JPS6156439A

JPS6156439A - 半導体チツプモジユ−ル

Info

Publication number: JPS6156439A
Application number: JP60055647A
Authority: JP
Inventors: ジエイムス・シー・ケイ・リー; ジーン・エム・アムダール; カールトン・ジー・アムダール; ロバート・ジエイ・ビール; アンソニイ・マトーク; ジヨン・ダブリユ・スリーワ; アーンドゼイ・クシヤーレク
Original assignee: TORIROJII COMPUTER DEV PAATONA; TORIROJII COMPUTER DEV PAATONAAZU Ltd
Current assignee: TORIROJII COMPUTER DEV PAATONA; TORIROJII COMPUTER DEV PAATONAAZU Ltd
Priority date: 1984-03-19
Filing date: 1985-03-18
Publication date: 1986-03-22
Also published as: US4603345A

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】発明の背景（１）発明の分野この発明は、比較的大きな半導体チップのためのモジュ
ールであって、そのチップを物理的に支持しかつ熱放散
を行ないかつシステム内の他のエレメントに対する電気
接続を行なうそのような、モジュールに関するものであ
る。

（２）先行技術の説明半導体ダイまたはバチツブは、通常、直径が５インチの
オーダで、シリコンウェハに多数形成１　　　。

される。次いで、ウェハは多数の電子回路エレメントを
含む個々のチップに切断され、これらのチップは、通常
、約５Ｑｍｍ’よりは大きくない。た　　　　□とえば
、加算機能のような、算術計算機能を行なう論理チップ
が今生産されているが、これらは、５Ｑｎ＋ｍ’の面積
に４０．０００個以上のトランジスタおよび他の回路エ
レメントを有している。

チップの大きさについての１つの限界は、チップ上の種
々の回路と、システムにおける他の回路との間で電気接
続がなされなければならないということである。典型的
には、チップは矩形であり、それらの２個の長い方の端
縁に沿ってコンタクトを有しており、または正方形であ
って４辺すべてに沿ってコンタクトを有するものであり
、それらに対して必要な外部電気接続がなされている。

チップの寸法が大きくなるにしたがって、チップ上に配
置されることができる回路の数は、その周辺で利用でき
るコンタクトの数よりもより急速に増える。チップの一
方面上に２次元のコンタクドアＬ／　（ｆ’　：Ｑ　′
ｊ’　Ｊ：　５　ｊ：　ｔ　６　ｇ　ｈ　Ｍ行なｆ）　
ｔ’Ｌ　Ｔ　ｅ　Ｔ　Ｉｉ’　ルｌが、チップの平らな
面と、平らなサブス１−レートとの間でのピンポイント
はんだ付は接続を行なう難しさ自体が、チップの寸法に
ついての限界であるａ１個のチップに収納されることが
できる論理回路の数は、したがって、回路を他のシステ
ムエレメントへ接続する必要性により制限されており、
かつチップ自体は極めて小さい。

数多くの比較的小さなチップは意義ある能力を持つコン
ピュータを構成するのに必要である。このようなチップ
は条目の電力を消費し、したがって、システムにおける
誤動作を防止するため放散されなければならない多層の
熱を発生する。現在のコンピュータ設計概念では、過熱
を防止するために、対流冷却が十分に行なわれるように
するためチップは互いに十分に間隔を隔てられる必要が
あり、これがシステムについての不幸な設計上の拘束を
生じる。最新の高速コンピュータでは、システムにＪ５
けるエレメント、典型的には、論理おＪ：びメモリのた
めに用いられる莫大なチップ間の伝送時間はシステム速
度についての意義ある制限である。現在、高速コンピュ
ータ設計では、過熱を防止するためチップの適当な間隔
と、システム速度が受入れることができないほど劣化し
ないように、それらの間の伝達経路を短くするため互い
に十分に密にそれらを配置することとの間にトレードオ
フがある。

１９８３年６月編の３　ｃｉｅｎｔｉｒｉｃ　　ｍｅｒ
ｉｃａｎの第８６頁ないし９６頁に説明されている、１
８Ｍ３０８１コンピユータに用いられるチップ取付シス
テムにおいて代表されているように、水冷を用いること
によってチップ間の間隔を最小にしようとする試みが最
近なされている。この設計では、数多くのチップは、多
層セラミックサブストレート上への平面アレイにおいて
共に密接して取付けられている。一方面にコンタクトア
レイを有するチップが用いられており、そのアレイの多
数のコンタク］・はサブストレート上の対応するコンタ
クトへ直接はんだ付けされる。゛帽子（ｈａｔ　）　”
は多数のチップの上にあり、それぞれのチップに対して
ばねバイアスされる多数の熱伝導性ピストンを含む。内
部の水の通路を持つ冷プレートが熱放散用帽子の上にあ
る。このように、ＩＢＭの装置は、１個のサブストレー
ト上に互いにより密接してチップを配置することによっ
て、かつ冷却水を用いて熱を放散させることによって（
中間に存在する熱伝導“帽子パとともに）、チップ間の
必要な間隔を減少さ才ているが、数多くの比較的小さな
チップに対する、先行技術の基本的な要求を変更してい
るわけではない。

発明の概要この発明は坦在用いられているチップよりも非常に大き
な、典型的には、約６０ａ＋ｌｘ６０ｍｍのオーダの、
半導体チップのためのモジュールを提供する。このモジ
ュールは平らな面を有するヒートシンクを含み、その平
らな面に対して、半導体チップの裏面が直接接続される
。チップの露出面は電源、接地および信号コンタクトの
アレイを有する。複数個の交互になった電源および接地
バスバ１　　　−はチップの露出面にまたがっている。

