DE1615957B2 - Anordnung mit mehreren Festkörperschaltungsplättchen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit mehreren Festkörperschaltungselementen, die in je eine fensterartige Öffnung einer Isolierstoffplatte eingelassen und deren feldartige Oberflächen-Elektroden mit auf der Isolierstoffplatte befindlichen Leiterbahnen mittels Leiter kontaktiert sind, die vor dem Einsetzen der Festkörperschaltungselemente in die Isolierstoffplatte als Teil der Leiterbahnen ausgebildet sind und deren freie Enden ein festgelegtes, über den Rand der Öffnung nach innen ragendes Muster bilden. In der mikroelektronischen Zusammenbautechnik

ίο werden die mikroelektronischen Bauelemente häufig dadurch hergestellt, daß ein mit einer integrierten oder Festkörperschaltung versehenes Plättchen innerhalb einer Umhüllung angebracht wird. Innerhalb der Umhüllung wird eine Drahtverbindungstechnik, die im allgemeinen von Hand ausgeführt wird, angewandt, um die Verbindungen zwischen dem Plättchen und den Gehäuseelektroden herzustellen. Eine Gruppe von solchen mikroelektonischen, einzeln in Vielelektroden-Gehäusen angeordneten Bauelementen wird wiederum untereinander verbunden, um eine gebrauchs- und funktionsfähige elektronische Geräteanordnung zu erhalten. Bei dieser Drahtverbindungs- und Bauelementelektroden-Verbindungstechnik läßt sich eine Vielfalt von Materialberührungsflächen und Zwischenverbindungen mit daraus folgender Kompliziertheit der Konstruktion und Verschlechterung der Bauelementzuverlässigkeit nicht vermeiden.

Bisherige Verfahren, die Anordnungszwischenver-

jo bindungen von nichtgekapselten Mikroschaltungen oder von Siliciumplättchen mit integrierten Schaltungen untereinander vorsehen und die als sogenannte »Flip-Chip«-Verfahren bekannt sind, zeigen Schwierigkeiten in der Justierbarkeit bzw. Anbringbarkeit der Plättchen auf den Zwischenverbindungsleitbahnen der Unterlage. Ebenso bieten diese Verfahren Zuverlässigkeitsprobleme bezüglich der Berührungsflächen zwischen den Plättchen und der Unterlage aufgrund der verschiedenen Ausdehnungs- bzw. Kontraktionseffekte. Ferner kann in ökonomischer Weise nicht mehr als eine Schicht von Zwischenverbindungen auf der Trägerunterlage angebracht werden, so daß die Anzahl der in einer einzelnen Anordnung unterzubringenden Plättchen stark begrenzt ist.

Bei einer bekannten Anordnung nach dem deutschen Gebrauchsmuster 1698910 ist der Schichtenkristall eines Transistorplättchens in einer fensterartigen Öffnung eines Tragorgans eingelassen und über drahtförmige Leiter mit Leitbahnen auf dem Tragor-

To gan kontaktiert. Es handelt sich dabei um ein Halbleiterplättchen mit an verschiedenen Oberflächenseiten angeordneten Elektroden. Diese bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß die Verbindungen zu den Leitbahnen einzeln hergestellt werden müssen.

Aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift 1892316 ist eine Anordnung mit mehreren Festkörperschaltungsplättchen bekannt, welche in je einer Ausnehmung einer isolierenden Unterlage angeordnet und deren an einer Oberflächenseite angeordnete Kontaktfelder mit den Leitbahnen einer dielektischen Schicht über dünne aufgedampfte Leiterschichten kontaktiert sind. Die Verwendung dieser Anordnung hat den Nachteil, daß mehrere Arbeitsgänge zum Verbinden der Festkörperschaltungsplättchen und zur

_b5 Herstellung der elektrischen Verbindungen erforderlich sind.

