JPH05183280A - マルチチップ・モジュール - Google Patents

マルチチップ・モジュール

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JPH05183280A
JPH05183280A JP4148545A JP14854592A JPH05183280A JP H05183280 A JPH05183280 A JP H05183280A JP 4148545 A JP4148545 A JP 4148545A JP 14854592 A JP14854592 A JP 14854592A JP H05183280 A JPH05183280 A JP H05183280A
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JP
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substrate
chip
heat sink
ain
silicon
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JP4148545A
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English (en)
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Voddarahalli K Nagesh
ボッダラハリイ・ケイ・ナゲシュ
Kim H Chen
キム・エイチ・チェン
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HP Inc
Original Assignee
Hewlett Packard Co
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Publication date
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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】熱伝導性が良好で、熱膨張による影響がなく、
高密度実装が可能で、堅牢なマルチチップ・モジュール
を提供すること。 【構成】シリコン・チップをその上に実装した窒化アル
ミニュウム基板（ＡＩＮ）をヒートシンクと印刷回路板
との間に挟持する。これらチップとＰＣＢとの間には整
列リングが用いられ、且つこの溝の中に弾性電導体が配
置され、これが圧縮されると共に、チップとの間の電気
的接続を作る。ＡＩＮとシリコンチップとは熱膨張が近
似しており、上記目的逹成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は大規模集積回路（すなわ
ちＩＣ）と、大規模のマイクロプロセッサ及びその他の
システム・レベルの特定用途用集積回路（すなわちＡＳ
ＩＣ）に使用されるものを含むその他のマルチチップ・
モジュール（すなわちＭＣＭ）とを含む大規模の、高密
度マルチチップ電子パッケージの製造と組立てに関す
る。
【０００２】
【従来技術とその問題点】このような、大規模の高密度
マルチチップ電子パッケージへの従来のアプローチは、
必要な全ての回路が集積される基板として単一の大規模
なモノリシック・シリコンチップが使用される大規模、
もしくは超大規模集積回路であった。
【０００３】このようなチップが複雑であることによ
り、従来の設計サイクルは比較的コスト高であり、製造
の歩どまりは低かった。回路の複雑さと、高速度のオン
・チップクロック速度により必要となった集積化の増大
によって、別のパッケージ方法が追求されるようになっ
た。大規模モノリシックＩＣ設計の限界の幾つかが大幅
に改良されたのはマルチチップ・モジュール、すなわち
ＭＣＭの開発によるものである。代表的なＭＣＭでは、
複雑な回路が２個又はそれ以上の分離したチップすなわ
ちサブチップの間に配分されている。このようなサブチ
ップはＭＣＭの回路全体の一部をしか含んでいないの
で、等価のモノリシック・チップと比較して設計、試
作、製造及び検査の複雑さが大幅に少なく、しかもコス
トが安い。
【０００４】ＭＣＭへの挑戦はサービスが容易なマルチ