多層セラミックがバスバーアレイの他方側に配置され、
かつチップ上の少なくとも信号コンタクトに対応するコ
ンタクトのアレイを備えた、電源および接地バスバーに
近接する面を有する。電源リードは電源バスバーをチッ
プ上の隣接する電源コンタクトへ接続し、接地リードは
接地バスバーをチップ上の隣接する接地コンタクトへ接
続し、かつ信号リードは隣接する電源および接地バスバ
ー間を通過し、チップ上の信号コンタクトをセラミック
上への対応する信号コンタクトへ相互接続させる。複数
個のコネクタがセラミックから出て、かつ信号をチップ
へおよびチップから伝送するため経路またけトレースに
よってセラミックを介して信号コンタクトへ電気的に結
合される。

この発明の好ましい実施例では、ヒートシンクはモリブ
デンから構成され、これはシリコンチップと非常に合う
熱膨張特性を有する。ヒートシンクはヒートシンクの平
らな面に近接する流体空洞を含み、半導体チップはその
ヒートシンクの平らな面へ装着される。整列された熱伝
導性フィンが　　　　　！らなる平面アレイが流体空洞
に配置される。冷却用流体、好ましくは水は冷却流体の
圧力を均等にするためにフィンへおよびフィンからの曲
がりくねった経路を横切り、それによって等しい流体の
流れがそれぞれのフィンの間に達成されて、均一な冷却
作用を全チップに与える。半導体チップはヒートシンク
の平らな面へ直接はんだ付けされる。

ヒートシンクへはんだ付けされるべきチップの面はメタ
ライゼーションされている。その結果、チップは受入れ
ることができない“ホットスポット”を生じかつチップ
の性能をひどく劣化させるであろうような欠陥を何ら伴
なうことなく、ヒートシンクへ均一にはんだ付けされる
。

この発明の好ましい実施例では、電源および接地リード
は各々導電性材料からなる薄い、平らなストリップを含
む。各々のリードは電源または接地バスバーの側へ固定
される幅広部分と、リードの固定された部分に対して約
９０度の角度で曲げられた可撓１／１の延長部とを有す
る。各リードの可撓性延長部はチップ上の電源または接
地コンタクトへ取付けられ、かつ薄いリードの可撓性お
よびその９０度の曲げによって、リードにより、チップ
上に何ら引張り応力または剪断応力がかるのが防止され
る。

信号リードは、隣接するバスバー間の中央部分と、隣接
するバスバーの向う側にある端部部分とを含む導電性材
料からなる平らなストリップを含む。電気的に絶縁性の
材料からなる１対のシートが、電源および接地リードの
上にある各々隣接する２［ｆ［および接地バスバー間に
配置される。４３号リードは、電気的に絶縁性の材料か
らなる隣接する対になったシート間を通過し、それによ
ってバスバーから絶縁される。信号リードの端部部分は
中心部分に対して約９０度の角度で曲げられており、か
つチップまたはセラミックのいずれかに機械的な負荷を
かけることなく、それぞれチップおよびセラミックコン
タクトへはんだ付けされる。

弾性突出部が、電源および接地バスバーから、チップお
よび多層セラミック方向へ出る。秤々の突出部はチップ
およびセラミック上のコンタクトパターンに対応する。

弾性突出部は、モジュールを構成している間圧綿され、
それによって、突出部が、チップに対して電源、接地お
よび信号コンタフ１〜を、かつ多層セラミックに対して
信号コンタクト（かつ典型的には電源および接地コンタ
クトも）をバイアスする。突出部は十分に変形され、て
、組立および使用の間かなりな酒の相対運動途チップ上
に余分な機械的な負荷をかけることなく適合さ・れるこ
とができる。

この発明では、大ぎなチップが直接ヒートシンクへはん
だ付けされて、チップにより発生される熱の放散のため
の非常に短い伝熱経路を与える。

可撓性の信号リードの端部はチップおよび多層セラミッ
クへはんだ付けされ、−貫してかつ信頼性よく行なうの
が非常に難しい仕事であるところの、同一面間の多数の
ピンポイントはんだ付は接続を必要とすることなく、相
互接続の平面的アレイを提供する。この発明によって与
えられる可撓杆のリード、およびリードがはんだ付けさ
れるチップおよびセラミックに対してリードをバイアス
する弾性突出部は、使用に際しまたは製造の間に、チッ
プ上に絶対的な最小の機械的歪で非常に信頼性の良い接
続を与える。

この発明は数多くの小さなチップを用いる必要性をなく
し、いくつかの小ざなチップの機能を大きな半導体チッ
プで置換えている。大規模コンピュータは、したがって
、多数のより小さなチップよりもむしろ数個の大きなチ
ップを用いることによって構成されることができる。チ
ップからチップへの通信の必要な数は実質的に減少され
る。この結果、平均信号伝送経路の長さが劇的に減少さ
れかつ全体のシステム速度が応じて劇的に増大される。

動作の構成および方法に関し、この発明の特徴である新
規な特徴、そのような目的、その利点は、この発明の好
ましい実施例が例によって図解された添付図面に関して
考えＩうれる以下の説明からよつよく理解されるであろ
う。しかしながら、図面は図解および説明の目的のため
のものであり、この発明の限界を規定するものとして意
図したちの　　　　↑ではない。

好ましい　　例の８１一般的説明この発明の好ましい実施例１０が、第１図および第２図
を組合わせて参照することによって一般的に図解されて
いる。ユニットはモジュールの液体冷却用の水入口１２
および水出口１３を含む。

端子１４および１６が電気的な接地への接続のために設
けられる。複数個のピン１８がモジュールのベースから
出、それらを介して信号経路が印刷回路板または他の媒
体に対して確立されかつ順次、システムの他のエレメン
トに対して確立される。

１対のねじ孔１９が電源に対する電気接続のために設け
られ、これもまた物理的にモジュールを取付けるための
支持フレームを与える。水入口１２および水出口１３、
接地端子１４および１６、ピン１８および電源接続部１
９以外は、モジュールは本質的に内蔵されている。

