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BEZEICHNUNG: Packung für eine integrierte Schaltung
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in Plättchenform
Die Erfindung bezieht sich auf eine
Packung für eine integrierte Schaltung in Plättchenform.
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Die Technik der integrierten Schaltungen auf Halbleiterplättchen hat
dadurch, daß äußerst komplexe Schaltungen wirtschaftlich und verläßlich auf kleinen
Halbleiterplättchen angeordnet werden können, eine Revolution der elektronischen
Industrie bewirkt. Durch hochgradige Integrierung (LSI) und höchstgradige Integrierung
(VLSI) konnten integrierte Schaltungen mehr und mehr verdichtet werden, was es möglich
machte, auf einem einzigen Plättchen untergebrachte sehr große Stromkreisgruppen
industriell herzustellen. Dies ist sehr wichtig für das Gebiet der Rechnerindustrie,
da Arbeitsgeschwindigkeit und Leistung der Rechnersysteme immer größer werden, während
ihre räumliche Größe abnimmt.
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Bei zunehmender Schaltungsdichte auf integrierten Schaltungsplättchen
besteht ein fortgesetzter Bedarf nach Plättchenpackungen, die eine wirksame gegenseitige
Verbindung der Plättchen zulassen und eine verbesserte Wärmeabfuhr ermöglichen.
Die Packungen sollen ferner möglichst wirtschaftlich sein und Vereinfachung ihrer
Fabrikation, Prüfung, und soweit erforderlich Neubearbeitung verpackter Plättchen
ermöglichen.
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In dem U.S.-Patent 4,115,837 ist eine Packung für ein Halbleiterplättchen
mit integrierter Schaltung beschrieben, bei der eine einheitliche keramische Packung
eine gegenseitige
Verbindung zwischen dem Plättchen und anderen
Schaltungen, die auf einer gemeinsamen Tafel angeordnet sind, ermöglicht.
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Eine Vielzahl von Leitern sind an einer Seite der Packung -angebracht,
und es ist eine Wärmesenke auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet, die einen
integrierten Bestandteil der Packung bildet. Die keramische Packung ist aus einer
Vielzahl grüner oder ungebrannter keramischer Teile hergestellt, die wahlweise metallisiert
sind und diese Teile sind dann durch die Anwendung von Druck und Hitze in die Form
eines einheitlichen Baukörpers gebracht.
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Es ist danach versucht worden, eine noch weitere Verdichtung der Schaltung
zu erreichen, indem mehrere Plättchen in einer einzigen Packung vereinigt wurden,
um auf diese Weise die Länge der Verbindungsleitungen und die körperliche Größe
der verpackten Gruppe herabzusetzen. Jedoch ist dann die Prüfung der einzelnen Schaltungen
nach ihrer Montage in der Packung schwierig. Außerdem führt oft die. Notwendigkeit
einer Neubearbeitung im Falle nur eines defekten Plättchens zu einer Beschädigung
der anderen Plättchen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Packung für integrierte
Schaltungen in Plättchenform zu schaffen, die für einen kompakten Modulbaustein
geeignet ist, leicht zu montieren ist, eine besonders gute Wärmeabfuhr ermöglicht,
im Anschluß an die Fertigung bequem zu prüfen ist und auch bei Zusammenbau mehrerer
Packungen zu einem Modulbaustein eine einfache Nachbearbeitung einzelner Plättchen
gestattet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sie einen einheitlichen
Trägerkörper mit Bodenfläche, Deckfläche und eine sich von der Deckfläche aus nach
innen erstreckende und in einem Abstand von der Bodenfläche befindliche Ausnehmung
aufweist, der eine Tragfläche für ein Plättchen, darüber eine erste angehobene Fläche
mit einer ersten Gruppe von Anschlußkontakten zur Verbindung mit dem Plättchen,
eine darüberliegende zweite angehobene Fläche, die als Auflagefläche für eine Packungsabdeckung
dient, und einen Deckflächenrahmen mit einer zweiten Gruppe von Kontakten sowie
eine Vielzahl von mit der Packung integrierten Leitern enthält, welche die erste
und die zweite Kontaktgruppe verbinden.
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Vorzugsweise weist die Tragfläche für das Plättchen ein Bindemittel
zur Herstellung eines festen Kontaktes auf und weiterhin ist die Bodenfläche der
Packung mit einem als Wärmesenke oder Wärmeableiter dienenden Körper verbunden,
so daß der Wärmeabfluß von einem fest mit seiner Tragfläche verbundenen Halbleiterplättchen
über die Bodenfläche der Packung befördert wird.
