JPS6342157A - マルチチツプモジユ−ル - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）化合物半導体製半
導体素子（チップ）を複数パッケージ内に収納して成る
ＧａＡｓ系マルチチップモジュールに関する。

〔従来の技術〕

上記のようなマルチチップモジュールの構造の一例とし
て、Ｓｉ（シリコン）系チップを、その突起電極（バン
プ）により、Ｓｉ系ウェハより成り、かつ、配線を施し
てなるＳｉ系マザーチップ配線基板の一方の面に接合し
、該マザーチップの他方の面を、ＳｉＣよりなるベース
の一方の面に接合し、該ベースの他方の面に放熱フィン
を取付けし。

前記Ｓｉ系ウェハよりなるマザーチップと外部接続端子
とを接続し、前記ベースのＳｉ系マザーチツブを接合し
ている面に枠体を取付けし、該枠体にキャップを取付け
して成る主要構造を有するものがある。この構造のマル
チチップモジュールは、一般に、Ｓｉ系チップをＳｉ系
ウェハに接合する方式であるところから５ｉｏｎＳｉ方
式によるマルチチップモジュールといわれている。

ところで、ＧａＡｓ金属間化合物半導体はその電子移動
度がＳｉなどに比べて著しく大きいなどの特性をもち、
次世代の素子材料として注目されている。

しかし、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ半導体の熱膨脹係数はＳｉのそ
れの約２倍である。

なお、５ｉｏｎＳｉ方式↓；よるマルチチップモジュー
ルについて述べた文献の例として、日経マグロウヒル社
発行「日経エレクトロニクス」１９８４年１１月号があ
げられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のように、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ半導体の熱膨脹係数が、
Ｓｉ半導体の熱膨脹係数の約２倍であることがら、Ｓｉ
系チップに代えてＧ　ａ　Ａ　ｓ化合物半導体製半導体
チップを使用して上記のごとき構造のマルチチップモジ
ュールを構成しようとする場合、Ｓｉとは異なる材料に
よる熱膨脹係数の整合をとる必要がある。しかし、当該
整合をとること自体困難を伴うし、この場合、他の条件
を悪化したりすることを回避しなければならない１例え
ば、Ａｌ□○、（アルミナ）はＧ　ａ　Ａ　ｓの熱膨脹
係数に近いので、Ａ１□Ｏ１により配線基板を構成した
としても、その配線をウェハに施す場合に比して配線の
微細化という面で不利である。一方、前記５ｉｏｎＳｉ
方式によるマルチチップモジュールにあっては改善すべ
き点も多い。すなわち、Ｓｉ系マザーチップをＳｉｃベ
ースに接合し、さらに、このベースに放熱フィンを取付
けする構造であるので組み立て工数が多い。また、Ｓｉ
系チップからの発熱は、バンプ、マザーチップを経、さ
らに、ベースを経て、放熱フィンから放熱される。また
、その際、ベースに放熱フィンを取付けるに、接着剤を
介さねばならず、放熱に際しては、この接着剤を通さね
ばならない。なお、熱膨脹係数を整合させるために、当
該接着剤として、シリコン系ゴム接着剤などのＳｉ系接
着剤を使用する必要があった。

このように、パッケージの組立工程の面や放熱性という
面などで改良の余地がある。

本発明は、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ化合物半導体素子を用いた上
記のごとき構造のマルチチップモジュールにおいて、そ
の熱膨脹係数の整合をはたし、バンプ接合部に破断など
を生じない技術を提供すると共に、５ｉｏｎＳｉ方式の
マルチチップモジュールの改良技術を提供することを目
的とする。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本発明者の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記の通りである。

すなわち、本発明では、放熱フィンとベースとを一体の
ものとして、ベースを省略し、このベースを兼ねた金属
製放熱フィンの裏面に、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ化合物半導体製
配線基板（マザーチップ）を接合し。

該配線基板の裏面に、突起電極により、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ
化合物半導体製半導体素子を接合して成る主要構造を有
するマルチチップモジュールとした。一方、上記マザー
チップを、更に、省略するようにした。

