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"Verfahren zum Kontaktieren von Halbleiteranordnungen" Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Kontaktieren von Halbleiteranordnungen, ins besonders
von integrierten Schaltungen.
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Bei der Kontaktierung von integrierten Schaltungen ging man bisher
von Kontaktierungsstreifen aus, die meist für die Kontaktierung einer Vielzahl gleichartiger
Halbleiteranordnungen geeignet sind In diese Kontaktierungsstreifen wurden Aussparungen
solcher Form eingestanzt oder eingeätzt, daß die fur die Elektroden eines Halbleiterkörpers
vorgesehenen Anschlußleitungen stehen bleiben Diese Kontaktierungsstreifen mussen
zur Erhaltung der notwendigen
mechanischen Stabilität eine bestimmte
Mindestdicke aufweisen. Diese Dicke ist jedoch so groß, daß die Elektroden mit Hilfe
der geeignetsten Kontaktierungsverfahren nicht direkt mit den Enden der Zuleitungen
in Verbindung gebracht werden können. Es wurden daher bisher gesonderte Hilfsstreifen
nngefertigt, die extrem dünn sind und aus einem metallischen Rahmen bestehen, von
dem sich zungenförmige Kontaktierungsstege nach-innen erstrecken. Die geometrischen
Abmessungen dieses Hilfsstreifens sind wesentlich kleiner als die des eigentlichen
Kontaktierungsstreifens. Die Elektroden eines Halbleiterkörpers, der beispielsweise
eine integrierte Festkörperschaltung enthält, wurden nun mit den Enden der zugenförmigen
Stege im Hilfsstreifen in Verbindung gebracht. Danach wurde der Stützrahmen des
Hilfsstreifens freigeschnitten und die Zuleitungen des Kontaktierungsstreifens mit
den Kontaktierungsstegen des Hilfsstreifens in elektrische und mechanisch feste
Verbindung gebracht. Es bedarf keiner weiteren Erklärung, wenn darauf hingewiesen
wird, daß dieses Verfahren sehr nufwendig und kompliziert ist. Da der
Halfsstreifen
extrem dünn ist (20 µm) und sehr kleine geometrische Abmessungen aufweist, wurden
die Streifen bei den verschiedenen Fertigungsprozessen beschadigt. Die Ausfallraten
waren daher extrem groß. Hinzu kommt, daß zur Verbindung einer Elektrode des Halbleiterkorpers
mit der zugehörigen Zuleitung des Kontaktierungsstreifens zwei Verbindungsstellen
notwending sind. Zunächst muß die Elektrode des Halbleiterkörpers mit dem Kontaktierungssteg
des halfsstreifens und dann dieser Kontaktierungssteg mit der zugehörigen Zuleitung
des eigentlichen Kontaktierungsstriefensin Verbindung gebracht werden. Dieser Aufwand
macht das geschilderte verfahren sehr lohnintensiv.
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Zur Vermeidung der Nachteile bei dem geschilderten Verfahren wird
erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß ein relativ dicker Kontaktierungsstreifen im
Bereich der für die Halbleiteranordnung vorgesehenen Montagefläche derart abgetragen
wird, daß dünne, zungenförmige Kontaktierungsstege zurückbleiben, und daß die Elektroden
der Hlableiteranordnung mechanisch fest und elektrisch leitend mit diesen Kontaktierungsstegen
in Verbindung gebracht werden
In einer vorteilhaften Weiterbildung
des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß auf den massiven, für die Montage
eines Halbleiterkörpers vorgesehenen Bereich eines Kontaktierungsstriefens eine
Metallschicht aufgebracht wird, die die Form dünner, nach innen gerichteter9 zugenförmiwer
Kontaktierungsstege aufweist0 Danach wird von der die ser Metallschicht abgewandten
Oberflächenseite des Kontaktierungsstreifens aus das Material des Kontaktierungsstreifens
in dem für die Montage des Halbleiterkörpers vorgesehenen Bereich unter Verwendung
der Maskentechnik bis zu der dünnen Metallschicht abgetragen, so daß die zungenförmigen
Kontaktierungsstege freigelegt werden. Abschließend werden die Kontaktierungsstege
mit den Elektr-oden des Halbleiterkorpers in Verbindung gebracht.
