DE69633775T2 - Halbleiterbauteil, Verbindungsmethode und Halbleiterbauteil-Verbinder - Google Patents
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-
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Verbinden von Halb leitervorrichtungen und einer Verbinderanordnung für Halbleitervorrichtungen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Methode zum Packen von Halbleitervorrichtungen in hoher Dichte.
- Durch die Entwicklung von Halbleitervorrichtungen kam es zu sehr starken Zunahmen in der Anzahl von Anschlüssen (oder Stiften) zum äußeren Anschließen. Entsprechend dieser Tendenz gibt es heute Mehrklemmen-Halbleitervorrichtungen der Arten, die als QFP (Quad Flat Package) oder BGA (Ball Grid Array) bekannt sind.
- Wie in
1 gezeigt ist, weist eine Packung201 in der QFP ein darin eingeschlossenes Halbleiterelement202 und zahlreiche Leitungsanschlüsse203 auf, die von allen Seiten der Packung201 zwecks Verbindung mit einem Außenanschluß ausgehen. Die QFP ist auf einer Trägerplatte204 angebracht, wobei die Leitungsanschlüsse203 an Verdrahtungsbilder205 angelötet sind. - Wie in
2 gezeigt ist, weist eine Packung211 in der BGA ein darin eingeschlossenes Halbleiterelement212 und zahlreiche Lotkügelchen213 auf, die zweidimensional auf einer Rückseitenfläche der Packung211 zwecks Verbindung mit einem Außenanschluß angeordnet sind. Die BGA ist auf einer Trägerplatte214 angebracht, wobei die Lotkügelchen213 an Verdrahtungsbilder215 aufschmelzgelötet sind. - Jedoch weisen sowohl QFP als auch BGA, da jede Packung in horizontaler Anordnung auf der Oberfläche einer Trägerplatte angebracht ist, den Nachteil auf, daß jede Halbleitervorrichtung einen großen Bereich der Platte einnimmt. Ferner sind aus dem gleichen Grund lange Verdrahtungen zwischen benachbarten Halbleitervorrichtungen erforderlich. Oft werden Busleitungen zum Verbinden entsprechender Anschlüsse der Halbleitervorrichtungen miteinander verwendet. In einem solchen Fall ist eine große Anzahl von Drähten erforderlich, die länger als eine Seite jeder Packung sind. Lange Verdrahtungen führen zu deutlichen Einflüssen von Streukapazität und parasitärer Induktivität, die eine Verarbeitung mit hoher Geschwindigkeit behindern.
- In EP-A-0 284 820 wird ein Bondmittelstück zum Verbinden zweier einander gegenüberliegender Leiterplatten offenbart. Das Bondmittelstück weist leitfähige Verbindungselemente auf, die durch die Vorder- und die Hinterseite einer plattenartigen Basis verlaufen.
- In
US 5,382,829 wird eine Halbleitervorrichtung beschrieben, die ein isolierendes Filmsubstrat mit einer Oberfläche, einen auf der Oberfläche angeordneten Hochfrequenz-Halbleiterchip und auf der Oberfläche angeordnete und mit dem Halbleiterchip verbundene Schaltungselemente aufweist. Der Halbleiterchip ist auf ein Filmsubstrat gebondet, das gebogen wird, bevor der Halbleiterchip mit Abstandshaltermaterial abgedeckt wird. - Der Erfindung liegt die Hauptaufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verbinden von Halbleitervorrichtungen zu schaffen, die sich zum Packen mit hoher Dichte und zum Verkürzen von Verdrahtungen zwischen den Halbleitervorrichtungen eignen.
- Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Verbinder zum Verbinden solcher Halbleitervorrichtungen zu schaffen.
- Die obige Hauptaufgabe wird gemäß Anspruch 1 und 2 erfüllt.
- Halbleitervorrichtungen, die gemäß der Erfindung verbunden sind, werden dreidimensional montiert, indem die Vorrichtungen derart angeordnet werden, daß sich Vorderseitenflächen oder Rückseitenflächen der Packungen, welche die freiliegenden Anschlüsse zwecks äußeren Verbindens bilden, in einander gegenüberliegender Anordnung befinden. Die freiliegenden Anschlüsse in der einander gegenüberliegenden Anordnung von benachbarten Halbleitervorrichtungen werden miteinander verbunden. Wenn mehrere Halbleitervorrichtungen auf einer Trägerplatte angebracht sind, entspricht ein Bereich der Platte, den diese Halbleitervorrichtungen einnehmen, einem Installationsbereich, in dem die dreidimensional montierten Halbleitervorrichtungen mit der Trägerplatte in Kontakt stehen. Dieser von den Halbleitervorrichtungen eingenommene Bereich ist viel kleiner als ein Bereich, den herkömmliche QFP- oder BGA-Vorrichtungen einnehmen, die in horizontaler Anordnung auf einer Trägerplatte angebracht sind. Ferner sind dort, wo die freiliegenden Anschlüsse benachbarter Halbleitervorrichtungen mit einem kleinen Zwischenraum dazwischen einander gegenüberliegen, nur kurze Verdrahtungen zu Verbinden der freiliegenden Anschlüsse miteinander erforderlich. Dadurch wird der Vorteil geschaffen, daß Streukapazität und parasitäre Induktivität, die eine Verarbeitung mit hoher Geschwindigkeit behindern, vermindert werden.
- Vorzugsweise umfaßt die Packung Packungsbasen, welche jeweils die einander gegenüberliegenden Seiten derselben bilden, wobei die freiliegenden Anschlüsse zum äußeren Verbinden an Außenseiten der Packungsbasen ausgebildet sind, wobei das Halbleiterelement auf eine Innenseite von mindestens einer der Packungsbasen chipgebondet ist. Durch diese Konstruktion wird die Herstellung der Halbleitervorrichtungen erleichtert, die jeweils auf den einander gegenüberliegenden Seiten der Packung angeordnete freiliegende Anschlüsse aufweisen.
- In den Zwischenraum zwischen den Packungsbasen kann ein abdichtendes synthetisches Harz eingefüllt werden, um die Sicherheit der Halbleitervorrichtung zu gewährleisten.
