DE19506759C2 - Halbleitervorrichtung und Verfahren für deren Herstellung - Google Patents

Halbleitervorrichtung und Verfahren für deren Herstellung

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Kenji Kagata
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Mitsunori Ishizaki
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Susumu Hoshinouchi
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Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, auf welcher Halbleiterelemente angebracht sind, wobei es sich bei den Halbleiterelementen um nicht verkapselte "nackte Chips" handelt.
Die JP 5-129516 A - in: Patent Abstracts of Japan, Sect. E, Band 17 (1993), Nr. 504 (E-1430) - beschreibt eine Halbleitervorrichtung mit einer ersten Verdrahtungsplatte mit Verbindungsstrukturen und einer zweiten Verbindungsplatte mit Verbindungsstrukturen. An Kontaktübergängen sind Elektrodenflecken sowie Leiterballen gebildet. Eine Ausnehmung ist in der zweiten Verdrahtungsplatte vorgesehen, wobei ein Halbleiterchip in dieser Ausnehmung aufgenommen ist, wenn die erste Verdrahtungsplatte und die zweite Verdrahtungsplatte zueinander angeordnet werden. Hier ist die Ausnehmung nur zu der Seite offen, die der ersten Verdrahtungsplatte zugekehrt ist. Eine hohe Verpackungsdichte kann mit einer derartigen Halbleitervorrichtung nicht erzielt werden, da keine effiziente Wärmeabstrahlungsmöglichkeit vorhanden ist.
In der japanischen Offenlegungsschrift JP 3-152967 und in JP 3-152967 (A) Patent Abstracts of Japan, Sect. E, Band 15 (1991), Nr. 383 (E-1116) ist eine Halbleitervorrichtung mit zwei Halbleiterplättchen offenbart, die über Elektrodenstrukturen miteinander kontaktiert werden. Um die Packungsdichte der Halbleitervorrichtung zu erhöhen, wird ein erstes Halbleiterplättchen oder ein zweites Halbleiterplättchen innerhalb des Bereichs angeordnet, der von dem jeweils anderen Halbleiterplättchen eingenommen wird. Dabei muß die Oberfläche der Halbleiterchips und diejenige eines zweiten Substrats zur Übereinstimmung gebracht werden, und infolgedessen werden die Kosten des zweiten Substrats erhöht.
Die JP 4-290258 A - in: Patent Abstracts of Japan, Sect. E, Band 17 (1993), Nr. 101 (E 1327) - offenbart ein Multichip- Modul, bei dem mehrere Keramikplatten übereinander angeordnet werden, wobei sich jeweils dazwischen Halbleitereinrichtungen befinden. Isolationsschichten sind aus einem Polyimidharz gebildet.
Um die Geschwindigkeit und die Packungsdichte einer Halbleitervorrichtung zu erhöhen, ist es allgemein wesentlich, die Verbindungsentfernungen zwischen Halbleiterelementen und einer Verdrahtungsplatte sowie die Verdrahtungsentfernung zwischen Halbleiterelementen zu verringern. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, die Halbleiterelemente direkt mit der feinen Verdrahtungsschicht der Verdrahtungsplatte durch Lot oder eine andere Einrichtung zu verbinden. Da der Stromverbrauch eines mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Halbleiterelements hoch ist, ist es darüber hinaus erforderlich, den Widerstand zu verringern, durch Erhöhung der Abmessungen eines Leitungsdrahtes in der Zufuhrschicht der Verdrahtungsplatte, und weiterhin erforderlich, eine beträchtliche Wärmemenge freizusetzen, die von den Halbleiterelementen erzeugt wird.
Fig. 17 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung nach dem Stand der Technik. In Fig. 17 bezeichnet die Bezugsziffer 3 ein Halbleiterelement, 31 eine Verdrahtungsplatte, 32 die Zufuhrschicht der Verdrahtungsplatte 31, 33 die Signalübertragungsschicht, der Verdrahtungsplatte 31, 34 eine Kappe, und 1j eine Eingangs-/Ausgangsklemme. Die Zufuhrschicht 32 besteht hauptsächlich aus einem keramischen Laminat, welches durch Aufdrucken einer leitfähigen Paste auf eine "grüne" Platte (Rohplatte) und Brennen der leitfähigen Paste hergestellt wird. Die Signalübertragungsschicht 33 wird durch Ausbildung eines Kupferleiters auf einem Polyimid-Isolator mit Hilfe eines Sputter- und Photogravurverfahrens hergestellt.
Bevor Halbleiterelemente auf einer Halbleitervorrichtung angebracht werden, wird mit den Halbleiterelementen ein Einbrenntest in einer auf 150° erhitzten Atmosphäre durchgeführt, um die Funktion der Halbleiterelemente zu testen oder zu untersuchen, und gegebenenfalls deren Defekte oder Probleme festzustellen. Wenn die Halbleiterelemente verkapselt sind, also in Gehäusen angebracht sind, kann der Versuch einfach dadurch erfolgen, daß die Zufuhrdrähte des Gehäuses in einen Sockel eingeführt werden, jedoch ist der Test eines nicht in einem Gehäuse angeordneten Halbleiterelements, welches als "nackter Chip" bezeichnet wird, schwierig, da es schwierig ist, sämtliche elektrischen Verbindungselektroden der Halbleiterelemente in gleichförmigen Kontakt mit den Teststiften zu bringen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Halbleitervorrichtung und ein Verfahren für deren Herstellung anzugeben, mit der Halbleiterelemente in einer Gehäusepackung mit hoher Dichte und niedrigen Kosten verpackt werden können.
Diese Aufgabe wird durch eine Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1 und durch ein zugehörige Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 7 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Verbesserungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Nachstehend wird die Erfindung anhand ihrer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 entlang einer Linie A-A von Fig. 2;
Fig. 2 eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1;
Fig. 3 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 2;
Fig. 4 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 3;
Fig. 5 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 4;
Fig. 6 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 5;
Fig. 7 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 6;
Fig. 8 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 7;
Fig. 9 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 8;
Fig. 10 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 9;
Fig. 11 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 10;
Fig. 12 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 11;
Fig. 13 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 12;
Fig. 14 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 13;
Fig. 15 eine Schnittansicht eines weiteren Beispiels für eine Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 13;
Fig. 16 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 14; und
Fig. 17 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung nach dem Stand der Technik.
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 16 bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, wobei gleiche oder entsprechende Teile wie beim Stand der Technik mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind.
Ausführungsform 1
Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung, die als integrierte Einheit aufgebaut ist, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, wobei der Schnitt entlang der Linie A-A von Fig. 2 verläuft. Fig. 2 ist eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1. In Fig. 2 weist die Halbleitervorrichtung ein erstes Substrat 1 (nachstehend auch als Signalübertragungssubstrat bezeichnet) auf, ein zweites Substrat 2 (nachstehend auch als Zufuhrsubstrat bezeichnet) und wenigstens ein Halbleiterelement 3 auf. Das Signalübertragungssubstrat 1 weist eine Basis 1a und eine Verdrahtungsschicht 1b auf, die mit einem feinen Verdrahtungsmuster versehen ist und auf der Basis 1a durch ein Dünnfilmherstellungsverfahren ausgebildet wird. Hierbei besteht die Basis 1a aus einem Material, dessen thermischer Expansionskoeffizient annähernd gleich jenem des Halbleiterelements 3 ist. Da das Halbleiterelement 3 im allgemeinen einen thermischen Expansionskoeffizienten von etwa 3,5 aufweist, wird Silizium (mit einem thermischen Expansionskoeffizienten von 3,5), Siliziumkarbid (3,5) oder Aluminiumnitrid (5,7) als Material für die Basis 1a verwendet.
Die Verdrahtungsschicht 1b wird als Mehrfachschicht ausgebildet, durch Beschichten der Basis 1a mit Polyimid, beispielsweise mittels Schleuderbeschichtung, Ausheizen des Beschichtungsfilms bei 350°C zur Ausbildung eines Polyimid- Isolators, nachfolgendes Ausbilden eines leitfähigen Films aus einem Metall wie beispielsweise Kupfer auf diesem Isolator durch Sputtern, und eines Widerstandsfilms auf diesem leitfähigen Film, Erzeugung eines Musters in dem Widerstandsfilm durch eine Photograviertechnik, Ablagern von Kupfer durch Elektroplattieren, Wegätzen unnötiger Abschnitte des leitfähigen Films zur Ausbildung eines leitfähigen Musters 1c, welches ein vorbestimmtes, feines Verdrahtungsmuster auf dem Isolator aufweist, Beschichten des Isolators, der dieses leitfähige Muster 1c aufweist, mit Polyimid, Ausbildung von Öffnungen durch ein Photogravierverfahren, Ausheizen oder Brennen des Polyimids, und erneutes Ausbilden eines leitfähigen Musters 1c durch Musterbildung und Ätzen auf dieselbe Weise wie voranstehend beschrieben.
Anders ausgedrückt, ist die Verdrahtungsschicht 1b eine Mehrfachschicht, die durch Wiederholung der Ausbildung des Isolators und des leitfähigen Musters 1c hergestellt wird. Auf der Vorderfläche dieser Verdrahtungsschicht 1b, an welcher die Halbleiterelemente angeordnet sind, sind erste Elektroden 1d (nachstehend auch als Elementenelektroden bezeichnet (siehe Fig. 1)), zweite Elektroden 1e, 1f (nachstehend auch als Zufuhr- oder Versorgungselektroden 1e bzw. Eingangs-/Ausgangselektroden 1f bezeichnet) für Substratzwischenverbindungen vorgesehen. Die Elementenelektroden 1d, die Zufuhrelektroden 1e und die Eingangs-/Ausgangselektroden 1f zwischen den Substraten werden aus dem leitfähigen Muster 1c der Oberflächenschicht gebildet, welche die vordere Fläche der Verdrahtungsschicht 1b bildet, an welcher sich die Halbleiterelemente befinden. Die Zufuhrelektroden 1e und die Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Substratverbindungen stellen Elektroden dar, die auf dem Signalübertragungssubstrat 1 vorgesehen sind, um das Signalübertragungssubstrat 1 und das Zufuhrsubstrat 2 elektrisch zu verbinden. Obwohl die Elementelektroden 1d in Fig. 2 nicht dargestellt sind, da sie unmittelbar unterhalb der Halbleiterelemente 3 liegen, sind die Zufuhrelektroden 1e um die Halbleiterelemente 3 herum angeordnet, und sind die Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Substratverbindungen nahe den Kanten oder Rändern der Verdrahtungsschicht 1b angeordnet. Bei der Ausführungsform 1 besteht der Isolator aus Polyimid, kann jedoch auch aus einem Polymerharz auf Epoxygrundlage, oder einem anderen organischen Material wie beispielsweise Siliziumdioxid, bestehen. Der leitfähige Film wird durch Sputtern ausgebildet, jedoch kann dies auch durch Plattieren erfolgen. Zwar wird Kupfer als Material für das leitfähige Muster 1c eingesetzt, jedoch kann stattdessen auch Aluminium verwendet werden.
