DE19506759A1 - Halbleitervorrichtung, zugehöriges Herstellungsverfahren, Verfahren zum Testen von Halbleiterelementen, Testsubstrat für das Verfahren sowie Verfahren zur Herstellung des Testsubstrats - Google Patents

Halbleitervorrichtung, zugehöriges Herstellungsverfahren, Verfahren zum Testen von Halbleiterelementen, Testsubstrat für das Verfahren sowie Verfahren zur Herstellung des Testsubstrats

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Kenji Kagata
Goro Izuta
Mitsunori Ishizaki
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Susumu Hoshinouchi
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Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, auf welcher Halbleiterelemente angebracht werden, und die auch als "nackter Chip" bezeichnet wird.
Um die Geschwindigkeit und die Packungsdichte einer Halbleitervorrichtung zu erhöhen ist es wesentlich, die Verbindungsentfernungen zwischen Halbleiterelementen und einer Verdrahtungsplatte sowie die Verdrahtungsentfernung zwischen Halbleiterelementen zu verringern. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, die Halbleiterelemente direkt mit der feinen Verdrahtungsschicht der Verdrahtungsplatte durch Lot oder eine andere Einrichtung zu verbinden. Da der Stromverbrauch eines mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Halbleiterelements hoch ist, ist es darüber hinaus erforderlich, den Widerstand zu verringern, durch Erhöhung der Abmessungen eines Leitungsdrahtes in der Zufuhrschicht der Verdrahtungsplatte, und weiterhin erforderlich, eine beträchtliche Wärmemenge freizusetzen, die von den Halbleiterelementen erzeugt wird.
Fig. 30 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung nach dem Stand der Technik, beschrieben in "Electronic Material", Mai 1993, Seiten 47 bis 51. In Fig. 30 bezeichnet die Bezugsziffer 3 ein Halbleiterelement, 31 eine Verdrahtungsplatte, 32 die Zufuhrschicht der Verdrahtungsplatte 31, 33 die Signalübertragungsschicht der Verdrahtungsplatte 31, 34 eine Kappe, und 1j eine Eingangs/Ausgangsklemme. Die Zufuhrschicht 32 besteht hauptsächlich aus einem keramischen Laminat, welches durch Aufdrucken einer leitfähigen Paste auf eine "grüne" Platte (Rohplatte) und Brennen der leitfähigen Paste hergestellt wird. Die Signalübertragungsschicht 33 wird durch Ausbildung eines Kupferleiters auf einem Polyimid-Isolator mit Hilfe eines Sputter- und Photogravurverfahrens hergestellt.
Bevor Halbleiterelemente auf der Halbleitervorrichtung angebracht werden, wird mit den Halbleiterelementen ein Einbrenntest in einer auf 150°C erhitzten Atmosphäre durchgeführt, um die Funktion der Halbleiterelemente zu testen oder zu untersuchen, und gegebenenfalls deren Defekte oder Probleme festzustellen. Wenn die Halbleiterelemente verkapselt sind, also in Gehäusen angebracht sind, kann der Versuch einfach dadurch erfolgen, daß die Zufuhrdrähte des Gehäuses in einen Sockel eingeführt werden, jedoch ist der Test eines nicht in einem Gehäuse angeordneten Halbleiterelements, welches als "nackter Chip" bezeichnet wird, schwierig, da es schwierig ist, sämtliche elektrischen Verbindungselektroden der Halbleiterelemente in gleichförmigen Kontakt mit den Teststiften zu bringen.
Angesichts dieser Umstände wurde das in Fig. 31 dargestellte Verfahren entwickelt (Sammlung der Beiträge für das "34th SHM technology lecture meeting", Seiten 19 bis 23, Tsukada) Hierbei bezeichnet die Bezugs Ziffer 3 ein Halbleiterelement, 40 Lötmittel mit hohem Schmelzpunkt, 41 Lötmittel mit niedrigem Schmelzpunkt, 42 eine Testleitung, und 43 ein Testsubstrat. In Fig. 31(a) ist das Lötmittel 40 mit hohem Schmelzpunkt auf dem Halbleiterelement 3 durch Dampfablagerung oder auf eine andere Weise angeordnet. In Fig. 31(b) ist das Lötmittel 41 mit niedrigem Schmelzpunkt auf dem Lötmittel 40 mit hohem Schmelzpunkt vorgesehen. Anders ausgedrückt wird das Lötmittel 41 mit niedrigem Schmelzpunkt auf dem Lötmittel 40 mit hohem Schmelzpunkt dadurch angebracht, daß ein Loch im Boden des Behälters ausgebildet wird, welcher geschmolzenes Lötmittel enthält, das geschmolzene Lötmittel mit Luftdruck beaufschlagt wird, und oben auf dem Lötmittel 40 mit hohem Schmelzpunkt das Lötmittel angesammelt wird, welches aus dem Behälterloch herausgedrückt wird. In Fig. 31(c) ist die Bodenoberfläche des Lötmittels 41 mit niedrigem Schmelzpunkt mit der oberen Oberfläche eines oberen Endabschnitts des Testdrahtes oder der Testleitung 42 verbunden, und eine nicht gezeigten Buchse ist an einen Bodenendabschnitt der Testleitung 42 angeschlossen, um so einen Funktionstest in einer erhitzten Atmosphäre durchzuführen. Weiterhin wird in Fig. 31(d) das Lötmittel 41 mit niedrigem Schmelzpunkt durch Wärmeeinwirkung nach dem Test geschmolzen, um das Halbleiterelement 3 von der Testleitung 42 des Testsubstrats 43 zu entfernen. Das Lötmittel 41 mit niedrigem Schmelzpunkt verbleibt auf dem Testsubstrat 43. Schließlich wird in Fig. 31(e) das Lötmittel 41 mit niedrigem Schmelzpunkt erneut auf dem Lötmittel 40 mit hohem Schmelzpunkt des Halbleiterelements 3 angebracht, dessen zufriedenstellende Eigenschaften durch den Test bestätigt wurden, und dieses fehlerfreie Halbleiterelement 3 ist nunmehr dazu bereit, in ein Gehäuse eingebaut, also verkapselt zu werden.
Bei der in Fig. 30 gezeigten Halbleitervorrichtung nach dem Stand der Technik ist die Kappe 34 auf der rückseitigen Fläche des Halbleiterelements 3 so vorgesehen, daß sie Wärme von dem Halbleiterelement 3 abstrahlt. Da bei dieser Halbleitervorrichtung das Gehäuseverkapselungsverfahren zum Anbringen dieser Elemente auf der Verdrahtungsplatte 31 verwendet wird, ist es unmöglich, die Dicke und die Abmessungen der Halbleitervorrichtung zu verringern. Darüber hinaus sind die Kosten für die Halbleitervorrichtung hoch, da es hierbei erforderlich ist, die Kappe 34 aus Metall herzustellen. Da das Halbleiterelement 3 und die Verdrahtungsplatte 31 unterschiedliche thermische Expansionskoeffizienten aufweisen, ist darüber hinaus die Halbleitervorrichtung nicht sehr verläßlich, da thermische Spannungen, die zu Spaltbildungen führen können, in dem Lötmittel am Verbindungspunkt zwischen dem Halbleiterelement 3 und der Verdrahtungsplatte 31 hervorgerufen werden.
Das in Fig. 31 gezeigte Verfahren nach dem Stand der Technik zum Testen eines Halbleiterelements weist ein erstes Problem auf, nämlich daß der Testvorgang kompliziert ist, da eine vorspringende Elektrode zwei Schichten aufweist, die aus dem Lötmittel 40 mit hohem Schmelzpunkt und dem Lötmittel 41 mit niedrigem Schmelzpunkt bestehen, die durch unterschiedliche Verfahren ausgebildet wurden, und da das Lötmittel 41 mit niedrigem Schmelzpunkt nach dem Test erneut aufgebracht werden muß. Weiterhin tritt bei diesem Testverfahren das zweite Problem auf, daß eine sehr dünne, vorspringende Elektrode nicht ausgebildet werden kann, infolge der Schwierigkeiten der Ausrichtung der beiden Lötmittel, da das Lötmittel 41 mit niedrigem Schmelzpunkt auf dem Lötmittel 40 mit hohem Schmelzpunkt angeordnet wird.
Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung der voranstehenden Schwierigkeiten entwickelt, und ein Ziel der Erfindung besteht daher darin, eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche eine Gehäuseverpackung von Halbleiterelementen mit hoher Dichte erlaubt, und Hochgeschwindigkeits-Signalübertragung bei niedrigen Kosten erzielt. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung der Halbleitervorrichtung, und ebenfalls eines Verfahrens zum Testen von Halbleiterelementen, und in der Bereitstellung eines Testsubstrats für das Verfahren.
Gemäß einer ersten Zielrichtung der Erfindung gemäß Anspruch 1 wird eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung gestellt, bei welcher das Zufuhrsubstrat zum Liefern von Energie an nicht in Gehäuse gekapselte, nicht-defekte Halbleiterelementebehälter aufweist, um die Halbleiterelemente aufzunehmen, wobei die Halbleiterelemente mit der Verdrahtungsschicht des Signalübertragungssubstrats zum Übertragen von Signalen an die Halbleiterelemente verbunden sind, die Halbleiterelemente in den Behältern enthalten sind, die Behälter mit dem Signalübertragungssubstrat bedeckt sind, und das Signalübertragungssubstrat dem Zufuhrsubstrat überlagert und mit diesem verbunden ist.
Gemäß einer zweiten Zielrichtung der Erfindung gemäß Anspruch 2 wird eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung gestellt, bei welcher der Behälter gemäß der ersten Zielrichtung der Erfindung eine Öffnung ist, die sich von der Vorderfläche des Zufuhrsubstrats aus erstreckt, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt, bis zur entgegengesetzten Stirnfläche.
Gemäß einer dritten Zielrichtung der Erfindung gemäß Anspruch 3 wird eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung gestellt, bei welcher eine Basis zum Haltern der Verdrahtungsschicht des Signalübertragungssubstrats gemäß der ersten Zielrichtung der Erfindung aus einem Material hergestellt wird, welches einen thermischen Expansionskoeffizienten aufweist, der annähernd gleich jenem des Halbleiterelements ist.
Gemäß einer vierten Zielrichtung der Erfindung gemäß Anspruch 4 wird eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung gestellt, bei welcher die Verdrahtungsschicht des Signalübertragungssubstrats gemäß der ersten Zielrichtung der Erfindung aus einem Polymermaterial und einem Leiter besteht, und bei der Basis zum Haltern der Verdrahtungsschicht die Abschnitte entfernt sind, die mit dem Zufuhrsubstrat verbunden sind.
Gemäß einer fünften Zielrichtung der Erfindung gemäß Anspruch 5 wird eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung gestellt, bei welcher die Halbleiterelemente gemäß der zweiten Zielrichtung der Erfindung in den offenen Behältern enthalten sind, die offenen Behälter mit den Signalübertragungssubstrat abgedeckt sind, welches dem Zufuhrsubstrat überlagert angeordnet ist, und die offenen Behälter mit einem Polymerharz gefüllt sind, welches verfestigt wird.
Gemäß einer sechsten Zielrichtung der Erfindung gemäß Anspruch 6 wird eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung gestellt, bei welcher der Behälter gemäß der ersten Zielrichtung der Erfindung ein hohler Behälter ist, der ein Bodenende aufweist, und an der Vorderseite des Zufuhrsubstrats offen ist, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt, und auf der entgegengesetzten Rückseite des Zufuhrsubstrats geschlossen ist.
Gemäß einer siebten Zielrichtung der Erfindung nach Anspruch 3 wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung zur Verfügung gestellt, welches folgende Schritte aufweist: Ausbildung von Behältern zur Aufnahme von Halbleiterelementen, von elektrischen Verbindungselektroden und Abdicht-Anschlußflächen auf der Vorderfläche des Zufuhrsubstrats zum Liefern von Energie an nicht eingekapselte, nicht-defekte Halbleiterelemente, Verbinden oder Bonden der Halbleiterelemente mit der Verdrahtungsschicht des Signalübertragungssubstrats zum Übertragen von Signalen an die Halbleiterelemente, Ausbildung elektrischer Verbindungselektroden und von Abdicht- Anschlußflächen auf der Vorderfläche des Signalübertragungssubstrats an Positionen, welche den voranstehend genannten Verbindungselektroden und Abdicht- Anschlußflächen gegenüberliegen, Aufbringen des Signalübertragungssubstrats auf das Zufuhrsubstrat, während die Halbleiterelemente, die mit dem Signalübertragungssubstrat verbunden sind, in den Behältern des Zufuhrsubstrats aufgenommen sind, und Verbinden der elektrischen Verbindungselektroden und der Abdicht- Anschlußflächen dieser Substrate miteinander zum gleichen Zeitpunkt.
Gemäß einer achten Zielrichtung der Erfindung nach Anspruch 8 wird eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung gestellt, bei welcher das Halbleiterelement gemäß der sechsten Zielrichtung der Erfindung mit der Bodenoberfläche des hohlen Behälters verbunden ist, und eine Wärmeabstrahlrippe an der rückseitigen Fläche des Zufuhrsubstrats befestigt ist.
Gemäß einer neunten Zielrichtung der Erfindung nach Anspruch 9 wird eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung gestellt, bei welcher das Zufuhrsubstrat, welches mit den offenen Behältern zur Aufnahme der Halbleiterelemente gemäß der zweiten Zielrichtung versehen ist, dieselbe Dicke aufweist, oder eine höhere Dicke als die Gesamtdicke der beiden Halbleiterelemente, die Rücken an Rücken in dem offenen Behälter aufgenommen sind, die mit den Signalübertragungssubstraten verbundenen Halbleiterelemente Rücken an Rücken in den offenen Behältern des Zufuhrsubstrats von beiden Seiten des Zufuhrsubstrats auf aufgenommen sind, und die Signalübertragungssubstrate, mit welchen die Halbleiterelemente verbunden sind, mit beiden Seiten des Zufuhrsubstrats verbunden sind.
Gemäß einer zehnten Zielrichtung der Erfindung nach Anspruch 10 wird eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung gestellt, bei welcher das Signalübertragungssubstrat gemäß der ersten Zielrichtung der Erfindung flexibel ausgebildet ist, da es aus einem Polymerisolator und einem metallischen Leiter besteht.
Gemäß einer elften Zielrichtung der Erfindung nach Anspruch 11 wird eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung gestellt, bei welcher das Signalübertragungssubstrat gemäß der zehnten Zielrichtung der Erfindung einen Leiter auf seiner rückwärtigen Fläche aufweist, entgegengesetzt zur Vorderfläche, welche dem Zufuhrsubstrat gegenüberliegt.
Gemäß einer zwölften Zielrichtung der Erfindung nach Anspruch 12 wird eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung gestellt, bei welcher das Signalübertragungssubstrat gemäß der zehnten Zielrichtung der Erfindung Eingangs/Ausgangsklemmen auf seiner rückwärtigen Fläche aufweist, entgegengesetzt zur Vorderfläche, welche den Zufuhrsubstrat gegenüberliegt.
Gemäß einer dreizehnten Zielrichtung der Erfindung nach Anspruch 13 wird eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung gestellt, bei welcher das Zufuhrsubstrat gemäß der ersten oder zehnten Zielrichtung der Erfindung Eingangs/Ausgangsklemmen auf seiner Vorderfläche gegenüberliegend dem Signalübertragungssubstrat aufweist, und das Signalübertragungssubstrat mit Eingangs/Ausgangsklemmen auf seiner Rückfläche entgegengesetzt zur Vorderfläche versehen ist, welche dem Zufuhrsubstrat gegenüberliegt.
Gemäß einer vierzehnten Zielrichtung der Erfindung nach Anspruch 14 wird eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung gestellt, bei welcher Poren im Boden des hohlen Behälters gemäß der sechsten oder zehnten Zielrichtung der Erfindung angeordnet sind.