- Vorzugsweise sind die Packungsbasen durch eine flexible Leiterplatte, die mehrere Verdrahtungsbilder bildet, elektrisch miteinander verbunden, wobei die Verdrahtungsbilder an ersten Enden derselben mit inneren Anschlüssen, die auf einer Innenseite von der einen der Packungsbasen ausgebildet sind, und an zweiten Enden derselben mit inneren Anschlüssen verbunden sind, die auf einer Innenseite von der anderen der Packungsbasen ausgebildet sind. Durch diese Konstruktion wird die elektrische Verbindung zwischen den beiden Packungsbasen erleichtert.
- Mit der Erfindung wird ein Verfahren zum elektrischen Verbinden einer Mehrzahl von Halbleitervorrichtungen gemäß Anspruch 1 geschaffen.
- Mit dem Verfahren zum Verbinden von Halbleitervorrichtungen gemäß der Erfindung werden die Halbleitervorrichtungen einander gegenüberliegend und in festen Abständen angeordnet, wobei die leitfähigen Verbindungselemente zwischen einem benachbarten Paar der Halbleitervorrichtungen angeordnet sind, um die freiliegenden Anschlüsse einer Halbleitervorrichtung und die freiliegenden Anschlüsse einer anderen Halbleitervorrichtung miteinander zu verbinden. Die auf diese Weise montierten Halbleitervorrichtungen nehmen nur einen sehr kleinen Bereich einer Trägerplatte ein. Dort, wo ein benachbartes Paar von Halbleitervorrichtungen eng aneinander angeordnet ist, können die leitfähigen Verbindungselemente eine minimale Länge zum Verbinden der freiliegenden Anschlüsse der beiden Halbleitervorrichtungen miteinander aufweisen.
- Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung bilden die leitfähigen Verbindungselemente Verbindungsstifte mit einander gegenüberliegenden Enden derselben, um die einander gegenüberliegenden freiliegenden Anschlüsse elastisch in Kontakt zu bringen.
- In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine Verbinderanordnung gemäß Anspruch 2 bereitgestellt.
- Gemäß der Erfindung ist jeder Verbinder zwischen einem benachbarten Paar von Halbleitervorrichtungen geschaltet. Die Grundplatte weist leitfähige Verbindungselemente in der gleichen Anordnung auf wie die freiliegenden Anschlüsse der Halbleitervorrichtungen auf. Die leitfähigen Verbindungselemente verlaufen durch die Grundplatte, um von den einander gegenüberliegenden Seiten derselben vorzustehen. Die freiliegenden Anschlüsse eines benachbarten Paars von Halbleitervorrichtungen sind durch die leitfähigen Verbindungselemente des Verbinders elektrisch miteinander verbunden.
- Die Halbleitervorrichtungen können durch Dazwischenschalten des Verbinders gemäß der Erfindung dazwischen in hoher Dichte montiert werden. Die leitfähigen Verbindungselemente zum elektrischen Verbinden der freiliegenden Anschlüsse von benachbarten Halbleitervorrichtungen können eine minimale Länge aufweisen, um die Einflüsse von Streukapazität und parasitärer Induktivität der Verdrahtungen (Verbindungselemente), die eine Verarbeitung mit hoher Geschwindigkeit behindern, zu minimieren.
- Vorzugsweise umfaßt die Grundplatte eine Positionierkonstruktion zum Positionieren der Halbleitervorrichtungen derart, daß die freiliegenden Anschlüsse registergleich mit den leitfähigen Verbindungselementen sind. Durch diese Konstruktion wird eine Positionseinstellung zwischen den freiliegenden Anschlüssen der Halbleitervorrichtungen und den leitfähigen Verbindungselementen des Verbinders erleichtert.
- Vorzugsweise umfaßt die Grundplatte äußere Verbindungsanschlüsse, die auf mindestens einer Seite derselben angeordnet sind. Wenn die Halbleitervorrichtungen mit Hilfe der Verbinderanordnung auf einer Trägerplatte angebracht werden, können die äußeren Verbindungsanschlüsse verwendet werden, um die Verbindung mit den Verdrahtungsbildern auf der Trägerplatte zu erleichtern.
- Die leitfähigen Verbindungselemente sind axial elastische Verbindungsstifte mit einander gegenüberliegenden Enden derselben, um die freiliegenden Anschlüsse der einander gegenüberliegenden Halbleitervorrichtungen elastisch in Kontakt zu bringen. Gemäß dieser Konstruktion stehen Verbinder und Halbleitervorrichtungen nur in elastischem Kontakt miteinander. Eine Halbleitervorrichtung, die nach dem Anbringen auf einer Trägerplatte nicht funktioniert, läßt sich leicht ersetzen.
- Vorzugsweise umfaßt die Verbinderanordnung ferner eine Kopplungskonstruktion zum starren Koppeln der in einer Dickenrichtung derselben angeordneten Grundplatten, wobei die Halbleitervorrichtungen dazwischen geschaltet sind. Durch diese Kopplungskonstruktion wird der elastische Kontakt zwischen den elastischen Verbindungsstiften und den freiliegenden Anschlüssen der Halbleitervorrichtungen sichergestellt. Eine Halbleitervorrichtung läßt sich leicht durch Lösen der Kopplungskonstruktion ersetzen.
- Jeder der elastischen Verbindungsstifte umfaßt ein leitfähiges Rohr, das sich an einander gegenüberliegenden Enden desselben öffnet, ein Paar von leitfähigen Kontakten, die in einander gegenüberliegenden Endbereichen des Rohres angeordnet sind, um in Längsrichtung desselben bewegbar zu sein, wobei die Kontakte in dem Rohr gehalten werden und nur Spitzenenden der Kontakte aus den jeweils einander gegenüberliegenden Enden vorstehen können, und ein in dem Rohr angebrachtes Vorspannelement zum Vorspannen der Kontakte in Richtungen, um die Spitzenenden aus den einander gegenüberliegenden Enden vorstehen zu lassen.
- Die leitfähigen Verbindungselemente können Verbindungsstifte in Form von Metallstäben sein, deren einander gegenüberliegende Enden durch ein Verbindungsmaterial mit den freiliegenden Anschlüssen der einander gegenüberliegenden Halbleitervorrichtungen verbunden sind. Ein solcher Verbinder weist eine vereinfachte Konstruktion auf und stellt dennoch die elektrische Verbindung zwischen Halbleitervorrichtung und Verbinder sicher.