チップ基板のパッケージ戦略であった。ＴＡＢ結合、フ
リップチップ及びワイヤ結合を含むマルチチップ基板と
個々のサブチップとの間のインタフェースに利用できる
幾つかの魅力的な高密度技術がある。これまでこのよう
な技術を有効に利用することは、基板パッケージ・イン
タフェースに関連する困難さや費用、特に前述のチップ
基板技術で達成できるチップの密度が比較的高いことに
よる高温管理の問題に起因する困難さによって制約され
てきた。
【０００５】従って充分な熱放散レベルで処理でき、よ
り高い所望の性能レベルを達成し、且つチップを基板接
続技術へと発展することができる便利で経済的なＭＣＭ
基板パッケージ技術が必要である。これまで幾つかの方
法が開発されてきたが、完全に満足できるものは無かっ
た。
【０００６】このようなアプローチの一つはシリコン・
チップと基板との間の最適な熱伝動を達成するためにシ
リコン・ウェーハ基板を使用っすることである。このア
プローチは基板としてのシリコン材料が比較的もろいこ
とにより著しく制約される。このアプローチでは高価な
基板の破損を防止するため、基板の非チップ側と、高密
度のチップ配列によって発生される多くの熱を放散させ
るために使用されるヒートシンクとの間を高度に平坦に
することが必要である。このアプローチにはシリコン内
に便利な相互接続構造を提供しないので、順次処理され
た薄膜構造が必要である。このアプローチではシリコン
基板の外部の接続用のリード又はピンを与える便利な技
術は得られない。
【０００７】酸化アルミニウムもＭＣＭ基板として使用
されてきたが、これにも重大な制約がある。酸化アルミ
ニウムはその上に実装されるシリコン・チップと熱的に
適合せず、また熱伝導率が良好ではない。従って、酸化
アルミニウム基板を使用したパッケージの組立ては扱い
にくく、コストがかかり、且つ（あるいは）非効率であ
る。
【０００８】
【発明の目的】本発明は、熱伝導性が良好で、熱膨張に
よる影響がなく、高密度実装が可能で、堅牢なマルチチ
ップ・モジュールを提供することである。
【０００９】
【発明の概要】本発明の第１の側面では、アルミニウム
製ヒートシンクと印刷配線板との間でチップ側面側が圧
縮された多層の焼結窒化アルミニウム・焼成セラミック
基板を使用した集積回路マルチチップ・モジュールを提
供する。僅かに圧縮されたエラストマ・コネクタを含む
位置合わせリングは基板とヒートシンクを位置決めし、
また基板をＰＣＢに接続するために使用される。ＡＩＮ
（窒化アルミニウム）基板の熱伝導率が高く、頑丈であ
り、シリコンのＴＣＥ（熱膨張係数）との適合性がある
ので、ＴＡＢ、フリップチップ及びワイヤ・ボンディン
グのような現在のチップと基板との相互接続方法と適応
する、簡単で経済的であり、しかも熱的及び機械的に頑
丈な、高密度の基板パッケージが達成される。別の側面
では、本発明はヒートシンクと、第１の表面で該ヒート
シンクと熱接続された窒化アルミニウム基板と、基板の
第２の表面に実装された複数個のシリコンチップと、印
刷配線板の上部でヒートシンクを支持する第１部分と回
路板上部で基板を支持する第２分とを有する位置合わせ
リング部材と、この位置合わせリング部材と連結され、
基板と印刷配線板との間の電気的接続を行うためのエラ
ストマ・コネクタとを備えたマルチチップ・モジュール
を提供する。
【００１０】
【実施例】図１はその上にＭＣＭ１０を実装することを
意図した多層印刷配線板、すなわちＰＣＢ１２の部分切
断図を含むＭＣＭ１０の分解斜視図である。図２はＭＣ
Ｍ１０がＰＣＢ１２上に実装され、図面を明解にするた
めにある程度寸法を拡大した、図１の２ー２線に沿った
ＭＣＭの横断面図である。以下の説明では前記の双方の
図面を参照する。ＭＣＭ１０は位置合わせリング３２の
溝２４，２６，２８及び３０に適合するＺ軸エラストマ
・コネクタ１６，１８，２０及び２２上に支持された基
板１４を備えている。支持リング３４は４個のファスナ
によってＰＣＢ１２の片側に実装されるが、前記ファス
ナのうちの２個が図２に一対のネジ及びナット４２、４
６として図示されている。ファスナはヒートシンク４８
をＰＣＢ１２の別の側に締めつけるため、穴３６，３
８，４０及び４２のような適宜の取付け穴を通して配置
されている。このアセンブリはヒートシンク４８と、コ
ネクタ１６，１８，２０及び２２を溝２４，２６，２８
