DE2354260A1

DE2354260A1 - Anordnung fuer die dichte packung von integrierten schaltungen

Info

Publication number: DE2354260A1
Application number: DE19732354260
Authority: DE
Inventors: Philip Edward Beaulieu; Joseph John Zagursky
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1972-11-30
Filing date: 1973-10-30
Publication date: 1974-06-20
Also published as: AU476382B2; NL171006C; IN140876B; BE805956A; IE38464B1; FR2209215B1; IT998644B; US3851221A; DE2354260B2; CA994921A; IE38464L; CH554601A; GB1384220A; FR2209215A1; JPS5751759B2; AU6225173A; JPS4988479A; NL7315568A; ES420967A1; DE2354260C3

Description

Aktenzeichen der Anmelderin: BU 972 010

Anordnung für die dichte Packung von integrierten Schaltungen

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Anordnung für eine dichte Packung von integrierten Schaltungen. Insbesondere betrifft die . Erfindung eine solche Anordnung, in der sowohl integrierte Schaltungen hoher Schaltungsdichte als auch integrierte Schaltungen mit hoher Eingabe- und Ausgabeleistung zusammengefaßt werden können, ohne daß dabei bezüglich der an beide zu stellenden verschiedenen Anforderungen ein Kompromiß geschlossen werden muß.

Die dichte Packung integrierter Schaltungen ist an sich eine bereits hochentwickelte Technik. Bei der dichten Packung hochintetegrierter Schaltungen für komplexe elektronische Einrichtungen, wie z. B. datenverarbeitende Anlagen bestand der bisher gegangene Lösungsweg darin, Speicherschaltungen und logische Schaltungen jeweils für sich in der ersten Ebene der Hierachie in gesonderten Packungen unterzubringen und zwar aus einer Reihe von Gründen, insbesondere wohl deswegen, weil Speicherschaltungen im allgemeinen eine wesentlich höhere Schaltungsdichte aufweisen als logische Schaltungen, jedoch im allgemeinen eine wesentlich geringere Anzahl von Eingangs- und Ausgangsleitungen an der Packung benötigen. Ein weiterer Unterschied zwischen logischen Schaltungen und Speicherschaltungen, der für die PacKungsart und den Packungsaufbau von Bedeutung ist, besteb-4 da*-i*\₍ dcQ bische Schaltungen im allge-

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meinen schneller arbeiten als Speicherschaltungen. Ein Beispiel einer solchen bekannten Art der Packung in der ersten Ebene einer Hierarchie ist in einem Aufsatz von Mantel und andere in "IBM Technical Disclosure Bulletin," März 1966, Seiten 14'6O und 61 beschrieben. Packungen für eine große Anzahl von integrierten . Halbleiterschaltungen sind außerdem beispielsweise aus der US-Patentschrift 3 529 213 bekannt. Obgleich solche bekannten Packunge für Halbleiterschaltungen für viele Zwecke geeignet sind, so erfordern sie doch Kompromisse zwi-schen den Anforderungen an Speicherschaltungen und an logische Schaltungen, wenn beide Schaltungsarten in einer Packung zusammengefaßt werden sollen.

Die Verwendung einer Flüssigkeitskühlung zur Wärmeableitung beim Betrieb integrierter Schaltungen ist ebenfalls bekannt und ist beispielsweise in der US-Patentschrift 3 537 063 beschrieben.

Bei zunehmender Arbeitsgeschwindigkeit und Schaltungsdichte integrierter Schaltungen und bei der Zunahme der Komplexität im Systemaufbau datenverarbeitender Anlagen werden immer schärfere Anforderungen an die Packung hochintegrierter Schaltungen gestellt. Obgleich also die Technik der Packung integrierter Schaltungen an sich hoch entwickelt ist, sind doch weitere Verbesserungen in der Technik der Packung integrierter Schaltungen erforderlich, um mit der Entwicklung der integrierten Schaltungen selbst Schritt halten zu können. Aufgabe der Erfindung ist es also., eine Packung für integrierte Schaltungen zu schaffen, die sowohl den Anforderungen für eine hohe Anzahl von Eingangs- und Ausgangsleitungen einzelner Schaltungen, als auch den Anforderungen an Schaltungen mit hohen Schaltungsdichten mit? dem gleichzeitigen Erfordernis einer kleineren Anzahl von Eingangs- und Ausgangsverbindungen genügt. Insbesondere sollen dabei logische Schaltungen und Speicherschaltungen für eine Datenverarbeitungsanlage in einer einsigen Packung in einer sehr dichten Anordnung mit Flüssigkeitskühlung sowohl für die Speicherschaltungen hoher Schaltungsdichte _s als auch die logischen Schaltungen geringerer Schaltungsdichte und einer hohen Anzahl von Eingangs- und Ausgangsleifciangen geschaffen werden. Vor allen Din-

