JPH07235633A - マルチチップモジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板１の両面に半導体チップ２ａ，２ｂを搭
載し、かつ放熱の良好なマルチチップモジュールを提供
することにより、基板の面積を縮小しマルチチップモジ
ュールのコストを下げることを目的とする。 【構成】 両面に部品（チップ）を搭載できるようにし
た基板１と、基板の第１の面に搭載された部品と、基板
の第２の面に搭載された部品と、第１の面に搭載された
部品の中で比較的発熱量の大きな部品２ａに対向する位
置にて、基板の第２の面に搭載された放熱ブロック６と
を備え、全体を樹脂モールド５によって封止したマルチ
チップモジュールである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に関し、特
に複数の半導体チップを１つの基板上に高密度に実装す
ることにより、チップ間の配線遅延を軽減し、高速の動
作を可能にするマルチチップモジュールないしマルチチ
ップパッケージ（以下、マルチチップモジュールとい
う）に関する。

【０００２】マルチチップモジュールは、高速の半導体
チップを実装する上で最も優れた方式であるが、一般に
高価な多層配線基板を必要とする。したがって、マルチ
チップモジュールを採用する場合は、基板のコストを出
来る限り下げる必要があり、また複数の半導体チップよ
り生ずる熱を効率良く発散させる必要がある。

【０００３】

【従来の技術】図２に基板の片面に複数のチップが搭載
された従来のマルチチップモジュールの一例を示す。図
２において、１は基板であり、セラミック多層基板、又
は適当な基板の上に薄膜多層配線を形成した基板であ
る。２は半導体（ＩＣ）チップであり、一般的にワイヤ
ボンディングによって基板１の一方の面に接続され且つ
搭載されている。３は外部リードであり、基板１に金−
錫合金等のろう材を用いて接続されている。４は放熱の
ための放熱フィンであり、基板１の半導体チップ２とは
反対側の面に取付けられている。そして、モジュール全
体は封止用樹脂５で封止されている。

【０００４】一般に多層基板は高価である。特に薄膜多
層基板は、極めて高価な基板である。しかしながら、薄
膜多層基板は、実装密度が高いこと、及び絶縁体の誘電
率を低くとれることにより、他の基板と比較してチップ
間の配線遅延を低く抑えることができるので、特性上は
最も優れたものである。半導体チップの個数に対する基
板の使用量を減らす方法として、図３に示すように、基
板の両面に半導体チップを搭載する方法がある。即ち、
図３は基板の両面にチップを搭載した従来のマルチチッ
プモジュールの一例を示すもので、このように基板の両
面に半導体チップ２を搭載する場合は、機械的保護と封
止を兼ねて樹脂モールド５をするのが効果的である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３に
示したように、基板の両面に半導体チップを搭載する場
合は、基板の使用量を減らす効果はあるものの、放熱性
が悪いという問題点がある。即ち図３において、半導体
チップ２の熱は、モールド樹脂５を介して放熱フィン４
に伝達されるので、通常は、図３に示すようなモジュー
ルを適用できるのは、モジュール全体の消費電力が１０
Ｗ以下、望ましくは５Ｗ以下の場合に限定される。とこ
ろが、マルチチップモジュールは本来高速回路に適用さ
れるものであり、消費電力は比較的大きいものが多く、
回路の規模にもよるが、一般的には消費電力が１０〜３
０Ｗ程度のものが普通である。

【０００６】マルチチップモジュールに搭載される全て
の半導体チップ２が大電力を消費するものであれば、図
２に示すように、基板１の半導体チップ２とは反対側の
面を最短距離で放熱フィン４に熱的に接続する必要があ
る。しかし、このように全ての半導体チップ２が大電力
を消費するようなマルチチップモジュールはむしろ例外
であり、通常は、基板上に搭載される半導体チップの中
の一部が大きな電力を消費し、他のチップの消費電力は
それ程大きくない場合が一般的である。このような場合
は、図２のような構造は実装上の点で無駄となる。