ヒートシンク２０はモジュールの上方部分を形成する。

接地端子１４および１６は、絶縁材料からなる、シーｉ
〜２５．２６によって、ヒートシンク２０から電気的に
絶縁される導電プレート２２゜２３へ直接接続される。

プレート２２．２３は、ねじ２６によって、接地バスバ
ーフレーム２４へ直接取付けられる。電気的に絶縁する
ガラス材料からなるＦ！Ｊ３２は、接地バスバーフレー
ム２４と、電源バスバーフレーム３０との間に配置され
る。

電源、典型的には一５ボルトの電源は、ヒートシンクへ
直接結合される電源バスバーフレーム３０へ、ヒートシ
ンク２０を介して伝達される。

第２図に最もよく示されているように、冷却水が流れる
流体空洞３４がヒートシンク２０の内部にある。空洞３
４の下方部分はプレート３６によって規定される。はん
だ層４０によって半導体チップ３８がプレート３６の下
方面へ直接取付けられる。図解された好ましい実施例で
は、１個の大きなチップが用いられるが、１個のモジュ
ールに数個のチップを用いるのが成る応用においては望
ましいかもしれないことも意図されており、そのすべて
が直接プレート３６へ取付けられる。

チップ３８の電気コンタクトは、チップの露出面、すな
わちプレート３６への取付面から離れた面上に形成され
る。チップ３８の露出面は、そのモジュールが第２図に
描かれているように下方面である。これらのコンタクト
は、以下により詳細にｉ？ｌｉ論するように、アレイに
、電源コンタクト、接地コンタクトおよび信号コンタク
トを含む。電源バスバーフレーム３０および接地バスバ
ーフレーム２４によってそれぞれ支持される、複数個の
インターリーブした電源バスバー４２および接地バスバ
ー４４は、デツプ３８の露出面のすぐ下でモジュールを
横切る。チップ３８上のコンタクトと、バスバー４２６
よび４４との間の電源および接地接続は、以下に議論す
るように、バスバーからチップコンタク１〜へ延びる薄
い平らなリードによって行なわれる。チップ３８の露出
面」−の信号コンタクトは、以下に説明するように、バ
スバー間を通過する薄いフラットリードによって、図示
のように、コネクタボード、好ましくは多層セラミック
４８上の対応のコンタクト４６へ接続される。信号をチ
ップへおよびチップから伝送するためピン１８において
終端する内部トレースによって、電気接続が種々の信号
コンタクト４６から多層セラミック４８を介して与えら
れる。

（２）ヒートシンクヒートシンク２０の構成を、第３図ないし第５図を参照
してより詳細に説明する。ヒートシンク２ｏは、水入口
１２および水出口１３が取付けられる上部プレート５０
を含む。フレオン、液体窒素または液体空気のような伯
の冷却流体が適当なものとして用いられ待る。１対の側
壁５１．５２が上部プレート５０の一部を形成する。他
方の側壁５３．５４および底部プレート３６は十分に囲
まれだ構造を形成し、部分的に内部空洞３４を規定する
。端部壁５３．５４は、これらの端部壁に曲った輪郭を
形成するため、５５．５６のような曲ったリッジを有す
る。

中央プレート５８はヒートシンク２０内に配置され、か
つ側Ｍ１５１，５２と同一平面にある。しかしながら、
中心プレート５８の端縁と、端部壁゛１５３．５４の間
にはギャップが存在し、水の通過のための空間を残して
いる。隔壁５７が中央プレート５８と上部プレート５０
との闇に配置され、入口１２および出口１３はその隔壁
の両側に配置される。

溝６０．６１が中央プレート５８に形成され、かつ対応
する溝６２が側壁５１．５２に配置される。複数個の孔
６４を持つプレート６３を含む、入口分配器が溝６１と
対応の溝６２内に配置される。孔６６を待つプレート６
５を含む同様な出口分配器は、溝６０に配回されかつ側
壁における関連の溝内にある。入口分配器６３および出
口分配器６５は、中央プレート５８と、ヒートシンク２
０の頂部との間の通路を完全に阻止し、それによってす
べての流体は分配器の孔を通過しなければならない。

複数個のフィン６８が下方プレート３６へ固定される。

フィン６８は端部壁５３．５４間に構成され、かつ底部
プレート３６と中央プレート５８との間の間隔をまたが
り、それによって端部壁５３おＪ：び５４間を流れる流
体はフィン６８間を流れなければならない。

ヒートシンク２０およびフレーム３１の好ましい実施例
のエレメントのずべては、好ましくは、モリブデンから
形成される。流体接触が生じるところでは、モリブデン
はニッケルめつぎされている。モリブデンは最適な熱導
体でもな（、または最適な電気導体でもないが、それは
各々の場合に関して適当であり、かつ半導体チップの特
性に密に合う熱膨張特性を有するという主要な利点を有
している。もし膨張が異なるという問題が克服されれば
、銅のようなおよび優れた熱導体が用いられ得る。

入口１２を通過してヒートシンク２０へ入る水は、矢印
７０で示すように、中央の隔壁５７の存在によって、端
部壁５３方向へ外側へ押しやられる。上部プレート５０
、中央プレート５８、隔壁５７および入口分布器６３に
より境界（＝ｌけられる容積は入口の空間（プリーナム
：　ｐｌｅｎｕｍ）　７２として示される。分布器６３
の孔６４により課せられる流れの抑制により、流体の圧
力が増大されその圧力が均等に分布され、それにより各
分布器のＩＬ６４を貫通ずる流体の流れがほぼ等しくな
る。

ざらに、水が分布器を通過したとき、水は、矢印７４で
示すように、曲ったリッジ５５にＪ：り補助されて、中
央プレート５８の端部のまわりに１８０度回転しなけれ
ばならない。また、この回転によって、流体の圧力増大
が生じ、端部壁５３の長さに沿って等しい圧力分布を確
実にする。

