DE102004041027B4

DE102004041027B4 - Speichermodul

Info

Publication number: DE102004041027B4
Application number: DE102004041027A
Authority: DE
Inventors: Peter Pöchmüller
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2004-08-25
Filing date: 2004-08-25
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2024-08-26
Also published as: DE102004041027A1; US20060049515A1; US7317248B2

Abstract

Speichermodul (1)
mit einer Leiterplatte (2);
mit einem oder mehreren Speicherbausteinen (3), die in einem ersten Bereich der Leiterplatte (2) angeordnet und durch die Leiterplatte (2) kontaktiert sind;
mit einem Pufferbaustein (4) zum Ansteuern der Speicherbausteine und zum Kommunizieren mit einem Speichermodul (1) externen System, wobei der Pufferbaustein (4) in einem zweiten Bereich der Leiterplatte angeordnet und durch die Leiterplatte (2) kontaktiert ist;
wobei der erste und der zweite Bereich (5, 6) der Leiterplatte (2) voneinander im Wesentlichen thermisch entkoppelt sind;
dadurch gekennzeichnet, dass
die Leiterplatte (2) einen Zwischenbereich (7) aufweist, der zwischen dem ersten Bereich (5) und dem zweiten Bereich (6) angeordnet ist und eine gegenüber dem erstem und zweiten Bereich der Leiterplatte (2) reduzierte Wärmeleitfähigkeit aufweist, wobei in dem Zwischenbereich mehrere Durchgänge in mehreren Reihen angeordnet sind, die zueinander versetzt angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Speichermodul, wobei ein oder mehrere Speicherbausteine auf einer Leiterplatte aufgebracht sind und die Leiterplatte mit einem Gesamtsystem verbunden werden kann.
Neuartige Speichermodule weisen üblicherweise eine Leiterplatte auf, auf der Speicherbausteine aufgebracht sind, die über Umverdrahtungsleitungen auf der Leiterplatte mit einem Pufferbaustein, der ebenfalls auf der Leiterplatte aufgebracht ist, in Verbindung stehen. Der Pufferbaustein dient dabei dazu, eine sehr schnelle Punkt-zu-Punkt-Verbindung mit einem externen Speichercontroller zur Verfügung zu stellen. D.h., der Pufferbaustein stellt eine sehr schnelle serielle Datenverbindung mit einem Gesamtsystem her. Der Pufferbaustein parallelisiert in die Speicherbausteine zu schreibende Daten und seriellisiert die aus den Speicherbausteinen zu lesenden Daten. Auf diese Weise findet die Kommunikation auf der Leiterplatte des Speichermoduls bei einer niedrigeren Taktgeschwindigkeit statt als die Kommunikation zwischen dem Speichermodul und dem Gesamtsystem.
Aufgrund dieser Funktion, insbesondere aufgrund der hohen Übertragungsfrequenz der Pufferchips zum Gesamtsystem weist der Pufferbaustein eine sehr große Leistungsaufnahme auf. Diese große Leistungsaufnahme führt zu einer starken Erwärmung des Pufferbausteins im Betrieb. Die Wärmeentwicklung des Pufferbausteins beeinflusst über die Wärmeleitung der Leiterplatte auch die auf der Leiterplatte aufgebrachten Speicherbausteine, da erhöhte Temperaturen der Speicherbausteine zu erhöhten Leckströmen der Speicherzellen führen und damit die Anforderungen an die Datenhaltezeit der Speicher negativ beeinflussen.
Abgesehen von verschiedenen Ansätzen, die Leistungsaufnahme des Pufferbausteins zu reduzieren, sind bislang keine Maßnahmen bekannt, die Speicherbausteine vor einer erhöhten Wärmeentwicklung in dem Pufferbaustein zu schützen.

Aus der Druckschrift DE 41 21 545 C2 ist ein elektrisches Gerät mit einer Leiterplatte bekannt, auf der in einem Bereich wärmeerzeugende Bauteile und in einem weiteren Bereich wärmeempfindliche Bauteile angeordnet sind, die durch eine Aussparung thermisch voneinander entkoppelt sind.