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gen soll dabei in einer Packung ein Stapel integrierter Halbleiterschaltungssubstrate mit hoher Dichte aufeinandergepackt werden, die eine große Anzahl von Eingangs- und Ausgangsleitungen aufweisen und bei der der Stapel ohne große Schwierigkeiten nachbearbeitbar ist. Dabei sollen sowohl Speicherschaltungen als auch logische Schaltungen in einem Stapel in einer Packung zusammengefaßt werden, ohne daß dabei die logischen Schaltungen an Arbeitsgeschwindigkeit einbüßen, wenn sie zusammen mit den Speicherschaltungen in einer Packung untergebracht werden.

Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die nachstehend beschriebene Ausführungsform der Erfindung gelöst. Dabei besteht die gesamte Packung aus einem geschlossenen Behälter, in dem sich eine Anzahl übereinander gestapelter Substrate befinden, auf denen die integrierten Schaltungen befestigt sind. Ein untenliegendes Substrat in dem Stapel weist auf der unteren Oberfläche des Substrats Anschlußleitungen auf, die, sich nach außen aus dem geschlossenen Behälter erstrecken. Der Stapel enthält ein oder mehrere zusätzliche Substrate. Diese zusätzlichen Substrate sind an ihrem Umfang mit dem untersten Substrat oder mit dem nächst darunterliegenden Substrat innerhalb des Stapels durch Leitungsführungen verbunden. Eine Anzahl integrierter Schaltungen einer ersten Art sind auf dem oder den zusätzlichen Substraten angebracht und elektrisch mit den Verbindungsleitungen verbunden, die dieses Substrat mit dem darunterliegenden nächsten Substrat in dem Stapel verbinden. Eine Anzahl integrierter Schaltungen einer zweiten Art ist auf dem untersten Substrat .elektrisch an den Verbindungsleitungen angeschlossen, die sich aus dem geschlossenen Behälter heraus erstrecken. Die zweite Art integrierter Schaltung hat einen größeren- Bedarf an Eingangs- und Ausgangsleitungen als die erste Art der integrierten Schaltungen= Typischerweise ist die erste Art der integrierten Schaltung eine Anordnung von Speiqherschaltungen und die zweite Art integrierter Schaltung enthält eine Anzahl von logischen Schaltkreisen, die sich zu einer Zusammenarbeit mit den Speicherschaltungen eignen. Die Speicherschaltungen sind normalerweise sehr dicht aufgebaut und erfordern eine relativ

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kleine Anzahl von Verbindungsleitungen zu den weniger dicht aufgebauten logischen Schaltungen. Die Arbeitsgeschwindigkeit der loschen Schaltungen ist im allgemeinen höher als die Geschwindigkeit der Speicherschaltungen/ aber die logischen Schaltungen haben geringere Toleranzen im Bezug auf Verzögerungen als die Speicherschaltungen, die durch relativ lange Leitungen verursachte werden könnten.

Packt man die einzelnen Schaltungen auf diese Weise zusammen, dann liegen die logischen Schaltungen auf dem untersten Substrat, bei dem im wesentlichen die gesamte Oberfläche für Verbindungsleitungen durch das Substrat und nach außerhalb des Gehäuses zur Verfügung steht, während die dichter gepackten Speicherschaltungen auf den oberen Substraten des Stapels angebracht sind und ihre Verbindungsleitungen an ihrem Umfang aufweisen. In Übereinstimmung mit den Anforderungen bezüglich der Arbeitsgeschwindigkeit sind die Verbindungsleitungen der logischen Schaltungen kürzer als die der Speicherschaltungen, da die logischen Schaltungen ganz dicht an den Verbindungsleitungen der gesamten Packung mit der Außenwelt liegen. Beschränkt man die Verbindungsleitungen der oberen Substrate auf den Umfang der Substrate, so bedeutet das, daß der Stapel in bequemer Weise durch Rückfließen von Lötmittel hergestellt werden kann und auch ebenso leicht zum Ersatz integrierter Schaltungen auf den Substraten in gleicher Weise einzelne Chips innerhalb des Stapels ausgelotet werden können, falls sie unbrauchbar geworden sind.

