KR100699094B1 - Modular circuit board assembly and method of assembling the same - Google Patents
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Abstract
통합된 열 및 전자기 방해(ElectroMagnetic Interference, EMI)를 제공하는 동시에 마이크로프로세서에 전력을 제공하는 모듈러 회로판 어셈블리를 사용한 마이크로프로세서 패키징 아키택쳐가 개시된다. 모듈러 회로판 어셈블리는 컴포넌트가 위에 장착된 기판, 컴포넌트에 전력을 공급하는 회로를 포함하는 회로판, 회로를 컴포넌트에 커플링시키도록 구성되었으며 기판 및 회로판 사이에 위치한 적어도 하나 이상의 전도성 상호접속 장치를 포함한다.A microprocessor packaging architecture is disclosed that uses a modular circuit board assembly that provides integrated thermal and electromagnetic interference (EMI) while simultaneously powering the microprocessor. The modular circuit board assembly includes a substrate on which the component is mounted, a circuit board comprising a circuit for powering the component, and at least one conductive interconnect device configured to couple the circuit to the component and positioned between the substrate and the circuit board.
EMI, 전력 공급, 마이크로프로세서, 모듈러 회로판 어셈블리, 패키징EMI, Power Supplies, Microprocessors, Modular Circuit Board Assemblies, Packaging
Description
본 발명은 전자 시스템에 관한 것으로, 특히 열 손실(thermal dissipation)과 전자기 방해(electromagnetic interference, EMI)를 제어하기 위한 통합된 접근법을 제공하면서 프로세서와 같은 컴포넌트(component)에 전력을 공급하기 위한 시스템, 즉 모듈러 회로판 어셈블리 및 이것을 조립하는 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to electronic systems, and more particularly to systems for powering components such as processors while providing an integrated approach for controlling thermal dissipation and electromagnetic interference (EMI), Ie a modular circuit board assembly and a method of assembling the same.
상호 참조된 관련 출원Related Applications Cross-Referenced
본 출원은 아래의 미국 임시특허출원의 장점을 청구하며, 이들은 여기에 통합되어 참조되었다:This application claims the advantages of the following US provisional patent applications, which are incorporated herein by reference:
출원번호 60/183,474, "INCEP 기술로 전력/열 직접 귀속", Joseph T. DiBene II 및 David H. Hartke, 출원일 2000.2.18;Application No. 60 / 183,474, "Power / thermal direct attribution with INCEP technology", Joseph T. DiBene II and David H. Hartke, filed February 20, 2000;
출원번호 60/186,769, "THERMACEP 스프링 빔", Joseph T. DiBene II 및 David H. Hartke, 출원일 2000.3.3;Application No. 60 / 186,769, "THERMACEP Spring Beam", Joseph T. DiBene II and David H. Hartke, filed March 31, 2000;
출원번호 60/187,777, "회로간 캡슐화된 패키징 기술을 사용한 EMI 억제, 전력 전달 및 열 손실을 위한 차세대 패키징", Joseph T. DiBene II 및 David H. Hartke, 출원일 2000.3.8;Application No. 60 / 187,777, “Next-Generation Packaging for EMI Suppression, Power Delivery, and Heat Loss Using Inter-Circuit Encapsulated Packaging Technology”, Joseph T. DiBene II and David H. Hartke, filed 2000.3.8;
출원번호 60/196,059, "다이아몬드 응집 혼합물의 열적 인터페이스 재료 및 전력 피드스루를 가진 EMI 프레임", Joseph T. DiBene II 및 David H. Hartke, 출원일 2000.4.10;Application No. 60 / 196,059, "EMI Frame with Thermal Interface Material and Power Feedthrough of Diamond Cohesive Mixture", Joseph T. DiBene II and David H. Hartke, filed April 10, 2000;
출원번호 60/219,813, "고전류 마이크로프로세서 전력 전달 시스템", Joseph T. DiBene II, 출원일 2000.7.21;Application No. 60 / 219,813, "High Current Microprocessor Power Delivery System", Joseph T. DiBene II, filed 2000.7.21;
출원번호 60/232,971, "통합 전력 분배 및 반도체 패키징", Joseph T. DiBene II 및 James J.Hjerpe, 출원일 2000.9.14;Application No. 60 / 232,971, "Integrated Power Distribution and Semiconductor Packaging", Joseph T. DiBene II and James J. Hjerpe, filed September 9, 2000;
또한, 본 출원은 공통적으로 양도된 동시 계속 출원과 관련되어 있으며, 이들 출원은 여기에 통합되어 참조되었다:In addition, this application is related to concurrently assigned concurrent continuing applications, which are incorporated herein by reference:
출원번호 09/353,428, "회로간 캡슐화된 패키징", Joseph T. DiBene II 및 David H. Hartke, 출원일 1999.7.15;Application No. 09 / 353,428, "Inter-Circuit Encapsulated Packaging", Joseph T. DiBene II and David H. Hartke, filed July 7, 1999;
출원번호 09/432,878, "전력 전달을 위한 회로간 캡슐화된 패키징", Joseph T. DiBene II 및 David H. Hartke, 출원일 1999.11.2;Appl. No. 09 / 432,878, "In-Circuit Encapsulated Packaging for Power Delivery," Joseph T. DiBene II and David H. Hartke, filed Jan. 1, 1999;
출원번호 09/727,016, "회로간 캡슐화된 패키징 기술을 이용한 EMI 억제", Joseph T. DiBene II 및 David H. Hartke, 출원일 2000.11.28;
Application No. 09 / 727,016, “EMI Suppression Using Inter-Circuit Encapsulated Packaging Technology”, Joseph T. DiBene II and David H. Hartke, filed Nov. 28, 2000;
고성능 데스크탑이나 고급 워크스테이션/서버에 있어서, 고속 마이크로프로세서 패키징(packaging)은 점점 더 적은 폼팩터(form-factor)를 제공하도록 설계되어야 한다. 신뢰도 및 생산성을 높이면서 최소한의 폼팩터와 사용자의 성능요구조 건이 합치되도록 하는 것은 전력 분배(power distribution), 열 제어(thermal management) 및 전자기 방해(EMI) 억제와 관련된 분야에서 중대한 도전을 제안한다.For high-performance desktops or high-end workstations / servers, high-speed microprocessor packaging must be designed to provide less and less form-factor. The combination of minimum form factor and user performance requirements while increasing reliability and productivity suggests significant challenges in the areas of power distribution, thermal management, and electromagnetic interference (EMI) suppression.
신뢰도를 높이고 열 손실 요구를 줄이기 위하여, 감소된 전압과 더 높은 전류로 작동하는 차세대 프로세서가 설계되었으나, 불운하게도 설계상의 많은 문제점을 창출했다.To increase reliability and reduce heat loss requirements, next-generation processors that operate with reduced voltages and higher currents have been designed, but unfortunately created many design problems.
첫째, 프로세서의 감소된 작동 전압은 프로세서에 전력을 제공하는 전도 경로와 전력 조정 회로에 더 큰 요구를 주문한다. 일반적으로, 프로세서는 공칭값 10% 이내의 공급 전압 조정을 요구한다. 전원으로부터 프로세서 자체까지의 경로에서 임피던스 변동(impedance variation)을 설명하기 위해서는, 전력 조정 회로에 더 큰 요구를 해야 하고, 이때 일반적으로 전원 전압을 공칭값의 5% 이내에서 조정하여야 한다.First, the reduced operating voltage of the processor places greater demands on the conduction paths and power regulation circuits that provide power to the processor. In general, the processor requires a supply voltage regulation within 10% of its nominal value. To account for impedance variation in the path from the power supply to the processor itself, greater demands are placed on the power regulation circuit, which typically requires that the supply voltage be adjusted within 5% of the nominal value.
또한 더 낮은 작동 전압은 엔지니어들이 집중식 전원 설계에서 탈피하여, 분산식 전력 공급 구조로 설계하도록 이끌었으며, 여기서는 전력이 고전압과 저전류에서 요구하는 곳으로 이동하고, 가까운 전력 조절 회로에 의해 프로세서가 요구하는 저전압, 고전류 전력으로 변환된다.Lower operating voltages also led engineers to move away from centralized power designs, designing distributed power supply schemes, where power moves to where high voltages and low currents are needed, and the processor requires close power regulation circuitry. Is converted to low voltage and high current power.
비록 프로세서 패키지 자체에 전원 조절 회로를 위치시키는 것이 가능하지만, 이와 같은 설계는 전원 조절 회로 내에서 조정 불가능한 컴포넌트(예를 들어, 커패시터, 인덕터)의 물리적 크기 때문에, 그리고 컴포넌트의 추가가 프로세서 신뢰성에 유해한 효과를 줄 수 있기 때문에 수행이 어렵다. 또한 이와 같은 설계는 어셈블리와 프로세서 패키지의 시험에 추가적인 요구를 주문한다.Although it is possible to place the power regulation circuit in the processor package itself, such a design is due to the physical size of the nonadjustable components (eg capacitors, inductors) within the power regulation circuit, and the addition of components is detrimental to processor reliability. Difficult to perform because it can be effective. Such designs also place additional requirements for testing assemblies and processor packages.
더욱 더 부정적인 문제는 프로세서 자체의 변화 요구로부터 야기되는 과도 전류(transient currents)이다. 프로세서 컴퓨팅 요구조건은 시간에 따라 넓은 범위에 걸쳐 다양하며, 그리고 클럭 게이팅(clock gating) 및 슬리핑 모드 작동과 같은 절전 기술과 더 높은 클럭(clock)속도는 전원에 과도 전류를 발생시킨다. 이와 같은 전원 변동은 수 나노초 내에 수백개의 증폭기에 변경을 요구한다. 결과적으로 야기되는 프로세서와 전원 조정 회로 사이의 서지(surge) 전류는 전원 전압에 수용할 수 없는 스파이크(spike)(예를 들어,)를 생성할 수 있다.Even more negative is the transient currents resulting from the changing demands of the processor itself. Processor computing requirements vary over time, and power saving techniques such as clock gating and sleeping mode operation, and higher clock speeds create transients in the power supply. Such power fluctuations require changes to hundreds of amplifiers within a few nanoseconds. The resulting surge currents between the processor and the power regulation circuits are unacceptable spikes (e.g., ) Can be created.