Das Zufuhrsubstrat 2 besteht aus einem keramischen Laminat, welches offene Ausnehmungen 2a (nachstehend auch als Behälter bezeichnet) aufweist, die beide Oberflächen des Zufuhrsubstrats 2 durchdringen, als Behälter zur Aufnahme der Halbleiterelemente 3, die auf dem Signalübertragungssubstrat 1 angeordnet sind. Genauer gesagt ist das Zufuhrsubstrat 2 ein keramisches Laminat, welches durch Stanzen einer grünen Tafel hergestellt wird, die eine ungebrannte Keramiktafel oder -platte darstellt, zur Ausbildung eines Isolators, um die offenen Behälter 2a auf der grünen Tafel herzustellen, Anordnung einer leitfähigen Paste in einem Muster auf dieser grünen Tafel durch Drucken, Herstellung eines Leiters 2b mit einem vorbestimmten Verdrahtungsmuster auf der grünen Tafel, Aufbringen einer weiteren grünen Tafel, die mit offenen Behältern 2a versehen ist, auf diesen Leiter 2b, Erzeugung eines Musters auf dem Leiter 2b mit einem vorbestimmten, dicken Verdrahtungsmuster mit kleinem Widerstand auf dieser grünen Tafel, zur Erzeugung einer Mehrfachschicht, und Brennen der Mehrfachschicht. Anders ausgedrückt stellt das Zufuhrsubstrat 2 ein Keramiklaminat dar, welches durch Wiederholung der Ausbildung der grünen Tafel mit den offenen Behältern 2a und des leitfähigen Musters 2b hergestellt wird, um eine Mehrfachschicht zu erzeugen, welche das dicke, leitfähige Muster 2b mit kleinem Widerstand aufweist, und durch Brennen der Mehrfachschicht.
Auf der Vorderseite des Zufuhrsubstrats 2, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt, sind dritte Elektroden 2c, 2d, 2e vorgesehen, nämlich Zufuhrelektroden 2c, Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten, und externe Eingangs-/Ausgangselektroden 2e. Die Zufuhrelektroden 2c, die Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten, und die externen Eingangs-/Ausgangsklemmen 2e werden aus dem leitfähigen Muster 2b der obersten Schicht gebildet, welche die Vorderseite des Zufuhrsubstrats 2 bildet, die dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt. Die Zufuhrelektroden 2c sind um die offenen Behälter 2a herum angeordnet, die Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten sind außerhalb der Zufuhrelektroden 2c angeordnet, und die externen Eingangs-/Ausgangsklemmen 2e sind nahe den Kanten des Zufuhrsubstrats 2 angeordnet, so daß dann, wenn das Signalübertragungssubstrat 1 dem Zufuhrsubstrat 2 überlagert wird, wodurch die Halbleiterelemente 3, die auf dem Signalübertragungssubstrat 1 angeordnet sind, in den offenen Behältern 2a aufgenommen werden, die Zufuhrelektroden 2c den Zufuhrelektroden 1e des Signalübertragungssubstrats 1 gegenüberliegen, die Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten den Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten des Signalübertragungssubstrats 1 gegenüberliegen, und die externen Eingangs-/Ausgangsklemmen 2e zur Außenseite des Signalübertragungssubstrats 1 hin freigelegt sind. Die Zufuhrelektroden 2c und die Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten stellen elektrische Verbindungselektroden dar, die auf dem Zufuhrsubstrat 2 dazu vorgesehen sind, das Signalübertragungssubstrat 1 und das Zufuhrsubstrat 2 elektrisch zu verbinden. Bei der Ausführungsform 1 wird ein Keramiklaminat als das Zufuhrsubstrat 2 verwendet, jedoch kann stattdessen auch eine Platine mit einer gedruckten Schaltung verwendet werden.
Das Halbleiterelement 3 ist ein "nackter" Chip, der von einem Wafer abgeschnitten wird, auf welchem ein Elementherstellungsvorgang durchgeführt wurde, ist mit elektrischen Verbindungselektroden 3a versehen (sh. Fig. 1), für Signalübertragung und Stromversorgung, auf seiner Vorderseite, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt, ist als zufriedenstellen in einem Einbrenntest bestätigt worden, und kann eine Hochgeschwindigkeits-Signalverarbeitung durchführen, wie beispielsweise ein LSI. Die Halbleiterelemente 3 sind auf der Verdrahtungsschicht 1b des Signalübertragungssubstrats 1 angeordnet. Das Signalübertragungssubstrat 1, auf welchem die Halbleiterelemente 3 angebracht sind, wird umgedreht, wie durch einen Pfeil in Fig. 2 gezeigt ist, und die Verdrahtungsschicht 1b des Signalübertragungssubstrats 1 wird dem Zufuhrsubstrat 2 überlagert und mit diesem verbunden, wodurch die Halbbleiterelemente 3 in den offenen Behältern 2a angeordnet werden, um so eine Halbleitervorrichtung als integrierte Einheit auszubilden.
Im einzelnen wird gemäß Fig. 1, nachdem die elektrischen Verbindungselektroden 3a der Halbleiterelemente 3 mit den Elementelektroden 1d des Signalübertragungssubstrats 1 mittels Lötmittel 4 verbunden wurden, und die Halbleiterelemente 3 auf dem Signalübertragungssubstrat 1 angebracht wurden, das Signalübertragungssubstrat 1 dem Zufuhrsubstrat 2 überlagert, wodurch die Halbleiterelemente 3 in den offenen Behältern 2a angeordnet werden, und die Zufuhrelektroden 1e und die Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten des Signalübertragungssubstrats 1 werden mit den Zufuhrelektroden 2c und den Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten des Zufuhrsubstrats 2 durch das Lötmittel 4 verbunden, um eine Halbleitervorrichtung als integrierte Einheit auszubilden. Das Lötmittel 4 wird zum Verbinden der Halbleiterelemente 3 mit dem Signalüberstragungssubstrat 1 verwendet, jedoch werden die Oberflächen der elektrischen Verbindungselektroden 3a der Halbleiterelemente 3 und die Oberflächen der Elementelektroden 1d des Signalübertragungssubstrats 1 mit Gold plattiert, und miteinander über eine thermische Diffusion von Gold zu Gold verbunden.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1, wie in Fig. 1 gezeigt ist, das Signalübertragungssubstrat 1 und das Zufuhrsubstrat 2 einander überlagert und miteinander verbunden sind, und die Halbleiterelemente 3, die mit dem Signalübertragungssubstrat 1 verbunden sind, in den offenen Behältern 2a des Zufuhrsubstrats 2 aufgenommen sind, so daß die Dicke der Halbleitervorrichtung im wesentlichen die Summe der Dicke des Signalübertragungssubstrats 1 und der Dicke des Zufuhrsubstrats 2 beträgt, wird es möglich, eine dünne Halbleitervorrichtung herzustellen. Da die Verdrahtungsschicht 1b in Bereichen gegenüberliegend den Halbleiterelementen 3 ausgebildet wird, kann die Fläche des Signalübertragungssubstrats 1 dadurch verringert werden, daß das leitfähige Muster 1c, welches ein feines Verdrahtungsmuster bildet, an den Bereichen angeordnet wird, welche den Halbleiterelementen 3 der Verdrahtungsschicht 1b gegenüberliegen, wodurch es möglich wird, eine dünne Halbleitervorrichtung herzustellen. Da die elektrischen Verbindungselektroden 3a mit den Elementelektroden 1d verbunden sind, welche den Halbleiterelementen 3 gegenüberliegen, die auf der Verdrahtungsschicht b angebracht sind, wird auf jeden Fall die Länge eines Signalkanals zwischen benachbarten Halbleiterelementen kurz, und kann daher die Signalverarbeitungsgeschwindigkeit erhöht werden. Dieser Effekt ist im Patentanspruch 1 angegeben.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 die offenen Behälter 2a auf der Rückseite des Zufuhrsubstrats 2 offen sind, welche nicht dem Signalübertragungssubstrat 1 gegenüberliegt, wenn das Signalübertragungssubstrat 1 und das Zufuhrsubstrat 2 einander überlagert und miteinander verbunden werden, wird von den Halbleiterelementen 3 erzeugte Wärme von dem offenen Behälter 2a an die Außenseite der Rückseite des Zufuhrsubstrats 2 während des Betriebs der Halbleiterelemente 3 abgestrahlt, wodurch die Wärmeabstrahlfähigkeit der Halbleiterelemente 3 vergrößert wird, ohne daß eine Wärmeabstrahlrippe vorgesehen wird. Dieser Effekt ist im Patentanspruch 2 angegeben.
Darüber hinaus ist es infolge der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 möglich, eine kostengünstige Halbleitervorrichtung zur Verfügung zu stellen, da die Wärmeabstrahlrippe nicht vorhanden ist.
