JPH08213543A - マルチダイパッケージ装置 - Google Patents
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- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/18—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components
- H05K1/182—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components associated with components mounted in the printed circuit board, e.g. insert mounted components [IMC]
Abstract
(57)【要約】
【課題】 最小のサイズ、重量を有し、電力ロスを大幅
に軽減した密閉パッケージを実現する。 【解決手段】 複数の積み重ねられたチップ層10が設
けられ、各チップ層は、チップ層の上面から底面までを
通過するように設けられた多数のビアホール40,4
2,44を有する。各ビアホールは上面及び底面に形成
されたパッド41a,41b,43a,43b,45
a,45bに接続される。トレース24,26,30,
32のパターンは、基板の一側面上に形成され、設計に
応じてビアホールパッドに接続さる。集積回路は、パッ
ド14がレースのいくつかにワイヤ接続された状態で、
前記基板の他方の面に実装される。複数のチップ層は、
各層のビアホールが隣接した層のビアホール、及び各層
の上面及び底面上のビアホールパッドと合うように配置
される。
に軽減した密閉パッケージを実現する。 【解決手段】 複数の積み重ねられたチップ層10が設
けられ、各チップ層は、チップ層の上面から底面までを
通過するように設けられた多数のビアホール40,4
2,44を有する。各ビアホールは上面及び底面に形成
されたパッド41a,41b,43a,43b,45
a,45bに接続される。トレース24,26,30,
32のパターンは、基板の一側面上に形成され、設計に
応じてビアホールパッドに接続さる。集積回路は、パッ
ド14がレースのいくつかにワイヤ接続された状態で、
前記基板の他方の面に実装される。複数のチップ層は、
各層のビアホールが隣接した層のビアホール、及び各層
の上面及び底面上のビアホールパッドと合うように配置
される。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、集積回路チップ
のパッケージングに関し、特に、積み重ねられた(積層
された)集積回路の3次元パッケージ、マルチダイパッ
ケージに関する。
のパッケージングに関し、特に、積み重ねられた(積層
された)集積回路の3次元パッケージ、マルチダイパッ
ケージに関する。
【0002】
【従来の技術】電気回路の大規模化及び複雑化により、
回路実装(パッケージ)におけるサイズ縮小化の限界に
向かい、多大な研究が行われている。マルチチップモジ
ュールには、多くの集積回路チップが複数層基板上に、
極めて接近した状態で並んで実装するタイプがある。こ
れにより、隣接したチップは、多数の異なった面まで拡
張するリード線を用い、互いに接続することができる。
従って、パッケージの水平寸法は、垂直寸法の縮小をい
くらか犠牲にすることにより縮小することができる。
回路実装(パッケージ)におけるサイズ縮小化の限界に
向かい、多大な研究が行われている。マルチチップモジ
ュールには、多くの集積回路チップが複数層基板上に、
極めて接近した状態で並んで実装するタイプがある。こ
れにより、隣接したチップは、多数の異なった面まで拡
張するリード線を用い、互いに接続することができる。
従って、パッケージの水平寸法は、垂直寸法の縮小をい
くらか犠牲にすることにより縮小することができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】集積回路チップは、互
いに垂直に積層され、通常の単一チップや複数水平配列
されたパッケージと比較して、サイズ、重み、及び電力
が低減される。しかし、パッドに接続される多数のチッ
プが、例えば単一チップ上で400個を越える場合、従
来の配列では、チップパッケージにおいて、前述したよ
うに全てのチップパッドから他のチップパッドへ、また
は外部回路へ相互接続を行うことは困難である。従来の
チップ積層配列では、異なるレベルのチップ間の相互接
続が前記積層(スタック)の側面でなされる。リード線
は、パッドに接続されている各チップからスタックの側
面まで導かれ、相互接続は、垂直接続、または前記積層
の外部側面に沿って伸びる垂直バスとして形成される。
前記スタックの側面の垂直平面面積には限界があるた
め、スタック内チップのチップ接続パッドとスタック外
部の接続要素との入出力接続数が、それ自身かなり制限
される。従来のチップスタックでは、パッドに接続され
ているチップからの配線は、スタックの一側面まで導か
れ、スタックの層と接続点との間の垂直相互接続が、適
切に形成される。これは過去において、チップ上に金属
被覆や付加的なリード線を設けたり、他の相互接続技
術、例えばTAB(tape automated bonding)を用いるこ
とによりなされる。これらの技術は、チップまたはウェ
ハに対する特別な処理を必要とし、スタック処理に膨大
なコストがかかる。従来において、特別なチップまたは
ウェハ処理を使用せず、積層すると、スタックの層を相
互接続するための入出力接続の接続数が制限を受ける。
従って、積層するための特別な処理のなされていない標
準チップは、入出力接続におけるいくつかの制限なく積
層することができない。
いに垂直に積層され、通常の単一チップや複数水平配列
されたパッケージと比較して、サイズ、重み、及び電力
が低減される。しかし、パッドに接続される多数のチッ
プが、例えば単一チップ上で400個を越える場合、従
来の配列では、チップパッケージにおいて、前述したよ
うに全てのチップパッドから他のチップパッドへ、また
は外部回路へ相互接続を行うことは困難である。従来の
チップ積層配列では、異なるレベルのチップ間の相互接
続が前記積層(スタック)の側面でなされる。リード線
は、パッドに接続されている各チップからスタックの側
面まで導かれ、相互接続は、垂直接続、または前記積層
の外部側面に沿って伸びる垂直バスとして形成される。
前記スタックの側面の垂直平面面積には限界があるた
め、スタック内チップのチップ接続パッドとスタック外
部の接続要素との入出力接続数が、それ自身かなり制限
される。従来のチップスタックでは、パッドに接続され
ているチップからの配線は、スタックの一側面まで導か
れ、スタックの層と接続点との間の垂直相互接続が、適
切に形成される。これは過去において、チップ上に金属
被覆や付加的なリード線を設けたり、他の相互接続技
術、例えばTAB(tape automated bonding)を用いるこ
とによりなされる。これらの技術は、チップまたはウェ
ハに対する特別な処理を必要とし、スタック処理に膨大
なコストがかかる。従来において、特別なチップまたは
ウェハ処理を使用せず、積層すると、スタックの層を相
互接続するための入出力接続の接続数が制限を受ける。
従って、積層するための特別な処理のなされていない標
準チップは、入出力接続におけるいくつかの制限なく積
層することができない。
【0004】よって、この発明は、前述した不具合を回
避、低減する集積回路チップパッケージを提供すること
を目的とする。
避、低減する集積回路チップパッケージを提供すること
を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明の好適な実施の
形態に基づいて、この発明の原理を実施することによ
り、複数の積層されたチップ層が提供される。各チップ
層は、基板もしくはチップキャリアを含み、これらは、
チップ層の上面から底面までの間に設けられた多数の導
電性ビアホール(via) を有し、各ビアホールは上面及び
底面に形成されたパッドに接続される。導電性を有する
トレースのパターンは、基板の一側面上に形成され、少
なくともトレースのいくつかはいくつかのビアホールパ
ッドに接続されている。集積回路は、この集積回路の接
続パッドが導電性を有するトレースのいくつかにワイヤ
接続された状態で、前記基板の他方の面に実装されてい
る。複数のチップ層は、各層のビアホールが隣接した層
のビアホール、及び各層の上面及び底面上のビアホール
パッドと合うように、スタック内に配置される。この
際、各層のビアホールパッドは、隣接した層の上面及び
底面上のビアホールパッドとそれぞれ電気的及び機械的
に接続されている。
形態に基づいて、この発明の原理を実施することによ
り、複数の積層されたチップ層が提供される。各チップ
層は、基板もしくはチップキャリアを含み、これらは、
チップ層の上面から底面までの間に設けられた多数の導
電性ビアホール(via) を有し、各ビアホールは上面及び
底面に形成されたパッドに接続される。導電性を有する
トレースのパターンは、基板の一側面上に形成され、少
なくともトレースのいくつかはいくつかのビアホールパ
ッドに接続されている。集積回路は、この集積回路の接
続パッドが導電性を有するトレースのいくつかにワイヤ
接続された状態で、前記基板の他方の面に実装されてい
る。複数のチップ層は、各層のビアホールが隣接した層
