JP7209080B2 - マルチチップモジュールの機械的構造 - Google Patents

Description

本発明は、一般に電子機器、より具体的にはマルチチップモジュールに関する。

［関連技術の説明］
マルチチップコンピュータシステムは、一般に、高性能処理システムをサポートするために一般的にパッケージ化された複数の集積回路（ＩＣ）ダイを含むことが知られている。一部のマルチチップモジュールでは、複数のＩＣが、サポートする相互接続と冷却システムを備えたアレイに取り付けられる。そのようなマルチチップモジュールの構造は、それに取り付けられた複数のＩＣ間の信号接続を提供する集積ファンアウト（ＩｎＦＯ）基板を備えたいくつかの層に積層された複数の構成要素を含むことができる。ＩｎＦＯ基板は、その上に取り付けられた複数のＩＣダイの信号接続のために効率を提供する一方で、それがサービスするマルチチップコンピュータシステムにとっては、やはり不利な点がある。ＩｎＦＯ基板は、マルチチップモジュールの他の構成要素とは異なる温度に基づく膨張特性を有する可能性があるため、マルチチップモジュールの温度が経時的に変化する場合、ＩｎＦＯ基板は、基板の膨張変化によって反ったり、伸びたり、縮んだり、損傷したりする可能性がある。さらに、ＩｎＦＯ基板を使用するマルチチップモジュールから大量の熱を除去することは、状況によっては困難になる可能性がある。

一実施形態は、再分配層（ＲＤＬ）基板と、ＲＤＬ基板の第１の表面に取り付けられた第１の複数の集積回路（ＩＣ）ダイと、反対側の第２の表面に取り付けられた第２の複数のＩＣダイと、第２の複数のＩＣダイ上に取り付けられた複数のソケットと、第１の複数のＩＣダイに取り付けられたコールドプレートと、取り付け構造と、を含むマルチチップモジュールである。この実施形態では、取り付け構造は、複数のソケットに結合された複数のソケットフレームと、ＲＤＬ基板を通って形成された複数の穴と、ＲＤＬ基板を通って形成された複数の穴を通って複数のソケットフレームから延在し、コールドプレートにねじ込まれた複数のねじと、を含むことができる。

別の実施形態は、マルチチップモジュールを基板に取り付ける方法である。この方法は、複数の集積回路ダイを再分配層の第１の表面に取り付けるステップと、取り付けられた集積回路ダイをカプセル化するステップと、浮動フレームまたは成形ソケット、あるいはその両方を再分配層上の集積回路に取り付けるステップと、カプセル化されたＩＣダイに熱インターフェイスモジュールを取り付けるステップと、コールドプレートを熱インターフェイスモジュールに取り付けるステップと、を含むことができる。

本開示に従って構築されたマルチチップモジュールの一実施形態を示す断面側面のブロック図である。

本開示の一実施形態による、図１のマルチチップモジュールの斜視図である。

図２のマルチチップモジュールの拡大部分の部分斜視図である。

図３のマルチチップモジュールの部分の断面側面図である。

負荷フレームの詳細を示す、図３のマルチチップモジュールの部分の断面側面図である。

本開示の一実施形態による、マルチチップモジュールのマルチＩＣ負荷フレームのソケットの上面図である。

図６のマルチＩＣ負荷フレームのソケットの断面側面図である。

図６のマルチＩＣ負荷フレームのソケット構造に取り付けられた電圧調整モジュール（ＶＲＭ）の上面図である。

図８のＶＲＭおよびマルチＩＣ負荷フレームの部分断面側面図である。

本開示の一実施形態によるマルチチップモジュールを構築するための方法を示すフローチャートである。

本開示の別の実施形態によるマルチチップモジュールを示す部分断面側面図である。

本発明の実施形態は、再分配層またはＩｎＦＯパッケージに取り付けることができるマルチチップモジュールに関する。一実施形態では、マルチチップモジュールは、マルチチップモジュール内のチップを熱的に冷却するためにコールドプレート上に取り付けられ、機械的に結合される複数のＩＣまたはソケットを取り付けることを可能にするモジュール式直接クランプ構造を含む。一実施形態では、ＩＣまたはソケットは、コールドプレートとは反対側のＩｎＦＯ基板に取り付けられている。

