DE102007013737A1

DE102007013737A1 - Direkte Stromabgabe in eine elektronische Baugruppe

Info

Publication number: DE102007013737A1
Application number: DE102007013737A
Authority: DE
Inventors: Brent Phoenix Roberts; Sriram Tempe Srinivasan
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2006-03-22
Filing date: 2007-03-22
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2027-03-23
Also published as: CN102130016A; DE102007013737B4; US20070222059A1; CN101165887B; CN101165887A; TW200810055A; TWI360869B; US7629680B2

Abstract

In einigen Ausführungsformen wird eine direkte Stromabgabe in eine elektronische Baugruppe dargestellt. In dieser Hinsicht wird ein Substrat eingeführt, das einen leitfähigen Substratkern aufweist, der dazu konzipiert ist, physikalisch mit einem Stromkabel verbunden zu werden. Andere Ausführungsformen werden ebenfalls offenbart und beansprucht.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen im allgemeinen das Gebiet der Baugruppen mit integriertem Schaltkreis und insbesondere die direkte Stromabgabe in eine elektronische Baugruppe.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1 ist eine graphische Darstellung einer Schnittansicht einer Implementierung einer herkömmlichen elektronischen Baugruppe. Wie gezeigt, enthält ein System 100 eine Hauptplatine 102, die eine Stromquelle 104 enthält, die eine konstante Spannung liefert, beispielsweise eine Gerätebetriebsspannung oder höher. Für eine höhere Spannung ist eine Spannungsregelungsschaltung (VR-Schaltung, VR = voltage regulation) 114 auf der Baugruppe 110 vorgesehen. Dieser Strom wird durch einen Weg 106 in der Hauptplatine 102 zu einem darunterliegenden Sockel 108 geleitet. Der Strom wird durch Kontakte im Sockel 108 zu Kontaktflächen auf der Gerätebaugruppe 110 geleitet. In der Gerätebaugruppe wird der Strom zur Spannungsregelungsschaltung (VR-Schaltung) 114 geleitet, in der der Strom in die Betriebsspannung (in der Regel < 2 V) eines Halbleiterplättchens 112 umgewandelt wird. Diese geregelte Betriebsspannung wird zurück durch die Gerätebaugruppe 110 zum Halbleiterplättchen 112 geleitet. Aufgrund der gestiegenen Komplexität und der verringerten Merkmalsgrößen von Komponenten integrierter Schaltkreise wird es schwieriger, alle erforderlichen Eingänge/Ausgänge (E/A) und den Strom zum Halbleiterplättchen zu leiten.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird beispielhaft und nicht einschränkend in den Figuren der beigefügten Zeichnungen veranschaulicht, in denen gleiche Bezugsziffern ähnliche Elemente anzeigen und in denen:
1 eine grafische Darstellung einer Schnittansicht einer Implementierung einer herkömmlichen elektronischen Baugruppe ist;
2 eine grafische Darstellung einer Schnittansicht einer Implementierung einer elektronischen Baugruppe gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist;
3 eine grafische Darstellung einer Draufsicht einer elektronischen Baugruppe gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist;
4 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Herstellen einer elektronischen Baugruppe gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist und
5 ein Blockschaltbild eines beispielhaften elektronischen Geräts, das zum Implementieren einer elektronischen Baugruppe geeignet ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der folgenden Beschreibung werden zu Zwecken der Erläuterung zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt, um für ein vollständiges Verständnis der Erfindung zu sorgen. Es wird einem Fachmann jedoch offensichtlich sein, daß Ausführungsformen der Erfindung ohne diese spezifischen Einzelheiten ausgeübt werden können. In anderen Fällen sind Strukturen und Vorrichtungen in Form eines Blockschaltbilds gezeigt, um ein Verschleiern der Erfindung zu vermeiden.