- Vorzugsweise sind an den Verbindungsstiften in Form von Metallstäben an den einander gegenüberliegenden Enden derselben Lotkügelchen ausgebildet. Diese Lotkügelchen können leicht durch Galvanisieren ausgebildet werden. Dabei besteht eine kleinere Gefahr, daß nachteilig auf die Halbleitervorrichtungen eingewirkt wird, als dort, wo Lotkügelchen durch Galvanisieren an den freiliegenden Anschlüssen der Halbleitervorrichtungen ausgebildet werden.
- Die leitfähigen Verbindungselemente können Durchgangslochgalvanisierungen sein, die durch Eingalvaniseren eines Metalls in Bohrungen der Grundplatte ausgebildet werden. In diesem Fall sind die Enden der einander gegenüberliegenden Durchgangslochgalvanisierungen durch ein Verbindungsmaterial mit den freiliegenden Anschlüssen der einander gegenüberliegenden Halbleitervorrichtungen verbunden.
- In der folgenden Beschreibung sind nur "Ausführungsformen", die sich auf Verbinder beziehen, tatsächliche Ausführungsformen der Erfindung.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Zum Zwecke der Darstellung der Erfindung sind in den Zeichnungen mehrere Formen dargestellt, die zur Zeit bevorzugt werden, wobei es sich jedoch versteht, daß die Erfindung nicht auf die genauen Anordnungen und Geräteausstattungen, die gezeigt sind, beschränkt ist.
-
1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für herkömmliche Halbleitervorrichtungen zeigt; -
2 ist eine perspektivische Ansicht, die ein anderes Beispiel für herkömmliche Halbleitervorrichtungen zeigt; -
3 ist eine perspektivische Ansicht, die ein äußeres Erscheinungsbild einer die Erfindung verkörpernden Halbleitervorrichtung zeigt; -
4 ist eine Schnittansicht der die Erfindung verkörpernden Halbleitervorrichtung; -
5 ist eine perspektivische Ansicht von mit der Halbleitervorrichtung verwendeten Packungsbasen; -
6 ist eine Draufsicht, die ein an einer der Packungsbasen befestigtes Halbleiterelement zeigt; -
7 ist eine Draufsicht, die an beiden der Packungsbasen befestigte Halbleiterelemente zeigt; -
8 ist eine Draufsicht auf die drahtgebondeten Halbleiterelemente; -
9 ist eine Draufsicht auf die mit einem Harz vergossenen Halbleiterelemente; -
10A und10B sind Schnittansichten, die einen Vorgang des Einfüllens des Harzes in einen Zwischenraum zwischen den Packungsbasen zeigen; -
11 ist eine perspektivische Ansicht eines in dem Harzeinfüllvorgang verwendeten Rahmens; -
12 ist eine perspektivische Ansicht von die Erfindung verkörpernden Verbindern; -
13 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Weise zeigt, in der Halbleitervorrichtungen mit den Verbindern zusammengefügt werden; -
14 ist eine fragmentarische Schnittansicht, die eine Verbinderkopplungskonstruktion zeigt; -
15 ist eine fragmentarische Schnittansicht der Verbinder in gekoppeltem Zustand; -
16 ist eine teilweise im Schnitt ausgeführte Vorderansicht der mit Hilfe der Verbinder auf einer Trägerplatte angebrachten Halbleitervorrichtungen; -
17 ist eine Vorderansicht eines Verbindungsstiftes; -
18 ist eine Schnittansicht des in17 gezeigten Verbindungsstiftes; -
19 ist eine Schnittansicht, die eine Konstruktion zum Anbringen eines Verbindungsstiftes zeigt; -
20A bis20C sind Schnittansichten, die verschiedene Formen eines Endes eines Verbindungsstiftes zeigen; -
21 ist eine Schnittansicht eines Verbindungsstiftes eines Endverbinders; -
22 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Verbindung zwischen einem Verbindungsstift und einem äußeren Verbindungsanschluß zeigt; -
23 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Verbindung zwischen einem Verbindungsstift eines Endverbinders und einem äußeren Verbindungsanschluß zeigt; -
24 ist eine fragmentarische Schnittansicht, die eine modifizierte Verbinderkopplungskonstruktion zeigt; -
25 ist eine fragmentarische Schnittansicht der Verbinder gemäß24 in gekoppeltem Zustand; -
26 ist eine Schnittansicht eines anderen Beispiels für Verbindungsstifte; -
27 ist eine Schnittansicht, die eine modifizierte Konstruktion zum Anbringen eines Verbindungsstiftes zeigt; -
28 ist eine Schnittansicht eines modifizierten Verbinders; -
29 ist eine Schnittansicht des Verbinders gemäß28 , der mit Halbleitervorrichtungen verbunden ist; -
30 ist eine Schnittansicht eines weiteren modifizierten Verbinders; und -
31 ist eine Schnittansicht des Verbinders gemäß30 , der mit Halbleitervorrichtungen verbunden ist. - AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Im folgenden werden Halbleitervorrichtungen, ein Verfahren zum Verbinden der Halbleitervorrichtungen und Verbinder für Halbleitervorrichtungen bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ausführlich an Hand der Zeichnungen beschrieben.
- Zuerst wird eine Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung beschrieben.
