(57)【要約】２つの側壁及び１つの後壁を接続することにより溝穴付きファイルが形成される。側壁は互いに反対側で直接対向するエッチングされた溝を有する。小板は溝内に嵌合するフランジを有する。１つの実施の形態においては、小板が溝穴付きファイルを満たしたときに、完成された立方体が形成される。
2005518103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
小板を積み重ねる装置であって、
溝穴付きファイルと；
溝穴付きファイルに嵌合する複数の小板と；
を組み合わせて有することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記溝穴付きファイルは、少なくとも３つの壁を有することを特徴とする請求項１の装置。
【請求項３】
前記少なくとも３つの壁は、ケイ素で構成されることを特徴とする請求項２の装置。
【請求項４】
前記溝穴付きファイルは、少なくとも２つの側壁及び少なくとも１つの後壁とを有することを特徴とする請求項２の装置。
【請求項５】
前記少なくとも２つの側壁は、複数の溝を有するようにエッチングされることを特徴とする請求項４の装置。
【請求項６】
前記複数の溝の深さは、複数の小板の各々を保持するのに十分なものであることを特徴とする請求項５の装置。
【請求項７】
前記複数の溝間の間隔は、小板の厚さに基づいて決定されることを特徴とする請求項５の装置。
【請求項８】
前記複数の溝間の間隔は、完成された立方体内の小板の数に基づいて決定されることを特徴とする請求項５の装置。
【請求項９】
前記複数の溝間の間隔は、割り当てられた空間制限に基づいて決定されることを特徴とする請求項５の装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの後壁は、「Ｕ」字形状を形成するように少なくとも２つの側壁の各々の端部に接続されることを特徴とする請求項４の装置。
【請求項１１】
前記少なくとも２つの側壁上の複数の溝は、互いに反対側で直接対向することを特徴とする請求項１０の装置。
【請求項１２】
前記複数の小板の各々は、チップキャリア内に置かれた半導体チップで構成されることを特徴とする請求項１の装置。
【請求項１３】
前記チップキャリアは、床及びフレームを有することを特徴とする請求項１２の装置。
【請求項１４】
前記床及びフレームは、セラミック材料で構成されることを特徴とする請求項１３の装置。
【請求項１５】
前記床は、フレームの少なくとも２つの縁部を通過して突出して、フランジを形成することを特徴とする請求項１３の装置。
【請求項１６】
前記フランジは、溝穴付きファイルの少なくとも２つの側壁の複数の溝内に嵌合することを特徴とする請求項１５の装置。
【請求項１７】
前記床は、複数の電極を有することを特徴とする請求項１３の装置。
【請求項１８】
前記半導体チップは、床上で下を向いて配置されて、複数の電極に接触することを特徴とする請求項１７の装置。
【請求項１９】
前記完成された立方体をシールするためにエポキシが使用されることを特徴とする請求項１の装置。
【請求項２０】
小板を積み重ねる方法であって、
複数の溝を備えた少なくとも２つの側壁及び溝の無い少なくとも１つの後壁を形成するように、壁材料内に溝をエッチングする工程と；
溝穴付きファイルを形成するように少なくとも２つの側壁及び少なくとも１つの後壁を接続する工程と；
完成された立方体を形成するために溝穴付きファイル内に複数の小板を挿入する工程と；
を組み合わせて有することを特徴とする方法。
【請求項２１】
前記完成された立方体をエポキシ内に浸す工程を更に有することを特徴とする請求項２０の方法。
【請求項２２】
前記壁材料は、ケイ素であることを特徴とする請求項２０の方法。
【請求項２３】
前記複数の溝の深さは、複数の小板の各々を保持するのに十分なものであることを特徴とする請求項２０の方法。
【請求項２４】
前記複数の溝間の間隔は、小板の厚さに基づいて決定されることを特徴とする請求項２０の方法。
【請求項２５】
前記複数の溝間の間隔は、完成された立方体内の小板の数に基づいて決定されることを特徴とする請求項２０の方法。
【請求項２６】
前記複数の溝間の間隔は、割り当てられた空間制限に基づいて決定されることを特徴とする請求項２０の方法。
【請求項２７】
前記複数の小板の各々は、複数の溝内に嵌合した少なくとも２つのフランジを有することを特徴とする請求項２０の方法。
【請求項２８】
前記複数の小板の各々は、チップキャリア内に置かれた半導体チップで構成されることを特徴とする請求項２０の方法。
【請求項２９】
小板を積み重ねる装置であって、
少なくとも２つの側壁及び少なくとも１つの後壁を有する溝穴付きファイルであって、少なくとも２つの側壁及び少なくとも１つの後壁がケイ素で構成され、少なくとも２つの側壁が複数の溝を有するようにエッチングされ、少なくとも１つの後壁が「Ｕ」字形状を形成するように少なくとも２つの側壁の各々の端部に接続され、少なくとも２つの側壁の複数の溝が互いに反対側で直接対向するような溝穴付きファイルと；
