DE68928320T2 - Randmontierte Packung vom Oberflächen-Montierungstyp, für integrierte Halbleiterschaltungsanordnungen - Google Patents

Randmontierte Packung vom Oberflächen-Montierungstyp, für integrierte Halbleiterschaltungsanordnungen

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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung bezieht sich auf Halbleitervorrichtungen und insbesondere auf Oberflächenmontage-Gehäuse für integrierte Schaltungsvorrichtungen.
    • [Stand der Technik]
  • Integrierte Schaltungsvorrichtungen waren für den Großteil der Halbleiterherstellung viele Jahre lang in Dual-In-Line- Kunststoffgehäusen, als DIP-Gehäuse bezeichnet, untergebracht. Diese DIP-Gehäuse besitzen Anschlußstifte, die sich durch die Bohrungen in einer gedruckten Schaltungsplatine erstrecken, wobei das Gehäuse selbst flach auf der Platine montiert wird. Seit kurzem wurden Oberflächenmontage-Gehäuse eingeführt, wobei diese Technik die Notwendigkeit des Verlötens der Anschlußstifte in Bohrungen in den PC-Platinen beseitigt, so daß die Anschlußstifte und die PC-Platinenleiter enger angeordnet werden können und somit höhere Dichten erreicht werden. In ähnlicher Weise wurden versuchsweise steckmontierte (kantenmontierte) Gehäuse oder Module verwendet, um die Dichte der Bausteine weiter zu erhöhen, die Kühlung zu verbessern und die Kosten zu reduzieren. Mit der weiteren Zunahme der Dichte der Bausteine und Schaltungen auf den Chips muß auch die Gehäusedichte zunehmen, sowohl auf Gehäuseebene als auch auf Platinenebene, während gleichzeitig für eine angemessene Kühlung gesorgt werden muß und ermöglicht werden muß, daß das Zusammenfügen und Verlöten der Gehäuse und Platinen schnell, genau und nicht destruktiv durchgeführt werden kann. Genauer muß die Gehäusetechnik für einen Schutz der Anschlußstifte während der Prüfung, des Burn-In und des Transports sowie für eine einfache Positionierung und mechanische Unterstützung während der Montage und des Verlötens und während der Lebensdauer des Systems sorgen.
  • In den japanischen Patentzusammenfassungen, Bd. 10, Nr. 133 (E-404) [2190], 17. Mai 1986; und in der JP-A-60 263448 ist ein flaches Kunststoffgehäuse für eine integrierte Schaltung offenbart, das drei kleine Stifte in Dreieckformation aufweist, die von einer Hauptfläche des Gehäuses hervorstehen, um mit entsprechenden Bohrungen in einer gedruckten Schaltungsplatine in Eingriff gebracht zu werden, so daß die Anordnung des Gehäuses auf der Platine erleichtert wird, so daß die aus den Kanten des Gehäuses austretenden Leiter für die Verbindung mit den gedruckten Leitern auf der Schaltungsplatine korrekt ausgerichtet sind.
  • In der JP-A-55 138264 und der zugehörigen Patentzusammenfassung ist ein vertikal angeordnetes Keramiksubstrat offenbart, das integrierte Mikrowellenschaltungen trägt und in einem Kasten enthalten ist, wobei parallele Leiter, die mit den Schaltungen verbunden sind, durch die untere Fläche des Kastens nach unten hervorstehen. Das Substrat ist in einer Rille der unteren Fläche des Kastens unterstützt.
