DE19549647C2 - Halbleitervorrichtung, zugehöriges Herstellungsverfahren, Verfahren zum Testen von Halbleiterelementen, Testsubstrat für das Verfahren sowie Verfahren zur Herstellung des Testsubstrats - Google Patents
Halbleitervorrichtung, zugehöriges Herstellungsverfahren, Verfahren zum Testen von Halbleiterelementen, Testsubstrat für das Verfahren sowie Verfahren zur Herstellung des TestsubstratsInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Halbbleitervorrichtung, die 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.
Description
Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung.
Um die Geschwindigkeit und die Packungsdichte einer
Halbleitervorrichtung zu erhöhen ist es 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. 30 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung
nach dem Stand der Technik, beschrieben in "Electronic
Material", Mai 1993, Seiten 47 bis 51. In Fig. 30 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 der Halbleitervorrichtung
angebracht werden, wird mit den Halbleiterelementen ein
Einbrenntest in einer auf 150°C 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.
Angesichts dieser Umstände wurde das in Fig. 31 dargestellte
Verfahren entwickelt (Sammlung der Beiträge für das "34th SHM
technology lecture meeting", Seiten 19 bis 23, Tsukada).
Hierbei bezeichnet die Bezugsziffer 3 ein Halbleiterelement,
40 Lötmittel mit hohem Schmelzpunkt, 41 Lötmittel mit
niedrigem Schmelzpunkt, 42 eine Testleitung, und 43 ein
Testsubstrat. In Fig. 31(a) ist das Lötmittel 40 mit hohem
Schmelzpunkt auf dem Halbleiterelement 3 durch
Dampfablagerung oder auf eine andere Weise angeordnet. In
Fig. 31(b) ist das Lötmittel 41 mit niedrigem Schmelzpunkt
auf dem Lötmittel 40 mit hohem Schmelzpunkt vorgesehen.
Anders ausgedrückt wird das Lötmittel 41 mit niedrigem
Schmelzpunkt auf dem Lötmittel 40 mit hohem Schmelzpunkt
dadurch angebracht, daß ein Loch im Boden des Behälters
ausgebildet wird, welcher geschmolzenes Lötmittel enthält,
das geschmolzene Lötmittel mit Luftdruck beaufschlagt wird,
und oben auf dem Lötmittel 40 mit hohem Schmelzpunkt das
Lötmittel angesammelt wird, welches aus dem Behälterloch
herausgedrückt wird. In Fig. 31(c) ist die Bodenoberfläche
des Lötmittels 41 mit niedrigem Schmelzpunkt mit der oberen
Oberfläche eines oberen Endabschnitts des Testdrahtes oder
der Testleitung 42 verbunden, und eine nicht gezeigten Buchse
ist an einen Bodenendabschnitt der Testleitung 42
angeschlossen, um so einen Funktionstest in einer erhitzten
Atmosphäre durchzuführen. Weiterhin wird in Fig. 31(d) das
LÖtmittel 41 mit niedrigem Schmelzpunkt durch Wärmeeinwirkung
nach dem Test geschmolzen, um das Halbleiterelement 3 von der
Testleitung 42 des Testsubstrats 43 zu entfernen. Das
Lötmittel 41 mit niedrigem Schmelzpunkt verbleibt auf dem
Testsubstrat 43. Schließlich wird in Fig. 31(e) das
Lötmittel 41 mit niedrigem Schmelzpunkt erneut auf dem
Lötmittel 40 mit hohem Schmelzpunkt des Halbleiterelements 3
angebracht, dessen zufriedenstellende Eigenschaften durch den
Test bestätigt wurden, und dieses fehlerfreie
Halbleiterelement 3 ist nunmehr dazu bereit, in ein Gehäuse
eingebaut, also verkapselt zu werden.
Bei der in Fig. 30 gezeigten Halbleitervorrichtung nach dem
Stand der Technik ist die Kappe 34 auf der rückseitigen
Fläche des Halbleiterelements 3 so vorgesehen, daß sie Wärme
von dem Halbleiterelement 3 abstrahlt. Da bei dieser
Halbleitervorrichtung das Gehäuseverkapselungsverfahren zum
Anbringen dieser Elemente auf der Verdrahtungsplatte 31
verwendet wird, ist es unmöglich, die Dicke und die
Abmessungen der Halbleitervorrichtung zu verringern. Darüber
hinaus sind die Kosten für die Halbleitervorrichtung hoch, da
es hierbei erforderlich ist, die Kappe 34 aus Metall
herzustellen. Da das Halbleiterelement 3 und die
Verdrahtungsplatte 31 unterschiedliche thermische
Expansionskoeffizienten aufweisen, ist darüber hinaus die
Halbleitervorrichtung nicht sehr verläßlich, da thermische
Spannungen, die zu Spaltbildungen führen können, in dem
Lötmittel am Verbindungspunkt zwischen dem Halbleiterelement
3 und der Verdrahtungsplatte 31 hervorgerufen werden.
Das in Fig. 31 gezeigte Verfahren nach dem Stand der Technik
zum Testen eines Halbleiterelements weist ein erstes Problem
auf, nämlich daß der Testvorgang kompliziert ist, da eine
vorspringende Elektrode zwei Schichten aufweist, die aus dem
Lötmittel 40 mit hohem Schmelzpunkt und dem Lötmittel 41 mit
niedrigem Schmelzpunkt bestehen, die durch unterschiedliche
Verfahren ausgebildet wurden, und da das Lötmittel 41 mit
niedrigem Schmelzpunkt nach dem Test erneut aufgebracht
werden muß. Weiterhin tritt bei diesem Testverfahren das
zweite Problem auf, daß eine sehr dünne, vorspringende
Elektrode nicht ausgebildet werden kann, infolge der
Schwierigkeiten der Ausrichtung der beiden Lötmittel, da das
Lötmittel 41 mit niedrigem Schmelzpunkt auf dem Lötmittel 40
mit hohem Schmelzpunkt angeordnet wird.
Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung der voranstehenden
Schwierigkeiten entwickelt, und ein Ziel der Erfindung
besteht daher darin, eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung
zu stellen, welche eine Gehäuseverpackung von
Halbleiterelementen mit hoher Dichte erlaubt, und
Hochgeschwindigkeits-Signalübertragung bei niedrigen Kosten
erzielt. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht
in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung der
Halbleitervorrichtung, und ebenfalls eines Verfahrens zum
Testen von Halbleiterelementen, und in der Bereitstellung
eines Testsubstrats für das Verfahren.
Aufgabe der Erfindung ist es,
eine Kompakte
Halbleitervorrichtung mit einfacher Kontaktierungsmöglichkeit
bereitzustellen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einer in Fig. 12 zeichnerisch
dargestellten Ausführungsform näher erläutert
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen
und Verbesserungen der Erfindung sind in den Unteransprüche
aufgeführt. Die weiteren Figuren dienen der allgemeinen Erläuterung
des Standes der Technik. Es zeigt:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung
gemäß Beispiel 1 entlang einer Linie A-A von
Fig. 2;
Fig. 2 eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung der
Halbleitervorrichtung gemäß Beispiel 1;
Fig. 3 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung
gemäß Beispiel 2;
Fig. 4 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung
gemäß Beispiel 3;
Fig. 5 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung
gemäß Beispiel 4;
Fig. 6 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung
gemäß Beispiel 5;
Fig. 7 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung
gemäß Beispiel 6;
Fig. 8 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung
gemäß Beispiel 7;
Fig. 9 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung
gemäß Beispiel 8;
Fig. 10 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung
gemäß Beispiel 9;
Fig. 11 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung
gemäß Beispiel 10;
Fig. 12 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung
der Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 13 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung
gemäß Beispiel 12;
Fig. 14 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung
gemäß Beispiel 13;
Fig. 15 eine Schnittansicht eines weiteren Beispiels für
eine Halbleitervorrichtung gemäß Beispiel
13;
Fig. 16 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung
gemäß Beispiel 14;
Fig. 17 eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung
eines Testsubstrats und eines Halbleiterelements
gemäß Beispiel 15;
Fig. 18 eine Schnittansicht des Testsubstrats und des
Halbleiterelements zur Beschreibung eines
Verfahrens zum Testen des Halbleiterelements gemäß
Beispiel 15;
Fig. 19 eine Schnittansicht eines Testsubstrats gemäß
Beispiel 16;
Fig. 20 eine Schnittansicht eines weiteren Beispiels für
ein Testsubstrat gemäß Beispiel 16;
Fig. 21 eine Schnittansicht eines Testsubstrats gemäß
Beispiel 17;
Fig. 22 eine Schnittansicht eines Testsubstrats, welches
durch ein Verfahren zur Herstellung des
Testsubstrats gemäß Beispiel 18 hergestellt
wurde;
Fig. 23 eine Schnittansicht eines Testsubstrats gemäß
Beispiel 19;
Fig. 24 eine Schnittansicht eines Testsubstrats gemäß
Beispiel 20;
Fig. 25 eine Schnittansicht eines Testsubstrats gemäß
Beispiel 21;
Fig. 26 eine Schnittansicht eines Testsubstrats gemäß
Beispiel 22;
Fig. 27 eine Schnittansicht eines Testsubstrats, welchs
durch ein Verfahren zur Herstellung des
Testsubstrats gemäß Beispiel 23 hergestellt
wurde;
Fig. 28 eine Schnittansicht eines Halbleiterelements und
eines Testsubstrats zur Erläuterung eines
Verfahrens zum Testen des Halbleiterelements gemäß
Beispiel 24;
Fig. 29 eine Schnittansicht eines Halbleiterelements und
eines Testsubstrats zur Erläuterung eines
Verfahrens zum Testen des Halbleiterelements gemäß
Beispiel 25;
Fig. 30 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung
nach dem Stand der Technik; und
Fig. 31 eine Darstellung eines Verfahrens nach dem Stand
der Technik zum Testen eines Halbleiterelements.
Die o. g. "Beispiele" dienen wie gesagt nur
zur Erläuterung und sind keine
Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 12
die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, wobei
gleiche oder entsprechende Teile wie beim Stand der Technik
mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind. Die Erfindung
betrifft eine Halbleitervorrichtung, auf welcher Halb
leiterelemente angebracht sind und die auch als
"nackter Chip" bezeichnet werden
Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung,
die als integrierte Einheit aufgebaut ist, gemäß
Beispiel 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 Beispiel 1. In Fig. 2
weist die Halbleitervorrichtung ein
Signalübertragungssubstrat 1 auf, ein Zufuhrsubstrat 2 und
Halbleiterelemente 3. 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 einer
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
Elementenelektroden 1d (sh. Fig. 1), Zufuhr- oder
Versorgungselektroden 1e, und Eingangs/Ausgangselektroden 1f
für Substratzwischenverbindungen vorgesehen. Die
Elementelektroden 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 Behälter 2a 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
Zufuhrelektroden 2c vorgesehen, Eingangs/Ausgangselektroden
2d für Verbindungen zwischen den Substraten, und externe
Eingangs/Ausgangsklemmen 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 Beispiel 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.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß Beispiel 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.
Darüber hinaus ist es infolge der Halbleitervorrichtung gemäß
Beispiel 1 möglich, eine kostengünstige
Halbleitervorrichtung zur Verfügung zu stellen, da die
Wärmeabstrahlrippe nicht vorhanden ist.
Bei der Halbleitervorrichtung gemäß Beispiel 1 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.
Fig. 3 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung
gemäß Beispiel 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 weist Zufuhrelektroden 2c auf,
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 Beispiel 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 dem voranstehend beschriebenen Beispiel 1 sind
bei dem vorliegenden Beispiel 2 die elektrischen
Verbindungselekroden 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.
Fig. 4 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung
gemäß Beispiel 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 Beispiel 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.
Fig. 5 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung
gemäß Beispiel 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 Signalübertragungssubstrat
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
de 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 Beispiel 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 Abdichen 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.