도 1은 전압 조정기와 프로세서 사이의 인터페이스에서의 전형적인 과도 응답(transient response)(102)과, 상기 응답을 공칭(104) 및 최소(106) 공급 전압을 비교한 도면이다. 과도 인터페이스 전압은 최소 공급 전압 위의 수용할 수 있는 여유도(108) 아래로 떨어져서는 안되는 초기 스파이크 및 더욱 떠받쳐진 전압 강하(110)를 포함한다는 것을 알 수 있다. 수용할 수 있는 한도(104), (106) 내에서 공급 전압을 유지하고 프로세서에 공급되는 전력의 변화를 감소시키기 위하여, 전력면 및 접지면, 전력 바이어스 및 접지 바이어스, 그리고 커패시터 패드는 프로세서에 낮은 인덕턴스의 전력 전달 경로를 확보하도록 설계되어야 한다1 compares a typical
도 2는 분산식 전원 시스템(200)의 일 예를 도시한 다이어그램이다. 전원 시스템(200)은 자체에 장착되는 DC/DC 전압 조정기와 같은 전원 유닛(206)을 갖는 마더보드(202)를 포함한다. 마더보드(202)는 고전압/저전류(HV/LC) 전력 신호(204)(예를 들어, 와이어에 의해 공급될 수 있는)를 갖는 제 1 신호 트레이스(signal trace)를 포함하는 복수개의 신호 트레이스를 구비한다. 전원 유닛(206)은 HV/LC 전력 신호를 받아서 컴포넌트(208)를 포함하는 전기회로를 통하여 마더보드(202)의 제 2 신호 트레이스에 제공되는 조절된 고전류/저전압(HC/LV) 신호(210)로 이를 변환한다. 2 is a diagram illustrating an example of a distributed
소켓(214)은 BGA(ball grid array)와 같은 제 1 전기적 접속부(212)를 매개로 하여 마더보드(202)에 전기적으로 커플링된다. 소켓(214)은 HC/LV 신호를 핀(216)에 공급하기 위하여 소켓(214)과 전력 조정 모듈(power regulating module)(218) 사이에 전기적으로 결합된 내부 전기적 접속부를 포함한다. 유사하게, 전력 조정 모듈(218)은 BGA와 같은 제 2 전기적 접속부(220)를 매개로 기판(222)에 전기적으로 결합된다. 프로세서(예컨대 다이(die))(226)는 제 3 전기적 접속부(224)를 통해 기판(222)에 전기적으로 결합된다. HC/LV 신호는 상기한 회로 경로를 통해 프로세서에 제공된다. 앞서 설명한 바와 같이, 도 1에 도시된 바와 같은 분산식 전력 시스템은 여전히 전력 분배 경로(power distribution path)에 전압 강하를 야기하는 수용 불가의 임피던스를 생성한다. The
도 1에 도시한 바와 같은 적당한 마진(margin)을 얻기 위하여, 서지(surge) 전류가 전력 조정 모듈(218), 마더보드, 프로세서 다이 패키지 및 다이 자체의 위를 포함하는 전력 분배 보조시스템 전체에 디커플링 커패시터(decoupling capacitor) 및 다른 컴포넌트를 위치시킴에 의해 조절된다. 이는 비용을 증가시킬 뿐만 아니라, 임계적인 실리콘 영역, 칩패키지 및 보드 면적을 소모한다. 더욱이, 200MHz 이상으로 작동하는 마이크로프로세서를 위하여, 사용할 만한 커패시터는 온-다이(on-die) 커패시터 또는 다이와 매우 유사한 것 뿐이다. 온-다이 커패시터는 PC-등급의 프로세서에 일반적이다. In order to obtain a reasonable margin as shown in FIG. 1, surge current decouples throughout the power distribution subsystem including the
또한, 더 작은 프로세서 다이에 향상된 성능 및 증가된 기능적 집적에 관한 요구는, 프로세서 다이의 일정 영역에 더 높은 열-플럭스 집중의 원인이 되었다. 어떤 경우에는, 결과적으로 야기되는 표면에너지 밀도가 조절할 수 없는 수준까지 접근한다. 프로세서 신뢰도는 다이 접합부의 작동온도에 기하급수적으로 의존한다. 섭씨 10-15도 정도의 온도 저하는 프로세서 수명을 2배로 증가시킬 수 있다. 열 제어는 더 이상의 프로세서 소형화와 프로세서 속도 증가에 있어서 현재 보여지는 몇몇의 가장 큰 방해요소를 제공한다. In addition, the demand for improved performance and increased functional integration on smaller processor dies has led to higher heat-flux concentrations in certain areas of the processor die. In some cases, the resulting surface energy density approaches an uncontrollable level. Processor reliability depends exponentially on the operating temperature of the die junction. A temperature drop of 10-15 degrees Celsius can double the processor life. Thermal control provides some of the biggest obstacles currently seen in further processor miniaturization and processor speed increase.
또한, 열 제어는 가까운 전압 조정기 효율을 고려해야 한다. 130W(watt), 85% 효율의 전압 조정기는 20W 이상을 열로 방산한다. 이는 각 컴포넌트에 대한 열 제어 구조가 충돌함에 따라 전압 조정기를 CPU에 근접하게 위치시키는 것을 더욱 어렵게 만든다. In addition, thermal control must take into account near-voltage regulator efficiency. The 130W (watt), 85% efficient voltage regulator dissipates more than 20W heat. This makes it more difficult to position the voltage regulator close to the CPU as the thermal control structures for each component collide.
전자기 방해(EMI)가 또한 문제이다. 일반적인 컴퓨터 시스템에서, 프로세서(226)가 단연 가장 큰 전자기 에너지원이다. 소스(프로세서 패키지)에 복사된 방사 및 전도된 방사를 포함하는 것은 시스템 설계를 컴퓨터 OEM에 더 유리하게 하도록 만든다. 더 높은 수준의 조화를 요구하는 세대(generation)로 인하여, 연방통신국(FCC)규정은 프로세서 클럭 주파수의 5배 또는 40GHz 중 낮은 주파수 이상에서의 방사 시험(emission testing)을 요구한다. Electromagnetic interference (EMI) is also a problem. In a typical computer system,
EMI의 주요한 컴포넌트는 주파수가 증가함에 따라 작아지는 방사된 전자기파이다. 일반적으로 컴포넌트 레벨이 아닌 섀시(chassis) 레벨에서 수행되는 EMI 제어는 전형적으로 시스템의 개구부(openings) 크기를 감소시킴으로써 달성되며, 이때 전자기파를 효과적으로 차단한다. 그러나, 더 작은 개구(apertures)의 사용은 감소된 공기흐름 때문에 열 제어 문제를 제기한다. The main component of EMI is the radiated electromagnetic wave that decreases with increasing frequency. EMI control, typically performed at the chassis level rather than at the component level, is typically accomplished by reducing the openings size of the system, effectively blocking electromagnetic waves. However, the use of smaller apertures poses thermal control issues due to reduced airflow.
EMI 감소를 위한 또 다른 방법은 어떤 히트싱크(heat sink)라도 접지시키는 것이다. 프로세서 패키지에서 히트싱크까지 커플링된 노이즈는 히트싱크가 안테나로서 작용하고 그 노이즈를 다시 방사하도록 하는 원인이 될 것이다. 그러나, 일반적으로 프로세서 패키지를 통해 히트싱크를 접지시키는 것은 불가능하다. 또한, 비록 히트싱크의 접지가 EMI를 감소시킨다 할지라도, 이 기술은 EMI 요구조건을 만족시키기에는 일반적으로 불충분하고, 일반적으로 추가적인 차폐가 필요하다. Another way to reduce EMI is to ground any heat sink. Noise coupled from the processor package to the heatsink will cause the heatsink to act as an antenna and radiate that noise again. However, it is generally not possible to ground the heatsink through the processor package. In addition, although grounding the heatsink reduces EMI, this technique is generally insufficient to meet EMI requirements and generally requires additional shielding.
필요한 것은 경로 인덕턴스를 감안하기 위하여 부피가 큰 외부 커패시터를 요구함 없이 고전류/저전압을 프로세서에 제공하고, 만족할 만한 수준으로 열 및 EMI 방사를 제어하면서, 요구되는 폼팩터를 제공하는 통합된 프로세서 패키징 기술이다. 본 발명은 상기 요구를 만족한다.What is needed is an integrated processor packaging technology that provides the processor with high current / low voltage without sacrificing external capacitors to account for path inductance, and satisfactorily controls thermal and EMI emissions while providing the required form factor. The present invention satisfies the above needs.
상기 요구에 부응하기 위해, 본 발명에서는 모듈러 회로판 어셈블리 및 이를 만드는 방법을 제안한다. In order to meet the above needs, the present invention proposes a modular circuit board assembly and a method of making the same.
상기 모듈러 회로판 어셈블리는 컴포넌트(component)가 상부에 장착된 기판, 상기 컴포넌트에 전력을 공급하기 위한 회로를 포함하는 회로판, 그리고 상기 기판과 상기 회로판 사이에 위치하여 상기 회로를 상기 컴포넌트에 전기적으로 결합시키기 위한 적어도 하나 이상의 전도성 상호접속 장치(conductive interconnect device)를 포함한다.The modular circuit board assembly includes a substrate having a component mounted thereon, a circuit board including a circuit for supplying power to the component, and positioned between the substrate and the circuit board to electrically couple the circuit to the component. At least one conductive interconnect device for the device.
특히 개재 보드 구조(interposer board construction)와 함께 사용하기에 적합한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 회로판은 전압 조정 모듈(Voltage Regulation Module, VRM)을 포함하며, 복수의 비압축성 전도 스탠드오프(non-compressible conductive standoff)가 프로세서 기판에 회로판을 장착하는 데 사용된다.According to one embodiment of the invention, which is particularly suitable for use with interposer board construction, the circuit board comprises a Voltage Regulation Module (VRM) and comprises a plurality of non-compressible conduction standoffs. A compressible conductive standoff is used to mount the circuit board on the processor board.
상기 실시예는 모듈러 패키지를 제공하여, 여기서 기계적 스탠드오프는 다음과 같은 많은 기능을 한다. 첫째, 도 2에 도시된 기판, 소켓 및 그밖의 요소를 통한 더 높은 인덕턴스 경로 대신 프로세서에 직접 인덕턴스 경로를 제공한다. 둘째, 기판과 회로판 사이의 적절한 z축(보통 수직) 물리적 관계를 제공한다. 모듈러 어셈블리는 마더보드의 소켓에 플러그인될 수 있고, 소켓의 모든 핀은 전원 핀 대신 신호 핀으로서 사용될 수 있다. 또한, 이로 인해 프로세서가 마더보드로부터 쉽게 분리될 수 있으며, 원한다면 전원 공급 중에도 가능하다. The above embodiment provides a modular package, where mechanical standoffs serve many functions as follows. First, it provides an inductance path directly to the processor instead of the higher inductance path through the substrate, sockets and other elements shown in FIG. Second, it provides a proper z-axis (usually vertical) physical relationship between the board and the circuit board. The modular assembly can be plugged into a socket on the motherboard and all pins of the socket can be used as signal pins instead of power pins. It also allows the processor to be easily detached from the motherboard and, if desired, even during power up.
