(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電性領域を含む第１の面及び第２の導電性領域を含む上記第１の面とは反対側の第２の面を有するポリマー回路構造体を、上記第１の面側が基板と隣接するように基板上に形成する工程と、
上記ポリマー回路構造体の上記第２の面の上記第２の導電性領域にピンを接続する工程と、
上記第１の導電性領域を含む上記ポリマー回路構造体の上記第１の面の少なくとも一部分を露出させるため、上記基板の少なくとも一部分を除去する工程と、
上記ポリマー回路構造体の上記第１の面に装置を実装する工程と
を有する装置モジュールの製造方法。
【請求項２】
第１の導電性領域を含む第１の面及び第２の導電性領域を含む上記第１の面とは反対側の第２の面を有するポリマー回路構造体を、上記第１の面が基板と隣接するように基板上に形成する工程と、
剛性ボディ内のアパーチャを上記第２の導電性領域と位置合わせする工程と、
上記第１の導電性領域を含む上記ポリマー回路構造体の上記第１の面の少なくとも一部分を露出させるため、上記基板の少なくとも一部分を除去する工程と、
上記第２の導電性領域に近い方の第１の端部及び上記第２の導電性領域から遠い方の第２の端部を有する導電ビア構造体を形成するため、上記アパーチャに導電材料を堆積させる工程と、
上記導電ビア構造体の上記第２の端部にピンを接続する工程と、
上記ポリマー回路構造体の上記第１の面に装置を実装する工程と
を有する装置モジュールの製造方法。
【請求項３】
第１の導電性領域を含む第１の面及び第２の導電性領域を含む上記第１の面とは反対側の第２の面を有するポリマー回路構造体を、上記第１の面側が基板と隣接するように基板上に形成する工程と、
上記ポリマー回路構造体の上記第２の面の上記第２の導電性領域にピンを接続する工程と、
接続された上記ピンを剛性ボディのアパーチャに挿入する工程と、
上記第１の導電性領域を含む上記ポリマー回路構造体の上記第１の面の少なくとも一部分を露出させるため、上記基板の少なくとも一部分を除去する工程と、
上記ポリマー回路構造体の上記第１の面に装置を実装する工程と
を有する装置モジュールの製造方法。
【請求項４】
上記基板の少なくとも一部分を除去する工程は、フレーム状に上記基板の一部を残存させるように上記基板の内側部分を除去する工程を含む、請求項１又は３記載の装置モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、装置モジュール及び装置モジュールの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
サーバー又はスーパーコンピュータのようなコンピュータは、通常、集積回路チップのような多数の装置を含む。このような装置がパッケージングされる方法は、コンピュータの動作の効率を決めることができる。たとえば、装置パッケージは、信号及び電力を装置に取り込み、装置から熱を取り除き、装置を物理的に支持し、装置を周囲環境から保護するように設計される。電子パッケージは、装置上の稠密な入出力（Ｉ／Ｏ）コネクションを、回路基板のような上位レベル相互連結構造体上のＩ／Ｏコネクションに再配分する。
【０００３】
装置パッケージの一つのタイプはピングリッドアレイパッケージである。典型的なピングリッドアレイパッケージは装置モジュールを収容する。典型的な従来の装置モジュールの場合、一つ以上の装置がセラミック回路構造体に取り付けられる。はんだジョイントは、装置をセラミック回路構造体に結合するため使用される。セラミック回路構造体に取り付けられたピンは、パッケージを回路基板に物理的に着脱するため利用される。たとえば、パッケージは、ピンを回路基板アパーチャに抜き差しすることによって、回路基板へ脱着されるので、必要に応じて比較的容易にパッケージを交換することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ピングリッドアレイパッケージは望ましいパッケージではあるが、従来のピングリッドアレイパッケージモジュール、並びに、このモジュールの製作方法は、改良の余地がある。たとえば、パッケージ内での装置とセラミック回路構造体との熱的不釣合いのため、装置とセラミック回路構造体との間に、巧くはんだジョイントを設けられない場合がある。装置が寿命の期間中にオン・オフサイクルを繰り返すことにより、装置はセラミック回路構造体に関して相対的に膨張及び収縮を繰り返す。このため、装置とセラミック回路構造体の間のはんだジョイントは、経時的に破壊される場合がある。さらに、セラミック回路構造体の製作は、かなり難しく、かつ、コスト高である。
【０００５】
したがって、本発明は、製造コストが削減され、製造上の困難さが軽減された改良型の装置モジュールの提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の実施例は、ピングリッドアレイパッケージ用に適した装置モジュール及びその装置モジュールの製造方法を扱う。
【０００７】
本発明の一実施例は、
第１の面及び第２の面を有するポリマー回路構造体を、第１の面側が基板と隣接するように基板上に形成する工程と、
上記ポリマー回路構造体の上記第２の面にピンを接続する工程と、
上記ポリマー回路構造体の上記第１の面の少なくとも一部分を露出させるため、上記基板の少なくとも一部分を除去する工程と、
上記ポリマー回路構造体の上記第１の面に装置を実装する工程とを有する方法である。
【０００８】
本発明の他の実施例は、
第１の導電性領域を含む第１の面及び第２の導電性領域を含む第２の面を有するポリマー回路構造体を、第１の面が基板と隣接するように基板上に形成する工程と、
剛性ボディ内のアパーチャを上記第２の導電性領域と位置合わせする工程と、
