DE3931996A1 - Halbleitervorrichtung und verfahren zu deren herstellung - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Halbleitervor
richtungen und insbesondere Verfahren zu deren Herstellung.
Für einige Anwendungen, insbesondere solche, die an Halb
leiterelemente hohe funktionelle Anforderungen stellen,
werden die Halbleiterelemente, um diesen Anforderungen
zu genügen, in hermetisch abgedichteten Gehäusen ange
bracht. Solche Gehäuse oder Verpackungskörper sind jedoch
komplexer und kostenaufwendiger als übliche nichthermetische
Gehäuse und wurden aus diesem Grunde nicht in großem Rah
men verwendet. Darüber hinaus trug die Natur der bisher
verwendeten hermetischen Gehäuse nicht dazu bei, sie
für Techniken der Massenproduktion zu verwenden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrun
de, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Halb
leitervorrichtung anzugeben, welches einerseits eine her
metische Abdichtung von Halbleiterelementen gewährleistet
und sich darüber hinaus für die Massenproduktion eignet.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patent
anspruchs 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren zum
Herstellen einer Halbleitervorrichtung umfaßt die Ausbil
dung eines Musters von Leiterbahnen oder elektrisch lei
tenden Abschnitten auf einer ersten Lage oder dünnen
Platte aus einer Keramik eines rohen, sogenannten grünen
Zustands. In einer zweiten Lage oder dünnen Platte aus
inertem isolierendem Material werden eine größere Anzahl
von Aussparungen oder Ausnehmungen ausgebildet. Daraufhin
werden die beiden Lagen fest miteinander verbunden, indem
sie auf einer hohen Temperatur gebrannt werden, wobei die
beiden verbundenen Lagen infolge der Aussparungen eine
regelmäßige Anordnung von Hohlräumen zeigen, die durch
die erste Lage und die Seitenwandungen der Aussparung in
der zweiten Lage begrenzt werden. In jede solche Ausspa
rung oder Vertiefung dieser regelmäßigen Anordnung oder
Gruppierung wird ein Halbleiterelement eingebracht und
dort befestigt, so daß die fest miteinander verbundenen,
zusammenhaftenden Lagen darauffolgend in Abschnitte ge
teilt werden können, von denen jeder einen Hohlraum auf
weist, der ein Halbleiterelement enthält.
In der praktischen Ausführung können beide Lagen die
gleiche Dicke aufweisen, wobei sich eine Dicke von 0,5 mm
empfiehlt, so daß die gesamte Halbleitervorrichtung, d.h.
das im Gehäuse aufgenommene Halbleiterelement, schließ
lich sehr dünn ausgebildet werden können. Vorzugsweise
ist die zweite Lage ebenfalls eine Keramik eines rohen
Zustandes. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme der Be
festigung von Halbleiterelementen, beispielsweise Dioden,
in einer regelmäßigen Anordnung von Hohlräumen innerhalb
einer gemeinsamen Lage kann die entsprechende regelmäßige
Anordnung oder Gruppierung von Halbleiterelementen
schnell und zuverlässig automatisch getestet werden, ohne
daß die Notwendigkeit besteht, jedes Element bezüglich
eines Prüfkopfes oder Prüffingers individuell auszurich
ten. Da darüber hinaus die Elemente an Ort und Stelle in
ihren Gehäusen getestet werden, kann die Unversehrtheit
der elektrischen Anschlüsse an die Kontaktabschnitte des
Gehäuses gleichzeitig geprüft werden.
Nach diesem Test- oder Prüfschritt können eine Ab
deckung oder ein Deckel, vorzugsweise wiederum in Form
einer dünnen Platte oder Lage, über der gesamten Anord
nung angeordnet und mit der obersten Lage verbunden
werden, um jeden Hohlraum so abzudichten, daß hermetisch
abgedichtete Gehäuse oder Kapseln für die Halbleiterele
mente hergestellt werden. Die Abdeckung kann eine weitere
Lage aus Keramikmaterial sein oder kann beispielsweise
auch aus einer dünnen Metallplatte bestehen. Die gesamte
Anordnung wird daraufhin in eine große Anzahl separater
Vorrichtungen zerschnitten, d.h. in einzelne Chips zer
teilt, von denen jeder ein Gehäuse mit einem darin ent
haltenen Halbleiterelement umfaßt, welches innerhalb
dieses Gehäuses elektrisch und mechanisch angeschlossen
und angebracht ist.