フィン６８は、空間７２の面と異なる面上に配置される
。流体がその高圧を出て、中心プレート５８の端部のま
わりに１８０度回転した後、流体はフィンに入る。空間
７２の構成および中央プレート５８の端部の１８０度の
回転から生じる均等化された圧力分布のため、各フィン
６８間の流体の流れは実質的に等しい。さらに、流速は
制限されかつフィン６８の構成は、フィン間の流れが層
上になるようになることが意図される。層流は、乱流と
比べて、冷却フィン６８において効率がより　　　　り
劣るが、必要な流速および圧力入力はさらに劣り、シス
テムにおける他の設計上の拘束を簡略化する。

水がフィン６８を出た後、それは中央プレート５８の他
方端縁まわりを同様に１８０度回転し、出口弁配置１Ｓ
６５を通過して、入口空間に類似する出口空間へ至る。

この構成は、再び、均等化された圧力分布を確実にし、
それにより流体の流れの速度、およびその冷却効果はそ
れぞれのフィン間で等しい゛。この構成はまた対称であ
り、流路は逆転されることができる。

３）ヒートシンクへのチップ取付この発明のモジュールの好ましい実施例１０において、
１個の大ぎな半導体チップ３８が、第５図に図解するよ
うに、はんだ層４０によってヒートシンク２０の下方プ
レート３６の下側へ取付けられる。銀を混ぜたエポキシ
のような他の熱伝導性接着剤もまた用いられ得る。好ま
しい実施例では、シリコンチップ３８は、このタイプの
従来のチップよりもはるかに大きく、６０ｍｍＸ６０ｍ
ｍのオーダである。他のより小さなチップが望ましげ　
　　　　１れば用いられてもよい。チップがヒートシン
ク２０へはんだ付けするために準備される態様は第６図
および第７八図ないし第７Ｃ図を参照することによって
図解される。

チップ３８は、まずフッ化アンモニウムおよびフッ化水
素酸からなる緩ｗ１酸化物エツチング（６：１３ＯＥ）
浴８０においてチップの裏側をエツチングし、続いて脱
イオン水ですすぎ乾燥することによって、はんだ付けの
準備が行なわれる。チップ３８は、次いで、インライン
カソード平面マグネトロン真空スパッタリングチャンバ
８２において、８６で接地されるコンベア８４上のパレ
ット８３に下向きに面するように配置される。。チップ
はまず、ｌＸ１０−’　トルよりも小ざい高真空をＮ＋
”ｒしながら、サブストレートヒータヘッド８８の下を
移動してチップおよびパレットを脱気する。

チップは、次に、接地された高周波スパッタエツチング
モジュール９０へ移動しそこでパレット８３上のチップ
３８が接地されたコンベヤ８４から持上げられ、低圧ア
ルゴンガスにおいて１０ｏＯＶまで高周波（ＲＦ＞バイ
アスされる。約３００オングストロームの裏面シリコン
およびシリコン酸化物がエツチングで除去され、きれい
な、酸化　・物のないシリコン裏面を残す。

チップは、次に、１５００オンゲス１〜ロームの金の層
と、１０ｏＯオングストロームのニッケルー７ｆｆ！ｆ
ｆｉ％のバナジウムを順次形成する金属カソード９２．
９３の下を通される。コンベヤ８４が次に逆に向けられ
て、チップ３８はスパッタリングカソード９３および９
２の下を逆に通され、それは５０６０４ングストローム
のニッケルー７重石％バナジウムの層と、３０００オン
ゲストＯ−ムの金の層を連続に形成する。このプロセス
が終わると、チップ３８の裏面は第７Ａ図に示ず形状を
有し、１５００オングストロームの金の層９６と、６０
００オングストロームのニッケルー７重量％バナジウム
のｗＪ９８と、３０００オングストロームの金の層１０
０とを有する。

次に、チップは３２５℃で２時間、続いて３５０℃で１
時間、続いて３７５°Ｃで２０分間窒素雰囲気炉で熱処
ｉｌｌされる（これらの熱処理は後続のウェハの処理の
一部として行なわれてもよい）。

これらの熱処理の間に、チップ３８．　層９６．９８（
１５よび１００上のもとの３一層系は、軽くドープされ
たｐ型（２０Ω−Ｃｍよりも抵抗的に小さい）半導体シ
リコンに対する低い電気接触抵抗を与え、他方また裏面
のシリコンに優れた拡散結合を確実にする、拡散および
相互金属化反応を受ける。これは次の２つの意義ある反
応によって達成される。

すなわち、（１）ニラクルバナジウム層９８は、３２５
°Ｃおよび３５０℃の熱処理の間、１５００オングスト
ロームの金の層９６を介して拡散して、シリコンと反応
してニッケルに富んだシリサイド９７を形成する。金の
層９６は形成されるニッケルシリサイド層９７の串およ
び厚さを制限するための反応１１？５壁として作用する
、なぜならば過剰なシリサイドの層はもろり、シたがっ
て信頼性がないからである。（２）３７５℃の熱処理の
間、層９７の金は、部分的に反応して、３７０″Ｃで溶
融される金−シリコン共晶を形成する。この反応は、シ
リコンに対するしっかりとした結合を形成するのみなら
ず、低抵抗金屈−半導体接触を形成する。

この結果は、金の層によって制限されたニッケルーシリ
サイド反応と、既に形成されている薄いニッケルシリサ
イド層により制限される、金−シリコン共晶反応との組
合せである。

６０００オングストロームのニッケルーバナジウム層９
８は、望ましくない酸化シリコンの層を形成するであろ
うような、金の頂部層１００に対するシリコンの拡散を
防止するためのバリア層として働く。ニッケルーバナジ
ウム層９８もまた金−シリコン共晶反応を抑え適当な場
所に共晶メルトを保持し、ギヤッピング層がなければ存
在するであろう、シリコン上の金の“玉の塊′°の望ま
しくない効果を防止する。熱処理の間に、ニッケルーバ
ナジウム層９８の一部が金の１１１００へ拡散して、金
の層１００をバナジウムの痕跡を持つ金およびニッケル
の合金ｍｉ　ｏｏに変換する。

