 4.各マスクがプロセッサ素子の設定を割込み可能及び
割込み不可能なサブセットに分割するマスキング方式の
数。 5.プロセッサ素子間の通信における相互接続ネットワ
ークにおいて設定されるパターンを指定するデータ経路
指定機能の数。
【0005】SIMDプロセッサは、何百もの固定小数
点データ・フローをサポートするために多数の特殊化さ
れたサポート・チップを持つ。命令は個々のノードの外
部から着信し、分散型メモリがサポートされる。
【0006】並列プロセッサは、プロセッサとプロセッ
サ、プロセッサとメモリ間の通信のために、複雑且つ精
巧な相互通信ネットワークを必要とする。相互接続ネッ
トワークのトポロジは、静的或いは動的であることがで
きる。静的ネットワークは、プログラム実行中に変化し
ないポイントからポイントへの直接接続を形成する。動
的ネットワークは、並列プロセッサで実行中のプログラ
ムの通信必要条件に合致するように動的に再構成できる
交換チャネルで実行する。
【0007】動的ネットワークは、多目的アプリケーシ
ョン並びに汎用アプリケーションに特に好まれる。動的
ネットワークはプログラム要求にもとづく通信パターン
を実行できる。動的ネットワーキングは、1つ以上のバ
ス・システム、多段式相互通信ネットワーク、クロスバ
ー・スイッチ・ネットワークによって与えられる。
【0008】全ての並列プロセッサ、特に動的ネットワ
ークに重要なのは、相互接続回路のパッケージングであ
る。特に相互接続は、高速切換え、低信号減衰、低クロ
ストーク、低雑音を備えていなければならない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は並列プロセッ
サに関し、特にプロセッサ、メモリ並びにプロセッサ素
子とメモリ素子を搭載する専用のプリント回路カード基
板などの、複数のプリント回路カード基板を有する並列
プロセッサに関する。プリント回路カード基板は、フレ
キシブル回路などの複数の回路化フレキシブル基板に取
付けられる。回路化フレキシブル基板は、比較的リジッ
ドな中央積層部を介して、分離されたプリント回路カー
ド基板を接続する。この中央積層部は、プロセッサ間、
メモリ間、プロセッサ素子とメモリ素子間、バスを経由
してのプロセッサとメモリの相互接続、及び通信のため
のZ軸手段などの手段を提供する。
【0010】並列プロセッサ・システムは、マイクロプ
ロセッサ及び複数のメモリ・モジュールなどの複数の分
離したプロセッサを有する。プロセッサとメモリは、S
IMD、MIMDなどの複数の相互接続トポロジの1つ
に配置できる。
【0011】メモリ・モジュールとマイクロプロセッサ
は、ハイパーキューブの環状ネットワークのような様々
なトポロジを通して通信する。ただし、これは具体例で
あって他の方式を制限するものではない。これらの素子
間の通信形態は、様々な種類の物理的具体化がある。本
明細で述べる本発明の方法では、個々の論理素子及びメ
モリ素子はプリント回路カード基板上にある。これらの
プリント回路カード基板は、個々の回路化フレキシブル
基板の比較的リジッドな回路化された積層部から外部に
延びる回路化フレキシブル基板に順序よく取付け或いは
接続される。相互通信は積層部で実行されるスイッチ構
造体を通して与えられる。このスイッチ構造体は、各マ
イクロプロセッサを並列プロセッサの他の個々のマイク
ロプロセッサ、並びに個々のメモリ・モジュールに接続
し、図1で示される物理的構造、及び図2で示される論
理的構及び電気的構造を有する。
【0012】特に電気的構造及び論理的構造の好ましい
物理的具体例が図1に多層スイッチ構造体として示され
ている。このスイッチ構造体は、各装置または対の装
置、すなわち、個々のマイクロプロセッサ、メモリ・モ
ジュールまたはマイクロプロセッサ素子及びメモリ素子
のそれぞれに対するフレキシブル回路21の独立した層
を備える。データ線、アドレス線及び制御線を有するプ
レーナ回路は、個々のプリント回路カード基板25にあ
り、フレキシブル回路21を介して接続され、図1に示
される中央積層部であるフレキシブル回路21のZ軸回
路(バイア及びスルー・ホール)を介してフレックスの
他の層と交信する。図2にバス構造が示され、単一のバ
ス、例えば、データ・バスにはAバス、Bバス或いはO
バスが有り、複数のメモリ装置がバスを経てORゲート
によって表される4個のプロセッサに接続されている。
アドレス・バス、アドレス・デコーディング・ロジッ
ク、読出し/書込みロジックは図示されていない。OR
ゲートによって表される並列プロセッサ部、ORゲート
への入力部、ORゲートからの出力部は、積層化フレッ
クス構造体の積層部41によって支えられる。
【0013】
【課題を解決するための手段】構造的に並列プロセッサ
・パッケージ11は、複数のプリント回路カード基板2
5に搭載されたマイクロプロセッサ集積回路チップ29
aのような、複数の集積回路チップ29を有する。例え
ば、本発明の並列プロセッサ・パッケージ11は、第1
のマイクロプロセッサ集積回路チップ29aを搭載する
第1のプロセッサ集積回路のプリント回路カード基板2
5と、第2のマイクロプロセッサ集積回路チップ29a
を搭載する第2のプロセッサ集積回路のプリント回路カ
ード基板25とを有する。
【0014】複数のメモリ集積回路チップ29bは互い
に相似性の構造体であり、並列プロセッサ・パッケージ
11は複数のプリント回路カード基板25に搭載された
複数のメモリ集積回路チップ29bを有する。プロセッ
サ・チップの構造が同じである本発明の並列プロセッサ
