DE10107839A1 - Anordnung mit einem auf einem Träger montierten integrierten Schaltkreis und einer Stromversorgungsbaugruppenanordnung - Google Patents
Anordnung mit einem auf einem Träger montierten integrierten Schaltkreis und einer StromversorgungsbaugruppenanordnungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft Anordnungen zur Stromversorgung von integrierten Schaltkreisen. Um eine allen technischen Anforderungen genügende Stromversorgung im Hinblick auf größer werdende zulässige Lastsprünge, größere zulässige Stromänderungsgeschwindigkeiten und kleiner werdende Toleranzen hinsichtlich der Konstanz der jeweiligen Versorgungsspannung zu gewährleisten, werden verschiedene Lösungsvorschläge gemacht. DOLLAR A Insbesondere wird eine Anordnung mit einem auf einem Träger (1) montierten integrierten Schaltkreis (2) und einer Stromversorgungsbaugruppenanordnung (3) vorgeschlagen, die auf die Kombination aus Träger (1) und integriertem Schaltkreis (2) aufgesetzt ist und deren Grundfläche sich wenigstens teilweise über die Grundfläche des integrierten Schaltkreises (2) und/oder rings um die Grundfläche des integrierten Schaltkreises (2) erstreckt.
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem auf einem Träger montierten
integrierten Schaltkreis und einer Stromversorgungsbaugruppenanordnung.
Bei der Stromversorgung von integrierten Schaltkreisen, die bei hohen Taktraten mit
kleinen Spannungen und großen Strömen versorgt werden müssen, verursachen parasitäre
Zuleitungseffekte Probleme, insbesondere aufgrund von nicht mehr vernachlässigbar
kleinen Leitungsinduktivitäten. Bei bekannten Anordnungen in Personal-Computern sind
zur Stromversorgung von Prozessoren auf Motherboards Stromversorgungsbaugruppen
vorgesehen, die als sogenannte Voltage Regulator Module (VRM) bezeichnet werden.
Derartige Anordnungen können eine allen technischen Anforderungen genügende Strom
versorgung im Hinblick auf größer werdende zulässige Lastsprünge, größeren zulässigen
Stromänderungsgeschwindigkeiten und kleiner werdenden Toleranzen hinsichtlich der
Konstanz der jeweiligen Versorgungsspannung nicht mehr gewährleisten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Anordnungen anzugeben, die diesen
anspruchsvoller werdenden Anforderungen gerecht werden.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung mit einem auf einem Träger montierten
integrierten Schaltkreis und einer Stromversorgungsbaugruppenanordnung, die auf die
Kombination aus Träger und integriertem Schaltkreis aufgesetzt ist und deren Grundfläche
sich wenigstens teilweise über die Grundfläche des integrierten Schaltkreises und/oder rings
um die Grundfläche des integrierten Schaltkreises erstreckt (Anspruch 1).
Die Stromversorgungsbaugruppenanordnung und der integrierte Schaltkreis sind vorzugs
weise in Richtung senkrecht zur Grundfläche des integrierten Schaltkreises versetzt ange
ordnet. Mit einer solchen Anordnung lassen sich die Leitungslängen von Stromzu
führungen zwischen Ausgangsfiltern der Stromversorgungsbaugruppenanordnung und den
korrespondierenden Stromversorgungsanschlüssen des integrierten Schaltkreises mini
mieren. Weiterhin lassen sich eine Vielzahl von Stromversorgungsmodulen, die jeweils eine
vorgebbare Versorgungsspannung liefern, zu einer kompakten Stromversorgungsbau
gruppenanordnung zusammenfassen, die auf die Kombination von Träger und integrier
tem Schaltkreis aufsetzbar ist, so dass bei vorgefertigten Stromversorgungsbaugruppenan
ordnungen die weitere Montage mit wenig Aufwand möglich ist. Die Grundflächen der
Stromversorgungsbaugruppenanotdnung können sich überlappen, gegebenenfalls auch
teilweise. Die Grundfläche der Stromversorgungsanordnung kann sich aber auch rings um
die Grundfläche des integrierten Schaltkreises herum, d. h. insoweit ohne Überlappung der
Grundflächen und über alle (üblicherweise vier) Seiten des integrierten Schaltkreises,
erstrecken. Beide Ansätze zur räumlichen Anordnung der Grundfläche der Stromver
sorgungsbaugruppenanordnung relativ zur Grundfläche des integrierten Schaltkreises lassen
sich auch kombinieren.
Anspruch 2 spezifiziert, dass die Stromversorgungsbaugruppenanordnung mehrere Strom
versorgungsmodule mit einer entsprechenden Anzahl von Ausgangsanschlüssen aufweist,
die wiederum mit einer entsprechenden Anzahl von Stromversorgungsaußenanschlüssen
(nicht zwingend gleich der erwähnten Anzahl von Ausgangsanschlüssen) des integrierten
Schaltkreises verbunden sind, wobei diese Verbindungen mittels elektrischer Leitungen
minimierter Länge herstellbar sind.
Der Gegenstand des Anspruchs 3 hat den Vorteil, dass bei an die Grundfläche des inte
grierten Schaltkreises angepasster Ausnehmung (ist in Anspruch 4 genauer spezifiziert)
kurze elektrische Verbindungen, die die Ausgangsanschlüsse der Stromversorgungsmodule
mit den korrespondierenden Stromversorgungsaußenanschlüssen des integrierten Schalt
kreises verbinden, durch die Ausnehmung hindurchgeführt werden können. Ein Durch
führen von elektrischen Verbindungen durch das Material der die Stromversorgungs
module tragenden Leiterplatte ist somit nicht notwendig. Ein weiterer Vorteil ist, dass
durch die Ausnehmung eine Kühlvorrichtung zur Kühlung des integrierten Schaltkreises
greifen kann (siehe Anspruch 6).
