JPH04251969A

JPH04251969A - 電子装置

Info

Publication number: JPH04251969A
Application number: JP3073636A
Authority: JP
Inventors: Robert J Wojnarowski; ロバート・ジョン・ウォナロウスキィ; Charles W Eichelberger; チャールス・ウィリアム・エイケルバーガー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1990-04-05
Filing date: 1991-03-14
Publication date: 1992-09-08
Anticipated expiration: 2017-01-07
Also published as: EP0450948A2; US5200810A; JP3244510B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【関連出願との関係】この出願は、この出願と同日に出
願した発明者Ｃ．Ｗ．アイケルバ―ナ他の発明の名称「
可撓性の高密度相互接続構造及び可撓性をもって相互接
続したシステム」と云う係属中の米国特許出願通し番号
　　　　（出願人控え番号ＲＤ−２０６，１５５）及び
発明者Ｗ．Ｐ．コルンルンプ他の発明の名称「コンパク
トで熱効率のよい焦点平面配列及びその試験と修理」と
云う係属中の米国特許出願通し番号第　　　　（出願人
控え番号ＲＤ−２０，１９５）と関係を有する。

【０００２】

【発明の背景】この発明は高密度相互接続構造回路の分
野、更に具体的に云えば、こう云う装置の融通性、実効
密度及び効率を高めることに関する。

【０００３】

【背景情報】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイに
よって開発された高密度相互接続（ＨＤＩ）構造又は装
置は、電子装置をコンパクトに組立てる点でいろいろな
利点を提供する。例えば、３０乃至５０個のチップを用
いたマイクロコンピュ―タの様な電子装置は、長さ２吋
、幅２吋、厚さ０．０５０吋の１枚の基板に完全に組立
てゝ相互接続することが出来る。更に重要なことは、こ
の相互接続構造は、不良部品の修理又は交換の為に分解
し、その後再び組立てゝも、装置内に使われた良好な部
品にそれ程のリスクがないことである。これは、夫々２
，０００ドルものコストがかゝるチップを５０個も１枚
の基板上の１つの装置内に用いる様な場合、特に重要で
ある。この様に修理が出来ることは、損傷を受けた部品
を取替える為に、装置を再加工することが不可能であっ
たか、或いは良好な部品にかなりのリスクを伴う様な従
来の接続方式に較べて、相当の進歩である。

【０００４】簡単に云うと、この高密度相互接続構造で
は、厚さ２５乃至１００ミルであって、装置全体にとっ
て適切な寸法及び強度を持つものであってよいが、アル
ミナの様なセラミック基板を用意する。その寸法は２吋
平方未満であるのが典型的である。一旦種々のチップの
位置が特定されたら、個々の空所、又は相異なるチップ
の所期の場所に適当な深さを持つ１つの大きな空所を調
製する。この為、一様な厚さ及び所望の寸法を持つ裸の
基板から出発する。普通のフライス加工又はレ―ザ或い
は超音波によるフライス加工を使って、種々のチップ及
びその他の部品を配置する空所を形成する。チップの縁
を突合せて配置するのが望ましい多くの装置では、１個
の大きな空所で満足である。この大きい空所は、半導体
チップが略一様な厚さを持つ場合は、典型的には一様な
深さを持つことが出来る。特に厚手又は特に薄手の部品
が配置される場合、空所の底を夫々一層深く又は一層浅
く作って、対応する部品の上面を、他の部品、並びにそ
の空所を取囲む基板の部分の上面と略同じ平面内に来る
様にする。その後、空所の底に熱可塑性接着剤層を設け
る。これはゼネラル・エレクトリック・カンパニイから
商品名ＵＬＴＥＭ（登録商標）で入手し得るポリエ―テ
ルイミド樹脂であることが好ましい。その後、種々の部
品を空所内の所望の場所に配置し、構造全体をＵＬＴＥ
Ｍポリエ―テルイミドの軟化点（使う組成に応じて２１
７℃乃至２３５℃近辺）に加熱し、その後冷却して、個
々の部品を基板に熱可塑的に結合する。その後、Ｅ．Ｉ
．デュポン・ドゥ・ネムア―ス・カンパニイから入手し
得るカプトン（登録商標）ポリイミドであってよいが、
厚さ約０．０００５乃至０．００３吋（約１２．５乃至
７５ミクロン）のポリイミド被膜を接着を促進する様に
予備処理し、片側をＵＬＴＥＭポリエ―テルイミド樹脂
又は別の熱可塑性物質で被覆し、チップ、他の部品並び
に基板の頂部の上に積層する。ＵＬＴＥＭ樹脂がカプト
ンを所定位置に保持する熱可塑性接着剤として作用する
。その後、接点をつけたい電子部品の接点パッドと整合
して、カプトン及びＵＬＴＥＭ層にバイア孔をレ―ザで
ドリル加工する。カプトン層の上に沈積されたメタライ
ズ層がバイア孔に入込み、その下に配置された接点パッ
ドと電気的に接触する。このメタライズ層をパタ―ンぎ
めして、それを沈積する過程の間に個々の導体を形成し
することが出来るし、或いはそれを連続層として沈積し
て、その後フォトレジスト及びエッチングを用いてパタ
―ンぎめしてもよい。フォトレジストはレ―ザを用いて
露出することが好ましく、こうしてこの過程の終りに整
合が正確な導体パタ―ンを作る。

【０００５】チップの間の全ての所望の電気接続を施す
為に、必要に応じて、追加の誘電体及びメタライズ層を
設ける。個々の電子部品及びその接点パッドの位置ずれ
があっても、これは適応形レ―ザ製版装置によって埋め
合せることが出来る。この装置は、以下記載するある米
国特許及び係属中の米国特許出願の対象とする所である
。

【０００６】こうして（必要な導体パタ―ンの確定並び
に電子部品の受領の後）、相互接続構造全体を初めから
終りまで約８乃至１２時間と云う短い時間の内に製造す
ることが出来る。