Fig. 6 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung,
die gerade mit Hilfe eines Herstellungsverfahrens gemäß
Beispiel 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/Ausgansgelektroden 2d für Verbindungen zwischen
den Substraten angeordnet sind, sind in der Umfangsrichtung
des hohlen Behältes 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 Beispiel 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 Beispiel 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
Beispiel 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 Beispiel 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.
Fig. 7 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung
gemäß Beispiel 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
Behältes 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 Beispiel 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.
Fig. 8 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung
gemäß Beispiel 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 Beispiel 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.
Fig. 9 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung
gemäß Beispiel 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 Beispiel 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 Beispiel 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.
Fig. 10 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung
gemäß Beispiel 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
Eigangs/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 Beispiel 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 Beispiel 9 kann das Material des Metallfilms
1i jedes Material sein, welches einen kleinen elektrischen
Widerstand aufweist, beispielsweise Kupfer, Gold oder
Aluminium.
Fig. 11 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung
gemäß Beispiel 10 der vorliegenden Erfindung. In Fig.
11 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 einem Polymermaterial und einen metallischen
Leiter umfaßt, und ist auf seiner Rückseite mit
Eingangs/Ausgangsklemmen 1j 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 Beispiel 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.
Fig. 12 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung
gemäß der Ausführungsform 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.
Eingangs/Ausgangsklemmen 2i 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 der Ausführungsform 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.
Fig. 13 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung
gemäß Beispiel 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 Beispiel 2 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 ds
hohlen Behälters 2f dünn, und von dem Halbleiterlement 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.
Fig. 14 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung
gemäß Beispiel 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 Beispiel 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
werden, welche die Packungsdichte der Halbleiterelemente 3
wesentlich erhöht, in Bezug auf die Abmessungen der
Halbleitervorrichtung.
Fig. 16 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung
gemäß Beispiel 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 Beispiel 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 hoche Packungsdicht und eine hohe Verläßlichkeit
aufweist.
Fig. 17 ist eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung
eines Testsubstrats, welches bei einem Verfahren zum Testen
eines Halbleiterelements gemäß Beispiel 15 der
vorliegenden Erfindung verwendet wird, sowie eines zu
untersuchenden oder zu testenden Halbleiterelements. Fig. 18
ist eine Schnittansicht eines zu testenden Halbleiterelements
mit dem Verfahren gemäß Beispiel 15. Fig. 18(a)
zeigt, daß vorspringende Elektroden 12 auf dem Testsubstrat
10 ausgebildet werden, Fig. 18(b) zeigt, daß das
Halbleiterelement 3 mit den vorspringenden Elektroden 12
verbunden ist, Fig. 18(c) zeigt, daß ein Test durchgeführt
wird, und Fig. 18(d) zeigt, daß das Halbleiterlement 3 von
dem Testsubstrat 10 entfernt ist. In Fig. 17 ist das
Halbleiterelement 3 ein nackter Chip, der von einem Wafer
abgeschnitten wurde, mit welchem ein Herstellungsverfahren
für körperliche Elemente durchgeführt wurde, und ist mit
elektrischen Verbindungselektroden 3a für eine
Signalübertragung und eine Stromversorgung auf seiner einen
Oberfläche versehen. Das Testsubstrat 10 besteht aus Keramik
und weist die gleiche Anzahl an Testdrähten 10a auf wie die
elektrischen Verbindungselektroden 3a des Halbleiterelements
3, die auf seiner einen Oberfläche vorgesehen sind. Die
Anschlußendabschnitte der Testdrähte 10a, die sowohl am
rechten als auch linken Ende des Testsubstrats 10 verlaufen,
sind elektrisch mit den Verbindern 11 verbunden, die sowohl
an den linken als auch rechten Enden des Testsubstrats 10
vorgesehen sind. Die vorspringenden Elektroden 12 sind auf
dem Testsubstrat 10 an den oberen Enden der Testdrähte 10a
angeordnet und liegen den elektrischen Verbindungselektroden
des Halbleiterelements 3 gegenüber.
Unter Bezugnahme auf Fig. 18 wird nachstehend das Verfahren
zum Testen des Halbleiterelements 3 beschrieben. Wie aus
Fig. 18(a) hervorgeht, werden die vorspringenden Elektroden
12 durch Musterbildung des Photolacks auf solche Weise
ausgebildet, daß Abschnitte, an welchen die vorspringenden
Elektroden 12 ausgebildet werden sollen, vom Testsubstrat 10
freigelegt werden, auf welchem die Testdrähte 10a vorgesehen
sind, worauf eine Dampfablagerung von Zinn und Blei auf einer
Maske erfolgt, die Maske erhitzt wird, und der Photolack
entfernt wird. Die Seitenoberfläche der so ausgebildeten,
vorspringenden Elektrode 12 steht teilweise in Kontakt mit
dem oberen Endabschnitt des Testdrahtes 10a. Wie in Fig.
