JPH05275865A

JPH05275865A - 高密度パツケージ

Info

Publication number: JPH05275865A
Application number: JP4356838A
Authority: JP
Inventors: Thomas M Cipolla; トーマス・マリオ・シポラ; Paul William Coteus; ポール・ウイリアム・コテウス; Glen W Johnson; グレン・ウオルデン・ジヨンソン; Lawrence S Mok; ローレンス・シヤングウエイ・モク
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1992-02-14
Filing date: 1992-12-22
Publication date: 1993-10-22
Anticipated expiration: 2011-03-04
Also published as: US5208729A; EP0555659A3; DE69303633D1; EP0555659A2; JPH0821647B2; EP0555659B1

Abstract

(57)【要約】【目的】複数の集積回路チツプのための高密度パツケー
ジを提案する。【構成】このパツケージは多数のプレナサブユニツトを
含む。サブユニツトは第１及び第２のプレナ金属プレー
ト５０、６４とこれらのプレート間にサンドウイツチさ
れたスペーサ金属プレート５６とを含む。各スペーサ金
属プレート５６には複数の回路嵌合用アパーチヤ５８が
設けられている。プレナ回路キヤリア１０はスペーサ金
属プレート５６内の各アパーチヤ５８に設けられる。各
プレナ回路キヤリア１０の１つの面は複数の結合された
チツプを含む。各プレナ回路キヤリア１０は各回路嵌合
用アパーチヤ５８の一端において第１のプレナ金属プレ
ート５０及び金属スペーサプレート５６間から延びるコ
ネクタ領域を有する。回路カード７６はその一端に配設
され、複数の相互接続領域７４、７８を有する。回路カ
ード７６はこれらの金属プレートに平行に配置される主
表面を有し、パツケージ全体がプレナ形状を示す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高密度パツケージに関
し、特にマイクロ電子パツケージングについて、熱消散
特性が改善された高密度マルチチツプパツケージに適用
して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】メモリチツプにおける構成部品の密度を
増大させてそれによる利益を獲得するためにはメモリチ
ツプを保持するパツケージのパツケージング密度を増大
させる必要がある。このことは、現在商業上利用し得る
最も高密度のダイナミツク・ランダム・アクセス・メモ
リ・チツプ（ＤＲＡＭ）に関して特に言えることであ
る。従来、ＤＲＡＭチツプは単一チツプモジユールとし
てパツケージングされて来た。すなわち単一のシリコン
ダイスが配線を含むリードフレームに配線結合される。
このリードフレームは一群の個々の金属リードを介して
チツプへの必要な信号及びチツプからの必要な信号を扇
形に拡げる。次にこれらのリードは下層の回路ボードに
接続される。通常このリードフレーム及びシリコンチツ
プはエポキシブロツク内に包まれ、このエポキシブロツ
クから個々の金属リードが延びる。一般的にこのパツケ
ージはワイヤボンドパツケージと呼ばれる。

【０００３】チツプがパツケージされると、チツプはバ
ーンインとして周知のプロセスに従い、これによつてチ
ツプは過度に高められた温度及び電圧で何時間も動作す
る。その後バーンイン動作で合格したパツケージされた
チツプを集めてグループ化し、次にこのチツプのグルー
プをまた幾つかのグループに分ける。さらに制御論理回
路、誤り訂正論理回路等のようなメモリシステムの他の
構成部品がパツケージに付加される。特色としてこのパ
ツケージングの結果、最高の性能を有するＤＲＡＭメモ
リに適合しない大型のかさばつたシステムとなる。

【０００４】ＤＲＡＭチツプを相互接続する好適な方法
はその反対の表面上に特別仕様化された導電層が設けら
れている薄いフレキシブル絶縁キヤリアを介する。この
ようなパツケージングは本来費用もかからず、自動ボン
デイングプロセスに適している。バイアホールは無駄な
費用を増大させるので、このようなフレキシブルキヤリ
アにおいては避けた方が好ましい。しかしながらチツプ
が凸形相互接続バンプを用いるようなフエイス−ダウン
形式でチツプをボンデイングするとき、絶縁キヤリアの
遠くの面に存在する導電層と連通することができるよう
に幾つかの方法を提供しなければならない。

【０００５】このようなパツケージング状況を理解し
て、パツケージを高度に効率的に冷却することができる
ように十分考慮しなければならない。従来の技術は高密
度パツケージングのための設計を十分に備えている。こ
れらの従来の技術の教示の例としては以下の特許に見い
出すことができる。米国特許第 4,730,232号において
は、回路ボードを含む一対のデバイスがプレナ熱シンク
に積層され、このプレナ熱シンクは背中合わせに実装さ
れて一対のカバー内に包囲される。米国特許第 4,122,5
08号においては、他の熱シンクが複数の各プリント回路
ボードに取り付けられ、各熱シンクはその中に形成され
て集積化された複数のフインを有する。多数のこれらの
熱シンクが向き合うように実装されると、連続する空気
循環経路が形成され、これにより取り付けた回路ボード
を冷却することができる。