・パッケージ11は、第1のメモリ集積回路チップ29
bを搭載する第1のメモリ集積回路のプリント回路カー
ド基板25と、第2のメモリ集積回路チップ29bを搭
載する第2のメモリ集積回路のプリント回路カード基板
25を有する。
【0015】機械的相互接続、電気的相互接続は、複数
のフレキシブル回路21によって、異なるプリント回路
カード基板25に搭載された集積回路チップ29間で行
われる。これらの各々のフレキシブル回路21は、信号
相互接続回路の接合部211、プリント回路カード基板
25を支えるための端末部213、並びに接合部211
と端末部213との間にあるフレキシブル回路の拡張部
212とを有する。信号相互接続回路の接合部211
は、Z軸回路においてX−Yのプレーナ回路214、並
びにバイア215とスルー・ホール217を有する。
【0016】フレキシブル回路21は、その信号相互接
続回路の接合部211で積層化されている。この相互接
続回路の接合部は、個々のフレキシブル回路21の積層
で作られ、X軸、Y軸、Z軸の信号相互接続部をマイク
ロプロセッサ集積回路チップ29aとメモリ集積回路チ
ップ29bとの間に有する。フレキシブル回路21は、
接着接合によって物理的に積層化され、信号相互接続回
路の接合部211と、それから離れた位置にある端末部
213は、瞬間液相接合されてから、はんだで接合され
て電気的接続が行われる。
【0017】本発明では個々のフレキシブル回路21
は、独立したサブアセンブリである。これらのサブアセ
ンブリは、少なくとも1つの内部電源コアの電源面22
1と、少なくとも1つの信号コアの信号面222、及び
これらの間に誘電体223の層を挟んだ積層部である。
誘電体223は、3.5より低い誘電率を持つ高分子誘
電体である。この高分子誘電体の材料にはポリイミド、
または過フルオロカーボン・ポリマ、または好ましい具
体例では高分子誘電体から成る複数フェーズ複合物など
がある。複数フェーズ複合物の誘電体は低誘電率を有
し、複合物内に膨らんで拡散する低い熱膨張係数を持つ
材料を有する。複合物は3.5より低い誘電率がよく、
好ましくは3.0より低く、特に好ましい実施例では
2.0より低いのがよい。これは低誘電率且つ低熱膨張
係数の充填材で充填された低誘電率の過フルオロカーボ
ン・ポリマのマトリックスの使用によって得られる。過
フルオロカーボン・ポリマは、過フルオロエチレン、過
フルオロアルコキシ及びこれらの共重合体から成るグル
ープから選ばれる。拡散させられる低誘電率の材料は、
低誘電率、低熱膨張係数を持つ微粒子の充填材である。
典型的な低誘電率の微粒子である充填材は、シリカ粒
子、シリカ球、空洞シリカ球、酸化アルミニウム、アル
ミニウム窒化物、ジルコニウム酸化物、チタン酸化物な
どから成るグループから選ばれる。
【0018】電源コアの電源面221は、銅箔、モリブ
デン箔、または「CIC」(銅−アンバー−銅)積層箔
であることができる。フレキシブル回路21は、1S1
P(1つの信号面、1つの電源面)フレキシブル回路、
2S1P(2つの信号面、1つの電源面)フレキシブル
回路、または2S3P(2つの信号面、3つの電源面)
フレキシブル回路であることができる。
【0019】フレキシブル回路21は、その両端にプリ
ント回路カード基板25を取付けるための2つの端末部
213、または唯一1つの端部にプリント回路カード基
板25を取付けるための単一の端末部213の何れかを
有することができる。唯一1つの端部にプリント回路カ
ード基板25を取付けるフレキシブル回路21を採用す
る場合、唯一1つの端部に端末部213を各々が有する
対のフレキシブル回路21は積層化され、積層化された
信号相互接続回路の接合部211は重複させられるが、
しかし、端末部213とフレキシブル回路の拡張部21
2は、並列プロセッサ・パッケージの信号相互接続回路
の積層部41の両端部から外部に延びる。
【0020】本発明において、信号相互接続回路の接合
部211におけるフレキシブル回路21のパッドとパッ
ドとの接合手段である、はんだ合金の組成は、均質の場
合、誘電体の1次転移温度より高い最終融点を持ち、且
つ誘電体の1次転移温度より低いシステム共融温度を持
つ。前述のはんだ合金は、システム共晶においてAu成
分の多い一連のAu層とSn層であることができ、上記
合金は約280℃のシステム共融温度を持ち、且つ約4
00℃、好ましくは約500℃より高い均質の合金融点
を持つ。Snは前述のようにAu薄膜によって環境から
保護される。
【0021】本発明によると、第1の回路化高分子パネ
ルのフレキシブル回路21を第2の回路化高分子パネル
のフレキシブル回路21に接合することが可能である。
ここにおいて各回路化高分子パネルのフレキシブル回路
21は少なくとも1対で向かい合う、パネルとパネルの
電気的接合のための電気導電性のパッド216を有す
る。本発明の方法では、金属接合のために向かい合うパ
ッド216上に、ある種の金属が付着される。AuとS
nなどの選択された金属が、共晶を形成可能である。金
属は非共晶化学量論で付着される。回路化高分子パネル
の複数のフレキシブル回路21間において加圧中にアセ
ンブリは加熱され、接合される。回路化高分子パネルの
フレキシブル回路21は、高分子誘電体または接着材の
1次転移温度(例えば、ガラス転移温度または融点)よ
り高い温度で加熱される。共晶形成システムの共融温度
は、接合に用いられる高分子誘電体の1次転移温度(例
えば、ガラス転移温度または融点)より低い。しかしな
がら、付着における実際の化学量論は非共晶であり、均