또한, 상기 실시예는 히트 싱크나 그 밖의 방열(thermal dissipation) 장치로의 강하고 열이 일관되며 기계적인 인터페이스를 기능하게 한다는 장점을 제공한다. 압축성 또는 그밖의 유연(compliant) 인터페이스가 프로세서뿐만 아니라 회로판, VRM 컴포넌트 및 회로판 위의 기타 컴포넌트 사이의 물리적 열적 접속을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 이들 인터페이스는 광범위한 작동 요구사항에 맞게 적응시킬 수 있는 마이크로프로세서의 열적 인터페이스를 위한 압축 열적 커플링을 제공할 수 있다.This embodiment also provides the advantage of allowing a strong, heat-consistent, mechanical interface to heat sinks or other thermal dissipation devices. Compressible or other compliant interfaces can be used to control the physical thermal connection between the processor as well as circuit boards, VRM components, and other components on the circuit board. These interfaces can provide compression thermal coupling for the thermal interface of microprocessors that can be adapted to a wide range of operating requirements.
개재 보더(interposer board)를 사용할 수도 있고 사용하지 않을 수도 있는 OLGA(organic land grid array) 기반의 구조에 특히 사용하기 적합한 두번째 실시예에 있어, 전도성 상호접속 장치는 컴포넌트 주위에 위치되는 동심의(concentric) 전도성 스프링 장치를 포함한다. 이 실시예는 개재 보드를 필요로 하지 않으므로, 더욱 소형이며 제조가 쉽고 비용이 절감된다. 또한, VRM 회로판과 프로세서의 상부면이 실질적으로 동일 평면상에 있도록 하여, 히트싱크와의 물리적 열적 정합(mating)을 위한 더 나은 면을 허용한다. 전도성 상호접속 장치에 의해 제공되는 스프링 액션(spring action)은 저-인덕턴스 전기적 접속과 플렉시블한(flexible) 기계적 스프링력(spring force)을 제공하여, 히트싱크, 프로세서 및 VRM 보드 간의 열적 기계적 인터페이스를 제어하도록 한다. 이 실시예의 또 다른 장점은 VRM 보드와 기판 간의 전자기계적 접속을 만들기 위해 나사를 필요로 하지 않는다는 것이다. 대신, 스프링 핑거(spring finger) 및 그와 유사한 간단한 장치를 사용하여 기계적 접속을 수행할 수 있다. 더욱이, 스프링 핑거는 조립의 마지막 단계에 가서 적용될 수 있다.In a second embodiment, particularly suitable for use in organic land grid array (OLGA) based structures that may or may not use interposer boards, the conductive interconnect device is concentric located around the component. ) Conductive spring device. This embodiment does not require an intervening board, which makes it more compact, easier to manufacture and lower in cost. In addition, the top surface of the VRM circuit board and the processor are substantially coplanar, allowing for a better side for physical thermal mating with the heatsink. The spring action provided by the conductive interconnect device provides low-inductance electrical connection and flexible mechanical spring force, controlling the thermal mechanical interface between the heatsink, processor, and VRM board. Do it. Another advantage of this embodiment is that no screws are needed to make the electromechanical connection between the VRM board and the substrate. Instead, mechanical connections can be made using spring fingers and similar devices. Moreover, the spring finger can be applied at the last stage of assembly.
본 발명은 아키텍쳐의 구성요소 간의 공생(symbiotic) 관계를 이용하여 마이크로프로세서의 성능 및 신뢰도에 영향을 미치는 모든 중대한 오프칩(off-chip) 요구조건에 부응한다는 점에서, 일반적인 마이크로프로세서 패키징 아키텍쳐와는 다른 아키텍쳐를 포함한다. 이 아키텍쳐는 저비용의 동축 상호접속부를 사용하며, 개재 보드, OLGA, CLGA 또는 그밖의 영역 어레이(area array) 패키지에 접속될 수 있는 자립식(self-contained)이고 물리적으로 분리 가능한 전력 전달 모듈(power delivery module)을 제공하기 위하여 주문 디자인된 전력 조정기에의 동축 접속부의 고전류 전달 능력을 물리적으로 통합한다.The present invention differs from the general microprocessor packaging architecture in that it uses a symbiotic relationship between components of the architecture to meet all the critical off-chip requirements that affect the performance and reliability of the microprocessor. It includes other architectures. This architecture uses low-cost coaxial interconnects and is a self-contained, physically detachable power delivery module that can be connected to intervening boards, OLGA, CLGA, or other area array packages. It physically integrates the high current delivery capability of the coaxial connection to a custom designed power regulator to provide a delivery module.
마이크로프로세서와 전력 조정기의 방열 요구사항은 두 열원(source of heat)을 위한 열 전력 손실 경로를 제공하는 통합된 히트싱크를 사용함으로써 둘다 만족된다. The heat dissipation requirements of the microprocessor and power regulator are both met by using an integrated heatsink that provides a path of thermal power loss for both sources of heat.
일 실시예에 따르면, 통합된 아키텍쳐는 전기 전도성 프레임, 관련 조립부품, 그리고 히트싱크와 전기적으로 결합하고 마이크로프로세서, 전력 전달 모듈 및 기타 회로를 집어 넣어, EMI를 섀시가 아닌 패키지에 최소화하여 포함시키는 하드웨어를 포함한다.According to one embodiment, the integrated architecture is electrically coupled with an electrically conductive frame, associated assembly, and heatsink and incorporates microprocessors, power delivery modules, and other circuitry to minimize EMI in the package rather than the chassis. Include hardware.
종래의 전력 전달, 열적 전력 손실 및 EMI 감소 방법과 비교할 때, 본 발명은 마이크로프로세서의 체적 폼팩터 효율을 높인다. 동시에, 신호 무결성/성능, 생산성, 신뢰도 및 비용 효과 또한 개선된다. 이 아키텍쳐는 다른 전자회로 기판 및 베어칩(bare chip)뿐만 아니라, 개재 보드, BUM 기술을 이용한 OLGA, CLGA, FC-PGA(Flip-Chip Pin Grid Array), FC-BGA(Flip Chip Ball Grid Array)에 미리 포장되거나 미리 접속된 마이크로프로세서 및 전자회로 구성을 위한 3차원 솔루션의 생성에 적합하다.Compared to conventional power delivery, thermal power loss and EMI reduction methods, the present invention increases the volume form factor efficiency of the microprocessor. At the same time, signal integrity / performance, productivity, reliability and cost effectiveness are also improved. This architecture includes interleaved boards, OLGA, CLGA, Flip-Chip Pin Grid Array (FC-PGA), and Flip Chip Ball Grid Array (FC-BGA), as well as other electronic circuit boards and bare chips. It is suitable for the generation of three-dimensional solutions for microprocessor and electronics configurations pre-packaged or pre-connected.
이 아키텍쳐는 물리적으로 분리 가능하나 상호접속 및 결합이 가능하여 접속 가능한 모듈 또는 패키지를 형성하는 주문 설계 모듈, 상호접속부 및 컴포넌트 하드웨어를 포함하는 패키징 솔루션을 제공하며, 마이크로프로서나 그밖의 전자회로에 결합된 뚜껑이 있거나 없는 기판의 직접적인 부착을 허용한다. 상기 전자회로에는 멀티-칩 모듈이 포함되나 이에 한정되는 것은 아니다. 이 아키텍쳐는 테스트 소켓으로 기능하도록 구성될 수도 있는 주문 설계되고 통합된 공동(cavity) 패키지 포맷으로, 마이크로프로세서 또는 마이크로회로의 직접 칩 부착으로 확장 가능하다.This architecture provides a packaging solution that includes custom-designed modules, interconnects, and component hardware that are physically separable but interconnectable and coupled to form accessible modules or packages that can be coupled to microelectronics or other electronic circuits. Allows direct attachment of the substrate with or without a closed lid. The electronic circuit includes but is not limited to a multi-chip module. The architecture is a custom-designed and integrated cavity package format that may be configured to function as a test socket, and is extensible by direct chip attachment of a microprocessor or microcircuit.
이하, 전체적으로 대응하는 부분을 동일한 참조번호로 설명하는 도면을 참조하여 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the corresponding parts as a whole will be described with reference to the drawings described by like reference numerals.
도 1은 전압 조정기와 프로세서 사이의 인터페이스에서의 전형적인 과도 응답을 도시한 다이어그램;1 is a diagram illustrating a typical transient response at the interface between a voltage regulator and a processor;
도 2는 분산식 전원 시스템의 일 예를 도시한 다이어그램;2 is a diagram illustrating an example of a distributed power system;
도 3은 전형적인 마이크로프로세서 또는 전자회로 패키지를 도시한 다이어그램;3 is a diagram illustrating a typical microprocessor or electronic circuit package;
도 4는 회로판을 도시한 다이어그램;4 is a diagram illustrating a circuit board;
도 5는 도 3 및 도 4의 결합 소자를 도시한 다이어그램;5 is a diagram illustrating the coupling element of FIGS. 3 and 4;
도 6A는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 조정 모듈의 일 실시예를 도시한 다이어그램;6A is a diagram illustrating one embodiment of a power regulation module in accordance with one embodiment of the present invention;
도 6B는 도금된 관통 구멍을 통해 회로판으로 전도성 스탠드오프가 접속된 어셈블리를 도시한 다이어그램;6B is a diagram illustrating an assembly in which conductive standoffs are connected to a circuit board through plated through holes;
도 7은 기판 어셈블리를 도시한 다이어그램;7 is a diagram illustrating a substrate assembly;
도 8은 모듈러 회로판 어셈블리를 도시한 다이어그램;8 is a diagram illustrating a modular circuit board assembly;
도 9는 조립된 모듈러 회로판 어셈블리를 도시한 다이어그램;9 is a diagram illustrating an assembled modular circuit board assembly;
도 10은 통합 히트싱크 시스템을 도시한 다이어그램;10 is a diagram illustrating an integrated heatsink system;
도 11A는 모듈러 회로판 어셈블리 위에 위치된 통합 히트싱크 시스템을 도시한 다이어그램;11A is a diagram illustrating an integrated heatsink system located above a modular circuit board assembly.
도 11B는 모듈러 회로판 어셈블리와 서로 접속된 통합 히트싱크 시스템을 도시한 다이어그램;11B is a diagram illustrating an integrated heatsink system connected to a modular circuit board assembly.
도 12는 EMI를 최소화하기 위한 전기전도성 프레임을 갖는 통합된 i-PAK 구조를 도시한 다이어그램;12 is a diagram illustrating an integrated i-PAK structure with an electrically conductive frame to minimize EMI.
