DE69115799T2

DE69115799T2 - Herstellung von Halbleiterpackungen

Info

Publication number: DE69115799T2
Application number: DE69115799T
Authority: DE
Inventors: Paul John Melnick; Anthony Joseph Mennella; Herman Paul Meyer
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1990-08-28
Filing date: 1991-06-26
Publication date: 1996-07-11
Anticipated expiration: 2011-06-27
Also published as: EP0473260A1; US5446314A; CA2045945C; EP0473260B1; DE69115799D1; CA2045945A1; JPH0750751B2; JPH0613476A

Description

Diese Erfindung betrifft allgemein eine Struktur für ein Mehrchip-Halbleiterbauelement.
Das weltweite Wachstum der Elektronikindustrie hat zu einer großen Nachfrage nach den verschiedensten Halbleiterprodukten geführt. Das Packen der sogenannten Halbleiterstapel (nachfolgend einfach "Stapel" genannt und definiert als das erzeugte oder gekaufte Halbleiterbauelement für die verschiedensten Funktionen, ohne Anschlüsse, Schutzverpackung oder Wärmeableitungsstruktur) zur Herstellung fertiger Bauelemente, die in elektronischen Produkten eingesetzt werden, ist in der Halbleiterindustrie von großer Bedeutung. Die Auswahl bzw. der Entwurf der Packung des Halbleiterbauelements sind abhängig von der Anzahl der in dem Bauelement benötigten Stapel, der Anzahl der daran anzulegenden Anschlüsse, dem Gerät, in dem die Packung eingesetzt werden soll, Wärmeableitungserfordernissen und ähnlichen Überlegungen.
Wenn Leistungs-Halbleiterbauelemente benötigt werden, ist es außerdem üblich, eine Vielzahl von Stapeln in einer einzigen Packung unterzubringen, um einerseits die Funktionssicherheit des Bauelements und die technischen Daten zu verbessern, und andererseits die Bauweise des elektronischen Produkts insgesamt wirtschaftlicher zu machen, indem man die Anzahl der einzelnen darin eingebauten Komponenten so gering wie möglich hält.
Für den Halbleiterhersteller ist außerdem die Ausbeute bei der Herstellung eine wichtige Frage. Bei der Stapelherstellung werden immer wieder fehlerhafte oder funktionsunfähige Stapel produziert. Der Prozentsatz an produzierten Stapeln mit einwandfreier Funktion wird als Ausbeute bezeichnet. Wenn eine Vielzahl solcher Stapel in einem einzigen Halbleiterbauelement enthalten ist, kann die Ausbeute an fertigen Bauelementen weit geringer sein, als die Ausbeute aus dem Stapelherstellungsprozeß. Dies ist darauf zurückzuführen, daß das gesamte Bauelement nicht funktionsfähig wäre, wenn nur ein oder wenige fehlerhafte Stapel sich darauf befinden würden. Da die Ausbeute aus dem Stapelherstellungsprozeß nach dem heutigen Stand der Halbleitertechnik im allgemeinen sehr hoch ist, besonders wenn der Entwurf des Stapels einfach ist und nur relativ wenige Komponenten enthält, die bei relativ niedriger Leistung eingesetzt werden, war das Problem einer geringeren Bauelementausbeute in letzter Zeit meistens auf die Herstellung von Leistungs-Halbleiterbauelementen, bei denen die Anzahl identischer, parallel geschalteter Stapel in einem einzigen Bauelement besonders hoch ist, beschränkt. Wenn sich jedoch die Stapelausbeute aus der Fertigung durch einen komplexen Chipaufbau verringert, können auch wenige Stapel pro Bauelement dazu führen, daß die Bauelementausbeute zu niedrig ist.