質にされた金属組成の融点は接合に用いられる高分子の
融点より高い。本発明の好ましい典型的な具体例では、
共晶形成システムは、Au−Snであり、高分子誘電体
の1次転移温度(例えばガラス転移温度または融点)は
Au−Snシステムの共融温度より高く、形成される均
質のAu−Sn合金の融点より低い。本発明では、処理
または保管中のSnの酸化防止のために、Auの薄膜ま
たはフラッシュ・メッキがSn上に施される。
【0022】本発明の実施例では、回路化高分子誘電体
パネルの複数のフレキシブル回路21間において、パッ
ド216とパッド216との電気的接続をもたらす、フ
レキシブル回路21の積層部41が提供される。このパ
ッド216とパッド216との電気的接続は、共晶形成
システムの非共晶化学量論の組成によって特徴づけられ
た接合金属の瞬間液相形成接合によってもたらされる。
システムの共融温度は、高分子誘電体の1次転移温度
(例えば、ガラス転移温度または融点)より低く、且つ
均質の接合金属組成の最終融点は、高分子誘電体の1次
転移温度よりも高い。この典型的な具体例の好ましい実
施例では接合金属は、Au成分の高いAu−Sn合金で
ある。Au−Sn合金の原子比率Au/[Au+Sn]
は少なくとも約0.6、好ましくは約0.8乃至0.9
であることがよい。
【0023】
【実施例】ここで説明する本発明の内容は、並列プロセ
ッサ1と複数の集積回路チップ29とを有する並列プロ
セッサ・パッケージ11に関する。集積回路チップ29
は、例えば後で説明するフレキシブル回路21の積層部
41を介して接続され、プリント回路カード基板25に
搭載された、好ましくは高度なマイクロプロセッサ集積
回路チップ29a並びにメモリ集積回路チップ29bで
ある。同類の構造体を組立てる、その構造と方法は、並
列プロセッサ、個々のフレックス・コネクタ上のメモリ
・バンクまたは分別メモリ・バンクでのバンク切換えメ
モリ及び濃密に内部接続されたネットワークにおけるフ
レックス・ケーブルとフレックス・ケーブルとの接続に
おいて有用である。
【0024】高度のマイクロプロセッサ、例えばパイプ
ライン・システムのマイクロプロセッサ及びRISC
(reduced instruction set computer)のマイクロプロ
セッサは、チップ・レベルの集積化及びチップ・レベル
の回路密度化を著しく増加させた。やがて、これらの高
度のマイクロプロセッサは、パッケージの低レベルのマ
イクロプロセッサとの接続において、密度の濃い配線と
相互接続数の増大を必要とさせた。更に高度のマイクロ
プロセッサが多重プロセッサ構成、すなわち、SIMD
及びMIMDのような並列プロセッサと組合わされる場
合、性能、論理密度、メモリ密度、I/Oパッケージン
グを含む回路密度のこれら全てにおいて更に高レベルが
必要とされる。
【0025】本発明の基本構造である並列プロセッサ・
パッケージ11、例えば、SIMDまたはMIMDであ
る並列プロセッサは、積層スイッチ構造体である積層部
41を介して互いに交信する複数のマイクロプロセッサ
集積回路チップ29aと複数のメモリ集積回路チップ2
9bとから組立てられる。この積層スイッチ構造体は並
列プロセッサ1において、個々のマイクロプロセッサ集
積回路チップ29aを互いに接続、更にそれぞれのメモ
リ集積回路チップ29bと接続させ、図2で示されるよ
うに論理的構造、電気的構造を有する。
【0026】積層スイッチ構造体:本発明の並列プロセ
ッサ・パッケージ11は、キャリア、コネクタ及びI/
Oを単一のパッケージに統合する。単一のパッケージ
は、分離している複数のフレキシブル回路21間でZ軸
の信号と電源を接続するための、キャリア・クロス・セ
クションの積層部41を有し、その形成のためにまとめ
て積層されて組込まれる、多重回路であるフレキシブル
回路21を有する。分離したサブアセンブリを図3に示
す。
【0027】並列プロセッサ・パッケージ11の物理的
具体化は、膨大な並列プロセッサ・システムの現プリン
ト回路カード基板技術を改良し、高密度配線のプリント
回路カード基板技術を利用して高性能、且つ低コストの
利点を提供する。中央スイッチ、或いはリジッド部と称
する積層部41と、外部に延びるフレキシブル回路21
(メモリ集積回路チップ29bと論理モジュールである
マイクロプロセッサ集積回路チップ29aとを支えるプ
リント回路カード基板25への接続機構)の両方は、ク
ロス・セクションのようなプリント回路カード基板、及
び低誘電率であるポリマ基板によって特徴づけられる。
【0028】この電気的構造体、論理的構造体の物理的
具体化には、図1で示される多層の積層スイッチ構造体
も含まれる。上記スイッチ構造体は、個々のプリント回
路カード基板25、或いは対のプリント回路カード基板
25のそれぞれに対し、分離された層であるフレキシブ
ル回路21を与える。各々のプリント回路カード基板2
5は、マイクロプロセッサ集積回路チップ29a、メモ
リ集積回路チップ29b、I/O、並びにマイクロプロ
セッサ素子及びメモリ素子を支える。データ線、アドレ
ス線、制御線などを有するプレーナ回路214はフレキ
シブル回路21上にあり、図3に示すように中央部の積
層部41のバイア215及びスルー・ホール217を介
して他の層のフレキシブル回路21と通信する。
【0029】積層フレックス設計は、並列プロセッサ・
パッケージ11から例えば25000もの多数のI/O
をもたらし、単一のパネルから外部に延びる独立したフ
レックス・ケーブルの製作、位置合わせ及び接合などの
必要性を排除する。従来のプレーナ・パネルは、本発明
