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Kennwort: fialbleiterschaltkreisanordnung Halbleiterschaltkreisanordnung
Die Erfindung betrifft Halbleiterschaltkreisgruppen, bei denen jede Gruppe mindestens
eine gesonderte Halbleiteranordnung enthält, die mindestens ein Schaltelement bildet;
dabei ist die Schaltgruppe der Anordnung auf einer Trägerplatte montiert, die auch
die zu der Anordnung gehörigen Leiter enthält.
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Die vorliegende Erfindung ist insbesondere, wenn auch nicht aussohlieplich,
für Halbleiterschaltkreise mit Anordnungen verwendbar, wie sie in der englischen
Patentschrift Nr. 988 075 der Anmelderin beschrieben sind.
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Bei jeder dieser Anordnungen weist der jeweils zugehörige Halbleiter
eine Halbleiterplatte auf, die Kontakt mit-einer Hauptfläche der Anordnung hat,
wobei die Anordnung mit der kontakttragenden Plattenseite gegen die Trägerplatte,
aber mit einem Abstand zu ihr angebracht ist und von elektrischen
Verbindungen
gehalten wird, die mit den Kontakten auf der Anordnung und mit Leitern auf der Trägerplatte
verbunden sind.
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Es ist bei solchen Schaltgruppen oft wünschenswert, eine Uberkreuzung
der Leiter zu erzielen, wobei jede Uberkreuzung mindestens einen Leiter aufweist,
der einen oder mehrere andere Leiter überkreuzt und gegenüber diesen isoliert ist.
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Es ist bereits bekannt, derartige Uberkreuzungen dadurch zu bilden,
dap der zu kreuzende Leiter auf der Trägerplatte teilweise mit einer Uberbrückungsschicht
aus Isoliermaterial bedeckt wird, wie z.B. Siliziunoxyd, und dap anschliepend der
kreuzende Leiter auf dieses Isoliermaterial aufgebracht wird. Die Herstellungsschritte
zur Schaffung einer solchen Uberkreuzung müssen dann zusätzlich zu jenen Herstellungsschritten
vorgenominen werden, die zur Schaffung einer ahnlichen Schaltanordnung ohne Uberkreuzung
erforderlich sind, d0h., die Anbringung einer Isolierschicht und einer zweiten Leiterschicht
ist erforderlich. Derartige Uberkreuzungen sind darüber hinaus eine potentielle
Fehlerquelle innerhalb einer Schaltanordnung, weil die zusammengesetzten Schichten
der Uberkreuzungen die Tendenz haben sich aufzutrennen, z.B. bei Temperaturschwankungen.
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Aufgabe dieser Erfindung ist es, Uberkreuzungen von Leitern innerhalb
Halbleiterschaltgruppen zu schaffen, bei denen es nicht notwendig ist, einen Leiter
über einen anderen Leiter zu legen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung umfapt ein Halbleiterschaltkreis
mindestens einen getrennten Halbleiter, der auf einer Trägerplatte angebracht ist
und eine Anzahl mit der Anordnung verbundener Leiter , die ebenfalls von der Trägerplatte
gehalten werden, wobei mindestens ein Leiter einen anderen Leiter oder andere Leiter
überquert; dabei ist ein Verspannungsteil des überkreuzenden Leiters an einer Schicht
aus Isolationsmaterial
auf einer Uberbrückungsplatte befestigt
und wird von dem anderen Leiter getrennt durch elektrische Zwischenverbindungen,
die mit dem Verspannungsteil und den damit zusammenwirkenden Teilen des kreuzenden
Leiters auf der Trägerplatte ge-halten.
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Die Uberbrückungsplatte kann ganz aus Isoliermaterial sein.
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Der Hauptbestandteil der Uberbrückungsplatte kann auch aus Halbleitermaterial
sein. Die Isolierschicht kann dann aus dem Oxyd des Halbleitermaterials bestehen.