Gemäß einer fünfzehnten Zielrichtung der Erfindung nach Anspruch 15 wird eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung gestellt, bei welcher die Halbleiterelemente gemäß der zweiten oder zehnten Zielrichtung der Erfindung mit beiden Seiten des Signalübertragungssubstrats verbunden sind, die Zufuhrsubstrate, welche die offenen Behälter aufweisen, dem Signalübertragungssubstrat überlagert angeordnet und mit dessen beiden Seiten verbunden sind, und die Halbleiterelemente in den offenen Behältern der Zufuhrsubstrate angeordnet sind.
Gemäß einer sechzehnten Zielrichtung der Erfindung nach Anspruch 16 wird eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung gestellt, bei welcher die Halbleiterelemente gemäß der sechsten oder zehnten Ausführungsform der Erfindung mit beiden Seiten des Signalübertragungssubstrats verbunden sind, die Zufuhrsubstrate, welche die hohlen Behälter aufweisen, dem Signalübertragungssubstrat überlagert und mit dessen beiden Seiten verbunden sind, so daß die hohlen Behälter einander gegenüberliegen, und die Halbleiterelemente in den hohlen Behältern der Zufuhrsubstrate aufgenommen sind.
Gemäß einer siebzehnten Zielrichtung der Erfindung nach Anspruch 17 wird ein Verfahren zum Testen eines Halbleiterelements zur Verfügung gestellt, welches folgende Schritte aufweist: Ausbildung vorspringender Elektroden auf dem Testsubstrat, welches Testleitungen oder -drähte aufweist, um die vorspringenden Elektroden elektrisch mit den Testdrähten zu verbinden, Verbinden der elektrischen Verbindungselektroden eines nicht eingekapselten Halbleiterelements mit den auf dem Testsubstrat vorgesehenen, vorspringenden Elektroden, Testen des Halbleiterelements in einer erhitzten Atmosphäre und Entfernen des Halbleiterelements von dem Testsubstrat nach dem Test, um die vorspringenden Elektroden von dem Testsubstrat zusammen mit den elektrischen Verbindungselektroden des Halbleiterelements zu entfernen.
Gemäß einer achtzehnten Zielrichtung der Erfindung nach Anspruch 18 wird ein Testsubstrat zum Testen eines Halbleiterelements zur Verfügung gestellt, bei welchem vorspringende Elektroden und Testdrähte auf der Vorderfläche des Testsubstrats vorgesehen sind, und die vorspringende Elektrode mit dem Ende des Testdrahtes verbunden ist.
Gemäß einer neunzehnten Zielrichtung der Erfindung nach Anspruch 19 wird ein Testsubstrat zum Testen eines Halbleiterelements zur Verfügung gestellt, bei welchem sämtliche Testdrähte, die auf der Vorderfläche des Testsubstrats angeordnet sind, mit Ausnahme der vorspringenden Elektroden, mit einem Polymerharz bedeckt sind, und das Polymerharz außerhalb der Testdrähte mit der Vorderfläche des Testsubstrats verbunden ist.
Gemäß einer zwanzigsten Zielrichtung der Erfindung nach Anspruch 20 wird ein Testsubstrat zum Testen eines Halbleiterelements zur Verfügung gestellt, bei welchem die vorspringenden Elektroden durch Plattieren ausgebildet werden.
Gemäß einer einundzwanzigsten Zielrichtung der Erfindung nach Anspruch 21 wird ein Testsubstrat zum Testen eines Halbleiterelements zur Verfügung gestellt, bei welchem die vorspringende Elektrode aus mehreren Metallschichten hergestellt ist, die aufeinandergelegt wurden.
Gemäß einer zweiundzwanzigsten Zielrichtung der Erfindung nach Anspruch 22 wird ein Testsubstrat zum Testen eines Halbleiterelements zur Verfügung gestellt, bei welchem die vorspringenden Elektroden und die Testdrähte auf der Vorderfläche des Testsubstrats vorgesehen sind, und die vorspringende Elektrode mit dem Testdraht durch einen Film verbunden ist, der dünner ist als der Testdraht.
Gemäß einer dreiundzwanzigsten Zielrichtung der Erfindung nach Anspruch 23 wird ein Testsubstrat zum Testen eines Halbleiterelements zur Verfügung gestellt, welches aus einem flexiblen Polymerharz und einem metallischen Leiter besteht.
Gemäß einer vierundzwanzigsten Zielrichtung der Erfindung nach Anspruch 24 wird ein Testsubstrat zum Testen eines Halbleiterelements zur Verfügung gestellt, bei welchem ein dünner Metallfilm zwischen der vorspringenden Elektrode und dem Testsubstrat gemäß der dreiundzwanzigsten Zielrichtung der Erfindung vorgesehen ist.
Gemäß einer fünfundzwanzigsten Zielrichtung der Erfindung nach Anspruch 25 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Testsubstrats zur Verfügung gestellt, welches folgende Schritte aufweist: die Ausbildung vorspringender Elektroden auf dem Testsubstrat, und das Polieren des oberen Abschnitts der vorspringenden Elektrode.
Gemäß einer sechsundzwanzigsten Zielrichtung der Erfindung nach Anspruch 26 wird ein Verfahren zum Testen eines Halbleiterelements zur Verfügung gestellt, welches den Schritt der Atzung eines Abschnitts der vorspringenden Elektrode aufweist, der von dem Testsubstrat zusammen mit den elektrischen Verbindungselektroden entfernt wird, zusätzlich zu den Schritten gemäß der siebzehnten Zielrichtung der Erfindung.
Gemäß einer siebenundzwanzigsten Zielrichtung der Erfindung nach Anspruch 27 wird ein Verfahren zum Testen eines Halbleiterelements zur Verfügung gestellt, welches den Schritt des Polierens eines Abschnitts der vorspringenden Elektrode umfaßt, der von dem Testsubstrat zusammen mit den elektrischen Verbindungselektroden entfernt wird, zusätzlich zu den Schritten gemäß der siebzehnten Zielrichtung der Erfindung.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Zielrichtung der Erfindung das Signalübertragungssubstrat und das Zufuhrsubstrat einander überlagert und miteinander verbunden angeordnet sind, und die mit dem Signalübertragungssubstrat verbundenen Halbleiterelemente in den Behältern des Zufuhrsubstrats aufgenommen sind, ist die Halbleitervorrichtung dünn und mit geringen Abmessungen ausgebildet. Da die Halbleiterelemente mit der Verdrahtungsschicht des Signalübertragungssubstrats verbunden sind, wird darüber hinaus die Länge des Signalkanals zwischen benachbarten Halbleiterelementen gering, und wird die Signalverarbeitung beschleunigt.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Zielrichtung der Erfindung der offene Behälter auf der Rückseite des Zufuhrsubstrats offen ist, welche nicht dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt, wenn das Signalübertragungssubstrat und das Zufuhrsubstrat einander überlagert und miteinander verbunden werden, wird von dem Halbleiterelement erzeugte Wärme schnell von dem offenen Behälter zur Außenseite der Rückseite des Zufuhrsubstrats hin abgestrahlt.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Zielrichtung der Erfindung die Basis des Signalübertragungssubstrats aus einem Material hergestellt wird, welches einen thermischen Expansionskoeffizienten annähernd gleich jenem des Halbleiterelements aufweist, haltert die Basis die Verdrahtungsschicht, und wird das Ausmaß thermischer Spannungen verringert, die an der Verbindung zwischen dem Halbleiterelement und dem Signalübertragungssubstrat hervorgerufen werden, wodurch die elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterelement und dem Signalübertragungssubstrat sicherer ausgebildet wird.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß der vierten Zielrichtung der Erfindung von der Basis des Signalübertragungssubstrats Abschnitte entfernt sind, wenn das Signalübertragungssubstrat mit dem Zufuhrsubstrat verbunden wird, sind Abschnitte der Verdrahtungsschicht entsprechend den entfernten Abschnitten entlang der unebenen Oberfläche des Zufuhrsubstrats angeordnet und an der Oberfläche befestigt, wodurch die elektrischen Verbindungen verbessert werden.