    • [Aufgabe der Erfindung]
  • Es ist eine Hauptaufgabe dieser Erfindung, eine steckmontierte Halbleitervorrichtung zu schaffen, der kein Verlöten der Anschlußstifte in Durchgangsbohrungen einer gedruckten Schaltungsplatine erfordert. Es ist eine weitere Aufgabe, ein oberflächenmontiertes Gehäuse für integrierte Schaltungen zu schaffen, das während der Montage, des Verlötens und des Betriebs mechanisch sicher ist und doch keinen unnötigen Raum auf der PC-Platine belegt.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine integrierter Halbleiterschaltungsvorrichtung geschaffen, die auf einer gedruckten Leiterplatte steckmontiert und oberflächenmontiert wird, mit einem Halbleiterchip, der in ein verhältnismäßig flaches Gehäuse eingekapselt ist, leitenden Anschlußleitungen, die vom Gehäuse vorstehen und mit Bond-Anschlußflächen oder mit Lötbumps auf dem Chip verbunden sind, und einer Anbringungseinrichtung für die Steckmontage des Chips auf einer gedruckten Leiterplatte, wobei die Anschlußleitungen von einer Kante des Gehäuses vorstehen und so beschaffen sind, daß sie bei auf der Leiterplatte angebrachter Vorrichtung mit der Oberfläche der Leiterplatte in Kontakt sind, und wobei die Anbringungseinrichtung wenigstens zwei Bolzen oder Abstandhalter enthält, die für die Vorrichtung einen mechanischen Träger bilden und so beschaffen sind, daß sie in Löcher in der Leiterplatte passen, wobei sich die Bolzen oder Abstandhalter auf derselben Kante des Gehäuses wie die Anschlußdrähte befinden und mit Anschlageinrichtungen ausgebildet sind, um die Erstreckung der Bolzen oder Abstandhalter in die gedruckte Leiterplatte zu begrenzen und um einen ausgewählten Zwischenraum zwischen der Kante des Gehäuses und der gedruckten Leiterplatte zu schaffen, damit sich die Anschlußleitungen in der richtigen Position zum Anlöten befinden.
  • Gemäß der Erfindung wird ferner eine Gehäusebaueinheit für eine integrierte Halbleiterschaltungsvorrichtung geschaffen, die eine gedruckte Schaltungsplatine und eine wie obenbeschriebene Vorrichtung enthält, die auf der gedruckten Schaltungsplatine steckmontiert ist.
  • In einem Beispiel der Erfindung umfaßt ein Gehäuse für eine integrierte Schaltung ein flaches Gehäuse mit leitenden Anschlußstiften, die an wenigstens einer Kante hervorstehen, wobei diese Anschlußstifte gebogen sind oder auf eine andere Weise geformt sind, um zu ermöglichen, daß diese mit Leitern auf einer gedruckten Schaltungsplatine mittels "Oberflächenmontage" verlötet werden. Um die mechanische Ausrichtung, Unterstützung und Beabstandung zu bewerkstelligen, sind wenigstens zwei hervorstehende Abstandhalter oder Bolzen an derselben Kante des Gehäuses angeordnet wie die Anschlußstifte, wobei diese Abstandhalter mit einer Lippe oder einer mechanischen Form versehen sind, die als Anschlag dient, um die Anschlußstifte in der richtigen Position zum Anlöten zu halten. Das Gehäuse kann somit "steckmontiert" werden, um Platz auf der PC-Platine einzusparen, wobei außerdem die Anschlußstifte vom "Oberflächemontage"-Typ sind, so daß für die Anschlußstifte in der PC-Platine keine Bohrungen erforderlich sind. Es werden zwei Bohrungen für die Bolzen verwendet, jedoch sind diese weniger kritisch.
    • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die neuartigen Merkmale, die für die Erfindung charakteristisch sind, sind in den beigefügten Ansprüchen definiert. Die Erfindung selbst jedoch, sowie weitere Aufgaben und Vorteile derselben, werden am besten mit Bezug auf die folgende genaue Beschreibung bestimmter Ausführungsformen verstanden, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in welchen:
  • Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene Ansicht einer integrierten Schaltungsvorrichtung gemäß der Erfindung ist;
  • Fig. 2 eine Seitenansicht der auf einer gedruckten Schaltungsplatine montierten Vorrichtung der Fig. 1 ist, die teilweise im Schnitt und teilweise aufgebrochen gezeigt ist;
  • Fig. 3 eine Ansicht einer Anzahl von Vorrichtungen der Fig. 1 und 2 ist, die auf einer PC-Platine montiert sind;
  • Fig. 4 eine Draufsicht der Vorrichtung der Fig. 1 ist, die noch von einem Rahmen umgeben ist, der bei der Herstellung derselben verwendet wird;
  • Fig. 5 eine Ansicht eines Halbleiterchips ist, bevor dieser in die Vorrichtung der Fig. 1 eingegossen wird;
  • Fig. 6 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung der Fig. 1 ist, die in diesem Fall Anschlußstifte besitzt, die aus gegenüberliegenden Kanten hervortreten, wobei die Vorrichtung wie in Fig. 4 noch im Rahmen angeordnet ist;
  • Fig. 7 eine Seitenansicht der Ausführungsform der Erfindung der Fig. 6 ist, die zwischen zwei PC-Platinen montiert ist;
  • Fig. 8 eine geschnittene Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist, die anstelle eines Kunststoffgehäuses ein Keramikgehäuse verwendet.
