-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Speichermodul und insbesondere
auf ein Speichermodul mit einer Wärmeableiteinrichtung zur Reduzierung
der Temperatur von Speicherbausteinen des Speichermoduls.
-
Ein
wesentlicher Parameter bei DRAM-Speicherbausteinen (DRAM = Dynamic
Random Access Memory) ist die Retention Time bzw. Speicherzeit,
während
derer jede Speicherzelle des Speicherbausteins eine hier in Form
einer elektrischen Ladung ge- speicherte Informationen sicher lesbar
beibehält.
Je länger
die Speicherzeit ist, desto geringer ist die zum Auffrischen der
Speicherzellen im zeitlichen Mittel erforderliche elektrische Leistung. Besonders
für batteriebetriebene
Anwendungen, beispielsweise für
Mobilfunk-Anwendungen, wird ein möglichst geringer Leistungsbedarf
gewünscht. Üblicherweise
wird eine Speicherzeit von ca. 64 ms gefordert. Die Speicherzeit
wird durch die elektrostatische Kapazität eines Kondensators, den jede
einzelne Speicherzelle aufweist, und verschiedene parasitäre Leckströme, über die
der Kondensator seine Ladung verliert, bestimmt. Die fortschreitende
Miniaturisierung und die wachsende Integrationsdichte von DRAM-Speicherbausteinen
bedingen immer kleinere Schaltungsgeometrien. Aufgrund der immer
kleineren Schaltungsgeometrien wird es immer schwieriger DRAM-Speicherbausteine
herzustellen. Insbesondere erfordert es immer höheren Aufwand die Kapazität des Kondensators
jeder einzelnen Speicherzelle in Höhe von ca. 20 fF bis 40 fF
zu realisieren. Dadurch sinkt insbesondere die Ausbeute derjenigen Speicherbausteine
im Herstellungsprozeß,
deren sämtliche
Speicherzellen die Anforderung an die Speicherzeit erfüllen.
-
Die
Leckströme,
die den allmählichen
Verlust der Speicherzellenladung bewirken, sind temperaturabhängig. Je
höher die Halbleitertemperatur
bzw. die Temperatur des Halbleitermaterials des Speicherbausteins
ist, desto höher
sind die Leckströme.
Ein Temperaturunterschied von 2°C
bis 3°C
bewirkt bereits eine Veränderung
der Speicherzeit um 10 ms bis 15 ms.
-
Die
meisten der heute hergestellten Speicherbausteine werden in Form
von Speichermodulen bzw. Speichergruppen verkauft. Ein Speichermodul
weist eine Platine auf, auf die in der Regel eine Mehrzahl von Speicherbausteinen
gelötet
ist.
-
3 zeigt
ein Beispiel für
ein herkömmliches
Speichermodul mit einer Platine 10, auf dessen Vorderseite
vier einzelne Speicherbausteine 12 montiert sind. Das Speichermodul
wird über
eine Kontaktleiste 14 bzw. eine lineare Anordnung von Kontaktstiften
oder Kontaktflächen
mit einer Applikation bzw. Anwendung, beispielsweise einer Hauptplatine
eines Computersystems, elektrisch leitfähig verbunden. In der Regel
wird das Speichermodul in einen entsprechenden Sockel gesteckt,
der beispielsweise auf einer Hauptplatine eines Computers angeordnet
ist. In den Speicherbausteinen 12 entsteht während ihres Betriebs
Wärme bzw.
Abwärme.
Diese wird entweder über
direkte Abstrahlung oder Konvektion an die Umgebung oder über die
elektrischen Kontakte 16 an die Speichermodulplatine 10 abgegeben.
Die Ableitung der Abwärme über die
elektrischen Kontakte ist der heute zumeist dominierende Wärmeableitungsmechanismus.
Dies gilt insbesondere für
die in der 3 dargestellten Speicherbausteine 12 in TSOP-Gehäusen (TSOP
= thin small outline package = oberflächenmontierbares Plastikgehäuse).
-
Die
US 6,212,076 B1 beschreibt
ein Speichermodul mit einer bedruckten Speicherplatine und Speicherkomponenten.
Die Schaltungsplatine umfaßt
zwei interne Metallschichten für
Leistungs-, Signal- und Masse-Verbindungen, die gleichzeitig für thermische
Verbindungen genutzt werden. Ferner sind an den Oberflächen der
Schaltungsplatine thermisch leitfähige Schichten vorgesehen.
Eine thermisch leitfähige Öffnung umfaßt ein be schichtetes Durchgangsloch,
welches im wesentlichen vollständig
von einem leitfähigen
Material gefüllt
ist. Thermisch leitfähige Öffnungen
sind über
Kontaktanschlußflächen und
Leitungen mit den Speicherkomponenten und ferner mit den internen
leitfähigen Schichten
und den thermisch leitfähigen
Schichten verbunden.
