DE2514012C2

DE2514012C2 - Monolithisch integrierte halbleiterschaltungsanordnung, insbesondere fuer koppelbausteine von vermittlungssystemen

Info

Publication number: DE2514012C2
Application number: DE2514012A
Authority: DE
Inventors: Helmut 7914 Pfuhl Knapp; Bernhard Dipl.-Ing. Rall; Hans Dr.-Ing. Schuessler; Hans-Juergen Dipl.-Ing. 7100 Heilbronn Wulf
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1975-03-29
Filing date: 1975-03-29
Publication date: 1979-09-27
Also published as: FR2306587B1; DE2514012B1; JPS51122304A; US4081792A; IT1062914B; FR2306587A1; GB1542096A

Description

Die Erfindung betrifft eine monolithisch integrierte Halbleiterschalttingsanordnung. insbesondere für Koppelbausteine von Venniltlungssystemen. mit Halbleiterschalteleinenten in matrixförmiger Anordnung, mit sich überkreuzenden Eingangs- und Ausgangsleitungsbahnen. die vermittels der Schaltelemente untereinander verbindbar sind, mil Ansteuermitteln zur Betätigung der Schaltelemente und von den Ansteuennilteln zu den Schaltelementen führenden Ansteuerlcitungen.

l'ür die Verbindung einer Mehrzahl von Eingangsleilungen und Au.sgangsleitungcn sind in der Vermittlungslechnik Koppelfeldeinrichtungcn gebräuchlich. Konventionelle Koppelfeldeinrichliingen wurden vorwiegend mit mechanisch oder elektromechanisch betätigten Durchschallkontakten ai>fgcba\;i. In letzter Zeit wurden bereits auch schon Koppelfelder bekannt, in denen als Schalter Halbleiterbauelemente vorgesehen sind.

So ist z. B. in der DE-AS 12 98 188 eine Anordnung beschrieben, die als Koppelfeld mit elektronischer Durchschaltung für Fernmcldevermittlungsanlagen angesprochen wird. Das Koppelfeld besteht aus einer oder mehreren über Zwischenleitungen miteinander verbundenen Koppelstufen, bei denen die einzelnen Koppelstufen wiederum aus mehreren matrizenförmigcn Koppelvielfachen bestehen, und bei dem die Durchschaltung eines Verbindungsweges durch Anlegung von Markierungspotentialen an Spalten und Zeilcnleiuing der Koppelvielfache erfolgt. Solche Anordnungen benutzen zur Durchschaltung überwiegend Vicrschichielementc, die die Eigenschaft haben, im eingeschalteten Zustand sehr niederohmig zu sein und bei Sperrung nur eine geringe Koppclkapazität zu besitzen. In der zitierten Anmeldung wird darauf hingewiesen, daß es schwierig ist, bei einer monolithischen Integralion von mehreren Koppelpunktcn zu einer Koppelmatrix die hohen Entkopplungswertc. die für Anwendungen in der rcrnspreehvcrmittlungstcchnik notwendig sind, einzuhalten. Es wird in der Anmeldung eine Regel gegeben, wie man durch zusätzliche Veränderungen in dem Halbleiterkörper /.. B. durch Änderung der Minoritiitsladungsträgcrlcbcnsdaiier zu besseren Eigenschaften der Elemente kommen kann.

Eine Weiterbildung solcher Koppelmatrizen insbesondere im Hinblick auf eine Verbesserung in den

Ansieiierungsmöglichkeiten wird in der DE-AS 18 12 542 beschrieben. Durch die Kombination des Vierschichtelementes als Schalter mit einem MOS-EIement zur Ansteuerung in monolithischer Integration wird es möglich, eine hochohmige Charakteristik für die S Ansteuerung des Elementes /u erreichen. Eine besondere Spezialität dieser Vorschlüge ist in dem Stcuerungskonzept für solche Koppelmatri/en zu sehen. Der Verbindungsweg über das Koppelfeld kann bei der vorgeschlagenen Anordnung selbsttätig und in freier Auswahl über mehrere Stufen aufgebaut werden, wenn die beiden F.nden des gewünschten Verbindungsweges markiert werden. Die Kreuzpunkidioden zünden in willkürlicher Weise und nur der Verbindungsweg, der zwischen den beiden markierten Enden voll aufgebaut ist, kann sich halten.