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Eine Mehrzahl von Halbleiterplättchen können auf einem größeren Schaltungsmodul
leicht miteinander Verbunden werden, wenn sie auf die eine Flachseite einer Modulträgerplatte
aufgesetzt sind, die mehrere Modulkontaktgruppen aufweist, auf welche die zweite
Kontaktgruppe jeweils einer
Packung paßt, und innerhalb deren Verbindungsleitungen
vorgesehen sind, welche zu Anschlußkontakten, die sich von der Platte weg erstrecken,
führen.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise
näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 die perspektivische Darstellung eines Schaltungsmoduls
nach einer Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2 eine Grundrißansicht der Trägerplatte
des Moduls von Fig. 1 nach Wegnahme der einzelnen Schaltungspackungen; Fig. 3 eine
Seitenansicht der Trägerplatte nach Fig. 2 mit Blickrichtung auf die Ebene 3-3;
Fig. 4 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer Packung gemäß
der Erfindung für ein integriertes Schaltungsplättchen; Fig. 5 eine Grundrißdarstellung
einer Packung gemäß Fig. 4; Fig. 6 eine Seitenschnittansicht einer Packung nach
Fig. 5 und Fig. 7 eine Seitenschnittansicht wie in Fig. 6, jedoch nach Einbau eines
integrierten Schaltungsplättchens und einer Packungsabdeckung.
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Der in Fig. 1 dargestelle Schaltungsmodul gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung enthält auf einer Trägerplatte 10 mehrere Packungen 12, 14, 16 und
18 für je eine integrierte Schaltung in Plättchenbauform, die auf eine seiner Flachseiten
aufgesetzt ist. Jede Schaltungspackung ist mit einer Wärmesenke oder einem Wärmeableiter
20 zur Kühlung eines
in der Packung enthaltenen integrierten Schaltungsplättchens
versehen. Unter der entgegengesetzten Flachseite der Trägerplatte 10 erstrecken
sich eine Vielzahl elektrischer Anschlußleitungen 22. Diese sind mit den in den
Packungen enthaltenen Schaltungen durch Leiter in der Platte 10, wie in Fig. 3 angedeutet,
verbunden.
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Fig. 2 zeigt den Grundriß der Oberseite der Platte 10 nach Wegnahme
der Packungen 12, 14, 16, 18. Mit 24, 26, 28 und 30 sind mehrere Gruppen von Modulkontakten
bezeichnet, von denen jeweils eine mit den entsprechenden Kontakten an einer integrierten
Schaltungspackung zusammenpaßt.
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In der Seitenansicht nach Fig. 3 der Trägerplatte 10 ist das in mehreren
Schichten liegende Muster der Verbindungsleitungen der Gesamtschaltung durch die
gestrichelten Linien 32 allgemein angedeutet. Die Trägerplatte 10 ist vorzugsweise
aus keramischem Material hergestellt und besteht aus einer Mehrzahl keramischer
Schichten mit je einer Verbindungsbelagschicht wie z.B. einem Wolframanstrich. Die
Schichten sind dann aufeinandergestapelt und gebrannt, so daß sie einen einheitlichen
keramischen Körper bilden, in welchem in an sich bekannter Weise die Verbindungsleitungsmuster
enthalten sind.
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Wie aus der auseinandergezogenen perspektivischen Darstellung von
Fig. 4 zu ersehen, enthält eine Packung für eine integrierte Schaltung nach einer
Ausführungsform der Erfindung
eine Packungsabdeckung 36, einen
allgemein mit 38 bezeichneten keramischen Körper und einen Wärmeableitkörper 40
(Wärmesenke). Letzterer besteht aus einem wärmeleitenden Werkstoff wie z.B. einer
Aluminiumlegierung oder Kupferlegierung und ist an dem Körper 38 durch Bindemittel
wie ein Epoxydharz oder ein zinnhaltiges Lot befestigt.
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Der Körper 38 besteht aus mehreren keramischen Teilen 42, 44, 46 und
48 aus grüner bzw. frischer Keramik wie Aluminiumoxid, die nach Anbringung der erwünschten
Metallisierung reihenweise aufeinandergesetzt und durch Anwendung von Druck und
Temperatur in die Form eines einzelnen einheitlichen Baukörpers gebracht werden,
wie dies an sich bekannt ist. Z.B. kann der Körper auf eine Temperatur von etwa
16000 für die Dauer etwa einer halben Stunde erhitzt werden, wobei während dieser
Zeit die Metallisierung in das keramische Material eingebrannt wird. Vorzugsweise
wird ein Wolframanstrich für die Metallisierung benutzt, weil das Metall feuerfest
sein muß, was auch den hohen für die Keramik verwendeten Brenntemperaturen standhält.