及び３０内に押圧する基板１４のヒートシンク表面５４
との間で密接状態を保持し、それによって基板１４とＰ
ＣＢ１２との間に複数の電導経路を確保する機能を果た
す。ヒートシンク４８と基板１４のヒートシンク表面５
４との良好な熱接続を確保するため、組立て前に、これ
ら双方の間に熱グリースの薄層を付与してもよい。
【００１１】Ｚ軸エラストマ・コネクタ１６，１８，２
０及び２２は幾つかの市販のエラストマ・コネクタ材料
の任意の一つから構成することができる。便利な製品の
一つはカリフォルニア州、ユニオン・シティの米国シン
エツ社から市販されているＧＤ型インタコネクタのよう
な、エラストマ棒の中にマトリクスとして埋設された電
気的コンダクタを使用している。この種類のコネクタの
例が図２にＺ軸エラストマ・コネクタ１６として図示さ
れている。図中のエラストマ・コネクタ１６の断面図に
は埋設された導体６０として示された３本の微細な導体
が露呈されており、これらの導体は約１．０ｍｍの間隔
を隔てていることが便利である。このような導線のマト
リクスがコネクタ１６内に埋設されており、よって図中
の断面と平行で、且つその両側に約１．０ｍｍの間隔を
隔てた別の断面でも別の３組の埋設導体６０が存在す
る。
【００１２】別の形式のエラストマ導体が図２にＺ軸エ
ラストマ・コネクタ１８として図示さている。この方法
では、一連の平行な電導経路が可撓導体６２として示さ
れた可撓性材料上に形成されており、この可撓導体はコ
ア６４のような非導電性エラストマ・コアの周囲に全
部、又は一部が巻付けられている。動作時には、Ｚ軸エ
ラストマ・コネクタ１６は埋設された導体６０及びまた
は可撓導体６２を介して、基板１４およびＰＣＢ１２上
の任意の一対の対向導体パッド間の直接接続を行う。Ｍ
ＣＭ１０の組立て前に、コネクタ１６，１８，２０及び
２２を溝２４，２６，２８及び３０内にはめ込み、且つ
位置合わせリング３２のレール部分６６の上部に約１．
０ｍｍ出しておくことが好ましい。図２に示したような
ＭＣＭ１０の最終組立てによって、基板１４はレール部
分６６に対して押圧され、コネクタ１６，１８，２０及
び２０を部分的に圧縮して、良好な電気的接続が確保さ
れる。
【００１３】一連のシリコンチップ５０はＴＡＢ、フリ
ップチップ及びワイヤ・ボンディングを含む従来の技術
によって、基板１４の接続面５２上に実装され、且つ相
互に接続されて、ＭＣＭ１０内にパッケージされた電子
回路が形成される。基板１４はシリコンチップ５０を互
いに、又、基板１４内の同様の表面及び（又は）導電経
路と接続するために、一連の内部及び（又は）表面の導
電経路５６を含む多層基板であることが便利である。基
板１４が製造される材料は本発明にとって非常に重要で
ある。好ましい実施例では、基板１４は例えばカリフォ
ルニア州サニーベルのコーニング・グラス・カンパニー
又はアイビデンＵＳＡ社から市販されている焼結窒化ア
ルミニウム（すなわちＡＩＮ）焼成セラミック材料から
成る多層基板である。ＡＩＮは優れた熱物理特性を備え
ており、ＭＣＭ１０内の熱応力を最小限にするのに極め
て有効であることが実証されている。市販されているＡ
ＩＮは１７０ワット／ｃｍの熱伝導率を有し、一方、特
別注文で約２２０ワット／ｃｍの範囲の更に高い熱伝導
率のものも入手可能である。
【００１４】ＡＩＮ基板１４の熱伝導率が高いことによ
って、ＭＣＭ１０の熱設計に熱発散装置を設ける必要が
ない。図面に示すように、ヒートシンク４８は基板１４
のヒートシンク表面５４に直接、又は熱グリースを介し
て結合できる。更に、ＡＩＮ基板１４の熱膨張係数、す
なわちＴＣＥは４．２ｐｐｍであり、これは３．５ｐｐ
ｍであるシリコンチップ５０のＴＣＥと極めて近いの
で、フリップチップの場合のダイスの亀裂又ははんだ接
続の疲れ破損が軽減される。これは従来のＭＣＭパッケ
ージの方法では、特に一辺が１ｃｍ又はそれ以上の大型
のシリコンチップの場合、従来の基板と、これに結合さ
れるシリコンチップ、例えばシリコンチップ５０との熱
膨張率が異なることによる著しい熱応力の結果として発
生するものである。
【００１５】ＡＩＮ基板１４とシリコンチップ５０との
熱適合性が良好であることにより、熱伝導率が高い金属
ダイス実装技術、例えば各々のシリコンチップ５０と基
板１４との間のアマルガムを使用することができる。そ