マルチチップモジュールのＩｎＦＯ基板および／またはコールドプレートへの取り付けは、複数のチップを保持するように構成されたフレームを使用することができる。例えば、フレームは、以下でより詳細に説明されるように、２、４、６、８、１０、１２またはそれ以上のチップを保持するようなサイズおよび形状であり得る。この実施形態では、フレームは、チップの各側面を取り囲み、マルチチップモジュールのための安定した取り付けシステムまたは手段を提供するために矩形または正方形である。モジュール内のチップの各コーナには、フレームの貫通ホールドがあり、取り付けピン、ねじ、またはその他の留め具でフレームを基板および冷却プレートに取り付けることができる。図に示すように、１つまたは複数のコーナクランプを使用して、マルチチップモジュールフレームをパッケージの残りの部分に固定することができる。

図１は、本開示に従って構築されたマルチチップモジュール１００を示す断面側面図である。図１のマルチチップモジュール１００は、基板構造１０４上に取り付ける複数の高出力電圧調整モジュール（ＶＲＭ）１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、および１０２Ｄを含む。複数の高出力ＶＲＭ１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、および１０２Ｄは、ＤＣ供給電圧１０８、例えば、４０ボルト、４８ボルト、または別の比較的電圧によって給電され、それぞれの複数の集積回路（ＩＣ）ダイ１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ、および１０６Ｄにそれぞれサービスする。いくつかの実施形態では、複数の高出力ＶＲＭ１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、および１０２Ｄのそれぞれは、約０．８ボルトの出力を生成し、それぞれの複数のＩＣダイ１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ、および１０６Ｄに６００ワット以上の電力を提供する。したがって、複数の回路基板の高出力ＶＲＭ１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、および１０２Ｄのそれぞれは、複数のＩＣダイ１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ、および１０６Ｄに１００アンペアを超える電流を生成する。

図２は、本開示の一実施形態による、図１のマルチチップモジュールの部分２００の斜視図である。複数の埋込型コンデンサ構造（埋込型ＣＡＰ）２０４が取り付けられている集積ファンアウト（ＩｎＦＯ）基板２０２が、図示されている。ＩｎＦＯ基板２０２は、集積回路製造プロセスで形成されることができ、約０．１ｍｍの厚さを有するが、ＩｎＦＯ基板の他の厚さは、本開示の範囲内である。ＩｎＦＯ基板２０２はシリコンで形成されることができ、埋込型ＣＡＰ２０４のそれぞれについて、埋込型ＣＡＰ２０４と、ＩｎＦＯ基板２０２の反対側の表面に取り付けられた対応するＩＣダイとの間の信号ルーティング接続を含むことができる。図３に示されるように、本発明の一実施形態によれば、複数のソケット２０８がＩｎＦＯ基板２０２の反対側に取り付けられたコールドプレートに機械的に結合するように、複数のソケット２０８を埋込型ＣＡＰ２０４に取り付けるためのモジュール式直接クランプ構造２０６が示されている。

図３は、図２のマルチチップモジュールの部分の部分斜視図である。詳細に示されているのは、マルチチップモジュール１００にサービスするモジュール式直接クランプ構造２０６の１つである。モジュール式直接クランプ構造２０６は、そこに取り付けられた４つのソケット２０８のために機械的取り付けを提供するソケットフレーム３０２、コーナクランプ３０４、およびねじ３０６を含む。ねじは、ＩｎＦＯ基板２０２を通って延在し、マルチチップモジュールの冷却構造内に固定されている。

図４は図３のマルチチップモジュールの部分の断面側面図である。図４の断面側面図は、モジュール式クランプ構造２０６および冷却構造へのその取り付けの詳細を詳しく示す。冷却構造は、全体的マニホールド構造４０８に取り付けるコールドプレート４０６を含む。ＩＣダイ４１２は、ＩｎＦＯ基板２０２に取り付ける。ねじ３０６は、全体的マニホールド構造４０８に形成されたねじ山に係合する。ソケット２０８に取り付けるプラグ４０２およびその上に取り付けられたケース４０４が示されている。ケース４０４は、いくつかの実施形態ではＶＲＭを収容することができる。

図５は、図４の断面４１０に沿って取られた負荷フレームの詳細を示す、図３のマルチチップモジュールの部分の断面側面図である。図５は、図４で以前に示された構成要素を示しているが、より詳細である。ＩｎＦＯ基板２０２は、ＩＣダイ４１２と埋込型ＣＡＰ２０４との間の相互接続をサービスする１つまたは複数の再分配層（ＲＤＬ）を提供することに留意されたい。図５の構造では、ＩｎＦＯ基板２０２を貫通して開けられた穴が示されている。これらの穴は、機械的またはレーザ加工によって形成され得る。コールドプレート４０６（および全体的マニホールド構造４０８）は、構造的バックプレートとして機能し、ＩｎＦＯ基板２０２のために十分な剛性を提供して、不均一な機械的負荷によってＩｎＦＯ基板２０２が損傷されないことを保証する。クランプ構造は、熱膨張および/または収縮中の亀裂を防ぐのに十分な可動性が取り付けられた構成要素を提供する。

