Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Zeitmessung von Signalen an Pins oder Lötstützpunkten
von auf einem Halbleiterschaltungsmodul insbesondere in Ball-Grid-Array (BGA)-Technik
montierten oder montierbaren Halbleiterchips, insbesondere Halbleiterspeicherchips, wobei
mittels einer geeigneten Messsonde von einem jeweiligen Signalpin
oder einem mit diesem in kurzem Abstand unmittelbar verbundenen
Leiterabschnitt oder Lötstützpunkt
ein Signal abgeleitet und mit einer Zeitreferenz verglichen wird.
Bei mit Registern versehenen Halbleiterspeichermodulen
werden die kapazitiven Lasten zum Speicher Sub-Channel-Bus gepuffert
und wieder verstärkt.
Für die
Auffrischung des Taktsignals wird eine PLL-Schaltung verwendet,
während
zur Auffrischung der Befehls- und Adresssignale (CMD-ADR-Bus) getaktete
Pufferregister verwendet werden.
Damit die korrekte Funktion erhalten
bleibt, muss sichergestellt werden, dass das Taktsignal alle Teile
auf dem Speichermodul, die ihre zeitliche Steuerung auf den Systemtakt
beziehen, in einem speziellen Zeitrahmen erreicht, als da sind die
PLL-Schaltung an sich und die Register und DRAM-Halbleiterspeicherbausteine. Der genannte
Zeitrahmen liegt bei gewissen DDR-Speichermodulen, die mit einem differentiellen
Taktsignal bei 133 MHz betrieben werden, etwa bei –100 bis
+100 ps.
Da PVT-(Process Voltage Temperature)
Variationen von den betreffenden Teilen den Taktjitter der PLL-Schaltung
und die Verstärkung
der Treiberverstärker
stark beeinflussen, müssen bei
jedem einzelnen Speichermodul die Einflüsse der Belastung der DRAM-Halbleiterspeicherbausteine
und der Register auf den Schnittpegel des positiven und negativen Taktsignals
durch eine spezielle Zeitmessung gemessen werden, um sicherzustellen,
dass das Taktsignal innerhalb des genannten spezifizierten Zeitrahmens
ankommt.
Bei bis heute üblichen Halbleiterschaltungschips,
deren Anschlussbeinchen bzw. -pins seitlich herausragen (zum Beispiel
so genannte TSOP-Chiptypen) können
für die
oben erwähnte
Zeitmessung die Signale direkt von den Anschlusspins der Chips mittels
einer geeigneten Messsonde abgeleitet werden.
Mit höher werdender Arbeitsgeschwindigkeit von
DRAM-Speichermodulen der zweiten Generation (DDR-II-Module), die
mit einer Taktfrequenz von bis zu 266 MHz arbeiten ist man zu der
so genannten Ball-Grid-Array (BGA)-Technik übergegangen, die bessere elektrische
Kennwerte, zum Beispiel kleinere parasitäre Induktivitäten liefert.
Dieser Chippackungs- und Kontaktierungstyp wird für PLLs,
Register und DRAM-Bausteine verwendet. Da dabei sämtliche
Anschlusspins unter dem Chipkörper
selbst liegen, befinden sich in den meisten Fällen auch die den Anschlusspins
zugeordneten Lötstützpunkte
des Moduls (zum Beispiel eines DIMM-Boards) unter dem Chipkörper selbst,
so dass sie für
die Zeitmessung von der Messsonde nicht oder nur mit Hilfe bestimmter
Hilfsmaßnahmen
erreichbar sind.
Bislang hat man zur Überwindung
dieser Schwierigkeiten bei mit Halbleiterschaltungschips in Ball-Grid-Array-Technik
bestückten
bzw. bestückbaren
Modulen folgende Maßnahmen
ergriffen:
- 1. Auf einseitig bestückten Modulen,
bei denen sich die Komponenten nur auf einer Seite einer Leiterplatte
befinden kann ein Zugriff zu den Signalleitungen durch eine Durchkontaktierung
(Via) gewährleistet
werden, die von der einen bestückten
Seite des Moduls zur anderen unbestückten Seite führt und
so nahe wie möglich
zu dem zu prüfenden
oder zu testenden Anschluss (ball) des Halbleiterschaltungschips
angeordnet ist. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass eine
die Durchkontaktierung schützende
Maske vor der Messung entfernt werden muss, so dass der Schaltungsentwurf
in einen messbaren Teil mit offenen Durchkontaktierungen und einen
zum Verkauf vorgesehenen Teil mit geschützten Durchkontaktierungen
aufgesplittet werden muss. Außerdem
lassen sich zweiseitig bestückte
Halbleiterschaltungsmodule auf diese Weise nicht messen, da bei
ihnen kein Platz für
die jeweiligen Durchkontaktierungen zur anderen Seite des Moduls
vorhanden ist.