のビアホール、及び各層の上面及び底面上のビアホール
パッドと合うように、スタック内に配置される。この
際、各層のビアホールパッドは、隣接した層の上面及び
底面上のビアホールパッドとそれぞれ電気的及び機械的
に接続されている。
【0006】
【発明の実施の形態】図1は、単一チップ層を示す。図
1に示される単一チップ層は、単一チップ12を搬送す
るチップキャリア、または基板10を示す。又、図1
は、中心線11において対象なチップキャリア及びチッ
プの半分を示している。この層は、図4に示されるよう
に、複数チップ層のスタックに実装される。ここで、各
チップ層は、チップが実装されている。前記図4では、
複数の集積回路を有する完全密閉されたスタックの半分
の断面図が示されており、このスタックは中心線11に
おいて対象である。
1に示される単一チップ層は、単一チップ12を搬送す
るチップキャリア、または基板10を示す。又、図1
は、中心線11において対象なチップキャリア及びチッ
プの半分を示している。この層は、図4に示されるよう
に、複数チップ層のスタックに実装される。ここで、各
チップ層は、チップが実装されている。前記図4では、
複数の集積回路を有する完全密閉されたスタックの半分
の断面図が示されており、このスタックは中心線11に
おいて対象である。
【0007】図1の参照符号10で示される単一チップ
層は、基板、またはチップキャリアにより構成される。
このような基板、またはチップキャリアには、複数のチ
ップ接続パッド、例えば図1のパッド14、を有する通
常の集積回路チップ12が登載される。チップキャリア
10は、図1に示される単一物質の基板、または適切な
層数、例えば第1、第2、及び第3基板層16,18,
20、で形成される多層基板であってよい。図示された
実施の形態における、前記キャリア10は、図2及び図
3に示されるように通常の矩形形状を有し、底部には、
対象形状で中央に位置する空洞(キャビティ)22が形
成されている。各基板層は、後述するように、各種要素
の相互接続のため、導電性を有するトレースのパターン
が形成されている。従って、例えば、トレース24は、
下位層22の上面に形成され、トレース26は、中間層
18の上面に形成され、トレース28,30は、上位層
16の上面に形成されている。このようなトレース2
8,30の配置は、それぞれ、ボンドフィンガ部32,
34で露出している(図1及び図3参照)。
層は、基板、またはチップキャリアにより構成される。
このような基板、またはチップキャリアには、複数のチ
ップ接続パッド、例えば図1のパッド14、を有する通
常の集積回路チップ12が登載される。チップキャリア
10は、図1に示される単一物質の基板、または適切な
層数、例えば第1、第2、及び第3基板層16,18,
20、で形成される多層基板であってよい。図示された
実施の形態における、前記キャリア10は、図2及び図
3に示されるように通常の矩形形状を有し、底部には、
対象形状で中央に位置する空洞(キャビティ)22が形
成されている。各基板層は、後述するように、各種要素
の相互接続のため、導電性を有するトレースのパターン
が形成されている。従って、例えば、トレース24は、
下位層22の上面に形成され、トレース26は、中間層
18の上面に形成され、トレース28,30は、上位層
16の上面に形成されている。このようなトレース2
8,30の配置は、それぞれ、ボンドフィンガ部32,
34で露出している(図1及び図3参照)。
【0008】各種基板層は 非常に薄い(約1〜10ミ
ル)誘電体セラミック、例えば、アルミナ、酸化アルミ
ニウム(Al2 O3 )、窒化アルミニウム(AlN)、
または他の適切な誘電体材料により形成される。
ル)誘電体セラミック、例えば、アルミナ、酸化アルミ
ニウム(Al2 O3 )、窒化アルミニウム(AlN)、
または他の適切な誘電体材料により形成される。
【0009】空洞22周辺には、ビアホールの列、例え
ばビアホール40,42,44が、伝導性材料、例えば
タングステンペーストにより満たされた状態で、前記基
板の薄い部分を通過しており、これは、キャリアの上面
から底面まで伸張されている。適切に明示するために、
キャリアの上面は、図1に示されるように最上位面と考
え、底面は、最下位面であると考える。各ビアホール
は、パッド41a,41b,43a,43b,45a,
45bのようなビアホールパッドを有し、これらはそれ
ぞれ、電気的及び機械的に上端及び下端に接続されてい
る。
ばビアホール40,42,44が、伝導性材料、例えば
タングステンペーストにより満たされた状態で、前記基
板の薄い部分を通過しており、これは、キャリアの上面
から底面まで伸張されている。適切に明示するために、
キャリアの上面は、図1に示されるように最上位面と考
え、底面は、最下位面であると考える。各ビアホール
は、パッド41a,41b,43a,43b,45a,
45bのようなビアホールパッドを有し、これらはそれ
ぞれ、電気的及び機械的に上端及び下端に接続されてい
る。
【0010】キャリア基板10の上面及び底面における
外周端には、連続した上面シールストリップ46及び連
続した底面シールストリップ48が囲みのように設けら
れている。ビアホール50のような付加的ビアホール
は、空洞22上の基板の薄い部分を通過するように伸張
され、例えば、トレース30をトレース26に相互接続
するように、単一キャリアの異なる層上の任意のトレー
スパターンを接続する。非常に薄い(1ミルの何分の1
の薄さ)誘電体の空洞内部保護層52は、空洞22の底
面に配置、即ち、キャリア基板の薄い内部部分の最下位
面に結合され、基板の前記内部分部の下面に沿って配置
されたパターン配線を保護する。同様に、矩形形状のチ
ップキャリアに対応した、矩形状の誘電体である空洞外
部遮蔽層54が、基板10の最上位層16に横たわった
状態で結合されている。遮蔽層54は、図3に示される
ような外周端55を有し、この外周端は、上位層配線
(パターン配線)34全てにおける固定されていない端
を露出するように配置される。従って、空洞外部遮蔽層
54は、パターン配線30の内部部分を保護するが、チ
ップ12のパッド14に接続されている結合ワイヤ58
が結合される露出部34はそのまま残す。後者は、適切
な接着剤(図示せず)により遮蔽層54の上面に実装さ
れる。前記チップのサイズは、遮蔽層54の面積と等し
いか、但し、それよりも大きくないことが好ましく、チ
ップの端が遮蔽層54の外周端55からはみ出さず、好
ましくはいくらか内部に引いている方がよい。チップ1
2は、図3において一点鎖線で示されている。
外周端には、連続した上面シールストリップ46及び連
続した底面シールストリップ48が囲みのように設けら
れている。ビアホール50のような付加的ビアホール
は、空洞22上の基板の薄い部分を通過するように伸張
され、例えば、トレース30をトレース26に相互接続
するように、単一キャリアの異なる層上の任意のトレー
スパターンを接続する。非常に薄い(1ミルの何分の1
の薄さ)誘電体の空洞内部保護層52は、空洞22の底
面に配置、即ち、キャリア基板の薄い内部部分の最下位
面に結合され、基板の前記内部分部の下面に沿って配置
されたパターン配線を保護する。同様に、矩形形状のチ
ップキャリアに対応した、矩形状の誘電体である空洞外
部遮蔽層54が、基板10の最上位層16に横たわった
状態で結合されている。遮蔽層54は、図3に示される
ような外周端55を有し、この外周端は、上位層配線
(パターン配線)34全てにおける固定されていない端
を露出するように配置される。従って、空洞外部遮蔽層
54は、パターン配線30の内部部分を保護するが、チ
ップ12のパッド14に接続されている結合ワイヤ58
が結合される露出部34はそのまま残す。後者は、適切
な接着剤(図示せず)により遮蔽層54の上面に実装さ
れる。前記チップのサイズは、遮蔽層54の面積と等し
いか、但し、それよりも大きくないことが好ましく、チ
ップの端が遮蔽層54の外周端55からはみ出さず、好
ましくはいくらか内部に引いている方がよい。チップ1
2は、図3において一点鎖線で示されている。
【0011】全ての導電性トレース、全てのビアホール
パッド、及び全てのシールストリップは、同じ材料を用
いて同じ工程で形成されるのが好ましい。これらの要素
を形成するためには、タングステンペーストを基板層上
に塗布(スクリーン)し、このペーストが凝固して層と
結合するように基板と共に加熱する。この後、加熱され
たタングステンペーストはニッケルのバリア層、及び少
なくとも露出した部分は、金の非常に薄い最外部層によ
り覆われる。この後、全てのビアホールパッド及び全て
の外周シールストリップに対し、但しいかなる他のトレ
ースに対してではなく、高温度でも流れ出さないはんだ
の薄い皮膜が施される。スタックの底面上の任意のパッ
ドまたは突起は、後述する、比較的低い温度のはんだで
形成されることのできるスタックへの実装に使用され
る。
パッド、及び全てのシールストリップは、同じ材料を用
いて同じ工程で形成されるのが好ましい。これらの要素
を形成するためには、タングステンペーストを基板層上
に塗布(スクリーン)し、このペーストが凝固して層と
結合するように基板と共に加熱する。この後、加熱され
たタングステンペーストはニッケルのバリア層、及び少
なくとも露出した部分は、金の非常に薄い最外部層によ
り覆われる。この後、全てのビアホールパッド及び全て
の外周シールストリップに対し、但しいかなる他のトレ
ースに対してではなく、高温度でも流れ出さないはんだ