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß der fünften Zielrichtung der Erfindung die offenen Behälter, welche die Halbleiterelemente aufnehmen, mit einem Polymerharz gefüllt sind, können die Bereiche um die Verbindung zwischen dem Halbleiterelement und dem Signalübertragungssubstrat und um die Verbindung zwischen dem Signalübertragungssubstrat und dem Zufuhrsubstrat herum wasserdicht ausgebildet werden. Darüber hinaus dient das Polymerharz, welches in die Bereiche um die Verbindung zwischen dem Halbleiterelement und dem Signalübertragungssubstrat herum und um die Verbindung zwischen dem Signalübertragungssubstrat und dem Zufuhrsubstrat herum eingebracht wird, dazu, daß thermische Spannungen an diesen Verbindungen abgebaut werden, wodurch die elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterelement und dem Signalübertragungssubstrat und die elektrische Verbindung zwischen dem Signalübertragungssubstrat und dem Zufuhrsubstrat verbessert werden.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten Zielrichtung der Erfindung das Halbleiterelement in dem hohlen Behälter mit dem Signalübertragungssubstrat verbunden ist, wird das Halbleiterelement durch den hohlen Behälter und das Signalübertragungssubstrat abgedichtet, so daß es nicht mehr erforderlich ist, eine bestimmte Abdichtkappe vorzusehen. Darüber hinaus wird von dem Halbleiterelement erzeugte Wärme vom Boden des hohlen Behälters aus an die Außenseite der rückseitigen Fläche des Zufuhrsubstrats abgestrahlt, wodurch eine Wärmeabstrahlung sichergestellt wird, ohne daß es erforderlich ist, eine Wärmeabstrahlungsrippe vorzusehen.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß der siebten Zielrichtung der Erfindung das Signalübertragungssubstrat und das Zufuhrsubstrat einander überlagert angeordnet sind, und die elektrischen Verbindungselektroden und die Abdicht- Anschlußflächen dieser Substrate miteinander zum selben Zeitpunkt verbunden werden, ist es möglich, die Anzahl an Herstellungsschritten zu verringern.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß der achten Zielrichtung der Erfindung das Halbleiterelement mit dem Boden des hohlen Behälters verbunden ist und die Wärmeabstrahlrippe auf der rückseitigen Fläche des Zufuhrsubstrats vorgesehen ist, welche den Boden des hohlen Behälters bildet, wird von dem Halbleiterelement erzeugte Wärme schnell zur Wärmeabstrahlrippe befördert, und an die Außenseite der Halbleitervorrichtung ausgestrahlt.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß der neunten Zielrichtung der Erfindung das Zufuhrsubstrat sandwichartig zwischen zwei Signalübertragungssubstraten angeordnet ist, und die Halbleiterelemente, die mit den beiden Signalübertragungssubstraten verbunden sind, Rücken an Rücken innerhalb des Zufuhrsubstrats angeordnet sind, ist die Dicke der Halbleitervorrichtung nicht groß, und dennoch die Packungsdichte der Halbleiterelemente verdoppelt.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß der zehnten Zielrichtung der Erfindung das Signalübertragungssubstrat flexibel ausgebildet ist und entlang der unebenen Oberfläche des Zufuhrsubstrats verschoben ist, und das Signalübertragungssubstrat thermische Spannungen an seiner Verbindung mit dem Halbleiterelement ausgleicht, ist eine gute elektrische Verbindung zwischen dem Signalübertragungssubstrat und dem Halbleiterelement sichergestellt.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß der elften Zielrichtung der Erfindung das Signalübertragungssubstrat flexibel ausgebildet ist, ohne eine Halterungsbasis aufzuweisen, und der auf der rückseitigen Fläche des Signalübertragungsdrahts vorgesehene Metallfilm eine elektromagnetische Abschirmung bezüglich der Verdrahtung der Halbleitervorrichtung zur Verfügung stellt, läßt sich eine hohe Rauschwiderstandsfähigkeit erzielen.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß der zwölften Zielrichtung der Erfindung die Eingangs/Ausgangsklemmen auf der rückseitigen Fläche des Signalübertragungssubstrats vorgesehen sind, werden dann, wenn die Halbleitervorrichtung auf einer Mutterplatine angebracht wird, die Eingangs/Ausgangsklemmen entlang der unebenen Oberfläche der Mutterplatine versetzt, wodurch die Verläßlichkeit der elektrischen Verbindungen zwischen der Halbleitervorrichtung und der Mutterplatine verbessert wird.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß der dreizehnten Zielrichtung der Erfindung das Signalübertragungssubstrat Eingangs/Ausgangsklemmen aufweist, und das Zufuhrsubstrat Eingangs/Ausgangsklemmen aufweist, können diese Eingangs- und Ausgangselektroden für Signalübertragungs- und Stromversorgungszwecke unterteilt werden, und können Elektroden mit unterschiedlichen Abmessungen für jeden Einsatzzweck vorgesehen werden, wodurch die Leistung der Halbleitervorrichtung verbessert wird.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß der vierzehnten Zielrichtung der Erfindung der Boden der hohlen Behälter Poren aufweist, kann wirksam Wärme, die von dem Halbleiterelement erzeugt wird, an die Außenseite der rückwärtigen Fläche des Zufuhrsubstrats ausgestrahlt werden. Wenn das Halbleiterelement durch einen Kleber mit dem Boden des hohlen Behälters verbunden ist, so tritt darüber hinaus der Kleber in die Poren ein, und der zwischen dem Halbleiterelement und dem Boden des hohlen Behälters vorhandene Kleber wird dünn, und es wird von dem Halbleiterelement erzeugte Wärme wirksam an die Außenseite der rückseitigen Fläche des Zufuhrsubstrats ausgestrahlt.
Wenn darüber hinaus eine Wärmeabstrahlrippe auf der rückseitigen Fläche des Zufuhrsubstrats vorgesehen ist, so fließt der in die Poren hineingelangende Kleber zur Rückseite des Zufuhrsubstrats hinaus und dient wirksam als Kleber zum Verbinden der Wärmeabstrahlrippe, wodurch es einfach wird, die Wärmeabstrahlrippe auf dem Zufuhrsubstrat anzubringen.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß der fünfzehnten Zielrichtung der Erfindung das Signalübertragungssubstrat dünn ausgebildet ist, die Halbleiterelemente mit beiden Oberflächen des dünnen Signalübertragungssubstrats verbunden sind, welches sandwichartig zwischen zwei Zufuhrsubstraten angeordnet ist, und die Halbleiterelemente innerhalb der Zufuhrsubstrate aufgenommen sind, wird die Dicke der Halbleitervorrichtung nur durch die Dicke eines einzigen Zufuhrsubstrats erhöht, und wird dennoch die Packungsdichte verdoppelt.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß der sechzehnten Zielrichtung der Erfindung das Signalübertragungssubstrat dünn ausgebildet ist, und die Halbleiterelemente mit beiden Oberflächen des dünnen Signalübertragungssubstrats verbunden sind, welches sandwichartig zwischen zwei Zufuhrsubstraten angeordnet ist, ist das Halbleiterelement abgedichtet, was zu einer Packung hoher Dichte und hoher Verläßlichkeit führt.
Da bei der Halbleitertestverfahren gemäß der siebzehnten Zielrichtung der Erfindung die vorspringenden Elektroden von dem Testsubstrat zusammen mit dem Halbleiterelement entfernt werden, wenn das Halbleiterelement von dem Testsubstrat nach Beendigung des Tests entfernt wird, verbleiben die vorspringenden Elektroden auf dem Halbleiterelement. Anders ausgedrückt wird der Testvorgang vereinfacht, und werden die Kosten für den Test verringert, da der Halbleiterelementtest und die Ausbildung der vorspringenden Elektroden auf dem Halbleiterelement zur selben Zeit durchgeführt werden.