Außerdem sind diese Verbindungen auf Grund der vorhandenen festen Unterlage nicht ausreichend ela-

stisch, um eine Überbeanspruchung bei thermischen Wechselbeanspruchungen auszuschließen. Ähnliche Verhältnisse liegen bei den Anordnungen der deutschen Auslegeschrift 1180067 und der US-Patentschrift 2890395 vor. Bei der Anordnung nach einer Ausgestaltung der Erfindung können die bandförmigen Leiter mit den Leiterbahnen dagegen einstückig in der Dicke einer auf die Isolierstoffplatte aufgebrachten Folie ausgebildet werden, aus der die bandförmigen Leiter mit den Leiterbahnen herausgeätzt werden, so daß eine Überbeanspruchung bei Wechselbeanspruchungen ohne weiteres ausgeschlossen werden kann.

Aus der US-Patentschrift 3192307 ist eine Anordnung mit mehreren Festkörperschaltungselementen bekannt, die in je eine fensterartige Öffnung einer Isolierstoffplatte eingelassen und deren Elektroden mit auf der Isolierstoffplatte befindlichen Leiterbahnen mittels Leiter kontaktiert sind, die nach dem Einsetzen der Festkörperschaltungselemente über Zwischenverbindungsflächen auf je einem isolierenden Plättchen, welches auch noch zur Befestigung der einzelnen Festkörperschaltungselemente dient, paarweise miteinander kontaktiert werden. Diese Anordnung hat den Nachteil der umständlichen Verwendung eines besonderen auf die Isolierstoffplatte aufklebbaren Plättchens zum Herstellen der Zwischenverbindungen.

Bei der eingangs erwähnten Anordnung, wie sie aus der erwähnten US-Patentschrift 3142 783 bekannt ist, werden die einzelnen Festkörperschaltungselemente einzeln in einem Kunststoff-Gehäuse gekapselt, dessen Oberflächen-Elektroden mit den Kontakten der Halbleiterplättchen durch einen zusätzlichen Verbindungsleiter verbunden werden. Solche Anordnungen mit mehreren Festkörperschaltungselementen sind daher umständlich und aufwendig herzustellen.

Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Anordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine wesentlich einfachere und dabei zuverlässige Kontaktierung einer Vielzahl von Festkörperschaltungselementen erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Merkmalskombination gelöst.

Bei der Anordnung gemäß dem älteren Vorschlag nach der DT-PS 1640457 sind zwar elastische bandförmige Leiter in Form von niedergeschlagenen Metallfilmen zwischen den Leiterbahnen einer Isolierstoffplatte und den Kontaktfeldern eines ungekapselten Plättchens eines Festkörperschaltungselementes vorgesehen. Die Verwendung eines pulverisierten Stoffes unter einem niedergeschlagenen Metallfilm ist aber wesentlich aufwendiger als die Verwendung von bandförmigen flexiblen Leitern nach der Erfindung.

Bei dem älteren Vorschlag nach der DT-PS 1591189 wird zwar die Anbringung einer solchen Zwischenkontaktierung zwischen Kontaktfeldern des ungekapselten Plättchens eines Festkörperschaltungselementes und Anschlußkontakten der zugehörigen Trägerplatte dadurch erleichtert, daß die Zwischenverbindung über bandförmige Leiterteile erfolgt, welche abziehbilderartig auf einer Folie aufgebracht sind. Auch dieser Vorschlag ist, wie die anderen bekannten Anordnungen, umständlich und sehr aufwendig in seiner Realisierung.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung gemäß der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. So erreicht man durch die beiden Ausführungsformen gemäß dem Patentanspruch 2, daß die Festkörperschaltungselemente so elastisch kontaktiert werden können, daß zuverlässige Verbindungen auch bei Wechselbeanspruchungen auf einfache Weise erhalten werden können.