-
3 ist eine perspektivische Ansicht, die ein äußeres Erscheinungsbild einer die Erfindung verkörpernden Halbleitervorrichtung zeigt. -
4 ist eine Schnittansicht der in3 gezeigten Halbleitervorrichtung. - In
3 und4 weist eine Halbleitervorrichtung10 gemäß der Erfindung eine rechteckige Packung11 auf Die Packung11 ist auf einer Seite etwa 10 bis 50 mm lang und etwa 2 bis 8 mm dick. Die Packung11 ist nicht auf die rechteckige Form beschränkt, sondern kann beispielsweise auch scheibenförmig sein. Die Packung11 umschließt mindestens ein Halbleiterelement. Bei dieser Ausführungsform sind zwei Halbleiterelemente12a und12b darin eingeschlossen. Die Packung11 enthält eine Mehrzahl von freiliegenden Anschlüssen13 zwecks Verbindung mit einem äußeren Anschluß, der zweidimensional auf einer Vorderseitenfläche11a und einer Rückseitenfläche11b derselben angeordnet ist. Die freiliegenden Anschlüsse13 sind etwa 0,3 bis 1,2 mm im Durchmesser und sind in Abständen von etwa 0,5 bis 1,5 mm angeordnet. Die Halbleiterelemente12a und12b und die freiliegenden Anschlüsse13 auf einander gegenüberliegenden Seiten11a und11b der Packung11 sind durch innere Verdrahtungen, beispielsweise feinen Metalleitungen14 und mehrschichtigen Verdrahtungsbildern15 , miteinander verbunden. - Die Halbleitervorrichtung
10 bei dieser Ausführungsform umfaßt Packungsbasen16a und16b , welche die einander gegenüberliegenden Flächen11a und11b der Packung11 bilden. Die Packungsbasen16a und16b sind aus Keramik, einem Epoxidharz oder dergleichen ausgebildet. Die freiliegenden Anschlüsse13 sind auf Außenseiten der Packungsbasen16a und16b (d. h. auf den einander gegenüberliegenden Flächen11a und11b der Packung11 ) ausgebildet. Die Halbleiterelemente12a und12b sind mit einem leitfähigen Epoxidharz oder dergleichen jeweils an die Innenseiten der Packungsbasen16a und16b chipgebondet. Die Packungsbasen16a und16b sind in der Packung11 durch eine flexible Leiterplatte17 miteinander geschaltet. Ein Zwischenraum zwischen den Packungsbasen16a und16b ist beispielsweise mit einem isolierenden Epoxidharz18 gefüllt. - Als nächstes wird ein Vorgang zur Herstellung der in
3 und4 gezeigten Halbleitervorrichtung10 beschrieben. - Wie in
5 gezeigt ist, werden Packungsbasen16a und16b hergestellt, die Durchgangslöcher und mehrschichtige Verdrahtungen bilden. Die freiliegenden Anschlüsse13 sind bereits auf den Außenseiten (Rückseitenflächen in5 ) der Packungsbasen16a und16b ausgebildet. Die Packungsbasen16a und16b bilden jeweils Chipkontaktstellen19 in der Mitte der Innenseiten derselben zum Chipbonden der Halbleiterelemente12a und12b . Um jede Chipkontaktstelle19 herum sind Enden einer Mehrzahl von Verdrahtungsbildern15 angeordnet. Die anderen Enden der Verdrahtungsbilder15 sind durch die mehrschichtigen Verdrahtungen und die in den Packungsbasen16a und16b ausgebildeten Durchgangslöcher mit den freiliegenden Anschlüssen13 verbunden. Ein Teil der anderen Enden ist mit inneren Verbindungsanschlüssen20 verbunden, die auf der Innenseite angrenzend an eine Seite jeder Packungsbasis16a oder16b ausgebildet sind. Die Verdrahtungbilder17a bildende flexible Leiterplatte17 erstreckt sich zwischen den inneren Verbindungsanschlüssen20 der beiden Packungsbasen16a und16b . - Die Packungsbasis
16b enthält Stifte21 , die an den vier Ecken der Innenseite derselben aufgerichtet sind. Jeder Stift21 weist an einem freien Ende desselben einen Vorsprung21a auf. Dagegen bildet die Packungsbasis16a Löcher22 an den vier Ecken der Innenseite zum engen Zusammenpassen mit den Vorsprüngen21a . - Anschließend wird in der in
6 gezeigten Weise das Halbleiterelement12 mit einem leitfähigen Epoxidharz auf die Chipkontaktstelle19 der Packungsbasis16b chipgebondet. Weiterhin ist in der in7 gezeigten Weise das Halbleiterelement12 ebenfalls auf die Chipkontaktstelle19 der Packungsbasis16b chipgebondet. - Als nächstes werden in der in
8 gezeigten Weise feine Metalleitungen14 zum Drahtbonden zwischen den Enden der Verdrahtungsmuster15 und den Bondinseln des Halbleiterelementes12 auf der Packungsbasis16b ausgebildet. Das Halbleiterelement12 auf der Packungsbasis16b ist in ähnlicher Weise chipgebondet. Danach werden in der in9 gezeigten Weise durch Vergießen eines isolierenden Epoxidharzes oder dergleichen auf den Halbleiterelementen12a und12b und den feinen Metalleitungen14 Schutzfilme23 ausgebildet. - Nach dem Ausbilden der Schutzfilme
23 werden in der in10A gezeigten Weise die beiden Packungsbasen16a und16b derart zusammengefügt, daß sie sich parallel zueinander und durch die Stifte21 in vertikalem Abstand gehalten erstrecken, wobei die Löcher22 an den vier Ecken der Packungsbasis16b auf die Vorsprünge21a der Stifte21 auf der Packungsbasen16a gepaßt werden. Die Anordnung wird zwecks Verwendung beim Einspritzen des Harzes in einen quadratischen Rahmen24 eingelegt. Der Rahmen24 ist in der in11 gezeigten Weise vertikal offen und weist eine Tragschulter24a auf, die um eine untere Innenseite desselben herum ausgebildet ist. Eine Seite des Rahmens24 ist perforiert, um einen Harzeinlaß24b zu bilden. Die beiden Packungsbasen16a und16b werden in den Rahmen24 eingelegt, wobei die Packungsbasis16b an den Umfängen derselben von der Tragschulter24a abgestützt wird. Der Raum zwischen den Packungsbasen16a und16b wird in der in10b gezeigten Weise mit dem durch den Harzeinlaß24b eingebrachten isolierenden Epoxidharz18 gefüllt. Zuletzt wird die Packung11 aus dem Rahmen24 genommen, um die in3 gezeigte Halbleitervorrichtung10 zu erhalten. - Als nächstes werden das Verfahren zum elektrischen Verbinden von Halbleitervorrichtungen nach der Darstellung in
