DE3516954A1 - Montierte integrierte schaltung - Google Patents

Montierte integrierte schaltung

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DE3516954A1
DE3516954A1 DE19853516954 DE3516954A DE3516954A1 DE 3516954 A1 DE3516954 A1 DE 3516954A1 DE 19853516954 DE19853516954 DE 19853516954 DE 3516954 A DE3516954 A DE 3516954A DE 3516954 A1 DE3516954 A1 DE 3516954A1
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Germany
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semiconductor substrate
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fast
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Tushar A. Westlake Village Calif. Gheewala
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Gigabit Logic Inc
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Gigabit Logic Inc
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PATENT- UND RECHTSANWÄLTE PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ΙΝΘ. W. LEHN DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H-A. BRAUNS · DIPL.-INQ. K. GDRS DIPL.-ΙΝβ. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE
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GIGABIT LOGIC, INC. Newbury Park / USA
Montierte integrierte Schaltung
Die Erfindung betrifft das Montieren oder Anordnen einer schnellansprechenden (high speed) integrierten Schaltung derart, daß genaue Kontrolle oder Steuerung der Übertragungsleitungen gegeben ist, welche die schnell ansprechende integrierte Schaltung, beispielsweise eine Galliumarsenid (GaA.s) -integrierte Schaltung mit anderen Komponenten j. verbinden, beispielsweise mit Widerständen und Konden-
satoren oder Kapazitäten, die der schnellansprechenden
* integrierten Schaltung eng zugeordnet sind. Es ist weiter-
hin erwünscht, die Übertragungsleitungen genau zu kontrollieren oder zu steuern, welche die schnellansprechende integrierte Schaltung mit Eingangs/Ausgangs-Anschlüssen einer keramischen Montageplatte oder dgl. verbinden. Feine Leiterbreitensteuerung oder -kontrolle ermöglicht genaue Steuerung der Impedanz der übertragungsleitung und ermöglicht weiterhin hohe Dichte der Signalleitungen und der Eingangs/Ausgangs-Leitungen. Kleine Leiterbreite führt zu zusätzlichem Raum, so daß Erdungsleitungen oder eine Erdungsebene zwischen die Signalübertragungsleitungen eingesetzt werden können, wodurch sich eine Verringerung des übersprechens ergibt. Vergleichbare feine Leiter in keramischen Montageplatten oder dgl. sind auf eine Leiterstärke von 100 um beschränkt, wohingegen Metallinien oder Metalleitungen einer Stärke von 2 bis 3 μια an einem glatten Halbleitersubstrat routinemäßig gebildet werden können.
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Es ist weiterhin erwünscht, Übertragungsleitungen mit sehr niedriger Impedanz zu schaffen für das Umgehen von Energiezufuhrstörungen. übertragungsleitungen mit extrem niedrigerer Impedanz werden während der Bearbeitung oder Verarbeitung von Halbleitern routinemäßig hergestellt, indem Isolatoren wie SiC^ und Si-N. an dem Halbleitersubstrat angelagert werden. Diese Isolatoren werden an dem Halbleitermaterial mit einer Dicke in der Größe von 1000 8 angelagert. Solche dünnen Dielektrika ermöglichen die Herstellung von Übertragungsleitungen mit sehr niedriger Impedanz. Auf eine Standardweise können Dioden an dem Halbleitersubstrat gebildet werden nahe der schnellansprechenden GaAs-integrierten Schaltung, und zwar als Schutz gegen statische Entladung. Transistoren, die in der gleichen Weise gebildet sind, können nahe der GaAs-integrierten Schaltung als Off-Chip-Treiber verwendet werden. Das Siliziumhalbleitersubstrat ermöglicht weiterhin die Verwendung von Vorrichtungen mit nichtlinearer Impedanz und von Klemmvorrichtungen nahe der integrierten GaAs-Schaltung oder einer anderen schnellansprechenden integrierten Schaltung.
Auf dem hier in Rede stehenden Gebiet ist es ein Zweck, eine Montage für schnellansprechende integrierte Schaltungen zu schaffen derart, daß Tragbauteile und die Übertragungsleitungen der Trägerplatte oder dgl., die Schnellansprechcharakteristiken der integrierten Schaltung nicht beeinträchtigen oder hemmen. Die Gesichtspunkte bei der Gestaltung irgendeiner Montage einer schnellansprechenden 0 integrierten Schaltung sind eine Kombination von mechanischen, elektrischen und physikalischen Gesichtspunkten.