熱処理の侵、非常に薄いニッケル酸化物層が唐１００の
頂部に形成される。この層はシュウ酸槽に浸けることに
よって化学的に除去され、または　　　　　！高周波ア
ルゴンイオンスパッタエツチングによって自動的に除去
される。最後の２つの層１０４および１０６は、次いで
、典型的にはシステム８２における高周波スパッタエツ
チングによって、チップ３８上に形成される。さらにニ
ッケル酸化物の成長を生じさせるかもしれない真空を壊
すことなく、チップ３８は、８００オングストロームの
ニッケルー７ｍｍ％バナジウムの層１０４および３０　
’ＯＯオングストロームの金の層１０６を連続して形成
する金腐カソード９２，９３の下を通される。デツプは
今、第７Ｂ図に示す形態を有し、かつヒートシンク２０
の下方プレート３Ｇへはんだ付けされる準備状態にある
。

はんだ、好ましくは鉛／インジウムの予備形成されたシ
ート４０が、チップ３８をヒートシンク２０の下方プレ
ート３６へ取付けるために用いられる。はんだ付【プ動
作において、これは真空のもとに行なわれるが、チップ
３８は他のエレメントと同様に、加熱され、かつはんだ
に近接する金およびニッケルＧ１０４．．１０６ははん
だ内へ瀘し取られる（溶解される）。金の層１０６は溶
解したはんだのための初期の酸化物のない湿った面を与
え、チップ３８とプレート３６との間におけるはんだに
何のボイドまたはエアポケットもないことを確実にする
。そのようなボイドまたはエアポケットは、液体の冷却
が効率的でなく、チップがダメージを受は得るような゛
ホットスポットパを生じるであろう状況である。チップ
３８および下方プレート３６の最終的な形態は、ニッケ
ルーバナジウムの中間に介在する層９８を含み、その一
部９７はニッケルに富んだシリサイドおよびチップ３日
に対して溶融された、金およびシリコンの共晶メルトで
ある。前の層１０６および１０４から溶解された金およ
びニッケルーバナジウムを含むはんだＦｇ４０および金
−ニッケル合金層１００は、ニックルーバナジウム層９
８の上に横たわり、はんだ層はチップ３８およびそのメ
タライズされｔ＝　’ｗを下方プレー１へ３６へ取付け
る。

（４）チップ／セラミック接続チップ３８の露出面は第８Ａ図に示される。この露出面
は正方形形状の複数個のコンタクト１０８を含む。コン
タクト１０８の正方形形状はチツ７３８の正方形の周辺
から４５度回転される。コンタクト１０８は信号をチッ
プ上の回路へおよび回路から通過さ才るための信号コン
タクトと、チップ上の回路へ電源および接地を与えるた
めの電源および接地コンタクトとを含む。第８Ｂ図に図
解されるように、多層セラミック４８は、セラミックの
周辺から４５度配向された、コンタクト４６の対応する
正方形アレイを有する。好ましい実施例では、セラミッ
ク４８上のコンタクト４６と、チップ３８上のコンタク
ト１０８との間には正確な対応関係があり、コンタクト
のそれぞれの７レイは、互いにｔｎ　１２１となってい
るが、現実的にはセラミック上の電源および接地コンタ
クトは用いられなくてもよい。当該技術分野において知
られているように、セラミック４８は授受のり−ド４６
を外部ピン１８（第２図参照）へ結合する内部の電気的
な経路またはトレースを含む。

１　　　　　半導体チップ３８、多層セラミック４８お
よび中間に存在するエレメントの関係が第９図に図解さ
れている。絶縁接着層３２により分離される、電源バス
バーフレーム３０および接地バスバーフレーム２４は、
セラミック４８のためのフレーム４９の上に横たわる。

絶縁接着層１１０は、電気的に、セラミックフレーム４
９を、接地バスバーフレーム２４から分離する。ヒート
シンク２０、フレーム３０および２４および４９、なら
びに接着層３２および１１０の組合せにより、チップ／
セラミック接続がｔｉなわれる密封封止チャンバが与え
られる。

交互になった電源バスバー４２および接地バスバー４４
は、それぞれ電源バスバーフレーム３０および接地バス
バーフレーム２４によって支持される。ディスクリート
なバーが好ましいが、礪械加工されたまたは開口の設け
られたプレートが、電源および接地のためそれぞれ用い
られることもできる。電源バスパーのためのかつプレー
１−２２　。

２３を介しての接地バスバーのための電気接続がヒート
シンク２０を介して行なわれる。チップ３　　　１８の
下方面および多層セラミック３８の上方面は、共に、電
源および接地バスバーに密に近接するが、面の各々およ
びバスバーとの間にはわずかな間隔が残される。

チップ３８とセラミック４日との間での信号接続が行な
われる態様は、第１０図ないし第１３Ａ図および第１３
Ｂ図を組合わせて参照することによって図解される。各
々のバスバー４２．４４は、ぞれぞれその上部および下
部面へ直接モールドされたシリコーンゴムからなる層１
１１．１１２を有する。各々の５１１１．１１２はシリ
コーンゴムにモールドされた複数個のバンブ１１３，１
１４を含み、これらのバンブは弾性を有する。

第１４Ａ図ないし第１４Ｃ図に個別に図解される、３つ
の形式のリードによってバスバーに対しかつバスバーの
まわりに電気接続が行なわれる。

リードは、非常に高い電気導電性材料、典型的には銅か
ら形成される。第１４Ａ図は、銅のような導電性材料の
平らなストリップからなる電源り一ド１１６を示す。リ
ード１１６は拡大された中央部分１１８と、狭い端部部
分１１９．１２０を含み、第１７１Ａ図に示されるよう
に中央部分１１８の左端縁から出ている。端部部分１１
９．１２０の先端１２１．１２２は丸くされている。

