ГИБРИДНЫЙ МНОГОУРОВНЕВЫЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ МОДУЛЬ Российский патент 2002 года по МПК H01L25/10 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при конструировании миниатюрных высокопроизводительных вычислительных систем.

Известно устройство - гибридный многоуровневый электронный модуль (RU, 1753961), содержащее на каждом уровне плату, на поверхности которой размещены бескорпусные микросхемы.

Пакет плат собран в модуль, при этом платы соединены между собой неразъемным соединением, что не позволяет оперативно менять конфигурацию устройства и заменять неисправное оборудование.

Эти недостатки в значительной мере устранены в другой известной конструкции блока микроэлектронной аппаратуры с эластичными соединителями (см. Микроэлектронная аппаратура на бескорпусных интегральных микросхемах / И.Н. Воженин, Г.А. Блинов, Л.А. Коледов и др. Под ред. И.Н. Воженина - М.: Радио и связь, 1985, с. 52-53 - прототип). Многоуровневая конструкция блока собирается поверх коммутационной платы, имеющей электрические связи с внешними соединителями блока. Блок состоит из нескольких уровней плат, размещенных друг над другом, каждая из которых имеет по периметру с двух сторон эластичные токопроводящие контакты. Платы при помощи шпилек сжимаются, обеспечивая при этом электрическую связь между контактами соседних плат.

Недостатками данного устройства являются низкая надежность эластичных токопроводящих контактов и невысокая плотность их размещения.

Задача изобретения - повышение плотности монтажа интегральных микросхем и сокращение трудозатрат при сборке модулей высокопроизводительных вычислительных систем.

Поставленная задача решается тем, что в предложенном гибридном многоуровневом электронном модуле, содержащем двухстороннюю монтажную плату с многослойной системой коммутации, микросхемы и микроблоки размещены на поверхностях монтажной платы. Выводы их соединены с соответствующими контактными площадками платы, причем каждый микроблок содержит до К микросхем, установленных друг над другом, согласно изобретению корпус микроблока выполнен из упругого диэлектрического материала в виде коробчатой конструкции, вертикальные боковые стенки которой имеют вертикально расположенные буферные и рабочие пазы. Внутренняя поверхность каждого рабочего паза металлизирована и соединена с соответствующим контактным выводом микроблока, размещенным на внешней поверхности донной части корпуса микроблока, а вертикальные ребра, образованные соседними пазами, имеют неметаллизированную закругленную верхнюю часть, обеспечивающую направленное движение и позиционирование микросхемы при ее установке в микроблоке. Корпуса микросхем, устанавливаемых в микроблок, имеют жесткую боковую рамку, по периметру которой размещены контакты, выполненные в виде круглых стержней, оси которых параллельны основанию микросхемы и лежат в одной плоскости. Размеры и форма корпуса микросхемы соответствуют внутренним размерам и форме внутреннего пространства корпуса микроблока, в который они устанавливаются, размеры и месторасположение контактов микросхемы соответствуют размерам и месторасположению рабочих пазов.

Кроме того, согласно изобретению контакты микросхемы могут быть размещены в шахматном порядке в двух плоскостях, параллельных основанию, причем расстояние между двумя соседними контактами, находящимися в разных плоскостях, больше, чем ширина ребра, образованного пазами, соответствующими данным контактам, а диаметр контактов больше, чем ширина соответствующих им пазов. При этом увеличение диаметра контактов и расстояния между соседними контактами должно быть выбрано таким образом, чтобы не препятствовать установке микросхем в микроблок.

Также, согласно изобретению корпус микросхемы имеет выступы, форма которых обеспечивает возможность использования их при демонтаже микросхемы из микроблока, а также обеспечивает зазор между установленными в микроблок микросхемами. При этом корпус микроблока имеет на уровне возможных зазоров отверстия, обеспечивающие возможность принудительного обдува микросхем.