【０００７】この高密度相互接続構造はいろいろな利点
がある。その中には、現在利用し得るこの様な電子装置
のパッケ―ジとして重量が最も軽くて、容積が最も小さ
いことが挙げられる。別の、更に重要と考えられるこの
高密度相互接続構造の利点は、この高密度相互接続構造
を使うと、装置の設計及び製造に要する時間が短いこと
である。従来の方法では、各々の半導体チップの予備パ
ッケ―ジ、種々のパッケ―ジ済みチップを相互接続する
為の多層配線板の設計等が必要である。多層配線板は高
価であって、その製造にはかなりの先行時間を必要とす
る。これと対照的に、ＨＤＩ装置で特別に予め作らなけ
ればならないのは、その上に個々の半導体チップを取付
ける基板だけである。この基板は、それが、種々のチッ
プの相互接続面及び基板が１つの平面内にある様に、半
導体チップを配置する為にその中に適当な空所を持つこ
とを必要とする以外には、標準的な原材料である。ＨＤ
Ｉ過程では、必要な空所は、焼成の済んだセラミック基
板内に普通のフライス加工又はレ―ザによるフライス加
工によって形成することが出来る。このフライス加工は
簡単でかなり敏速に済み、その結果、基板の所望の形が
一旦決まれば、対応する物理的な基板は、１日と云う短
い内に、そして量産の前に設計を確認する為の研究用又
はプロトタイプ装置に適した少量の場合は、典型的には
４時間以内に、半導体チップを取付ける準備が出来る。

【０００８】１個の高密度相互接続基板の上で電子装置
の全てのチップ及び部品を相互接続する為の相互接続パ
タ―ンを設計する過程は、普通は１週間乃至５週間を要
する。一旦その相互接続構造が確定すれば、基板の上で
の装置の組立てを開始することが出来る。最初、チップ
を基板の上に取付け、チップ及び基板の上にオ―バ―レ
―構造を、一度に１層ずつ組立てる。典型的には、この
過程全体は１日で済すことが出来、優先度の高い急ぎ仕
事の場合は、４時間で完了することが出来る。従って、
この高密度相互接続構造にすると、電子装置のパッケ―
ジがずっと重量が軽くてコンパクトになるだけでなく、
他のパッケ―ジ方式の場合に必要とするよりも、ずっと
短い時間内に、装置のプロトタイプを製造して試験する
ことが出来る。

【０００９】この高密度相互接続構造、その製法、及び
それを製造する為の工具が、発明者Ｃ．Ｗ．アイケルバ
―ナ他の発明の名称「多重チップ集積回路パッケ―ジ形
式及び方法」と云う米国特許第４，７８３，６９５号、
発明者Ｃ．Ｗ．アイケルバ―ナ他の発明の名称「高密度
相互接続を施す為の適応形製版装置」と云う同第４，８
３５，７０４号、発明者Ｃ．Ｗ．アイケルバ―ナ他の発
明の名称「多重電子回路チップ・ハッケ―ジの為に重合
体誘電体にバイア孔を作る方法」と云う同第４，７１４
，５１６号、Ｒ．Ｊ．ウォジナロ―スキ―他の発明の名
称「新規なレジストのエキシマ・レ―ザによるパタ―ン
ぎめ」と云う同第４，７８０，１７７号、発明者Ｒ．Ｊ
．ウォジナロ―スキ―他によって１９８９年９月２７日
に出願された発明の名称「基板に結合された部品を除去
する方法と装置」と云う係属中の米国特許出願通し番号
第２４９，９２７号、発明者Ｃ．Ｗ．アイケルバ―ナ他
によって１９８９年２月１４日に出願された発明の名称
「重合体材料にバイア孔を形成する為のレ―ザ・ビ―ム
走査方法」と云う同第３１０，１４９号、発明者Ｒ．Ｊ
．ウォジナロ―スキ―他によって１９８９年２月２１日
に出願された発明の名称「高密度相互接続熱可塑性ダイ
ス取付け材料及び溶媒ダイス取付け処理」と云う同第３
１２，７９８号、発明者Ｃ．Ｗ．アイケルバ―ナ他によ
って１９８８年１２月１２日に出願された発明の名称「
高密度相互接続回路を修理する為の簡単な方法」と云う
同第２８３，０９５号、発明者Ｈ．Ｓ．コ―ル他によっ
て１９８９年２月３日に出願された発明の名称「製造方
法及び集積回路試験構造」と云う同第３０５，３１４号
、発明者Ｃ．Ｗ．アイケルバ―ナ他によって１９８８年
９月２７日に出願された発明の名称「容積効率の高い高
密度相互接続部」と云う同第２５０，０１０号、発明者
Ｒ．Ｊ．ウォジナロ―スキ―他によって１９８９年３月
２８日に出願された発明の名称「高密度相互接続集成体
に使うダイス取付け方法」と云う同第３２９，４７８号
、発明者Ｈ．Ｓ．コ―ル他によって１９８８年１０月４
日に出願された発明の名称「レ―ザによる相互製造方法
」と云う同第２５３，０２０号、発明者Ｃ．Ｗ．アイケ
ルバ―ナ他によって１９８８年８月５日に出願された発
明の名称「電子回路及び集積回路チップを、着脱自在の
オ―バ―レ―層を用いて試験する方法と形式」と云う同
第２３０，６５４号、発明者Ｙ．Ｓ．リュ他によって１
９８８年８月２０日に出願された発明の名称「集積回路
装置に使う金属パタ―ンの直接的な沈積」と云う同第２
３３，９６５号、発明者Ｙ．Ｓ．リュ他によって１９８
８年８月２３日に出願された発明の名称「活性剤のＵＶ
レ―ザによる摩削によるメタライズ部の光パタ―ンぎめ
方法」と云う同第２３７，６３８号、発明者Ｙ．Ｓ．リ
ュ他によって１９８８年８月２５日に出願された発明の
名称「集積回路装置に使う耐高温金属線の直接的な書込
み」と云う同第２３７，６８５号、発明者Ｃ．Ｗ．アイ
ケルバ―ナ他によって１９８８年８月３０日に出願され
た発明の名称「重合体被膜オ―バ―レ―層を用いて集積
回路チップをパッケ―ジする方法と装置」と云う同第２
４０，３６７号、発明者Ｈ．Ｓ．コ―ル他によって１９
８９年４月２４日に出願された発明の名称「電子パッケ
―ジ用のシロキサン−ポリイミドの処理方法」と云う同
第３４２，１５３号、発明者Ｙ．Ｓ．リュ他によって１
９８８年１２月２７日に出願された発明の名称「導電及
び非導電性基板上に於ける選択的な電解沈積」と云う同
第２８９，９４４号、発明者Ｒ．Ｊ．ウォジナロ―スキ
―他によって１９８９年２月１７日に出願された発明の
名称「結合可能な積層体を形成する為に熱可塑性材料に
熱効果被膜を結合する方法」と云う同第３１２，５３６
号、発明者Ｃ．Ｗ．アイケルバ―ナ他によって１９８９
年６月８日に出願された発明の名称「敏速な注文設計の
為の集積回路パッケ―ジ形式と独特の試験能力」と云う
同第３６３，６４６号、発明者Ｈ．Ｓ．コ―ル他によっ
て１９９０年１月２日に出願された発明の名称「区域選
択性メタライズ方法」と云う同第０７／４５９，８４４
号、発明者Ｔ．Ｒ．ハラ―他によって１９８９年１２月
２６日に出願された発明の名称「局部的に向きを特定し
た配送方式」と云う同第０７／４５７，０２３号、発明
者Ｈ．Ｓ．コ―ル他によって１９８９年１２月２６日に
出願された発明の名称「レ―ザによって摩削可能な重合
体誘電体及び方法」と云う同第４５６，４２１号、発明
者Ｗ．Ｐ．コルンルンプ他によって１９８９年１２月２
１日に出願された発明の名称「気密高密度相互接続電子
装置」と云う同第４５４，５４６号、発明者Ｈ．Ｓ．コ
―ル他によって１９８９年１２月２６日に出願された発
明の名称「強化蛍光重合体及びそれを用いた相互接続構
造」と云う同第０７／４５７，１２７号、発明者Ｃ．Ｗ
．アイケルバ―ナ他によって１９８９年１２月２１日に
出願された発明の名称「エポキシ／ポリイミド共重合体
混合誘電体及びそれを用いた層状回路」と云う同第４５
４，５４５号に記載されている。これらの特許及び特許
出願をこゝで引用することにする。