Eine andere Möglichkeit der Durchschaltung von Femsprcchsignalen ist in der DE-AS 20 JJ 647 beschrieben, die davon ausgeht, daß als Schalter MOS-Transistoren eingesetzt werden. In dieser Anmeldung werden insbesondere spezielle Anstcuerungs- und logische Verarbeitungssehaliungen für den Betrieb.von Koppelmatrizen vorgeschlagen. Dabei wird auch bereits der Gedanke erwähnt, die .Schallertransistoren zusammen mit der Ansteuerungslogik der Koppelmatrix in Form einer integrierten MOS-Schaliung zusammenzufassen.

Darübcrhinaus ist aus der DE-AS 2J H !90 bekannt, die als Halbleiterschalter ausgeführten Durchsehalleleinentc für eine symmetrische Durchschaltung auszulegen. Dabei sollen die Steuerelektroden der beiden für den Aufbau einer Verbindung notwendigen Durchschallelemente verbunden werden und dieser gemeinsamen Leitung der Steuerstrom zugeführt werden.

13er allen bisher bekannten Anordnungen ist der Nachteil erkennbar, daß die Anforderungen an ein sehr hohes Schallvcrhältnis, d. h. einen sehr niedrigen Einschaltwidcrstand und eine sehr geringe Rcstkopplung bei ausgeschaltetem Zustand, nur mit Zusatzaufwand erfüllt -erden können.

Dabei ist allerdings der erreichbare Integrationsgrad für Schaltelemente mit den gewünschten Eigenschaften, Durchlaßwiderstand kleiner als etwa !OOhm, und .Sperrdämpfung größer als 100 dB sehr gering. Für eine wirtschaftliche Lösung in der Vermittlungstechnik kommen nbcr nur möglichst hochimngriertc Koppelfcldeinrichtungcn mit einer großen Anzahl von Schaltelementen in Betracht, weil nur auf diese Weise möglichst geringe Kosten pro Schaltelement entstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung mit einer Vielzahl von Schaltelementen anzugeben, die im geschlossenen Zustand einen geringen Durehlaßwidcrstand und die im geöffneten Zustand eine hohe Sperrdämpfung aufweisen und bei der trotz einer relativ großen Anzahl von auf engem Raum angeordneten Schaltelementen eine hohe Über-Sprechsicherheit erreichbar ist und die mit den bekannten Verfahren der Halbleitcrtechr.ik einfach und wirtschaftlich hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird bei einer Halbleiterschaltungsanordnung der eingangs näher bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die .Schaltelemente jeweils paarweise zusammengefaßt zwischen je zwei Eingangs- bzw. Ausgangslcitungsbiihnen derart ungeordnet sind, daß die jeweils paarweise zusammengefaßten Schaltelemente mit je einem ihrer Anschlüsse 6'. gemeinsam an die nächs.felegene Eingangsleitung und mil jeweils ihrem anderen Anschluß getrennt an je eine der benachbarten Ausgangslcitungen geführt sind.

Durch diese Maßnahme wird eine weitgehende »Planarisierung« insbesondere des weiter innen gelegenen Bereichs der Schaltungsanordnung erreicht, das heißt, die Anzahl der Überkreuzungsstellen zwischen Leitungsbahnen, die ja im Gegensatz zu der sonst überwiegend sich flächenhaft erstreckenden Schaltungsanordnung eine räumliche Struktur bilden, wird erheblich verringert. Ebenso wird die Zahl eier Kontaktstellen in den für Bausteine höheren Integrationsgrades notwendigen zweilagigen Verdrahtungen stark verringert.