Um eine geringere Ausbeute bei der Herstellung von Bauelemen ten zu vermeiden, hat man sich oft an die sogenannte (n-x) oder (n-1) Entwurfsphilosophie gehalten. Das bedeutet, daß in einem Bauelement, das n Stapel des gleichen Typs enthält, die in gleicher Weise miteinander verbunden sind, x (typischerweise 1) vorhandene Stapel innerhalb der technischen Leistungsvorgaben des Bauelements fehlerhaft sein können, obwohl solche fehlerhaften Stapel während der Fertigung funktionsunfähig gemacht oder aus der Schaltung entfernt werden müssen. Als Alternative oder als Zusatz zu der (n-x) Entwurfsphilosophie kann man auch dafür sorgen, daß der fehlerhafte Stapel in dem Bauelement ausgewechselt wird. Eine solche Anordnung wird im IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 29, Nr. 3, August 1986, von J.A. Miraglia und J.H. Spreen, Seite 1071 - 1072, für ein Bauelement mit einem Stapel gezeigt.
Das Dokument WO86/01031 beschreibt einen in einem Hochleistungssystem eingesetzten Festkörperschalter. Dieses Bauelement nach dem Stand der Technik umfaßt ein Distanzstück aus Isoliermaterial mit Aperturen zur Aufnahme von Halbleiterstapeln und einen spinnenartigen Leiter mit einer zentralen Basis und radial nach außen verlaufenden Beinen.
Ein weiteres Beispiel einer Struktur, die eine Vielzahl von Halbleiterstapeln aufnimmt, wird in Dokument WO86/05030 dargestellt, das sich hauptsächlich mit dem Problem des Ausgleichens von Abmessungsunterschieden in der Länge benachbarter Stapel beschäftigt.
Wenn Stapel von relativ einfacher Bauart in Leistungs-Halbleiterbauelementen eingesetzt werden, erhöhen sich jedoch meistens die Kosten dadurch, daß eine große Anzahl von Stapeln und andere Teile montiert werden müssen, und die möglichen Vorteile, die man durch das Montieren weniger Bauelemente in einem bestimmten Produkt erhält, wie oben beschrieben, werden damit zunichte gemacht. Es ist deswegen notwendig, die Bauweise von Halbleiterbauelementen mit einer großen Anzahl von Halbleiterstapeln zu vereinfachen.
Neben der großen Vielzahl von parallel geschalteten Stapeln in demselben Halbleiterbauelement ist bei vielen Bauelementen für spezielle Zwecke eine präzise regelmäßige Anordnung der Halbleiterstapel erforderlich. Zu diesen Anwendungen gehören Teilchendetektoren, Strahlungssensoren, Antennen, die Mikrowellenleistung empfangen können und ähnliches. Außerdem wurden Leistungsbauelemente mehr und mehr miniaturisiert, so daß die regelmäßige Anordnung der Stapel auch deswegen wichtig wurde, weil die Wärmeableitung von den einzelnen Stapeln und die Wärmeleitung und -verteilung in dem aus mehreren Stapeln bestehenden Bauelement immer kritischer wurde.
Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung eine Struktur bereit, wie sie in Anspruch 1 beschrieben wird, zum Abstützen und örtlichen Festlegen einer Anordnung von Halbleiterstapeln, die folgendes umfaßt: ein keramisches Distanzstück mit einem vorbestimmten Muster von Aperturen zur Aufnahme der genannten Stapel, wobei die genannten Aperturen Positionen für die einzelnen genannten Halbleiterstapel festlegen; eine Vielzahl von Halbleiterstapeln, die in den genannten Aperturen des genannten keramischen Distanzstücks angeordnet sind; eine leitende Folie; eine gemeinsame Leiterplatte, mit einer Fläche, die mit mindestens einem Teil der genannten Anordnung der genannten Halbleiterstapel von gleicher Ausdehnung ist. Die Struktur ist dadurch gekennzeichnet, daß die genannte leitende Folie aus einem elastischen Material hergestellt ist und Vertiefungen aufweist, die mindestens einigen der genannten Aperturen auf dem genannten keramischen Distanzstück entsprechen, wodurch jede der genannten Vertiefungen einen entsprechenden Stapel der genannten Halbleiterstapel in Kontakt mit der genannten gemeinsamen Leiterplatte zwingt.
Um die Erfindung besser verständlich zu machen, sollen nachfolgend beispielhaft Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden; es zeigt:
