DE2217647A1 - Verbindungsanordnung zum Anschließen einer integrierten Schaltung - Google Patents

Verbindungsanordnung zum Anschließen einer integrierten Schaltung

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DE2217647A1 DE19722217647 DE2217647A DE2217647A1 DE 2217647 A1 DE2217647 A1 DE 2217647A1 DE 19722217647 DE19722217647 DE 19722217647 DE 2217647 A DE2217647 A DE 2217647A DE 2217647 A1 DE2217647 A1 DE 2217647A1
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Description

7378^72/Kö/S
RCA 63,552
Convention Date:
April 26, 1971
RCA Corporation, New York, N.Y., V.St.A. Verbindungsanordnung zum Anschließen einer integrierten Schaltung
Dj.e Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zum Anschließen einer integrierten Schaltung in Form eines Halbleiterkörpers mit mehreren darauf angebrachten und freitragend davon vorstehenden Anschlußkontaktarmen an ein Anschlußstück mit mehreren beabstandeten Leitern, wobei die Verbindungsanordnung einen Körper, der mehrere divergierende Anschlußkontaktarme trägt, enthält .
Es gibt zahlreiche bekannte Methoden der Ausbildung von integrierten Schaltungsbausteinen, d.h. der Kapselung und des Schutzes solcher Schaltungsbausteine und der Herstellung elektrischer Verbindungen und Anschlüsse nach außen. Allgemein bekannte Verbindungsmethoden sind die der Verdrahtung (wire bonding), der Flipchip-Verbindung (flip chip bonding), der Kontaktarmverbindung (beam lead bonding), der Sternverbindung (spider bonding) usw., die jeweils im Zusammenhang mit Glas-, Keramik-, Kunststoff- und Metallkapselungen angewendet werden. Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer verbesserten Verbindungsanordnung für Schaltungsbausteine vom Kontaktarmtyp.
Ein Halbleiterschaltungsbaustein vom Kontaktarmtyp besteht aus einem Plättchen aus Halbleitermaterial, in dem aktive und passive- Schaltungselemente mit Anschlüssen in Form von verhältnis-
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mäßig massiven AnscKLußkontaktleiterarmen, die freitragend über die Ränder des Plättchens vorstehen, ausgebildet sind. Zum Anschließen derartiger Schaltungsbausteine dient allgemein eine Is£ lierunterlage aus z.B. Keramik mit einem aufgedruckten Leitermuster und mehreren an die gedruckten Leiter angeschlossenen äuߣ ren Zuleitungen, Die Anschlußkontaktarme des Plättchens sind mit den gedruckten Leitern verbunden, und die ganze Anordnung ist durch eine Metall- oder Keramikkappe oder durch Epoxyd- oder Silikonharz oder dergl. abgekapselt. '
Es ist zu erwarten, daß die Kompliziertheit von integrierten Schaltungsbausteinen und die Anzahl der Anschlüsse an die HaIbleiterschaltungsplättchen aufgrund der zahlreichen neuentdeckten Anwendungsmöglichkeiten derartiger Schaltungsbausteine sehr rasch zunehmen. Der Fortschritt wurde bisher jedoch dadurch gehemmt, daß der Abstand der Leiter, an welche die Anschlußkontaktarme anzuschließen sind, nicht so klein wie der Abstand zwischen den Anschlußkontaktarmen gemacht werden kann. Das gleiche Problem ergibt sich bei hybriden Anordnungen, wo mehr als ein Schaltungsbaustein mit Anschlußkontaktärmen an gedruckte Leiter auf einer einzigen Unterlage anzuschließen sind.
