JPH0851257A

JPH0851257A - 超小型電子部品の実装用基板及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0851257A
Application number: JP7164242A
Authority: JP
Inventors: Ai Beirin Soromon; アイベイリンソロモン; Teii Chiyou Uiriamu; ティーチョウウィリアム; Kuzuma Deibuitsudo; クズマデイヴィッド; Jii Rii Maikeru; ジーリーマイケル; Akio Murase; 曄生村瀬; Jii Piitaasu Maikeru; ジーピータースマイケル; Jiei Rooman Jieimuzu; ジェイローマンジェイムズ; Esu Suwamii Somu; エススワミーソム; Buinsento Wan Uennchiyou; ヴィンセントワンウェン−チョウ
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1994-07-19
Filing date: 1995-06-29
Publication date: 1996-02-20
Anticipated expiration: 2020-03-02
Also published as: JP3625314B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明はチップへの信号及び電源線の供給経
路が改良された３次元マルチチップモジュール基板及び
その製造方法の提供を目的とする。【構成】本発明の基板は、剛性支持ベース上に形成さ
れＩＣチップ間の信号経路を供給する薄膜構造よりな
る。薄膜構造の下面を曝す開口が支持ベースに形成さ
れ、高密度コネクタの薄膜構造の両面への実装を可能に
させ、チップモジュールの隣接する基板間の信号の通信
能力を著しく高める。これにより、剛性支持ベース又は
薄膜構造の縁の中に信号経路を設ける必要はない。高接
続密度を必要としない電源及び接地は、支持ベースを通
る低インピーダンスの経路に供給される。好ましくは、
薄膜構造は銅のようなパターン化された金属と、ポリイ
ミドのような低誘電性有機重合体の交互の層からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、集積回路チップのパッ
ケージングの技術分野に係り、特に、複数の集積回路チ
ップを３次元アレイに収容する構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】本願は、1992年 8月 5日に出願された米
国特許出願第07/925,962号を継続し、1993年11月22日に
出願された米国特許出願第08/157,332号（発明の名称
「３次元マルチチップモジュール(THREE-DIMENSIONAL M
ULTICHIP MODULE)」）の一部継続出願に対応する。

【０００３】非常に多数の電子部品からなるＩＣ（集積
回路）「チップ」は現代社会の至る所に存在する。現
在、コンピューティングの全レベルで使用される中央処
理ユニットから、多様な形の機器及び機械を制御するた
め使用される高度に専用化されたコントローラに至るま
でのあらゆる種類の電子装置及び部品は、集積回路チッ
プとして通常利用することができる。最初にＩＣチップ
が導入されて以来、チップ上に形成された個々の電子部
品のサイズは劇的に縮小されると共に、１チップに入る
装置の数は著しく増加した。１ミクロンのオーダーの線
幅を有する装置形態が一般的になっているので、個々の
ＩＣチップは、現在では通常１００万個を超える電子部
品を含んでいる。より高密度の装置さえ計画されてい
る。

【０００４】装置の複雑さの増大及び装置のサイズの縮
小によって、殆どの形のＩＣチップに対し、チップと外
部装置の相互接続部の形成の複雑さは非常に増してい
る。上記要因は、第３の関連する現象、即ち、多数のデ
ィジタル装置が機能する速度の増大と共に、熱的な損傷
を防止するために能動的な冷却法が必要とされる点まで
多数のチップによって発生される単位体積当たりの熱を
増加させる。

【０００５】コンピュータのような殆どの装置は多数の
別個のＩＣチップを利用する。例えば、コンピュータ
は、少なくとも１台のＣＰＵ（中央処理ユニット）チッ
プと、種々のメモリチップと、コントローラチップと、
Ｉ／Ｏ（入出力）装置チップ等を有する。通常、各チッ
プは、例えば、チップに電力を供給し基板上のチップ間
及び種々のＩ／Ｏ装置に信号を供給するコンピュータの
「マザーボード」のようなプリント回路基板に接続され
た別々のパッケージに実装されている。しかし、電子装
置が実質的な数のチップを利用する場合、各チップを別
々にパッケージングすることにより、全てのチップを相
互接続するため必要とされるプリント回路基板の全面積
は著しく増加する。その上、装置の速度が向上するにつ
れて、個々の部品の間の距離は徐々に重要な要因になる
ので、多くの応用においてシステムに使用されるＩＣチ
ップ間の信号路を最小限に抑えることが重要である。

【０００６】上述の問題点を解決するため、多くの装置
製造業者は、「マルチチップモジュール」（「ＭＣＭ」
と略記される場合がある）、即ち、多数の個別のＩＣチ
ップを収容するパッケージを使用し始めている。典型的
なマルチチップモジュールは、ＩＣチップを外部装置と
相互接続する手段のみならず、モジュール内部のＩＣチ
ップを相互接続する手段を組み込んでいる。その開発の
歴史を含むマルチチップモジュールの一般的な紹介は、
ファンノストランドラインホールド(Van Nostrand Rein
hold) 出版（1993年）のドーン(D.A. Doane)等の編著に
よる「マルチチップモジュール技術と他の技術、基本編
(Multichip Module Technologies and Alternatives, T
he Basics)」に記載されている。マルチチップモジュー
ルは、ＩＣチップを収容するために必要とされる全体の
空間を著しく減少させ、モジュール内のチップ間の距離
を縮小することによって高速装置動作を促進する。