Anspruch 5 ermöglicht die Anordnung einer Vielzahl von Stromversorgungsmodulen im
Randbereich der Ausnehmung, wobei hier der Randbereich der Ausnehmung so zu ver
stehen ist, dass er alle Ränder der Ausnehmung, also beispielsweise bei einer quadratischen
Ausnehmung alle vier Ränder und einen schmalen Bereich entlang dieser Ränder, erfasst.
Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 7 werden die elektrischen Kontakte zwischen den
Schaltkreisen der Stromversorgungsbaugruppenanordnung und den Stromversorgungs
außenanschlüssen des integrierten Schaltkreises im Bereich neben den integrierten Schalt
kreise hergestellt. Die Stromversorgungsausgangsfilterkondensatoren werden als Ver
bindungselemente verwendet, d. h. sie sind direkt mit den Stromversorgungskontakt
punkten die auf dem Träger neben dem integrierten Schaltkreis angeordnet sind, elektrisch
verbunden. Dabei sind die Stromversorgungskontaktpunkte insbesondere gemäß der Aus
gestaltungen nach Anspruch 8 und 9 über niederohmige und niederinduktive Verbin
dungen, die direkt an die Stromversorgungsaußenanschlüsse des integrierten Schaltkreises
heranführen, mit den Stromversorgungsaußenanschlüssen des integrierten Schaltkreises
verbunden. Als Stromversorgungsausgangsfilterkondensatoren werden insbesondere
sogenannte keramische Multilayer-Kondensatoren eingesetzt, die hier als mechanische
Stützmittel wirken können.
Anspruch 10 ermöglicht es, den gesamten sich über die Oberfläche des integrierten Schalt
kreises erstreckenden Bereich für Stromversorgungsaußenanschlüsse des integrierten
Schaltkreises zu nutzen, wobei die Stromversorgungsaußenanschlüsse insbesondere gleich
mäßig über die entsprechende Oberflächenseite des integrierten Schaltkreises verteilt sind.
Auf diese Weise lässt sich eine Vielzahl von elektrischen Verbindungen mit minimalen
parasitären Effekten (aufgrund minimierter Zuleitungslängen) zwischen der Stromver
sorgungsbaugruppenanordnung und dem integrierten Schaltkreis herstellen. Bei diesem
Ansatz ist eine entsprechende Ausgestaltung des integrierten Schaltkreises erforderlich, bei
der die Stromversorgungsaußenanschlüsse des integrierten Schaltkreises auf der dem Träger
des integrierten Schaltkreises abgewandten Seite des integrierten Schaltkreises angeordnet
sind.
Bei der Ausgestaltung gemäß Anspruch 11 werden Stromversorgungsausgangsfilterkonden
satoren verwendet, die zwischen einer Leiterplatte der Stromversorgungsbaugruppen
anordnung und dem integrierten Schaltkreis angeordnet sind, wobei die Stromversorgungs
ausgangsfilterkondensatoren unmittelbar mit den Stromversorgungsaußenanschlüssen des
integrierten Schaltkreises verbunden werden. Der Abstand zwischen den
Stromversorgungsausgangsfilterkondensatoren und den Stromversorgungsaußenanschlüssen
des integrierten Schaltkreises ist auf ein Minimum (nahezu Null) reduziert.
Anspruch 12 bezieht sich auf eine vorteilhafte Ausgestaltung bezüglich der Kühlung des
integrierten Schaltkreises.
Die Ansprüche 13 und 14 beziehen sich auf Ausgestaltungen der Stromversorgungs
baugruppe, die aus mehreren Leiterplattenbereichen besteht. Durch das Anwinkeln von
Leiterplattenbereichen der Stromversorgungsbaugruppe lässt sich die Stromversorgungs
baugruppe einerseits kompakter herstellen. Andererseits kann zur Kühlung von auf diesen
abgewinkelten Leiterplattenbereichen angeordneten elektronischen Bauelementen dieselbe
Kühlvorrichtung verwendet werden, die auch zur Kühlung des integrierten Schaltkreises
verwendet wird.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Anordnung mit einem auf einem Träger
montierten integrierten Schaltkreis und mehreren rings um den integrierten Schaltkreis
angeordneten Stromversorgungsmodulen mit separaten Stromversorgungsausgangs
anschlüssen (Anspruch 15).
Bei diesem Ansatz können auch bei einer Vielzahl von Stromversorgungsaußenanschlüssen
des integrierten Schaltkreises, denen eine Vielzahl von Versorgungsspannungen zuzuführen
ist, die Ausgangsanschlüsse der Stromversorgungsbaugruppenanordnung in unmittelbarer
Nachbarschaft der korrespondieren Außenanschlüsse des integrierten Schaltkreises ange
ordnet werden, so dass die Leitungslängen der jeweiligen elektrischen Verbindungen auf
ein Minimum reduzierbar sind.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Anordnung gemäß Anspruch 16. Bei dieser Aus
gestaltung wird eine Stromversorgungsbaugruppenanordnung neben dem integrierten
Schaltkreis angeordnet. Durch Auslagerung von Ausgangsfilterkondensatoren kann bei
derartigen Anordnungen die Länge elektrischer Verbindungen zwischen den Ausgangs
filterkondensatoren und den zugehörigen Stromversorgungsaußenanschlüssen des inte
grierten Schaltkreises minimiert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform sorgt eine
Regelung dafür, dass die dem integrierten Schaltkreis zugeführte(n) Versorgungsspan
nung(en) im geforderten Toleranzbereich liegen. Um die Regelung durchführen zu
können, werden zusätzliche Messleitungen, über die nur vernachlässigbar kleine Ströme
fließen, zwischen der Stromversorgungsbaugruppenanordnung und dem integrierten
Schaltkreis angeordnet.