Die Erfindung bietet den Vorteil, daß eine relativ große Anzahl von Koppelpunklen auf engstem Raum zusammengefaßt werden kann. Es entsteht auf diese Weise ein Koppelfeld mit im Vergleich /i\ herkömmlichen Koppelfcldcrn geringen Abmessungen, was zu bedeutenden Raumeinsparungen in Verniittlungseinrichtungcn führt. Trot/ der gedrängten Anordnung von Koppelpunkten auf engstem Raum wi^r-l dabei durch die Verringerung der Anzahl von Lciuwgsbahnübcrkreti-ZLingen und Kontakten eine schädliche kapazitive Kopplung zwischen nicht zusammengeschütteten Leitungen, die ein unerwünschtes Übersprechen zur Folge haben könnte, weilgehend vermieden. Schließlich hat sich herausgestellt, daß durch die verringerte Anzahl von Lcitungsbahnüberkreuzungen und Kontakten die Ausbeute bei der Herstellung des Koppelfeldes wesentlich erhöht werden kann. Gerade an Kreuzungsstellen besteht nämlich bei den heule üblichen Herstellungsverfahren der integrierten Schaltkreise eine große Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Kurzschlüssen, die die Unbrauchbarkeit des gesamten Schaltkreises nach sich ziehen. Bei Kontakten besteht dagegen das Problem der Darstellung eines genügend kleinen Übergangswiderstandes bei beschränkter Größe der Kontaktstelle.

Vorteilhaft wird die Übersprechdämpfung noch ',lurch eine Abschirmwirkung erhöht, die sich dadurch ergibt, daß die in der Schaltungsanordnung vorgesehenen Ans:eucrmittel zur Durchschaltung bzw. Sperrung der Schaltelemente sowie die von den Anstcuermiticln zu den Schaltelementen führenden Ansfcucrlcitungen in einer Spalte zwischen je zwei Spalten von Schaltelementen angeordnet sind.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. I einen an sich bekannten Koppelbaustein mit Eingangs- und Ausgangsleitungsbahnen sowie matrixförmig angeordneten Schaltelementen.

Fig. 2 in einer schematischen Darstellung Ausführungsfomien für erfindungsgemäßc Schaltungsanordnungen (Fig. 2a, 2b, 2c, 2d, 2e),

Fig. 3 ein Schaltbild eines Koppclfeldcs mit 5 χ *i Koppelpunkten.

Fig.4 einen Auszug aus der erfinclimgsgemäßen Schaltungsanordnung mit dem Aufbau eines Schaltelements,

F i g. 5 die Schal jngsanordnung in einem Trägergehäuse montiert.

F i g. I zeigt zunächst einen an sich bekannten erdsymmetrischen Koppelbaustein nach Art eines Kreuz.schienensystems. der Eingangslcitungspaare F in. Fib. ... F5:i. F5b. Ausgangsleitungspaarc A in, A \h. ... A 4,7, A 4b sowie lediglich schematisch angedeutete Schaltelemente VII. VII'.... V54. VW enthält. Zum Herstellen einer Verbindung /wischen den Eingangsleitungen Fiii. lib und den Alisgangsleitungen A \,i A I/i, beispielsweise, müssen die Schaltelemente VII

und V I Γ durehgesehaltel werden, während alle übrigen Schaltelemente gesperrt bleiben. Dieses Koppelfeld besieht aus einer Matrix von 5x4 erdsymmelrisch betriebenen Koppelpunkten, wobei jeder Koppelpunkt zwei Durchschaltelcmcnle enthält. Der an sich gewünschte Kopplungsausglcich durch 4 gleiche Überkreuzungskapaziläten. die bei erdsymmctrischcr Übertragung /u keiner unerwünschten Kopplung führen, soll aus technologischen Gründen ausgeschlossen werden. Nachteilig ist bei einem derartigen Koppelfeld die relativ grolle Λη/ahl von l.eitimgsbiihiiiiberkreii/iingen. die unerwünschte unsystematische kapazitive Kopplungen zwischen den sich kreuzenden Leitungen zur Folge haben und die Gefahr von Kurzschlüssen durch den Herstcllungsprozeß vergrößern. Dadurch wird es erheblich erschwert, die im allgemeinen geforderten hohen Dämpfungswerte zur Vermeidung von Übersprechen einzuhalten und entsprechende Ausbeuten bei der I lersiellung der Hausteine zu erzielen.

Nach der Lrfindung kann eine erhebliche Reduzierung der Anzahl von l.eiuingsbahniiberkreuziingen und kontakten und damit eine Verringerung der Gefahr von unsystematischen kapazitiven Verkoppliingen und Kurzschlüssen dadurch erreicht werden, chill die Schaltelemente jeweils paarweise zusammengefaßt zwischen je zwei Lingangs- bzw. Ausgangsleilungsbah-Mcn derart angeordnet sind, daß die jeweils paarweise zusammengefaßten Schaltelemente mit je einem ihrer Anschlüsse gemeinsam an die nächsigelegene Lingangsleiiiing und mit jeweils ihrem anderen Anschluß getrennt an je eine der benachbarten Ausgangsleitungen geführt sind. Dies wird nachfolgend unter Bezug auf die l'iguren 2 näher erläutert.

