DE1266884B - Verfahren zur Verbindung eines Halbleiterelements mit einer Duennfilm-Schaltung - Google Patents

Verfahren zur Verbindung eines Halbleiterelements mit einer Duennfilm-Schaltung

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DE1266884B
DE1266884B DEP32724A DEP0032724A DE1266884B DE 1266884 B DE1266884 B DE 1266884B DE P32724 A DEP32724 A DE P32724A DE P0032724 A DEP0032724 A DE P0032724A DE 1266884 B DE1266884 B DE 1266884B
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DE
Germany
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tape
contact
gold
semiconductor
transistor
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DEP32724A
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English (en)
Inventor
John Alexander Hall Jun
Thomas Vincent Sikina
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Space Systems Loral LLC
Original Assignee
Philco Ford Corp
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Publication date
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
HOIl
Deutsche Kl.: 21g-11/02
Nummer: 1266 884
Aktenzeichen: P 32724 VIII c/21 g
Anmeldetag: 7. Oktober 1963
Auslegetag: . 25. April 1968
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung eines Halbleiterelements, das wenigstens eine im wesentlichen ebene Oberfläche aufweist, mit einer Dünnfilm-Schaltung, welche wenigstens eine ebene Kontaktleiste aufweist.
Im Zuge der Mikrominiaturisierung aktiver und passiver elektronischer Schaltungsteile hat sich ein Bedürfnis nach einem billigen, zuverlässigen und einfachen Verfahren zur Verbindung (und zwar sowohl der mechanisch-körperlichen als auch der elektrischen Verbindung) der aktiven mit den passiven Schaltungsbauteilen ergeben. Dieses Bedürfnis besteht besonders dringend für Mikroschaltungseinheiten, wie beispielsweise Torschaltungen, Flip-Flop-Schaltungen und lineare Schaltungen, welche sich für Massenproduktion eignen.
Es wurde gefunden, daß dünne Filme aus Gold und Tantal, auf ein Trägersubstrat aufgebracht und im Lichtdruckverfahren geätzt und selektiv anodisch oxydiert, ausgezeichnete Widerstands-Kondensator-(i?C-)Schaltungen ergeben, wie in der deutschen Auslegeschrift 1 246 072 beschrieben. Andererseits wird derzeit eine ganze Reihe von Halbleiterelementen, wie beispielsweise der Siliziumplanartransistor und die pn-Schicht-Diode hergestellt, die annähernd die gleiche Fläche wie die obengenannten Dünnfilm-Schaltungen einnehmen. Offensichtlich ist es daher wünschenswert, die Halbleiterelemente direkt, d. h. ohne Zwischenverbindungsleitungen, mit den passiven Schaltungen zu verbinden.
Die bisher bekannten Verfahren zur Erzielung eines derartigen direkten Verbundes (wie beispielsweise Weichlötung oder das Silberpasteverfahren) waren insgesamt zu langsam, kostspielig und nicht völlig zuverlässig. Außerdem beeinträchtigte die für die Herstellung der Verbindung erforderliche Wärmeanwendung häufig die elektronischen Bauteile. Auch die im Zusammenhang mit der Herstellung von Tunneldioden bekannte Verwendung eines Nickelbandes in mehrfacher Länge eines darauf zu befestigenden Halbleiterplättchens gibt keine Lösungsmöglichkeit dieses Problems, da die Verschweißung des relativ dicken Nickelbandes mit der Dünnfilm-Schaltung nicht ohne Beschädigung der Dünnfilm-Schaltung durchgeführt werden könnte. Ebenfalls kostspielig und verhältnismäßig kompliziert ist ein von Mais sei et al auf S. 76 der »IRE Transactions on Component Parts, June 1961« beschriebenes Verfahren, bei welchem die aktiven Elemente in Öffnungen in dem Träger eingesetzt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das die Verfahren zur Verbindung eines
Halbleiterelements mit einer
Dünnfilm-Schaltung
Anmelder:
Philco-Ford Corporation,
eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates
Delaware, Philadelphia, Pa. (V. St. A.)