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In einer Ausführungsform enthält jeder getrennte Halbleiter der Schaltkreisgruppe
eine Halbleiterplatte mit Kontakten auf einer Seite der Hauptplatte, wobei die Anordnung
an der kontakttragenden Plattenfläche, die gegenüber der Trägerplatte, jedoch von
ihr getrennt angeordnet ist, befestigt wird, sowie elektrische Verbindungen zwischen
den Kontakten und den zugehörigen, die Anordnung tragenden Leitern.
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Die zu der Uberbrückungsplatte gehörigen elektrischen Verbindungen
können mit dem Verspannungsteil des kreuzenden Leiters eine Einheit bilden, wobei
diese bei einer derartigen Anordnung über die Peripherie der tberbrückungsplatte
hinausragen können.
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Gemäp einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht
das Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterschaltkreisanordnung mit mindestens
einem getrennten, auf einer Trägerplatte befestigten Halbleiter, die mit einer Anzahl
von Leitern versehen ist, durch die sie auf der Grundplatte befestigt wird und wobei
mindestens ein Leiter einen anderen Leiter oder andere Leiter kreuzt, darin, dap
die Anordnung ein Verspannungsteil des kreuzenden Leiters auf einer Schicht von
Isoliermaterial auf einer uberbrückungsplatte enthält und dap elektrische Verbindungen
mit diesem Verspannungsteil und den damit zusammenwirkenden Teilen des
kreuzenden
Leiters auf der Grundplatte verbunden sind, um diesen Verspannungsteil von dem anderen.
Leiter auf Abstand zu halten.
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Die elektrischen Verbindungen können entweder auf dem Verspannungsteil
oder auf den damit zusammenwirkenden Teilen des kreuzenden Leiters auf der Grundplatte
elektroplattiert werden0 Jeder der getrennt angeordneten Halbleiter der Schaltanordnung
enthalt eine Halbleiterplatte, die auf einer ihrer Hauptplattenoberfläche Kontakte
aufweist, an denen die jeweilige Anordnung mit der kontakttragenden Plattenfläche
gegenüber der Trägerplatte jedoch auf Abstand zur Grundplatte und mit elektrischen
Verbindungen zwischen den Kontakten und den zugehörigen, die Anordnung tragenden
Leitern angebracht ist, wobei die elektrischen Verbindungen, die zu der tberbrückungsplatte
gehören, in gleicher Weise und unter Umständen gleichzeitig wie die elektrischen
Zwischenverbindungen, die zu jedem getrennt angeordneten Halbleiter gehören, hergestellt
werden können. Die Verbindung der Verspannungsvorrichtungen jedes kreuzenden Leiters
kann in gleicher Weise und unter Umständen gleichzeitig wie die Verbindung jedes
getrennt angeordneten Halbleiters mit der Trägerplatte vorgenommen werden.
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Die vorliegende Erfindung wird im folgenden an Hand eines Beispiels
und in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben0 In diesen zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Halbleiterschaltkreisgruppe Fig. 2 eine
erweiterte Ansicht eines Teiles des Schaltkreises gemäp Sigo 1, die eine Anordnung
von Uberkreuzungen zeigt, in der gewisse Leiter andere Leiter
überkreuzen
und die außerdem eine Uberbrückungsplatte enthält; Fig. 3 die Verspannungsteile
der kreuzenden Leiter auf der tberbrückungBplatte von Fig. 2; Fig. 4 eine perspektivische
Ansicht einer Alternativausführung des Verspannungsteiles des Leiterteiles auf der
Uberbrückungsplatte.
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Die Schaltanordnung 10 der Fig. 1 ist ein Unterelement eines Digitalcomputers,
das eine gemeinsame Grundplatte 11 aus keramischem Material besitzt, die Siliziumplättchen
12 und 13 aufweist, die an einer ihrer Flächen mit chromnickelunterlegten Goldleiter
14 und 15 befestigt sind, die diese Plättchen miteinander verbinden. Die Leiter
werden durch photolithographisches Ätzen aus einer anfangs zusammenhängenden Schicht
hergestellt, Die Leitungen 16, die mit den Leitern 14 und 15 verbunden sind, ragen
seitlich über die Schaltanordnung 10 hinaus.