【００１０】高密度相互接続部品の固有の動作の為に、
又は装置が短期間かなりの電流が流れる様にする外部の
影響を受ける為に、大電力が消費されることが発生して
いる間、電源線路電圧を所望のレベルに保つ為に側路キ
ャパシタを必要とする時、高密度相互接続構造内にセラ
ミック・チップ・キャパシタが用いられる。こう云う側
路キャパシタはレ―ル保持キャパシタとも呼ばれる。こ
う云うセラミック・キャパシタは典型的には半導体チッ
プよりも厚手である。高密度相互接続構造を作る為の平
面状の面を維持する為に、チップを保持する空所の内、
キャパシタを配置する部分は、半導体チップを配置する
部分よりも一層深くフライス加工しなければならない。その後、セラミック・チップ・キャパシタをこの様な深
い井戸に配置し、半導体チップをもっと浅い井戸に配置
して、その後になって高密度相互接続構造の上に誘電体
層を積層する。セラミック・チップ・キャパシタの末端
接点は、セラミック誘電体材料を金属沈積浴に浸すこと
によって形成するのが普通である。この浴は希望に応じ
て、めっき溶液又は溶融金属であってよい。この末端接
点形成方法により、普通はキャパシタの形が犬の骨の形
になって、末端接点がその間にあるセラミック誘電体材
料よりも一層丈が長くなる。常に、半導体チップは、ウ
ェ―ハの厚さの許容公差を厳密にして、ブ―ルからのこ
引きしたウェ―ハからダイス切りして作られるが、それ
と異なり、こう云うキャパシタの物理的な寸法は厳密に
制御されておらず、その結果、どれかのキャパシタが特
定された公称の厚さよりもかなり厚手又は薄手になるこ
とがある。公称値より丈が長いか又は短いキャパシタは
、基板並びにその空所（１つ又は複数）内に配置された
チップの上に積層されるＨＤＩの初期の誘電体層に夫々
山又はメサ及び凹み又は谷を作る。こう云う山及び谷は
、高密度相互接続導体を形成するのを困難又は不可能に
する。更に、キャパシタの丈が高過ぎると、その末端接
点に加えられる力によって、セラミック誘電体に過大な
応力が加わる為に、積層過程の間に、このキャパシタの
ひゞ割れが起ることがある。故障の部品を交換する為に
、又は高密度相互接続構造自体内の配線を変える為に、
高密度相互接続構造を取外さなければならない時、半導
体チップの接点パッドから高密度相互接続用の金属を除
去する為の除去及び掃除手順が、半導体チップとは異な
るメタライズ部を用いるこう云うキャパシタの末端接点
を侵食並びに破壊する。その結果、高密度相互接続構造
を剥がして取替えを行なう度に、こう云うキャパシタは
全部交換しなければならない。装置を修理する間、キャ
パシタ電極の破損、メサ及び谷の形成及びその破壊と云
う問題を避ける様な改良されたキャパシタ取付け方式に
対する要望がある。

【００１１】故障に対する寛容度を持つ装置は、余分の
半導体チップ、又は別個に接続が可能な多重の部分装置
を持つチップの形で、冗長な予備部品を用いている。現
在、接続された１つのチップ又は部分装置が不良である
と試験で判った時、高密度相互接続構造を剥がし、その
不良のチップ又は基板に接続されない新しい高密度相互
接続構造を装置の上に作る。高密度相互接続構造を取外
すことを必要とせずに、利用し得るチップの中から選択
し、その中に異なるメタライズ・パタ―ンを設ける簡単
で有効な手段に対する要望がある。従来の高密度ではな
い相互接続装置では、電気的にプログラム可能な固定メ
モリ（ＥＰＲＯＭ）がこの作用を行なう。然し、この方
式は、この様な大抵のＥＰＲＯＭは紫外線に露出した時
に消去される為に、前に挙げた米国特許及び特許出願に
記載される高密度相互接続構造には応用することが出来
ない。これに対して、高密度相互接続構造の誘電体層は
紫外線を吸収し、こうしてこの高密度相互接続構造に埋
設されたＥＰＲＯＭの消去を防止する。