の薄い皮膜が施される。スタックの底面上の任意のパッ
ドまたは突起は、後述する、比較的低い温度のはんだで
形成されることのできるスタックへの実装に使用され
る。
【0012】上面及び底面のビアホールパッドは、それ
ぞれ、幅の割合が3対1、即ち横幅が3倍になるように
引き延ばされている。複数のキャリアが、図4に示され
るように積層された場合、即ち、任意のキャリアの上面
のビアホールパッドが隣接したキャリアの底面のビアホ
ールパッドと接続して1組の接続ビアホールパッドを形
成している場合、1組の接続ビアホールパッドが、互い
に角張るように、好ましくは、図5に示されるように互
いに直角をなすように、前記ビアホールパッドは方向付
けされる。この図に示されるように、例えば、ビアホー
ルパッド41aは、下位層のビアホール40の上端に位
置し、直接上部に位置する層の底面に位置するビアホー
ルパッド137bと接続されている。
ぞれ、幅の割合が3対1、即ち横幅が3倍になるように
引き延ばされている。複数のキャリアが、図4に示され
るように積層された場合、即ち、任意のキャリアの上面
のビアホールパッドが隣接したキャリアの底面のビアホ
ールパッドと接続して1組の接続ビアホールパッドを形
成している場合、1組の接続ビアホールパッドが、互い
に角張るように、好ましくは、図5に示されるように互
いに直角をなすように、前記ビアホールパッドは方向付
けされる。この図に示されるように、例えば、ビアホー
ルパッド41aは、下位層のビアホール40の上端に位
置し、直接上部に位置する層の底面に位置するビアホー
ルパッド137bと接続されている。
【0013】図2のキャリアの底面を示す図から分かる
ように、ビアホール(ビアホールの外側3列のビアホー
ルパッドがこの図に示されている)は、キャリア空洞2
2の4つのサイドに並列に配列されている。従って、下
側ビアホールパッド41bを含むビアホールパッドの列
は、図2において、ビアホールパッド列62(図2にお
いては縦方向に配列されている列)として認識される。
ビアホールパッド43bを含む列は、縦方向に伸びてい
る列64として、ビアホールパッド45bを含むビアホ
ールパッドの列は、縦方向に伸びている列66として認
識される。従って、図2に示されるように、キャリアの
空洞の左側に沿って、3つのビアホール列が並行状態で
設けられている。この場合、これら3列の全てのビアホ
ールは、複数列という点で、並行方向に、整列された経
軸がある(図2の縦方向)。3つのビアホールパッド列
の類似したセット68,70,72(関連したビアホー
ルを含む)が、空洞22の右側に沿って同一のパターン
方向に配列されている。同様に、図2に示されるよう
に、空洞の上側及び下側に沿って、横方向に伸張されて
いるビアホール列74,76,78のグループが空洞の
上側に、横方向ビアホール列80,82,84が空洞の
下側に配列されている。又、全てのビアホールは、各列
及び、列の各グループに対して並列であり、且つ複数列
という点で並行な経軸を有する。図示されている特定の
配列において、縦方向に伸張されているビアホール列6
2,64,66,68,70,72の経軸は、全て互い
に並列であり、横方向に伸張されている列74,76,
78,80,82,84の経軸とは垂直となる。例え
ば、列64,66,68,70,74,76,80,8
2である、内側にある列の組に含まれる各ビアホール
は、空洞上にある、基板層の薄い部分内に埋め込まれた
配線に接続される。例えば、配線26(図1及び図2参
照)は、空洞上の基板の薄い部分を通過するように伸張
され、ビアホール40(図1参照)と、ビアホール50
(図1及び図3)のいずれかとに接続される。例えば、
層18上では、ビアホールパッド41bとビアホール配
線26とが接続されており、更に、ビアホール50(層
16を通過するビアホール)を介して、端部34を有す
る配線30に接続される。この端部34は、露出されて
おり、結合線58を介してチップパッド14に接続され
る。
ように、ビアホール(ビアホールの外側3列のビアホー
ルパッドがこの図に示されている)は、キャリア空洞2
2の4つのサイドに並列に配列されている。従って、下
側ビアホールパッド41bを含むビアホールパッドの列
は、図2において、ビアホールパッド列62(図2にお
いては縦方向に配列されている列)として認識される。
ビアホールパッド43bを含む列は、縦方向に伸びてい
る列64として、ビアホールパッド45bを含むビアホ
ールパッドの列は、縦方向に伸びている列66として認
識される。従って、図2に示されるように、キャリアの
空洞の左側に沿って、3つのビアホール列が並行状態で
設けられている。この場合、これら3列の全てのビアホ
ールは、複数列という点で、並行方向に、整列された経
軸がある(図2の縦方向)。3つのビアホールパッド列
の類似したセット68,70,72(関連したビアホー
ルを含む)が、空洞22の右側に沿って同一のパターン
方向に配列されている。同様に、図2に示されるよう
に、空洞の上側及び下側に沿って、横方向に伸張されて
いるビアホール列74,76,78のグループが空洞の
上側に、横方向ビアホール列80,82,84が空洞の
下側に配列されている。又、全てのビアホールは、各列
及び、列の各グループに対して並列であり、且つ複数列
という点で並行な経軸を有する。図示されている特定の
配列において、縦方向に伸張されているビアホール列6
2,64,66,68,70,72の経軸は、全て互い
に並列であり、横方向に伸張されている列74,76,
78,80,82,84の経軸とは垂直となる。例え
ば、列64,66,68,70,74,76,80,8
2である、内側にある列の組に含まれる各ビアホール
は、空洞上にある、基板層の薄い部分内に埋め込まれた
配線に接続される。例えば、配線26(図1及び図2参
照)は、空洞上の基板の薄い部分を通過するように伸張
され、ビアホール40(図1参照)と、ビアホール50
(図1及び図3)のいずれかとに接続される。例えば、
層18上では、ビアホールパッド41bとビアホール配
線26とが接続されており、更に、ビアホール50(層
16を通過するビアホール)を介して、端部34を有す
る配線30に接続される。この端部34は、露出されて
おり、結合線58を介してチップパッド14に接続され
る。
【0014】ビアホールのグループは、ここで、空洞ビ
アホールとして割り当てられ、図2及び図3において、
参照符号86(ビアホール50を含む)として示され
る。ビアホール50と同様なビアホールは、上部層16
の薄い部分を通過して伸張され、上部層16の表面上の
異なる配線を接続する。空洞ビアホール86は、配線2
6に類似した埋め込み配線により、図2の62に示され
るビアホールの列内の異なるビアホールにそれぞれ接続
されている。同様に、付加的な空洞ビアホールグループ
88,90,92は、埋め込み配線により、外部ビアホ
ール列78,72,84内のビアホールの一つにそれぞ
れ接続されている。図面を簡略するために、いくつかの
埋め込み配線のみを示し、通常の配線パターンが図示さ
れている。空洞ビアホール86,90,92は、空洞2
2上の基板層の薄い部分を通過して伸張されており、空
洞上の層16の最上位面に形成された、パターン配線、
例えばパターン配線30の一つにそれぞれ個々に接続さ
れている。図2及び図3は相対的な関係にあるので、図
3に示されるキャリア10の上部は逆さまになり、図3
に示されるキャリアの右側は図2に示される逆さまのキ
ャリア10において左側になり、図2に示されるキャリ
アの左側は図3に示されるキャリアの右側になる。例え
ば、図2に示されるキャリアの底面において、キャリア
の異なる3つの角には、3つの装着開口100,10
2,104が設けられている。図3に示されるキャリア
上面において、装着開口100は左上の角にあるが、こ
の装着開口は、図2においては右上の角に位置する。同
様に、開口102は、図2においては右下に、図3にお
いては左下に位置する。これら装着開口の特性、目的、
及び機能、更には顕著で重要な改良は、後述の詳細な記
載によって実現することができる。
アホールとして割り当てられ、図2及び図3において、
参照符号86(ビアホール50を含む)として示され
る。ビアホール50と同様なビアホールは、上部層16
の薄い部分を通過して伸張され、上部層16の表面上の
異なる配線を接続する。空洞ビアホール86は、配線2
6に類似した埋め込み配線により、図2の62に示され
るビアホールの列内の異なるビアホールにそれぞれ接続
されている。同様に、付加的な空洞ビアホールグループ
88,90,92は、埋め込み配線により、外部ビアホ
ール列78,72,84内のビアホールの一つにそれぞ
れ接続されている。図面を簡略するために、いくつかの
埋め込み配線のみを示し、通常の配線パターンが図示さ
れている。空洞ビアホール86,90,92は、空洞2
2上の基板層の薄い部分を通過して伸張されており、空
洞上の層16の最上位面に形成された、パターン配線、
例えばパターン配線30の一つにそれぞれ個々に接続さ
れている。図2及び図3は相対的な関係にあるので、図
3に示されるキャリア10の上部は逆さまになり、図3
に示されるキャリアの右側は図2に示される逆さまのキ
ャリア10において左側になり、図2に示されるキャリ
アの左側は図3に示されるキャリアの右側になる。例え
ば、図2に示されるキャリアの底面において、キャリア
の異なる3つの角には、3つの装着開口100,10
2,104が設けられている。図3に示されるキャリア
上面において、装着開口100は左上の角にあるが、こ
