DE112007000316T5

DE112007000316T5 - Elektronische Baugruppe mit ablösbaren Bauelementen

Info

Publication number: DE112007000316T5
Application number: DE112007000316T
Authority: DE
Inventors: Kong-Chen Fremont Chen
Original assignee: Wintec Industries Inc
Current assignee: Wintec Industries Inc
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2007-02-09
Publication date: 2008-12-11
Also published as: MY147246A; JP5221387B2; TW200833207A; JP2009526403A; TWI401005B

Abstract

Elektronische Baugruppe, umfassend:
ein Bauelement mit einer Kontaktanordnung zur externen Anschlussverbindung;
ein Substrat umfassend mehrere Anschlussflächen, die so ausgelegt sind, dass sie der Kontaktanordnung des Bauelements entsprechen; und
eine anisotrope leitfähige Materialschicht (ACM), die ausgelegt ist, um das Bauelement mit dem Substrat elektrisch zu verbinden.

Description

Hintergrund der Erfindung
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen elektronische Baugruppen, und zwar insbesondere Montagetechniken unter Verwendung eines anisotropen leitfähigen Materials als Bauelementverbindung und die Verwendung von einem Substrat mit eingeprägten Bestückungsvertiefungen, oder die Verwendung von Anordnungshalterungen, um die Bestückung mit dem Bauelement auf dem in einer elektronischen Baugruppe angeordneten Substrat zu ermöglichen.
Stand der Technik
Elektronische Baugruppen werden typischerweise unter Verwendung der Oberflächenmontagetechnik (SMT), oder in jüngster Zeit mit der Chip-on-Board-Technik (COB) zusammengebaut. Bei der Verwendung der SMT-Technik werden gepackte elektronische Bauelemente auf ein Substrat, wie beispielsweise eine gedruckte Schaltung (PCP), aufgelötet, indem eine dünne Schicht Lötpaste auf das Substrat aufgedruckt wird, und wobei anschließend ein thermisches Reflow-Verfahren durchgeführt wird, um das Bauelement an das Substrat zu löten. Bei der Verwendung der COB-Technik werden an einen auf einem Substrat angeordneten Bare-Die dünne Metalldrähte befestigt oder gebondet, so dass eine drahtgebondete Baugruppe gebildet wird. Anschließend kann auf die Fläche des drahtgebondeten Bauelements eine Harzschicht aufgetragen werden, so dass die gebondeten Drähte in der Baugruppe vor Beschädigungen geschützt werden.
Ein Problem bei der SMT- sowie bei der COB-Technik besteht darin, dass es üblicherweise schwierig ist, ein aufgelötetes oder drahtgebondetes Bauelement nach dessen Befestigung an dem Substrat zur Ausbesserung oder Wiederverwendung wieder zu entfernen. Auf Motherboards werden zum Einbau von CPU-Chips häufig Sockel verwendet, um deren Ersatz oder Aufrüstung zu ermöglichen. Die Sockel sind ziemlich kostenintensiv. Aus diesem Grund besteht ein Bedarf an Montagetechniken mit denen Bauelemente zur Nachbearbeitung, Wiederverwendung oder auch zum Ersatz in einfacher Weise von dem Substrat abgelöst werden können.
Erfindungsgegenstand
Mit der vorliegenden Erfindung sollen die vorstehend genannten Probleme im Zusammenhang mit einer Montagetechnik gelöst werden, bei der an einer Bauelement-Anschlussverbindung eine anisotrope leitfähige Membran (ACM) verwendet wird, und bei der ein Substrat mit eingeprägten Vertiefungen oder mit einer Ausrichtungshalterung verwendet wird, um die Bestückung mit den Bauelementen auf einem in einer elektronischen Baugruppe angeordneten Substrat zu ermöglichen. Die Ausrichtungshalterung umfasst in vorgegebenen Raumbereichen in der Halterung angeordnete Aussparungen. Die auf dem Substrat eingeprägte Vertiefung oder die Aussparung in der Halterung wird so ausgewählt, dass sie gewährleistet, dass eine Kontaktanordnung eines Bauelements einer bestimmten Anschlussfläche auf einem Substrat entspricht, wenn das Bauelement in der Vertiefung oder in der Aussparung angeordnet wird. Die auf dem Substrat eingeprägten Vertiefungen oder die in der Halterung angeordneten Aussparungen können außerdem die ACM-Anschlussbauelemente auf dem Substrat in ihrer Position halten, wenn die Bauelemente angeordnet sind. Die ACM-Schicht dient zur elektrischen Verbindung des Bauelements mit dem Substrat und ermöglicht, dass das Bauelement zur Wiederverwendung oder zum Ersatz in einfacher Weise abgelöst werden kann. Eine ACM-Schicht kann auf eine Bauelementfläche direkt auflaminiert werden. Alternativ kann die ACM-Schicht während dem Montageverfahren an der Substratfläche angeordnet werden.
Mit einer Ausrichtungskette kann die Anordnungs- und Kontaktintegrität einer Bauelementgruppe auf einem Substrat in einer elektronischen Baugruppe überwacht werden. Indem leitende Pads in vorgegebenen Bereichen in einem Bauelement als Justiermarken verwendet werden, und indem leitende Pads in vorgegebenen Bereichen auf dem Substrat als Referenzmarken verwendet werden, so dass sie den Positionen der Justiermarken an dem Bauelement, das auf dem Substrat angeordnet werden soll, entsprechen, kann eine Ausrichtungskette gebildet werden. Die Ausrichtungskette wird gebildet, indem die Justiermarken an einer Bauelementgruppe mit den entsprechenden Referenzmarken auf dem Substrat über eine ACM-Verbindungsschicht von Bauelement zu Bauelement verbunden werden, so dass zwischen der zu überwachenden Bauelementgruppe eine serielle durchgängige Leiterbahn gebildet wird. Die Ausrichtungskette kann in Abhängigkeit von der Komplexität der elektronischen Baugruppe in mehrere kleinere Ausrichtungsketten unterteilt werden, so dass die Anordnungs- und Kontaktintegrität einer kleineren Bauelementgruppe, die unter Überwachung ihres Leitungszustands in einer Kette verbunden ist, erfasst werden kann. Mit dieser Technik ist es möglich, die Bauelemente zur Wiederverwendung abzulösen.
In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung können in einer elektronischen Baugruppe mehrere Substrate zu einer kompakteren dreidimensionalen Anordnung gestapelt sein. Es können Verbindungselemente verwendet werden, um die Verbindung zwischen benachbarten Substraten in einer geschichteten Baugruppe zu ermöglichen. Das Verbindungselement umfasst eine vorgefertigte Leiterbahn oder einen Leitungspfad, die in einer planaren Anordnung oder in einem Package angeordnet sind, um in eine Halterungsaussparung oder in eine eingeprägte Vertiefung auf dem Substrat zur Verbindung benachbarter Substrate über die ACM-Schichten eingebaut zu werden. Durch Verwendung der Verbindungselemente können kostenintensive Sockel, mechanische Verbindungen oder flexible Bandschaltungen mit minimalen Positionsbeschränkungen auf dem Substrat ersetzt werden, so dass der Entwurf einer elektronischen Baugruppe vereinfacht wird.
Die elektronische Baugruppe kann in einem Gehäuse, wie beispielsweise in einem Kunststoffgehäuse bei einer Flash-Karte, abgedichtet sein, so dass die ACM-Anschlussbauelemente in ihrer Position gehalten werden. Die Innenfläche des Gehäuses kann so ausgeformt sein, dass sie einem Höhenprofil der Bauelemente entspricht. Das Gehäuse kann eine solche Form aufweisen, dass es zum Zugriff auf die Bauelemente, wie beispielsweise einen Wärmeverteiler, der in einem Speichermodul verwendet wird, geöffnet ist. Das Gehäuse kann Kontakte oder Aussparungen aufweisen, die es ermöglichen, dass eine Ausrichtungskette von dem Gehäuse überwacht werden kann.
Einige beispielhafte Verfahren unter Verwendung eines anisotropen leitfähigen Materials in einer elektronischen Baugruppe sind dargestellt. In einem beispielhaften Verfahren wird ein Substrat mit eingeprägten Vertiefungen verwendet, so dass die Bestückung mit den Bauelementen und mit einer anisotropen leitfähigen Membran in der eingeprägten Vertiefung als Bauelement-Verbindungsschicht zu dem Substrat ermöglicht wird. Das ACM kann auf die Bauelement-Verbindungsfläche direkt auflaminiert werden, so dass bei der Fertigung der elektronischen Baugruppe auf den ACM-Bestückungsschritt verzichtet werden kann. Ein alternatives beispielhaftes Verfahren besteht in der Verwendung einer Ausrichtungshalterung in der elektronischen Baugruppe. Die Ausrichtungshalterung kann unter Verwendung einer Bestückungseinrichtung gegenüber einem Substrat ausgerichtet werden, und kann unter Verwendung einer anisotropen leitfähigen Paste oder Lötpaste an das Substrat gebondet werden, wenn die Halterung außerdem eine Verbindungsschaltung enthält. Alternativ kann eine ACM-Schicht vor der Bestückung mit der Halterung auf dem Substrat angeordnet werden. Durch die auf dem Substrat angeordneten eingeprägten Vertiefungen und die in der Halterung angeordneten Aussparungen können die Bauelemente auf den Zielanschlussflächen an dem Substrat jedoch akkurat festgehalten werden. In der Halterung können Justiermarken oder Ausrichtungsmechanismen verwendet werden, um gegenüber den entsprechenden Referenzmarken oder Referenzmechanismen an dem Substrat ausgerichtet zu werden, obwohl zur Ausrichtung der Halterung gegenüber dem Substrat ein optisches Mustererkennungsverfahren eingesetzt werden kann.