Die Ansprüche 17 bis 24 beziehen sich auf Teile der obigen erfindungsgemäßen An
ordnungen, die separat herstellbar sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Anordnung mit einem auf einen Träger montierten integrierten Schaltkreis
und aufgesetzter Stromversorgungsbaugruppenanordnung,
Fig. 2 eine Ausgestaltung, bei der neben dem integrierten Schaltkreis auf dem Träger
Stromversorgungsausgangsfilterkondensatoren angeordnet sind,
Fig. 3 ein Detail der Anordnung gemäß Fig. 2,
Fig. 4 eine Abwandlung der Ausgestaltung gemäß Fig. 2 mit abgewinkelten Teilen der
Stromversorgungsbaugruppenanordnung,
Fig. 5 eine weitere Ausgestaltung der Anordnung gemäß Fig. 4, bei der auf der Oberseite
des integrierten Schaltkreises Stromversorgungsaußenanschlüsse vorgesehen sind,
Fig. 6 eine erfindungsgemäße Anordnung mit den rings um den integrierten Schaltkreis
angeordneten Stromversorgungsmodulen,
Fig. 7 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 6 ohne Kühlvorrichtung und
Verkapselung und
Fig. 8 eine Ausführungsform, bei der auf einer Grundplatine (Motherboard) eines
Personal-Computers eine Stromversorgungsbaugruppe neben einer Kombination
aus Träger und integrierten Schaltkreis angeordnet ist.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung mit einem auf einem Träger 1 montierten integrierten Schalt
kreis 2. Auf die Kombination Träger 1 und dem integrierten Schaltkreis 2 ist eine Strom
versorgungsbaugruppenanordnung 3 aufgesetzt, die eine Vielzahl von Stromversorgungs
modulen aufweist, die rings um eine Ausnehmung 4 der Stromversorgungsbaugruppen
anordnung 3 angeordnet sind, wobei beispielhaft eines der Stromversorgungsmodule mit
dem Bezugszeichen 13 gekennzeichnet ist. Die Fläche der Ausnehmung 4 erstreckt sich im
wesentlichen über die Grundfläche des integrierten Schaltkreises 2, so dass eine Kühlvor
richtung (nicht dargestellt; z. B. mit Kühlkörper, Ventilator, Heatspread, Heatpipe, . . .)
durch die Ausnehmung 4 hindurchgreifen kann und auf der oberen Seite des integrierten
Schaltkreis so aufsitzt, dass die von dem integrierten Schaltkreis 2 im Betrieb erzeugte
Wärmeenergie effektiv über die Kühlvorrichtung an die Umgebung abgegeben werden
kann. Die Stromversorgungsmodule 13 enthalten Stromversorgungsausgangsfilterkonden
satoren 5, Treiberschaltkreise 6, Schaltelemente 7 und magnetische Bauelemente (Spulen
oder Transformatoren). Jeder für die Stromversorgungsbaugruppenanordnung 3 ver
wendete Bauelementetyp ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur jeweils einmal mit
einem Bezugszeichen versehen. Der Aufbau der Stromversorgungsmodule ist nur beispiel
haft angegeben. Der genaue Aufbau der Stromversorgungsmodule hängt vom jeweils ver
wendeten Konvertertyp (insbesondere Tiefsetzsteller ("Buck-Converter")) ab. Ausgangs
filterkondensatoren liegen aber bei allen Konvertertypen vor.
In der Ausgestaltung gemäß Fig. 1 werden elektrische Verbindungen zwischen Stromver
sorgungsaußenanschlüssen 10 und Ausgangsanschlüssen der Stromversorgungsmodule 13,
die Anschlüssen der an den Rändern der Ausnehmung 4 angeordneten Ausgangsfilter
kondensatoren 5 entsprechen, über hier als Drahtverbindungen ausgeführte elektrische
Verbindungen 11 hergestellt, die durch die Ausnehmung 4 hindurchgeführt werden. Der
Übersichtlichkeit halber ist wiederum nur ein Stromversorgungsaußenanschluss und eine
Drahtverbindung mit einem Bezugszeichen versehen. Für die Stromversorgungsbau
gruppenanordnung 3 wird im vorliegenden Fall eine einzelne Leiterplatte 12 verwendet,
auf der die Schaltkreise und Bauelemente der Stromversorgungsbaugruppenanordnung
angeordnet sind, und die als Substrat für die Stromversorgungsbaugruppenanordnung
wirkt. Die Ausgangsfilterkondensatoren 5 sind auf der Leiterplatte 12 unmittelbar im an
die Ausnehmung 4 angrenzenden Randbereich angeordnet, wobei die Ausgangsfilter
kondensatoren 5 hier gleichmäßig über alle vier Ränder der Ausnehmung 4 verteilt sind.