18(b) gezeigt ist, werden die elektrischen
Verbindungselektroden 3a des Halbleiterelements 3 mit den
vorspringenden Elektroden 12 dadurch verbunden, daß die
elektrischen Verbindungselektroden 3a des Halbleiterelements
3 in Kontakt mit den oberen Oberflächen der vorspringenden
Elektroden 12 gebracht werden, und diese Anordnung erhitzt
und druckbeaufschlagt wird. Gemäß Fig. 18(c) wird dann das
Halbleiterelement 3 einer Atmosphäre ausgesetzt, die auf
150°C erhitzt ist, während die Verbinder 11 mit den
Testdrähten 10a verbunden sind, und es wird elektrischer
Strom an das Halbleiterelement 3 von den Verbindern 11 aus
angelegt, um so einen Einbrenntest mit dem Halbleiterelement
3 durchzuführen. Nach Beendigung dieses Einbrenntests wird
das Halbleiterelement 3 von dem Testsubstrat 10 entfernt. Da
die Verbindung zwischen der vorspringenden Elektrode 12 und
der elektrischen Verbindungselektrode 3a eine Metall-
Metallverbindung ist, und die Verbindung zwischen der
vorspringenden Elektrode 12 und dem Testsubstrat 10 eine
Metall-Keramikverbindung ist, wenn das Halbleiterelement 3
entfernt wird, ist die Verbindungsstärke zwischen der
vorspringenden Elektrode 12 und der elektrischen
Verbindungselektrode 3a größer als die Bindungsstärke
zwischen der vorspringenden Elektrode 12 und dem Testsubstrat
10. Daher werden, wie in Fig. 18(d) gezeigt ist, sowohl die
vorspringenden Elektroden 12 als auch das Halbleiterelement 3
von dem Testsubstrat 10 als vereinigte Einheit abgenommen, so
daß das Halbleiterelement 3 die vorspringenden Elektroden 12
für jede seiner elektrischen Verbindungselektroden 3a
aufweist. Daraufhin werden, wie in Fig. 18(a) gezeigt ist,
neue vorspringende Elektroden 12 erneut auf dem Testsubstrat
10 durch dasselbe Verfahren wie voranstehend beschrieben
ausgebildet, und dann wird ein neues Halbleiterelement 3 mit
den vorsprigenden Elektroden 12 verbunden, wie in Fig. 18(b)
gezeigt ist, durchläuft den Einbrenntest gemäß Fig. 18(c),
und wird vom Testsubstrat 10 so entfernt, wie dies in Fig.
18(d) gezeigt ist, wodurch der Test der Halbleiterelemente 3
wiederholt wird.
Da bei dem Verfahren zum Testen des Halbleiterelements 3
gemäß Beispiel 15 die vorspringenden Elektroden 12 auf
dem Halbleiterelement 3 nach Beendigung des Einbrenntests
verbleiben, werden die Ausbildung der vorspringenden
Elektroden 12 auf dem Halbleiterelement 3 und der Test
gleichzeitig durchgeführt, wodurch es ermöglicht wird, den
Testvorgang zu vereinfachen und die Kosten für den Test zu
verringern.
Bei Beispiel 15 ist das Testsubstrat 10 aus
Keramik, und die Testdrähte 10a werden direkt auf diesem
Keramiksubstrat ausgebildet, wie voranstehend beschrieben und
in den Figuren dargestellt, jedoch läßt sich derselbe Effekt
auch bei einem Testsubstrat 10 erhalten, das dadurch
hergestellt wird, daß eine Schicht aus einem Polymermaterial
wie beispielsweise Polyimid und einem Epoxyharz auf dem
Keramiksubstrat als Testsubstrat 10 ausgebildet wird, und die
Testdrähte 10a auf dieser Schicht hergestellt werden.
Fig. 19 ist eine Schnittansicht eines Testsubstrats gemäß
Beispiel 16 der vorliegenden Erfindung. In Fig. 19
besteht das Testsubstrat 10 aus Keramik, und weist auf seiner
einen Oberfläche Testdrähte 10a auf. Die Testdrähte 10a sind
als Dünnfilm auf dem Testsubstrat 10 durch einen
Photograviervorgang unter Verwendung eines Photolacks und
eines Dünnfilmherstellungsvorgangs wie beispielsweise
Sputtern ausgebildet. Nach der Herstellung der Testdrähte 12
wird mit einem Photolack ein Muster auf dem Testsubstrat 10
einschließlich der Testdrähte 10a gebildet, mit der Ausnahme
von Abschnitten, an welchen die vorspringenden Elektroden 12
ausgebildet werden sollen. Dann werden Zinn und Blei auf
einer Maske abgelagert und erhitzt, und der Photolack wird
entfernt, um die vorspringenden Elektroden 12 auf dem
Testsubstrat 10 herzustellen. Die Seitenoberfläche dieser
vorspringenden Elektrode 12 steht zum Teil in Kontakt mit dem
oberen Endabschnitt des Testdrahtes 10a, und ihr unterer
Endabschnitt steht in direktem Kontakt mit der oberen
Oberfläche des Testsubstrats 10.
Da bei dem Testsubstrat 10 gemäß der Beispiel 16 die
vorspringenden Elektroden 12 auf der oberen Oberfläche des
Testsubstrats 10 ausgebildet werden, welches aus Keramik
besteht, und die Seitenoberfläche der vorspringenden
Elektrode 12 mit dem Ende des Testdrahtes 10a verbunden ist,
der als Dünnfilm ausgebildet ist, ist die
Verbindungsfestigkeit zwischen der vorspringenden Elektrode
12 und dem Testsubstrat 10 kleiner als die
Verbindungsfestigkeit zwischen der vorspringenden Elektrode
12 und der elektrischen Verbindungselektrode 3a bei dem
Einbrenntest für das Halbleiterelement 3, welches bei der
voranstehend erwähnten Ausführungsform 15 beschrieben wurde,
wodurch es einfach wird, das Halbleiterelement 3 von dem
Testsubstrat 10 zu entfernen, nachdem der Test des
Halbleiterelements 3 durchgeführt wurde, und es darüber
hinaus ermöglicht wird, die Herstellung der vorspringenden
Elektroden 12 auf dem Halbleiterelement 3 und den Test des
Halbleiterelements 3 gleichzeitig durchzuführen.
Bei Beispiel 16 werden die Testdrähte 10a direkt
auf dem Keramiksubstrat als Testsubstrat 10 wie voranstehend
beschrieben und in den Figuren dargestellt ausgebildet,
jedoch kann, wie in Fig. 20 gezeigt ist, derselbe Effekt
auch mit einem Testsubstrat erhalten werden, welches dadurch
hergestellt wird, daß eine Schicht des Isolators 14, der aus
Polyimid oder einem Epoxyharz besteht, auf dem Substrat 13
ausgebildet wird, welches aus Keramik oder einem
Polymermaterial besteht, welches steif ist, beispielsweise
eine Platine mit gedruckter Schaltung, wobei dann die
Testdrähte 10a und die vorspringenden Elektroden 12 auf
dieser Schicht hergestellt werden.