【０００７】当初のマルチチップモジュールは２次元で
あり、即ち、パッケージに収容された全てのＩＣチップ
は平面状の基板に実装された。次いで、３次元マルチチ
ップモジュールが開発され、これにより、１個のパッケ
ージに収容されるＩＣチップの密度を一層高くすること
が可能になった。しかし、比較的小領域に収容されるＩ
Ｃチップの数を増加させることにより、チップを能動的
に冷却する方法が複雑化すると同時にチップアレイによ
って発生される全体的な単位体積当たりの熱は増加す
る。同様に、多数の高密度チップを接近的に配置する
と、電力及び信号をチップ間に供給する機能は複雑化す
る。

【０００８】３次元マルチチップモジュールに関連する
多数の争点は、オプティカルエンジニアリング国際学会
論文集、SPIE第1390巻（1990年発行）のテウクスベリ
(S.K.Tewksbury)等の編による「相互接続及びパッケー
ジングの先進に関する国際シンポジウムの第２分冊、マ
イクロエレクトロニック相互接続及びパッケージング：
システム及び処理の統合」に掲載されたモレスコ(L. Mo
resco)の論文「サブナノ秒の信号伝送に対するシステム
相互接続問題(System interconnect issues forsub-nan
osecond signal transmission) 」に記載されている。
３次元配列に関連する複雑化の要因の点に関して、２次
元マルチチップ配列は、依然として現在使用されている
マルチチップモジュールの中で最も一般的な形式であ
る。

【０００９】マルチチップモジュール内の電力供給と信
号供給を扱う二つの主要な基板方法が開発されている。
当初、「共焼成(co-fired)」セラミック基板法が利用さ
れたが、徐々に「薄膜」基板法に移っている。何れの場
合でも、ＩＣチップは電力を供給し、チップを互いに接
続し、チップを外部装置と相互接続するために必要とさ
れる全ての信号及び電源線を有する少なくとも一つの基
板に接続されている。必要とされる数の相互接続を作成
するため、上記基板は多層化され、数十の別々の層を含
む場合がある。例えば、初期のセラミック基板技術でさ
え、マルチチップ基板に３５層に及ぶ多数の別々の層を
利用した。しかし、信号線を相互に、かつ、電源線の近
くに配置する際に問題が生じる。基板材料の誘電率は、
かかる問題を解決（又は誘起）する重要な役割を果た
す。その結果、セラミック技術の人気は、基板材料用と
して典型的に選択されるセラミック材料には高い誘電率
が関連しているため薄れた。セラミック材料に代わり、
銅及びポリイミドのような材料から作られた低誘電率の
薄膜基板の方が普及し始めた。

【００１０】多層ポリイミド構造のような薄膜構造より
なるマルチチップモジュール基板は、元々剛性がないの
で、剛性支持ベース上に重ねる必要がある。種々の材料
がセラミック、シリコン、及び、種々の金属を含む剛性
支持ベースのために使用される。支持ベースを選択する
際に重要な要因は、マルチチップモジュールで使用され
る他の材料及び処理との適合性と、処理の容易さであ
る。材料の適合性の要因には、薄膜構造及び基板に実装
されたＩＣチップと類似したＣＴＥ（熱膨張係数）を有
し、薄膜構造の製造に関連する処理段階に耐えることが
できるような要因が含まれている。かかる処理は、支持
ベース材料を過剰な温度と過酷な化学作用に晒す可能性
がある。

【００１１】薄膜構造を支持するために使用された支持
ベースは、薄膜構造のベースとして以外の機能を果たさ
ない場合がある。或いは、支持ベースは、薄膜／セラミ
ック組合せ形のマルチチップモジュール基板に電源及び
接地線を供給するために使用される場合がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】典型的な３次元マルチ
チップモジュールにおいて、複数の同一平面上のＩＣチ
ップ基板がチップのパッケージの密度を増加させるため
積み重ねられる。上記モジュールにおいて、信号、電源
及び接地線は、基板の平面内だけではなく、ある基板か
ら次の基板に設けられることが必要である。基板の存在
する平面をｘ−ｙ平面とするとき、異なるレベルの層に
実装されたＩＣチップと通信するには、信号はｚ方向に
も供給される必要がある。周知の３次元マルチチップモ
ジュールにおいて、ｚ−軸の信号路の経路は基盤の縁に
存在する。ｚ−軸方向の縁側の供給経路は、異なる基板
に実装されたチップ間の信号路を長くするという欠点が
ある。

【００１３】ＩＣチップをマルチチップアレイにパッケ
ージングする典型的な方法の問題は、電力をチップに配
給する方法である。上述の如く、この問題の一つの面
は、チップ間で信号を伝送するために利用された同一の
基板の中に電源線を通すことにより生じる。同様に重要
な点は、典型的な薄膜マルチチップモジュールに使用さ
れる基板の薄さに起因してＩＣチップへの電源供給はか
なり高いインピーダンスを有することである。高インピ
ーダンスは、不所望のノイズと、電力損失と、過大な熱
エネルギーの発生を誘起する。