Weil die erfindungsgemäß aufgebaute Packung sich vorzugsweise für die Packung von Speicherschaltungen und logischen Schaltungen in Datenverarbeitungsanlagen eignet, so macht die hohe Packungsdichte die leichte Herstellung und erneute Bearbeitung, die gute Kühlung und die Einfachheit des Aufbaus eine solche Packung auch vorteilhaft zur Verwendung bei einer großen Anzahl anderer Arten von integrierten Schaltungen in den verschiedensten Anwendungsgebieten. Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.

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Dabei zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht, teilweise im Schnitt

einer Packung für integrierte Schaltungen gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Unteransicht des untersten Substrats in der

Packung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Unteransicht eines weiteren zusätzlichen

Substrats in der Packung gemäß Fig. 1,

Fig. 4 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils

der Packung im Bereich 4 in Fig. 1 und

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Packung in Fig.-l, zum

Teil aufgeschnitten zur Darstellung der inneren Anordnung.

Die in Fig. 1 gezeigte Packung besteht aus einem geschlossenen Behälter 10, der aus einem Gehäuse 12 und einer Grundplatte 14 besteht, die an dem Gehäuse 12, durch eine Gummidichtung 16 abgedichtet, durch Schrauben 18 dicht befestigt ist. Die Grundplatte weist eine Öffnung 20 auf, gegen die das unterste Substrat 22 mit Hilfe eines geeigneten Klebstoffs befestigt ist. Der so definierte geschlossene Behälter ist teilweise mit einem flüssigen Kühlmittel 24, beispielsweise einem fluorierten Kohlenwasserstoff gefüllt, der unter dem Handelsnamen "Freon" der Fa. E. I. Dupont de Nemours lieferbar ist. Eine Anzahl Kühlrippen 26 sind innerhalb des geschlossenen Behälters vorgesehen. Weitere Kühlrippen 28 sind auf der Außenseite des Behälters vorhanden. '

In Fig. 1 und 2 sind zusammen die Merkmale des untersten Substrats 22 in dem Stapel 30 zu sehen. Das Substrat 22 kann entweder aus einer einzigen Schicht aus keramischem Material bestehen. Für den Fall, daß eine sehr hohe Anschlußdichte für integrierte Schaltungs-

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plättchen 32, die auf seiner Oberfläche angebracht sind, erforderlich sind, kann das Substrat aus mehreren Schichten keramischen Materials mit'metallisierten, dazwischenliegenden Verbindungsleitungen in an sich bekannter Weise aufgebaut sein. Da das Substrat 22 das unterste Substrat in dem Stapel 3O ist, weist es eine Anordnung von Eingabe- Ausgabekqntaktstiften 34 auf, die sich über die ganze Oberfläche erstrecken mit Ausnahme an den Stellen, an denen das Substrat mit der Grundplatte 14 verbunden ist. Die elektrischen Kontaktstife 34 sind elektrisch mit einem oder mehreren der integrierten Schaltungsplättchen 32 verbunden. Auf diese Weise ist eine große Anzahl von Eingangs- und Ausgangsverbindungen für die integrierten Halbleiterschaltungsplättchen auf der Oberfläche des untersten Substrats 22 vorgesehen. Da das unterste Substrat am unteren Ende des Stapeis 30 liegt, stört die Anordnung der Anschlufstifte 34 auf der gesamten Oberfläche bei eventuellen Nacharbeiten oder Reparaturen nicht, bei denen es notwendig sein kann, den Stapel 30 aufzutrennen.

Zusätzlich zu dem untersten Substrat 22 sind, wie am besten aus den Fig. 1 und 3 zu ersehen ist, zusätzliche Substrate 36 in der Pakkung vorgesehen. Anders als das unterste Substrat 22 weisen die Substrate 36 Anschlußstife nur rund um ihrem Umfang heraum auf. Auf jedem der zusätzlichen Substrate 36 des Stapels 3O sind HaIbleiterplättchen mit integrierten Schaltungen für Speicher befestigt. Die Schaltungsplättchen mit integrierten Speicherschaltungen enthalten eine sehr große Anzahl, d. h., beispielsweise 16 000, 32 000 oder sogar 64 000 einzelne Speicherschaltungen mit den zugehörigen Decodierschaltungen. Obgleich dieser Aufbau außerordentlich dicht ist, ist doch die Art dieser Speicherschaltungen und ihrer direkt zugeordneten peripheren Schaltungen derart, daß sie eine relativ kleine Anzahl von Eingangs- oder Ausgangsanschlüssen nach den Halbleiterplättchen oder dem diese tragenden Substrat 36 benötigen. Die relativ kleine Anzahl von Eingangs- und Ausgangskontakts itf ten 38 für jedes Substrat 36 kann daher rund um den Umfang der Substrate 36 vorgesehen sein und reicht offensichtlich aus, um die Eingabe- und Ausgabeanforderungen für die integrierten