Fig. 21 ist eine Schnittansicht eines Testsubstrats gemäß
Beispiel 17 der vorliegenden Erfindung. In Fig. 21
ist das Testssubstrat mit Testdrähten 10a und vorspringenden
Elektroden 12 auf seiner einen Oberfläche versehen. Das
Testsubstrat 10 weist weiterhin einen Beschichtungsfilm 16
auf der Oberfläche auf, auf welcher die Testdrähte 10a
angeordnet sind. Polyimid wird auf die gesamte Oberfläche des
Testsubstrats 10 mit den dort vorgesehenen Testdrähten 10a
während des Zeitraums aufgebracht, nachdem die Testdrähte 10a
ausgebildet wurden, und vor der Ausbildung der vorspringenden
Elektroden 12, oder nach der Ausbildung der Testdrähte 10a
und der vorspringenden Elektroden 12, und dann wird der
Beschichtungsfilm 16, der über den vorspringenden Elektroden
12 ausgebildet wurde, durch ein Photogravierverfahren
entfernt.
Da bei dem Testsubstrat 10 gemäß Beispiel 17, wie in
Fig. 21(b) gezeigt ist, beide Seitenflächen des
Beschichtungsfilms 16, welcher den Testdraht 10a abdeckt, in
Kontakt mit der oberen Oberfläche des Substrats 10 stehen,
dient der Beschichtungsfilm 16 zur Befestigung der Testdrähte
10a an dem Testsubstrat 10. Wenn daher das Halbleiterelement
3 (sh. Fig. 18) von dem Testsubstrat 10 entfernt wird, kann
verhindert werden, daß sich die Testdrähte 10a von dem
Testsubstrat 10 zusammen mit den vorspringenden Elektroden 12
ablösen, die zusammen mit dem Halbleiterelement 3 entfernt
werden.
Bei Beispiel 17 besteht der Beschichtungsfilm 16 aus
Polyimid, jedoch läßt sich dieselbe Wirkung dadurch
erreichen, daß ein Polymermaterial wie beispielsweise
Epoxyharz als Material für den Beschichtungsfilm 16 verwendet
wird.
Fig. 22 ist eine Schnittansicht eines Testsubstrats, welches
durch ein Herstellungsverfahren für ein Testsubstrat gemäß
Beispiel 18 der vorliegenden Erfindung hergestellt
wird. Fig. 22(a) zeigt das Testsubstrat mit darauf
ausgebildeten Testdrähten, Fig. 22(b) zeigt das Testsubstrat
in der Vorlaufstufe der Ausbildung vorspringender Elektroden
auf dem Substrat, und Fig. 22(c) zeigt das vollständige
Testsubstrat. Zuerst wird, in Fig. 22(a), nachdem die
Testdrähte 10a auf einer Oberfläche des Testsubstrats 10
ausgebildet wurden, ein Dünnfilmleiter 17 aus Kupfer auf der
gesamten Oberfläche des Testsubstrats 10, auf welcher die
Testdrähte 10a vorgesehen sind, durch Sputtern oder
Dampfablagerung ausgebildet. Bei der vorliegenden
Ausführungsform wird ein tr 16232 00070 552 001000280000000200012000285911612100040 0002019549647 00004 16113ockenes Verfahren wie
beispielsweise Sputtern zur Herstellung des Dünnfilmleiters
17 verwendet, jedoch kann auch ein stromloses Plattieren
eingesetzt werden. Daraufhin werden, wie in Fig. 22(b)
gezeigt ist, Löcher 19 zur Ausbildung vorspringender
Elektroden auf dem Dünnfilmleiter 17 durch Musterbildung mit
einem Photolack 18 hergestellt. Dann werden gemäß Fig. 22(c)
vorspringende Elektroden 12 abgelagert und innerhalb der
Löcher 19 zur Ausbildung vorspringender Elektroden
hergestellt, durch Elektroplattieren unter Verwendung der
Dünnfilmleiter 17, die von den Löchern 19 freigelegt sind,
als Elektrode, und daraufhin werden der Photolack 18 und der
Dünnfilmleiter 17 entfernt.
Da bei dem Verfahren zur Herstellung des Testsubstrats gemäß
Beispiel 18 die vorspringenden Elektroden durch
Plattieren hergestellt werden, können leicht vorspringende
Elektroden erhalten werden, die aus zahlreichen Arten von
Metallen bestehen können.
Bei Beispiel 18 wird der Dünnfilmleiter 17 aus
Kupfer hergestellt, jedoch läßt sich derselbe Effekt auch
durch Verwendung irgendeines anderen Metalls wie
beispielsweise Aluminium als Material für den Dünnfilmleiter
17 erzielen. Lot wird als Material für die vorspringende
Elektrode 12 verwendet, jedoch kann stattdessen auch Gold
verwendet werden.
Fig. 23 ist eine Schnittansicht eines Testsubstrats gemäß
Beispiel 19 der vorliegenen Erfindung. Das
Testsubstrat gemäß Beispiel 19 wird dadurch
erhalten, daß die vorspringende Elektroden 12, die aus
zahlreichen Metallen bestehen können, mit Hilfe des
voranstehend geschilderten Herstellungsverfahrens von
Beispiel 18 ausgebildet werden. In Fig. 23 wird die
vorspringende Elektrode 12 durch Aufeinanderstapeln einer
ersten Schicht 12a, einer zweiten Schicht 12b und einer
dritten Schicht 12c auf den Dünnfilmleiter 17 hergestellt.
