JPH08250652A - マルチチップモジュールパッケージ - Google Patents

マルチチップモジュールパッケージ

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JPH08250652A
JPH08250652A JP8036034A JP3603496A JPH08250652A JP H08250652 A JPH08250652 A JP H08250652A JP 8036034 A JP8036034 A JP 8036034A JP 3603496 A JP3603496 A JP 3603496A JP H08250652 A JPH08250652 A JP H08250652A
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ディクソン デュダラー トーマス
Byung J Han
ジョーン ハン ビュング
Alan M Lyons
マイケル リオンズ アラン
King L Tai
リエン タイ キング
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高さを削減し熱放散を考慮したマルチチップ
モジュールパッケージ 【解決手段】 マルチチップモジュール(MCM)パッ
ケージ10が、開口15を有する印刷配線(PW)ボー
ド11と、基板18と基板上に装着され基板に電気接続
された少なくとも1個のシリコンチップ19、20とを
有するMCMタイル17と、PWボード上の回路に電気
的に接続された基板上の回路と、MCMタイルを包み込
んで少なくともチップと基板との間の接続部及び基板と
PWボードとの間の接続部を密閉するカプセル状封止材
29と、PWボードに接して位置し開口の一端部を密閉
する、開口よりも大きな寸法の構造部材30とからな
り、少なくとも1個のシリコンチップ又は基板が開口内
に位置し、構造部材が熱伝導材からなりMCMタイルに
隣接して位置しパッケージの動作から生じる熱をMCM
タイルから除去するためのヒートシンクとして働く。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面装着(マウン
ト)組立に適用される集積回路ユニットを有する半導体
装置の実装(パッケージング)に関する。
【0002】
【従来の技術】可搬の産業用及び消費者用製品は、サイ
ズを小型化しコストを下げ機能性を増す傾向にある。こ
れらの要件から、より大規模且つより複雑な集積回路を
より大きなパワー密度の取り扱いが可能なより小さいパ
ッケージに収容することが可能な半導体実装技術の開発
により多くの力点が置かれている。
【0003】従来の表面装着(マウント)技術はリード
線付きプラスチックパッケージを利用する。しかし、リ
ード線付きプラスチックパッケージのリード線ピッチ及
びサイズが減少を続ける一方、リード線の同一平面性の
制御のまずさによるはんだ組立歩どまりの悪さ、及びリ
ード線ピッチの減少が続くことによる微細ピッチはんだ
印刷歩どまりの悪さのような問題が、引続き主たる重要
問題点として残ることとなる。
【0004】これらの問題点を克服するものと思われた
実装方式の1つは、オーバモールドプラスチックパッド
・アレイ・キャリヤ(以下、OMPAC)技術によるも
のである。OMPAC組立は、両面式の印刷回路ボード
又は印刷配線ボードの積層板を利用する。(印刷回路ボ
ード又は印刷配線ボードを以下、印刷配線ボード又はP
Wボードと称する)
【0005】PWボードの上側金属被覆は、集積回路
(IC)ユニットのダイ取り付け用のダイパッドと、接
地部と、ワイヤボンドフィンガーとからなる。ICユニ
ットは、1個の半導体チップ(ダイ)、又は多数の半導
体チップ、あるいはシリコン基板上にフリップチップマ
ウンティングされた少なくとも1個のチップを有するマ
ルチチップモジュール(MCM)タイル、からなる。
【0006】ワイヤボンドフィンガーは外方へ、PWボ
ード内の、パッケージの縁部の近くに位置する「メッキ
された貫通孔」(以下、貫通孔)へ延びる。貫通孔によ
って、PWボードの頂部側から底部側への電気的連続性
が得られる。貫通孔からはんだ凸部(バンプ)終端部で
あるはんだパッドへメッキした銅製連絡路を延ばすこと
によって、PWボードの底部側において信号路が完結す
る。
【0007】はんだバンプを除いては、PWボード上の
全ての金属性の回路図形は、写真手段で定義され、エッ
チングされ、銅、ニッケル、及び金で電気メッキされ
る。ICユニットをPWボードに相互接続するには、従
来のエポキシダイ接着及びワイヤボンディング技術が用
いられる。ダイ及びワイヤボンディングの後、PWボー
ドは従来のエポキシ転移技術を用いてオーバモールディ
ング処理される。
【0008】ポストモールド(モールディング後)キュ
アリングの後、パッケージははんだバンプを設けられ、
電気的に試験される。結果として得られるパッケージ
は、「ボールグリッドアレイ」(BGA)パッケージと
称する。はんだバンプは、BGAパッケージを更に例え
ばマザーボードに相互接続するために用いられる。
【0009】マザーボードは一般に、OMPACのBG
Aパッケージよりもはるかに大きい面積を有し、その上
には、蓄電器、変成器、及び抵抗器のような、チップ又
はモジュールに集積しにくいいくつもの他の相互接続電
気素子、又更には他の実装IC、BGA、プラグ、及び
コネクタが配置される。
【0010】OMPACのBGAパッケージの、リード
線付き表面マウント技術に比べての主な利点は、パッケ
ージの底部側においてはんだ接続点を均一に間隔をおい
て配置したことにより実装相互接続密度が増大したこ
と、はんだ組立の歩どまりがより高いこと、及びリード
線の同一平面性の問題がないことである。
【0011】図11に、従来技術によるOMPAC(オ
ーバモールドプラスチックパッド・アレイ・キャリヤ)
のBGA(ボールグリッドアレイ)パッケージの代表的
な例100の断面を略図で示す。パッケージ100(以