Zu den Vorteilen der beispielhaften Umsetzungen der Erfindung zählen die Verwendung der ACM-Schicht als Ersatz für Lötpaste oder Drahtverbindungen in einer herkömmlichen Bauelementgruppe. Durch Verwendung des ACM als Bauelement-Verbindungsschicht und durch Verwendung von einer Halterung oder eingeprägten Vertiefung an dem Substrat können die Bauelemente von einer elektronischen Baugruppe leicht abgelöst und erneut befestigt werden. Es ist möglich, kostenintensive oder beschränkt verfügbare Bauelemente leicht abzulösen und in verschiedenen elektronischen Baugruppen wieder zu verwenden. Fehlerhafte Bauelemente können zur Nachbearbeitung in einfacher Weise entfernt werden. Es ist außerdem möglich, die Bauelemente für eine Systemaufrüstung abzulösen und zu ersetzen. Diese Flexibilität resultiert aus der Tatsache, dass mit der ACM-Schicht Bauelemente in einer elektronischen Baugruppe leicht abgelöst und erneut befestigt werden können, ohne dass ein Ablöten oder Trennen der Drahtverbindung erforderlich ist, wodurch es zu Beschädigungen des Bauelements oder anderer in der Baugruppe enthaltener Bestandteile kommen kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt in einer beispielhaften Umsetzung mehrere an einem Bauelement angeordnete Justiermarken, die auf einem Substrat mit zusätzlichen Leitbahnen mit mehreren Referenzmarken verbunden sind;
2 zeigt eine beispielhafte Umsetzung einer Ausrichtungskette, die zwei Bauelemente auf einem Substrat unter Verwendung einer anisotropen leitfähigen Membran als Zwischenschicht verbindet;
3 zeigt in einer beispielhaften Umsetzung der Erfindung eine eingeschlossene elektronische Baugruppe, die eine Ausrichtungskette umfasst;
4A zeigt ein Profil einer beispielhaften elektronischen Baugruppe unter Verwendung einer Halterung zur Anordnung der Bauelemente auf einem in einem Gehäuse eingeschlossenen Substrat;
4B zeigt eine Draufsicht auf eine beispielhafte Halterung, die Verbindungspfade umfasst, und die mit einem darunter angeordneten Substrat verbunden ist;
5 zeigt eine beispielhafte elektronische Baugruppe eines Speichermoduls, wobei eine Halterung an einem Substrat befestigt ist, um die ACM-Anschlussbauelemente in einem Gehäuse eingeschlossen in ihrer Position zu halten;
6 zeigt gemäß einer beispielhaften Umsetzung der Erfindung eine Draufsicht auf ein Speichermodul, das eine Halterung, Bauelemente, eine Ausrichtungskette und einen externen Anschluss umfasst, die in einer Schale eingeschlossen sind;
7 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Anordnung der laminierten ACM-Bauelemente auf einem Substrat mit eingeprägten Bestückungsaussparungen in einer beispielhaften in einem Gehäuse eingeschlossenen Baugruppe;
8 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Zusammenbau einer elektronischen Baugruppe unter Verwendung einer ACP- und ACM-Kombinationstechnik; und
9 zeigt eine beispielhafte geschichtete Baugruppe, die mehrere in Kaskadenform geschichtete MFS umfasst.
Detaillierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
Nachfolgend sollen detaillierte Beschreibungen beispielhafter Ausführungsformen dargelegt werden. Dabei soll jedoch erkannt werden, dass die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weisen ausgeführt sein kann. Demzufolge sind nachstehend offenbarte spezielle Ausführungen nicht als Einschränkung, sondern vielmehr als Grundlage für die Ansprüche und als beispielhafte Grundlage zur Lehre eines Fachmanns die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung für praktisch jedes entsprechend ausgeführte System, Anordnung oder Verfahren anzuwenden, auszulegen.
Eine beispielhafte Ausführungsform bezieht sich auf eine elektronische Baugruppe, die ablösbare Bauelemente umfasst, die durch ein anisotropes leitfähiges Material als Verbindungsschicht auf einem Substrat angeordnet sind. Die elektronische Baugruppe kann Ausrichtungsketten zur Überwachung der Anordnungs- und Kontaktintegrität der auf dem Substrat angeordneten Bauelemente durch die Verbindungsschicht, die das anisotrope leitfähige Material umfasst, enthalten.
Elektronische Baugruppen, wie beispielsweise Flash-Karten, Add-on-Boards oder Speichermodule weisen Bauelemente auf, die auf einem Substrat aufgelötet oder drahtgebondet sind, wodurch es schwierig ist, die Bauelemente abzulösen oder wieder zu verwenden. Durch das anisotrope leitfähige Material können die in den herkömmlichen elektronischen Baugruppen verwendete Lötpaste oder Drahverbindungen ersetzt werden. Das anisotrope leitfähige Material leitet den elektrischen Strom in eine bestimmte Richtung und ist als Verbindungsschicht zwischen den Bauelementen und dem Substrat geeignet. In einer elektronischen Baugruppe können zwei Formen des anisotropen leitfähigen Materials eingesetzt werden. Bei der einen Form handelt es sich um eine anisotrope leitfähige Membran (ACM), wobei es sich bei der anderen Form um eine anisotrope leitfähige Paste (ACP) handelt. Das ACM kann an einer Substratfläche angebracht oder abgelöst werden. Zudem kann das ACM an der Bauelement-Anschlussfläche direkt angebracht werden. Die ACP liegt in einer Pastenform vor, die auf einer Ausrichtungssubstratfläche aufgedruckt und/oder aufgetragen werden kann. Bei der ACP handelt es sich typischerweise um ein Material, das einen leitfähigen Füllstoff und ein Bindemittel enthält. Bei dem leitfähigen Füllstoff handelt es sich zum Beispiel um vergoldete Harzkugeln, wobei es sich bei dem Bindemittel um einen in einem Verdünnungsmittel enthaltenen Synthetikkautschuk handelt. Mit dem Bindemittel ist es möglich, unter Verwendung der ACP als Verbindungsmaterial nach dem Aushärten der Paste zwei oder mehrere Bauelemente miteinander zu bonden.
Es ist zweckmäßig, elektronische Baugruppen aus ablösbaren Bauelementen zu bilden. So können beispielsweise kostenintensive oder beschränkt verfügbare Bauelemente von einer elektronischen Baugruppe leicht abgelöst werden und in einer anderen elektronischen Baugruppe wieder verwendet werden. Es ist außerdem möglich, fehlerhafte Bauelemente zur Nachbearbeitung in einfacher Weise zu entfernen. Des Weiteren kann ein Bauelement zur Systemaufrüstung abgelöst und durch ein Bauelement mit einer höheren Leistung ersetzt werden. Diese Flexibilität resultiert aus der Tatsache, dass es mit der ACM-Schicht möglich ist, Bauelemente abzulösen, ohne dass ein Ablöten oder Trennen der Drahtverbindung erforderlich ist, wodurch es zu Beschädigungen des Bauelements oder anderer in der elektronischen Baugruppe enthaltener Bestandteile kommen kann.
Es ist außerdem zweckmäßig, ein Verfahren zur Überwachung und Feststellung der Anordnungs- und Kontaktintegrität der ablösbaren Bauelemente in einer elektronischen Baugruppe zur Verfügung zu stellen. Für einen solchen Zweck können in der Baugruppe eine oder mehrere Ausrichtungsketten enthalten sein. In beispielhaften Ausführungsformen wird eine Ausrichtungskette durch die Verwendung mehrerer leitender Ausrichtungspads, und zwar Justiermarken, in bestimmten Bereichen in einem Bauelement und mehrerer entsprechender leitender Referenzpads, und zwar Referenzmarken, in bestimmten Bereichen auf einem Substrat zum Feststellen der Platzierungsintegrität des auf dem Substrat angeordneten Bauelements, gebildet, wobei die Justiermarken des Bauelements und die entsprechenden Referenzmarken auf dem Substrat von Bauelement zu Bauelement in einer seriellen durchgängigen Leiterbahn, die zwischen dem Bauelement und dem Substrat über die ACM-Schicht im Zickzack verläuft, für eine Bauelementgruppe auf dem Substrat verbunden sind. Die Ausrichtungskette kann in Abhängigkeit von der Komplexität der elektronischen Baugruppe in mehrere kleinere Ausrichtungsketten unterteilt sein, so dass die Anordnungs- und Kontaktintegrität einer kleineren Bauelementgruppe, die unter Prüfung ihres Leitungszustand in einer Kette verbunden ist, erfasst werden kann.
In der 1 sind mehrere Justiermarken in einem Bauelement und mehrere entsprechende Referenzmarken auf einem Substrat, das eine dazwischen angeordnete ACM-Verbindungsschicht aufweist, dargestellt. Bei einer Justiermarke handelt es sich um einen leitenden Kontaktbereich oder um ein auf dem Bauelement angeordnetes leitendes Pad, die ausgelegt sind, um das Bauelement auszurichten, oder um die Anordnungs- und Kontaktintegrität des auf dem Substrat angeordneten Bauelements zu überwachen. Eine Justiermarke kann an der Oberseite oder an der Unterseite des Bauelements angeordnet sein. Die an der Oberseite des Bauelements angeordnete Justiermarke wird als direkte Justiermarke bezeichnet, während die an der Unterseite des Bauelements angeordnete Justiermarke als indirekte Justiermarke bezeichnet wird. Die direkte Justiermarke kann nach dem Anordnen des Bauelements auf dem Substrat zur Prüfung direkt zugänglich sein, während die indirekte Justiermarke zur Prüfung indirekt zugänglich sein kann. Die direkte Justiermarke kann außerdem über eine Leiterbahn mit der Unterseite des Bauelements verbunden werden, so dass sie mit der ACM-Schicht in Kontakt steht.
Durch die indirekte Justiermarke wird zu der ACM-Schicht ein direkter Kontakt hergestellt. Die indirekte Justiermarke kann mit der anderen indirekten Justiermarke über eine auf dem gleichen Bauelement angeordnete Leiterbahn verbunden sein. Die auf dem Bauelement angeordnete indirekte Justiermarke kann über der ACM-Schicht durch eine separate Leiterbahn, die mit einem Prüfpunkt auf einer Substratfläche außerhalb des Bauelements verbunden ist, indirekt zugänglich sein. Bei dem Bauelement kann es sich um eine integrierte Schaltung, ein gepacktes Bauelement, ein geschichtetes Bauelement, einen Sensor, oder um ein elektromechanisches Element handeln. Bei dem gepackten Bauelement kann die Justiermarke in das Package eingebaut sein, ohne dass zu einer in dem Package angeordneten Schaltung tatsächlich eine Verbindung hergestellt ist. So kann die Justiermarke bei einem Bare-Die zum Beispiel in einer Die-Scribe-Line oder in einem Die-Bereich eingebaut sein.
In der 1 umfasst ein Bauelement 100 eine direkte Justiermarke 110 und zwei indirekte Justiermarken 120 und 130. In beispielhaften Ausführungsformen kann die direkte Justiermarke 110 an einem Kontaktbereich 111 über eine Leiterbahn 115 mit einer ACM-Schicht 140 in Kontakt stehen. Die zwei indirekten Justiermarken 120 und 130, die beide jeweils mit der ACM-Schicht 140 in Kontakt stehen, sind über eine Leiterbahn 125 miteinander verbunden. Die Leiterbahnen 115 und 125 und die Justiermarken 110, 120 und 130, gezeigt in 1, stellen Beispiele dar und sind nicht als vollständige Auflistung möglicher Justiermarken und Leiterbahnen auszulegen.
