DE2758140A1 - Monolithisch integrierte halbleiterschaltungen tragender modul - Google Patents

Monolithisch integrierte halbleiterschaltungen tragender modul

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DE2758140A1 DE19772758140 DE2758140A DE2758140A1 DE 2758140 A1 DE2758140 A1 DE 2758140A1 DE 19772758140 DE19772758140 DE 19772758140 DE 2758140 A DE2758140 A DE 2758140A DE 2758140 A1 DE2758140 A1 DE 2758140A1
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Description

2758U0
Anmelderin: International Business Machines
Corporation/ Armonk, N.Y. 10504 ne / sue
Monolithisch integrierte Halbleiterschaltungen tragender Modul
Die gegenwärtig verwendeten, mehrere Ilalbleiterplättchen tragenden Module sind entweder solche, bei denen das Keramikmaterial metallisiert wurde oder mehrschichtige keramische Module. Es zeigte sich, daß beide Begrenzungen hinsichtlich der Erweiterung für zukünftige Anwendungen aufweisen. Der aus metallisierter Keramik bestehende Modul weist gegenwärtig eine Lage Metall auf der Oberfläche eines keramischen Substrates auf mit einer begrenzten Erweiterung bezüglich beidseitiger Verwendbarkeit wegen des Mangels an verfügbaren Durchverbindungslöchern. Auch die- Eingabe-/Ausgabestifte sind begrenzt, insbesondere in dem Anwendungsfall mit mehreren Halbleiterplättchen, da jeder Platz für ein Halbleiterplättchen auf dem Modul 1 bis 5 Stellen mit eingesetzten Durchverbindungsstiften wegnimmt. Eine weitere Verringerung des Stiftabstandes zur Kompensation dafür ist bis heute nicht praktikabel gewesen wegen der Normung eines Stift-Gitternetzes mit 2,5 mm Abstand, das nur in einigen wenigen Fällen verletzt wird. Dies trägt auch zu dem verhältnismäßig niedrigen! 'Wert der Bauteil-Dichte von Halbleiterplättchen mit logischen Schaltungen bei, was sowohl hinsichtlich der Kosten als auch | der Leistung nachteilig ist. Für hohe Leistung war der ! metallisierte Keramikmodul auf Anwendungen mit einem Halb- ! leiterplättchen beschränkt.
Auch der mehrlagige keramische Modul hat seinen eigenen Satz ! von Beschränkungen. Während eine höhere Bauteil-Dichte der Halbleiterplättchen und eine Verdrahtung möglich sind, sind die Kosten höher und die Leistung ist begrenzt. Erstens sind die Kosten höher aufgrund der vielen zu seiner Herstellung
erforderlichen Arbeitsschritte. Die Signalleitungen werden en 976 026 809828/06 A 5
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Im Siebdruck erzeugt, was eine sehr geringe Dichte der Leitungen zur Folge hat und daher eine große Anzahl von Signalebenen erfordert. Darüber hinaus kommt bei Anwendungen für hohe Leistung der Siebdruckprozeß an seine Grenzen. Gegenwärtig sind nur Leitungsbreiten von 0,1 ram möglich, was zahlreiche Uberarbeitungsschritte verursacht und höhere Kosten. Der mehrlagige keramische Modul wird als verhältnismäßig kostspielig angesehen.
Hinsichtlich der Geschwindigkeit breiten sich die elektronischen Signale intern in dem keramischen Material aus, das eine Dielektrizitätskonstante von etwa 9 besitzt. Dies führt zu einer Ausbreitungsverzögerung, deren Wert das Dreifache gegenüber Luft beträgt. Weitere Verzögerungen resultieren aus der Impulsschwächung, die durch den Skin-Effekt verursacht wird, der eine Funktion des Leitungswiderstandes ist. Beim mehrschichtigen keramischen Modul ist man gezwungen, die hoch schmelzenden Metalle, die einen höheren elektrischen Widerstand aufweisen, zu verwenden, die den hohen keramischen Brenntemperaturen widerstehen können. Ein Molybdän-Leiterzug von O,1 mm Breite hat typischerweise einen zehnmal so hohen Widerstand pro Längeneinheit als ein auf einem keramischen Modul verlaufender Kupferleiterzug. Der Skin-Effekt kann die Verzögerung eines Signales um 50% erhöhen für die Leitungslängen eines mehrere Halbleiterplättchen tragenden Moduls und beschränkt auch die Schaltungsentwerfer, die beim Entwurf ihrer Hetze höhere Signalwiderstände zulassen müssen. Schließ- ] lieh ist eine sehr wichtige Forderung für Schaltungen hoher ! Geschwindigkeit die Möglichkeit, Schaltungsänderungen vornehmen zu können. Das Beseitigen von im Inneren des keramischen; Moduls verlaufenden Signalleitungen ist bestenfalls sehr ι schwierig. j
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen ver- ! gleichsweise billigen Modul für mehrere Halbleiterplättchen i zu schaffen, bei dem die Signalausbreitung gegenüber bekannten ! en 976 026 809828/0645
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Modulen verbessert 1st.
Diese Aufgabe wird durch einen monolithisch integrierte Halbleiterschaltungen tragenden Modul gelöst, der die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale aufweist.
Im folgenden wird die Erfindung durch die Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert, von denen zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht, die einen
durch metallisierte Keramik gebildeten Modul darstellt, einen Träger mit gedruckter Verdrahtung und eine Karte mit gedruckter Verdrahtung, die gemäß der Erfindung zu
einer Anordnung zusammengefaßt sind,
Fig. 2 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt,
die die in Fig. 1 dargestellte Kombination zerlegt zeigt,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Anordnung
nach Fig. 1, bei der eine Reihe von jeweils ein Ilalbleiterplättchen tragenden metallisierten Keramikmoduln verwendet werden,
Fig. 4 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, ;
: die ein anderes AusfUhrungsbeispiel des
' keramischen Moduls und des Trägers mit ge-
! I
druckter Verdrahtung nach den Fign. 1 und 2 | zeigt.
In den Fign. 1 und 2 ist eine Anordnung gemäß der Erfindung dargestellt, die den aus metallisiertem Keramikmaterial bestehenden Modul 10, einen Träger 11 mit einer mehrlagigen 'gedruckten Verdrahtung und eine übliche Karte 12 mit gedruck-EN 976 026 80 98 28 /06ü 5
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ten Leiterzügen enthält. Der keramische Modul enthält eine Reihe von Halbleiterplättchen 13 mit integrierten Schaltungen. Ein standardisiertes metallisiertes keramisches Substrat 14 von 24 mm, 28 mm, 36 mm oder ein größeres wird benutzt und bekannte Verfahren können dazu verwendet werden, um die Leiterzüge vorzusehen, die Halbleiterplättchen 13 aufzulöten, eine Haube 15 vorzusehen und eine geeignete Dichtung auf der Oberseite und eine Dichtung auf der Unterseite des Moduls vorzusehen.
Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der in üblicher Heise aus metallisierter Keramik bestehende Modul modifiziert wird, um Verbindungsstifte zu verwenden, die einen kleineren Durchmesser haben als die normalerweise benutzten. Der Durchmesser der Verbindungsstifte beträgt 0,3 mm und die Verbindungsstifte sind aufgeteilt in kurze Verbindungsstifte 17 und längere Verbindungsstifte 18. Die Verbindungsstifte 17 und 18 sind auf dem keramischen Modul entsprechend einem Stiftgitter mit einem Abstand der Gitterpunkte von 1,3 mm angeordnet und können entweder, wie das in Fig. 1 dargestellt ist, gegeneinander versetzt angeordnet sein, wobei der Abstand zu jedem Verbindungsstift 1,8 mm beträgt und 221 Stiftpositionen für einen Modul mit 28 mm Kantenlänge vorhanden sind, oder die Verbindungsstifte können in abwechselnder Weise auf geraden, horizontalen und vertikalen Linien angeordnet sein, wobei ein Abstand von 1,3 mm zwischen ; jedem Stift besteht und auf einem Modul mit einer Kantenlänge i von 28 mm 484 Stiftpositionen vorhanden sind.
Außer daß die Verbindungsstifte entsprechend einem Gitter mit einem Abstand der Gitterpunkte von 1,3 mm angeordnet sind, weisen sie auch eine abgestufte Länge auf, wobei die kürzeren Verbindungsstifte 17 eine Länge aufweisen, die der Dicke des Trägers 11 mit einer mehrlagigen Verdrahtung angepaßt ist ι und ein geeigneter Zwischenraum direkt darunter für Reinigungs-EN 976~Ö29 8(F9~8~287~Ö1U5
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zv/ecke vorgesehen ist. Die längeren Verbindungsstifte 18 die entsprechend einem Gitter mit einem Abstand der Gitterpunkte von 2,5 rom angeordnet sind, weisen eine geeignete Länge auf, um durch die Karte 12 mit gedruckter Verdrahtung hindurchzuragen und ermöglichen auch einen Abstand für das Reinigen nach dem Löten der Verbindungsstifte zwischen dem Träger 11 und der Karte 12.
Der Träger 11 weist gebohrte leitende Durchverbindungslöcher
19 auf, die dem Gitter des aus metallisiertem Keramikmaterial bestehenden Moduls entsprechen und einen Lochdurchmesser aufweisen, der dem Durchmesser der Verbindungsstifte des Moduls angepaßt ist. Der Träger 11 kann von gleicher Größe sein als der keramische Modul und kann 2, 4, 6 oder mehr Signalebenen aufweisen zusammen mit internen Ebenen für das Zuführen des Massepotentials und der Versorgungsspannungen.
Die kürzeren Verbindungsstifte 17 des Moduls stecken in ihren entsprechenden leitenden Durchverbindungslöchern 19 im Träger 11, um mit der Verdrahtung des Trägers in Verbindung zu gelangen, und die Verbindungsstifte sind in geeigneter Weise mit den Löchern auf der Unterseite des Trägers verlötet. Die längeren Verbindungsstifte 18 ragen aus ihren leitenden Durchverbindungslöchern 19 in dem Träger 11 heraus, um mit : der Verdrahtung des Trägers 11 verbunden zu werden und stecken auch in den gebohrten leitenden Durchverbindungslöchern
20 der Karte 12, um mit der darauf befindlichen gedruckten ; Verdrahtung in Verbindung zu gelangen. Die Verbindungsstifte ; 18 werden von der Unterseite der Karte in die Löcher 20 eingelötet.
Vier abgesetzte Abstandsstifte 21 sind an den Ecken des Moduls mit dem Träger verlötet und vier längere abgesetzte Abstandsstifte 22 sind mit der Karte verlötet. Dies ermöglicht das genaue Positionieren sowohl des Trägers als auch der Karte
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in Beziehung zu dem oberen Teil des Moduls. An den Ecken des Trägers 11 können Löcher vorgesehen werden, um das Durchtreten der längeren Abstandsstifte 22 zu ermöglichen. Die längeren Abstandsstifte 22 und auch die Verbindungsstifte 18 haben eine genügende Länge, so daß ein Zwischenraum 23 zwischen dem Boden des Trägers 11 und der Oberfläche der Karte 12 verbleibt, um das Einfangen von Verunreinigungen zu vermeiden und Raum zu lassen für das nach dem Löten erfolgende Reinigen mittels eines Lösungsmittels.
Fig. 3 zeigt die Benutzung einer Reihe sehr kleiner, nur ein Halbleiterplättchen enthaltender Module 24, die in einen Träger 25 mit mehrlagiger gedruckter Verdrahtung eingesteckt sind, um die gleiche Dichte an Halbleiter-Bauelementen zu erzielen, wie wenn nur ein großer, mehrere Halbleiterplättchen tragender Modul benutzt wird.
Ein anderes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 4 dargestellt, in der anstatt der Benutzung abgestufter Verbindungsstifte der aus metallisiertem Keramikmaterial bestehende Modul 26 mit nur kurzen Verbindungsstiften 27 versehen ist, die mit der Oberfläche eines Trägers 28 aus organischem Material verlötet sind, der eine mehrlagige gedruckte Verdrahtung aufweist, und der mittels der Verbindungsstifte 29 mit einer Karte mit ! gedruckter Verdrahtung verbunden ist. Bei diesem Ausführungs- j beispiel ist mehr Raum in Inneren des Trägers mit gedruckter j Verdrahtung für Signal-, Spannungs- und Erdungsebenen 30 vor- ι
handen. j
Außer den vorher erwähnten Vorteilen der Erfindung kann die ;
abgestufte Höhe der Verbindungsstifte dazu benutzt werden, J
um kritische Prufpunkte eines Module für einen Mikroprozessor |
herauszuführen. Darüber hinaus können abgestufte Verbindungs- I
stifte die Testpunkte herausführen, ohne die Verdrahtbarkeit j der Karte zu gefährden, da nur die funktionell erforderlichen
Eingabe-/Ausgabestifte die volle Länge aufweisen. ! en 976 026 809828/06 A 5
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Die Erfindung macht auch die Benutzung einer Technologie möglich, bei der ein genormter Modul mit mehreren Halbleiterplättchen entsprechend den Kundenwünschen hergestellt und zusammen mit organischen Trägern mit mehrlagiger gedruckter Verdrahtung und den üblichen Karten mit gedruckter Verdrahtung gespeichert wird. Wenn eine bestimmte Funktion gewünscht wird, kann ein Träger selektiv verdrahtet und die Anordnung zusammengesetzt werden.
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Claims (1)