下、デバイスとも称する)は、ICユニット101を有
する。本例では、ICユニット101は単一のダイ(チ
ップ)構成要素からなる。
【0012】デバイス100は、印刷配線ボード(PW
ボード)102を有し、PWボードは、ワイヤボンドフ
ィンガー103、はんだマスクとして機能するワイヤボ
ンドフィンガー103上のポリマコーティング104、
貫通孔105、接触パッド106、チップ101をワイ
ヤボンドフィンガー103に相互接続するワイヤ10
7、及びチップ101とワイヤ107とワイヤ107に
接着されるワイヤボンドフィンガー103の部分とを密
閉する成形コンパウンド108を有する。
【0013】接触パッド106には、最終的にマザーボ
ード(図示しない)に相互接続するためのはんだバンプ
109が設けられる。
【0014】図12に、従来技術によるOMPAC(オ
ーバモールドプラスチックパッド・アレイ・キャリヤ)
のBGA(ボールグリッドアレイ)パッケージの変形例
であるデバイス120を略図で示す。
【0015】ここではICユニット121は、シリコン
基板上にシリコンチップを載せた(シリコン・オン・シ
リコン)タイル形状のモジュール(マルチチップモジュ
ール(MCM)タイルと称する)121である。MCM
タイル121は、シリコン相互接続基板124上の相互
接続回路(図示しない)に、はんだリフロー技術によっ
てフリップチップマウンティングされた複数のチップ1
22及び123から構成される。
【0016】シリコン基板124は、PWボード125
上にマウントされ、PWボード125には、ワイヤボン
ドフィンガー126、はんだマスク127、貫通孔12
8、及び接触パッド129が設けられる。シリコン基板
124は、ワイヤ130によってワイヤボンドフィンガ
ー126に相互接続される。保護シェル131には、シ
リコンゲルのような高度に順応性のあるカプセル状封止
材132が充填され、この封止材がMCMタイル121
を保護する。接触パッド129には、最終的にマザーボ
ード(図示しない)に相互接続するためのはんだバンプ
133が設けられる。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】デバイス100と対照
的に、デバイス120は、モールディングのステップを
経ないため、デバイス組立をモールディングプロセスの
厳しさに曝すことが避けられる。しかし、パッケージの
厚さを削減することが望ましい。更に又、ICユニット
から熱を効率よく除去できることも望ましい。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明は、マルチチップ
モジュール(MCM)タイルのような半導体素子を種々
の印刷ボード(PWボード)に実装し、少なくとも垂直
方向において、従来技術によるOMPACデバイスより
もサイズの小さいパッケージが得られるような新しい半
導体素子実装によるパッケージを提供するものである。
【0019】本発明によるMCMタイルは、周辺金属被
覆部を有する相互接続基板と、はんだリフロー技術又は
電導性接着剤技術によってこの基板上にマウントされた
少なくとも1個のチップすなわち集積回路(IC)とか
らなる。印刷配線ボード(PWボード)は、単一のレベ
ル部又は多数のレベル部からなり、MCMタイルの少な
くとも1個のチップをその内部に収容するための開口を
有する。
【0020】この開口は、基板とPWボードとの間の相
互接続の種類に依って大きさが異なり、ワイヤボンディ
ングの相互接続についてはMCMタイルの基板よりも大
きく、はんだリフロー又は電導性接着剤による相互接続
についてはMCMタイルの基板よりも小さい。ワイヤボ
ンディングの相互接続の場合には、MCMタイルは、開
口内に位置し、PWボード又は開口の一端部を密閉する
構造材又はヒートシンクの表面上に位置する。開口の他
端部は、解放であるか若しくは構造部材、ヒートシン
ク、別のPWボード、又はマザーボードによって囲われ
る。
【0021】はんだリフロー又は電導性接着剤による相
互接続については、開口は基板よりも小さい。そして、
開口は、開口の端部領域がPWボードの開口に隣接する
区域に重なるように、位置し、チップ及び/又は基板は
開口内に位置する。相互接続部は、シリカゲルのような
高度に順応可能なカプセル状封止材で密閉される。
【0022】
【発明の実施の形態】本発明は、シリコン・オン・シリ
コンのマルチチップモジュール(MCM)タイルを、少
なくとも垂直方向において、従来技術によるOMPAC
デバイスよりもサイズが小さく、MCMタイルを実効的
に保護し、MCMタイルから熱を除去するためのヒート
シンクを有するパッケージの形に実装する技術及びその
パッケージを提供するものである。
【0023】一般的なMCMタイルは、相互接続基板
と、はんだリフロー技術又は電導性接着剤技術によって
基板上にフリップチップ方式でマウントされた少なくと
も1個のチップすなわち集積回路(IC)とからなる。
基板は、シリコン、セラミック、及びプラスチック積層
板からなる種々の材料から作られる。MCMタイルのP
Wボード又はマザーボードの相互接続を可能にするため
に、基板上に周辺金属被覆が設けられる。
【0024】以下に、本発明による、MCMタイルのP
Wボードへの実装(本実装)のいくつかの変形例につい
て開示する。本実装は、本実装と対比できる図11及び
図12に示すような種類の、従来技術による実装よりも
コンパクトな、少なくとも厚さがより薄いサイズを達成
している。
【0025】以下に開示する各変形例において、PWボ
ードには、内部にMCMタイルを位置させる空洞部を形
成するための開口を設け、MCMタイルについては、空
洞部内に、空洞部が順応性のあるカプセル状封止材を充
填された後にチップと基板との間の相互接続部及び基板
とPWボードとの間の相互接続部が環境から保護される
ように、位置させる。
【0026】高パワー密度を有する低形のデバイス実装
と組み合わせて熱エネルギーの効率的な除去を可能にす
るために、パッケージにはヒートシンクとして作用する