【０００６】米国特許第 4,771,366号においては、冷却
プレートを所々に差し入れた複数の平行に配置されたセ
ラミツクカードアツセンブリについて述べられている。
各セラミツクカードはその両面に多数のチツプが実装さ
れ、このチツプは導電性キヤツプによつて包囲され、次
にこの冷却プレートを支持する。米国特許第 4,841,355
号においては、液体冷却材が流れるための内部通路を有
する高密度パツケージが示されている。米国特許第 3,3
72,310号においては高密度パツケージが示され、この高
密度パツケージにおいては複数のチツプが基板上に実装
され、その上にアパーチヤを有するスペーサが配設さ
れ、全体の構成が金属カバープレート内に包囲される。

【０００７】多数の従来の技術は気流を冷却するために
その間に経路を設けてある平行に実装された回路カード
を開示する。このような構造は米国特許第 4,107,760
号、同第 4,674,004号、同第 4,375,290号、同第 4,29
1,364号、同第 4,739,444号及び同第 3,671,812号に見
い出すことができる。他の液体及び液体／気流冷却シス
テムについては、米国特許第 4,619,316号及び同第 4,3
15,300号において見い出すことができる。他のマルチチ
ツプ集積回路パツケージング構成については、米国特許
第 4,783,695号、同第 4,580,193号、同第 4,549,200
号、同第 4,868,634号、同第 4,831,433号及び同第 4,7
82,381号において見い出すことができる。

【０００８】米国特許第 4,830,264号、同第 3,991,347
号、同第 4,835,344号、同第 4,838,475号、ドイツ国特
許第DE 37 3998号及び1967年、12月発行、第10巻、第７
号、「ＩＢＭテクニカル・デイスクロージヤ・ブリテイ
ン」 943頁には回路ボードの反対側の面にバイア−コネ
クシヨンを設ける方法を開示している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は高レベ
ルの電力消散を取り扱うことができる改善された高密度
電子パツケージを提供することである。

【００１０】本発明の他の目的は複数の異なる型式の基
本的な回路パツケージを含むように適合される高密度電
子パツケージを提供することである。

【００１１】本発明のさらに他の目的は効率的に冷却さ
れる高密度電子パツケージを提供することである。

【００１２】本発明のさらに他の目的は内部で発生した
熱をその外部表面に効率的に伝えて消散させる改善され
た高密度電子パツケージを提供することである。

【００１３】本発明のさらに他の目的は低インダクタン
ス配線を用い、かつ電磁シールドを改善した高密度電子
パツケージを提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、複数の集積回路チツプのための高
密度パツケージにおいて、第１及び第２のプレナ金属プ
レート５０、６４と、第１及び第２のプレナ金属プレー
ト５０、６４間にサンドウイツチされ、その中に複数の
回路嵌合用アパーチヤ５８を有するスペーサ金属プレー
ト５６と、一方の面に複数の結合されたチツプ手段１４
を含み、スペーサ金属プレート５６内の回路嵌合用アパ
ーチヤ５８内に配設され、回路嵌合用アパーチヤ５８の
一端において第１のプレナ金属プレート５０とスペーサ
金属プレート５６との間から延びるコネクタ領域１８を
有する複数のプレナ回路キヤリア１２と、回路嵌合用ア
パーチヤ５８の一端に配設され、第１のプレナ金属プレ
ート５０とスペーサ金属プレート５６との間から延びる
各コネクタ領域１８に対して１つの相互接続エリアを有
する、複数の相互接続エリア７４、７８が設けられてい
る回路カード７６とを設け、回路カード７６は第１及び
第２のプレナ金属プレート５０、６４並びにスペーサ金
属プレート５６に対して平行に配設された主表面を有
し、これによつて高密度パツケージ全体がプレナ形状を
示すようにする。

【００１５】また本発明においては、複数の集積回路チ
ツプのための高密度パツケージにおいて、主表面を示す
第１及び第２の金属プレート１５８、１６８と、その１
つの面に複数の結合されたチツプ手段１４を含み、第１
及び第２の金属プレート１５８、１６８間に配設されて
チツプ手段１４が金属プレート１５８、１６８の１つに
コンタクトできるようにし、かつ第１及び第２の金属プ
レート１５８、１６８間から延びるコネクタ領域１８を
有するプレナ回路キヤリア１０と、第１及び第２の金属
プレート１５８、１６８内に形成され、冷却材がそこを
通つてチツプ手段１４からの熱を消散させることができ
るようになされた複数の一直線に配列された冷却材通路
１６０と、コネクタ領域１８に並置され、かつコネタク
領域１８のための相互接続エリア７４、７８が設けられ
た回路カード７６とを設け、プレナ回路キヤリア１２上
の各チツプ手段１４は一直線に配列された冷却剤通路１
６０から等距離に配設され、回路カード７６は第１及び
第２の金属プレート１５８、１６８に対して平行に配置
された主表面を有し、これによつてパツケージ全体がプ
レナ形状を示すようにする。

【００１６】

【作用】複数の集積回路チツプを高密度にパツケージす
るとこについて述べる。このパツケージは多数のプレナ
サブユニツトを含む。サブユニツトは第１及び第２のプ
レナ金属プレートを含み、この第１のプレナ金属プレー
ト及び第２のプレナ金属プレート間にスペーサ金属プレ
ートがサンドウイツチされる。各スペーサ金属プレート
には回路を受けるための複数のアパーチヤが設けられて
いる。プレナ回路キヤリアはスペーサ金属プレート内の
各アパーチヤに設けられる。各回路キヤリアの１つの面
は複数の結合されたチツプを含む。各回路キヤリアは回
路嵌合用アパーチヤ内に配設され、結合されたチツプの
背面が第２のプレナ金属プレートを支持する。各回路キ
ヤリアはコネクタ領域を有し、このコネクタ領域は各回
路嵌合用アパーチヤの一端において第１のプレナ金属プ
レートと第２のプレナ金属プレートとの間から延びる。
回路カードはその一端に配設され、複数の相互接続エリ
アを有し、各回路嵌合用アパーチヤの一端から延びた各
コネクタ領域に対して１つの相互接続エリアが設けられ
ている。この回路カードはすべての金属プレートに対し
て平行に配置された主表面を有し、パツケージ全体がプ
レナ形状を示す。