Figur 1 eine perspektivische Schnittansicht durch eine Halbleiterstruktur gemäß der Erfindung;
Figur 2 eine in Einzelteile aufgelöste Ansicht der Struktur der Figur 1, wobei einige Teile der Übersichtlichkeit wegen nicht eingezeichnet wurden;
Figuren 3A und 3B Ansichten eines Teils der Struktur aus Figur 1, mit einer bevorzugten Technik zum Abtrennen fehlerhafter Stapel;
Figur 4 eine Schnittansicht einer Halbleiterstruktur gemäß der Erfindung;
Figur 5 und Figur 6 Draufsichten auf zwei Ausführungsbeispiele eines keramischen Distanzstücks;
Figur 7 eine perspektivische Ansicht einer Mehrschichtstruktur; und
Figur 8 eine Teil-Draufsicht auf die Anordnung des keramischen Distanzstücks der Figur 7.
Bezugnehmend auf die Zeichnungen und insbesondere auf Figur 1; hier wird eine perspektivische Ansicht eines Schnitts 10 einer Halbleiterstruktur gemäß der Erfindung gezeigt. In dem Schnitt sieht man, daß das montierte Bauelement ein wärmeleitendes, wabenförmiges Distanzstück 11 aus Keramik mit den Aperturen 19 zum Festlegen der Positionen der Halbleiterstapel 13 aufweist. Das keramische Distanzstück und die Stapel sind zwischen einer geformten, elastischen Folie 12 und einer gemeinsamen Leiterplatte 14 angeordnet. Es kann außerdem eine weitere Platte 15 vorgesehen werden, die leitend sein kann, um einen stabilen mechanischen Kontakt zur Folie und für die außenliegenden Anschlüsse herzustellen. Die gemeinsame Leiterplatte 14 kann eine Verlängerung aufweisen, wie dargestellt, um eine entsprechende mechanisch stabile Verbindung zu dem Bauelement herzustellen. Außerdem können eine Öffnung 17 und ein Druckbefestigungsteil vorhanden sein, um einen mechanisch vorgespannten Aufbau des Bauelements zu gewährleisten. Alternativ kann die Fläche 11a des keramischen Distanzstücks mit einer rauhen Oberflächenstruktur hergestellt werden, oder sie kann nach der Formung aufgerauht werden, um eine gute Haftfläche für das Druckbondieren der einzelnen Bauelementschichten, beispielsweise mit Epoxidharz oder aufgeschmolzener Lötpaste, zu erzielen. Die Struktur ist deswegen sowohl für das hermetische Versiegeln als auch für das Druckversiegeln geeignet.
Wie in Figur 2 deutlicher zu sehen ist, wird das geformte Folienelement 12 mit Vertiefungen oder anderen in geeigneter Weise geformten erhabenen Bereichen 12a hergestellt, deren Anordnung der Anordnung der Aperturen in dem keramischen Distanzstück entspricht. Diese erhabenen Bereiche 12a werden außerdem auch vorzugsweise mit kleinen Öffnungen 12b geformt, damit der Gasdruck bei der Herstellung des Bauelements entweichen kann, und damit sich eine größere Bondierungsfläche ergibt, wenn die Verbindungen zum Stapel durch den Einsatz von Lötpastillen verbessert werden sollen, wie nachfolgend noch beschrieben wird. Die Folie besteht vorzugsweise aus Kupfer und sie sollte so dick sein, daß die Vertiefungen ihre Form beibehalten und innerhalb der Apertur gegen den Stapel eine solide Federkraft ausüben können, wodurch der Stapel seinerseits gegen die gemeinsame Leiterplatte 14 gedrückt wird. Die Form der Vertiefungen in der Folie sorgt außerdem für einen Ausgleich der thermischen Spannungen. Um den Anschluß zu verbessern und den Kontaktwiderstand zu reduzieren kann die Folie auch plattiert werden, falls gewünscht mit Silber, Gold oder ähnlichem.