構造部材を設け、この構造部材が空洞部を密閉してMC
Mタイルが更に保護されるように構成する。ヒートシン
クによって吸収された熱は、技術的に周知の仕方で、放
散される。これは、ヒートシンク上を例えば空気のよう
な流体流通過させることによって実現できる。
【0027】熱の除去は、例えばフィン付きヒートスプ
レッダのような熱拡散器をヒートシンクに接触させて設
けることによって更に強められる。この熱拡散器は上記
のような流体流によって冷却される。
【0028】本発明は、熱を外に逃がす路(熱路)及び
/又はヒートシンク機能を包含する最適に配置された構
造部材と組み合せて最小可能上下(垂直)寸法を達成す
ることに関する。しかし、パワー密度が本来低いために
ヒートシンク又は熱路を用いる必要のない用途が数多く
存在する。このような用途においては、本発明のどのよ
うな設計においてもヒートシンク又は熱路を設けずに実
現することが可能である。
【0029】これは次の2つの方法のいずれかによって
達成される。すなわち、(1)対象となるヒートシンク
部材を設計から完全に除去する方法、若しくはもしこの
部材がカプセル状封止量の定義又はMCMタイルの支持
のような、付加的な構造的機能を担当する場合には、
(2)対象となる構造部材において、本来ヒートシンク
に用いられるはずの高熱伝導性金属(一般には銅で高
価)をプラスチック(比較的安価)のような熱伝導性材
料に置換する方法である。
【0030】後者の用途においては、ヒートシンク構造
を完全に実現する場合にかかるコストを発生させること
なく、薄形実装の利点が維持され、可能性としてはむし
ろ強められる。
【0031】図1に、MCMパッケージの一変形例10
を略図で示す。多数のレベル部を有するPWボード11
が、下部レベル部12と中部レベル部13と上部レベル
部14とからなる。本変形例においては、下部レベル部
12は、連続である一方、中部及び上部レベル部は各
々、貫通開口を有し、これらによって段階的開口15が
形成され、この段階的開口は下部レベル部12と共に空
洞部16を形成する。
【0032】一実施例においては、MCMタイルはシリ
コン基板18とシリコンチップ19及び20とからなる
シリコン・オン・シリコンMCMタイル17であって、
空洞内に位置する。シリコン基板は、空洞部内にPWボ
ードの下部レベル部の表面上に載った形となる。シリコ
ン基板上のワイヤボンドフィンガー21が、PWボード
の中部レベル部上の接触パッド23にワイヤ22を介し
て相互接続される。
【0033】替わってこれらのパッドは、貫通孔24を
介してPWボードの他のレベル部へ、例えば接点25に
相互接続され、これによって下部レベル部の底面上のは
んだバンプ26に相互接続され、更にはオプションとし
て、PWボードの上部レベル部の表面上の、符号27及
び28のような他のチップ又は電子デバイスに相互接続
される。
【0034】本明細書に添付のどの図面においても、簡
単のため極く僅かの数の接点及び貫通孔しか図示しない
が、PWボード上でのこれらの接点及び貫通孔の配置方
法については技術的に周知である。下部レベル部の表面
上に載ったMCMタイルは完全に空洞部16の内部にあ
り、チップの上面はPWボードの上部レベル部の上面よ
りも下にある。
【0035】空洞部16には、シリコンゲルのような高
度に順応性のあるカプセル状封止材29が充填される。
カプセル状封止材29は、チップ及びシリコン基板と、
シリコン基板上のワイヤボンドフィンガーと、PWボー
ド上の接触パッドと、ワイヤボンドフィンガーと接触パ
ッドとを相互接続するワイヤとの間の相互接続部を密閉
する。
【0036】デバイス10には又、ヒートシンクとして
働き空洞部を密閉する構造部材30が設けられる。構造
部材(ヒートシンク)の終端部31はPWボードの上部
レベル部上に載る。ヒートシンクは、MCMタイルのチ
ップから間隔を置いているが、デバイスの動作中にMC
Mタイルの構成要素によって生成される熱を取り込むの
に十分な程度に近接して位置する。オプションとして、
熱伝導性ペースト又は熱グリースのような、熱伝導性順
応部材32が、チップ及びヒートシンクに物理的に接触
するように設けられる。
【0037】図2に、MCMパッケージの別の変形例3
5を略図断面で示す。シリコン・オン・シリコンMCM
タイルは、図1で述べたMCMタイル17に類似であ
る。したがって、本図2及び以下の図3から図10まで
のMCMタイルについては同一の符号を付ける。図2の
説明を続けると、単一のレベル部を有するのPWボード
36に貫通開口37が設けられる。
【0038】障壁38がPWボードの上面に設けられて
開口の回りを巡るように配置される。障壁は、シリコン
基板とPWボードとの間の相互接続が可能なように開口
から間隔を置いて設けられる。障壁は、MCMタイルを
包み込むための順応性カプセル状封止材の保持器として
機能する。
【0039】構造部材39が、PWボードの底面に固定
される。構造部材は、剛性の板材で、開口の端部を密閉
するためだけに又はヒートシンクとしても用いられる。
前者の目的には構造部材にプラスチック材を用い、後者
のヒートシンク用には金属又は高電熱特性を有する他の
材料を用いる。構造部材と開口の壁部と障壁の壁部とに
よって空洞部40が形成される。MCMタイル17は空
洞内にあり、MCMタイルのシリコン基板18が構造部
材の上に載り構造部材と接触状態にある。
【0040】シリコン基板上のワイヤボンドフィンガー
21がワイヤ22によってPWボード上の接触パッド4
1に接続される。MCMタイル及び相互接続部が、シリ
コンゲルのような順応性のカプセル状封止材29内にカ
プセル状封止される。図1と同様に、シリコンゲルが、
基板とチップとの間及び基板とPWボードとの間の相互
接続部を包み込んで、これらの相互接続部を環境から保
護する。
【0041】図3に、マザーボード42に電気的及び機
械的に相互接続されたデバイス35を示す。マザーボー
ドは、障壁38を内包するのに十分な大きさの開口43
を有し、PWボード上に重なり、はんだ又は電導性接着