の装着開口は、図2においては右上の角に位置する。同
様に、開口102は、図2においては右下に、図3にお
いては左下に位置する。これら装着開口の特性、目的、
及び機能、更には顕著で重要な改良は、後述の詳細な記
載によって実現することができる。
【0015】前述し、且つ図3に示されるように、空洞
ビアホール86,88,90,92の各上端は、非常に
薄い(1ミルの何分の1)導電体層54によって覆われ
ている。この導電体層54は、空洞ビアホールグループ
及び、上位キャリア層の上面における伝導性配線部分を
覆う。又、図3において一点鎖線は、チップ12の外形
を示し、このチップ12は、薄い導電体遮蔽層54の最
上位面に接着結合される。
ビアホール86,88,90,92の各上端は、非常に
薄い(1ミルの何分の1)導電体層54によって覆われ
ている。この導電体層54は、空洞ビアホールグループ
及び、上位キャリア層の上面における伝導性配線部分を
覆う。又、図3において一点鎖線は、チップ12の外形
を示し、このチップ12は、薄い導電体遮蔽層54の最
上位面に接着結合される。
【0016】非常に薄い導電体材料、例えば、セラミッ
ク、アルミナ等で形成される、通常の矩形リング形状の
遮蔽層110は、キャリア10の上位層の最上位面を覆
い、外部空洞遮蔽層54の周辺まで十分に伸張されてい
る。リング形状の遮蔽層の外周内面112から空洞外部
遮蔽層54の外周外面114までには、参照符号28,
30で示されるトレース集合部を露出するために空間が
設けられている。前述したように、これらの露出された
トレース集合部は、結合ワイヤ、例えば、結合ワイヤ5
8を接続するために配置され、これら結合ワイヤはま
た、チップ結合パッド14に結合されている。トレース
38のような露出されたトレースは、リング形状の遮蔽
層110により覆われる配線28(図1及び図3参照)
により、各ビアホールパッド列64b,66b内のいず
れかのビアホールパッドにそれぞれ接続される。又、図
3には、キャリアの各サイドに位置する3つのビアホー
ル列で構成されるグループが示されており(図面ではビ
アホールにおいて、上面に位置するビアホールパッドの
みが示されている)、ビアホール列62b,64b,6
6bは、それぞれ図2に示されるビアホール列62,6
4,66にそれぞれ対応する。
ク、アルミナ等で形成される、通常の矩形リング形状の
遮蔽層110は、キャリア10の上位層の最上位面を覆
い、外部空洞遮蔽層54の周辺まで十分に伸張されてい
る。リング形状の遮蔽層の外周内面112から空洞外部
遮蔽層54の外周外面114までには、参照符号28,
30で示されるトレース集合部を露出するために空間が
設けられている。前述したように、これらの露出された
トレース集合部は、結合ワイヤ、例えば、結合ワイヤ5
8を接続するために配置され、これら結合ワイヤはま
た、チップ結合パッド14に結合されている。トレース
38のような露出されたトレースは、リング形状の遮蔽
層110により覆われる配線28(図1及び図3参照)
により、各ビアホールパッド列64b,66b内のいず
れかのビアホールパッドにそれぞれ接続される。又、図
3には、キャリアの各サイドに位置する3つのビアホー
ル列で構成されるグループが示されており(図面ではビ
アホールにおいて、上面に位置するビアホールパッドの
みが示されている)、ビアホール列62b,64b,6
6bは、それぞれ図2に示されるビアホール列62,6
4,66にそれぞれ対応する。
【0017】ここで、前記各列62b,64b,66b
のビアホールの上端に位置する、引き延ばされたビアホ
ールパッドは、前記各列は全て互いに並列ではあるが、
各列の方向に全て垂直な経軸を有することに注意する。
最も重要なことは、これらの経軸が、同じビアホールの
下端に位置するビアホールパッドに対応する経軸にも垂
直となることである。従って、縦方向に伸張される列の
いかなるビアホールも、その下端には縦方向(図2参
照)に方向付けられたパッドと、その上端には横方向
(図3参照)に方向付けられたパッドとを有する。
のビアホールの上端に位置する、引き延ばされたビアホ
ールパッドは、前記各列は全て互いに並列ではあるが、
各列の方向に全て垂直な経軸を有することに注意する。
最も重要なことは、これらの経軸が、同じビアホールの
下端に位置するビアホールパッドに対応する経軸にも垂
直となることである。従って、縦方向に伸張される列の
いかなるビアホールも、その下端には縦方向(図2参
照)に方向付けられたパッドと、その上端には横方向
(図3参照)に方向付けられたパッドとを有する。
【0018】このような直交したパッドの方向付けによ
り、図5に示されるような1組のビアホールパッドの重
ね合わせ接続が可能となる。以下、より詳細に説明す
る。各ビアホールは、図2及び図3に示されるように、
任意の方向に方向付けられた上端パッドと、前記任意の
方向に垂直な方向に方向付けられた下端パッドとを有す
る。ビアホール列64,66の上端である、内側の列の
ビアホールパッドは、トレース28のようなトレースに
接続されており、このトレースは、リング形状の遮蔽層
110の下に部分的に埋め込まれ、トレース28の露出
した端部32のような露出された端部を有する。各チッ
プの接続パッド14に接続されているワイヤは、部分的
に埋め込まれているトレースの露出端32,34等の異
なる端にそれぞれ接続されている。この露出端に対する
他端は、上位キャリア層を通過するように伸張された空
洞ビアホールのいずれか一つに接続されている。
り、図5に示されるような1組のビアホールパッドの重
ね合わせ接続が可能となる。以下、より詳細に説明す
る。各ビアホールは、図2及び図3に示されるように、
任意の方向に方向付けられた上端パッドと、前記任意の
方向に垂直な方向に方向付けられた下端パッドとを有す
る。ビアホール列64,66の上端である、内側の列の
ビアホールパッドは、トレース28のようなトレースに
接続されており、このトレースは、リング形状の遮蔽層
110の下に部分的に埋め込まれ、トレース28の露出
した端部32のような露出された端部を有する。各チッ
プの接続パッド14に接続されているワイヤは、部分的
に埋め込まれているトレースの露出端32,34等の異
なる端にそれぞれ接続されている。この露出端に対する
他端は、上位キャリア層を通過するように伸張された空
洞ビアホールのいずれか一つに接続されている。
【0019】図2及び図3にそれぞれ示されるように、
基板の底面に設けられた連続シールストリップ48と、
基板の上面に設けられたストリップ46とは、基板の両
面の周辺全体を取り囲むように伸張されている。
基板の底面に設けられた連続シールストリップ48と、
基板の上面に設けられたストリップ46とは、基板の両
面の周辺全体を取り囲むように伸張されている。
【0020】図4には、3つの中間チップ層10,12
0,130により形成される模範的なスタックが示され
ている。各チップ層は、前記図1,図2,及び図3に示
される単一チップ層と同等であってよい。また、スタッ
クは、蓋層、もしくは最上位層132と、ベース層、ま
たは下位層134とを含む。上位層132は、上面にチ
ップが実装されていないこと、及び、チップパッドを接
続するための接続するために必要とされる接続配線が必
要及び使用されないことを除き、中間チップ層10,1
20,130と同等である。しかし、上位層は、電気的
に伝導性のタングステンが詰められたビアホール13
6,138,140を含み、各ビアホール136,13
8,140は、上面にはトップパッド137a,139
a,141aを、底面にはボトムパッド137b,13
9b,141bを有する。また、最上位層、または蓋層
132は、下位面上に連続した外周シール144が設け
られている。尚、同然のことながら上位面にはこのよう
なシールは必要とはならない。
0,130により形成される模範的なスタックが示され
ている。各チップ層は、前記図1,図2,及び図3に示
される単一チップ層と同等であってよい。また、スタッ
クは、蓋層、もしくは最上位層132と、ベース層、ま
たは下位層134とを含む。上位層132は、上面にチ
ップが実装されていないこと、及び、チップパッドを接
続するための接続するために必要とされる接続配線が必
要及び使用されないことを除き、中間チップ層10,1
20,130と同等である。しかし、上位層は、電気的
に伝導性のタングステンが詰められたビアホール13
6,138,140を含み、各ビアホール136,13
8,140は、上面にはトップパッド137a,139
a,141aを、底面にはボトムパッド137b,13
9b,141bを有する。また、最上位層、または蓋層
132は、下位面上に連続した外周シール144が設け
られている。尚、同然のことながら上位面にはこのよう
なシールは必要とはならない。
【0021】同様にして、最下位層、またはベース層1
34は、中間層10,120,130と同等である。こ
のベース層134に設けられ、導電性のタングステンが
詰められたビアホール150,152,154には、中
間層10,120,130に設けられた上端ビアホール
パッドと同様な上端ビアホールパッドそれぞれが設けら
れ、これらのビアホールパッドは小型ピンタイプのビア
ホールパッド156,158,160であってもよい。
また、ビアホールパッド156,158,160は、具
体的には、PCボードや他の実装基板上のはんだ穴によ
り受け止められるように形成し、配列され、これにより
スタックと実装基板とが物理的及び電気的に接続され
る。
34は、中間層10,120,130と同等である。こ