上記ポリマー回路構造体の上記第１の面の少なくとも一部分を露出させるため、上記基板の少なくとも一部分を除去する工程と、
上記第２の導電性領域に近い方の第１の端部及び上記第２の導電性領域から遠い方の第２の端部を有する導電ビア構造体を形成するため、上記アパーチャに導電材料を堆積させる工程と、
上記導電ビア構造体の上記第２の端部にピンを接続する工程とを有する方法である。
【０００９】
更に、本発明の別の実施例は、
第１の導電性領域を含む第１の面及び第２の導電性領域を含む第２の面を有するポリマー回路構造体と、
上記第１の導電性領域上の装置と、
上記第２の導電性領域に接続され、上記第１の導電性領域上の上記装置とは反対側に設けられたピンと、
上記ピンが中を通過するアパーチャを有する剛性板とを具備し、上記ピンの両端は上記アパーチャの外側に設けられている装置モジュールである。
【００１０】
上記実施例並びにその他の実施例は、添付図面及び以下の詳細な説明を参照して詳細に記載される。分かり易くするため、図面のスケールは合っていない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例による装置モジュールは、ポリマー回路構造体に配置された一つ以上の受動若しくは能動装置（たとえば、半導体若しくは光チップ）を含み得る。ポリマー回路構造体は、典型的に、１層以上の誘電ポリマー層及び１層以上の導電層を含む。ピンは、典型的に、ポリマー回路構造体上の一つ以上の導電性領域に電気接続され、ポリマー回路構造体を介して装置と連結する。ピンは、たとえば、装置を回路板に接続するため回路板内のアパーチャに挿入され、装置を回路板から切り離すためアパーチャから引き抜かれる。好ましい実施例において、装置モジュールは、シングルチップモジュール(SCM)又はマルチチップモジュール(MCM)のどちらでも構わない。
【００１２】
装置モジュール内の装置及びピンは、種々の態様で配置される。たとえば、装置及びピンは、ポリマー回路構造体のように回路構造体の同一面に存在してもよい。図１（ａ）及び１（ｂ）は、たとえば、装置１１及びピン１２がポリマー回路構造体１３の同一面に配置されたモジュール１０の一例を示す図である。ポリマー回路構造体１３は支持ボディ１４の上部に設けられる。
【００１３】
本発明の好ましい一実施例において、モジュール内の大多数のピン及び大多数の装置は、ポリマー回路構造体の両側の別個の面に配置される。たとえば、モジュールの全てのピンはポリマー回路構造体の一方側に配置され、モジュールの全ての装置はポリマー回路構造体の反対側に配置される。図２（ａ）及び２ｂは、たとえば、装置２１及びピン２２がポリマー回路構造体２３の両側に配置されたモジュール２０の一例を示す図である。剛性板２４は、ポリマー回路構造体２３とピン２２の間に設けられる。複数のビア構造体２６は、ピン２２とポリマー回路構造体２３を連結するため剛性板２４内にある。導電ビア構造体２６は、剛体板２４を通過し、ピン２２と装置２１を電気接続する。他の実施例において、ピンは、ポリマー回路構造体に直接的に接続される。ピンは、導電ビア構造体を用いることなく、剛性板内のアパーチャ内を通る。これらの実施例において、ピンの両端は、剛性板の両面の先まで延ばしてもよい。
【００１４】
回路構造体の片面にピンを有し、回路構造体のもう一方の面に装置を有するモジュールは、回路構造体の同じ面にピンと装置が設けられたモジュールよりも望ましい。
【００１５】
第１に、ピンと装置が回路構造体の反対面にある場合、非常に多数のピン及び装置をモジュールに設けることが可能である。たとえば、図１（ａ）及び１（ｂ）に示されたモジュール１０の場合、ピン１１及び装置１２は、回路構造体１３の片面だけにある。これに対し、図２（ａ）及び２（ｂ）に示されたモジュール２０の場合、装置２１（隠れ線で示される）及びピン２２は、ポリマー回路構造体２３の両面に配置することができる。ピン２２及び装置２１は、ポリマー回路構造体２３の両面に亘って配置してもよく、かつ、ピン２２の配置はポリマー回路構造体２３の外面に制限されない。したがって、ピン及び装置がモジュールの両面に設けられているとき、モジュール１個あたりで、より多数のピン及び装置をより小さい空間に配置することができる。
【００１６】
第２に、ピンが反対側に配置されているとき、適当な高さを有する冷却素子（たとえば、ヒートシンク）を装置側に配置することができる。例示的に説明すると、モジュールを回路板に接続するとき、ピンは回路板内（図示されない）のアパーチャに挿入される。モジュール内のピン及び装置が回路構造体の同じ面にあるとき、接続された回路板は、装置の上に配置され、装置に取り付けられたヒートシンクの高さを制限する。これに対し、図２（ａ）及び２（ｂ）に示されたモジュール２０の場合、ピン２２と装置２１は、ポリマー回路構造体２３の反対側の面に配置される。したがって、適当な高さを有する好適な冷却素子を装置２１の上部に取り付けることが可能である。
【００１７】
第３に、装置とピンがポリマー回路構造体の反対面に設けられたとき、装置（すなわち、装置内のゲート）とピンの間の回路経路の長さは、非常に短くすることができる。回路経路が短くなるのに伴って、装置とピンの間で信号及び電力をより迅速に伝達することができるようになり、コンピュータ動作が潜在的に高速化される。たとえば、図１（ａ）及び１（ｂ）に示されたモジュール１０の場合、電気信号は、モジュール１０の周辺部で、ポリマー回路構造体１３の中を水平方向に装置１１からピン１２に伝わる。しかし、図２（ａ）及び２（ｂ）に示されたモジュール２０の場合に、電気信号は、装置２１から、ポリマー回路構造体２３及び剛性板２４を介して、ピン２２に伝搬する。図２に示されたモジュール２０内の装置２１及びピン２２の間の電気経路は、実質的に垂直方向であり、図１のモジュール１０で使用される水平方向電気経路よりも短い。
【００１８】