Da bei dem Testsubstrat gemäß der achtzehnten Zielrichtung der Erfindung die vorspringenden Elektroden auf dem Isolator des Testsubstrats ausgebildet und mit den Endoberflächen der Testdrähte verbunden werden, ist die Verbindungsfestigkeit zwischen der vorspringenden Elektrode und dem Testsubstrat kleiner als die Verbindungsfestigkeit zwischen der vorspringenden Elektrode und dem Halbleiterelement, wodurch das Halbleiterelement von dem Testsubstrat nach dem Test einfach entfernt werden kann, und die Ausbildung der vorspringenden Elektroden auf dem Halbleiterelement sichergestellt werden kann.
Da bei dem Testsubstrat gemäß der neunzehnten Zielrichtung der Erfindung das Polymerharz sämtliche Testdrähte mit Ausnahme der vorspringenden Elektroden abdeckt, und die Testdrähte haltert, kann verhindert werden, daß die Testdrähte vom Testsubstrat abgetrennt werden, wenn die vorspringenden Elektroden von dem Testsubstrat zusammen mit dem Halbleiterelement entfernt werden.
Da bei dem Testsubstrat gemäß der zwanzigsten Zielrichtung der Erfindung die vorspringende Elektroden durch Plattieren ausgebildet wird, kann einfach eine vorspringende Elektrode erhalten werden, die aus zahlreichen Arten von Metallen bestehen kann.
Da bei dem Testsubstrat-Herstellungsverfahren gemäß der einundzwanzigsten Zielrichtung der Erfindung die vorspringende Elektrode aus mehreren Metallen bestehen kann, wird eine thermische Diffusionsverbindung von Gold zu Gold zusätzlich zu einer Lötverbindung möglich, wodurch der Bereich der Möglichkeiten zum Verbinden des Halbleiterelements mit der Verdrahtungsplatte erweitert wird.
Da bei dem Testsubstrat gemäß der zweiundzwanzigsten Zielrichtung der Erfindung die vorspringende Elektrode und der Testdraht durch einen dünnen Filmleiter gegenseitig verbunden werden, der dünner ist als der Testdraht, können die vorspringenden Elektroden leicht entfernt werden, wobei die Testdrähte auf dem Testsubstrat verbleiben.
Da bei dem Testsubstrat gemäß der dreiundzwanzigsten Zielrichtung der Erfindung das Testsubstrat aus einem Polymerharz und einem Metall besteht, ist das Testsubstrat flexibel ausgebildet, wodurch es einfach wird, die vorspringenden Elektroden zusammen mit dem Halbleiterelement zu entfernen, wenn das Halbleiterelement von dem Testsubstrat entfernt wird.
Da bei dem Testsubstrat gemäß der vierundzwanzigsten Zielrichtung der Erfindung Gold zwischen dem Testsubstrat, welches aus einem Polymerharz besteht, und der vorspringenden Elektrode angeordnet ist, wird die Verbindungsstärke zwischen der vorspringenden Elektrode und dem Testsubstrat klein, wodurch es einfach wird, das Halbleiterelement von dem Testsubstrat zu entfernen.
Da bei dem Testsubstrat-Herstellungsverfahren gemäß der fünfundzwanzigsten Zielrichtung, der Erfindung obere Endabschnitte der vorspringenden Elektrode poliert werden, nachdem die vorspringenden Elektroden auf dem Testsubstrat ausgebildet worden sind, weisen die vorspringenden Elektroden sämtlich eine gleichmäßige Höhe auf, wodurch eine gleichmäßige Verbindung zwischen dem Halbleiterelement und den vorspringenden Elektroden ermöglicht wird.
Da bei dem Halbleiterelement-Testverfahren gemäß der sechsundzwanzigsten Zielrichtung der Erfindung obere Endabschnitte der vorspringenden Elektroden geätzt werden, nachdem die vorspringenden Elektroden von dem Testsubstrat zusammen mit dem Halbleiterelement entfernt wurden, wird die Oberfläche der vorspringenden Elektroden gereinigt, wodurch die Verbindung zwischen dem Halbleiterelement und der Verdrahtungsplatine verbessert wird.
Da bei dem Halbleiterelement-Testverfahren gemäß der siebenundzwanzigsten Zielrichtung der Erfindung obere Endabschnitte der vorspringenden Elektroden poliert werden, nachdem die vorspringenden Elektroden von dem Testsubstrat zusammen mit dem Halbleiterelement entfernt wurden, weisen die vorspringenden Elektroden sämtlich eine gleichförmige Höhe auf, wodurch die Verbindung zwischen dem Halbleiterelement und der Verdrahtungsplatine verbessert wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Zielrichtungen, Merkmale und Vorteile hervorgehen. Es zeigt:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 entlang einer Linie A-A von Fig. 2;
Fig. 2 eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1;
Fig. 3 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 2;
Fig. 4 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 3;
Fig. 5 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 4;
Fig. 6 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 5;
Fig. 7 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 6;
Fig. 8 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 7;
Fig. 9 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 8;
Fig. 10 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 9;
Fig. 11 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 10;
Fig. 12 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 11;
Fig. 13 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 12;
Fig. 14 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 13;
Fig. 15 eine Schnittansicht eines weiteren Beispiels für eine Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 13;
Fig. 16 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 14;
Fig. 17 eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung eines Testsubstrats und eines Halbleiterelements gemäß Ausführungsform 15;
Fig. 18 eine Schnittansicht des Testsubstrats und des Halbleiterelements zur Beschreibung eines Verfahrens zum Testen des Halbleiterelements gemäß Ausführungsform 15;
Fig. 19 eine Schnittansicht eines Testsubstrats gemäß Ausführungsform 16;
Fig. 20 eine Schnittansicht eines weiteren Beispiels für ein Testsubstrat gemäß Ausführungsform 16;
Fig. 21 eine Schnittansicht eines Testsubstrats gemäß Ausführungsform 17;
Fig. 22 eine Schnittansicht eines Testsubstrats, welches durch ein Verfahren zur Herstellung des Testsubstrats gemäß Ausführungsform 18 hergestellt wurde;
Fig. 23 eine Schnittansicht eines Testsubstrats gemäß Ausführungsform 19;
Fig. 24 eine Schnittansicht eines Testsubstrats gemäß Ausführungsform 20;
Fig. 25 eine Schnittansicht eines Testsubstrats gemäß Ausführungsform 21;
Fig. 26 eine Schnittansicht eines Testsubstrats gemäß Ausführungsform 22;
Fig. 27 eine Schnittansicht eines Testsubstrats, welches durch ein Verfahren zur Herstellung des Testsubstrats gemäß Ausführungsform 23 hergestellt wurde;
Fig. 28 eine Schnittansicht eines Halbleiterelements und eines Testsubstrats zur Erläuterung eines Verfahrens zum Testen des Halbleiterelements gemäß Ausführungsform 24;
Fig. 29 eine Schnittansicht eines Halbleiterelements und eines Testsubstrats zur Erläuterung eines Verfahrens zum Testen des Halbleiterelements gemäß Ausführungsform 25;
Fig. 30 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung nach dem Stand der Technik; und
Fig. 31 eine Darstellung eines Verfahrens nach dem Stand der Technik zum Testen eines Halbleiterelements.
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 33 bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, wobei gleiche oder entsprechende Teile wie beim Stand der Technik mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind.