【００１７】

【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。

【００１８】図１はマルチチツプ薄膜プレナ回路キヤリ
ア１０の概略図である。後述するように本発明はＤＲＡ
Ｍパツケージについて説明する。しかしながら当該明細
書において説明するパツケージの概念は他の集積回路の
場合にも同じように適用することができることを理解す
べきである。

【００１９】回路ストリツプ１０はその両面を金属処理
された薄膜回路キヤリア１２を含む。複数の表面実装デ
カツプリングコンデンサ１６がそうであるように複数の
ＤＲＡＭチツプ１４が回路キヤリア１２の一方の面に実
装される。プレナ回路キヤリア１０の一端にはコネクタ
領域１８があり、このコネクタ領域１８は回路キヤリア
１２の主軸から一方の側にずれており、また領域２０に
おいて上方に曲がつている。後述することから理解でき
るように、他の回路ストリツプ１０には同じコネクタ領
域１８が設けられ、このコネクタ領域１８は回路キヤリ
ア１２の主軸から他方の側にずれている。かくして回路
ストリツプがスタツク状にパツケージされると、スタツ
ク構造内における第１の回路ストリツプのコネクタ領域
は主軸から一方の側にずれるが、第２の回路ストリツプ
のコネクタ領域は主軸から他方の側にずれているので、
双方のコネクタ領域は回路ボードの同一面の異なるエリ
アにコンタクトすることができ、互いに重なることはな
い。

【００２０】図２は回路ストリツプ１０からＤＲＡＭパ
ツケージ１４が取り外された回路ストリツプ１０の概略
を示す。ＤＲＡＭパツケージ１４の各ビームリード２２
はフレキシブル回路キヤリア１２上の下層領域に接続す
る。回路キヤリア１２の両面は金属処理されており、そ
の一方の面（例えば符号２４）は必要とする回路細部に
従つて「特別仕様化」され、その反対側の面にある金属
処理層２６は接地平面として実質的に連続している。

【００２１】ＤＲＡＭパツケージ１４が回路キヤリア１
２上のコンタクトパターン２８と整合すると、幾つかの
ビームリード２２は上にある金属処理ランドエリア３０
とコンタクトし、他のビームリードはバイアホール３２
を介して下にある金属処理層２６とコンタクトする。ビ
ームリードを金属処理ランドエリア及び金属処理層と適
正に確実に相互接続させるるために、フレキシブル回路
キヤリア１２上にはんだパンプを堆積する。このはんだ
バンプによりビームリード２２とのコンタクトが平坦な
表面となる。

【００２２】図３はこのはんだバンプを適用するプロセ
ス（Ａ）〜（Ｅ）を示す。図３（Ａ）に示すようにフレ
キシブル回路キヤリア１２は上部にある特別仕様化され
た金属処理層２４及び下部にある連続接地平面層２６を
含む。この２つの層はポリマ層３４によつて分離されて
いる。平坦なはんだバンプを与えるために、はんだマス
ク３６（図３（Ｂ）参照）がフレキシブル回路キヤリア
１２の上部表面上に配置される。はんだマスク３６にお
ける各開口３８及び４０の大きさはそれと連通するはん
だの受け取り量に従つて予め計算されているので、リフ
ロー後すべてのはんだバンプはほぼ同じ高さになる。か
くして開口４０が下層回路ランド４２の全幅を横切つて
延びないように開口４０内に堆積されるはんだの量を制
御し、開口３８の幅はポリイミド層３４におけるホール
４４の開口よりも大きいので一段と多くのはんだをその
中に堆積することができる。

【００２３】図３（Ｃ）においては、はんだマスク３６
上及びホール３８及び４０内にはんだが堆積されてい
る。図３（Ｄ）おいてはんだマスクは除去され、図３
（Ｅ）においてこの堆積されたはんだバンプはリフロー
手順を受けられる状態にあり、上述の教示に従つてこの
リフローを種々のバンプにすることにより、比較的均一
で平坦な上部面となり、その後ＤＲＡＭパツケージのビ
ームリードに接続する。通常、接続リードはリフロー前
にはんだバンプ上に配設されるのでそれと同時にボンデ
イングが生ずる。これらのリードは図３においては省略
する。

【００２４】上述のステツプの前後いずれかに新たなポ
リイミド層４１（又は他の誘電体層）が接地平面２６上
に配置されて絶縁裏材を提供する。

【００２５】図４、図５及び図６は組み立てられた複数
のフレキシブル回路ストリツプ１０を本発明を具体化す
る熱シンク型パツケージ内に組み込んだものである。図
４において図４の左下部におけるカバープレートから説
明し、その後図４の右上部にあるそれと対向するカバー
プレートを説明する。後述するすべてのカバープレート
及びスペーサプレートは好適には同じ高熱伝導率の金属
から構成されることを理解すべきである。好適な材料と
しては銅及びアルミニウムがある。