図６は、本開示の一実施形態による、マルチチップモジュールのマルチＩＣ負荷フレームのソケット構造６００の上面図である。ソケット構造６００は、その中に形成され／取り付けられた複数のソケット６０４を有する負荷フレーム６０２を含む。ねじ／ワッシャ６０６は、ソケット構造６００をコールドプレートに固定する。４つのソケット６０４が２ｘ２のアレイで示されているが、ソケット構造のＮｘＭの任意のアレイがそれと共に提供されることができ、ＮおよびＭは整数である。

図７は図６のマルチＩＣ負荷フレームのソケットの断面側面図である。示されているのは、金属製負荷フレーム６０２によって囲まれた挿入成形されたＬＣＰソケット６０４が示されており、これらは両方とも、埋込型ＣＡＰ２０４に連結している。

図８は、図６のマルチＩＣ負荷フレームのソケット構造の中に取り付けられた電圧調整モジュール（ＶＲＭ）の上面図である。ＶＲＭ８０２は、適切な電気接続８０４を介してソケット６０４内に取り付ける。

図９は図８のＶＲＭおよびマルチＩＣ負荷フレームの部分断面側面図である。ＶＲＭ８０２は、適切な電気接続６０４を介してソケット６０４上に取り付ける。ＶＲＭねじおよびＶＲＭワッシャは、ソケットねじおよびＶＲＭナット/ソケットを介してコールドプレートに連結する。完全な構造は、この取り付け構造を介してコールドプレートに対して垂直に定位置に保持されることに留意されたい。

図１０は本開示の一実施形態によるマルチチップモジュールを構築するための方法を示すフローチャートである。方法１０００は、複数のＩＣダイをＩｎＦＯ基板の第１の表面に取り付けるステップから始まる（ステップ１００４）。次に、ＩＣダイがカプセル化される（ステップ１００６）。次に、選択された実施形態に基づいて、２つの異なるステップを取ることができる。第１の実施形態では、浮動フレームがＩｎＦＯ基板に取り付けられる（ステップ１００８）。第２の実施形態では、成形ソケット上方のフレームが、ＩｎＦＯ基板の第２の表面に取り付けられる（ステップ１０１０）。次に、バックプレートが取り付けられる（ステップ１０１２）。次に、熱インターフェイスモジュールがカプセル化されたＩＣダイに取り付けられる（ステップ１０１４）。次に、コールドプレートが熱インターフェイスモジュールに取り付けられる（ステップ１０１６）。最後に、ＶＲＭモジュールがソケットの中に取り付けられる（ステップ１０１８）。積層構造内に穴を開けるステップと、穴をタップ加工するステップと、ねじでソケットを固定するステップと、ＶＲＭモジュールを固定するステップとが、方法１０００の間の様々な時点で実行され得る。

図１１は本開示の別の実施形態によるマルチチップモジュールを示す部分断面側面図である。図１１の構造は、図１０の方法１０００を使用して達成され得る。

上記のシステムおよび方法は、本発明の好ましい実施形態の詳細を理解するのを助けるために一般的な用語で説明されてきた。本発明の他の好ましい実施形態は、電気自動車のために記載された用途を含む。本明細書の説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するために、構成要素および／または方法の例など、多数の特定の詳細が提供される。しかしながら、関連技術の当業者は、本発明の実施形態が、１つまたは複数の特定の詳細なしで、または他の装置、システム、アセンブリ、方法、構成要素、材料、部品、および／または同類のものと共に実施され得ることを認識するであろう。他の例では、本発明の実施形態の態様を曖昧にすることを回避するために、周知の構造、材料、または操作は、具体的に示されていないか、または詳細に説明されていない。

本明細書全体を通して「一実施形態」、「実施形態」、または「特定の実施形態」への言及は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれるが、必ずしもすべての実施形態に含まれるとは限らないことを意味する。したがって、本明細書全体の様々な場所での「一実施形態において」、「実施形態において」、または「特定の実施形態において」という句のそれぞれの出現は、必ずしも同じ実施形態を言及するとは限らない。さらに、本発明の任意の特定の実施形態の特定の特徴、構造、または特性は、任意の適切な方法で、１つまたは複数の他の実施形態と組み合わせることができる。本明細書に記載および図示された本発明の実施形態の他の変形形態および修正形態は、本明細書の教示に照らして可能であり、本発明の精神および範囲の一部と見なされるべきであることを理解されたい。