【００１４】上記従来の問題点に鑑み、本発明は３次元
マルチチップモジュールにおける集積回路チップへの信
号及び電源線の供給経路を改良することを目的とする。
本発明の特有の目的は、信号が他の基板上のＩＣチップ
に接続するため基板の縁を通過することを必要としない
高密度ｚ−軸方向信号供給経路を提供する基板及びその
製造方法を提供することである。

【００１５】本発明の他の目的は、電力をマルチチップ
モジュールのチップに配給するための改良された低イン
ピーダンス手段を提供することである。本発明の他の目
的は、モジュールの最終組立の前に個々の部品をテスト
することができるよう高度にモジュール化され、少なく
とも幾つかの部品は交換可能である３次元マルチチップ
モジュール構造を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】添付図面及び特許請求の
範囲の記載と共に本明細書を読むことにより当業者にと
って明らかな上記及び他の目的は、本発明のマルチチッ
プモジュール基板によって実現される。集積回路チップ
のような超小型電子部品を実装する基板よりなる本発明
のマルチチップモジュール基板は、その広い面におい
て、そこに開口が形成された略平面状の剛性支持ベース
と、上記開口に架かり上方及び下方の面を晒すよう上記
支持ベース上に形成された薄膜構造とからなり、上記薄
膜構造の下方の面はその上に形成された複数の接続点を
有する。高密度コネクタが上記開口内に置かれ、上記薄
膜構造の晒された下方の面上の接続点に取付けられる。

【００１７】好ましくは、剛性支持ベースは、セラミッ
ク又はシリコンから作られ、薄膜構造は、銅のようなパ
ターン化された銅と、ポリイミドのような有機重合体と
からなる。集積回路チップ又は他の超小型電子部品に直
接的な低インピーダンスの電源及び接地路を提供するた
め、経路が支持ベースに形成される。３次元マルチチッ
プモジュール内の隣接する基板の間に信号を供給するた
め高密度コネクタを使用してもよい。

【００１８】本発明の基板の製造方法は、略平面状の剛
性支持ベースを設ける段階と、上記支持ベースの面上に
薄膜構造を形成する段階と、上記薄膜構造の下方の面の
一部を晒すよう上記支持ベースの一部を除去する段階と
からなる。上記の方法は、略平面状の剛性支持ベースを
設ける段階と、上記支持ベースに開口を形成する段階
と、上記支持ベースの上記開口を充填する段階と、上記
支持ベースの面を平面化する段階と、上記薄膜構造の上
記下方の面を晒すよう上記開口から充填材料を除去する
段階とによって実現し得る。

【００１９】その上、上記の方法は、略平面状の剛性支
持ベースを設ける段階と、上記支持ベースに開口を形成
する段階と、上記支持ベースの面に粘着性材料を沈積す
る段階と、上記開口が覆われるよう上記粘着性材料の上
にプレートを置く段階と、上記プレート上に薄膜を形成
する段階と、上記薄膜の下方の面複数の接合パッドを設
ける段階と、上記薄膜構造の下方の面及びそこに設けら
れた上記接合パッドを晒すよう上記開口内にある上記プ
レートの一部を除去する段階とによって実現し得る。

【００２０】

【作用】本発明は、多数の集積回路「チップ」を稠密な
アレイ状にパッケージングするために使用する高度にモ
ジュール化された３次元マルチチップモジュールによっ
て構成される。近年のディジタルＩＣ技術の傾向は、よ
り一層の高速な信号速度、即ち、非常に高周波数の動作
を目指している。かかる装置はマイクロ波周波数の範囲
で動作するので、部品間の物理的距離は部品の性能に重
大な影響を与える。従って、多数のチップを非常に近接
させて収容する新規のＩＣチップパッケージング技術が
開発された。最高のチップ密度は３次元チップ配列で得
られる。

【００２１】３次元マルチチップモジュールにおいて、
複数の別個のＩＣチップが、典型的には平面状の基板上
に、平面的なアレイ状に実装され、次いで、平面状の基
板が積み重ねられる。本発明の平面状のチップ基板は以
下ではマルチチップモジュール基板と呼ばれる。便宜
上、ｘ及びｙ方向がマルチチップモジュール基板の平面
上の軸を定めるために使用され、ｚ方向は平面状の基板
に直交する軸を定めるために使用され、即ち、ｚ軸は基
板が積み重ねられる方向に一致する。