剤の相互接続部44によってPWボードに電気的に接続
される。
【0042】図3に、MCMパッケージの更に別の変形
例45を略図断面で示す。MCMパッケージは、MCM
タイル17と、2個のレベル部を有するPWボード46
と、ヒートシンクとして作用する構造部材47とからな
る。PWボードには、PWボードの下部レベル部49と
上部レベル部50との両方を貫く段階的開口48が設け
られる。PWボードの下部レベル部49は、構造部材上
に載り、構造部材は開口48の一端部を密閉して空洞部
51を形成する。
【0043】MCMタイルは、構造部材と段階的開口の
壁部とによって形成された空洞部内に位置し、MCMタ
イルのシリコン基板18が構造部材上に載る。ワイヤ2
2がシリコン基板上のワイヤボンドフィンガー21をP
Wボードの下部レベル部上の接触パッド52に相互接続
する。
【0044】替わって接触パッド52が、別のPWボー
ド又はマザーボードに将来接続するために、貫通孔53
を介してPWボードの上部レベル部50上の接触パッド
54に相互接続される。加えて、MCMタイル及びワイ
ヤ相互接続部が、シリコンゲル29内にカプセル状封止
される。
【0045】図5に、図4のデバイス45がマザーボー
ドのような別のボード55に電気的及び機械的に相互接
続された場合を示す。マザーボード55は、この2個の
レベル部を有するPWボードの上部レベル部に重なり、
空洞部51を密閉する。マザーボード55は、はんだリ
フロー相互接続部56によってPWボードに接続され
る。
【0046】図1から図5までにおいて、MCMパッケ
ージが、MCMタイルのシリコン基板上のワイヤボンド
フィンガーがワイヤによってPWボード上の接触パッド
に相互接続されるような構造を有する場合について説明
した。
【0047】有効な相互接続を得るためには、アルミニ
ウムのようなワイヤボンディング可能な金属で作られた
ワイヤボンドフィンガー及びPWボード上の関連パッド
は、銅にニッケルメッキしたものの上に金をメッキ(金
・オーバ・ニッケルメッキ)して作られるようなワイヤ
ボンディング可能な表面仕上げとする必要がある。ワイ
ヤボンディング相互接続をなくすことによって、PWボ
ード上の銅についての高価な金・オーバ・ニッケルメッ
キの必要もなくなることになる。
【0048】図6から図10までにおいて説明するMC
Mパッケージは、シリコン基板とPWボードとの間のワ
イヤボンディングなしに製作される。この場合、接着
(ボンディング)ははんだリフロー又は電導性接着剤に
よる相互接続技術を用いて行われる。はんだ付けの場
合、PWボードには、MCMタイル上の入出力(I/
O)パッドに一致するパターンの接触パッドが、既知の
仕方で設けられる。
【0049】リフローはんだに適した表面を得るため
に、これらの接触パッドには各々、はんだに対する濡れ
性を有する金属被覆を賦与する表面仕上げが、既知の仕
方で行われる。この相互接続によって、シリコン基板上
の回路をPWボード上の回路に接続するためのワイヤボ
ンディングの必要性がなくなる。
【0050】MCMタイルとPWボードとの間の相互接
続媒体として印刷はんだの使用を可能にするために、図
1から図5までの、例えばMCMタイル基板上のワイヤ
ボンドフィンガー21又はその他のワイヤボンドフィン
ガーは、相互接続フリップチップMCMパッドと同時に
凝集付着(デポジット)させた、はんだに対する濡れ性
を有するI/O金属パッド、に置換される。
【0051】一実施例においては、これらの、はんだに
対する濡れ性を有するI/O金属パッドは、チップを基
板に取り付けるために用いられる内部I/Oパッド上に
はんだペーストが印刷されるのと同時に170μm×2
80μmのはんだペーストのデポジットを印刷すること
が可能なように、305μm(12ミル)のピッチ間隔
で96μm×146μmのパッドとして形成される。
【0052】このプロセスは、95/5Sn/Sbのよ
うな中ないし高融点はんだを用いて、はんだバンプを設
けたMCMタイルを生産するのに適用される。MCMタ
イル上ではウェファーの組み立て、洗浄、検査及び個々
のタイルへの分割が完了した後に各タイル上の個々の出
力パッドに、はんだバンプが設けられる。これらのパッ
ドはそれ自体、標準的な表面実装技術による組立に共通
な印刷共融(又は近共融)Sn/Pbはんだペーストで
リフローはんだ付けを行うのに適している。
【0053】ちなみに、はんだバンプをMCMタイルの
I/Oパッドに付加することにより、可試験性が向上
し、したがって、誤読により拒絶された良品タイルの数
を減らすことにより、(はんだバンプ付きダイを電気的
に試験した場合にそうであるように)歩どまりも向上す
る。
【0054】ICパッケージ、基板又はPWボードのよ
うな素子の金属パッド上にはんだバンプを形成するため
の技術が、米国特許第5,346,118号(1994
年9月13日発行)に開示されている。ここにこの米国
特許を本出願の参考文献とする。このはんだバンプ形成
技術は、ワイヤボンディングによる相互接続を用いずに
デバイスを製作する際に非常に有用である。
【0055】図6に、MCMタイルがはんだボンディン
グによってPWボードに相互接続されたMCMパッケー
ジ60を略図で示す。このMCMパッケージは、下部レ
ベル部62と上部レベル部63とからなる2個のレベル
部を有するPWボードを有する。PWボードには、PW
ボードの下部レベル部の底面上に開く段階的開口64が
設けられる。
【0056】段階的開口64のサイズは、MCMタイル
のシリコン基板がPWボードに電気的に相互接続される
場合にシリコン基板の端部が、PWボードの下部レベル
部内の開口に隣接するPWボード領域の上に重なる一
方、シリコン基板上のチップが、下方に向き、開口の壁
部に接触せずに下部レベル部内の開口に納まるようなサ
イズである。
【0057】MCMタイル17の位置関係は、MCMタ
イルのシリコン基板18の上面が上方を向く一方、チッ
プ19及び20が下部レベル部の開口内において下方を
向き、しかもチップがPWボードの下部レベル部の底面
