JPH0864721A - マルチチップ・モジュール用ボール・グリッド・アレイ・パッケージおよびその製造方法 - Google Patents

マルチチップ・モジュール用ボール・グリッド・アレイ・パッケージおよびその製造方法

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JPH0864721A
JPH0864721A JP6201817A JP20181794A JPH0864721A JP H0864721 A JPH0864721 A JP H0864721A JP 6201817 A JP6201817 A JP 6201817A JP 20181794 A JP20181794 A JP 20181794A JP H0864721 A JPH0864721 A JP H0864721A
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JP
Japan
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package
ceramic substrate
solder
layer ceramic
hole
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Pending
Application number
JP6201817A
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English (en)
Inventor
Shuji Yamamoto
修二 山本
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W90/00Package configurations
    • H10W90/701Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
    • H10W90/751Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires
    • H10W90/756Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires between a chip and a stacked lead frame, conducting package substrate or heat sink

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  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 マルチチップ・モジュールの高速応答、高密
度配線という特徴を損なわず、リワークができ、低コス
トで組立ができるMCM用ボール・グリッド・アレイ・
パッケージを実現する。 【構成】 マルチチップ・モジュール用ボール・グリッ
ド・アレイ・パッケージを、両端で電気的な接続がなさ
れている多数のスルーホール2と、前記スルーホールの
周囲に位置する半田と溶融反応する材料で形成されたパ
ッド電極及び厚膜配線が形成された単層セラミック基板
1と、前記スルーホール2を塞いでいる半田の外部ボー
ル電極13と、前記単層セラミック基板上に登載された
マルチチップ・モジュールを覆うセラミックまたは金属
のリッド10により構成し、上記各部品を樹脂またはガ
ラスにより固定した後に、前記単層セラミック基板1の
スルーホール2上に置いた半田ボール12を真空あるい
は不活性ガス雰囲気下で溶融し、スルーホール2を塞ぐ
ことによって、パッケージを気密封止し、かつスルーホ
ール2外に残った半田を外部ボール電極13とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複数のLSIチップが
一つの基板上に実装されているマルチチップ・モジュー
ル用のボール・グリッド・アレイ方式のパッケージに関
する。
【0002】
【従来の技術】従来のマルチチップ・モジュール(以下
MCMと略す)のパッケージ技術には、パッケージの信
頼性に主眼を置いたものと低コスト化に主眼を置いたも
のがある。ここでMCMとは、高密度配線基板であるM
CM基板に複数のLSIチップが登載されたもの全体を
指す。
【0003】信頼性に主眼を置いたものには、図5に示
す積層セラミック基板21に、LSIチップ6が登載さ
れたMCM基板7つまりMCMと、ピン・グリッド・ア
レイ22を取り付けた後に、窒素雰囲気のチャンバー中
で金属のリッドを一個一個電気溶接することにより気密
封止を行うピン・グリッド・アレイ・タイプのパッケー
ジや上記ピン・グリッド・アレイの代わりにリードフレ
ームを用いたクワッド・フラット・パッケージなどがあ
る。また低コスト化に主眼をおいたものには、図6に示
す様なMCMとリードフレーム26をモールド樹脂27
で覆うことによりMCMを外気から遮断したプラスチッ
ク・パッケージがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図5のような
パッケージ方法では、リワークができるものの、外部端
子にピン・グリッド・アレイやリードフレームを用いる
ため高価な積層セラミック基板21を使用せざるを得な
く、また電気溶接により一個一個気密封止するため、ど
うしてもコストが高くなるという欠点がある。また図6
の様な樹脂封止は、一度封止するとパッケージを分解す
ることができないためリワークができないという欠点が
ある。
【0005】ここでリワークとは、パッケージしたMC
Mの動作テストを行い、不良LSIチップが発見された
場合に、不良のLSIチップを取り外し、良品と取り替
える作業をいう。MCMでは複数のLSIチップを登載
しているため、MCMの良品率は、登載しているLSI
チップの一つ一つの良品率の積になる。したがって、登
載するチップ数が増加するにつれ良品率は大幅に低下
し、リワークのできない構成では、パッケージ部品の単
価が低くても、かえって生産コストが高くなる場合があ
る。本発明の目的は、MCMの高速応答、高密度配線と
いう特徴を損なわず、リワークができ、低コストで組立
ができるMCM用ボール・グリッド・アレイ・パッケー
ジを実現することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、マルチチップ・モジュール用ボール・グリ
ッド・アレイ・パッケージを、両端で電気的な接続がな
されている多数のスルーホールと前記スルーホールの周
囲に位置する半田と反応する材料で形成されたパッド電
極及び厚膜配線が形成された単層セラミック基板と、前
記スルーホールを塞いでいる半田の外部ボール電極と、
前記単層セラミック基板上に登載されたマルチチップ・
モジュールを覆うセラミックまたは金属のリッドにより
構成し、上記各部品を樹脂またはガラスにより固定した
後に、前記単層セラミック基板のスルーホール上に置い
た半田ボールを真空あるいは不活性ガス雰囲気下で溶融
し、パッド電極と反応させると同時に前記スルーホール
を塞ぐことによってパッケージを気密封止し、かつスル
ーホール外に残った半田を外部ボール電極とした。
【0007】
【作用】本発明の作用を、図1、2を用いて説明する。
【0008】まず、本発明のMCM用ボール・グリッド