-
Die
DE 4118397 A1 beschreibt
eine mit einem Halbleiterbauelement IC bestückte Metallkernleiterplatte
LP mit einem Metallkern MK, der an beiden Seiten von einer Isolierschicht
IS
1, IS
2 bedeckt ist.
Im Bereich des Halbleiterbauelements IC ist die ihm zugewandte Isolierschicht
IS
1 ausgespart. Das Halbleiterbauelement
IC befindet sich über
einen wärmeleitenden
Kleber oder eine Wärmeleitpaste
in Wärmekontakt
mit dem Metallkern MK. Die in dem Halbleiterbauelement IC entstehende
Wärme wird über den
Metallkern MK abgeführt.
-
Die
DE 10033352 A1 beschreibt
eine elektronische Baugruppe mit einer Leiterplatte, an deren erster
Seite eine erste großflächige Leiterbahn
und an deren zweiter Seite eine zweite großflächige Kupferleiterbahn aufgebracht
ist. Durchkontaktierungen verbinden die erste Leiterbahn mit der
zweiten Leiterbahn. Auf der ersten Leiterbahn bzw. der zweiten Leiterbahn
sind Lotstopp-Barrieren aus einem hitzebeständigen Lötstopplack aufgebracht. Die
zweite Lotstopp-Barriere trennt einen zweiten Bestückungsabschnitt,
in dem ein elektronisches Bauelement aufgelötet ist, von einem mit den
Durchkontaktierungen versehenen Bereich der zweiten Leiterbahn.
An der gegenüberliegenden
ersten Seite der Leiterplatte ist ein Kühlkörper aufgelötet.
-
Die
DE 19740946 A1 beschreibt
eine Halbleiterbauelementanordnung aus einem Halbleiterbauelement
und einem Kühlelement
mit Positionierstiften. Das Halbleiterbauelement und das Kühlelement
weisen Ausrichtelemente auf, die beim Zusammenfügen des Halbleiterbauelements
und des Kühlelements
ineinander greifen und somit eine Lagepositionierung fest vorgeben.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes
Speichermodul bzw. ein Speichermodul mit einer verbesserten Speicherzeit zu
schaffen.
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Speichermodul gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfaßt ein
Speichermodul eine Platine, einen Speicherbaustein, der an der Platine
angebracht ist, eine Wärmeableiteinrichtung,
die zwischen dem Speicherbaustein und der Platine angeordnet ist,
und einen Rahmen, der am Rand der Platine angeordnet ist und ein wärmeleitfähiges Material
aufweist.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch
eine Verringerung der Temperaturanforderungen bzw. der Betriebstemperatur eines
Speicherbausteines eines Speichermoduls, bei der dieses fehlerfrei
betrieben werden kann, die Ausbeute im Herstellungsprozeß wesentlich
erhöht
wird. Ferner liegt der vorliegenden Erfindung die Erkenntnis zugrunde,
daß die
Betriebstemperatur eines Speicherbausteins auf einem Speichermodul
verringert wird, indem beim Betrieb entstehende Abwärme von
dem Speicherbaustein auf die Platine des Speichermoduls und über einen
Rahmen von der Platine abgeleitet wird.
-
Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß durch
die vorgesehene Wärmeableiteinrichtung
und den Rahmen die Wärmeabfuhr
von der Platine verbessert wird und die Temperatur des Speicherbausteins
reduziert und damit die Speicherzeiten von Speicherzellen des Speicherbausteins verlängert werden.
Durch verringerte Anforderungen an die Betriebstemperatur, bei der
ein Speicherbaustein fehlerfrei funktioniert und insbesondere ausreichende
Speicherzeiten aufweist, erhöht
sich die Ausbeute im Herstellungsprozeß des Speicherbausteins. Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß durch
die Anordnung der Wärmeableiteinrichtung
zwischen dem Speicherbaustein und der Platine der Herstellungsaufwand
und insbesondere Aufwand und Kosten der Bestückung der Platine mit dem Speicherbaustein
gegenüber
einem herkömmlichen
Speichermodul nicht oder nicht wesentlich erhöht werden. Ferner wird durch
diese Anordnung der Wärmeableiteinrichtung
eine Kompaktheit des Speichermoduls erhalten.
-
Bevorzugte
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
-
Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren
näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung eines Speichermoduls mit Beispielen für verschiedene Wärmeableiteinrichtungen;
-
2 eine
schematische Darstellung eines Speichermoduls mit einem wärmeleitfähigen Rahmen
gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
-
3 eine
schematische Darstellung eines herkömmlichen Speichermoduls.