Auch aus der Druckschrift US 6,205,028 B1 ist eine Leiterplatte mit einem Bauelement bekannt, das von übrigen Bereichen der Leiterplatte durch eine Ausnehmung thermisch entkoppelt ist.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Speichermodul zur Verfügung zu stellen, auf dem die Speicherbausteine gegen eine zu starke Erwärmung geschützt sind.

Diese Aufgabe wird durch das Speichermodul nach Anspruch 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß ist ein Speichermodul mit einer Leiterplatte vorgesehen. Auf der Leiterplatte ist einer oder mehrere Speicherbausteine angeordnet, die in einem ersten Bereich der Leiterplatte angeordnet sind und durch die Leiterplatte kontaktiert sind. Es ist weiterhin ein Pufferbaustein zum Ansteuern der Speicherbausteine und zum Kommunizieren mit einem Speichermodul-externen System vorgesehen. Der Pufferbaustein ist in einem zweiten Bereich der Leiterplatte angeordnet und durch die Leiterplatte kontaktiert. Der erste und zweite Bereich der Leiterplatte sind voneinander im Wesentlichen thermisch entkoppelt.

Das erfindungsgemäße Speichermodul hat den Vorteil, dass ein auf dem Speicherbaustein angeordneter Pufferbaustein, der üblicherweise eine sehr hohe Leistungsaufnahme und bedingt dadurch eine sehr hohe Wärmeentwicklung aufweist, thermisch entkoppelt zu den Speicherbausteinen ist, so dass eine Erwärmung der Speicherbausteine aufgrund der Nähe zu dem Pufferbaustein reduziert wird bzw. vermieden wird. Dadurch kann die Lebensdauer der Speicherbausteine erhöht und die negativen Einflüsse auf die Datenhaltezeit der Speicherzellen aufgrund von erhöhten Leckströmen reduziert werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Leiterplatte einen Zwischenbereich auf, der zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich angeordnet ist und eine gegenüber dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich der Leiterplatte reduzierte Wärmeleitfähigkeit aufweist. Dies stellt ein einfaches Mittel dar, den ersten Bereich mit dem Pufferbaustein und den zweiten Bereich mit den Speicherbausteinen thermisch zu entkoppeln.

Vorzugsweise kann der Zwischenbereich der Leiterplatte mit einem oder mehreren Durchgängen versehen sein, so dass der erste Bereich und der zweite Bereich durch Stege der Leiterplatte miteinander verbunden sind, die einen reduzierten Querschnitt aufweisen, um so den thermischen Widerstand zu erhöhen.

Vorzugsweise ist der Zwischenbereich der Leiterplatte mit einem oder mehreren Durchgängen versehen, um die Wärmeleitfähigkeit des Zwischenbereichs zu reduzieren. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Innenwände der Durchgänge unbeschichtet sind, d.h. nicht mit einer Metallisierungslage versehen sind.

Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass in den einen oder mehreren Durchgängen ein Kühlelement befestigt wird, um die Wärme zwischen dem ersten und zweiten Bereich abzuleiten. Insbesondere kann das Kühlelement eingelötet sein, um durch die Lötverbindung eine möglichst gute thermische Leitfähigkeit zwischen dem Kühlelement und dem Zwischenbereich herzustellen.