Die Zahl der in dem Aufbau verwendeten Leitungen und Kontakte ist in der Zeichnung,
die nur zur Erläuterung dient, begrenzt.
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Tatsächlich kann eine bedeutend größere Zahl von Leitungen und Kontakten
vorgesehen werden.
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Der oberste rahmenförmige keramische Körper 42 hat auf seiner Oberseite
eine Vielzahl von Kontakten 50 mit sich nach unten auf der Außenseite des Körpers
erstreckenden
Anschlußleitern 52. Die Öffnung 54 ist so bemessen,
daß sie die Abdeckung 36 aufzunehmen vermag. Wie schon erwähnt, bestehen die metallischen
Kontakte und Verbindungen vorzugsweise aus Wolfram; sie können darüber hinaus aber
auch Nickel und eine Goldplattierung enthalten, um die anschließende Bildung elektrischer
Kontakte zu erleichtern. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Muster aus
Wolfram durch einen Anstrich oder einen seidenen Siebdruck hergestellt, und zwar
mit einer Dicke von etwa einem halben mil (12,2 /um). Es kann eine Plattierung mit
Nickel bis zu einer Dicke von etwa 100 Mikrozoll (2,54 x 10## 3 mm) und danach eine
Plattierung mit Gold bis zu einer Dicke von etwa 1,778 x 10## 3 mm auf der Nickelplattierung
angebracht werden. Die einzelnen Einheiten können aus einer größeren keramischen
Platte mit längs der aneinandergrenzenden Seiten der Einheiten eingestanzten Löchern
geformt werden.
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Die Löcher werden mit Wolframtinte gefüllt und danach wird die keramische
Platte angerissen und auseinandergebrochen, so daß die einzelnen Einheiten mit den
sich aus den mit Wolframtinte gefüllten Löchern ergebenden Leitern 52 entstehen.
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Das rahmenförmige Teil 44 ist an seinem äußeren Umfang im wesentlichen
genauso ausgebildet wie das rahmenförmige Teil 42. Die Leiter 56 an seinem Umfang
bilden die Verlängerungen der Leiter 52 an der Einheit 42. Die innere Öffnung 58
ist kleiner bemessen als die Öffnung 54 der Einheit 42, so daß die Abdeckung 36
auf der Oberseite der Einheit 44 aufliegen kann. Die Fläche 60 längs des Umfanges
der Öffnung
58 ist mit einem Wolfram-Nickel-Gold-Muster versehen,
so daß die Abdeckung 36 in ihrer endgültigen Lage durch Löten befestigt werden kann
und eine hermetische Abdichtung bildet. Besteht die Abdeckung 36 aus Keramik, so
ist auf ihrer einen Flachseite ein Metallisierungsmuster vorgesehen, das auf das
rahmenförmige Metallisierungsmuster 60 paßt. Die öffnung 58 ist kleiner als die
Öffnung 54, aber groß genug, um ein Halbleiterplättchen aufnehmen bzw. durchlassen
zu können.
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Die Einheit 46 weist die gleiche Gestaltung ihres Außenumfangs auf
wie die Einheiten 42 und 44; außerdem ist eine innere öffnung 62 vorgesehen, um
ein Halbleiterplättchen aufzunehmen bzw. durchzulassen. Auf der oberen Flachseite
der Einheit 46 sind eine Vielzahl elektrischer Kontakte 64 vorgesehen, die sich
von der öffnung 42 nach den Außenwandungen der Einheit 46 in einem Muster erstrecken,
das mit den Leitern 52 und 56 der Einheiten 42 bzw. 44 übereinstimmt.
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/hat Auch hier das ohmsche Leitermuster vorzugsweise einen aus Wolfram,
Nickel und Gold bestehenden Aufbau. Die öffnung 62 ist kleiner als die öffnung 58,
aber genügend groß, um ein Halbleiterplättchen aufnehmen zu können. Die Leitungen
64 dienen als Anschlußverbindungen zu einem Halbleiterplättchen, beispielsweise
mit Hilfe von Drahtstücken, wie in Fig.
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7 angedeutet.
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Die Einheit 48 bildet den Boden des keramischen Körpers 38.
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Ihr äußerer Umriß stimmt im wesentlichen überein mit dem
der
Einheit 42, 44 und 46. In der Mitte auf der Oberseite der Einheit 48 befindet sich
ein Metallisierungsmuster 66 zur Erleichterung der festen Anbringung eines Halbleiterplättchens
auf der Oberfläche der Einheit 48. Auch hier besteht das Metallisierungsmuster 66
vorzugsweise aus Wolfram, Nickel und Gold.
