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JP3110922B2 - マルチチップ・モジュール - Google Patents

マルチチップ・モジュール

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Publication number
JP3110922B2
JP3110922B2 JP05200736A JP20073693A JP3110922B2 JP 3110922 B2 JP3110922 B2 JP 3110922B2 JP 05200736 A JP05200736 A JP 05200736A JP 20073693 A JP20073693 A JP 20073693A JP 3110922 B2 JP3110922 B2 JP 3110922B2
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JP
Japan
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chip module
circuit board
module according
thin
film multilayer
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清隆 瀬山
俊一 菊池
誠 住吉
直樹 安田
実 平野
等 野理
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Priority to EP19940400928 priority patent/EP0638931B1/en
Priority to DE1994633736 priority patent/DE69433736T2/de
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Priority to US08/573,577 priority patent/US5586006A/en
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、LSIチップなどの複
数の回路素子をそのまま高密度の配線基板(回路基板と
もいう)に搭載するマルチチップ・モジュール(MC
M:MultiChip Module)に関する。
【0002】近年、複数のLSIチップを高密高密度配
線基板に搭載して、高速化及び低コスト化を図ったマル
チチップ・モジュールが注目されている。周知のよう
に、マルチチップ・モジュールはMCM−L、MCM−
C及びMCM−Dの3つのタイプに大別される。MCM
−Lタイプのマルチチップ・モジュールは、プリント配
線基板上に回路素子を搭載するものであり、低コスト化
を可能とする。MCM−Cタイプのマルチチップ・モジ
ュールは厚膜多層セラミック基板上に回路素子を搭載す
るものであり、低コスト化及び高速化がある程度可能と
なる。MCM−Dタイプのマルチチップ・モジュールは
セラミックなどの厚膜基板上に、絶縁層と配線導体層が
多層化された回路基板を設け、この回路基板上に回路素
子を搭載する。このMCM−Dタイプは他の2つのタイ
プに比べ、最も高速化及び高密度化が図れる。
【0003】
【従来の技術】図13は、従来のMCM−Cタイプのマ
ルチチップ・モジュールの側面図である。図13のマル
チチップ・モジュールは多層構成の厚膜セラミック基板
10を有する。LSIチップ14や、抵抗又はキャパシ
タなどの能動素子16は、厚膜セラミック基板10の第
1の面上に搭載してある。これらの回路部品14、16
は厚膜セラミック基板10内部の配線に接続されてい
る。上記第1の面に対向する第2の面には、多数のI/
Oピン12を取り付ける。マルチチップ・モジュール
は、このI/Oピン12をプリント配線基板18に挿入
することで直接、実装する。
【0004】図14は、従来のMCM−Dタイプのマル
チチップ・モジュールの側面図である。図14中、図1
3に示す構成要素と同一のものには同一の参照番号を付
してある。高速化及び高密度化のために、厚膜セラミッ
ク基板10の第1の面上に薄膜回路基板20を設けてい
る。回路素子14、16は、この薄膜回路基板20上に
搭載する。これらの回路素子は、薄膜回路基板20内の
配線を介して厚膜セラミック基板10やI/Oピン12
に接続されている。厚膜セラミック基板10と薄膜回路
基板20との相対向する面にそれぞれ、接続用のパッド
(図示を省略してある)を設け、基板10と20の配線
を接続する構成である。図14のマルチチップ・モジュ
ールは図13の場合ど同様に、I/Oピン12を用いて
直接プリント配線基板18に実装する。
【0005】図15は、従来のMCM−Dタイプの別の
構成例を示す側面図である。図15中、図14に示す構
成要素と同一のものには同一の参照番号を付してある。
薄膜回路基板20は、配線導体層を持たないベース基板
24上に搭載してある。ベース基板24は例えば、セラ
ミック、シリコンウエハ、アルミニウム等の金属からな
