CN1007096B - 使用工业标准存储芯片的重叠式双密度存储组件 - Google Patents

Abstract

重叠式双密度存储模块可由两片标准工业存储晶片构成。它是将一晶片的空接管脚与晶片允许管脚跨接，并将此晶片重叠在另一晶片上，除晶片选择管脚外，将已跨接(上层)晶片与相应的另一(下层)晶片的管脚相连。在最佳实施方案中，使用了64K或1兆位的DRAM(动态随机存取存储器)，上层晶片以U型金属片跨接于空管脚与晶片允许管脚之间，而此晶片允许管脚是弯向晶片本体的，使该晶片能保持在适当的位置上。此技术亦可用于重叠其他标准工业存储器或阵列晶片。

Description

本发明涉及半导体存储器或阵列，特别涉及一种重叠式双密度存储组件，它用的是工业标准存储芯片。

集成电路半导体存储芯片被广泛应用于从花费不多的家用或个人用计算机到大型主机系统等的数据处理系统中。集成电路存储芯片（以下称做存储芯片或芯片）包括封装式（或密封式）半导体存储阵列，并设有多个输入/输出管脚。现在，读/写存储芯片（亦称动态随机存取存储器DRAM）在全世界范围内可从许多供应商那里购得，对所有具有相同位存储容量的存储芯片来说，其封装尺寸及管脚分配都是标准化的，因此无论怎样的供应商，其提供的具有相同位存储容量的存储芯片都是可互换的。

一种常用的存储芯片是64KDRAM。此64KDRAM可存储大约65，000个数据位，并以双列直插式塑料，陶瓷或塑料/陶瓷封装大量供应。无论是怎样的供应商，由于封装尺寸及管脚分配的标准化，使所有64KDRAM都能互换。特别是，工业标准64KDRAM是以16脚封装的，它具有以下的管脚分配（这些管脚从芯片的的左上角开始，以逆时针顺序编号）：

管脚序号    脚的功能

1    空接-未使用。

2    数据输入。

3    启动写入。

4    行地址选择-芯片启动

5-7;9-13    地址。

8;16    电源。

14    数据输出。

15    列地址选择。

在进一步增加存储密度的探索中，计算机设计者已认识到采用重叠式存储芯片可以在一定的印刷电路板上使存储密度加倍。更特别的是：由于对应的地址，电源及数据线可以是并行的，因此两个存储芯片便可以物理方式互相重叠，而将其下层芯片装在一个印刷电路板或另外第二级组件上。分离的单独芯片，必须能使每一片芯片设有管脚位置，以便来选择上层芯片或下层芯片。当使用重叠式存储组件时，每个印刷电路板的单位面积的记忆存储密度便有效地倍增。以此有利的观念出发，技术上便采用了二个基本的方法以便重叠存储芯片，同时为上层及下层芯片设置分离的芯片选择管脚位置。

（1）较大的印刷电路板底板座

由于在置于电路板上的每片重叠式芯片位置需要两条芯片选择路径，使来自上层及下层芯片的芯片选择管脚可以接到两个分离的印刷电路板位置上。因此，例如两只标准16管脚的64KDRAM可被装在一个18脚的插座上，此插座为芯片设有分离接线线路，能接受来自上层及下层芯片的管脚。由于重叠两个16管脚芯片需要一个18脚的底板座，这种方法显然浪费了印刷电路板的空间。再者，一般都需要有装配重叠式DRAM的连接器或外套，以便提供从16管脚至18管脚的接线线路。由于连接器或外套 亦浪费了印刷电路板的空间，增加了成本及减低了重叠式组件的可靠性，因而抵销了重叠式芯片的一些优点。题目为“The    Challenge    of    Interconnection”的文章（B.T.Patterson，CIRCUIT    MANUFACTURING，February    1981，P.22-31）给出了采用一个接插件使两个集成电路重叠的这一现有技术。

（2）修改管脚分配

一片或两片芯片的管脚分配可以从原工业标准进行重新安排，以允许进行重叠。因此，例如在64KDRAM的标准工业管脚分配中，管脚1是个空接（未使用）的管脚，而管脚4是行地址选择（芯片启动）管脚。修正的64KDRAM芯片可以改成管脚1是行地址选择（芯片启动）管脚，而管脚4是空接（未使用）管脚。那时一工业标准且修改过的64KDRAM便可以进行重叠。虽然这种办法确实在印刷电路板上提供了16管脚的底板座，但应当理解修改过的芯片比标准工业芯片贵得多，因为前者并不是可以作为现成的成品而得到的。因此，非标准芯片所增加的成本便抵销了重叠式芯片的一些优点。

结果，虽然64KDRAM被广泛使用于个人、小型及主体计算机中，以及使用于非计算机方面的产品，如电视游戏机等，但在此以前并未认识到可以重叠两个64KDRAM而得到一个双密度存储组件，并且不增加印刷电路板底板座的大小，也不需要使用插座或外套，又无需修改管脚分配。