Dargestelll ist in I i g. 2a wiederum eine matn\lörmi >.'c Anordnung von schemalisch angedeuteten Schaltelementen I'll. VW ... V 54. V'54'niii Lingangsleitungen /1,7. /In... /f5.7. ('¹Jb und Ausgangsleitungen Λ i;i. Λ Ι/'.... Ί 4,1. A 4h. Diese Anordnung stellt ein Koppelfeld dar mit 5x4 Koppelpunkien. wobei jeder Koppelpunkt zwei Schaltelemente besitzt. Die Schaltelemente sind jeweils paarweise zusammengefaßt. Als Beispiel werden die Schaltelemente V Il und V12 heliachtet. die zwischen zwei Ausgangsleitungen A 1.7. A 2.1 und eine KingangsleiHingsbahn /: 1.7 angeordnet sind. Mit je einem ihrer Anschlüsse sind die Schaltelemente untereinander verbunden: die Verbindungsstelle ist an die nächstgelegene F.ingangsleiiiing /: l.f geführt. Mn seinem anderen Anschluß lsi jedes der Schaltelemente VII. Γ 12 gelrennt an eine der benachbarten Ausgangsleitungen Λ 1.7. A 2,7 geführt. In der hier gewählten schematischen Darstellung der Schaltelemente sind lediglich diejenigen Anschlüsse der .Schallelemente gezeichnet, die unmittelbar an der Herstellung einer Verbindung zwischen Leiuingsbahnen der Lingangs- und Ausgangsleitungen beteiligt sind. Wie weiter innen noch ausgeführt wird, sind die Schaltelemente Halbleiterbauelemente wie z. B. MOS-Transistoren, die mindestens einen weiteren Anschluß aufweisen, über den ein Ansteuersignal zugeführt wird, das die Durchschaltung bzw. Sperrung des .Schaltelements bewirkt. Diese Anschlüsse sind in der Figur nicht gezeichnet. Sie können auch für die Diskussion der t Jberiragungseigenschaftcn außer Betracht gelassen werden, weil bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Ansieuerungsschaiiung die Sieucranschiüsse der Durchschaltclcmcme wechselstrommäßig immer niederohinig mil der Masscieitung verbunden sind. Wie aus I ι g. 2a ersichtlich ist. führt eine derartige Anordnung der Schaltelemente sowie die darauf abgestimmte Anordnung tier zu diesen Sehallelementen führenden Lingangs- und Ausgangsleilungsbahnen insbesondere im inneren Bereich der Schaltungsanordllung zu einer wesentlich verminderten Anzahl von l.ciliingsbahnüberkieuzungen. die im allgemeinen zu schädlichen kapazitiven Verkopplungen Anlaß geben.

Line gewisse Mindeslzahl von l.eiuingsbahnüberkreuz.ungen isl allerdings nicht zu vermeiden. Wie aus

ίο der L i g. 2a ersichtlich isl, werden durch die Anordnung der Schaltelemente sowie der Lingangs- und Ausgangsleiltingen diese l.eitungsbahnüberkreuziingen jedoch an den Rand der Schaltungsanordnung vorlagen. Dadurch eröffnet sich die Moglichkeil, die unumgänglich

T5 notwendigen l.eitungsbahnüberkreuzungen durch Bondverbindungen 1.7, 16 ... 5,7, 5h sowie W)'und 5/Γ herzuslellen. In einer schmalen Randzone der inlegrier-UMi .Sih;illiirn's;ini)rilniiiHi sind ohnehin Konlaklfläihi-n für eine Bondverbindung der Anschlußstellen der Halbleiterschaltung mil den Anschlußleiiungcn eines die Schaltungsanordnung aufnehmenden Trägergehäuses vorzusehen. Die Ausbildung der Lcilungsbahnüberkreuzungen ebenfalls durch Bondverbindungen bieiel daher keine besonderen Schwierigkeiten. Da bei den durch Bondverbindungen hergestellten Leilungsbahnübcrkivuzungen die sich kreuzenden l.eitungsteile relativ ν eil voneinander entfernt sind, besteht kaum die Gefahr einer kapazitiven Kopplung /wischen den sich kreuzenden Leitungsteilen und auch eine KurzschluLlgefahr kann ausgeschlossen werden. In den L i g. 2b bis 2e sind erfindungsgemäße Weiterbildungen der Koppelmatrix dargestellt.

