DE2758140C2

DE2758140C2 - Modul mit einer Anzahl jeweils auf Halbleiterplättchen integrierter Schaltkreise

Info

Publication number: DE2758140C2
Application number: DE2758140A
Authority: DE
Inventors: Ronald Walter Endicott N.J. Gedney; Robert Richard Endwell N.J. Rodite
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1977-01-03
Filing date: 1977-12-27
Publication date: 1987-01-29
Also published as: DE2758140A1; JPS5385373A; IT1114182B; CA1079862A; JPS5538078B2; FR2376591A1; US4082394A; FR2376591B1; GB1586523A; BR7708207A

Description

Die Erfindung betrifft ein Modul mit einer Anzahl jeweils auf Halbleiterplättchen integrierter Schaltkreise gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Modul ist aus der DE-OS 26 07 403 bekannt. Bei dem bekannten Modul weist das keramische Substrat nicht nur auf der den Halbleiterplättchen zugewandten Seite Leiterzüge auf, sondern auch in seinem Inneren; d. h. es handelt sich um ein Substrat mit mehrlagiger gedruckter Verdrahtung.
Ein solches Substrat ist wegen der vielen, zu seiner Herstellung erforderlichen Arbeitsschritte kostspielig. Überdies lassen sich bei dem bei mehrlagigen Verdrahtungen mit keramischem Substrat zur Herstellung der Leiterzüge üblichen Siebdruckverfahren gegenwärtig nur Leiterbreiten von minimal 0,1 mm herstellen. Dies bedeutet eine Einschränkung der erreichbaren Integrationsdichte.
Mehrlagige Verdrahtungen im keramischen Substrat sind auch hinsichtlich der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Signale auf den Leiterzügen ungünstig. Dies liegt an der Dielektrizitätskonstante von keramischem Material (mit einem Wert von etwa 9) und an dem relativ hohen elektrischen Widerstand der metallischen Materialien, die sich zur Verwendung für Leiterzüge in mehrlagigen Verdrahtungen in keramischen Substraten eignen. Solche Metalle müssen nämlich den hohen Brenntemperaturen beim Brennen der keramischen Schichten bzw. Teilschichten widerstehen. Ein solches Material ist z. B. Molybdän. Molybdän weist jedoch einen etwa zehnmal so hohen Widerstand auf wie Kupfer. Schließlich ist ein kostspieliges keramisches Substrat mit mehrlagiger Verdrahtung äußerst unwirtschaftlich, wenn Änderungen an der die integrierten Schaltkreise verbindenden Verschaltung vorgenommen werden sollen. Da bei einer mehrlagigen Verdrahtung mit einem keramischen Substrat die Verdrahtung nicht geändert werden kann, muß das gesamte Substrat ausgetauscht werden.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Modul so auszubilden, daß ein kostspieliges keramisches Substrat mit mehrlagiger Verdrahtung vermieden und die Signalausbreitungsgeschwindigkeit erhöht wird.
Diese Aufgabe wird durch einen Modul gelöst, der die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale aufweist.
Im folgenden wird die Erfindung durch die Beschreibung Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert, von denen zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht, die einen Modul mit auf der Oberseite metallisierten keramischen Substrat darstellt, einen Träger mit gedruckter Verdrahtung und eine übliche Karte mit gedruckter Verdrahtung,
Fig. 2 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, die die in Fig. 1 dargestellte Kombination zerlegt zeigt,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Anordnung mit einer Reihe von jeweils ein Halbleiterplättchen tragenden metallisierter Keramiksubstraten und ein durchgehender Träger verwendet werden,
Fig. 4 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, die ein anderes Ausführungsbeispiel des Moduls zeigt.
In den Fig. 1 und 2 ist eine Anordnung dargestellt, die den aus metallisiertem Keramiksubstrat bestehenden Modul 10, dessen Träger 11 mit einer mehrlagigen gedruckten Verdrahtung und eine übliche Leiterplatte bzw. Schaltungs-Karte 12 mit gedruckten Leiterzügen enthält. Der 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 Modul-Gehäuses vorzusehen.
Weiterhin weist der Modul Verbindungsstifte auf, die einen kleineren Durchmesser haben als die bei dem gattungsgemäßen Modul 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 Substrat 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 ein Substrat 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 Substrat mit einer Kantenlänge 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 und ein geeigneter Zwischenraum direkt darunter für Reinigungszwecke vorgesehen ist. Die längeren Verbindungsstifte 18 die entsprechend einem Gitter mit einem Abstand der Gitterpunkte von 2,5 mm 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 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 eine Anordnung einer Reihe sehr kleiner, nur ein Halbleiterplättchen enthaltender Unter-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 dem das keramische Substrat des Moduls 26 anstatt der in der Länge abgestuften Verbindungsstifte nur mit 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 Ausführungsbeispiel ist mehr Raum im Inneren des Trägers mit gedruckter Verdrahtung für Signal-, Spannungs- und Erdungsebenen 30 vorhanden.
Die abgestufte Höhe der Verbindungsstifte kann dazu benutzt werden, um kritische Prüfpunkte eines Moduls für einen Mikroprozessor herauszuführen. Darüber hinaus können abgestufte Verbindungsstifte die Testpunkte der Teilschaltungen herausführen, ohne die Verdrahtbarkeit der Karte zu gefährden, da nur die funktionell erforderlichen Eingabe-/Ausgabestifte die volle Länge aufweisen.
Die Erfindung macht eine Technologie möglich, bei der ein genormtes Substrat mit mehreren Halbleiterplättchen entsprechend den Kundenwünschen hergestellt und zusammen mit Trägern aus organischem Material mit mehrlagiger gedruckter Verdrahtung und den üblichen Karten mit gedruckter Verdrahtung auf Lager gelegt wird. Wenn eine bestimmte Funktion erwünscht wird, kann ein Träger selektiv verdrahtet und die Anordnung zusammengesetzt werden.

