JPH0652770B2 - 気密モジュラーパッケージ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各配線板がそれに直接
取付けられ配線された複数の集積回路チップを支持して
いる各側上に１つ以上の高密度相互接続板を含んだ２側
ヒートシンクパネルを含む気密状態で複数の電子チップ
を収容、保護および相互接続するパッケージに関する。

【０００２】

【従来の技術】通常のデジタル電子装置パッケージにお
いて、各集積回路チップはそれ自身の気密パッケージに
収容されており、はんだ付けによって印刷配線板上に取
付けられている。ある種類のモジュールはアルミニウム
ヒートシンクの両側に結合された印刷配線板にはんだ付
けされたほぼ100 のこれらの単一チップパッケージを使
用する。個々にパッケージされた集積回路の代わりに、
現在のパッケージ方法はハイブリッドを形成するように
単一の気密パッケージ内の相互接続基体上にほぼ40個の
集積回路を収容する。これらの大きいハイブリッドの４
個が、通常の単一チップ気密パッケージと同じように印
刷配線板モジュールにはんだ付けされる。ハイブリッド
内の相互接続基体は通常の印刷配線板0.025 インチの中
心間隔の代りに0.004 インチの中心間隔でチップとチッ
プとで接続させる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】印刷配線板は使用され
ることができるが、通常の印刷配線板は一般的に0.004
インチの中心間隔でＩ／Ｏパッドを有するシリコン基体
を接続するために必要な密度を持たない。好ましい方法
は一般に“高密度マルチチップ相互接続”と呼ばれてい
る。別の方法は使用されることが可能であり、事実、気
密モジュールの利点は異なる相互接続方法が費用対要求
される密度を最大にするために同じモジュール内で使用
されることができることである。

【０００４】大型の気密パッケージはマイクロ波用にお
いて使用されている。パッケージは通常ガラスフィード
スルーの温度係数に適合させるようにコバールから形成
される。コバールは非常に重く、高価であり、機械加工
することが困難であり、熱伝導が悪い。アルミニウムは
良好な材料であるが、その大きい温度膨脹係数はセラミ
ックまたはガラス絶縁体がＩ／Ｏ接続を行うために使用
された場合に問題を生じる。このようなことはマイクロ
波用にとって有効であるが、しかしデジタル電子部品信
号システムは非常に多数の入力／出力接続を必要とす
る。Ｅサイズの標準方式電子モジュールにおいて、入力
／出力接続端子の数は個々のガラスビードの使用を不可
能にする。接続に必要な入力／出力接続端子の数はこの
パッケージ寸法に適合させることができない。

【０００５】したがって、本発明の目的および利点はＥ
サイズの標準電子モジュール内における高い電子部品密
度を可能にする気密モジュールパッケージを提供するこ
とである。

【０００６】本発明の別の目的および利点は、チップパ
ッケージを不要にし、したがって軽量金属の使用によっ
てパッケージ内の集積回路チップ数を増加させることを
可能にする軽量の気密モジュールパッケージを提供する
ことである。

【０００７】本発明のさらに別の目的および利点は、高
い熱伝導性の金属を使用し、個々の集積回路チップの気
密パッケージを不要にすることによって低い素子接合温
度および関連した高い信頼性を提供することである。

【０００８】本発明の別の目的および利点は、堅牢さの
増加および高い放射線に対する抵抗力、生物学的、化学
的および電磁的な障害防止のためにフレームおよびリッ
ド中における厚い金属の使用を可能にする気密モジュー
ルパッケージを提供することである。

【０００９】本発明の別の目的および利点は、はんだお
よびその他の浸蝕（クリープ）の影響を受けやすい材料
を使用せずに高密度、高い信頼性、アルミニウムパッケ
ージ壁を通過する製造容易な気密フィードスルーを提供
するパッケージを使用することである。

【００１０】本発明の別の目的および利点は、制御され
たインピーダンスおよび遮蔽された導体の使用を可能に
する気密フィードスルーを提供することである。

【００１１】本発明の別の目的および利点は、制御され
たインピーダンスであり、0.004 インチの中心間隔の接
続を提供することができるモジュールの一側から他側ま
でのはんだなしのクロスオーバーを使用することであ
る。