- 2. Auf zweiseitig bestückten
Halbleiterschaltungsmodulen wurde das Layout durch besondere Testpunkte
ergänzt,
die der Messsonde einen direkten Zugang erlauben. Selbstverständlich müssen diese
Testpunkte so dicht wie möglich
an dem zu testenden bzw. zu messenden Lötstützpunkt des betreffenden Pins
(ball) liegen. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, dass
nicht zu allen relevanten Signalen zugegriffen werden kann, da sehr dicht
bestückte
Module mit höchster
Leiterdichte den zusätzlichen
Platz für
diese Testpunkte nicht haben. Außerdem wird durch die hinzugefügten Testpunkte
und die kurzen Leiterverbindungen zu ihnen, die kapazitive Last
verändert.
Versuche
haben gezeigt, dass sich die beiden oben genannten Verfahren hinsichtlich
ihrer Messgenauigkeit nur sehr wenig unterscheiden.
- 3. Weiterhin wurden sockelartige Messadapter zwischen Chip und
Halbleiterschaltungsmodul gelötet.
Der Aufwand dafür
ist sehr groß,
und außerdem
hat ein derartiger Adapter einen nicht zu vernachlässigen Einfluss
auf die Messwerte.
- 4. Schließlich
hat man so genannte Drahtadapter zwischen den Signalpin des Halbleiterschaltungschips
und den zugeordneten Lötstützpunkt
auf dem Halbleiterschaltungsmodul gelötet. Am freien Ende des Drahts
kann die Messsonde das zu messende Signal abnehmen. An der Unterseite muss
dieser Drahtadapter eine Isolation haben, damit keine ungewollte
Verbindung mit darunter liegenden Leiterbahnen hergestellt wird.
Dieses Verfahren hat allerdings den Nachteil, dass es nicht bei
allen Chips auf einem Modul verwendet werden kann und dass die beim
Löten entstehende
Hitze den Drahtadapter häufig
zerstört,
was das gesamte Modul unbrauchbar macht.
Angesichts der oben beschriebenen
Nachteile der im Stand der Technik verwendeten Messverfahren ist
es Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Zeitmessverfahren und eine
dafür angepasste
einfache und kostengünstige
Zeitmessvorrichtung so zu ermöglichen,
dass
- 1. eine schädliche Beeinflussung der zu
messenden Signale gering gehalten werden kann,
- 2. die elektrischen Eigenschaften der Zeitmessvorrichtung an
die spezifizierten Kennwerte des zu messenden Signalpins angepasst
werden können
und eine einfache und unkomplizierte Kontaktierung durch eine geeignete
Messsonde möglich ist.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt
ist ein gattungsgemäßes Verfahren
zur Zeitmessung dadurch gekennzeichnet, dass ein auf dem Halbleiterschaltungsmodul
integriertes, dem betreffenden Signalpin bzw. Lötstützpunkt zugeordnetes spezielles Ersatzleitermuster
zur Verfügung
gestellt wird, das mit dem dem Signalpin zugeordneten Lötstützpunkt des
Halbleiterschaltungsmoduls verbunden oder verbindbar ist und dessen
Gestalt und elektrische Eigenschaften zur Nachbildung der für dieses
Signalpin bei bestücktem
Halbleiterchip spezifizierten zeitrelevanten elektrischen Kennwerte
angepasst sind, dass das Ersatzleitermuster mit passenden Bauelementen
bestückt
wird, die so gewählt
werden, dass eine resultierende mit dem betreffenden Lötstützpunkt
verbundene Ersatzlastschaltung die für das betreffende Signalpin
bei bestücktem
Halbleiterchip spezifizierten elektrischen Kennwerte besitzt, wobei
dabei gegebenenfalls auch die elektrische Verbindung der Ersatzlastschaltung
mit dem dem betreffenden Signalpin zugehörigen Lötstützpunkt hergestellt wird, und
dass
die Zeitmessung an dem betreffenden mit der entsprechenden Ersatzlastschaltung
verbundenen Lötstützpunkt
bei abgelöstem
Signalpin (ball) des Chips ausgeführt wird.