Geraäß der vorliegenden Erfindung und gemäß nachstehend beschriebender Ausführungsformen der Erfindung ist eine verbesserte Form einer Montage einer integrierten GaAs-
Schaltung geschaffen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die integrierte GaAs-Schaltung an einem Halbleitersubstrat angebracht, und zwar entweder mittels Epoxyharz, einer Lötverbindung oder einer eutektischen Bindung, und die elektrischen Anschlüsse sind ausgeführt durch Drahtverbindungen zwischen dem Halbleitersubstrat und der integrierten GaAs-Schaltung. Die GaAs-Schaltung kann auch "Flip-montiert" ("flip-mounted") sein, wobei dann eine Vielzahl von Lötmittelkugeln (auch als C4s bekannt) verwendet werden. In diesem Fall werden die Eingangsleitungen, die Ausgangsleitungen, die Energieleitungen und die Erdungsleitungen von der integrierten GaAs-Schaltung direkt an die Signalleitungen an dem Halbleitersubstratträger gelötet. Die Signalübertragungsleitungen werden an dem Halbleitersubstratträger hergestellt, der weiterhin Kondensatoren niedriger Impedanz enthält, die dazu verwendet werden, Energiezufuhrstörungen zu umgehen, die an den Energiezufuhrleitungen vorhanden sein können. Das Halbleitersubstrat kann auch Widerstände, Filter, Impedanzanpassungsnetze, Impedanztransformatoren und aktive Halbleitervorrichtungen tragen wie beispielsweise Dioden, bipolare Transistoren, Feldeffekttransistoren und Spannungsregler. Arbeitsweisen zum Herstellen solcher Vorrichtungen oder Halbleitersubstrate sind bekannt.
Das Halbleitersubstrat wird dann in einer keramischen Packung bzw. in einer keramischen Platte oder dgl. montiert, die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse der schnellansprechenden integrierten Schaltung und des Halbleitersubstrates zu einer gedruckten Stromkreistafel oder Stromkreiskarte schafft. Die keramische Montageplatte schafft einen Schutz gegenüber Umgebungsgefahren wie Stöße, Feuchtigkeit, korrodierende Chemikalien und dgl. Weiterhin können viele Halbleitersubstratträger an einer einzigen keramischen Packung oder an einer einzigen gedruckten Stromkreistafel montiert werden, wobei diese Arbeitsweise
der Montage zweckmäßig ist für die Konstruktion von Hybridschaltungen. Die Verwendung eines Halbleitersubstrats ermöglicht feine Steuerung über die Linienbreite oder Leitungsbreite der übertragungsleitung und der Impedanz und sie ermöglicht die Verwendung oder Anbringung von aktiven und passiven elektrischen Vorrichtungen an dem Substratträger.
Demgemäß ist es ein Zweck der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Packung oder Montage für schnellansprechende integrierte Schaltungen zu schaffen.
Ein anderer Zweck der Erfindung besteht darin, eine Substratträgerpackung bzw. eine Substratträgermontage zu schaffen, bei welcher die Breite der übertragungsleitung genau gesteuert werden kann und bei welcher die Trägerpackung oder Trägermontage die Charakteristiken der schnellansprechenden integrierten Schaltung ergänzt oder vervollständigt.
Ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Trägerpackung bzw. eine Trägerplatte für eine integrierte Schaltung schaffen, bei welcher passive elektronische Komponenten wie beispielsweise Widerstände und Kondensatoren oder Kapazitäten ein Teil der Trägerpackung sind.
Ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, aktive Halbleitervorrichtungen in einer Substratträgerpackung "oder -montage vorzusehen oder einzuschließen, welche die Charakteristiken der schnellansprechenden integrierten Schaltung, welche die Packung oder Montage trägt, ergänzen oder vervollständigen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.
Fig. 1 ist eine schaubildliche Ansicht einer schnellansprechenden integrierten Schaltung und deren Verbindung mit einem Halbleitersubstratträger, der Übertragungsleitungen und zugehörige Tragvorrichtungen trägt wie beispielsweise Widerstände, Bypass-Kondensatoren, Impedanzanpassungs-Kondensatoren, Transistoren und Spannungsregler,
Fig. 2 zeigt eine integrierte GaAs-Schaltung, die an Halbleiterträgerchips angebracht sind, die ihrerseits an einer mehrlagigen gedruckten Stromkreistafel angebracht sind,
Fig. 3 ist eine schaubildliche Ansicht einer schnellansprechenden integrierten Schaltung und deren Verbindung mit einem Halbleitersubstratträger, der Übertragungsleitungen enthält, die von einer Er
dungsebene umgeben sind,
Fig. 4 zeigt eine Mikrostrip-Signalleitung an der Oberseite eines Isolators, der seinerseits auf einer Erdungsebene ruht..