In der 1 ist zudem eine Verbindung zwischen dem Bauelement 100 und einem Substrat 150 über die ACM-Schicht 140 dargestellt. Eine Substratfläche 145 umfasst Referenzmarken 160, 170 und 180. Bei einer Referenzmarke handelt es sich um ein leitendes Pad oder um einen Kontaktbereich auf der Substratfläche 145, die ausgelegt sind, um gegenüber einer auf dem Bauelement 100 angeordneten entsprechenden Justiermarke ausgerichtet zu werden. In beispielhaften Ausführungsformen sollten Raumbereiche für mehrere Referenzmarken (z. B. 160, 170 und 180) der Anschlussflächen auf dem Substrat 150 den Raumbereichen mehrerer Justiermarken (z. B. 110, 120 und 130) der Kontaktanordnung auf dem Bauelement 100 entsprechen. Folglich kann durch das Ausrichten der mehreren Justiermarken (z. B. 110, 120 und 130) an dem Bauelement gegenüber den mehreren Referenzmarken (z. B. 110, 170 und 180) auf dem Substrat festgestellt werden, ob die an dem Bauelement 100 angeordnete Kontaktanordnung nach dem Anordnen des Bauelements 100 auf der Anschlussfläche an dem Substrat 150 akkurat und richtig angeordnet ist. In der 1 ist die Referenzmarke 160 ausgelegt, um gegenüber der Justiermarke 110 ausgerichtet zu werden, während die Referenzmarke 170 ausgelegt ist, um gegenüber der Justiermarke 120 ausgerichtet zu werden, und wobei die Referenzmarke 180 ausgelegt ist, um gegenüber der Justiermarke 130 ausgerichtet zu werden. Die in der 1 gezeigten Referenzmarken stellen Beispiele dar und sind nicht als vollständige Auflistung möglicher Referenzmarken auszulegen.
In der 2 ist ein beispielhaftes Diagramm einer elektronischen Baugruppe 200, umfassend eine Ausrichtungskette, dargestellt. In einer beispielhaften Umsetzung sind zwei Bauelemente 210 und 220, zwei ACM-Schichten 230 und 240, ein Substrat 250 und eine Ausrichtungskette 245 dargestellt. Die Bauelemente 210 und 220 sind über die ACM-Schichten 230 beziehungsweise 240 mit dem Substrat 250 verbunden. Das Bauelement 210 umfasst zwei an einer Oberseite angeordnete direkte Justiermarken 201 und 202, die weiterhin über zwei Leiterbahnen 203 und 204 verbunden sind, so dass sie mit der ACM-Schicht 230 an den unteren Kontaktpads 205 und 206 des Bauelements 210 in Kontakt stehen. Wenn das Bauelement 210 auf dem Substrat 250 richtig angeordnet ist, können die Justiermarken 201 und 202 über die ACM-Schichten 230 mit den an einer Substratfläche angeordneten Referenzmarken 233 und 234 in Kontakt gebracht werden. Mit den Leiterbahnen 203 und 204 ist es möglich, den Anordnungs- und Kontaktzustand des auf dem Substrat 250 angeordneten Bauelements 210 von einer Bauelementoberfläche 208 zu prüfen. Über eine Leiterbahn 207 werden die mit den Justiermarken 201 und 202 verbundenen unteren Kontaktpunkte 205 und 206 verbunden, so dass sie einen Bestandteil der an dem Bauelement 210 angeordneten Ausrichtungskette 245 bilden.
Das Bauelement 220 umfasst zwei an einer Bodenfläche angeordnete indirekte Justiermarken 215 und 216. In beispielhaften Ausführungsformen sind die indirekten Justiermarken 215 und 216 von einer Oberseite des Bauelements 220 nicht zugänglich. Die zwei indirekten Justiermarken 215 und 216 werden über eine Leiterbahn 217 verbunden, so dass sie einen Bestandteil der Ausrichtungskette 245 bilden. Zum Zugriff auf die an dem Bauelement 220 angeordnete indirekte Justiermarke 216 über der ACM-Schicht 240 ist an dem Substrat 250 eine Leiterbahn 238 angeordnet, die einen Endpunkt aufweist, der mit einer an der Substratfläche 242 angeordneten Referenzmarke 137 verbunden ist, wobei der andere Endpunkt mit einem ebenfalls an der Substratfläche 242 angeordneten Prüfbereich 239 verbunden ist. Zum Zugriff auf die indirekte Justiermarke 215 über der ACM-Schicht 240 ist an dem Substrat 250 eine Leiterbahn 235 angeordnet, die einen Endpunkt aufweist, der mit einer Referenzmarke 236 verbunden ist, wobei der andere Endpunkt mit einer Referenzmarke 234 verbunden ist, so dass sie einen Bestandteil der Ausrichtungskette 245 bildet. Die indirekten Justiermarken sind zur Bildung der Ausrichtungskette geeignet.
Die ACM-Schichten 230 und 240 sind ausgelegt, um die Lötpaste oder Drahtverbindung in der elektronischen Baugruppe 200 zu ersetzen. Die ACM-Schichten 230 und 240 leiten Strom in eine bestimmte Richtung, dass heißt in diesem Fall in vertikale Richtung. Die ACM-Schichten 230 und 240 stellen zwischen den Bauelementen 210, 220 und dem Substrat 250 eine elektrische Verbindung her, ohne dass sie elektrischen Strom an benachbarte Bereiche innerhalb der ACM-Schicht leiten. Mit der ACM-Schicht ist es möglich, das Bauelement an der Substratfläche leicht zu befestigen und abzulösen.
Die Referenzmarken 231, 233, 234, 236, 237 und 239 sind auf der Substratfläche 242 vorgefertigt, wobei die Referenzmarken 233 und 234 zur Bestückung mit dem Bauelement 210 dienen, während die Referenzmarken 236 und 237 zur Bestückung mit dem Bauelement 220 dienen, und wobei die Referenzmarken 231 und 239 zur Prüfung der Integrität der Ausrichtungskette 245 dienen.
Wenn die Bauelemente 210 und 220 über die ACM-Schichten 230 und 240 auf dem Substrat 250 richtig angeordnet sind, wird in einer seriellen durchgängigen Leiterbahn, die zwischen den Bauelementen 210 und 220 und dem Substrat 250 über die ACM-Schichten 230 und 240 im Zickzack verläuft, eine durchgängige Ausrichtungskette 245 gebildet. Die Ausrichtungskette 145 hat ihren Ursprung an einem an dem Substrat 250 angeordneten Prüfpunkt (z. B. Referenzmarke 231) und verläuft über eine mit der Referenzmarke 233 verbundene Leiterbahn 232, dann über die ACM-Schicht 230 hin zu dem entsprechenden an dem Bauelement 210 angeordneten unterseitigen Kontaktpunkt 205, dann durch eine an dem Bauelement 210 angeordnete Leiterbahn 207 hin zu einem anderen Oberflächenkontaktpunkt 206, dann über die ACM-Schicht 230 wieder zurück zu dem Substrat 250, das mit der Referenzmarke 234 verbunden ist, über eine Leiterbahn 235, die bis zu der Referenzmarke 236, die für das zweite Bauelement 220 ausgelegt ist, verläuft, dann über die ACM-Schicht 240, die mit der an dem Bauelement 220 angeordneten indirekten Justiermarke 215 verbunden ist, über eine an dem Bauelement 220 angeordnete Leiterbahn 217 hin zu der auf dem gleichen Bauelement 220 angeordneten indirekten Justiermarke 216, und über die ACM-Schicht 240 wieder zurück zu dem an der Referenzmarke 237 angeordneten Substrat 250, wo sie mit dem Endprüfpunkt 239 verbunden ist, der über eine an dem Substrat 250 angeordnete Leiterbahn 238 mit der Ausrichtungskette 245 verbunden ist. Die Leiterbahnen 232, 235 und 238 können in dem Substrat 250 eingebaut sein, oder an der Substratfläche 242 ausgeformt sein. In dem Fall, wenn das Bauelement 210 oder 220 von seiner Zielposition an dem Substrat 250 abweicht, oder wenn zwischen dem Bauelement 210 oder 220 und dem Substrat 250 ein schwacher Kontaktzustand vorliegt, befindet sich die an dem Bauelement 210 oder 220 angeordnete Justiermarke nicht mehr in einer Linie oder in Kontakt mit ihrer entsprechenden an dem Substrat 250 angeordneten Referenzmarke. Dabei wird von den Endpunkten (z. B. 231 oder 239) der Ausrichtungskette kein Leitungszustand erfasst.
Die an dem Ende der Ausrichtungskette 245 befestigten Leiterbahnen 232 und 238 stellen Zugriffspunkte 231 und 239 zum Prüfen der Integrität der in der Baugruppe 200 angeordneten Ausrichtungskette 245 bereit. In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen kann in der Ausrichtungskette 245 eine Masse- oder Stromverbindung enthalten sein, um diese in zwei separate kürzere Verbindungsketten zu unterteilen. Die Verbindung mit Masse oder Strom bildet einen neuen Endpunkt für die unterteilte Ausrichtungskette. Die in einer Baugruppe enthaltenen Bauelemente können außerdem in mehrere Untergruppen unterteilt werden, so dass sie mehrere Ausrichtungsketten bilden. Mehrere Ausrichtungsketten sind zur Lokalisierung deplatzierter Bauelemente in der Baugruppe effektiver, da eine kleinere Ausrichtungskette eine kleinere Anzahl von Bauelementen in einem lokalisierten Bereich in einer elektronischen Baugruppe umfassen kann. Es können zudem mehrere Prüfpunkte in eine langen Ausrichtungskette entlang der Leiterbahn oder an dem Bauelement enthalten sein, so dass der Leitungszustand zwischen zwei beliebigen Prüfpunkten überwacht werden kann.
Passive Bauelemente, wie beispielsweise Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten und andere mit einer kleinen Größe ausgeführte Bauteile, die üblicherweise kostengünstig sind oder kleine physikalische Abmessungen aufweisen, können während der Substratfertigung (z. B. als eingebaute Kondensatoren und als eingebaute Widerstände) in das Substrat 250 eingebaut werden, oder bei der Fertigung der elektronischen Baugruppe an die Substratfläche gelötet werden.
Zum Halten der ACM-Anschlussbauelemente in einer elektronischen Baugruppe in ihrer Position kann eine Abdeckung oder eine Schutzstruktur, wie beispielsweise ein Kunststoffgehäuse oder ein Wärmeverteiler, verwendet werden. Durch die Verwendung einer Ausrichtungskette in der Baugruppe kann der Anordnungs- und Kontaktzustand der in der Schutzstrukur, die von außen nicht zugänglich sein kann, eingeschlossenen Bauelemente durch eine Ausrichtungskette überwacht und erfasst werden. Neben der direkten Messung des Leitungszustands der Ausrichtungskette durch Anlegen einer Spannungsquelle und Masse an die Endpunkte der Anusrichtungskette können verschiedene Verfahren eingesetzt werden, um die Platzierungsintegrität der Bauelemente an der Ausrichtungskette zu überwachen. Wenn zum Beispiel eine Messeinrichtung an einem Verbindungspunkt in der Ausrichtungskette, die auf der Substratfläche angeordnet sein kann, oder die an dem Bauelement angeordnet sein kann, befestigt ist, kann nunmehr die Anordnungs- und Kontaktintegrität der Bauelementgruppe, die entlang der Ausrichtungskette angeordnet ist, in einfacher Weise festgestellt werden, indem der Zustand in der Messeinrichtung überwacht wird. In einem Beispiel kann es sich bei der Messeinrichtung um ein Latch handeln, das in einem Bauelement mit einer Verbindung zu einer Justiermarke, die durch das Bauelement zugänglich ist, angeordnet ist. Indem von einem Endpunkt der Ausrichtungskette ein Signal zugeführt wird, und indem der Zustand der Messeinrichtung an dem Bauelement überwacht wird, kann die Integrität der Ausrichtungskette von dem einen Endpunkt zu dem Bauelement, dass die Messeinrichtung umfasst, in einfacher Weise bestimmt werden. Indem das Signal, das an einem Endpunkt der Ausrichtungskette angelegt wird, hin und hergeschaltet wird, kann die Messeinrichtung oder das Latch an dem Bauelement entlang der Ausrichtungskette überwacht werden, um zu bestimmen, ob es in entsprechender Weise hin und hergeschaltet wird. Wenn dies nicht der Fall ist, wird folglich ein schwacher Kontakt oder ein deplatziertes Bauelement entlang der Ausrichtungskette in einer elektronischen Baugruppe festgestellt.