特定の用途によって有用であるように、図面および図に描かれた要素の１つまたは複数は、より分離され、または統合された方法でもまた実施され、あるいは特定の場合には動作不能として取り除かれ、または見なされる可能性さえもあることもまた理解されよう。

さらに、図面および図のいかなる信号矢印も、他に具体的に指定されない限り、例示としてのみ考慮されるべきであり、限定として考慮されるべきではない。さらに、本明細書で使用される「または」という用語は、特に明記しない限り、一般に「および／または」を意味することを意図している。構成要素またはステップの組み合わせも注記されていると見なされ、用語は、分離または結合する機能が不明確であることを表すものとして予測されたい。

本明細書の説明および以下の特許請求の範囲全体で使用されるように、「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明確に別段の指示をしない限り、複数の参照を含む。また、本明細書の説明および以下の特許請求の範囲全体で使用されるように、「ｉｎ」の意味は、文脈が明確に別段の指示をしない限り、「ｉｎ」および「ｏｎ」を含む。

要約に記載されているものを含む、本発明の例示された実施形態の前述の説明は、網羅的であること、または本発明を本明細書に開示された正確な形態に限定することを意図するものではない。本発明の特定の実施形態およびその例は、例示の目的でのみ本明細書に記載されているが、関連技術の当業者が認識し、かつ理解するように、本発明の精神および範囲内で様々な均等の修正形態が可能である。示されるように、これらの修正形態は、本発明の例示された実施形態の前述の説明に照らして本発明に対して行うことができ、本発明の精神および範囲内に含まれるべきである。

したがって、本発明はその特定の実施形態を参照して本明細書に記載されているが、修正の許容範囲、様々な変更および置換は、前述の開示において意図されており、場合によっては、本発明の実施形態のいくつかの特徴が、記載された本発明の範囲および精神から逸脱することなく、他の特徴の対応する使用なしに使用されることを理解されたい。したがって、特定の状況または材料を本発明の本質的な範囲および精神に適合させるために、多くの修正が行われ得る。本発明は、以下の特許請求の範囲で使用される特定の用語および／または本発明を実施するために企図される最良の様式として開示される特定の実施形態に限定されないが、本発明は、添付の特許請求の範囲内にある任意のすべての実施形態および均等物を含む。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ決定されるべきである。

Claims (9)

1. 再分配層（ＲＤＬ）基板と、
   前記ＲＤＬ基板の第１の表面に取り付けられた第１の複数の集積回路（ＩＣ）ダイと、
   前記第１の表面の反対側の第２の表面に取り付けられた第２の複数のチップと、
   前記第２の複数のチップに取り付けられた複数のソケットと、
   前記第１の複数のＩＣダイに取り付けられたコールドプレートと、
   取り付け構造であって、
   前記複数のソケットに結合された複数のソケットフレームと、
   前記ＲＤＬ基板を通って形成された複数の穴と、
   前記ＲＤＬ基板を通って形成された前記複数の穴を通って、前記複数のソケットフレームから延在し、前記コールドプレートにねじ込まれた複数のねじと、を備える取り付け構造と、
   を備える、マルチチップモジュール。
2. 前記ＲＤＬ基板が、半導体製造プロセスで形成される、請求項１に記載のマルチチップモジュール。
3. 前記複数のソケットフレームの各ソケットフレームが、単一のソケットにサービスする、請求項１に記載のマルチチップモジュール。
4. 前記複数のソケットフレームの各ソケットフレームが、少なくとも２つのソケットにサービスする、請求項１に記載のマルチチップモジュール。
5. 前記複数のソケットに取り付けられた複数の電圧調整モジュール（ＶＲＭ）をさらに備える、請求項１に記載のマルチチップモジュール。
6. 前記第２の複数のチップが、埋込型コンデンサアレイを含む、請求項１に記載のマルチチップモジュール。
7. マルチチップモジュールを基板に取り付ける方法であって、
   複数のチップを再分配層の第１の表面に取り付けるステップと、
   取り付けられた前記チップをカプセル化するステップと、
   浮動フレームまたは成形ソケット、あるいはその両方を前記再分配層上の前記チップに取り付けるステップと、
   カプセル化された前記チップに熱インターフェイスモジュールを取り付けるステップと、
   コールドプレートを前記熱インターフェイスモジュールに取り付けるステップと、
   を含む、方法。
8. 前記ソケットを前記基板にねじで固定するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記基板上に電圧調整モジュールを追加するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。

Images