Eine Bezugnahme überall in dieser Beschreibung auf „eine Ausführungsform" bedeutet, daß ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder ein bestimmtes Charakteristikum, das bzw. die in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Folglich beziehen sich das Auftreten der Ausdrücke „in einer Ausführungsform" an verschiedenen Stellen überall in dieser Beschreibung nicht notwendigerweise auf ein und dieselbe Ausführungsform. Darüber hinaus können die bestimmten Merkmale, Strukturen oder Charakteristiken auf eine beliebige geeignete Art und Weise in einer oder mehreren Ausführungsformen kombiniert werden.
2 ist eine grafische Darstellung einer Schnittansicht einer Implementierung einer elektronischen Baugruppe gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Ge mäß der dargestellten beispielhaften Ausführungsform enthält eine Baugruppenimplementierung 200 ein Stromkabel 202, einen Interposer 204, einen Verbinder 206, einen Substratkern 208, einen Sockel 210, Aufbauschichten 212/214 und ein Halbleiterplättchen 216.
Das Stromkabel 202 stellt ein isoliertes Kabel dar, das Strom von einer Stromquelle in einem System führt. Das Stromkabel 202 kann mehrere spannungsführende Drähte und einen Erdungsdraht enthalten. In einer Ausführungsform kommt der Strom von einer VR-Schaltung (nicht gezeigt), die eine Betriebsspannung für das Halbleiterplättchen 216 bereitstellt. In einer anderen Ausführungsform überträgt das Stromkabel 202 ungeregelten Strom, und die VR-Schaltung zum Bereitstellen der Betriebsspannung für das Halbleiterplättchen 216 ist auf dem Interposer 204 oder auf dem Substratkern 208 angeordnet.
Der Interposer 204 verbindet das Stromkabel 202 über den Verbinder 206 mit dem Substratkern 208. Der Interposer kann eine Leiterplatte mit einer VR- oder anderen Schaltung umfassen.
Der Verbinder 206 stellt eine Verbindung dar, um Strom von dem Interposer 204 zum Substratkern 208 zu übertragen. In einer Ausführungsform umfaßt der Verbinder 206 Stifte von dem Interposer 204, die mit Löchern in einem erweiterten Bereich des Substratkerns 208 verbunden werden. Andere Ausführungsform können andere bekannte Arten von Verbindern einsetzen.
Der Substratkern 208 stellt einen Kern dar, der aus einem Metall wie Kupfer hergestellt sein kann. Der Substratkern 208 kann mit Dielektrikum als Teil eines Substrataufbaus beschichtet sein und kann isolierte Bahnen aufweisen, die durch ihn verlaufen. Elektrisch isolierte Bereiche des Substratkerns 208 können zum Übertragen von Strom verwendet werden, der an Bahnen abgegeben wird, die mit dem Halbleiterplättchen 216 verbunden sind.
Der Sockel 210 sorgt für eine mechanische Abstützung für eine elektronische Baugruppe. In einer Ausführungsform ist der Sockel 210 an eine Hauptplatine gelötet und enthält Kontakte, um Eingabe-/Ausgabesignale (E/A-Signale) von der Hauptplatine zum Halbleiterplättchen 216 zu leiten. Sofern Strom durch das Stromkabel 202 an das Halbleiterplättchen 216 abgegeben wird, muß der Sockel 210 keine Kontakte enthalten, um Strom zu leiten.
Die Aufbauschichten 212/214 enthalten leitfähige Bahnen und Merkmale und Dielektrikum, die auf dem Substratkern 208 aufgebaut werden. Strom bei der Betriebsspannung würde vom Substratkern 208 durch die Aufbauschichten 212/214 zum Halbleiterplättchen 216 geleitet werden. Darüber hinaus würden E/A-Signale vom Sockel 210 durch die Aufbauschichten 212/214 zum Halbleiterplättchen 216 geleitet werden.
Signal- und leitfähige Bahnen können innerhalb von Signalleitungsschichten 212/214 geleitet werden und Durchgangslöcher können durch diese geleitet werden und Kontaktflächen können zum Anschluß an Sockelkontakte eingebunden werden. Diese leitfähigen Bahnen würden E/A-Signale vom Sockel 210 durch den Substratkern 208 zum Halbleiterplättchen 216 leiten.