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Bei einer anderen geeigneten Verfahrensweise geht man von einem mavviven
Kontaktierungsstreifen aus, in den die Zuleitungen eingestanzt oder eingeätzt werden,
die an dem noch unbearbeiteten, als Montagefläche für das Halbleiterbauelement vorgesehenen
massiven Teil des Kontaktierungs-Streifens enden. Dieser massive Teil wird dann
unter Verwendung
der Maskentechnik einseitig bis auf eine dünne
Restmembran abgetragen. Unter Verwendung eines weiteren Maskierungsprozesses wird
in diese Membran in Verlängerung der bereits vorhandenen Zuleitungen des Kontaktierungsstreifens
eine Anzahl nach innen gerichteter, zugenförmiger Kontaktierungsstege eingeätzt,
die schließlich mit den Elektroden des Halbleiterkörpers in Verbindung gebracht
werden Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß zur Ver bindung einer
Elektrode des Halbleiterkörpers mit der elektrischen Zuleitung nur noch eine Kontaktstelle
erforderlich ist. Hierdurch wird der Arbeitsaufwand gegeneiner dem eingangs geschilderten
Verfahren um die Hälfte reduziert. Da Kontaktierungsstreifen und die Kontaktierungsstege
eine Einheit bilden, besteht auch nicht die Gefahr, das die Streifen beschädigt
werden. Die Kontaktierungsstege lassen sich mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens
sehr dünn ausbilden, so daß sie elastisch und leicht deformierbar sind. Dies ist
notwendig, damit die Elektroden
auf einfache Weise mit Hilfe der
Thermokompression oder der Ultraschallschweißung mit den Kontaktierungsstegen rasch
und mechanisch fest in Verbindung gebracht werden können.
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Die Erfindung und ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung soll im
weiteren noch anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.
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Die Figur la zeigt in perspektivischer Ansicht einen für ein Bauelement
vorgesehene Kontaktierungssteifenteil. In der Figur ib ist ein Schnitt durch eine
Zuleitung nach der ersten Fertigungsphase dargestellt.
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Die Figur 2 zeigt den für die Aufnahme des Halbleiterkörpers vorbsreiteten
Kontaktierungsstreifen.
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Die Figur 3 zeigt einen Rohstreifen ohne Zuleitungen in perspektivischer
Ansicht.
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Die Figur 4 zeigt, wie auf diesen Streifen im Bereich der Montagefläche
für das halbleiterbauelement eine Metallschicht (10) aufgebracht wird.
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Die Figur 5 zeigt den Streifen nach dem Einbringen der Zuleitungen
(2) in perspektivischer Ansicht.
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Die Figur 6 zeigt den Kontaktierungsstreifen nach dem Freilegen der
dünnen Metallschicht (10).
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Die Figuren 6a und 6b zeigen Schnittdarstellungen durch Zuleitungen
des Kontaktierungsstreifens.
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Die Figur 7 zeigt in perspektivischer Ansicht den Kontaktierungsstreifen
mit der dünnen Metallschicht (10), in die ge maß Figur 8 dünne Kontaktierungsstege
(7) eingebracht werden.
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Die Schalttdarestellungen der Figuren 8a und 8b zeigen diese Kontaktierungsstege
nach ihrer Fertigstellung.
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Anhand der Figuren 9 und 10 wird erläutert, wie die Elektroden eines
Halbleiterkörpers mit den Kontaktierungsstegen in Verbindung gebracht werden.
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Anhand der Figuren lla bis 11f, die Schnittdarstellungen durch eine
Zuleitung wiedergeben, wird eine weitere vorteilhafte Abwandlung des erfindungsgemäßen
Verfahrens an gegeben.
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Die Figur la zeigt einen Kontaktierungsstreifen i fur eine integrierte
Festkörperschaltung. Der Kontaktierungsstreifen hat Zuleitungen (2), die in den
Streifen eingestanzt, eingeätzt oder anderweitig eingebracht wurden.
