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Dokumentenidentifikation DE10207308A1 11.09.2003
Titel Elektronische Baugruppe für integrierte Halbleiterspeicherchips
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Ruckerbauer, Hermann, 94554 Moos, DE
Vertreter Müller - Hoffmann & Partner Patentanwälte, 81667 München
DE-Anmeldedatum 21.02.2002
DE-Aktenzeichen 10207308
Offenlegungstag 11.09.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.09.2003
IPC-Hauptklasse H01L 23/492
IPC-Nebenklasse G06F 13/00   G06F 13/16   G11C 5/02   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine elektronische Baugruppe für integrierte Halbbleiterspeicherchips (10-13) mit einer mehrlagigen gedruckten Schaltungsplatte (1) zur Aufnahme übereinandergestapelter gleichartiger Schaltungschips (10, 11, 12, 13), die jeweils ein Ball-Grid-Array-Gehäuse haben. In Dickenrichtung weist die Schaltungsplatte (1) ein Mittelteil (3, 3') und zwei Seitenteile (4) auf, die auf beiden Seiten des Mittelteils (3, 3') liegen und mit diesem elektrisch und mechanisch verbunden sind. Das Mittelteil (3, 3') hat wenigstens einen ihn durchsetzenden und an die Abmessung der Schaltungschips (10, 11, 12, 13) angepassten Ausschnitt (A1-A8), der zwei Rücken an Rücken gestapelte Schaltungschips (10, 11) so aufnehmen kann, dass deren Ball-Grid-Arrays (16, 17) in Dickenrichtung nach außen weisen, und
die beiden Seitenteile (4) haben eine an das Ball-Grid-Array (16, 17) jedes der in dem Ausschnitt (A1-A8) liegenden Schaltungschips (10, 11) angepasste erste Lötstützpunktanordnung (20, 21).

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine elektronische Baugruppe, insbesondere für integrierte Halbleiterspeicherchips, mit einer mehrlagigen gedruckten Schaltungsplatte, die zur Aufnahme und elektrischen Verbindung mehrerer Schaltungschips untereinander und mit Kontakten eines Steckverbinders eingerichtet ist. Derartige elektronischen Baugruppen sind handelsüblich und werden zum Beispiel als DIMM-Module mit DRAM- Halbleiterspeicherchips bestückt.

Durch die steigenden Übertragungsraten bei Speicherbussystemen, zum Beispiel zwischen einem Speicherbaustein und einem Controllerchip, wird es immer schwieriger die Qualität der Signale beim Empfänger zu gewährleisten. Dabei kommt dem Package des Chips eine immer wichtigere Rolle zu. Reichten bei SDR und DDRI-Bausteinen noch TSOP-Gehäuse (TSOP: Thin Small Outline Package), um die Übertragungsgeschwindigkeit bis 266 MT/s per pin zu gewährleisten, wird für nachfolgende Generationen (zum Beispiel DDR333) ein Ball-Grid-Array-Gehäuse (BGA-Gehäuse) verwendet, da dies deutlich geringere Kapazitäten und Induktivitäten hat. Wenn derartige mit BGA-Gehäusen ausgestattete Speicherchips übereinander gestapelt werden sollen, um die Speicherdichte zum Beispiel bei einem DIMM- Modul zu erhöhen, bekommt man das Problem, dass die Kontakte, da sie unter dem Chipgehäuse liegen, nicht einfach mit den entsprechenden Kontakten eines darüber gestapelten Chips verbunden werden können. Zur Abhilfe wurde schon vorgeschlagen über eine Zwischenlage zwischen den Chips die Pins des oberen BGA-Gehäuses neu zu verteilen und am darunter liegenden Chip vorbeizuführen. Dies bringt aber wiederum höhere parasitäre Effekte mit sich und vor allem unterschiedliche Verhaltensweisen des unteren und oberen Chips.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine elektronische Baugruppe insbesondere für integrierte Halbleiterspeicherchips so zu ermöglichen, dass mehrere Chips mit BGA-Gehäuse, ohne die oben genannten Schwierigkeiten zu verursachen, übereinander gestapelt werden können. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines DIMM- Halbleiterspeichermoduls unter Verwendung einer derartigen elektronischen Baugruppe anzugeben.