のベース層134に設けられ、導電性のタングステンが
詰められたビアホール150,152,154には、中
間層10,120,130に設けられた上端ビアホール
パッドと同様な上端ビアホールパッドそれぞれが設けら
れ、これらのビアホールパッドは小型ピンタイプのビア
ホールパッド156,158,160であってもよい。
また、ビアホールパッド156,158,160は、具
体的には、PCボードや他の実装基板上のはんだ穴によ
り受け止められるように形成し、配列され、これにより
スタックと実装基板とが物理的及び電気的に接続され
る。
【0022】図4に示されるように、連続した層のビア
ホールパッドは、物理的、機械的、及び電気的に、スタ
ック内の他のビアホールパッドに接続される。隣接した
層の上位面及び底面における外周の密閉では、互いに接
続された密閉状態となり、パッケージ全体として完全に
密閉される。
ホールパッドは、物理的、機械的、及び電気的に、スタ
ック内の他のビアホールパッドに接続される。隣接した
層の上位面及び底面における外周の密閉では、互いに接
続された密閉状態となり、パッケージ全体として完全に
密閉される。
【0023】組立工程の順序の一例を説明する。
【0024】それぞれがビアホール、トレース、位置合
わせ開口を有する一層、または多層のセラミックキャリ
アが形成される。いくつかのトレースは、層とともに加
熱され、次いでニッケルバリアと必要に応じて薄い金層
によって被覆されスクリーン印刷されたタングステンペ
ーストによって形成される。ビアホールはタングステン
ペーストのような適切な導電性化合物が充填され、各
層、タングステントレース、シールストリップ、ビアホ
ールと一緒に加熱される。その後、キャリア基板はその
上側表面に薄い誘電体セラミック製の内側、外側遮蔽層
52、54と、リング状遮蔽層110を張り付け、上述
したように、1ミル以下の厚さを有する。高温度はんだ
は連続したシールストリップを被い、ビアホールパッド
はキャリアの上面、底面でシルクスクリーン印刷され
る。各キャリアは切断された集積回路チップをマウント
するために利用可能である。チップは遮蔽層54に接着
剤、例えばエポキシで固定される。そのチップ接続パッ
ドは露出されたトレース32、34の異なるものにワイ
ヤボンディングされる。各チップ層の完了後、すなわち
各キャリア基板のチップのマウントが完了後、チップと
そのキャリアはチップとそのキャリアがスタックに組み
立てられる前に、適切な動作を確認するために完全にテ
ストされる。キャリアとチップを具備するいくつかのチ
ップ層はスタッキング固定物、あるいはスタッキングベ
ース上に全てのシーリングストリップが互いに接触さ
れ、ある層の上面のビアホールパッドがその次の上側の
層の底面のビアホールパッドと接触するように垂直に位
置合わせして積層される。スタックは固定されたスタッ
キング固定物上に固定され、相互に水平、垂直に位置合
わせされ、蓋層132と下側層134を有するキャリア
とスタック層のそれぞれの位置合わせ開口100、10
2、104から突出されるピン(図示せず)のグループ
上に組み立てられる。複数のキャリアが位置合わせピン
によって相互に位置合わせされたまま、スタックはオー
ブンに入れられ、互いに層を押圧するように圧力がかけ
られる。アッセンブリは加熱され、はんだが軟化、ある
いは溶融され、積み重ねられたキャリアの間に強力な、
信頼性の高い、機械的、電気的、熱的な接続を提供する
ために接続シールストリップと相互接触ビアホールパッ
ドとの間のはんだ接合部を形成する。
わせ開口を有する一層、または多層のセラミックキャリ
アが形成される。いくつかのトレースは、層とともに加
熱され、次いでニッケルバリアと必要に応じて薄い金層
によって被覆されスクリーン印刷されたタングステンペ
ーストによって形成される。ビアホールはタングステン
ペーストのような適切な導電性化合物が充填され、各
層、タングステントレース、シールストリップ、ビアホ
ールと一緒に加熱される。その後、キャリア基板はその
上側表面に薄い誘電体セラミック製の内側、外側遮蔽層
52、54と、リング状遮蔽層110を張り付け、上述
したように、1ミル以下の厚さを有する。高温度はんだ
は連続したシールストリップを被い、ビアホールパッド
はキャリアの上面、底面でシルクスクリーン印刷され
る。各キャリアは切断された集積回路チップをマウント
するために利用可能である。チップは遮蔽層54に接着
剤、例えばエポキシで固定される。そのチップ接続パッ
ドは露出されたトレース32、34の異なるものにワイ
ヤボンディングされる。各チップ層の完了後、すなわち
各キャリア基板のチップのマウントが完了後、チップと
そのキャリアはチップとそのキャリアがスタックに組み
立てられる前に、適切な動作を確認するために完全にテ
ストされる。キャリアとチップを具備するいくつかのチ
ップ層はスタッキング固定物、あるいはスタッキングベ
ース上に全てのシーリングストリップが互いに接触さ
れ、ある層の上面のビアホールパッドがその次の上側の
層の底面のビアホールパッドと接触するように垂直に位
置合わせして積層される。スタックは固定されたスタッ
キング固定物上に固定され、相互に水平、垂直に位置合
わせされ、蓋層132と下側層134を有するキャリア
とスタック層のそれぞれの位置合わせ開口100、10
2、104から突出されるピン(図示せず)のグループ
上に組み立てられる。複数のキャリアが位置合わせピン
によって相互に位置合わせされたまま、スタックはオー
ブンに入れられ、互いに層を押圧するように圧力がかけ
られる。アッセンブリは加熱され、はんだが軟化、ある
いは溶融され、積み重ねられたキャリアの間に強力な、
信頼性の高い、機械的、電気的、熱的な接続を提供する
ために接続シールストリップと相互接触ビアホールパッ
ドとの間のはんだ接合部を形成する。
【0025】種々のキャリアは加熱、その後冷却される
際に、熱的収縮、膨張作用を受ける。種々の層はスタッ
キング固定物のベースとは異なる熱膨張係数を有する
し、異なるキャリアの同様な材質ものでさえわずかに異
なる熱膨張係数を有するので、全ての積層されたキャリ
アを貫通して相互に垂直位置合わせされた細長い位置合
わせ開口100、102、104が設けられ、組み立て
れたキャリアが熱膨張と収縮の区別に適合されている。
上述したように、これらの開口の各々は細長い縦軸を有
する。各開口の縦軸はキャリア層の幾何学中心と交差す
る。各キャリア層はその幾何学中心から全ての方向に均
等に熱的に膨張、あるいは収縮する。そのため、幾何学
中心ラインに沿って細長く設けられている細長い位置合
わせ開口はある層と隣の層の位置合わせを失うことな
く、熱的に引き起こされる寸法の変化を吸収する。全て
の開口は単一の端面ではなく層の幾何学中心を基準とし
ているので、単一の端面を基準としている場合に比べて
許容範囲は半分で済む。このキャリアの幾何学的中心を
基準に位置合わせされた新規な細長い位置合わせ開口の
構成は、種々の層を製造する際の寸法の許容範囲を非常
に容易にし、組立工程を簡単にし、組立コストを低減す
る。
際に、熱的収縮、膨張作用を受ける。種々の層はスタッ
キング固定物のベースとは異なる熱膨張係数を有する
し、異なるキャリアの同様な材質ものでさえわずかに異
なる熱膨張係数を有するので、全ての積層されたキャリ
アを貫通して相互に垂直位置合わせされた細長い位置合
わせ開口100、102、104が設けられ、組み立て
れたキャリアが熱膨張と収縮の区別に適合されている。
上述したように、これらの開口の各々は細長い縦軸を有
する。各開口の縦軸はキャリア層の幾何学中心と交差す
る。各キャリア層はその幾何学中心から全ての方向に均
等に熱的に膨張、あるいは収縮する。そのため、幾何学
中心ラインに沿って細長く設けられている細長い位置合
わせ開口はある層と隣の層の位置合わせを失うことな
く、熱的に引き起こされる寸法の変化を吸収する。全て
の開口は単一の端面ではなく層の幾何学中心を基準とし
ているので、単一の端面を基準としている場合に比べて
許容範囲は半分で済む。このキャリアの幾何学的中心を
基準に位置合わせされた新規な細長い位置合わせ開口の
構成は、種々の層を製造する際の寸法の許容範囲を非常
に容易にし、組立工程を簡単にし、組立コストを低減す
る。
【0026】加熱した後、スタックがオーブンから取り
出され、完全に密閉されたパッケージは、はんだバンプ
(bump)156、158、160により、例えばプリント
配線板やマルチチップモジュール、あるいはそれに類似
する構造の他の装置へスタックを組み込む、および/ま
たはマウントすることに利用できる。
出され、完全に密閉されたパッケージは、はんだバンプ
(bump)156、158、160により、例えばプリント
配線板やマルチチップモジュール、あるいはそれに類似
する構造の他の装置へスタックを組み込む、および/ま
たはマウントすることに利用できる。
【0027】ビアホールパッドやシールストリップに用
いられるリフローはんだは高温はんだである。その融点
はマウンティングはんだバンプやパッド156、15
8、160(図4)に用いられる低温はんだよりも高
く、約70度である。したがって、全スタックの接続、
マウントのために後者が軟化、溶融した時、スタック内
部のはんだ相互接続の完全性は影響を受けない。はんだ
バンプ156、158、160はプリント配線板、ある
いはマルチチップモジュールのウェル内に配置され、機
械的、電気的な接続を提供するために、リフローされ
る。
いられるリフローはんだは高温はんだである。その融点