【００１２】発明者Ｗ．Ｐ．コルンルンプ他の発明の名
称「高密度相互接続マイクロ波回路集成体」と云う係属
中の米国特許出願通し番号第　　　　（出願人控え番号
ＲＤ−１９，８８０）は、その誘電体の存在によって影
響を受ける部品の上にある高密度相互接続構造の誘電体
を選択的に除去することにより、この問題に対する解決
策を提供している。然し、この手順はあらゆる部品にと
って理想的ではない。

【００１３】更に、高密度相互接続構造の製造に使われ
る温度の悪影響を受ける様な部品を高密度相互接続構造
の中に含めることが望ましいことがある。この高密度相
互接続構造の誘電体層を後で除去すると云う方法は、そ
の部品が高密度相互接続構造の製造温度に露出されると
云う問題を何等解決するものではない。

【００１４】前に引用した米国特許及び特許出願の高密
度相互接続構造を使って相互接続される予備の部品を持
つ装置に於ける別の問題は、こう云うチップを収容する
為に高密度相互接続構造内にかなり広い表面積を必要と
することである。部品並びに予備を選択的に選ぶ為の制
御チップを使うとすれば、それは、それと、それがその
接続が制御する部品との間の導体の伸びが比較的長くな
る様な形で、又はそれが制御するチップの間の導体の伸
びの長さが増加する場所にチップを配置しなければなら
ない様な形で、一般的に配置しなければならない。

【００１５】従って、前に引用した米国特許及び特許出
願の高密度相互接続構造内での相互接続構造の対称性、
装置としての密度及び効率を更に高める必要がある。

【００１６】

【発明の目的】従って、この発明の主な目的は、装置の
全体的な密度を高めるのに役立つ高密度相互接続構造を
提供することである。

【００１７】この発明の別の目的は、完全な高密度相互
接続装置の足跡が少なくなる様な高密度相互接続構造を
提供することである。

【００１８】この発明の別の目的は、温度の影響を受け
易い部品と両立し得る高密度相互接続構造を提供するこ
とである。

【００１９】この発明の別の目的は、それら１次及び予
備部品の配置密度に悪影響を与えずに、制御チップと１
次及び予備部品の間の導体の伸びの長さを最小にする様
な高密度相互接続構造を提供することである。

【００２０】この発明の別の目的は、影響を受け易い部
品から誘電体材料を除去することを必要とせずに、高密
度相互接続構造の誘電体材料によって減衰される様なス
ペクトル部分内にある信号の影響を受け易い部品を用い
た高密度相互接続構造を提供することである。

【００２１】この発明の別の目的は、高密度相互接続構
造を取外さずに、高密度相互接続構造を修理することで
ある。

【００２２】この発明の別の目的は、高密度相互接続構
造内の複雑な回路を試験し、試験結果に従ってその中の
選ばれた部分を作用させる手段を提供することである。

【００２３】この発明の別の目的は、高密度相互接続構
造内にある装置をプログラムする外部手段を提供するこ
とである。

【００２４】この発明の別の目的は、その構造を分解せ
ずに、高密度相互接続構造の動作特性を調整する又は手
を加える手段を提供することである。

【００２５】この発明の別の目的は、高密度相互接続構
造内の冗長な部品の中から選択する為の外部手段を持つ
、故障に対して寛容度を持つ高密度相互接続装置を提供
することである。

【００２６】この発明の別の目的は、高密度相互接続構
造の外面に半端な寸法で密度の小さい部品を配置するこ
とにより、高密度相互接続構造の詰込み密度を高める手
段を提供することである。

【００２７】この発明の別の目的は、別個の制御又は走
査回路の真上に信頼性の高いコンパクトな形で、光感知
配列を配置することが出来る様にすることである。

【００２８】この発明の別の目的は、高密度相互接続構
造内に制御チップを配置し、それによって制御される部
分装置を高密度相互接続構造の外面の上に配置すること
である。

【００２９】この発明の別の目的は、その外面に取付け
られた部品に対する気の利いた基板として高密度相互接
続構造を作用させる手段を提供することである。

【００３０】この発明の別の目的は、その製造後、分解
せずに、高密度相互接続構造に技術的な変更を加える手
段を提供することである。

【００３１】この発明の別の目的は、高密度相互接続構
造を分解せずに、この高密度相互接続構造内にある装置
を構成し直す手段を提供することである。

【００３２】

【発明の要約】上記並びに図面を含む明細書全体から明
らかになるその他の目的が、この発明では、高密度相互
接続（ＨＤＩ）構造の製造過程を完了した後、高密度相
互接続構造の上に補助部品又はチップを取付けることに
よって達成される。高密度相互接続構造は、この様に上
に取付けるチップ及び部品を接続する為の露出した接点
パッドを持つ様に設計されている。

【００３３】この発明の１実施例では、全てのレ―ル保
持キャパシタが、個々の半導体チップをその中に配置す
る基板の空所内に配置するのではなく、高密度相互接続
構造の上に取付けられる。これらのキャパシタは、高密
度相互接続構造が全ての電気試験に首尾よく合格して、
高密度相互接続構造が修理の為に基板から剥がす必要が
ないことが確実になった後のみに、取付けることが好ま
しい。

【００３４】上に取付ける半導体チップを種々の方法で
取付けることが出来る。その中には、ＨＤＩ構造の上面
に露出する接点パッドへのフリップ・チップ取付け、ワ
イヤ・ボンディング、高密度相互接続構造自体の可撓性
部分に対する結合及びその他の任意の適当な方法が含ま
れる。上に取付ける部品は、ＥＰＲＯＭ、放射感知装置
、制御チップ並びにその他の適切な能動装置と、キャパ
シタ及び誘導子の様な受動部品を含んでいてよい。

【００３５】この発明の要旨は特許請求の範囲に具体的
に且つ明確に記載してあるが、この発明の構成、作用及
びその他の目的並びに利点は、以下図面について説明す
る所から最もよく理解されよう。