In Fig. 1 ist eine integrierte GaAs-Schaltung 28 dargestellt, die mittels eines leitenden Epoxyharzes, beispielsweise eines Epoxyharzes auf Polyimidbasis oder 0 mittels eines Silberepoxyharzes an ein Halbleitersubstrat 34 gebunden ist, welches seinerseits an einem keramischen Träger 10 angebracht ist. Es gibt viele Arten, um die integrierte Schaltung 28 an das Halbleitersubstrat 34 zu binden. Bei einer Arbeitsweise wird ein Epoxyharztropfen (oder ein Tropfen aus Polyimid) auf das Sub-
strat gebracht und die integrierte GaAs-Schaltung wird auf dem Substrat angeordnet, dann sanft gerieben und bei 200 bis 300°C gehärtet bzw. getrocknet. Bei einer anderen Arbeitsweise werden die integrierte GaAs-Schaltung und der Substratträger bei höheren Temperaturen von 300 bis 500°C auf Standardweise miteinander verlötet. Die elektrische Verbindung zwischen der integrierten Schaltung 28 und dem Halbleitersubstrat 34 ist durch eine Drahtverbindung 30 erhalten. Diese Verbindung kann auch erhalten werden durch Verlöten von Vierkantleitern oder von Drähten anderer Gestalt, beispielsweise von Drähten, wie sie bei automatischen Bandverbindungen verwendet werden, bei denen der Querschnitt des Drahtes rechteckig ist. Eine Signalübertragungsleitung 20 wird dazu verwendet, eine Eingangsleitung oder eine Ausgangsleitung der integrierten Schaltung 28 mit Komponenten zu verbinden, wie beispielsweise einem Anpassungskondensator 26, der auf Standardweise körperlich an dem Halbleitersubstrat 34 angelagert ist und ein Teil von diesem darstellt. Ein Draht oder Leiter 46, der auch eine Lötverbindung, eine Schweißung, ein Band oder ein Stab sein kann, verbindet dann den Anpassungskondensator 26 an dem Halbleitersubstrat 34 mit einem Eingangs- oder Ausgangsanschluß 24, der an dem keramischen Chipträger 10 angeordnet ist. Die Eingangs/Ausgangs-Leitung 24 ist weiterhin körperlich mit einer Eingangs/Ausgangs-Leitung 22 verbunden, welche die gesamte Packung oder Montage mit anderen elektronischen Stromkreisen oder Schaltungen in einem System elektrisch verbindet. Der GaAs-Chip 28 0 ist gemäß der Darstellung mit einem Bypass-Kondensator 14 verbunden, der an dem Halbleitersubstrat 3 4 angelagert ist. Der Bypass-Kondensator 14 ist seinerseits über einen Draht 18 mit einer Eingangs/Ausgangs-Leitung 12 verbunden, die an dem keramischen Chipträger angeordnet ist.
Ein Widerstand 32 ist auf Standardweise an dem Halbleitersubstrat 34 angelagert und er ist mittels Drähten .mit einer übertragungsleitung 36 und mit der integrierten GaAs-Schaltung 28 verbunden. Der Widerstand 32 ist weiterhin mittels eines Drahtes 38 mit dem keramischen Trägerchip 10 verbunden.
Aktive elektrische Vorrichtungen, wie beispielsweise ein Spannungsregler 16, können, wie dargestellt, an dem HaIbleitersubstrat 34 körperlich angelagert sein. Übertragungsleitungen 42 verbinden den Spannungsregler 16 über Drähte 43 mit dem GaAs-Chip 28.. Drähte 44 werden dazu verwendet, den Spannungsregler 16 mit dem keramischen Chipträger 10 zu verbinden.
Fig. 3 zeigt eine Erdebene oder Erdungsebene 50 an dem Halbleitersubstrat 34, welche die Signalleitungen 52 umgibt und das übersprechen zwischen Signalen minimiert. Die Impedanz der übertragungsleitung kann gesteuert werden durch Ändern des Abstandes zwischen der Erdungsebene 50 und der Übertragungsleitung. Die Signalleitungen 52 können sogenannte koplanare Übertragungsleitungen sein, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, oder sie können auch Mikrostrip-Leitungen 54 sein, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Fig. 4 zeigt eine Signalleitung 54, die an einem Isolator 56 angebracht ist, der seinerseits an einer Erdungsebene oder Erdebene 50 angebracht ist. Die Dimensionen der Signalleitungen 52 und 54 und des Dielektrikums 56 sind .so gewählt, daß die gewünschte Impedanz erhalten wird. Die Erdebene 50 an dem Halbleitersubstrat 34 ist mit Erdungsebenen oder Erdebenen (nicht dargestellt) an der integrierten Schaltung 28 elektrisch verbunden.
