DE19701336C2 - Sondenanordnung für ein Kugelrasterarray - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sondenanordnung zum elektrischen Verbinden einer in einem Gehäuse angeordneten integrierten Schaltung mit einem Testgerät, wobei das Gehäuse der integrierten Schaltung ein Kugelrasterarray (BGA) aufweist.

Das Kugelrasterarray (BGA, BGA = Ball Grid Array) ist schnell zu dem bevorzugten Gehäuse auf dem Gebiet der Ober­ flächenbefestigungstechnologie geworden. BGAs liefern viele Vorteile gegenüber normalen Oberflächenbefestigungstechnolo­ gien mit kleinen Zwischenräumen zwischen den Anschlußleitun­ gen und gegenüber normalen Technologien mit Anschlußstiftra­ sterarrays. Diese Vorteile umfassen reduzierte Plazierungs­ probleme, da BGAs selbstzentrierend sind, reduzierte Hand­ habungsprobleme, da keine zu beschädigenden Zuleitungen exi­ stieren, ein niedrigeres Profil und eine höhere Verbindungs­ dichte. Es existiert jedoch ein deutlicher Nachteil bei der BGA-Technologie, nämlich der Mangel an etablierten BGA-Test­ zubehörteilen und BGA-Testverfahren.

Elektronische Testgeräte (z. B. Oszilloskope, Logikanalysato­ ren, Emulatoren) werden verwendet, um verschiedene elektri­ sche Aspekte der ICs (IC = integrated circuit = integrierte Schaltung), einschließlich der Spannungs- und Strom-Signal­ verläufe, zu analysieren. Typischerweise sind auf einer be­ stückten gedruckten Schaltungsplatine verschiedene elektri­ sche Komponenten, einschließlich mehrerer IC-Gehäuse, dicht­ gedrängt angeordnet. Aufgrund der engen Beabstandung der Komponenten auf der Platine (d. h. aufgrund der hohen "Plati­ nendichte") ist es häufig schwierig, die ICs mit dem Testge­ rät elektrisch zu verbinden. Die BGAs verschlimmern lediglich dieses Problem, da keine "Zuleitungen" für einen Zu­ griff zu Testzwecken existieren.

Die US 5,418,471 beschreibt einen Adapter zum Emulieren eines BGA-Gehäuses, der aus einem dielektrischen Substrat mit einer Mehrzahl von Löchern besteht. Der Adapter wird auf ein Anschlußflächenarray einer gedruckten Schaltungsplatine aufgebracht, so daß leitfähige Stifte in den Löchern des di­ elektrischen Substrats elektrisch mit den Anschlußflächen der gedruckten Schaltungsplatine verbunden sind, die dann anschließend mit einem Testgerät verbunden werden.

Die EP 0 564 865 A1 zeigt ein Halbleiterbauelement mit Test-Kontakten, die ausschließlich für Test-Zwecke verwendet werden, wobei diese auf einem Gehäusesubstrat gebildet sind, und elektrisch mit denjenigen Abschnitten der Schaltung ver­ bunden sind, die durch einen Hersteller überprüft werden sollen.

Die DE 195 21 137 A1 betrifft eine Befestigungsvorrichtung für eine BGA-Anordnung, wobei die BGA-Anordnung in einen Test­ sockel eingebracht wird, der eine Oberseite mit Fenstern für die Kugelanschlüsse aufweist, die von dem Bauelement hervor­ stehen. Über Kontaktfinger in dem Testsockel erfolgt eine entsprechende Kontaktierung der Kugelanschlüsse.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Sondenanordnung zum elektrischen Verbinden eines Gehäuses mit Kugelrasterarray einer integrierten Schaltung mit Test­ geräten zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine Sondenanordnung gemäß Anspruch 1 oder 6 gelöst.

Die Sondenanordnung weist eine Kugelrastersonde auf, welche BGA-Elemente (d. h. ICs, die unter Verwendung von Kugelra­ sterarrays befestigt sind) mit Testgeräten elektrisch ver­ bindet. Die Kugelrastersonde weist einen BGA-Sockel und ein BGA-Kopfstück auf, die an gegenüberliegenden Seiten einer mehrschichtigen Schaltungsplatine befestigt sind. Der BGA- Sockel ist konfiguriert, um eine integrierte Schaltung, die auf einem zweiten BGA-Kopfstück befestigt ist, aufzunehmen. Nachdem die integrierte Schaltung mit der Kugelrastersonde verbunden ist, wird die gesamte Anordnung daraufhin über ei­ nen zweiten BGA-Sockel mit einer gedruckten Schaltungspla­ tine verbunden. Außerdem ist eine Vorrichtung zum Verbinden der Kugelrastersonde mit einem Testgerät vorgesehen. Die Ku­ gelrastersonde versieht den Endanwender mit der Möglichkeit, Signale von der integrierten Schaltung passiv zu überwachen, sowie beispielsweise mit der Möglichkeit, Signale zum Si­ gnalaufbereiten durch einen Emulator zu unterbrechen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm der Sondenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ein detaillierteres Blockdiagramm der Sondenanord­ nung.