【０００７】また、一部の半導体チップのみについて良
好な放熱を行えばよいのであれば、発熱量の大きいチッ
プの反対面を放熱板に直接熱的に結合させる方法が考え
られる。シングルチップパッケージではこの構造は公知
であり、例えば図４のような方法がある。図４におい
て、半導体チップ１はステージ（通常、金属板である）
２に接着され、モールド樹脂５はステージ２の一部を露
出させるように形成される。露出されたステージ部１に
放熱フィン等の放熱手段（図示せず）を接触させること
により、良好な放熱が達成される。しかしながら、この
方法は、複数の半導体チップが１つの基板上に搭載され
るマルチチップモジュールに適用するのは困難である。
というのは、半導体チップの配置は機種によって異なる
ため、この方法ではマルチチップモジュールの機種ごと
にモールド型を必要とするからである。

【０００８】そこで、本発明の目的は、基板の両面に半
導体チップを搭載することにより、基板面を有効に利用
し、かつ放熱の良好なマルチチップモジュールを提供す
ることにより、基板の面積を縮小し且つマルチチップモ
ジュールのコストを下げることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、請求項１によれば、図１に示すように、両面
に部品（２ａ，２ｂ）を搭載できるようにした基板１
と、該基板の第１の面に搭載された部品と、基板の第２
の面に搭載された部品と、第１の面に搭載された部品の
中で比較的発熱量の大きな部品２ａと対向する位置にて
基板の第２の面に接着された放熱ブロック６とを備え、
全体を樹脂モールド５によって封止したことを特徴とす
るマルチチップモジュールが提供される。

【００１０】請求項２によれば、放熱ブロック６を樹脂
モールド５の外周面と同じ面に露出させ、該放熱ブロッ
ク６を露出させた面に放熱フィン４を取付けたことを特
徴とする請求項１に記載のマルチチップモジュールが提
供される。請求項３によれば、図５に示すように、基板
１は、その内部に金属配線を含むセラミック部１１と、
該セラミック部の上面に形成した薄膜配線部１２とで構
成され、放熱ブロック６は、薄膜配線部１２を形成して
いないセラミック部１１に直接接着したことを特徴とす
る請求項１に記載のマルチチップモジュールが提供され
る。

【００１１】

【作用】請求項１によれば、比較的発熱量の大きな部品
２ａと対向する基板の面には他の部品はなくて、その代
わりに放熱ブロック６を設けたので、これらの部品２ａ
は放熱ブロック６を介して効率良く放熱される。請求項
２によれば、発熱量の大きな部品２ａは放熱ブロック６
を介して放熱フィン４により更に効率良く放熱される。

【００１２】請求項３によれば、発熱量の大きな部品２
ａはセラミック部１１に直接取付けられた放熱ブロック
６を介して良く放熱される。

【００１３】

【実施例】以下、図１及び図５を参照して本発明の実施
例を詳細に説明する。図１は本発明のマルチチップモジ
ュールの原理を示すものである。図１において上下両面
に部品を搭載できるようにした基板１の下面には、比較
的発熱量の大きな部品（ＩＣ等の半導体チップ）２ａ及
び比較的発熱量の少ない部品（ＩＣ等の半導体チップ）
２ｂを搭載する。一方、基板の上面には、部品２ａと対
向する位置を除いて比較的発熱量の少ない部品（ＩＣ等
の半導体チップ）２ｂを搭載する。そして、基板１の上
面の、発熱量の大きな部品２ａと対向する位置にて、個
々の部品２ａに対応して放熱ブロック６接着し、全体を
樹脂モールド５によって封止する。樹脂モールド５によ
って封止した後、樹脂モールド５の表面を研摩して、放
熱ブロック６の面を露出させる。この研摩した面に放熱
フィン４を接着させる。これにより、比較的発熱量の大
きな部品（ＩＣ等の半導体チップ）２ａは放熱ブロック
６及び放熱フィン４により効率良く放熱される。

【００１４】図５において、１１はセラミック多層基板
である。基板の基材、即ち絶縁材料はアルミナであり、
ビア１４と内部の配線１６はタングステンからなる。絶
縁材料としてはアルミナ以外にも窒化アルミニウム等が
使用可能である。ムライトセラミック又はガラスセラミ
ックは、熱伝導が悪いため、本発明における基板材料と
しては適しない。ビア１４又は内部の配線１６はタング
ステン以外にモリブデン等も可能である。基板１１は両
面を研摩して平坦にした。