Vorzugsweise sind externe elektrische Kontakte an
den Außenkanten der ersten Lage jeder Vorrichtung in
solcher Weise ausgebildet, daß sie elektrische Verbin
dungen zu Leiterbahnen herstellen, die innerhalb jedes
Hohlraumes vorhanden sind. Um diese Kontakte herzustel
len, bevor die Anordnung zerteilt wird, werden sie in
nerhalb kleiner Öffnungen ausgebildet, die sich durch
die erste Lage erstrecken, wobei jede solche Öffnung
bzw. jedes solche Loch in zwei Abschnitte zerteilt wird,
wenn die gesamte Anordnung in Chips zerschnitten wird.
Diese Maßnahme beinhaltet den Vorteil, daß die elektri
schen Kontakte innerhalb der Gesamtkontur der Vorrich
tung bzw. des Gehäuses liegen, so daß sie die Abmessungen
der Vorrichtung nicht vergrößern.
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die Herstel
lung von in Gehäusen aufgenommenen Halbleitern, die außer
ordentlich zuverlässig und hochwertig sind, wobei die
Halbleitervorrichtungen in großer Menge rationell und
wirtschaftlich gefertigt und getestet werden können.
Die Leiterbahnen werden vorzugsweise mittels Leitlack
auf der ersten Lage aufgetragen, und die mit den Leiter
bahnen verbundenen Kontaktlöcher werden vorzugsweise
mittels Lötzinn plattiert.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeich
nungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht von oben auf eine nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Halbleitervor
richtung und
Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht
der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäß hergestellten Halbleitervorrichtung
beschrieben, die ein Halbleiterelement wie beispiels
weise eine Diode oder einen Transistor enthält, die
auf einem Halbleitersubstrat derartig befestigt sind,
daß sie innerhalb eines Hohlraums oder einer Vertiefung
liegen, die anschließend mit Hilfe einer Abdeckung
oder eines Deckels zur Ausbildung einer hermetisch ab
gedichteten Kammer verschlossen werden können.
Die in den beiden Figuren gezeigte Vorrichtung um
faßt eine Basissubstratlage oder -schicht 1 aus kera
mischem Material, die eine zweite Lage oder Schicht 2
aus ebenfalls keramischem Material trägt, in der eine
regelmäßige Anordnung oder Gruppierung rechtwinkliger
Öffnungen oder Ausnehmungen 3 ausgebildet sind. Beide
Lagen 1 und 2 weisen ferner ein Muster kleiner Löcher 4
auf, die jeweils einer solchen Aussparung 3 zugeordnet
sind und mit dieser in der weiter unten erläuterten
Weise verknüpft sind. Die Basissubstratlage 1 weist
ferner ein Metallisierungsmuster auf, d.h. leitende Ab
schnitte 5, 6 und 7, die wiederum mit Löchern 41, 42,
43 verbunden und verknüpft sind, welche leitende Seiten
wandungen aufweisen.
Das Verfahren zur Herstellung der dargestellten
Vorrichtung geht folgendermaßen vor sich. Eine große
Lage oder große dünne Platte 1 aus Glaskeramik im rohen
oder grünen Zustand mit einer Dicke von ungefähr
0,5 mm wird mit Hilfe eines Lasers als Schneidvorrich
tung oder durch ein Stanzverfahren so bearbeitet, daß
in dieser Lage ein Muster von kleinen durchgehenden
Löchern 4 entsteht. Diese Löcher 4 sind nicht exakt
kreisrund, sondern leicht elliptisch mit einer Quer
schnittsausdehnung von ungefähr 0,6 mm. Auf dieser Lage 1
wird eine leitende Beschichtung ausgebildet, wobei z.B.
durch ein Siebdruckverfahren (Serigraphie) ein dicker
leitender Farbfilm ausgebildet wird, um auf diese Weise
das erforderliche Muster mit den leitenden Abschnitten
5, 6 und 7 zu erzeugen, die aus Leitlack bestehen.