Признаки в указанной взаимосвязи в процессе проведения поиска на новизну не обнаружены, являются существенными и в своей совокупности обеспечивают повышение плотности монтажа интегральных микросхем и сокращение трудозатрат при сборке модулей высокопроизводительных вычислительных систем. Достигается это следующим образом.

Минимальный диаметр контактов, обеспечивающих качественный монтаж и надежное соединение, составляет 0,5 мм. Расстояние между контактами также составляет 0,5 мм. При длине контакта, равной 1 мм и толщине корпуса микроблока между рабочим пазом и наружной стенкой в 0,5 мм, площадь одного внешнего соединения составляет 1,5 мм². Основные типы существующих разъемных соединений (ножевые контактные разъемы, штырьковые, а также эластичные) выполняются с шагом 2,5 мм и, следовательно, площадь, занимаемая подобным одним внешним соединением, больше 6 мм². Таким образом, использование микроблоков позволяет повысить плотность внешних соединений в 4 раза и соответственно увеличить плотность монтажа.

Установка микросхемы в микроблок не требует сложных и длинных технологических операций, и связана только с перемещением микросхемы в пазах, которые выполняют роль направляющих, а также не требует высокой точности позиционирования при автоматическом монтаже, которое обеспечивается специальной формой верхней части ребер, образованных пазами.

На чертеже представлена конструкция гибридного многоуровневого электронного модуля.

Гибридный многоуровневый электронный модуль (см. чертеж) содержит двухстороннюю монтажную плату 1 с многослойной системой коммутации, микросхемы 2 и микроблоки 3, размещенные на поверхностях монтажной платы, выводы которых соединены с соответствующими контактными площадками 4 платы, причем каждый микроблок 3 содержит до К микросхем 5, установленных друг над другом. Корпус микроблока 6 выполнен из упругого диэлектрического материала в виде коробчатой конструкции, вертикальные боковые стенки которой имеют вертикально расположенные буферные 7 и рабочие 8 пазы. Внутренняя поверхность 9 каждого рабочего паза металлизирована и соединена с соответствующим контактным выводом 10 микроблока, размещенным на внешней поверхности донной части корпуса микроблока, а вертикальные ребра, образованные соседними пазами, имеют неметаллизированную закругленную верхнюю часть 11, обеспечивающую направленное движение и позиционирование микросхемы при ее установке в микроблоке. Корпуса микросхем 5 имеют жесткую боковую рамку 12, по периметру которой размещены контакты 13, выполненные в виде круглых стержней, оси которых параллельны основанию микросхемы и лежат в одной плоскости. Размеры и форма корпуса микросхемы соответствуют внутренним размерам и форме внутреннего пространства корпуса микроблока, в который они устанавливаются, размеры и месторасположение контактов микросхемы соответствуют размерам и месторасположению рабочих пазов.

Корпус микросхемы 5 имеет выступы 14, форма которых обеспечивает возможность использования их при демонтаже микросхемы из микроблока, а также обеспечивает зазор между установленными в микроблок микросхемами, а корпус микроблока имеет на уровне возможных зазоров отверстия 15, обеспечивающие возможность принудительного обдува микросхем.

Гибридный многоуровневый электронный модуль используется в качестве основной конструктивной единицы при создании синергической вычислительной системы, характерной особенностью процессора которой является большое количество внешних связей. Так, для 32-х разрядного процессора, состоящего из 16 функциональных блоков, необходимо, как минимум (с учетом временного мультиплексирования трактов команд и данных) шестнадцать 40-а разрядных трактов, т. е. 640 информационных выводов. Микросхема процессора ставится в центр монтажной платы. Память команд и данных размещается в 16 микроблоках, которые устанавливаются вокруг микросхемы процессора по 8 микроблоков на каждой стороне монтажной платы. Для установки микроблоков на монтажной плате формируется 16 групп по 40 контактных площадок, на которые методом "flip-chip" монтируются микроблоки. В каждый микроблок ставится 4 микросхемы с памятью. Микросхемы устройства ввода/вывода ставятся в центре обратной (по отношению к микросхеме процессора) стороны монтажной платы. Внешние выводные контакты формируются по краю монтажной платы. Принудительный обдув модуля обеспечивается двумя вентиляторами, установленными с двух сторон монтажной платы. В результате, в объеме ~126 см³ (6•6•3,5) см размещается ~66 микросхем, общей площадью ~68 см².