Eine bekannte Lösung dieses Problems besteht darin, daß ein Schaltungsbaustein mit Anschlußkontaktarmen oder ein anderweitiger Halbleiterschaltungsbaustein mit dicht beabstandeten Anschlußkontakten mittels einer Zwischenverbindungsanordnung in Form einer Isolierunterlage aus Keramik, Kunstharz oder dergl., auf der ein Leitermuster angebracht ist, an in einem größeren Abstand voneinander angeordnete Leiter angeschlossen wird. Dies ist jedoch verhältnismäßig unwirtschaftlich, weil Materialien zusätzlich zu den regulär verfügbaren Materialien benötigt werden und die vorhandene Fabrikationsausrüstung abgewandelt und ergänzt werden muß. Ferner können die verschiedenen Materialien, falls sie thermisch nicht verträglich sind, u.a. übermäßige Belastungen und Kontaktfehler oder Fehlkontakte hervorrufen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile dos Standes der Technik zu beheben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Verbindungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ihr Körper ebenfalls halüLeitend ist und daß die divergierenden Anschlußkontaktarme isoliert so darauf angebracht sind,-daß ihre weiter beabstandeten Enden freitragend von diesem Körper vorstehen, wobei die" divergierenden Anschlußkontaktarme mit ihren äußeren Enden an die beabstandeten Leiter des Anschlußstückes und mit ihren inneren Enden an die entsprechend dichter beabstandeten. äuß<5 ren Enden der Anschlußkontaktarme der integrierten Schaltung anschließbar sind. Vorzugsweise erfolgt die Anbringung der Anschlußkontaktarme auf dem Körper nach einem photolithographischen Verfahren.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine teilweise weggebrochene perspektivische Darstellung eines Schaltungsbausteins mit erfindungsgemäßer Verbindungsanordnung;
Figur 2 eine Draufsicht eines Teils des Schaltungsbausteins nach Figur Ij
Figur 3 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie 3-3 in Figur 2;
Figur 4 bis 10 eine Reihe von Darstellungen, und zwar Figur bis 6 und 8 bis 10 im Querschnitt und Figur 7 in Draufsicht, die das Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung veranschaulichen; und
Figur 11 eine perspektivische Darstellung eines Schaltungsbausteins mit Verbindungsanordnung gemäß einer anderen Ausführungs form der Erfindung.
In Figur 1 und 2 ist ein integrierter Schaltungsbaustein 10 mit erfindungsgemäßer Verbindungsanordnung gezeigt. Bei dieser Ausführungsform enthält der Schaltungsbaustein 10 ein Anschlußstück 11 in Form einer Unterlage 12 aus Glas, Keramik oder dergl., auf deren Oberfläche Ii, ein Muster aus metallischen Leitern 16 angebracht ist. Die Leiter IO können in üblicher V/eise durch Aufbrin-
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gen von Leitermaterial durch eine Maske im gewünschten Muster, beispielsweise nach dem Seidensiebdruckverfahren, hergestellt sein.
An den Leitern 16 sind, beispielsweise durch Hartlöten, mehre re äußere Zuleitungen 18 befestigt. Die Zuleitungen 18 dienen zum Verbinden des Schaltungsbausteins 10 mit einer äußeren Schaltungsanordnung, beispielsweise mit Leitern auf einer gedruckten Schaltungsplatte oder dergl.
Die Verbindungsanordnung 20 weist, wie aus Figur 1, 2 und 3 zu ersehen, eine Anzahl von freitragend auf einer Oberfläche 21 gehalterten Anschlußkontaktarmen oder -fingern 22 auf. Im vorliegenden Fallhandelt es sich bei der Oberfläche 21 um die Oberfläche eines Isolierbelages 23 aus einem Körperaus Halbleitermaterial 24· Die distalen (freitragenden, d.h. vom Halterungsende entfernten) Enden der Anschlußkontaktarme 22 sind mit den Leitern 16 auf der Unterlage 12 verbindbar. Der Schaltungsbaustein kann durch ein Keramikkappenteil 25 (Figur 1) mit einer Ausnehmung 2 6 für die zentralen Elemente des Schaltungsbausteins abgeschlossen oder gekapselt sein.