In der 3 ist ein Diagramm dargestellt, das eine beispielhafte Umsetzung der Erfindung, umfassend eine lötfreie elektronische Baugruppe, die in einer Abdeckung mit einer eingebauten Ausrichtungskette angeordnet ist, darstellt. In dem Beispiel sind mehrere Bauelemente 302, 304 und 306 dargestellt, die über ACM-Schichten 308, 310 und 312, die in Schutzabdeckungen 316 und 318 in einer elektronischen Baugruppe 300 untergebracht sind, mit einem Substrat 314 verbunden sind. An der Oberabdeckung 316 können zum Zugriff auf die Prüfpunkte (z. B. Justiermarke 324 und Kontaktpunkt 326) einer Ausrichtungskette 328 Aussparungen 320 und 323 vorgesehen sein, um die Anordnungs- und Kontaktintegrität der mehreren Bauelemente 302, 304 und 306 auf dem Substrat 314 zu überwachen. Die in der Baugruppe 300 angeordnete Ausrichtungskette 328 hat ihren Ursprung an der Justiermarke 324 des Bauelements 302, verläuft im Zickzack über die ACM-Schicht 308, das Substrat 314 und die ACM-Schicht 308, wieder zu dem Bauelement 302, und dann über die ACM-Schicht 308 wieder zurück zu dem Substrat 314. Die Ausrichtungskette 328 verläuft weiter zu dem Bauelement 304 über die ACM-Schicht 310, durch das Bauelement 304 und über die ACM-Schicht 310 wieder zurück zu dem Substrat 314, dann über die ACM-Schicht 312 zu dem Bauelement 306, zurück zu dem Substrat 314 über die ACM-Schicht 312 und endet an dem Kontaktpunkt 326. Ein Endpunkt der Ausrichtungskette 328 (z. B. Kontaktpunkt 326) kann mit Masse, in gestrichelter Linie dargestellt, verbunden sein, um die Feststellungsverbindung zu vereinfachen. In diesem Fall ist die an der Oberabdeckung 316 angeordnete Aussparung 322 nicht erforderlich. Eine an der Oberabdeckung angeordnete Aussparung, die einer Position des anderen Endpunkts entspricht, ist ausreichend. Die Aussparung an der Oberabdeckung 316 zum Zugriff auf den Endpunkt der Ausrichtungskette 328 kann durch eine eingebaute Leiterbahn innerhalb der Abdeckung 316 ersetzt sein, wenn ein guter Kontakt sichergestellt werden kann, indem beispielsweise dazwischen eine ACM-Schicht eingebracht wird. In einem alternativen Verfahren ist in der Abdeckung keine Aussparung erforderlich, wenn die Endpunkte der Ausrichtungskette von den externen Verbindungspads der elektronischen Baugruppe (z. B. durch Multiplexen der Endpunkte der Ausrichtungskette mit den funktionalen Pins der elektronischen Baugruppe) zugänglich sind.
In der 3 sind mehrere entsprechende Nuten dargestellt, die an einem Rand der Ober- und Unterabdeckungen 316 und 318 angeordnet sind, um die Baugruppe in ihrer Position zu halten, wenn die Abdeckungen 316 und 318 aufgesteckt werden. Eine Innenfläche 330 der Oberabdeckung 316 kann entsprechend der Topologie der Dickenabweichungen, die den Höhenabweichungen der Bauelemente 302, 304 und 306 in der Baugruppe 300 entsprechen, eingeprägt sein, um die Bauelemente 302, 304 und 306 in ihrer Position zu halten. Durch die Elastizität der ACM-Schichten 308, 310 und 312 kann nach dem Aufstecken der Abdeckungen 316 und 318 ein Kontaktdruck bereitgestellt werden. Obwohl in der 3 nur eine Seite des Substrats 314, das mit den Bauelementen 302, 304 und 306 bestückt ist, dargestellt ist, kann es auch auf eine elektronische Baugruppe angewandt werden, bei der beide Seiten des Substrats 314 mit Bauelementen bestückt sind.
In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung kann zur Vereinfachung der Bestückung mit den Bauelementen auf einem Substrat und zum Halten der Bauelemente in ihrer Position in einer elektronischen Baugruppe mit einer ACM-Verbindungsschicht, eine Anordnungshalterung, umfassend vorgefertigte Aussparungen, die mit dem physikalischen Umrissen der auf dem Substrat anzuordnenden Bauelemente übereinstimmen, in die Baugruppe aufgenommen werden. Innerhalb der Halterung können mehrere Justiermarken enthalten sein, die gegenüber mehreren Referenzmarken auf dem Substrat ausgerichtet werden, so dass eine Kontaktanordnung an einem Bauelement auf einer Zielanschlussfläche an dem Substrat akkurat angeordnet werden kann, wenn die mehreren Justiermarken an der Halterung gegenüber den mehreren Referenzmarken auf dem Substrat richtig ausgerichtet sind. Die Halterung kann gemäß beispielhaften Ausführungsformen an der Substratfläche eingebaut, aufgesteckt oder aufgeklebt sein, nachdem diese zu dem Substrat richtig angeordnet ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die mehreren an der Halterung angeordneten Aussparungen während der Substratfertigung direkt an der Substratfläche eingeprägt werden, so dass auf dem Substrat mehrere eingeprägte Vertiefungen ausgebildet werden. Dennoch ist eine eingebaute Halterung im Vergleich zu einer eingeprägten Halterung anpassungsfähiger. Die physikalischen Umrisse vieler vergleichbarer Speicherchips, wie beispielsweise GigaBit-DRAM oder Flash, können beispielsweise aufgrund von Abweichungen in dem IC-Fertigungsverfahren zwischen Halbleiterunternehmen variieren. Durch ein fortschrittlicheres Verfahren kann ein gepackter Chip mit einem kleineren physikalischen Entwurf geliefert werden. Die Pin-Position und der Pin-Pitch im Zusammenhang mit der Kontaktanordnung vergleichbarer Speicherchips ist jedoch oftmals gleich, um bei der Fertigung Austauschbarkeit sicherzustellen. Eine eingebaute Halterung ist im Vergleich zu der eingeprägten Halterung anpassungsfähiger um Fertigungsanforderungen zu genügen.
4A zeigt eine Profilansicht einer beispielhaften Umsetzung der Erfindung unter Verwendung einer Halterung 410 zur Anordnung mehrerer Bauelemente 402, 404 und 406 auf einem Substrat 420 in einer elektronischen Baugruppe 400, die in Abdeckungen 450 und 455 eingeschlossen ist. Die Halterung 410 umfasst Aussparungen 422, 424 und 426, die mit den physikalischen Umrissen der Bauelemente 402, 404 beziehungsweise 406 übereinstimmen. Die Aussparungen 422, 424 und 426 sind an bestimmten Positionen vorgefertigt, so dass die Bauelemente 402, 404 und 406 in Verbindung mit dem ACM 403, 405 und 407 als Verbindungsschichten auf den entsprechenden Anschlussflächen an einer Substratfläche akkurat angeordnet werden können. Mehrere Justiermarken 412 und 414 sind an der Halterung 410 mit entsprechenden Referenzmarken 413 und 415 an der Substratfläche verbunden, um die Halterung 410 gegenüber dem Substrat 420 auszurichten. Die Halterung 410 ist gegenüber dem Substrat 420 ausgerichtet, wenn die Justiermarken 412 und 414 gegenüber den entsprechenden Referenzmarken 413 und 415 ausgerichtet sind. Die Bauelemente 402, 404 und 406 können anschließend in den Aussparungen 422, 424 und 426 angeordnet werden. Mit der ausgerichteten Halterung 410 können die Bauelemente 402, 404 und 406 auf den entsprechenden Zielanschlussflächen an der Substratfläche akkurat festgehalten werden.
Die Dicke der Halterung 410 ist mit der niedrigsten Bauelementhöhe vergleichbar. Die Innenflächen der Abdeckungen 450 und 455 können mit einer Topologie eingeprägt sein, die einer Höhenabweichung der anzuordnenden Bauelemente 402, 404 und 406 entspricht. Alternativ kann eine Schicht mit einer thermischen Membran 440 und 455 zwischen den Bauelementen 402, 404 und 406 und den Abdeckungen 450 und 455 eingebracht sein, wenn die thermische Membran 440 und 445 dick genug ist, um als Puffer zum Drücken der ACM-Anschlussbauelemente in ihre Position zu dienen.
Mit der thermischen Membran 440 und 445 kann zudem die durch die Bauelemente 402, 404 und 406 erzeugte Wärme an der Abdeckungsoberfläche abgeführt werden.
Zur Ausrichtung der Halterung 410 gegenüber dem Substrat 420 können verschiedene Verfahren eingesetzt werden. So kann die Halterung 410 zum Beispiel gegenüber dem Substrat 420 mechanisch ausgerichtet werden, indem mehrere Montageaussparungen als mechanische Justiermarken an der Halterung 410, und indem mehrere Einbauzylinder als mechanische Referenzmarken an dem Substrat 420, oder umgekehrt, indem Einbauzylinder an der Halterung 410 und Montageaussparungen an dem Substrat 420, verwendet werden. Gemäß einigen Ausführungsformen wird die ausgerichtete Halterung 410 mittels einer Paste, einem Kleber, einer Klammer oder einer Schraube an dem Substrat befestigt, nachdem die Halterung 410 gegenüber dem Substrat 420 ausgerichtet ist. Die fertige Baugruppe wird anschließend in ein Gehäuse, umfassend mehrere Abdeckungen 450 und 455 eingeschlossen. Die Abdeckungen 450 und 455 können eine oder mehrere Kontaktaussparungen 420 oder Kontaktpads zur Verwendung als externe Anschlussverbindungen oder zur Überwachung des Kontaktzustands einer Ausrichtungskette 428 umfassen.