Использование: изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при конструировании миниатюрных высокопроизводительных вычислительных систем. Техническим результатом изобретения является повышение плотности монтажа интегральных микросхем и сокращение трудозатрат при сборке модулей микроэлектронной аппаратуры. Сущность изобретения: гибридный многоуровневый электронный модуль содержит монтажную плату с многослойной системой коммутации, на которой размещены микросхемы и микроблоки. Корпус микроблока выполнен в виде коробчатой конструкции из упругого диэлектрического материала, вертикальные стенки которой имеют вертикальные рабочие металлизированные пазы, соединенные с контактными площадками на наружной поверхности донной части корпуса микроблока. Корпуса микросхем, устанавливаемые в микроблок, имеют жесткую боковую рамку, по периметру которой размещены контакты, выполненные в виде круглых стержней, оси которых параллельны основанию микросхемы и лежат в одной плоскости. Размеры и форма корпуса микросхемы соответствуют внутренним размерам и форме внутреннего пространства корпуса микроблока. Размеры и месторасположение контактов микросхемы соответствуют размерам и месторасположению рабочих пазов. Корпуса микросхем могут иметь выступы, обеспечивающие зазор между микросхемами, установленными в микроблоке, а также используемые при демонтаже микросхем. Для обеспечения принудительного обдува микросхем, установленных в микроблок, корпус последнего имеет отверстия на уровне возможных зазоров. Увеличение площади контактируемых поверхностей рабочего паза и контакта микросхемы обеспечивается увеличением диаметра контактов и их шахматным размещением в двух плоскостях. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Гибридный многоуровневый электронный модуль, содержащий двухстороннюю монтажную плату с многослойной системой коммутации, микросхемы и микроблоки, размещенные на поверхностях монтажной платы, выводы которых соединены с соответствующими контактными площадками платы, причем каждый микроблок содержит до К микросхем, установленных друг над другом, отличающийся тем, что корпус микроблока выполнен из упругого диэлектрического материала в виде коробчатой конструкции, вертикальные боковые стенки которой имеют вертикально расположенные буферные и рабочие пазы, причем внутренняя поверхность каждого рабочего паза металлизирована и соединена с соответствующим контактным выводом микроблока, размещенным на внешней поверхности донной части корпуса микроблока, а вертикальные ребра, образованные соседними пазами, имеют неметаллизированную закругленную верхнюю часть, обеспечивающую направленное движение и позиционирование микросхемы при ее установке в микроблоке, причем корпуса микросхем, устанавливаемых в микроблок, имеют жесткую боковую рамку, по периметру которой размещены контакты, выполненные в виде круглых стержней, оси которых параллельны основанию микросхемы и лежат в одной плоскости, а размеры и форма корпуса микросхемы соответствуют внутренним размерам и форме внутреннего пространства корпуса микроблока, в который они устанавливаются, размеры и месторасположение контактов микросхемы соответствуют размерам и месторасположению рабочих пазов. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что контакты микросхемы размещены в шахматном порядке в двух плоскостях, параллельных основанию, причем расстояние между двумя соседними контактами, находящимися в разных плоскостях, больше, чем ширина ребра, образованного пазами, соответствующими данным контактам, а диаметр контактов больше, чем ширина соответствующих им пазов, при этом увеличение диаметра контактов и расстояния между соседними контактами должно быть выбрано таким образом, чтобы не препятствовать установке микросхем в микроблок. 3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что корпус микросхемы имеет выступы, форма которых обеспечивает возможность использования их при демонтаже микросхемы из микроблока, а также обеспечивает зазор между установленными в микроблок микросхемами, а корпус микроблока имеет на уровне возможных зазоров отверстия, обеспечивающие возможность принудительного обдува микросхем.