【００２６】カバープレート５０内には気流が通る複数
の孔５２が形成されている。さらに複数のねじ穴５４を
有し、これにねじを挿入してパツケージを保持すること
ができる。４つのフレキシブル回路ストリツプ１０はそ
れぞれ５つのＤＲＡＭメモリチツプを保持し、回路スト
リツプ１０に結合したデカツプリングコンデンサはスペ
ーサプレート５６内のアパーチヤに配設される。スペー
サプレート５６には４つの回路嵌合用アパーチヤ５８が
設けてあり、各アパーチヤ５８は薄膜回路ストリツプ１
０を受けるように適合されている。各回路嵌合用アパー
チヤ５８の底部において、空間６０が与えられるように
スペーサプレート５６の一部を薄くする。カバープレー
ト５０が適正な位置に配設されていると、この空間６０
においてフレキシブル回路ストリツプ１０のコネクタ領
域が現れ得る。スペーサプレート５６にはカバープレー
ト５０内の気流孔５２と整合する複数の気流孔６２が設
けられている。第２のカバープレート６４はスペーサプ
レート５６の右側面に接触し、またこの第２のカバープ
レート６４には気流孔５２及び６６と整合する気流孔６
６が設けられている。

【００２７】カバープレート５０及び６４、スペーサプ
レート５６並びに回路ストリツプ１０がパツケージの基
本的なサブユニツトである。最初にカバープレート６４
がスペーサプレート５６の下側に配設され、その後各回
路ストリツプ１０が整合する回路嵌合用アパーチヤ５８
内に配設される。スペーサプレート５６の厚さは回路ス
トリツプ１０の厚さ（回路ストリツプに実装された構成
部品も含めて）とほぼ等しいように作られる。かくして
カバープレート５０がスペーサプレート５６の左側面に
組み立てられると、各回路ストリツプ１０の背面及びカ
バープレート５０のソリツド表面エリア間に物理的なコ
ンタクトが生ずる。回路ストリツプ１０における各回路
構成部品の前面はカバープレート６４の左側面のソリツ
ド表面エリアにコンタクトする。また代わりにエラスト
マ材料からなる薄いシートを各回路ストリツプ１０の背
面に配設することができ、パツケージを組み立てるとこ
の材料は圧縮され、この回路構成部品の前面をカバープ
レート６４に押しつける。それぞれのカバープレート及
びスペーサプレートにおける各気流孔は互いに位置合わ
せされて気流のためのスムーズに連続する通路が形成さ
れる。これらの各通路は連続しているので、通路内の気
流は比較的低速度の層状かつ非乱流の気流である。

【００２８】パツケージの基本サブユニツトが組み立て
られると、第１のサブユニツトのすぐ隣に次のサブユニ
ツトが組み立てられる。図４において複数の回路ストリ
ツプ１０´が新たなスペーサプレート７０内の整合孔に
配設される。スペーサプレート７０のすぐ右側には他の
カバープレート７２が隣接している。注意すべきは回路
ストリツプ１０´のコネクタ部分はストリツプの軸の右
側に配置されるが、回路ストリツプ１０のコネクタ部分
はその左側に配置される。かくして回路ストリツプ１０
´におけるコネクタ部分は回路ボード７６上の相互接続
ランド７４に接続するが、回路ストリツプ１０のコネク
タ部分は回路ボード７６上の相互接続ランド７８と接続
する。

【００２９】回路パツケージの一方の側を組み立てるた
めに、カバープレート５０、スペーサプレート５６、カ
バープレート６４、スペーサプレート７０及びカバープ
レート７２を互いに隣接させ、回路ストリツプ１０及び
１０´を適正な位置に合わせて一緒にねじで留める。次
に同じ面対称となつているパツケージを組み立てて上述
のパツケージに隣接させる。その後回路ボード７６に相
互接続され（好適には「高密度高性能のメモリ回路パツ
ケージ」（整理番号YO990090）に説明されている方法に
より）、対向するカバープレート５０及び８０を回路ボ
ード７６上の接合点８２及び８４にしつかりと留めてパ
ツケージのアツセンブリを完成させる。上述の組立て手
順は単なる好例にすぎず、組立てに必要な器具の複雑さ
如何によつては他の組立て順序に代えてもよい。

【００３０】図５は完全に組み立てられたパツケージを
示し、内部の詳細を示すためにカバープレート５０及び
回路ストリツプ１０の一部が取り除かれている。複数の
デコーデイング回路又は他の論理回路９０が回路ボード
７６上に実装され、回路ボード７６上及び回路ボード７
６内の配線（図示せず）を介して回路キヤリア１０及び
１０´等と相互接続する。パツケージが「マザーボー
ド」内に差し込まれると、複数の差込みランドエリア９
２が回路ボード７６と相互接続する。図６は図５の線５
〜５に沿つて破断した断面図である。

【００３１】図７はデカツプリングコンデンサ、回路ス
トリツプ及びインダクタンスが非常に低いメモリチツプ
モジユール間の相互接続技術の詳細を示す。この分解組
立て図はチツプモジユール１００の中央線に沿つて配置
された入力／出力ピン１０２と如何に接続がなされるか
を示す。２つの配線層１０４及び１０６はテープ１２６
の一部である絶縁シート１０８によつて分離される。上
面にある配線層１０６はチツプモジユール１００のため
の全ての信号ラインを含むと共に、電力タツプ１０９及
び接地タツプ１１０をそれぞれ含む。底面にある配線層
１０４は電力分配及び接地分配のために使用される。絶
縁シート１０８内の一対のバイアホール１１２及び１１
４を介して電力タツプ１０９及び接地タツプ１１０と底
面配線層１０４における電力分配ライン及び接地分配ラ
インとの間にそれぞれ電気的コンタクトが形成される。