【００１２】本発明のさらに別の目的および利点は、温
度膨脹係数の不一致による応力が温度差に対する一貫性
を保持するように大きく信頼性の高いアルミニウムコバ
ール拡散溶接で集中されるような構造のモジュラーパッ
ケージのフィードスルーを提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明を要約すると、本
発明はトランスバースヒートシンクを有するアルミニウ
ムフレームを含む気密モジュールパッケージに関する。
本発明の気密モジユールは、部品ポケットを形成し、気
密閉鎖リッドを支持するように両側にヒートシンクの上
方に立上がった壁が設けられる。フレームの一端はヒー
トシンク上の印刷配線板への外部接続および内部接続を
可能にするセラミックフィードスルーを有する。

【００１４】本発明の別の目的および利点はこの明細書
の以下の部分、特許請求の範囲および添付図面を検討す
ることにより明らかになるであろう。

【００１５】

【実施例】本発明の１実施例の気密モジュールは図１に
おいて10で展開された斜視図として示されている。パッ
ケージ構造10の重要な部分はフレーム12である。フレー
ム12は図１において右下にコネクタ端部の方向から見た
場合に左および右壁14および16を含む。それはまた後壁
18を有する。ヒートシンク20は壁の間で左および右壁1
4、16に結合されている。図２および図３に示されるよ
うに、ヒートシンク20は上面22および下面24を有する平
坦なパネル20である。ヒートシンク20を形成する中心パ
ネルは、それが後壁18に達する前にスロット26により遮
断される。したがって、示されたフレームの構造はヒー
トシンクが左および右壁と緊密に熱接続されるように単
一のアルミニウムシートから機械加工されることがで
き、ヒートシンクはその上に電気構造を支持するように
フレーム内に支持される。壁はパッケージ10の支持およ
びそれに対する熱接続のためにリブ28および30を外部に
支持する。壁は上部および下部カバー36および38が挿入
され、そこでシールされるように図３に見られるような
壁18中の凹部32および34のような凹部を有していること
が好ましい。フレームおよびカバーはフレーム上へのカ
バーの気密シールが便利良く形成されることができるよ
うにアルミニウムであることが好ましい。ヒートシンク
およびカバーとのこのフレーム構造は上部および下部部
品ポケット40および42を限定する。これらのポケットは
スロット26によって連結される。

【００１６】高密度相互接続基体44および46はそれぞれ
ヒートシンク20の上面および下面に取付けられる。これ
らの高密度相互接続基体は上面上に回路パッドを支持す
る。それらは気密状態で使用されるため、金結合が使用
されることができる。図２に見られるような集積回路チ
ップ48および50は高密度相互接続基体44および46にそれ
ぞれ結合され、金ワイヤボンド52および54によって高密
度相互接続基体上のパッドに接続されることができる。
接続部は気密状態であるため、結合ははんだつけの代り
にワイヤボンドで結合される。これは結合導線間の距離
がはんだ接続に必要とされる５倍の長さの代りに0.004
インチの短さであることを可能にする。左端において、
集積回路チップ56および58が高密度相互接続基体44およ
び46上に取付けられ、ワイヤボンド60および62によって
これらの基体上のパッドに接続される。相互接続基体は
単一、或は２以上の部品であってもよく、従来技術にお
いて指摘されたように基体技術を互に組合せることがで
きる。図１に示されるように、別の製造処理に対して２
つの基体がヒートシンクの上部で左右の位置で使用され
ることができると便利である。同様に、ヒートシンクの
下面において２つのこのような配線板がまた並列に取付
けられることができる。２つの高密度相互接続基体の間
の接続は隣接端部における金のワイヤボンドによって行
われることができる。

【００１７】ヒートシンクの上方および下方の高密度相
互接続基体上のトレース間の接続を可能にするために、
コネクタ64がスロット26中に設けられる。コネクタ64は
上部から下部に延在する印刷並列トレース等がその上に
形成されている誘電性のＵ状体66を有する。トレース68
が示されている。誘電性のＵ状体は弾性のものであるこ
とが好ましいが、しかし３つの基体の周囲に延在する導
体を持つＵ形状のセラミックチャンネルのような剛体で
あってもよい。コネクタ上のトレースは、コネクタ64を
通って上部と下部高密度相互接続基体との間に電気接続
を設けるワイヤボンド70および72によって回路板に接続
される。スロット26は長く、ワイヤボンド70および72は
0.004 インチの間隔で近接し、多数の相互接続が可能で
ある。