Claims

1. Modul mit einer Anzahl jeweils auf Halbleiterplättchen integrierter Schaltkreise, welche auf der einen Seite eines Substrates aus keramischem Material angeordnet sind, bei welchem auf, bzw. in dem Substrat Leiterzüge angeordnet sind und bei welchem Verbindungsstifte vorgesehen sind, welche zur elektrischen Verbindung des Moduls mit einer Leiterplatte dienen, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (14) nur an der den Halbleiterplättchen (13) zugewandten Seite an der Oberfläche mit Leiterzügen versehen ist und daß ein auf der gegenüberliegenden Seite des keramischen Substrats angeordneter Träger (11) aus Kunststoff mit mehrlagiger gedruckter Verdrahtung vorgesehen ist, wobei diese mehrlagige Verdrahtung mit den Leiterzügen auf der Substratoberfläche über eine Anzahl durch das keramische Substrat hindurchgehender weiterer Verbindungsstifte (17, 18) verbunden ist, und daß die zur elektrischen Verbindung des Moduls mit der Leiterplatte (12) vorgesehenen Verbindungsstifte entweder das keramische Substrat sowie den Träger aus Kunststoff oder nur den Träger aus Kunststoff durchsetzen.

2. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Arten von Abstandsstiften (17, 18) vorgesehen sind, die für eine genaue Lage von Kunststoffträger (11) und Leiterplatte ( 12) relativ zum keramischen Substrat (14) sorgen und von denen die kürzeren (17) den Abstand des keramischen Substrats zum Kunststoffträger und die längeren (18) den zur Leiterplatte mit gedruckten Leiterzügen sicherstellen, so daß zwischen keramischem Substrat und Kunststoffträger ein Abstand bleibt, der das Einfangen von Verunreinigungen vermeidet und Raum läßt für das Reinigen mit einem Lösungsmittel.