【００１５】次に基板の下面には薄膜多層部１２を形成
する。薄膜多層部１２は導体としてＣｒ−Ｃｕ−Ｃｒの
３層導体、絶縁体として感光性ポリイミドを用いて作成
した。半導体チップを搭載する層１５は、Ｎｉ−Ａｕめ
っきを行って、ワイヤを用いた接続を容易にした。基板
１１の上面は薄膜１層としたが、上面も下面と同様薄膜
多層とすることも可能である。しかし、一般に薄膜の配
線密度は十分高くとれるので、薄膜の配線は下層のみ
で、十分収容可能である。

【００１６】薄膜多層部１２は実施例以外にも、各種の
材料を用いることができる。放熱ブロック６を接着する
部分は、薄膜を形成せず、セラミック部１１に直接放熱
ブロック６を接着できるようにした。放熱ブロック６を
接着する際に気泡が入った場合、水分によって薄膜配線
が腐食をおこす恐れがあるからである。薄膜配線の表面
を保護樹脂で覆えば腐食の危険はないが、熱伝導が悪く
なる。

【００１７】半導体チップ２ｂ、２ａ、放熱ブロック６
を樹脂接着剤７を用いて固定した後に、通常のワイヤボ
ンディング法（８）により、半導体チップ２ａ，２ｂと
基板とを接続した。更にこの基板をリードフレーム（図
示せず）上に固定し、リードと基板をワイヤボンディン
グにより接続した。全体を樹脂（図示せず）でモールド
後、リードの切断と成形を行った。

【００１８】放熱ブロック６が小さい場合、放熱ブロッ
ク６の上面にモールド樹脂（図示せず）が回り込む場合
がある。これを避けるために、樹脂モールド後マルチチ
ップモジュールの上面を研摩し放熱ブロックを露出させ
た。実施例では、薄膜多層基板を例にとったが、セラミ
ック多層を用いることも可能である。この場合は薄膜多
層部の部分の形成を除き、作成法は上記の説明と、ほぼ
同一である。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
大電力を消費するマルチチップモジュールにおいても、
基板の両面に部品を搭載することができるので、基板の
面積を小さくし、マルチチップモジュールのコストを下
げる効果がある。同じ高さの放熱ブロックを使用できる
ので、放熱ブロックの位置が代わっても、その都度モー
ルド型を変更する必要がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマルチチップモジュールの原理を示す
概略断面図である。

【図２】従来のマルチチップモジュールであって、基板
の一方の面にチップを搭載した例を示す概略断面図であ
る。

【図３】従来のマルチチップモジュールであって、基板
の両面にチップを搭載した例を示す概略断面図である。

【図４】従来のシングルチップモジュールを示す概略断
面図である。

【図５】本発明のマルチチップモジュールの実施例を示
す部分断面図である。

【符号の説明】

１…基板 ２ａ…発熱量の大きいチップ ２ｂ…発熱量の小さいチップ ３…リード ４…放熱フィン ５…モールド樹脂 ６…放熱ブロック ７…樹脂接着剤 ８…ボンディングワイヤ １１…セラミック多層基板 １２…薄膜多層部 １３…チップ接続用の層 １４…導体ビア １５…チップ搭載用の層 １６…内部配線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両面に部品（２ａ，２ｂ）を搭載できる
   ようにした基板（１）と、該基板の第１の面に搭載され
   た部品と、基板の第２の面に搭載された部品と、第１の
   面に搭載された部品のうち比較的発熱量の大きい部品
   （２ａ）と対向する位置にて基板の第２の面に接着され
   た放熱ブロック（６）とを備え、全体を樹脂モールド
   （５）によって封止したことを特徴とするマルチチップ
   モジュール。
2. 【請求項２】 放熱ブロック（６）を樹脂モールド
   （５）外周面と同じ面に露出させ、該放熱ブロック
   （６）を露出させた面に放熱フィン（４）を取付けたこ
   とを特徴とする請求項１に記載のマルチチップモジュー
   ル。
3. 【請求項３】 基板（１）は、その内部に金属配線を含
   むセラミック部（１１）と、該セラミック部の上面に形
   成した薄膜配線部（１２）とで構成され、放熱ブロック
   （６）は、薄膜配線部（１２）を形成していないセラミ
   ック部（１１）に直接接着したことを特徴とする請求項
   １に記載のマルチチップモジュール。