Fig. 2 zeigt mehrere integrierte GaAs-Schaltungen 28, die
mit ihren Halbleitersubstraten 3 4 verbunden sind, die ihrerseits an eine mehrlagige gedruckte Stromkreiskarte 48 gebunden sind. Die integrierten Schaltungen 28 und ihre Halbleitersubstrate 34 sind mittels Drähten 50a verbunden, die Standardspuren von gedruckten Stromkreiskarten sind. Die mehrlagige gedruckte Stromkreiskarte :48 hat verschiedene Stromkreisschichten, welche die Halbleitersubstrate 34 elektrisch verbinden oder anschließen.
Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen möglich.
< /IX. - Leerseite

Claims (8)

  1. PATENT- UND RECHTSANWÄLTE ί
    PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. W. EITLE - DR. RER. NAT. K. HOFFMANN - DIPL.-ING. W. LEHN _,
    DIPL.-ING.K. FOCHSLE - DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H-A. BRAUNS - DIPL.-ING. K. GORG DIPL.-ING. K. KOHLMANN ■ RECHTSANWALT A. NETTE
    42 022 Gh/ms
    GIGABIT LOGIC, INC.
    Newbury Park / USA
    Montierte integrierte Schaltung
    Patentansprüche
    In einer Packung enthaltene schnellansprechende integrierte Schaltung, gekenn ζ e ichnet durch Halbleitersubstratmittel (34), an denen eine integrierte Schaltung (28) angebracht ist und die übertragungsleitungen mit gesteuerter Impedanz, Erdleitungen und elektronische Komponenten schaffen können, die mit der integrierten Schaltung verbunden sind.
  2. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die integrierte Schaltung (28) eine schnellansprechende integrierte GaAs-Schaltung ist, und daß die Halbleitersubstratmittel (3 4) ein Halbleiter auf Siliziumbasis sind.
  3. 3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Halbleitersubstratmittel (34) an einer KunststoffChipträgereinrichtung angebracht sind, die elektrische Anschlüsse und Schutz gegen Verunreinigung schaffen kann.
  4. 4. In einer Packung enthaltene schnellansprechende integrierte Schaltung, gekennzeichnet durch
    ARABELLASTRASSE 4 - D-800O MÖNCHEN 81 - TELEFON COSiT) 911Ο87 - TELEX 5-29619 CPATHE3 · TELEKOPIERER 918356
    eine Mehrzahl von Halbleitersubstraten (34), die an einer Schaltungseinrichtung angebrachte integrierte Schaltungen (28) enthalten und die Übertragungsleitungen mit gesteuerter Impedanz, Erdleitungen und elektronische Komponenten schaffen können, die mit den integrierten Schaltungen verbunden sind.
  5. 5. In einer Packung enthaltene schnellansprechende integrierte Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß .passive Komponenten an einem Halbleitersubstrat (34) vorgesehen sind, welches eine schnellansprechende integrierte Schaltung (28) trägt, die passiven Komponenten an dem Halbleitersubstrat angeordnete Energiezufuhrleitungen kapazitiv umgehen, und daß die passiven Komponenten rückwärts vorgespannte Diodenverbindungen sind.
  6. 6. In einer Packung enthaltene schnellansprechende integrierte Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleitersubstratträger vorgesehen ist, an welchem eine integrierte Schaltung angebracht ist, und daß schnellansprechende Signalleitungen des Halbleitersubstratträgers an Anpassungswiderständen endigen, die einen Teil des Halbleitersubstratträgers darstellen.
  7. 7. In einer Packung enthaltene schnellansprechende integrierte Schaltung, gekennzeichnet durch koplanare Mikrostrip-Leitungen (54), die an einem Isolator (56) , der sich an einem Halbleitersubstratträger befindet, angeordnet sind und die mit einer integrierten Schaltung verbunden sind, die an dem Halbleitersubstratträger angeordnet sind..
  8. 8. In einer Packung enthaltene schnellansprechende integrierte Schaltung, g e k e η η ζ e i c h η e t durch eine Halbleitersubstrateinrichtung, an welcher eine integrierte Schaltung angebracht ist und welche Übertragungsleitungen mit gesteuerter Impedanz schaffen kann.
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