以下、図３乃至６を参照して、多数のピン及び多数の装置をポリマー回路構造体のそれぞれの面に有するモジュールを形成する実施例について説明する。本発明の一実施例は、第１の面及び第２の面を有するポリマー回路構造体の第１の面が基板に隣接するように、ポリマー回路構造体を基板上に形成する工程を有する。１本以上のピンがポリマー回路構造体の第２の面に接続され、基板の少なくとも一部分は、ポリマー回路構造体の第１の面の少なくとも一部分を露出させるため除去される。装置は、ポリマー回路構造体の露出した第１の面に実装され、装置モジュールの実施例が形成される。
【００１９】
本発明の実施例は、図３（ａ）乃至３（ｄ）を参照して説明される。図３（ａ）に示されるように、第１の面３３（ａ）及び第２の面３３（ｂ）を有するポリマー回路構造体３３は、基板３５に形成される。ポリマー回路構造体３３の第１の面３３（ａ）は基板３５の近くにあり、ポリマー回路構造体３３の第２の面３３（ｂ）は基板３５から遠い方にある。ポリマー回路構造体３３の第１の面３３（ａ）は、基板３５の主要面に隣接してもよく、好ましくは、主要面と接触する。導電性領域（たとえば、ライン、パッド、ランドなど）は、ポリマー回路構造体３３の第１の面３３（ａ）及び第２の面３３（ｂ）のどちらに置かれてもよい。たとえば、装置を受容するため適した第１の導電性領域は第１の面３３（ａ）に設けられ、ピンを受容するため適した第２の導電性領域は第２の面３３（ｂ）に設けられる。
【００２０】
基板は、ポリマー回路構造体、又は、ポリマー回路構造体原料を一時的に支持するため使用され得る。ポリマー回路構造体を形成するため使用される導電層及び誘電層のような原料は、屡々、薄く脆い。特に、殆どのポリマー層は、処理中に、及び／又は、温度変化に応じて、反り、湾曲、或いは、移動が生じる。特に、基板は、形成された回路パターン内の回路像歪みが低減され、精細なライン構造がポリマー回路構造体に形成され得るように、処理中に原料を平坦な状態で支持し維持する。
【００２１】
本発明の実施例には、適当な基板を使用することができる。基板は、好ましくは、少なくとも一つの滑らかなプレーナ表面を有し、プレート状、ウェーハ状、或いは、パネル状の形をなす。さらに、基板は、任意の適当な材料を含む。たとえば、基板は、Ａｌ，Ｍｏ，インバール（Ｉｎｖａｒ）、及び、コバール（Ｋｏｖａｒ）のような金属、セラミック、及び／又は、シリコンを含む。好ましくは、基板は、エッチ可能な材料を含有し、基板若しくは基板の一部がエッチングによって次に除去され得る。
【００２２】
基板３５上に形成されたポリマー回路構造体３３は、フレキシブルでも剛性でもよく、任意の適当な厚さを有する。たとえば、ポリマー回路構造体３３は、約１００ミクロン未満の厚さをもつ。ある実施例では、ポリマー回路構造体３３の厚さは、約５０乃至約７０ミクロンである。ポリマー回路構造体３３は、一般的に、１層以上の導電層及び１層以上の誘電ポリマー層により構成される。個別の導電層及び／又はポリマー層は、約２５ミクロン未満の厚さを有する。
【００２３】
ポリマー回路構造体で使用される導電層及び誘電層は、任意の適当な材料を含む。たとえば、ポリマー層材料は、ポリイミド、ポリアミド、エポキシ機能性ポリマー、及び、ビスマレイミド−トリアジン(bismaleimide-triazine)を含有する。好ましいポリイミドには、DuPont PI-2611が含まれる。使用される具体的なポリマー材料にはかかわらず、ポリマー材料は、好ましくは、約２乃至約９ppm/℃の熱膨張係数(CTE)を有する。好ましくは、ポリマー材料は、装置で使用される材料と実質的に一致するCTEを有するので、装置とポリマー回路構造体の間の熱膨張の差は、最小限に抑えられる。たとえば、ポリマー材料は、実質的にシリコンのCTEと一致する約３乃至約４ppm/℃のCTEを有する。導電層は、銅、クロム、アルミニウム、金及び銀のような金属を含む適当な導電材料を含有する。
【００２４】
ポリマー回路構造体３３は、適当なプロセスを用いて形成される。たとえば、ポリマー回路構造体３３は、適当な加法的プロセス、減法的プロセス、或いは、準加法的プロセスにより形成される。電気めっき若しくはスパッタリングのようなコーティングプロセスは、導電層を形成するため使用され、スピンコーティング、ドクターブレードコーティング、カーテンコーティング若しくはローラーコーティングのようなコーティングプロセスは、ポリマー層を形成するため使用される。誘電ポリマー層若しくは導電層は薄層状にされる。
【００２５】
図３（ｂ）に示されるように、ポリマー回路構造体３３が形成された後、ピン３２は、ポリマー回路構造体３３の第２の面３３（ｂ）で導電性領域（図示しない）に接続される。ピンは、適当なプロセスを用いて導電性領域に接続される。適当なボンディングプロセスには、はんだ、溶接、若しくは、鍮付けが含まれる.好ましくは、ピン３２は、ピンと導電性領域の間に冶金学的ジョイントを形成するため、ポリマー回路構造体３３の第２の面３３（ｂ）で導電性領域（たとえば、パッド）に鍮付け、若しくは、はんだ付けをされる。たとえば、鍮付け、若しくは、はんだ付けの後、真鍮ジョイント又ははんだジョイントのような冶金学的ジョイントは、ピンのヘッドと導電性領域を接触させ、連結する。他の実施例において、導電性又は非導電性の接着剤は、ピンをポリマー回路構造体に接合するため使用される。使用される具体的なボンディングプロセスとは無関係に、ピンは、接続された後に約１ｋｇ以上の引っ張り力を受けた場合でも、導電性領域に接続された状態を保つことができる。
【００２６】