る。このベース基板24は、ベース基板実装用パッケー
ジ22に内蔵してある。パッケージ22は、セラミック
やモールド樹脂からなり、ベース基板24を収容する凹
部を内部に有する。I/Oピン28は、パッケージ22
の周辺部に取り付けてある。薄膜回路基板20とI/O
ピン28とは、ワイヤ26で接続する。なお、パッケー
ジ22には、ワイヤ26をボンディングするためのパッ
ド(図示を省略してある)を設けてある。図15に示す
マルチチップ・モジュールは、I/Oピン28を介して
プリント配線基板18上に実装してある。図15に示す
構成では、回路素子14、16がプリント配線基板18
に面している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のマルチチップ・モジュールは次の問題点を有す
る。
【0007】図13に示すマルチチップ・モジュールで
用いている厚膜セラミック基板10は、薄膜回路基板2
0に比べ、配線導体を形成できる密度が低い。従って、
所望の回路構成に対する配線を形成するには、相当の多
層化が必要となり、コストが高くなる。また、多層化の
度合が大きくなるほど配線長は増大し、信号を遅延させ
てしまうことになる。従って、特に高速化を要求する回
路構成には適していない。
【0008】図14に示すマルチチップ・モジュールは
厚膜セラミック基板10と薄膜回路基板20とを用いて
いるため、コストが高くなる。また、薄膜回路基板20
を形成する際には、厚膜セラミック基板10のセラミッ
ク部分とこれから露出する配線(パッド部分)の表面状
態(反り、粗さ、ポア等)が大きく影響するため、厚膜
セラミック基板10の表面状態により薄膜形成の不良が
発生し、マルチチップ・モジュールの歩留りを悪化させ
る。
【0009】図15に示すマルチチップ・モジュールは
無垢のセラミック基板、シリコンウエハ、又はアルミニ
ウム等の金属のような安価で表面状態が良いベース基板
24を利用するため、この点は有利である。しかしなが
ら、プリント配線基板に実装するためのパッケージ22
が必要であり、コスト高である。また、パッケージ22
の特性が悪いと、マルチチップ・モジュールから出力さ
れる信号が遅延されていたり、ノイズが大きくなったり
して、マルチチップ・モジュールの特性が悪化してしま
う。また、回路構成の変更などで、I/Oピン28の数
を増やしたり、ベース基板24に搭載する回路素子の数
を増やしたりする必要がある場合、パッケージ22を作
り直す必要が発生する。従って、コストの増加や再設計
や再製造に時間がかかる等の問題点がある。
【0010】更に、図13、14及び15に共通した問
題として、マルチチップ・モジュールの形状を変更する
毎に厚膜セラミック基板10やベース基板実装用パッケ
ージ22を新たに制作する必要が発生して、マルチチッ
プ・モジュール設計・製造のTAT(Turn Aro
und Time)やコストが増大してしまう。
【0011】本発明は、以上の問題点を解決し、低コス
ト、高密度、高速でかつ設計及び製造のフレキシビリテ
ィを有するマルチチップ・モジュールを提供することを
目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】図1を参照して本発明の
構成を説明する。
【0013】本発明のマルチチップ・モジュール100
は、ベース基板30と、ベース基板30の第1の面上に
設けられ、絶縁層と配線導体が交互に積層された薄膜多
層回路基板32と、薄膜多層回路基板32の主面上に設
けられた回路素子14、16と、薄膜多層回路基板32
の主面上に支持され、前記配線導体を配線基板18に形
成された外部回路に接続する端子とを有する。
【0014】
【作用】配線導体は薄膜多層回路基板32に設けられて
いるので、ベース基板30は配線導体を必要としない。
従って、図13や図14に示すような高価な多層構成の
厚膜セラミック基板を用いる必要がないので、マルチチ
ップ・モジュールを安価に製造できる。
【0015】また、図15に示すようなベース基板実装
用パッケージを用いる必要がないので、マルチチップ・
モジュールを安価に製造できるとともに、ベース基板実
装用パッケージの特性による影響を受けない。従って、
マルチチップ・モジュールの特性は良好である。
【0016】更に、設計変更などがあった場合でも、薄
膜回路基板32の変更だけで対応できる。加えて、マル
チチップ・モジュールの形状が変わっても、薄膜回路基
板32の形状の変更(例えば、薄膜回路基板32の切
断)で容易に対応でき、マルチチップ・モジュール設計
・製造のTATやコストを大幅に改善できる。
【0017】
【実施例】図1及び図2を参照して、本発明の第1の実
施例を説明する。
【0018】図2は、図1に示すPGA(Pin Gr
id Array)タイプのマルチチップ・モジュール
100の要部を示す拡大断面図である。なお、図2にお
いて、図1と同一の構成要素には同一の参照番号を付し
てある。ベース基板30上には、薄膜多層回路基板32
が形成されている。薄膜多層回路基板32は、図示する
ように多層構成である。より詳細には、薄膜多層回路基