の結果、ヒートシンク４８は便利に、簡単に押出し成形
されたアルミニウム製ヒートシンクでよく、約１００ワ
ットまでの電力放散を処理するために従来の空冷設計の
ものを使用できる。この方法によって、ＭＣＭ１０を従
来のシステムで代用し、新規の回路の設計、製造に費や
される時間とコストを節減することもできる。
【００１６】熱伝導率が良好であり、シリコンチップと
ＴＣＥが適合することによって、例えばフリップチップ
・ボンディングのようなある種のチップと基板とのイン
タフェースに極めて有利である。フリップチップ結合さ
れたチップの場合、シリコンチップ５０と基板１４との
間のはんだ隆起（バンプ）の熱伝導率が高いので、特に
チップと基板との間を接続するはんだ隆起が約２５０個
以上もある場合は、熱を発生するチップとヒートシンク
４８との間の熱抵抗が極めて低くなる。ＡＩＮ基板１４
を使用したＡＩＮのＭＣＭ１０又は単一チップ・モジュ
ールの場合、チップ接合部の温度を容易に約８５℃まで
下げることが可能である。ＡＩＮ基板１４が頑丈である
ことによっても、設計上の選択肢が拡がる。基板１４は
便利に、厚膜印刷経路と部品、及び細線薄膜部品とを結
合する多層基板であることができる。
【００１７】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、アルミ
ニウム製ヒートシンクと印刷配線板との間でチップ側面
側が圧縮された多層の焼結窒化アルミニウム・焼成セラ
ミック基板を使用した集積回路マルチチップ・モジュー
ルが提供される。僅かに圧縮されたエラストマ・コネク
タを含む位置合わせリングは基板とヒートシンクを位置
決めし、また基板をＰＣＢに接続するために使用され
る。ＡＩＮ（窒化アルミニウム）基板の熱伝導率が高
く、頑丈であり、シリコンのＴＣＥ（熱膨張係数）との
適合性があるので、ＴＡＢ、フリップチップ及びワイヤ
・ボンディングのような現在のチップと基板との相互接
続方法と適応する、簡単で経済的であり、しかも熱的及
び機械的に頑丈な、高密度の基板パッケージが達成され
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるマルチチップ・モジュールの分解
斜視図である。
【図２】第１図の線２ー２による断面図である。
【符号の説明】
１０：マルチチップ・モジュール、１２：印刷回路板、
１４：基板、１６、１８、２０、２２：弾性コネクタ、
３２：整列リング、４８：ヒートシンク

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ヒートシンクと、前記ヒートシンクのー方
    の表面に熱的に接続された窒化アルミニウム基板と、前
    記基板の他方の表面に実装された複数のチップと、前記
    基板と印刷回路板との間に装着された整列手段と、前記
    基板と前記印刷回路板との間に装着されてこれらの間に
    電気的接続を与える弾性手段とより成るマルチチップ・
    モジュール。
JP4148545A 1991-05-15 1992-05-15 マルチチップ・モジュール Pending JPH05183280A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/700,784 US5155661A (en) 1991-05-15 1991-05-15 Aluminum nitride multi-chip module
US700784 1991-05-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05183280A true JPH05183280A (ja) 1993-07-23

Family

ID=24814856

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4148545A Pending JPH05183280A (ja) 1991-05-15 1992-05-15 マルチチップ・モジュール

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JP (1) JPH05183280A (ja)

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