Diese Aufgaben werden anspruchsgemäß gelöst.

Gemäß dem der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden, die obige Aufgabe lösenden, Prinzip wird eine mehrlagige, insbesondere dreilagige gedruckte Schaltungsplatte vorgesehen, die aus mindestens einem Mittelteil und zwei Seitenteilen besteht, welche auf beiden Seiten des Mittelteils liegen und mit diesem elektrisch und mechanisch verbunden sind, wobei das Mittelteil wenigstens einen es durchsetzenden und an die Abmessungen der zu stapelnden Schaltungschips angepassten Ausschnitt aufweist, jeder Ausschnitt zwei Rücken an Rücken gestapelte Schaltungschips so aufnehmen kann, dass deren Ball-Grid-Array in Dickenrichtung jeweils nach aussen weist und die beiden Seitenteile jeweils mindestens eine an das Ball-Grid-Array jedes der in dem Ausschnitt liegenden Schaltungschips angepasste erste Lötstützpunktanordnung und elektrische Verbindungsmittel zur Verbindung von Lötstützpunkten der ersten Lötstüztpunktanordnung mit entsprechenden Kontakten des Steckverbinders sowie gegebenenfalls mit weiteren Lötstützpunkten auf dem jeweiligen Seitenteil aufweisen.

Wenn die elektronische Baugruppe für ein mit gleichartigen Speicherchips zu bestückendes DIMM-Modul vorgesehen ist, weist das Mittelteil acht gleichgroße Ausschnitte auf. Um auf dieser Baugruppe eine maximale Anzahl von 32 Speicherchips mit Ball-Grid-Array-Gehäuse unterzubringen, sind die beiden Seitenteile so gestaltet, dass an ihnen jeweils die erste und eine zweite Lötstützpunktanordnung gegenüberliegen, deren Lötstützpunkte jeweils mit Durchkontaktierungen wenigstens zum Teil miteinander verbunden sind. Dann lassen sich auf jedem Seitenteil auf jede erste und zweite Lötstützpunktanordnung zwei mit Ball-Grid-Array-Gehäuse versehene Speicherchips auflöten, wobei jeweils die beiden zum Mittelteil weisenden Speicherchips, wenn die beiden Seitenteile mit dem Mittelteil verbunden werden, in den jeweiligen Ausschnitt zu liegen kommen.

Somit lassen sich in einer solchen spezifisch gestalteten elektronischen Baugruppe, insbesondere mit einem DIMM-Modul, sogenannte "Burried Devices" einsetzen.

Bei einer Ausführungsform kann das Mittelteil bereits die Dicke des fertigen DIMM-Moduls haben und trägt in diesem Fall die Kontakte des Steckverbinders. Das oder die später aufgesetzte(n) Seitenteil(e) ist, bzw. sind in diesem Fall kleiner als das Mittelteil (insbesondere in der Höhe).

Bei einer alternativen Ausführungsform können, wenn das Mittelteil dünner als die maximale Dicke von üblichen DIMM- Modulen ist, die Seitenteile gleich groß wie der Mittelteil gefertigt werden, wobei sich dann die Kontakte des Steckverbinders auf den Seitenteilen befinden.

Bei der Bestückung einer solchen elektronischen Baugruppe mit Halbleiterspeicherchips werden diese auf die Seitenteile aufgelötet und letztere ganzflächig mit dem Mittelteil verbunden. Durch diese Art des Aufbaus kann man die Leitungen bis zu den Halbleiterspeicherchips als Transmissionlines gestalten und hat damit den idealen Anschluss zu den Speicherchips hergestellt.