Wie die Figur 2 weiter zeigt, kann der Stapel selbst ein oder mehrere Kontaktstrukturen 13a und 13b, zum Beispiel aus einem Material wie Molybdän, enthalten. Wie in Figur 1 gezeigt wird, kann der Stapel alternativ ein einfacher Silizium-Formling sein, in den die gewünschte Halbleiterstruktur eingeformt ist. Der Stapel kann außerdem ein oder mehrere Lötpastillen 20a und 20b aufweisen, die, wie dargestellt, getrennt vorliegen können oder auf dem Stapel geformt werden. Da der Halbleiterstapel relativ hohe Temperaturen und Temperaturwechselbeanspruchungen aushalten muß, die beide die Federfunktion der erhabenen Abschnitte beeinträchtigen können, ist es vorteilhaft, solche Lötpastillen einzusetzen und sie bei der Montage des Bauelements aufschmelzen zu lassen, um einen mechanisch sicheren Kontakt mit niedrigem Widerstand herzustellen, der wesentlich weniger durch Wärmeeinwirkung altert, als der Federkontakt der Folie allein.
In der in Einzelteile aufgelösten Ansicht der Figur 2 kann man auch sehen, daß die Aperturen in dem keramischen Distanzstück in einem vorbestimmten Muster angeordnet sind, wodurch die Wärmewirtschaft des Bauelements unterstützt wird, wie nachfolgend noch beschrieben wird. Die Aperturen selbst haben außerdem eine Nut 18, welche die weitere Funktion der Folie beim Abtrennen fehlerhafter Bauelemente unterstützt, wie anschließend in Verbindung mit den Figuren 3A und 3B beschrieben werden soll.
In Figur 3A wird angenommen, daß das Bauelement nach der Montage geprüft wird, und daß sich herausstellt, daß der dargestellte Stapel fehlerhaft ist. Die Fehler äußern sich typischerweise darin, daß der Stapel entweder kurzgeschlossen wird oder der Schaltkreis geöffnet ist. Diese Fehler kann man leicht herausfinden, indem man an das Bauelement in beiden Richtungen Strom anlegt, wobei der fehlerhafte Stapel durch eine deutliche thermische Reaktion ausfindig gemacht werden kann. Der Einsatz eines wärmeempfindlichen Materials, beispielsweise eines Flüssigkristalls, ermöglicht die Erkennung des fehlerhaften Stapels durch ein in der Technik bekanntes Prüfverfahren. Die Technik zur Ermittlung fehlerhafter Stapel soll daher an dieser Stelle nicht berücksichtigt werden, da sie nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
Nachdem ein fehlerhafter Stapel ausfindig gemacht ist, kann er mit einem Schnitt 31, der mit einem geeigneten Schneidwerkzeug, beispielsweise einer Schneidplatte, oder auch manuell ausgeführt werden kann, von dem Bauelement getrennt werden. In beiden Fällen dient die Nut 18 als Führungshilfe und ermöglicht einen sauberen Schnitt gegen die Kante der keramischen Distanzfläche. Aufgrund der Federwirkung der Vertiefung in der Folie wird der abgeschnittene Teil 32 nach dem Schnitt über die Oberfläche der Folienschicht 12 angehoben und kann mit geeigneten mechanischen Mitteln oder auch manuell entfernt werden, es verbleibt nur ein Rest 33 der Lötpastille, falls eine solche verwendet wurde.
Figur 4 ist eine Schnittansicht des fertigen Bauelements, ähnlich wie in Figur 1. In diesem Fall war der Stapel 1 3c ein fehlerhafter Stapel; nachdem die Folie geschnitten und herausgenommen wurde, ist in der Apertur des Bauelements, die in der Mitte dargestellt ist, kein erhabener Teil der Folienstruktur zu sehen. Man kann den erhabenen Folienteil nach dem Schnitt auch an Ort und Stelle belassen; dies ist jedoch nicht vorteilhaft, es sei denn, es wird Material abgenommen, um eine Schnittfuge zu bilden (zum Beispiel wenn der Schnitt durch Absägen erfolgt), da der Abstand zwischen den Folienbereichen gering ist und durch das Zusammendrücken des Bauelements noch kleiner wird. Es könnte dann möglicherweise durch aufgeschmolzenes Lötmittel oder mechanische Verformung des erhabenen Folienabschnitts zu einer Wiederherstellung der Verbindung kommen.