【００３６】

【詳しい説明】図１には、背景として引用した米国特許
及び特許出願による従来の高密度相互接続構造を全体的
に１０で示してある。この高密度相互接続構造は、基板
１２を持ち、その上面の空所１４内に複数個の集積回路
チップ２０が取付けられている。半導体チップ２０の他
に、複数個の個別セラミック・キャパシタ２２が空所１
４の一層深い部分に取付けられている。高密度相互接続
構造３０が基板１２、集積回路チップ２０及びキャパシ
タ２２の上面の上に配置される。高密度相互接続構造は
１つ又は更に多くの誘電体層と、パタ―ンぎめした金属
導体の１つ又は更に多くの層とで構成され、これらの導
体がチップ及びキャパシタの接点部分と整合して誘電体
材料に設けられたバイア孔に入込むことによって、種々
のチップ及びキャパシタを相互接続する。前に引用した
背景で説明した様に、この構造は、空所のある部分に、
集積回路チップを配置するかキャパシタを配置するかの
場所によって空所１４の深さが変化することが必要であ
ると云う欠点を持つと共に、キャパシタの寸法が変化す
ることによって、それに重なる誘電体構造に谷又は台部
が生じ、それが所望の形で高密度相互接続構造を製造す
ることを複雑にしたり、或いは不可能にすることがある
と云う欠点がある。

【００３７】高密度相互接続構造は、チップ及び基板の
上に配置される最初の誘電体層を含む。この誘電体材料
の層の上に第１の金属導体の層が配置される。この構造
が高密度相互接続構造全体であってもよいし、その場合
、こう云う導体は誘電体材料の層の上に配置される。他の高密度相互接続構造では、第１の導体層と、第１の
誘電体材料の層の内、第１の層の導体の間に露出してい
る部分の上に、第２の誘電体材料の層が配置される。こ
う云う形式の構造では、導体が誘電体材料の中に埋設さ
れるか或いはその中に配置される。更に複雑な装置では
、第２の誘電体材料の層の上に第２の導体層が配置され
る。必要に応じて又は希望に応じて、高密度相互接続構
造に追加の誘電体材料及び導体の層を設けることが出来
る。その為、高密度相互接続構造の導体は誘電体材料の
上に配置してもよいし、誘電体材料の中に配置してもよ
いし、或いは誘電体材料の中にも上にも配置することが
出来る。

【００３８】この発明の高密度相互接続構造が図２に斜
視図で示されている。構造２１０が基板２１２を持ち、
その空所２１４に複数個の半導体チップ２２０が配置さ
れている。明細書全体を通じて、同じ２桁の数字で終わ
る参照数字は、同様な構造を指す。そういう構造は、図
面で同じであることもあるし、或いは場合によって適切
であれば変更されていることもある。変更されていない
要素又は若干変更された要素が特定の図面又は実施例に
ついて特に説明されていない場合、その目的や作用につ
いてはその要素について前に説明したことを参照された
い。ダッシ（′）又は二重のダッシ（″）を付加えた参
照数字は、同様であるが変更されている構造を示す。

【００３９】高密度相互接続構造２３０が基板２１２及
びチップ２２０の上に重ねられていて、それと結合され
、種々のチップを所望の装置となる様に相互接続する導
体（図面に示してない）を持っている。高密度相互接続
構造２３０の上面には複数個の接点パッド２３４が露出
している。高密度相互接続構造が完成した後、好ましく
はその構造の電気試験が完了した後、個別のチップ・キ
ャパシタ２２２（２つだけ示されている）が高密度相互
接続構造の上面にある接点パッド２３４に結合される。キャパシタ２２２をこの様に配置することにより、全て
の集積回路が同じ厚さであれば、空所２１４は同じ深さ
になる。キャパシタ２２２の他に、制御チップ２５０が
高密度相互接続構造の上面の上に配置され、はんだ盛上
げチップ２５０のはんだのリフロ―の様なフリップ・チ
ップ結合方法を使うことによってそれに結合されている
。構造を正しく試験する為に制御チップ２５０を必要と
する場合、それは、予備的な電気試験の後、然し、それ
が存在していなければならない試験を行なう前に、装置
に結合される。

【００４０】制御チップ２５０は、高密度相互接続構造
を使う全体的な装置の特性に応じて、種々の機能のどれ
でも果すことが出来る。その１つの機能は、ＨＤＩ構造
に埋設されたチップが、個別に又は選ばれた群に分けて
アドレスする必要のあるセルの配列又はサブシステム（
例えばメモリ配列）で構成される時の復号である。別の
作用は、ＨＤＩに埋設されたチップが、制御チップ（１
つ又は複数）が不良のチップ又はサブシステムを不作動
にすると共に、その代りに予備のチップ又はサブシステ
ムを作動することが出来る様な形で、高密度相互接続構
造によって接続された予備のチップ又はサブシステムを
含む場合、装置全体の中で、ＨＤＩ構造内のどのチップ
又はサブシステムを作動させるかを制御することである
。上に取付けるチップ２５０のこの他の役に立つ作用と
しては、ＣＣＤセンサ、ＴＶセンサ、赤外線像のセンサ
及び配列の様な画像センサを含むことが出来るが、配線
の長さを最短にすると共に、チップの対称的な配置を最
大にする様な形で、上に取付けるチップに対する制御チ
ップをその真下に配置することにより、上に取付ける部
品に対して気の利いた基板として基板チップを作用させ
ることによって、その全ての作用を高めることが出来る
。上に取付ける部品（１つ又は複数）は、高密度相互接
続構造内のチップがメモリ配列であって、上側に取付け
られたメモリ制御装置が、高密度相互接続構造内に配置
された装置の動作を高める場合、メモリ制御装置として
も作用し得る。同様に、上に取付ける部品は、埋設され
た装置の相異なる部分を試験の為に隔離する様な形で、
高密度相互接続構造内に埋設された装置の選ばれた部分
に対する試験信号の印加を制御する試験制御装置として
も作用し得る。この試験が完了した後、試験制御装置が
、高密度相互接続構造内にある装置の機能的な部分の略
永久的な接続をしてもよいし、或いは取外し、結線とか
、電気的にプログラム可能な固定メモリの様な制御チッ
プに置換えて、埋設された装置の作用しない部分が作用
することがない様に排除する電子的に再構成し得る形で
、埋設された装置の作用部分の制御を制御することが出
来る。