Bei der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform besteht die Basis 1a aus einem Material, welches einen thermischen Expansionskoeffizienten aufweist, der annähernd gleich jenem des Halbleiterelements 3 ist, beispielsweise Silizium, Siliziumkarbid und Aluminiumnitrid, und daher haltert die Basis 1a die Verdrahtungsschicht 1b als untrennbare Einheit, und selbst wenn das Lot 4 dazu verwendet wird, die elektrischen Verbindungselektroden 3a des Halbleiterelements 3 mit den Elementelektroden 1d der Verdrahtungsschicht 1b zu verbinden, werden keine thermischen Spannungen, welche eine Spaltbildung hervorrufen, auf das Lot 4 ausgeübt, wodurch es möglich wird, sichere elektrische Verbindungen zwischen den elektrischen Verbindungselektroden 3a der Halbleiterelemente 3 und den Elementelektroden 1d der Verdrahtungsschicht 1b zur Verfügung zu stellen. Diese Wirkung ist im Patentanspruch 3 angegeben.
Ausführungsform 2
Fig. 3 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. In Fig. 3 weist die Halbleitervorrichtung ein Signalübertragungssubstrat 1 auf, ein Zufuhrsubstrat, und Halbleiterelemente 3. Das Zufuhrsubstrat 2 besteht aus einem Keramiklaminat, welches mit offenen Behältern 2a versehen ist, und Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten, und externe Eingangs-/Ausgangsklemmen 2e auf seiner Vorderfläche, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt. Das Signalübertragungssubstrat 1 ist mit einer Basis 1a und einer Verdrahtungsschicht 1b versehen, die ein feines Verdrahtungsmuster aufweist und auf der Basis 1a durch einen Dünnfilmherstellungsvorgang ausgebildet wird. Die Verdrahtungsschicht ist eine Mehrfachschicht, die einen Isolator aus Polyimid oder einem Polymermaterial auf Epoxybasis aufweist, sowie ein leitfähiges Muster 1c (sh. Fig. 2). Die Verdrahtungsschicht 1b weist Elementelektroden 1d auf, Zufuhrelektroden 1e und Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten, auf ihrer Vorderfläche, an welcher sich die Halbleiterelemente befinden. In dem Signalübertragungssubstrat 1 sind Abschnitte der Basis 1a entfernt, die elektrisch mit dem Zufuhrsubstrat 2 verbunden sind. Die entfernten Abschnitte der Basis 1a sind durch 1g bezeichnet. Die entfernten Abschnitte 1g werden durch Abdecken von Abschnitten der Basis 1a abgesehen von mit dem Zufuhrsubstrat verbundenen Abschnitten durch einen Photolack (resist) und Ätzen freiliegender Abschnitte der Basis 1a zum Entfernen des Photolacks hergestellt. Wenn bei diesem Ätzvorgang die Basis 1a aus einer Ferrolegierung besteht, sogenanntem Kovar, so können Eisenchlorid und Salzsäure verwendet werden, wenn dagegen die Basis 1a aus Aluminiumoxid besteht, so kann Phosphorsäure verwendet werden, und wenn die Basis 1a aus Silizium besteht, so kann eine Mischung von Salpetersäure und Salzsäure eingesetzt werden. Die entfernten Abschnitte 1g sind an Abschnitten der Basis 1a entsprechend den Zufuhrelektroden 1g und den Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten vorgesehen, und ordnen die Basis 1a an einem Ort entsprechend den offenen Behältern 2a an.
Bei der Halbleitervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform 2 besteht daher die Verdrahtungsschicht 1b aus einer Mehrfachschicht, die einen Isolator aus einem Polymermaterial und einen Leiter enthält, und gemäß Fig. 3 weist die Basis 1a des Signalübertragungssubstrats 1 die entfernten Abschnitte 1d an Orten entsprechend den Zufuhrelektroden 1e und den Eingangs-/Ausgangselektroden 1e für Verbindungen zwischen den Substraten auf. Wenn die Zufuhrelektroden 1e und die Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten des Signalübertragungssubstrats 1 daher mittels Lot 4 mit den Zufuhrelektroden 2c und den Eingangs-/Ausgangselektroden 2e für Verbindungen zwischen den Substraten des Zufuhrsubstrats 2 verbunden werden, so ist die Verdrahtungsschicht 1b entsprechend dem entfernten Abschnitt 1g entlang der unebenen Oberfläche des Zufuhrsubstrats 1 auf der Seite des Signalübertragungssubstrats verschoben, und mit den Zufuhrelektroden 2c und den Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten durch das Lot 4 verbunden, welches zwischen den Zufuhrelektroden 1e und den Zufuhrelektroden 2c sowie zwischen den Eingangs-/Ausgangselektroden 1f und 2d für Verbindungen zwischen den Substraten vorgesehen ist, wodurch die Verläßlichkeit der elektrischen Verbindungen verbessert wird.
Wie bei der voranstehend beschriebenen Ausführungsform 1 sind bei der vorliegenden Ausführungsform 2 die elektrischen Verbindungselektroden 3a der Halbleiterelemente 3 mit den Elementelektroden 1d des Signalübertragungssubstrats durch das Lot 4 verbunden, das Signalübertragungssubstrat 1 und das Zufuhrsubstrat 2 sind einander überlagert, wodurch die Halbleiterelemente 3 in den offenen Behältern 2a des Zufuhrsubstrats 2 aufgenommen sind, und die Zufuhrelektroden 1e und die Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten des Signalübertragungssubstrats 1 sind mit den Zufuhrelektroden 2c und den Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten des Zufuhrsubstrats 2 durch das Lot 4 verbunden, um eine Halbleitervorrichtung als integrierte Einheit aufzubauen.
Ausführungsform 3
Fig. 4 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung. In Fig. 4 weist die Halbleitervorrichtung ein Signalübertragungssubstrat 1 auf, ein Zufuhrsubstrat 2, und Halbleiterelemente 3. Das Zufuhrsubstrat 2 besteht aus einem Kermakiklaminat, welches mit offenen Behältern 2a versehen ist, und weist Zufuhrelektroden 2c auf, Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten und externe Eingangs-/Ausgangsklemmen 2e auf seiner Vorderfläche, die dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt. Das Signalübertragungssubstrat 1 ist mit einer Verdrahtungsschicht 1b versehen, die ein feines Verdrahtungsmuster aufweist und auf einer Basis 1a durch ein Dünnfilmherstellungsverfahren ausgebildet ist. Die Verdrahtungsschicht 1b weist Elementelektroden 1d auf, Zufuhrelektroden 1e und Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten auf ihrer Vorderseite, an welcher sich die Halbleiterelemente befinden, und die offenen Behälter 2a sind mit einem Polymerharz 5 gefüllt, welches verfestigt wird, während sich die Halbleiterelemente 3 in den offenen Behältern 2a befinden. Dieses Polymerharz 5 ist ein Epoxyharz oder ein Silikonharz. Genauer gesagt sind die elektrischen Verbindungselektroden 3a der Halbleiterelemente 3 mit den Elementelektroden 1d des Signalübertragungssubstrat 1 mittels Lot 4 verbunden, das Signalübertragungssubstrat 1 und das Zufuhrsubstrat 2 werden einander überlagert, wodurch die Halbleiterelemente 3 in den offenen Behältern 2a aufgenommen werden, und das flüssige Polymerharz 5 wird in die offenen Behälter 2a von der Rückseite des Zufuhrsubstrats 1 aus eingefüllt, bis das Harz mit den Kanten der Behälter fluchtet, und sich verfestigt, während die Zufuhrelektroden 1e und die Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten des Signalübertragungssubstrats 1 mit den Zufuhrelektroden 2c und den Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten des Zufuhrsubstrats 2 durch das Lot 4 verbunden werden. Wenn das Polymerharz 5 in die offenen Behälter 2a eingebracht wird, fließt es in den Spalt zwischen dem Halbleiterelement 3 und den Seitenwänden des offenen Behälters 2a, in den Spalt zwischen dem Halbleiterelement 3 und dem Signalübertragungssubstrat 1, und in den Spalt zwischen dem Signalübertragungssubstrat 1 und dem Zufuhrsubstrat 2. In diesem Fall wird das Polymerharz, welches in den Spalt zwischen dem Signalübertragungssubstrat 1 und dem Zufuhrsubstrat 2 hineinfließt, am Außenumfang des Spaltes durch die Wirkung der Oberflächenspannung angehalten, die durch die Zähigkeit des Polymerharzes 5 hervorgerufen wird, und wird verfestigt.
Nachdem bei der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 die Halbleiterelemente 3 in den offenen Behältern 2a angeordnet sind, wird daher das Polymerharz 5 in die offenen Behälter 2a eingegossen, so daß durch das Polymerharz 5 die Bereiche um die Verbindung zwischen dem Halbleiterelement 3 und dem Signalübertragungssubstrat 1 herum, und um die Verbindung zwischen dem Signalübertragungssubstrat 1 und dem Zufuhrsubstrat 2 gefüllt werden, wodurch es ermöglicht wird, Wasser am Eintritt in die Verbindung zwischen dem Halbleiterelement 3 und dem Signalübertragungssubstrat 1 und die Verbindung zwischen dem Signalübertragungssubstrat 1 und dem Zufuhrsubstrat 2 zu hindern. Wenn das Lot 4 zum Verbinden des Halbleiterelements 3 mit dem Signalübertragungssubstrat 1 und des Signalübertragungssubtrats 1 mit dem Zufuhrsubstrat 2 verwendet wird, so gleicht das Polymerharz 5, welches in die Bereiche um die Verbindung zwischen dem Halbleiterelement 3 und dem Signalübertragungssubstrat 1 herum und um die Verbindung zwischen das Signalübertragungssubstrat 1 und das Zufuhrsubstrat 2 herum eingefüllt wurde, thermische Spannung aus, welche sonst die Erzeugung von Spalten in dem Lot 4 hervorrufen würden, wodurch es ermöglicht wird, eine ordnungsgemäße elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterelement 3 und dem Signalübertragungssubstrat 1 sowie zwischen dem Signalübertragungssubstrat 1 und dem Zufuhrsubstrat 2 sicherzustellen.