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Die mit der Ziffer 12 bezeichneten Siliziumplättchen enthalten getrennt
angeordnete Halbleiter, wobei jede derartige Anordnung mit mindestens einem Schaltelement
der Schaltanordnung 10 versehen ist und Aluminiumkontakte (nicht gezeigt) an einer
Hauptfläche der Platte aufweist. Die Anordnung ist an der kontakttragenden Plattenfläche
gegenüber der Grundplatte 11 jedoch in einem Abstand zu ihr angebracht; sie wird
durch elektrische Verbindungen 17 aus Gold, die mit den Kontakten und den Leitern
14 und 15 der Grundplatte verbunden sind, getragene Die bei Ziffer 13 der Fig. 1
dargestellten Siliziumplättchen besitzen Uberbrückungeglieder, wobei jedes Plättchen
eine Oberflächenschicht aus Siliziumoxyd 13A aufweist, die eine isolierende Schicht
für die Verspannungsteile 18 (Fig. -3) bei
den entsprechenden Leitern
15 bildet, wobei die Leiter 15 andere Leiter 14 überqueren, um so eine tfberkreuzung,wie
in Fig. 2 dargestellt, zu bilden. Verbindungen 17, die den Verbindungen, die zu
den getrennt angeordneten Halbleitern 12 führen, entsprechen, sind gleichfalls zwischen
dem Bindeglied 18A der Verspannungsteile 18 der kreuzenden Leiter 15 an den Uberbrückungsplättchen
13 und den hiermit zusammenwirkenden Teilen 19 der kreuzenden Leiter 15 auf der
Grundplatte 11 vorgesehen0 Alle Leiterteile 14 und 15 auf der Grundplatte 11 haben
gleiche Querschnittdimensionen, so dap, wenn die Verspannungsteile 18 der kreuzenden
Leiter 15 mit den Verbindungen 17 und den damit zusammenwirkenden Leiterteilen 19
verbunden sind, die Verspannungsteile 18 von den überkreuzten Leitern 14 in einem
Mappe entfernt sind, das der ilöhe der Verbindungen 17 entspricht und so gegen die
gekreuzten Leiter 14 isoliert sind0 Die Verbindungen 17 sowohl für die Leitungsüberkreuzung
als auch für die getrennt angeordneten Halbleiter 12 werden gleichzeitig durch Elektroplattierung
gebildet, indem Teile der Leiter 14 und 15 durch eine Maske ausgewählt werden0 Auf
diese Weise werden Goldpfeiler von gewünschtem Querschnitt gebildet, z,B, von der
Gröpenordnung 0,0000 1 (inch)2 und die Höhe dieser Pfeiler wird durch die Menge
des aufgebrachten Goldes bestimmt, zOBo 0,005 inch.
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Die Verbindungen 17 können andererseits auch durch selektive Elektroplatierung
der Kontakte auf den anderen Siliziumplättchen 12 und der Verspannungsleiterteile
18 auf dem Uberbrükkungsplättchen 13, eventuell in Serienbauweise, gebildet werden.
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In jedem dieser Falle sind der Aufbau und die Form der Konstruktion
der fertiggestellten Uberkreuzwlgen und der getrennt angeordneten Halbleiter im
wesentlichen die gleichen.
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Die Verbindungen 17 werden bei der Herstellung mit den damit zusammenwirkenden
Leiter 14 und 15 oder den Kontakten der Anordnung durch Ultraschall oder Thermokompression
verbunden.
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Die Verbindung zur Vervollständigung der bberkreuzungen und zur Befestigung
der getrennt angeordneten Halbleiter an der Schaltanordnung 10 müssen gleichzeitig
hinsichtlich jedes Plättchens 12 und 13 der Schaltvorrichtung vorgenommen werden.