Geht man davon aus. daß für den Gehäiisecinbau Lind auch den Aufbau von Bausteinen auf einer gedruckten Karle das Paar von Anschlußieitungen /:',.,./· bzw. Ai,.,.b jeweils gegenüber dem benachbarten Paar durch eine wechselspannungsmäßig nicderohmig auf Massepotential liegende .Steuerleitung gelrennt sein soll, was auch für die Anordnung nach L ! g. 2a gelten soll, dann kann

An man in Weitcrbüdun^ des Lrfin'Jun^s^cd-inkcns' eine Anordnung nach L i g. 2b angeben. Hier ist eine Anordnung der Spaltcnleitungcn in der Matrix gegenüber Fig. 2a so vorgenommen worden, daß noch nahe die Hälfte der Überkreuzungen in der Matrix eingespart worden ist. wobei die Lage der Außenanschlüsse unverändert bleibt. Ls ergibt sich dann allerdings die in der L i g. 2b oben dargestellte komplizierte Leitungsführung am Rande der Schaltung in unmitlelbarer Umgebung der liondanschlüsse. F i g. 2c zeigt eine weitere Realisierungsmöglichkeil für die Schaltu.vg mit auf die obere und untere Seite verteilten Ausgangsanschlüssen.

Die in Fig. 2d dargestellte Anordnung isl mil noch einfacherer Leitungsführung im Randbereich aufgebaut.

verlagert allerdings die Schwierigkeiten in die zusätzlich notwendigen, geerdeten Entkopplungsleitungen zwischen den einzelnen Spallenleitungen, die bei entsprechender Layoutgestaltung auf der Druckkarte nur in den Anschlußleitungen des Gehäuses und im Übergang auf die Druckkarte gebraucht werden.

Nach einem ähnlichen Prinzip ist die Zuordnung der Leitungen in Fig. 2e vorgenommen worden. Dieser Topologievorschlag ist besonders für den Einbau des Halbleiterchips in ein Dual-in-Line-Gehäuse gedacht.

wobei die entsprechenden Anschlüsse der Spaitenieitungen a und b bei einem Einbau der Chips mit den Spallcnleitungen parallel zur Längserstreckung des Gehäuses jeweils symmetrisch an getrennte Seilen des

Gehäuses geführt werden und dann auf der gebondeten Platte wieder paarweise zusammengefaßt werden können. Mindestens im Gehäuse ist aber hier die Trennung aller Ausgänge untereinander durch eine geerdete Stcucrleitung notwendig.

F" i g. 3 zeigt ein Schaltbild eines Koppelfeldes (Topg*->gieplan für die Ausführung des Layouts der integrierten Schaltung) mit 5 χ 4 Koppelpunkten. Die einzelnen geometrischen liinheiten, die jeweils aus zwei Durchschaltelementen bestehen, sind mit M/12, 11712', 12/13,.. 53/54, 53754' bezeichnet, (ede Einheit enthält 2 Durchschaltclcmcntc, die mit jeweils einem ihrer Anschlüsse untereinander und mit einer Eingangsleitung verbunden sind. Ein weilerer Anschluß jedes Durchschallcck'mcnts ist mit der nächslgelcgcncn Ausgangsleitung verbunden. Beispielsweise ist die Verbindungsstelle der in der Einheit 11/12 enthaltenen Durchschalt-Durchschaltelemenl wird über die volle Flöhe der an der Schaltungsanordnung liegenden Betriebsspannung durchgesteuert und dadurch relativ störfrei in den »Ein« bzw. »Aus-« Zustand versetzt, ohne daß benachbarte Schaltelemente in unerwünschter Weise ebenfalls zu Schallvorgängen angeregt würden.

Die gesamte Schaltungsanordnung ist monolithisch integriert in MOS-Technologic hergestellt, wodurch eine große Anzahl von Durchschaltelementen samt den

to zu ihrer Betätigung erforderlichen Anstcucrmitlcln mit dem Ergebnis einer bedeutenden Raum- und Kostenersparnis eng beieinander auf einem einzigen Substrat vereinigt werden können.