Die elektrische bzw. mechanische Verbindung der beiden Seitenteile mit dem Mittelteil kann auf verschiedene Weise geschehen. Eine Möglichkeit ist eine Steckverbindung zwischen den Seitenteilen und dem Mittelteil.

Allerdings wird hier eine Lötverbindung vorgezogen, die die Einflüsse dieser Verbindung möglichst gering hält. Dazu werden auf Lötstützpunkten, zum Beispiel Vias, auf den Seitenteilen Lötbälle aufgetragen, die nach dem Lötvorgang die Verbindung zu entsprechenden Lötstützpunkten des Mittelteils herstellen.

Damit keine temperaturbedingten mechanischen Spannungen die Seitenteile vom Mittelteil ablösen können, wird bevorzugt eine elastische Masse zwischen den beiden innen liegenden Halbleiterspeicherchips vorgesehen, die es möglich macht, die Chips durch leichten Druck zu fixieren. Dadurch wird das Ablösen der Lotverbindung bei einem möglichen Temperaturschritt, nachdem die inneren Chips montiert wurden, verhindert.

Die obigen und weitere vorteilhafte Merkmale einer erfindungsgemäßen elektronischen Baugruppe werden in der nachfolgenden Beschreibung in zwei Ausführungsbeispielen und Varianten davon bezugnehmend auf die beiliegende Zeichung näher beschrieben. Die Zeichnungsfiguren zeigen im einzelnen:

Fig. 1 perspektivisch eine schematische Draufsicht auf ein bei einem DIMM-Modul gemäß der Erfindung zum Einsatz kommendes Mittelteil mit acht Ausschnitten;

Fig. 2A, 2B, 2C jeweils schematische Schnittansichten eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektronischen Baugruppe in drei verschiedenen Varianten vor dem Zusammenbau und

Fig. 3 schematisch eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektronischen Baugruppe vor dem Zusammenbau.

Fig. 1 stellt schematisch ein bei einer erfindungsgemäßen elektronischen Baugruppe für ein DIMM-Modul verwendetes Mittelteil 3 bzw. 3' dar, das acht Ausschnitte A1, A2, . . ., A8 aufweist, die das Mittelteil 3 bzw. 3' durchsetzen. Die Ausschnitte A1-A8 sind zur Aufnahme von Rücken an Rücken übereinander gestapelten gleichartigen Halbleiterschaltungschips, insbesondere Halbleiterspeicherchips mit Ball-Grid-Array- Gehäuse vorgesehen und haben die diesen Gehäusen entsprechenden Abmessungen.

Es muss hier bemerkt werden, dass im Rahmen der Erfindung nicht nur mit acht Ausschnitten versehene Baugruppen bzw. Mittelteile gemäß Fig. 1 (zum Beispiel für DIMM-Module) verwendbar sind sondern die Anzahl der Ausschnitte des Mittelteils 3 bzw. 3' auch von der in Fig. 1 gezeigten Anzahl abweichen kann.

In der in Fig. 2A gezeigten Schnittansicht nimmt der Ausschnitt A (einer der Ausschnitte A1-A8 der Fig. 1) zwei Rücken an Rücken gestapelte Halbleiterspeicherchips 10, 11 auf, deren Pins jeweils in Form eines Ball-Grid-Arrays 16, 17 angeordnet sind. Zwei Seitenteile 2, 4, die jeweils die gleichen Seitenabmessungen (insbesondere Höhe) haben wie der Mittelteil 3, weisen jeweils eine an das Ball-Grid-Array 16, 17 jedes der in dem Ausschnitt A liegenden Schaltungschips 10, 11 angepasste erste Lötstützpunktanordnung 20, 21 und Verbindungsmittel in Form von Durchkontaktierungen 28, 29 zur Verbindung der Lötstützpunkte 20, 21 mit entsprechenden Kontakten 7 des Steckverbinders oder anderen Lötstützpunkten oder Leiterbahnen der Baugruppe auf. In dem in den Fig. 2A-2C gezeigten Ausführungsbeispiel liegen die Kontakte 7 auf den beiden Aussenseiten der Seitenteile 2 und 4 der Baugruppe.