【００３２】配線層間の電気的コンタクトは表面実装デ
カツプリングコンデンサ１１６を用いてなされ、デカツ
プリングコンデンサ１１６のコンタクト領域１１８及び
１２０にはペースト状のはんだが適用される。次にこの
パツケージを加熱してはんだをリフローすると、このは
んだによりコンデンサ１１６はパツド１２２及び１２４
と結合する。さらに各パツド１２２及び１２４にはスル
ーホールが設けられているので、このはんだはスルーホ
ール１２２及び１２４を介して絶縁シート１１８内のホ
ール１１２及び１１４を通つて流れ、上部にある配線ボ
ンデイングパツド１０９及び１１０に結合する。次にこ
のように結合されたチツプ／コンデンサ構造はテープ１
２６から分離されて図１に示すような回路キヤリア１２
に適用される。同じ構造及び手順が回路キヤリア１２
（テープ１２６の代わり）に適用され、チツプからキヤ
リアへのリフローが生ずると同時に上述の相互接続がな
される。

【００３３】図８において一対のＤＲＡＭチツプモジユ
ール１３０及び１３２が隣接するリードフレーム１３４
及び１３６にそれぞれ実装される。しかしながらコンデ
ンサ１３８は隣接するボンデイングパツド１４０及び１
４２に接続されてこれらの間にブリツジを形成する。か
くしてモジユール１３０及び１３２は同時に動作しない
のでコンデンサ１３８はモジユール１３０及び１３２に
共通のものとなる。リードフレーム１３４及び１３６は
チツプ１３０及び１３２へのリード接続が必要である以
外は、互いにほぼ面対称となつている。かくしてこの２
つの配線層の半分（右側及び左側）は接着はんだを介し
てボンデイングパツド１４０及び１４２によつて共通の
デカツプリングコンデンサに電気的かつ物理的に接合さ
れる。

【００３４】図９は11個のチツプを有するフレキシブル
回路ストリツプ１５２の背面を示す。回路ストリツプ１
５２内において各ＤＲＡＭチツプ１５４の底部の中央に
ある入力／出力コンタクトの真下に孔１５０が設けられ
ている。孔１５０が設けられることにより、熱風をコン
タクト領域に向けることができ、コンタクト領域におい
てはんだをリフローさせることができる。はんだ接合し
た後、孔１５０内にエ封止材を配置してシールし、はん
だ疲労を防ぐ。

【００３５】図９に示すような11個のチツプを有する高
パツケージの場合、パツケージ内を一段と効率的に冷却
する必要がある。これは乱流がパツケージを通ることが
できるような形式のパツケージを組み立てることによつ
て達成される。図１０において４つの回路ストリツプ１
５２が実装され、隠れて見えないチツプモジユール１５
４の最上面がカバープレート１５８を支持する。カバー
プレート１５８は多数の気流ホール１６０を有する。回
路ストリツプ１５２のコネクタ領域１６１は多層プリン
ト回路ボード１６２上の相互接続ランドに接続する。

【００３６】図１１は回路ストリツプ１５２及び回路ボ
ード１６２が取り外された回路パツケージの残りの部分
の分解組立て図を示す。注意すべきはカバープレート１
５８はパツケージの中央に配設されて２つのスペーサプ
レート１６４及び１６６間にサンドウイツチされるとい
うことである。さらに一対のカバープレート１６８及び
１７０はこれらの間にある全構造をサンドウイツチする
ように配設される。各スペーサプレート１６４及び１６
６にはアパーチヤ１７２が設けられて回路ストリツプ１
５２を受ける。しかしながら、スペーサプレート１６４
及び１６６は主に骨組みであるので、気流のためのそれ
らのアパーチヤはそれぞれのカバープレート内の気流孔
１６０と一直線にはならない。その結果、空気が気流孔
１６０を介して矢印１７４によつて示されるような方向
に流れると、乱流がパツケージの内部に生じ、これによ
つてパツケージ内に含まれる回路モジユールを一段と効
率的に冷却することができる。

【００３７】図１２はカバープレート１６８及びスペー
サプレート１６４が取り外された完全に組み立てられた
乱流型パツケージを示す。注意すべきは各プリント回路
ボード１６２はマザーボード１８０の背面に実装された
雌コネクタ１７６内に差し込まれるということである。
新たな構成部品１８２をマザーボード１８０の下側に実
装してもよい。カバープレート１６８が適正な位置に配
設されると（図５参照）、このカバープレート１６８は
論理回路９０の上面の下に延びてこれと接触する。かく
して論理回路からの熱放射は気流孔１６０の上方に伝え
られて消散する。さらに気流孔１６０を通つて方向付け
られる同じ源からの気流はマザーボード１８０の下側を
通過してマザーボード上に実装された構成部品をも冷却
することができる。