接地リード１２４は第１４８図に図解されており、本質
的に、電源リードのｍ像である。接地リード１２４は幅
広い中央部分１２６と、中央部分１２６（第１４Ｂ図に
示ず）の右側端縁から出ている狭い端部部分１２７．１
２８と、丸（なった先端１２９．１３０を持つ材料の偏
平ストリップである。信号導体１３２は第１４Ｃ図に図
解されており、丸められた端部１３３．１３４を持つ、
銅のような電気的な導電性材料からなる長くて狭い偏平
ストリップを含む。

特に第１３Ａ図を参照して、各電源リード１１６は電源
バスパー４２へ取付けられる。大きな中央部分１１８は
Ｎ源バスパー４２の側部へ直接固定される（ｍ接、はん
だ付けなどで）。可撓性の、゛上面端部１１９は、丸い先端１２１がバスバーの遠い方
の側で弾性ダンプ１１３の頂部で同一面に横たわるよう
に、約９０度曲げられている。応じで、下方端部１２０
もまた９０ｒｆ１曲げられ、そのため先端１２２はバン
ブ１１４の頂部で同一面に横たわる。電源のり一ド１１
６は、各々の電源バスバー４２の一方側のみに沿って取
付けられ、かつバスバーの頂部に沿って４ｔｆｔ目ごと
のバンブ１１３を占有する。バンブは２行に配列されて
いるので、電源リード１１６は、第１３Ａ図に図解する
ように、バンブの右の行に沿って右の行の１つおきのバ
ンブを占有する。

接地リード１２４は各々の接地バスバー４４の一方側に
沿って取付けられる。第１１図に示すように、各々の接
地リード１２４の拡大された中央部分１２６は接地バス
パーの側部へ直接固定され、それによって接地リードの
中央部分１２６と、電源リードの中央部分１１８は背中
合わせで並はされる。各々の接地リードの上端部１２６
は、丸い先端１２９がバンブ１１３上で同一面になるよ
うに９０度曲げられる。下方端部１２８も同様に、ｌ　
　　丸められた先端１３０がバンブ１１４の頂部上で同
一面になろうように曲げられる。

電気的に絶縁性の材料、ｐ４型的にはカプトン（Ｋａｐ
ｔｏｎ）からなる１対のシート１３６．１３７が、各々
の隣接する電源バスパー４２と、接地バスパー４４との
間に配置される。シート１３６おＪ：び１３８は電源リ
ード１１６および接地り一ド１２４の中央部分１１８，
１２６の上に横だわり、かつこれらのリードの中央部分
はバスバー自体からシート１３６．１３７の間隔を隔て
る働きをする。電源および接地リードがないバー側には
、スペーサ１３８がこの目的のために設けられる。

信号リード１３２は絶縁材料からなる隣接するシート１
３６，１３７間を通過する。信号リード１３２の中央部
分は真直ぐであり、その端部は、丸くなった先端１３３
．１３４がそれぞれバンブ１１３．１１４の頂部上で同
一面になるように、約９０度曲げられる。したがって、
信号リードは電源バスパー４４Ｆ３よび接地バスパー４
２の両方から絶縁される。第１１図において、便宜上、
信号リードは“Ｓ″、接地リードは“ＧＮＤ”、お　　
　　　１よび電源リードは’　Ｐ　Ｗ　Ｒ”として示さ
れる。

モジュールアセンブリが共に連結されると、各々の電源
、接地および信号リードの上端は第１２図に示されるよ
うに、チップ３８の隣接コンタクｈ　１０８に押付けら
れかつコンタクト１０８にはんだ付けされる。その寸法
は、各々の弾性バンブ１１３が圧縮、典型的には約２０
％圧縮されて、コンタクトに対してリードを押付けるた
めのパイアスカを与えるようなものである。同様に、バ
ンブ１１４はリードがはんだ付けされる、セラミック４
８上のコンタクト４６に対してリードの下方端をバイア
スするように圧縮される。リードの端部は完全に可撓性
であり、かつバンブが弾性であり、異なる熱膨張などの
間の相対運動を受入れる。

その結果、極めて信頼性のあるはんだ付けされた接続が
、チップおよびセラミック上の数多くのコンタクト間で
なされる。

〈５）モジュール？）＋作組立てられたモジュール１０はヒートシンク２０を介し
て流れる水によって冷却される。他の冷却流体もまた用
いられ得る。ヒートシンク２０の構成はチップのすべて
の部分に均一な冷却が与えられるようなものである。チ
ップ３０はヒートシンク２０の下方プレート３６へ直接
はんだ付けされ、そのため冷却作用が効率的であり、ヒ
ートシンクはチップにも電気接続を与える。

チップおよびセラミック間で電源および接地バスパー４
２．４４から分離される信号コンタクトによって、チッ
プ３８と、多層セラミック４８との間に電気接続がなさ
れる。電源および接地リード１１８．１２６はそれぞれ
のバスバーをチップへ接続する。電源リード１１８およ
び接地リード１２６もまた組立の都合上セラミックへ接
続されるが、バスバーとセラミックとの間の接続は機能
的である必要はない。多層セラミック４８および信号リ
ードを介してチップ３８へ通信する外部ピン１８によっ
て、電気信号がチップへおよびチップから通される。