도 13은 전력 전달 모듈의 제 2실시예의 형상을 도시한 다이어그램;13 is a diagram showing the shape of a second embodiment of a power transfer module;
도 14는 전도성 상호접속 장치의 사시도를 도시한 다이어그램; 14 is a diagram illustrating a perspective view of a conductive interconnect device;
도 15는 전도성 상호접속 장치가 부착된 전력 조정기 및 전달 모듈의 에지를 도시한 다이어그램;15 is a diagram showing the edges of a power regulator and a transfer module to which a conductive interconnect device is attached;
도 16은 기판 어셈블리의 제 2 실시예를 도시한 다이어그램;16 is a diagram illustrating a second embodiment of the substrate assembly;
도 17은 기판 어셈블리 위에 위치되고 정렬된 전력 조정기 모듈을 도시한 다이어그램; 17 is a diagram illustrating a power regulator module positioned and aligned over the substrate assembly;
도 18은 기판 어셈블리 및 전력 조정기 모듈을 도시한 다이어그램;18 is a diagram illustrating a substrate assembly and a power regulator module.
도 19는 통합된 열 전력 손실 시스템의 일 실시예를 도시한 다이어그램;19 is a diagram illustrating one embodiment of an integrated thermal power loss system;
도 20은 통합된 열 전력 손실 시스템, 전력 조정기 및 기판 어셈블리를 포함하는 본 발명의 일 실시예를 도시한 다이어그램;20 is a diagram illustrating one embodiment of the present invention including an integrated thermal power loss system, a power regulator and a substrate assembly.
도 21A 및 도 21B는 EMI를 최소화하기 위하여 추가로 수정된 도 20의 어셈블리를 도시한 다이어그램;21A and 21B are diagrams illustrating the assembly of FIG. 20 further modified to minimize EMI.
도 22는 모놀리식 인에이블링 모듈(MoEM: Monolitic Enabling Module)의 일 실시예를 도시한 다이어그램;FIG. 22 is a diagram illustrating an embodiment of a Monolitic Enabling Module (MoEM); FIG.
도 23A 내지 23D는 기판에 마이크로프로세서 회로를 전기적으로 커플링하기 위한 방법의 일 실시예를 도시한 다이어그램;23A-23D are diagrams illustrating one embodiment of a method for electrically coupling a microprocessor circuit to a substrate;
도 24는 통합된 열 전력 손실 모듈을 도시한 다이어그램;24 is a diagram illustrating an integrated thermal power loss module;
도 25는 모놀리식 인에이블링 모듈을 갖는 통합된 열 전력 손실 모듈의 사용을 도시한 다이어그램;25 is a diagram illustrating the use of an integrated thermal power loss module with a monolithic enabling module.
도 26은 EMI 감소 프레임 어셈블리를 갖는 통합된 열 전력 손실 모듈과 모놀리식 인에이블링 모듈의 수정을 도시한 다이어그램;FIG. 26 is a diagram illustrating modification of an integrated thermal power loss module and a monolithic enabling module with an EMI reduction frame assembly; FIG.
도 27은 다른 실시예에 따른 전도성 상호접속 장치의 일 부분을 도시한 다이어그램;27 is a diagram illustrating a portion of a conductive interconnect device according to another embodiment;
도 28은 분할 쐐기형(split-wedge) 와셔와 나사 패스너를 갖는 전도성 상호접속 장치의 제 2 부분을 추가로 도시한 다이어그램;FIG. 28 is a diagram further illustrating a second portion of a conductive interconnect device with split-wedge washers and screw fasteners; FIG.
도 29는 조립된 전도성 상호접속 장치를 도시한 다이어그램;29 is a diagram illustrating an assembled conductive interconnect device;
도 30은 전도성 상호접속 장치의 추가적 실시예를 도시한 다이어그램;30 is a diagram illustrating a further embodiment of a conductive interconnect device;
도 31은 도 30에 도시된 전도성 상호접속 장치의 실시예의 구현을 도시한 단면도를 도시한 다이어그램;FIG. 31 is a diagram showing a cross sectional view showing an implementation of the embodiment of the conductive interconnect device shown in FIG. 30; FIG.
도 32는 본 발명의 일 실시예를 실행하는 데 사용되는 예시적인 방법의 단계를 도시한 다이어그램; 그리고32 is a diagram illustrating steps of an exemplary method used to practice one embodiment of the present invention; And
도 33은 본 발명의 다른 실시예를 실행하는 데 사용되는 예시적인 방법의 단계를 나타낸 다이어그램.Figure 33 is a diagram showing the steps of an exemplary method used to practice another embodiment of the present invention.
아래의 설명에서, 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면이 참고되며, 도면에는 설명의 수단으로서 본 발명의 여러 개의 실시예가 나타나 있다. 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예가 사용될 수 있으며, 구조적 변화가 있을 수 있다.In the following description, reference is made to the accompanying drawings, which form a part of the specification, in which several embodiments of the invention are shown as a means of explanation. Other embodiments may be used, and structural changes may be made without departing from the scope of the present invention.
i-PAK 아키텍쳐i-PAK Architecture
도 3은 전형적인 마이크로프로세서 또는 전자회로 패키지(300)를 나타내는 다이어그램이다. 보통 구리 또는 다른 높은 열전도성 물질로 이루어지는 리드(304)는 접합부(306)에서 접착제 또는 야금학적 접속부(metallurgical connection)를 사용하여 기판(302)에 접합된다. 또한, 기판(302)에 접합되는 것은 마이크로프로세서 또는 전자회로(310)이다. 기판과 프로세서(310) 사이의 접속은 C-4(제어된 클랩스 칩 접속(controlled collapse chip connection)) 또는 "플립-칩(flip-chip)"으로 알려진 솔더 볼(solder balls(bumps))을 사용하여 이루어질 수 있다. 기판(302)과 프로세서(310) 사이의 물리적 갭(physical gap)은 언더필(underfill)(혹은 "언더필부"라고 칭함)이라 불리는 고분자 복합체에 의해 채워진다. 해당 언더필부는 기판(302)과 프로세서(310) 사이에 형성된 접합부에 기계적 강도를 더하며, 액체 인캡슐런트(a liquid encapsulant) 또는 몰드 화합물(a mold compound)에 유사한 방식으로 프로세서(310)를 캡슐화하는 기능을 한다. 프로세서의 뒷면과 리드(304)의 밑바닥 사이의 공간은 열적 인터페이스 물질-1(Thermal Interface Material-1, TIM-1)로 알려진 열전달 그리스(thermal grease)에 의해 채워진다. TIM-1은 프로세서(310)의 뒷면으로부터 리드(304)의 내면으로의 열적 전력 손실 경로(thermal power dissipation path)를 제공한다. 리드(304)의 외면은 TIM-2로 알려진 열전달 그리스(312)로 코팅된다. 기판(302)의 밑바닥은 프로세서(310)의 솔더 볼에 전기적으로 접속되어 있는 금속 패드(314)의 어레이를 포함한다. 기판(302)은 세라믹 랜드 그리드 어레이(Ceramic Land Grid Array, CLGA)로 알려진 무기물 기판, 유기물 랜드 그리드 어레이(Organic Land Grid Array, OLGA), 또는 빌트-업 멀티레이어(Built-up Multilayer, BUM)일 수 있다. 기판은 마이크로프로세서로의 전기적 접속을 제공한다.3 is a diagram illustrating a typical microprocessor or
도 4는 밑바닥 위에 금속 핀(404)의 어레이를 가지는 회로판(402)을 도시한 다이어그램이다. 핀(404)은 내부 바이어스를 통해 회로판의 상부면에 접속되어 있다. 면 장착 소켓(406)은 핀(404)과 솔더 볼(408)의 어레이 사이의 전기적 접속을 만들며 이를 수용한다.4 is a diagram illustrating a
도 5는 함께 접속되고 적층되어, 마더보드(502) 상에 놓여진 도 3 및 도 4에 도시된 구성요소를 나타낸다.5 illustrates the components shown in FIGS. 3 and 4 that are connected and stacked together and placed on the
전술한 바와 같이, 마이크로프로세서는 마더보드(502)에서 회로통로를 통해 마이크로프로세서로부터 거리를 두고 배치되어 있는 전력 조절 모듈(예를 들면, 전력 조정기 및/또는 DC/DC 컨버터)로부터 통상 전력을 얻는다. 전력 전달은 전력 조정기로부터 마더보드(502)를 통해 면 장착 소켓(406)으로, 핀(404)을 통해 회로판(402)으로, 금속 패드(314)를 통해 기판(302) 그리고 최종적으로 C-4 접속부를 통해 전자회로(310)로 진행된다. 이 루트는 신호의 무결성을 손상하며 높은 전기적 임피던스를 일으킬 수 있는 여러개의 접속부를 통하는 긴 통로를 제공한다. 또한 수백개의 전력 전달 접속부(핀)는 높은 전류를 마이크로프로세서 또는 전자회로(310)에 제공하는 것을 필요로 할 수 있다. 이 설계는 다층 기판(302) 상에 제약을 두며, 이는 전력이 프로세서 회로(310) 자체에 이르기 전에 많은 다른 층을 거쳐야만 하기 때문이다.As noted above, the microprocessor normally draws power from a power regulation module (eg, a power regulator and / or a DC / DC converter) that is positioned at a distance from the microprocessor via a circuit path on the
도 6A는 본 발명의 전력 조정 모듈(600)의 일 실시예를 나타내는 다이어그램이다. 전력 조정 모듈(600)은 회로판(602)을 포함한다. 회로판(602)은 전력 조절, 조정 또는 공급 회로를 포함하며, 이는 프로세서(도 6에 미도시)와 같은 전력 손실 소자(power dissipating element)에 전력을 공급하도록 구성된다. 회로판(602)은 컴포넌트(608A 및 608B)(이하, 이들을 합쳐서 컴포넌트(608)라 함)와 같은 컴포넌트를 포함할 수 있으며, 이는 전력 조절 회로의 일부이거나, 다른 기능을 수용하기 위한 목적용일 수 있다. 열적 바이어스(606)는 회로판(602) 내에 배치되어 회로판(602)의 제 1 또는 하부면(614A)으로부터 회로판(602)의 제 2 또는 상부면(614B)으로의 전기적 통로를 제공한다. 따라서, 열적 바이어스(606)는 회로판의 하부면(614A)으로부터 회로판(602)의 상부면(614B)으로, 회로판(602) 내에서 층으로부터 층으로 컴포넌트(608)를 위한 전기적 통로를 제공한다. 또한 열적 바이어스(606)는 열적 커플링(thermal coupling)(608)을 제공하여 열이 회로판의 제 1 면(614A)으로부터 회로판의 제 2 면(614B)으로 전달되도록 한다.6A is a diagram illustrating one embodiment of a
일 실시예에서, 또한 회로판(602)은 개구(aperture)(604)를 포함하며, 이를 통해 프로세서가 어셈블리 상에 놓인다. 또한, 회로판(602)은 하나 이상의 도금-관통 구멍(610)(예를 들면, 구리-도금)을 포함한다. 일 실시예에서, 도금된 관통 구멍(610)은 개구(604) 가까이에서 개구(604) 둘레에 대칭적으로 놓인다. 하나 이상의 회로판 전도면(616A 및 616B)(예를 들면, 패드)은 도금된 관통 구멍(610) 둘레에서 회로판(602)의 면 위에 배치될 수 있다. 또한, 하나 이상의 전도성 상호접속 장치(612A 및 612B)는 전도성 패드(616A 및 616B)와 물리적으로 접촉하도록 배치될 수 있으며, 따라서 회로판(602)에서 떨어진 전기적 통로를 제공한다.In one embodiment, the
일 실시예에서, 회로판 전도면(616)은 회로판 제 1 전도면(616A) 및 회로판 제 2 전도면(616B)을 포함하며, 전도성 상호접속 장치(612)는 유전체 부분(612C)에 의해 분리된 제 1 부분(612A) 및 제 2 부분(612B)을 포함한다. 전도성 상호접속 장치(612)가 회로판(602)에 커플링될 때, 제 1 부분(612A)은 회로판 제 1 전도면(616A)에 전기적으로 커플링되며, 제 2 부분(612B)은 회로판 제 2 전도면(616B)에 전기적으로 커플링된다. 일 실시예에서, 전도성 상호접속 장치는 전도성 스탠드오프(standoff) 또는 스페이서이다.In one embodiment, the circuit board conductive surface 616 includes a circuit board first
전도성 상호접속 장치(612)는 이중 목적을 가진다. 첫째는, 회로판(602)과 기판(302) 사이의 기계적인 커플링을 제공하며, 회로판(602)과 기판(302) 사이의 충분한 거리를 제공한다. 또한, 전도성 상호접속 장치(612)는 회로판(602)과 기판(302)을 분리할 뿐만 아니라, 적절한 부착 장치로 회로판(602)과 기판(302)을 함께 고정하도록 구성되어 있다. 전도성 상호접속 장치(612)에 의해 제공되는 다른 기능은 회로판(602)으로부터 기판(302)으로 하나 이상의 전도 통로를 제공하는 것이다. 전형적으로, 2개의 전도 통로가 구비되며, 전력 신호를 위한 제 1 전도 통로와 접지를 위한 제 2 전도 통로를 포함한다.