    • [Beispiele] GENAUE BESCHREIBUNG SPEZIELLER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • In der Fig. 1 der Zeichnungen ist ein Gehäuse 10 für einen integrierten Schaltungschip 11 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das Gehäuse besteht aus einem spritzgegossenen Kunststoff 12, wie er allgemein in diesem Bereich der Industrie verwendet wird, und umschließt den Siliciumchip 11, um diesen zu unterstützen und hermetisch zu versiegeln, und um eine Einrichtung zum Anschließen an die Leiter einer Schaltungsplatine zu schaffen. Dieser Anschluß wird mittels Anschlußstiften 14 bewerkstelligt, die mit "Bumps" auf dem Chip 10 verlötet werden können, während die Anschlußstifte noch an einem Lötrahmen angebracht sind, wie im folgenden beschrieben wird. Alternativ können die Anschlußstifte mittels Draht-Bonding in herkömmlicher Weise mit Bond-Anschlußflächen auf dem Chip 11 verbunden werden. Gemäß der Erfindung ist ein Paar von hervorstehenden Bolzen oder Abstandhaltern 15 an derselben Kante des flachen Gehäuses 10 angeordnet wie die Anschlußstifte 14. Diese Bolzen oder Abstandhalter bestehen ebenso wie der Rest des Gehäuses aus gegossenem Kunststoff und werden gleichzeitig mit dem Gehäuse ausgebildet. Die Abstandhalter enthalten zylindrische Abschnitte 16 mit reduziertem Durchmesser, die in Bohrungen in der gedruckten Schaltungsplatine eingesetzt werden, auf der die Vorrichtung montiert werden soll, und die eine Lippe oder Anschlagabschnitte 17 enthalten, die in einer Ebene mit den flachen Oberflächen 18 der Anschlußstifte 14 liegen, so daß die Anschlußstifte für das Anlöten an den Leiter 19 auf der gedruckten Schaltungsplatine 20 positioniert werden, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist. Das Gehäuse 10 wird von den zylindrischen Abschnitten 16, die in Bohrungen 21 in der PC- Platine 20 eingesetzt sind, mechanisch unterstützt und positioniert.
  • In Fig. 2 ist eine vollständige PC-Platinenbaueinheit gezeigt, die die Gehäuse der integrierten Schaltungen der Fig. 1 verwendet. Wenn die Vorrichtungen 10 z. B. 1-MBit- oder 4-MBit-DRAMs sind, stellt die Baueinheit der Fig. 2 für einen Computer 32 oder 128 MBit an Speicher in einer physikalischen Größe von ungefähr 1 2 8 Zoll (1 Zoll = 25,4 mm) zur Verfügung. Die vertikale Positionierung der Gehäuse 10, so daß beide flachen Oberflächen frei liegen, sorgt für eine hervorragende Kühlung.