Die oben beschriebene Bauweise kann ebensogut für jede andere gewünschte Stapelanordnung realisiert werden. Figur 5 zeigt zum Beispiel eine Rechteckkonfiguration und Figur 6 zeigt eine Kreiskonfiguration. In beiden Figuren sind die Positionen der Stapel mit der Ziffer 19 angegeben. Falls gewünscht, können in das Distanzstück auch Öffnungen für die Druckelemente 51, 61 eingeformt werden, entweder vor oder während der Montage, um eine relativ gleichmäßige Druckkraft zur Verbesserung des Wärmetransfers zu erreichen. In der kreisförmigen Anordnung der Figur 6 kann es jedoch vorteilhafter sein, den in der Mitte liegenden Stapel 19a wegzulassen und nur an Punkt 62 Druck auszuüben. Die Abstände zwischen den einzelnen Stapeln 19 richten sich nach den wärmetechnischen Überlegungen beim Entwurf und können von einem Fachmann anhand der vorliegenden Beschreibung ermittelt werden. In diesem Ausführungsbeispiel wird für den Wärmefluß die Tatsache berücksichtigt, daß der Wärmefluß innerhalb des Stapels sowohl zur Anode als auch zur Kathode jedes Stapels stattfindet. Der Wärmefluß kann auch von der Ausrichtung des Stapels und dem Bauelement, in dem sich der Stapel befindet, beeinflußt werden. Wenn eine Kühlung des Bauelements von beiden Seiten möglich ist, ist die Wärmeleitfähigkeit der Keramik im Vergleich zu der Wärmeleitfähigkeit der Metallfolie oder der gemeinsamen Elektrode, die schnell einen relativ isothermischen Zustand annehmen, und von denen Wärme leicht abgeleitet werden kann, von geringerer Bedeutung. In diesem Fall ist es also nicht notwendig, daß das wärmeleitende, keramische Distanzstück sich direkt in dem Wärmeleitweg zum Kühlen der Stapelanoden oder -kathoden befindet.
Wenn jedoch die Wärme nur von einer Seite des Bauelements abgeführt werden kann, weil dies aufgrund physischer Erfordernisse notwendig ist, zum Beispiel wenn eine Kombination mit anderen elektrischen Strukturen vorliegt, wie beispielsweise mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es nachfolgend ausführlich und unter Bezugnahme auf Figur 7 beschrieben wird, bildet die Keramik einen Wärmeleitweg für die Wärme von der nicht gekühlten Seite der Anordnung zur gekühlten Seite der Anordnung.
Der Wärmeentwurf des Bauelements dient auch dem Zweck, alle Stapel ungefähr auf einer Temperatur zu halten, da sich die leitenden Eigenschaften von Halbleitern durch Temperatureinfluß beträchtlich verändern, obwohl dieser Temperaturausgleich zum großen Teil auch eine Funktion des Kupfers oder eines anderen Metalls in den Leitern ist. Daher kann ein Temperaturausgleich normalerweise durch ziemlich regelmäßige Abstände und dadurch erreicht werden, daß die Fläche der Aperturen nicht größer ist als die übrige Keramikfläche. Das Verhältnis der Fläche der Aperturen zur übrigen Fläche des keramischen Distanzstücks sollte vorzugsweise unter Einbeziehung der Wärmeleitfähigkeit der Keramik, der Dicke des Distanzstücks und der Asymmetrien der Wärmeableitung in den Stapeln eingestellt werden.
Das bevorzugte Material für das keramische Distanzstück ist Aluminiumoxid; Aluminiumoxid ist elektrisch isolierend, weist eine gute Wärmeleitfähigkeit auf und ist relativ billig. Auch andere, wenn auch teurere, Werkstoffe mit wesentlich höherer Wärmeleitfähigkeit, zum Beispiel Aluminiumnitrid, können eingesetzt werden und werden für einige Implementierungen bevorzugt. Man betrachte in diesem Zusammenhang eine Implementierung, bei der die Stapelanordnung mit einem anderen elektrischen Bauelement gebildet wurde, beispielsweise einem Transformator oder einer anderen Stapelanordnung, wie in dem Ausführungsbeispiel der Figur 7, welches ebenfalls eine Wärmequelle darstellt, wobei die Wärme über den gemeinsamen Bus 15 an das Bauelement weitergegeben wird. Wenn die Kühlung für dieses kombinierte Bauelement nur an der gemeinsamen Elektrode 14 stattfinden könnte, würde der Einsatz eines Keramikmaterials mit höherer Wärmeleitfähigkeit, wie zum Beispiel das obengenannte Aluminiumnitrid, zur Bildung eines Wärmeleitwegs führen, der nacheinander die Wärmequelle, das keramische Distanzstück des Bauelements und eine Wärmesenke umfassen würde, wodurch eine Wärmeabführung von dieser Wärmequelle durch die Stapelanordnung möglich wäre.
