Gehäusetechnologien von Intel

Die wichtige Rolle des Gehäuses

Da Halbleiter immer komplexer und leistungsfähiger werden, sehen sich die Entwickler mit der Herausforderung konfrontiert, diese Computerleistung vollkommen auszureizen und dem gesamten System zur Verfügung zu stellen. In naher Zukunft kann die Anzahl der Transistoren auf einem Siliziumplättchen (Die) 100 Millionen überschreiten. Durch die gestiegene Anzahl integrierter Funktionen auf einem Siliziumplättchen/ Siliziumchip ergeben sich für die Hersteller und Anwender zunehmende Probleme bei der elektrischen Anbindung vom Die über den Steckplatz des Chips zu dessen Außenwelt. Die internen elektrischen Verbindungen vom Die durch sein Gehäuse zu den äußeren Leiterbahnen nehmen mit zunehmender Geschwindigkeit (Frequenz in MHz oder GHz) des Chips eine tragende Rolle ein. Die elektronischen Verbindungen innerhalb des Gehäuses bilden die Grundlage, um die höhere Leistung der Halbleiter durch die anderen Bausteine in einem Gerät oder System zu nutzen. Daher hat die Entwicklung der Gehäuse entscheidende Auswirkungen auf die Leistung eines Gerätes und seine Funktionalität.

Heutige Siliziumplättchen erhalten Strukturen, die kleiner als ein Mikron (Tausendstel Millimeter) sind – Vergleich: Pentium® 4 Prozessor wird mit 0,18 Mikrometer gefertigt. Für die Fertigung dazu passender Gehäuse gelten daher die Entwurfs-Regeln früherer Silizium-Transistoren, d.h. die Verkleinerung der Prozessorkerne wirkt sich direkt auf die Herstellungsverfahren der Gehäuse aus. Gleichzeitig entwickeln Hersteller elektronischer Produkte immer kleinere Geräte und steigern deren Funktionsumfang, was die Erwartungen der Benutzer an Qualität und Leistung ständig nach oben treibt. Dem gegenüber steht zunehmender Kostendruck. Was ist notwendig, damit diese Anforderungen erfüllt werden können? Die Gehäuse müssen insgesamt kleiner werden, weniger Platz einnehmen, mehr Ein- und Ausgaben pro Zeit erlauben, weniger Fläche verbrauchen und somit kostengünstig im Einsatz bleiben.

Die Leistung des Schaltkreises ist nur so gut wie seine schwächste Verbindung. Deshalb besteht eine bedeutende Herausforderung bei den Gehäusen darin, die Geschwindigkeit der Halbleiter nicht einzuschränken. Ein Gehäuse kann theoretisch keine positiven Auswirkungen auf die Geschwindigkeit einer Komponente haben. Ist das Gehäuse nicht optimiert für das Die und den Einsatz, können negative Effekte auftreten. Neben den Kosten stellt der beste Kompromiss aus elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften das einzige Leistungskriterium für Gehäuse, ebenso sowie dem Formfaktor für den jeweiligen Einsatz.

Die Gehäuse-Varianten von Intel haben sich in den
letzten 10 Jahren mehr als verdoppelt

Form und Funktion von Gehäusen sind in der Regel marktspezifisch. Bestimmte von Intel entwickelte Siliziumplättchen decken den Bedarf von mehren Märkten, aber verlangen unterschiedliche Gehäuseeigenschaften. Der Ansatz „ein Gehäuse für alle“ ist nicht praktikabel. Generell handelt es sich bei der Gehäusetechnologie nicht nur um eine technische Disziplin. Sie nutzt mehr als 20 in der Industrie erprobte Kombinationen aus Kerntechniken, die nach Gehäuse-Familien kategorisiert sind.

Die wachsende Anzahl von Einsatzgebieten und die neuen Anforderungen der Industrie verdoppelten die Gehäusevielfalt im Hause Intel in den vergangenen 10 Jahren.

Die Entwicklung der Gehäuse von Intel

Die kontinuierliche Nachfrage nach leistungsstarken Prozessoren erfordert eine Leistung der Gehäuse, die von den geformten Plastik- und Keramik-Gehäusen des letzten Jahrzehnts nicht erreicht werden kann. Diese Faktoren treiben die Forschung bei den Gehäusen von Intel voran. Während sich diese Gehäuse in den Formen unterscheiden, bieten alle die erforderlichen elektrischen und/oder thermischen Merkmale, die von Intels Hochleistungs-Mikroprozessoren benötigt wird.

• Organische Gehäuse mit internen Kupferverbindungen besitzen herausragende elektrische Eigenschaften und bieten so einen Kompromiss aus hoher Leistung und günstigem Preis.
• Flip Chip als eine Art der Verbindung zwischen Siliziumplättchen und Gehäuse unterstützt sehr leistungsfähige Mikroprozessoren und ermöglicht eine kompakte Verpackung des Dies. Unter Verwendung dieser neuen Technik entstanden zwei neue Gehäuseformen, die organische Sustrate nutzen: Organic Land Grid Array (OLGA) und (FC-PGA). OLGA findet Einsatz bei Komponenten, die direkt mit den Leitern auf der Oberfläche eines Boards verlötet sind (Surface-Mount). Dies führt zu kleineren Boards und im nächsten Schritt zu kleineren Geräten, da die Chips auf beiden Seiten eines Boards untergebracht werden können.
• Das microPGA Gehäuse verbindet die Vorteile der sehr kompakten Flip Chip-Variante mit der Fähigkeit, sie in einem Sockel zu verwenden. Wegen der geringen Höhe und der Flexibilität (ein- und aussteckbar) eignet sich diese Gehäuseform optimal für kompakte und tragbare Systeme wie zum Beispiel Notebooks.

Intel ist der größte Halbleiterhersteller der Welt und zählt zu den international führenden Unternehmen mit Produkten für Informationstechnologie, Netzwerke und Kommunikation.