【００２２】チップとチップの間の信号速度が制限的な
要因である場合に３次元配列内のチップの最適配置を決
定する際、モジュール内の機能単位当たりのチップ数
（Ｎ_F）と、ｘ及びｙ方向のチップとチップの間のピッ
チ（Ｐ_x，Ｐ_y）と、ｚ方向の層と層の間のピッチ（Ｐ
_z）と、他の機能ユニットと通信するために必要な機能
ユニットの数（Ｎ_s）とを考慮する必要がある。機能ユ
ニットは、例えば、ＣＰＵ、コントローラ等のように装
置として機能する少なくとも一つのチップの集まりとし
て定められる。全ての信号供給経路が系の軸に沿った方
向に現れる場合、ボード当たりの最適チップ数（Ｎ_b）
は以下の式：Ｎ_b＝〔２Ｎ_sＮ_FＰ_zＶ_xy／（Ｐ_x＋Ｐ_y）Ｖ_z〕^2/3 で計算することが可能であり、式中、Ｖ_xy及びＶ_zは、
ｘｙ及びｚ方向の電磁波の伝送速度を表わし、夫々の方
向の電気的接続に使用される材料に依存する。上記計算
は、モジュール当たりの所定数のチップ対し、全ての二
つのチップ間の距離（即ち、信号供給経路の長さ）は最
小限に抑えられるベきであるという仮定に基づいて進め
られる。一般的に言えば、Ｖ_xy＝Ｖ_zの場合、チップ間
の距離を最小限に抑えるためには、各層は略正方形であ
り、モジュール全体は略立方体であることが必要である
ことは明らかである。Ｐ_x＝Ｐ_zの場合、最適には基板
のｘ及びｚ軸に沿って配置されるチップの数は一致する
必要がある。実装されるチップの数が少ない場合でさ
え、上式によって意外な結果が得られる。例えば、４個
しかチップを使用しない場合、典型的な条件下でボード
当たりの最適チップ数は丁度１であり、即ち、チップを
積み重ねるだけの場合が最良であることが分かる。しか
し、上式の利用は、チップ数が大きい場合、例えば、１
０を超える場合に最も意義がある。

【００２３】上式の別の仮定は、ｚ−軸方向の信号供給
経路は直接的であり、即ち、一つの基板上のチップから
伝わる信号は別の基板上のチップへの直接的な経路を通
る。しかし、周知のマルチチップモジュールにおいて、
ｚ−軸方向の経路は基板の縁にあるので、信号路の長さ
が増大する。本発明によれば、基板の縁から離れ、即
ち、マルチチップモジュール基板の主な面上の中間位置
にあるチップ基板の表面に取付けられた「ｚ−軸コネク
タ」とも呼ばれる「通信バー」が存在する。ｚ−軸コネ
クタが基板上に設けられたとき、信号は基板の中を通っ
てｚ−方向に供給される必要がある。しかし、かなり厚
い剛性支持ベースの中に高密度の信号路を形成すること
は困難であるため、ｚ−軸コネクタが支持ベース上に実
装される場合、接続の数は制限される。従って、本発明
によれば、支持ベースに開口が形成され、これにより、
上記支持ベースに形成された薄膜構造の底領域を晒す。
次いで、ｚ−軸コネクタが薄膜構造の両面に直接接続さ
れ、これにより、非常に高密度の接続が得られる。

【００２４】

【実施例】以下に添付図面を参照して本発明の実施例を
詳細に説明する。図１を参照するに、本発明の一実施例
のマルチチップモジュール１０の断面図が示されてい
る。例示の目的のため、各々が４列からなる実質的に同
一の集積回路チップを有する２層だけが示されている。
当業者は、本発明に従って付加的な層及びＩＣチップを
追加してもよく、ＩＣチップは同一である必要はないこ
とを認めるであろう。

【００２５】図１において、複数のＩＣチップ２０が支
持ベース４０の表面に形成された薄膜構造３０の表面に
直接的にフリップチップ実装されている。薄膜構造３０
と支持ベース４０の組合せを以下ではマルチチップモジ
ュール基板５０と呼ぶ。フリップチップ接続は、従来技
術において周知のはんだバンプでもよく、又は、ここに
参考としてその開示を引用する1992年11月17日に出願さ
れた米国特許出願第07/977,571号明細書に記載されたワ
イヤ相互接続(wire interconnects)でもよい。フリップ
チップ実装は、非常に高密度の相互接続を実現し得るの
で好ましいが、本発明はフリップチップ実装に限定され
るものではない。同様に、図示されたＩＣチップ２０は
薄膜構造３０に直接実装されているが、ＩＣチップが介
挿基板上に実装され、次いで、介挿基板がマルチチップ
モジュール基板５０に実装されるよう介挿基板を使用し
てもよい。上記介挿基板はＩＣチップのすぐ近くにバイ
パスキャパシタを設けるために使用される場合がある。

【００２６】本発明の好ましい一実施例において、薄膜
構造３０は、ポリイミドとパターン化された銅よりなる
複数の挟み込まれた層からなる。好ましい形の薄膜構造
を製造する方法は、当業者にとって周知であり、詳細に
説明する必要はない。パターン化された銅の層は、マル
チチップモジュール内に信号供給経路を設けるため使用
される。信号線は、略系のｘ及びｙ軸に沿って存在し、
制御されたインピーダンスを有するよう作ることが可能
である。その上、パターン化された銅の層は、バイパス
キャパシタを薄膜構造３０に形成し、薄膜構造内に電力
の再分配を供給するため使用し得る。