から開口の内方へ後退した位置にあるような位置関係で
ある。デバイス60には又、構造部材65がシリコン基
板に隣接して設けられる。この構造部材は、開口の一端
部を密閉し、開口64の壁部と共に空洞部69を定義す
る。構造部材は高熱伝導材で作られ、MCMタイルに対
するヒートシンクとして用いられている。
【0058】シリコン基板上のボンドフィンガー67
が、はんだリフロー相互接続部69によってPWボード
上の接点68に電気的に接続される。空洞部には、シリ
コンゲル29が充填され、このシリコンゲルがチップと
シリコン基板との間及びシリコン基板上のボンドフィン
ガーとPWボード上の接点との間の相互接続部を密閉し
て保護する。
【0059】本実施例の構成においては、MCMタイル
基板の端部のみがはんだ相互接続部を介してPWボード
上の回路と接触し、チップは開口内にあるので、組立体
の厚さがPWボードの厚さにまで削減される。これを図
11及び図12に例示される従来の技術におけるよう
な、MCMタイルをPWボードの頂部にマウントしチッ
プを上方に向けPWボードの回路にワイヤボンディング
したことに起因する「MCMタイル・オン・PWボー
ド」組立体の厚さに対比すると、本実施例の優位は明白
である。
【0060】図7に、MCMタイルがはんだリフローボ
ンディングによってPWボードに相互接続された別のM
CMパッケージ70を略図で示す。MCMパッケージ
は、単一のレベル部からなるPWボードを有し、PWボ
ードには、貫通開口72が設けられる。MCMタイル1
7の位置関係は、MCMタイルのチップ19及び20が
開口72内にある一方、シリコン基板が開口の外側に来
るようにMCMタイルのシリコン基板18の端部が開口
に隣接するPWボードの底面に重なる位置にあるような
位置関係である。
【0061】シリコン基板上のボンドフィンガー73
が、はんだリフロー相互接続によってPWボード上の接
点74に電気的に接続される。カップ状カバー75がシ
リコン基板の底面に接触する一方、カバーの端部フラン
ジ76が接着剤(図示しない)によってPWボードの底
部に取り付けられる。カップ状カバーは、MCMタイル
に対するヒートシンクとして用いるために、銅のような
金属又は高熱伝導特性を有するプラスチックで作る。金
属カバーの場合には、電磁放射線に対する遮蔽体として
作用するという利点がある。
【0062】空洞部77が開口72の壁部とカップ状カ
バーとによって形成され、シリコンゲルのような、順応
性のあるカプセル状封止材を部分的に充填され、この封
止材がMCMタイル及びボンドフィンガーと接点との間
の相互接続部を密閉して保護する。
【0063】図8に、図7のデバイス70がマザーボー
ドのような別のボード78に電気的及び機械的に相互接
続された場合を示す。マザーボード78は、PWボード
の上面に位置して空洞部77に重なり、はんだリフロー
相互接続部79によってPWボードに電気的に接続され
る。
【0064】図9に、活性半導体素子とPWボードとの
間の相互接続がはんだリフローによって得られる場合の
半導体パッケージの別の変形例80を略図で示す。しか
し、この変形例においては、MCMタイルの代わりに、
符号81又は82のような単一の又は複数の個々のチッ
プが、下部レベル部84と上部レベル部85との2個の
レベル部を有するPWボード83にはんだリフローによ
って相互接続される。開口86がPWボードの上部レベ
ル部に形成される。
【0065】チップは、PWボードの下部レベル部と開
口86の壁部とによって形成される空洞内に位置する。
複数のヒートシンク挿入体88(熱路としても知られ
る)が、チップから熱を取り去るために、PWボードの
下部レベル部に設けられる。空洞部には、シリコンゲル
のような順応性あるカプセル状封止材29が充填され、
この封止材がチップとPWボードとの間の相互接続部を
密閉して保護する。
【0066】図10に、図9のデバイス80がマザーボ
ード又は他のPWボードのような別のボード89に電気
的及び機械的に接続された場合を示す。ボード89は、
PWボードの上部レベル部の上に重なり、はんだリフロ
ー相互接続部90によってPWボード83に相互接続さ
れる。
【0067】最後に、もしPWボードが、リードフレ−
ムPWボードに類似の、マザーボードにマウントされる
中間相互接続又はリードフレ−ムボードである場合(片
面可撓性PWボード又は両面剛性PWボードのいずれ
か)、PWボードは、はんだ印刷可能なバンプ(凸部)
を堅固に付けたはんだパッドのI/O配列(アレイ)に
合うようにパターン化される。バンプ付きのはんだパッ
ドは利点があるが、はんだバンプのないパッドも本発明
から除外されるものではない。
【0068】例えば、1.52mm(60ミル)のOM
PAC標準BGAピッチを用いることによって、直径
0.71mm(28ミル)のはんだパッドの2つのくい
ちがい列からなる周辺アレイを容易に形成することが可
能である。この場合、25.4mm×25.4mmのパ
ッケージにおけるI/Oパッドの総数は108となる。
(配線経路選択を容易にするために、安価な片面PWボ
ードにおいてもくいちがい列方式を用いる)
【0069】これによって、MCMパッケージ又は次の
レベル部の相互接続のために必要となるマザーボード上
の区域のいずれの形状又はサイズを変更することなし
に、(1)108もの多くのI/O接続点と(2)タイ
ルの開口部に必要な余地空間が得られる。同時に、印刷
はんだBGAバンプ及び表面マウントリフローはんだの
マザーボードへの堅固な取付が、なお可能である。
【0070】以上の説明は、本発明の一実施例に関する
もので、本発明についての更なる付加的な利点及び変更
の発想は当業者には容易である。故に、本発明の態様
は、上に述べた特定の詳細代表デバイス例に限定される
ものではない。したがって、本発明の種々の変形例を考
え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含
される。
【0071】例えば、図2及び図3の符号39及び図4
及び図5の符号47として示した構造部材、又は図7及