Wie in Figur 3 gezeigt, sind am Umfang eines Halbleiterschaltungsplättchens 27 eine Anzahl von Anschlußkontaktarmen oder -fingern 28 vorgesehen, deren distale Enden mit den proximalen (gehalterten) Enden der Anschlußkontaktarme 22 verbunden sind. Das Halbleiterschaltungsplättchen 27 ist in üblicher Weise ausgebildet und kann nach einem beliebigen bekannten Anschlußkontaktarmverfahren hergestellt sein. Im gezeigten zusammengebauten Zustand befindet sich das Halbleiterschaltungsplättchen 27 unterhalb der Verbindungsanordnung 20 in einer Ausnehmung 29 der Unterlage 12. Die Ausnehmung 2Q nimmt einen vorbestimmten Flächenbereich in der Ebene der Oberfläche 14 ein, und die Leiter 16 enden am Rand der Ausnehmung. Die Verbindungsanordnung 20 ist in ihren Abmessungen so groß bemessen, daß die Anschlußkontaktarme 2 2 die Leiter 16 kontaktieren können.
Der Mitte-Mitte-Abstand der Anschlußkontaktarme 28 auf dem Schaltungsplättchen 27 ist kleiner als der Abstand "D" (Figur 2),
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der zwischen den Leitern 16 herstellbar ist. Der Abstand zwischen den Anschlußkontaktarmen 28 ist der gleiche wie der Abstand der inneren oder proximalen Enden der Anschlußkontaktarme 22, wie in Figur 7 bei "d" angedeutet. Die Anschlußkontaktarme 22 der Verbindungsanordnung 20 divergieren vom Abstand "d" nahe der Mitte der Oberfläche 21 bis zu einem Randabstand, der.gleich ist dem Abstand "D" der Leiter 16. Der Grundriß einer Leitungsmusterausführung auf der Verbindungsanordnung 20 ist in Figur 7 gezeigt.
Die Verbindungsanordnung 20 wird vorzugsweise aus Halbleitermaterial nach im wesentlichen dem gleichen Verfahren wie das Schal. 'tungsplättchen 27 gefertigt. Dies ermöglicht die Herstellung in einer vorhandenen Fabrikanlage mit Ausrüstung für die Fertigung von Schaltungsbausteinen mit Anschlußkontaktarmen ohne Kapitalaufwand und ohne Personalumschulung. Ein geeignetes Verfahren ist in Figur 4 bis 10 veranschaulicht.
Wenn als Halbleitermaterial Silicium verwendet wird, so geht das Verfahren von einem Siliciumscheibchen 30aus, von dem ein Teil in Figur 4 gezeigt ist. Aus Wirtschaftlichkeitsgründen kann für das Scheibchen 30 ein Ausschußstück aus einem Verfahrensgang zur Herstellung von Schaltungsplättchen oder dergl. verwendet werden, obwohl an sich ein beliebiges Siliciumscheibchen genügt. Man kann auch andere Halbleitermaterialien verwenden, jedoch sollte es das gleiche Material sein wie das des Schaltungsplättchens 27? so daß eine gute thermische Anpassung erreicht werden kann.
Der erste Schritt besteht darin, daß auf einer Oberfläche 34 des Scheibchens 30 ein Isolierbelag 23 gebildet wird. Die andere Oberfläche 21 des Belages 23 trägt die Anschlußkontaktarme 22,
Das/ oxydierte Scheibchen 30 wird als nächstes mit Schichten 36, 38 und 40 aus Titan, Platin oder Palladium bzw. Gold beschichtet (Figur 5). Diese Schichten werden in herkömmlicher Weise durch Aufdampfen der entsprechenden Metalle im Vakuum aufgebracht. Es können die Titanschicht 36 ungefähr 2000 bis 5000 X, die Platinoder Palladium*chicht ungefähr 15OO bis 5000 S und die Goldschicht 40 etwa 2000 A odermehr dick sein. Als nächstes wird eine Ätzschutzmaeke aus Photolack, angedeutet durch die Maskierblöcke 42
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in Figur 5, im gewünschten Anschlußleitungs- oder Anschlußkontaktmuster aufgebracht. Dieses Muster muß in eindeutiger Weise so fest gelegt sein, daß es der Schaltung des jeweiligen Schaltungsbäusteins oder Schaltungsplättchens entspricht. Während in der Zeichnung nur ein Muster gezeigt ist, wiederholt sich das Muster mehrere Male auf dem Scheibchen 30, wie es bei Massenfertigungsverfahren üblich ist.