の統合された軟/硬/軟、または硬/軟のケーブルの接
続性に対して、何倍もの大きい形状である。
【0030】中央積層スイッチ部で接合されたフレック
ス・カード・キャリア:本発明の並列プロセッサ・パッ
ケージ11は、積層中央スイッチすなわちスイッチ部で
ある積層部41と、そこから外部に延びるフレキシブル
回路21とを接合し、末端にプリント回路カード基板2
5を有し、その上に集積回路チップ29として統合され
た回路素子であるマイクロプロセッサ集積回路チップ2
9aとメモリ集積回路チップ29bとを搭載する。
【0031】今まではフレックス・ケーブルとフレック
ス・キャリアは、1つまたは2つの面、すなわちキャリ
アの上面または上面と下面に統合されて取付けられてい
た。しかしながら、本発明ではフレキシブル回路21
は、複数にスタックされた1つの積層部のフレキシブル
回路21として、中央スイッチまたはキャリア構造体に
統合化されている。中央領域の接合部211において、
フレキシブル回路21の選択された積層の領域では、リ
ジッド積層キャリアである積層部41が形成される。こ
の積層領域の積層部41は、複数のフレキシブル回路2
1間にZ軸の回路線を有する。
【0032】フレキシブル回路21の個々の層は内部伝
導体、すなわち、内部の電源面221と内部の信号面2
22とを有する。更に高I/O密度、高配線密度並びに
高回路密度による範囲の狭い寸法許容差に対応するため
に、個々のサブアセンブリの熱膨張係数(CTE)を慎
重に管理することが必要である。CTEの管理は誘電体
223の層が積層するモリブデン箔、または銅/アンバ
ー/銅箔などの、適切なCTEを持つ内部の金属伝導体
である電源面221を使用することによって果たされ
る。
【0033】中央積層セクションの積層部41から外部
に延びるフレキシブル回路21と、バイア215とスル
ー・ホール217との組合わせは、回路化フレックスが
これらの穴を通って分離された層であるフレキシブル回
路21と電気的接続を行うための配線拡張が容易とな
り、チップ・キャリアにかかわるフートプリント数を減
らすことができる。
【0034】この構造は、並列プロセッサ、特に多量の
並列プロセッサの場合、及び濃密に内部接続されたシス
テムにおいて多くの利点を提供する。他の利点として、
更に小型のチップ・キャリアが可能であり、拡張の容易
性、信号伝送長さの減少、チップ・キャリアとフレック
ス間の接合の不連続性の減少、チップ・キャリアとフレ
ックスの単一の構成要素による信頼性の改良などがあ
る。
【0035】並列プロセッサ・パッケージの設計は、全
てが垂直(Z軸)接続であることが必要とされ、これは
接合合金の結合によって得られる。例えばAu/Sn
と、過フルオロポリマのような有機誘電体とを瞬間液相
接合して積層回路パネルとし、一方で、パネルのフレキ
シブル回路21の外部に延びる端部の拡張部212と端
末部213は接合されないので、これらは回路化フレッ
クス・ケーブルとして機能することになる。この柔軟性
すなわち屈曲性が、プリント回路カード基板25と積層
部41とを互いに遠隔に置くことを可能とする。
【0036】特殊化されたカード基板:本発明の並列プ
ロセッサ・パッケージは、フレキシブル素子上に様々な
組合わせの素子の搭載を可能とする。特にフレキシブル
回路の端末に置かれたプリント回路カード基板は、従来
のプレーナ・マザーボードの拡張スロットに取付けられ
たプリント回路カード基板と同類である。フレキシブル
回路の端部にあるカード基板は、高度なI/O微細リー
ド・ピッチTABなどのテープ自動接合(TAB)を含
むことができる。
【0037】他では、微細ピッチ・プラスチック及びセ
ラミック面搭載パッケージなどの面搭載回路を利用でき
る。
【0038】また、高I/O域アレイはんだボール接続
方式も使用できる。このような高I/O域アレイはんだ
ボール接続チップは、カード上に搭載され、やがてフレ
キシブル・ケーブルに搭載されることになる。
【0039】本発明の他の実施例では、基板上にチップ
を接着して相互接続する方法が使用できる。
【0040】構造上の設計と組立て:本発明の好ましい
実施例では、拡張スロットと同種類であってカード・キ
ャリアとして使用される積層部、及びフレキシブル回路
の中央スイッチ部は、単一の構成要素である。これは構
造体の層間の接着を選択的に限定、且つ制御することに
よって得られる。上記層は、(1)分離した2S3P
(2つの信号面、3つの電源面)構造体、或いは(2)
分離した2S3P(2つの信号面、3つの電源面)と2
S1P(2つの信号面、1つの電源面)との組合わせの
構造体のいずれかである。
【0041】接着処理が行われるパネル領域は、図2で
示されるように一緒に積層化されて積層部41を形成す
る。接着処理が行われない領域は、フレキシブル回路2
1である。マイクロプロセッサ・チップ或いはメモリ・
チップを支える取外し可能または固定できるカードは、
外部に延びるフレックスのセグメントによって支えられ
る。
【0042】本発明の1つの方法によると、銅/アンバ
ー/銅(CIC)の電源面221などの低い熱膨張係数
(CTE)を有する3層の金属箔は、過フルオロカーボ
ン・ポリマ・シートの誘電体223に挟まれて積層化さ
れる。積層化によって回路化され、フレキシブル回路2
1を形成する。特にCrをスパッタした1ミル(0.0
25mm)厚で14.5×10.0インチ(355.2
6×254mm)の固体の銅/アンバー/銅パネルを、
2枚のRogers2800PFA誘電体シート、または同種
類の誘電体シート間に挟み込む。積層化は例えばN2