すなわち、ベースを兼ねた放熱フィンの裏面に、当該マ
ザーチップの配線に相応する導体配線を形成して、当該
放熱フィンの裏面に直接Ｇ　ａ　Ａ　ｓ化合物半導体製
半導体素子（素子チップ）を接合するようにした。この
場合、当該導体配線を使用して、これと外部接続端子と
を接続するようにして、コネクタワイヤによるワイヤボ
ンディングをも省略するようにした。さらに、封止材料
であるシリコンゲルのポツティング用枠体として、使用
される枠体をＧａＡｓと熱膨脹係数の近似したムライト
またはアルミナ材により構成し、しかも、当該枠体を一
体成形物とした。

〔作用〕

上記により、放熱フィンとベースとを一体のものとした
ので、ベースが省略され、さらに、このものに導体配線
を形成し、直接Ｇ　ａ　Ａ　ｓ化合物半導体製半導体素
子（素子チップ）を接合するようにしたので、配線基板
を省略し、ワイヤボンディングを省略し、さらに、枠体
も一体成形されているので、従来に比して組立工数を大
幅に減少できた。

また、金属製フィン・ベース一体成形物にＧａＡＳ系の
マザーチップが接合され、さらに、このマザーチップに
ＧａＡｓ系素子チップが接合されているので熱膨脹係数
の整合の点で問題がなく、さらに、枠体はＧａＡｓや金
属の熱膨脹系数に近似したムライトまたはアルミナ材よ
り成るので、これら相互の熱膨脹係数も整合されている
。　　　　′また、ベースの省略によりＧａＡｓ系素子
チップからの熱はフィンから放熱され易く、さらに、配
線基板を省略し、直接、素子チップを前記フィンに接合
することにより、より一層放熱特性を良好にすることが
できる。

また、枠体をムライトまたはアルミナ材とすることによ
り、ハーメチックシール性も向上し、信頼性を高めるこ
とができる。

〔実施例〕

次に、本発明を１図面に示す実施例に基づいて説明する
。

実施例１゜ 第１図は本発明の実施例を示すマルチチップモジュール
の断面図で、第２図は同マルチチップモジュールの一部
を断面で示す要部立体構成図である。これら図に示すよ
うに、放熱フィン１にＧａＡｓマザーチップ２を直接接
合する。放熱フィン１はベースを一体成形した形のもの
で、フィン部３の裏面（底面）の平らな面にＧ　ａ　Ａ
　ｓマザーチップ２を接合する。

上記ベースを兼ねた放熱フィン１は例えば金属材料によ
り構成され、Ｇ　ａ　Ａ　ｓマザーチップ２にその熱膨
脹係数の近似した材料により構成されるる。特に、モリ
ブデン（Ｍｏ）により当該フィン・ベース一体成形品１
を構成するとよい。当該ベースを兼ねた放熱フィン１へ
のＧ　ａ　Ａ　ｓマザーチップ２の接合には、適宜接合
材料４を用いてもよい。

当該Ｇ　ａ　Ａ　ｓマザーチップ２は、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ
化合物半導体結晶よりなるウェハに適宜回路配線（図示
せず）を施したもので、当該回路配線はコネクタワイヤ
Ｓにより、枠体６に形成された外部接続端子７と結線さ
れ、マルチチップモジュール外部に引出される。

このＧ　ａ　Ａ　ｓマザーチップ２の表面に、バンプ８
により、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ素子チップ９が接合される。

この接合には１例えば、ＣＣＢ　（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅ
ｄＣｏｌｌａｐｓｅ　Ｂｏｎｄｉｎｇ）方式が用いられ
、当該素子９のポンディングパッドに半田バンプ８を取
付け、セルファラインで上記マザーチップ（配線基板）
２に接合する。

選外Ｇ　ａ　Ａ　ｓ素子チップ９は、ＧａＡｓ化合物半
導体結晶基板から成り、周知の技術により、このチップ
内には多数の回路素子が形成され、１つの回路機能が与
えられている。回路素子の具体例は、例えば、ＭＯＳト
ランジスタから成り、これらの回路素子によって、例え
ば論理回路およびメモリの回路機能が形成されている。