Figur 7 zeigt eine Abänderung des Bauelements. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Bauelement als mehrschichtiges Bauelement symmetrisch aufgebaut. Wie dargestellt, dient eine leitende Druckplatte 15 als zentraler gemeinsamer Anodenkontakt, während die gemeinsamen Leiterplatten 14 außerhalb des Bauelements angeordnet sind. Diese Konfiguration könnte auch umgekehrt werden, wobei die gemeinsame Leiterplatte 14 die zentrale Kathodenverbindung bildet. Die dargestellte Konfiguration gilt jedoch als vorteilhafter, wenn es um die Verbesserung der Wärmeableitung von den Stapeln geht. Da das zentrale Element leitend ist, müssen um die Druckelemente, wie z.B. 16 in Figur 1, falls solche eingesetzt werden, Isolatoren vorgesehen werden. Alternativ könnte auch eine klammerähnliche Druckvorrichtung 70 eingesetzt werden. In beiden Fällen kann das Druckelement auch zur Herstellung einer Verbindung zwischen den außenliegenden Leitern verwendet werden.
Im Hinblick auf die Ausführungsbeispiele sowohl der Figur 1 als auch der Figur 7 ist anzumerken, daß der gemeinsame Leiter 14 auch als eine Folie mit erhabenen Bereichen geformt werden kann, und daß die Stapel in beide Richtungen ausgerichtet werden können, solange die Richtung zwischen den Stapeln, die parallel geschaltet sind, gleich ist. Aufgrund der Merkmale des Wärmeleitwegs der Stapel kann jedoch eine gewisse Entwurfsasymmetrie erforderlich sein. Außerdem ist zu beachten, daß die Leiter 12, 14 und 15 nicht einheitlich sein müssen und daß jeder einzelne oder alle zusammen als eine Vielzahl von Bändern 83, 84 oder in Form anderer geometrischer Konfigurationen an das Bauelement angelegt werden können, je nachdem, was gewünscht wird oder im Einzelfall vorteilhaft ist. Einige der Bänder können auch als Steuerelektroden eingesetzt werden, wodurch die Erfindung auch für Transistoren, siliziumgesteuerte Gleichrichter, Thyristoren und andere Bauelemente einsetzbar ist, sowie auch für Diodenstapel, entweder durchgängig im ganzen Bauelement oder als Kombination, beispielsweise durch Hinzunahme eines Reihenspannungsreglers mit Leistungsgleichrichtern. Wenn es zur Herstellung einwandfreier elektrischer Verbindungen erforderlich ist, können zusätzlich wärmeleitende Isolatoren als Schichten in dem Bauelement vorgesehen werden, wie zum Beispiel an der Position 85 zwischen dem Leiter 15 und der Folie 12. Der Leiter 15 und die Folie 12 können entweder einzeln oder beide zusammen strukturiert werden, wie es zur Herstellung der erforderlichen Anschlüsse gewünscht wird. Schließlich erlaubt die versetzte Anordnung der Stapel in den Schichten des Ausführungsbeispiels in Figur 7 eine gute Wärmewirtschaft bei einer besonders kompakten Form des Gesamtbauelements.