どの無反応雰囲気中で約390℃、圧力1700ps
i、30分間で行われる。金属層、金属箔及び金属膜は
積層化されて基板となり、磁界を制御し且つ層の間の電
磁シールドをもたらす。追加の誘電体シートが、例えば
回路化後に上記構造体の片面または両面に積層される。
【0043】引続きサブアセンブリが一般に低圧力で一
緒に積層化されるが、そうでない場合は前述の条件下で
行われる。この理由はコア積層化が、例えば約300p
si以上のかなり高圧で行われる場合は誘電体を高密度
にし、一方、約300psi以下で行われる場合は誘電
体を高密度にしないからである。多層の積層化範囲は限
定されるので管理された接着が選択的に行われる。これ
は、好ましくは接着材の種類の選択によって得られ、代
替としてマスキングが実行される。つまり、一緒に積層
化されない部分、すなわち、外部に延びるフレックスと
して残る部分は、高融点の過フルオロアルコキシでマス
キング、またはコーティングして選択的に接着を制御す
る。
【0044】バイア、スルー・ホール及びメッキされた
スルー・ホールの製作について説明する。本発明の並列
プロセッサ・パッケージの積層部すなわち「スイッチ」
部のZ軸集約的設計は、パッケージの製作に特別の注意
を払う必要がある。特にバイアとスルー・ホールが重要
である。
【0045】2つの接合金属が本発明の構造体を提供す
るために使用できる。そのような構造体の1つは、高電
気導電性、且つ脱着可能な接続に使用される樹状Pdで
ある。樹状Pdは、プリント回路カード基板のフレキシ
ブル回路への接合に使用できる。Au/Snなどの、は
んだ付けまたは瞬間液相接合方法が伝導体パッドと積層
部の領域とを金属的に接合するのに使用される。
【0046】瞬間液相接合の場合、スルー・ホール(一
般に4ミル(0.1mm)直径)とブラインド・バイア
(一般に6ミル(0.15mm)直径)は、Au/Sn
金属でメッキされる。
【0047】フレックスの中央積層部13は、複数のフ
レキシブル回路21間で相互接続切換えを与え、瞬間液
相接合のためにAu/Snでメッキを施される。
【0048】本発明の方法によると、Au/Snはフレ
キシブル回路21の接合部211上に選択的に電気めっ
きされる。これは、例えば並列プロセッサ・パッケージ
11の硬い中央部の積層部41の積層化領域であるCu
パッド216に接合するためである。次にSnは、Au
の薄い酸素隔膜層でフラッシュ・メッキされる。
【0049】積層部の製作過程において、積層化は並行
プロセスである。すなわち、高分子誘電体パネル、例え
ばフレックス・パネルの個々のフレキシブル回路21
は、好ましくは電気的相互接続と同じプロセス・ステッ
プで同時に積層化される。
【0050】高分子誘電体パネルの個々のフレキシブル
回路21は、各層が適切に面接合できるように、加熱さ
れた圧力下において接着プロセスで積層化される。プロ
セスは、高分子誘電体パネルの複数のフレキシブル回路
21間にある1枚の接着性の異質の層で実行される。こ
れは1枚のポリイミド接着層、または高分子誘電体の接
着基面の熱と圧縮性のフロー、或いは両方の組合わせに
よって実行される。接着接合は温度と圧力の連続によっ
て行われる。接着材或いは高分子誘電体は、ガラス転移
温度より高い温度で加熱され、及び圧力下において溶融
温度よりも高い随意の温度で加熱して複数のフレキシブ
ル回路21間において接合を形成する。
【0051】電気的相互接続は、サブアセンブリの対の
パッドの向かい合う面の金属接合によって行われる。パ
ッドとパッドとの金属接合は、層数が少ない場合及び回
路密度が低い場合に適しているが、積層数が多く及び回
路密度が高い場合、隣り合う金属接合された対のパッド
間のブリッジングはかなり制約される。各層の連続する
積層化は、先に形成したはんだ接合を溶融して再流動す
ることになり、隣り合う領域において短絡を引起こす原
因になる。
【0052】本発明によると、瞬間液相接合がサブアセ
ンブリの電気的相互接続のために利用される。瞬間液相
接合に関しては、James R.WilcoxとCharles G.Woychi
k らによる米国特許第5038996号「BONDING OF M
ETALLIC SURFACES」、及びCharles R.Davis、Richard
Hsiao、James R.Loomis、Jae M.Park、及びJonathan
D.Reidらによる米国特許出願第536145号の「AU-
SN TRANSIENTLIQUID BONDING IN HIGH PERFORMANCE LAM
INATES」、(1990年6月11日出願)に記載されて
おり本明細書でも参考としている。
【0053】瞬間液相接合は、互いに面するパッド上に
共晶を形成可能な金属の化学量論である非共晶を付着さ
せることを含む、拡散接合技術である。電気導電性の金
属、例えばCu、Ag或いはAuで形成されるパッド
は、共晶形成金属において化学量論的に非共晶組成でコ
ーティングされ、互いに物理的接触をさせて共融温度よ
り高い温度で加熱する。これにより、最初に共晶+固体
の溶融形態となる。しかしながら、この溶融は速く凝固
する。これは金属の融点が高いことと、高溶融である相
の融解物への拡散による。この流体の凝固は、向かい合
うパッド間の金属接合を形成する。瞬間液相接合はフラ
ックスなしで、接合に僅かな接合材を用いて得られる。
【0054】本発明ではシステムにかかわる共融温度
は、接合に用いられる接着材或いは高分子誘電体の融点
より低い。一方、結果として形成される金属組成の融点