Ausführungsform 4
Fig. 5 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung. In Fig. 5 weist die Halbleitervorrichtung ein Signalübertragungssubstrat 1 auf, ein Zufuhrsubstrat 2 und Halbleiterelemente 3. Das Signalübertragungssubstrat 1 umfaßt eine Verdrahtungsschicht 1b, die ein feines Verdrahtungsmuster aufweist und auf einer Basis 1a durch eine Dünnfilmherstellungsvorgang ausgebildet wird. Die Verdrahtungsschicht 1b ist mit Elementelektroden 1d versehen, Zufuhrelektroden 1e und Eingangs-/Ausgangselektroden 1e für Verbindungen zwischen den Substraten auf ihrer Vorderseite, an welcher sich die Halbleiterelemente befinden. Das Zufuhrsubstrat 2 weist Zufuhrelektroden 2c auf, Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten, und externe Eingangs-/Ausgangsklemmen 2e auf seiner Vorderseite, welche dem Signälübertragungssubstrat gegenüberliegt. Das vorliegend Zufuhrsubstrat 2 weist hohle Behälter 2f zur Aufnahme der Halbleiterelemente 3 auf. Dieser hohle Behälter 2f ist an der Vorderseite des Zufuhrsubstrats 2 offen, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt, und auf der entgegengesetzten Seite geschlossen. Wenn ein Keramiklaminat aus grünen Tafeln als Zufuhrsubstrat 2 verwendet wird, so werden vor dem Brennen des Keramiklaminats die hohlen Behälter 2f ausgebildet. Genauer gesagt wird die Öffnung des hohlen Behälters 2f nicht auf der grünen Tafel der Bodenschicht des Zufuhrsubstrats 2 ausgebildet, sondern auf der grünen Tafel der obersten Schicht des Zufuhrsubstrats 2, so daß der hohle Behälter 2f auf der Vorderseite des Zufuhrsubstrats 2 offen ist, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt, und auf der entgegengesetzten Seite geschlossen ist. Andererseits kann die Öffnung des hohlen Behälters auf dem Keramiklaminat oder sämtlichen grünen Tafeln ausgebildet werden, vor dem Brennen, und mit einer flachen Platte 2g abgedeckt sein, die mit der Rückseite des Zufuhrsubstrats 2 verbunden ist, so daß der hohle Behälter 2f an der Vorderseite des Zufuhrsubstrats 2 offen ist, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt, und auf der entgegengesetzten Seite geschlossen ist. Wenn eine Platine mit gedruckter Schaltung als Zufuhrsubstrat 2 verwendet wird, so wird die Öffnung des hohlen Behälters 2f auf der Platine mit gedruckter Schaltung vorgesehen, und durch eine flache Platte entsprechend der voranstehend erwähnten flachen Platte 2g abgedichtet, die mit der Rückseite der Platine mit gedruckter Schaltung verbunden ist. An dieser Bodenoberfläche des hohlen Behälters 2f wird mit einem Kleber 6 die Oberfläche des Halbleiterelements 3, welches in dem hohlen Behälter 2f gegenüberliegend zur Oberfläche, an welcher sich die elektrische Verbindungselektrode 3a des Halbleiterelements 3 befindet, verbunden. Als Kleber 6 wird eine Mischung aus einem Epoxyharz und einem Silber-Füllmittel mit guter thermischer Leitfähigkeit verwendet.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 4 die Halbleiterelemente 3 in den hohlen Behältern 2f angeordnet sind, die auf dem Zufuhrsubstrat 2 vorgesehen sind, und die elektrischen Verbindungselektroden 3a des Halbleiterelements 3 durch das Lot 4 mit den Elementelektroden 1d des Signalübertragungssubstrats 1 verbunden sind, welches dem Zufuhrsubstrat 2 in dem hohlen Behälter 2f überlagert und hiermit verbunden ist, kann das Halbleiterelement 3 durch die Seitenwandoberflächen und die Bodenoberfläche des hohlen Behälters 2f und das Signalübertragungssubstrat 1 abgedichtet werden. Die schüssselartige Abdichtkappe nach dem Stand der Technik ist zum Abdichten des Halbleiterelements nicht erforderlich, was es ermöglicht, die Kosten zu verringern. Da von dem Halbleiterelement 3 erzeugte Wärme von der Bodenoberfläche des hohlen Behälters 2f zur Außenseite der Rückseite des Zufuhrsubstrats 2 während des Betriebs des Halbleiterelements 3 abgestrahlt wird, können darüber hinaus die Wärmeabstrahleigenschaften des Halbleiterelements 3 verbessert werden, ohne eine Wärmeabstrahlrippe vorzusehen. Darüber hinaus ist es möglich, eine kostengünstige Halbleitervorrichtung zur Verfügung zu stellen, da die Wärmeabstrahlrippe nicht benötigt wird. Wenn das Halbleiterelement 3 mit der flachen Platte 2g verbunden ist, welche die Bodenoberfläche des hohlen Behälters 2f bildet, und zwar durch den wärmeleitfähigen Kleber 6, so wird darüber hinaus von dem Halbleiterelement 3 erzeugte Wärme schnell von dem Kleber 6 an die flache Platte 2g übertragen, was es ermöglicht, die Wärme wirksam abzustrahlen.
Ausführungsform 5
Fig. 6 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung, die gerade mit Hilfe eines Herstellungsverfahrens gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung hergestellt wird. In Fig. 6 weist die Halbleitervorrichtung ein Signalübertragungssubstrat 1 auf, ein Zufuhrsubstrat 2 und Halbleiterelemente 3. Das Signalübertragungssubstrat 1 weist eine Verdrahtungsschicht 1b mit einem feinen Verdrahtungsmuster auf, welche auf einer Basis 1a durch ein Dünnfilmherstellungsverfahren ausgebildet ist. Die Verdrahtungsschicht 1b ist mit Elementelektroden 1d versehen, Zufuhrelektroden 1e, Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen Substraten, und Abdicht-Anschlußflächen 1h auf ihrer Vorderseite, an welcher sich die Halbleiterelemente befinden. Die Abdicht-Anschlußflächen 1h, die zwischen den Zufuhrelektroden 1e und den Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten angeordnet sind, sind in Umfangsrichtung des Halbleiterelements 3 so verschoben, daß sie nicht in Bezug auf die Zufuhrelektroden 1e und die Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten ausgerichtet sind. Das Zufuhrsubstrat 2 besteht aus einem Keramiklaminat, welches mit hohlen Behältern 2f versehen ist, und weist Zufuhrelektroden 2c auf, Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten, externe Eingangs-/Ausgangsklemmen 2e und Abdicht- Anschlußflächen 2h auf seiner Vorderseite, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt. Die Abdicht- Anschlußflächen 2h, die zwischen den Zufuhrelektroden 2c und den Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten angeordnet sind, sind in der Umfangsrichtung des hohlen Behälters 2f so verschoben, daß sie nicht bezüglich der Zufuhrelektroden 2c und der Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten ausgerichtet sind. Wenn das Signalübertragungssubstrat 1 dem Zufuhrsubstrat 2 überlagert wird, wodurch die Halbleiterelemente 3, die sich auf dem Signalübertragungssubstrat 1 befinden, in den hohlen Behältern 2a aufgenommen werden, liegen die Abdicht- Anschlußflächen 2h und die Abdicht-Anschlußflächen 1h einander gegenüber. Diese Abdicht-Anschlußflächen 1h und 2h werden gleichzeitig mit der Herstellung des leitfähigen Musters 1c hergestellt (sh. Fig. 2). Die Abdicht- Anschlußflächen 1h und 2h sind elektrisch isoliert gegenüber den Zufuhrelektroden 1e, den Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten, den Zufuhrelektroden 2c, und den Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten.
Im einzelnen wird bei dieser Ausführungsform 5 die Halbleitervorrichtung auf folgende Weise als integrierte Einheit hergestellt: (1) Verbinden der elektrischen Verbindungselektroden 3a des Halbleiterelements 3 mit den Elementelektroden 1d des Signalübertragungssubstrats 1 mit Lot 4, (2) Anbringen der Halbleiterelemente 3 auf dem Signalübertragungssubstrat 1, (3) Anbringen des Lots 4 auf den Zufuhrelektroden 2c, den Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten und den Abdicht- Anschlußflächen 2h, (4) Anordnen des Signalübertragungssubstrats 1 und des Zufuhrsubstrats 2 parallel zueinander so, daß sie einander gegenüberliegen, so daß das Halbleiterelement 3 der Öffnung des hohlen Behälters 2f gegenüberliegt, wie in Fig. 6 gezeigt, (5) Bewegen des Signalübertragungssubstrats 1 in Richtung auf das Zufuhrsubstrat 2, wie durch den Pfeil gezeigt, (6) Aufnehmen der Halbleiterelemente 3 in den hohlen Behältern 2f, (7) Aufbringen des Signalübertragungssubstrats 1 auf das Zufuhrsubstrat 2, (8) Anbringen der Zufuhrelektroden 1e, der Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten und der Abdicht-Anschlußflächen 1h des Signalübertragungssubstrats 1 auf dem Lot 4, welches auf den Zufuhrelektroden 2c, den Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten und den Abdicht- Anschlußflächen 2h des Zufuhrsubstrats 2 vorgesehen ist, und (9) Schmelzen und Verfestigen des Lotes 4, um die Zufuhrelektroden 1e, die Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten und die Abdicht- Anschlußflächen 1h des Signalübertragungssubstrats 1 mit den Zufuhrelektroden 2c, den Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten und den Abdicht- Anschlußflächen 2h des Zufuhrsubstrats 2 mit Hilfe des Lotes 4 jeweils gleichzeitig zu verbinden.