【００３８】図１３は図１２のパツケージとほぼ同様で
あるが、低電力消散システム型のメモリパツケージであ
る。かくして内部の気流路は必要なく、パツケージ内部
に発生した熱はカバープレート及びスペーサプレートに
よつてパツケージの表面に伝えられて消散する。次にパ
ツケージの表面を横切る気流は消費された電力から生ず
る熱を消散させるには十分である。この点を除いて図１
３に示すパツケージの構造は図４に示すパツケージの構
造と全く同じである。

【００３９】図１４は図１３の回路パツケージを修正し
て全体の高さを一段と低くしたものを示す。回路ボード
７６、回路ストリツプ、スペーサプレート及びカバープ
レートとの相互接続点２００は上方において回路ボード
７６の方に 180°折り返されている。これによりパツケ
ージは「一段と厚くなる」が高さが一段と低くなるの
で、高密度、低電力消散のパツケージ構成に特に有用で
ある。熱伝導挿入部すなわちゲル２０２により論理回路
９０及びパツケージのカバープレート間を熱的にコンタ
クトさせることができる。図１３及び図１４の回路パツ
ケージは強制空冷を利用できない携帯用装備内の構成部
分として適合される。このような装備において、カバー
プレートはこの装備の外部シエルとコンタクトするよう
に配設されることにより、外部への熱消散が向上する。

【００４０】上述のことから、回路を含むモジユールを
対面させてれんが状にパツケージすることができる高密
度回路パツケージングシステムを説明して来たことが分
かる。電力消散の予期次第では、内部の層流、内部の乱
流、外部からの気流だけ又は他の冷却機構を介してパツ
ケージを冷却することができる。このパツケージは優れ
たＥＭＩ放射特性を示す。

【００４１】上述の説明は本発明のほんの一例にすぎな
いことを理解すべきである。本発明の精神及び範囲から
脱することなく詳細構成について種々の変更を加えるこ
とができる。例えば本発明はパツケージされたチツプを
用いることについて説明したが、適正なフエイス−ダウ
ンボンデイング技術を用いて、表面が安定化されたチツ
プを回路ストリツプ上に直接実装することができる。

【００４２】メモリシステムに基づいた大型のＤＲＡＭ
をもつコンピユータの場合、偶然の電力損失がパワーア
ツプ後にかなりの遅延を生じさせ得るが、メモリの状態
は再生されることが分かる。ある場合には全く回復させ
ることができない。このような理由により、連続して電
力を与えるために局所に電池を設けて支援することがメ
モリ設計の一部となる。メモリシステムの近くに空間を
形成して気流が妨げられないようにしなければならない
と同時に、メモリシステムを十分な電力の下にあるよう
にする。さらに、充電されると電池は熱くなるので気流
を冷却する準備がなされなければならない。簡素に集積
化してパツケージングする解決法を考える必要がある。

【００４３】図１５において空冷システムの電源素子を
用いて電源素子及び電力を供給されるシステムデバイス
の双方を冷却することを支援する。高密度メモリモジユ
ール２０４（本発明による少なくとも複数のパツケージ
２０６を含む）が多数の電池パツク２１０と共にベース
プレート２０８上に実装され、この電池パツク２１０は
パツケージ２０６の幾何学的配列と自然に整合するよう
に一列に配列される。電池パツク２１０間の空間は電池
それ自身のための冷却チヤネル及びメモリパツケージを
冷却するために必要な空気のための自然の通路として動
作する。この空気はフアン２１４によつてチヤネル内に
強制的に入れられる。電池は図示のように長方形（鉛−
酸及びＮｉ−Ｃｄ電池の場合のように）か又は種々の大
きさで利用できる円筒型電池のスタツクのいずれかであ
る。

【００４４】図１５の構成において、冷却された空気は
薄い支柱のアレイ内に向けられる。この支柱は幅がほぼ
10〔mm〕であり、支柱間の間隔はほぼ20〔mm〕である。
これらの支柱はパツケージ内の気流アパーチヤと位置合
わせされる。

【００４５】他のフアン２１６を用いて、その上に制御
回路を有する結合した回路ボード２１８を冷却してもよ
い。

【００４６】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、気流孔を
もつ第１及び第２のカバープレート間に気流孔と複数の
チツプが結合された回路ストリツプを受けるアパーチヤ
とを有するスペーサプレートを、これらの気流孔が一直
線に配列されるように配設し、回路ストリツプのコネク
タ領域と相互接続する領域を有する回路ボードをこれら
のプレートに平行に配設してサブユニツトを組み立て、
さらに他のサブユニツトを組み立てて、それぞれの気流
孔が整合するように最初のサブユニツトと結合させるこ
とにより、高密度パツケージを簡易かつ確実に組み立て
ることができると共に、この高密度パツケージ内部に気
流材通路が形成されるので、パツケージ内部を簡易かつ
確実に冷却することができる。また本発明によれば、第
１及び第２のプレナ金属プレートの気流孔の断面とスペ
ーサ金属プレートの気流孔の断面の大きさを異なるよう
にして気流路内の内部壁を不連続にすることにより、パ
ツケージ内において乱流を得ることができ、これによつ
てパツケージ内部を一段と効率的に冷却することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はパツケージされた複数のＩＣチツプとそ
の上に実装されたデカツプリングコンデンサとを有する
プレナ回路キヤリアを示す略線図である。