はマウンティングはんだバンプやパッド156、15
8、160(図4)に用いられる低温はんだよりも高
く、約70度である。したがって、全スタックの接続、
マウントのために後者が軟化、溶融した時、スタック内
部のはんだ相互接続の完全性は影響を受けない。はんだ
バンプ156、158、160はプリント配線板、ある
いはマルチチップモジュールのウェル内に配置され、機
械的、電気的な接続を提供するために、リフローされ
る。
【0028】1つのはんだパッドと他のはんだパッドと
が非常に近いので、及び1つのはんだパッドと周辺密閉
シールとが非常に近いので、はんだの相互接続はスタッ
クの上面から底面まで、及び内側から外側までの全長に
おいて良好な熱路をも提供する。
が非常に近いので、及び1つのはんだパッドと周辺密閉
シールとが非常に近いので、はんだの相互接続はスタッ
クの上面から底面まで、及び内側から外側までの全長に
おいて良好な熱路をも提供する。
【0029】自動化テープボンディング構造を下側のは
んだバンプ156、158、160に取り付けてもよ
い。自動化テープボンディング構造によれば、スタック
のエッジにペーストが塗られ、外側のリードはプリント
配線板、またはマルチチップモジュールのパッドに接続
される。各ビアホールパッドを囲む薄い誘電体リング状
遮蔽層110は1つのパッドから他のパッドへ、あるい
は1つのパッドからトレースの露出されたリードへはん
だが流れる、あるいは逃げるのを防止するためのはんだ
ダムの働きをする。この誘電体リング状遮蔽層110は
その表面に沿ったはんだの流れを効果的に防止するの
で、少なくとも部分的にはんだダムの働きをする。
んだバンプ156、158、160に取り付けてもよ
い。自動化テープボンディング構造によれば、スタック
のエッジにペーストが塗られ、外側のリードはプリント
配線板、またはマルチチップモジュールのパッドに接続
される。各ビアホールパッドを囲む薄い誘電体リング状
遮蔽層110は1つのパッドから他のパッドへ、あるい
は1つのパッドからトレースの露出されたリードへはん
だが流れる、あるいは逃げるのを防止するためのはんだ
ダムの働きをする。この誘電体リング状遮蔽層110は
その表面に沿ったはんだの流れを効果的に防止するの
で、少なくとも部分的にはんだダムの働きをする。
【0030】本発明の重要な特徴は図2、図3に示さ
れ、より概念的には図5に示されている。図5は下側の
キャリア層のビアホール40の上面側のパッド41aの
ようなビアホールパッドと、隣接する上側層の底面側の
パッド137aのような対応するビアホールパッドを示
す。
れ、より概念的には図5に示されている。図5は下側の
キャリア層のビアホール40の上面側のパッド41aの
ようなビアホールパッドと、隣接する上側層の底面側の
パッド137aのような対応するビアホールパッドを示
す。
【0031】図5からわかるように、各ビアホールパッ
ドは幅の約3倍の長さを有し、幅は関連するビアホール
の直径にほぼ等しく、約5ミル位である。図示の例で
は、2つの相互に直交するパッドの間に正確に方向付け
されたコンタクトエリアがある。エリアは斜線部170
で示される。このコンタクトエリアは通常は正方形であ
る。正方形の各辺は4方向に延びる非接触ビアホールパ
ッドの長さと等しい。これらの相互に直交するコンタク
トパッドは、斜線部170で示されるコンタクトエリア
を減少することなく1つのパッドとコンタクトパッドと
の位置ずれを各方向においてその長さの約3分の1に相
当する長さまで許容するので、寸法的な許容範囲の制限
を軽減する。例えば、図5において、右、左、上、ある
いは下方向に位置ずれがあったとしても、位置ずれが細
長いパッドの全長の3分の1より大きくなるまではコン
タクトエリア170は同じ面積を持った正方形であり続
ける。パッドが互いに等しい形状と寸法を持っていれ
ば、どのような位置ずれもパッドのコンタクト部におい
て必ず重畳し、少なくとも部分的な相対的変位を引き起
こし、コンタクトエリアをかなり縮小する。したがっ
て、コンタクトパッドの各対の交差配置はある程度の位
置ずれがあってもコンタクト部を同一の面積とさせ、各
コンタクトエリアは均一な電気的導通エリア、機械的な
結合強度、熱路エリアを提供する。さらに、コンタクト
斜線エリア170以外のパッドエリアはコンタクトはん
だの余分な流れを管理し、それをパッドエリア内に制限
する。言い換えると、リフロー処理中に生じる可能性の
あるどのような余分のはんだの流れは図5の矢印の方向
に流れ、パッドエリア内に制限される。細長いパッドは
トレースのいくつかの部分は共通コンタクトエリア、斜
線エリアから突出するパッドエリアの下を容易に配線で
きるので、トレースの位置決めのための有効エリアに重
大な影響を与えることはない。コンタクトエリアの均一
性を保持し、各ビアホールパッドにおける熱路エリア、
機械強度、電気的なパスエリアの均一性を保持すること
により、システムは非常に向上された。機械的な故障は
最も弱い機械的な場所で起こるので、機械強度は向上さ
れた。1つのビアホールパッドから他のビアホールパッ
ドへのはんだの相互接続エリアは位置ずれにより縮小さ
れた面積を有する。接続エリアの均一性、同様にパッド
からパッドへの、そして全スタックの上面から底面への
熱伝導性がスタックの上面から底面への位置合わせされ
たビアホールに沿って延びる各熱路に対して増加するの
で、電気的な均一性が達成される。
ドは幅の約3倍の長さを有し、幅は関連するビアホール
の直径にほぼ等しく、約5ミル位である。図示の例で
は、2つの相互に直交するパッドの間に正確に方向付け
されたコンタクトエリアがある。エリアは斜線部170
で示される。このコンタクトエリアは通常は正方形であ
る。正方形の各辺は4方向に延びる非接触ビアホールパ
ッドの長さと等しい。これらの相互に直交するコンタク
トパッドは、斜線部170で示されるコンタクトエリア
を減少することなく1つのパッドとコンタクトパッドと
の位置ずれを各方向においてその長さの約3分の1に相
当する長さまで許容するので、寸法的な許容範囲の制限
を軽減する。例えば、図5において、右、左、上、ある
いは下方向に位置ずれがあったとしても、位置ずれが細
長いパッドの全長の3分の1より大きくなるまではコン
タクトエリア170は同じ面積を持った正方形であり続
ける。パッドが互いに等しい形状と寸法を持っていれ
ば、どのような位置ずれもパッドのコンタクト部におい
て必ず重畳し、少なくとも部分的な相対的変位を引き起
こし、コンタクトエリアをかなり縮小する。したがっ
て、コンタクトパッドの各対の交差配置はある程度の位
置ずれがあってもコンタクト部を同一の面積とさせ、各
コンタクトエリアは均一な電気的導通エリア、機械的な
結合強度、熱路エリアを提供する。さらに、コンタクト
斜線エリア170以外のパッドエリアはコンタクトはん
だの余分な流れを管理し、それをパッドエリア内に制限
する。言い換えると、リフロー処理中に生じる可能性の
あるどのような余分のはんだの流れは図5の矢印の方向
に流れ、パッドエリア内に制限される。細長いパッドは
トレースのいくつかの部分は共通コンタクトエリア、斜
線エリアから突出するパッドエリアの下を容易に配線で
きるので、トレースの位置決めのための有効エリアに重
大な影響を与えることはない。コンタクトエリアの均一
性を保持し、各ビアホールパッドにおける熱路エリア、
機械強度、電気的なパスエリアの均一性を保持すること
により、システムは非常に向上された。機械的な故障は
最も弱い機械的な場所で起こるので、機械強度は向上さ
れた。1つのビアホールパッドから他のビアホールパッ
ドへのはんだの相互接続エリアは位置ずれにより縮小さ
れた面積を有する。接続エリアの均一性、同様にパッド
からパッドへの、そして全スタックの上面から底面への
熱伝導性がスタックの上面から底面への位置合わせされ
たビアホールに沿って延びる各熱路に対して増加するの
で、電気的な均一性が達成される。
【0032】スタックへの入力/出力接続端子は底面の
ビアホールパッド156、158、160を介して行わ
れる。さらに、入力/出力接続端子は蓋層、あるいは最
上位層132のビアホールパッド137a、139a、
141aを介して行われる。各キャリアは他の全てのキ
ャリアに接続され、スタックと全キャリアを完全に貫通
する多くのビアホールを介する外部入力/出力接続端子
(例えば、最も外側のビアホールパッド)に接続され
る。図2、図3から容易に理解されるように、これらの
入力/出力接続端子の数、すなわちどの1つの水平外側
層(すなわち、最も上側の層、あるいは下側の層)にお
いて利用可能なビアホールパッドの総数は非常に多い。
そのため、本発明によれば、スタックチップに対する非
常に多い数の入力/出力接続端子が利用可能である。
ビアホールパッド156、158、160を介して行わ
れる。さらに、入力/出力接続端子は蓋層、あるいは最
上位層132のビアホールパッド137a、139a、
141aを介して行われる。各キャリアは他の全てのキ
ャリアに接続され、スタックと全キャリアを完全に貫通
する多くのビアホールを介する外部入力/出力接続端子
(例えば、最も外側のビアホールパッド)に接続され
る。図2、図3から容易に理解されるように、これらの
入力/出力接続端子の数、すなわちどの1つの水平外側
層(すなわち、最も上側の層、あるいは下側の層)にお
いて利用可能なビアホールパッドの総数は非常に多い。
そのため、本発明によれば、スタックチップに対する非
常に多い数の入力/出力接続端子が利用可能である。
【0033】本発明の原理を実現したスタックはサイ