び図8の符号75として示したカップ状カバー又は図1
の符号30及び図6の符号65として示した構造部材の
ような、いくつかの実施例に示した構造部材は、必ずし
もヒートシンクである必要はなく、単なる補強材又は支
持部材で差し支えない。
【0072】これらの構造部材は全て、ヒートシンクと
して働かない場合には、プラスチック材のような非熱伝
導性又は低熱伝導性材から製作する。或る場合には、構
造部材30及び65を全くなくしてもよい。
【0073】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、マ
ルチ・チップ・モジュール(MCM)パッケージにおい
て、印刷配線(PW)ボードに空洞部を設けてMCMタ
イルを効率的に配置することにより、従来技術によるM
CMパッケージに対比して少なくとも垂直寸法すなわち
厚さを削減したパッケージを得ることが可能となる。
又、構造部材をヒートシンク等の、チップからの発生熱
の放散にも適した構造としたので、高パワー密度仕様に
も薄形で容易に対応できる。
【0074】したがって、ますます要求が強まるパッケ
ージ小型化の需要に対応でき、パッケージを採用するシ
ステム及び装置の小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】半導体デバイスであって、同デバイスが、段階
的開口を有する多数のレベル部を有するPWボード上に
マウントされたMCMタイルからなる場合の概略断面図
である。同デバイスにおいては、PWボードによって形
成された空洞部内に位置するMCMタイルがワイヤボン
ディングによってPWボードに電気的に接続され、構造
部材が空洞部を密閉し、空洞部に、少なくともMCMタ
イルのチップを包み込む順応性カプセル状封止材が充填
される。
【図2】半導体デバイスであって、同デバイスが、PW
ボードの壁部とPWボード上に位置する障壁の壁部とに
よって定義される段階的貫通開口を有する単一のレベル
部を有するPWボードからなる場合の概略断面図であ
る。同デバイスにおいては、構造部材がPWボードに取
り付けられて開口の一端部を密閉し、構造部材と開口の
壁部と障壁の壁部とが空洞部を形成し、MCMタイル
が、構造部材上の空洞部内に位置し、MCMタイルが、
ワイヤボンディングによってPWボードに電気的に接続
され、空洞部に、MCMタイルを包み込む順応性カプセ
ル状封止材が充填される。
【図3】図2に示す半導体デバイスにおいて、マザーボ
ードがPWボードに電気的に接続される場合の概略断面
図である。
【図4】半導体デバイスであって、同デバイスが、段階
的貫通開口を有する2個のレベル部を有するPWボード
からなる場合の概略断面図である。同デバイスにおいて
は、構造部材がPWボードに取り付けられて開口の一端
部を密閉し、構造部材と開口の壁部とが空洞部を形成
し、MCMタイルが、構造部材上の空洞部内に位置し、
MCMタイルが、ワイヤボンディングによってPWボー
ドに電気的に接続され、空洞部にMCMタイルを包み込
む順応性カプセル状封止材が充填される。
【図5】図4に示す半導体デバイスにおいて、PWボー
ドに電気的に接続されたマザーボードが、MCMタイル
上方に位置して空洞部を密閉する場合の概略断面図であ
る。
【図6】半導体デバイスであって、同デバイスが、段階
的貫通開口を有する2個のレベル部を有するPWボード
からなる場合の概略断面図である。同デバイスにおいて
は、MCMタイルが、開口の段階的壁部によって形成さ
れる空洞部内にマウントされ、MCMタイルが、はんだ
リフロー又は伝導性接着剤による相互接続を介してPW
ボードの下部レベル部に電気的に接続され、空洞部に、
MCMタイルを包み込む順応性カプセル状封止材が充填
され、構造部材が、MCMタイルの基板の上方のPWボ
ード状に配置されて基板側にある空洞部を密閉する。
【図7】半導体デバイスであって、同デバイスが、貫通
開口を有する単一のレベル部を有するPWボードからな
る場合の概略断面図である。同デバイスにおいては、M
CMタイルの基板が、はんだリフロー又は伝導性接着剤
による相互接続を介してPWボードの底部に電気的に相
互接続される一方、MCMタイルのチップが、開口内に
位置し、カップ状カバーが、MCMタイルの上方に基板
に接触して配置され、カップ状カバーのフランジ端部が
PWボードに接触し、カップ状カバーとPWボードの壁
部とが空洞部を形成し、空洞部に順応性のあるカプセル
状封止材が充填される。
【図8】図7に示す半導体デバイスにおいて、PWボー
ドにカップ状カバーと反対の側で電気的に接続されたマ
ザーボードが、MCMタイル上方に位置して空洞部を密
閉する場合の概略断面図である。
【図9】半導体デバイスであって、同デバイスが、PW
ボードの上部レベル部に開口を有する2個のレベル部を
有するPWボードからなる場合の概略断面図である。同
デバイスにおいては、下部レベル部と上部レベル部の壁
部とによって空洞部が定義され、複数のヒートシンク領
域が、PWボードの下部レベル部内にこの下部レベル部
を通して位置し、PWボードの下部レベル部上の空洞内
に位置する複数のシリコンチップが、ヒートシンク領域
に熱的に接続され且つはんだリフロー又は伝導性接着剤
によってPWボードに電気的に接続され、空洞部に、順
応性のあるカプセル状封止材が充填される。
【図10】図9に示す半導体デバイスにおいて、マザー
ボードが、PWボードの上部レベル部に電気的に接続さ
れて空洞部を密閉する場合の概略断面図である。
【図11】半導体ダイ(チップ)とPWボードとの間に
ワイヤボンディングによる相互接続を有する、従来技術
によるOMPACデバイスの概略断面図である。
【図12】MCMタイルをPWボードにワイヤボンディ
ングによって相互接続した、従来技術による別のデバイ
スの概略断面図である。
【符号の説明】
10、35、45、60、70 マルチ・チップ・モジ