Fig. 3 eine Explosionsansicht eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Sondenanordnung.

Fig. 4 eine Explosionsansicht eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Probenanordnung.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm der Sondenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung. Im allgemeinen ist die Sondenanord­ nung zwischen einem integrierten Schaltungselement, das auf einem Kugelrasterarray befestigt ist, und einer gedruckten Schaltungsplatine angeordnet. Die Sondenanordnung ermöglicht es einem Anwender, auf Signale zuzugreifen, die, wenn die Konfiguration des Kugelrasterarrays gegeben ist, ansonsten unzugänglich wären.

Bezugnehmend nun auf Fig. 1, ist eine Kugelrastersonde 120 zwischen einem BGA-Element 110 und einer gedruckten Schal­ tungsplatine 130 angeordnet. Die Kugelrastersonde 120 ist mit einem Testgerät 140 verbunden. Das Testgerät 140 kann beispielsweise ein Oszilloskop sein. Obwohl Fig. 1 eine Ver­ bindung mit lediglich einem Testgerät darstellt, beabsich­ tigt die vorliegende Erfindung ein Verbinden des BGA-Ele­ ments mit mehreren Testgeräten gleichzeitig, wie es im Nach­ folgenden zu sehen sein wird. Andere Testgeräte, welche über die Kugelrastersonde mit dem BGA-Element verbunden werden können, umfassen Logikanalysatoren und Schaltungsemulatoren.

Die Kugelrastersonde 120 ist konfiguriert, um es einem An­ wender zu ermöglichen, das BGA-Element 110, das "angeschlos­ sen" ist (d. h. das mit der gedruckten Schaltungsplatine 130 elektrisch gekoppelt ist), mit dem Testgerät 140 zu verbin­ den, um das Überwachen von einzelnen Signalen oder die Un­ terbrechung von einzelnen Signalen oder beides zu erleichtern. Die einzelnen Signale sind dann für eine Test- oder Signal-Aufbereitung verfügbar.

Fig. 2 zeigt ein detaillierteres Blockdiagramm der Sonden­ anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung. Das BGA-Element 110 ist mit einer ersten und einer zweiten Lötmittelkugel 202, 203 dargestellt. Ferner ist die Kugelrastersonde 120 zwischen dem BGA-Element 110 und der gedruckten Schaltungs­ platine (nicht gezeigt) angeordnet. Ein Merkmal der Kugelra­ stersonde besteht darin, daß Signale von dem BGA-Element 110 entweder zu der gedruckten Schaltungsplatine durchgeführt werden können, um ein passives Überwachen des Signals zu er­ leichtern, oder darin, daß das Signal unterbrochen, durch das Testgerät 140 geführt, verarbeitet, und dann zu dem Sy­ stem, das sich im Test befindet, zurückgeleitet werden kann.

Die erste Lötmittelkugel 202 ist mit einer Datenleitung 210 verbunden. Die zweite Lötmittelkugel 203 ist mit einer Da­ tenleitung 220 verbunden. Eine Datenleitung 212, die mit der Leitung 210 verbunden ist, ermöglicht eine Signaldurchfüh­ rung und erleichtert ein passives Signaltesten durch das Testgerät 140. Die Datenleitung 220 ist mit dem Testgerät 140 verbunden, um eine Signalunterbrechung zu ermöglichen. Nachdem das Signal aufbereitet ist, wird dasselbe beispiels­ weise über eine Datenleitung 222 zu dem System zurückge­ führt. Andere Konfigurationen sind möglich, ohne von dem Be­ reich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise könnte das Signal, das von dem Weg an der Lötmittelkugel 202 ausgeht, für eine Signalaufbereitung unterbrochen werden, während das Signal, das von dem Weg an der Lötmittelkugel 203 ausgeht, von dem Testgerät 140 passiv überwacht werden könnte, während dasselbe zu dem System, das sich im Test be­ findet, durchgeführt wird. Die Signalführung wird erreicht, indem eine mehrschichtige gedruckte Schaltungsplatine ver­ wendet wird, wie es in Verbindung mit Fig. 3 erörtert wird.