【図２】図２は１つの集積回路チツプと下層のプレナ回
路キヤリアとの一部を示す分解組立て図である。

【図３】図３（Ａ）〜（Ｅ）はプレナ回路キヤリア上に
はんだ接続部を与えるプロセスにおけるステツプを示す
回路キヤリアの断面図である。

【図４】図４は層流冷却を与える本発明の実施例の分解
組立て図である。

【図５】図５は種々の部分が取り除かれた状態にある組
み立てられた本発明のパツケージの略線図である。

【図６】図６は図５の線５〜５に沿つて破断した断面図
である。

【図７】図７は集積回路パツケージのプレナ回路キヤリ
アへの相互接続を示す分解組立て図である。

【図８】図８は一対の集積回路パツケージを如何にプレ
ナ回路パツケージに相互接続して単一のデカツプリング
コンデンサを共有し得るかを示す分解組立て図である。

【図９】図９はチツプをプレナ回路キヤリア上に配設し
た後のプレナ回路キヤリアの背面を示す平面図である。

【図１０】図１０は最外側のカバープレートが取り外さ
れた、図９の複数の回路キヤリアを含む高密度パツケー
ジの平面図である。

【図１１】図１１は冷却するために乱流を得ることがで
きるように図１０に示すパツケージにおいて用いられる
種々のプレナプレートの分解組立て図である。

【図１２】図１２はカバープレートを取り外された、乱
流を与える完全に組み立てられたパツケージの略線図で
ある。

【図１３】図１３は図１２のパツケージを修正して電力
消散を一段と低下させる場合又はコンタクト部を冷却す
る場合におけるパケージの略線図である。

【図１４】図１４はパツケージの高さを一段と低くする
ことができるように図１３のパツケージを修正した略線
図である。

【図１５】図１５はメモリシステムに結合した他の構成
部品と共に配列された、本発明による多数のパツケージ
を示す略線図である。

【符号の説明】

１０、１０´、１５２……マルチチツプ薄膜プレナ回路
キヤリア、１２、１５２……薄膜回路キヤリア、１４…
…ＤＲＡＭチツプ、１６、１１６、１３８……デカツプ
リングコンデンサ、１８、１１８、１２０、１６１……
コネクタ領域、２０……領域、２２……ビームリード、
２６……金属処理層、２８……コンタクトパターン、３
０……金属処理ランドエリア、３２、１１２、１１４…
…バイアホール、３４……ポリマ層、３６……はんだマ
スク、３８、４０、１７２……開口、４２……下層回路
ランド、４４……ホール、５０、６４、７２、８０、１
５８、１６８、１７０……プレート、５２、６２、６
６、１６０……気流孔、５４……ねじ穴、５６、７０、
１６４、１６６……スペーサプレート、５８……回路嵌
合用アパーチヤ、６０……空間、７４、７８……相互接
続ランド、７６、１６２、２１８……多層プリント回路
ボード、８２、８４……接合点、９０……論理回路、９
２……差込みランドエリア、１００、１３０、１３２、
１５４……ＤＲＡＭチツプモジユール、１０２……入力
／出力ピン、１０４、１０６……配線層、１０８……絶
縁シート、１０９……電力タツプ、１１０……接地テー
プ、１１８、１２０……コンタクト領域、１２６……テ
ープ、１３４、１３６……リードフレーム、１４０、１
４２……ボンデイングパツド、１５０……孔、１６０…
…気流ホール、１７６……雌コネクタ、１８０……マザ
ーボード、１８２……構成部品、２０２……熱伝導ゲ
ル、２０４……高密度メモリモジユール、２０６……パ
ツケージ、２０８……ベースプレート、２１０……電池
パツク、２１４、２１６……フアン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ポール・ウイリアム・コテウスアメリカ合衆国、ニユーヨーク州10598、ヨークタウン・ハイツ、クインラン・ストリート 2742番地 (72)発明者グレン・ウオルデン・ジヨンソンアメリカ合衆国、ニユーヨーク州10598、ヨークタウン・ハイツ、バーチ・ストリート 2819番地 (72)発明者ローレンス・シヤングウエイ・モクアメリカ合衆国、ニユーヨーク州10509、ブルースター、シーニク・リツジ・ドライブ９番地