本発明の実施例で使用されるピンは、適当な寸法又は幾何形状を有する。図４（ａ）を参照するに、各ピンは、一端にピンヘッド３２（ａ）を有し、他端に端領域３２（ｃ）を含む実質的に直線的なボディ３２（ｂ）とを有する。典型的に、ピンヘッド３２（ａ）は、ポリマー回路構造体上の導電性領域の近くに配置され、ピンの端領域３２（ｃ）は、導電性領域から遠い方に配置され、拘束されない。たとえば、図３（ｂ）に示されるように、ピンヘッドは、ポリマー回路構造体３３の第２の面３３（ｂ）で導電性領域（図示されない）に直接的に接合されてもよく、ピンの端領域は、ポリマー回路構造体３３から遠ざかる方に延びる。再度、図４（ａ）を参照するに、ピンヘッド３２（ａ）及び／又はピンボディ３２（ｂ）は、円形又は多角形（たとえば、正方形）の断面を含む適当な断面を有する。本発明の実施例において、ピンは、約２００ミクロン以下のピンボディ径ｄと、約８００ミクロン以下のピンヘッド径Ｄと、約４ｍｍ以下のボディ長ｈとを有する。ピンがアレイ状であるとき、ピンは、モジュール内で適当なピッチｐを有する。たとえば、平均ピッチは、約１５００ミクロン以下（たとえば、約１２７０ミクロン以下）である。
【００２７】
他の実施例において、ピンは、ピンヘッドと、カラー若しくは湾曲部により分離されたボディ部とを有する。このようなピンの例は、図４（ｂ）乃至４（ｄ）に示される。図４（ｂ）及び４（ｃ）に示されたピンは、ピンヘッド３２（ａ）と、ボディ部３２（ｅ）及び３２（ｆ）と、ボディ部３２（ｅ）及び３２（ｆ）の間に設けられたカラー３２（ｄ）とを含む。図４（ｂ）に示されるように、カラー３２（ｄ）は、実質的にピンヘッド３２（ａ）と同じ形状を有する。或いは、カラー３２（ｄ）とピンヘッド３２（ａ）は、図４（ｃ）に示されるように別々の形状でも構わない。図４（ｄ）に示されたピンは、ピンヘッド３２（ａ）と、二つのボディ部３２（ｅ）と３２（ｆ）の間に湾曲部３２（ｇ）を含む非直線性ピンボディとを有する。
【００２８】
ピンにカラー若しくは湾曲部が存在することによって、剛性板又は回路板のような構造体内のアパーチャにピンを保持しやすくなる。たとえば、回路板若しくは剛性板のような構造体は、ピンヘッドと、カラー若しくは湾曲ボディ部の間のボディ部に固定される。ピンヘッドと、カラー若しくは湾曲部は、構造体の動きを制約することができるので、付加的なボンディング材料（たとえば、はんだ）を用いて、或いは、用いることなく、構造体を所定の位置に静止させる。ピンヘッド及びカラーは、特に、ピンが配置されるアパーチャの径よりも大きい径を有する。ピン材料とアパーチャの両方若しくは一方は、より大きいカラー若しくはピンヘッドがアパーチャを通り抜けることができるように、変形可能な材料を含有する。
【００２９】
ポリマー回路構造体が形成された後、少なくとも基板の一部分がポリマー回路構造体の第１の面の少なくとも一部分を露出させるため除去される。第１の面の露出した内側部分は、装置の実装に適した導電性領域を露出する。基板材料の除去は、ピンがポリマー回路構造体に接続される前、若しくは、後に行われる。
【００３０】
ある種の実施例では、ポリマー回路構造体の第１の面の全体が露出されるように、基板全体が取り除かれる。他の実施例では、ポリマー回路構造体の第１の面の対応した部分を露出させるため、基板の一部分が取り除かれる。図３（ｃ）を参照するに、たとえば、基板の一部分（たとえば、内側部分）は、ポリマー回路構造体３３の第１の面３３（ａ）の対応した内側部分を露出させるため除去される。ポリマー回路構造体３３に残された基板の部分は、ポリマー回路構造体３３の周辺部にフレーム３７を形成する。フレーム３７は、必要に応じて、形成されたモジュールの一部として残される。
【００３１】
基板材料は、適当な方法で取り除くことができる。たとえば、ウェットエッチング若しくはドライエッチング、平削り、及び、融除は、単独で又は適当に組み合わされて、基板材料の所望の部分又は量を除去するため使用される。好ましくは、基板材料は、エッチングによって除去される。エッチングプロセスは、適当なウェットエッチング若しくはガスエッチングプロセスを含む。基板材料除去プロセスの一例では、マスク（たとえば、フォトレジスト）がポリマー回路構造体の反対側の基板の外側周辺の表面に堆積される。被覆されていない基板の内側部分はエッチングによって除去され、ポリマー回路構造体３３の露出部分を取り囲むフレーム３７が残る。
【００３２】
ポリマー回路構造体が形成された後、一つ以上の装置３１がポリマー回路構造体３３の露出した第１の面３３（ａ）に実装される。装置３１は、ピン３２がポリマー回路構造体３３の第２の面３３（ｂ）に接続される前又は後に、ポリマー回路構造体３３に実装される。たとえば、図３（ｄ）に示されるように、基板材料が除去され、ピン３２がポリマー回路構造体３３の第２の面３３（ｂ）に接合された後、装置３１はポリマー回路構造体３３の露出した第１の面３３（ａ）に実装される。
【００３３】
図３（ｄ）及び３（ｅ）に示されるように、実装された装置３１は、フレーム３７の内側で、ポリマー回路構造体３３のピン３２とは反対側の面に設けられる。装置３１は、ポリマー回路構造体３３のピン３２とは反対側の面に存在するので、実装された装置３１は、モジュール内のピンの配置或いは本数を著しく阻害することがない。ある種の実施例では、モジュールは少なくとも約２０００本のピンを含む。他の実施例では、モジュールは少なくとも約３０００本のピンを含む。
【００３４】
装置は、適当なプロセスを用いてポリマー回路構造体に実装される。たとえば、複数のはんだバンプ又は導電ポストを有する装置は、はんだバンプ又は導電ポストがポリマー回路構造体と装置の間に設けられ、ポリマー回路構造体と装置を電気的に接続するように、実装することができる。好ましくは、装置はフリップチップ実装プロセスを用いてポリマー回路構造体に実装される。典型的なフリップチップ実装プロセスは、はんだバンプをチップ上に堆積させ、チップの表裏を逆にし、はんだバンプをポリマー回路構造体上の導電性領域（たとえば、パッド）と位置合わせし、接触させ、チップとポリマー回路構造体の間に電気接続を確立するためはんだバンプをリフロー処理する。