Ein ähnliches Muster von durchgehenden Löchern 4
wird in der zweiten Lage 2 ausgebildet, die ebenfalls
eine Lage oder dünne Platte aus Glaskeramik im grünen
oder rohen Zustand ist und eine Dicke von ungefähr 0,5 mm
aufweist. Darüber hinaus wird in dieser Lage 2 die
regelmäßige Anordnung rechtwinkliger Ausnehmungen oder
Aussparungen 3 ausgebildet. Daraufhin werden die beiden
Lagen 1 und 2 so übereinandergelegt, daß ihre entspre
chenden Löcher ausgerichtet sind, und bei einer Tempera
tur zwischen 800°C und 900°C gebrannt, während sie
mit Druck beaufschlagt werden, um die Rohzustandskeramik
zu trocknen bzw. auszuhärten und die beiden Lagen zur
Ausbildung einer festen Verbindung zwischen ihnen zu
sammenzuschmelzen oder zusammenzubacken. Die zweite Lage
2 bildet einen hermetischen Verbund und eine hermetische
Haftung sowohl bezüglich des aufgebrachten Leitlacks als
auch bezüglich der Lage 1. Im Prinzip kann die zweite
Lage 2 auch beispielsweise aus einer Glasvorform anstelle
eines keramischen Materials gebildet werden. Insbeson
dere geht aus der Fig. 2 hervor, daß bestimmte Löcher 4
mit Abschnitten 5, 6, 7 verbunden sind und daß sämtliche
Löcher 4, 41, 42, und 43 beschichtet sind, wobei bei
spielsweise Beschichtungen mit Nickel/Gold oder Lötzinn 9
geeignet sind. So wird z.B. in typischer Weise ein Va
kuumverfahren dazu verwendet, Lötzinn aus einem Reservoir
geschmolzenen Lötzinns in die Löcher zu ziehen.
Wenn die beiden Lagen 1 und 2 fest miteinander
verbunden worden sind, wird eine Halbleiterkomponente
oder ein Halbleiterelement 10 innerhalb jedes Hohlraums 3
befestigt, wobei das Element 10 in einer üblichen Bon
dierungstechnik auf dem mittleren leitenden Abschnitt 6
befestigt wird und mit diesem elektrisch leitend verbun
den wird. Zusätzliche elektrische Verbindungen können
auch zu den leitenden Abschnitten 5 und 7 mittels kurzer
Golddrähte oder -leitungen 11 oder anderer Maßnahmen
erfolgen, wobei diese Leitungen sowohl mit dem Halbleiter
element 10 als auch mit den Abschnitten 5 bzw. 7 über
gebräuchliche Bondierungstechnik leitend verbunden sind.
Die Höhe des Halbleiterelements beträgt im allge
meinen typischerweise 200 m (0,2 mm), so daß das Halb
leiterelement in jedem Fall leicht innerhalb der Dicke,
d.h. Ausnehmung der Lage 2 aufgenommen werden kann.
Ist das Halbleiterelement 10 innerhalb jedes Hohl
raums oder jeder Vertiefung 3 angebracht, so können die
auf diese Weise ausgebildeten Halbleitervorrichtungen
unter Verwendung der beschichteten durchgehenden Löcher
oder Bohrungen 41, 42, 43 als Mittel zur Herstellung
elektrischer Verbindungen für Testzwecke einfach und zu
verlässig getestet werden. In diesem Stadium können
irgendwelche nicht einwandfreien Halbleiterelemente mar
kiert werden und in einer späteren Verfahrensstufe aus
gemustert werden. Da die Hohlräume in einer in großem
Rahmen ausgelegten regelmäßigen Anordnung ausgebildet
sind, wird das Testen einer großen Anzahl von Vorrichtun
gen in hohem Ausmaß gefördert, so daß automatische
Schrittestanordnungen verwendbar sind.