Die erste und zweite Schicht 12a bzw. 12b bestehen aus Lot,
und die dritte Schicht 12c besteht aus Kupfer, jedoch können
die erste und dritte Schicht 12a und 12c auch aus Gold
bestehen, und die zweite Schicht 12b aus Kupfer. Bei
Beispiel 19 wird die vorspringende Elektrode aus zwei
unterschiedlichen Arten von Metallen hergestellt, sie kann
jedoch aus drei unterschiedlichen Arten von Metallen in jeder
Schicht hergestellt werden. Das Material der ersten Schicht
12a wird durch die Verbindungsbeziehung zwischen der
vorspringenden Elektrode 12 und die Platine mit gedruckter
Schaltung bestimmt, und das Material der dritten Schicht 12c
wird durch die Verbindungsbeziehung zwischen der
vorspringenden Elektrode 12 und das Halbleiterelement 3
bestimmt. Eine Metallschicht aus Titan, Chrom oder Nickel,
beispielsweise mit einer Dicke von einigen 1000 Angström kann
an den Grenzflächen zwischen der ersten Schicht 12a und der
zweiten Schicht 12b und zwischen der zweiten Schicht 12b und
der dritten Schicht 12c vorgesehen werden, um die
Verbindungsfestigkeit zwischen diesen Schichten zu erhöhen.
Da bei dem Testsubstrat gemäß Beispiel 19 die
vorspringende Elektrode 12 aus mehreren Metallen besteht, ist
nicht nur eine Verbindung mittels Löten, sondern auch eine
thermische Diffusionsverbindung von Gold zu Gold möglich,
wodurch der Bereich der Möglichkeiten zum Verbinden der
vorspringenden Elektroden 12 mit einer Verdrahtungsplatte zur
Anbringung getesteter Halbleiterelemente erweitert wird.
Fig. 24 ist eine Schnittansicht eines Testsubstrats gemäß
Beispiel 20 der vorliegenden Erfindung. Bei
Beispiel 20 werden vorspringende Elektroden 12 durch
das voranstehend geschilderte Herstellungsverfahren gemäß
Beispiel 18 ausgebildet. Wie in Fig. 24 gezeigt ist,
wird jedoch bei der vorliegenden Ausführungsform ein Spalt 20
zwischen der vorspringenden Elektrode 12 und dem Testdraht
10a vorgesehen. Anders ausgedrückt ist der Testdraht 10a so
angeordnet, daß sein oberer Endabschnitt durch den Spalt 20
von einem Abschnitt des Testsubstrats 10 getrennt ist, in
welchem die vorspringende Elektrode 12 ausgebildet werden
soll. Wenn der Photolack zur Ausbildung der vorspringenden
Elektrode mit einem Muster versehen wird, so wird das Loch
zur Ausbildung der vorspringenden Elektrode in einer normalen
Position ausgebildet, getrennt von dem oberen Endabschnitt
des Testdrahtes 10a durch den Spalt 20. Daraufhin wird die
vorspringende Elektrode 12 ausgebildet. Wenn der Lack oder
Photolack nach der Herstellung der vorspringenden Elektrode
12 entfernt wird, wird der Spalt 20 zwischen der
vorspringenden Elektrode 12 und dem Testdraht 10a
hervorgerufen, so daß ein Abschnitt des Dünnfilmleiters 10
mit kleiner Breite durch den Spalt 20 freigelegt wird.
Da bei dem Testsubstrat gemäß Beispiel 20 die
vorspringende Elektrode 12 und der Testdraht 10a miteinander
durch den Dünnfilmleiter 17 verbunden sind, der eine Dicke
aufweist, die geringer ist als jene des Testdrahtes 10a, wird
dann, wenn nach dem Test das Halbleiterelement 3 von dem
Testsubstrat 10 entfernt wird, die Abstreifkraft der
vorspringenden Elektrode 12, die zusammen mit dem
Halbleiterelement 3 entfernt wird, nicht auf den oberen
Endabschnitt des Testdrahtes 10a übertragen, und wird nur
eine extrem kleine Kraft durch den Dünnfilmleiter 17 erzeugt,
der durch die sich ablösende, vorspringende Elektrode 12
angehoben wird. Dieser Dünnfilmleiter 17 reißt ab, bevor sich
der Testdraht 10a von dem Testsubstrat 10 trennt. Dies führt
dazu, daß die Testdrähte 10a auf sichere Weise auf dem
Testsubstrat 10 verbleiben, und die vorspringenden Elektroden
12 von dem Testsubstrat 10 entfernt werden, wobei sie den
Dünnfilmleiter 10 mitnehmen, was es einfach macht, die
vorspringenden Elektroden 12 von dem Testsubstrat 10 zu
entfernen.
Fig. 25 ist eine Schnittansicht eines Testsubstrats gemäß
Beispiel 21 der vorliegenden Erfindung. In Fig. 25
ist das Testsubstrat 10A flexibel ausgebildet, da es aus
einem Polymermaterial wie beispielsweise Polyimid besteht.
Testdrähte 10a werden auf einer Oberfläche dieses
Testsubstrats 10A ausgebildet, ein Dünnfilmleiter 17 wird auf
einem Abschnitt des Testsubstrats 10A hergestellt, an welchem
eine vorspringende Elektrode 12 ausgebildet werden soll, und
die vorspringende Elektrode 12 wird auf dem Dünnfilmleiter 10
ausgebildet. Die Testdrähte 10a können entweder durch
Verbinden eines leitfähigen Films als Testdraht 10a mit dem
Testsubstrat 10A durch einen nicht gezeigten Kleber
hergestellt werden, durch Sputtern oder Dampfablagerung eines
Leiters als Testdraht 10a auf dem Testsubstrat 10A, oder
durch Plattieren des Testsubstrats 10A mit einem Leiter als
Testdraht 10a. Ein Epoxyharz kann als Polymermaterial des
Testsubstrats 10A verwendet werden.
Da bei dem Testsubstrat gemäß Beispiel 21 das
Testsubstrat 10A flexibel ausgebildet ist, da es aus einem
Polymermaterial besteht, können dann, wenn das
Halbleiterelement nach dem Test von dem Testsubstrat 10A
entfernt wird, die vorspringenden Elektroden 12 einfach von
dem Testsubstrat 10A entfernt werden, infolge der guten
Trenneigenschaften von dem Polymermaterial.