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Diese Zuleitungen werden durch seitliche Holmen und Verbindungsstege
mechanisch zusammengehalten. Der Kontaktierungsstreifen besteht beispielsweise aus
Messing und hat eine Dicke von ca. 200 bis 500 µm. In einem für die Montage des
Halbleiterkörper vorgesehenen massiven Teil 3 des Kontaktierungsstreifens, an dem
die Zuleitungen 2 enden und der vorzugsweise in der Mitte des Kontaktierungsstreifens
liegt, wird nun das Material des Kontaktierungsstreifens abgetragen, bis an dieser
Stelle nur noch eine dünne Restmembran 6 (Fig. 1b) zurückbleibt, die beispielsweise
eine Dicke von 10 bis 40 um aufweist. Vorzugsweise
wird die Membran
6 noch ca. i/20 der Dicke des ursprünglichen Kontaktierungsstreifens aufweisen In
der Figur 1b ist ein Schnitt durch eine Zuleitung 2 dargestellt. Diese Zuleitung
weist in ihrem äußeren Teil die Dicke des ursprünglichen Kontaktierungsstreifens
auf, die dann im Bereich der Montagefläche für das Halbleiterbauelement stark abnimmt,
da hier die Dicke von der Membranstärke (6) bestimmt wird0 Um die Membran 6 zu erhalten,
wird der in der Figur la dargestellte Kontaktierungsstreifen mit Ausnahme des zentralen
Bereiches 3 mit einer Photolackschicht 4 bedeckt, die beispielsweisese gegen Chromsäure
resistent ist. Danach wird in den zentralen Bereich 3 mit Chromsäure die Vertiefung
5 eingeätzt.
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Die in den Figuren l noch zusammenhängende Membran 6 wird gemäß Figur
2 unter Verwendung eines weiteren Photolock-und Ätzprozesses in die dünnen, zungenförmigen
Kontaktisrungsatege 7 aufgeteilt, die von den Zuleitungen 2 ausgehend in den zentralen,
für die Kontaktierung vorgesehenen
Raum hineinragen. Die freien
Enden der Kontaktierungsstege 7 umgeben - entsprechend der Geometrie des Halbeleiterkörpers
- ein freies rechteckformiges Gebiet, wie dies die Figur 2 zeigt Mit den Enden dieser
Zuleitungsstege 7 werden.nun durch Thermokompression oder durch Ultraschallschweißung
die Elektroden eines Halbleiter körpers, der eine integrierte Schaltung enthäLt
elektrisch und mechanisch verbunden. Vor der Kontaktierung wird der Streifen vorzugsweise
noch vorgoldet.
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In der Figur 3 ist ein massiver Kontaktierungsstreifen 20 dargestellt,
in den nur die Raumaufteilung bestimmende und für den automatischen Fördertransport
geeignete Aussparung 8 eingestanzt oder eingeätzt wurden Auch dieser Streifen besteht
beispielsweise aus Messing und hat eine Dicke von 250 bis 500 µm. Auf den massiven
Teil 9 des Kontaktierungsstreifens wird in vorzugsweise zentraler Lage eine dünne
Metallschicht 10 gemäß Figur 4 aufgebracht. Diese Metallschicht besteht vorzugsweise
aus einem edleren Metall als der Streifen 20. Geeignete Metalle
sind
beispielsweise Gold oder Nickel. Die Metallschicht 10 kann auf den Träger 20 aufgedampft
oder auf diesen galvanisch abgeschieden werden und besitzt eine Dicke von ca. 10
bis 30 µm. Die Metallschicht 10 überdeckt den Teil des Streifens 20, der für die
Montage des Halbleiterkörpers vorgesehen ist Ziim Abscheiden der Metallschicht wird
der Träger mit Ausnahme des zu beschichtenden Teils vorzugsweise mit einer Photolackmaske
bedeckt In der Figur 5 ist nun der Strelfen 20 dargestellt, nachdem in diesen di
Zuleitungen 2 und die Verbindungsstege zwie schen den Zuleitungen eingestanzt oder
eingeatzt wurden Diese Zuleitungen enden an dem zentralen massiven Teil 11, der
auf einer Oberflächenseite des Streifens mit der Metallschicht 10 bedeckt ist Von
der, der Metallschicht 10 abgewandten Oberflächenseite des Streifens 20 aus wird
gemaß Figur 6 das Material des Streifens in dem für die Montage des Halbleiterkörpers
vorgesehenen. Bereich unter Verwendung der Maskentechnik bis zu der Metallschicht
10 abgetragen. so daß auch in diesem Fall die Vertiefung 12
(Fig.
6a) mit einer membranförmigen Metallschicht abgedeckt bleibt. Die Photolackmaske,
die zur Herstellung der Vertiefung 12 erforderlich ist, ist in der Figur 6a mit
der Ziffer 4 bezeichnet. Die Gefahr, daß bei dem Ätzprozess, beispielsweise mit
Chromsäure, auch die dünne Metallschicht 10 durchgeätzt wird, besteht nicht, da
das Material der Schicht 10 edler als der Streifen 20 und damit ätzresistenter ist.
Die Figur 6b zeigt eine Zuleitung im Schnitt, nach dem der Photolack wieder entfernt
wurde.