・アレイ・パッケージでは、MCMと外部との電気的な
接続は以下のように取られる。MCM基板7と単層セラ
ミック基板1間はボンディング・ワイヤー9により、単
層セラミック基板1上ではボンディング・パッド5とス
ルーホール2間に形成された厚膜配線4により(図4参
照)、スルーホール2の両端は、スルーホール2の内壁
に導電性ペーストを塗布する等の処理により電気的な接
続がなされている。また半田ボール12を溶融しスルー
ホール2を塞いだ際にスルーホール2外に残った半田
が、外部ボール電極13として機能する。
【0009】次に気密封止は、以下の様になされる。ま
ず、単層セラミック基板1とリッド10の境界が樹脂あ
るいはガラスによりシールされる。この時点で、パッケ
ージ内と外気は単層セラミック基板1のスルーホール2
を通じてのみ、継がっている。次に単層セラミック基板
1とリッド10間をシール後、パッケージ内を真空にす
るか不活性ガスでパージする。その後、スルーホール2
上に置いた半田ボール12を溶融し、スルーホール2を
塞ぐことにより気密封止が完了する。ここで塞ぐとは、
スルーホール2の開口部が全て半田により覆われ、気体
等の移動が断たれている状態をいい、スルーホール2内
に半田が侵入していても、侵入していなくても、どちら
でもよい。スルーホール2の周囲に形成してあるパッド
電極3(図3参照)が、半田と反応する材料で形成され
ているため、半田ボール12はスルーホール2と強固に
密着する。
【0010】次にリワークは以下の様に行う。まず不良
LSIチップが発見された場合には、パッケージを加熱
し、樹脂あるいはガラスの接着力を低下させ、リッド1
0を単層セラミック基板1から剥離する。次にLSIチ
ップ6とMCM基板7間が半田で接続されている場合は
半田を溶かし、ボンディング・ワイヤーで結線されてい
る場合はワイヤーを切断した後、不良のLSIチップを
MCM基板7から、リッド10を剥離したときと同様の
方法で剥離し、良品と交換する。LSIチップ交換後
は、請求項2に記載の本発明の製造方法に従いMCMを
パッケージすることにより、リワークが終了する。
【0011】
【実施例】図1に本発明の実施例の断面図を示す。本発
明は、両端で電気的な接続がなされている多数のスルー
ホール2を有する単層セラミック基板1上に、複数のL
SIチップ6が登載されたMCM基板7、つまりMCM
が接着されている。さらに該MCMを保護するようにリ
ッド10が前記単層セラミック基板1上に接着された構
造となっている。また、前記スルーホール2の下には、
半田による外部ボール電極13が形成されている。
【0012】以下、本発明の製造方法を図2の本発明の
MCM用ボール・グリッド・アレイ・パッケージの組立
手順を表す図を用い説明する。
【0013】単層セラミック基板1として、直径0.4
mmのスルーホール2が224個形成されたアルミナ基
板を用いた(図3、4参照)。前記単層セラミック基板
1の片面には、スルーホール2の周囲に、Ag−Pdペ
ーストによりパッド電極3が形成してある(図3参
照)。また、前記単層セラミック基板1の上記の面と別
の面には、Ag−Pdペーストによる圧膜配線4とAu
ペーストによるボンディング・パッド5が施されており
(図4参照)、スルーホール2の内壁にも、半田との濡
れ性を良くするためAg−Pdペーストが塗布され、ス
ルーホール2両端の電気的接続が取られている。
【0014】まず前記単層セラミック基板1の圧膜配線
4が施されている側(図4参照)に複数のLSIチップ
6を登載したMCM基板7を絶縁性接着剤8により接着
した。絶縁性接着剤8の固化は前記絶縁性接着剤8を1
70℃に2時間保持することにより行った。ここで前記
MCM基板7と前記単層セラミック基板1を接着する
際、全てのスルーホール2がMCM基板7の下に位置し
たのでは気密封止の際のガス抜きが出来ない。そこで、
MCM基板7に覆われない位置にもスルーホール2が存
在するように単層セラミック基板1は設計されている。
【0015】次に酸素プラズマおよびアルゴンプラズマ
によりMCM基板7と単層セラミック基板1のクリーニ
ングを行った後、LSIチップ6とMCM基板7間、M
CM基板7と単層セラミック基板1間をそれぞれAuの
ボンディング・ワイヤー9により結線した。次に、結線
が終了した単層セラミック基板1にセラミック製の箱型
のリッド10をLSIチップ6が登載されたMCM基板
7を保護するように被せ、接着剤11で固定した。接着
剤11はリッド10と単層セラミック基板1の接触面全
体に塗布し、シールを完全なものとした。接着剤11の
固化は前述の絶縁性接着剤8と同様、170℃の環境に
2時間保持することにより行った。
【0016】次にリッド10が接着された単層セラミッ
ク基板1を前記単層セラミック基板1のスルーホール2
が開いている側が上を向くように反転させた後、スルー
ホール2上に直径0.8mmの半田ボール12を置い
た。
【0017】最後にパッケージの気密封止を加熱炉内で
行った。まず、上記のスルーホール2上に半田ボール1
2を置いたパッケージを、室温に保持してある加熱炉内
に挿入した。次に加熱炉内を真空に引いた後に窒素ガス
を炉内に導入する、窒素パージを数回繰り返すことによ
り、パッケージ内を完全に窒素ガスで置換した。窒素ガ
ス置換後、炉内温度を半田が溶融する183℃以上に昇
温し、半田ボール12を溶融した。融けた半田がパッド
電極3と反応するとともにスルーホール2を塞ぐことで
気密封止が終了した。また、単層セラミック基板1外側
に残った半田ボール12は外部ボール電極13として用
いることができた。以上の手順で単層セラミック基板を
用いたマルチチップモジュール用のパッケージが終了し
た。
【0018】
【発明の効果】本発明では、MCMを積層セラミック基
板ではなく安価な単層セラミック基板上に実装している
ため、セラミック基板の単価を4分の1に低くすること
ができた。
【0019】また半田ボールを溶融し、単層セラミック
基板のスルーホールを塞ぐことにより気密封止を行うた
め、多数個のパッケージを加熱炉により一括処理するこ
とができた。
【0020】以上のように本発明を用いることにより、
MCMの高速応答、高密度配線という特徴を損なわず、
低コストで組立ができるMCM用パッケージが実現でき
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の実施例の断面を示す図である。
【図2】図2は本発明の組立手順を表す図である。
【図3】図3は本発明で用いる単層セラミック基板の一
面を示す図である。
【図4】図4は本発明で用いる単層セラミック基板の他
の一面を示す図である。
【図5】図5は従来のピン・グリッド・アレイ・タイプ
のパッケージの断面を示す図である。
【図6】図6は従来のプラスチック・パッケージの断面
を示す図である。
【符号の説明】
1 単層セラミック基板 2 スルーホール 3 パッド電極 4 厚膜配線 5 ボンディング・パッド 6 LSIチップ 7 MCM基板 8 絶縁性接着剤 9 ボンディング・ワイヤー 10 リッド 11 接着剤 12 半田ボール 13 外部ボール電極 21 積層セラミック基板 22 ピン・グリッド・アレイ 23 ウェルドリング 24 電気溶接部 25 ダイパッド 26 リードフレーム 27 モールド樹脂
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 25/04 25/18