【００２７】しかし、好ましくは、本発明の主電力分配
は、剛性支持ベース４０の下面（即ち、薄膜構造３０が
形成された表面の反対側の支持ベースの表面）に取付け
られた電源バー６０によって提供される。図１に示す如
く、好ましくは、電源バー６０は、電源バー６０と上に
重なるＩＣチップ２０の間の距離が最小限に抑えられる
ようＩＣチップ２０の列の下方に直接取付けられる。電
力は、比較的厚く、従って、低インピーダンスの電源バ
ー６０から支持ベース４０を通して形成された経路７０
（図２及び３を参照のこと）を用い、次いで、薄膜構造
３０に形成された経路（図示しない）を通してＩＣチッ
プ２０に供給される。支持ベース４０の経路の径は、長
さが短い低インピーダンスの電源用経路が得られるよう
比較的大きい。前述の如く、薄膜構造３０は、ＩＣチッ
プ上のパッドが適当な電位の電源バーの上に直接存在し
ない場合には、選択的に電力再分配層を有する場合があ
る。本発明で使用するのに適当な電源バー及びかかる電
源バーの製造方法は、その開示内容をここに参考として
引用した1992年 8月 5日に出願された先の親出願の米国
特許出願第07/925,962号明細書に記載されている。

【００２８】上記好ましい一実施例において、電源バー
６０は、各々が別々の電位を伝える多数の帯からなる。
図１に示した例において、電源バー６０は、３本の電源
帯６１、６２及び６３からなる。電源帯の中の２本は、
別々の電源電圧のために使用され、第３の帯は接地基準
電位に保持されている。勿論、電源帯の数は、ＩＣチッ
プ又は基板に実装された他の部品の要求に従って変わ
る。

【００２９】本発明の支持ベースは、シリコン、セラミ
ック、ガラス、又は、他の剛性誘電体のような適当な材
料の何れでもよい。導電性、例えば、金属のプレートを
使用してもよい。金属製プレートが使用される場合、プ
レートは薄膜構造の製造と薄膜モジュールの動作に関連
した高い処理温度で固い形状的な仕様を保持する能力を
有する必要がある。例えば、ポリイミド層は、少なくと
も４００°Ｃの温度で略硬化する。その上、金属は、薄
膜構造の製造に使用される化学作用を許容し得る必要が
ある。最後に、電源バーと、薄膜構造及びＩＣチップに
電気的電位を供給するため使用される経路から金属製プ
レートを電気的に絶縁するための構造が付け加えられ
る。セラミック及びシリコンは、電子応用の用途と関連
した高度に開発された技術に起因して好ましい基板材料
である。以下に詳細に説明する如く、本発明のマルチチ
ップモジュール基板を構成する処理段階は、支持ベース
として選択された材料に依存して変わる可能性がある。

【００３０】複数のｚ−軸コネクタ８０が隣接するマル
チチップモジュール基板５０を接続するため使用されて
いる。好ましい一実施例において、ｚ−軸コネクタは、
異なる基板上のＩＣチップを結合するため使用される複
数の信号線を有する。図１に示す如く、例示的なｚ−軸
コネクタ８０は、一端でマルチチップモジュール基板５
０の上方の面（即ち、薄膜構造３０の上方の面）に接続
され、反対側の端で薄膜構造３０の晒された下方の面に
接続されている。図１にコネクタは示されていないが、
ｚ−軸コネクタ８０と薄膜構造３０の間の接続は、はん
だバンプ、ワイヤ相互接続等の適当な手段を用いて行う
ことが可能である。

【００３１】薄膜構造３０の下方の面は、支持ベース４
０に開口を形成することによって晒される（図２を参照
のこと）。かくして、薄膜構造３０は開口９０を塞ぐ。
下方及び上方の接合パッド３１０、３２０（図３を参照
のこと）がｚ−軸コネクタ８０に接続するため薄膜構造
３０に形成される。支持ベース４０に開口９０を形成
し、開口を薄膜構造３０で塞ぐことにより、ｚ−軸コネ
クタを薄膜構造の両面に直接取付けることが可能にな
る。これにより、製造し得る接続点の密度が著しく高く
なるので、層の間の信号路チャンネルの数が著しく増加
する。例えば、上述の米国特許出願明細書第07/977,571
号明細書に記載されたワイヤ相互接続を使用する場合、
ワイヤの最小径は１２μｍであるので、相互接続のピッ
チは２５μｍ程度の短さになる。一方、接続がセラミッ
ク製支持ベース上に形成された場合に得られる最大の相
互接続密度は、略２００μｍである。

【００３２】本発明の積み重ねられた層は、隣接する層
の間に閉じた冷却チャンネルを形成することが図１から
分かる。マルチチップモジュールによって発生された熱
を除去するためかかる冷却チャンネルの中に流体を流し
てもよい。熱の発生及び除去は、高性能３次元マルチチ
ップモジュールの応用における主要な関心事である。冷
却チャンネルが必要とされる場合、ｚ−軸コネクタ（又
は、受動的なダミーのスペーサ）が最も上のマルチチッ
プモジュール基板の上面と、最も上に実装されたＩＣチ
ップ用のチャンネルを形成するため上面に取付けられた
受動的なプレートに付けられる。同様に、冷却チャンネ
ルを閉じるため能動的又は受動的な基板を最も下にある
ｚ−軸コネクタに取付けることが可能である。最後に、
図示していない縁側のコネクタが、マルチチップモジュ
ールを外部装置とリンクするため付けられる。或いは、
最も下にあるｚ−軸コネクタ８０をこの目的のため使用
してもよい。