Nach dem Testen wird eine Abdeckungslage bzw. ein
Deckel 8 über die Lage 2 gelegt und mit der Lage 2
hermetisch verbunden und versiegelt, um auf diese Weise
eine Anordnung von individuell abgedichteten und ver
siegelten Hohlräumen zu schaffen. Die Abdeckung 8 kann
keramisch, metallisch oder aus Glas sein und es em
pfiehlt sich eine Verbindung auf niedriger Temperatur,
beispielsweise unter 350° zur Verbindung bzw. Bondie
rung an die Lage 2, da ein Hochtemperaturprozeß in
diesem Fall eine Beschädigung der Halbleiterelemente
hervorrufen könnte. Für die Praxis eignen sich beson
ders Abdeckungen 8 in Form einer metallischen Platte,
die auf vorgeformte metallisierte Einfassungen oder
Ränder, welche jeden Hohlraum umgeben, gelötet wird.
Die Befestigung der Abdeckung wird in einer inerten
Atmosphäre, die die Hohlräume ausfüllt, durchgeführt.
Die Anordnung von Halbleitervorrichtungen wird in
individuelle Elemente geteilt, d.h. in einzelne Chips
mit Hilfe eines Lasers oder einer Diamantsäge zer
schnitten, wobei alle drei Lagen entlang der Mittel
linien der Löcher 4 durchtrennt werden. Die dabei ent
stehenden konkaven leitenden Oberflächen der Löcher
liegen danach frei und können als Mittel zur Herstel
lung elektrischer Verbindungen zu einer gedruckten
Schaltung oder auch anderen Schaltplatinen verwendet
werden, auf denen die erfindungsgemäße Vorrichtung,
beispielsweise als oberflächenmontierbare Vorrichtung
(SMD-Technik) angebracht werden kann.
Claims (13)
1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung,
gekennzeichnet durch
die Schritte des Ausbildens eines Musters von Leiter
bahnen (5, 6, 7) auf einer ersten Lage (1) einer Kera
mik im rohen Zustand; des Ausbildens mehrerer Ausspa
rungen (3) in einer zweiten Lage (2) aus isolierendem
inerten Material; des Verbindens der beiden Lagen mit
einander durch Brennen auf einer hohen Temperatur zur
Ausbildung einer Anordnung von Hohlräumen; und des
Anbringens eines Halbleiterelements (10) in jeweils
jedem Hohlraum dieser Anordnung, so daß die miteinander
verbundenen Lagen darauffolgend in Abschnitte teilbar
sind, von denen jeder einen ein Halbleiterelement ent
haltenden Hohlraum einschließt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als zweite Lage (2) ebenfalls eine Keramik im Roh
zustand verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Lagen (1, 2) dieselbe Dicke aufweisen.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Lage (2) mit einem Muster von Löchern (4,
41, 42, 43) versehen wird, die jede Aussparung (3) umgeben.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Lage (1) mit einem entsprechenden Muster
von Löchern (4, 41, 42, 43) versehen wird, welches bezüg
lich des Lochmusters in der zweiten Lage (2) ausgerichtet
wird, wenn die beiden Lagen miteinander verbunden werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Löcher (4, 41, 42, 43) in der ersten Lage (1) mit
einem leitenden Material überzogen werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das leitende Material Lötzinn ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Leiterbahnen mit einem leitenden Lack
ausgebildet werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Halbleiterelement (10) mit einer solchen Leiter
bahn (6) leitend verbunden wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Höhe des Halbleiterelements (10) im wesentlichen
geringer als die Dicke der zweiten Lage (2) ist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Halbleiterelemente (10) elektrisch geprüft wer
den, nachdem sie in ihren jeweiligen Hohlräumen in Form
einer Halbleiterelementgruppierung angeordnet worden sind.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß folgend auf die elektrische Prüfung sämtliche Hohl
räume mit Hilfe einer gemeinsamen Abdeckung (8) ge
schlossen werden, die mit der zweiten Lage (2) so verbun
den wird, daß geschlossene, hermetisch abgedichtete Hohl
räume ausgebildet werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß folgend auf die Befestigung der Abdeckung (8) die
Lagen zur Ausbildung separater elektrischer Vorrichtungen
in einzelne Chips zerschnitten werden.
Applications Claiming Priority (1)
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