DE2217647B2 - Verbindungsanordnung zum Anschließen einer integrierten Schaltung und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung

ίο 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 Verbindungs-

»5 anordnung einen Korper aus Halbleitermaterial enthält.

Es gibt /ahlreiche bekannte Methoden der Ausbildung von integrierten Schallungsbausteinen, d. h. der Kapselung und des Schutzes solcher Schaltungsbau-

steine und der Herstellung elektrischer Verbindungen und Anschlüsse nach außen. Allgemein bekannte Verbindungsmethoden sind die der Verdrahtung (wire bonding), der Flip-chip-Verbindung (füp 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 Halbleitcrschaltungsbaustein vom Kontaktarmtyp besteht aus einem Plättchen aus Halbleitermaterial, in dem aktive und passive Schaltungselemente mit Anschlüssen in Form von verhältnismäßig massiven Anschlußkontaktleiterarmen, die freitragend übei die Ränder des Plättchens vorstehen, ausgebildet sind. Zum Anschließen derartiger Schaltungsbausteine dient allgemein eine Isolierunterlage aus z. B. Keramik mit einem aufgedruckten Leitermuster und mehreren an die gedruckten Leiter angeschlossenen äußeren 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 od. dgl. abgekapselt.

Es ist zu erwarten, daß die Kompliziertheit von integrierten Schaltungsbausteinen und die Anzahl der Anschlüsse an die Halbleiterschaltungsplättchen auf Grund der zahlreichen neuentdeckten Anwendungsmöglichkeiten derartiger Schaltungsbausteine sehr rasch zunehmen. Der Fortschritt wurde bisher jedoch dadurch gehemmt, daß der Abstand der Leiter, an welche die Anschlußkontaktarmc 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 Anschlußkontaktarmen an gedruckte Leiter auf einer

einzigen Unterlage anzuschließen sind.

Eine bekannte Lösung dieses Problems besteht °emäß der USA.-Patentschrift 3374537 darir,, daß ein Schaltungsbaustein mit Anschlußkontaktarmen oder ein anderweitiger Halbleiterschaltungsbaustein mit dicht beabstandeten Anschlußkontakten mittels einer Zwischenverbindungsanordnung in Form einer Isrlierunterlage aus Keramik, Kunstharz od. dgl., auf der ein Leitermustcr 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.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift ί 933 557 ist es bekannt, eine Verbindungsanordnung aus 1 lalbleitermaterial herzustellen. Die Anschlußkontaktarme dieser bekannten Verbindungsanordnung liegen ebenfalls sehr eng beieinander, und die Anschlußkontakte stehen nicht freitragend vom Halbleiterkörper vor, so daß diese Verbindungsanordnung nicht bzw. weitaus weniger gut für die Anwendung der Flachanschlußtechnik geeignet ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungsanordnung /u schaffen, um die auf dem Halbleiterplättchen sehr eng zusammenliegenden Anschlüsse auseinanderzuführen und weiter voneinander räumlich getrennte Anschlüsse zu schaffen, bei denen für den Anschluß der passiven Bauelemente die Flachanschlußtechnik angewandt werden kann. Das Anschließen der integrierten Schaltungen soll auf einfache Weise sicher und kostensparend durchgeführt werden können, wobei ein geringer Ausschuß bei diesem Verfahren angestrebt wird.

Diese Aufgabe wird in Zusammenhang mit der eingangs genannten Verbindungsanordnung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Halbleiterkörper der Verbindungsanordnung mehrere divergicu-nde Anschlußkontaktarme trägt, die isoliert so d.nauf angebracht sind, daß ihre weiter beabstandeten Enden freitragend vom Halbleiterkörper 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 äußeren Enden der Anschlußkontaktarme der integrierten Schaltung anschließbar sind. Auf diese Weise ist es möglich, die Flachanschlußtechnik anzuwenden und den Anschluß der integrierten Schaltungen sehr wirtschaftlich durchzuführen. Bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren der Verbindungsanordnung tritt der weitere wesentliche Vorteil auf, daß mit den vorhandenen Herstellungseinrichtungcn, mit denen auch die integrierte Schaltung selbst hergestellt wird, die Verbindungsanordnung ohne zusätzliche Fertigungseinrichtungen geschaffen werden kann. Weitere Ausführungsmöglichkeiten und Merkmale sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise weggebrochene perspektivische Darstellung eines Schaltungsbausteins mit erlindungsgemäßer Verbindungsanordnung,

Fig. 2 eine Draufsicht eines Teils des Schaltungsbausteins nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 bis 10 eine Reihe von Darstellungen, und zwar Fig. 4 bis 6 und 8 bis IQ im Quei-schnitt und Fi g. 7 in Draufsicht, die das Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung veranschaulichen, und

ίο Fig. 11 eine perspektivische Darstellung eines Schaltungsbausteins mit Verbindungsanordnung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 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 od. dgl., auf deren Oberfläche 14 ein Muster aus metallischen Leitern 16 angebracht ist. Die Leiter 16 können in üblicher Weise durch Aufbringen von Leitermaterial durch eine Maske im gewünschten Muster, beispielsweise nach dem Seidensiebdruckverf ahren, hergestellt sein.