전도성 스탠드오프의 제 1 부분(612A) 및 전도성 스탠드오프의 제 2 부분(612B)의 개시된 것과 같은 동축상 배열은 회로판(602)과 기판(302) 사이의 매우 낮은 인덕턴스의 전기적 접속을 허용한다. 요구된다면, 복수개의 2편 동축상 전도성 접속부가 사용될 수 있다(예를 들면, 프로세서(310)의 각 모서리에서). 전도성 상호접속 장치(612)의 추가적인 예는 아래에서 설명될 것이다.The coaxial arrangement as disclosed in the
도 6B는 도금-관통 구멍(610)을 통해 회로판(602)으로 전도성 스탠드오프(612)가 접속된 어셈블리를 나타내는 다이어그램이다.6B is a diagram illustrating an assembly in which
도 7은 본 발명의 기판 어셈블리(700)를 나타내는 다이어그램이다. 기판 어셈블리(700)는 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명된 기판 어셈블리와 유사하지만, 여기에서 기술되는 중요한 차이점을 가진다. 이 기판 어셈블리(700)는 이하에서 경우에 따라 i-PAK 아키텍쳐로 불리는 통합 아키텍쳐(integrated architecture)의 일부이다. 이 실시예에서, 기판의 영역은 도 5의 기판(302)의 크기에 비하여 확대되어 있어, 도금된 관통 구멍(704) 및 핀(706)의 어레이를 수용한다.7 is a diagram illustrating a
기판(702)의 제 1(윗) 면은 회로판(602)의 바닥 면(614A) 상에 놓이는 전도면(616)에 유사한 제 2 전도면(708B)과 제 1 전도면(708A)을 포함한다. 기판(702)의 빌트 업 층 내의 내부 전력 및 그라운드 면은 마이크로프로세서(310)의 솔더 범프(C-4) 접속부를 위한 패드에 접속되어 있다. 전력이 직접 기판(702)의 전도면(708A)으로 그런 다음 기판(702) 내의 다른 컴포넌트로 공급되기 때문에, 도 3 내지 도 5에 나타난 구성에서 요구되는 많은 전력 핀 접속부는 제거될 수 있다. 그러나, 도금된 관통 구멍(704)에 할당된 영역으로 인하여 기판(702) 영역의 일부를 잃게 될 수 있다.The first (top) face of the
도 8은 전력 조정/전달 모듈(600)과 기판 어셈블리(700)를 포함하는 모듈러 회로판 어셈블리(800)를 나타내는 다이어그램이다. 패스너(fastener)(802)는 기계적 및 전기적으로 모듈러 회로판 어셈블리(800)로 기판 어셈블리(700)로 접속된다.8 is a diagram illustrating a modular
도 9는 조립된 모듈러 회로판 어셈블리(800)를 나타낸다.9 shows an assembled modular
도 10은 i-PAK 모듈러 회로판 어셈블리(800)용 통합 아키텍쳐를 위한 통합 히트싱크 시스템(1000)을 나타내는 다이어그램이다. 히트싱크 시스템(1000)은 TIM-2 열전달 그리스와 같은 열전도성 및 압축성 인터페이스 재료(1002), 절취부(604) 내로 정확하게 맞춤되는 높은 열전도성 스페이서 플레이트(1004), 큰 평면형 히트싱크(1006) 그리고 열전달 그리스와 같은 또다른 열전도성 및 압축성 인터페이스 재료(1008)를 포함한다. 스페이서 플레이트(1004)는 히트싱크(1006)에 접속되어 있으며, 플레이트(1010)를 사용하여 히트싱크(1006)에 열적으로 접속되어 있다. 10 is a diagram illustrating an
도 11A는 모듈러 회로판 어셈블리(800) 위에 위치된 통합 히트싱크 시스템(1000)을 나타내는 다이어그램이다.11A is a diagram illustrating an
도 11B는 모듈러 회로판 어셈블리(800)에 히트싱크 시스템(1000)을 접속한 후의 통합 히트싱크 시스템(1000)을 나타내는 다이어그램이다. 이 통합 i-PAK 아키텍쳐는 열적 전력 손실 경로를 마이크로프로세서 리드(304)의 윗면으로부터, TIM-2(1002)를 통해, 스페이서 플레이트(1004)를 통하여 히트싱크(1006)의 바닥면으로 접속한다. 또한, 다른 적절한 인터페이스 또는 열전달 그리스(1008)를 통해 히트싱크(1006)에 접속되어 있는 것은 전력 조정 모듈(600)의 면이다. 이 예에서, 히트싱크(1006)의 바닥 면은 실질적으로 평평하며 회로판(602)의 상부면 및 스페이서 플레이트(1104)(또는 스페이서 플레이트가 요구되지 않는다면, 리드(304)의 상부면) 모두와 접촉한다는 것을 알아야 한다.11B is a diagram illustrating an
도 11B는 또한 어떻게 모듈러 회로판 어셈블리(800)가 통합 히트싱크 시스템(1000)에 커플링될 수 있는가를 설명한다. 히트싱크(1006) 또는 플레이트(1010)는 오목부(indentation)(1106)를 포함할 수 있으며, 여기에 고정장치(1102)가 삽입되어 고정된다. 고정장치(1102)는 확장부재(1104)에 커플링된다. 확장부재(1104)는 제 2 고정장치(1108)에 커플링된다.11B also describes how the modular
도 12는 프로세서(310)의 주위를 실질적으로 둘러싸며, 통합된 히트싱크(1006)로 물리적으로 접속되어 있는 전기전도성 프레임(1202)의 결합을 나타내는 다이어그램이다. 이 프레임(1202)은, 히트싱크(1006)에 접속되어 실질적으로 보강재 보드(stiffener board)(1206) 또는 마더보드에 접속되고 패스너 스프링(1204)에 의해 함께 고정될 때, 3차원 외위기(enclosure)를 형성하며, 이는 섀시 레벨 대신에 패키지 레벨(package level)에서 관련 회로, 전력 조정기, 그리고 마이크로프로세서에 의해 발생되는 전자기파를 포획한다. 또한, 프레임(1202)은 통합 히트싱크(1000)에 전기적으로 커플링된다. 이 조합(예를 들면, 통합 i-PAK 아키텍쳐)은 고전류 저전압 전력를 제공하고, 패키지 레벨에서 EMI를 포함하며, 신뢰도를 증가시키는 요구를 폼팩터 및 비용 제한의 범위내에서 모두 포함하는, 이 명세서에서 전술한 많은 문제를 동시에 해결한다. 또한, 소켓(1208)이 예시되어 있으며, 이 소켓으로 마더보드를 핀에 접속하고 그런 다음 프로세서(310)로 접속한다.FIG. 12 is a diagram illustrating the coupling of an electrically
Micro i-PAK 아키텍쳐(architecture)Micro i-PAK Architecture
본 발명은 i-PAK 아키텍쳐의 많은 이점을 이룰 수 있는 다른 실시예에서 실행될 수 있으며, 이는 더 작은 패키지에서 실행된다.The invention can be practiced in other embodiments that can achieve many of the benefits of the i-PAK architecture, which is implemented in smaller packages.