Das Halbleiterplättchen 216 kann eine beliebige Vorrichtung mit integriertem Schaltkreis darstellen. In einer Ausführungsform ist das Halbleiterplättchen 216 ein Mikroprozessor oder Prozessor.
3 ist eine grafische Darstellung einer Draufsicht einer elektronischen Baugruppe gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Wie gezeigt, enthält eine elektronische Baugruppe 300 ein Substrat 302, eine Aufbaufläche 304, eine erweiterte Substratkernfläche 306, einen ersten elektrisch isolierten Bereich 308, einen zweiten elektrisch isolierten Bereich 310, eine isolierende Sperrschicht 312, Löcher 314 und ein Halbleiterplättchen 316.
Das Substrat 302, das an das Halbleiterplättchen 316 angeschlossen wird, enthält einen Substratkern, der in einem Bereich aufgebaut und in einem anderen Bereich nicht aufgebaut ist. Die Aufbaufläche 304 enthält Spuren- und Merkmalsleitung und entspricht den Aufbauschichten 212/214. Die Fläche des Substratkerns der nicht aufgebauten, erweiterten Substratkernfläche 306 stellt einen Flansch bereit, an den ein Stromkabel anzuschließen ist.
Um elektrische Ladung zu speichern und zu leiten, kann die erweiterte Substratkernfläche 306 den ersten elektrisch isolierten Bereich 308 und den zweiten elektrisch isolierten Bereich 310 von der isolierenden Sperrschicht 312 getrennt enthalten. Obwohl als zwei elektrisch isolierte Bereiche enthaltend gezeigt, kann die erweiterte Substratkernfläche 312 ein Epoxidharz oder ein anderes Dielektrikum umfassen, das in den Substratkern eingebaut wur de. In einer anderen Ausführungsform umfaßt die erweiterte Substratkernfläche 306 mehrere zusammen geschichtete leitfähige Schichten anstelle eines massiven Metallkerns. In diesem Fall würde jede leitfähige Schicht des Substratkerns von den anderen elektrisch isoliert sein und könnte unterschiedliche Spannungen speichern.
Die Löcher 314 stellen die Steckverbindung bereit, die mit Stiften von einem Stromkabel oder dem Interposer 204 zusammenpassen. Die im ersten elektrisch isolierten Bereich 308 angeordneten Löcher können mit Stiften verbunden werden, die eine andere Spannung liefern als die Stifte, die mit den Löchern im zweiten elektrisch isolierten Bereich 310 verbunden sind. Auf diese Weise kann die elektronische Baugruppe dazu in die Lage versetzt werden, mehrere Spannungen von einem Stromkabel zu empfangen und zu übertragen.
4 ist ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Herstellen einer elektronischen Baugruppe gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Es wird für einen Durchschnittsfachmann leicht ersichtlich sein, daß, obwohl die folgenden Arbeitsgänge als ein aufeinanderfolgender Ablauf beschrieben ist, viele der Arbeitsgänge tatsächlich parallel oder gleichzeitig durchgeführt werden können. Darüber hinaus kann die Reihenfolge der Arbeitsgänge neu angeordnet werden oder Schritte können wiederholt werden, ohne vom Sinn von Ausführungsformen der Erfindung abzuweichen.
Gemäß nur einer beispielhaften Implementierung beginnt das Verfahren von 4 mit dem Bohren (402) von Löchern (314) in eine reservierte Fläche des Substratkerns (306).
Als Nächstes wird eine Maske zum Abdecken (404) der Löcher aufgebracht, um zu verhindern, daß sie bei der folgenden Verarbeitung gefüllt werden.
Dann erfolgt das Aufbauen (406) des Substrats, wobei Spur- und Leitungsmerkmale in weniger als der gesamten Fläche (204) des Substratkerns enthalten sind.