板32は、第1の配線導体32A−1、第2の配線導体
32A−2、第3の配線導体32A−3、第4の配線導
体32−4、及び第5の配線導体32A−5と、第1の
絶縁層32B−1、第2の絶縁層32B−2、第3の絶
縁層32B−3、第4の絶縁層32B−4、及び第5の
絶縁層32B−5とを有する。これらの配線導体及び絶
縁層は、ベース基板30から順に図2に示すように積層
されている。
【0019】配線導体32A−5は、I/Oピン34や
LSIチップ14を取り付けるためのパッドである。I
/Oピン34を取り付けるパッド32A−5は、アレイ
状に並べてある。配線導体32A−1ないし32A−4
は、薄膜多層回路基板32を縦及び横方向に延びてい
る。異なる層にある配線導体は、これらの配線導体間に
介在する絶縁層に形成されたビア・ホールを介して接続
されている。例えば、配線導体32A−1は、絶縁層3
2B−1に形成されたビア・ホール36を介して配線導
体32A−2に接続されている。なお、配線導体32A
−1は、例えば電源層である。
【0020】以上のように構成される薄膜多層回路基板
32は、通常のLSI製造プロセスで形成できる。
【0021】パッド32Aー5の取り付け面は絶縁層3
2B−5から露出している。I/Oピン34は、はんだ
38を用いて、パッド32A−5に取り付けられてい
る。露出しているパッド32A−5の領域は、I/Oピ
ン34の取り付け部34aよりも大きい。図32の構成
では、電源層である配線導体32A−1はビア・ホール
を介して図32の左側のI/Oピン34に接続されてい
る。本発明の第1の実施例では、プリント回路基板18
に挿入されるI/Oピン34を薄膜多層配線基板32に
取り付けた構成を特徴とする。I/Oピン34のはんだ
付けは、既存の方法で行える。
【0022】LSIチップ14は、はんだのバンプ40
を用いてパッド32A−5に取り付けられている。な
お、バンプ40に代えてワイヤ・ボンディングやTAB
(Tape Automated Bonding)リ
ードを用いてもよい。
【0023】ここで、図1及び図2に示すマルチチップ
・モジュールの各部の材料について説明する。ベース基
板30はAlN、Al s2 sO s3 s、ムライト(Mu
lite)などのセラミック、Al、Cu、Cu−W等
の合金による金属、またはSiやガラス等を用いる。更
に、ガラスエポキシやガラスポリイミド等の一般プリン
ト配線基板の絶縁材料等の樹脂を用いてベース基板30
を形成しても良い。
【0024】薄膜多層回路基板32の絶縁層32B−1
ないし32B−5は、ポリイミド、テフロン、エポキシ
等の有機材料を用いて形成される。配線導体32A−1
ないし32A−5には、AlやCuなどを用いる。
【0025】なお、薄膜多層回路基板32は、上述の構
成に限定されず、例えば任意の数の導体配線層を絶縁層
を介して積層したもを用いることができる。
【0026】図3は、マルチチップ・モジュール100
を底面側から見た斜視図である。I/Oピン34は、L
SIチップ14及び抵抗やキャパシタなどの受動素子1
6を取り囲むように、薄膜多層回路基板32の周辺部に
配列されている。なお、便宜上、I/Oピン34は簡略
化してある。薄膜多層回路基板30が設けられたベース
基板30とは反対側の面(裏面)には、冷却用のフィン
型ヒートシンク42が全面に設けられている。ヒートシ
ンク42内に冷却水を通すパイプ(図示を省略する)を
有するものを用いてもよい。
【0027】図4は、マルチチップ・モジュール100
をプリント配線基板18に実装した様子を示す斜視図で
ある。プリント配線基板18の実装面18a上には、マ
ルチチップ・モジュールや半導体素子46が搭載されて
いる。なお、冷却風44が図の矢印で示すように与えら
れている。
【0028】図5は、本発明の第2の実施例によるマル
チチップ・モジュール100Aの側面図である。図5に
おいて、前述した図に示す構成要素と同一のものには、
同一の参照番号を付してある。図5に示すマルチチップ
・モジュール100Aは、FLT(Flat)パッケー
ジタイプである。I/Oピン50はガル・ウィングタイ
プのリードからなり、図2に示すパッド32A−5には
んだ付けされている。図5に示すマルチチップ・モジュ
ール100Aは、前述した第1の実施例と同様の効果を
有する。ただし、取り付けできるI/Oピン50の数
は、PGAタイプのI/Oピン34よりも少ない。第1
の実施例と同様に、冷却構造を用いることができる。
【0029】I/Oピン50は、TABリードであって
もよい。
【0030】図6は、本発明の第3の実施例によるマル
チチップ・モジュール100Bの側面図である。図6に
おいて、前述した図に示す構成要素と同一のものには、
同一の参照番号を付してある。図6に示すマルチチップ
・モジュール100BはBGA(Ball Grid
Array)やLGA(Land Grid Arra
y)などのリードレスタイプである。はんだのバンプ5
2が、図2に示すパッド32A−5に取り付けられてい
る。図を簡単にするために、図6では左右に1つずつの
バンプ52を示しているが、PGAタイプのようにバン