Als nächstes werden die freiliegenden Teile der Schichten 40
und 38 durch Wegätzen in einem selektiven Lösungsmittel für Gold,
Platin und Palladium, jedoch nicht für Titan, entfernt. Beispielsweise kann als Lösungsmittel Königswasser (Goldscheidewasser) verwendet werden. Das Resultat ist in Figur 6 gezeigt, wo der Titanbelag 36 jetzt in denjenigen Flächenbereichen freiliegt, die von
der Ätzschutzmaske 42 nicht bedeckt waren.
Das Grundrißmuster der Schichten 38 und 40 kann das in Figur
7 gezeigte Aussehen haben. Und zwar sind in Figur 7 die Titanschicht 36 und die Goldschicht 40 sichtbar. Wie man sieht, reichen viele der Leiter nicht vom Rand bis vollständig zum Mittelteil des Musters. Diese Ausführung erleichtert die Anpassung der Anordnung
an zahlreiche unterschiedliche Schaltungen auf de-m Schaltungsplättchen 27. Der Konstrukteur kann in jedem Fall mit einem Kreisoder Kranzmuster von kurzen Randleitern beginnen und dann nach
Wunsch so viele dieser Leiter, wie benötigt werden, bis zum MittelL teil des Musters verlängern.
Der nächste Schritt des Verfahrens besteht darin, daß die
äußeren Enden der Leiter auf das Scheibchen 30 aufplatiert werden. Wie in Figur 8 gezeigt, geschieht dies durch Aufbringen eines
nichtleitenden Maskierbelages 44 an den Stellen, wo ein Aufplatieren nicht erwünscht ist. Das Scheibchen 30 wird dann in ein GoIdelektrolytplatierbad gegeben; die Titanschicht 36 wird anodisch
kontaktiert, und auf den Goldbelag 40 wird eine zweite Goldschicht 46 mit einer Dicke von ungefähr 0,013 mm (0,5 Mil) aufplatiert.
Sodann wird der Maskierbelag 44 entfernt, so daß die in Figur 9 gezeigte Anschlußkontaktarmanordnung zurückbleibt.
Als nächstes kann die Rückseite des Scheibchens 30 zwecks
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Dickeverringerung geätzt oder geschliffen werden. Dieser Verfahrensschritt ist nicht veranschaulicht. Danach wird auf die Rückseite des Scheibchens 30 ein Ätzschutzbeläg 48 aufgebracht (Figur 9) und das Scheibchen 30 im wesentlichen entlang den gestrichelten Linien 50 in Figur 9 durchgeätzt, so daß es in mehrere Verbindung^ anordnungen 20 zerteilt wird und die freitragende Ausbildung der Anschlußkontaktarme 22 entsteht. Damit ist. die Herstellung der Ve£ bindungsanordnung 20 beendet.
Als nächstes werden die AnscHLußkontaktarme 28 auf dem Schaltungsplättchen 27 mit den Anschlußkontaktarmen 22 in bekannter Weise verbunden, so daß die in Figur 10 gezeigte Ausbildung entsteht. Die Verbindungsanordnung wird umgedreht, auf die Leiter 16 aufgelegt und mit diesen in der in Figur 3 gezeigten Lage verbunden. Sodann wird zur Vervollständigung des Bausteins die Kappe 25 angebracht.