In der 4A sind die auf der Oberabdeckung 450 angeordneten oberen Nuten 452 und 454 ausgelegt, um mit den auf der Bodenabdeckung 455 angeordneten unteren Nuten 456 und 458 verbunden zu werden, so dass die elektronische Baugruppe 400 fest zusammengehalten wird, wenn die Abdeckungen 450 und 455 zusammengedrückt sind. Die oberen Nuten 452 und 454 und die unteren Nuten 456 und 458 können als zwei parallele Einschnitte ausgeführt sein, die entlang eines Rands der Abdeckungen 450 und 455 verlaufen. Die Formen der Nuten, gezeigt in 4A, sollen zur Darstellung dienen und sind nicht als einzige mögliche Form der Nuten oder als einzige mögliche Weise zur Abdichtung auszulegen. So können die Oberabdeckung 450 und die Unterabdeckung 455 beispielsweise unter Verwendung eines Ultraschallschweißverfahrens oder unter Verwendung von Klemmen, falls keine Nuten oder passende Einschnitte zum Zusammenhalten der Abdeckungen 450 und 455 vorhanden sind, abgedichtet werden. Die in der 4A dargestellte Montagetechnik kann in verschiedenen Ausführungsformen zur Montage von Flashkarten, zur Montage von Speicherkarten und zur Montage von Haushaltselektronikbauteilen angewandt werden.
4B ist eine Draufsicht auf die auf dem Substrat 420 angeordnete Halterung 410. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht in der Verwendung von an der Halterung 410 angeordneten Verbindungsschaltungen, so dass die Halterung 410 nicht nur als Anordnungshalterung für die ACM-Anschlussbauelemente dient, sondern außerdem Verbindungsschaltungen für die in der elektronischen Baugruppe angeordneten Bauelemente enthält. Innerhalb der Halterung 410 können außerdem passive Bauelemente vorgefertigt, enthalten oder eingebaut sein. In der 4B sind beispielhafte Verbindungspfade 464 und 465 beziehungsweise 466, und leitende Pads 467 zum externen Zugriff dargestellt, die in die Halterung 410 eingebaut sind. Die an der Halterung 410 angeordneten Verbindungspfade 464 und 465 und die an dem Substrat 420 angeordneten Verbindungspfade umfassen für die elektronische Baugruppe eine komplette Reihe einer Verbindungsschaltung, die durch die unterhalb der Halterung 410 angeordnete ACM-Schicht verläuft. Bei der Halterung 410 kann es sich um eine einschichtige Halterung oder um eine mehrschichtige Halterung handeln, die für eine höhere Leitungsdichte und für eine bessere Signalintegrität mehrere Verbindungsschichten enthält.
In der in einer elektronischen Baugruppe angeordneten Ausrichtungskette kann die Halterung als Bestandteil der Ausrichtungskette verwendet werden, indem an der Halterung Leitungsjustiermarken und Leiterbahnen angebracht sind, und indem diese Marken und Bahnen mit den Justiermarken und Leiterbahnen an den Bauelementen verbunden sind, und indem die entsprechenden Referenzmarken und Leiterbahnen an dem Substrat in einer seriellen durchgängigen Leiterbahn verbunden sind, so dass der Anordnungs- und Kontaktzustand der auf dem Substrat angeordneten Bauelemente und der Halterung festgestellt werden kann. Es ist möglich, einen oder mehrere Endpunkte der Ausrichtungskette von außerhalb der Abdeckung zugänglich zu machen, um die Integrität der Ausrichtungskette festzustellen.
In einem Montageverfahren kann die ACM-Schicht unter Verwendung von einer der mehreren Techniken mit dem Bauelement verbunden werden. Die ACM-Schicht kann beispielsweise an einer Fläche eines gepackten Bauelements, einer Bare-Die-IC oder eines geschichteten Bauelements befestigt sein, bevor diese in der Baugruppe angeordnet wird. Alternativ kann eine vorgeschnittene ACM-Schicht in eine Aussparung, die bereits vor der Bestückung mit den Bauelementen an der Substratfläche eingeprägt oder befestigt wird, eingebracht werden. In einer weiteren Ausführungsform wird eine ACM-Schicht vor der Bestückung mit der Halterung auf dem Substrat an der Substratfläche angebracht, wobei anschließend die Bauelemente unter Verwendung der Halterung als Führung auf dem Substrat angeordnet werden.
Wenn in dem Fertigungsverfahren die ACP verwendet wird, wird auf der Substratfläche eine dünne Schicht der ACP aufgetragen oder aufgedruckt. Die Bauelemente werden direkt ausgerichtet und auf den Anschlussflächen an der Substratfläche ohne Verwendung der Halterung angeordnet. Zum Halten der ausgerichteten Bauelemente in ihrer Position kann eine Platte oder eine Abdeckung verwendet werden, wobei anschließend ein Aushärtungs- und Warmpressverfahren durchgeführt wird, so dass die Bauelemente auf dem Substrat sicher befestigt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann in einer elektronischen Baugruppe ein ACM- und ACP-Kombinationsverfahren verwendet werden, indem die ACP verwendet wird, um die Halterung auf dem Substrat zu befestigen, während das ACM als Bauelement-Verbindungsschicht verwendet wird. Ein Bauelement unter Verwendung des ACM als Verbindungsschicht kann einen sicheren Kontakt gewährleisten, und kann zur Wiederverwendung in einfacher Weise von der Substratfläche abgelöst werden.
In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung können in einer elektronischen Baugruppe zwei oder mehrere Halterungen verwendet werden, um den Zusammenbau und das Nachbearbeitungsverfahren zu erleichtern. Eine erste Halterung kann beispielsweise ausgelegt sein, um eine erste Untergruppe von Bauelementen auszurichten und zusammenzuhalten, während eine zweite Halterung ausgelegt sein kann, um eine zweite Untergruppe von Bauelementen (z. B. die verbleibenden Bauelemente) auszurichten und zusammenzuhalten. Einige beispielhafte Ausführungsformen umfassen eine elektronische Baugruppe, in der Bauelemente auf beiden Flächen des Substrats angeordnet sind. In derartigen Ausführungsformen können eine oder mehrere Halterungen verwendet werden, um die Bauelemente auszurichten und zusammenzuhalten, die mit der ersten Substratfläche verbunden sind, während eine oder mehrere zusätzliche Halterungen verwendet werden können, um die Bauelemente auszurichten und zusammenzuhalten, die mit der zweiten Substratfläche verbunden sind. In großen elektronischen Baugruppen sind mehrere Halterungen zweckmäßig, so dass die eventuelle Wärmeausdehnungsdifferenz zwischen der Halterung und dem Substrat berücksichtigt werden kann, und so dass die Nachbearbeitung erleichtert werden kann.
In der 5 ist eine beispielhafte Baugruppe der Erfindung, wie beispielsweise ein Speichermodul oder ein Add-on-Board, dargestellt, wobei eine Halterung 510 an einem Substrat 520 befestigt ist, um die ACM-Anschlussbauelemente 501, 502, 503, 504, 505 und 506 in einer elektronischen Baugruppe 500 zusammenzuhalten, die von einem Schutzgehäuse, wie beispielsweise einem Paar von Schalen 560 und 570, eingeschlossen ist. In dieser Ausführungsform der Erfindung kann die Halterung 510 auf der Substratfläche eingeprägt sein, so dass auf dem Substrat eine Vielzahl von eingeprägten Aussparungen gebildet werden, oder wobei die Halterung 510 während des Montageverfahrens mit dem Substrat 520 verbunden werden kann. Bei dem Schutzgehäuse kann es sich beispielsweise um einen Wärmeverteiler, umfassend zwei identische Schalen 560 und 570 und zwei identische Klammern 561 und 562, handeln. Entlang eines Rands der Schalen 560 und 570 sind eine Außennut 563 und 573 und eine Innennut 564 und 574 angeordnet, die bei einem rechten Winkel in Richtung einer Innenfläche der Schalen 560 und 570 gebogen sind. In alternativen Ausführungsformen kann es nicht erforderlich sein, dass die Klammern 561 und 562, die Außennuten 563 und 573, und die Innennuten 564 und 574 identisch sind.
Während der Montage werden die Bauelemente 501, 502, 503, 504, 505 und 506 in den Aussparungen 511, 512, 513, 514, 515 und 516 der Halterung 510 angeordnet, wenn die Halterung 510 angeordnet und an dem Substrat 510 befestigt ist. Anschließend wird das bestückte Substrat, umfassend die Halterung 510 und die Bauelemente 501, 502, 503, 504, 505 und 506, auf der Innenfläche einer Schale (z. B. 560) angeordnet. Indem die zweite Schale (z. B. 570) um 180 Grad gedreht wird, können deren Außennut 573 und Innennut 574 in die entsprechende Innennut 564 und Außennut 563 der ersten Schale 560 eingebracht werden. Indem die beiden Schalen 560 und 570 gekippt und geschlossen werden, kann das bestückte Substrat zwischen zwei Innenflächen der Schalen 560 und 570 eingeschoben werden. Durch Befestigen der Klammern 561 und 562 an einem oberen Rand der geschlossenen Schalen 560 und 570 können die Bauelemente 501, 502, 503, 504, 505 und 506 auf Basis des ACM innerhalb der Halterungsaussparungen 511, 512, 513, 514, 515 und 516 in der elektronischen Baugruppe 500 fest zusammengehalten werden. An der Innenfläche der Schalen 560 und 570 können thermische Membranen 565 und 575 befestigt werden. Durch die Elastizität der thermischen Membranen 565 und 575 können die Bauelemente so zusammengedrückt werden, dass zu dem Substrat 520 ein guter Kontakt hergestellt wird. Die thermischen Membranen 565 und 575 sind gegenüber eventuellen geringen Höhenabweichungen zwischen den Bauelementen 501, 502, 503, 504, 505 und 506 auf dem Substrat 520 anpassungsfähig. Die Kontaktintegrität der ACM-Verbindungsbauelemente 501, 502, 503, 504, 505 und 506 auf dem in einer eingeschlossenen Baugruppe angeordneten Substrat 520 kann durch eine oder mehrere Ausrichtungsketten überwacht werden, die die Bauelemente in einer seriellen Verbindung, die Zugriffspunkte aufweist, die entweder von der Oberfläche der Schale 560 oder 570 eingebracht sind, oder die mit einer externen Anschlussverbindung 530 oder mit einer freiliegenden Substratfläche verbunden sind, verbindet.
In der 6 ist eine Draufsicht auf ein beispielhaftes Speichermodul 600 dargestellt, das Elemente umfasst, die denen der 5 ähnlich sind. Das Speichermodul 600 ist in Schalen 630 untergebracht. Die Schale 630 dient als Schutzeinrichtung, als Bauelement-Befestigungseinrichtung und als Wärmeabfuhreinrichtung für eine Bauelementgruppe, die in dem Speichermodul 600 angeordnet ist. In der beispielhaften Darstellung umfasst das Speichermodul 600 eine auf einem PCP-Substrat 620 angeordnete Halterung 610. An einer Fläche des PCP-Substrats 620 können eine oder mehrere Halterungen 610 befestigt sein, um eine einseitige oder zweiseitige PCP-Baugruppe abzustützen. Anschließend werden Speicherbauteile oder Einrichtungen 601, 602, 603, 604 und 605 und unterstützende Logikbauteile 606, wie beispielsweise Clock-Chip, Register-Chip, Puffer-Chip oder eine Integration dieser Logikfunktionen unter Verwendung des ACM als Verbindungsschicht über dem PCP-Substrat 620 in den Aussparungen 611, 612, 613, 614, 615 und 616 der Halterung 610 angeordnet, und durch ein Zweischalengehäuse 630 mit Klammern 632 und 634, die an einem oberen Rand der Schale 630 festgeklemmt sind, zusammengehalten. Die Klammern 632 und 634 sind ausgelegt, um mit der Schale 630 verbunden zu werden, so dass die Speicherbaugruppe in der Schale 630 sicher zusammengehalten werden kann. Obwohl nur ein unterstützendes Logikbauteil 606 dargestellt ist, kann ein Speichermodul auch mehr als ein unterstützendes Logikbauteil enthalten. In beispielhaften Ausführungsformen kann die Speichereinrichtung ein dynamisches RAM, ein statisches RAM, einen Flash-Speicher, ein EEPROM, eine programmierbare Logikschaltung, eine ferromagnetische Speichereinrichtung, oder eine beliebige Kombination aus den Vorstehend genannten enthalten.