【００３５】
形成後、モジュール３０は、適当な構造体に実装される。たとえば、モジュール３０は、ピン２２を回路板のアパーチャに挿入することによって、回路板に接続される。典型的に、回路板のアパーチャは、モジュールを回路板に電気接続するため、はんだのような導電材料を含む。回路板のアパーチャは、必要に応じて、多数のＺＩＦ（零挿入力）ソケットを含む。
【００３６】
本発明の実施例による好ましいモジュールは、アパーチャ付きの剛性板を含む。このタイプのモジュールの一例は、図５（ａ）に示される。モジュール４０は、第１の導電性領域（図示しない）を含む第１の面、及び、第２の導電性領域（図示しない）を含む第２の面を有するポリマー回路構造体３３からなる。ピンヘッド及びボディ部を有するピン３２は、第２の導電性領域に接続される。ピンヘッドは第２の導電性領域に近い方にあり、ピンボディは第２の導電性領域から遠い方にある。剛性板３８は、ポリマー回路構造体３３の第２の面の近くに配置され、アパーチャを有し、ピン３２は剛性板３８のアパーチャを通過する。装置３１は、フレーム３７の内側で、ピン３２とは反対面のポリマー回路構造体３３の第１の面の第１の導電性領域に実装される。
【００３７】
典型的に、剛性板は、ポリマー回路構造体に隣接する（すなわち、ポリマー回路構造体と接触する）。ポリマー回路構造体に接続されたピンは、剛性板のアパーチャに挿入され、ピンボディのそれぞれの部分はアパーチャ内に置かれる。ピンヘッドと、ピンボディの端部は、通常、アパーチャの外側にある。たとえば、ピンヘッド及びボディ端部は、剛性板の反対側表面を通り越し、その外側まで延びる。
【００３８】
モジュールコンポーネントを構造的に支持することに加えて、剛性板は、モジュールの実装及び取り外しをより簡単に実現させる。たとえば、モジュールを回路板に挿入し、或いは、モジュールを回路板から取り外すとき、力は、ポリマー回路構造体或いはピンの代わりに、剛性板に加えられる。モジュールを回路板のような構造体に着脱するため、力を剛性板に加えることによって、ピン及びポリマー回路構造体に加わる応力は小さくなるので、モジュールを取り付け又は取り外すときに、これらのコンポーネントが、破損、湾曲、若しくは、引き裂ける可能性は減少する。
【００３９】
ピンが剛性板のアパーチャ内に置かれる場合、ピンは相互に電気的に絶縁される。たとえば、ピンボディは絶縁材料で被覆してもよく、これにより、被覆されたピンボディが剛性板のアパーチャ側壁と接触したときに、剛性板とピンボディの間に電気的接触が生じなくなる。他の例の場合、アパーチャ側壁は、非導電性であるので、各ピンは、アパーチャ内に設けられたとき、互いに電気的に絶縁される。一部の実施例では、剛性板は、絶縁材料だけからなる。
【００４０】
図５（ｂ）には、剛性板３８の一例が示される。図５（ｂ）の剛性板３８は、頑丈なボディ４１と複数のアパーチャ４２とを有し、複数のアパーチャ４２は複数のピンを受容する。各アパーチャ４２の径は、ピンのボディの径よりも僅かに大きい。典型的に、アパーチャの径は約２００ミクロン以下である。アパーチャ４２は、規則的なアレイ状に配置された対応したピンを受容するため、規則的なアレイ状に図示されているが、アパーチャ４２は、不規則的なアレイ状でもよい。
【００４１】
好ましくは、剛性板の少なくとも一つの主要な表面は、研磨されないか、及び／又は、回路化されない（たとえば、光で画成された回路パターンを含まない）。この非研磨及び／又は非回路化剛性板をモジュールで使用することにより、モジュールの全体的なコストが低下する。たとえば、ポリマー回路構造体が、セラミック板のような剛性板上に直接形成される場合、セラミック板の表面は、通常、回路構造体が形成される前に研磨される。たとえば、典型的なセラミック板の製作プロセスにおいて、複数のセラミック粒子が緑色シートに成形される。この緑色シートは、次に、セラミック板を形成するようセラミック粒子を一体的に溶融するため、高温で焼成される。これにより得られたセラミック板の表面は、溶融粒子が表面に凹凸を形成するので、不均一になる。不均一な表面は、典型的に、ポリマー回路構造体が平坦な表面上に形成され得るように、平坦になるまで研磨される。ポリマー回路構造体原料が処理中に不均一である場合、ポリマー回路構造体に形成される回路像は歪む。
【００４２】
しかし、本発明の実施例では、ポリマー回路構造体は、剛性板とは無関係に（たとえば、上述の基板上で）形成される。したがって、モジュールに使用される剛性板は、研磨されていない表面を有し、モジュール内のポリマー回路構造体、ピン、及び、装置に適当な構造的安定性を与える。その結果として、多種多様の剛性板材料が装置モジュール内で使用され、装置モジュールは優れた費用効果率で製作され得る。
【００４３】
剛性板は、適当な方法で製作される。アパーチャは、レーザードリル加工、エッチング、及び、パンチ加工などの適当なプロセスを用いて無孔板に形成される。一例として、無孔導電ボディが、ポリイミド又はポリテトラフルオロエチレンのような絶縁材料でコーティングされる。次に、アパーチャ付きの剛性板を形成するため、コーティングされたボディに孔が穿孔される。別の例では、無孔緑色シートは、大量のセラミック粒子と、バインダを緑色シートに成形することにより製作される。アパーチャは、適当な方法を用いて緑色シートに形成される。その後、アパーチャ付きの緑色シートは、アパーチャ付きの剛性セラミック板を形成するよう焼成される。
【００４４】
剛性板は適当な材料を含有する。適当な剛性板材料には、ポリイミド及びビスマレイミド−トリアジン(BT)樹脂のようなポリマー材料と、アルミナ及び窒化アルミニウムを含む高温焼成されたセラミック材料と、Invar、Kovar及びモリブデンのような金属とが含まれる。剛性板に選択された特定の材料とは無関係に、剛性板は、好ましくは、約３５０℃以上の融点を有する材料を含む。剛性板は適当なCTEを有し、剛性板のCTEは、好ましくは、約１０ppm/℃未満である。