3 und die darin verwendeten Verbinder beschrieben. -
12 ist eine perspektivische Ansicht der die Erfindung verkörpernden Verbinder.13 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, welche die Verwendung der Verbinder zeigt.14 und15 sind fragmentarische Schnittansichten, die eine Verbinderkopplungskonstruktion zeigen.16 ist eine teilweise im Schnitt ausgeführte Vorderansicht der auf einer Trägerplatte angebrachten Halbleitervorrichtungen. - Wie in
12 gezeigt ist, umfaßt jeder Verbinder30 eine rechteckige Grundplatte31 und eine Mehrzahl von Verbindungsstiften32 , die sich durch die Grundplatte31 erstrecken, um von einander gegenüberliegenden Seiten derselben vorzustehen. Die Grundplatte31 ist aus einem isolierenden synthetischen Harz ausgebildet. Von Gesichtspunkt der verstärkten Wärmestrahlung des Verbinders30 kann die Grundplatte31 aus Aluminium ausgebildet und mit einem isolierenden Film bedeckt sein. Die Verbindungsstifte32 sind axial von dieser elastisch. Einzelheiten zu den Verbindungsstiften32 werden später beschrieben. Die Verbindungsstifte32 sind zweidimensional mit den Abständen angeordnet, die denjenigen der freiliegenden Anschlüsse13 der Halbleitervorrichtung10 entsprechen. Wenn die Halbleitervorrichtung10 zwischen zwei Verbindern30 eingefügt wird, drücken die Verbindungsstifte32 der jeweiligen Verbinder30 auf die freiliegenden Anschlüsse13 auf den einander gegenüberliegenden Seiten der Halbleitervorrichtung10 . Diese Verbindungsstifte32 entsprechen den leitfähigen Verbindungselementen gemäß der Erfindung. - Wie in
13 gezeigt ist, können diese Verbinder30 zwischen eine Mehrzahl von Halbleitervorrichtungen10 geschaltet sein, um eine Packung hoher Dichte von Halbleitervorrichtungen10 (in13 vier Vorrichtungen) zu schaffen. Die Verbindungsstifte32 stehen von den einander gegenüberliegenden Seiten von jedem in13 gezeigten drei Zwischenverbinder30 vor, da jeder von Halbleitervorrichtungen10 flankiert ist. Dagegen weist jeder Endverbinder33 Verbindungsstifte32 auf, die nur von einer Innenseite derselben vorstehen, da nur die Innenseite einer der Halbleitervorrichtungen10 gegenüberliegt. Natürlich können die Verbinder30 mit den von den einander gegenüberliegenden Seiten derselben vorstehenden Verbindungsstifte32 auch an den Enden verwendet werden. - Von einer Unterseite der Grundplatte
31 jedes Verbinders30 oder33 steht eine Mehrzahl von Anschlüssen35 zum äußeren Verbinden vor. Diese Anschlüsse35 sind elektrisch mit Verdrahtungsbildern verbunden, die auf einer Trägerplatte ausgebildet sind, wenn eine Mehrzahl von Halbleitervorrichtungen10 mit Hilfe der Verbinder30 und33 auf der Trägerplatte angebracht ist. Die Anschlüsse35 sind elektrisch mit geeigneten Verbindungsstiften32 verbunden. Eine spezielle Konstruktion der Anschlüsse35 wird später beschrieben. - Die Grundplatte
31 jedes Verbinders30 weist eine Positionierungskonstruktion auf, um die Halbleitervorrichtungen10 derart zu positionieren, daß die freiliegenden Anschlüsse13 der Halbleitervorrichtungen10 mit den Verbindungsstiften32 des Verbinders30 registergleich sind. Insbesondere weist die Positionierungskonstruktion die Form von quadratischen Blöcken36 auf, die an den vier Ecken der Grundplatte31 ausgebildet sind, wobei in einer inneren Ecke jedes Blocks36 ein gestufter Ausschnitt37 ausgebildet ist. Die Ecken jeder Halbleitervorrichtung10 sind in die Ausschnitte37 eingepaßt, um die freiliegenden Anschlüsse13 mit den Verbindungsstiften32 registergleich einzusetzen. Ähnliche Ausschnitte37 sind auch in jedem Endverbinder33 ausgebildet. - Die Grundplatte
31 jedes Verbinders30 weist eine Kopplungskonstruktion auf, um eine Mehrzahl von Verbindern30 in der Richtung ihrer Dicke starr zu koppeln, wobei die Halbleitervorrichtungen10 dazwischen eingefügt sind. Insbesondere besitzt jeder der vier quadratischen Blöcke36 in der in14 gezeigten Weise einen Vorsprung38 , der an einer Seite desselben ausgebildet ist, und eine Ausnehmung39 , die an der gegenüberliegenden Seite ausgebildet ist, zum Aufnehmen des Vorsprungs38 eines benachbarten Verbinders30 . Durch den Vorsprung38 und die Ausnehmung39 erstreckt sich eine Bohrung40 . Ähnliche Vorsprünge38 , Ausnehmungen39 und Bohrungen40 sind auch an jedem Endverbinder33 ausgebildet. - Wie in
15 gezeigt ist, ist eine Mehrzahl von Verbindern30 und33 mit den dazwischen eingefügten Halbleitervorrichtungen10 gekoppelt, indem die Vorsprünge38 eines Verbinders in die Ausnehmungen39 eines gegenüberliegenden von den Verbindern30 eingepaßt sind. Nachdem die Verbinder30 und33 in der in13 gezeigten Weise gekoppelt sind, werden Schrauben41 durch die vier Bohrungen40 jedes Verbinders30 und33 gesteckt, und darauf werden Muttern42 geschraubt, um die Verbinder30 und33 miteinander festzuziehen. Bei dem in13 gezeigten Beispiel sind vier Halbleitervorrichtungen10 verbunden. Die Anzahl der Halbleitervorrichtungen10 kann natürlich variiert werden. - Die Verbinder
30 und33 , die zwecks Bildung einer dreidimensionalen Einheit mit einer Mehrzahl von dazwischen eingefügten Halbleitervorrichtungen10 zusammengefügt sind, werden in der in16 gezeigten Weise auf einer Trägerplatte43 angebracht. Insbesondere sind die integrierten Verbinder30 und33 mit Hilfe von L-förmigen Metallteilen44 und Schrauben45 auf der Trägerplatte43 befestigt, wobei die äußeren Verbindungsanschlüsse35 an Verdrahtungsbilder auf der Trägerplatte43 angelötet sind. Natürlich ist diese Weise des Befestigens auf der Trägerplatte43 nicht einschränkend. Beispielsweise können die integrierten Verbinder30 und33 auf der Trägerplatte43 übereinander gestapelt werden. - Als nächstes werden die zweidimensional an jedem Verbinder