【００３３】本発明のマルチチップモジュール基板は、
多様な方法で製造することが可能であり、その中からい
ずれの方法を選択するかは支持ベースの材料に一部依存
している。本発明のマルチチップモジュール基板の製造
方法において、支持ベースが最初に設けられ、経路７０
が上記支持ベースに形成される。次いで、薄膜構造が周
知の方法を用いて支持ベースの上部に作られる。好まし
い一実施例において、薄膜構造３０は、ポリイミド、Ｂ
ＣＢ（ベンゾシクロブテン）、又は、他の適当な有機重
合体の層と、銅、アルミニウム、又は、他の適当な金属
の層の交互の層からなる。銅の層は、ポリイミド層への
粘着性を高めるためクロムのような他の材料からなる薄
膜を有する場合がある。薄膜構造は、ｚ−軸コネクタを
取付ける下方の接合パッドを含むよう作られる。例示の
目的のため図３に示された接合パッド３２０は、薄膜構
造３０の表面から下方向に突出する。しかし、本発明の
好ましい製造方法に従って、接合パッド３２０は薄膜構
造３０の下方の面と同じ高さにあることは当業者によっ
て認められるであろう。同様に、接合パッド３１０は、
ｚ−軸コネクタに取付けるため薄膜構造３０の上方の面
に形成されている。同様に、接合パッド３３０は、ＩＣ
チップをマルチチップモジュール基板５０に取付けるた
め形成される。

【００３４】上述の如く、薄膜構造３０は、経路７０か
ら接合パッド３３０に電力を結合する経路のような手段
を含み、バイパスキャパシタと、電力再分配層と、信号
供給経路を更に有する場合がある。例示の目的のため、
少数の接合パッド３１０、３２０及び３３０と、経路７
０しか示していない。実際の実施例において、より多数
の上記各素子が存在することは、当業者によって認めら
れるであろう。

【００３５】接合パッド３１０、３２０及び３３０を含
む薄膜構造３０が製造された後、支持ベースの一部は除
去され、これにより、支持ベースに複数の開口を形成
し、接合パッド３２０を晒す。薄膜構造３０は支持ベー
スの開口を塞ぐことに注意が必要である。支持ベースの
一部を除去する方法は、選択された材料の種類に一部依
存する。エッチング、サンドブラスト、又は、旋削処理
が、シリコン及びセラミックのような多種類の材料に対
し適当である。写真画像化が可能なセラミックがエッチ
ング処理を容易化するために使用してもよい。

【００３６】しかし、セラミックの中には、薄膜構造に
損傷を加える危険性を伴うことなく除去するのが難しい
ものがある。本発明のマルチチップモジュール基板を形
成する他の方法は、薄膜構造を作る前にｚ−軸コネクタ
用の開口を形成するため支持ベースの一部を除去する段
階を有する。上記の方法は、後の薄膜構造の形成を可能
にさせるため、次に開口を覆うか、或いは、充填する段
階を必要とする。上記の方法の利点は、開口を覆うため
に必要とされる材料が支持ベース用に使用し得るある種
のセラミックよりも容易に薄膜構造の作成後に除去し得
る点である。

【００３７】他の方法は、図２に示された如く、開口９
０と経路孔７０がそこに形成された支持ベース４０から
始める。一実施例において、高温のポリイミド、又は、
低い融点又は軟化点のガラスのような粘着性の材料が支
持ベースの上部に沈積される。次いで、かなり薄いプレ
ートが粘着性材料の表面に接着される。粘着性材料とプ
レートの厚さは、機械的なサポートと経路の製造の要求
に従って制御することが可能である。セラミック、シリ
コン、又は、ＰＷＢ（印刷配線ボード）材料から作られ
たプレートは、典型的に４００μｍ乃至１２００μｍの
厚さを有する。粘着性層は典型的に２５μｍ乃至１００
μｍの厚さがある。次いで、経路孔は、粘着性材料及び
プレートを通して延ばされ、経路が経路孔に形成され
る。或いは、最初に経路孔のない支持ベース４０が形成
され、第１の段階で３層の全て（即ち、支持ベースと、
粘着性材料と、プレート）を通る経路孔が形成される。
経路孔は、レーザー溶融又は反応性イオンエッチングの
ような通常の手段を用いて層に形成される。次いで、薄
膜構造が経路７０及びｚ−軸コネクタに接続するための
接合パッドと共にプレートの上部に作られる。最後に、
開口９０の上に重なるプレートの一部が、次いで取付け
られるｚ−軸コネクタ用の接合パッドを晒すためエッチ
ング除去される。

【００３８】本発明の他の製造方法において、そこに開
口９０が形成された支持ベース４０は、ＫＡＰＴＯＮ
（「ＫＡＰＴＯＮ」は、デラウェア州ウィルミントン市
のＥ．Ｉ．デュポン(E.I. DuPont de Nemours)社の登録
商標）、即ち、電子産業で広く普及しているポリアミド
のような材料の乾燥薄膜で覆われる。この膜は、熱的な
ラミネーション又は上述の粘着力を用いて支持ベースに
取付けることができる。支持ベースの開口は、ポリイミ
ド、ガラス又は金属のような容易にエッチングし得る材
料で充填される。次いで、薄膜構造がＫＡＰＴＯＮ層の
上に作られ、上述の如く、両方の面に接合パッドが含ま
れる。最後に、充填材料がエッチング除去され、ｚ−軸
コネクタの接続用の接合パッドを含む薄膜構造の下面を
晒すようＫＡＰＴＯＮの一部又は開口に架かる他の膜が
エッチング除去される。