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Speicherschaltungen auf den Halbleiterplättchen 40 voll zu erfüllen. ' . . '

Die Halbleiterplättchen 32 mit integrierten Schaltungen, die auf dem untersten Substrat 22 im Stapel 30 angebracht sind, enthalten logische Schaltungen. Logische Schaltungen sind im allgemeinen wesentlich weniger regelmäßig in ihrer Anordnung als Speicherschaltungen und weisen demgemäß auch, keine so dichte Anordnung auf den Halbleiterplättchen selbst auf. Im Vergleich zu den 16 000 bis 64 000 Speicherschaltungen auf jedem Halbleiterspeicherplattchen 40 kann ein Halbleiterplättchen 32 mit integrierten logischen Schaltungen kaum mehr als etwa 1 000 Schaltkreise enthalten. Obgleich die Anzahl der Schaltkreise je Halbleiterplättchen wesentlich geringer ist als bei den integrierten Speicherschaltungsplattchen 40, erfordern doch die Halbleiterplättchen 32 mit integrierten logischen Schaltungen wesentlich mehr Eingangs- und Ausgangsleitungen. Die größere Anzahl von Anschlußstiften 34 kann somit über die gesamte untere Oberfläche des unten liegenden Substrats 22 verteilt sein und erfüllt damit die Forderungen für logische integrierte Schaltungsplättchen 32. Die Speicherschältungen in den' Halbleiterplättchen 40 haben eine wesentlich geringere Arbeitsgeschwindigkeit als die logischen Schaltungen in den Halbleiterplättchen 32. Der Unterschied in der Arbeitsgeschwindigkeit zwischen Speicherschaltungen und logischen Schaltungen liegt bei einer bis mehreren Größenordnungen. Die kürzeren Leitungslängen für die Halbleiterplättchen 32 ist daher von Vorteil, um Verzögerungen durch längere Leitungsführungen zu vermeiden, wie sie beispielsweise nach den Halbleiterplättchen 40 auftreten würden. In diesem Zusammenhang sei darauf verwiesen, daß zwar die logischen Schaltungen auf den Halbleiterplättchen 32 gewöhnlich mit den Speicherschaltungen auf den Halbleiterplättchen 40 zusammenwirken, werden doch manchmal nur Eingangssignale den Halbleiterplättchen 32 zugeführt, dort wird eine Funktion ausgeführt und anschließend wird ein Ausgangssignal über die Anschlußstifte 34 abgegeben, ohne daß die Speicherschaltungen auf den Halbleiterplättchen 40 benutzt worden sind. Für diese Art von Arbeitsweise ist aber das Anbringen der

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Halbleiterplättchen 32 mit den logischen Schaltungen auf dem untersten Substrat 22 des Stapels 30 von ganz besonderem Vorteil.