30 angeordneten Verbindungsstifte32 an Hand der17 bis20 beschrieben. - Wie in
17 und18 gezeigt ist, besitzt jeder Verbindungsstift32 ein leitfähiges Rohr46 , das sich an einander gegenüberliegenden Enden öffnet, und in dem Rohr46 angebrachte leitfähige Kontakte47 , um in Längsrichtung desselben bewegbar zu sein. Das Rohr46 enthält eine Spiralfeder48 zum Vorspannen der Kontakte47 nach außen. Unter der Vorspannkraft der Feder48 stehen distale Enden der jeweiligen Kontakte47 aus den Endöffnungen des Rohres46 vor. Die Kontakte47 weisen proximale Enden großen Durchmessers auf, damit die Kontakte47 nicht von dem Rohr46 fallen können. Diese Kontakte47 jedes Verbindungsstiftes32 sind durch das leitfähige Rohr46 und die Schraubenfeder48 elektrisch miteinander verbunden. - Das Rohr
46 jedes Verbindungsstiftes32 ist etwa 3 bis 5 mm lang und etwa 0,6 bis 0,7 mm im Außendurchmesser. Jeder Kontakt47 ist etwa 0,2 bis 0,3 mm im Durchmesser. Die Länge des distalen Endes jedes aus der Öffnung des Rohres46 vorstehenden Kontakts47 , d. h. ein Bewegungs-(oder Hubbereich) jedes Kontaktes47 , beträgt etwa 0,6 bis 0,8 mm. Innerhalb dieses verhältnismäßig großen Bewegungsbereichs können die Kontakte47 sicher in Kontakt mit den an den Halbleitervorrichtungen10 ausgebildeten freiliegenden Anschlüssen13 gepreßt werden, selbst wenn Veränderungen in der Höhe der freiliegenden Anschlüsse13 eintreten sollten. - Wie in
20A gezeigt ist, bildet jeder Kontakt47 eine mittig eingelassene Endfläche47a . Diese Form ist so gewählt, um einen Druck des elastischen Kontakts zwischen der Endfläche47a des Kontaktes47 und einem der an der Halbleitervorrichtung10 gebildeten freiliegenden Anschlüsse13 zu erhöhen, um eine elektrische Verbindung dazwischen zu gewährleisten. Andere erwünschte Formen der Endfläche47a jedes Kontaktes47 sind kugelig, wie in20B gezeigt ist, und gezackt, wie in20C gezeigt ist. -
19 zeigt eine Konstruktion zum Anbringen jedes Verbindungsstiftes32 in der Grundplatte31 des Verbinders30 . - Wie in
19 zu sehen ist, wird die Grundplatte31 von zwei miteinander verbundenen Plattenelementen31a und31b gebildet. Vor dem Verbinden der Plattenelemente31a und31b werden Bohrungen darin zum Aufnehmen der Verbindungsstifte32 ausgebildet. Die Bohrungen sind an Öffnungen derselben in einander gegenüberliegenden, einander entsprechenden Flächen der beiden Plattenelemente31a und31b etwas vergrößert, um gestufte Konstruktionen zum Zusammenpassen mit einem Flansch46a zu bilden, der an dem Rohr46 jedes Verbindungsstiftes32 ausgebildet ist. Ein Ende jedes Verbindungsstiftes32 ist in eine der Bohrungen eines Plattenelementes31a eingeführt, und dann wird das andere Plattenelement31b darauf gesetzt, wobei das andere Ende des Verbindungsstiftes32 in eine der Bohrungen desselben ragt. Auf die einander entsprechenden Flächen der Plattenelemente31a und31b wird ein geeigneter Klebstoff aufgetragen, um die integrierte Grundplatte31 zu erhalten, wobei die Verbindungsstifte32 durch die Plattenelemente31a und31b an Ort und Stelle befestigt werden. -
21 zeigt einen Verbindungsstift34 jedes Endverbinders33 . - Solche Verbindungsstifte
34 sind an nur einer Fläche jedes Endverbinders33 befestigt. Mithin weist jeder Verbindungsstift34 nur an einem Ende desselben ein mit Boden versehenes Rohr49 und einen axial darin bewegbar angebrachten Kontakt50 auf. Das Rohr49 enthält eine Schraubenfeder51 zum Vorspannen des Kontaktes50 , so daß ein distales Ende des Kontaktes50 aus der Öffnung des Rohres49 vorsteht So wie der in19 gezeigte Verbindungsstift32 ist auch der Verbindungsstift34 an der aus den beiden miteinander verbundenen Plattenelementen gebildeten Grundplatte31 gesichert. Im Falle jedes Endverbinders33 jedoch sind Bohrungen nur in dem inneren Plattenelement ausgebildet, um die Verbindungsstifte34 aufzunehmen. - An Hand von
22 und23 werden Verbindungskonstruktionen zwischen den Anschlüssen35 zum äußeren Verbinden und den Verbindungsstiften32 und34 beschrieben. - Bei dem Verbinder
30 werden in der in22 gezeigten Weise die Anschlüsse35 zum äußeren Verbinden beispielsweise durch Anschweißen vorher mit den Rohren46 der Verbindungsstifte33 verbunden, die eine unterste Aufreihung in der Grundplatte31 bilden sollen. Diese integrierten Verbindungsstifte32 und Anschlüsse35 werden auf der Grundplatte31 zusammengefügt. In ähnlicher Weise werden bei dem Endverbinder33 in der in23 gezeigten Weise die Anschlüsse35 zum äußeren Verbinden vorher mit den Rohren49 der Verbindungsstifte34 verbunden, die eine unterste Aufreihung in der Grundplatte31 bilden sollen. Diese integrierten Verbindungsstifte34 und Anschlüsse35 werden auf der Grundplatte31 zusammengefügt. - Die Verbindungskonstruktionen zwischen den Anschlüssen
35 zum äußeren Verbinden und den Verbindungsstiften32 und34 sind nicht auf das obige Beispiel beschränkt. Bei einem anderen Beispiel wird in die Bohrung von mindestens einem der in der an Hand von19 beschriebenen Weise die Grundplatte31 bildenden Plattenelemente31a und31b eine Durchgangslochgalvanisierung eingebracht. Auf der entsprechenden Fläche des Plattenelementes31a oder31b werden Leiterplattenbilder ausgebildet. Das eine Ende jedes Leiterplattenbildes ist mit der Durchgangslochgalvanisierung verbunden, wobei das andere Ende des Leiterplattenbildes zu dem Anschluß35 hin verläuft. Das andere Ende ist beispielsweise durch Anlöten mit einem der Anschlüsse35 verbunden. Mit dieser Konstruktion können die Verbindungsstifte32 und34 unabhängig von ihren Positionen in der zweidimensionalen Anordnung elektrisch mit den Anschlüssen35 zum äußeren Verbinden verbunden werden. - Durch Verwendung der obigen Verbinder