»5 An den Leitein 16sind, beispielsweise durch Hartlöten, mehrere äußere Zuleitungen 18 befestigt. Die Zuleitungen 18 dienen zum Verbinden des Schaltungsbausteins 10 mit einer äußeren Schaltungsanordnung, beispielsweise nut Leitern auf einer gedruckten Schaltungsplatte od. dgl.

Die Verbindungsanordnung 20 weist, wie aus Fig. 1, 2 und 3 zu erstehen, eine Anzahl von freitragend auf einer Oberfläche 21 gehalterten Anschlußkontaktarmen oder -fingern 22 auf. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei der Oberfläche 21 um die Oberfläche eines Isolierbelages 23 aus einem Körper aus Halbleitermaterial 24. Die distalen (freitragenden, d. h. vom Halterungsende entfernten) Enden der Ansehlußkontaktarme 22 sind mit den Leitern 16 auf der Unterlage 12 verbindbar. Der Schaltungsbaustein kann durch ein Keramikkappenteil 25 (Fig. 1) mit einer Ausnehmung 26 für die zentralen Elemente des Schaltungsbausteins abgeschlossen oder gekapselt sein.

Wie in Fig. 3 gezeigt, sind am Umfang eines HaIbleiterschaltungsplättchens 27 eine Anzahl von Anschlußkontaktarmen oder -fingern 28 vorgesehen, deren distale Enden mit den proximalen (gehalterten) Enden der Ansehlußkontaktarme 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 29 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 Ansehlußkontaktarme 22 die Leiter 16 kontaktieren können.

Der Mitte-Mittc-Abstand der Ansehlußkontaktarme 28 auf dem Schaltungsplättchen 27 ist kleiner als der Abstand »D« (Fig. 2), der zwischen den Leitern 16herstellbar ist. Der Abstand zwischen den Anschlußkontaktarmen 28 ist der gleiche wie der Abstand der inneren oder proximalen Enden der

Anschlußkontaktarme 22, wie in Fig. 7 bei »</« 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 Fig. 7 gezeigt.

Die Verbindungsanordnung 20 wird vorzugsweise aus Halbleitermaterial nach im wesentlichen dem gleichen Verfahren wie das Schaltungsplättchen 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 Fig. 4 bis K) veranschaulicht.

Wenn als Halbleitermaterial Silicium verwendet wird, so geht das Verfahren von einem Siliciumscheibchen 30 aus, von dem ein Teil in Fig. 4 gezeigt ist. Aus Wirtschaftlichkeitsgründen kann für das Scheibchen 30 ein Ausschußstück aus einem Verfahrensgang zur Herstellung von Schaltungsplättchen od. dgl. verwendet werden, obwohl an sich ein beliebiges Süiciumscheibchen 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 (Fig. 5). Diese Schichten werden in herkömmlicher Weise durch Aufdampfen der entsprechenden Metalle im Vakuum aufgebracht. Es können die Titanschicht 36 ungefähr 2(K)O bis 5000 A, die Platin- oder Palladiumschicht ungefähr 1500 bis 5000 A und die Goldschicht 40 etwa 2000 A oder mehr dick sein. Als nächstes wird eine Ätzschutzmaske aus Photolack, angedeutet durch die Maskierblöcke 42 in Fig. 5, im gewünschten Anschlußleitungs- oder Anschlußkontaktmuster aufgebracht. Dieses Muster muß in eindeutiger Weise so festgelegt sein, daß es der Schaltung des jeweiligen Schaltungsbausteins 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 Fig. 6 gezeigt, wc 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 F i g. 7 gezeigte Aussehen haben. Und zwar sind in Fig. 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 dem Schaltungsplättchen 27. Der Konstrukteur kann in jedem Fall mit einem Kreis- oder Kranzmuster von kurzen Randleitern beginnen und dann nach Wunsch so viele dieser Leiter, wie benötigt werden, bis zum Mittelteil des Musters verlängern.

Der nächste Schritt des Verfahrens besteht darin, daß die äußeren Enden der Leiter auf das Scheibchen 30 aufplattiert werden. Wie in Fig. 8 gezeigt, geschieht dies durch Aufbringen eines nichtleitenden Maskierbelages 44 an den Stellen, wo ein Aulplattieren nicht erwünscht ist. Das Scheibchen 30 wird dann in ein Goldclektrolytplattierbad 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 aufplattiert. Sodann wird der Maskierbelag 44 entfernt, so daß die in Fig. 9 gezeigte Anschlußkontaktannanordnung zurückbleibt.

