DE69508046T2

DE69508046T2 - Integrierte halbleiteranordnung

Info

Publication number: DE69508046T2
Application number: DE69508046T
Authority: DE
Inventors: Masao Osaka 573 Iwata; Ryoichi Kouriyama-Shi Fukushima 963 Katsuragawa; Hayami Osaka 571 Matsunaga; Yoshikazu Nara 630-01 Suehiro; Takeo Osaka 572 Yasuho; Yasuhiko Osaka 573 Yokota
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-07-04
Filing date: 1995-07-03
Publication date: 1999-07-15
Anticipated expiration: 2015-07-04
Also published as: EP0717443A4; CN1130441A; CN1037134C; DE69508046D1; EP0717443B1; KR100208053B1; EP0717443A1; WO1996001498A1; US6303989B1; KR960705363A

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf integrierte Schaltungsanordnungen zur Verwendung bei zivilen Geräten, etwa elektronischen Geräten, elektrischen Geräten, Kommunikationsgeräten und Meß- und Steuergeräten.

Stand der Technik

Im Folgenden wird eine konventionelle integrierte Schaltungsanordnung beschrieben.
Bei einer konventionellen integrierten Schaltungsanordnung sind ihre Bauteile, eine Leistungsversorgung, ein CPU-Chip, eine Cache-Steuerung, ein Cache-Speicher, ein LSI-Datenpuffer und ein Anschlußelement, auf einer einzigen ein- oder zweiseitigen Mehrschichtleiterplatte montiert, während sie elektrisch jeweils mit den gewünschten Bauteilen verbunden sind, und die Schaltungsanordnung weist Wärmeabstrahlungsplatten auf zum individuellen Abstrahlen von Wärme der Bauteile und einen den Wärmeabstrahlungsplatten zugewandten Kühlventilator.
Da bei dem Aufbau der oben beschriebenen konventionellen integrierten Schaltungsanordnung die Bauteile auf einer einzigen Mehrschichtleiterplatte montiert sind und zum individuellen Abstrahlen von Wärme Wärmeabstrahlungsplatten vorgesehen sind, besteht das Problem, daß die Leiterplattenfläche zunimmt und ohne Verwendung eines Kühlventilators eine ausreichende Wärmeabstrahlung nicht durchgeführt werden kann.
Die US-A-5426263 offenbart einen elektronischen Aufbau mit einem doppelseitigen kabellosen Bauteil.
Um das obige Problem des Standes der Technik zu lösen, ist es Aufgabe der Erfindung, eine integrierte Schaltungsanordnung anzugeben, die hinsichtlich des Integrationsgrades und der Wärmeabstrahlungseigenschaften verbessert ist.

Beschreibung der Erfindung

Das obige Problem wird gelöst durch eine integrierte Schaltungsanordnung nach dem Anspruch 1 oder 2 dieser Erfindung.
Die erfindungsgemäße integrierte Schaltungsanordnung weist einen Aufbau auf mit: einer Metallplatte mit einer Leistungsversorgung; einer Mehrschichtleiterplatte mit einer Mehrzahl von in sie eingepaßten und elektrisch mit der Leistungsversorgung an der Metallplatte verbundenen Anschlußstiften; einem CPU-Chip mit einer mit der Mehrschichtleiterplatte elektrisch verbundenen TAB-Verdrahtung zwischen der Metallplatte und der Mehrschichtleiterplatte; einem Cache-Speicherabschnitt und einem LSI-Datenpufferabschnitt, die elektrisch mit der Mehrschichtleiterplatte verbunden sind, an einer dem an der Mehrschichtleiterplatte vorgesehenen CPU- Chip entgegengesetzten Oberfläche; und einem mit der Mehrschichtleiterplatte elektrisch verbundenen Anschlußelement.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer integrierten Schaltungsanordnung nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer integrierten Schaltungsanordnung nach einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines Stifts, die einen wesentlichen Abschnitt derselben zeigt; und
Fig. 4 ist eine Schnittansicht eines wesentlichen Abschnitts derselben, die die Verbindung der Metallplatte, einer Schutzplatte, des CPU-Chips und der Mehrschichtleiterplatte untereinander zeigt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele

(Ausführungsbeispiel 1)

Im Folgenden wird eine integrierte Schaltungsanordnung nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer integrierten Schaltungsanordnung nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. In Fig. 1 ist mit der Ziffer 1 eine Metallplatte aus Aluminium oder eine Siliziumstahlplatte bezeichnet. 2 ist eine isolierende Schicht mit zumindest einem Epoxidharz oder einer Keramik, die auf einer Oberfläche der Metallplatte 1 vorgesehen ist. 3 ist eine leitende Schicht, etwa eine Kupferfolie mit einem gewünschten Verdrahtungsmuster, die auf einer oberen Oberfläche der isolierenden Schicht 2 auf der Metallplatte 1 mit der isolierenden Schicht 2 vorgesehen ist. 4 ist eine Leistungsversorgung, etwa ein Gleichstrom-/Gleichstromwandler, Wechselstrom-/Gleichstromwandler usw., die auf einer oberen Endoberfläche der leitenden Schicht 3 vorgesehen und elektrisch mit der leitenden Schicht 3 verbunden ist. 5 ist eine Mehrzahl von Anschlußstiften im wesentlichen in der Form eines Kreuzes, die über ein Hochtemperaturlot 6 metallisch an die leitende Schicht 3 gekoppelt sind, wodurch ein über die leitende Schicht 3 elektrisch mit der Leistungsversorgung 4 verbundener positiver Elektrodenanschluß oder negativer Elektrodenanschluß gebildet ist. 7 ist eine Mehrschichtleiterplatte, die so ausgebildet ist, daß die Anschlußstifte 5 in sie eingepaßt sind, wobei eine der der Metallplatte 1 zugewandten Oberfläche entgegengesetzte Oberfläche zumindest einen Datenbus, einen Adressenbus, einen Steuerbus, eine Leistungsversorgungsleitung und eine Masseleitung (nicht gezeigt) aufweist und zumindest die Leistungsversorgungsleitungen und die Masseleitung elektrisch mit dem Anschlußstift 5 verbunden sind. 8 ist ein CPU-Chip mit einer TAB-Verdrahtung 9 und ist elektrisch verbunden mit der Mehrschichtleiterplatte 7, wobei eine der Mehrschichtleiterplatte 7 entgegengesetzte Oberfläche des CPU-Chip an der leitenden Schicht 3 auf der Metallplatte 1 befestigt ist. 10 ist ein im wesentlichen auf der oberen Oberfläche des CPU-Chip 8 in der dem CPU-Chip 8 entgegengesetzten Oberfläche der Mehrschichtleiterplatte 7 vorgesehener Cache-Kontroller (Cache-Steuereinrichtung). 11 ist ein an derselben Oberfläche wie der Cache-Kontroller 10 vorgesehener und elektrisch mit dem Gache-Kontroller 10 über die Mehrschichtleiterplatte 7 verbundener Cache-Speicherabschnitt. 14 ist ein an derselben Oberfläche wie der Cache- Kontroller 10 vorgesehener und elektrisch mit dem Cache-Kontroller 10, dem Cache-Speicherabschnitt 11 und dem CPU-Chip 8 über die Mehrschichtleiterplatte 7 verbundener LSI-Datenpufferabschnitt. 12 ist ein an derselben Oberfläche wie der Cache-Kontroller 10 vorgesehenes und elektrisch mit dem Cache-Kontroller 10 verbundenes Anschlußelement.
Im Folgenden wird die Funktion der integrierten Schaltungsanordnung anhand des obigen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels beschrieben.
Zunächst wird eine Spannung von 3,3 V aus der Leistungsversorgung 4 über die Anschlußstiftgruppe 5 an den CPU-Chip 8 angelegt.
Als nächstes werden dem Cache-Speicherabschnitt 11 durch den Cache-Kontroller 10 und den LSI-Datenpufferabschnitt 14 erforderliche Daten und Befehlskodes (im Folgenden als "Befehle" bezeichnet) aus einem damit verbundenen Hauptspeicher (nicht gezeigt) über das Anschlußelement 12 zugeführt, wobei der CPU-Chip 8 auf der Basis der Daten und Befehle in dem Cache-Speicherabschnitt 11 verschiedene Operationsschritte durchführt.
Schließlich werden die in verschiedener Weise durch den CPU-Chip 8 verarbeiteten Daten von der Mehrschichtleiterplatte 7 zu dem Cache-Kontroller 10 und dem Cache-Speicherabschnitt 11 übertragen und über die Mehrschichtleiterplatte 7 zu dem Verbindungselement 12 übertragen, um nach außen ausgegeben werden zu können.
Dabei wird die Wärme des CPU-Chip 8 und der Leistungsversorgung 4, die wärmeerzeugende Bauteile sind, über die Metallplatte 1 zu all den denjenigen Oberflächen entgegengesetzten Oberflächen abgeleitet und abgestrahlt, auf denen der CPU-Chip 8 und die Leistungsversorgung 4 vorgesehen sind, um in dieser Weise von der Metallplatte 1 abgestrahlt zu werden.
Zu beachten ist, daß eine weitere Verbesserung der Wärmeabstrahlungseigenschaften erzielt werden kann durch Aufbringen einer isolierenden Schicht aus anorganischem Material, etwa Keramik, auf der dem CPU-Chip 8 zugewandten Oberfläche der Metallplatte 1.