30 und33 beim Verbinden einer Mehrzahl von Halbleitervorrichtungen10 werden die freiliegenden Anschlüsse13 eines benachbarten Paars von Halbleitervorrichtungen10 durch die Verbindungsstifte32 oder34 miteinander verbunden. Diese Verbindungsstifte32 und34 sind äußerst kurz (etwa 4 bis 6 mm), um Streukapazität und parasitäre Induktivität zu minimieren. Eine Packung hoher Dichte wird leicht von einer Mehrzahl von Halbleitervorrichtungen10 realisiert, die einander gegenüberliegend angeordnet sind. Die Verbinder30 und33 sind trennbar, indem einfach die in13 und16 gezeigten Kopplungsschrauben41 entfernt werden. Mithin kann, wenn eine der Halbleitervorrichtungen10 ausfallen sollte, die schadhafte Vorrichtung10 ersetzt und leicht neu gepackt werden. - Die Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt, sondern kann folgendermaßen modifiziert werden:
- (1) Bei der vorstehenden
Ausführungsform
werden Schrauben und Muttern zum Koppeln einer Mehrzahl von Verbindern
30 und33 miteinander verwendet. Statt dessen kann eine Kopplungskonstruktion verwendet werden, wie sie in24 gezeigt ist. Bei diesem Beispiel weist jeder Verbinder30 auf einer Seite jedes Eckblocks36 einen Vorsprung52 auf. Die andere Seite jedes Eckblocks36 bildet ein Loch53 , in dem eine Blattfeder54 in rohrartiger Form untergebracht ist. Wenn der Vorsprung52 eines Verbinders30 in der in25 gezeigten Weise in das Loch53 eines anderen Verbinders30 eingeführt wird, paßt eine Nut52a des Vorsprungs52 mit einer Rippe54a der Blattfeder54 zusammen, wodurch die beiden Verbinder30 gekoppelt werden. - (2) Bei der vorstehenden Ausführungsform weist jeder Verbindungsstift
32 ein Paar von Kontakten47 auf, die von einer Spiralfeder48 vorgespannt werden, die in dem Rohr46 angebracht ist. Statt dessen können die Kontakte47 in der in26 gezeigten Weise von einer Blattfeder55 vorgespannt werden. - (3) Wie in
27 gezeigt ist, können die Plattenelemente31a und31b der Grundplatte31 gestufte Öffnungen56 aufweisen, die in den einander entsprechenden Flächen derselben ausgebildet sind, um etwas länger als der Flansch46a des Verbindungsstiftes32 zu sein, wodurch der gesamte Verbindungsstift32 in Axialrichtung verschiebbar ist. Mit dieser Konstruktion sind die Verbindungsstifte32 , die mit den freiliegenden Anschlüssen13 der Halbleitervorrichtungen10 in Kontakt kommen, in Axialrichtung verschiebbar, um großen Veränderungen, wenn überhaupt, in der Höhe der freiliegenden Anschlüssen13 zu folgen, die den Hub der Kontakte47 übersteigen. Folglich berühren die freiliegenden Anschlüsse13 und die Verbindungsstifte32 einander mit erhöhter Sicherheit. - (4) Die vorstehende Ausführungsform
wurde als axial elastische Verbindungsstifte
32 und34 aufweisend beschrieben, die als leitfähige, zweidimensional auf der Grundplatte der Verbinder angeordnete Verbindungselemente wirken. Jedoch sind die leitfähigen Verbindungselemente nicht auf solche Stifte beschränkt.28 zeigt ein anderes Beispiel. Ein Verbinder60 in diesem Beispiel umfaßt eine Grundplatte61 mit einer zweidimensionalen Anordnung von Verbindungsstiften62 in Form von stabförmigen Metallelementen. Jeder Verbindungsstift62 weist Lotkügelchen63 auf, die an einander gegenüberliegenden Enden desselben ausgebildet sind. Die Lotkügelchen können leicht durch Galvanisieren ausgebildet werden, das nach Ausbildung eines isolierenden Films mit Ausnahme der einander gegenüberliegenden Enden auf einem Schaftabschnitt des Verbindungsstiftes62 erfolgt. Die anderen Ausgestaltungen als die der Verbindungsstifte62 sind die gleichen wie bei den weiter oben beschriebenen Verbindern30 und33 . Die Verbinder60 sind mit den Halbleitervorrichtungen10 durch ein als Aufschmelzlöten bekanntes Verfahren verbunden. Das heißt, wie in29 gezeigt ist, daß die Verbindungsstifte62 jedes in Kontakt mit den freiliegenden Anschlüssen13 der Halbleitervorrichtungen10 gebrachten Verbinders60 aufgeheizt werden, wodurch die Lotkügelchen63 geschmolzen werden, um die freiliegenden Anschlüsse13 und die Verbindungsstifte62 zu verbinden. Die Verbinder60 in diesem Beispiel weisen eine verhältnismäßig einfache Konstruktion auf und können kostengünstig hergestellt werden. Die mit Lot verbundenen freiliegenden Anschlüsse13 und die Verbindungsstifte62 weisen eine sichere elektrische Verbindung dazwischen auf. - (5)
30 zeigt ein weiteres Beispiel für leitfähige Verbindungselemente. Jeder Verbinder70 in diesem Beispiel umfaßt eine Grundplatte71 mit einer zweidimensionalen Anordnung von Durchgangslochgalvanisierungen72 . An jeder Durchgangslochgalvanisierung72 sind durch Galvanisieren Lötstellen73 ausgebildet. So wie der in28 gezeigte Verbinder60 ist auch dieser Verbinder70 durch ein Aufschmelzlötverfahren mit den Halbleitervorrichtungen10 verbunden.31 zeigt einen verbundenen Zustand. Die Verbinder70 in diesem Beispiel können ebenfalls kostengünstig hergestellt werden, und die freiliegenden Anschlüsse13 und die Verbindungsstifte62 sind mit Sicherheit elektrisch verbunden. - Die vorliegende Erfindung kann sich auch in anderen speziellen Formen verkörpern, ohne von den wesentlichen Attributen derselben abzuweichen, und demgemäß ist auf die beigefügten Ansprüche und nicht auf die vorstehende Beschreibung als Anzeige für den Umfang der Erfindung zu verweisen.