-
Die 1 bis 3 sind
schematische Darstellungen von Speichermodulen, die jeweils eine Platine 10 aufweisen,
an deren dargestellter Oberfläche 20 mehrere
Speicherbausteine 12 angebracht sind. Die Platine 10 weist
eine Kontaktleiste 14 mit mehreren Kontaktflächen 18 auf, über die
sie beispielsweise mit einer Hauptplatine eines Computers verbunden
werden kann. In den 1 bis 3 nicht dargestellt
sind Leiterbahnen und gegebenenfalls integrierte Schaltungen, über die
die Speicherbausteine 12 bzw. deren elektrische Kontakte 16 mit
der Kontaktleiste 14 verbunden sind.
-
Die
in 1 dargestellte Platine 10 weist an der
dargestellten Oberfläche 20 eine
Mehrzahl von Bestückungsorten 22, 24, 26, 28 auf.
An einem ersten Bestückungsort 22 ist
die Platine 10 mit einem Speicherbaustein 12 bestückt. Ein
nicht dargestellter dünner
flächiger
Zwischenraum zwischen der Platine 10 und dem Speicherbaustein 12 ist
durch eine Wärmeleitpaste
gefüllt.
Diese bildet eine hochgradige wärmeleitfähige Verbindung
zwischen dem Speicherbaustein 12 und der Platine 10 und
ermöglicht
damit eine effiziente Abführung
von Wärme,
die beim Betrieb des Speicherbausteins 12 in diesem erzeugt wird,
zu der Platine 10 hin.
-
Die
Platine 10 ist abgesehen von nicht dargestellten Lötstellen
zur Herstellung der elektrischen Kontakte 16 zu Speicherbausteinen 12 und
abgesehen von den Kontaktflächen 18 der
Kontaktleiste 14 vorzugsweise vollständig von einer Schicht Lötlack umgeben.
Dieser stellt eine Isolationsschicht dar, die eine näherungsweise
verschwindende elektrische Leitfähigkeit
und in der Regel eine schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweist. Alternativ
oder zusätzlich
zu der Anbringung einer Wärmeleitpaste
zwischen der Platine 10 und dem Speicherbaustein 12 ist
in einem Bereich an der Platine 10, der an den Speicherbaustein 12 angrenzt,
der Lötlack
entfernt. Dies ist insbesondere bei Verwendung der Wärmeleitpaste
aber auch ohne eine solche sinnvoll, um den Wärmeübergang von dem Speicherbaustein 12 zu
der Platine 10 zu erhöhen.
-
An
einem zweiten Bestückungsort 24 ist
als ein weiteres alternatives oder kombinierbares Merkmal zur Verbesserung
des Wärmeübergangs
eine Metallfläche 32 angeordnet.
Die Metallfläche 32 bedeckt
vorzugsweise einen möglichst
großen
Anteil der nach der vollständigen
Bestückung
der Platine 10 mit einem Speicherbaustein 12 bedeckten
Oberfläche
der Platine 10. Da Metall eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist verbessert
die Metallfläche 32 den Wärmeübergang
zwischen dem Speicherbaustein 12 und der Platine 10.
-
Ein
dritter Bestückungsort 26 ist
mit einer Mehrzahl von Kontaktlöchern 34 versehen.
Diese sind metallisiert und vorzugsweise mit Lötzinn oder einem anderen Metall
gefüllt.
Vorzugsweise erstrecken sich die Kontaktlöcher 34 von der dargestellten Oberfläche der
Platine 10 bis zu einer nicht dargestellten gegenüberliegenden
Oberfläche.
Die Kontaktlöcher 34 bewirken
aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit
des Metalls, das sie enthalten, eine Abfuhr von Wärme von
einem am dritten Bestückungsort 26 angeordneten
Speicherbaustein 12 zu der nicht dargestellten gegenüberliegenden
Oberfläche der
Platine 10 hin.
-
Ein
vierter Bestückungsort 28 ist
mit einer möglichst
großflächigen Leiterbahn 36 versehen,
die vorzugsweise mäanderförmig denjenigen
Teil der Platine 10 bedeckt, der nach einer vollständigen Bestückung mit
einem Speicherbaustein 12 bedeckt ist.
-
Die
Metallfläche 32,
die Kontaktlöcher 34 und
die Leiterbahn 36 machen sich jeweils zunutze, daß das oder
die Metalle, die sie aufweisen, eine gute bis sehr gute Wärmeleitfähigkeit
aufweisen. Die Wärmeabfuhr
wird jeweils vorzugsweise weiter verbessert, indem die Metallfläche 32,
die Kontaktlöcher 34 bzw.
die Leiterbahn 36 mit weiteren, nicht dargestellten Leiterbahnen
verbunden werden. Vorzugsweise werden sie mit Leiterbahnen verbunden,
welche Versorgungspotentiale führen.