Ausführungsform 1 (Ansprüche 1, 2 und 3)
Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung, die als integrierte Einheit aufgebaut ist, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, wobei der Schnitt entlang der Linie A-A von Fig. 2 verläuft. Fig. 2 ist eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1. In Fig. 2 weist die Halbleitervorrichtung ein Signalübertragungssubstrat 1 auf, ein Zufuhrsubstrat 2 und Halbleiterelemente 3. Das Signalübertragungssubstrat 1 weist eine Basis 1a und eine Verdrahtungsschicht 1b auf, die mit einem feinen Verdrahtungsmuster versehen ist und auf der Basis 1a durch ein Dünnfilmherstellungsverfahren ausgebildet wird. Hierbei besteht die Basis 1a aus einem Material, dessen thermischer Expansionskoeffizient annähernd gleich jenem des Halbleiterelements 3 ist. Da das Halbleiterelement 3 im allgemeinen einen thermischen Expansionskoeffizienten von etwa 3,5 aufweist, wird Silizium (mit einem thermischen Expansionskoeffizienten von 3,5), Siliziumkarbid (3,5) oder Aluminiumnitrid (5,7) als Material für die Basis 1a verwendet. Die Verdrahtungsschicht 1b wird als Mehrfachschicht ausgebildet, durch Beschichten der Basis 1a mit Polyimid, beispielsweise mittels Schleuderbeschichtung, Ausheizen des Beschichtungsfilms bei 350°C zur Ausbildung eines Polyimid-Isolators, nachfolgendes Ausbilden eines leitfähigen Films aus einem Metall wie beispielsweise Kupfer auf diesem Isolator durch Sputtern, und eines Widerstandsfilms auf diesem leitfähigen Film, Erzeugung eines Musters in dem Widerstandsfilm durch eine Photograviertechnik, Ablagern von Kupfer durch Elektroplattieren, Wegätzen unnötiger Abschnitte des leitfähigen Films zur Ausbildung eines leitfähigen Musters 1c, welches ein vorbestimmtes, feines Verdrahtungsmuster auf dem Isolator aufweist, Beschichten des Isolators, der dieses leitfähige Muster 1c aufweist, mit Polyimid, Ausbildung von Öffnungen durch ein Photogravierverfahren, Ausheizen oder Brennen des Polyimids, und erneutes Ausbilden eines leitfähigen Musters 1c durch Musterbildung und Ätzen auf dieselbe Weise wie voranstehend beschrieben. Anders ausgedrückt ist die Verdrahtungsschicht 1b einer Mehrfachschicht, die durch Wiederholung der Ausbildung des Isolators und des leitfähigen Musters 1c hergestellt wird. Auf der Vorderfläche dieser Verdrahtungsschicht 1b, an welcher die Halbleiterelemente angeordnet sind, sind Elementenelektroden 1d (siehe Fig. 1), Zufuhr- oder Versorgungselektroden 1e, und Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Substratzwischenverbindungen vorgesehen. Die Elementelektroden 1d, die Zufuhrelektroden 1e und die Eingangs/Ausgangselektroden 1f zwischen den Substraten werden aus dem leitfähigen Muster 1c der Oberflächenschicht gebildet, welche die vordere Fläche der Verdrahtungsschicht 1b bildet, an welcher sich die Halbleiterelemente befinden. Die Zufuhrelektroden 1e und die Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Substratverbindungen stellen Elektroden dar, die auf dem Signalübertragungssubstrat 1 vorgesehen sind, um das Signalübertragungssubstrat 1 und das Zufuhrsubstrat 2 elektrisch zu verbinden. Obwohl die Elementelektroden 1d in Fig. 2 nicht dargestellt sind, da sie unmittelbar unterhalb der Halbleiterelemente 3 liegen, sind die Zufuhrelektroden 1e um die Halbleiterelemente 3 herum angeordnet, und sind die Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Substratverbindungen nahe den Kanten oder Rändern der Verdrahtungsschicht 1b angeordnet. Bei der Ausführungsform 1 besteht der Isolator aus Polyimid, kann jedoch auch aus einem Polymerharz auf Epoxygrundlage, oder einem anderen organischen Material wie beispielsweise Siliziumdioxid bestehen. Der leitfähige Film wird durch Sputtern ausgebildet, jedoch kann dies auch durch Plattieren erfolgen. Zwar wird Kupfer als Material für das leitfähige Muster 1c eingesetzt, jedoch kann statt dessen auch Aluminium verwendet werden.
Das Zufuhrsubstrat 2 besteht aus einem keramischen Laminat, welches offene Behälter 2a aufweist, die beide Oberflächen des Zufuhrsubstrats 2 durchdringen, als Behälter zur Aufnahme der Halbleiterelemente 3, die auf dem Signalübertragungssubstrat 1 angeordnet sind. Genauer gesagt ist das Zufuhrsubstrat 2 ein keramisches Laminat, welches durch Stanzen einer grünen Tafel hergestellt wird, die eine ungebrannte Keramiktafel oder -platte darstellt, zur Ausbildung eines Isolators, um die offenen Behälter 2a auf der grünen Tafel herzustellen, Anordnung einer leitfähigen Paste in einem Muster auf dieser grünen Tafel durch Drucken, Herstellung eines Leiters 2b mit einem vorbestimmten Verdrahtungsmuster auf der grünen Tafel, Aufbringen einer weiteren grünen Tafel, die mit offenen Behältern 2a versehen ist, auf diesen Leiter 2b, Erzeugung eines Musters auf dem Leiter 2b mit einem vorbestimmten, dicken Verdrahtungsmuster mit kleinem Widerstand auf dieser grünen Tafel, zur Erzeugung einer Mehrfachschicht, und Brennen der Mehrfachschicht. Anders ausgedrückt stellt das Zufuhrsubstrat 2 ein Keramiklaminat dar, welches durch Wiederholung der Ausbildung der grünen Tafel mit den offenen Behältern 2a und des leitfähigen Musters 2b hergestellt wird, um eine Mehrfachschicht zu erzeugen, welche das dicke, leitfähige Muster 2b mit kleinen Widerstand aufweist, und durch Brennen der Mehrfachschicht. Auf der Vorderseite des Zufuhrsubstrats 2, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt, sind Zufuhrelektroden 2c vorgesehen, Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten, und externe Eingangs/Ausgangsklemmen 2e. Die Zufuhrelektroden 2c, die Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten, und die externen Eingangs/Ausgangsklemmen 2e werden aus dem leitfähigen Muster 2b der obersten Schicht gebildet, welche die Vorderseite des Zufuhrsubstrats 2 bildet, die dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt. Die Zufuhrelektroden 2c sind um die offenen Behälter 2a herum angeordnet, die Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten sind außerhalb der Zufuhrelektroden 2c angeordnet, und die externen Eingangs/Ausgangsklemmen 2e sind nahe den Kanten des Zufuhrsubstrats 2 angeordnet, so daß dann, wenn das Signalübertragungssubstrat 1 dem Zufuhrsubstrat 2 überlagert wird, wodurch die Halbleiterelemente 3, die auf dem Signalübertragungssubstrat 1 angeordnet sind, in den offenen Behältern 2a aufgenommen werden, die Zufuhrelektroden 2c den Zufuhrelektroden 1e des Signalübertragungssubstrats 1 gegenüberliegen, die Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten den Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten des Signalübertragungssubstrats 1 gegenüberliegen, und die externen Eingangs/Ausgangsklemmen 2e zur Außenseite des Signalübertragungssubstrats 1 hin freigelegt sind. Die Zufuhrelektroden 2c und die Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten stellen elektrische Verbindungselektroden dar, die auf dem Zufuhrsubstrat 2 dazu vorgesehen sind, das Signalübertragungssubstrat 1 und das Zufuhrsubstrat 2 elektrisch zu verbinden. Bei der Ausführungsform 1 wird ein Keramiklaminat als das Zufuhrsubstrat 2 verwendet, jedoch kann statt dessen auch eine Platine mit einer gedruckten Schaltung verwendet werden.
Das Halbleiterelement 3 ist ein "nackter" Chip, der von einem Wafer abgeschnitten wird, auf welchem ein Elementherstellungsvorgang durchgeführt wurde, ist mit elektrischen Verbindungselektroden 3a versehen (siehe Fig. 1), für Signalübertragung und Stromversorgung, auf seiner Vorderseite, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt, ist als zufriedenstellen in einem Einbrenntest bestätigt worden, und kann eine Hochgeschwindigkeits-Signalverarbeitung durchführen, wie beispielsweise ein LSI. Die Halbleiterelemente 3 sind auf der Verdrahtungsschicht 1b des Signalübertragungssubstrats 1 angeordnet. Das Signalübertragungssubstrat 1, auf welchem die Halbleiterelemente 3 angebracht sind, wird umgedreht, wie durch einen Pfeil in Fig. 2 gezeigt ist, und die Verdrahtungsschicht 1b des Signalübertragungssubstrats 1 wird dem Zufuhrsubstrat 2 überlagert und mit diesem verbunden, wodurch die Halbbleiterelemente 3 in den offenen Behältern 2a angeordnet werden, um so eine Halbleitervorrichtung als integrierte Einheit auszubilden.