Vertreter:
Dipl.-Ing. C. Wallach, Dipl.-Ing. G. Koch
und Dr. T. Haibach, Patentanwälte,
8000 München 2, Kaufingerstr. 8
Als Erfinder benannt:
Thomas Vincent Sikina, Willow Grove, Pa.;
John Alexander Hall jun.,
Warminister, Pa. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 9. Oktober 1962 (229 329)
Verbindung von Halbleiterbauelementen mit Dünnfilm-Schaltungen unter Vermeidung einer zu hohen thermischen Beanspruchung und in technisch einfacher Weise gestattet. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:
a) Zunächst wird ein Metallband, dessen Stärke so gering ist, daß es mit Hilfe von Ultraschall geschweißt werden kann, mit der ebenen Oberfläche des Halbleiterelements derart verbunden, daß Streifen des Bandes an den Rändern des Halbleiterelements überstehen;
b) dann wird die andere Seite des Bandes auf die Kontaktleiste der Dünnfilm-Schaltung gelegt und die überstehenden Streifen des Bandes durch Ultraschallschweißung mit der Kontaktleiste verbunden.
Ein Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Dünnfilm-Schaltung nicht der Einwirkung erhöhter Temperatur wie bei einer Lötung oder normalen Schweißung ausgesetzt wird. Die Ultraschallschweißung ermöglicht die rasche Herstellung der Verbindung bei Zimmertemperatur. Jede Veränderung der elektrischen Eigenschaften wird vermieden. Weitere
809 540/329

Claims (2)

  1. Vorteile bestehen in der einfachen Durchführbarkeit element mit dem zugehörigen Bandabschnitt von dem und der Eignung für die Massenproduktion. übrigen Band abgetrennt und an dem Kontaktsteg
    Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung einer Dünnfilm-Schaltung befestigt, wie in F i g. 2 geergeben sich aus der folgenden Beschreibung von zeigt. Der vorstehende Rand des Bandes wird vor-Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung; in 5 zugsweise mit dem Kontaktbereich durch Ultraschalldieser zeigt schweißung verbunden, beispielsweise mittels einer
    Fig. 1 Halbleiterelemente auf einem Leiterband, Sonowelding-Maschine (hergestellt von der Firma
    F i g. 2 in Schnittdarstellung eine gemäß der Er- Aeroprojects, Inc., West Chester, Pa.). Die Ultrafindung ausgeführte Schweißverbindung zwischen schallschweißung ermöglicht die rasche Herstellung einem Halbleiterelement und der passiven Schaltung. io von Verbindungen bei Zimmertemperatur ohne nach-
    In F i g. 1 sind auf einem Band angeordnete Tran- weisbare Änderung der elektrischen Eigenschaften sistoren dargestellt. Sowohl zur Handhabung von der aktiven wie der passiven Schaltungsteile. Die so Halbleiterelementen als auch zum Zweck ihrer Mon- erhaltenen Verbindungen kommen ohne Verwendung tage in Schaltungen hat es sich gemäß der Erfindung irgendeines Flußmittels zustande und können ohne als außerordentlich vorteilhaft erwiesen, ein Band 15 Beeinträchtigung innerhalb eines weiten Temperaturherzustellen, mit welchem die Elemente in Abständen bereichs (von der Temperatur des flüssigen Stickvoneinander verbunden sind, wie aus Fig. 1 ersieht- Stoffs bis 2000C) zyklisch belastet werden. Jedoch lieh. Hierbei sind beispielshalber als Halbleiterele- können an Stelle der Ultraschallschweißung auch anmente oberflächenpassivierte Planartransistoren ge- dere Verfahren zur Herstellung der Verbindung des zeigt; selbstverständlich können jedoch statt dessen 20 Bandes mit dem Kontaktsteg Anwendung finden, beiauch beliebige andere Halbleiterelemente, wie bei- spielsweise Punktschweißung, Thermo-Preßverfahren, spielsweise Dioden usw., in dieser Weise verwendet Lötung usw.