Zwischen die Rücken an Rücken gestapelten Halbleiterspeicherbausteine 10, 11 ist eine elastische Masse 19 eingebracht ist, die es möglich macht, die Chips durch leichten Druck zu fixieren und eine Ablösung der weiter unten zu behandelnden Lötverbindung zwischen den Seitenteilen 2, 4 und dem Mittelteil 3 der Baugruppe verhindert. Fig. 2a zeigt weiterhin auf den Aussenseiten der beiden Seitenteile 2, 4 liegende Signalleitungen S. eine auf der Innenseite des linken Seitenteils 2 liegende VDD-Lage "VDD", eine auf der Innenseite des rechten Seitenteils 4 liegende Erdlage "Gd" und miteinandere fluchtende Durchkontaktierungen "Via" durch den Mittelteil 3 und die beiden Seitenteile 2, 4. Diese Durchkontaktierungen dienen zur Lötverbindung der drei Teile 2, 3 und 4 der elektronischen Baugruppe miteinander, wobei auf den Vias der Seitenteile 2, 4 Lötbälle aufgetragen werden, die nach dem Lötvorgang die Verbindung zu den entsprechenden Vias des Mittelteils 3 herstellen.

Die in Fig. 2B in ähnlicher Schnittansicht gezeigte Variante unterscheidet sich von der in Fig. 2A gezeigten ersten Variante dadurch, dass das eine, in diesem Fall linke Seitenteil 2 auf seiner Aussenseite eine mit seiner ersten Lötstützpunktanordnung 20 im Wesentlichen identische zweite gegenüberliegende Lötstützpunktanordnung aufweist, so dass an diesem Seitenteil 2 die Ball-Grid-Arrays 16 und 15 von zwei einander gegenüberliegenden Halbleiterschaltungschips 10, 13 aufgelötet werden können. Das rechte Seitenteil 4 und die sonstigen Teile der in Fig. 2B gezeigten zweiten Variante sind identisch mit den entsprechenden Teilen der in Fig. 2A gezeigten ersten Variante des ersten Ausführungsbeispiels und deshalb mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.

Die in Fig. 2C für eine dritte Variante einer elektronischen Baugruppe der Erfindung im Schnitt gezeigte Anordnung einer mehrlagigen gedruckten Schaltungsplatte 1 ist mit vier übereinanderliegenden Halbleiterschaltungschips 10, 11, 12 und 13 bestückt. Dabei ist das Seitenteil 4 im Wesentlichen identisch mit dem zuvor anhand der Fig. 2B beschriebenen Seitenteil 2, das heißt, dass das Seitenteil 4 ebenfalls mit einer mit der ersten Lötstützpunktanordnung 21 im Wesentlichen identischen gegenüberliegenden zweiten Lötstützpunktanordnung versehen ist, um auf diese Weise die Ball-Grid-Arrays 17 und 18 zweier gleichartiger Halbleierschaltungschips auf beide Seiten des Seitenteils 4 einander gegenüberliegend aufzulöten, wobei Durchkontaktierungen 29 die entsprechenden Verbindungen der ersten Lötstützpunktanordnung 21 mit der gegenüberliegenden zweiten Lötstützpunktanordnung bilden.

Die in Fig. 2C gezeigte dritte Variante des ersten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich in den sonstigen Einzelheiten nicht von der in Fig. 2B gezeigten zweiten Variante und die miteinander übereinstimmenden Teile weisen dieselben Bezugszeichen auf.