ュール(MCM)パッケージの変形例 11 多数のレベル部を有する印刷配線(PW)ボード 12 下部レベル部 13 中部レベル部 14 上部レベル部 15 段階的開口 16 空洞部 17 シリコン・オン・シリコンMCMタイル 18 シリコン基板 19、20 シリコンチップ 21 ワイヤボンドフィンガー 22 ワイヤ 23、41 接触パッド 24 貫通孔 25 接点 26 はんだバンプ 27 他の電子デバイス 28 他のチップ 29 カプセル状封止材(シリコンゲル) 30 構造部材 31 構造部材の終端部 32 熱伝導性順応部材 36、71 単一のレベル部を有するPWボード 37、72 貫通開口 38 障壁 39、47、65 構造部材 40、51、66、77、87 空洞部 42、55、78、89 マザーボード 43 開口(マザーボード) 44 はんだ又は電導性接着剤の相互接続部 46、61、83 2個のレベル部を有するPWボード 48 段階的貫通開口 49、62、84 下部レベル部 50、63、85 上部レベル部 52、54 接触パッド 53 貫通孔 56、69、79、90 はんだリフロー相互接続部 64 段階的開口 67、73 ボンドフィンガー 68、74 接点 75 カップ状カバー 76 端部フランジ 80 半導体パッケージ 81、82 チップ 86 開口 88 ヒートシンク挿入体(熱路) 100、120 オーバモールドプラスチックパッド・
アレイ・キャリヤ(OMPAC)のボールグリッドアレ
イ(BGA)パッケージの代表的な例(デバイス) 101 ICユニット 102、125 PWボード 103、126 ワイヤボンドフィンガー 104 ポリマコーティング 105、128 貫通孔 106、129 接触パッド 107、130 ワイヤ 108 成形コンパウンド 109、133 はんだバンプ 121 MCMタイル 122、123 チップ 124 シリコン相互接続基板 127 はんだマスク 131 保護シェル 132 カプセル状封止材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス ディクソン デュダラー アメリカ合衆国,07928 ニュージャージ ー,チャタム,スクール アヴェニュー 30 (72)発明者 ビュング ジョーン ハン アメリカ合衆国,07076 ニュージャージ ー,スコッチ プレインズ,カントリー クラブ レイン 76 (72)発明者 アラン マイケル リオンズ アメリカ合衆国,07974 ニュージャージ ー,ニュー プロヴィデンス,モアハウス プレイス 28 (72)発明者 キング リエン タイ アメリカ合衆国,07922 ニュージャージ ー,バークレイ ハイツ,ハイランド サ ークル 95

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マルチチップモジュールパッケージであ
    って、 開口を有する印刷配線ボードと、 基板と該基板上に装着され且つ該基板に電気的に相互接
    続された少なくとも1個のシリコンチップとを有するマ
    ルチチップモジュールタイルと、 前記印刷配線ボード上の回路に電気的に相互接続された
    前記基板上の回路と、 前記マルチチップモジュールタイルを包み込んで少なく
    とも前記チップと前記基板との間の相互接続部と前記基
    板と前記印刷配線ボードとの間の相互接続部とを密閉す
    る、カプセル状封止材と、 前記印刷配線ボードに接して位置し前記開口の一端部を
    密閉する、前記開口よりも大きな寸法の構造部材と、か
    らなり、 前記少なくとも1個のシリコンチップ又は前記基板が前
    記開口内に位置し、 前記構造部材が、熱伝導材からなり、前記マルチチップ
    モジュールタイルに隣接して位置し、前記パッケージの
    動作から生じる熱を前記マルチチップモジュールタイル
    から除去するためのヒートシンクとして作用する、よう
    にしたことを特徴とするマルチチップモジュールパッケ
    ージ。
  2. 【請求項2】 前記パッケージにおいて、 前記印刷配線ボードが、多数のレベル部を有する印刷配
    線ボードであり、前記開口が、前記印刷配線ボードの上
    部レベル部に形成された段階的開口であり、前記基板が
    前記印刷配線ボードの下部レベル部上に載り、前記基板
    上の回路が前記印刷配線ボード上の回路にワイヤボンド
    相互接続部を介して接続され、前記構造部材が、前記印
    刷配線ボードの最上部レベル部の縁部の上に重なって該
    開口の隣接端部を密閉する平坦部材であり、前記構造部
    材が、前記マルチチップモジュールタイルの前記少なく
    とも1個のチップに隣接して位置するヒートシンクであ
    る、ようにしたことを特徴とする請求項1のパッケー
    ジ。
  3. 【請求項3】 前記パッケージにおいて、 熱伝導性の順応部材が、前記ヒートシンクと前記少なく
    とも1個のチップとの間に位置するようにしたことを特
    徴とする請求項2のパッケージ。
  4. 【請求項4】 前記パッケージにおいて、 前記印刷配線ボードが、単一のレベル部を有する印刷配
    線ボードであり、前記開口が、前記印刷配線ボードを貫
    通して延び、前記構造部材が、前記印刷配線ボードの底
    面に取り付けられて該開口の一端部を密閉する平坦部材
    であり、前記基板が前記構造部材上に載り、障壁が前記
    印刷配線ボードの上面上にあり、該障壁が、前記マルチ
    チップモジュールタイルの基板上の回路と前記印刷配線
    ボード上の回路との間のワイヤボンディングを可能とす
    るのに十分な距離だけ前記開口の縁部から離れて位置
    し、前記少なくとも1個のチップが、前記構造部材と前
    記印刷配線ボードにある開口の壁部と前記障壁の壁部と
    によって形成される空洞部内にあり、前記構造部材がヒ
    ートシンクである、ようにしたことを特徴とする請求項
    1のパッケージ。
  5. 【請求項5】 前記パッケージにおいて、 前記ヒートシンクが前記基板に隣接して位置するように
    したことを特徴とする請求項4のパッケージ。