Kurzgefaßt kann durch das Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 5 die Anzahl an Herstellungsvorgängen verringert werden, da die Zufuhrelektroden 1e, die Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten und die Abdicht- Anschlußflächen 1h des Signalübertragungssubstrats 1 gleichzeitig mit den Zufuhrelektroden 2c, den Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten und den Abdicht-Anschlußflächen 2h des Zufuhrsubstrats 2 durch das Lot verbunden werden. Bei der Ausführungsform 5 befindet sich das Zufuhrsubstrat 2 unterhalb des Signalübertragungssubstrats 1, und das Lot 4 wird auf die Seite des Zufuhrsubstrats 2 aufgebracht, wie voranstehend beschrieben und in der Figur dargestellt, jedoch läßt sich dieselbe Wirkung auch dadurch erzielen, daß das Signalübertragungssubstrat 1 unterhalb des Zufuhrsubstrats 2 angeordnet wird, und das Lot auf die Seite des Signalübertragungssubstrats 1 aufgebracht wird. Darüber hinaus ist bei der Ausführungsform 5 der Behälter zur Aufnahme des Halbleiterelements 3 der hohle Behälter 2f, wie voranstehend beschrieben und in der Figur dargestellt, jedoch kann derselbe Effekt auch dadurch erzielt werden, daß der offene Behälter 2a gemäß Fig. 1 als der Behälter zur Aufnahme des Halbleiterelements 3 vorgesehen wird.
Ausführungsform 6
Fig. 7 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung. In Fig. 7 weist die Halbleitervorrichtung ein Signalübertragungssubstrat 1 auf, ein Zufuhrsubstrat 2, Halbleiterelemente 3 und eine Wärmeabstrahlungsrippe 7. Das Signalübertragungssubstrat 1 weist eine Verdrahtungsschicht 1b auf, die mit einem feinen Verdrahtungsmuster versehen ist, und auf einer Basis 1a durch einen Dünnfilmherstellungsvorgang ausgebildet ist. Die Verdrahtungsschicht 1b ist mit Elementelektroden 1d versehen, Zufuhrelektroden 1e, Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten, und Abdicht- Anschlußflächen 1h auf ihrer Vorderseite, an welcher sich die Halbleiterelemente befinden. Das Zufuhrsubstrat 2 besteht aus einem Keramiklaminat, welches mit hohlen Behältern 2f versehen ist, und weist Zufuhrelektroden 2c auf, Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten, externe Eingangs-/Ausgangsklemmen 2e, und Abdicht- Anschlußflächen 2h auf seiner Vorderseite, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt. Die Bodenoberfläche des hohlen Behälters 2f ist durch einen Kleber 6 mit der Oberfläche des Halbleiterelements 3 verbunden, welches in dem hohlen Behälter 2f angeordnet ist, die entgegengesetzt zur Oberfläche angeordnet ist, an welcher die elektrischen Verbindungselektroden 3a vorgesehen sind. Die Wärmeabstrahlrippe 7 ist mit der Hinterseite der flachen Platte 2g verbunden, welche die Bodenoberfläche des hohlen Behälters 2f bildet, also die Rückseite des Zufuhrsubstrats 2. Die Wärmeabstrahlrippe 7 besteht aus einem wärmeleitenden Material wie beispielsweise Aluminium und ist kammartig mit zahlreichen Rippen ausgebildet. Der Kleber 6 ist eine Mischung aus einem Silber-Füllmittel und einem Epoxyharz mit guter Wärmeleitfähigkeit.
Bei der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 6 sind daher die Halbleiterelemente 3 in den hohlen Behältern 2f aufgenommen, die auf dem Zufuhrsubstrat 2 vorgesehen sind, die elektrischen Verbindungselektroden 3a des Halbleiterelements 3 sind durch das Lot 4 mit den Elementelektroden 1g des Signalübertragungssubstrats 1 verbunden, welches dem Zufuhrsubstrat 2 in dem hohlen Behälter 2f überlagert und mit diesem verbunden ist, das Halbleiterelement 3 ist mit der Bodenoberfläche des hohlen Behälters 2f durch den Kleber 6 verbunden, der eine gute Wärmeleitung aufweist, und die Wärmeabstrahlungsrippe 7 ist auf der Rückseite des Zufuhrsubstrats 2 einschließlich der Bodenoberfläche des hohlen Behälters 2f für das Halbleiterelement 3 vorgesehen. Daher wird von dem Halbleiterelement 3 erzeugte Wärme schnell über den Kleber 6 an die Wärmeabstrahlungsrippe 7 übertragen, wodurch es ermöglicht wird, mit hoher Wirksamkeit von den Halbleiterelementen 3 erzeugte Wärme an die Außenseite der Halbleitervorrichtung abzuführen.
Ausführungsform 7
Fig. 8 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung. In Fig. 8 weist die Halbleitervorrichtung Signalübertragungssubstrate 1 auf, ein Zufuhrsubstrat 2A und Halbleiterelemente 3. Das Zufuhrsubstrat 2A weist eine Dicke auf, die etwas größer ist als die Gesamthöhe der Halbleiterelemente, die über einander Seite an Seite angeordnet sind. Das Signalübertragungssubstrat 1 mit den damit verbundenen Halbleiterelementen 3 ist mit beiden Seiten des Zufuhrsubstrats 2A verbunden. Genauer gesagt besteht das Zufuhrsubstrat 2A aus einem Keramiklaminat, welches mit offenen Behältern 2a versehen ist, und weist auf beiden Oberflächen Zufuhrelektroden 2c auf, Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten, externe Eingangs-/Ausgangsklemmen 2e sowie Abdicht-Anschlußflächen 2h. Das Signalübertragungssubstrat 1 ist mit einer Verdrahtungsschicht 1b mit feinem Verdrahtungsmuster versehen, die auf einer Basis 1a vorgesehen ist, und die Verdrahtungsschicht 1b ist mit Elementelektroden 1d versehen, Zufuhrelektroden 1e, Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten sowie Abdicht-Anschlußflächen 1h auf ihrer Vorderseite, an welcher sich die Halbleiterelemente befinden. Die elektrischen Verbindungselektroden 3a des Halbleiterelements 3 sind mit den Elementelektroden 1d des Signalübertragungssubstrats 1 mittels Lot 4 verbunden, zwei Signalübertragungssubstrate 1, auf welchen die Halbleiterelemente 3 angebracht sind, werden beiden Seiten des Zufuhrsubstrats 2A überlagert, wodurch die Halbleiterelemente 3 in den offenen Behältern 2a aufgenommen werden, die Zufuhrelektroden 1e, die Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten, und die Abdicht-Anschlußflächen 1h des Signalübertragungssubstrats 1 werden durch das Lot 4 jeweils mit den Zufuhrelektroden 2c verbunden, den Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten, und den Abdicht-Anschlußflächen 2h des Zufuhrsubstrats 2A, wodurch eine Halbleitervorrichtung als integrierte Einheit aufgebaut wird. Diese Halbleitervorrichtung ist so aufgebaut, daß die Halbleiter 3 Rücken an Rücken in den offenen Behältern 2a aufgenommen sind, und das Zufuhrsubstrat 2A, welches mit den offenen Behältern 2a versehen ist, sandwichartig zwischen den beiden Signalübertragungssubstraten 1 angeordnet ist.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 7 das dicke Zufuhrsubstrat 2A sandwichartig zwischen den beiden Signalübertragungssubstraten 1 angeordnet ist, mit welchen die Halbleiterelemente 3 verbunden sind, sind die Halbleiterelemente 3 Rücken an Rücken in den offenen Behältern angeordnet, die auf dem Zufuhrsubstrat 2 ausgebildet sind, und die offenen Behälter 2a sind durch die Signalübertragungssubstrate 1 abgedichtet, und daher wird die Dicke der Halbleitervorrichtung nicht allzu groß, und dennoch kann die Packungsdichte der Halbleiterelemente 3 verdoppelt werden.
Ausführungsform 8
Fig. 9 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung. In Fig. 9 weist die Halbleitervorrichtung ein Signalübertragungssubstrat 1A auf, ein Zufuhrsubstrat 2 und Halbleiterelemente 3. Das Signalübertragungssubstrat 1A besteht aus einer Mehrfachschicht, die einen Polymerisolator und einen metallischen Leiter aufweist, und flexibel ausgebildet ist. Genauer gesagt wird das Signalübertragungssubstrat 1A dadurch hergestellt, daß ein Metallfilm als Leiter an einer Oberfläche eines Filmisolators befestigt wird, der aus einem Polymermaterial besteht, der Metallfilm durch einen Photolack mit einem Muster versehen wird, und der Lack geätzt wird, um ein leitfähiges Muster mit einem vorbestimmten, feinen Verdrahtungsmuster herzustellen, worauf erneut ein Filmisolator aus einem Polymermaterial an einer Oberfläche des Isolators befestigt wird, welcher dieses leitfähige Muster aufweist, und ein leitfähiges Muster auf einer Oberfläche des Isolators ausgebildet wird. Auf diese Weise wird dieser Vorgang wiederholt, um eine flexible Mehrfachschicht herzustellen. Das Signalübertragungssubstrat 1A weist Elementelektroden 1d auf, Zufuhrelektroden 1e, und Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten auf seiner Vorderseite, an welcher sich die Halbleiterelemente befinden. Die elektrischen Verbindungselektroden 3a des Halbleiterelements 3 werden mit den Elementelektroden 1e durch Lot 4 verbunden. Das Zufuhrsubstrat 2 wird aus Keramiklaminat hergestellt, welches mit offenen Behältern 2a versehen ist, und weist Zufuhrelektroden 2c auf, Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten, und externe Eingangs-/Ausgangsklemmen 2e, auf seiner Vorderseite, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt. Das Signalübertragungssubstrat 1, auf welchem die Halbleiterelemente 3 angebracht sind, wird dem Zufuhrsubstrat 2 überlagert, wodurch die Halbleiterelemente 3 in den offenen Behältern 2a aufgenommen sind, und die Zufuhrelektroden 1e und die Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten des Signalübertragungssubstrats 1 werden durch Lot 4 mit den Zufuhrelektroden 2c bzw. den Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten des Zufuhrsubstrats 2 verbunden, wodurch eine Halbleitervorrichtung als integrierte Einheit ausgebildet wird.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 8 das Signalübertragungssubstrat 1 flexibel ausgebildet ist, da es aus einem Filmisolator, der aus einem Polymermaterial hergestellt wird, und einem Metallfilm besteht, so wird dann, wenn das Signalübertragungssubstrat 1 mit dem Zufuhrsubstrat 2 durch das Lot 4 verbunden wird, während die Halbleiterlemente 3 in den offenen Behältern 2a aufgenommen sind, das Signalübertragungssubstrat 1 entlang der unebenen Oberfläche des Zufuhrsubstrats 2 auf dessen Signalübertragungssubstratseite verformt, und die Zufuhrelektroden 1e und die Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten werden jeweils mit den Zufuhrelektroden 2c bzw. den Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten durch das dazwischen befindliche Lot 4 verbunden, wodurch es ermöglicht wird, die Verläßlichkeit der elektrischen Verbindung zu erhöhen. Da dann, wenn das Signalübertragungssubstrat 1 mit dem Zufuhrsubstrat 2 verbunden ist, während die Halbleiterelemente 1 in den offenen Behältern 2a aufgenommen sind, ist darüber hinaus das Signalübertragungssubstrat 1 flexibel, und selbst wenn das Lot 4 dazu verwendet wird, die elektrischen Verbindungselektroden 3a des Halbleiterelements 3 mit den Elementelektroden 1d des Signalübertragungssubstrats 1 zu verbinden, gleicht das Signalübertragungssubstrat 1 thermische Spannungen aus, die sonst Spalte in dem Lot 4 erzeugen würden, wodurch es ermöglicht wird, verläßliche elektrische Verbindungen zwischen dem Halbleiterelement 3 und dem Signalübertragungssubstrat 1 sicherzustellen, ebenso wie eine große Nutzlebensdauer der Halbleiterelemente 3, und wird es darüber hinaus möglich, ein zukünftiges Halbleiterelement elektrisch anzuschließen, welches eine große Anzahl von Eingangs-/Ausgangselektroden aufweist.