In der beispielhaften Darstellung verbindet die Ausrichtungskette 625 die Speicherbauelemente und die unterstützenden Logikbauteile zum Prüfen der Kontaktintegrität der Speicherbauelemente und Logikbauteile entlang der Ausrichtungskette 625 in dem Speichermodul 600, wobei ein Endpunkt 626 der Ausrichtungskette 625 mit Masse verbunden sein kann, während ein weiterer Endpunkt 627 gemäß einer Ausführungsform von der Substratfläche zugänglich sein kann. Der Endpunkt 627 kann außerdem mit einem an einer externen Anschlussstelle 630 (d. h. Goldfinger) angeordneten Pin 628 verbunden sein, so dass er durch ein Motherboard beziehungsweise Mainboard direkt zugänglich ist, nachdem das Speichermodul 600 in einen in dem Motherboard angeordneten Sockel eingebracht ist. In einer weiteren Ausführungsform können beide Endpunkte 626 und 627 der Ausrichtungskette 625 mit den an der externen Anschlussstelle 630 des Speichermoduls 600 angeordneten Pins verbunden sein, die durch ein Motherboard zugänglich sind, oder die zur weiteren Verbindung mit anderen Ausrichtungsketten in dem Motherboard dienen. Eine Messeinrichtung, wie beispielsweise ein Latch, kann an dem Bauelement entlang der Ausrichtungskette befestigt sein, um die Integrität der Ausrichtungskette zu überwachen. Bei der Ausrichtungskette 625 handelt es sich bei der Umsetzung unter Verwendung des ACM als Bauelement-Verbindungsschicht um ein optionales Merkmal des Speichermoduls 600.
In der 7 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Zusammenbau einer in einem Gehäuse eingeschlossenen beispielhaften elektronischen Baugruppe dargestellt. Die elektronische Baugruppe ähnelt der in der 4A dargestellten Baugruppe 400, weist jedoch eine Reihe von Vereinfachungen auf. In dem beispielhaften Flussdiagramm weist eine Substratfläche zum Beispiel anstelle der Verwendung einer Halterung eingeprägte Vertiefungen zur Steuerung der Bestückung mit den Bauelementen auf. Zudem wird anstelle der Verwendung von einer zwischen dem Bauelement und dem Substrat angeordneten separaten ACM-Schicht an einer Bauelementfläche eine ACM-Schicht auflaminiert. Die auf der Substratfläche eingeprägten Vertiefungen können eine Genauigkeit aufweisen, die mit dem PCB-Fertigungsverfahren in einem Bereich von wenigen Tausend, wobei ein Tausend ein Tausendstel von einem Zoll ist, kompatibel ist.
Außerdem ist in der beispielhaften Ausführungsform der 7 nur eine Seite des Substrats mit Bauelementen bestückt, obwohl es möglich ist, beide Seiten des Substrats mit Bauelementen zu bestücken. Um die Fertigungsqualität und den Durchlauf zu erhöhen, kann bei einer oberflächenmontieren Bestückung eine Montagehalterung verwendet werden, um die gleichzeitige Bestückung mehrerer elektronischer Baugruppen zu ermöglichen.
Die 7 beginnt mit Schritt 710, in dem eine Gehäuseabdeckung (z. B. eine Unterabdeckung) in einer Montagehalterung angeordnet ist. Es soll bemerkt werden, das in der 7 nur eine elektronische Baugruppe erläutert ist, da das gleiche Verfahren mehrfach wiederholt werden kann, wenn mehr als eine elektronische Baugruppe gleichzeitig bestückt werden soll.
Nachdem die Bodenabdeckung in einer Montagehalterung angeordnet ist, kann in Schritt 720 eine thermische Membran über der Bodenabdeckung angeordnet werden. Bei der thermischen Membran handelt es sich um einen optionalen Bestandteil der Materialstückliste, der von der Wärmeerzeugung und den Anforderungen der mechanischen Stützelemente in der fertigen elektronischen Baugruppe abhängig ist. In Schritt 730 wird ein Substrat mit eingeprägten Vertiefungen auf der Bodenabdeckung, die die optionale thermische Membran enthält, angebracht. Anschließend können in Abhängigkeit von dem in Schritt 740 eingesetzten Montageverfahren in Schritt 740 laminierte ACM-Bauelemente manuell, oder in Schritt 755 mit einer Bestückungseinrichtung, in eingeprägte Aussparungen eingebracht werden. Nach der Bauelementbestückung kann eine thermische Membran oder ein elastisches Laminat in Schritt 760 auf dem bestückten Substrat angeordnet werden, so dass die Wärmeabfuhr verbessert wird, und so dass die laminierten ACM-Bauelemente zusammengedrückt werden, so dass zu dem Substrat ein guter Kontakt hergestellt wird, wenn eine Oberabdeckung angeordnet ist, um die Baugruppe in Schritt 770 vorübergehend aufzunehmen. Alternativ kann eine thermische Membran oder ein elastisches Material an der Innenfläche der Abdeckung vorlaminiert sein, so dass in dem Montageverfahren auf die Schritte 720 und 760 verzichtet werden kann.
Nachdem die Oberabdeckung zur vorübergehenden Aufnahme der elektronischen Baugruppe angeordnet ist, wird in Schritt 780 die Prüfung durchgeführt, um zu bestimmen, ob die Baugruppe richtig angeordnet ist. Wenn in Schritt 785 festgestellt wird, dass sie nicht richtig angeordnet ist, wird nunmehr in Schritt 790 eine Nachbearbeitung durchgeführt, wobei die Oberabdeckung entfernt wird, um deplatzierte Bauelemente oder schwache Kontaktbauelemente festzustellen, um das Problem zu beheben. Anschließend wird die Oberabdeckung entfernt, und die Baugruppe wird in Schritt 780 erneut geprüft. Wenn die Baugruppe die Prüfung besteht, wird das Gehäuse anschließend sicher abgedichtet, indem beispielsweise Ultraschallschweißen angewandt wird, um die Ober-Unterabdeckungen abzudichten, so dass die elektronische Baugruppe gebildet wird.
8 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Zusammenbau einer elektronischen Baugruppe unter Verwendung eines ACP- und ACM-Kombinationsverfahrens darstellt, wobei die ACP verwendet wird, um eine Halterung (und zwar eine Montagehalterung) an einer Substratfläche zu befestigen, während das ACM als Verbindungsschicht zwischen den Bauelementen und einem Substrat verwendet wird, so dass die Bauelemente in einfacher Weise in eine Substratfläche eingebracht oder abgelöst werden können, ohne dass die Verwendung von Lötpaste, wie in herkömmlichen Baugruppen, erforderlich ist. Das Substrat ist über die ACM-Schicht mit den Bauelementen und über die ACP-Schicht mit der Montagehalterung elektronisch gekoppelt oder verbunden. Zur Überwachung der Anordnungs- und Kontaktintegrität der Bauelemente können in der Baugruppe serielle Ausrichtungsketten eingebaut sein. Ähnlich der in der 7 dargestellten Ausführungsform können mehrere elektronische Baugruppen unter Verwendung der Pick-and-Place-Oberflächenmontageeinrichtung gleichzeitig angeordnet werden. Zur Vereinfachung der Darstellung ist in dem in der 8 dargestellten Verfahren nur eine elektronische Baugruppe dargelegt.
Zu Beginn der Montage wird auf der Substratfläche eine ACP-Schicht mit einer Pastenstruktur aufgetragen oder aufgedruckt, die speziell für die in Schritt 810 anzuordnende Montagehalterung ausgelegt ist. Als Bestandteil der Verbindungsschaltung in der elektronischen Baugruppe können an der Montagehalterung Leiterpfade ausgebildet sein.
Die Montagehalterung wird auf der Substratfläche, auf die in Schritt 820 eine ACP-Schicht aufgetragen wird, ausgerichtet und angeordnet. Die ACP sollte dick genug sein, um die Montagehalterung nach dem Aushärten der Paste auf der Substratfläche sicher befestigen zu können. Durch Ausrichten der mehreren auf der Halterung angeordneten Justiermarken gegenüber den mehreren auf dem Substrat angeordneten Zielreferenzmarken in optischer oder elektrischer Weise, kann die Montagehalterung gegenüber der Substratfläche ausgerichtet werden. Alternativ kann die Halterung gegenüber der Substratfläche mechanisch ausgerichtet werden, indem zwei mechanische Strukturen, wie beispielsweise Montageaussparungen, auf der Halterung und den auf dem Substrat angeordneten Einbauzylindern, oder umgekehrt, verwendet werden.
In Schritt 830 werden das Warmpressen und Aushärten des ACP durchgeführt, so dass die Halterung an dem Substrat befestigt werden kann. Das Warmpressen und Aushärten des ACP führt außerdem zu einer anisotropen elektrischen Leitung in einer Druckrichtung (d. h. von der Halterung zu dem Substrat).
In Schritt 840 wird eine Prüfung durchgeführt, um festzustellen, ob die Halterung auf dem Substrat richtig angeordnet ist. Wenn die Halterung nicht richtig angeordnet ist, wird die Halterung entweder entsorgt oder in Schritt 845 nachbearbeitet, wobei dies davon abhängig ist, ob das Substrat oder die Halterung von höherem Wert ist oder wie kompliziert sich deren Nachbearbeitung gestaltet. Wenn die ausgehärtete Halterung die Prüfung besteht (d. h. zu dem Substrat richtig angeordnet ist) werden die ACM-Schicht und das Bauelement anschließend an einer Zielaussparung in der Montagehalterung angeordnet, bis in Schritt 850 alle Bauelemente angeordnet sind.
Durch die in der Halterung angeordnete Aussparung wird nicht nur das Bauelement akkurat auf dem Substrat festgehalten, sondern auch sichergestellt, dass eine Kontaktanordnung an einem Bauelement-Package mit einer Bauelement-Zielanschlussfläche, die auf der Substratfläche gebildet wird, wenn das Bauelement von der Oberseite richtig gedrückt wird, in Kontakt steht. Die Größe der Halterungsaussparung sollte den dimensionalen Umrissen des Bauelements entsprechen, aber dennoch gewährleisten, dass das Bauelement leicht eingebracht und entfernt werden kann. Die ACM-Schicht ist für Bauelemente geeignet, die in einem Land-Grid-Array-Package (LGA) angeordnet sind, wobei das Package, mit der Ausnahme einer Anordnung mit Bare-Kontakten, nicht mit Lötkugeln befestigt ist.