Vorteilhaft werden die aktiven Elemente der

i<; Schaltungsanordnung in p-Kanal-Technologie unter Anwendung der Ionenimplantation zur kontrollierten Einstcllbarkcit der Schwcllspannungcn der MOS-lnver-

L. ■ ti VCTuümCiCm

die gleiche Eingangsleitung führt auch die Verbindungsstelle der in der mit 13/14 bezeichneten Einheit enthaltenen Durchschaltelemente. Wie bereits schon unter Bezug auf F i g. 2a erläutert, wird das Leitungsstück der l'.ingangslcitung I: tu /wischen der Verbindungsstelle der Schaltelemente in der Einheit 11/12 und der am Rande der Schaltungsanordnung befindlichen Kontaktfläche Il' vorzugsweise durch eine Bondverbindung realisiert, wobei die Alisgangsleitung A tu überkreuzt wird. IrI vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird die Bondstelle 11' weggelassen und es erfolgt eine dirck:e Bondverbindung /wischen dem Anschluß in der Einheit 11/12 und der entsprechenden Kontaktstelle im Gehäuse. Aus der I'ig. 3 wird deutlich, daß entsprechendes für die weiteren Einheiten gilt. Die Koppelpunktc sind in Form einer Matrix in Zeilen und Spalten ungeordnet. Bei der beabsichtigten Verwendung als Koppelfeld in Vcrmittlungseinrichtungen werden sehr hohe Anforderungen an die Übersprechfreiheit gestellt. Das heißt, es muß sichergestellt sein, daß möglichst keine [Ankopplung aus einer durchgeschalteten Verbindung ΊΠ CiilC PiiCni uürchgCSCl'lciiictc LCIVUM^ ctüfil IU.

Neben der Verminderung der Anzahl von Leitunesbahnüberkreuzungen wird bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eine hohe Übersprechdämpfung dadurch erreicht, daß die Ansteuermittel zur Durchschaltung bzw. Sperrung der Schaltelemente sowie die von den Ansteuermittcln zu den Schaltelementen führenden Ansteuerleitungen spaltenförmig zwischen je zwei Spalten von Koppelpunkten angeordnet werden. Als Anstcuermittel zur Durchschaltung bzw. Sperrung der Schaltelemente dienen in integrierter Technik hergestellte Inverterschaltungen. In Fig. 3 sind zwei Spalten von Inverterschaltungen 3ö angedeutet, die zwischen je zwei Spalten von Koppelpunkten 11/12 bis 51/52 und 11712' bis 51752' bzw. 13/14 bis 53/54 und 13Ί4' bis 53754' angeordnet sind. Jeweils eine Inverterschaltung 30 ist jedem der beiden in einem Koppelpunkt enthaltenen Durchschaltelemente (symmetrische Durchschaltung) zugeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die von den Ansteuermitteln (Invertern) zu den Schaltelementen führenden Ansteuerleitungen, die wesentlich zur Schirmwirkung beitragen, nicht dargestellt.

Als Ansteuermittel zur Durchschaltung bzw. Sperrung der Schaltelemente werden Inverterschaltungen vorzugsweise deshalb verwendet, weil über sie eine besonders gute Entkopplung zwischen Eingang und Ausgang der Durchschaltelemente erreichbar ist. Das mit dem Ausgang der Inverterschaltung verbundene fCTiüStircinSiStOTCTi TiCTgCSiCiii. i^äüUTCTi

recht einfache Weise Transistoren vom Anrcichcrungstyp und solche vom Verarmungstyp in der gleichen monolithisch integrierten Schaltungsanordnung vereinigt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält jede der Invcrterschallungen 30 einen Treibertransistor vom Anreichcrungstyp und einen l.asttransistör vom Verarmungstyp. Bei MOS-Transistoren vom Verarmungstyp tritt bekanntlich schon bei einer Gatc-Sourcc-Spannung von Null Volt ein Stromfluß auf. Sie wirken daher für den Fall des leitenden Treibertransistors, der das Gate des Durchschaltetransistors niederohmig mit Masse verbindet, näherungsweise wie Stromquellen, während sie im Falle des gesperrten Treibertransistors das Steuergate wechsclspannungsmäßig niederohmig mit Masse verbinden.