Fig. 26 ist eine Schnittansicht eines Testsubstrats gemäß
Beispiel 22 der vorliegenden Erfindung. Das
Testsubstrat gemäß Beispiel 22 wird dadurch
erhalten, daß der Dünnfilmleiter 17 des voranstehend
geschilderten Beispiels 21 durch einen Dünnfilm 21 aus
Metall ersetzt wird. Mit anderen Worten werden in Fig. 26
Testdrähte 10a auf einer Oberfläche des Testsubstrats 10A
ausgebildet, welches flexibel ist, da es aus einem
Polymermaterial wie beispielsweise Polyimid und einem
Epoxyharz besteht, der Metalldünnfilm 21 wird durch Sputtern
oder Dampfablagerung auf einem Abschnitt des Testsubstrats
10A hergestellt, in welchem die vorspringende Elektrode
ausgebildet werden soll, und dann wird die vorspringende
Elektrode 12 auf dem Metalldünnfilm 21 ausgebildet.
Da bei dem Testsubstrat gemäß Beispiel 22 die
vorspringenden Elektroden 12 auf dem Testsubstrat 10A
vorgesehen sind, welches flexibel ist, da es aus einem
Polymermaterial besteht, wobei der Metalldünnfilm 21
dazwischen angeordnet ist, kann die vorspringende Elektrode
von dem Testsubstrat 10A leicht entfernt werden, wenn das
Halbleiterelement 3 nach dem Test abgestreift wird, infolge
der geringen Verbindungsfestigkeit zwischen dem
Metalldünnfilm 21 und dem Polymermaterial.
Fig. 27 ist eine Schnittansicht eines Testsubstrats, welches
durch ein Verfahren zur Herstellung des Testsubstrats gemäß
Beispiel 23 der vorliegenden Erfindung hergestellt
wird. Fig. 27(a) zeigt das Testsubstrat mit darauf
ausgebildeten, vorspringenden Elektroden, und Fig. 27(b)
zeigt das Testsubstrat, welches polierte, vorspringende
Elektroden aufweist. In Fig. 27(a) ist das Testsubstrat 10,
welches aus Keramik besteht, auf seiner einen Oberfläche mit
Testdrähten 10a versehen, und mit Dünnfilmleitern 17, auf
welchen vorspringende Elektroden 12 vorgesehen sind. Bei
einer mikroskopischen Betrachungsweise der
Hablleitertechnologie ist es möglich, daß die vorspringenden
Elektroden 12 voneinander unterschiedliche Höhen aufweisen,
wenn sie auf den Dünnfilmleitern 17 ausgebildet werden. Nach
der Herstellung der vorspringenden Elektroden 12 werden
daraufhin die oberen Oberflächen der vorspringenden
Elektroden 12 poliert, um ihre Höhe gleichförmig auszubilden,
wie in Fig. 27(b) gezeigt. Dieses Polieren erfolgt mit einem
unverwebten Polyurethan-Textilerzeugnis unter Verwendung
kolloidalen Silikats als Polierflüssigkeit.
Da gemäß dem Testsubstratherstellungsverfahren von
Beispiel 23 die oberen Oberflächen der vorspringenden
Elektroden 12 poliert werden, nachdem sie hergestellt wurden,
können die vorspringenden Elektroden 12 sämtlich mit gleicher
Höhe hergestellt werden, und daher wird eine gleichmäßige
Verbindung zwischen den vorspringenden Elektroden 12 und dem
Halbleiterelement ermöglicht.
Fig. 28 ist eine Schnittansicht eines Halbleiterelementes,
welches untersucht werden soll durch ein Verfahren gemäß
Beispiel 24 der vorliegenden Erfindung. Fig. 28(a)
zeigt, daß das Halbleiterelement 3 von dem Testsubstrat 10
nach dem Test entfernt ist, und Fig. 28(b) zeigt, daß mit
dem Halbleiterelement 3 eine Nachbehandlung durchgeführt
wird. Wenn gemäß Fig. 28(a) das Halbleiterelement 3 von dem
Testsubstrat 20 nach dem Test entfernt wird, werden der
Dünnfilmleiter 17 und die vorspringende Elektrode 12 von dem
Testsubstrat 10 zusammen mit dem Halbleiterelement 3 als
einzelne Einheit entfernt, da die Verbindungsfestigkeit
zwischen der vorspringenden Elektrode 12 und der elektrischen
Verbindungselektrode 3a größer als die Verbindungsfestigkeit
zwischen dem Dünnfilmleiter 17 und dem Testsubstrat 10 ist.
Dies führt dazu, daß der Halbleiter 3 die vorspringenden
Elektroden 12 für jede der elektrischen Verbindungselektroden
3a aufweist. Daraufhin werden, wie in Fig. 28(b) gezeigt
ist, sämtliche Oberflächen des Halbleiterelements 3, das von
dem Testsubstrat 10 entfernt wurde, einem Ätzmittel
ausgesetzt, um so den Dünnfilmleiter 17 zu ätzen. Wenn der
Dünnfilmleiter 17 aus Kupfer besteht, so wird als Ätzmittel
eine Ammonium-Persulfatlösung verwendet.
Da bei dem Halbleiterelement-Testverfahren gemäß
Beispiel 24 die vorspringenden Elektroden 12, die mit
dem Halbleiterelement 3 verbunden sind, dem Ätzmittel
ausgesetzt werden, um den Dünnfilmleiter 17 zu entfernen,
nachdem das Halbleiterelement 3 vom Testsubstrat 10 nach dem
Test entfernt wurde, kann die Oberfläche der vorspringenden
Elektrode 12 gereinigt werden, und die Verläßlichkeit der
Verbindung zwischen dem Halbleiterelement 3 und einer
Verdrahtungsplatine zur Anbringung des Halbleiterelements 3
nach dem Test verbessert werden.