【００４５】
剛性板が形成された後、ポリマー回路構造体上のピンは、剛性板のアパーチャに部分的若しくは完全に挿入され、ポリマー回路構造体は、剛性ボディに隣接し、或いは、剛性ボディから離間する。たとえば、図５（ｃ）に示されるように、ピン３２は、剛性板３８のアパーチャに完全に挿入され、その結果として、ポリマー回路構造体３３は剛性板３８に非常に接近し、ピンヘッドは剛性板３８と接触する。ピンのボディはアパーチャを通過し、ピンヘッドとボディ部の端領域は、剛性板３８の反対側の面から外向きに延びる。これらの実施例の場合、剛性板材料は、好ましくは、約９ppm/℃未満のCTEを有する。
【００４６】
他の実施例の場合、ピンは、剛性板のアパーチャに部分的に挿入されるので、ポリマー回路構造体及びピンヘッドは、剛性板から離間する。このような実施利例では、ポリマー回路構造体上の装置も剛性板から離れている。たとえば、図５（ｄ）に示されるように、ピン３２は剛性板３８に挿入され、ピンヘッドとポリマー回路構造体３３は、剛性板３８から離間する。図５（ｄ）に示されるように、ピンのボディは直線的でもよい。他の実施例の場合、図５（ｅ）に示されるように、ポリマー回路構造体３３に接合されたピン３２は、ピンヘッドと、ピンヘッドから離間したカラーとを有する。ピンヘッドはポリマー回路構造体３３に接続してもよく、カラーは剛性板３８で止められる。ポリマー回路構造体３３上でフレーム３７内に配置された装置３１は、剛性板３８から離される。装置３１を剛性板３８から遠ざけることは望ましい。たとえば、装置と剛性板の間の距離を拡大することによって、装置は、剛性板と相対的に非常に自由に動くこと（たとえば、膨張及び収縮）が可能になるので、剛性板と装置の間で構造体が故障する可能性は下がる。このような実施例において、剛性板は、約１０ppm/℃以上のCTEを有する材料を含む。
【００４７】
ピンが剛性板のアパーチャに挿入された後、ピンの望ましい部分（たとえば、ボディ部）が剛性板に接合される。エポキシ及びポリイミド接着剤のようなボンディング材料は、ピンを固定すべく、ピンを剛性板のアパーチャ側壁に接続するため使用される。ある種の実施例では、金属接合がアパーチャ壁とピンの間に形成される。たとえば、剛性板内のアパーチャ壁は、Ti/Cu又は非電着性銅のような金属を含む金属性材料でコーティングされる。ピンはアパーチャに挿入され、構造体は、金属性材料とピンの間で金属間結合を形成するため加熱される。
【００４８】
本発明の他の実施例は、
第１の導電性領域を含む第１の面及び第２の導電性領域を含む第２の面を有するポリマー回路構造体を、第１の面が基板と隣接するように基板上に形成する工程と、
剛性ボディ内のアパーチャを上記第２の導電性領域と位置合わせする工程と、
上記ポリマー回路構造体の上記第１の面の少なくとも一部分を露出させるため、上記基板の少なくとも一部分を除去する工程と、
上記第２の導電性領域に近い方の第１の端部及び上記第２の導電性領域から遠い方の第２の端部を有する導電ビア構造体を形成するため、上記アパーチャに導電性ペーストを堆積させる工程と、
上記導電ビア構造体の上記第２の端部にピンを接続する工程とを有する方法である。この実施例は、図６（ａ）乃至６（ｅ）を参照して説明される。
【００４９】
図６（ａ）では、ポリマー回路構造体５３が基板５４上に形成される。図６（ａ）に示されるように、ポリマー回路構造体５３は、基板５４に隣接した第１の面と、基板５４の反対側にある第２の面とを有する。第１の面は、複数の第１の導電性領域（図示しない）を有し、第２の面は、複数の第２の導電性領域５９を有する。ポリマー回路構造体５３は、他の実施例に関して既に説明したような適当なプロセス若しくは材料を用いて形成される。ポリマー回路構造体５３は、他の実施例に関して既に説明したような適当な寸法又は材料を含む。
【００５０】
図６（ｂ）及び６（ｃ）を参照するに、複数のアパーチャ５７を有する剛性板５０は、第２の導電性領域５９と並べられ、その結果として、アパーチャ５７は、それぞれ、複数の第２の導電性領域５９の上に設けられる。アパーチャ５７は、手動で、或いは、自動的に位置合わせされ、剛性板５０は、既に説明した剛性板と同じ特性又は異なる特性を有する。位置合わせされた後、剛性板５０は、ポリマー回路構造体５３に接合される。適当なボンディングプロセス（たとえば、接着性ボンディング）が使用される。
【００５１】
導電材料は、剛性板５０のアパーチャ内に堆積する。図６（ｄ）に示されるように、導電材料６１は、アパーチャ５７の内側で、第２の導電性領域５９の上に堆積する。好ましい実施例において、導電材料６１は、はんだペーストのような導電ペーストである。導電材料６１は、剛性板５０のアパーチャ５７に分離若しくは分配される。堆積後、導電材料６１は、必要に応じて、硬化又はリフローされる。他の実施例において、導電材料６１は、アパーチャ内で電気めっきされる。図６（ｅ）に示すように、堆積した導電材料６１は、第２の導電性領域５９の近くにある第１の端部と、第２の導電性領域から遠い方にある第２の端部を有し、ビア構造の形をなす。
【００５２】
導電材料６１がアパーチャに堆積する前若しくは後、又は、剛性板アパーチャを第２の導電性領域と位置合わせする前若しくは後に、基板５４の少なくとも一部分が除去される。これは、既に上記の実施例に関して説明した方法と同じ方法又は異なる方法で実現される。たとえば、図６（ｄ）に示されるように、基板全体を除去してもよい。他の実施例では、基板材料の一部分（たとえば、内側部分）が、ポリマー回路構造体５３の第１の面の対応した部分を露出させるため除去される。
【００５３】