プ52をアレイ状に配列することもできる。図6に示す
マルチチップ・モジュール100Bは、前述した第1の
実施例と同様の効果を有する。LGAタイプでは、バン
プ52に代えてフラットなパッドを用いる。第1の実施
例と同様に、冷却構造を用いることができる。
【0031】図7は、本発明の第4の実施例によるマル
チチップ・モジュール100Cの側面図である。図7に
おいて、前述した図に示す構成要素と同一のものには、
同一の参照番号を付してある。図7に示すマルチチップ
・モジュール100Cは、ワイヤ・ボンディングタイプ
である。ワイヤ54が、図2に示すパッド32A−5に
ボンディングされている。前述した第1から第3の実施
例とは異なり、ベース基板18がプリント配線基板18
上に接した状態で搭載されている。第4の実施例では、
第1から第3の実施例のような冷却構造を用いることは
できない。第4の実施例では、プリント配線基板18を
介して冷却を行う。
【0032】以上、I/O端子の例を挙げたが、本発明
はこれらに限定されるものではない。本発明は、薄膜多
層配線基板32に支持された種々のタイプのI/O端子
を含む。
【0033】図8は、図1に示すマルチチップ・モジュ
ール100に、樹脂からなるカバー56を設けた構成を
示す側面図である。カバー56はLSIチップ14やそ
の他の回路素子16を封止するように設けられている。
樹脂はエポキシ系又はシリコン系のものを用いることが
できる(ポッティング)。LSIチップ14や回路素子
16の一部を封止するように樹脂のカバー56を設けて
もよい。
【0034】カバー56は、第2ないし第4の実施例に
も同様に用いることができる。
【0035】図9は、図1に示すマルチチップ・モジュ
ール100に、蓋58を設けた構成を示す側面図、並び
に図10及び図11は図9に示す構成に、更に図3に示
すヒートシンク42を取り付けた構成を示す斜視図であ
る。蓋58は、シール部材60を介して薄膜多層回路基
板32上に取り付けられている。図9及び図10に示す
構成では、蓋58はすべてのLSIチップ14やその他
の回路素子16を封止する。図10に示すように、蓋5
8には蓋自体を補強するくぼみ58aが設けられてい
る。このくぼみ58aとLSIチップ14の間に熱伝導
材料を介して放熱に利用することもできる。なお、一部
のLSIチップ14や回路素子16を封止するような蓋
を用いてもよい。蓋58は、アルミニウム又はコバール
等の金属又は樹脂で形成できる。
【0036】本発明のマルチチップ・モジュールで用い
ることができる冷却構造は、前述のヒートシンク42に
限定されず、任意の冷却構造をベース基板30に取り付
けることができる。例えば、図12に示すフィン型ヒー
トシンク(空冷、又は水冷冷却用)62、コールドプレ
ート(水冷冷却用)64、ペルチェ素子内蔵プレート6
6を単独で、またはこれらの任意に組み合せて用いても
よい。
【0037】なお、冷却構造を採用することでベース基
板30の強度が問題になる場合には、従来から用いられ
ているサポート部材を用いてプリント配線基板18上に
実装すればよい。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
外部とのI/O接続端子を薄膜多層回路基板上に支持す
る構成としたため、薄膜多層配線基板を支持するベース
基板は配線導体を必要とせず、またベース基板実装用パ
ッケージも必要としないので、良好な特性のマルチチッ
プ・モジュールを安価に製造できる。
【0039】また、設計変更などがあった場合でも、薄
膜回路基板の変更だけで対応でき、更にマルチチップ・
モジュールの形状が変わっても、薄膜回路基板の形状の
変更で容易に対応でき、マルチチップ・モジュール設計
・製造のTATやコストを大幅に改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例によるマルチチップ・モ
ジュールの側面図である。
【図2】図1に示すマルチチップ・モジュールの要部を
拡大した断面図である。
【図3】図1に示すマルチチップ・モジュールを底部か
ら見た斜視図である。
【図4】図1ないし図3に示すマルチチップ・モジュー
ルをプリント配線基板に搭載した様子を示す斜視図であ
る。
【図5】本発明の第2の実施例によるマルチチップ・モ
ジュールの側面図である。
【図6】本発明の第3の実施例によるマルチチップ・モ
ジュールの側面図である。
【図7】本発明の第4の実施例によるマルチチップ・モ
ジュールの側面図である。
【図8】図1に示すマルチチップ・モジュールに樹脂か
らなるカバーを設けた構成の側面図である。
【図9】図1に示すマルチチップ・モジュールに蓋から
なるカバーを設けた構成の側面図である。
【図10】図9に示す構成のマルチチップ・モジュール
に冷却構造を取り付けた構成を底部から見た側面図であ
る。
【図11】図9に示す構成のマルチチップ・モジュール
に冷却構造を取り付けた構成を上部から見た側面図であ
る。
【図12】本発明のマルチチップ・モジュールに適用可
能な冷却構造を示す側面図である。
【図13】従来のマルチチップ・モジュールの一構成例