【００１８】したがって、高密度の集積回路チップシス
テムはＥサイズ電子モジュールに内蔵され、十分な熱除
去を行うことにより完成する。適切な気密フィードスル
ー装置は有効なパッケージを形成するために必要であ
る。このような装置は図１において全体的に74で示さ
れ、図２ではさらに詳細に示されている。前方バルクヘ
ッド76は他の部分では閉鎖されているパッケージの開放
側を閉じる。バルクヘッド76は図２に示されるように左
側にコバール層を、右側にアルミニウムを有するバイメ
タル構造である。コバール層はアルミニウム層より薄
い。凹部78および80はカバー36および38をそれぞれ受け
るようにバルクヘッドの周囲に形成される。同様に凹部
は壁14および16の端部を受けるように形成される。これ
らの凹部は、壁およびカバーの結合がアルミニウム対ア
ルミニウム接合として行われることができるようにコバ
ール表面層を通して十分に深く切込まれている。

【００１９】導体が前方バルクヘッドを通過することを
可能にするために、それは開口82を有する。コネクタブ
ロック84は開口内に存在する。コネクタブロック84は導
体パッドが層の間を左から右に走る多層セラミック構造
である。コネクタブロックの外面は左から右方向にブロ
ックの中心を通る導体を持たず、導体は左から右に層の
間に延在する。コバールリング86はコネクタブロックの
周囲に延在し、それにブレイズ接合される。この右の位
置の外面上に導体はないため、それは短絡を発生させな
い。コバールリングの左およびその右において、コネク
タブロックの上面および下面は、内部導体に接続されて
接続を行われる外部コネクタパッドを支持する。

【００２０】左端において、パッドは互いに近接してお
り、ワイヤボンド52および54に類似しているワイヤボン
ド88および90のようなワイヤボンドによって接続される
ことができる。金配線ボール結合は１つの有効な結合方
法である。右端において、それは気密空間に対して外側
であるため、はんだパッドがコネクタブロックの上面お
よび下面上に配置される。開口82を閉じるためにコバー
ルフレキシブルシール92が設けられる。コバールフレキ
シブルシール92はコネクタブロック84が通過するスロッ
トを備えた薄く平坦な板である。コバールリング86はこ
の板の一部として機械加工されるか、或はそれにブレイ
ズ接合される。フレキシブルシール92のスロットの周囲
はコバールリング86によってコネクタブロック84にブレ
イズ接合された銅・銀である。フレキシブルシール92の
外縁はバルクヘッド76上のコバール層に溶接された平行
な間隙シーム203 である。このようにして、コバール対
コバールシールがフレキシブルシールの両端に形成され
る。バルクヘッド76中のコバール対アルミニウムインタ
ーフェイスは拡散溶接されたものである。この構造はコ
バール対アルミニウムインターフェイスに大きい境界面
積を提供する。

【００２１】コバール層およびアルミニウム層の厚さは
最適な応力分配を行うように選択される。設計は、温度
膨脹係数の差による全応力がこの大面積の拡散溶接イン
ターフェイスにあるように構成されることが好ましい。
カバー36および38は、壁およびバルクヘッドへのアルミ
ニウムカバーのレーザ溶接が高い信頼性のシールを行う
ことができるようにアルミニウムから構成される。この
ようにして、非常に多数の入力／出力接続部を持つ気密
シールされた部品ポケットが形成される。通常の気密性
検査および排気管がモジュールに結合される。管は気密
シールが保証された後シールされる。

【００２２】図１を参照すると、２つのコネクタブロッ
クがあり、図の左側のものはブロック84として示されて
いる。右側のブロックは同一である。２つのこのような
ブロックは、非常に多数の入力／出力接続部が所望され
た場合に必要である。実現可能な場合、ただ１つのこの
ようなブロックは使用されることができる。