Insbesondere kann das Kühlelement in thermischem Kontakt mit einer weiteren Leiterplatte stehen, z.B. mit einer Leiterplatte des Speichermodul-externen Systems, um Wärme abzuleiten. Dies ermöglicht einen möglichst guten Wärmeausgleich zwischen den Leiterplatten des Gesamtsystems, insbesondere um thermisch bedingte mechanische Spannungen zu reduzieren.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Leiterplatte eine Versorgungsleiterfläche aufweisen, an die ein Versorgungspotential anlegbar ist, wobei die Versorgungsleiterfläche in einem Zwischenbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich der Leiterplatte von Aussparungen unterbrochen ist. Auf diese Weise ist die Querschnittsfläche der Verbindungsbereiche für die elektrische Verbindung zwischen dem entsprechenden Abschnitt der Versorgungsleiterfläche in dem ersten Bereich und dem entsprechenden Abschnitt der Versorgungsleiterfläche in dem zweiten Bereich reduziert, so dass die insgesamt üblicherweise hohe Wärmeleitfähigkeit einer Metallisierungslage durch die Reduzierung der Querschnittsfläche kompensiert wird, so dass die Wärmeleitfähigkeit, die zu einem großen Teil durch die Versorgungsleiterfläche hervorgerufen wird, reduziert ist.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein herkömmliches Speichermodul mit einem Pufferbaustein und mit mehreren Speicherbausteinen gemäß dem Stand der Technik;
2 ein erfindungsgemäßes Speichermodul gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
3 ein Speichermodul mit einem Kühlelement gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
4 ein Speichermodul mit einem Steg gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
5 eine Ansicht einer Leiterplatte für ein Speichermodul, bei der die Versorgungsleiterfläche des ersten und zweiten Bereiches voneinander thermisch entkoppelt sind.
1 zeigt ein Speichermodul 1 mit einer Leiterplatte 2, auf der mehrere Speicherbausteine 3 und ein Pufferbaustein 4 angeordnet sind. Auf der Leiterplatte 2 sind (nicht im Detail gezeigte) Leiterbahnen angeordnet, die die Speicherbausteine 3 mit dem Pufferbaustein 4 bzw. mit einer an der Leiterplatte 2 angebrachten als Steckverbindung 15 ausgebildeten Schnittstelle in geeigneter Weise verbinden, um das Speichermodul 1 zu bilden, das von einem externen System angesteuerbar ist. Das Speichermodul 1 dient vorwiegend dazu, Daten von dem externen System zu empfangen und in den Speicherbausteinen 3 zu speichern und Daten aus den Speicherbausteinen 3 auszulesen und dem externen System zur Verfügung zu stellen.
Anstelle des Steckverbinders 15 kann auch jede andere Art von Anschlusskontakten bereitgestellt werden, mit der die Leiterplatte 2 mit dem externen System fest verbunden werden kann.
Der Pufferbaustein 4 dient dazu, über die Steckverbindung 15 einen schnellen hochfrequenten Datenübertragungsweg mit dem externen System zur Verfügung zu stellen und die von dem externen System empfangenen Daten, die in die Speicherbausteine 3 gespeichert werden sollen, in geeigneter Weise zu parallelisieren und den Speicherbausteinen 3 mit einer reduzierten Taktfrequenz zur Verfügung zu stellen. Daten, die aus den Speicherbausteinen 3 ausgelesen werden sollen, werden von dem Pufferbaustein empfangen, dort seriellisiert und mit einer hohen Übertragungsfrequenz an das externe System übertragen. Der Pufferchip 4 stellt ein neuartiges System dar, eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung mit dem externen System herzustellen, die es ermöglicht, Datenübertragungen mit hohen Übertragungsfrequenzen zu ermöglichen. Die Speicherbausteine 3 sind vorzugsweise DRAM-Speicherbausteine, insbesondere DDR- Speicherbausteine (Double Data Rate Speicherbausteine), können jedoch auch mit anderen Arten von Speicherzellen aufgebaut sein.
In 2 ist ein Speichermodul 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Im folgenden beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente oder Elemente gleicher Funktion. Beim Speichermodul 1 der 2 sind die Speicherbausteine 3 in einem ersten Bereich der Leiterplatte 2 und der Pufferbaustein 4 in einem zweiten Bereich 6 der Leiterplatte 2 angeordnet. Die Leiterplatte 2 ist im Wesentlichen rechteckig dargestellt, kann jedoch auch jede beliebige andere Form aufweisen. Zwischen dem ersten Bereich 5 und dem zweiten Bereich 6 der Leiterplatte 2 ist ein Zwischenbereich 7 vorgesehen, der zur thermischen Entkopplung des ersten Bereichs 5 und des zweiten Bereichs 6 dient. Der Zwischenbereich 7 weist eine Anzahl von Durchgangsbohrungen 9 auf, um die thermische Leitfähigkeit zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich 6 zu reduzieren. Die Durchgangsbohrungen reduzieren die Querschnittsfläche, mit der der erste Bereich mit dem zweiten Bereich verbunden ist, so dass bei gleicher spezifischer Wärmeleitfähigkeit der Leiterplatte 2 ein höherer Wärmewiderstand erreicht wird.