Bei der Herstellung der Packung werden bis 50 oder sogar 100 logische integrierte Schaltungsplättchen 32 auf der oberen Oberfläche des untersten Substrats 22 angebracht und die Halbleiterplättchen 40 werden in der gleichen Weise durch Rückfließen von Lötmittel oder durch Flip-Chip-Technik mit anschließendem Verlöten an den oberen Oberflächen der zugehörigen Substrate 36 angebracht. Wie aus Fig. 4 zu ersehen, sind die Stifte 34 und 38 mit ihren Köpfchen 42 an den jeweiligen Substraten 22 und 36 angelötet. Die Stifte werden dann beispielsweise durch Tauchen mit Lötzinn überzogen. Der Stapel wird dann durch Rückfließen des Lötzinns hergestellt, wobei das Zinn längs der Stifte nach dem darunterliegenden Substrat läuft und sich mit diesen verbindet, wie dies deutlich aus Fig. zu ersehen ist. Wie ferner aus Fig. 4 zu ersehen, sind die Anschlußstifte 34 und 38 durch Verbindungsleitungen 44 miteinander und mit der logischen, integrierten Schaltung auf dem Halbleiterplättchen 32 auf der Oberfläche des Substrats 22 verbunden. Der Anschlußstift 38 ist in Verbindung mit dem Substrat 36 mit der integrierten Speicherschaltung im Halbleiterplättchen 4O auf dem Substrat 36 über Verbindungsleitungen 46 verbunden. Zusätzliche Verbindungsleitungen 47 innerhalb der Substrate 22 und 3 6 dienen der Verbindung des Haibleiterplättchens 40 mit einem weiteren, nicht gezeigten Halbleiterplättchen auf dem Substrat 36 und zur Verbindung einer logischen Schaltung auf einem Halbleiterplättchen mit einer anderen (nicht gezeigten) logischen Schaltung auf einem anderen Halbleiterplättchen auf dem Substrat 22.

Sollte irgend eine der integrierten Schaltungen auf den Halbleiterplättchen 32 mit den logischen Schaltungen und den Halbleiterspeicherschaltungen auf den Halbleiterplättchen 40 im Betrieb ausfallen, dann kann das defekte Halbleiterplättchen 4O oder 32 dadurch ersetzt werden, daß man das Lötzinn an der Verbindung der Kontaktstifte 38 mit dem nächsten darunterliegenden Substrat zurückfließen läßt und so den Stapel auftrennt und sodann durch Rückfließen des Lotes die Verbindung zwischen Halbleiterplättchen 40

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oder 32 mit seinem Substrat 36 oder 22 unterbricht. Ein neues Halbleiter plättchen wird dann ebenfalls durch Rückfließen von Lötmittel zum Ersatz des ausgefallenen Halbleiterplättchens eingesetzt und der Stapel wird wiederum durch Rückfließen von Lötmittel zusammengefügt. Solche Lötoperationen sind ansich gut bekannt und beispielsweise in den deutschen Patentanmeldungen P 22 14 994.6 und P 23 19 287.2 der Anmelderin beschrieben. Sollte ein Halbleiterplättchen auf der Oberfläche des obersten Substrats 36 im Stapel 30 ausfallen/ braucht der Stapel natürlich nicht vor Entfernen und Ersetzen des ausgefallenen Halbleiterplättchens aufgetrennt zu werden. Da alle Lötverbindungen zur Befestigung der Substrate 36 und 22 miteinander zur Bildung des Stapels 30 rund um die Peripherie der Substrate 22 und 36 angeordnet sind, kann die Trennung der Substrate vom Stapel durch Anlegen von Wärme, beispielsweise durch Infrarotstrahlung oder auf andere bekannte Welse durchgeführt werden, ohne die Lötverbindungen zwischen den Halbleiterplättchen 32 und 40 mit ihrem jeweiligen Substraten nachteilig zu beeinflussen.

Der zusammengebaute, aus unterstem Substrat 22 und zusätzlichen Substraten 36 bestehende Stapel 30 wird auf dem Grundplatte 14 dadurch befestigt, daß man die Grundplatte mit dem untersten Substrat 22 beispielsweise durch einen geeigneten Klebstoff miteinander verbindet. Die Grundplatte 14 und das Gehäuse 12 werden dann zur Bildung eines geschlossenen Gehäuses dicht miteinander verbunden. Das flüssige Kühlmittel 24 wird durch eine Öffnung in der Oberseite des Gehäuses eingeführt, welche anschließend durch einen passenden Stopfen 48 in Fig. 1 verschlossen wird. Der Stopfen 48 kann außerdem ein Druckausgleichsventil enthalten, falls dies erwünscht ist. Wie aus Fig. 1 zu sehen, wird eine ausreichende Menge einer Kühlflüssigkeit in das Gehäuse eingeführt, um alle Halbleiterplättchen in dem Stapel 30 zu bedecken. Es.ist jedoch erwünscht, einen Luftraum 56 oberhalb der Kühlflüssigkeit 24 vorzusehen, um bei erhöhten Betriebstemperaturen der Packung eine Kompression des Gases zuzulassen. Das Eintauchen der Halbleiterplättchen 32 und 40 in ein flüssiges Kühlmittel verhindert, daß

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die Halbleiterplättchen im Betrieb so heiß werden, daß sie beschädigt werden können. Zum Schutz der Halbleiterplättchen 32 und 4O. gegen Beschädigung durch zu große Erwärmung wird ein wärmeempfindliches integriertes Halbleiterschaltüngsplättchen 50, das in Fig. 1 angedeutet ist, vorgesehen, das das Arbeiten der Schaltungen in den Halbleiterplättchen 32 und 40 unterbricht und eine geeignete Alarmvorrichtung auslöst, sobald der Pegel der Kühlflüssigkeit 24 bis unterhalb des Halbleiterplättchens 50 abfällt.