  6. 【請求項6】 前記パッケージにおいて、 前記パッケージが、前記障壁によって定義される区域よ
    り大きい開口を有し且つはんだリフロー又は電導性接着
    剤による相互接続部を介して前記印刷配線ボードの上面
    に電気的に接続される別のボード、の上に装着されるよ
    うにしたことを特徴とする請求項4のパッケージ。
  7. 【請求項7】 前記パッケージにおいて、 前記印刷配線ボードが、2個のレベル部を有する印刷配
    線ボードであり、且つ前記印刷配線ボードの両レベル部
    を貫通する段階的開口を有し、前記構造部材が、前記印
    刷配線ボードの底面に取り付けられ且つ該開口の一端部
    を密閉する平坦部材であり、前記マルチチップモジュー
    ルタイルが前記開口内にあり且つ前記基板が前記構造部
    材上に載り、前記構造部材がヒートシンクとして作用
    し、前記基板上の前記回路が、前記印刷配線ボード上の
    前記回路にワイヤボンディングを介して接続される、よ
    うにしたことを特徴とする請求項1のパッケージ。
  8. 【請求項8】 前記パッケージにおいて、 前記パッケージが、前記印刷配線ボードの上部レベル部
    と前記開口との上に重なる別のボードに装着され、該別
    のボードが、はんだリフロー又は電導性接着剤による相
    互接続部を介して前記印刷配線ボードの上面に電気的に
    接続される、ようにしたことを特徴とする請求項7のパ
    ッケージ。
  9. 【請求項9】 前記パッケージにおいて、 前記印刷配線ボードが、2個のレベル部を有する印刷配
    線ボードであり、前記開口が、前記印刷配線ボードの両
    レベル部を貫通する段階的開口であり、前記マルチチッ
    プモジュールタイルが前記開口内にあり且つ前記基板の
    端部が、前記印刷配線ボードの下部レベル部の、前記開
    口に隣接する縁部と重なり、前記基板上の回路が、はん
    だリフロー又は電導性接着剤による相互接続部を介して
    前記印刷配線ボードの前記下部レベル部の上面上の回路
    に電気的に接続され、前記マルチチップモジュールタイ
    ルの前記少なくとも1個のシリコンチップが、前記印刷
    配線ボードの前記下部レベル部にある前記開口内に位置
    し、前記構造部材が、前記印刷配線ボードの上部レベル
    部の縁部と重なり、前記開口の隣接端部を密閉し、前記
    構造部材が、前記基板に隣接して位置して、ヒートシン
    クとして作用する、ようにしたことを特徴とする請求項
    1のパッケージ。
  10. 【請求項10】 前記パッケージにおいて、 前記印刷配線ボードが、貫通開口を有する単一のレベル
    部を有する印刷配線ボードであり、前記マルチチップモ
    ジュールタイルの前記基板が、前記印刷配線ボードの前
    記底面の、前記開口に隣接する端部領域に取り付けられ
    且つ該領域に重なり、前記基板が、はんだリフロー又は
    電導性接着剤による相互接続部を介して前記印刷配線ボ
    ードに電気的に接続され、前記マルチチップモジュール
    タイルの前記少なくとも1個のチップが前記印刷配線ボ
    ードの前記開口内に位置し、前記印刷配線ボードの底面
    の周辺に取り付けられたカップ状カバーが、前記基板を
    密閉し、該カップ状カバーが、前記マルチチップモジュ
    ールタイルの前記基板に接触して前記基板に対するヒー
    トシンクとして作用する、ようにしたことを特徴とする
    請求項1のパッケージ。
  11. 【請求項11】 前記パッケージにおいて、 前記パッケージが、前記開口を密閉するように前記印刷
    配線ボードの上面に重なる別のボード、に装着され、該
    別のボードが、はんだリフロー又は電導性接着剤による
    相互接続によって前記印刷配線ボードに電気的に接続さ
    れる、ようにしたことを特徴とする請求項10のパッケ
    ージ。
  12. 【請求項12】 前記パッケージにおいて、 前記印刷配線ボードが、2個のレベル部を有する印刷配
    線ボードであり、前記開口が、前記印刷配線ボードの前
    記上部レベル部に形成され、前記マルチチップモジュー
    ルタイルが、前記印刷配線ボードの前記下部レベル部の
    上面の前記開口内に装着された少なくとも1個の半導体
    フリップチップによって置換され、該少なくとも1個の
    半導体フリップチップから熱を除去するために前記印刷
    配線ボードの前記下部レベル部に複数の熱路が設けら
    れ、前記少なくとも1個のチップが、はんだリフロー又
    は電導性接着剤によって前記印刷配線ボード上の回路に
    相互接続される、ようにしたことを特徴とする請求項1
    のパッケージ。
  13. 【請求項13】 前記パッケージにおいて、 前記パッケージが、前記開口と前記印刷配線ボードの前
    記上部レベル部の上面との上に重なる別のボードに装着
    され、該別のボードが、はんだリフロー又は電導性接着
    剤によって前記印刷配線ボードに相互接続される、よう
    にしたことを特徴とする請求項12のパッケージ。
  14. 【請求項14】 前記パッケージにおいて、 前記基板がシリコンからなるようにしたこと、を特徴と
    する請求項1パッケージ。
  15. 【請求項15】 前記パッケージにおいて、 前記少なくとも1個のシリコンチップが、前記基板上に
    装着されたフリップチップであるようにしたことを特徴
    とする請求項1のパッケージ。
  16. 【請求項16】 前記パッケージにおいて、 前記構造部材が高度な熱伝導性を有しない材料からなる
    ようにしたことを特徴とする請求項1のパッケージ。
  17. 【請求項17】 前記パッケージにおいて、 前記構造部材が全く除去されるようにしたことを特徴と
    する請求項2のパッケージ。
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