この発明の１つの好ましい実施例を詳細に説明したが、
その実施例の暉正および変形は当業者によって行なわれ
るということが明らかであろう。

しかしながら、このような変形および修正は、前掲の特
許請求の範囲に説明されるように、この発明の精神およ
び範囲内にあることを明確に理解ずべぎである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のモジュールの好ましい実施例の斜視
図である。第２図は破断された部分を持つ、この発明の好ましい゛
実施例の斜視図である。第３図はこの発明の好ましい実施例のヒートシンク部分
の分解図である。第４図は破断部分を備えた、好ましい実施例のヒートシ
ンク部分の斜視図である。 ′ｉ４５図はチップが取付けられた、好ましい実施例の
ヒートシンク部分の断片的な平面図である。第６図は好ましい実施例を構成するのに用いられるメタ
ライゼーションブ０セスの概略図である。第７八図ないし第７Ｃ図は、半導体チップを準１　　　
　　備しかつそれを好ましい実施例のヒートシンクへ取
付ける際の種々のステップを図解する断片的な平面図で
ある。第８Ａ図および第８Ｂ図は好ましい実施例のチップおよ
び多層セラミックのそれぞれの底面図および上面図であ
る。第９図は好ましい実施例のチップ、バスバーアセンブリ
および多層セラミックの分解図である。第１０図は好ましい実施例のバスバーおよびバスバーフ
レームの断片的斜視図である。第１１図は好まｄい実施例のバスバーおよびリードの断
片的平面図である。第１２図は好ましい実施例のバスバーおよびリードの断
片的平面図である。第１３Ａ図および第１３Ｂ図は電源および信号側からの
それぞれ１個の電源バスバーの斜視図である。１１４Ａ図ないし第１４Ｃ図は、モジュールに組入れる
前の好ましい実施例の電源、接地および信号リードの正
面図である。図において、１４および１６は接地端子、１８　　　　
！はピン、２０はヒートシンク１．２２．２３は導電プ
レート、２４は接地バスバーフレーム、３８はチップ、
４２はＮ源バスバー、４４は接地バスバー、４６はコン
タクト、４８は多層セラミックを示す。特許出願人　トリロジー・コンピューター・ディベロッ
プメント・パートナーズ・リミテッド図面の浄書（内容に変更なし）ｎＣ−峨Ｆｌに−７１３，ＦＩＧ、−ＩＣ。Ｆｌ６．８Ｂ。ＦＩＧ、＝Ｉ２゜