Wie bereits vorstehend erwähnt, wird für die Durchschaltelemente, die wahlweise eine Verbindung bzw. Trennung zwischen Eingangs- und Ausgangsleitungen herstellen sollen, ein möglichst geringer Durchlaßwiderstand im »Ein-« und ein möglichst hoher Sperrwiderstand im »Aus« Zustand gewünscht. Niederoiniiige wiOS-Transistoren mit einem Durchiaßwiderstand im »Ein« Zustand in Hrr CIrnRpnnrHniinjr pinippr Ohm sind aber nur mit einem relativ großen Verhältnis von Kanalbreite zu Kanallängc realisierbar. Beispielsweise hat die*ses Verhältnis den Wert 1000. Bei einer minimal erreichbaren Kanallängc von etwa 5 Mikrometern ergibt sich bei der angenommenen Verhältniszahl eine Kanalbreite von 5000 Mikrometern. Dieser Wert macht deutlich, daß eine raumsparende Anordnung einer Vielzahl derartiger Transistoren nicht ohne weiteres möglich erscheint.

Zur Vermeidung dieses Nachteils werden die aus MOS-Transistoren bestehenden Durchschaltelemente daher zweckmäßig mit einem mäanderförmigen Verlauf der Elektrodenanschlüsse ausgebildet. Auf diese Weise kann auch ein MOS-Transistor mit relativ großer Kanalbreite mit nur geringem Flächenbedarf hergestellt werden. Der Aufbau eines derartigen Schaltelementes ist in Fig.4 dargestellt, die die Leiterbahnmaske für einen Ausschnitt aus einem Koppelbaustein wiedergibt.

Zwischen den beiden Spaltenleitungen 40 und 41 sind zwei Durchschaltetransistoren angeordnet Von den Spaltenleitungen zweigt jeweils eine Leitung ab, die den SourceanschluB des MOS-Transistors kontaktiert Der Drainanschluß für beide Transistoren wird durch die

f>5 Leitungsanordnung 45 mit dem Bondanschluß 42 verbunden. Die Metallisierung der Steuergates der beiden Transistoren ist mit 43 und 44 bezeichnet. Die Verbindung der Steuergates zu den Entkopplungsinver-

tern erfolgt über diffundierte Untertunnelungen der Spaltenleitung40.

Bei hohen Aussteuerspannungen könnte infoige des Substratstcuereffektes ein Übersprechen stattfinden; dieses wird /weckmäßig durch eine zusätzlich angelegte Substratvorspannung in geeigneter Höhe verhindert. Erprobte Werte Hegen im Bereich von einigen Volt.

Wie aus F i g. J ersichtlich ist, sind in der Schaltungsanordnung neben den Schaltelementen in den Koppclpunkten 11/12 ... 53754' und den Inverterschaltungen 30 noch Haltcspeicher in Form statischer bistabiler Kippstufen (Flip-Flop) 300 vorgesehen, von denen jeweils einer einem der Koppclpunktc und der dazugehörenden Inverterschaltung zugeordnet ist. Von diesen Speichern führen Vcrbindungsleitungcn zu den Schaltelementen bzw. zu deren Anstcuermitlcln. die in vorteilhafter Weise ebenfalls die Abschirmwirkung /wischen den Schaltelementen und den Eingangs- und Ausgangsleitiingen erhöhen.

Darüberhinaus ist in dem in F i g. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine zusätzliche Abschirmung 100 vorgesehen, die zwischen je zwei Spalten dieses aus 5x4 Koppelpunkten bestehenden Koppelfeldbausteins angeordnet ist.

Die monolithisch integrierte Schaltungsanordnung wird in üblicher Weise von einem Trägergehäusc aufgenommen, das mit Steckanschlüssen verschen, eine leichte Austauschbarkeit des Koppelbaustcins ermöglicht. Ein Schnitt durch ein derartiges Gehäuse ist in Fig. 5 dargestellt. Innerhalb des Gehäuses 50 liegen