Gemäß einem zweiten wesentlichen
Aspekt ist eine die obige Aufgabe lösende Zeitmessvorrichtung dadurch
gekennzeichnet, dass auf dem Halbleiterschaltungsmodul ein spezielles
Ersatzleitermuster in unmittelbarer Nähe eines einem zu messenden
Signalpin zugeordneten Lötstützpunkt
des Halbleiterschaltungsmoduls so integriert und mit dem Lötstützpunkt
verbunden oder verbindbar ist, dass die Gestalt und elektrischen
Eigenschaften des Ersatzleitermusters an die für dieses Signalpin bei bestücktem Halbleiterchip
spezifizierten zeitrelevanten elektrischen Kennwerte angepasst sind
und das Ersatzleitermuster bei von dem Lötstützpunkt abgelöstem Signalpin mit
geeigneten Bauelementen derart bestückbar ist, dass eine resultierende,
mit dem betreffenden Lötstützpunkt
verbundene Ersatzlastschaltung die für das betreffende Signalpin
bei bestücktem
Halbleiterchip spezifizierten zeitrelevanten elektrischen Kennwerte
besitzt, wobei diese Bestückung
gegebenenfalls auch die elektrische Verbindung der Ersatzlastschaltung
mit dem betreffenden Lötstützpunkt
einschließt,
so dass die Zeitmessung an dem betreffenden mit der entsprechenden Ersatzlastschaltung
verbundenen Lötstützpunkt
bei abgelöstem
Signalpin (ball) des Chips ausführbar
ist.
Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße Zeitmessverfahren
und die Zeitmessvorrichtung zur Zeitmessung bei mit DRAMs oder DDR-DRAMs in
Ball-Grip-Array-Technik bestückten
bzw. bestückbaren
DIMM-Boards verwendet.
Angesichts der Tatsache, dass für jedes
von der Messsonde von einem Signalpin bzw. dem zugehörigen Lötstützpunkt
abzuleitende Signal auch ein Massebezugspotential von dem Halbleiterschaltungsmodul
abgreifbar sein muss, ermöglicht
die erfindungsgemäße Zeitmessvorrichtung
vorteilhafterweise durch eine besondere Gestaltung des Ersatzleitermusters,
dass nach der Bestückung
desselben eine elektrische Verbindung mit einem durch das Ersatzleitermuster
vorgesehenen Bezugsmassestützpunkt
hergestellt wird, der sich in einem kurzen Abstand zu dem dem zu
messenden Signal zugeordneten Lötstützpunkt
befindet.
Die obigen und weitere vorteilhafte
Merkmale eines erfindungsgemäßen Zeitmessverfahrens und
einer Zeitmessvorrichtung werden in der nachstehenden Beschreibung
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
noch deutlicher, die sich auf die beiliegende Zeichnung bezieht.
Die Zeichnungsfiguren zeigen im Einzelnen:
1 eine
schematische Layoutansicht eines Ersatzleitermusters, das auf einem
Halbleiterschaltungsmodul, insbesondere einem DIMM-Board in räumlicher
Zuordnung zu einem zu messenden Signalpin bzw. dessen Lötstützpunkt
und einem Bezugsmassepin bzw. dessen Lötstützpunkt integriert ist;
2 schematisch
ein Beispiel einer Ersatzschaltung, die Komponenten zeigt, mit denen
das in 1 gezeigte Ersatzleitermuster
bestückbar
ist, um eine Ersatzlastschaltung für ein betreffendes DRAM-Signalpin
herzustellen;
3 schematisch
eine Aufsicht auf ein Ball-Grid-Array-Layout,
das auf einem Halbleiterschaltungsmodul zur Montage eines Chips
mit Ball-Grid-Array-Technik
vorgesehen ist und in dem verschiedene mögliche Positionen des in 1 gezeigten Ersatzleitermusters
angedeutet sind und
4 schematisch
eine mit einer Bezugsmassenadel versehene Messsonde zur Kontaktierung
des Signal- und
Bezugsmasselötstützpunkts gemäß den 1 bis 3.