Fig. 3 zeigt eine Explosionsansicht eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Sondenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Kugelrastersonde 120 weist einen BGA- Sockel 320 auf, der mit einer ersten Seite eines Verbin­ dungselements 324 verbunden ist. Ein BGA-Kopfstück 326 ist mit einer zweiten Seite des Verbindungselements 324 verbun­ den. Das Verbindungselement 324 weist eine erste und eine zweite leitende Anschlußflächenmatrix 322 auf, die angepaßt ist, um den BGA-Sockel 320 bzw. das BGA-Kopfstück aufzuneh­ men. Das Verbindungselement 324 ist konfiguriert, um die Ku­ gelrastersonde 120 mit dem Testgerät (Gegenstand 140 in Fig. 1) zu verbinden.

Der BGA-Sockel 320 und das BGA-Kopfstück 326 sind vorzugs­ weise an gegenüberliegenden Seiten einer mehrschichtigen ge­ druckten Schaltungsplatine 323 mittels Lötmittel befestigt, welche Signalwege aufweist, um die Signalführung zwischen dem BGA-Element, dem Testgerät und der gedruckten Schal­ tungsplatine zu erreichen. Anstelle der harten Platine könn­ te auch eine flexible Schaltung mit einem Laminat verwendet werden. Zusätzlich könnte eine Mischung aus einer harten Platine und einer flexiblen Platine verwendet werden, um die Kugelrastersonde 120 herzustellen.

Die Kugelrastersonde 120 ist angepaßt, um das BGA-Element 310 mit der gedruckten Schaltungsplatine 130 elektrisch zu koppeln. Das BGA-Element 310 wird als erstes auf dem BGA- Kopfstück 312 befestigt. Das BGA-Kopfstück 312 ist konfigu­ riert, um mit dem BGA-Sockel 320 der Kugelrastersonde 120 verbunden zu werden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbei­ spiel sind sowohl das BGA-Kopfstück 312 als auch der BGA- Sockel 320 mit einem 19 × 19-Array versehen. Andere Array­ konfigurationen werden von der vorliegenden Erfindung in Be­ tracht gezogen, einschließlich Arrays, welche beispielsweise in der Mitte Leerstellen aufweisen, um eine Wärmedissipation zu erreichen.

Ein BGA-Sockel 330 ist auf der gedruckten Schaltungsplatine 130 an der Anschlußflächenmatrix 340 Oberflächen-befestig­ bar. Der BGA-Sockel 330 ist konfiguriert, um das BGA-Kopfstück 326 Kugelrastersonde 120 aufzunehmen. Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Sondenan­ ordnung besteht darin, daß das BGA-Element 310, das mit dem BGA-Kopfstück 312 gekoppelt ist, über den BGA-Sockel 330 direkt auf der gedruckten Schaltungsplatine 130 befestigt werden kann, nachdem das Testen abgeschlossen ist. Diese Verbindung kann ohne weiteres erreicht werden, indem das BGA-Element aus der Kugelrastersonde 120 "ausgesteckt", die Sonde 120 entfernt und das BGA-Element 310 in den Sockel 330 eingefügt wird.

Fig. 4 zeigt eine Explosionsansicht eines zweiten bevorzug­ ten Ausführungsbeispiels der Sondenanordnung. Die Kugelra­ stersonde 120 weist einen BGA-Sockel 420 und ein BGA-Kopf­ stück 430 auf, die über Anschlußflächenmatrizen (nicht ge­ zeigt) miteinander verbunden sind. Bei diesem Ausführungs­ beispiel sind mehrere Verbindungselemente gezeigt. Ein er­ ster Verbinder 472 weist eine zentrale Massefläche auf, die von zwei Reihen von Signalkontakten umgeben ist. Der Verbin­ der 472 ist auf der Kugelrastersonde 120 Oberflächen-befe­ stigt, und derselbe ist konfiguriert, um ein Kabel 470 auf­ zunehmen. Das Kabel 470 kann beispielsweise zu einem Logik­ analysator geführt werden. Ein zweites Kabel 460 ist unter Verwendung eines normalen Verbinders des Typs, der bei einem RS-323-Verbindungstyp (RS = related standard = verbundene Norm) verwendet wird, angeschlossen. Dieses zweite Kabel 460 kann zu einem weiteren Testgerät, wie z. B. einem Schaltungs­ emulator, geführt werden. Bei einem bevorzugten Ausführungs­ beispiel ist der Verbinder 472 ein Mictor-Verbinder mit an­ gepaßter Impedanz.