Im einzelnen wird gemäß Fig. 1, nachdem die elektrischen Verbindungselektroden 3a der Halbleiterelemente 3 mit den Elementelektroden 1d des Signalübertragungssubstrats 1 mittels Lötmittel 4 verbunden wurden, und die Halbleiterelemente 3 auf dem Signalübertragungssubstrat 1 angebracht wurden, das Signalübertragungssubstrat 1 dem Zufuhrsubstrat 2 überlagert, wodurch die Halbleiterelemente 3 in den offenen Behältern 2a angeordnet werden, und die Zufuhrelektroden 1e und die Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten des Signalübertragungssubstrats 1 werden mit den Zufuhrelektroden 2c und den Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten des Zufuhrsubstrats 2 durch das Lötmittel 4 verbunden, um eine Halbleitervorrichtung als integrierte Einheit auszubilden. Das Lötmittel 4 wird zum Verbinden der Halbleiterelemente 3 mit dem Signalübertragungssubstrat 1 verwendet, jedoch werden die Oberflächen der elektrischen Verbindungselektroden 3a der Halbleiterelemente 3 und die Oberflächen der Elementelektroden 1d des Signalübertragungssubstrats 1 mit Gold plattiert, und miteinander über eine thermische Diffusion von Gold zu Gold verbunden.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1, wie in Fig. 1 gezeigt ist, das Signalübertragungssubstrat 1 und das Zufuhrsubstrat 2 einander überlagert und miteinander verbunden sind, und die Halbleiterelemente 3, die mit dem Signalübertragungssubstrat 1 verbunden sind, in den offenen Behältern 2a des Zufuhrsubstrats 2 aufgenommen sind, so daß die Dicke der Halbleitervorrichtung im wesentlichen die Summe der Dicke des Signalübertragungssubstrats 1 und der Dicke des Zufuhrsubstrats 2 beträgt, wird es möglich, eine dünne Halbleitervorrichtung herzustellen. Da die Verdrahtungsschicht 1b in Bereichen gegenüberliegend den Halbleiterelementen 3 ausgebildet wird, kann die Fläche des Signalübertragungssubstrats 1 dadurch verringert werden, daß das leitfähige Muster 1c, welches ein feines Verdrahtungsmuster bildet, an den Bereichen angeordnet wird, welche den Halbleiterelementen 3 der Verdrahtungsschicht 1b gegenüberliegen, wodurch es möglich wird, eine dünne Halbleitervorrichtung herzustellen. Da die elektrischen Verbindungselektroden 3a mit den Elementelektroden 1d verbunden sind, welche den Halbleiterelementen 3 gegenüberliegen, die auf der Verdrahtungsschicht b angebracht sind, wird auf jeden Fall die Länge eines Signalkanals zwischen benachbarten Halbleiterelementen kurz, und kann daher die Signalverarbeitungsgeschwindigkeit erhöht werden. Dieser Effekt ist im Patentanspruch 1 angegeben.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 die offenen Behälter 2a auf der Rückseite des Zufuhrsubstrats 2 offen sind, welche nicht dem Signalübertragungssubstrat 1 gegenüberliegt, wenn das Signalübertragungssubstrat 1 und das Zufuhrsubstrat 2 einander überlagert und miteinander verbunden werden, wird von den Halbleiterelementen 3 erzeugte Wärme von dem offenen Behälter 2a an die Außenseite der Rückseite des Zufuhrsubstrats 2 während des Betriebs der Halbleiterelemente 3 abgestrahlt, wodurch die Wärmeabstrahlfähigkeit der Halbleiterelemente 3 vergrößert wird, ohne daß eine Wärmeabstrahlrippe vorgesehen wird. Dieser Effekt ist im Patentanspruch 2 angegeben.
Darüber hinaus ist es infolge der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 möglich, eine kostengünstige Halbleitervorrichtung zur Verfügung zu stellen, da die Wärmeabstrahlrippe nicht vorhanden ist.
Bei der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform besteht die Basis 1a aus einem Material, welches einen thermischen Expansionskoeffizienten aufweist, der annähernd gleich jenem des Halbleiterelements 3 ist, beispielsweise Silizium, Siliziumkarbid und Aluminiumnitrid, und daher haltert die Basis 1a die Verdrahtungsschicht 1b als untrennbare Einheit, und selbst wenn das Lot 4 dazu verwendet wird, die elektrischen Verbindungselektroden 3a des Halbleiterelements 3 mit den Elementelektroden 1d der Verdrahtungsschicht 1b zu verbinden, werden keine thermischen Spannungen, welche eine Spaltbildung hervorrufen, auf das Lot 4 ausgeübt, wodurch es möglich wird, sichere elektrische Verbindungen zwischen den elektrischen Verbindungselektroden 3a der Halbleiterelemente 3 und den Elementelektroden 1d der Verdrahtungsschicht 1b zur Verfügung zu stellen. Diese Wirkung ist im Patentanspruch 3 angegeben.
Ausführungsform 2 (Anspruch 4)
Fig. 3 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. In Fig. 3 weist die Halbleitervorrichtung ein Signalübertragungssubstrat 1 auf, ein Zufuhrsubstrat, und Halbleiterelemente 3. Das Zufuhrsubstrat 2 besteht aus einem Keramiklaminat, welches mit offenen Behältern 2a versehen ist, und weist Zufuhrelektroden 2c auf, Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten, und externe Eingangs/Ausgangsklemmen 2e auf seiner Vorderfläche, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt. Das Signalübertragungssubstrat 1 ist mit einer Basis 1a und einer Verdrahtungsschicht 1b versehen, die ein feines Verdrahtungsmuster aufweist und auf der Basis 1a durch einen Dünnfilmherstellungsvorgang ausgebildet wird. Die Verdrahtungsschicht ist eine Mehrfachschicht, die einen Isolator aus Polyimid oder einem Polymermaterial auf Epoxybasis aufweist, sowie ein leitfähiges Muster 1c (siehe Fig. 2). Die Verdrahtungsschicht 1b weist Elementelektroden 1d auf, Zufuhrelektroden 1e und Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten, auf ihrer Vorderfläche, an welcher sich die Halbleiterelemente befinden. In dem Signalübertragungssubstrat 1 sind Abschnitte der Basis 1a entfernt, die elektrisch mit dem Zufuhrsubstrat 2 verbunden sind. Die entfernten Abschnitte der Basis 1a sind durch 1g bezeichnet. Die entfernten Abschnitte 1g werden durch Abdecken von Abschnitten der Basis 1a abgesehen von mit dem Zufuhrsubstrat verbundenen Abschnitten durch einen Photolack (resist) und Ätzen freiliegender Abschnitte der Basis 1a zum Entfernen des Photolacks hergestellt. Wenn bei diesem Ätzvorgang die Basis 1a aus einer Ferrolegierung besteht, sogenanntem Kovar, so können Eisenchlorid und Salzsäure verwendet werden, wenn dagegen die Basis 1a aus Aluminiumoxid besteht, so kann Phosphorsäure verwendet werden, und wenn die Basis 1a aus Silizium besteht, so kann eine Mischung von Salpetersäure und Salzsäure eingesetzt werden. Die entfernten Abschnitte 1g sind an Abschnitten der Basis 1a entsprechend den Zufuhrelektroden 1g und den Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten vorgesehen, und ordnen die Basis 1a an einem Ort entsprechend den offenen Behältern 2a an.