ＧａＡｓチップ９は１例えば、これら図で例示するよう
に、６個マルチで、マザーチップ２に接合される。枠体
６は、ムライト材またはアルミナ材より構成されている
。ムライト（材）は、単鎖構造をもつアルミノケイ酸塩
鉱物で、一般に、その組成は、３Ａｌ。

０３・２ＳｉＯ，〜２Ａｌ□０３・Ｓｉｎ、で示され。

Ｆｅ”やＴｉが存在することもある。

枠体６は、一体成形され１例えば、有機剤に懸濁したム
ライトまたはアルミナ微粉末をプレーディング、乾燥し
て得たグリーンシートを用い、厚膜技術による多層配線
形成後、１５００℃前後の高温で焼成する。この枠体６
をポツティング枠として、当該枠内にシリコンゲル１０
をボッティングし、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ素子チップ９などを
封止する６本発明に使用されるシリコン（系）ゲル１０
としては、従来エレクトロニクスあるいはオプティカル
ファイバー用シリコンコーディング剤として市販されて
いたものを使用でき１例えばシリコンゲルはＩＣメモリ
のソフトエラ一対策用として用いられていた。

本発明はこれを封止材料として使用せんとするものであ
る。

ゲルは、その加熱硬化前はリキッド状態であり、１液タ
イプ、２液タイプがあり、例えば主剤と硬化剤とからな
る２液タイプの場合、これらを混合すると反応硬化（架
橋反応）し、硬化物を得る。

硬化システムとしては次の反応式で示す様に、縮合型、
付加型、紫外線硬化型がある。

縮合型 ｌ　　　　　　　　　ｌ　　　　（Ｃａ、ｔ）−Ｓ　Ｌ
　−ＯＨ＋　Ｒ○−８ｉ− 一８Ｌ−０−８ｉ−＋ＲＯＨ Ｉ この場合、Ｃａ、ｔ　：　５ｎ−Ｔｉ系触媒Ｒ：例えば
アルキル基（以下同じ） 付加型 １　　　　　　　　　　１　　（ｐｔ）−Ｓ　ｉ　−Ｃ
Ｈ＝　ＣＨ２＋　Ｈ−Ｓ　ｉ−→一５ｉ−ＣＨ２ＣＨ，
−５ｉ− 紫外線硬化型 儀 一３ｉ−ＣＨ＝ＣＨ２＋ＣＨ，−８ｉ−＋＝ＯＲ→−８
ｉ−ＣＨＣＨ２−５ｉ−＋ＨＯＲ＋副生物ＨＯＲ 硬化物を得るに、加熱（ベーク）するとゴム化が進む。

本発明に使用されるシリコン系ゲル１０はシリコンゴム
やシリコンオイルと異なり架橋密度の低いものである。

例えば架橋密度の大小からみるとゴムが架橋密度が一番
大で、その下がゲル、さらに、その下がオイルというこ
とになる。

架橋密度は一般に針入度計を用いて測定され、針入度計
についてはＪＩＳＫ２８０８に規定され、それに使用さ
れる針についてはＡＳＴＭＤ１３２１に規格がある。

針入度からみて、一般に、ゲルは４０〜２００ｍの範囲
、オイルは４０ｍ以下であり、ゲルの硬化反応の促進に
よりゴム化が起こり、ゴムと称されているものは一般に
針入度２００ｍ以上である。

本発明に使用されるシリコン系ゲル１０には前記の如く
、市販のものが使用され、例えば信越化学工業社製ＫＪ
Ｒ９０１０，Ｘ−３５−１００、東しシリコン社製ＪＣ
Ｒ６１１０などが使用できる。

上記Ｘ−３５−１００［Ａ（主剤）、Ｂ（硬化剤）２液
タイプ、針入度１００コの硬化反応機構は白金付加型で
、２液低温高温用ゲルで一７５〜２５０℃の温度範囲で
使用できる。