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の集積回路チツプのための高密度パツ
ケージにおいて、第１及び第２のプレナ金属プレートと、上記第１及び第２のプレナ金属プレート間にサンドウイ
ツチされ、その中に複数の回路嵌合用アパーチヤを有す
るスペーサ金属プレートと、一方の面に複数の結合されたチツプ手段を含み、上記ス
ペーサ金属プレート内の回路嵌合用アパーチヤ内に配設
され、上記回路嵌合用アパーチヤの一端において上記第
１のプレナ金属プレートと上記スペーサ金属プレートと
の間から延びるコネクタ領域を有する複数のプレナ回路
キヤリアと、上記回路嵌合用アパーチヤの上記一端に配設され、上記
第１のプレナ金属プレートと上記スペーサ金属プレート
との間から延びる上記各コネクタ領域に対して１つの相
互接続エリアを有する、複数の相互接続エリアが設けら
れている回路カードとを具え、上記回路カードは上記第１及び第２のプレナ金属プレー
ト並びに上記スペーサ金属プレートに対して平行に配設
された主表面を有し、これによつて上記高密度パツケー
ジ全体はプレナ形状を示すことを特徴とする高密度パツ
ケージ。
【請求項２】上記各第１及び第２のプレナ金属プレート
並びに上記スペーサ金属プレートは気流孔を有し、上記
第１及び第２のプレナ金属プレート並びに上記スペーサ
金属プレートが組み立てられて単一のプレナ形状のパツ
ケージが形成されると、上記各第１及び第２のプレナ金
属プレート並びに上記スペーサ金属プレート内の気流孔
は互いに一直線に配列されて隣接することにより、気流
路が形成されるので層流がこの気流路を通ることができ
るようになされていることを特徴とする請求項１に記載
の高密度パツケージ。
【請求項３】上記第１及び第２のプレナ金属プレートは
第１の断面を有する気流路を含み、また上記スペーサ金
属プレートには一段と大きな断面をもつ気流孔が設けら
れ、上記第１及び第２のプレナ金属プレート並びに上記
スペーサ金属プレートのすべてが一緒にサンドウイツチ
されると、気流路及び気流孔の断面の大きさの差が原因
で気流チヤネル内に不連続な内部壁が設けられ、これに
よつて上記高密度パツケージの内部において乱流が得ら
れることを特徴とする請求項１に記載の高密度パツケー
ジ。
【請求項４】さらに、第３のプレナ金属プレートと、上記第３のプレナ金属プレート及び上記第２のプレナ金
属プレート間にサンドウイツチされた第２のスペーサ金
属プレートと、上記第２のスペーサ金属プレート内の回路嵌合用アパー
チヤ内に配設され、かつその上に結合されたチツプ手段
の背面が上記第３のプレナ金属プレートにコンタクトす
るように配設された回路ストリツプとを具えることを特
徴とする請求項１に記載の高密度パツケージ。
【請求項５】上記プレナ回路キヤリアは、絶縁材料からなる薄膜と、上記絶縁材料からなる薄膜の１つの表面上にある導体が
第２の表面からアクセスされるような場所に開口が設け
られた上記絶縁材料からなる薄膜の表面上に配設された
導体と、上記絶縁材料からなる薄膜の１つの表面上にある上記導
体上の接触点及び上記開口内に配設され、上記絶縁材料
からなる薄膜からの高さがほぼ均一であるはんだバンプ
とを具えることを特徴とする高密度パツケージ。
【請求項６】上記プレナ回路キヤリアは、絶縁材料からなる薄膜と、上記絶縁材料からなる薄膜の１つの表面上にある導体が
第２の表面からアクセスされるような場所に開口が設け
られた上記絶縁材料からなる薄膜の表面上に配設された
導体と、構成部品とを具え、上記絶縁材料からなる薄膜の１つの表面上にある上記導
体は構成部品の接触点を受ける相互接続ランドを有し、
選択された相互接続ランドは上記絶縁材料からなる薄膜
内の開口と連通するホールを提供し、上記構成部品はその接触点上にはんだペーストを有し、
上記選択された相互接続ランド上に実装され、これによ
つてリフロー動作により上記はんだペーストが液化して
上記開口及びホールを充填し、上記導体を相互接続する
ことを特徴とする請求項１に記載の高密度パツケージ。
【請求項７】上記プレナ回路キヤリアは、並列に配設され、それぞれが像導体パターンを示し、共
通のエツジ上に配列されたコンタクトランドを有し、さ
らに上記導体パターンに接続されたチツプ手段を有する
一対の細長い回路キヤリアと、上記回路キヤリア上の上記コンタクトランドを架橋する
コンタクト部を有し、かつそれに接続される回路構成部
品とを具えることを特徴とする請求項１に記載の高密度
パツケージ。
【請求項８】上記第１及び第２のプレナ金属プレート、
スペーサ金属プレート並びにプレナ回路キヤリアの組合
わせは、上記回路カードにおける相互接続エリアの近隣
で鋭角的に曲がり、これによつて上記組合わせは折り返
されて、上記回路キヤリアに平行に配置されることを特
徴とする請求項１に記載の高密度パツケージ。
【請求項９】複数の集積回路チツプのための高密度パツ
ケージにおいて、主表面を示す第１及び第２の金属プレートと、その１つの面に複数の結合されたチツプ手段を含み、上
記第１及び第２の金属プレート間に配設されて上記チツ
プ手段が上記金属プレートの１つにコンタクトできるよ
うにし、かつ上記第１及び第２の金属プレート間から延
びるコネクタ領域を有するプレナ回路キヤリアと、上記第１及び第２の金属プレート内に形成され、冷却材
がそこを通つて上記チツプ手段からの熱を消散させるこ
とができるようになされた複数の一直線に配列された冷
却材通路と、上記コネクタ領域に並置され、かつ上記コネタク領域の
ための相互接続エリアが設けられた回路カードとを具
え、上記プレナ回路キヤリア上の上記各チツプ手段は上記一
直線に配列された冷却剤通路から等距離に配設され、上記回路カードは上記第１及び第２の金属プレートに対
して平行に配置された主表面を有し、これによつて上記
パツケージ全体がプレナ形状を示すことを特徴とする高
密度パツケージ。
【請求項１０】上記高密度パツケージが互いに平行に配
列され、連続する高密度パツケージにおける上記一直線
に配列された冷却材通路が互いに一直線に配列されるこ
とにより、冷却材が上記連続する高密度パツケージにお
ける上記一直線に配列された冷却材通路を通過すること
ができるように少なくとも１つの他の上記高密度パツケ
ージと結合されることを特徴とする請求項９に記載の高
密度パツケージ。