Eine gute Justierung bzw. Übereinstimmung der Leiterenden und der Kontaktfelder wird durch die Ausbildung gemäß Patentanspruch 3 erzielt. Die

ίο Maßnahme gemäß Patentanspruch 4 bewirkt eine einfache Halterung des Schaltungsplättchens und einen festen Sitz in der Leiterplatte. Besonders gut eignet sich die von Kontaktfeldern freie Unterseite des Schaltungsplättchens zur Anbringung eines Wärmeableitkörpers gemäß den Patentansprüchen 5 und 6. Die flexiblen Leiter sind dabei in der Lage, die durch unterschiedliche thermische Ausdehnung bzw. Kontraktion des Schaltungsplättchens und Wärmeableitkörpers hervorgerufene Beanspruchung aufzunehmen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt-im Grundriß den Teil einer gedruckten Isolierstoffplatte mit einem typischen Muster von gruppierten bandförmigen Leitern, die über die fensterartigen öffnungen hinausragen, sowie einige typische Leiterbahnen;

Fig. 2 zeigt einen Teil der gedruckten Isolierstoff-

jo platte nach Fig. 1 in vergrößertem Maßstab, um Einzelheiten der darin angebrachten fensterartigen Öffnung zur Aufnahme des Festkörperschaltungsplättchens und Einzelheiten der bandförmigen Leiter, die zur elektrischen Verbindung mit den Plättchen benutzt werden, darzustellen;

Fig. 3 zeigt im Querschnitt den Ausschnitt nach Fig. 2 entlang der Linie A-A;

Fig. 4 zeigt den Grundriß eines typischen Festkörperschaltungsplättchens;

Fig..5 ist der Grundriß eines Teils der gedruckten Isolierstoffplatte, die zwei ausgeätzte Leiterschichten mit. einer Anzahl von überstehenden bandförmigen Leitern besitzt und in der das Festkörperschaltungsplättchen innerhalb der fensterartigen Öffnung angeordnet ist;

Fig. 6 zeigt in einem anderen Querschnitt das Festkörperschaltungsplättchen innerhalb der fensterartigen Öffnung angeordnet und die Enden der bandför-'migen überstehenden Leiter damit verbunden;

Fig. 7 ist eine Seitenansicht der gedruckten Isolierstoffplatte und der darauf angebrachten Festkörperschaltungsplättchen mit mechanischen und elektrischen Verbindungen.

Fig. 1 zeigt die gedruckte Isolierstoffplatte 1, die im, wesentlichen aus einer dielektrischen, mit einer Metallfolie beschichteten Plastikschicht besteht, wie z. B. Polyester oder Polyimidharz mit einer auf beiden Seiten befestigten Kupferfolie, der die bandförmigen Leiter 3 und die Leiterbahnen 5 für die Verbindungen zwischen Plättchen und Anschlußelektroden der äußeren Signalströme der Anordnung geätzt ist. Es ist eine Anzahl regelmäßig angeordneter fensterartiger Öffnungen 2 gezeigt, in welche die Festkörperschaltungsplättchen eingesetzt werden und ferner eine Mehrzahl von bandförmigen Leitern 3, die die Öffnungen 2 umgeben und die aus der Isolierstoffplatte 1 heraus und in jede öffnung 2 hineinragen. Der Aufbau dieser bandförmigen Leiter 3 wird eingehender

unter Bezugnahme auf andere Figuren beschrieben.

Zwischen den Fenstern ist eine Mehrzahl von Flächen 4 angeordnet, die in Fig. 1 als quadratische Flächen gezeigt sind, die aber jede gewünschte Form haben können. Diese Flächen werden als äußere Anschlußelektroden und für elektrische Zuführungszwecke benutzt. Zur Illustration ist eine Anzahl von geätzten Leiterbahnen 5 gezeigt, die die einzelnen Festkörperschaltungsplättchen untereinander verbinden. Um unnötige Einzelheiten zu vermeiden und um die Erfindung mit Klarheit darzustellen, sind lediglich wenige Leiterbahnen 5 gezeigt.