【００２３】コネクタ本体94はベンディクス導体のよう
な標準的なコネクタの本体である。標準的なベンディク
ス導体は一例として使用されており、その他の通常の便
利な手段が気密モジュラーパッケージに結合するために
使用されることができる。したがって、コネクタ本体94
は他の標準タイプまたは特別なコネクタであることがで
きる。雌型コネクタ本体が示されている。ハウジング96
は前方バルクヘッドの凹部に固定し、コネクタ本体94を
受けるように特別に構成される。ハウジング96の中間部
および端部は、プラスチックコネクタ本体94の周囲でバ
ルクヘッド76上の３つのタブに上部および下部ハウジン
グの半分をクランプするために使用される孔を有する。
コネクタ本体は複数の導線を有し、導線のうちの２つが
98および100 で示されている。コネクタ本体94には各接
続点に対応した導線がある。プラスチックコネクタ本体
から延在する導線は上部および下部ハウジングの半分が
組立てられる前にパッドにはんだ付けされる。コネクタ
本体からの導線はコネクタブロック84の右端部上のはん
だパッドを通して回路板に接続される。コネクタブロッ
クの大領域は、金ワイヤボンドパッドより大きいはんだ
パッドの使用を可能にするようにシールリング86の外側
に露出される。したがって、コネクタブロック84はモジ
ュールの内側での金ワイヤボンドおよび外側のはんだ接
続された導線に適した領域を備えているモジュールに経
済的で信頼性の高い高密度気密入力／出力接続ブロック
を提供する。

【００２４】完成時、カバーは気密容器を形成するため
にレーザ溶接される。細部はモジュールエキストラク
タ、モジュールクランプおよび熱接続のために外側の壁
上で機械加工される。コバールセラミック接合部は、コ
バールが高い融点およびセラミックコネクタブロックに
十分に近い温度膨脹係数を有しているため高い信頼性で
ブレイズ溶接されることができる。２つのコバール対コ
バール間隙シームが通常の平行な間隙シームウエルダを
使用して溶接される。シーム溶接は部分温度を著しく上
昇させることがなく、したがって比較的応力のない装置
を生成するために使用されることができる。外部コバー
ル面のニッケルめっきは腐食防止のために必要である。
コネクタブロック84は内側に挟まれた電力、接地および
信号導電層を有する。セラミックブロックはコバールリ
ングの結合のためにリング86の周囲で金属化されること
ができる。コバールフレックスシール92は応力をもっと
除去する別の構造である。ドーム形またはアコーディオ
ン状折畳みシートはフレキシブルシールに対して使用さ
れることができるが、しかし示されたタイプの簡単なシ
ールでも十分である。このようにして、完成したＥサイ
ズ標準電子モジュールは気密シールされる。このような
シール処理は電子モジュールが通常の高密度ハイブリッ
ド装置を使用して大きい実効基体領域上にパッケージ化
されることを可能にする。したがって、かなり高い電子
部品密度が実現される。

【００２５】本発明は現在最も良いと考えられるモード
で記載されており、本発明を実験しなくても当業者によ
って種々の修正、モードおよび実施例を実現可能である
ことは明らかである。したがって、本発明の技術的範囲
は添付された特許請求の範囲によってのみ限定される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の気密モジュールパッケージの同寸法の
展開斜視図。