Bei der Ausführungsform 8 wird das Signalübertragungssubstrat 1 durch Befestigen eines Metallfilms an einem Filmisolator hergestellt, der aus einem Polymermaterial besteht, jedoch kann auch ein Metalldünnfilm auf dem Filmisolator ausgebildet werden, der aus einem Polymermaterial besteht, durch Sputtern oder Plattieren. Derselbe Effekt läßt sich durch Verwendung von Polyimid oder eines Epoxyharzes als Polymermaterial erzielen.
Ausführungsform 9
Fig. 10 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung. In Fig. 10 weist die Halbleitervorrichtung ein Signalübertragungssubstrat 1A auf, ein Zufuhrsubstrat 2 und Halbleiterelemente 3. Das Signalübertragungssubstrat 1A ist flexibel, da es aus einer Mehrfachschicht besteht, die einen Isolator aus Polymermaterial und einen metallischen Leiter umfaßt, und ist mit einem Metallfilm 1i versehen, der durch Sputtern oder Plattieren auf seiner Rückseite hergestellt wird, welche entgegengesetzt zur Oberfläche der Seite des Zufuhrsubstrats liegt. Das Signalübertragungssubstrat 1A weist Elementelektroden 1d auf, Zufuhrelektroden 1e und Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten, auf seiner Vorderseite, an welcher die Halbleiterelemente angeordnet sind. Die elektrischen Verbindungselektroden 3a des Halbleiterelementes 3 sind mit den Elementelektroden 1d über Lot 4 verbunden. Das Zufuhrsubstrat 2 besteht aus Keramiklaminat, welches mit offenen Behältern 2a versehen ist, und weist Zufuhrelektroden 2c auf, Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten, und externe Eingangs-/Ausgangsklemmen 2e auf seiner Vorderseite, die dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt. Das Signalübertragungssubstrat 1, auf welchem die Halbleiterelemente 3 angebracht sind, ist dem Zufuhrsubstrat 2 überlagert angeordnet, wodurch die Halbleiterelemente 3 in den offenen Behältern 2a aufgenommen sind, die Zufuhrelektroden 1e und die Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten des Signalübertragungssubstrats 1 sind mit den Zufuhrelektroden 2c und den Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten des Zufuhrsubstrats 2 durch das Lot 4 jeweils verbunden, wodurch eine Halbleitervorrichtung als integrierte Einheit hergestellt wird.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 9 das Signalübertragungssubstrat 1A flexibel ohne eine Basis ausgebildet ist, da es aus einem Isolator und einem Leiter besteht, und der Metallfilm 1i auf der Rückseite des Signalübertragungssubstrats 1A vorgesehen ist, stellt der Metallfilm 1i eine elektromagnetische Abschirmung für die Halbleiterverdrahtung in der Halbleitervorrichtung zur Verfügung, was es ermöglicht, eine Halbleitervorrichtung zu erhalten, die eine hohe Rauschfestigkeit aufweist.
Bei der Ausführungsform 9 kann das Material des Metallfilms 1i jedes Material sein, welches einen kleinen elektrischen Widerstand aufweist, beispielsweise Kupfer, Gold oder Aluminium.
Ausführungsform 10
Fig. 11 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung. In Fig. 11 weist die Halbleitervorrichtung ein Signalüberstragungssubstrat 1A auf, ein Zufuhrsubstrat 2 und Halbleiterelemente 3. Das Signalübertragungssubstrat 1A ist flexibel, da es aus einer Mehrfachschicht besteht, die einen Isolator aus einem Polymermaterial und einen metallischen Leiter umfaßt, und ist auf seiner Rückseite mit vierten Elektroden 1j (nachstehend auch als Eingangs-/Ausgangsklemmen bezeichnet) versehen. Genauer gesagt werden die Eingangs-/Ausgangsklemmen 1i durch Musterbildung mit einem Photolack auf der Rückseite des Isolators hergestellt, welche die Rückseite des Signalübertragungssubstrats 1A bildet, durch Ausbilden von Öffnungen durch reaktives Ionenätzen, Naßätzen oder Laserbestrahlung, und Ablagerung eines Leiters in den Öffnungen mit Hilfe einer Lotplattierung, oder durch Ausbildung von Öffnungen und Aufdrucken einer Lotpaste in den Öffnungen. Das Signalübertragungssubstrat 1A weist Elementelektroden 1d auf, Zufuhrelektroden 1e und Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten auf seiner Vorderseite, an welcher sich die Halbleiterelemente befinden. Die elektrischen Verbindungselektroden 3a des Halbleiterelements 3 sind durch Lot 4 mit den Elementelektroden 1d verbunden. Das Zufuhrsubstrat 2 besteht aus einem Keramiklaminat, das mit offenen Behältern 2a versehen ist, und weist Zufuhrelektroden 2c auf, Eingangs-/Ausgangselektroden 2g für Verbindungen zwischen den Substraten, und externe Eingangs-/Ausgangsklemmen 2e auf seiner Vorderseite, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt. Das Signalübertragungssubstrat 1, auf welchem die Halbleiterelemente 3 angebracht sind, wird dem Zufuhrsubstrat 2 überlagert, wodurch die Halbleiterelemente 3 in den offenen Behältern 2a aufgenommen sind, und die Zufuhrelektroden 1e und die Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten des Signalübertragungssubstrats 1 werden jeweils mittels Lot 4 mit den Zufuhrelektroden 2c und den Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten des Zufuhrsubstrats 2 verbunden, wodurch eine Halbleitervorrichtung als integrierte Einheit ausgebildet wird.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 10 die Eingangs-/Ausgangsklemmen 1j auf der Rückseite des Signalübertragungssubstrats 1A vorgesehen sind, werden dann, wenn die Halbleitervorrichtung auf einer nicht dargestellten Mutterplatine angebracht wird, die Eingangs-/Ausgangsklemmen 1j des Signalübertragungssubstrats 1A entlang der unebenen Oberfläche der Mutterplatine verschoben, wodurch es ermöglicht wird, die Verläßlichkeit der elektrischen Verbindungen zwischen den Eingangs-/Ausgangsklemmen 1j und der Mutterplatine zu verbessern.
Ausführungsform 11
Fig. 12 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 11 der vorliegenden Erfindung. In Fig. 12 weist die Halbleitervorrichtung ein Signalübertragungssubstrat 1A auf, ein Zufuhrsubstrat 2 und Halbleiterelemente 3. Das Signalübertragungssubstrat 1A ist flexibel ausgebildet, da es aus einer Mehrfachschicht besteht, die einen Isolator aus einem Polymermaterial und einen metallischen Leiter aufweist, und ist mit Eingangs-/Ausgangsklemmen 1j auf seiner Hinterseite versehen, und weist Elementelektroden 1d, Zufuhrelektroden 1e und Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten auf seiner Vorderseite auf, an welcher sich die Halbleiterelemente befinden. Die elektrischen Verbindungselektroden 3a des Halbleiterelements 3 sind mittels Lot 4 mit den Elementelektroden 1d verbunden. Das Zufuhrsubstrat 2 besteht aus einem Keramiklaminat, das mit offenen Behältern 2a versehen ist, und weist Zufuhrelektroden 2c auf, Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten sowie externe Eingangs-/Ausgangsklemmen 2e auf seiner Vorderseite, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt. Fünfte Elektroden 2i (auch als Eingangs-/Ausgangsklemmen 2i bezeichnet) sind auf den externen Eingangs-/Ausgangsklemmen 2e ausgebildet, die sich am Außenumfang des Zufuhrsubstrats 2 befinden, durch Plattieren oder Aufdrucken einer Lotpaste auf die externen Eingangs-/Ausgangsklemmen 2e. Das Signalübertragungssubstrat 1A ist dem Zufuhrsubstrat 2 überlagert angeordnet, wodurch die Halbleiterelemente 3 in den offenen Behältern 2a aufgenommen werden, und die Zufuhrelektroden 1e und die Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten des Signalübertragungssubstrats 1A sind jeweils über Lot 4 mit den Zufuhrelektroden 2c und den Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten des Zufuhrsubstrats 2 verbunden, wodurch eine Halbleitervorrichtung als integrierte Einheit ausgebildet wird.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 11 das Signalübertragungssubstrat 1A mit den Eingangs-/Ausgangsklemmen 1j versehen ist, und das Zufuhrsubstrat 2 die Eingangs-/Ausgangsklemmen 2i aufweist, können diese Eingangs-/Ausgangselektroden für die Signalübertragung und Stromversorgungszwecke unterteilt werden, und für jeden Einsatzzweck Elektroden mit verschiedenen Abmessungen gebildet werden, wodurch es ermöglicht wird, die Leistung der Halbleitervorrichtung zu verbessern.