【００４１】例えば、高密度相互接続構造内に同一の８
個の機能的なチップを必要とする装置では、９個のチッ
プを高密度相互接続構造内に３×３の配列として配置し
、その入力及び出力パッドは、高密度相互接続構造の上
面近くに来る様に持ってきて、そこで上に取付けたチッ
プを９個の内部のチップ全部に接続し、その各々を選択
的に試験すると共に、試験が完了した時、全部が機能し
ていれば、装置の外部部分に相互接続する為にその内の
８個を選び、その１つが不良である場合は、その不良の
１つを除き、８個の機能するチップを装置に接続するこ
とが出来る。

【００４２】更に複雑な装置では、より複雑な選択及び
相互接続を用いることが出来ることは明らかである。更
に、この装置が非常に複雑である場合、埋設された構造
及び上に取付けたチップの試験及び形の決定の後、上に
取付けたチップの上に高密度相互接続構造の別の層を適
用することが出来る。これは、高密度相互接続構造の上
に平面状テンプレ―ト又はステンシルを配置することに
よって達成し得る。このテンプレ―トの上面は上に取付
けたチップと略同一平面にすべきである。その上に高密
度相互接続構造を適用して、装置及び上に取付けたチッ
プを所望の形で永久的に接続する。上に取付ける部品は
、高密度相互接続構造をその上面から冷却したい場合、
熱電形冷却器であってもよい。

【００４３】この発明の高密度相互接続構造の別の構造
３１０が図３に斜視図で示されている。構造３１０は構
造２１０と同様であるが、この構造ではキャパシタが示
されておらず、制御チップ３５０の背面が高密度相互接
続構造３３０の上面に結合されている。制御チップ３５
０の上面の上に配置された接点パッド３５４が、フライ
イング・リ―ドと呼ばれるワイヤ・ボンド３６４により
、高密度相互接続構造３３０の上面の接点パッド３３４
に接続されている。高密度相互接続構造に対してチップ
３５０を結合する前に、高密度相互接続構造の製造を完
了する。その後、ワイヤ・ボンドを取付ける。この為、
チップ３５０は、高密度相互接続構造の製造の間に使わ
れる処理温度に晒されることがない。更に、チップ３５
０の上には高密度相互接続構造の誘電体層が配置される
ことが絶対にない。その結果、高密度相互接続構造の処
理温度に露出することによって悪影響を受けたり、或い
はその上面の上に高密度相互接続構造の誘電体が存在す
ることによって悪影響を受けるチップ３５０を、直接的
にこの高密度相互接続構造に接続することが出来る。こ
の形式のチップは、その中央部分が紫外線を吸収する層
によって妨げられないことを必要とするＥＰＲＯＭ、高
密度相互接続構造の誘電体によって減衰させられる電磁
スペクトルの部分を感知する作像構造及び赤外線焦点平
面配列を含めて全般的に温度を感知するチップを含む。

【００４４】更に、温度に対する露出又は誘電体の重ね
合せに対する観点とは別個に、チップ３５０は、高密度
相互接続構造によって相互接続されるチップの中心に位
置ぎめし、その結果、チップ３５０を高密度相互接続構
造の種々のチップに接続するのに、略対称的な短い接続
リ―ドを使うことが出来る。これは、高密度相互接続構
造内のチップ３２０が、制御チップによって、高密度相
互接続構造の外部接点に選択的に接続しなければならな
い予備の又は冗長なチップを含む場合、特に有利である
。チップ３５０は、制御チップとして作用すると共に、
そのチップが紫外線によって消去されるＥＰＲＯＭであ
る場合は、消去及びプログラミングのやり直しの為にア
クセスが容易である様に位置ぎめされるのが理想的であ
る。

【００４５】図４には、図３の高密度相互接続構造の別
の形３１０′が斜視図で示されている。構造３１０′は
構造３１０と同様であるが、制御チップ３５０がはんだ
のリフロ―によってフリップ・チップの形で、高密度相
互接続構造の上に取付けられている点が異なる。これは
、異なる高さに配置された接点パッドの間のワイヤ・ボ
ンディングの複雑さを避けると共に、フライイング・リ
―ドは、ごくごく慎重に取扱わなければ、曲り易く、短
絡を生じたり或いは破断し易い為に、それ自身に問題性
を生ずるフライング・リ―ドの問題を避けるものである
。

【００４６】更に、この取付け形式は、チップの裏側か
ら薄くして、チップの背面に感知しようとする像を投影
させようとする作像区域を含む形式の作像チップにとっ
て理想的である。このフリップ・チップ形取付けは、チ
ップの背面を像の投影の為に上向きにすると共に、チッ
プの前面の接点パッドを高密度相互接続構造の接点パッ
ドに直接的に接続する。この構造は感知された像を制御
すると共に読出すチップを含むことが好ましい。この構
造は、この様な多重チップ装置に於けるリ―ドの長さを
最短にする。この形式のチップは、その下の基板に開口
を設けるとか、或いはフリップ・チップ形の取付けの為
に、チップの空所内に接点構造を設けるとかの特別の処
置を講じなければ、従来の形式では高密度相互接続構造
内に取付けることが出来ない。

【００４７】係属中の米国特許出願通し番号　　　　（
出願人控え番号ＲＤ−２０，１５５）に示す様に、最終
的な構造でチップの下に基板がない場所で、このチップ
は高密度相互接続構造の可撓性部分に含めることが出来
る。

【００４８】図５には更に別の構造３１０″が斜視図で
示されている。構造３１０″は構造３１０と同様である
が、高密度相互接続構造の上面の上に、チップ３５０の
接点パッドに対するワイヤ・ボンディングに適したパタ
―ンで接点パッド３３４を設ける代りに、高密度相互接
続構造の可撓性部分に、チップ３５０の接点パッドに結
合するのに適当な位置で接点パッドが設けられている点
が異なる。その後、図５に示す様に、高密度相互接続構
造の可撓性部分を折返して、高密度相互接続構造の接点
パッドをチップ３５０の接点パッドと整合させる。こう
云う接点パッドは、はんだのリフロ―により、又は高密
度相互接続構造の略透明な誘電体を介してレ―ザを投射
して、接点パッドの金属を加熱して、溶接を行なわせる
か或いははんだのリフロ―を行なわせることによるレ―
ザ溶接によって、結合することが出来る。この他の結合
方法を用いてもよい。その代りに、高密度相互接続構造
の可撓性部分の代りに、可撓性テ―プ・ケ―ブルを使っ
てもよい。