【００３９】本発明の他の製造方法は、前述の方法と同
様に、そこにｚ−軸コネクタ用の開口が形成された支持
ベースから始める段階を有する。グラファイトのような
適当な材料のプレートが支持ベース上に置かれ、上記開
口は、ガラス又は金属のような容易に除去し得る材料で
充填される。好ましくは、充填材料は、開口が完全に充
填されることを保証するため流される。充填された支持
ベースの冷却後、グラファイトのプレートが除去され、
支持ベースの上方の面は、滑らかな面を作り、場合によ
ってはプレートと支持ベースの間のギャップに流れ込む
ことのある全ての充填材料を除去するよう磨かれる。ｚ
−軸コネクタ接合パッドを含む薄膜構造が、支持ベース
の滑らかにされた表面上に形成される。最後に、充填材
料がエッチング又は溶融等によって除去され、ｚ−軸コ
ネクタ用の接合パッドを晒す。勿論、金属充填材料が使
用される場合、その金属は、選択的なエッチングを可能
にさせるため、接合パッドに使用された金属とは異なる
金属であることが必要である。かかる本発明の他の製造
方法の変形において、金属が開口の壁に沈積され、ガラ
スのような充填材料が開口の残りの部分に設けられる。
これにより、金属をエッチングして充填材料をプラグと
して容易に除去し得るようになる。

【００４０】

【発明の効果】本発明のマルチチップモジュール基板に
よれば、３次元マルチチップモジュールに積層された基
板の間に高密度相互接続を得ることができる。厚い支持
ベースは、非常に薄いために剛性を維持し得ない薄膜構
造を支持するだけではなく、ＩＣチップの下に直接設け
られた比較的大きい径の経路を使用することによって低
抵抗性の電源及び接地線用電気的経路を提供する。薄膜
構造により、厚い膜（例えば、セラミック）技術を用い
る場合には得られないインピーダンスの制御された高密
度の信号線及び相互接続線が得られる。薄膜構造の上面
及び下面に接続し得る性能によって、薄膜構造に画成さ
れる接合パッドを小さくし得るので、垂直方向（ｚ−
軸）の相互接続密度は著しく増大する。

【００４１】本発明をその好ましい実施例を参照して説
明したが、ここに記載した通りの構造に対し多数の等価
物及び置換物が存在することは当業者にとって明らかで
ある。例えば、本発明は３次元マルチチップモジュール
に関して説明されているが、本発明には、２次元マルチ
チップモジュール、或いは、超小型電子部品が高密度薄
膜構造の両面に実装された別の応用に対し適用可能性が
あることは、当業者によって容易に認められる。従っ
て、本発明は、上記の発明の詳細な説明の記載に限定さ
れることなく、特許請求の範囲に記載した事項だけに基
づいて理解されることを意図するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】２枚のマルチチップモジュール基板よりなる本
発明のマルチチップモジュールの断面図である。

【図２】製造の中間段階に本発明で使用される剛性支持
ベースの斜視図である。

【図３】本発明によるマルチチップモジュールの断面図
である。

【符号の説明】

１０マルチチップモジュール２０ＩＣチップ３０薄膜構造４０支持ベース５０マルチチップモジュール６０電源バー６１，６２，６３電源帯７０経路孔８０ｚ−軸コネクタ９０開口３１０，３２０接合パッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者デイヴィッドクズマアメリカ合衆国カリフォルニア 95131 サン・ホセマーティン・ジュー・ストリート 1700 (72)発明者マイケルジーリーアメリカ合衆国カリフォルニア 95118 サン・ホセデシン・ドライブ 4421 (72)発明者村瀬曄生アメリカ合衆国カリフォルニア 95132 サンタ・ホセローラント・ウェイ 3512 (72)発明者マイケルジーピータースアメリカ合衆国カリフォルニア 95051 サンタ・クララジャンニニ・ドライヴ 485 (72)発明者ジェイムズジェイローマンアメリカ合衆国カリフォルニア 94022 ロス・アルトスサン・ミゲル・アヴェニュー 1128 (72)発明者ソムエススワミーアメリカ合衆国カリフォルニア 94506 ダンヴィルバトンウッド・ドライヴ 508 (72)発明者ウェン−チョウヴィンセントワンアメリカ合衆国カリフォルニア 95014 クパティーノエドミントン・ドライヴ 18457