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Die erforderlichen Arbeitsschritte zur Bildung der tiberkreuzungen
erfolgen daher nicht zusätzlich zu den Arbeitsschritten, die erforderlich sind,
um die zugehörigen, getrennt angeordneten Halbleiter auf der gemeinsamen Grundplatte
zu befestigen.
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Die getrennt angeordneten Halbleiter der Schaltanordnung 10 können
auf der gemeinsamen Grundplatte 11 auch auf andere Weise angebracht werden, als
zuvor beschrieben, und zwar in solchen Füllen, wo diese Anbringung nicht erfolgen
kann und die Vervollständigung der zugehörigen Überkreuzungen nur dadurch erreicht
werden kann, dap gleichzeitig entsprechende Techniken angewandt werden.
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Bei allen Arten der Schaltanordnung gemäß der Erfindung sind jedoch
die vollendeten Überkreuzungen betriebssicher und leicht herzustellen und der Aufwand
zur Herstellung der Grundplatte wird verringert.
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Die tberbrückungsplättchen 13 der Überkreuzungen können jedes geeignete
Isolationsmaterial erhalten, obschon die Verwendung des gleichen Halbleitermaterials
wie es bei den getrennt angeordneten
Halbleitern der Schaltanordnung
verwendet wird vorzuziehen ist. Alle Plättchen 12 und 13 haben in geeigneter Weise
einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der im wesentlichen der gleiche ist, wie derjenige
der Grundplatte. Bei einer keramischen Grundplatte können die Plättchen eine Körnung
von 7059er Politur haben (of corning 7059 glases). Die Gröpe und die Lage jeder
der Leitungsüberkreuzungen der Schaltanordnung wird einzig und allein durch die
Erfordernisse des Schaltbildes innerhalb der Anordnung bestimmt. So können Plättchen
13 unterschiedlicher Größeineiner Schaltanordnung Verwendung finden und Anordnungen
12 verschiedenster Abmessungen können eingesetzt werden. Es ist jedoch möglich,
die gleiche Einspannvorrichtung zu benutzen, um sowohl die tberkreuzungsplättchen
13 als auch die Plättchen 12 zu haltern, Im allgemeinen werden Plättchen in der
Gröpenordnung von 0,07 inch im Quadrat benutzt.
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Auf dem Plättchen 12 können Dünnfilmschaltelemente gebildet werden,
und es ist bei bestimmten Schaltanordnungen möglich, dap nicht alle Plättchen 12
auf ihnen gebildete Schaltelemente aufweisen, wobei diese Plättchen dann Verbindungselemente
der Schaltanordnung aufweisen. Die elektrischen Verbindungen 17, wie oben beschrieben,
können, wenn sie auf den Plättchen 12 oder 13 der Schaltanordnung gebildet werden,
über die Peripherie dieser Plättchen hinausragen, z.B. können sie vom sogenannten
Stecker-Typ ("Beam-Lead"-Typ) sein, wie in Fig. 4 durch die Bezugsziffer 20 dargestellt.
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Die Schaltanordnung 10 kann dadurch vervollständigt werden, dap man
die getrennt angeordneten Halbleiter, die Überkreuzungen und die Leiter mit einer
Gupmasse überzieht. Eine derartige Einbettungsmasse muP elektrisch nichtleitend
sein und soll zwischen die Verspannungsteile 18 der kreuzenden Leiter 15 und der
überkreuzten Leiter 14 eindringen0 Die Giepmasse kann ein Epoxyharz sein, wie es
unter dem Handelsnamen STYOAST verkauft wird.
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Die Vorrichtung zur Schaffung von Überkreuzungen von Leitungen, wie
sie oben im einzelnen beschrieben worden ist, eignet sich besonders, wenn Uberkreuzungen
von nicht orthogonalen Leiter matrizen geschaffen werden sollen.