【００４９】上に取付けるチップを高密度相互接続構造
に接続する為にこの他の種々の方法を用いることが出来
る。こう云う全ての方法は、高密度相互接続過程が完了
する後まで、高密度相互接続構造の上に制御チップ又は
その他のチップを配置しないと云う利点を持つと共に、
高密度相互接続構造内に埋設されたチップに対して、上
に取付けるチップを中心に位置ぎめすることが出来ると
云う利点を持つ。

【００５０】図６に示す様に、この上に取付けるチップ
方式は、１個の大きな半導体チップ６１２の上に小さな
チップ６５０を取付けて、大きいチップの作用を制御す
る為に利用することが出来る。その制御機能としては、
大きなチップ内にある適切なサブシステムを外部接点を
介して相互接続する為に選択することを含んでいてもよ
いし、或いは上に取付けるチップが復号又はその他の機
能に役立ってもよいし、大きいチップ６１２の中味及び
機能に適切な様にすることが出来る。上に取付ける制御
チップ６５０は、図６に示す様に、高密度相互接続構造
６３０にフリップ・チップ形に結合してもよいし、或い
は望ましい場合、フライイング・リ―ドにより或いはそ
の他の方式によって接続してもよい。上に取付ける部品
を持つ高密度相互接続構造の種々の使い方を図面に示し
て説明したが、この方法は、特定の装置又は用途で望ま
しいと考えられる様な略任意の部品の取付けに利用する
ことが出来ることを承知されたい。

【００５１】この上に取付ける方式の使い方は、図２乃
至図５に示す様な１個の高密度相互接続構造又は図６に
示す様な１個のチップの場合に制限されず、互いに上下
に積重ねて一体構造を形成し、その上に、この一体構造
の内、一体構造の種々の層が露出している面に沿って第
２の高密度相互接続構造を作った様な複数個の平坦な高
密度相互接続構造で構成された３−Ｄ構造に適用するこ
とが出来る。第２の高密度相互接続構造が種々の第１の
高密度相互接続構造を互いに接続して、全体として複雑
な装置を形成する。１つ又は更に多くの制御チップ又は
その他のチップをこの第２の高密度相互接続構造の上に
取付けて、試験、制御又はその他の任意の適当な目的を
助けることが出来る。この様な構造が図７の７１０に略
図で示されている。構造７１０は複数個の個別の高密度
相互接続構造７２０を持ち、これらは積重ねて縁で立つ
形にしてある。その後、高密度相互接続構造７３０を、
最初の高密度相互接続構造７２０の縁で形成された平面
状の面の上に形成する。制御チップ７５０がフリップ・
チップ形結合により、高密度相互接続構造７３０に接続
されることが示されている。この他の結合方法を用いて
もよい。

【００５２】この発明のある好ましい実施例を詳しく説
明したが、当業者であれば種々の変更が考えられよう。従って、特許請求の範囲は、この発明の範囲内に含まれ
るこの様な全ての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】従来の高密度相互接続構造を示す図。