Zuletzt werden die Löcher aufgedeckt (408), wobei die Maske und etwaiges Aufbaumaterial in der erweiterten Substratkernfläche 306 entfernt wird, wodurch ein Flansch zum Anschluß an einen Interposer oder ein Stromkabel zurückbleibt. Weitere Schritte sind erforderlich, um das Substrat fertigzustellen und das Substrat an ein Halbleiterplättchen mit integriertem Schaltkreis anzuschließen.
5 ist ein Blockschaltbild eines beispielhaften elektronischen Geräts, das zum Implementieren einer elektronischen Baugruppe geeignet ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Ein elektronisches Gerät 500 soll ein beliebiges einer großen Auswahl von herkömmlichen und nicht herkömmlichen elektronischen Geräten darstellen, Laptops, Desktop-Computer, Mobiltelefone, drahtlose Kommunikationsteilnehmereinheiten, drahtlose Kommunikationstelefoninfrastrukturelemente, Minicomputer (PDAs), Digitalempfänger oder ein beliebiges elektrisches Gerät, das von den Lehren der vorliegenden Erfindung profitieren würde. Gemäß der dargestellten beispielhaften Ausführungsform kann das elektronische Gerät 500 einen oder mehrere Prozessoren 502, eine Speichersteuerung 504, einen Systemspeicher 506, eine Eingabe/Ausgabe-Steuerung 508, eine Netzsteuerung 510 und ein Eingabe/Ausgabe-Vorrichtung bzw. Eingabe/Ausgabe-Vorrichtungen 512 enthalten, die wie in 5 gezeigt angeschlossen sind. Der Prozessor bzw. die Prozessoren 502 oder andere Komponenten eines integrierten Schaltkreises des elektronischen Geräts 500 kann bzw. können in einer Baugruppe untergebracht sein, die ein Substrat enthält, wie zuvor als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Der Prozessor bzw. die Prozessor 502 kann bzw. können eine beliebige einer großen Auswahl von Steuerlogik darstellen, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, eines Mikroprozessors, eines programmierbaren Logikbausteins (programmable logic device, PLD), einer programmierbaren Logikanordnung (programmable logic array, PLA), eines anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreises (application-specific integrated circuit, ASIC) und/oder eines Mikrocontrollers und dergleichen, obwohl die vorliegende Erfindung in dieser Hinsicht nicht eingeschränkt ist. In einer Ausführungsform sind die Prozessoren 502 Intel^©kompatible Prozessoren. Der Prozessor bzw. die Prozessoren 502 kann bzw. können einen Befehlssatz aufweisen, der mehrere Befehle auf Rechnerebene enthält, die beispielsweise von einer Anwendung oder einem Betriebssystem aufgerufen werden können.
Die Speichersteuerung 504 kann eine beliebige Art von Chipsatz oder Steuerlogik darstellen, die den Systemspeicher 508 mit den anderen Komponenten des elektronischen Geräts 500 verbindet. In einer Ausführungsform kann die Verbindung zwischen dem Prozessor bzw. den Prozessoren 502 und der Speichersteuerung 504 als ein Vorderseitenbus bezeichnet werden. In einer anderen Ausführungsform kann die Speichersteuerung 504 als eine Nordbrücke bezeichnet werden.
Der Systemspeicher 506 kann eine beliebige Art von Speichervorrichtung bzw. Speichervorrichtungen darstellen, die zum Speichern von Daten und Anweisungen verwendet wird bzw. werden, die möglicherweise von dem Prozessor bzw. den Prozessoren 502 verwendet wurde oder von diesem bzw. diesen verwendet werden wird. In der Regel, obwohl die Erfindung in dieser Hinsicht nicht eingeschränkt ist, wird der Systemspeicher 506 aus einem dynamischen Direktzugriffsspeicher (dynamic random access memory, DRAM) bestehen. In einer Ausführungsform kann der Systemspeicher 506 aus einem Rambus-DRAM (RDRAM) bestehen. In einer anderen Ausführungsform kann der Systemspeicher 506 aus einem synchronen DRAM mit doppelter Übertragungsgeschwindigkeit (double data rate synchronous DRAM, DDRSDRAM) bestehen.