Ausführungsform 12
Fig. 13 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 12. In Fig. 13 weist die Halbleitervorrichtung ein Signalübertragungssubstrat 1A auf, ein Zufuhrsubstrat 2, Halbleiterelemente 3 und eine Wärmeabstrahlungsrippe 7. Das Signalübertragungssubstrat 1A ist flexibel, da es aus einer Mehrfachschicht besteht, die einen Isolator aus einem Polymermaterial und einen metallischen Leiter umfaßt, und weist Elementelektroden 1d auf, Zufuhrelektroden 1e, Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten, und Abdicht- Anschlußflächen 1h, auf seiner Vorderseite, an welcher die Halbleiterelemente angeordnet sind. Die elektrischen Verbindungselektroden 3a des Halbleiterelements 3 sind mit den Elementelektroden 1d über Lot 4 verbunden. Das Zufuhrsubstrat 2 weist hohle Behälter 2f auf, und ist mit Zufuhrelektroden 2c versehen, Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten, externen Eingangs-/Ausgangsklemmen 2e und Abdicht-Anschlußflächen 2h auf seiner Vorderseite, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt. Poren 2j sind im Boden des hohlen Behälters 2f angeordnet, und die auf dem Signalübertragungssubstrat 1A angebrachten Halbleiter 3 sind in den hohlen Behältern 2f aufgenommen. Eine Oberfläche des Halbleiterelements 3 entgegengesetzt zur Oberfläche, an welcher sich die elektrischen Verbindungselektroden 3a befinden, ist mit der Bodenoberfläche des hohlen Behälters 2f über einen Kleber 6 verbunden. Das Signalübertragungssubstrat 1A ist dem Zufuhrsubstrat 2 überlagert angeordnet. Die Zufuhrelektroden 1e, die Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten, und die Abdicht-Anschlußflächen 1h des Signalübertragungssubstrats 1A sind jeweils über Lot 4 mit den Zufuhrelektroden 2c, den Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten und den Abdicht- Anschlußflächen 2h des Zufuhrsubstrats 2 verbunden. Die Wärmeabstrahlungsrippe 7 ist mit der Rückseite einer flachen Platte 2g verbunden, welche den Boden des hohlen Behälters 2f bildet. Auf diese Weise wird die Halbleitervorrichtung als integrierte Einheit aufgebaut. Wenn das Zufuhrsubstrat 2 aus einem Keramiklaminat aus grünen Tafeln besteht, so werden die voranstehend geschilderten Poren 2j durch Stanzen der grünen Platte mit einer Nadel ausgebildet. Wenn die hohlen Behälter 2f auf dem Zufuhrsubstrat 2 durch Verbindung einer flachen Tafel entsprechend der flachen Tafel 2g mit der Platine für gedruckte Schaltungen hergestellt werden, so werden die Poren 2j durch Bohren der flachen Platte mit einem Bohrer hergestellt.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 12 die Poren 2j in den Böden der hohlen Behälter 2f vorgesehen sind, so tritt dann, wenn das Halbleiterelement 3 mit der Bodenoberfläche des hohlen Behälters 2f über den Kleber 6 verbunden wird, der Kleber 6 in die Poren 2j ein und wird zwischen dem Halbleiterelement 3 und der Bodenoberfläche des hohlen Behälters 2f dünn, und von dem Halbleiterelement 3 erzeugte Wärme kann wirksam zur Rückseite des Zufuhrsubstrats 2 hin abgestrahlt werden. Wenn die Wärmeabstrahlungsrippe 7 auf der Rückseite des Zufuhrsubstrats 2 vorgesehen ist, kann die Wärmeabstrahlungsrippe 7 effizient auf dem Zufuhrsubstrat 2 angebracht werden, da der in die Poren 2j eintretende Kleber 6 zur Rückseite des Zufuhrsubstrats 2 fließt und wirksam als Kleber zur Anbringung der Wärmeabstrahlungsrippe 7 dient.
Ausführungsform 13
Fig. 14 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 13 der vorliegenden Erfindung. In Fig. 14 weist die Halbleitervorrichtung ein Signalübertragungssubstrat 1A auf, Zufuhrsubstrate 2, und Halbleiterelemente 3. Die Halbleiterelemente 3 sind mit beiden Oberflächen des Signalübertragungssubstrats 1A verbunden, und die Zufuhrsubstrate 2 sind mit beiden Oberflächen des Signalübertragungssubstrats 1A verbunden, welches die Halbleiterelemente 3 enthält. Genauer gesagt ist das Signalübertragungssubstrat 1A flexibel ausgebildet, da es aus einer Mehrfachschicht besteht, die einen Isolator aus einem Polymermaterial und einem metallischen Leiter enthält, und weist Elementelektroden 1d auf, Zufuhrelektroden 1e und Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten, auf seinen beiden Seiten. Die elektrischen Verbindungselektroden 3a des Halbleiterelements 3 sind mit den Elementelektroden 1d auf beiden Oberflächen des Signalübertragungssubstrats 1A durch Lot 4 verbunden. Das Zufuhrsubstrat 2 besteht aus einem Keramiklaminat, welches mit offenen Behältern 2a versehen ist, und weist Zufuhrelektroden 2c auf, Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten, und externe Eingangs-/Ausgangsklemmen 2e auf seiner Vorderseite, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt. Zwei Zufuhrsubstrate 2 sind beiden Oberflächen des Signalübertragungssubstrats 1A überlagert angeordnet, wodurch die Halbleiterelemente 3, die mit beiden Oberflächen des Signalübertragungssubstrats 1A verbunden sind, in den offenen Behältern 2a aufgenommen werden, und die Zufuhrelektroden 1e und die Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten des Signalübertragungssubstrats 1A werden mit den Zufuhrelektroden 2c und den Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten der Zufuhrsubstrate 2 jeweils mit Lot 4 verbunden. Auf diese Weise wird eine Halbleitervorrichtung als integrierte Einheit aufgebaut. Diese Halbleitervorrichtung ist so ausgebildet, daß die Halbleiterelemente 3 in den offenen Behältern 2a der beiden Zufuhrsubstrate 2 enthalten sind, und das Signalübertragungssubstrat 1, mit welchem die Halbleiterelemente 3 verbunden sind, sandwichartig zwischen den beiden Zufuhrsubstraten 2 angeordnet ist. Die Halbleiterelemente 3 können mit dem Signalübertragungssubstrat 1A durch eine thermische Diffusion von Gold zu Gold verbunden sein.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 13 das Signalübertragungssubstrat 1A, welches den Isolator und den Leiter umfaßt, dünn ausgebildet ist, die Halbleiterelemente 3 mit beiden Oberflächen dieses dünnen Signalübertragungssubstrats 1A verbunden sind, welches sandwichartig zwischen zwei Zufuhrsubstraten 2 angeordnet ist, und die Halbleiterelemente 3 in den offenen Behältern 2a aufgenommen sind, die auf den Zufuhrsubstraten 2 ausgebildet sind, wird die Dicke der Halbleitervorrichtung nur durch die Dicke eines einzigen Zufuhrsubstrats 2 erhöht, und dennoch kann die Packungsdichte der Halbleiterelemente 3 verdoppelt werden.
Darüber hinaus kann die in Fig. 15 gezeigte Halbleitervorrichtung dadurch erhalten werden, daß mehrere der in Fig. 14 gezeigten Halbleitervorrichtungen stapelartig angeordnet werden. Bei diesem Beispiel der Ausführungsform 13, welches in Fig. 15 gezeigt ist, sind die Zufuhrelektroden 2c und die externen Eingangs-/Ausgangsklemmen 2e auf den Rückseiten des Zufuhrsubstrats 2 vorgesehen und miteinander über das Lot 4 verbunden, wenn mehrere Halbleitervorrichtungen gestapelt vorgesehen sind, wodurch eine Halbleitervorrichtung aufgebaut wird, die mehrere Halbleitervorrichtungen als integrierte Einheit enthält. Bei der Mehrfachschicht-Halbleitervorrichtung, die in Fig. 15 gezeigt ist, kann daher eine dreidimensionale Packung oder Gehäuseeinkapselung der Halbleiterelemente 3 durchgeführt werde, welche die Packungsdichte der Halbleiterelemente 3 wesentlich erhöht, in Bezug auf die Abmessungen der Halbleitervorrichtung.