Grundsätzlich kann die Verteilung der Ausgangsfilterkondensatoren bzw. der Stromver
sorgungsmodule aber auch anders erfolgen, d. h. die Verteilung über die Ränder der Aus
nehmung kann auch ungleichmäßig sein; auch müssen die Ausgangsfilterkondensatoren
bzw. Stromversorgungsmodule nicht auf alle Ränder der Ausnehmung 4 verteilt sein. Bei
der vorliegenden Ausführungsform liegen die Ausgangsanschlüsse der verschiedenen
Stromversorgungsmodule zugehörigen Stromversorgungsaußenanschlüssen des integrierten
Schaltkreises 2 gegenüber. Die Länge der Drahtverbindungen 11 ist somit auf ein Mini
mum reduziert und hängt vom Abstand der Leiterplatte 12 der Stromversorgungsbau
gruppenanordnung 3 vom Träger 1 bzw. vom integrierten Schaltkreis 2 und von der Dicke
der Leiterplatte 12 ab. Mit der Anordnung gemäß Fig. 1 ist es möglich, dem integrierten
Schaltkreis 2 eine Vielzahl von Versorgungsspannungen mit gleichen und/oder
unterschiedlichen Spannungswerten zuzuführen, wobei die Längen der elektrischen
Verbindungen 11 zwischen den Stromversorgungsaußenanschlüssen 10 des integrierten
Schaltkreises 2 und den Stromversorgungsausgängen der Stromversorgungsbaugruppen
anordnung 3 auf ein Minimum reduziert sind. Die Anordnung ist für die Stromversorgung
zukünftiger Prozessorgenerationen geeignet, die hohe Versorgungsströme, große Last
sprünge, große Stromänderungsgeschwindigkeiten von Versorgungsströmen und weiter
verschärfte Anforderungen hinsichtlich zulässiger Schwankungen der Versorgungsspan
nungen erfordern werden.
Die Anordnung gemäß Fig. 2 zeigt einen auf einem Träger 101 angeordneten integrierten
Schaltkreis 102. Der Träger 101 weist auf seiner Unterseite Kontakte 103 auf, mittels
derer eine Kontaktierung mit Schaltkreisen einer Grundplatine z. B. eines Personal-
Computers herstellbar sind, auf die die Anordnung gemäß Fig. 2 aufsetzbar ist. Auf die
Kombination aus integrierten Schaltkreis 102 und Träger 101 ist eine Stromversorgungs
baugruppenanordnung 104 aufgesetzt, die eine als Substrat wirkende Leiterplatte 105
aufweist, auf der Stromversorgungsschaltkreise und Bauelemente unterschiedlicher Strom
versorgungsmodule, die verschiedene Versorgungsspannungen erzeugen, angeordnet sind.
Beispielhaft sind zu einem ersten Stromversorgungsmodul gehörige Bauelemente 106 und
zu einem zweiten Stromversorgungsmodul gehörige Bauelemente 107 dargestellt, die
jeweils zu einem Stromversorgungsmodul (Anordnung von Stromversorgungsmodulen 13
wie in Fig. 1) gehören. Die Leiterplatte 105 enthält wie die Leiterplatte 12 in Fig. 1 eine
Ausnehmung 120, die sich oberhalb des integrierten Schaltkreises 102 in etwa über die
Oberfläche des integrierten Schaltkreises 102 erstreckt und um die rings herum wie in Fig.
1 die verwendeten Stromversorgungsmodule angeordnet sind. Neben dem integrierten
Schaltkreis 102 sind auf den Träger 101 Stromversorgungsausgangsfilterkondensatoren 108
angeordnet. Diese sind über auf der Unterseite der Leiterplatte 105 angeordnete Kontakte
109 mit den zugehörigen Schaltkreisen der Stromversorgungsbaugruppenanordnung 104 -
hier mittels einer lösbaren Verbindung durch Berührungskontakte - verbunden. Auf der
anderen Seite sind die Ausgangsfilterkondensatoren 108 mit auf dem Träger 101 neben
dem integrierten Schaltkreis 102 angeordneten Stromversorgungskontaktpunkten 110 -
und zwar hier durch nicht lösbare Lötverbindungen - verbunden, wodurch eine elektrische
Verbindung mit den Stromversorgungsaußenanschlüssen 121 (beispielhaft mit Bezugs
zeichen versehen) des integrierten Schaltkreises 102 hergestellt wird, was Fig. 3 näher
erläutert.
Wie aus Fig. 3 zu entnehmen ist, werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel keramische
Multilayer-Kondensatoren als Ausgangsfilterkondensatoren 108 verwendet, die zwei gegen
überliegende metallische Kontaktschichten 111 aufweisen; das Kondensatordielektrikum ist
mit dem Bezugszeichen 112 bezeichnet. Über jeweils eine der beiden Kontaktschichten
111 wird ein Versorgungspotential und über die andere Kontaktschicht 111 eines Konden
sators 108 wird das zugehörige Bezugspotential übertragen. Das Versorgungspotential und
das Bezugspotential werden dabei mit Hilfe von zwei gegenüberliegenden Leiterbahnen
schichten 113, die jeweils mit einem Kontaktpunkt 110 verbunden sind, den zugehörigen
Stromversorgungsaußenanschlüssen 121 des integrierten Schaltkreises 102 zugeführt. Die
Leiterbahnenschichten 113 sind elektrisch voneinander isoliert, insbesondere durch
dielektrisches - beispielsweise keramisches - Material 114.