Bei der Montage werden die Halbleierschaltungschips 10, 13 mit ihren Ball-Grid-Arrays 16, 15 auf die Lötstützpunkte auf den beiden Seiten des linken Seitenteils 2 aufgelötet. In der gleichen Weise werden die Halbleiterschaltungschips 11 und 12 mit ihren Ball-Grid-Arrays 17 und 18 auf die Lötstützpunkte auf den beiden Seiten des rechten Seitenteils 4 aufgelötet. Dann werden die beiden Seitenteile 2, 4 ganzflächig mit dem Mittelteil 3 durch Auflöten an den miteinander fluchtenden Durchkontaktierungen "Via" fest verbunden, wobei im Falle eines DIMM-Moduls die gesamte elektronische Baugruppe 1 aus dem Mittelteil 3 und den beiden Seitenteilen 2 und 4 die Dicke des DIMM-Moduls hat und die Kontakte 7 des Steckverbinders auf den Aussenseiten der beiden Seitenteile 2 und 4 liegen. Die elastische Masse 19 zwischen den beiden Rücken an Rücken einander gegenüberliegenden Halbleiterschaltungschips 10 und 11 ermöglicht es, die Chips durch leichten Druck zu fixieren und verhindert ein Ablösen der inneren Chips, wenn zur Verbindung der Seitenteile mit dem Mittelteil 3 ein Temperaturschritt durchgeführt wird.

Das in Fig. 3 im Schnitt dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in den Fig. 2A-2C dargestellten ersten Ausführungsbeispiel darin, dass das Mittelteil 3' bereits die Dickenspezifikation der kompletten Schaltungsplatte 1 erfüllt und an seinem unteren Ende die Kontakte 7 zum Steckverbinder trägt. Die später aufgesetzten Seitenteile 2 und 4 sind in diesem Fall in ihrer Höhe kleiner als das Mittelteil 3'. Weitere Details des in Fig. 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiels sind im Wesentlichen gleich wie die Merkmale des in Fig. 2C gezeigten ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektronischen Baugruppe.

Eine mit integrierten Halbleiterspeicherchips, insbesondere DRAM-Modulen mit Ball-Grid-Array-Gehäuse voll bestückte elektronische Baugruppe, etwa gemäß Fig. 2C oder Fig. 3, trägt 32 Speicherchips. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Stapelung der Speicherchips ermöglicht ein hochleistungsfähiges DIMM-Modul mit großer Speicherdichte. Bezugszeichenliste 1 Schaltungsplatte

2, 4 linker und rechter Seitenteil

3, 3' Mittelteil

7 Kontakte

10, 11, 12, 13 Halbleiterspeicherchips

15, 16, 17, 18 Ball-Grid-Arrays

19 elastische Masse

20, 21 erste Lötstützpunktanordnung

28, 29 Durchkontaktierungen

A, A1-A8 Ausschnitt

Gd Erd-Ebene

VDD VDD-Ebene

S Signal-Layer

Via Durchkontaktierung


Anspruch[de]
  1. 1. Elektronische Baugruppe, insbesondere für integrierte Halbleiterspeicherchips (10-13), mit einer mehrlagigen gedruckten Schaltungsplatte (1), die zur Aufnahme und elektrischen Verbindung mehrerer Schaltungschips untereinander und mit Kontakten (7) eines Steckverbinders eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass

    die Schaltungsplatte (1) zur Aufnahme übereinandergestapelter gleichartiger Schaltungschips (10, 11, 12, 13) eingerichtet ist, die jeweils ein Ball-Grid-Array-Gehäuse aufweisen;

    die gedruckte Schaltungsplatte (1) in Dickenrichtung mehrere Teile (3, 3', 4) mit mindestens einem Mittelteil (3, 3') und zwei Seitenteilen (2, 4) aufweist, die auf beiden Seiten des Mittelteils (3, 3') liegen und mit diesem elektrisch und mechanisch verbunden sind;

    das Mittelteil (3, 3') wenigstens einen ihn durchsetzenden und an die Abmessung der Schaltungschips (10, 11, 12, 13) angepassten Ausschnitt (A1-A8) aufweist, wobei jeder Ausschnitt (A1-A8) zwei Rücken an Rücken gestapelte Schaltungschips (10, 11), so dass deren Ball-Grid-Array (16, 17) in Dickenrichtung jeweils nach außen weist, aufnehmen kann, und