  1. 2758U0
    PATENTANSPRÜCHE
    Monolithisch integrierte Halbleiterschaltungen tragender Modul, dadurch gekennzeichnet, daß das aus metallisiertem keramischem Material bestehende Substrat des Moduls (14), der mehrere Halbleiterplättchen (13) mit integrierten Schaltungen auf v/eist, mit zwei Gruppen von Verbindungsstiften (17, 10) unterschiedlicher Länge versehen ist, von denen die kürzeren in einem Kunststoffträger (11) mit mehrlagiger gedruckter Verdrahtung eingesteckt sind, während die längeren ihn durchdringen und in einer mit gedruckten Leiterzügen versehenen Karte eingesteckt sind.
    Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Substrat auch mit zwei Arten von Abstandsstiften versehen ist, die für eine genaue Lage von Kunststoffträger und Karte relativ zum Modul sorgen und von denen die kürzeren den Abstand des Moduls zum Kunststoffträger und die Längeren den zur Karte mit gedruckten Leiterzügen sicherstellen, so daß zwischen Modul und Kunststoffträger ein Abstand bleibt, der das Einfangen von Verunreinigungen vermeidet und Raum läßt für das Reinigen mit einem Lösungsmittel.
    ORIGINAL
    809828/0645
DE2758140A 1977-01-03 1977-12-27 Modul mit einer Anzahl jeweils auf Halbleiterplättchen integrierter Schaltkreise Expired DE2758140C2 (de)

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