Die Durchgangsbohrung 9 sind vorzugsweise, im Gegensatz zu anderen auf der Leiterplatte 2 vorgesehenen Durchkontaktierungen, vorzugsweise nicht metallisiert, so dass dadurch die Wärmeleitung zwischen dem ersten und zweiten Bereich nicht unnötigerweise erhöht wird. Leiterbahnen 8, die beispielhaft als Verbindungen zwischen dem Pufferbaustein 4 und den Speicherbausteinen 3 dargestellt sind, werden um die Durchgangsbohrungen 9 auf den verbleibenden Stegen herumgeführt. In einer möglichen Anordnung der Durchgangsbohrungen 9 sind die Bohrungen in mehreren Reihen zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich 5, 6 zueinander versetzt angeordnet. Der Durchmesser der Durchgangsbohrungen 9 und die Abstände der Durchgangsbohrungen 9 sind vorzugsweise so gewählt, dass die mechanische Stabilität der Leiterplatte nicht oder nicht wesentlich beeinträchtigt ist.
Gemäß der Ausführungsform der 2 ist vorteilhaft, wenn mindestens 20% der Fläche des Zwischenbereichs von den Durchgangsbohrungen 9 eingenommen wird. Das Einbringen der Durchgangsbohrungen 9 kann durch einem Fachmann bekannte Verfahren wie Bohren, Laserbohren, Tiefenätzen oder ähnliche Verfahren erzeugt werden.
Die Ausgestaltung des Zwischenbereichs 7 der voneinander thermisch entkoppelten Bereiche der Versorgungsleiterfläche 13 ist so gestaltet, dass vorzugsweise die Querschnittsfläche der Versorgungsleiterfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich 5, 6 um 50% oder mehr reduziert ist, um eine nennenswerte thermische Entkopplung zu erreichen.
In 3 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leiterplatte 2 dargestellt. Dort sind in die Durchgangsbohrungen 9 Halteelemente 10 eines Kühlelements 11 eingebracht, das die in dem Zwischenbereich 7 übertragene Wärme aufnimmt, um diese in die Umgebung abzugeben. Alternativ kann das Kühlelement 11 mit einer weiteren Wärmesenke, wie beispielsweise eine Leiterplatte des externen Systems, eines Gehäuses oder eines sonstigen Elementes in Verbindung stehen, um Wärme abzuleiten.
Selbstverständlich kann das Kühlelement auch mit einem Kühlventilator oder dgl. versehen sein, um eine noch bessere Wärmeableitung in die Umgebung zu erreichen.
In 4 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dort sind der erste Bereich 5 und der zweite Bereich 6 miteinander durch einen schmalen Steg 12 der Leiterplatte 2 verbunden. Der schmale Steg 12 wird in dem Zwischenbereich 7 der Leiterplatte 3 gebildet. Auch mehrere Stege 12 können vorgesehen sein. In dem Zwischenbereich 7 erstrecken sich Aussparungen von gegenüberliegenden Rändern der Leiterplatte 2 bis zu dem Steg 12, der eine Breite aufweist, die ausreichend ist, um die mechanische Stabilität des Speichermoduls 1 zu gewährleisten und der eine ausreichende Oberfläche aufweist, um die Verbindungsleiterbahnen zwischen den Speicherbausteinen 3 und dem Pufferbaustein 4 aufzunehmen. Die Lage des Steges 12 bezüglich des ersten und zweiten Bereichs 5, 6 ist im Wesentlichen frei wählbar, wobei jedoch eine mittige Anordnung des Steges bezüglich einer Breite des Speichermoduls vorteilhaft ist, um Torsionmomente zu minimieren, die auf den Steg einwirken können.
In 5 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform weist die Leiterplatte 2 des Speichermoduls 1 eine Versorgungsleiterfläche 13 auf, die entweder auf eine Oberfläche der Leiterplatte oder in einer Zwischenlage der Leiterplatte 2 vorgesehen ist. Die Versorgungsleiterfläche 13 dient dazu, eine Versorgungsspannung mit einem möglichst geringen elektrischen Widerstand an jeder Stelle der Leiterplatte 2 bereit zu stellen, an der die Versorgungsspannung von einem darauf aufgebrachten Baustein benötigt wird. Um von der Versorgungsleiterfläche 13 isolierte Kontaktierungen zu den Bausteinen 3, 4 zu gewährleisten und Leiterbahnen isoliert von der Versorgungsleiterfläche zu führen, werden entweder Aussparungen in der Versorgungsleiterfläche 13 vorgesehen, um die Kontakte bzw. die Leiterbahn elektrisch von der Versorgungsleiterfläche zu isolieren oder die Kontakte und Leiterbahnen werden in einer anderen Leiterbahnebene der Leiterplatte 2 vorgesehen.
Bei der Ausführungsform der 5 ist abweichend von einer bisherigen flächigen Ausbildung der Versorgungsleiterfläche diese zweiteilig ausgeführt. Ein erster Teil der Versorgungsleiterfläche ist in dem ersten Bereich 5 und ein zweiter Teil der Versorgungsleiterfläche in dem zweiten Bereich 6 der Leiterplatte 2 angeordnet. Die Versorgungsleiterflächen 13 sind miteinander über leitende Verbindungsstege 14 in Verbindung, die ausreichend groß sind, um einen möglichst geringen elektrischen Widerstand zur Verfügung zu stellen, die jedoch einen hohen Wärmewiderstand aufweisen. Sie können beispielsweise durch Stege zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich 5, 6 der Versorgungsleiterfläche realisiert werden. Insbesondere die thermische Entkopplung der Versorgungsleiterflächen in den zwei Bereichen 5, 6 der Leiterplatte 2 führt zu einer starken thermischen Entkopplung des ersten und zweiten Bereichs 5, 6, da die Versorgungsleiterflächen 13 üblicherweise flächig aus einer Metalllage ausgeführt werden, die sehr stark wärmeleitfähig ist.