In der Ausgestaltung gemäß Fig. 2 und 3 ist außerdem eine Verkapselung 115 vorgesehen,
die den integrierten Schaltkreis 102 und die Ausgangsfilterkondensatoren 108 erfasst. Auch
für die Bauelemente (106, 107) der Stromversorgungsbaugruppenanordnung 104 ist als
vorteilhafte Ausgestaltung eine mit dem Bezugszeichen 11 G versehene Verkapselung vor
gesehen. Weiterhin ist eine Kühlvorrichtung 117 vorgesehen, der zur Kühlung der wärme
erzeugenden Bauelemente der Stromversorgungsbaugruppenanordnung 104 und zur
Kühlung des integrierten Schaltkreises 102 dient. Ein Vorsprung der Kühlvorrichtung 117
greift dabei durch die Ausnehmung 120 hindurch und liegt planar auf dem integrierten
Schaltkreis 102 bzw. auf dem sich oberhalb des integrierten Schaltkreises 102 befindlichen
Teils der Verkapselung 115 auf. Die Kühlvorrichtung 117 kann in üblicherweise ausge
staltet werden; zur Verbesserung der Kühlung kann außerdem in üblicher Weise ein
Ventilator eingesetzt werden.
Fig. 4 zeigt eine Abwandlung der Ausgestaltung gemäß Fig. 2. Bei dieser Anordnung ist die
Leiterplatte 105 um Leiterplattenteile 105a ergänzt, die senkrecht auf der parallel zum
Träger 101 bzw. integrierten Schaltkreis 102 verlaufenden Leiterplatten 105 stehen.
Mindestens ein Teil der zu kühlenden Bauelemente 107 sind auf den Leiterplattenteilen
105a angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist noch eine Verkapselung 118 der
auf den Leiterplattenteilen 105a angeordneten Bauelemente bzw. Schaltkreise vorgesehen.
Die abgewinkelten Leiterplattenbereiche 105a können auch grundsätzlich mit anderen
Winkeln auf dem Leiterplattenbereich 105 stehen. Sie sind vorteilhafterweise allerdings so
angeordnet, dass sie unmittelbar an der Kühlvorrichtung 117 anliegen und ein optimaler
Wärmeübergang in die Kühlvorrichtung 117 sichergestellt ist. Durch Abwinkeln von
Leiterplattenbereichen wird eine kompakte Bauform der ganzen Anordnung gefördert. Fig.
4 deutet außerdem an, dass die Verkapselung 115 sich nicht unbedingt über die Stromver
sorgungsausgangsfilterkondensatoren 108 erstrecken muss, sondern auch lediglich den
integrierten Schaltkreis 102 überdecken kann, was in Fig. 4 dadurch angedeutet wird, dass
die auf der rechten Seite angeordneten Stromversorgungsausgangsfilterkondensatoren 108
nicht von der dargestellten Verkapselung 115 erfasst sind. Von der Verkapselung nicht
erfasste Stromversorgungsausgangsfilterkondensatoren 108 können bei der Fertigung der
Stromversorgungsbaugruppenanordnung 104 auf die Unterseite der Leiterplatte 105
aufgelötet werden; die Kontaktierung mit Stromversorgungsaußenanschlüssen 121 ver
bundenen und neben dem integrierten Schaltkreis 102 liegenden Kontaktpunkten auf der
Oberseite des Trägers 101 erfolgt hier durch mit 109a bezeichnete Kontakte (Löt- oder
Berührungskontakte). Von der Verkapselung 115 erfasste Stromversorgungsausgangs
filterkondensatoren 108 sind in die Fertigung der Kombination aus Träger 101 und
integriertem Schaltkreis 102 zu integrieren.
Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 5 ist gegenüber der Ausgestaltung gemäß Fig. 4 die
Kontaktierung der Stromversorgungsaußenanschlüsse des integrierten Schaltkreises 102
mit den entsprechenden Stromversorgungsausgangsanschlüssen der Stromversorgungs
baugruppenanordnung 104 in weiter optimierter Weise ausgeführt. Nunmehr wird ein
integrierter Schaltkreis 102 verwendet, dessen Stromversorgungsaußenanschlüsse auf seiner
Oberseite heraus geführt sind, wobei die übrigen Anschlüsse des integrierten Schaltkreises
102 auf der Unterseite des integrierten Schaltkreises und damit auf der dem Träger 101
zugewandten Seite liegen. Zur Herstellung der Kontaktierungen mit der Stromver
sorgungsbaugruppe 104 sind auf die Stromversorgungsaußenanschlüsse des integrierten
Schaltkreises 102 die entsprechenden Stromversorgungsausgangsfilterkondensatoren 108
aufgesetzt und fixiert, die wiederum auf der anderen Seite an entsprechenden Kontakt
punkten 109 auf der Unterseite der Stromversorgungsbaugruppenanordnung 104, die in
einem zentralen zusammenhängenden Bereich der Leiterplatte 105 angeordnet sind,
anliegen. Weiterhin ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine Verkapselung 115 vorgesehen,
die den gesamten integrierten Schaltkreis 102 erfasst und sich hier über den gesamten
Träger 101 erstreckt, wobei lediglich die Stromversorgungsausgangsfilterkondensatoren
108 teilweise durch die Außenseite der Verkapselung 115 hindurchragen. Bei diesem
Ansatz weist die verwendete Kühlvorrichtung 117 mehrere Vorsprünge 117a, die durch
entsprechende Ausnehmungen der Leiterplatte 105 greifen. Die Vorsprünge 117a füllen
dabei Räume zwischen den Stromversorgungsausgangsfilterkondensatoren 108 aus und
liegen entweder - wie hier dargestellt - auf der Verkapselung 115 oder direkt auf dem
integrierten Schaltkreis 102 auf. Die Ausführungsform gemäß Fig. 5 kann als besonders
bevorzugt angesehen werden, da hier unerwünschte parasitäre Effekte auf besonders
effektive Weise reduziert werden.