Figur 11 zeigt eine andere Ausführungsform des Schaltungsbausteins mit erfindungsgemäßer Verbindungsanordnung. Der Schaltungsbaustein 52 nach Figur 11 unterscheidet sich vom Schaltungsbau- . stein 10 darin, daß keine Keramikunterlage verwendet wird. Stattdessen erstrecken sich die Leiter 54 soweit, daß sie mit den Anschlußkontaktarmen 22 auf der Verbindungsanordnung 20 Kontakt geben. Auch hier wird die Verbindungsanordnung, wie in Figur 10 gezeigt, umgedreht und direkt mit den Anschlußkontaktarmen 54 verbunden, und danach wird die gesamte Anordnung zwecks Abkapselung in einem geeigneten verformbaren Kunststoffmaterial vergossen.
Der vorliegende Schaltungsbaustein ist sehr wirtschaftlich,da herkömmliche Materialien verwendet werden und Ausschußscheibchen als Material der Verbindungsanordnung 20 verwendet werden können. Der Abstand der Anschlußkontaktarme auf der Verbindungsanordnung 20 kann so klein wie der Abstand der AnscüLußkontaktarme 28 auf dem Schaltungsplättchen 27 sein, da die gleichen Verfahrensweisen für die Ausbildung beider Sätze von Anschlußkontaktarmen angewendet werden. Die Anordnung eignet sich daher für ein Direktverfahren zur Herstellung einer großen Anzahl von Anschlüssen an ein Schaltungsplättchen .
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Claims (13)

  1. Patentansprüche
    ( 1 .y Verbindungsanordnung zum Anschließen einer integrierten Schaltung in Form eines Halbleiterkörpers mit mehreren darauf angebrachten und freitragend davon vorstehenden Anschlußkontaktarmen an ein Anschlußstück mit mehreren beabstandeten Leitern, wobei die Verbindungsanordnung einen Körpei; der mehrere divergierende Anschlußkontaktarme trägt, enthält, dadurch geke nnzeichnet, daß der Körper (24) der Verbindungsanordnung ebenfalls halbleitend ist und daß die divergierenden Anschlußkontaktarme (22) isoliert so darauf angebracht sind, daß ihre weiter (D) beabstandeten Enden freitragend von diesem Körper (24) vorstehen, wobei die divergierenden Anschlußkontaktarme (22) mit ihren äußeren Enden an die beabstandeten Leiter (16) des Anschlußstückes (ll) und mj-t ihren inneren Enden an die entsprechend dichter (d) beabstandeten äußeren Enden der Anschlußkontaktarme (28) der integrierten Schaltung (27) anschließbar sind.
  2. 2. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ihr Körper (24) aus dem gleichen Halbleitermaterial wie der Halbleiterkörper der integrier; ten Schaltung (27) besteht.
  3. 3. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß auf ihrem Körper (24) ein Isolierbelag (23) zur isolierten Anbringung der divergierenden Anschlußkontaktarme (22) vorgesehen ist.
  4. 4. Verbindungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Halbleitermaterial Silicium ist und der Isolierbelag (23) aus Siliciumdioxyd besteht.
  5. 5. Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Enden der einzelnen divergierenden Anschlußkontaktarme (22) dicker als ihre inneren Enden sind.
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  6. 6. Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen divergierenden Anschlußkontaktarme (22) aus übereinander aufgedampften Schichten aus Titan (36), Platin oder Palladium (38) und Gold (40) bestehen, wobei ein äußerer Bereich jedes Anschlußkontaktarmes (22) mit einer aufplatierten Goldschicht (46) versehen ist.
  7. 7. Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlußstück (ll) verwendet wird, bei dem die Leiter (16) aus auf einer Isolierunterlage (12) angebrachten Schichten bestehen und an die einzelnen Leiter (16) metallische Zuleitungen (18) angeschlossen sind, die zwecks Anschluß an eine äußere Schaltungsanordnung über den Rand der Isolierunterlage (12) vorstehen.