(Ausführungsbeispiel 2)

Im Folgenden wird ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen beschrieben.
Fig. 2 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer integrierten Schaltungsanordnung nach einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. In Fig. 2 ist mit der Ziffer 21 eine Metallplatte aus Aluminium oder eine Siliziumstahlplatte usw. bezeichnet mit einem Verdrahtungsmuster (nicht gezeigt) auf ihrer oberen Oberfläche und, an ihren Seitenabschnitten, einem Leistungsversorgungsabschnitt 22, etwa einem Gleichstrom-/Gleichstromwandler oder einem Wechselstrom-/Gleichstromwandler, der elektrisch mit dem Verdrahtungsmuster verbunden ist. 23 ist eine Schutzplatte z. B. aus Kupfer oder Aluminium, die mit Lot an einen Mittenabschnitt der Metallplatte 21 gekoppelt ist und eine Mehrzahl von Säulen 23a an Seitenendabschnitten einer der Verbindung mit der Metallplatte 21 entgegengesetzten Oberfläche aufweist, wodurch der im Folgenden beschriebene CPU-Chip 24 geschützt und die Wärme des CPU-Chips 24 abgestrahlt wird. 24 ist ein CPU- Chip mit einer TAB-Verdrahtung 24a, der mit Hilfe eines Si- oder Epoxid-Klebstoffs an die von den an der Schutzplatte 23 vorgesehenen Säulen 23a umgebene Oberfläche geklebt ist. 25 ist eine Mehrschichtleiterplatte mit einer Mehrzahl von Stiften 26 im wesentlichen in der Form eines Kreuzes, wie in Fig. 3 gezeigt, die in ihre Seitenabschnitte eingepaßt oder mit Lot daran angekoppelt sind, wobei die Mehrzahl Stifte 26 und die Metallplatte 21 aneinander durch eine Lotverbindung (nicht gezeigt) elektrisch angeschlossen sind.
Fig. 4 ist eine Schnittansicht der Verbindung zwischen der Mehrschichtleiterplatte, der Schutzplatte und der Metallplatte, die einen Hauptabschnitt bilden. In der Figur ist der Stift 26 in die Metallplatte 21 eingepaßt und elektrisch mit einem Verdrahtungsmuster 21a auf einer oberen Oberfläche der Metallplatte 21 verbunden. Ferner sind die Schutzplatte 23 und die Mehrschichtleiterplatte 25 durch Anbringen von Lot an der Säule 23a miteinander verbunden, um eine Lötverbindung herzustellen. Darüber hinaus ist der CPU-Chip 24 elektrisch mit einer internen Verdrahtung (nicht gezeigt) der Mehrschichtleiterplatte 25 verbunden.
Die Funktion der integrierten Schaltungsanordnung nach dem obigen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird im Folgenden beschrieben.
Zunächst wird eine Spannung von 3,3 V der Leistungsversorgung 22 über die Anschlußstiftgruppe 26 an den CPU-Chip 24 angelegt.
Als nächstes werden dem CPU-Chip 24 von außen über die Anschlüsse erforderliche Daten und Befehle zugeführt, wobei der CPU-Chip 24 auf der Basis der Daten und Befehle verschiedene Operationsschritte durchführt.