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In der Figur 7 ist die Oberflächenseite des Streifens 20 dargestellt,
die die dünne Metallschicht 10 trägt. In diese Metalischicht werden nun mit Hilfe
eines weiteren Photolack und Ätzprozesses zungenförmige Kontaktierungsstege 7 eingeätzt,
die die dicken Zuleitungen 2 des Streifens 20 in der bereits im ersten Ausführungsbeispiel
beschriebenen Weise verlängern. Diese Kontaktierungsstege 7 haben die Form sogenannter
"beam-lead" Leitbahnen, die über den Trägerkörper, der in diesem Fall von den Zuleitungen
2 gebildet wird, hinausragen. Der fertige Kontaktierungsstrei fen ist in der Figur
8 dargestellt. Die Figuren 8a und 8b
zeigen noch Schnittdarstellungen
durch eine Zuleitung.
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Zur Herstellung der Kontaktierungsstege 7 müssen in die Metallschicht
10 (Fig 7) Öffnungen eingeätzt werden.
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Hierzu wird der Streifen mit einer ätzbeständigen Photolackschicht
4 bedeckt, die über den herzustellenden Aussparungen 14 Öffnungen 13 aufweist. Vor
der Kontaktierung wird auch dieser Streifen vorzugsweise vergoldet.
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Es ist selbstverständlich, daß die Zuleitungen 2 auch vor dem Aufbringen
der Metallschicht 10 in den Kontaktierungsstreifen eingebracht werden können In
der Figur 9 ist ein Halbleiterkörper 15 dargestellt, der eine intergirerte Schaltung
mit den Anschlußelektro den 16 enthält. Diese Elektroden werden, wie die Figur 10
zeigt, an die Kontaktlerungsstege 7 angeschweißt Dies geschieht beispielsweise mit
Ultraschall Hierzu wird der Halbleiterkörper 15 auf einen Tisch 18, angeordnet,
der sich mit hoher Frequenz (50 : 80 kHz) hin und her bewegt. Auf die Kontaktstellen
drückt dabei ein Kopf 17, der beispielsweise umläuft und nacheinander die
verschiedenen
Kontaktierungsstege gegen die zugehörigen Kontaktstellen des Halbleiterkörpers 15
presst. Die Elektroden des Halbleiterkörpers konnen auch durch Thermokompression
an den Kontaktierungsstegen befestigt werden Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist in den Figuren lla bis 11f dargestellt. Auf einen Kontaktierungsstreifen
1 gemäß Fig. 11a wird an den Stellen, die fur die e Montage des Halbleiterkörpers
vorgesehen sind beiderseitig eine Photolackmaske 4 aufgebracht. Auf die übrigen
Flächenteile des Streifens wird eine 1 bis 2 , um dicke Goldschicht 21 abgeschieden1
die als Atzmaske dient.
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Diese Anordnung zeigt Fig. ltb. Gemäß Figur 11c wird auf die Montagefläche
auf der Rückseite des Streifens ein Metallbelag mit der Form der Kontaktierungsstege
7 aufgebracht. Diese Kontaktierungsstege sind beispielsweise aus Gold, werden vorzugsweise
galvanisch abgeschieden und haben eine Dicke von ca. 10 µm. Auf die in der Figur
11d dargestellte Anordnung wirdkt nun eine Ätzflüssigkeit
ein,
die alle nicht von Gold bedeckten Teile des Streifens angreift. Nach dem Ätzprozess
entsteht die in der Figur ile. dargestellte Anordnung, bei der dünne Kontaktierungsstege
7 in den Montageraum für den Halbleiterkörper hineinragen. Die freien Enden dieser
KOntaktierungsstege, die wieder die Form von "beam-lead-Leitbahnen" habenz werden
nun durch Ultraschall oder durch Thermokompression mit den Elektroden 16 des Halbleiterkörpers
15 (Fig. lif) in Verbindung gebracht. Die Kontaktstellen werden danach vorzugsweise
zur Stabilisierung der elektrischen und mechanischen Eigenschaften mit einem Lackfilm
23 über-.
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zogen.
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Nach der Kontaktierung werden die Halbleiterkörper und die Kontaktierungsstege
vorzugsweise in Kunststoff, derart eingegossen, daß die Verbindungsstege und Führungsholmen
am Kontaktierungsstreifen außerhalb der Kunststoffvorgußmasse liegen und dann abgeschnitten
werden, können so daß die Halbleiterschaltung danach betriebsfertig ist.
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Es ist selbstverständlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren auch
auf die Kontaktierung von Transistoren und andere Halbleiterbaulemente augewandt
werden kann.