【図２】図１の２−２における全体的な拡大断面図。

【図３】図２の３−３における全体的な拡大断面図。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヒートシンクパネルと、ヒートシンクパ
   ネルに結合された左右の壁並びに後壁と、この左右の壁
   に結合された前方バルクヘッドとを備え、前記壁および
   前記前方バルクヘッドが前記ヒートシンクパネルの上方
   の前記壁の間に部品ポケットを限定するように前記ヒー
   トシンクパネルの上方に延在し、さらに、前記部品ポケ
   ットの下方および前記ヒートシンクパネルの下方で前記
   モジュールを閉じる閉鎖手段と、前記ヒートシンクパネ
   ルの上方で前記部品ポケットを閉じるために前記壁およ
   び前記前方バルクヘッドに接合されて密封するカバー
   と、前記前方バルクヘッド中の開口と、前記開口中のセ
   ラミックコネクタブロックと、前記パッケージの内部お
   よび外部間を接続するための前記コネクタブロック中の
   導体と、気密モジュールパッケージが形成されるように
   前記前方バルクヘッドを通る前記開口を閉じるために前
   記コネクタブロックおよび前記前方バルクヘッドに結合
   されたコバールフレキシブルシールとを具備しているこ
   とを特徴とする気密モジュール。
2. 【請求項２】 前記前方バルクヘッドはアルミニウム層
   に拡散結合されたコバール層の多層構造であり、前記コ
   バールシールは前記前方バルクヘッドの前記コバール層
   に溶接されている請求項１記載の気密モジュール。
3. 【請求項３】 ヒートシンクパネルと、このヒートシン
   クパネルと一体に形成された左右の壁並びに後壁とを備
   え、前記壁が上方および下方の部品ポケットを限定する
   ように前記ヒートシンクパネルの上方および下方に延在
   し、上方および下方カバーが前記上方および下方の部品
   ポケットを密閉するように前記壁に封着され、さらに、
   コバールおよびアルミニウムの層の積層体で構成され、
   それを通る開口を有し、前記左右の壁並びに上部および
   下部カバーに結合されている前方バルクヘッドと、それ
   を通る導体と、外部の一部分上の金属層とを有し、パッ
   ケージの内部方向に延在し、および前記金属層から外部
   方向に延在するセラミックコネクタブロックと、前記部
   品ポケットの気密密閉を実現するために前記前方バルク
   ヘッドを通る前記開口を閉じるために前記前方バルクヘ
   ッド上で前記コバールに、また前記セラミックコネクタ
   ブロック上で前記金属層に接合されたコバールフレキシ
   ブルシールとを具備していることを特徴とする気密モジ
   ュール。
4. 【請求項４】 前記コバールフレキシブルシールは溶接
   によって前記セラミック上で前記金属層に結合され、ブ
   レイズ溶接によって前記バルクヘッドの前記コバール層
   に結合される請求項３記載の気密モジュール。
5. 【請求項５】 前記壁および前記カバーはアルミニウム
   から形成され、前記アルミニウムカバーは溶接によって
   前記アルミニウム壁および前記バルクヘッドに結合され
   ている請求項３記載の気密モジュール。
6. 【請求項６】 コネクタ本体は前記モジュールによって
   支持され、前記モジュール中の電子部品に接続を可能に
   するために前記コネクタブロックに接続されている請求
   項３記載の気密モジュール。
7. 【請求項７】 さらに前記ヒートシンクパネルを通る開
   口と、前記上部および下部の両部品ポケット中の電子部
   品と、前記部品ポケット間に電気接続を設けるために前
   記開口を通るコネクタとを具備している請求項３記載の
   気密モジュール。
8. 【請求項８】 左右の側壁並びに後壁を有し、ヒートシ
   ンクパネルが前記壁と一体に形成され、ヒートシンクパ
   ネルの上方および下方の部品ポケットを限定するように
   前記壁の上下端縁の中間に位置され、前記ヒートシンク
   パネルおよび前記壁がアルミニウムから形成されている
   フレームと、前記左右の側壁に固定され、アルミニウム
   の層およびコバールの層の積層体から構成され、前記壁
   間で前記部品ポケットを閉じるように前記壁に結合され
   た前方バルクヘッドと、前記上部部品ポケットをカバー
   し、閉じるように前記壁および前記前方バルクヘッドに
   固定されて封着され上部アルミニウムカバーおよびが前
   記下部部品ポケットを閉じて密封するように前記壁およ
   び前記前方バルクヘッドに固定され封着された下部アル
   ミニウムカバーと、外縁および上面を有するセラミック
   コネクタブロックと、前記外縁の周囲に延在する前記セ
   ラミックコネクタブロック上のコバールコネクタシール
   リングと、前記バルクヘッド中前記開口と、前記フレキ
   シブルなコバールシールが前記バルクヘッドを通る開口
   を閉じるように前記セラミックコネクタブロック上の前
   記コバールコネクタリングおよび前記バルクヘッド上の
   前記コバール層に結合され、シールされたセラミックコ
   ネクタブロックと、前記パッケージの内部および外部間
   に電気接続を設けるために前記リングの内側および外側
   のパッドへの電気接続が形成されるように前記セラミッ
   クブロックを通る導体および前記セラミックブロックの
   前記表面上のパッドとを具備している気密モジュールパ
   ッケージ。
9. 【請求項９】 前記セラミックコネクタブロックは、そ
   の中間層上に印刷配線板を有し、前記コバールシールリ
   ングが結合される外縁において誘電体である多層コネク
   タブロックである請求項８記載の気密モジュール。
10. 【請求項１０】 前記ヒートシンクパネル上面および下
    面上に印刷配線板を支持している誘電層を備え、前記誘
    電層に取付けられ、前記印刷配線板に接続された半導体
    チップを有する請求項８記載の気密モジュール。