Schließlich werden die in verschiedener Weise von dem CPU-Chip 24 verarbeiteten Daten über die Mehrschichtleiterplatte zu den Anschlüssen übertragen, um nach außen ausgegeben zu werden.
Dabei wird die Wärme des CPU-Chip 24, der ein wärmeerzeugendes Bauteil ist, und der Leistungsversorgung 22 über die Schutzplatte/Metallplatte und über die Metallplatte 21 weitergeleitet und abgestrahlt zu all den denjenigen Oberflächen entgegengesetzten Oberflächen, an denen der CPU-Chip 24 und die Leistungsversorgung 22 vorgesehen sind, um von der Metalloberfläche 21 abgestrahlt zu werden.
Ferner kann der CPU-Chip 24, der durch über die Metallplatte 21 übertragenen äußere Kräfte zerbrochen werden könnte, durch die Schutzplatte 23 geschützt werden.
Natürlich können die Schutzplatte 23 und die Säulen 23a auch einstückig oder miteinander zusammengebaut vorgesehen sein.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Mit der oben dargestellten erfindungsgemäßen integrierten Schaltungsanordnung erhöht sich der Integrationsgrad und vergrößert sich die Oberfläche der Metallplatte durch eine dreidimensionale Anordnung der Mehrschichtleiterplatte und der Metallplatte mit Hilfe einer Mehrzahl von Anschlußstiften, wodurch eine integrierte Schaltungsanordnung mit hervorragenden Wärmeabstrahlungseigenschaften be züglich der wärmeerzeugenden Bauteile, etwa der Leistungsversorgung und dem CPU-Chip, möglich wird.
Ferner ist es durch eine Konstruktion, bei der an einer Metallplatte eine Leistungsversorgung vorgesehen ist oder an einer Metallplatte mit einem Hochtemperaturlot eine Mehrzahl von Stiften befestigt ist, möglich, eine integrierte Schaltungsanordnung mit einer leitenden Schicht mit niedriger Impedanz herzustellen, weil die Leistung von einer den Anschlußstiften nahen Stelle aus zugeführt werden kann.
Weiterhin ist es möglich, eine integrierte Schaltungsanordnung mit einem noch höheren Integrationsgrad herzustellen, indem ein CPU-Chip in eine Konstruktion eingebaut wird mit einer von dem CPU-Chip herausgeführten und elektrisch mit der Mehrschichtleiterplatte verbundenen TAB-Verdrahtung, oder durch eine Konstruktion, bei der der CPU-Chip mit Hilfe eines Klebstoffs an einer oberen Oberfläche der Metallplatte oder einer oberen Oberfläche einer auf der Metallplatte vermittelt durch eine isolierende Schicht vorgesehenen leitenden Schicht befestigt ist.
Weiterhin ist es möglich, eine integrierte Schaltungsanordnung mit hervorragenden Wärmeabstrahlungseigenschaften herzustellen, und zwar durch eine Konstruktion, bei der auf einer Rückseitenoberfläche der Metallplatte, auf der ein CPU-Chip angeordnet ist, eine isolierende Schicht aufgebracht ist.