Nach dem Anordnen der Bauelemente in den Halterungsaussparungen mit dem ACM als Verbindungsschicht wird anschließend auf der Baugruppe eine Abdeckung angeordnet, die eine auf einer Innenfläche angeordnete Schicht aus einem elastischen Material, wie beispielsweise eine thermische Membran, enthält, so dass die Bauelemente in Schritt 860 in den Halterungsaussparungen in ihrer Position gehalten werden. In Schritt 870 wird eine Prüfung durchgeführt, um festzustellen, ob die Bauelemente richtig angeordnet sind. Wenn die Prüfung nicht bestanden ist, wird die Abdeckung entfernt, so dass die deplatzierten Bauelemente repositioniert werden können, oder dass eine fehlerhafte ACM-Membran oder ein fehlerhaftes laminiertes ACM-Bauelement in Schritt 885 ersetzt werden kann. Dieses Verfahren (d. h. Schritte 860 bis 885) wird so lange wiederholt, bis die Prüfung in Schritt 880 bestanden ist. Anschließend wird die elektronische Baugruppe, umfassend die Ober- und Unterabdeckung festgeklammert, festgeklemmt, eingerastet oder abgedichtet, so dass in Schritt 890 alle Bauelemente in der elektronischen Baugruppe zusammengehalten werden.
Wenn beide Seiten des Substrats mit Bauelementen bestückt werden sollen, kann das einseitig bestückte Substrat, umfassend die Unterabdeckung, umgedreht werden, nachdem die in Schritt 880 durchgeführte Prüfung bestanden ist, wobei anschließend die Schritte 810 bis 880 wiederholt werden können, um eine zweite Halterung, ACM-Schichten und die Bauelemente an einer zweiten Fläche des Substrats anzuordnen, bis die zweite Seite vollständig mit Bauelementen bestückt ist und die Prüfung bestanden ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann ein zweites Substrat verwendet werden, um die Bestückung einer elektronischen Baugruppe mit Bauelementen, die auf beiden Seiten bestückt werden sollen, zu vereinfachen. Nachdem die bestückten Substrate die Prüfung bestanden haben, können das erste bestückte Substrat und das zweite bestückte Substrat ausgerichtet werden und mit einer dazwischen angeordneten anisotropen leitfähigen Membran (ACM) Seite an Seite positioniert werden, so dass eine doppelseitige elektronische Baugruppe gebildet wird. Wenn zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat keine elektrische Verbindung erforderlich ist, kann anstelle des ACM eine thermische Membran, eine Paste oder ein Kleber verwendet werden.
In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung können mehrere Halterungen, mehrere ACMs und mehrere Substrate zu einer dreidimensionalen (3D) Anordnung gestapelt sein, so dass die Integrationsdichte einer elektronischen Baugruppe, umfassend ablösbare Bauelemente, erhöht werden kann, wobei das ablösbare Bauelement an seinem Anschluss mit einer separaten ACM-Schicht laminiert sein kann, oder wobei eine separate ACM-Schicht an dem Anschluss zwischen dem Bauelement und dem darunter angeordneten Substrat eingebracht sein kann. Durch die Kombination zwischen der ACM-Schicht, der Halterung, der laminierten oder angeschlossenen ACM-Bauelemente an einer Halterungsaussparung und dem Substrat wird eine Basisbaueinheit, und zwar eine Basis-MFS-Konfiguration (Membran-Halterungssubstrat) zur Ausgestaltung einer geschichteten elektronischen Baugruppe, wie beispielsweise in der 9 dargestellt, gebildet. Eine ACM-Schicht 915, 925 und 935 kann durch eine thermische Membran ersetzt werden, wenn die MFS-Basisbaueinheit an anderen MFS-Konfigurationen in der geschichteten Baugruppe nicht elektrisch angeschlossen ist. Die geschichtete Baugruppe kann zudem in einigen Ausführungsformen in einem Gehäuse eingeschlossen oder abgedichtet sein.
In der 9 ist eine beispielhafte Ausführungsform einer Baugruppe dargestellt, die drei in Kaskadenform geschichteten MFS-Konfigurationen 910, 920 und 930 umfasst. In dieser Ausführungsform sind die geschichteten MFS Seite an Seite positioniert und erfordern keine dazwischen angeordnete Aussparung, so dass die an der ACM-Schicht angeordneten Bauelemente oder die thermische Membran ebenfalls keine Aussparung erfordern. Die in der 9 dargestellten Aussparungen dienen lediglich zur deutlicheren Unterscheidung der Baueinheiten und deren entsprechenden Bestandteile. Zum Ausrichten und zum Befestigen der mehreren MFS können mehrere Montageaussparungen und Einbauzylinder verwendet werden.
Bei jedem MFS kann die darauf angeordnete ACM-Schicht als Verbindungsschicht zu den auf der Oberseite angeordneten benachbarten MFS dienen. Um die Verbindung zwischen benachbarten MFS zu ermöglichen, können in verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung mehrere Verbindungselemente, umfassend Leiterbahnen oder Leiterpfade, als Chips oder planare Bauelemente zur Einbringung in die Halterungsaussparungen vorgefertigt sein, so dass das MFS mit einem benachbarten MFS verbunden werden kann. Das Verbindungselement dient dabei als Verbindungselement zur Verbindung der an zwei benachbarten MFS angeordneten Substrate über die ACM-Schichten. Durch das Verbindungselement kann ein kostenintensives mechanisches Verbindungselement, wie beispielsweise ein Mictor-Verbindungselement und eine in elektronischen Baugruppen enthaltene flexible Schaltung, ersetzt werden. Das mit der ACM-Schicht verbundene Verbindungselement liefert einen zusätzlichen Vorteil. Die Anzahl an und die Positionen der Verbindungselemente können innerhalb der Halterung ohne die in Verbindung mit mechanischen Verbindungselementen oder flexiblen Schaltungen bestehenden physikalischen oder positionsbezogenen Einschränkungen frei gewählt werden. Da beide Seiten des Substrats mit einer Verbindungsschaltung ausgeführt sein können, so dass die Leitungsdichte erhöht werden kann, liefern die durch die ACM-Schichten verlaufenden Verbindungselemente notwendige Verbindungen zwischen zwei benachbarten Substraten. Die in einer elektronischen Baugruppe enthaltenen passiven Bauelemente können in die Halterung eingebaut sein, die in das Verbindungselement eingebaut ist, oder können auf der in dem MFS angeordneten Substratfläche aufgelötet sein. Alternativ kann eine mit einer Justiermarke verbundene Leiterbahn 942, die von einer Oberseite zu einer Unterseite eines an dem MFS anzuordnenden Bauelements verläuft, als Verbindungselement zwischen zwei benachbarten MFS über die ACM-Schichten verwendet werden. In ähnlicher Weise kann eine mit der Referenzmarke verbundene Leiterbahn 944, die von einer Oberseite zu einer Unterseite eines Substrats verläuft, ebenfalls als Verbindung zwischen den benachbarten MFS verwendet werden.
Eine Ausrichtungskette ist zur Feststellung des Anordnungs- und Kontaktzustands von Bauelementen in einer elektronischen Baugruppe, umfassend mehrere komplexe Anordnungen, wie beispielsweise eine Baugruppe mit mehrfach geschichteten MFS, geeignet. Bei der Ausrichtungskette handelt es sich um ein optionales Merkmal einer einfachen elektronische Baugruppe, wobei die funktionale Prüfung geeignet sein kann, um festzustellen, ob das Bauelement auf Basis des ACM richtig angeordnet ist. Bei einer komplexen elektronischen Baugruppe besteht eine effektive Weise zur Feststellung einer fehlerhaften Baueinheit im Wesentlichen darin, die Prüfungs-, Fehlerbeseitigungs, oder Nachbearbeitungskosten zu senken. Die Ausrichtungskette bildet eine Lösung für eine komplexe elektronische Baugruppe, umfassend eine große Anzahl von ablösbaren Bauelementen oder mehrere MFS. Eine Ausrichtungskette zur Verbindung der leitenden Justiermarken einer Bauelementgruppe mit den entsprechenden leitenden Referenzmarken an dem Substrat in einer seriellen Leiterbahn ist zur Feststellung der Montageintegrität der in der Baugruppe angeordneten Bauelementgruppe effektiv. Durch die mehreren Ausrichtungsketten werden die in einer komplexen elektronischen Baugruppe angeordneten Bauelemente in mehrere Untergruppen unterteilt, die Zugriffspunkte aufweisen, die an jeder kleineren Ausrichtungskette befestigt sind, so dass der Anordnungs- und Kontaktzustand der ACM-Anschlussbauelemente, die in einem kleineren Bereich in der elektronischen Baugruppe unterteilt sind, festgestellt werden kann.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen dargelegt. Es soll vom Fachmann erkannt werden, dass verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können, und dass andere Ausführungsformen verwendet werden können, ohne von dem breiteren Umfang der Erfindung abzuweichen. So können einige elektronische Baugruppen beispielsweise eine oder mehrere Ausrichtungsketten sowie eine oder mehrere Halterungen umfassen, die wiederum mehrere Verbindungsschichten in verschiedenen Gehäusen oder Abdeckungen enthalten können. Aus diesem Grund wird durch die vorliegende Erfindung beabsichtigt, diese und oder andere Abweichungen zwischen den beispielhaften Ausführungsformen abzudecken.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung liefert Systeme und Verfahren zum Zusammenbau einer elektronischen Baugruppe unter Verwendung einer anisotropen leitfähigen Membran (ACM) als Bauelementverbindung, und ein Substrat mit eingeprägten Bestückungsvertiefungen, oder eine Anordnungshalterung, um die Bauelementbestückung auf dem Substrat in der elektronischen Baugruppe zu ermöglichen. Die Halterung kann mehrere Verbindungsschichten aufweisen, um die Leitungsdichte der in einem Gehäuse eingeschlossenen elektronischen Baugruppe zu verbessern. Zur Überwachung der Anordnungs- und Kontaktintegrität der ACM-Anschlussbauelemente in einer komplexen Baugruppe kann eine Ausrichtungskette verwendet werden. Mit den Systemen und Verfahren können die Bauelemente zur Wiederverwendung abgelöst werden. An den Bauelementen angeordnete Verbindungselemente oder Leiterbahnen können zur Verbindung einer Vielzahl von benachbarten Substraten über den ACM-Schichten zu einer gestapelten elektronischen Baugruppe verwendet werden.