を示す側面図である。
【図14】従来のマルチチップ・モジュールの別の構成
例を示す側面図である。
【図15】従来のマルチチップ・モジュールの別の構成
例を示す側面図である。
【符号の説明】
14 LSIチップ 16 受動素子 18 プリント配線基板 30 ベース基板 32 薄膜多層回路基板 34 I/Oピン 36 ビア・ホール 38 はんだ 40 バンプ 42 ヒートシンク 44 冷却風 46 受動素子 50 ガル・ウィング型のI/Oピン 52 バンプ 54 ボンディング・ワイヤ 56 樹脂カバー 58 蓋 60 シール部材 62 冷却フィン 64 コールドプレート 66 ペルチェ素子内蔵プレート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安田 直樹 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 平野 実 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 野理 等 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−111697(JP,A) 特開 平3−280457(JP,A) 特開 平2−40937(JP,A) 特開 平3−55873(JP,A) 特開 昭61−276398(JP,A) 特開 平1−199460(JP,A) 特開 平4−207065(JP,A) 特開 平6−97362(JP,A) 特開 平5−75255(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 23/12 H01L 21/60 H01L 25/04 H01L 25/18 H05K 3/46

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ベース基板(30)と、 該ベース基板の第1の面上に設けられ、絶縁層と配線導
    体が交互に積層された薄膜多層回路基板(32)と、 該薄膜多層回路基板の主面上に設けられた回路素子(1
    4、16)と、 前記薄膜多層回路基板の主面上に支持され、前記配線導
    体を配線基板に形成された外部回路に接続する端子(3
    4、50、52、54)とを具備することを特徴とする
    マルチチップ・モジュール。
  2. 【請求項2】 前記端子はリード部材(34、50、5
    4)であることを特徴とする請求項1記載のマルチチッ
    プ・モジュール。
  3. 【請求項3】 前記端子はリードレス部材(52)であ
    ることを特徴とする請求項1記載のマルチチップ・モジ
    ュール。
  4. 【請求項4】 前記端子は、前記配線導体のうちの前記
    回路素子側の配線導体にハンダ付け(38)されること
    で前記薄膜多層回路基板の主面上に支持されることを特
    徴とする請求項1ないし3のいずれか一項記載のマルチ
    チップ・モジュール。
  5. 【請求項5】 前記配線導体のうちの前記回路素子側の
    配線導体は、前記端子を接続するためのパッド領域(3
    2A−5)を有することを特徴とする請求項1ないし4
    のいずれか一項記載のマルチチップ・モジュール。
  6. 【請求項6】 前記リード部材は、前記薄膜多層回路基
    板の主面から垂直に延びるリード・ピン(34)である
    ことを特徴とする請求項3記載のマルチチップ・モジュ
    ール。
  7. 【請求項7】 前記リード部材は、フラット形のリード
    ピン(50)であることを特徴とする請求項3記載のマ
    ルチチップ・モジュール。
  8. 【請求項8】 前記リード部材は、ワイヤ・リード(5
    4)であることを特徴とする請求項3記載のマルチチッ
    プ・モジュール。
  9. 【請求項9】 前記リード部材は、テープ状のリード
    (50)であることを特徴とする請求項3記載のマルチ
    チップ・モジュール。
  10. 【請求項10】 前記端子は前記薄膜多層回路基板の周
    辺部に、前記回路素子を取り囲むように設けられている
    ことを特徴とする請求項1ないし9のいずれか一項記載
    のマルチチップ・モジュール。
  11. 【請求項11】 前記マルチチップ・モジュールは更
    に、前記薄膜多層回路基板の主面上に、回路素子を封止
    するカバー(56、58)を有することを特徴とする請
    求項1ないし10のいずれか一項記載のマルチチップ・
    モジュール。
  12. 【請求項12】 前記マルチチップ・モジュールは更
    に、前記ベース基板の第1の面に対向する第2の面上
    に、前記マルチチップ・モジュールを冷却するための冷
    却構造(42、62、64、66)を有することを特徴
    とする請求項1ないし12のいずれか一項記載のマルチ
    チップ・モジュール。
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