は、接合に用いられた接着材或いは高分子誘電体の融点
より高い。
【0055】本発明の好ましい方法では、Au/Sn共
晶のAu成分の多いAu/Sn合金が結合合金として使
用される。本発明の好ましい具体例ではAu/Sn合金
の原子比率Au/[Au+Sn]は、金属間固体AuS
n+AuSn2 に相当する、少なくとも約0.6、好ま
しくは約0.8乃至0.9である。
【0056】積層化プロセスの低加熱速度特性で、Au
/Sn合金は最初に、例えば、Au−Snの共融温度2
80℃の低温度で共晶融解物を形成する。しかしなが
ら、付加の溶融物への金の拡散によって融点は上がる。
最終的には、引続く層の積層化において、高分子の接着
温度における時間経過と共に、更に融解物への金の拡散
が生じ、後のプロセスで得られるどの温度よりも融点が
高い非共晶のAu/Sn合金が形成される。これはブリ
ッジングを避け、及びもろい合金が形成されることを阻
止することになる。
【0057】接着材或いは高分子誘電体の融点は、Au
−Snシステムの共融温度よりも高いが、しかし、Au
/Sn合金が形成される融点よりも低い。この結果、後
のプロセスにおいて金属接合が溶解または流動すること
はない。
【0058】Au−Sn状態図は平衡状態図であり、相
移動動態は瞬間液相接合で形成される相及び相組成を実
質的に決めることに注目されたい。
【0059】瞬間液相接合において、Auが両方のCu
上にめっきされ、1つのAu面の上部にSn面が続く。
1実施例においてAuは、酸性のpH(例えば、およそ
pH=5.5)において約8g/リットル乃至32g/
リットルのAu(主成分は金)を含むシアン化物金塩溶
液で電気めっきされる。次にSnが2つのAu層の1つ
の上部に電気めっきされる。例えば約8g/リットル乃
至12g/リットルの硫酸第1スズ(錫)を含むメタン
スルホン酸溶液においてである。次に並列積層化と相互
接続が行われ、その条件は圧力が約200psi乃至5
00psi、温度は一般に約280℃乃至390℃、好
ましくは、275℃乃至300℃である。
【0060】Au/Sn合金に関する瞬間液相接合を述
べたが、勿論、Sn/Bi合金のような他の金属も利用
できることを理解されたい。
【0061】Au−SnシステムにおいてSnは、空気
と液体(電着溶液を含む)の両方によって侵されやす
い。これはSnの持久力に対して非常に影響し、金属接
合においてかなり満足な金属を得るために、メッキ後に
比較的に速い積層化を必要とさせる。
【0062】そのため本発明では関連する不活性酸素境
界層の金属、特にSnの上部にAuなどの電気めっきま
たは膜が与えられる。これは、下部にある金属のSnを
維持及び取扱い中における酸化から保護する。このよう
にAu−Snシステムでは、Auの薄膜がSnの上部に
存在する。これが処理中において、Sn層を表面酸化か
ら保護する。Au層は、Snに薄いAuの保護層を重ね
めっきすることによって形成できる。
【0063】以上のことから、Auの薄層によってSn
を酸化防止することが必要である。約30マイクロイン
チ厚乃至60マイクロインチ厚、例えば、重量99.9
7%を超える高純度のAu層はSnへの酸素浸透を防
ぐ。Auコーティングは、例えば、電気めっきなどの順
応整合性のコーティングである。
【0064】必要な順応整合性を持たせるために、Sn
の材料の前処理、すなわち、ホット・プラギングの実施
が必要である。すなわち、Au電気めっき溶液に接する
または浸す前にSnの1部に電位が与えられる。これを
ホット・プラギングと称する。ホット・プラギングは、
Au電気めっき溶液中でのSnの溶解を排除し、非付着
性のSn酸化物ベース上にAuの多孔性のめっきがされ
ることを排除する。
【0065】Snが置かれる条件は、銀/銀の塩化物電
極において少なくとも約0.73Vの電位、及び電気め
っき溶液温度は少なくとも約華氏140度(60℃)、
電流密度は少なくとも約3A/ft2 である。
【0066】本発明によると、Auの薄層がSn上に電
気めっきされる。これはSnを外部から保護し、瞬間液
相接合プロセス中に直ちに溶解するようにである。
【0067】本発明の方法によってパッドとパッド間を
電気的接続する回路化された高分子誘電体パネルの積層
化が提供される。パッド間の電気的接続は共晶形成シス
テムの非共晶化学量論の組成によって特徴づけられる接
合金属の結合を形成する瞬間液相によって与えられ、共
融温度は高分子誘電体の融点よりも低く、接合金属組成
の融点は高分子誘電体の融点よりも高い。好ましい具体
例では接合金属組成の融点は、高分子誘電体の融点より
高い。
【0068】接着性の異質層が個々の高分子誘電体層の
間に存在する他の代替例においては、共融温度は接着材
の融点または熱硬化温度よりも低く、接合金属組成の融
点は接着材の融点よりも高い。好ましい具体例では、接
合金属組成の融点は接着材の融点より高い。
【0069】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
【0070】(1)複数のプロセッサ集積回路チップ、
複数のメモリ集積回路チップ並びにこれらの間の信号相
互接続回路手段を有する並列プロセッサであって、 a.第1のプロセッサ集積回路チップを搭載した第1の
プロセッサ集積回路のプリント回路カード基板と、 b.第2のプロセッサ集積回路チップを搭載した第2の
プロセッサ集積回路のプリント回路カード基板と、 c.第1のメモリ集積回路チップを搭載した第1のメモ
リ集積回路のプリント回路カード基板と、 d.第2のメモリ集積回路チップを搭載した第2のメモ