Figur 8 zeigt eine Draufsicht auf diese versetzte Anordnung der Stapelpositionen; die durchgezogenen Kreise 19' zeigen die Stapelpositionen in der einen Schicht und die gestrichelten Kreise 19" zeigen die Stapelpositionen in der anderen Schicht. Zur Bildung eines einzigen Hochleistungsgleichrichters werden die relativen Ausrichtungen der Stapel durch die Markierungen + und o in jedem der vier dargestellten Quadranten gezeigt. In dieser Hinsicht kann die Bauweise gemäß der Erfindung auch zur Bildung einer Schaltung aus mehreren Bauelementen verwendet werden, die jeweils eine Vielzahl von Stapeln innerhalb eines Bauelements aufweisen. Wie Figur 8 zeigt, wenn die Leiter bei 81, 82, 83 und 84 entsprechend geteilt und die Polaritäten der Stapel dementsprechend umgekehrt werden, kann leicht eine Gleichrichterbrücke hergestellt werden. In diesem Fall wären die entsprechenden Ausrichtungen der Stapel wie in den vier benachbarten Quadranten der Figur 8. Die Leiter 15a und 15b verbinden jeweils zwei Stapelgruppen in jeder Schicht und die geteilten gemeinsamen Elektroden 14a, 14b, 14c und 14d sind jeweils wie der Leiter 70 verbunden. Natürlich könnte eine weit größere Anzahl von Stapeln pro Quadrant eingesetzt werden, je nachdem, wie es die technischen Spezifikationen eines bestimmten Bauelements erfordern, was durch die vorliegende Erfindung wirtschaftlich und technisch durchführbar wird. Auch andere Strukturen und Schaltungskonfigurationen sind möglich.
Die Struktur kann hergestellt werden, indem man die Stapel entweder innerhalb des wabenförmigen Distanzstückes oder auf dem gemeinsamen Leiter anordnet oder in anderer Weise befestigt (zum Beispiel mit einem isolierenden Klebemittel), und dann das Distanzstück und den gemeinsamen Leiter montiert. Die Montagereihenfolge ist hierbei nicht entscheidend, es sind mehrere unterschiedliche Montagefolgen realisierbar. Das Folienelement wird dann auf dem Distanzstück angeordnet und die Baugruppe wird mit etwa 100 psi komprimiert, um eine gasdichte Versiegelung herzustellen, alle Teile außer der Druckplatte 15 werden entweder bondiert oder in anderer Form befestigt. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt auch das Aufschmelzen der Lötpastillen, der gesamte Montage- und Bondiervorgang kann in einem Durchgang ausgeführt werden.
An diesem Punkt kann das Bauelement eingebrannt und geprüft werden. Fehlerhafte Stapel werden ausfindig gemacht und wie oben beschrieben von der Schaltung getrennt. Anschließend wird die Druckplatte bondiert oder befestigt, die Außenanschlüsse hergestellt, zum Beispiel durch einen Anschlußrahmen, und/oder die Verschweißung beziehungsweise die endgültige Verkapselung ausgeführt.
Im Hinblick auf die obige Beschreibung wird zumindest in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Struktur bereitgestellt, die eine wirtschaftliche Montage und eine gute Wärmewirtschaft in einem Bauelement mit einer Vielzahl von Halbleiterstapeln ermöglicht, und auf einfache Weise in vielfältiger Form realisiert werden kann, um einheitliche Bauelemente oder Schaltungen mit hoher Leistung bei hoher Fertigungs ausbeute herzustellen.
In mindestens einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wurde also eine Struktur und Methode zur Vereinfachung der Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einer Vielzahl von Halbleiterstapeln und das Entfernen fehlerhafter Halbleiterstapel beschrieben. Die Struktur erlaubt eine präzise regelmäßige Anordnung der Halbleiterstapel innerhalb des Halbleiterbauelements und stellt Mittel für die Wärmewirtschaft der Halbleiterstapel im Einsatz bereit. Die Anordnungsstruktur der Stapel weist eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit auf, so daß andere Wärmequellen, beispielsweise bei Erwärmung durch andere Komponenten, die elektrisch oder physisch mit der Stapelanordnung verbunden sind, gekühlt werden können, indem ein Wärmeleitweg und eine Wärmesenke für diese anderen Wärmequellen durch die Stapelanordnung gebildet wird.