Fig. 1 und 5 der Zeichnungen zeigen die Wirkungsweise der Kühlflüssigkeit 24, der Wärmeaustauscher-Kühlrippen 26 innerhalb des Gehäuses und der Kühlrippen 28 außerhalb des Gehäuses zum Abführen der Betriebswärme der integrierten Schaltungen in den Halbleiterplättchen 32 und 4O. Die Kühlflüssigkeit 24 führt die Wärme von den Halbleiterplättcher, 32 und 4O durch örtliches Sieden und Rekondensation ab. Der Dampf 52 steigt aus dem Kühlmittel 24 auf und kondensiert auf der Oberfläche des geschlossenen Gehäuses.10 im Luftraum 56 oberhalb der Kühlflüssigkeit 24 zu Tröpfchen 54. Es soll darauf hingewiesen werden, daß die Wand 58 des geschlossenen Gehäuses geneigt angeordnet ist, so daß der Innenraum des Gehäuses an seiner Oberseite breiter ist als an seiner Unterseite und damit eine optimale Wärmeübertragung gestattet. Die Kühlflüssigkeit 24 und der daraus aufsteigende Dampf 52 zirkulieren dann so wie durch die Pfeile 60 angedeutet.

Die Pfeile 62 in Fig. 5 zeigen die Wärmeströmung zur Abfuhr der Wärme von der Packung mit integrierten Schaltungen an. Durch die Zirkulation der Kühlflüssigkeit 24 und des Dampfes 52, zusammen mit der Kondensation des Dampfes werden zunächst große Wärmemengen aus dem Bereich des Stapels 30 an die Kühlflüssigkeit 24 und an den Luftraum 56 abgegeben. Die Wärmeübertragung wird dann durch Dampfkondensation an den Kühlrippen 26 im Luftraum 56 und durch Wärmeleitung nach dem Abschnitt der Kühlrippen 26 erzielt, welcher in der Kühlflüssigkeit 24 eingetaucht ist. Durch Kondensation wird der größte Teil Wärme an die Kühlrippen 26 des Wärmeaustauschers und

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an die Wände des geschlossenen Gehäuses 10 abgegeben. Da Wärme eine Energieform darstellt, neigt sie dazu, von einem Bereibh höherer Temperatur nach einem Bereich niedrigerer Temperatur abzufließen. Die wärme bewegt sich daher durch die Wände des Gehäuses nach den äußeren Kühlrippen 28 und außerdem längs der Kühlrippen 26 nach den äußeren Kühlrippen 28, wie durch die Pfeile 62 angedeutet. Zur Abfuhr der Wärme von den äußeren Kühlrippen'28 nimmt die Luftströmung 64 wegen ihrer geringeren Temperatur die Wärme mit.

In der Praxis können in der Packung für integrierte Schaltungen gemäß der Erfindung eine große Anzahl von integrierten Schaltungen untergebracht werden die eine beträchtliche Wärmemenge erzeugen, die ebenfalls als überschüssige Wärme sehr wirksam abgeleitet werden kann. Der Einfachheit der Darstellung wegen wurde eine relativ kleine Anzahl integrierter Halbleiterplättchen und Anschlußstifte in den Zeichnungen gezeigt. In einer tatsächlich ausgeführten Packung für integrierte Schaltungen gemäß der Erfindung kann z. B. das unterste Substrat 22 beispielsweise 1 700 Anschlußstifte 34 enthalten. Die zusätzlichen Substrate 36 oberhalb des untersten Substrats 22 können etwa 250 Anschlußstifte 38 an ihrem Umfang aufweisen. Benutzt man diese Packung zur Aufnahme von logischen integrierten Schaltungen auf dem untersten Substrat 22 und integrierten Speicherschaltungen auf zusätzlichen Substraten 36, dann können das unterste Substrat und die zusätzlichen Substrate 36 jeweils etwa 100 Schaltungsplättchen mit integrierten Schaltungen enthalten. Obgleich die Anzahl integrierter Schaltungsplättchen für das unterste Substrat 22 und die zusätzlichen Substrate 36 etwa die gleiche ist., so zeigt doch der Unterschied in der Anzahl der Anschlußstifte 34 und 38 für die einzelnen Substrate den wesentlichen Unterschied in der Anzahl der erforderlichen Anschlußstifte für logische Schaltungen und Speicherschaltungen. Mit dieser Anzahl von Schaltungen kann die Größe der in Fig. 1 gezeigten Packung ungefähr 12,7 cm Seitenlänge aufweisen und die gesamte Speicherschaltung und logischen Schaltungen enthalten, die einemrittleren Datenverarbeitungssystem, wie z. B. dem IBM-System 370, Modell 145 ent-