ズ、重量、電力の点で大幅な減少を示す。サイズと重量
の減少はスタックの全体積の減少により、全てのチップ
パッドの利用を可能とし、多数の入力/出力接続端子を
提供する。これらの接続端子の数はスタックの側面の面
積により制限されない。さらに、小型の配置、ある層か
ら他の層へのチップの相互接続のモードにより、スタッ
クの内部に適用されるリード線の全長は短い。重要なこ
とに、各リード線の長さは短い。リード線長の減少によ
り、パッケージの浮遊容量は大幅に減少する。浮遊容
量、または分布容量は、周知のように、50%以上もの
電力のロスを生じる。電力ロスは回路の浮遊容量、また
は分布容量に関連があるので、電力ロスの大幅な減少に
より動作は向上する。さらに、短いリード線は浮遊容量
を減少するのみならず、パッケージ内の信号の伝達時間
も減少する。その結果、速度が向上する。したがって、
キャパシタンスの減少と、パッケージ内の信号伝達時間
の減少により回路動作は向上し、部品動作速度とシステ
ム動作速度が大幅に向上する。
ズ、重量、電力の点で大幅な減少を示す。サイズと重量
の減少はスタックの全体積の減少により、全てのチップ
パッドの利用を可能とし、多数の入力/出力接続端子を
提供する。これらの接続端子の数はスタックの側面の面
積により制限されない。さらに、小型の配置、ある層か
ら他の層へのチップの相互接続のモードにより、スタッ
クの内部に適用されるリード線の全長は短い。重要なこ
とに、各リード線の長さは短い。リード線長の減少によ
り、パッケージの浮遊容量は大幅に減少する。浮遊容
量、または分布容量は、周知のように、50%以上もの
電力のロスを生じる。電力ロスは回路の浮遊容量、また
は分布容量に関連があるので、電力ロスの大幅な減少に
より動作は向上する。さらに、短いリード線は浮遊容量
を減少するのみならず、パッケージ内の信号の伝達時間
も減少する。その結果、速度が向上する。したがって、
キャパシタンスの減少と、パッケージ内の信号伝達時間
の減少により回路動作は向上し、部品動作速度とシステ
ム動作速度が大幅に向上する。
【0034】各キャリアのトータルの厚さはキャリア基
板の層の数と各キャリア基板にマウントされる集積回路
チップの厚さとに応じて18〜70ミルの間で変化す
る。チップはサイズ、厚さが変化し、5〜25ミルの厚
さを有し、一辺が約0.5〜1.0インチ、あるいはそ
れ以上の矩形形状を有する。全キャリア厚さは約10〜
12ミルであり、それはキャリアが保持するチップの厚
さより厚い。一層のキャリアの各空洞部は次の下側のキ
ャリアの上面にマウントされるチップを部分的に受け、
ボンディングワイヤのためのいくらかの空間を提供す
る。スタック内にスタック可能なキャリア(とチップ)
の全数は現在は分かっていない。しかし、スタックは5
0層(例えば、それぞれがチップを有している50キャ
リア)までスタック可能な高さを有するように検討され
ている。各チップ層(キャリアとチップからなる)は
0.020インチである。スタックがその側面が横たわ
っているならば、層の全数はかなり多くなる。典型的な
単一チップキャリアでは、キャリア基板は0.027イ
ンチのトータルの厚さを有する。ここで、空洞部の上部
で基板の中心部は0.009インチである。キャリアの
外側のサイズは、ある例では、0.790×0.790
インチで、空洞部は0.535×0.485インチであ
る。
板の層の数と各キャリア基板にマウントされる集積回路
チップの厚さとに応じて18〜70ミルの間で変化す
る。チップはサイズ、厚さが変化し、5〜25ミルの厚
さを有し、一辺が約0.5〜1.0インチ、あるいはそ
れ以上の矩形形状を有する。全キャリア厚さは約10〜
12ミルであり、それはキャリアが保持するチップの厚
さより厚い。一層のキャリアの各空洞部は次の下側のキ
ャリアの上面にマウントされるチップを部分的に受け、
ボンディングワイヤのためのいくらかの空間を提供す
る。スタック内にスタック可能なキャリア(とチップ)
の全数は現在は分かっていない。しかし、スタックは5
0層(例えば、それぞれがチップを有している50キャ
リア)までスタック可能な高さを有するように検討され
ている。各チップ層(キャリアとチップからなる)は
0.020インチである。スタックがその側面が横たわ
っているならば、層の全数はかなり多くなる。典型的な
単一チップキャリアでは、キャリア基板は0.027イ
ンチのトータルの厚さを有する。ここで、空洞部の上部
で基板の中心部は0.009インチである。キャリアの
外側のサイズは、ある例では、0.790×0.790
インチで、空洞部は0.535×0.485インチであ
る。
【0035】集積回路チップの層トレースへのワイヤボ
ンディング接続の例を説明したが、基板上のチップの他
のマウント例にも適用できる。例えば、チップが上下反
転されて接続パッドがそのチップがマウントされる基板
に向いているフリップチップボンディングも適用可能で
ある。基板は上下反転されたチップと電気的に接続され
る適当な接続パッドを有する。種々のトレースがスクリ
ーン印刷、あるいはメッキされる。フリップチップは自
動化テープボンディングマシン、あるいははんだバンプ
のいずれかを用いて接続される。
ンディング接続の例を説明したが、基板上のチップの他
のマウント例にも適用できる。例えば、チップが上下反
転されて接続パッドがそのチップがマウントされる基板
に向いているフリップチップボンディングも適用可能で
ある。基板は上下反転されたチップと電気的に接続され
る適当な接続パッドを有する。種々のトレースがスクリ
ーン印刷、あるいはメッキされる。フリップチップは自
動化テープボンディングマシン、あるいははんだバンプ
のいずれかを用いて接続される。
【0036】好ましくは、高温はんだバンプ上に用いら
れるはんだはフラックスの使用から派生する寄生効果を
防止するためにフラックスレスはんだであることが望ま
しい。層のスタックは連続した電気的、熱的路を提供す
るためにスタックの上面から底面へと延びるビアホール
の位置合わせを可能とする。各キャリア上、マルチ層キ
ャリアの各層上の種々のチップリード線とトレースは一
つ、または他のビアホールのグループと接続される。し
たがって、スタックのどのチップも同一のキャリア上の
リード線に接続され、他のキャリアのチップに接続され
るリード線に接続される。したがって、どのいずれのス
タックのチップも必要に応じて他の一つに相互接続さ
れ、スタック内のどの他のチップにも接続されずに接続
パッドを介して入力/出力接続端子に単に接続される。
れるはんだはフラックスの使用から派生する寄生効果を
防止するためにフラックスレスはんだであることが望ま
しい。層のスタックは連続した電気的、熱的路を提供す
るためにスタックの上面から底面へと延びるビアホール
の位置合わせを可能とする。各キャリア上、マルチ層キ
ャリアの各層上の種々のチップリード線とトレースは一
つ、または他のビアホールのグループと接続される。し
たがって、スタックのどのチップも同一のキャリア上の
リード線に接続され、他のキャリアのチップに接続され
るリード線に接続される。したがって、どのいずれのス
タックのチップも必要に応じて他の一つに相互接続さ
れ、スタック内のどの他のチップにも接続されずに接続
パッドを介して入力/出力接続端子に単に接続される。
【0037】シールストリップは、導電性トレースには
付与されていないリフローはんだがコーティングされて
いる点を除いては、基本的には全てのトレース、ビアホ
ールパッドと同様に形成されるので、密閉は密閉効率を
落とすことなく非常に簡単化される。組立、あるいは製
造に当たって、どのような特別な物質、シールリングも
不要である。
付与されていないリフローはんだがコーティングされて
いる点を除いては、基本的には全てのトレース、ビアホ
ールパッドと同様に形成されるので、密閉は密閉効率を
落とすことなく非常に簡単化される。組立、あるいは製
造に当たって、どのような特別な物質、シールリングも
不要である。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
最小のサイズ、重量を有し、電力ロスを大幅に軽減した
密閉パッケージを実現するために集積回路チップを積層
する方法および積層物が提供される。スタックの上面か
ら底面にわたって延びる複数の位置合わせビアホールか
ら最大の数の入力/出力端子が利用可能であり、単なる
周辺エッジ上ではなく、スタックの上面、底面上に入力
/出力端子アレイを実現する。熱的に引き起こされる寸
法の変化を許容するスタックの層の簡単な、かつ正確な
位置合わせは、それぞれが各層の幾何学中心と交差する
軸を有する細長い位置合わせ開口を用いて行われる。
最小のサイズ、重量を有し、電力ロスを大幅に軽減した
密閉パッケージを実現するために集積回路チップを積層
する方法および積層物が提供される。スタックの上面か
ら底面にわたって延びる複数の位置合わせビアホールか
ら最大の数の入力/出力端子が利用可能であり、単なる
周辺エッジ上ではなく、スタックの上面、底面上に入力
/出力端子アレイを実現する。熱的に引き起こされる寸
法の変化を許容するスタックの層の簡単な、かつ正確な
位置合わせは、それぞれが各層の幾何学中心と交差する
軸を有する細長い位置合わせ開口を用いて行われる。
【図1】この発明の原理を実現するチップ及びチップキ
ャリア(チップパッケージ)を示す対象構造の単一チッ
プ層の一方を示す拡大断面図。
ャリア(チップパッケージ)を示す対象構造の単一チッ
プ層の一方を示す拡大断面図。