リ集積回路のプリント回路カード基板と、 e.電源コア、信号コア及びこれらの間の誘電体の層と
を有する複数の分離されたフレキシブル回路とを有し、
更に、 i)Z軸回路において、X−Yプレーナ回路、バイア、
スルー・ホールとを有する信号相互接続回路部と、 ii)プリント回路カード基板を接合するための手段を
有する端末部と、 iii)上記信号相互接続回路部と上記端末部間にフレ
キシブル回路部とを有し、 f.信号相互接続回路本体部はプロセッサ集積回路チッ
プとメモリ集積回路チップ間にX軸、Y軸、Z軸の信号
相互接続を有し、信号相互接続回路部において上記フレ
キシブル回路の積層部を有し、上記フレキシブル回路
は、接着結合による物理的接続で積層化され、その信号
相互接続回路部及び離れた位置にある端末部は、はんだ
結合によって電気的接続され、 g.上記はんだ結合手段は金とスズの合金で形成され、
その組成は誘電体の1次転移温度より高い均質の合金の
融点を持ち、且つ誘電体の1次転移温度より低い共融温
度を持ち、上記はんだ結合は、1対の向かい合う付着物
によって形成され、少なくとも上記付着物の一方はSn
を有し、及び上記付着物の両方はAu面を有している、
並列プロセッサ。 (2)はんだ合金は金とスズの合金であり、システム共
晶ではAu成分の多い組成、並びに約280℃のシステ
ム共融温度、及び約400℃より高い均質の合金の融点
を持つ、上記(1)記載の並列プロセッサ。 (3)各々の回路化高分子パネルは、互いの電気的相互
接続のために少なくとも向き合う1対の電気導電性のパ
ッドを有し、第1の回路化高分子パネルを第2の回路化
高分子パネルに接合するための方法であって、 a.付着物がSn層上にAu障壁層を形成し、上記Au
とSnの金属は共晶形成システムであり、及び非共晶化
学量論でのAuとSnの金属を上記向き合う1対の電気
導電性のパッドに電着させる方法と、 b.パネル間を結合するために回路化高分子パネルを加
圧、加熱する方法とを含み、ここにおいて上記パネル
は、高分子誘電体の1次転移温度より高い温度で加熱さ
れ、共晶形成システムの共融温度は、結合に用いられる
高分子誘電体の1次転移温度より低く、及び金属組成の
融点は結合に用いられる高分子誘電体の1次転移温度よ
りも高い、結合方法。 (4)Au−Sn合金は、少なくとも約0.8の原子比
率Au/[Au+Sn]であることを特徴とする、上記
(3)記載の方法。 (5)各々の回路化高分子パネルが互いの電気的相互接
続のために少なくとも向き合う1対の電気導電性のパッ
ドを有し、第1の回路化高分子パネルを第2の回路化高
分子パネルに接合するための方法であって、 a.AuとSnの金属は共晶形成システムであり、均質
の場合、非共晶化学量論を有し、Snが環境に晒されな
いようにSn上にAuが付着されるよう、AuとSnの
金属を上記向き合う1対の電気導電性のパッドに電着さ
せる方法と、 b.少なくとも1つの回路化高分子パネル上に接着材を
与える方法と、 c.パネル間を結合するために回路化高分子パネルを加
圧、加熱する方法とを含み、ここにおいて上記パネル
は、接着材の1次転移温度より高い温度で加熱され、共
晶形成システムの共融温度は、結合に用いられる接着材
の1次転移温度より低く、及びAu−Snの金属組成の
均質の合金の融点は結合に用いられる接着材の1次転移
温度よりも高い、結合方法。 (6)Au−Sn合金は、少なくとも約0.8の原子比
率Au/[Au+Sn]であることを特徴とする、上記
(5)記載の方法。 (7)Auの電気めっきをホット・プラギングすること
を含む、上記(3)記載の方法。 (8)電位0.73V且つ少なくとも電流密度3A/f
2 の条件でAuの電気めっきをホット・プラギングす
ることを含む、上記(7)記載の方法。 (9)Auの電気めっきをホット・プラギングすること
を含む、上記(5)記載の方法。 (10)電位0.73V且つ少なくとも電流密度3A/
ft2 の条件でAuの電気めっきをホット・プラギング
することを含む、上記(9)記載の方法。
【0071】
【発明の効果】この構造は、並列プロセッサ、特に多量
の並列プロセッサの場合、及び濃密に内部接続されたシ
ステムにおいて多くの利点を提供する。他の利点とし
て、更に小型のチップ・キャリアが可能であり、拡張の
容易性、信号伝送長さの減少、チップ・キャリアとフレ
ックス間の接合の不連続性の減少、チップ・キャリアと
フレックスの単一の構成要素による信頼性の改良などが
提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の並列プロセッサ・パッケージの機構及
び構造上の機能の概要を示す図である。
【図2】固定されない部分をもつ積層部を形成する、フ
レキシブル回路の積層化を示す図である。
【図3】プリント回路カード基板を接続するためのPd
樹状の面回路、及び積層化される部分に接合金属、バイ
ア、スルー・ホールを有する、本発明のフレキシブル回
路の透視図を示す図である。
【符号の説明】
1 並列プロセッサ 11 並列プロセッサ・パッケージ 13 中央積層部 21 フレキシブル回路 25 プリント回路カード基板 29 集積回路チップ 29a マイクロプロセッサ集積回路チップ 29b メモリ集積回路チップ 41 積層部 211 接合部 212 拡張部 213 端末部 214 プレーナ回路 215 バイア 216 パッド 217 スルー・ホール 221 電源面 222 信号面 223 誘電体
フロントページの続き (72)発明者 ジャイナル・アベディン・モラ アメリカ合衆国、ニューヨーク州エンディ コット、グリーン・メドウ・レーン 1177