【図２】この発明の種々の高密度相互接続構造の図。

【図３】この発明の種々の高密度相互接続構造の図。

【図４】この発明の種々の高密度相互接続構造の図。

【図５】この発明の種々の高密度相互接続構造の図。

【図６】この発明の種々の高密度相互接続構造の図。

【図７】この発明の種々の高密度相互接続構造の図。

【符号の説明】

２２０　　半導体チップ２２２　　チップ・キャパシタ２３０　　高密度相互接続構造２３４　　接点パッド２５０　　制御チップ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　複数個の第１の電子部品と、該第１の
電子部品に結合された誘電体材料の層及び該誘電体材料
の上又は中に配置されていて、前記第１の電子部品を相
互接続する高密度相互接続導体のパタ―ンで構成された
高密度相互接続構造と、該高密度相互接続構造の上に配
置されていて、該高密度相互接続構造の導体に電気接続
されている少なくとも１つの第２の電子部品とを有する
電子装置。
【請求項２】　　前記第１の電子部品の内の少なくとも
若干がその第１の面に接点パッドを持ち、前記誘電体材
料の層は前記接点パッドと整合してその中にバイア孔を
有し、前記高密度相互接続導体が前記バイア孔に入込ん
で前記接点パッドとオ―ミック接触する請求項１記載の
電子装置。
【請求項３】　　前記バイア孔は、前記接点パッドから
離れた端よりも、前記接点パッドに隣接した端で一層幅
が狭い請求項２記載の電子装置。
【請求項４】　　前記少なくとも１つの第２の電子部品
が、前記高密度相互接続構造の、前記第１の電子部品と
は反対側に配置されている請求項１記載の電子装置。
【請求項５】　　前記少なくとも１つの第２の電子部品
が前記高密度相互接続構造に結合されている請求項１記
載の電子装置。
【請求項６】　　前記少なくとも１つの電子部品が受動
部品である請求項１記載の電子装置。
【請求項７】　　前記少なくとも１つの電子部品が個別
キャパシタである請求項６記載の電子装置。
【請求項８】　　前記少なくとも１つの第２の電子部品
が能動装置である請求項１記載の電子装置。
【請求項９】　　前記少なくとも１つの電子部品が集積
回路である請求項１記載の電子装置。
【請求項１０】　　前記少なくとも１つの第２の電子部
品がイメ―ジ・センサである請求項１記載の電子装置。
【請求項１１】　　前記第１の電子部品が支持手段に取
付けられている請求項１記載の電子装置。
【請求項１２】　　前記支持手段がその中に空所を持つ
基板を構成し、少なくとも１つの第１の電子部品が該空
所内に配置されている請求項１１記載の電子装置。
【請求項１３】　　前記高密度相互接続構造が露出した
接点パッドを持つ請求項１記載の電子装置。
【請求項１４】　　前記少なくとも１つの第２の電子部
品が、その上に複数個の接点パッドを持つチップで構成
される請求項１記載の電子装置。
【請求項１５】　　前記チップはその接点パッドが前記
第１の電子部品とは離れる向きを向く様に取付けられて
いる請求項１４記載の電子装置。
【請求項１６】　　前記第２の部品の接点パッドを高密
度相互接続構造に接続するブリッジ導体を有する請求項
１５記載の電子装置。
【請求項１７】　　前記ブリッジ導体がワイヤ・ボンド
で構成される請求項１５記載の電子装置。
【請求項１８】　　前記ブリッジ導体が、フライイング
・リ―ドで構成される請求項１５記載の電子装置。
【請求項１９】　　前記高密度相互接続構造が前記第２
の電子部品の接点パッドに接続された可撓性部分を有す
る請求項１５記載の電子装置。
【請求項２０】　　前記高密度相互接続構造の可撓性部
分が前記第２の電子部品の接点パッドに結合されている
請求項１９記載の電子装置。
【請求項２１】　　前記第２の部品の接点パッドと高密
度相互接続構造の間に接続された可撓性テ―プ・ケ―ブ
ルを有する請求項１５記載の電子装置。
【請求項２２】　　前記少なくとも１つの第２の電子部
品が、その接点パッドが前記第１の電子部品の方を向く
様に取付けられている請求項１４記載の電子装置。
【請求項２３】　　前記第２の電子部品の接点パッドが
高密度相互接続構造の導体にはんだによって結合されて
いる請求項２２記載の電子装置。
【請求項２４】　　前記第２の電子部品の接点パッドが
高密度相互接続構造の導体に溶着されている請求項２２
記載の電子装置。
【請求項２５】　　前記複数個の第１の電子部品が予備
部品を含み、前記少なくとも１つの第２の電子部品が、
選ばれた第１の電子部品を電子装置内で作用させる手段
を構成する請求項１記載の電子装置。
【請求項２６】　　前記少なくとも１つの第２の部品が
持つ電気的な動作特性が、その表面の上に前記誘電体材
料の層を配置した場合に変更される様になっている請求
項１記載の電子装置。
【請求項２７】　　前記少なくとも１つの第２の部品が
放射センサである請求項２６記載の電子装置。
【請求項２８】　　前記放射センサがイメ―ジ・センサ
である請求項２７記載の電子装置。
【請求項２９】　　前記少なくとも１つの第２の部品が
マイクロ波部品である請求項２６記載の電子装置。
【請求項３０】　　前記少なくとも１つの第２の部品が
電子的にプログラム可能な固定メモリであり、前記少な
くとも１つの第２の部品が、前記高密度相互接続構造の
外部接点に対する第１の部品の接続を選択的に制御する
様に接続されている請求項１記載の電子装置。
【請求項３１】　　前記少なくとも１つの第２の電子部
品が熱電形冷却器である請求項１記載の電子装置。
【請求項３２】　　前記少なくとも１つの第２の電子部
品が、高密度相互接続構造の製造に使われる温度で熱に
よって劣化を招くものである請求項１記載の電子装置。
【請求項３３】　　複数個の第２の電子部品を有し、該
複数個の第２の電子部品の各々が前記高密度相互接続構
造上に配置されている請求項１記載の電子装置。
【請求項３４】　　各々の当該高密度相互接続構造が、
複数個の第１の電子部品、該第１の電子部品に結合され
た誘電体材料の層、及び該誘電体材料の上又は中に配置
されていて、前記第１の電子部品を相互接続する高密度
相互接続導体のパタ―ンで構成されている様な、高密度
相互接続構造の多層スタックと、該多層スタックの側面
の上に配置されていて、該スタックの高密度相互接続構
造の各層を相互接続する第２の高密度相互接続構造と、
該第２の高密度相互接続構造に配置されていて、前記第
２の高密度相互接続構造に電気接続されている第２の電
子部品とを有する電子装置。
【請求項３５】　　その第１の面に接点パッドを持つ第
１の電子部品と、該第１の電子部品の前記第１の面に結
合された誘電体材料の層、及び該誘電体材料の上又は中
に配置されていて、前記第１の電子部品の接点パッドを
前記誘電体材料の露出面上に配置された表面接点パッド
に接続する高密度相互接続導体のパタ―ンで構成されて
いる高密度相互接続構造と、該高密度相互接続構造に配
置されていて、該高密度相互接続構造の表面接点パッド
に電気接続された第２の電子部品とを有する電子装置。
【請求項３６】　　前記第１の電子部品が予備の冗長な
装置を含み、前記第２の電子部品が選ばれた予備の装置
を前記電子装置内で作用させる手段を構成している請求
項３５記載の電子装置。
【請求項３７】　　前記第１の電子部品が複数個の部分
装置を含み、前記第２の電子部品は、前記第１の電子部
品の部分装置を選択する復号作用を行なう請求項３５記
載の電子装置。
【請求項３８】　　前記第２の部品は、その表面の上に
前記誘電体材料の層が配置された場合に変更される様な
電気的な動作特性を有する請求項３５記載の電子装置。
【請求項３９】　　前記第２の部品が電子的にプログラ
ム可能な固定メモリで構成され、前記第２の部品が、前
記第１の電子部品内の部分装置の外部接点に対する接続
を選択的に制御する様に接続されている請求項３５記載
の電子装置。
【請求項４０】　　前記第１の電子部品が半導体チップ
である請求項３５記載の電子装置。
【請求項４１】　　複数個の第１の電子部品、該部品に
結合された誘電体材料の層、及び該誘電体材料の上又は
中に配置され、前記第１の電子部品を電気的に相互接続
する導体のパタ―ンを含む高密度相互接続構造を持つ形
式の電子装置に於て、第２の電子部品を前記高密度相互
接続構造の上に取付け、該第２の電子部品を前記導体の
パタ―ンに電気的に接続し、制御信号を前記第２の部品
に印加して、それによって選ばれた第１の電子部品を電
子装置の外部接点に接続させることを含む電子装置。