Die Eingabe/Ausgabe-Steuerung (E/A-Steuerung) 508 kann eine beliebige Art von Chipsatz oder Steuerlogik darstellen, die die E/A-Vorrichtung bzw. die E/A-Vorrichtungen 512 mit den anderen Komponenten des elektronischen Geräts 500 verbindet. In einer Ausführungsform kann die E/A-Steuerung 508 als eine Südbrücke bezeichnet werden. In einer anderen Ausführungsform kann die E/A-Steuerung 508 der PCI Express^TM-Basisspezifikation (PCI = peripheral component interconnect, Verbindung peripherer Komponenten), Version 1.0a, PCI Special Interest Group, herausgegeben am 15. April 2003, entsprechen.
Der Netzkontroller 510 kann eine beliebige Art von Vorrichtung darstellen, die ermöglicht, daß das elektronische Gerät 500 mit anderen elektronischen Geräten oder Vorrichtungen kommunizieren kann. In einer Ausführungsform kann der Netzkontroller 510 einem IEEE-Standard (IEEE = The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.) 802.11b (am 16. September 1999 zugelassen, Ergänzung zu ANSI/IEEE-Stand. 802.11, Ausgabe 1999) entsprechen. In einer anderen Ausführungsform kann der Netzkontroller 510 eine Ethernet-Netzschnittstellenkarte sein.
Die Eingabe/Ausgabe-Vorrichtung bzw. die Eingabe/Ausgabe-Vorrichtungen 512 kann bzw. können eine beliebige Art von Vorrichtung, Peripheriegerät oder Komponente darstellen, die bzw. das eine Eingabe in das elektronische Gerät 500 bereitstellt oder eine Ausgabe von diesem verarbeitet.
In der obigen Beschreibung sind zu Zwecken der Erläuterung zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt, um für ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Erfindung zu sorgen. Es wird einem Fachmann jedoch offensichtlich sein, daß die vorliegende Erfindung ohne einige dieser spezifischen Einzelheiten ausgeübt werden können. In anderen Fällen sind wohl bekannte Strukturen und Vorrichtungen in Form eines Blockschaltbilds gezeigt.
Viele der Verfahren sind in ihrer grundlegendsten Form beschrieben, es können jedoch Arbeitsgänge zu einem beliebigen der Verfahren hinzugefügt oder aus diesen gestrichen werden und Informationen können einer beliebigen der beschriebenen Nachrichten hinzugefügt oder aus diesen gelöscht werden, ohne vom allgemeinen Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Eine beliebige Anzahl von Variationen der erfinderischen Idee wird in dem Schutzumfang und dem Sinn der vorliegenden Erfindung vorweggenommen. In dieser Hinsicht werden die bestimmten dargestellten beispielhaften Ausführungsformen nicht bereitgestellt, um die Erfindung einzuschränken, sondern lediglich um sie zu veranschaulichen. Folglich soll der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht durch die oben bereitgestellten spezifischen Beispiele, sondern nur durch den einfachen Text der folgenden Ansprüche festgelegt werden.

Claims

Substrat einer Baugruppe mit Chip mit integriertem Schaltkreis, das folgendes umfaßt: einen leitfähigen Substratkern, der dazu konzipiert ist, physikalisch mit einem Stromkabel verbunden zu werden.
Substrat einer Baugruppe mit Chip mit integriertem Schaltkreis nach Anspruch 1, wobei der Substratkern massives Kupfer oder eine Schichtstruktur aus mehreren Kupferschichten ist.
Substrat einer Baugruppe mit Chip mit integriertem Schaltkreis nach Anspruch 2, das weiterhin den Substratkern umfaßt, der sich in einer Dimension über den Rest des Substrats hinaus erstreckt, wodurch ein Flansch erzeugt wird.