Fig. 29 ist eine Schnittansicht eines Halbleiterelements,
welches durch ein Verfahren gemäß Beispiel 25 der
vorliegenden Erfindung getestet werden soll. Fig. 29(a)
zeigt, daß das Halbleiterelement 3 von dem Testsubstrat 10
nach dem Test entfernt wird, und Fig. 29(b) zeigt, daß mit
dem Halbleiterelement 3 eine Nachbehandlung durchgeführt
wird. Gemäß Fig. 29(a) werden, wenn das Halbleiterelement 3
von dem Testsubstrat 10 nach dem Test entfernt wird, die
Dünnfilmleiter 17 und die vorspringenden Elektroden 12 von
dem Testsubstrat 10 zusammen mit dem Halbleiterelement 3 als
vereinigte Einheit entfernt, da die Verbindungsfestigkeit
zwischen der vorspringenden Elektrode 12 und der elektrischen
Verbindungselektrode 3a größer ist als die
Verbindungsfestigkeit zwischen dem Dünnfilmleiter 17 und dem
Testsubstrat 10. Dies führt dazu, daß der Halbleiter 3 die
vorspringenden Elektroden 12 für jede der elektrischen
Verbindungselektroden 3a aufweist. Daraufhin wird gemäß Fig.
29(b) eine untere Oberfläche der vorspringenden Elektrode 12,
die vom Testsubstrat 10 entfernt wurde, poliert, um den
Dünnfilmleiter 17 zu entfernen. Dieser Poliervorgang erfolgt
mit einem nicht gewebten oder nicht gewirkten Polyurethan-
Textilerzeugnis unter Verwendung kolloidalen Silikats als
Polierflüssigkeit.
Da bei dem Halbleiterelement-Testverfahren gemäß
Beispiel 25 die mit dem Halbleiterelement 3
verbundene, vorspringende Elektrode 12 poliert wird, nachdem
das Halbleiterelement 3 vom Testsubstrat 10 entfernt wurde,
kann die Oberfläche der vorspringenden Elektrode 12 gereinigt
werden, und die vorspringenden Elektroden sämtlich mit
gleichmäßiger Höhe ausgebildet werden. Dies führt dazu, daß
bei der Anbringung des getesteten Halbleiterelements 3 auf
einer Verdrahtungsplatine die vorspringenden Elektroden 12
sämtlich eine gleichmäßige Höhe aufweisen, wodurch es möglich
ist, die Verläßlichkeit der Verbindung zu verbessern.
Claims (3)
1. Halbleitervorrichtung, welche umfasst:
ein erstes Halbleitersubstrat (1A) mit einer Vielzahl von ersten Elektroden (1j) an seiner ersten Oberfläche, mit einer Vielzahl von zweiten Elektroden (1d-1f) an seiner zweiten Oberfläche zur Kontaktierung mindestens eines Halbleiterelements (3) und eines zweiten Halbleitersubstrats (2), und
ein zweites Halbleitersubstrat (2), in dessen Ausnehmungen (2a) die Halbleiterelemente (3) aufgenommen sind, und welches dritte Elektroden (2e) an der dem ersten Substrat (1A) zugewandten Seite aufweist,
wobei die auf dem äußeren Rand des zweiten Substrats (2) angeordneten dritten Elektroden (2e) größer als die ersten und zweiten Elektroden (1j; 1d-1f) sind. (Fig. 12)
ein erstes Halbleitersubstrat (1A) mit einer Vielzahl von ersten Elektroden (1j) an seiner ersten Oberfläche, mit einer Vielzahl von zweiten Elektroden (1d-1f) an seiner zweiten Oberfläche zur Kontaktierung mindestens eines Halbleiterelements (3) und eines zweiten Halbleitersubstrats (2), und
ein zweites Halbleitersubstrat (2), in dessen Ausnehmungen (2a) die Halbleiterelemente (3) aufgenommen sind, und welches dritte Elektroden (2e) an der dem ersten Substrat (1A) zugewandten Seite aufweist,
wobei die auf dem äußeren Rand des zweiten Substrats (2) angeordneten dritten Elektroden (2e) größer als die ersten und zweiten Elektroden (1j; 1d-1f) sind. (Fig. 12)
2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die ersten Elektroden (1j) Signalelektroden zum Senden von Signalen an wenigstens ein Halbleiterelement (3) sind, und
die zweiten Elektroden (1d-1f) Signalelektroden zum Senden von Signalen an wenigstens ein Halbleiterelement (3) und Energieversorgungselektroden zum Zuführen einer elektrischen Energie an wenigstens ein Halbleiterelement (3) sind.
die ersten Elektroden (1j) Signalelektroden zum Senden von Signalen an wenigstens ein Halbleiterelement (3) sind, und
die zweiten Elektroden (1d-1f) Signalelektroden zum Senden von Signalen an wenigstens ein Halbleiterelement (3) und Energieversorgungselektroden zum Zuführen einer elektrischen Energie an wenigstens ein Halbleiterelement (3) sind.
3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ausnehmungen (2a) beide Oberflächen des zweiten
Substrats (2) durchdringen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19549705A DE19549705B4 (de) | 1994-02-28 | 1995-02-27 | Halbleitervorrichtung |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03034194A JP3288840B2 (ja) | 1994-02-28 | 1994-02-28 | 半導体装置およびその製造方法 |
DE19549705A DE19549705B4 (de) | 1994-02-28 | 1995-02-27 | Halbleitervorrichtung |
DE19506759A DE19506759C2 (de) | 1994-02-28 | 1995-02-27 | Halbleitervorrichtung und Verfahren für deren Herstellung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE19549647C2 true DE19549647C2 (de) | 2003-07-31 |
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ID=27214879
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19549647A Expired - Fee Related DE19549647C2 (de) | 1994-02-28 | 1995-02-27 | Halbleitervorrichtung, zugehöriges Herstellungsverfahren, Verfahren zum Testen von Halbleiterelementen, Testsubstrat für das Verfahren sowie Verfahren zur Herstellung des Testsubstrats |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19549647C2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102006058000A1 (de) * | 2006-12-08 | 2008-06-19 | Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg | Platinenanordnung |
-
1995
- 1995-02-27 DE DE19549647A patent/DE19549647C2/de not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
NICHTS ERMITTELT * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102006058000A1 (de) * | 2006-12-08 | 2008-06-19 | Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg | Platinenanordnung |
DE102006058000B4 (de) * | 2006-12-08 | 2011-12-15 | Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg | Platinenanordnung |
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