  • Wie in Fig. 4 gezeigt, besteht ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des Gehäuses 10 der Fig. 1 darin, zum gleichen Zeitpunkt, zu dem das Kunststoffgehäuse selbst gegossen wird, einen Rahmen 24 um das Gehäuse zu gießen. Dieser Rahmen 24 umgibt das Gehäuse 10 und ist genauso dick oder dicker als das Gehäuse. Die Anschlußstifte 14 erstrecken sich durch den Rahmen 24 und sind in einer Form ausgebildet, die für die Prüfung und das Burn-In geeignet ist; d. h. die Anschlußstifte 14 sind in Fig. 4 in einer Form gezeigt, bevor sie geschnitten und in die endgültige Form gebogen werden, wie in Fig. 1 gezeigt, wobei sie an ihren äußeren Enden 18' so geformt sind, daß sie für einen elektrischen Kontakt außerhalb des Rahmens 14 frei liegen. Schließlich werden die Anschlußstifte 14 längs der Linie 25 abgeschnitten und in die Form der Fig. 1 gebogen. Der Zweck des Rahmens 24 besteht darin, einen mechanischen Schutz für das Gehäuse 10 und die Anschlußstifte 14 zu schaffen. Dieser Schutz ergibt sich aus den Abmessungen des Rahmens und aus der Tatsache, daß alle Prüf- und Burn-In-Verbindungen sowie die mechanische Handhabung mit dem Rahmen 24 oder mit dem Abschnitt 26 der Anschlußstifte 14 außerhalb des Rahmens 24 bewerkstelligt werden, wodurch das Gehäuse 10 und die Anschlußstifte 14 innerhalb des Rahmens nicht beansprucht werden. Unmittelbar vor dem Einbau wird der Rahmen 24 vom Gehäuse 10 abgetrennt. Um während der Handhabung eine zusätzliche mechanische Unterstützung zu schaffen, kann die Kante 28 des Gehäuses 10 Kunststoffbolzen 29 aufweisen, die sich zum Rahmen 24 erstrecken; diese werden abgeschnitten, wenn die Anschlußstifte 24 abgeschnitten werden, so daß sie kein Bestandteil des endgültigen Gehäuses sind, wie es in Fig. 1 gezeigt ist.
  • In Fig. 5 ist der Chip 11 gezeigt, der Bond-Anschlußflächen 30 besitzt, die in der üblichen Weise ausgebildet werden, wenn die obere Ebene der Metallisierung aufgebracht wird. Diese Bond-Anschlußflächen entsprechen denjenigen, an denen bei den herkömmlichen Gehäuseverfahren üblicherweise die Anschlußstifte gebondet werden. Statt dessen wird eine weitere Schicht eines Isolators 31 hinzugefügt und unter Verwendung eines Photoresists bemustert, um über den Bond-Anschlußflächen 30 Löcher zu öffnen, woraufhin eine zusätzliche Metallschicht aufgebracht und bemustert wird, um Bahnen 32 zu hinterlassen, die über die Kante laufen, an der die Anschlußstifte 14 angeschlossen werden sollen. An den Enden der Bahnen 32 sind Löt-Bumps angebracht, um die Anschlußstifte 14 aufzunehmen, die an die Löt-Bumps gebondet werden, während in derselben Einspannvorrichtung, die zum Halten der Baueinheit des Rahmens verwendet wird, der Rahmen 24 und der Kunststoffkörper 10 gegossen werden; auf diese Weise müssen der Chip und die Anschlußstifte zu einem Zeitpunkt, zu dem die Anschlußstifte mechanisch noch nicht befestigt sind, nicht berührt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann das Gehäuse 10 der Erfindung mit Anschlußstiften 14 an beiden oberen und unteren Seiten versehen sein, wie in Fig. 6 gezeigt ist. Dieses doppelseitig steckmontierte Gehäuse wird zwischen zwei gedruckte Schaltungsplatinen 20a und 20b montiert, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Diese Ausführungsform kann nützlich sein, wenn der integrierte Schaltungsbaustein eine große Anzahl von Anschlußstiften aufweist; Mikroprozessorvorrichtungen oder anwendungsspezifische (ASIC) Vorrichtungen können z. B. 48, 64 oder mehr Anschlußstifte 14 besitzen. Alternativ kann das Gehäuse 10 an beiden gegenüberliegenden Kanten die Bolzen 15 aufweisen, wie in Fig. 6 gezeigt ist, wobei jedoch die Anschlußstifte 14 nur aus einer Kante hervorstehen, so daß die elektrische Verbindung nur mit einer der Platinen 20a oder 20b der Fig. 7 ausgeführt wird, wobei die andere Platine eine Kupfer-Wärmesenke und eine Erdungsplatte ist; es können Anschlußstifte 14 für Erdungsverbindungen, jedoch keine Logikverbindungen, vorhanden sein, die aus der Kante nahe der Kupfererdungsplatte ragen. Ein weiterer Vorteil der Konfiguration der Fig. 7 besteht darin, daß die Gehäuse 10 wie Luftkanäle wirken, so daß die zur Kühlung durch die Baueinheit geblasene Luft längs der gewünschten Kanäle von einer Seite zur anderen Seite geführt wird.