το Leitungsbahnen 51, die den integrierten Schaltkreis 52 mit den nach außen führenden Anschlüssen I bis 28 des Gehäuses verbinden. Fine elektrische Verbindung zwischen Schaltkreis 52 und I.eiliingsbahneii 51 ist mittels Bonclanschlüssen 53 hergestellt. Die a- und b-Adern der Leitungspaarc sind jeweils auf getrennten Seiten des Gehäuses angeordnet und können auf der gedruckten Platte zu einem l.eitungspaar zusammengefaßt werden, lewcils zwischen den einzelnen Zeilenbzw. Spaltenleitungen sind Steucrleitungen angeordnet.

die gleichzeitig der Entkopplung dienen.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Monolithisch integrierte Halbleiterschaltungsanordnung, insbesondere für Koppelbausteine von Vermiitlungssystemen, mit Halbleiterschaltelenienten in niatrixfönniger Anordnung, mit sich überkreuzenden Eingangs- und Ausgangsleitungsbahnen, die vermittels der .Schaltelemente untereinander verbindbar sind, mit Ansteuermitteln zur Betätigung der .Schaltelemente und von den Ansteuermittcln zu den Schaltelementen führenden Anstcuerleitungen, da ■ durch g e k e η η ζ e i c h net. daß die Schaltelemente jeweils paarweise zusammengefaßt zwischen je zwei Eingangs- bzw. Ausgangsleiiungsbahnen derart angeordnet sind, daß die jeweils paarweise zusammengefaßten .Schaltelemente mit je einem ihrer Anschlüsse gemeinsam an die nächstgelcgene Eingangslciiijig und mit jeweils ihrem anderen Anschluß geirennt :üi je eine der benachbarter! Aiisgangslcitungen geführt sind.

2. Monolithisch integrierte Halbleitcrsehaltungsanordnung, insbesondere für Koppclbausieine von Vermittlungssystemen, mit Halbleiierschaltclementen in matrixförmiger Anordnung, mit sich überkreuzenden Eingangs- und Ausgangsleitungsbahnen, die vermittels der Schaltelemente untereinander verbindbar sind, mit Anstellermitteln zur Betätigung der Schaltelemente und von den Ansieucrmittcln zu den Schaltelemen;err führenden Ansteuerlcitungen. dadurch gekennzeichnet, daß eine Planarisierung des inneren Bereichs der Schaltungsanordnung angestrebt wird, zumindest aber eine erhebliche Reduzierung der Anzahl der Übcrkreuzi.,igsstcllen dadurch erreicht wird, daß eine schmale Randzone der integrierten Schaltungsanordnung, die üblicherweise zur Bondverbindung der Anschlußstellen der Halbleiterschaltung mit den Anschlußstiften eines die Schaltungsanordnung aufnehmenden Trägergehäuses dient, benutzt wird zur Überkreuzung mit Bond verbindungen.

3.Schaltungsanordnung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß An.steuerleiiungcn sowie Anstcuermitlcl zur Durchschaltung bzw. Sperrung der Schaltelemente zur Vergrößerung der Abschirmwirkung in einer Spalte zwischen je zwei Spalten von Schaltelementen angeordnet sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Ansteuermittcl zur Durchschaltung bzw. Sperrung der Schaltelemente monolithisch integrierte Invertersehaltungen vorgesehen sind, die in unmittelbarer Nachbarschaft der zugehörigen Schaltelemente angeordnet sind.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem erdsymmetrischen Koppelbaustcin für jeden der beiden Durchschallclcmcntc in einem Koppelpunkt eine Inverterschaltung (30) vorgesehen ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Koppelpunkt nur ein einziger llaltcspeicher vorgesehen ist, der seinerseits die beiden Inverter einstellt.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Inverterschaltung aus einem Treibertransistor vom Anreicherungstyp und einem l.asttransistor vom Veranmingstyp bestehl.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Schwellspannung des aus einem MOS-Transistor vom VerarnuingMyp bestehenden Lasuransistors durch einen loneniniplantationspro/eß erzeugt ist.

^Schaltungsanordnung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Durch^i;chaltelementc MOS-Transistoren mit einem großen Verhältnis von Kanalbreite zu Kanallänge sind, bei welchen MOS-Transistoren die Kanallänge bestimmenden Source- und Drainbereiche mäanderförmig ineinander verschachtelt sind.

H). Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden /u einer geometrischen Einheit zusammengefaßten Durchschalteelemente einen gemeinsamen Elektrodenanschluß haben.

M. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder K). dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Kaiialbreite zu Kanalliinge einen Wert von 1000 nicht wesentlich unterschreitet.