Claims

Elektronische Baugruppe, umfassend: ein Bauelement mit einer Kontaktanordnung zur externen Anschlussverbindung; ein Substrat umfassend mehrere Anschlussflächen, die so ausgelegt sind, dass sie der Kontaktanordnung des Bauelements entsprechen; und eine anisotrope leitfähige Materialschicht (ACM), die ausgelegt ist, um das Bauelement mit dem Substrat elektrisch zu verbinden.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 1, wobei das Bauelement ferner Folgendes umfasst: mehrere leitende Pads, die mit der Kontaktanordnung verbunden sind, wobei die leitenden Pads mit einer Leiterbahn verbunden ist, die ausgelegt ist, um ein Signal von einem Oberflächenbereich zu einem anderen Oberflächenbereich des Bauelements zu leiten.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 2, wobei das leitende Pad zudem mit einer an dem Bauelement angeordneten Messeinrichtung verbunden ist.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 1, wobei das Substrat außerdem mehrere leitende Pads umfasst, die mit den mehreren auf dem Substrat ausgebildeten Anschlussflächen verbunden sind.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 4, wobei ein leitendes Pad des Substrats mit einem leitenden Pad auf dem Bauelement verbunden ist, so dass die Platzierungsintegrität der Kontaktanordnung des Bauelements über der ACM-Schicht auf der Anschlussfläche an dem Substrat überwacht werden kann, wobei das auf dem Bauelement ausgebildete leitende Pad als Justiermarke dient, und wobei das auf dem Substrat ausgebildete leitende Pad als Referenzmarke dient.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 1, wobei die Kontaktanordnung aus mehreren leitenden Pads für externe Anschlussverbindungen auf dem Bauelement besteht.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 1, wobei die ACM-Schicht auf das Bauelement auflaminiert wird und so ausgelegt ist, dass das Bauelement von dem Substrat abgelöst werden kann.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 1, wobei das ACM auf einen Oberflächenbereich des Substrats auflaminiert wird.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend zumindest eine thermische Membran, die ausgelegt ist, um Wärme aus dem Bauelement abzuführen.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Ausrichtungskette zum Verbinden der leitenden Pads einer Gruppe von Bauelementen mit den entsprechenden leitenden Pads des Substrats über der ACM-Schicht in einer seriellen durchgängigen Leiterbahn.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 10, wobei die Ausrichtungskette zudem in mehrere kleinere Bauelementgruppen unterteilt werden kann, so dass in der elektronischen Baugruppe mehrere Ausrichtungsketten ausgebildet werden.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 10, wobei die Ausrichtungskette ausgelegt ist, um den Anordnungs- und Leitungszustand der Bauelementgruppen auf dem Substrat über der ACM-Schicht festzustellen.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 10, ferner umfassend mehrere Zugangsbereiche zur Überwachung der Integrität der Ausrichtungskette.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Schutzstruktur, die ausgelegt ist, um das Bauelement auf dem Substrat in seiner Position zu halten.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 14, wobei die Schutzstruktur eine oder mehrere Beschichtungen aufweist, die eine Innenfläche aufweisen, die so ausgelegt ist, dass sie einem Höhenprofil des auf dem Substrat angeordneten Bauelements entspricht.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 14, wobei die Schutzstruktur ein Gehäuse zum Halten des Bauelements und des Substrats in ihrer Position umfasst, und wobei das Gehäuse Folgendes umfasst: eine Oberabdeckung, umfassend mehrere obere Nuten; und eine Bodenabdeckung, umfassend mehrere untere Nuten, wobei die unteren Nuten ausgelegt sind, um mit den oberen Nuten verbunden zu werden, so dass das Gehäuse zusammengehalten wird.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 14, wobei die Schutzstruktur ein Zweischalengehäuse zur Aufnahme des Bauelements und des Substrats umfasst, wobei das Zweischalengehäuse Folgendes umfasst: eine Deckplatte, die mit einer oberen Nut verbunden ist; eine Bodenplatte, die mit einer unteren Nut verbunden ist, wobei die untere Nut ausgelegt ist, um mit der oberen Nut verbunden zu werden; und eine Klammer, die ausgelegt ist, um die obere Platte mit der unteren Platte zusammenzuhalten.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend zumindest eine Halterung, die ausgelegt ist, um die Bestückung mit dem Bauelement unter Verwendung einer anisotropen leitfähigen Membran als Zwischenschicht zu ermöglichen.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 18, wobei die Halterung eine Vielzahl von Aussparungen umfasst, die mit den physikalischen Umrissen der auf dem Substrat angeordneten Bauelemente übereinstimmen.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 18, wobei die Halterung eine oder mehrere Verbindungsschichten mit einer Verbindungsschaltung umfasst, um die Weiterleitung von Signalen zwischen dem Bauelement und dem Substrat zu ermöglichen.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 18, wobei die Halterung eine Vielzahl von eingebauten passiven Bauelementen umfasst.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 8, wobei die Halterung auf einer Fläche des Substrats eingeprägt ist.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 18, wobei die Halterung durch eine anisotrope leitfähige Membran auf einer Fläche des Substrats befestigt ist.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 18, wobei die Halterung durch eine anisotrope leitfähige Paste auf einer Fläche des Substrats befestigt und ausgehärtet ist.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 18, wobei die Halterung mittels einer Lötpaste auf einer Fläche des Substrats aufgelötet ist.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 18, wobei die Halterung unter Verwendung von mehreren Montageaussparungen so mit einer Ausrichtungsfläche des Substrats mechanisch verbunden ist, dass sie mit mehreren Einbauzylindern zum Halten der Halterung in ihrer Position auf dem Substrat zusammenpasst.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 18, wobei die Halterung mit einer Ausrichtungsfläche des Substrats mechanisch verbunden ist, indem eine in einer Fläche des Substrats ausgebildete Vertiefung zum Halten der Halterung in ihrer Position auf dem Substrat verwendet wird.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 18, wobei die Halterung mehrere leitende Pads umfasst, die ausgelegt sind, um mit mehreren leitenden Pads auf dem Substrat verbunden zu werden, um die Platzierungsintegrität der Halterung auf dem Substrat zu erfassen.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 28, ferner umfassend eine Ausrichtungskette zum Verbinden der mit den Leiterbahnen an der Halterung verbundenen leitenden Pads mit den mit den Leiterbahnen an dem Substrat verbundenen leitenden Pads über dem anisotropen leitfähigen Material.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 1, wobei es sich bei der elektronischen Baugruppe um ein Speichermodul handelt, welches Folgendes umfasst: eine oder mehrere auf dem Substrat angeordnete Speichereinrichtungen, wobei die Speichereinrichtungen über einen Speicherbus, der dem Zugriff auf eine oder mehrere Speichereinrichtungen dient, Signale empfangen; zumindest eine Halterung (umfassend mehrere Aussparungen), die ausgelegt ist, um die eine oder die mehreren Speichereinrichtungen unter Verwendung von einem anisotropen leitfähigen Material als Zwischenschicht auf dem Substrat zu positionieren; und eine Schutzstruktur zum Halten der einen oder der mehreren Speichereinrichtungen auf dem Substrat.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 30, ferner umfassend einen oder mehrere Logikschaltungen, die über einen Speicherbus, der dem Zugriff auf eine oder mehrere Logikschaltungen dient, Steuersignale empfangen.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 30, wobei die Speichereinrichtungen aus der folgenden Gruppe ausgewählt sind: Dynamisches RAM; Statisches RAM; Flash-Speicher; EEPROM; Programmierbare Logikschaltung; Ferromagnetische Speichereinrichtung; und eine beliebige Kombination aus den vorstehend Genannten.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 30, ferner umfassend eine Ausrichtungskette zum Feststellen der Platzierungsintegrität der Speichereinrichtungen.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 1, wobei das Bauelement eine Vielzahl von Bauelementen umfassen kann.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 34, wobei Bauelemente aus der Vielzahl von Bauelementen auf einer oder auf mehreren Flächen des Substrats angeordnet sein können.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 1, wobei das Substrat eine Vielzahl von Substraten umfasst.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 1, wobei die ACM-Schicht eine anisotrope leitfähige Membran umfasst.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 1, wobei die ACM-Schicht eine anisotrope leitfähige Paste umfasst.
Verfahren zum Zusammenbau einer elektronischen Baugruppe umfassend: Anbringen einer anisotropen leitfähigen Material (ACM)-Schicht auf einer Fläche des Substrats; und Anordnen eines Bauelements über der ACM-Schicht, derart, dass eine Kontaktanordnung des Bauelements mit einer entsprechenden Anschlussfläche auf dem Substrat zum Bilden der elektronischen Baugruppe verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 39, ferner umfassend das Anbringen von einer thermischen Membran auf dem Bauelement zur Wärmeabfuhr und zum mechanischen Stützen des Bauelements auf dem Substrat innerhalb einer Schutzstruktur.
Verfahren nach Anspruch 39, ferner umfassend die Unterbringung der elektronischen Baugruppe in einer Schutzstruktur.
Verfahren nach Anspruch 39, ferner umfassend das Prüfen der elektronischen Baugruppe um festzustellen, ob das Bauelement zum Substrat richtig angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 42, ferner umfassend das Repositionieren des Bauelements, wenn das Bauelement zum Substrat nicht richtig angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 39, ferner umfassend das Anordnen und Befestigen von einer Halterung an dem Substrat.
Verfahren nach Anspruch 44, wobei das Anordnen die Ausrichtung von zumindest einer Justiermarke der Halterung gegenüber zumindest einer Referenzmarke des Substrats umfasst.
Verfahren nach Anspruch 44, wobei das Anordnen die Ausrichtung von zumindest einer Einbauaussparung der Halterung gegenüber zumindest einem Einbauzylinder des Substrats umfasst.
Verfahren nach Anspruch 44, wobei das Verbinden das Aushärten und Warmpressen der Halterung an das Substrat umfasst.
Verfahren nach Anspruch 39, wobei das Positionieren des Bauteils das Ausrichten von zumindest einer Justiermarke des Bauelements gegenüber zumindest einer Referenzmarke des Substrats umfasst.
Elektronische Baugruppe, umfassend: eine anisotrope leitfähige Materialschicht (ACM), die auf einer Fläche des Substrats angebracht ist; und Mittel zum Positionieren eines Bauelements über der ACM-Schicht, so dass eine Kontaktanordnung des Bauelements gegenüber einer entsprechenden Anschlussfläche auf dem Substrat in der elektronischen Baugruppe ausgerichtet ist.
Elektronische Baugruppe in einer Stapelanordnung, umfassend: eine Vielzahl von Substraten; eine Vielzahl von Halterungen, umfassend Bestückungsaussparrungen; eine Vielzahl von ACM-Membranen; und eine Vielzahl von ACM-Verbindungsbauelementen an den Bestückungsaussparungen.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 50, wobei die ACM-Membran, das Substrat, die Halterung und die an den Bestückungsaussparungen der Halterung platzierten ACM-Verbindungsbauelemente eine MFS (Membran-Halterungssubstrat)-Baueinheit bilden und so ausgelegt sind, dass eine Vielzahl von MFS-Baueinheiten in Kaskadenform gestapelt durch Verbindungselemente verbunden sind.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 51, wobei das Verbindungselement eine Leiterbahn ist, die sich von einer oberen Fläche hin zu einer unteren Fläche des Bauelements erstreckt.
Elektronische Baugruppe nach Anspruch 51, wobei das Verbindungselement ein planares passives Bauelement ist, das mehrere Leiterbahnen umfasst, die sich von einer oberen Fläche hin zu einer unteren Fläche des planaren passiven Bauelements erstrecken.