    werden. In F i g. 2 ist lediglich beispielshalber ein passivier-
    Wegen seines niedrigen Widerstandes und seiner ter Planartransistor dargestellt; selbstverständlich kann einfachen Handhabung wurde als Metall für das Band 25 jede beliebige andere Halbleiteranordnung in der geGold verwendet; es können jedoch alternativ zahl- zeigten Weise mit der Dünnfilm-Schaltung verbunden reiche andere schmiedbare Metalle oder Legierungen werden. Ebenso sind auch die speziellen für die Teile verwendet werden. Das Metall des Bandes ist in ge- der Dünnfilm-Schaltung gezeigten Werkstoffe (Tantal eigneter Weise dotiert, um einen hochleitfähigen und Gold) keineswegs wesentlich für die Erfindung, ohmschen Kontakt mit der Halbleiteranordnung zu 30 da an Stelle der verwendeten Stoffe bekannterweise gewährleisten. Ist die mit dem Band in Berührung eine ganze Reihe anderer Metalle Anwendung finden stehende Oberfläche der Vorrichtung η-Material (bei- kann. Die Dünnfilm-Schaltung ist aus Gründen der spielsweise ein npn-Transistor oder eine pn-Diode), Einfachheit nur als Widerstand mit Kontakten dargeso kann das Band mit Phosphor, Arsen oder Antimon stellt; jedoch kann das Verfahren gemäß der vordotiert sein; bei einer p-Oberfläche (beispielsweise 35 liegenden Erfindung ebenso bei ÄC-Schaltungen nach einem pnp-Transistor) kann das Band mit Alumi- Art der in der eingangs erwähnten deutschen Patentnium, Gallium oder Indium dotiert sein. Bei Epit- anmeldung 1246 072 beschriebenen Schaltungen Anaxialanordnungen oder Planartransistoren, bei denen wendung finden.
    sämtliche Elektroden an ihrer Oberseite befestigt Wird ein mit Halbleiteranordungen bestücktes
    sind, ist keine Dotierung erforderlich. 40 Band gemäß F i g. 1 verwendet, so können mehrere
    Für die Dicke des Bandes hat sich ein Wert von Halbleiteranordnungen in einem Arbeitsgang mit etwa 50 μ als zufriedenstellend erwiesen; die Breite einer passiven Dünnfilm-Schaltung verbunden werdes Bandes wird je nach der Breite der Halbleiter- den, falls die Kollektoren sämtlich gemeinsam miteinanordnung gewählt, kann jedoch etwas kleiner oder ander verbunden werden sollen. Das mit Halbleitergrößer als diese sein. Die Halbleiterelemente können 45 anordnungen bestückte Band gemäß der Erfindung auf dem Band mit Abständen voneinander angeord- vereinfacht auch die automatische Montage, wenn net sein, welche den Kontaktanschlußflächen auf gleichartige, aber nicht miteinander verbundene dem MikroschaltungstrMger entsprechen. Schaltungen herzustellen sind.
    Die Halbleiterelemente können mit dem Gold ver- Nach Befestigung der Halbleiteranordnung an der
    bunden werden, indem man beide Teile bis zur Er- 50 passiven Schaltung können die erforderlichen oberen reichung des Eutektikums von Silizium und Gold Kontaktanschlüsse hergestellt werden, indem man ein erwärmt. Alternativ kann der Verbund mit Hilfe Gold- oder Aluminiumband oder einen Draht kleinen eines vorbereiteten dotierten Lots hergestellt werden, Durchmessers durch Thermopressung mit der HaIbdas zwischen Halbleiter und Band gebracht wird und leiteranordnung und einem Kontaktsteg verbindet, sodann zum Schmelzen gebracht wird. 55 wie in der Zeichnung dargestellt. Weitere Einzelheiten
    Wie im folgenden noch gezeigt wird, ist das Band hinsichtlich der Technik der Düruifilm- und Mikromit Halbleiterelementen gemäß F i g. 1 besonders vor- miniatur-Schaltungen können aus dem obengenannten teilhaft bei der Herstellung von Schaltungen nach Artikel von M a i s s e 1 et al in »IRE Transactions on dem Verfahren gemäß der Erfindung. Die beschrie- Component Parts, June 1961« entnommen werden, bene Bandtechnik ist jedoch auch für sich von Vor- 60 der auf Seite 70 beginnt.