  • Obwohl das Konzept der Erfindung oben mit Bezug auf eingekapselte Kunststoffgehäuse 10 beschrieben worden ist, kann es mit Vorrichtungen in Keramikgehäusen verwendet werden, wie in Fig. 8 gezeigt ist. Hierbei besitzt ein Keramiksockel 35 die darin eingeschlossenen Anschlußstifte 14; die Anschlußstifte 14 erstrecken sich durch die flachen Wände des Gehäuses und sind wie vorher gebogen, um eine Oberflächenmontage zu ermöglichen. Die Bolzen 15 sind aus Metall oder Kunststoff gefertigt und an den Kanten des Gehäuses hartverlötet oder angeklebt, um die gleiche physikalische Form wie in Fig. 1 zu erzeugen. Ein Metalldeckel 36 versiegelt das Gehäuse, wie es bei keramischen Halbleitergehäusen üblich ist. Zwischen den Bond-Anschlußflächen auf dem Chip 11 und den inneren Enden der Anschlußstifte 14 sind Drähte 37 gebondet.
  • Obwohl die Erfindung mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist diese Beschreibung nicht im einschränkenden Sinn aufzufassen. Verschiedene Abwandlungen der beispielhaften Ausführungsformen sowie zusätzliche Ausführungsformen der Erfindung sind für Fachleute nach dem Lesen dieser Beschreibung offensichtlich. Es wird daher angenommen, daß die beigefügten Ansprüche alle solche Abwandlungen oder Ausführungsformen abdecken, die in den wahren Umfang der Erfindung fallen.

Claims (7)

1. Integrierte Halbleiterschaltungsvorrichtung, die auf einer gedruckten Leiterplatte steckmontiert und oberflächenmontiert wird, mit einem Halbleiterchip (11), der in ein verhältnismäßig flaches Gehäuse (10) eingekapselt ist, leitenden Anschlußleitungen (14), die vom Gehäuse (10) vorstehen und mit Bond-Anschlußflächen oder mit Lötbumps auf dem Chip (11) verbunden sind, und einer Anbringungseinrichtung für die Steckmontage des Chips (11) auf einer gedruckten Leiterplatte, wobei die Anschlußleitungen (14) von einer Kante des Gehäuses (10) vorstehen und so beschaffen sind, daß sie bei auf der Leiterplatte angebrachter Vorrichtung mit der Oberfläche der Leiterplatte in Kontakt sind, und wobei die Anbringungseinrichtung wenigstens zwei Bolzen oder Abstandhalter (15) enthält, die für die Vorrichtung einen mechanischen Träger bilden und so beschaffen sind, daß sie in Löcher in der Leiterplatte passen, wobei sich die Bolzen oder Abstandhalter (15) auf derselben Kante des Gehäuses wie die Anschlußdrähte (14) befinden und mit Anschlageinrichtungen (17) ausgebildet sind, um die Erstreckung der Bolzen oder Abstandhalter (15) in die gedruckte Leiterplatte zu begrenzen und um einen ausgewählten Zwischenraum zwischen der Kante des Gehäuses (10) und der gedruckten Leiterplatte zu schaffen, damit sich die Anschlußleitungen (14) in der richtigen Position zum Anlöten befinden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Anschlußleitungen (14) gebogen sind, damit sie eine Fläche aufweisen, die zu der Oberfläche der gedruckten Leiterplatte parallel ist, wenn die Vorrichtung an der Leiterplatte angebracht ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Gehäuse (10) ein um den Chip (11) und die Anschlußleitungen (14) gegossenes Kunststoffmaterial enthält.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Gehäuse eine flache Keramik-Chiphalterung (35) enthält und der Chip in einer Aussparung in der Chiphalterung (35) angebracht ist.
5. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Bolzen oder Abstandhalter (15) aus nicht leitendem Material hergestellt sind.
6. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Bolzen oder Abstandhalter (15) zylindrische Abschnitte (16) mit reduziertem Durchmesser enthalten, die in Löcher in der Leiterplatte eingeschoben werden.
7. Baugruppe aus einer integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung und einem Gehäuse, die eine gedruckte Leiterplatte (20) und eine Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, die an der gedruckten Leiterplatte (20) steckmontiert ist, umfaßt.
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