導電材料６１がアパーチャ内に堆積したとき、ピン５２はビア構造体６４の第２の端部に接続される。ピン５２は、既に説明した実施例におけるピンと同じ特性又は異なる特性を有し、はんだ付け、溶接、及び、鍮付けを含む適当なプロセスを用いて、ビア構造体６４の第２の端部に接続される。図６（ｅ）に示されるように、ピンヘッドはビア構造体の第２の端部に連結され、ピン５２は、第２の導電性領域５９及びバイア構造体６４を介して、ポリマー回路構造体５３と電気的につながれる。
【００５４】
一つ以上の装置５１は、既に説明した実施例と同じ方法若しくは異なる方法で、ポリマー回路構造体５３の露出した第１の面に実装される。図６（ｅ）に示された装置５１は、たとえば、ピン５２がビア構造体６４の第２の端部に接合された前、又は、後に実装される。
【００５５】
以上の説明で使用された用語及び表現は、本発明の説明のために使用され、本発明を限定するために使用されたものではなく、かつ、図示され、説明された事項若しくはその一部の均等物を除外する意図ではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形を行い得ることに注意する必要がある。また、本発明のいずれかの実施例の一つ以上の特徴は、本発明の範囲を逸脱することなく、本発明の他の実施例の他の一つ以上の特徴と組み合わされる。
【００５６】
以上の説明に関して更に以下のような態様が考えられる。
【００５７】
（付記１）  第１の面及び第２の面を有するポリマー回路構造体を、第１の面側が基板と隣接するように基板上に形成する工程と、
上記ポリマー回路構造体の上記第２の面にピンを接続する工程と、
上記ポリマー回路構造体の上記第１の面の少なくとも一部分を露出させるため、上記基板の少なくとも一部分を除去する工程と、
上記ポリマー回路構造体の上記第１の面に装置を実装する工程とを有する方法。
【００５８】
（付記２）  上記ポリマー回路構造体は、複数のポリマー層及び導電層を含み、
上記ポリマー層及び上記導電層の各層の厚さは、約２５ミクロン以下である、付記１記載の方法。
【００５９】
（付記３）  上記第２の面にピンを接続する工程は、上記ピンを上記ポリマー回路構造体の上記第２の面に鍮付けする工程を有する、付記１記載の方法。
【００６０】
（付記４）  上記基板の少なくとも一部分を除去する工程は、エッチング工程を有する、付記１記載の方法。
【００６１】
（付記５）  上記接続されたピンを剛性ボディのアパーチャに挿入する工程を更に有する付記１記載の方法。
【００６２】
（付記６）  上記ピンを上記アパーチャの側壁に接続する工程を更に有する付記５記載の方法。
【００６３】
（付記７）  上記基板はアルミニウム又はシリコンを含む付記１記載の方法。
【００６４】
（付記８）  上記基板の少なくとも一部分を除去する工程は、上記基板の内側部分を除去する工程を含む、付記１記載の方法。
【００６５】
（付記９）  上記装置を実装する工程は、フリップチップボンディングプロセスを用いて上記装置を実装する工程を含む、付記１記載の方法。
【００６６】
（付記１０）  第１の導電性領域を含む第１の面及び第２の導電性領域を含む第２の面を有するポリマー回路構造体を、第１の面が基板と隣接するように基板上に形成する工程と、
剛性ボディ内のアパーチャを上記第２の導電性領域と位置合わせする工程と、
上記第１の導電性領域を含む上記ポリマー回路構造体の上記第１の面の少なくとも一部分を露出させるため、上記基板の少なくとも一部分を除去する工程と、
上記第２の導電性領域に近い方の第１の端部及び上記第２の導電性領域から遠い方の第２の端部を有する導電ビア構造体を形成するため、上記アパーチャに導電材料を堆積させる工程と、
上記導電ビア構造体の上記第２の端部にピンを接続する工程とを有する方法。
【００６７】
（付記１１）  上記基板の少なくとも一部分を除去する工程の後、露出した上記第１の導電性領域に装置を実装する工程を更に有する、付記１０記載の方法。
【００６８】
（付記１２）  上記アパーチャに上記導電材料を堆積させる工程は、上記導電材料を上記アパーチャ内に分割する工程を含む、付記１０記載の方法。
【００６９】
（付記１３）  上記基板の少なくとも一部分を除去する工程は、上記基板の全体を除去する工程を含む、付記１０記載の方法。
【００７０】
（付記１４）  上記第２の端部に上記ピンを接続する工程は、上記ピンのヘッドを上記導電ビア構造体の上記第２の端部に接続する工程を含む、付記１０記載の方法。
【００７１】
（付記１５）  上記第２の端部に上記ピンを接続する工程は、上記基板の少なくとも一部分を除去する工程の後に行われる、付記１０記載の方法。
【００７２】
（付記１６）  上記第２の端部に上記ピンを接続する工程は、上記基板の少なくとも一部分を除去する工程の前に行われる、付記１０記載の方法。
【００７３】
（付記１７）  第１の導電性領域を含む第１の面及び第２の導電性領域を含む第２の面を有するポリマー回路構造体と、
上記第１の導電性領域上の装置と、
上記第２の導電性領域に接続され、上記第１の導電性領域上の上記装置とは反対側に設けられたピンと、
上記ピンが中を通過するアパーチャを有する剛性板とを具備し、上記ピンの両端は上記アパーチャの外側に設けられている装置モジュール。
【００７４】
（付記１８）  上記剛性板はセラミックを含む、付記１７記載の装置モジュール。
【００７５】
（付記１９）  上記ピンは上記第２の導電性領域に鍮付けされている、付記１７記載の装置モジュール。
【００７６】
（付記２０）  上記ピンは、ピンヘッドと、上記ピンヘッドから離間したカラーとを含む、付記１７記載の装置モジュール。
【００７７】
（付記２１）  上記ポリマー回路構造体は、複数のポリマー層及び導電層を有し、上記ポリマー層及び上記導電層の各層の厚さは、約２５ミクロン未満である、付記１７記載の装置モジュール。
【００７８】