Als nächstes kann die Rückseite des Scheibchens 30 zwecks Dickeverringerung geätzt oder geschliffen werden. Dieser Verfahrensschritt ist nicht veranschaulicht. Danach wird auf die Rückseite des Scheibchens 30 ein Ätzschutzbelag 48 aufgebracht (Fig. *■)) und das Scheibchen 30 im wesentlichen entlang den gestrichelten Linien 50 in Fig. 9 durchgeätzt, so daß es in mehrere Verbindungsanordnungen 20 zerteilt wird und die freitragende Ausbildung der Anschlußkontaktarme 22 entsteht. Damit ist die Herstellung der Verbindungsanordnung 20 beendet.

Als nächstes werden die Anschlußkontaktarme 28 auf dem Schaltungsplättchen 27 mit den Anschlußkontaktarmen 22 in bekannter Weise verbunden, so daß die in Fig. 10 gezeigte Ausbildung entsteht. Die Verbindungsanordnung wird umgedreht, auf die Leiter 16aufgelegt und mit diesen in der in Fig. 3 gezeigten Lage verbunden. Sodann wird zur Vervollständigung des Bausteins die Kappe 25 angebracht.

Fig. 11 zeigt eine andere Ausführungsform des Schaltungsbausteins mit erfindungsgemäßer Verbindungsanordnung. Der Schaltungsbaustein 52 nach Fig. 11 unterscheidet sich vom Schaltungsbaustein 10 darin, daß keine Keramikunterlage verwendet wird. Statt dessen erstrecken sich die Leiter 54 so weit, daß sie mit den Anschlußkontaktarmen 22 auf der Verbindungsanordnung 20 Kontakt geben. Auch hier wird die Verbindungsanordnung, wie in Fig. 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 dei Verbindungsanordnung 20 kann so klein wie der Abstand der Anschlußkontaktarme 28 auf dem Schaltungsplättchen 27 sein, da die gleichen Verfahrens weisen für die Ausbildung beider Sätze vor Anschlußkontaktarmen angewendet werden. Die Anordnung eignet sich daher für ein Direktverfahrer zur Herstellung einer großen Anzahl von Anschlü^er an ein Schaltungsplättchen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. 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 aus Halbleitermaterial enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper der Verbindungsanordnung (24) mehrere divergierende Anschlußkontaktarmc (22) trägt, die isoliert so daraui angebracht sind, daß ihre weiter (D) beabstandeten Enden freitragend vom Halbleiterkörper (24) vorstehen, wobei die divergierenden Anschlußkontaktarme

   (22) mit ihren äußeren Enden an die beabstandeten Leiter (16) des Anschlußstückes (11) und mit ihren inneren Enden an die entsprechend dichter (d) beabstandeten äußeren Enden der Anschlußkontaktarme (28) der integrierten Schaltung (27) anschließbar sind.

   2. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Körper (24) aus dem gleichen Halbleitermaterial wie der Halbleiterkörper der integrierten Schaltung (27) besteht.

   3. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß auf ihrem Körper (24) ein !solierbelag (23) zur isolierten Anbringung der divergierenden Anschlußkontaktarme (22) vorgesehen ist.

   4. Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial Silicium ist und der Isolicrhclag

   (23) aus Siliciumdioxyd besteht.

   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.

   n. Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 His 5. dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen divergierenden Anschlußkontaktarme

   (22) aus übereinander aufgedampften Schichten aus Titan (36), Platin oder Palladium (38) und CJoId (40) bestehen, wobei ein äußerer Bereich jedes Anschlußkonlaktarmes (22) mit einer aufplattierten Goldschicht (46) versehen ist.

   7. Verbindungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die divergierenden Anschlußkontaktarme (22) nach einem photolithographischen Verfahren auf dem Isolierhelag

   (23) angebracht werden.

   H. Verbindungsanordnung nach Anspruch 3 oder 7. dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierbelag (23) durch thermisches Oxydieren einer Oberfläche (34) des Körpers der Verbindungsanordnung gebildet ist.

   M. Verfahren zum Hersteü-n der Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Halbleiterkörper (24) der Verbindungsanordnung isoliert ein Titanbelag (36) aufgebracht wird; daß auf den Titanbelag ein Platin- oder Palladiumbelag (38) aufgebracht wird; daß auf den Platin- oder 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 Pjatin- oder Palladiumbelag mit einem selektiven Ätzmittel von den unmaskierten Bereichen weggeätzt wird; daß ein zweiter Maskierbelag (44) so angebracht wird, daß nur die äußeren Endender Anschlußkontaktarme freibleiben; daß auf die äußeren Enden der Anschlußkontaktarme eine Goldschicht (46) aufgalvanisiert wird: daß der Photolack-Maskierbelag entfernt wird und daß der freiliegende Titanbelag mit einem selektiven Ätzmittel weggeätzt wird.