【図2】前記図1に示されるチップ層のチップキャリア
の底面を示す図。
の底面を示す図。
【図3】前記図1に示されるチップキャリアの上面を示
し、前記チップを一点鎖線で示す図。
し、前記チップを一点鎖線で示す図。
【図4】複数チップ層の模範的なスタックを示す断面
図。
図。
【図5】隣接した層における相互接続された1組のビア
ホールパッドの方向関係を示す図。
ホールパッドの方向関係を示す図。
10…基板、11…中心線、12…単一チップ、14…
パッド、16…上位層、18…中間層、20…下位層、
22…空洞、24,28,30…トレース、32,34
…ボンドフィンガ部、40,42,44,50…ビアホ
ール、41a,41b,43a,43b,45a,45
b…ビアホールパッド、52…保護層、54…遮蔽層、
55…外周端、58…結合ワイヤ。
パッド、16…上位層、18…中間層、20…下位層、
22…空洞、24,28,30…トレース、32,34
…ボンドフィンガ部、40,42,44,50…ビアホ
ール、41a,41b,43a,43b,45a,45
b…ビアホールパッド、52…保護層、54…遮蔽層、
55…外周端、58…結合ワイヤ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デイビッド・ケー・ウエムラ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90504、トーランス、ウエスト・ハンドレ ッドエイティース・ストリート 2221 (72)発明者 リチャード・イー・バーニー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90807、ロング・ビーチ、ローカスト・ア ベニュー 3945 (72)発明者 クリストファー・エム・シュライバー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92530、レイク・エルシノール、ネクタリ ン・ウェイ 16500 (72)発明者 ジャック・エフ・リンダー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90275、パロス・バーデス、ペンビナ 27151
Claims (10)
- 【請求項1】 複数の積層されたチップ層を具備し、 各チップ層は、 上面、底面を有するキャリア基板と、 前記上面と底面との間を貫通して設けられ、キャリア基
板の上面、底面に導電性の上端パッド、下端パッドを有
する複数の導電性のビアホールと、 キャリア基板の上面に形成され、いくつかは前記ビアホ
ールパッドの一つに接続されるアウター端子を有する導
電性のトレースのパターンと、 前記キャリア基板の上面にマウントされ、複数のチップ
パッドを有するチップと、 前記チップパッドの各々と前記トレースの一つとの間に
設けられる電気的コネクションとを具備し、 前記チップ層は一つのキャリア基板のビアホールが隣接
するキャリア基板のビアホールと位置合わせされ、各キ
ャリア基板の上面、底面のビアホールパッドが隣接する
キャリア基板の底面、上面のビアホールパッドと電気的
に接続されるように積層されることを特徴とするマルチ
ダイパッケージ装置。 - 【請求項2】 前記キャリア基板は幾何学中心と、各々
が前記幾何学中心と交差する縦軸をを有する少なくとも
3つの細長いアライメント開口を有し、 各開口は前記キャリア基板の周辺の近傍に配置され、2
つの開口は幾何学中心の両側に設けられ、相互位置合わ
せ軸を有し、残りの開口は前記2つの開口の軸に対して
角度をなす軸を有することを特徴とする請求項1に記載
のマルチダイパッケージ装置。 - 【請求項3】 前記キャリア基板は上面、底面に連続的
な周辺シールストリップを有し、各キャリア基板の上
面、底面のシールストリップは隣接するキャリア基板の
底面、上面のシールストリップに密着されることを特徴
とする請求項1、または請求項2に記載のマルチダイパ
ッケージ装置。 - 【請求項4】 前記キャリア基板のビアホールに位置合
わせされ、それらに電気的に接続される複数のビアホー
ルと、その底面に、最も上側のキャリア基板の上面のシ
ールストリップと一致され密着される連続的な周辺シー
ルストリップとを有する蓋をさらに具備し、積層された
ダイの完全に密着されたパッケージを実現することを特
徴とする請求項1、請求項2、または請求項3に記載の
マルチダイパッケージ装置。 - 【請求項5】 前記ビアホールパッドは長方形であり、
主軸を有し、各ビアホールの上面のビアホールパッドの
主軸は底面のビアホールパッドの主軸と直交し、1つの
キャリア基板の上面のビアホールパッドは隣接するキャ
リア基板の底面のビアホールパッドに電気的、機械的に
接続され、相互接続ビアホールパッド対を形成し、前記
ビアホールパッド対の一方のビアホールパッドの主軸は
他方のビアホールパッドの主軸と交差することを特徴と
する請求項1、請求項2、請求項3、または請求項4に
記載のマルチダイパッケージ装置。 - 【請求項6】 前記キャリア基板の少なくとも1つは複
数の誘電体薄層を具備し、前記トレースの少なくともい
くつかは前記薄層の異なる薄層に形成されることを特徴
とする請求項1、請求項2、請求項3、請求項4、また
は請求項5に記載のマルチダイパッケージ装置。 - 【請求項7】 前記キャリア基板のグループのそれぞれ
は底面に空洞部を有し、1つのキャリア基板の上面のチ
ップは隣接するキャリア基板の底面の空洞部に少なくと
も部分的に収納されることを特徴とする請求項1、請求
項2、請求項3、または請求項5に記載のマルチダイパ
ッケージ装置。 - 【請求項8】 複数のチップ層を形成する形成するステ
ップと、 このステップは、 上面、底面を有し、前記上面と底面との間を貫通して設
けられる複数のビアホールパッドを有するキャリア基板
を形成するステップと、 前記キャリア基板の上面、底面に導電性の複数の上端パ
ッド、下端パッドを形成するステップと、 キャリア基板の上面に、いくつかは前記ビアホールパッ
ドの一つに接続される導電性のトレースのパターンを形
成するステップと、 前記キャリア基板の上面に複数のチップパッドを有する
チップを固定するステップと、 前記チップパッドを前記トレースに電気的に接続するス
テップとを具備し、 前記上面の全てが同じ方向を向き、各キャリア基板のビ
アホールが隣接するキャリア基板のビアホールと位置合
わせされるように複数のキャリア基板を互いに積層する
ステップと、 各キャリア基板の上面、底面のビアホールパッドを隣接
するキャリア基板の底面、上面のビアホールパッドに電
気的に接続するステップとを具備することを特徴とする
マルチダイパッケージ装置の製造方法。 - 【請求項9】 前記チップ層を形成するステップは、各
キャリア基板の上面、底面に連続的な周辺シールストリ
ップを形成するステップを具備し、 前記積層するステップは、各キャリア基板の上面、底面
のシールストリップが隣接するキャリア基板の底面、上
面のシールストリップと密着されるように前記キャリア
基板をスタックに組み立てるステップを具備することを
特徴とする請求項8に記載の製造方法。 - 【請求項10】 密閉された積層チップパッケージを形
成するために用いられるチップキャリアにおいて、 上面、底面を有するキャリア基板と、 前記上面と底面との間を貫通して設けられ、キャリア基
板の上面、底面に導電性の上端パッド、下端パッドを有
する複数の導電性のビアホールと、 キャリア基板の上面に形成され、いくつかは前記ビアホ
ールパッドの一つに接続される外部端子と露出されたチ
ップ接続端子を有する導電性のトレースのパターンと、 前記キャリア基板の上面にマウントされ、複数のチップ
パッドを有するチップと、 前記チップパッドの各々と前記トレースの一つとの間に
設けられる電気的コネクションと、 前記キャリア基板の上面、底面上に設けられる連続した
周辺シールストリップとを具備することを特徴とするチ
ップキャリア。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/326,455 US5579207A (en) | 1994-10-20 | 1994-10-20 | Three-dimensional integrated circuit stacking |
US326455 | 1994-10-20 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08213543A true JPH08213543A (ja) | 1996-08-20 |
JP2703745B2 JP2703745B2 (ja) | 1998-01-26 |
Family
ID=23272291
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7272961A Expired - Lifetime JP2703745B2 (ja) | 1994-10-20 | 1995-10-20 | マルチダイパッケージ装置 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5579207A (ja) |
EP (1) | EP0708484B1 (ja) |
JP (1) | JP2703745B2 (ja) |
DE (1) | DE69522887T2 (ja) |
IL (1) | IL115637A (ja) |
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