Ausführungsform 14
Fig. 16 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 14 der vorliegenden Erfindung. In Fig. 16 weist die Halbleitervorrichtung ein Signalübertragungssubstrat 1A auf, Zufuhrsubstrate 2, Halbleiterelemente 3 und Wärmeabstrahlrippen 7. Das Signalübertragungssubstrat 1A ist flexibel, da es aus einer Mehrfachschicht besteht, die einen Isolator aus einem Polymermaterial und einen metallischen Leiter aufweist, und ist mit Elementelektroden 1d versehen, Zufuhrelektroden 1e, Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten, und Abdicht-Anschlußflächen 1h, auf seinen beiden Oberflächen. Die elektrischen Verbindungselektroden 3a der Halbleiterelemente 3 sind mit den Elementelektroden 1d auf beiden Oberflächen des Signalübertragungssubstrats 1A durch Lot 4 verbunden, und die Zufuhrsubstrate 2A sind ebenfalls mit beiden Oberflächen des Signalübertragungssubstrats 1A verbunden, welche die Halbleiterelemente 3 enthalten. Mit anderen Worten weist das Zufuhrsubstrat 2 hohle Behälter 2f auf, und ist mit Zufuhrelektroden 2c versehen, Eingangs-/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten, externen Eingangs-/Ausgangsklemmen 2e, und Abdicht-Anschlußflächen 2h, auf seiner Vorderseite, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt. Die Halbleiterelemente 3, die mit dem Signalübertragungssubstrat 1A verbunden sind, sind in den hohlen Behältern 2f von zwei Zufuhrsubstraten 2 enthalten. Eine Oberfläche des Halbleiterelements 3 entgegengesetzt zu dessen Oberfläche, an welcher sich die elektrischen Verbindungselektroden 3a befinden, ist mit der Bodenoberfläche des hohlen Behälters 2f über einen Kleber 6 verbunden. Die beiden Zufuhrsubstrate 2 sind beiden Oberflächen des Signalübertragungssubstrats 1A überlagert, und die Zufuhrelektroden 1e, die Eingangs-/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten, und die Abdicht-Anschlußflächen 1h des Signalübertragungssubstrats 1A sind jeweils durch Lot 4 mit der Zufuhrelektrode 2c, der Eingangs-/Ausgangselektrode 2d für Verbindungen zwischen den Substraten, und der Abdicht- Anschlußfläche 2h der Zufuhrsubstrate 2 verbunden. Die Wärmeabstrahlungsrippen 7 sind mit den Rückseiten von flachen Platten 2g verbunden, welche die Böden der hohlen Behälter 2f bilden. Auf diese Weise wird eine Halbleitervorrichtung als integrierte Einheit aufgebaut.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 14 das Signalübertragungssubstrat 1A, welches den Isolator und den Leiter aufweist, dünn ausgebildet ist, die Halbleiterelemente 3 mit beiden Oberflächen dieses dünnen Signalübertragungssubstrats 1A verbunden sind, welches sandwichartig zwischen zwei Zufuhrsubstraten 2 angeordnet ist, und die Halbleiterelemente 3 in den hohlen Behältern 2f aufgenommen sind, die auf den Zufuhrsubstraten 2 vorgesehen sind, kann die Packungsdichte für die Halbleiterelemente 3 verdoppelt werden. Da die Halbleiterelemente 3 mit beiden Oberflächen des Signalübertragungssubstrats 1A verbunden sind, welches sandwichartig zwischen den beiden Zufuhrsubstraten 2 angeordnet ist, können darüber hinaus die Halbleiterelemente 3 abgedichtet werden, wodurch die Verläßlichkeit der Halbleitervorrichtung verbessert wird. Daher ist es möglich, eine Halbleitervorrichtung zu erhalten, die eine hohe Packungsdichte und eine hohe Verläßlichkeit aufweist.

Claims (18)

1. Halbleitervorrichtung (Fig. 1, 2), umfassend:
  • a) wenigstens ein nacktes Halbleiterelement (Chip) (3), das mit einer Anzahl von Verbindungselektroden (3a) versehen ist;
  • b) wenigstens ein erstes Substrat (1, 1a-1f) mit einer Verdrahtungsschicht (1b), die eine Vielzahl von ersten (1d) und zweiten (1e, 1f) Elektroden umfaßt, wobei das wenigstens eine Halbleiterelement (3) über seine Verbindungselektroden (3a) mit einer Anzahl der ersten Elektroden (1d) verbunden sind;
  • c) wenigstens ein zweites Substrat (2; 2a-2e) mit einer Vielzahl von dritten Elektroden (2c, 2d, 2e) und wenigstens einer Ausnehmung (2a) zur Aufnahme des wenigstens einen Halbleiterelements (3);
  • d) wobei das erste Substrat (1) und das zweite Substrat (2) so zueinander angeordnet sind, daß das wenigstens eine Halbleiterelement (3) in der wenigstens einen Ausnehmung (2a) aufgenommen ist und die zweiten und dritten Elektroden (1e, 1f; 2c, 2d, 2e) miteinander verbunden sind; und
  • e) wobei die mindestens eine Ausnehmung (2a) beide Oberflächen des zweiten Substrats (2) durchdringt.
2. Halbleitervorrichtung (Fig. 5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Substrat (1) und das zweite Substrat (2) jeweils Abdicht-Anschlußflächen (1h, 2h) aufweisen.
3. Halbleitervorrichtung (Fig. 1, 2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Basis (1a) zum Haltern der Verdrahtungsschicht (1b) des ersten Substrats (1) aus einem Material besteht, welches einen thermischen Expansionskoeffizienten aufweist, der annähernd gleich jenem des Halbleiterelements (3) ist.
4. Halbleitervorrichtung (Fig. 3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrahtungsschicht (1b) des ersten Substrats (1) aus einem Polymermaterial und einem Leiter besteht, und daß von einer Basis (1a) zum Haltern der Verdrahtungsschicht (1b) Abschnitte entsprechend den Verbindungen mit dem zweiten Substrat (2) entfernt sind.
5. Halbleitervorrichtung (Fig. 4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polymerharz in die Ausnehmung (2a) eingefüllt und verfestigt ist.
6. Halbleitervorrichtung (Fig. 5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Ausnehmung eine hohle Ausnehmung ist, welche einen Boden aufweist, und an der Vorderseite des zweiten Substrats (2) offen ist, welches dem ersten Substrat (1) gegenüberliegt, und an der entgegengesetzten Rückseite des zweiten Substrats (2) mit einer Platte (2g) geschlossen ist.
7. Verfahren (Fig. 1, 2, 6) zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend die folgenden Schritte:
  • a) Ausbilden mindestens eines ersten Substrats (1, 1a-1f) mit einer Verdrahtungsschicht (1b) und Ausbilden einer Vielzahl von ersten (1d) und zweiten (1e, 1f) Elektroden auf dieser Verbindungsschicht (1b);
  • b) Verbinden mindestens eines Halbleiterelements (3), das mit einer Anzahl von Verbindungselektroden (3a) versehen ist, über seine Verbindungselektroden (3a) mit einer Anzahl der ersten Elektroden (1d);
  • c) Ausbilden mindestens eines zweiten Substrats (2; 2a-2e) mit einer Vielzahl von dritten Elektroden (2c, 2d, 2e) und mindestens einer Ausnehmung (2a) zur Aufnahme des mindestens einen Halbleiterelements (3), wobei die mindestens eine Ausnehmung (2a) so ausgebildet wird, daß sie beide Oberflächen des zweiten Substrats durchdringt; und
  • d) Anordnen des ersten Substrats (1) und des zweiten Substrat (2) zueinander so, daß das mindestens eine Halbleiterelement (3) in der mindestens einen Ausnehmung (2a) aufgenommen wird und die zweiten und dritten Elektroden (1e, 1f; 2c, 2d, 2e) miteinander in Verbindung gebracht werden.
8. Halbleitervorrichtung (Fig. 12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitervorrichtung umfaßt:
ein Halbleitersubstrat (1A, 2) mit einer Funktion zum Senden eines Signals an ein Halbleiterelement (3), einer Funktion zum Zuführen einer elektrischen Energie an das Halbleiterelement (3) und einer Elektrode (2i) auf dem äußeren Umfang des Halbleitersubstrats (1A, 2),
wobei die Elektrode (2i) größer als eine Elektrode (1j) ist, die als Eingangs-/Ausgangs-Klemme zum Senden des Signals dient.
9. Halbleitervorrichtung (Fig. 7) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmeabstrahlungsrippe (7) an der Platte (2g) angebracht ist.
10. Halbleitervorrichtung (Fig. 9) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei erste Substrate (1) vorgesehen sind, das zweite Substrat (2; 2a-2e) dritte Elektroden (2c, 2d, 2e) auf seiner Vorder- bzw. Rückseite aufweist und zwischen den ersten Substraten (1) sandwichartig eingebettet ist, wobei die Halbleiterelemente (3) Rücken an Rücken in der wenigstens eine Ausnehmung (2a) angeordnet sind.
11. Halbleitervorrichtung (Fig. 9) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Substrat (1) aus einem Isolator besteht, der ein Polymermaterial und einen metallischen Leiter umfasst.
12. Halbleitervorrichtung (Fig. 10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Metallfilm (1i) auf der Seite des ersten Substrats (1) vorgesehen ist, die der Seite gegenüberliegt, auf der die ersten und zweiten Elektroden (1d, 1e, 1f) vorgesehen sind.
13. Halbleitervorrichtung (Fig. 11) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Substrat (1) auf seiner Rückseite vierte Elektroden (1j) entgegengesetzt zur Vorderseite aufweist, die dem Substrat (2) zugekehrt ist.
14. Halbleitervorrichtung (Fig. 12) nach Anspruch 1 oder 11 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Substrat (2) auf einem Umfangsabschnitt, der nicht von dem ersten Substrat (1) abgedeckt wird, fünfte Elektroden (2i) aufweist, die in die gleiche Richtung weisen wie die vierten Elektroden (1j).
15. Halbleitervorrichtung (Fig. 13) nach Anspruch 6 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass Poren (2j) in der Platte (2g) angeordnet sind.
16. Halbleitervorrichtung (Fig. 14) nach Anspruch 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Anordnung so vorgesehen ist, dass die Halbleiterelemente (3) mit wenigstens einer Seite des ersten Substrats (1) verbunden sind, und dass zwei zweite Substrate (2), welche die Ausnehmungen (2a) aufweisen, auf beiden Seiten des ersten Substrats (1) sandwichartig angeordnet und mit diesem verbunden sind.
17. Halbleitervorrichtung (Fig. 15) nach Anspruch 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung gemäß Anspruch 1 oder 11 zweimal vorgesehen ist, wobei ein zweites Substrat (2) einer Anordnung mit einem zweiten Substrat (2) der anderen Anordnung über mehrere dritte Elektroden verbunden ist.
18. Verfahren (Fig. 6) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem ersten Substrat (1) und dem zweiten Substrat (2) jeweils Abdicht-Anschlussflächen (1h, 2h) ausgebildet werden.
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