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ヒートシンクと、電子回路が形成され、ヒートシンクへ取付けられる一方
面を有しかつ反対側の露出面上に電源、接地および信号
用コンタクトを有する半導体チップと、前記チップの露出面にまたがりかつ隙間に生じるギャッ
プを有する電源および接地バス手段と、前記電源バス手
段をチップ上の電源コンタクトへ接続する電源リードと
、前記接地バス手段をチップ上の接地コンタクトへ接続す
る接地リードと、前記チップから反対側の電源および接地バス手段に近接
する面を有する導体板とを備え、前記面はチップ上の少
なくとも信号コンタクトに対応する複数個のコンタクト
を有し、バス手段のギャップを通過し、かつチップ上の信号コン
タクトを、導体板上の対応する信号コンタクトに相互接
続する信号リードと、導体板から出て、チップへおよびチップから信号を伝達
するため導体板上の信号コンタクトへ、導体板を介して
電気的に結合される複数個のコネクタとをさらに備えた
、半導体チップモジュール。
（２）前記ヒートシンクは平らな面を有しかつ前記チッ
プは前記ヒートシンクの平らな面へ平らに取付けられる
、特許請求の範囲第１項記載のモジュール。
（３）前記ヒートシンクは前記平らな面に近接する流体
空洞と、冷却流体を流すための、前記空洞に対する入口
および出口とを含む、特許請求の範囲第２項記載のモジ
ュール。
（４）前記流体空洞は前記平らな面と伝熱連通する整列
された熱伝導性フィンからなる平面的なアレイと、流体
の圧力を均等にし種々のフィン間での等しい流体の流れ
を促進するため前記入口および出口から前記フィンアレ
イのそれぞれの端部へ至る曲りくねつた入口および出口
経路とを含む、特許請求の範囲第３項に記載のモジュー
ル。
（５）前記冷却流体は液体である、特許請求の範囲第３
項に記載のモジュール。
（６）前記冷却流体は水である、特許請求の範囲第３項
に記載のモジュール。
（７）ただ１個の半導体チップのみがヒートシンクへ取
付けられる、特許請求の範囲第１項に記載のモジュール
。
（８）前記ヒートシンクはモリブデンから構成される、
特許請求の範囲第１項に記載のモジュール。
（９）前記ヒートシンクは印加された電圧を有し、かつ
電気的に前記電源バス手段へ結合される、特許請求の範
囲第１項に記載のモジュール。
（１０）導体板上の前記複数個のコンタクトは前記チッ
プの露出面上の少なくとも信号コンタクトの鏡像となっ
ている、特許請求の範囲第１項記載のモジュール。
（１１）前記導体板上の前記複数個のコンタクトは、チ
ップの露出面上の電源、接地および信号コンタクトの鏡
像となっている、特許請求の範囲第１０項に記載のモジ
ュール。
（１２）電源および接地バス手段はギャップによつて分
離された複数個のインターリーブされた電源および接地
バスバーを含む、特許請求の範囲第１項記載のモジュー
ル。
（１３）電源バスバーフレームと、接地バスバーフレー
ムとをさらに備え、それぞれの電源および接地バスバー
は前記フレームへ装着されかつ電気的にそのフレームへ
結合される、特許請求の範囲第１２項記載のモジュール
。
（１４）前記電源バスバーフレームは電気的にヒートシ
ンクへ結合される、特許請求の範囲第１３項記載のモジ
ュール。
（１５）前記半導体チップは約３６００ｍｍ＾２の面積
を有する、特許請求の範囲第１項記載のモジュール。
（１６）前記導体板は多層セラミックである、特許請求
の範囲第１項記載のモジュール。
（１７）コネクタはピンである、特許請求の範囲第１項
記載のモジュール。
（１８）内部空洞と、その空洞を介して冷却流体を循環
させることによつて冷却される平らな面とを有する、熱
および電気的に伝導性の材料から構成されるヒートシン
クと、予め選択された電圧を前記ヒートシンクへ印加するため
の手段と、電子回路が形成され、前記ヒートシンクの冷却された面
と同一高さの面を有しかつ反対側の露出面上に電源、接
地および信号コンタクトを有する半導体チップと、前記ヒートシンクへ電気的に結合される導電性フレーム
と、前記チップの露出面にまたがる電源バス手段とを含む電
源手段と、電源フレームに近接し、しかもそこからは電気的に分離
される接地フレームと、前記チップの露出面にまたがる
接地バス手段とを含む接地手段と、前記電源バス手段お
よび前記接地バス手段を、チップ上のそれぞれの電源お
よび接地コンタクトへ電気的に結合するための手段と、前記チップから反対側の、電源および接地バス手段に近
接する面を有する導体板とを備え、前記面はチップ上の
少なくとも信号コンタクトに対応する複数個のコンタク
トを有し、かつ前記チップ上の前記信号コンタクトを、導体板上の信号
コンタクトへ電気的に結合するための手段をさらに備え
た、半導体チップモジュール。
（１９）予め選択された電圧は負電圧である、特許請求
の範囲第１８項記載のモジュール。
（２０）予め選択された電圧は−５ボルトである、特許
請求の範囲第１９項記載のモジュール。
（２１）熱および電気伝導性材料はモリブデンである、
特許請求の範囲１８項記載のモジュール。
（２２）電源および接地バス手段はインターリーブされ
た電源および接地バスバーを含む、特許請求の範囲第１
８項記載のモジュール。
（２３）信号結合手段は隣接する接地およびバスバー間
を通過しかつチップおよび導体板上の信号コンタクトを
相互接続するリードを含む、特許請求の範囲第２２項記
載のモジュール。
（２４）ヒートシンクと、電子回路が形成され、ヒートシンクによつて支持される
一方面を有し、かつ反対側の露出面上に電源、接地およ
び信号コンタクトからなる２次元のアレイを有する、半
導体チップと、前記チップの露出面にまたがる複数個の電源バスバーと
、電源バスバーとインターリーブされる、チップの露出面
にまたがる複数個の接地バスバーと、電源バスバーを、
チップ上の隣接する電源コンタクトへ接続する電源リー
ドと、前記接地バスバーを、チップ上の隣接接地コンタクトへ
接続する接地リードと、チップから反対側の、電源および接地バスバーに近接す
る面を有する導体板とを備え、前記面はチップ上の少な
くとも信号コンタクトに対応するコンタクトのアレイを
有し、かつ隣接するバスバー間を通過しかつチップ上の信号コンタ
クトを導体板上の対応する信号コンタクトへ相互接続す
る信号リードをさらに備えた、半導体チップモジュール
。
（２５）電源バスバーフレームと接地バスバーフレーム
とをさらに備え、それぞれの電源および接地バスバーは
フレームへ装着されかつそれらのフレームへ電気的に結
合される、特許請求の範囲第２４項記載のモジュール。
（２６）前記電源バスバーフレームはヒートシンクへ電
気的に結合され、かつさらに前記ヒートシンクへ電圧を
印加するための手段を備えた、特許請求の範囲第２５項
記載のモジュール。
（２７）インターリーブされた電源および接地バスバー
は交互になつている、特許請求の範囲第２４項記載のモ
ジュール。
（２８）ヒートシンクと、電子回路が形成され、ヒートシンクと同一面の一方面を
有し、かつ他方の露出面上に電源、接地および信号コン
タクトを有する、半導体チップと、前記半導体チップの
露出面と並置されかつ露出面から間隔を隔てられた面を
有する導体板とを備え、前記並置された面は、チップの
少なくとも信号コンタクトに対応する複数個のコンタク
トを有し、半導体チップと導体板との間の周辺を密封封止してそれ
らの間に囲まれたチャンバを規定するための手段と、前記チャンバ内に設けられかつ前記チップの露出面をま
たがりかつ隙間の間に生じるギャップを有する電源およ
び接地バス手段と、電源および接地バス手段を、それぞれ、チップ上の電源
および接地コンタクトへ接続する電源および接地リード
と、バス手段のギャップを通過して、チップ上の信号コンタ
クトを、導体板上の対応する信号コンタクトへ相互接続
する信号リードとをさらに備えた、半導体チップモジュ
ール。
（２９）電源および接地バス手段は複数個の電源および
接地バスバーを含み、かつ密封封止手段は電源および接
地バスバーをそれぞれ支持する電源および接地バスバー
フレームを含む、特許請求の範囲第２８項記載のモジュ
ール。
（３０）前記電源バスバーフレームはヒートシンクへ封
止され、かつ前記接地バスバーフレームは前記電源バス
フレームおよび前記導体板へ封止される、特許請求の範
囲第２９項記載のモジュール。
（３１）前記導体板はフレームを備え、前記接地バスバ
ーフレームは導体板フレームへ封止される、特許請求の
範囲第３０項記載のモジュール。
（３２）前記導体板は、各々のコンタクトから、そのコ
ンタクトから反対側のセラミック側のそれぞれのピンへ
至る内部トレースを有するセラミックである、特許請求
の範囲第２８項記載のモジュール。
（３３）前記チップは約３６００ｍｍ＾２の面積を有す
る１個の、単一チップである、特許請求の範囲第１項、
第１８項または第２４項に記載のモジュール。
（３４）前記ヒートシンクは冷却された液体である、特
許請求の範囲第２４項記載のモジュール。
（３５）前記液体は水である、特許請求の範囲第３４項
記載のモジュール。
（３６）前記チップは前記ヒートシンクへはんだ付けさ
れる、特許請求の範囲第１８項または第２４項に記載の
モジュール。