Die Fig. 2 und 3 zeigen mehr im Detail die fensterartige öffnung 2 und die überstehenden Leiter 3. Die Größe der fensterartigen Öffnungen 2 ist ausreichend, um ein übliches Festkörperschaltungsplättchen aufzunehmen. Sie kann auch vorteilhaft etwas kleiner als die Größe des Plättchens gemacht werden, so daß sich ein fester Sitz ergibt. Die überstehenden bandförmigen Leiter 3 bestehen aus aufgebrachtem Nickel oder aus anderem, zu elektrischen Verbindungen mit den Besonderheiten der Plättchenbauart geeignetem Metall. Die überstehenden Leiter 3 sind dadurch flexibel gemacht, daß sie in Ausgestaltung der Erfindung einen dünnen Querschnitt haben, wodurch die verschiedene thermische Ausdehnung bzw. Kontraktion zwischen dem Festkörperschaltungsplättchen und einem weiter unten beschriebenen Wärmeableitkörper ein Minimum der auf die Verbindung übertragenen Beanspruchungen erzeugt. Mit gewissen Abänderungen an diesen überstehenden Leitern 3 können sie ein vollständig geätzter Teil der auf die Schicht aufgebrachten Ausgangsfolie sein.

Ein Zuführungsansatz 13 ist in einer kleinen Öffnung der Isolierstoffplatte 16 angebracht und verbindet die Kupferfolie 12 auf der Seite der überstehenden Leiter mit der Kupferfolie 17 auf der entgegengesetzten Seite der gedruckten Isolierstoffplatte. Leiterbahnen 5 in der gedruckten Isolierstoffplatte, die die überstehenden Leiter miteinander verbinden, können auf jeder Seite der Isolierstoff platte 1 wie benötigt angebracht werden, um Kontakt mit anderen unabhängigen Leiterbahnen zu vermeiden. Für die Illustration sind die Leiterbahnen, die auf der abgewandten Seite liegen, in Fig. 1 und 2 als gestrichelte Linien dargestellt. Der Ansatz 13 kann in bekannter Weise innerhalb des Lochs in der Isolierstoffplatte 16 aufplattiert werden und entweder als Nickel, Kupfer oder einem anderen geeigneten Metall bestehen.

Die Kupferfolienschicht 12, die unter jedem überstehenden Leiter 3 verläuft, wird an denjenigen freiliegenden Teilen chemisch weggeätzt, die über der fensterartigen öffnung 2 verlaufen. Der darüberverlaufende Teil jedes Leiters 3 überragt damit so weit die fensterartige Öffnung 2, wie es zur Justierung und Verbindung zwischen den entsprechenden metallischen Kontaktfeldern des Festkörperschaltungsplättchens 20 nötig ist.

Fig. 4 zeigt ein Festkörperschaltungsplättchen 20, das eine Mehrzahl von Schaltelementen in bekannter Weise enthält und das eine Mehrzahl von metallischen Kontaktfeldern 21 besitzt, mit denen die gewünschten Schaltelemente innerhalb des Festkörperschaltungsplättchens 20 verbunden und mit denen Verbindungen zu anderen Festkörperschaltungsplättchen oder zu anderen Schaltelementen außerhalb der Festkörperschaltungsplättchen 20 hergestellt werden können.

ίο In den Fig. 5 und 6 ist die Anordnung des Festkörperschaltungsplättchens 20 in der fensterartigen Öffnung der Isolierstoffplatte 1 gezeigt und ebenso die Verbindung der überstehenden Leiter 3 mit den entsprechenden Kontaktfeldern 21 auf den Festkörperschaltungsplättchen 20. Um eine gute Justierung bzw. Übereinstimmung der Leiterenden und der metallischen Kontaktfelder 21 sicherzustellen, werden die Leiterenden etwas kleiner als die Umrisse der metallischen Kontaktfelder 21 gemacht. Ebenso ist die fen-

sterartige Öffnung 2 so ausgebildet, daß sie eine mit dem Umriß des Plättchens 20 übereinstimmende Form besitzt.