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spricht.

Aus der vorangegangenen Beschreibung ergibt sich also, daß durch die Erfindung eine Packung für integrierte Schaltungen geschaffen wurde, die den gestellten Anforderungen vollständig genügt. Die Packung enthält eine große Anzahl von sehr dicht gepackten integrierten Schaltungen, die relativ wenige Eingangs- und Ausgangsleitungen benötigen und mit geringerer Geschwindigkeit arbeiten wie ζ. B. Speicherschaltungen, und gleichzeitig relativ dicht angeordnete, schnellarbeitende logische integrierte Schaltungen, die einen relativ hohen Bedarf an Eingangs- und Ausgangsanschlüssen aufweisen. Die Packung gestattet ferner eine wirksame Wärmeabfuhr, die. durch die große Anzahl integrierter Schaltungen innerhalb der Packung erforderlich ist. Die neue Packung gestattet ferner das bequeme Ausbauen und Ersetzen integrierter Schaltungen, die im Betrieb ausgefallen sind, so daß nicht ausgefallene, in der Pakkung enthaltene, integrierte Schaltungen weiter benutzt werden können.

Man kann selbstverständlich die erfindungsgemäß aufgebaute Packung für integrierte Halbleiterschaltungen auch in derR>rm abändern, daß man die integrierten Schaltungen, die auf einer großen Anzahl relativ kleiner Halbleiterplättchen vorgesehen sind nunmehr so aufbaut, daß die Schaltungen in dem Stapel auch auf vollständigen Wafern anordnet, statt wie bisher auf Halbleiterplättchen. Ferner können Halbleiterplättchen auf beiden Oberflächen der oberen Substrate zur Erhöhung der Packungsdichte angebracht sein. Ferner kann es zur noch besseren Wärmeabfuhr bei manchen Anwendungsgebiet ten nötig sein, einen äußeren Kühlmantel vorzusehen, statt der äußeren Kühlrippen 28.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Anordnung für die dichte Packung von integrierten Halbleiterschaltungen in einem Gehäuse, gekennzeichnet durch ein erstes untenliegendes Substrat (22) mit über dessen gesamte untere Oberfläche angeordneten Anschlußstiften (34), die sich aus dem Gehäuse (12) heraus erstrecken sowie durch mindestens ein weiteres Substrat (36), das über an seinem Umfang angeordnete elektrisch leitende Verbindungen (38) mit dem darunterliegenden Substrat verbunden ist und eine Anzahl daran angeschlossener integrierter Schaltungen einer ersten Art-(40) aufweist, und daß eine Anzahl integrierter Schaltungen zweiter Art (32) auf dem untersten Substrat (22) angeordnet und mit den Anschlußstiften (34) verbunden ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierten Schaltungen in integrierten Halbleiter-Schaltungsplättchen enthalten sind, die auf dem untersten Substrat (22) und dem weiteren Substrat (36) angeordnet sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,' daß die erste Art von integrierten Schaltungen (40) integrierte Halbleiter-Speicherschaltungen sind.
4. Anordnung nach-Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Art Integrierter Schaltungen (32) integrierte logische Schaltkreise sind.
5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das unterste Substrat (22) gleichzeitig den unteren

, Abschluß des Gehäuses (12) bildet.
6. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

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daß die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen dem untersten Sustrat (22) und einem weiteren Substrat bzw. zwischen weiteren Substraten aus mit einem weiteren Substrat fest verbundenen Anschlußstiften bestehen, die an den Leitungszügen des darunterliegenden Substrats angelötet sind.

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