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マルチチップ・モジュールを外気環境か
    ら遮断するパッケージにおいて、両端で電気的な接続が
    なされている多数のスルーホールと前記スルーホールの
    周囲に位置する半田と反応する材料で形成されたパッド
    電極及び厚膜配線が形成された単層セラミック基板と、
    前記スルーホールを塞いでいる半田の外部ボール電極
    と、前記単層セラミック基板上に登載されたマルチチッ
    プ・モジュールを覆うセラミックまたは金属のリッドに
    より構成されていることを特徴とするマルチチップ・モ
    ジュール用ボール・グリッド・アレイ・パッケージ。
  2. 【請求項2】 請求項1のマルチチップ・モジュール用
    ボール・グリッド・アレイ・パッケージにおいて、上記
    各部品を樹脂またはガラスにより固定した後に、前記単
    層セラミック基板のスルーホール上に置いた半田ボール
    を真空あるいは不活性ガス雰囲気下で溶融し、パッド電
    極と反応させると同時に前記スルーホールを半田で塞ぐ
    ことによってパッケージを気密封止し、かつスルーホー
    ル外に残った半田を外部ボール電極とすることを特徴と
    したマルチチップ・モジュール用ボール・グリッド・ア
    レイ・パッケージの製造方法。
JP6201817A 1994-08-26 1994-08-26 マルチチップ・モジュール用ボール・グリッド・アレイ・パッケージおよびその製造方法 Pending JPH0864721A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6032852A (en) * 1997-09-22 2000-03-07 Trw Inc. Reworkable microelectronic multi-chip module
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CN110828606A (zh) * 2019-12-09 2020-02-21 中国电子科技集团公司第四十三研究所 一种陶瓷光电耦合器及其制造方法

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