因此，本发明的一个目的是提供一个重叠式双密度存储组件，它使用与单一芯片相同大小的印刷电路板底板座。

本发明的另一个目的是提供一个重叠式双密度存储组件，它能直接装在电路板、多层陶瓷基底或其它第二级组件上，而不需要连接器或外套。

本发明的再一个目的是提供一个重叠式双密度存储组件，它使用了两片工业标准化集成电路存储组件。

本发明还有一目的是提供一种以适合于大量生产的方式来重叠工业 标准存储芯片的方法。

本发明的这些及其它目的是通过一重叠式双密度存储组件来实现的，该存储组件包括二片工业标准芯片，每芯片含有一个空接（未使用）管脚及一个芯片启动（选择）管脚。上层芯片的空接管脚和芯片启动管脚是电跨接的。上层芯片的芯片选择管脚是弯曲的，或此芯片选择管脚的末端是被去掉的，使得上层芯片的芯片选择管脚在两层芯片重叠时不会接触到下层芯片的芯片选择管脚。

然后将跨接的（上层）芯片重叠在下层芯片之上，除了芯片选择管脚以外，上层芯片的每一管脚与下层芯片的相对应的管脚相接触。而下层芯片可以装在印刷电路板或其它二级组件上。由此，对此重叠式存储组件来说，工业标准空接管脚位置变成了上层芯片选择管脚位置。而下层芯片选择管脚位置便是工业标准芯片选择管脚位置。

对于上述的64KDRAM，上层芯片的管脚1（空接）及管脚4（行地址选择）是跨接的，而且管脚4是弯曲的或其末端是剪掉的。除管脚4外，两层芯片重叠时所有管脚都是相接触的。对于重叠式存储组件而言，管脚1成了上层芯片选择管脚，而脚4成了下层芯片选择管脚。

在本发明的最佳实施方案中，对64KDRAM而言，其行地址选择管脚（管脚4）及空接管脚（管脚1）是以一U形金属片来跨接的。U形片的各末端都有一孔，U形片的大小是要使管脚1及4能装入其相应的一个孔内，而U形片的本身沿着芯片的本体延伸。当放上U形片后，将管脚4弯向芯片体，以将U形片保持在相当的位置上。于是，然后把上层芯片放在下层芯片的上面，而此组件便以传统的方法浸焊或波焊，焊接过程中也将U形金属片与管脚1及4焊接。

上述的双密度存储组件及该组件的制造过程允许了工业标准16管脚的64KDRAM被重叠在一个16管脚的集成电路板的底板座中，不需要使用外套或连接器。每步加工过程都是传统的，而且只在两只64KDRAM的共 同成本上增加一点费用。于是双密度存储组件便可在对成本或可靠性只有很轻微影响下实现。

本领域的专业人员将会认识到，本发明可以应用于重叠任何包括一空接管脚在内的工业标准管脚分配的DRAM芯片。由此，本发明可应用在包括一空接管脚在内的一18管脚的工业标准化管脚分配的一兆位DRAM上。只要工业标准化管脚分配包括一个空接管脚，本发明便可应用在任何读/写或只读存储器芯片上。因此，本发明可应用于重叠静态RAM、ROM（只读存储器）、PROM（可编程序只读存储器）及EPROM（可擦可编程序只读存储器）。还可认识到的是，只要工业标准芯片管脚分配包括有一芯片选择管脚及一空接管脚，便可应用本发明来重叠其它芯片的阵列芯片，例如：可编程序逻辑阵列芯片。

事实上应当认识到只要两层工业标准芯片都包括有一芯片选择管脚及一空接管脚，而且两芯片的每个管脚位置的功能相同（即：相同的管脚位置应用在地址、电源、数据、启动及空接各功能上），那么所重叠的芯片并不需要是相同的芯片。因此，举例而言，根据本发明便可以将一ROM与一PROM重叠在一起。只要二层芯片都包括一芯片选择管脚和一空接管脚，并且芯片上每个重叠管脚位置的功能是相同的，重叠的芯片的底板座的大小甚至是可以不相同的。

这里还可知道的是与上述不同的跨接技术也是可以应用的。例如，可以使用C、V或其它形状的金属片。换言之，金属片是可以由一个连接于芯片启动管脚及空接管脚之间的绕线来代替的。还应知道的是如有需要，可把跨接片装入一外套或连接器中，以使芯片可被容易地拆装。

下面通过举例，参照附图对本发明进行详细说明。附图中，

图1说明根据本发明的一重叠式64KDRAM组件的上层芯片的最佳实施方案。

图2说明根据本发明的一重叠式双密度64KDRAM组件的最佳实施方 案。

图3说明图2中重叠式双密度存储组件的管脚分配。

现在参看图1，图中示出了根据本发明的一重叠式组件的上层芯片。64KDRAM的上层芯片20包括1-16个管脚，它们是根据上述工业标准管脚分配，以槽21为基础来标记的。在工业标准管脚分配中，管脚1是空接的，即未使用的管脚;而管脚4是行地址选择管脚，它是作为64KDRAM的芯片启动之用。根据本发明，管脚1与管脚4是跨接的。如图1所示，跨接片是一U形金属片22，其两端分别有孔23及24。U形金属片的尺寸是要使孔23及孔24分别能与管脚1和管脚4对准。为了保证在芯片重叠时管脚4不与所对应的下层芯片的管脚4接触，并且保证U形片22能保持在适当位置上，如图所示，在U形片插入管脚1与管脚4后，将管脚4弯向DRAM本体。在最佳实施方案中，U形片22是以镀锡的黄铜制成的，以便能与镀锡的芯片管脚及传统的铅-锡焊料相容。