（付記２２）  上記ピンは上記アパーチャの側壁に接続されている、付記１７記載の装置モジュール。
【００７９】
（付記２３）  上記ピンは金属間結合を用いて上記アパーチャの上記側壁に接続されている、付記２２記載の装置モジュール。
【００８０】
（付記２４）  上記ポリマー回路構造体に近い方の上記剛性板の表面は研磨されていない、付記１７記載の装置モジュール。
【００８１】
（付記２５）  付記１記載の方法を用いて製造された装置モジュール。
【００８２】
（付記２６）  付記１０記載の方法を用いて製造された装置モジュール。
【００８３】
【発明の効果】
上記の通り、本発明の装置パッケージの製造方法は、第１の面及び第２の面を有するポリマー回路構造体を基板上に製作する。第１の面は基板に隣接するよう形成される。ピンは回路構造体の第２の面に接合される。基板の少なくとも一部分は回路構造体の第１の面の対応した少なくとも一部分を露出させるため除去され、回路構造体の露出した第１の面に装置が実装される。
【００８４】
本発明によれば、第１に、ピンと装置が回路構造体の反対面にあるため、非常に多数のピン及び装置をモジュールに設けることが可能になる。第２に、ピンが反対側に配置されるので、適当な高さを有する冷却素子（たとえば、ヒートシンク）を装置側に配置することができる。第３に、装置とピンがポリマー回路構造体の反対面に設けられるので、装置（すなわち、装置内のゲート）とピンの間の回路経路の長さは、非常に短くすることができる。回路経路が短くなるのに伴って、装置とピンの間で信号及び電力をより迅速に伝達することができるようになり、コンピュータ動作が潜在的に高速化される。
【図面の簡単な説明】
【図１（ａ）】モジュールの片面にピン及び装置を有する装置モジュールの断面図である。
【図１（ｂ）】図１（ａ）に示された装置モジュールの平面図である。
【図２（ａ）】ピン及び装置がモジュールの別々の面に設けられた装置モジュールの断面図である。
【図２（ｂ）】装置が隠れ線で描かれた図２（ａ）に示された装置モジュールの平面図である。
【図３（ａ）】装置モジュールの形成に使用される構造体の断面図である。
【図３（ｂ）】装置モジュールの形成に使用される構造体の断面図である。
【図３（ｃ）】装置モジュールの形成に使用される構造体の断面図である。
【図３（ｄ）】装置モジュールの断面図である。
【図３（ｅ）】装置が隠れ線で描かれた図３（ｄ）に示された装置モジュールの平面図である。
【図４（ａ）】ピンのアレイの断面図である。
【図４（ｂ）】ピンの断面図である。
【図４（ｃ）】ピンの断面図である。
【図４（ｄ）】ピンの断面図である。
【図５（ａ）】装置モジュールの断面図である。
【図５（ｂ）】剛性回路板の平面図である。
【図５（ｃ）】装置モジュール部の拡大断面図である。
【図５（ｄ）】装置モジュール部の拡大断面図である。
【図５（ｅ）】カラー付きのピンを有する装置モジュールの断面図である。
【図６（ａ）】装置モジュールの形成に使用される構造体の断面図である。
【図６（ｂ）】装置モジュールの形成に使用される構造体の断面図である。
【図６（ｃ）】装置モジュールの形成に使用される構造体の断面図である。
【図６（ｄ）】装置モジュールの形成に使用される構造体の断面図である。
【図６（ｅ）】装置モジュールの形成に使用される構造体の断面図である。
【符号の説明】
１０    装置モジュール
１１    装置
１２    ピン
１３    ポリマー回路構造体
１４    ボディ
２０    装置モジュール
２１    装置
２２    ピン
２３    ポリマー回路構造体
２４    剛体板
３０    モジュール
３１    装置
３２    ピン
３２（ａ）    ピンヘッド
３２（ｂ）    ボディ
３２（ｃ）    端領域
３２（ｄ）    カラー
３２（ｅ），３２（ｆ）    ボディ部
３２（ｇ）    湾曲部
３３    ポリマー構造体
３３（ａ）    第１の面
３３（ｂ）    第２の面
３５    基板
３７    フレーム
３８    剛性板
４０    モジュール
５０    剛性板
５２    ピン
５３    ポリマー回路構造体
５４    基板
５７    アパーチャ
５９    導電性領域
６１    導電材料
６４    ビア構造体
【図１（ａ）】
0004633911.tif 000002
【図１（ｂ）】
0004633911.tif 000003
【図２（ａ）】
0004633911.tif 000004
【図２（ｂ）】
0004633911.tif 000005
【図３（ａ）】
0004633911.tif 000006
【図３（ｂ）】
0004633911.tif 000007
【図３（ｃ）】
0004633911.tif 000008
【図３（ｄ）】
0004633911.tif 000009
【図３（ｅ）】
0004633911.tif 000010
【図４（ａ）】
0004633911.tif 000011
【図４（ｂ）】
0004633911.tif 000012
【図４（ｃ）】
0004633911.tif 000013
【図４（ｄ）】
0004633911.tif 000014
【図５（ａ）】
0004633911.tif 000015
【図５（ｂ）】
0004633911.tif 000016
【図５（ｃ）】
0004633911.tif 000017
【図５（ｄ）】
0004633911.tif 000018
【図５（ｅ）】
0004633911.tif 000019
【図６（ａ）】
0004633911.tif 000020
【図６（ｂ）】
0004633911.tif 000021
【図６（ｃ）】
0004633911.tif 000022
【図６（ｄ）】
0004633911.tif 000023
【図６（ｅ）】
0004633911.tif 000024