도 13은 전력 전달 모듈(1300)의 다른 실시예의 바닥 면(614A)을 도시하는 다이어그램이다. 전력 전달 모듈(1300)은 전력 전달 모듈 회로판(1310)을 포함한다. 전력 전달 모듈 회로판(1310)의 일부분(바람직하게는 중앙)은 개구(1302) 및 전도면(1306 및 1304)을 포함한다. 예시된 예에서, 전도면은 동심의 금속 링이다. 전도면(1306 및 1304)은 전달 모듈과 조정기 내의 그라운드 및 전원으로 접속된다. 도시된 바와 같이, 전도면(1306 및 1304)은, 전원 및 그라운드를 각각 프로세서(310)로 제공하는 경로를 제공한다는 점에서, 각각 회로판 제 1 전도면(616A) 및 회로판 제 2 전도면(616B)과 상당히 유사하게 기능한다. FIG. 13 is a diagram illustrating a
많은 관통 구멍(1308)이 전력 전달 모듈(1300)을 아키텍쳐의 구성소자로 커플링하기 위하여 전도면(1306 및 1304) 근처에 위치될 수 있다. 다른 예에서, 이러한 접속은 클램프, 클립, 또는 다른 장치의 사용에 의해 이루질 수 있으며, 어떠한 관통 구멍도 요구되지 않는다.Many through
도 14는 전도성 상호접속 장치(1400)의 제 2 실시예의 사시도를 나타내는 다이어그램이다. 전도성 상호접속 장치의 이 제 2 실시예는 2 개의 특징에 의해 기술된다. 첫째는, 전술한 실시예와 달리, 전도성 상호접속 장치의 이 실시예는 컴포넌트를 둘러싼다. 둘째로, 전술한 실시예와 달리, 전도성 상호접속 장치의 이 실시예는 전력 전달 모듈(1300)과 관련 회로 및 기판 사이에서 z(수직)축에서의 압축성을 이용하여 전기적 접속부를 만든다.14 is a diagram illustrating a perspective view of a second embodiment of a
일 실시예에서, 전도성 스탠드오프 장치(1400)는 제 1 전도성 스탠드오프 부분(1402) 및 제 2 전도성 스탠드오프 부분(1404)을 포함한다. 예시된 실시예에서, 제 1 전도성 스탠드오프 부분(1402)과 제 2 전도성 스탠드오프 부분(1404)은 동심적으로 배열된다. 예시된 예에서, 전도성 상호접속 장치(1400)는 복수의 압축성 전도 스프링(예를 들면, 마이크로스프링)을 포함한다. 복수의 압축성 전도 스프링은 제 1(내부) 복수의 압축성 전도 스프링(1402) 및 제 2(외부) 복수의 압축성 전도 스프링(1404)을 포함할 수 있다.In one embodiment,
제 1 전도성 스탠드오프 부분(1402)과 제 2 전도성 스탠드오프 부분(1404)은 각각 전력 전달 모듈 회로판(602) 전도면(1306 및 1304)과 정렬되어 있으며, 전기적으로 접속되어 있다. 이는 종래의 솔더링, 리플로우 솔더링(reflow soldering), 본딩, 마찰 기술을 포함하는 많은 방법에 의해 달성될 수 있다.The first
도 14에 도시된 실시예는 단지 전도성 상호접속 장치의 일예를 예시한다. 또한, 다른 전도성 상호접속 장치의 예가 가능하며 본 발명의 범위 내에서 특히, z축을 따른 압축성을 통해 이루어지는 접촉을 포함하거나 구성요소를 실질적으로 둘러싸는 것들이다.The embodiment shown in FIG. 14 merely illustrates one example of a conductive interconnect device. In addition, examples of other conductive interconnect devices are possible and are within the scope of the present invention, especially those that comprise contact or substantially surround the component through compressibility along the z-axis.
도 15는 내부 복수개의 압축성 스프링(1402) 및 외부 복수개의 압축성 스프링(1404)을 전도면(1304 및 1306)에서 전력 전달 모듈(602)의 바닥면에 부착한 전력 조정기 및 전달 모듈(602)의 에지를 나타내는 도면이다. 또한, 전력 전달 모듈 내의 관통 구멍(1308) 중 2개가 도시되어 있다. 이 관통 구멍(1308)은 스크류 타입 접속을 위해 사용되지만 클립, 클램프 또는 패스너를 포함하는 다른 접속부를 필요로 하지 않는다.FIG. 15 shows a power regulator and
도 16은 압축성 스프링(1402 및 1404)을 가지는 전력 조정기 및 전달 모듈 회로판(602)과 함께 사용되는 기판 어셈블리(1600)의 예를 나타내는 다이어그램이다. 기판 어셈블리(1600)는 BUM 또는 CLGA 기판 또는 유사한 것일 수 있다. 도 7에 예시된 기판 어셈블리(700)와 달리, 도 16에 예시된 기판(1600)은 패키지 리드(304) 또는 열전달 그리스(312, TIM-2)를 포함하지 않는다. 또한 도 7에 예시된 기판 어셈블리(700)와 달리, 도 16에 예시된 기판은 2개의 정확하게 크기가 맞춤된 실질적으로 비전도성인 스탠드오프(1604A 및 1604B)를 포함한다.FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a
일 실시예에서, 비전도성 스탠드오프(1604)는 프로세서(1606) 근처에서 기판(1602)에 커플링되어 있는 제 1 부분(1604A), 그리고 기판(1602)으로부터 뻗어있는 제 2 부분(1604B)을 포함한다. 프로세서(1606)는 기판(1602)에 전기적으로 커플링되어 있다. 이는 기판(1602)의 상부면 상의 금속 패드의 어레이(미도시)로의 C-4 접속부(1608)에 의해 이루어진다. 언더필부(underfill)(1610)는 프로세서(1606)를 캡슐화한다. 전도성 핀(1612)은 기판(1602)에, 그리고 기판(1602) 내의 회로 통로를 통해 금속 패드, 그리고 C-4 접속부, 프로세서(1606)로 전기적으로 접속되어 있다.In one embodiment,
2 (또는 그 이상)의 전도면(1616 및 1614)은 기판(1602)의 상부면(1620) 상에 위치된다. 전도면(1616 및 1614)은 전도성 스탠드오프 부재(1400)(따라서 회로판(602))와 기판(1602) 사이의 전기적 접촉을 위해 제공된다. 일 예에서, 전도면(1616 및 1614)은 동심의 금속 윈도우 프레임 영역이며, 전도면(1306 및 1304)에 대한 위치, 크기 및 형상에 있어서 잘 맞추어져 있다. 내부 프레임 영역 또는 링(1614)은 내부 압축성 스프링(1402)을 받아들이도록 구성되어 있으며 외부 프레임 영역 또는 링(1616)은 회로판(1310)이 기판 어셈블리(1600)와 정렬되어 짝을 이룰 때 외부 압축성 스프링(1404)과 전기적으로 접촉한다.Two (or more) conducting
도 16은 또한 회로판(1310) 상의 구멍(1302)과 정렬되어 통해져 있는 관통 구멍(1618)을 예시한다. 이 구멍들은 회로판(1310)과 기판 어셈블리(1600)를 접속하는 데 사용되나, 클립, 클램프 또는 패스너 등을 사용하는 기술을 포함하는 다른 접속 기술에는 필요치 않으며, 그렇다고 이러한 다른 접속 기술에 한정되는 것도 아니다.16 also illustrates a through
도 17은 기판 어셈블리(1600) 위에 위치하여 정렬된 전력 조정기 모듈(1300)(도 15에 도시함)을 예시하는 다이어그램이다. 회로판(1310) 내의 컷아웃(1302) 에지는 스탠드오프(1604)와 정렬된다. 스탠드오프(1604)는 제 1 부분(1604A) 또는 숄더를 포함하는데, 이 부분은 내부 압축 스프링(1402)과 외부 압축 스프링(1404)이 바닥에 접하는 것을(따라서 잠재적으로 전력 조정기 모듈(1300)의 바닥면과 기판 어셈블리(1600), 회로판(1602) 또는 그 위의 컴포넌트들의 상부면 사이에서 원치 않는 접촉이 발생하는 것을) 방지하는 형상을 갖는다. 스탠드오프(1604)는 또한 전력 조정기 모듈(1300)이 기판 어셈블리 상에 장착될 때 상부면이 전력 조정기 모듈(1300)의 상부면과 실질적으로 동일 평면상에 위치하도록 높이가 정해지는 제 2 부분(1604B)을 포함하고 있으므로, 필요하다면 히트 싱크와 같은 방열장치를 포함하는 실질적으로 평평한 면을 제공한다.FIG. 17 is a diagram illustrating power regulator module 1300 (shown in FIG. 15) positioned and aligned over
도 18은 도 17에 이어 기판 어셈블리(1600) 상에 전력 조정 및 전달 모듈(1300)이 설치되는 것을 예시하는 다이어그램이다. 기판(1602) 상의 전도면(1614 및 1616)은 내부 압축 스프링(1402)과 외부 압축 스프링(1404) 각각에 정렬되어 물리적으로 접촉된다. 클립, 핀, 클램프 또는 기타 기계적인 접합형태를 포함하는 패스너는 전력 전달 모듈(1300)을 기판 어셈블리(1600)에 접속하는 데 사용된다. 도 18은 개구(1308 및 1618)가 함께 정렬되어, 패스너가 회로판(1310)과 기판(1602)을 함께 고정하도록 삽입되는 공간을 형성하게 되는 실시예를 도시한다. 도 18은 또한 회로판(1310)이 회로판 패스너(1804)를 수용하는 개구(1802)를 포함하고 있는 실시예를 도시한다. 체결(adaptation) 부재(1806)는 패스너(1804)를 통해 회로판(1310)에 커플링된다.FIG. 18 is a diagram illustrating that a power regulation and
일 실시예에서, 스탠드오프(1604)의 상부면은 전력 전달 모듈(1300)의 상부면 위로 약간 튀어나와 있다. 스텐프오프(1604)는 마이크로 스프링이 스프링이 바닥에 접하지 않도록 전력 조정 모듈의 무게를 지탱할 수 있는 경우에, 필요하다면 납땜 볼, 밀려나온 금속 패드, 짧은 금속 기둥 등과 같은 기타 접속부를 위한 숄더 부분(1604A) 없이도 형성될 수 있다.In one embodiment, the top surface of the