Claims

1. Eine Struktur (10) zum Abstützen und örtlichen Festlegen einer Anordnung von Halbleiterstapeln (13), die folgendes aufweist:

ein keramisches Distanzstück (11) mit einem vorbestimmten Muster von Aperturen (19) zur Aufnahme der genannten Stapel, wobei die genannten Aperturen die Positionen für die einzelnen der genannten Halbleiterstapel festlegen;

eine Vielzahl von Halbleiterstapeln, die in den genannten Aperturen des genannten keramischen Distanzstücks angeordnet sind;

eine leitende Folie (12);

eine gemeinsame Leiterplatte (14), mit einer Fläche, die zumindest von gleicher Ausdehnung ist, wie ein Teil der genannten Anordnung der genannten Halbleiterstapel, dadurch gekennzeichnet, daß

die genannte leitende Folie (12) aus einem elastischen Material hergestellt ist und über Vertiefungen (12a) verfügt, die zumindest einigen der genannten Aperturen (19) auf dem genannten keramischen Distanzstück (11) entsprechen, wodurch jede der genannten Vertiefungen einen entsprechenden der genannten Halbleiterstapel (13) in Kontakt mit der genannten gemeinsamen Leiterplatte zwingt.

2. Eine Struktur nach Anspruch 1, bei der entweder die genannte gemeinsame Leiterplatte (14) oder die genannte elastische leitende Folie (12) mit dem genannten keramischen Distanzstück bondiert ist.

3. Eine Struktur nach Anspruch 1 oder 2, bei der zumindest einer der genannten Halbleiterstapel (13) mindestens eine Lötpastille (20a, 20b) umfaßt, die zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem genannten Halbleiterstapel (13) und entweder dem genannten gemeinsamen Leiter (14) oder der genannten elastischen leitenden Folie (12) verwendet wird.

4. Eine Struktur nach Anspruch 3, weiter aufweisend

eine weitere Anordnung von Stapeln (13);

ein weiteres keramisches Distanzstück (11) mit einem darin angeordneten vorbestimmten Muster von Aperturen (19) zur Aufnahme der genannten weiteren Stapel (13);

mindestens eine weitere elastische leitende Folie (12) mit Vertiefungen (12a), die zumindest mit einigen der genannten Aperturen (19) des genannten weiteren keramischen Distanzstücks (11) übereinstimmend angeordnet sind; und

eine Vielzahl von Halbleiterstapeln (13), die in den genannten Aperturen (19) des genannten weiteren keramischen Distanzstücks (11) angeordnet sind.

5. Eine Struktur nach Anspruch 4, weiter umfassend eine weitere gemeinsame Leiterplatte (14), mit einer Fläche, die im wesentlichen von gleicher Ausdehnung ist wie zumindest ein Teil der genannten weiteren Anordnung von Stapeln (13).

6. Eine Struktur nach Anspruch 5, weiter umfassend mindestens eine elektrische Verbindung entweder zwischen der genannten elastischen leitenden Folie (12), der genannten weiteren elastischen leitenden Folie (12), der genannten gemeinsamen Leiterplatte (14) oder der genannten weiteren gemeinsamen Leiterplatte (14).

7. Eine Struktur nach Anspruch 6, bei der mindestens einer der genannten Halbleiterstapel (13) mindestens eine Lötpastille (20a, 20b) enthält, um eine Verbindung zwischen dem genannten Halbleiterstapel (13) und entweder der genannten gemeinsamen Grundplatte (14) oder der genannten elastischen leitenden Folie (12) herzustellen.