Ein BGA-Element 410, das auf einem BGA-Kopfstück befestigt ist, ist mit dem BGA-Sockel 420 verbunden. Die Sonde 120 wird dann mit der gedruckten Schaltungsplatine 450 verbunden, indem das BGA-Kopfstück 430 in den BGA-Sockel 440 ein­ gefügt wird, welcher auf der gedruckten Schaltungsplatine 450 Oberflächen-befestigt ist.

Während die vorliegende Erfindung in Verbindung mit dem be­ vorzugten Ausführungsbeispiel dargestellt und beschrieben wurde, ist dieselbe nicht auf die spezielle gezeigte Struk­ tur begrenzt. Beispielsweise kann eine aktive Schaltungsan­ ordnung auf der Schaltungsplatine (Gegenstand 323 in Fig. 3) befestigt werden, um einen Systemtest und eine Systememula­ tion zu erleichtern.

Claims (6)

1. Sondenanordnung zum elektrischen Verbinden einer in einem Gehäuse angeordneten integrierten Schaltung (110, 310) mit einem Testgerät (140), wobei das Gehäuse der integrierten Schaltung (110, 310) ein Kugelrasterarray (BGA) aufweist, mit:
einer Kugelrastersonde (120), die mit dem Kugelraster­ array des Gehäuses der integrierten Schaltung (110, 310) und dem Testgerät (140) elektrisch verbunden ist; und
einem ersten Kugelrasterarray-Sockel (330), der die Ku­ gelrastersonde (120) aufnimmt, um die integrierte Schal­ tung (110, 310) mit einer gedruckten Schaltungsplatine (130) elektrisch zu verbinden.

2. Sondenanordnung gemäß Anspruch 1, bei der die Kugelra­ stersonde (120) aufweist:
einen zweiten Kugelrasterarray-Sockel (320), der das Gehäuse der integrierten Schaltung (110, 310) aufnimmt;
ein Verbindungselement (324), das mit dem zweiten Kugel­ rasterarray-Sockel (320) verbunden ist und mit dem Test­ gerät (140) elektrisch verbunden ist; und
ein erstes Kugelrasterarray-Kopfstück (326), das mit dem Verbindungselement (324) verbunden ist und mit dem ersten Kugelrasterarray-Sockel (330) verbindbar ist.

3. Sondenanordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der das Ge­ häuse der integrierten Schaltung (110, 310) auf einem zweiten Kugelrasterarray-Kopfstück (312) befestigt ist, das mit dem zweiten Kugelrasterarray-Sockel (320) verbindbar ist.

4. Sondenanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Kugelrastersonde (120) eine Signalübertragung von der integrierten Schaltung (110, 310) zu der ge­ druckten Schaltungsplatine (130) bewirkt oder unter­ bricht.

5. Sondenanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Kugelrastersonde (120) ein zweites Verbindungs­ element aufweist, das mit einem zweiten Testgerät elek­ trisch verbunden ist.

6. Sondenanordnung zum elektrischen Verbinden einer in einem Gehäuse angeordneten integrierten Schaltung (410) mit einem ersten Testgerät (140) und einem zweiten Testgerät, wo­ bei das Gehäuse der integrierten Schaltung (410) ein Kugelrasterarray (BGA) aufweist, mit:
einer Kugelrastersonde (120), die mit dem Kugelraster­ array des Gehäuses der integrierten Schaltung (410) elektrisch verbunden ist und einen ersten Kugelraster­ array-Sockel (420), der die integrierte Schaltung (410) aufnimmt, ein erstes Verbindungselement, das mit dem er­ sten Testgerät (140) verbunden ist, ein zweites Verbin­ dungselement, das mit dem zweiten Testgerät verbunden ist, und ein erstes Kugelrasterarray-Kopfstück (430) aufweist; und
einem zweiten Kugelrasterarray-Sockel (440), der die Ku­ gelrastersonde (120) aufnimmt und auf einer gedruckten Schaltungsplatine (450) befestigt ist, um die inte­ grierte Schaltung (410) mit der gedruckten Schaltungs­ platine (450) über das erste Kugelrasterarray-Kopfstück (430) elektrisch zu verbinden.