Claims

1. Integrierte Schaltungsanordnung mit: einer Metallplatte (1) mit einer Leistungsversorgung (4); einer Mehrschichtleiterplatte (7) mit einer Mehrzahl von in sie eingepaßten und elektrisch mit der Leistungsversorgung an der Metallplatte verbundenen Anschlußstiften (5); einem elektrisch mit einer Oberfläche der Mehrschichtleiterplatte verbundenen und zwischen der Metallplatte und der Mehrschichtleiterplatte montierten CPU-Chip (8); einem mit der anderen, der mit dem CPU-Chip verbundenen Oberfläche entgegengesetzten Oberfläche der Mehrschichtleiterplatte elektrisch verbundenen Steuerabschnitt (10); und einem elektrisch mit der Mehrschichtleiterplatte verbundenen Anschlußelement (12).

2. Integrierte Schaltungsanordnung mit: einer Metallplatte (21) mit einer Leistungsversorgung (22) an einem Seitenabschnitt einer oberen Oberfläche von ihr; einer Schutzplatte (23) mit zwei entgegengesetzten Seiten, wobei eine Seite an der oberen Oberfläche an einem Mittenabschnitt der Metallplatte vorgesehen ist und die andere Seite der Schutzplatte eine Mehrzahl von Säulen (23a) an Seitenendabschnitten von ihr aufweist; einem an der von den Säulen umgebenen Seite der Schutzplatte vorgesehenen CPU- Chip; und einer über eine Mehrzahl Stifte (26) elektrisch mit der Metallplatte verbundenen und an der Mehrzahl Säulen montierten Mehrschichtleiterplatte (25).

3. Integrierte Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die Metallplatte eine isolierende Schicht auf der Metallplatte aufweist, wobei auf der isolierenden Schicht auf der Metallplatte eine leitende Schicht vorgesehen ist.

4. Integrierte Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der CPU- Chip eine von der CPU herausgeführte und elektrisch mit der Mehrschichtleiterplatte verbundene TAB-Verdrahtung aufweist.

5. Integrierte Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der CPU- Chip mit Hilfe eines Klebstoffs an einer oberen Oberfläche der Metallplatte oder an einer oberen Oberfläche einer auf der Metallplatte über eine isolierende Schicht vorgesehenen leitenden Schicht befestigt ist.

6. Integrierte Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Mehrzahl Stifte an der Metallplatte mit einem Hochtemperaturlot befestigt ist.

7. Integrierte Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der auf eine Rückoberfläche der Metallplatte mit dem darauf angeordneten CPU-Chip eine isolierende Schicht aufgebracht ist.

8. Integrierte Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der der Steuerabschnitt zumindest eine Cache-Steuereinrichtung, einen Cache-Speicherabschnitt und einen Datenpuffer-LSI-Abschnitt aufweist.

9. Integrierte Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, bei der die Schutzplatte und die Säulen einstückig miteinander gebildet sind oder die Säulen mit der Schutzplatte zusammengebaut sind.

10. Integrierte Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Mehrzahl Stifte im wesentlichen die Form eines Kreuzes aufweist.

Bezugzeichenliste

1, 21 Metallplatte

2 Isolierende Schicht

3 Leitfähige Schicht

4 Leistunsversorgung

5, 26 Stift

6 Lot

7, 25 Mehrschichtleiterplatte

8, 24 CPU-Chip

9, 24a TAB-Verdrahtung

10 Cache-Kontroller

11 Cache-Speicherabschnitt

12 Verbindungselement

22 Leistungsversorgungsabschnitt

23 Schutzplatte

23a Säulenabschnitt