Substrat einer Baugruppe mit Chip mit integriertem Schaltkreis nach Anspruch 3, das weiterhin einen oder mehrere Steckverbinder in dem Flansch umfaßt, um einen oder mehrere Verbinderstifte von dem Stromkabel aufzunehmen.
Substrat einer Baugruppe mit Chip mit integriertem Schaltkreis nach Anspruch 1, das weiterhin eine oder mehrere Aufbauschichten auf dem Substratkern umfaßt, die leitfähige Elemente enthalten, um ein Halbleiterplättchen mit integriertem Schaltkreis mit elektrischem Strom zu versorgen.
Substrat einer Baugruppe mit Chip mit integriertem Schaltkreis nach Anspruch 1, das weiterhin einen oder mehrere elektrisch isolierte Bereiche in dem Substratkern umfaßt, um eine oder mehrere Eingangsspannungen von dem Stromkabel zu ermöglichen.
Substrat einer Baugruppe mit Chip mit integriertem Schaltkreis nach Anspruch 1, das weiterhin eine Spannungsregelungsschaltung umfaßt, um eine oder mehrere Ausgangsspannungen aus einer Eingangsspannung bereitzustellen.
Einrichtung, die folgendes umfaßt: ein Halbleiterplättchen mit integriertem Schaltkreis und ein Substrat, das einen Verbinder zum Anschluß an ein Stromabgabekabel enthält.
Einrichtung nach Anspruch 8, die weiterhin eine Erweiterung eines Kerns des Substrats umfaßt, um den Verbinder aufzunehmen.
Einrichtung nach Anspruch 9, wobei der Verbinder Löcher in dem Substratkern umfaßt, wobei der Substratkern ein massiver leitfähiger Metallkern oder ein geschichteter Kern mit mehreren leitfähigen Schichten ist.
Einrichtung nach Anspruch 9, die weiterhin Kontaktflächen zum Anschluß an Sockelkontakte umfaßt, wobei die Kontaktflächen Eingabe-/Ausgabesignalen (E/A-Signalen) und keiner Stromversorgung entsprechen.
Elektronisches Gerät, das folgendes umfaßt: einen Netzkontroller; einen Systemspeicher und einen Prozessor, wobei der Prozessor ein Substrat enthält, das einen Verbinder zum Anschluß an ein Stromversorgungskabel enthält.
Elektronisches Gerät nach Anspruch 12, das weiterhin eine Spannungsregelungsschaltung zum Bereitstellen von geregeltem Strom umfaßt, die über ein Stromversorgungskabel an das Substrat angeschlossen ist.
Elektronisches Gerät nach Anspruch 13, wobei die Spannungsregelungsschaltung auf einer separaten Leiterplatte angeordnet ist.
Elektronisches Gerät nach Anspruch 12, wobei der Verbinder in einen Flansch eines leitfähigen Substratkerns eingebaut ist.
Elektronisches Gerät nach Anspruch 12, das weiterhin einen Sockel umfaßt, um den Prozessor aufzunehmen, wobei der Sockel Kontakte enthält, um dem Prozessor Eingabe-/Ausgabesignale (E/A-Signale) bereitzustellen, jedoch keine Kontakte enthält, um eine Betriebsspannung bereitzustellen.
Elektronisches Gerät nach Anspruch 12, wobei das Substrat eine Spannungsregelungsschaltung umfaßt.
Verfahren, das folgendes umfaßt: Bohren von Löchern in einen ersten Bereich eines leitfähigen Substratkerns; Abdecken der Löcher in dem ersten Bereich und Ausbauen auf dem Substratkern mit Spur- und Merkmalsleitung über einem zweiten Bereich.
Verfahren nach Anspruch 18, das weiterhin das Entfernen der Abdeckung über dem ersten Bereich umfaßt, um die Löcher freizulegen.
Verfahren nach Anspruch 19, das weiterhin das Anschließen eines Halbleiterplättchens mit integrierter Schaltung an das aufgebaute Substrat umfaßt.