Diese Leiterbahnen weisen in der Regel besonders große Querschnitte
auf, erstrecken sich über
die gesamte Platine 10 und eignen sich deshalb besonders
um Wärme von
den Speicherbausteinen 12 wegzuführen.
-
Die
Metallfläche 32,
die Kontaktlöcher 34 und
die Leiterbahn 36 sind miteinander kombinierbar. Beispielsweise
ist die Metallfläche 32 zur
großflächigen Aufnahme
von Abwärme
eines Speicherbausteines 12 über Kontaktlöcher 34 mit
einer weiteren Metallfläche
oder einer weiteren Leiterbahn auf der nicht dargestellten gegenüberliegenden
Seite der Platine 10 verbunden. Die Abwärme wird über die Kontaktlöcher 34 auf
die andere Seite der Platine 10 abgeleitet und dort über die
weitere Metallfläche
bzw. die weitere Leiterbahn beispielsweise an die Atmosphäre abgegeben.
-
In 2 ist
schematisch ein Speichermodul mit einem wärmeleitfähigen Rahmen gemäß der vorliegenden
Erfindung gezeigt.
-
Ein
Kühlblech 40 ist
unter einem oder mehreren Speicherbausteinen 12 angeordnet.
Das Kühlblech 40 nimmt
Abwärme
aus den Speicherbausteinen 12 auf und leitet sie großflächig in
die Platine 10 ein. Darüber
hinaus leitet es einen Teil der Abwärme an die umgebende Atmosphäre ab. Die
Verwendung des Kühlblechs 40 ist
besonders vorteilhaft, wenn eine Montagetechnik zum Einsatz kommt,
die keine Verlötung
der Speicherbausteine 12 mit der Platine 10 erfordert.
Eine solche Montagetechnik ist beispielsweise das Festpressen der
Speicherbausteine 12 mittels Mikronadeln auf der Platine 10.
Das Kühlblech 40 ist
vorzugsweise ein mechanisch eigenständiges Bauelement. Alternativ
ist es eine Metallisierung, die wie die Metallfläche 32 aus 1 ähnlich oder
gleich wie und vorzugsweise gleichzeitig mit Leiterbahnen auf der
Platine 10 gebildet wird.
-
Ein
Rahmen 50 ist am Rand der Platine 10 angeordnet
und weist ein Metall oder ein anderes sehr gut wärmeleitfähiges Material auf. Vorzugsweise
weist der Rahmen 50 Zapfen 52 auf, die beim Verbinden
des Speichermoduls mit einer Hauptplatine oder einem Sockel auf
derselben wärmeleitfähig mit der
Hauptplatine oder dem Sockel verbunden werden, um Abwärme an die
Hauptplatine bzw. den Sockel abzuführen. Der Rahmen 50 weist
beispielsweise einen einfachen Draht, eine vorzugsweise durch Lötzinn verdickte
bzw. verstärkte
Leiterbahn oder eine andere Metallbahn auf der Platine 10 auf.
-
Der
Rahmen 50 verbessert die Wärmeabfuhr von der Platine 10 und
reduziert so die Temperatur der Platine 10. Dadurch verbessert
er den Wärmeübergang
von den Speicherbausteinen 12 zur Platine 10.
-
Der
Rahmen 50 ist ferner mit den in den 1 und 2 dargestellten
Maßnahmen
kombinierbar. Beispielsweise wird die auch in 1 dargestellte
Metallfläche 32 vorzugsweise
erweitert bzw. unter dem Speicherbaustein 12 herausgeführt, um den
Rah men 50 zu berühren
und mit ihm direkt wärmeleitfähig verbunden
zu sein.
-
Auch
eine Kombination des Kühlblechs 40 mit
dem Rahmen 50 ist vorteilhaft. Das Kühlblech 40 nimmt Abwärme von
den Speicherbausteinen 12 auf und leitet sie großflächig in
die Platine 10 ein. Der Rahmen 50 nimmt die Abwärme aus
der Platine 10 auf und leitet sie an die Hauptplatine ab.
Dies ist besonders wirkungsvoll, wenn der Abstand zwischen dem Kühlblech 40 und
dem Rahmen 50 gering ist und sie sich entlang eines möglichst
großen
Teils des Rahmens 50 gegenüberliegen.
-
Alle
beschriebenen Maßnahmen
sind für Speichermodule
beliebiger Art, Form, Größe und Bestückung vorteilhaft
anwendbar.
-
- 10
- Platine
- 12
- Speicherbaustein
- 14
- Kontaktleiste
- 16
- elektrischer
Kontakt
- 18
- Kontaktfläche
- 20
- Oberfläche der
Platine 10
- 22,
- 24, 26, 28 Bestückungsort
- 32
- Metallfläche
- 34
- Kontaktloch
- 36
- Leiterbahn
- 40
- Kühlblech
- 50
- Rahmen
- 52
- Zapfen