도 19는 마이크로 i-PAK 아키텍쳐에 사용되는 집적 열 전력 손실 시스템(1900)의 실시예를 도시하는 다이어그램이다. 통합 히트싱크(1902)는 모놀리식 유닛(monolithic unit)을 형성하도록 고 열전도성 스페이서 판(1904)에 열적으로 커플링된다. 마이크로프로세서 실리콘(1606)의 두께가 전력 전달 모듈 회로판(1310)의 두께에 육박하는 어떤 경우에, 스페이서 판(1904)은 필요치 않다. 열전달 그리스(thermal grease)(1906)(즉, TIM-1)는 스페이서 판(1904)이 사용되지 않을 경우 스페이서 판의 밑면에 또는 히트싱크(1092)의 밑면에 물리적으로 접촉한다. 제2 열전달 그리스(1908)는 스페이서 판(1904)이 사용되지 않을 경우 스페이서 판(1904) 또는 TIM-1(1906)로부터 떨어져 있는 히트싱크(1902)의 밑면에 접촉한다. 예시된 실시예에서, 정렬 패스너(1910)는 홈(1912) 안에 고정된다. 본 발명을 실행함에 있어 필요치는 않지만, 홈(1912)은 통합 히트싱크(1902)에 간극을 제공한다. 통합 히트싱크(1902)의 바닥면과 동일 평면상에 위치하거나 또는 특별히 설계된 홈(1912) 안에 끼워지도록 설계된 헤드부를 갖는 패스너가 사용되는 다른 실시예도 또한 가능하다. 패스너(1910)는 아래 설명된 바와 같이 개구 또는 구멍(1618 및 1308)을 관통하여 설치된다.19 is a diagram illustrating an embodiment of an integrated thermal
도 20은 일체로 된 열 전력 손실 시스템을 기판(1602)과 전력 조정 및 전달 모듈(1300)에 부착한 다음의 마이크로 i-PAK 아키텍쳐 형상을 예시하는 다이어그램이다. 마이크로프로세서(1606)의 상부면은 (필요하다면) 스페이서 판(1904)에 접하는 열전달 그리스(1906)와 물리적으로 접촉한다. 통합 히트싱크(1902)의 베이스는 부도체 스탠드오프(1604)의 상부면(1912)과 접촉한다. 부도체 스탠드오프(1604)는 히트싱크(1902) 및 스페이서 플레이트(1904)의 무게를 흡수하며, 그렇지 않을 경우 통합 열 전력 손실 시스템(1900)에 의해 C-4 접속부(1608) 상에 형성되는 기계적인 응력을 제거하도록 되어 있다. 열전달 그리스(1908)는 회로판(1310)과 히트싱크(1902) 사이의 갭을 메워 전력 조정 및 전달 모듈로부터 통합 히트싱크(1902)까지의 열 전력 손실 경로를 제공하도록 되어 있다. 패스너(1910)는 히트싱크(1902) 안에 위치하는 홈(1912) 안쪽으로 돌출될 수 있다. 너트 또는 이와 유사한 장치(2002)는 고정 장치(1910)에 고정되어 기판(1602)과 회로판(1310)을 하나로 묶고, 히트싱크, 회로판(1310), 및 기판(1602)을 정렬되도록 한다. 히트싱크(1902)는 홈(2004)을 포함하며, 이는 패스너(1804)를 수용하고 히트싱크를 회로판(1310)(따라서 정렬 패스너와 너트(2002)에 의해 회로판(1310)에 부착되는 기판(1602))에 고정한다.20 is a diagram illustrating the following micro i-PAK architecture shape after attaching an integrated thermal power loss system to the
도 21A는 EMI(2102)의 감소를 가져오는 프레임 어셈블리를 합체시키기 위한 마이크로 i-PAK 아키텍쳐에 사용되는 통합 아키텍쳐의 연장부를 도시한다. EMI 프레임(2102)은 패스너(1804)를 통해 일체식 히트싱크(1902)에 기계적으로 접속되어, 동반되는 하드웨어의 형상을 갖는 외위기와, 마이크로프로세서 또는 전자 회로, 전력 조정 및 전달 모듈과 결합 컴포넌트에 사용되는 3차원 외위기를 형성하는 전기 전도성 스티프너(stiffener) 보드 또는 마더보드를 형성하도록 되어 있다. 클립(2104)은 어셈블리의 나머지 부분에 히트싱크(1902)를 기계적으로 결합하는 데 사용될 수 있다. 이러한 형상은 섀시 레벨에서보다는 패키지 레벨 특히, 이 경우에는 마이크로 아이팩에서 EMI 억제를 가능하게 한다.FIG. 21A shows an extension of the integrated architecture used in the micro i-PAK architecture for incorporating a frame assembly resulting in a reduction in
도 21B는 통합 히트싱크(1902)가 클립(2104)만을 통해 어셈블리의 나머지 부분에 결합되는 통합 아키텍쳐의 수정된 실시예를 예시한다. 나사, 맞춤못, 클립 등의 서로 다른 조합이 통합 어셈블리의 소자를 정렬시켜 함께 고정하는 데 사용될 수 있다.21B illustrates a modified embodiment of an integrated architecture in which the
사용되는 방법과 무관하게, 패스너가 적절히 조여지거나 위치할 때 회로판(1310)의 바닥면은 스탠드오프(1604)의 숄더(1604A) 상에 놓여져 제 2 전도성 스탠드오프 부분(1404)과 제 1 전도성 스탠드오프 부분(1402) 각각을 통하여 전도면(1304 및 1306)과 전도면(1616 및 1614) 사이에 정밀한 전기적 접속을 가능하게 한다.Regardless of the method used, when the fastener is properly tightened or positioned, the bottom surface of the
도 18에 도시된 전력 전달 모듈(1300)과 마이크로프로세서 또는 전자회로를 갖는 기판(1602) 사이의 전기적인 접속은 다양한 형태를 취할 수 있으며, 패스너와 같은 스프링 접속으로 국한될 필요는 없다. 이러한 접속은 납땜 결합, 기계적인 접합 또는 확산 접합을 포함하나, 여기에 국한되지는 않는다. 예를 들어, 유전성 접착층은 선도포 회로판(1310) 또는 기판(1602) 어느 한 쪽에 선도포되어 솔더 범프(C-4) 보호 시의 언더필부에 대해 사용되는 것과 유사한 방식으로 2개의 면 사이에 기계적인 강도를 부여하도록 되어 있다.The electrical connection between the
통합 아키텍쳐의 제 3 실시예는 모놀리식 인에이블링 모듈(Monolithic Enabling Module, MoEM)에 의해 설명된다. MoEM은 마이크로 i-PAK 아키텍쳐의 확장이다. MoEM는 패키지 내 전압조정(IPVR)을 기판 상에 직접적으로 채용하여, 마이크로프로세서 또는 전자 회로의 부착에 선행하는 형상 선검사를 가능하게 하는 모노리식 패키지를 제공한다.A third embodiment of the integrated architecture is described by the Monolithic Enabling Module (MoEM). MoEM is an extension of the micro i-PAK architecture. MoEM provides a monolithic package that employs in-package voltage regulation (IPVR) directly on the substrate, allowing for shape line inspection prior to the attachment of a microprocessor or electronic circuit.
도 22는 MoEM(2200)의 일 실시예를 예시하는 다이어그램이다. MoEM은 기판(2202)과 IPVR 모듈(2204)을 포함하는데, 둘 다 전기적, 기계적으로 서로 접속되는 영구적인 형상을 가진다. 통상 금속핀(2206)과 같은 형상을 갖는 그러나, 여기에 국한되지는 않는 어레이는 기판(2202)의 밑면에 위치되어, 기판(2204)을 통해서 상기 기판(2202)의 상부면 중앙부분에 위치된 금속패드(2208)의 어레이(이것으로 제한되지 않음)까지 전기적인 경로를 형성하도록 되어 있다. 상기 금속 패드(2208) 부분은 기판(2202)의 금속면을 통해 IVPR 모듈(2204)에 전기적으로 접속된 전원 및 접지 접속부이다. 스탠드오프(2214)는 기판(2202)의 상부면 상에 위치하여 IVPR 모듈(2204)의 면 위로 약간 튀어나오도록 되어 있다.22 is a diagram illustrating an embodiment of a
금속패드(2208)의 어레이는 마이크로프로세서(2210)에 영구적으로 결합되며, 전자회로용 입/출력 접속부를 형성하는 솔더 범프(2212)의 어레이 형태를 취하는 마이크로프로세서 또는 전자회로(2210)의 입/출력 풋프린트(footprint)와 상응하도록 되어 있다. 솔더 범프(2212) 어레이의 각각의 솔더 범프는 각각의 금속패드(2208)와 전기적으로 접촉하도록 배열되어 있다.The array of
MoEM(2200)에 관한 본 발명의 또 다른 실시예에서, 금속패드(2208) 어레이는 마이크로프로세서 또는 전자회로(2210)의 솔더 범프(2212) 어레이를 체결하는 마이크로 소켓 핀과 같은 형상이 될 수 있다. MoEM(2200)은 따라서 마이크로프로세서(2210)용 검사 소켓으로서 또는 마이크로프로세서가 MoEM(2200)에 영구적으로 부착되지 않아 기계적으로 떼어낼 수 있는 패키지로서 기능하게 된다.In another embodiment of the present invention with respect to the
도 23A 내지 도 23D는 검사 소켓의 형상을 갖지 않을 때 기판(2202) 안으로 마이크로프로세서 또는 전자회로(2210)를 부착하는 방법의 일 실시예를 예시하는 다이어그램이다.23A-23D are diagrams illustrating one embodiment of a method of attaching a microprocessor or
도 23A에서, 마이크로프로세서(2210)는 기판(2202)과 스탠드오프(2214)에 의해 형성되는 공동(cavity) 위에 위치한다.In FIG. 23A,
도 23B에서, 마이크로프로세서(2210)는 솔더 범프(2212)가 금속 패드(2208)와 물리적으로 접촉하도록 금속패드(2208) 어레이 상에 위치한다. 설치 후, 솔더 범프(2212) 및 패드(2208)는 리플로우 솔더링 방법인 C-4를 이용하는 야금학적인 접속을 이룬다.In FIG. 23B, the
솔더 리플로우 단계 후, 도 23C는 유전성 필러가 충전된 열경화성 또는 열가소성 수지로 채워지는 언더필부의 상태를 예시한다.After the solder reflow step, FIG. 23C illustrates the state of the underfill portion where the dielectric filler is filled with a thermoset or thermoplastic resin filled.
도 23D는 언더필부가 (2304)와 같이 경화된 후의 완성된 접속을 도시하는 다이어그램이다. FIG. 23D is a diagram showing the completed connection after the underfill portion is cured, such as 2304.