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Bei der Herstellung des gestapelten Aufbaues wird nur das Wolfram
auf die einzelnen Einheiten aufgebracht. Nach dem Brennen der aufeinandergesetzten
keramischen Einheiten und der Bildung des einheitlichen keramischen Aufbaues wird
die Plattierung mit Nickel und Gold auf der freiliegenden Metallisierung vorgenommen.
Der Kontakt zu dem Metallisierungsmuster 66 für die Plattierung kann dadurch erleichtert
werden, daß eine dünne Leitung auf der Oberfläche der Einheit 48 vorgesehen wird,
welche kontaktiert werden kann, nachdem der einheitliche Aufbau hergestellt ist.
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Fig. 5 zeigt eine Grundrißansicht des keramischen Körpers 38, nachdem
die Einheiten 42, 44, 46 und 48 als Schichten zu einem einzigen einheitlichen Aufbau
vereinigt worden sind.
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In dieser Darstellung sind die Kontakte 50 auf der obersten Einheit
42 am äußeren Umfang des Aufbaues angeordnet, und die metallisierte Fläche 60 der
Einheit 44 dient zur Aufnahme der Abdeckung 36. Die Kontakte 64 befinden sich innerhalb
des Metallieriungsmusters 62. Sie dienen zur Anschlußverbindung mit dem Halbleiterplättchen,
das auf dem Metallisierungsmuster 66 der Bodeneinheit 48 angebracht werden soll.
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Die Relativlagen der Metallisierungsmuster sind ferner in Fig. 6 veranschaulicht,
einer Seitenschnittansicht des in Fig. 5 als Grundriß dargestellten Aufbaues. Die
Kontakte 50 sind längs des Umfanges der Oberseite des Aufbaues angebracht und die
zur Aufnahme der Abdeckung dienende matallisierte Schicht 60 ist innerhalb des begrenzten
Hohlraumes und unmittelbar unterhalb der Oberseite vorgesehen.
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Die Kontakte 64, die zur elektrischen Verbindung mit dem Halbleiterplättchen
dienen, erstrecken sich nach außen und stellen die elektrische Verbindung mit den
Kontakten 50 auf der Oberseite durch das Metallisierungsmuster auf dem äußeren Umfang
des Aufbaues her. Auf der Bodenfläche 66 der Ausnehmung wird ein Halbleiterplättchen
70 angebracht.
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Fig. 7 zeigt eine Seitenschnittansicht, ähnlich wie Fig. 6, jedoch
ist hier ein Halbleiterplättchen 70 bereits auf dem Metallisierungsmuster 66 befestigt
und elektrisch durch Drahtverbindungen an die Kontakte 64 angeschlossen. Die Abdeckung
36 ist hermetisch dicht mit der Metallisierungsschicht 60 in der Ausnehmung verbunden.
Es ist wichtig, daß die Abdeckung bis unter die Oberseite der Packung eingelassen
ist, so daß ein (nicht dargestellter) Testaufbau direkt passend auf die Kontakte
50 aufgesetzt werden kann. Außerdem können auf diese Weise die kontakte 50 direkt
mit den auf sie passenden Kontakten der Modulträgerplatte 10 verbunden werden. Das
Halbleiterplättchen kann mit der Schicht 66 mittels einer eutektischen Gold-Silizium-Paste
verbunden
werden, wie sie an sich bekannt ist und in der Halbleiterindustrie
häufig angewandt wird. Die Abdeckung 36 kann mit dem Metallisierungsmuster 60 durch
ein Gold und Zinn enthaltendes Lot verbunden werden.
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Eine Packung gemäß der Erfindung für integrierte Schaltungen in Form
von Halbleiterplättchen ist sehr wirtschaftlich.
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Sie erleichtert Fabrikation, Prüfung und Nachbearbeitung der Halbleiterplättchen.
Durch die Anbringung des Halbleiterplättchens in einem Oberflächenbereich in unmittelbarer
Nachbarschaft des als Wärmesenke wirkenden Wärmeableitkörpers wird die Wärmeabfuhr
aus der Einheit erleichtert.
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Die in die Oberseite des Packungsaufbaues eingelassene Abdeckung ermöglicht
das Zusammenpassen der auf der Oberseite angeordneten Anschlußkontakte mit einem
Testaufbau bzw.
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einer Prüfeinrichtung und erleichtert die direkte Verbindung der Packung
mit den Modulkontakten auf der Oberseite der Modulträgerplatte. Der elektronische
Aufbau gemäß der Erfindung ist kompakt, erleichtert aber dennoch die nachträgliche
Bearbeitung defekter Halbleiterplättchen in einer Packung.