1 zeigt
schematisch eine Layoutansicht eines auf einem Halbleiterschaltungsmodul
M integrierten Ersatzleitermusters, das aus einer Reihe von zweckmäßig angeordneten
Lötstützpunkten 11 – 22 und
gegebenenfalls Verbindungsleiterabschnitten zwischen den Lötstützpunkten 11 – 22 besteht,
die beispielsweise mit den in 2 gezeigten
Ersatzbauelementen bestückbar
ist, um eine Ersatzlastschaltung 1' zu bilden, die die zeitrelevanten
elektrischen Eigenschaften eines Signalpins nachbildet, an dem eine
Zeitmessung vorzunehmen ist. Das Ersatzleitermuster 1 befindet
sich in unmittelbarer Nähe
zu einem zu messenden Signalpin (ball) bzw. zu dessen Lötstützpunkt 2 und
zu einem Bezugsmassepin bzw. dessen Lötstützpunkt 3 auf dem
Halbleiterschaltungsmodul M. Die niederohmige elektrische Verbindung
des in 1 gezeigten Ersatzleitermusters 1 oder
der nach der Bestückung
entstandenen Ersatzlastschaltung 1' gemäß 2 auf dem Halbleiterschaltungsmodul M
mit dem betreffenden Signalpin bzw. dessen Lötstützpunkt 2 und dem
Bezugsmassepin bzw. dessen Lötstützpunkt 3 braucht
nicht fest vorgesehen sein sondern kann durch nachträglich bei
der Bestückung
des Ersatzleitermusters 1 aufgelötete kleine Leiterstücke hergestellt
werden. Dasselbe gilt für
die kurzen (gestrichelt eingezeichneten) Leiterstücke zwischen
den einzelnen Lötstützpunkten 11 – 22 des
Ersatzleitermusters 1.
Gemäß 1 bildet die dargestellte Anordnung der
Lötstützpunkte 11 – 22 einen
ersten und zweiten Längszweig
aus den Lötstützpunkten 11 – 14 einerseits
und 17 – 20 andererseits
und einen ersten und zweiten Querzweig, die jeweils die Lötstützpunkte 15, 16 und 21, 22 umfassen.
Der erste Querzweig bestehend aus den Lötstützpunkten 15 und 16 zweigt zwischen
den zweiten und dritten Lötstützpunkten 12, 13 und 18, 19 (in 1 von links nach rechts)
des ersten und zweiten Längszweigs
ab, während
der zweite Querzweig an die jeweiligen vierten Lötstützpunkte 14, 20 des
ersten und zweiten Längszweigs anschließt.
In 2 ist
ein Beispiel gezeigt, wie das in 1 gezeigte
Ersatzleitermuster 1 mit passiven Bauelementen R1, R2,
R3, L, C1 und C2 bestückt werden
kann und daraus eine Ersatzlastschaltung 1' entsteht, die die elektrischen
Eigenschaften eines Signalpins bzw. des zugeordneten Lötstützpunkts
eines DRAM-Schaltungschips nachbildet, an dem eine Zeitmessung vorzunehmen
ist. Selbstverständlich
ist die in 2 gezeigte
Bestückung
lediglich beispielhaft und soll in keiner Weise beschränkend gewertet werden.
Das in 1 gezeigte Ersatzleitermuster
ist so flexibel, dass praktisch jeder zeitrelevante Kennwert von
Signalpins von DRAM-Halbleiterspeicherschaltungschips und auch von
anderen Halbleiterschaltungschips nachgebildet werden kann. Auf
diese Weise ersetzt die mit den in 2 gezeigten
Bauteilen bestückte
Ersatzlastschaltung 1' einen
zu messenden Signalpin eines Halbleiterschaltungschips, insbesondere
DRAM-Speicherchips und ermög licht vorteilhafterweise
auch eine räumlich
enge und elektrisch niederohmige Bezugsmasseverbindung.