Claims (5)
- Verfahren zum elektrischen Verbinden einer Mehrzahl von Halbleitervorrichtungen (
10 ), jeweils mit mindestens einem in einer Packung (11 ) eingeschlossenen Halbleiterelement (12a ,12b ), einer zweidimensional auf jeder von einander gegenüberliegenden Seiten (11a ,11b ) der Packung angeordneten Mehrzahl von freiliegenden Anschlüssen (13 ) zum äußeren Anschließen, und einer inneren Verdrahtung (14 ,15 ) zum Verbinden des Halbleiterelementes und der freiliegenden Anschlüsse miteinander zum äußeren Verbinden auf den einander gegenüberliegenden Seiten der Packung, wobei das Verfahren folgendes umfaßt: das Anordnen der Halbleitervorrichtungen (10 ) mit festen Abständen zu den freiliegenden Anschlüssen einer Halbleitervorrichtung gegenüber den freiliegenden Anschlüssen einer anderen Halbleitervorrichtung; und das Zwischenschalten von leitfähigen Verbindungselementen in Form von Verbindungsstiften (32 ,34 ) mit einander gegenüberliegenden Enden, die elastisch mit den einander gegenüberliegenden freiliegenden Anschlüssen in Kontakt kommen, zwischen einem benachbarten Paar von Halbleitervorrichtungen, um die freiliegenden Anschlüsse einer Halbleitervorrichtung und die freiliegenden Anschlüsse einer anderen Halbleitervorrichtung miteinander zu verbinden und dadurch die Halbleitervorrichtungen elektrisch zu verbinden; wobei jeder der Verbindungsstifte folgendes umfaßt: ein leitfähiges Rohr, das sich an einander gegenüberliegenden Enden derselben öffnet; ein Paar von leitfähigen Kontakten (47 ), die in einander gegenüberliegenden Endbereichen des Rohres (46 ) angeordnet sind, um in Längsrichtung desselben bewegbar zu sein, wobei die Kontakte in dem Rohr gehalten werden und nur Spitzenenden der Kontakte aus den jeweils einander gegenüberliegenden Enden vorstehen können; und ein in dem Rohr angebrachtes Vorspannelement (48 ) zum Vorspannen der Kontakte in Richtungen, um die Spitzenenden aus den einander gegenüberliegenden Enden vorstehen zu lassen. - Verbinderanordnung zum elektrischen Verbinden einer Mehrzahl von Halbleitervorrichtungen (
10 ), mit jeweils mindestens einem in einer Packung (11 ) eingeschlossenen Halbleiterelement (12a ,12b ), einer Mehrzahl von freiliegenden Anschlüssen (13 ) zum äußeren Anschließen, die zweidimensional auf jeder von einander gegenüberliegenden Seiten der Packung angeordnet sind, und einer inneren Verdrahtung (14 ,15 ) zum Verbinden des Halbleiterelementes und der freiliegenden Anschlüsse miteinander zum äußeren Verbinden auf den einander gegenüberliegenden Seiten der Packung, wobei die Verbinderanordnung eine Mehrzahl von Verbindern umfaßt, die jeweils folgendes enthalten: eine Grundplatte (31 ); und leitfähige Verbindungselemente, die zweidimensional in einem entsprechenden Verhältnis zu den freiliegenden Anschlüssen auf der Grundplatte angeordnet sind, wobei die leitfähigen Verbindungselemente (32 ,34 ) durch die Grundplatte hindurch verlaufen und von einander gegenüberliegenden Seiten derselben vorstehen; wobei die leitfähigen Verbindungselemente axial elastische Verbindungsstifte mit einander gegenüberliegenden Enden sind, um elastisch mit den einander gegenüberliegenden freiliegenden Anschlüssen der Halbleitervorrichtungen in Kontakt zu kommen wobei jeder der Verbindungsstifte folgendes umfaßt: ein leitfähiges Rohr, das sich an einander gegenüberliegenden Enden derselben öffnet; ein Paar von leitfähigen Kontakten (47 ), die in einander gegenüberliegenden Endbereichen des Rohres (46 ) angeordnet sind, um in Längsrichtung desselben bewegbar zu sein, wobei die Kontakte in dem Rohr gehalten werden und nur Spitzenenden der Kontakte aus den jeweils einander gegenüberliegenden Enden vorstehen können; und ein in dem Rohr angebrachtes Vorspannelement (48 ) zum Vorspannen der Kontakte in Richtungen, um die Spitzenenden aus den einander gegenüberliegenden Enden vorstehen zu lassen. - Verbinderanordnung nach Anspruch 2, wobei die Grundplatte eine Positionierkonstruktion zum Positionieren der Halbleitervorrichtungen derart umfaßt, daß die freiliegenden Anschlüsse registergleich mit den leitfähigen Verbindungselementen sind.
- Verbinderanordnung nach Anspruch 2, wobei die Grundplatte äußere Verbindungsanschlüsse umfaßt, die auf mindestens einer Seite derselben angeordnet sind.
- Verbinderanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, weiterhin mit einer Kopplungskonstruktion zum starren Koppeln der in einer Dickenrichtung derselben angeordneten Grundplatten, wobei die Halbleitervorrichtungen dazwischen geschaltet sind.
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