도 24는 통합 열 전력 손실 모듈(2400)을 예시하는 다이어그램이다. 모듈(2400)은 통합 히트싱크(2402), TIM-1(2404)과 같은 열전달 그리스 및 제 2 열전달 그리스(2406)를 포함한다. 정렬 핀 또는 나사(2408)는 접착, 브레이징, 또는 기타 다른 방식으로 통합 히트싱크(2402)에 부착된다.24 is a diagram illustrating an integrated thermal
도 25는 열전달 그리스(2404 및 2406)를 갖는 통합 히트싱크(2402)를 MoEM(2200)에 부착하는 것을 도시하는 다이어그램이다. 통합 히트싱크(2402)의 베이스는 스탠드오프(2214)에 의해 수직으로 위치된다. 열전달 그리스, TMI-1(2404)은 마이크로프로세서 또는 전자회로(2210)의 배면에 직접 접촉하여 통합 히트싱크(2402)까지의 직접적인 열 전력 손실 경로를 형성하도록 되어 있다. IVPR 모듈(2204)의 상부면은 열전달 그리스(2406)에 직접 접촉하여 상부면으로부터 일체식 히트싱크까지의 열전력 손실경로를 형성하도록 되어 있다. 수직 스탠드오프(2214)가 통합 히트싱크(2402)를 지지하기 때문에 히트싱크(2402)의 무게에 의해 최소의 압축력이 솔더 범프 접속부(2212) 안으로 작용한다. 기판(2204)이 마이크로프로세서 또는 전자회로보다 상당히 두꺼운 경우에는 고 열전도성 스페이서 판(도시되지 않음)은 통합 히트싱크(2402)에 물리적, 기계적으로 부착되어 열전달 그리스(TIM-1)(2404)에 접촉하는 형상을 취할 수 있다.25 is a diagram illustrating attaching an
도 26은 EMI 감소 프레임 어셈블리(2602)가 합쳐진 MoEM용 통합 아키텍쳐의 확장을 도시한 다이어그램이다. EMI 프레임(2602)은 통합 히트싱크(2402)에 전기적, 기계적으로 접속되어, 함께 사용되는 하드웨어와 같이 구성될 수 있는 외위기와, 마이크로프로세서 또는 전자 회로의 결합 컴포넌트에 사용되는 3차원 외위기를 형성하는 전기 전도성 스티프너 보드를 형성하도록 되어 있다.FIG. 26 is a diagram illustrating an extension of an integrated architecture for MoEM incorporating an EMI
기타 전도성 스탠드오프의 실시예Embodiments of Other Conductive Standoffs
도 27은 소자(612)로 도 6에 개시된 것과 유사한 전도성 상호접속 장치(2700)의 다른 실시예를 도시하는 다이어그램이다. 이 실시예에서, 전원 핀(2702)은 기판(2704)의 상호 공통면(inter-plane)(2708)에 전기적으로 접속된 납땜 또는 프레스 핀(2706)과 같은 접속 소자를 통해 기판(2704)에 장착된다. 납땜 또는 프레스 핀(2706)은 도금 관통 구멍(2710)에 전기적, 기계적으로 접속된다. 유전성 절연체(2712)는 전원 핀(2702)을 접지 부분(2718)으로부터 절연시킨다. 전원 핀(2702)의 중공의 중앙부(2716)는 나사가 결합되도록 나선 가공되어 있다. 더욱이, 테이퍼 상부부분(2714)은 전기적인 접합 부착을 가능하게 하도록 구성되어 있다.FIG. 27 is a diagram illustrating another embodiment of a conductive interconnect device 2700 similar to that disclosed in FIG. 6 with
도 28은 도 27에 예시된 구조용 스탠드오프 장치와 함께 사용되기 위한 분할 쐐기형(split-wedge) 와셔와 나사 패스너 구조를 예시한 다이어그램이다. 분할 쐐기형 와셔(2802)는 기판(2704)을 향해 회로판이 접촉되는 립 부분(2804)을 포함하고 있다. 쐐기 부(2806)는 전원 핀(2702)의 테이터부(2714)와 실질적으로 알맞게 맞추어져 있는 테이퍼부(2806)를 포함하고 있다. 분할부(2808)는 나사(2810)가 중앙부(2716) 안으로 삽입됨에 따라 정합되는 테이퍼 부분이 함께 가압되도록 와셔(2802)를 주변 축선을 따라 팽창 및 압축시키도록 되어 있다.FIG. 28 is a diagram illustrating a split wedge washer and screw fastener structure for use with the structural standoff device illustrated in FIG. 27.
도 29는 도 28의 소자가 도 29에 도시된 구조에 부착되며, 예컨대 전력 조절 회로를 갖는 회로판(2902)과 일체로 되는 것을 도시한 다이어그램이다. 분할 쐐기형 와셔(2802)는 도금 관통 구멍(2906)의 내부면에 가압되도록 와셔(2802)의 테이퍼부(2806)를 바깥쪽으로 벌림으로써 회로판(2902)의 도금 관통 구멍(2906) 측면에 전기적, 기계적으로 맞물림된다.FIG. 29 is a diagram showing that the device of FIG. 28 is attached to the structure shown in FIG. 29 and is integrated with a
이와 동시에, 나사 패스너(2810)는 와셔(2802)를 회로판(2902)에 대해 잡아당기고, 접지부분(2718)을 회로판에 대해 잡아당김으로써 기판(2704)을 향해 회로판(2902)을 가압한다. 상호공통 전원면(inter-power plane)(2904)은 회로판 상에 전원을 송출하기 위해 접속된 도금 관통 구멍(2906)에 전기적으로 부착된다. 더욱이, 접지 패드(2908)는 회로판(2902)의 바닥 패드(2910)에 전기적으로 부착되어 회로판(2902) 상의 접지면에 전기적으로 결합되는 바이어스를 통해 전기회로를 완성하도록 되어 있다.At the same time,
도 30은 낮은 인덕턴스 도전성 '프레임' 스탠드오프 서브-어셈블리(3000)를 예시한다. 판금 프레임은 납땜 탭(3010)이 (INCEP 보드 또는 메인보드 어느 한 쪽) 회로판에 영구 장착된 상태에서 외부 접지프레임(3002)를 형성하도록 한 쪽 모서리가 절곡, 접합되어 있다. 유전성 테이프(3006)와 같은 유전성 재료는 절연체로서 이 구조물에 부착된다. 내부 프레임(3004)은 외부 프레임(3002)과 유사한 방식으로 제작되나 컴포넌트에 전원을 공급하도록 (예컨대, 전원 공급장치의 양극 터미널로부터) 전류를 흐르게 한다. 어셈블리의 한 쪽 측면에 장착될 수 있도록 장착 구멍(3008)이 구비되어 기계적, 전기적인 접속이 이루어지도록 한다. 구조물의 크기와 전기적인 상호접속을 위한 전류 경로로 인해 초저 인덕턴스가 얻어져 전원과 저주파 스위칭 응용부에 걸리는 부하 사이에 저 전압강하를 가져온다. 30 illustrates a low inductance conductive 'frame'
도 31은 낮은 인덕턴스 프레임 스탠드오프 서브-어셈블리(3000)의 일 실시예를 도시하는 단면도를 나타내는 다이어그램이다. 이 실시예에서, 프로세서(3110)는 기판(3112)에 전기적으로 커플링되는데, 이 기판은 인터페이스 보드(3102)에 전기적으로 커플링되며, 인터페이스 보드는 메인보드(3104)에 커플링된다. 전원 및 접지의 접속은 내부(3004) 및 외부(3002) 프레임 부재에 의해 회로판(3108)으로부터 인터페이스 보드(3102)로 이어지며, 기판(3112)을 거쳐 프로세서로 이어진다. 인터페이스 보드(3102)는 메인보드에 직접 전원을 장착할 필요가 없도록 하며, 이는 메인보드의 라우트 성능과 가격 경쟁력의 향상을 가져온다.31 is a diagram illustrating a cross-sectional view illustrating one embodiment of a low inductance
도 32는 본 발명의 일 실시예를 실행하는 데 사용되는 예시적인 방법의 단계를 나타낸 다이어그램이다. 적어도 하나의 전도성 상호접속 장치는 자체에 장착되는 컴포넌트를 갖는 기판과 전원 회로을 갖는 회로판 사이에 장착된다(3202). 기판 상의 전기 전도면은 블록(3204)에 도시된 바와 같이 전도성 상호접속 장치를 통해 회로판 상의 전기 전도면과 전기적으로 커플링된다.32 is a diagram illustrating the steps of an exemplary method used to practice one embodiment of the present invention. At least one conductive interconnect device is mounted 3202 between a substrate having components mounted thereon and a circuit board having a power supply circuit. The electrically conductive surface on the substrate is electrically coupled with the electrically conductive surface on the circuit board through the conductive interconnect device as shown in
도 33은 본 발명의 다른 실시예를 실행하는 데 사용되는 예시적인 방법의 단계를 나타낸 다이어그램이다. 제 1 전원 회로 신호는 회로판 상에 설치된 전원 회로 내에 수용된다(3302). 제 2 전원 신호는 제 1 전원 신호로부터 발생된다(3304). 일 실시예에서, 제 1 전원 신호는 고전압/저전류 신호이며, 제 2 전원 신호는 저전압/고전류 신호이다. 또 다른 실시예에서, 제 2 전원 신호는 제 1 전원 신호의 조절 또는 조정된 수정 신호이다. 제 2 전원 신호는 전원 회로로부터, 회로판을 기판에 기계적으로 커플링시키는 적어도 하나의 전도성 상호접속 장치를 거쳐 기판 상의 컴포넌트로 공급된다(3306). 33 is a diagram showing the steps of an exemplary method used to practice another embodiment of the present invention. The first power supply circuit signal is received 3302 in a power supply circuit installed on the circuit board. The second power signal is generated 3304 from the first power signal. In one embodiment, the first power signal is a high voltage / low current signal and the second power signal is a low voltage / high current signal. In yet another embodiment, the second power signal is an adjusted or adjusted correction signal of the first power signal. The second power signal is supplied 3306 from the power supply circuit to a component on the substrate via at least one conductive interconnect device that mechanically couples the circuit board to the substrate.
다음은 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 설명의 결론이다. 본 발명은 마이크로프로세서와 같은 전자회로에 사용되는 3차원 상호접속 아키텍쳐를 개시하는 바, 이 아키텍쳐는 전력 전달, 열 전력 손실, 전자기 방해(EMI) 감소, 신호 무결성/성능, 생산성, 신뢰성, 경제성 및 폼팩터(form factor) 최적화를 망라한다. The following is the conclusion of the description of the preferred embodiment of the present invention. The present invention discloses a three-dimensional interconnect architecture for use in electronic circuits such as microprocessors, which provides power delivery, thermal power loss, electromagnetic interference (EMI) reduction, signal integrity / performance, productivity, reliability, economics, and It covers form factor optimization.
본 발명의 바람직한 실시예에 대한 상기 설명은 예시와 설명만을 목적으로 한다. 또한 정확히 개시된 형태로 한정 또는 포괄하는 것은 아니다. 위의 설명에 비추어 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 발명의 범위는 발명의 상세한 설명에 의해 한정되지 않으며, 오히려 첨부된 특허청구범위에 의해 한정된다. 위 명세서, 실시예 및 자료는 발명의 구성에 따르는 생산 및 사용을 위해 완벽한 설명을 제공한다. 본 발명에 대한 다양한 실시예가 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 이루어질 수 있으며, 본 발명은 다음에 첨부된 특허청구범위에 있다.The above description of the preferred embodiment of the present invention is for the purpose of illustration and description only. It is also not intended to be exhaustive or to limit the precisely disclosed form. Many modifications and variations are possible in light of the above teaching. The scope of the invention is not limited by the detailed description of the invention, but rather by the appended claims. The above specification, examples and materials provide a complete description of the production and use of the invention according to its configuration. Various embodiments of the invention can be made without departing from the spirit and scope of the invention, which is in the scope of the following claims.
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