在本领域的专业人员将认识到，金属片22可以为C形（半圆形）V形或其它形状，并且该片可以放在管脚1和4的上面，使片体沿着芯片20的上面或旁边延伸。本领域的专业人员还可理解到，金属片22可以不需要有孔23与24。进一步说，金属片的末端可以紧靠在管脚1及4上，并将管脚4弯曲以将该片保持在适当的位置上。在焊接之前，可以使用胶将该片固定保持在紧靠在芯片的位置上。

还可以认识到的是与其将管脚4弯曲，不如将此脚的末端剪掉，以保证此脚在芯片重叠时不与下层芯片的相应的管脚4接触。如果脚4是剪掉而不是弯曲，则可以使用胶将金属片22保持在适当位置上。最后，还应了解，可以用一导线缠绕管脚1，布线于芯片20的上面或下面，再缠绕管脚4以提供必要的跨接。

现在参看图2，图中示出了根据本发明的重叠式双密度组件30，组件30提供了128K位的储存量。上层芯片20放在下层芯片25上面，使得上层 芯片20的各管脚除了行地址选择管脚4外，都能与下层芯片25的相应的各管脚接触。这样，组件30可以用传统的方法浸焊或波焊。焊接过程中，可将导电的U形片焊接至管脚1和管脚4上。本领域的专业人员理解到，如果将一没孔的导电片紧靠上层芯片20的管脚1及4上，便要先以一个高温焊接过程将该片焊在管脚1和管脚4上。然后将上层芯片20与下层芯片25重叠，并以一个低温焊接过程将二层芯片焊接在一起，因而保证不会干扰金属片。

还应了解的是，除焊接外，可以用电连接器或外套来装配芯片20和芯片25。该外套亦可包含安装在内部的跨接片，以将上层芯片20的管脚1和管脚4电连接。这种外套以可靠度及封装密度为代价提供了容易拆装的芯片。

图3示出了根据本发明的128K重叠式存储组件30的管脚分配。除了脚1现已是上层芯片的行地址选择（芯片启动）管脚，而管脚4是下层芯片的行地址选择（芯片启动）管脚外，其它管脚分配与工业标准64KDRAM的管脚分配相当，组件已不再含有空接管脚位置。此组件可以按传统方法装在一个印刷电路板上或其它第二级级组件上，而以分离的信号线布线至上层芯片的行地址选择管脚位置1及下层芯片的行地址选择管脚位置4。

本领域专业技术人员将会理解，文中使用的“芯片”一词是指一片或多片半导体材料而言，其中包括一密封或封装在塑料、陶瓷或其它材料内且设有多个输入/输出管脚的存储阵列。本文所使用的“组件”一词是指根据本发明所重叠的两层芯片。要注意的是其它参考文献中有时所用的各词IC（集成电路）、LSI（大规模集成电路）、DIP（双列直插组件）或组件是与本文中所使用的名词“芯片”同义，在这些参考文献中使用名词芯片是指半导体材料本身。

虽然已参照一最佳实施方案对本发明进行了专门的说明和描述，但 本领域的专业技术人员将会理解，在不脱离本发明的精神与范围的前提下，是可以在形式和细节上做出各种各样的更改的。

Claims (3)

1、一种双密度存储组件，包括第一及第二工业标准存储芯片，每一芯片包含多个地址、电源及数据管脚，以及一芯片选择管脚和一未使用管脚，这些管脚在所说的第一及第二芯片上都有相同的管脚位置，除了所说的芯片选择管脚外，在所说的第一芯片上的各管脚都与所说的第二芯片上的各对应的管脚连接，其特征在于，

所说的第一芯片上的各管脚都与所说的第二芯片上的各对应的管脚直接相连；以及

设置一导电片，用来将所说第一芯片上的所说的芯片选择管脚和所说的未使用管脚连接起来；

其中所说的第二芯片上的未使用管脚起着将所说第一芯片上的所说的芯片选择管脚延伸的作用。

2、根据权利要求1所述的双密度存储组件，其特征在于，所说的第一芯片上的芯片选择管脚是弯向第一芯片的，使得所说的第一芯片上的芯片选择管脚不会与所说的第二芯片上的芯片选择管脚接触。

3、根据权利要求1所述的双密度存储组件，其特征在于，所说的第一芯片上的芯片选择管脚的末端被去掉，使得所说的第一芯片上的芯片选择管脚不会与所说的第二芯片上的芯片选择管脚接触。