    die beiden Seitenteile (2, 4) jeweils mindestens eine an das Ball-Grid-Array (16, 17) jedes der in dem Ausschnitt (A1-A8) liegenden Schaltungschips (10, 11) angepasste erste Lötstützpunktanordnung (20, 21) und elektrische Verbindungsmittel (28, 29) zur Verbindung von Lötstützpunkten der ersten Lötstützpunktanordnung (20, 21) mit entsprechenden Kontakten (7) des Steckverbinders sowie gegebenenfalls mit weiteren Lötstützpunkten auf dem jeweiligen Seitenteil (2, 4) aufweisen.
  2. 2. Elektronische Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lötstüztpunktanordnung (20, 21) wenigstens eines der Seitenteile (2, 4) Durchkontaktierungen (28, 29) aufweist, mit denen die Lötstützpunkte der ersten Lötstützpunktanordnung (20, 21) mit Lötstützpunkten einer zweiten gegenüberliegenden Lötstützpunktanordnung verbunden sind, um auf diese Weise zwei Schaltungschips (10, 13; 11, 12) mit ihren jeweils zueinander weisenden Ball-Grid-Arrays (15, 16; 17, 18) auf den beiden Seiten des Seitenteils (2, 4) aufzulöten.
  3. 3. Elektronische Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Lötstüztpunktanordnungen (20, 21) beider Seitenteile (2, 4) jeweils durchkontaktierungen durch das jeweilige Seitenteil (2, 4) so aufweisen, dass ihre Lötstützpunkte mit Lötstützpunkten einer gegenüberliegenden zweiten Lötstützanordnung verbunden sind, um so jeweils zwei Schaltungschips (10, 13 und 11, 12) mit ihren zueinander weisenden Ball-Grid-Arrays (15, 16 und 17, 18) auf beide Seiten jedes Seitenteils (2, 4) aufzulöten, wobei die zum Mittelteil (3) weisenden Schaltungschips (10, 11) in den Ausschnitt zu liegen kommen.
  4. 4. Elektronische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gedruckte Schaltungsplatte (1) die Spezifikationen eines DIMM-Moduls erfüllt und acht gleich große Ausschnitte (A1-A8) aufweist.
  5. 5. Elektronische Baugruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtdicke des Mittelteils (3) und der beiden Seitenteile (2, 4) gleich der Dicke des DIMM-Moduls ist und dass die beiden Seitenteile (2, 4) die gleichen Seitenabmessungen wie das Mittelteil (3) haben und die Kontakte (7) des Steckverbinders auf den Aussenseiten der Seitenteile (2, 4), liegen.
  6. 6. Elektronische Baugruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Mittelteils (3') gleich der Dicke eines DIMM-Moduls ist, die Seitenteile (2, 4), in der Höhe kürzer sind als das Mittelteil (3'), und dass die Kontakte (7) des Steckverbinders am Mittelteil (3') liegen.
  7. 7. Elektronische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenteile (2, 4) mit dem Mittelteil (3; 3') an einander gegenüberliegenden Lötstützpunkten verlötet sind.
  8. 8. Elektronische Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rücken an Rücken in jedem Ausschnitt (A1-A8) des Mittelteils (3, 3') aufgenommenen Schaltungschips (10, 11) durch eine zwischen ihnen liegende elastische Masse (19) getrennt sind.
  9. 9. Verwendung der Baugruppe nach einem der Ansprüche 1-8 zur Herstellung eines DIMM-Halbleiterspeichermoduls, welches in jedem von acht Ausschnitten (A1-A8), zwei Rücken an Rücken gestapelte DRAM-Halbleiterspeicherchips (10, 11) aufweist.
  10. 10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass 32 DRAM-Halbleiterchips auf dem DIMM-Halbleiterspeichermodul angeordnet werden.






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