1: Speichermodul
2: Leiterplatte
3: Speicherbaustein
4: Pufferbaustein
5: erster Bereich
6: zweiter Bereich
7: Zwischenbereich
8: Verbindungsleiterbahn
9: Durchgangsbohrung
10: Halteelemente
11: Kühlelement
12: Steg
13: Versorgungsleiterfläche
14: Verbindungssteg
15: Steckverbindung

Claims

Speichermodul (1) mit einer Leiterplatte (2); mit einem oder mehreren Speicherbausteinen (3), die in einem ersten Bereich der Leiterplatte (2) angeordnet und durch die Leiterplatte (2) kontaktiert sind; mit einem Pufferbaustein (4) zum Ansteuern der Speicherbausteine und zum Kommunizieren mit einem Speichermodul (1) externen System, wobei der Pufferbaustein (4) in einem zweiten Bereich der Leiterplatte angeordnet und durch die Leiterplatte (2) kontaktiert ist; wobei der erste und der zweite Bereich (5, 6) der Leiterplatte (2) voneinander im Wesentlichen thermisch entkoppelt sind; dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (2) einen Zwischenbereich (7) aufweist, der zwischen dem ersten Bereich (5) und dem zweiten Bereich (6) angeordnet ist und eine gegenüber dem erstem und zweiten Bereich der Leiterplatte (2) reduzierte Wärmeleitfähigkeit aufweist, wobei in dem Zwischenbereich mehrere Durchgänge in mehreren Reihen angeordnet sind, die zueinander versetzt angeordnet sind.
Speichermodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenbereich (7) mehrere Stege (12) aufweist, die den ersten und den zweiten Bereich (5, 6) miteinander verbinden.
Speichermodul (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Innenwände der Durchgänge (9) unbeschichtet sind.
Speichermodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den mehreren Durchgängen (9) ein Kühlelement (11) befestigt wird, um Wärme abzuleiten.
Speichermodul (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (11) in den Durchgängen eingelötet ist.
Speichermodul (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (11) in thermischen Kontakt mit einer weiteren Leiterplatte (2) steht, um Wärme abzuleiten.