上記シリコンゲル１０は、水分子を透過させるが、水膜
を形成せず、耐湿性に極めて優れている。

ムライトまたはアルミナ製枠体６の使用とともにマルチ
チップモジュールの封止性を向上させる。

枠体６には、当該ゲル１ｏによる封止後に、キャップ１
１を取付けする。

実施例２゜ この実施例は、フィン・ベース一体成形物１の裏面に薄
膜多層配線１２を形成し、マザーチップ２を省略して、
直接、Ｇ　ａ　Ａ　ｓチップ９を接合している。また、
当該多層配線１２の一部を外部接続端子７と接続してい
る。また、前記実施例１は、リードレスチップキャリア
（Ｌ　ＣＣ）タイプに構成した例を示したが、この実施
例２ではＤＩＬ（デュアル・イン・ライン）タイプに構
成した例を示しである。

本発明によれば、放熱フィンとベースとを一体のものと
したので、ベースが省略され、さらに、このベースを兼
ねた放熱フィン１に導体配線１２を形成し、直接、Ｇａ
Ａｓ素子チップ９を接合するようにしたので、配線基板
２をも省略でき、かつ、導体配線１２がコネクタワイヤ
５の役目をするので、ワイヤボンディングを省略でき、
さらに、枠体６は従来のごとく分離されたものでなく一
体成形品であるので、従来に比して組立工数−を大幅に
減少できた。

また、本発明によれば金属製フィンベース一体成形物１
にＧ　ａ　Ａ　ｓマザーチップ２を接合し、さらに、該
Ｇ　ａ　Ａ　ｓマザーチップ２にＧ　ａ　Ａ　ｓ素子チ
ップ９を接合している構造であるので熱膨脹係数の整合
がとれている。しかも、枠体６をムライトまたはアルミ
ナ材により構成したので、これとの間での熱膨脹係数の
整合もとれている６さらに。

本発明によれば、ベースの省略によりＧ　ａ　Ａ　ｓ素
子チップ９からの熱はフィン１から放熱され易く。

さらに、マザーチップ２を省略し、直接、素子チップ９
をフィン１に接合することにより、より一層放熱特性を
良好にすることができた。さらに、本発明によれば、枠
体６を、ムライト材またはアルミナ材により構成して、
多層配線を可能としたので、高密度化することができた
。さらに、本発明によれば、肖該枠体６の使用やシリコ
ンゲルｌＯによる封止によりその封止性が良好となった
。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例にもとづ
き具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更
可能であることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

本願において、開示される発明のうち代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りであ
る。

本発明によれば、ＧａＡｓマルチチップモジュールにお
いて、■熱膨脹係数の整合の問題を解消できる、■低熱
抵抗化をクリアーできる、■組立工数が低減される、■
封止性がよく高信頼性のものが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す要部断面図、第２図は本
発明の実施例を示す要部立体構成図、第３図は本発明の
他の実施例を示す断面図である。 １・・・ベースを兼ねた放熱フィン、２・・・Ｇ　ａ　
Ａ　ｓ配線基板（マザーチップ）、３・・・フィン部、
４・・・接合材料、Ｓ・・・コネクタワイヤ、６・・・
枠体、７・・・外部接続端子、８・・・バンプ（突起電
極）、９・・・ＧａＡｓ半導体素子（素子チップ）、１
０・・・シリコンゲル。 １１・・・キャップ、１２・・・導体配線、第　　２　
　図 第　　　３　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、パッケージベースを兼ねた金属製放熱フィン（以下
   、単に、フィンという）の裏面に、ＧａＡｓ化合物半導
   体製配線基板を接合し、該配線基板の表面に、複数のＧ
   ａＡｓ化合物半導体製半導体素子（以下、単に、半導体
   素子という）をそれぞれの突起電極により接合し、前記
   配線基板と外部接続端子とをボンディングワイヤにより
   接続して成るか、または、前記フィンの裏面に、前記配
   線基板の配線に相応する導体配線を形成して、前記半導
   体素子をその突起電極により当該導体配線と接合し、当
   該導体配線の一部と前記外部接続端子とを接続して成る
   構造を備えたマルチチップモジュール。 ２、マルチチップモジュールが、ムライトまたはアルミ
   ナ製ポッティング枠をフィン裏面に接合し、当該ポッテ
   ィング枠により囲包されたキャビティ部内にシリコーン
   ゲルを注入し、当該ポッティング枠内の半導体素子を封
   止し、当該ポッテイング枠上部にキャップを取付けして
   成る、特許請求の範囲第１項記載のマルチチップモジュ
   ール。