Die Fig. 6 und 7 verdeutlichen eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser
Anordnung sind mehrere Stromversorgungsmodule rings um einen integrierten Schaltkreis
202 auf einem Träger 201 angeordnet, wobei sowohl der integrierte Schaltkreis 202 als
auch die Stromversorgungsmodule unmittelbar auf den Träger 201 aufgesetzt sind. Die
Stromversorgungsmodule sind hier mit der Bezugsziffer 203 bezeichnet und weisen
Stromversorgungsausgangsfilterkondensatoren 204 und sonstige Stromversorgungs
bauelemente/-schaltkreise 205 auf, die hier nur prinzipiell angedeutet sind. In Fig. 6 ist
außerdem eine optionale Verkapselung 206 angedeutet, die sich über den integrierten
Schaltkreis 202 und die Stromversorgungsschaltkreise/-bauelemente erstreckt. Fig. 7
verdeutlicht, wie die Stromversorgungsausgangsfilterkondensatoren 204 rings um den
integrierten Schaltkreis 202, und zwar in unmittelbarer Nähe desselben, angeordnet sind,
um die Verbindungsleitungen zwischen den Stromversorgungsausgangsfilterkondensatoren
204 und den korrespondierenden Stromversorgungsaußenanschlüssen des integrierten
Schaltkreises 202 möglichst kurz zu halten; die Verbindungsleitungen sind dabei vorzugs
weise gemäß Fig. 3 und zugehöriger Beschreibung ausgeführt. Hier sind die Stromver
sorgungsausgangsfilterkondensatoren gleichmäßig über alle vier Seiten des integrierten
Schaltkreises 202 verteilt; grundsätzlich ist aber auch eine andere Verteilung der Strom
versorgungsausgangsfilterkondensatoren 204 um den integrierten Schaltkreis 202 möglich.
So müssen beispielsweise die Stromversorgungsausgangsfilterkondensatoren 204 nicht auf
allen vier Seiten des integrierten Schaltkreises 202 angeordnet sein. Auch bei dieser Aus
führungsform lassen sich durch rings um den integrierten Schaltkreis verteilte Stromver
sorgungsmodule mit eng an den integrierten Schaltkreis 202 angrenzenden Stromver
sorgungsausgangsfilterkondensatoren 204 eine Vielzahl von gleichen oder unterschied
lichen Versorgungsspannungen dem integrierten Schaltkreis 202 zuführen, wobei auch
hier aufgrund von Verbindungsleitungen minimierter Länge zwischen den Stromver
sorgungsausgangsfilterkondensatoren 204 und den Stromversorgungsaußenanschlüssen des
integrierten Schaltkreises 202 parasitäre Effekte insbesondere aufgrund von nicht vernachlässigbaren
Leitungsinduktivitäten effektiv reduziert sind.
Fig. 8 zeigt eine Anordnung mit einer Grundplatine 301 (beispielsweise ein sogenanntes
Motherboard eines Personal-Computers) auf dem ein auf einem Träger 302 aufgesetzter
integrierter Schaltkreis 303 angeordnet ist, wobei die Kombination aus Träger 302 und
integriertem Schaltkreis 303 wiederum zur Herstellung einer Verbindung mit den
Schaltungsstrukturen der Grundplatine 301 auf einen Sockel 304 aufgesetzt ist. Neben
dem Träger 302 übt hier auch die Grundplatine 301 indirekt die Funktion eines Trägers
des integrierten Schaltkreises 303 aus (grundsätzlich sind auch Ausführungen möglich, bei
denen der integrierte Schaltkreis direkt auf die Grundplatine 301 aufgesetzt wird; ent
sprechendes gilt für die Ausführungen gemäß Fig. 1 bis 7, bei als Träger auch das Mother
board eines Personal-Computers fungieren kann). Neben dem integrierten Schaltkreis 303,
d. h. hier auch neben dem Träger 302 und dem Sockel 304 ist auf der Grundplatine 301
eine Stromversorgungsbaugruppe 305 angeordnet, die eine Versorgungsspannung über in
der Grundplatine 306 verlaufende Verbindungsleitungen entsprechenden Kontaktpunkten
auf der Unterseite des Trägers 302 und damit dem integrierten Schaltkreis 303 zuführt.
Um parasitären Effekten aufgrund der nicht vernachlässigbaren Leitungslängen der
Zuleitung 306 entgegenzuwirken und Schwankungen einer dem integrierten Schaltkreis
303 zugeführten Versorgungsspannung zu minimieren, enthält die Stromversorgungs
baugruppe eine Regelschaltung 307, die mit Hilfe der Messleitungen 308 gemessene
Spannungen auswertet und die an der Verbindungsleitung 306 angelegte Spannung so
nachregelt, dass die dem integrierten Schaltkreis zugeführte jeweilige Versorgungsspan
nung, die aus der an der Leitung 306 anliegenden jeweiligen Spannung abgeleitet ist, im
geforderten Toleranzbereich liegt. Bei der vorliegenden Anordnung ist ein Stromver
sorgungsausgangsfilterkondensator 309 aus der Stromversorgungsbaugruppe 305 ausge
lagert und in unmittelbarer Nähe neben dem integrierten Schaltkreis 303 auf dem Träger
302 angeordnet (er könnte aber auch auf der dem integrierten Schaltkreis gegenüber
liegenden Seite des Träger 302 in unmittelbarer Nähe des integrierten Schaltkreises 303
angeordnet sein); mittels der Messleitung 308 wird die am Stromversorgungsausgangsfilter
kondensator 309 anliegende Spannung abgegriffen und der Regelschaltung 307 zugeführt.