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上方及び下方の主な面と、該上方及び下
方の面の間に開口を有する略平面状の剛性支持ベース
と、該開口を塞ぎ、該開口を塞ぐその一部は上方及び下方の
面が晒されるよう該剛性支持ベースの該主な面の一方に
沈積された薄膜構造と、該薄膜構造の晒された下方の面にある複数の接続点とか
らなる、超小型電子部品を実装する基板。
【請求項２】前記開口内に実装され、前記接続点に接
続された高密度コネクタを更に有する請求項１記載の基
板。
【請求項３】前記剛性支持ベースはシリコン製である
請求項１記載の基板。
【請求項４】前記剛性支持ベースはセラミック製であ
る請求項１記載の基板。
【請求項５】前記薄膜構造は、複数の有機重合体層で
挟み込まれた複数のパターン化された金属層からなる請
求項１記載の基板。
【請求項６】前記金属層は銅よりなり、前記有機重合
体層はポリイミドよりなる請求項５記載の基板。
【請求項７】複数の集積回路チップに接続するための
複数の接続点を前記薄膜構造の上記上方の面に更に有す
る請求項２記載の基板。
【請求項８】前記支持ベースに複数の実質的に同一の
開口があり、前記薄膜構造の一部分は該開口の各々を塞
ぐ請求項１記載の基板。
【請求項９】前記支持ベースの上記上方及び下方の面
の間に延在する複数の経路を更に有する請求項１記載の
基板。
【請求項１０】複数の経路及びその中の開口を有する
剛性支持ベースと、上方の面及び下方の面を有し、上記
開口内で上記下方の面が晒されるよう該開口を塞ぐ該支
持ベースの面上に沈積された薄膜構造とからなる集積回
路チップ基板と、該開口内の該薄膜構造の該晒された下方の面に実装され
たコネクタと、該薄膜構造の上記上方の面に実装された複数の集積回路
チップとからなる、マルチチップモジュール。
【請求項１１】前記剛性支持ベースはセラミック又は
シリコンよりなる請求項１０記載のマルチチップモジュ
ール。
【請求項１２】３次元マルチチップモジュールを形成
するよう積み重ねられた複数の該集積回路チップ基板か
らなる請求項１０記載のマルチチップモジュール。
【請求項１３】前記コネクタは前記３次元マルチチッ
プモジュール内の隣接する基板を接合する請求項１２記
載のマルチチップモジュール。
【請求項１４】前記集積回路チップ基板の各々は、そ
こに形成された複数の開口を有する請求項１２記載のマ
ルチチップモジュール。
【請求項１５】各基板の上記支持ベースは、該支持ベ
ースの上記面の間に延在しそこに形成された複数の経路
を有する請求項１２記載のマルチチップモジュール。
【請求項１６】略平面状の剛性支持ベースを設ける段
階と、該剛性支持ベースの面に重なる晒された上面及び下面を
有する薄膜構造を該剛性支持ベースの面に形成する段階
と、該薄膜構造の該下面の領域を晒すよう、上記薄膜構造は
そのままにしておくと共に該支持ベースの一部を除去す
ることにより該支持ベースに開口を形成する段階とから
なる、超小型電子部品用基板の製造方法。
【請求項１７】前記剛性支持ベースの面の間に経路を
形成する段階を更に有する請求項１６記載の方法。
【請求項１８】前記薄膜構造の両方の面に接合パッド
を形成する段階を更に有する請求項１６記載の方法。
【請求項１９】前記開口内のコネクタを前記接合パッ
ドの何れかに実装する段階を更に有する請求項１６記載
の方法。
【請求項２０】複数の開口が前記剛性支持ベースに形
成される請求項１６記載の方法。
【請求項２１】略平面状の剛性支持ベースを設ける段
階と、該剛性支持ベースに少なくとも一つの開口を形成する段
階と、該支持ベースの該開口の各々を充填する段階と、該支持ベースの面を平面化する段階と、該支持ベースの上記平面化された面に薄膜構造を形成す
る段階と、該開口を再び開け該薄膜構造の下面を晒すよう、該開口
から充填材料を除去する段階とからなる、超小型電子部
品用基板の製造方法。
【請求項２２】該剛性支持ベースはシリコン又はセラ
ミックからなる請求項２１記載の方法。
【請求項２３】前記開口は金属で充填される請求項２
１記載の方法。
【請求項２４】前記開口はガラス又はポリイミドで充
填される請求項２１記載の方法。
【請求項２５】前記開口は部分的に金属で充填され、
部分的に他の材料で充填される請求項２１記載の方法。
【請求項２６】前記薄膜構造は複数の誘電性層で挟ま
れた複数のパターン化された金属層よりなる請求項２１
記載の方法。
【請求項２７】前記金属層は銅よりなり、前記誘電性
層はポリイミドよりなる請求項２６記載の方法。
【請求項２８】前記薄膜構造はその両方の面に接合パ
ッドを有する請求項２６記載の方法。
【請求項２９】前記剛性支持ベースの上記面の間に経
路を形成する段階を更に有する請求項２１記載の方法。
【請求項３０】前記剛性支持ベースの前記開口を充填
する段階は、該剛性支持ベースをプレートで覆い、該開
口に流体を流し、該流体を硬化し、該プレートを除去す
る段階よりなる請求項２１記載の方法。
【請求項３１】略平面状の剛性支持ベースを設ける段
階と、該支持ベースの面にプレートを実装する段階と、該支持ベースに複数の経路を形成する段階と、該プレートに複数の接合パッド領域を形成する段階と、該プレート及び該接合パッドの上に多層薄膜構造を形成
する段階と、該接合パッドを晒すよう該支持ベースの一部と該接合パ
ッドの下にある該プレートを除去することにより該支持
ベースに開口を形成する段階とからなる、超電子小型部
品用基板の製造方法。