    teil, da das Band aufgerollt werden kann, wodurch Die beschriebenen Ausführungsbeispiele können
    ein zum Versand von Halbleiterelementen geeignetes selbstverständlich in mannigfache Einzelheiten abPaket entsteht. Der Verbraucher kann das Band je gewandelt werden; es soll ihnen daher keine einnach Bedarf in Bandanordnungen mit einem Tran- schränkende Bedeutung zukommen,
    sistor oder mit mehreren Transistoren zerschneiden. 65
    F i g. 2 zeigt die Verbindung eines aktiven Elements Patentansprüche:
    mit der passiven Schaltung nach dem Verfahren ge- 1. Verfahren zur Verbindung eines Halbleiter-
    mäß der Erfindung. -Zunächst wird ein Halbleiter- elements, das wenigstens eine im wesentlichen
    ebene Oberfläche aufweist, mit einer Dünnfilm-Schaltung, welche wenigstens eine ebene Kontaktleiste aufweist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
    a) Zunächst wird ein Metallband, dessen Stärke so gering ist, daß es mit Hilfe von Ultraschall geschweißt werden kann, mit der ebenen Oberfläche des Halbleiterelements derart verbunden, daß Streifen des Bandes an den Rändern des Halbleiterelements überstehen;
    b) dann wird die andere Seite des Bandes auf die Kontaktleiste der Dünnfilm-Schaltung gelegt und die überstehenden Streifen des Bandes durch Ultraschallschweißung mit der Kontaktleiste verbunden.
    2. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Band mit einer Dotierung aus der Gruppe Phosphor, Arsen, Antimon dotiert ist.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Band mit einer Dotierung aus der Gruppe Aluminium, Gallium, Indium dotiert ist.
    4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Band aus Gold besteht.
    5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteranordnung ein Transistor ist.
    6. Verfahren nach Anspruch 5 zur Verbindung eines passivierten Planartransistors mit Dünnfilm-Schaltungen, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
    a) Die Kollektoroberfläche des Transistors wird mit einem Stück Band einer dotierten Goldfolie in Berührung gebracht, das langer als die größte Abmessung der Kollektoroberfläche ist, die Grenzfläche zwischen Kollektoroberfläche und Folienband wird auf eine Temperatur oberhalb des Eutektikumspunkts des Halbleitermaterials mit Gold erwärmt, derart, daß ein Verbund zwischen der Goldfolie und dem Transistor zustande kommt;
    b) die nicht mit dem Transistor in Berührung stehende Oberfläche des Goldbandes wird auf einen Goldkontaktsteg an einer Tantal-Gold-Dünnfihn-Schaltung gelegt und wenigstens zwei überstehende Oberflächenteile des Bandes werden durch Ultraschallschweißung mit dem Kontaktsteg verbunden;
    c) durch Thermopressung wird das eine Ende eines Anschlußdrahtes mit wenigstens einem frei liegenden pn-Schichtbereich an der Oberfläche des Transistors verbunden, während das andere Ende des Kontaktdrahtes mit einem anderen Goldkontaktsteg der Dünnfilm-Schaltung verbunden wird.
    7. Verfahren nach Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor aus Silizium besteht.
    8. Verfahren nach Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor aus Germanium besteht.
    9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteranordnung eine Diode ist.
    In Betracht gezogene Druckschriften:
    Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 671 860;
    französische Patentschrift Nr. 1284 534;
    IBM-Technical Disclosure Bulletin, Bd. 4 (1961), H. 4, S. 30;
    IRE-Transactions on Component Parts, CP-8 (1961), H.
  2. 2, S. 70 bis 79.
    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
    809 540/329 4.68 © Bundesdruckerei Berlin
DEP32724A 1962-10-09 1963-10-07 Verfahren zur Verbindung eines Halbleiterelements mit einer Duennfilm-Schaltung Pending DE1266884B (de)

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