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数のプロセッサ集積回路チップ、複数の
    メモリ集積回路チップ並びにこれらの間の信号相互接続
    回路手段を有する並列プロセッサであって、 a.第1のプロセッサ集積回路チップを搭載した第1の
    プロセッサ集積回路のプリント回路カード基板と、 b.第2のプロセッサ集積回路チップを搭載した第2の
    プロセッサ集積回路のプリント回路カード基板と、 c.第1のメモリ集積回路チップを搭載した第1のメモ
    リ集積回路のプリント回路カード基板と、 d.第2のメモリ集積回路チップを搭載した第2のメモ
    リ集積回路のプリント回路カード基板と、 e.電源コア、信号コア及びこれらの間の誘電体の層と
    を有する複数の分離されたフレキシブル回路とを有し、
    更に、 i)Z軸回路において、X−Yプレーナ回路、バイア、
    スルー・ホールとを有する信号相互接続回路部と、 ii)プリント回路カード基板を接合するための手段を
    有する端末部と、 iii)上記信号相互接続回路部と上記端末部間にフレ
    キシブル回路部とを有し、 f.信号相互接続回路本体部はプロセッサ集積回路チッ
    プとメモリ集積回路チップ間にX軸、Y軸、Z軸の信号
    相互接続を有し、信号相互接続回路部において上記フレ
    キシブル回路の積層部を有し、上記フレキシブル回路
    は、接着結合による物理的接続で積層化され、その信号
    相互接続回路部及び離れた位置にある端末部は、はんだ
    結合によって電気的接続され、 g.上記はんだ結合手段は金とスズの合金で形成され、
    その組成は誘電体の1次転移温度より高い均質の合金の
    融点を持ち、且つ誘電体の1次転移温度より低い共融温
    度を持ち、上記はんだ結合は、1対の向かい合う付着物
    によって形成され、少なくとも上記付着物の一方はSn
    を有し、及び上記付着物の両方はAu面を有している、
    並列プロセッサ。
  2. 【請求項2】はんだ合金は金とスズの合金であり、シス
    テム共晶ではAu成分の多い組成、並びに約280℃の
    システム共融温度、及び約400℃より高い均質の合金
    の融点を持つ、請求項1記載の並列プロセッサ。
  3. 【請求項3】各々の回路化高分子パネルは、互いの電気
    的相互接続のために少なくとも向き合う1対の電気導電
    性のパッドを有し、第1の回路化高分子パネルを第2の
    回路化高分子パネルに接合するための方法であって、 a.付着物がSn層上にAu障壁層を形成し、上記Au
    とSnの金属は共晶形成システムであり、及び非共晶化
    学量論でのAuとSnの金属を上記向き合う1対の電気
    導電性のパッドに電着させる方法と、 b.パネル間を結合するために回路化高分子パネルを加
    圧、加熱する方法とを含み、ここにおいて上記パネル
    は、高分子誘電体の1次転移温度より高い温度で加熱さ
    れ、共晶形成システムの共融温度は、結合に用いられる
    高分子誘電体の1次転移温度より低く、及び金属組成の
    融点は結合に用いられる高分子誘電体の1次転移温度よ
    りも高い、結合方法。
  4. 【請求項4】Au−Sn合金は、少なくとも約0.8の
    原子比率Au/[Au+Sn]であることを特徴とす
    る、請求項3記載の方法。
  5. 【請求項5】各々の回路化高分子パネルが互いの電気的
    相互接続のために少なくとも向き合う1対の電気導電性
    のパッドを有し、第1の回路化高分子パネルを第2の回
    路化高分子パネルに接合するための方法であって、 a.AuとSnの金属は共晶形成システムであり、均質
    の場合、非共晶化学量論を有し、Snが環境に晒されな
    いようにSn上にAuが付着されるよう、AuとSnの
    金属を上記向き合う1対の電気導電性のパッドに電着さ
    せる方法と、 b.少なくとも1つの回路化高分子パネル上に接着材を
    与える方法と、 c.パネル間を結合するために回路化高分子パネルを加
    圧、加熱する方法とを含み、ここにおいて上記パネル
    は、接着材の1次転移温度より高い温度で加熱され、共
    晶形成システムの共融温度は、結合に用いられる接着材
    の1次転移温度より低く、及びAu−Snの金属組成の
    均質の合金の融点は結合に用いられる接着材の1次転移
    温度よりも高い、結合方法。
  6. 【請求項6】Au−Sn合金は、少なくとも約0.8の
    原子比率Au/[Au+Sn]であることを特徴とす
    る、請求項5記載の方法。
  7. 【請求項7】Auの電気めっきをホット・プラギングす
    ることを含む、請求項3記載の方法。
  8. 【請求項8】電位0.73V且つ少なくとも電流密度3
    A/ft2 の条件でAuの電気めっきをホット・プラギ
    ングすることを含む、請求項7記載の方法。
  9. 【請求項9】Auの電気めっきをホット・プラギングす
    ることを含む、請求項5記載の方法。
  10. 【請求項10】電位0.73V且つ少なくとも電流密度
    3A/ft2 の条件でAuの電気めっきをホット・プラ
    ギングすることを含む、請求項9記載の方法。
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