複数の小板であって、複数の小板の各々がチップキャリア内に置かれた半導体チップで構成され、チップキャリアが床及びフレームを有し、床及びフレームがセラミック材料で構成され、床がフレームの少なくとも２つの縁部を通過して突出して、フランジを形成し、フランジが溝穴付きファイルの少なくとも２つの側壁の複数の溝内に嵌合するような複数の小板と；
を組み合わせて有することを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【政府の権利】
【０００１】
米国政府は米国陸軍により与えられた契約番号ＤＡＳＧ６０−９０−Ｃ−０１３６に従って本発明における確定した権利を取得した。
【技術分野】
【０００２】
本発明は一般に回路パッケージに関し、特に、半導体小板（semiconductor platelets）のための積み重ねを提供する三次元回路パッケージ（packages）に関する。
【背景技術】
【０００３】
三次元集積回路は、空間が厳しい設計要素となるような応用に使用される。小さい空間内での一層の機能性の要求が増大するにつれて、三次元パッケージを使用する多数のデザインも増える。減少する空間の利益に加えて、回路素子間の相互接続を一層短くすることができるため、これらのデザインはまた一層の高速を実現できる。
【０００４】
メモリーの積み重ねが三次元パッケージの最初の応用であったが、現在の応用はメモリーモジュールの積み重ねから全体の装置の積み重ねまでの範囲である。積み重ね体即ちスタック内の異なる層は異なる機能性を有することができる。例えば、１つの層はメモリー層を有することができ、別の層は論理層とすることができる。また、スタック内の異なる層が異なる寸法を有することができるようにするのも可能である。
【０００５】
これらの応用は極めて薄い小板を立方体として精確に積み重ねることを必要とする。小板はチップキャリア内に置かれた半導体チップで構成することができる。小板自体は５ミル以下の厚さとすることができ、１つの立方体内に６０個程度の多さの小板を含むことができる。小板間の間隔は極めて緻密な公差で保持され、小板が積み重ね手順中に損傷しないことが重要である。
【０００６】
典型的には、小板は各層間のエポキシ樹脂の極めて薄い層により立体スタックとして保持される。このエポキシ層は１ミクロン以下の厚さとすることができる。シリコーンゴム又は共晶はんだ合金の如き他の接着材料も使用することができる。必要な間隔寸法は、エポキシが硬化している間にスタックに圧力を加える較正された圧縮アームを備えた装置を使用することにより、維持することができる。圧力の典型的な量は１０ニュートンの力とすることができる。この構成により、全体の立方体寸法のみを維持することができ、過剰な圧力による微妙な小板のひび割れを阻止するために大きな注意を払わなければならない。従って、層間の重要な間隔は適正に導き出され、接着層の厚さの均一性及び圧力流れ特性に基づく。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
小板間の極めて高い間隔公差を提供し、積み重ね工程中に小板に対する損傷を最小化する積み重ね方法を提供することが望まれる。本発明は現在の制限を処理し、接着層の相対的な独立性を伴って、重要な間隔を一層高い精度の可能性をもたらす直接に制御される特性にさせる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、半導体小板を三次元回路パッケージとして積み重ねる方法を述べる。溝穴付きファイル（slotted file）を形成するために３つの壁が接続される。２つの側壁は溝を有する。２つの壁の溝は互いに反対側で直接対向する。チップキャリアのフレーム内への半導体チップの配置が小板を形成する。フレームはチップキャリアの床の表面上に置かれる。床はフレームの側部を通過して突出して、フレームの各側部でフランジを形成する。フランジは溝穴付きファイルの溝内に嵌合する。次いで、小板が溝穴付きファイル内に挿入され、完成された立方体を形成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、チップキャリア１００及び半導体チップ１０８の例示的な実施の形態を示す図である。チップキャリア１００は床１０２とフレーム１０４とを有する。チップキャリア１００は半導体チップ１０８を保持するように設計することができる。床１０２は長さ、幅及び厚さを有する三次元矩形とすることができる。フレーム１０４は一層小さな三次元の矩形の中央部を取り除いた三次元矩形とすることができる。フレーム１０４は長さ、幅及び厚さを有する。フレーム１０４は床１０２と実質的に同じ長さであるが、フレーム１０４は床１０２と同じ幅ではない。
【００１０】
フレーム１０４は床１０２の中心に位置する。床１０２の幅がフレーム１０４の幅より大きいため、床１０２はフレーム１０４の縁部を通過して突出し、フレーム１０４の両側に１つずつ２つのフランジ１０６を形成する。