Der Stromversorgungsausgangsfilterkondensator 309 ist über nicht näher gezeigte
Verbindungen, die durch den Träger 302 verlaufen, mit auf der Unterseite des Trägers
302 angeordneten Kontaktpunkten verbunden, die wiederum mit den Leitungen 306 und
308 verbunden sind. Der beschriebene Ansatz ist selbstverständlich auf die Anwendung
von Stromversorgungsbaugruppen, die mehrere Versorgungsspannungen erzeugen und/
oder auf die Anwendung mehrerer um den integrierten Schaltkreis herum verteilter Strom
versorgungsbaugruppen übertragbar. Ebenso ist nur beispielhaft ein einzelner Stromver
sorgungsausgangsfilterkondensator 309 dargestellt. Selbst bei einem einzelnen Stromver
sorgungsmodul sind üblicherweise mehrere parallel geschaltete Stromversorgungsausgangs
filterkondensatoren erforderlich, um einen ausreichend hohen Kapazitätswert zu erreichen.
Die Darstellungen in den Fig. 1 bis 8 sind lediglich schematische Darstellungen zur Dar
stellung der erfindungsgemäßen Prinzipien. Um die Übersichtlichkeit der Darstellung zu
gewährleisten, wurden für die Erfindung nicht wesentliche und für den Fachmann selbst
verständliche Einzelheiten, die der Fachmann aufgrund seines Fachwissens ergänzen wird,
nicht näher dargestellt und erläutert.
Claims (24)
1. Anordnung mit einem auf einem Träger (1, 101) montierten integrierten Schaltkreis (2,
102) und einer Stromversorgungsbaugruppenanordnung (3, 104), die auf die Kombination
aus Träger (1) und integriertem Schaltkreis (2) aufgesetzt ist und deren Grundfläche sich
wenigstens teilweise über die Grundfläche des integrierten Schaltkreises (2, 102) und/oder
rings um die Grundfläche des integrierten Schaltkreises (2, 102) erstreckt.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der integrierte Schaltkreis (2) mehrere Stromversorgungsaußenanschlüsse aufweist, dass die Stromversorgungsbaugruppenanordnung (3) mehrere Stromversorgungsmodule (13) aufweist und
dass jeweils mindestens ein Stromversorgungsaußenanschluss (10) des integrierten Schaltkreises (2) mit einem gegenüberliegenden Ausgangsanschluss eines Stromversorgungsmoduls (13) verbunden ist.
dass der integrierte Schaltkreis (2) mehrere Stromversorgungsaußenanschlüsse aufweist, dass die Stromversorgungsbaugruppenanordnung (3) mehrere Stromversorgungsmodule (13) aufweist und
dass jeweils mindestens ein Stromversorgungsaußenanschluss (10) des integrierten Schaltkreises (2) mit einem gegenüberliegenden Ausgangsanschluss eines Stromversorgungsmoduls (13) verbunden ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stromversorgungsmodule (13) auf einem eine Ausnehmung (4) aufweisenden
Substrat (12) angeordnet sind, wobei die Ausgangsfilter (5) der Stromversorgungsmodule
(13) im Randbereich der Ausnehmung (4) angeordnet sind.
4. Anordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Flächen, über die sich die Ausnehmung (4) und der integrierte Schaltkreis (2)
erstrecken, im wesentlichen gleich sind.
5. Anordnung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ausgangsfilter (5) auf mehrere Ränder der Ausnehmung (4) verteilt sind.
6. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine durch die Ausnehmung (4) durchgreifende Kühlvorrichtung zur Kühlung des
integrierten Schaltkreises (2) vorgesehen ist.
7. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Träger (101) im Bereich neben dem integrierten Schaltkreis (102) Stromversor gungskontaktpunkte (110) aufweist, die mit Stromversorgungsaußenanschlüssen des inte grierten Schaltkreises (102) verbunden sind und
dass Stromversorgungsausgangsfilterkondensatoren (108) der Stromversorgungsbau gruppenanordnung (104) zur Herstellung von elektrischen Verbindungen mit den Strom versorgungskontaktpunkten zwischen einem Substrat (105) der Stromversorgungs baugruppenanordnung (104) und den Stromversorgungskontaktpunkten (110) angeordnet sind.
dass der Träger (101) im Bereich neben dem integrierten Schaltkreis (102) Stromversor gungskontaktpunkte (110) aufweist, die mit Stromversorgungsaußenanschlüssen des inte grierten Schaltkreises (102) verbunden sind und
dass Stromversorgungsausgangsfilterkondensatoren (108) der Stromversorgungsbau gruppenanordnung (104) zur Herstellung von elektrischen Verbindungen mit den Strom versorgungskontaktpunkten zwischen einem Substrat (105) der Stromversorgungs baugruppenanordnung (104) und den Stromversorgungskontaktpunkten (110) angeordnet sind.
8. Anordnung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verbindung zwischen den Stromversorgungsaußenanschlüssen (110) des
integrierten Schaltkreises (102) und den Stromversorgungskontaktpunkten (110) des
Trägers (101) durch elektrisch gut leitende und voneinander durch Isoliermaterial (114)
getrennte Schichten (113) des Trägers (101) hergestellt wird.
9. Anordnung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Isoliermaterial (114) dielektisches Material, insbesondere keramisches Material, ist.
10. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der integrierte Schaltkreis (102) Stromversorgungsaußenanschlüsse auf seiner dem Träger (101) abgewandten Oberflächenseite aufweist und
dass die Stromversorgungsaußenanschlüsse korrespondierenden Stromversorgungsausgangs anschlüssen der Stromversorgungsbaugruppenanordnung (104) gegenüberliegen.
dass der integrierte Schaltkreis (102) Stromversorgungsaußenanschlüsse auf seiner dem Träger (101) abgewandten Oberflächenseite aufweist und
dass die Stromversorgungsaußenanschlüsse korrespondierenden Stromversorgungsausgangs anschlüssen der Stromversorgungsbaugruppenanordnung (104) gegenüberliegen.
11. Anordnung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass Stromversorgungsausgangsfilterkondensatoren (108) zur Herstellung von elektrischen
Verbindungen mit den Stromversorgungsaußenanschlüssen des integrierten Schaltkreises
(102) zwischen einem Substrat (105) der Stromversorgungsbaugruppenanordnung (104)
und den Stromversorgungsaußenanschlüssen angeordnet sind.
12. Anordnung nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stromversorgungsbaugruppenanordnung (104) im Bereich über dem integrierten
Schaltkreis (102) Ausnehmungen zur Durchführung von Vorsprüngen (117a) einer
Kühlvorrichtung (117) aufweist.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stromversorgungsbaugruppenanordnung (104) mindestens einen Substratbereich
(105a) aufweist, der angewinkelt zu derjenigen Oberflächenseite des Trägers (101) steht,
auf der der integrierte Schaltkreis (102) angeordnet ist.
14. Anordnung nach Anspruch 13
dadurch gekennzeichnet,
dass der angewinkelte, insbesondere in etwa im rechten Winkel angewinkelte,
Substratbereich (105a) Stromversorgungsbauteile (107) trägt und an einer zur Kühlung des
integrierten Schaltkreises (102) dienenden Kühlvorrichtung (117) anliegt.
15. Anordnung mit einem auf einem Träger (201) montierten integrierten Schaltkreis
(202) und mehreren rings um den integrierten Schaltkreis (202) angeordneten
Stromversorgungsmodulen (204, 205) mit separaten Stromversorgungsausgangs
anschlüssen.
16. Anordnung mit einem auf einem Träger (301, 302) angeordneten integrierten
Schaltkreis (303) und einer neben dem integrierten Schaltkreis (303) angeordneten
Stromversorgungsbaugruppenanordnung (305) zur Stromversorgung des integrierten
Schaltkreises (303), wobei mindestens ein Stromversorgungsausgangsfilterkondensator
(309) aus der Stromversorgungsbaugruppenanordnung (305) ausgelagert und in
unmittelbarer Nähe des integrierten Schaltkreises angeordnet ist, wobei insbesondere
zusätzlich vorgesehen ist, in der Stromversorgungsbaugruppenanordnung (305) eine
Regelschaltung (307) vorzusehen, die von der Stromversorgungsbaugruppenanordnung
(305) erzeugte Ausgangsspannungen unter Verwendung zusätzlicher Messleitungen (308)
so regelt, dass dem integrierten Schaltkreis (303) zugeführte Versorgungsspannungen im
geforderten Toleranzbereich liegen.
17. Stromversorgungsbaugruppenanordnung (3) zur Stromversorgung eines integrierten
Schaltkreises (2) mit einem eine Ausnehmung (4) aufweisenden Substrat (12), auf der
mehrere Stromversorgungsmodule angeordnet sind, deren Ausgangsfilter (5) im
Randbereich der Ausnehmung (4) angeordnet sind.
18. Anordnung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ausgangsfilter (5) auf mehrere Ränder der Ausnehmung (4) verteilt sind.
19. Anordnung mit auf einem Träger (201) angeordneten Stromversorgungsmodulen
(204, 205), die rings um einen zur Aufnahme eines integrierten Schaltkreises (202)
vorgesehenen Bereich des Trägers (201) angeordnet sind.
20. Stromversorgungsbaugruppenanordnung (104) mit einer mehrere
Stromversorgungsmodule (106, 107) tragenden Leiterplattenanordnung (105, 105a),
wobei in einem zusammenhängenden zentralen Leiterplattenbereich mehrere den
verschiedenen Stromversorgungsmodulen zugeordnete Stromversorgungskontaktpunkte
(109) angeordnet sind.
21. Anordnung nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zusammenhängende zentrale Leiterplattenbereich mehrere Ausnehmungen
aufweist.
22. Anordnung nach Anspruch 21,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Leiterplattenanordnung (105, 105a) ein den zusammenhängenden zentralen
Leiterplattenbereich enthaltenden erstes Leiterplattenteil (105) und mindestens ein
angewinkelt, insbesondere in etwa rechtwinklig zum ersten Leiterplattenteil (105)
stehendes zweites Leiterplattenteil (105a) aufweist, das Stromversorgungsbauteile (107)
trägt.
23. Anordnung mit einem auf einem Träger (101) angeordneten integrierten Schaltkreis
(102), auf dessen dem Träger abgewandten Seite mehrere Stromversorgungsausgangsfilter
kondensatoren (108) angeordnet sind, die mit zugehörigen
Stromversorgungsaußenanschlüssen des integrierten Schaltkreises (102) verbunden sind.
24. Anordnung nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine den integrierten Schaltkreis überdeckende Verkapselung (115) vorgesehen ist,
durch die die Stromversorgungsausgangsfilterkondensatoren (108) hindurchragen.
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