Ein Vorteil einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung mit Festkörperschaltungsplättchen, deren Kontaktfelder nur an einer Oberfläche des Plättchens ausgebildet sind, hinsichtlich der Wärmeableitung, wird an Hand der Fig. 7 erläutert. Diese zeigt als Beispiel eine Anordnung mit mehreren Festkörperschaltungsplättchen auf einer für Mikrobauelemente geeigneten Karte 30 oder auf einer ähnlichen Tragstruktur. Die Verbindungen zu den Flächen 4 der gedruckten Isolierstoffplatte 1 sind über die Stifte 25 vorgenommen gezeigt, die eine doppelte Funktion haben. Die Stifte können aus Nickel, Kupfer oder anderem geeigneten Material bestehen und sind an die Flächen 4 angelötet oder angeschweißt und dienen als Träger für die Isolierstoffplatte 1 und ebenso als äußere elektrische Anschlüsse der Isolierstoffplatte 1. Als mechanischer Träger und als Wärmeableitung für das Festkörperschaltungsplättchen ist ein wärmeleitender Körper 26 gezeigt, der unterhalb des Trägers angeordnet ist, der mechanisch fest mit dem Festkörperschaltungsplättchen verbunden ist und der sowohl für die Wärmeabgabe als auch für das mechanische Tragen des Plättchens eine große Fläche besitzt. Der Wärmeableitkörper 26 kann aus Aluminiumoxid, eloxiertem Aluminium oder anderen Kombinationen von metallischen und dielektrischen Schichten in gewünschter Weise bestehen und an der

so Trägerstruktur 30 mit bekannten Mitteln befestigt sein. Der Wärmeableitkörper 26 kann ein Träger für Mikroschaltfilme sein, in welchem Falle die Stifte 25 die gedruckte Isolierstoffplatte 1 mit dem Träger für Mikroschaltungsfilme verbinden, und zwar elektrisch wie mechanisch.

Patentschutz wird nur begehrt für die Gesamtheit der Merkmale eines jeden Anspruches einschließlich seiner Rückbeziehung.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Anordnung mit mehreren Festkörperschaltungselementen, die in je eine fensterartige Öffnung einer Isolierstoffplatte eingelassen und deren feldartige Oberflächen-Elektroden mit auf der Isolierstoffplatte befindlichen Leiterbahnen mittels Leiter kontaktiert sind, die vor dem Einsetzen der Festkörperschaltungselemente in die Isolierstoffplatte als Teil der Leiterbahnen ausgebildet sind und deren freie Enden ein festgelegtes, über den Rand der Öffnung nach innen ragendes, den Oberflächen-Elektroden entsprechendes Muster bilden, gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale

a) die Festkörperschaltungselemente bestehen aus ungekapselten Plättchen (20), die nur an einer Oberfläche mit den Kontaktfeldern (21) versehen sind,

b) die Leiter (3) sind als bandförmige flexible Leiter ausgebildet, deren Muster mit dem Muster der unmittelbar auf dem Festkörperschaltungsplättchen (20) aufgebrachten Kontaktfelder (21) übereinstimmt,

c) die Isolierstoffplatte (1) besteht aus einer dünnen Schicht von geringerer Dicke als die Festkörperschaltungsplättchen (20).

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bandförmigen Leiter (3) in an sich bekannter Weise entweder einstückig mit den Leiterbahnen (5) der Isolierstoffplatte (1) verbunden sind und aus einem geätzten Teil einer auf die Isolierstoffplatte (1) aufgebrachten Ausgangsmetallfolie bestehen oder aus überstehenden, auf die Leiterbahnen (12) aufgebrachten dünnen Metallzungen (3') bestehen (Fig. 5 bzw. Fig. 2, 3, 6).

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der bandförmigen Leiter (3) in an sich bekannter Weise kleiner sind als die Umrisse der Kontaktfelder (21).

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (1) aus elastischem Isolierstoff besteht und daß jede Durchgangsöffnung (2) in der Platte so geformt ist, daß eine leichte Preßsitzpassung mit dem Festkörperschaltungsplättchen (20) entsteht.

5. Anordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise ein Wärmeableitkörper (26) mit der den Kontaktfeldern (21) gegenüberliegenden Unterseite des Festkörperschaltungsplättchens (20) verbunden ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeableitkörper (26) ein Mikroschaltungsfilm ist, der auf einer wärmeableitenden dielektrischen Unterlage angeordnet ist, und daß der Wärmeableitkörper Mittel zur elektrischen Verbindung mit der gedruckten Schaltungsplatte (1) aufweist.