【００１１】
例示的な実施の形態においては、床１０２及びフレーム１０４の双方はセラミック材料で形成されるが、金属及びプラスチックの如き他の材料を使用することができる。床１０２は複数の電極を含む。フレーム１０４は半導体チップ１０８のものよりも僅かに大きな内部寸法を有する。フレーム１０４の内部寸法は種々の異なる半導体チップ１０８の寸法に適応するように変えることができる。半導体チップ１０８は床１０２上で下を向いてフレーム１０４内に配置することができ、小板４０４（図４参照）を形成するように適当な回路インターフェースで複数の電極に接触する。
【００１２】
図２は、溝穴付きファイル壁２００を示す図である。溝穴付きファイル壁２００は壁材料２０２で構成され、複数の溝２０４を有することができる。壁材料２０２は長さ、幅及び厚さを有する三次元矩形とすることができる。例示的な実施の形態では、ケイ素が好ましい壁材料２０２であるが、ヒ化ガリウムの如き他の材料を使用することができる。
【００１３】
壁材料２０２は、チップキャリア１００のフランジ１０６を受け入れるのには十分であるが壁材料２０２の厚さよりも小さな深さの溝２０４を有するようにエッチングすることができる。例えば、溝の深さは１０ミルの厚さよりも小さくすることができる。溝２０４間の間隔は小板４０４の厚さ、完成された立方体５００内の小板４０４の数及び割り当てられた空間制限（図５参照）の如き要求に基づき選択することができる。例えば、割り当てられた空間制限は完成された立方体５００を含む赤外センサの寸法とすることができる。選択した壁材料２０２と両立できる任意のエッチング技術を使用することができる。実質上真っ直ぐな壁壕を生じさせることのできる標準の湿式エッチング又はプラズマエッチング方法がこの目的にとって適することができる。
【００１４】
図３は、溝穴付きファイル３００の例示的な実施の形態を示す図である。溝穴付きファイル３００は２つの側壁３０２と後壁３０４とで構成することができる。他の実施の形態は付加的な壁を有することができる。例えば、前壁、頂部又は底部も溝穴付きファイル３００の一部とすることができる。２つの側壁３０２は溝２０４を有するようにエッチングすることができる。後壁３０４は溝２０４を有するようにエッチングできない壁材料２０２を選択することができる。溝穴付きファイル３００の寸法は小板４０４の寸法、溝穴付きファイル３００内に配置される小板４０４の数及び溝穴付きファイル３００（図４参照）内の小板４０４間の間隔に基づく。
【００１５】
後壁３０４は、「Ｕ」字形状を形成するように２つの側壁３０２の各々の端部に接続することができる。２つの側壁３０２の溝２０４は互いに反対側で直接対向する。３つの壁３０２、３０４は溝穴付きファイル３００を形成するように普通の方法により互いに結合することができる。例えば、壁を結合するためにタブ及び穴を生じさせるエッチング方法を使用することができる。
【００１６】
図４は、例示的な実施の形態における積み重ね方法を示す図である。半導体チップ１０８は小板４０４を形成するようにチップキャリア１００内に置かれる。例えば、小板４０４は５ミル以下の厚さとすることができる。次いで、小板４０４は対向する溝２０４内へフランジ１０６を挿入することにより溝穴付きファイル３００内に嵌合される。これは小板４０４を対向する溝２０４の近傍に配置し、振動テーブルを使用して対向する溝２０４内へ小板を摺動させることにより達成できる。小板４０４間の間隔は溝間隔により維持され、溝穴付きファイル３００の剛直性のためチップを適所に保持するために圧力を必要としない。
【００１７】
図５は、小板４０４が溝穴付きファイル３００内へ挿入されてしまった後の完成された立方体５００を示す。溝穴付き立方体構成を使用することにより、小板４０４は損傷なく均一に積み重ねられる。例えば、完成された立方体５００内に２００個の小板４０４を存在させることができる。完成された立方体５００は組立体をエポキシ内に浸すことにより恒久化できる。実質上すべての層間でエポキシが流れるのを可能にするため、完成された立方体を真空室内に配置することができる。室に高い真空を作用させると、実質上すべてのひび割れ及び層を通してエポキシを強制移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】チップキャリア及び半導体チップの例示的な実施の形態を示す図である。
【図２】溝穴付きファイル壁の例示的な実施の形態を示す図である。
【図３】溝穴付きファイルの例示的な実施の形態を示す図である。
【図４】例示的な実施の形態における積み重ね方法を示す図である。
【図５】完成された立方体の例示的な実施の形態を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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