  8. 8. Verbindungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierunterlage (12) eine Ausnehmung (29) hat, in der die integrierte Schaltung (27) angeordnet ist, und daß die Verbindungsanordnung (20) eine erheblich größere Flächenausdehnung hat als die Ausnehmung (29) und über dieser angeordnet ist.
  9. 9. Verfahren zum Anschließen der Verbindungsanordnung nach Anspruch 8 an das Anschlußstück und die integrierte Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die freitragenden Anschlußkontaktarme (28) der integrierten Schaltung (27) mit den inneren Enden der divergierenden Anschlußkontaktarme (22) der Verbindungsanordnung (20) verbunden werden; daß dann das Anschlußstück (11) umgewendet wird, derart, daß seine Ausnehmung (29) oben ist , und daß die freitragenden äußeren Enden der divergierenden Anschlußkontaktarme (22) der Verbindungsanordnung mit Leitern (16) des Anschlußstückes (11) verbunden werden, die im Abstandum die Ausnehmung herum angeordnet sind, derart, daß die integrierte Schaltung (27) in der Ausnehmung untergebracht ist.
  10. 10. Verbindungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch
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    gekennzeichnet, daß die divergierenden Anschlußkontaktarme (22) nach einem photolithographischen Verfahren auf dem Isolierbelag (23) angebracht werden.
  11. 11. Verbindungsanordnung nach Anspruch 3 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierbelag (23) durch thermisches Oxydieren einer Oberfläche (34) des Körpers der Verbindungsanordnung gebildet ist.
  12. 12. Verfahren zur Herstellung der Verbindungsanordnung nach Anspruch 6 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Körper (24) der Verbindungsanordnung isoliert ein Titanbelag (36) aufgebracht wird; daß auf den Titanbelag ein Platinoder Palladiumbelag (38) aufgebracht wird; daß auf den Platinoder Palladiumbelag eine Goldschicht (40) aufgebracht wird; daß auf der Goldschicht ein Maskierbelag (42) mit dem Muster der divergierenden Anschlußkontaktarme (22) angebracht wird; daß zur Festlegung der Anschlußkontaktarme die Goldschicht und der Platinoder Palladiumbelag mit einem selektiven Ätzmittel von den unmaskierten Bereichen weggeätzt wird; daß ein zweiter Maskierbelag (44) so angebracht wird, daß nur die äußeren Enden der Anschlußkori taktarme freibleiben; daß auf die äußeren Enden der Anschlußkontaktarme eine Goldschicht (46) aufgalvanisiert wird; daß der Photo lack-Maskierbelag entfernt wird und daß der freiliegende Titanbelag mit einem selektiven Ätzmittel weggeätzt wird.
  13. 13. Verfahren zur Herstellung eines mit Anschlüssen versehenen Halbleiterschaltungsbausteins, dadurch ge kenn zeichnet, daß auf einem Anschlußstück mehrere Leiter in einem vorbestimmten gegenseitigen Abstand angebracht werden; daß ein integriertes Schalturigsplättchen mit mehreren freitragenden Anschlußkontaktarmen, die an seinem Rand in einem vorbestimmten gegenseitigen Abstand, der erheblich kleiner ist als der Abstand der Leiter des Anschlußstückes, angebracht sind, hergestellt wird; daß auf photolithographischem Wege auf einem Zitfischenverbindungskörper aus dem gleichen Material wie das Schaltungsplättchen, der auf einer Oberfläche mit einem Isolierbelag versehen ist, ein
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    Muster aus divergierenden Anschlußkontaktarmen angebracht wird, deren dichtester Abstand im wesentlichen gleich dem Abstand der Anschlußkontaktarme auf dem Schaltungsplättchen und deren weitester Abstand im wesentlichen gleich dem Abstand der Leiter des Anschlußstückes ist; und daß schließlich die Anschlußkontaktarme auf dem Schaltungsplättchen mit den Anschlußkontaktarmen auf dem Zwischenverbindungskörper und die Anschlußkontaktarme auf dem Zwischenverbindungskörper mit den Leitern des Anschlußstückes verbunden werden.
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