3,
die eine schematische Aufsicht auf einen Abschnitt eines zur Montage
eines Halbleiterschaltungschips insbesondere DRAM-Speicherchips angepassten
Schaltungsmoduls M zeigt, veranschaulicht lediglich beispielhaft
verschiedene mögliche
Positionen a – d,
an denen auf dem Modul M das in 1 gezeigte
Ersatzleitermuster 1 integrierbar ist. Vom Gesichtspunkt
des Layouts des Ersatzleitermusters 1 auf dem Halbleiterschaltungsmodul
M besteht nur die Forderung, dass es in unmittelbarer Nachbarschaft
zu dem zu messenden Signalpin bzw. dessen Lötstützpunkt 2 und zu einem
Bezugsmasse führenden
Stützpunkt 3 liegen
muss, damit der Abstand der Verbindung zwischen den Lötstützpunkt 11 und 17 und
den Lötstützpunkten 2 und 3 für den Signalpin
und die Bezugsmasse möglichst
kurz ausfällt. Für eine Zeitmessung
an hochfrequente Taktsignale führenden
Signalpins bzw. an deren Lötstützpunkten ist
die räumliche
Nähe eines
eine Bezugsmasse führenden
Lötstützpunkts 3,
wie sie das erfindungsgemäße Ersatzleitermuster 1 ermöglicht,
wesentlich, da eine genaue Zeitmessung ohne einen derartigen Massebezugspunkt
nicht möglich
ist. 3 zeigt auch, dass
das in 1 dargestellte
Ersatzleitermuster 1 für
jeden zu messenden Signalpin bzw. dessen Lötstützpunkt auf dem Halbleiterschaltungsmodul
M integriert ist und durch die entsprechende kurze Leiterstrecke
zwischen dem ersten Lötstützpunkt
oder durch die Bestückung
mit dem ersten Widerstand R1 mit dem dem betreffenden Signalpin
zugehörigen Lötstützpunkt 2 verbunden
wird.
Zur Zeitmessung wird erfindungsgemäß nun so
verfahren, dass nach oder vor der Bestückung des in 1 gezeigten Ersatzleitermusters 1 so
dass die in 2 gezeigte
Ersatzlastschaltung 1' oder
eine andere und die zeitrelevanten elektrischen Eigenschaften dieses
Signalpins oder dessen Lötstützpunkt
angepasste Ersatzlastschaltung 1' entsteht, der ganze Halbleiterschaltungschip
vom Modul M abgelöst
wird. Alternativ kann nur das betreffende Signalpin abgelöst werden.
Gegebenenfalls wird dann auch die elektrische Verbindung des Ersatzleitermusters 1' mit dem Lötstützpunkt 2 hergestellt,
der dem abgelösten
Signalpin zugeordnet ist. Anschließend erfolgt dann die Zeitmessung
an dem betreffenden mit der Ersatzlastschaltung 1' verbundenen
Lötstützpunkt 2 bezogen
auf die am Bezugsmasselötstützpunkt 3 liegende
Bezugsmasse. Durch eine Veränderung
der Werte der Ersatzlastschaltung 1' bzw. der Bestückung des Ersatzleitermusters 1 können alle Zeiten,
die durch die PVT-Variation eines DRAMs auftreten können, spezifiziert
und nachgebildet werden, und das Halbleiterschaltungsmodul M kann
auf einen optimalen Wert ohne die Messung verschiedener PVT-Materialien
des DRAMs abgeglichen werden.
4 zeigt
schematisch eine Signalaufnahme an einem Lötstützpunkt 2 und dem
zugeordneten Bezugsmassepunkt 3 durch eine angepasste Messsonde 5,
wobei der Lötstützpunkt 2,
der beispielsweise ein Taktsignal führt und der Bezugsmasselötstützpunkt 3 mit
einer Ersatzlastschaltung 1' z.B.
gemäß 2 verbunden sind.
Selbstverständlich kann bei abgekoppelter Ersatzlastschaltung
nach wie vor eine Zeitmessung an dem auf dem Halbleiterschaltungsmodul
M aufgelöteten
Halbleiterchip, insbesondere DRAM-Speicherchip durchgeführt werden,
da die Ersatzlastschaltung mit dem betreffenden Lötstützpunkt
elektrisch lösbar
verbindbar ist. Außerdem
sind die bisher üblichen
Testpunkte nach wie vor auf dem Halbleiterschaltungsmodul anbringbar,
so dass eine Zeitmessung auch an diesen Testpunkten vorgenommen werden
kann.
Wie eingangs erwähnt, ist das erfindungsgemäße Verfahren
insbesondere für
Zeitmessungen an Halbleiterschaltungsmodulen, zum Beispiel DIMM-Modulen
verwendbar, die mittels der BGA-Technik montierte mit hoher Taktfrequenz
arbeitende Halbleiterspeicherchips, Register und PLL-Bausteine aufweisen.
Mit dem erfindungsgemäßen Zeitmessverfahren
und der erfindungsgemäßen Zeitmessvorrichtung
werden insbesondere die eingangs geschilderten Schwierigkeiten beseitigt,
die einerseits in einem schwierigen Zugang zu den zu messenden Signalpins
durch eine Messsonde und andererseits in der Verfälschung
der Messergebnisse oder in einer unsicheren Signalaufnahme von den Signalpins
bei BGA-Chips liegen.