Bei der Halbleitervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform 2 besteht daher die Verdrahtungsschicht 1b aus einer Mehrfachschicht, die einen Isolator aus einem Polymermaterial und einen Leiter enthält, und gemäß Fig. 3 weist die Basis 1a des Signalübertragungssubstrats 1 die entfernten Abschnitte 1d an Orten entsprechend den Zufuhrelektroden 1e und den Eingangs/Ausgangselektroden 1e für Verbindungen zwischen den Substraten auf. Wenn die Zufuhrelektroden 1e und die Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten des Signalübertragungssubstrats 1 daher mittels Lot 4 mit den Zufuhrelektroden 2c und den Eingangs/Ausgangselektroden 2e für Verbindungen zwischen den Substraten des Zufuhrsubstrats 2 verbunden werden, so ist die Verdrahtungsschicht 1b entsprechend dem entfernten Abschnitt 1g entlang der unebenen Oberfläche des Zufuhrsubstrats 1 auf der Seite des Signalübertragungssubstrats verschoben, und mit den Zufuhrelektroden 2c und den Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten durch das Lot 4 verbunden, welches zwischen den Zufuhrelektroden 1e und den Zufuhrelektroden 2c sowie zwischen den Eingangs/Ausgangselektroden 1f und 2d für Verbindungen zwischen den Substraten vorgesehen ist, wodurch die Verläßlichkeit der elektrischen Verbindungen verbessert wird.
Wie bei der voranstehend beschriebenen Ausführungsform 1 sind bei der vorliegenden Ausführungsform 2 die elektrischen Verbindungselektroden 3a der Halbleiterelemente 3 mit den Elementelektroden 1d des Signalübertragungssubstrats durch das Lot 4 verbunden, das Signalübertragungssubstrat 1 und das Zufuhrsubstrat 2 sind einander überlagert, wodurch die Halbleiterelemente 3 in den offenen Behältern 2a des Zufuhrsubstrats 2 aufgenommen sind, und die Zufuhrelektroden 1e und die Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten des Signalübertragungssubstrats 1 sind mit den Zufuhrelektroden 2c und den Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten des Zufuhrsubstrats 2 durch das Lot 4 verbunden, um eine Halbleitervorrichtung als integrierte Einheit aufzubauen.
Ausführungsform 3 (Anspruch 5)
Fig. 4 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung. In Fig. 4 weist die Halbleitervorrichtung ein Signalübertragungssubstrat 1 auf, ein Zufuhrsubstrat 2, und Halbleiterelemente 3. Das Zufuhrsubstrat 2 besteht aus einem Keramiklaminat, welches mit offenen Behältern 2a versehen ist, und weist Zufuhrelektroden 2c auf, Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten und externe Eingangs/Ausgangsklemmen 2e auf seiner Vorderfläche, die dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt. Das Signalübertragungssubstrat 1 ist mit einer Verdrahtungsschicht 1b versehen, die ein feines Verdrahtungsmuster aufweist und auf einer Basis 1a durch ein Dünnfilmherstellungsverfahren ausgebildet ist. Die Verdrahtungsschicht 1b weist Elementelektroden 1d auf, Zufuhrelektroden 1e und Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten auf ihrer Vorderseite, an welcher sich die Halbleiterelemente befinden, und die offenen Behälter 2a sind mit einem Polymerharz 5 gefüllt, welches verfestigt wird, während sich die Halbleiterelemente 3 in den offenen Behältern 2a befinden. Dieses Polymerharz 5 ist ein Epoxyharz oder ein Silikonharz. Genauer gesagt sind die elektrischen Verbindungselektroden 3a der Halbleiterelemente 3 mit den Elementelektroden 1d des Signalübertragungssubstrat 1 mittels Lot 4 verbunden, das Signalübertragungssubstrat 1 und das Zufuhrsubstrat 2 werden einander überlagert, wodurch die Halbleiterelemente 3 in den offenen Behältern 2a aufgenommen werden, und das flüssige Polymerharz 5 wird in die offenen Behälter 2a von der Rückseite des Zufuhrsubstrats 1 aus eingefüllt, bis das Harz mit den Kanten der Behälter fluchtet, und sich verfestigt, während die Zufuhrelektroden 1e und die Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten des Signalübertragungssubstrats 1 mit den Zufuhrelektroden 2c und den Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten des Zufuhrsubstrats 2 durch das Lot 4 verbunden werden. Wenn das Polymerharz 5 in die offenen Behälter 2a eingebracht wird, fließt es in den Spalt zwischen dem Halbleiterelement 3 und den Seitenwänden des offenen Behälters 2a, in den Spalt zwischen dem Halbleiterelement 3 und dem Signalübertragungssubstrat 1, und in den Spalt zwischen dem Signalübertragungssubstrat 1 und dem Zufuhrsubstrat 2. In diesem Fall wird das Polymerharz, welches in den Spalt zwischen dem Signalübertragungssubstrat 1 und dem Zufuhrsubstrat 2 hineinfließt, am Außenumfang des Spaltes durch die Wirkung der Oberflächenspannung angehalten, die durch die Zähigkeit des Polymerharzes 5 hervorgerufen wird, und wird verfestigt.
Nachdem bei der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 die Halbleiterelemente 3 in den offenen Behältern 2a angeordnet sind, wird daher das Polymerharz 5 in die offenen Behälter 2a eingegossen, so daß durch das Polymerharz 5 die Bereiche um die Verbindung zwischen dem Halbleiterelement 3 und dem Signalübertragungssubstrat 1 herum, und um die Verbindung zwischen dem Signalübertragungssubstrat 1 und dem Zufuhrsubstrat 2 gefüllt werden, wodurch es ermöglicht wird, Wasser am Eintritt in die Verbindung zwischen dem Halbleiterelement 3 und dem Signalübertragungssubstrat 1 und die Verbindung zwischen dem Signalübertragungssubstrat 1 und dem Zufuhrsubstrat 2 zu hindern. Wenn das Lot 4 zum Verbinden des Halbleiterelements 3 mit dem Signalübertragungssubstrat 1 und des Signalübertragungssubtrats 1 mit dem Zufuhrsubstrat 2 verwendet wird, so gleicht das Polymerharz 5, welches in die Bereiche um die Verbindung zwischen dem Halbleiterelement 3 und dem Signalübertragungssubstrat 1 herum und um die Verbindung zwischen das Signalübertragungssubstrat 1 und das Zufuhrsubstrat 2 herum eingefüllt wurde, thermische Spannung aus, welche sonst die Erzeugung von Spalten in dem Lot 4 hervorrufen würden, wodurch es ermöglicht wird, eine ordnungsgemäße elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterelement 3 und dem Signalübertragungssubstrat 1 sowie zwischen dem Signalübertragungssubstrat 1 und dem Zufuhrsubstrat 2 sicherzustellen.
Ausführungsform 4 (Anspruch 6)
Fig. 5 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung. In Fig. 5 weist die Halbleitervorrichtung ein Signalübertragungssubstrat 1 auf, ein Zufuhrsubstrat 2 und Halbleiterelemente 3. Das Signalübertragungssubstrat 1 umfaßt eine Verdrahtungsschicht 1b, die ein feines Verdrahtungsmuster aufweist und auf einer Basis 1a durch eine Dünnfilmherstellungsvorgang ausgebildet wird. Die Verdrahtungsschicht 1b ist mit Elementelektroden 1d versehen, Zufuhrelektroden 1e und Eingangs/Ausgangselektroden 1e für Verbindungen zwischen den Substraten auf ihrer Vorderseite, an welcher sich die Halbleiterelemente befinden. Das Zufuhrsubstrat 2 weist Zufuhrelektroden 2c auf, Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten, und externe Eingangs/Ausgangsklemmen 2e auf seiner Vorderseite, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt. Das vorliegend Zufuhrsubstrat 2 weist hohle Behälter 2f zur Aufnahme der Halbleiterelemente 3 auf. Dieser hohle Behälter 2f ist an der Vorderseite des Zufuhrsubstrats 2 offen, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt, und auf der entgegengesetzten Seite geschlossen. Wenn ein Keramiklaminat aus grünen Tafeln als Zufuhrsubstrat 2 verwendet wird, so werden vor dem Brennen des Keramiklaminats die hohlen Behälter 2f ausgebildet. Genauer gesagt wird die Öffnung des hohlen Behälters 2f nicht auf der grünen Tafel der Bodenschicht des Zufuhrsubstrats 2 ausgebildet, sondern auf der grünen Tafel der obersten Schicht des Zufuhrsubstrats 2, so daß der hohle Behälter 2f auf der Vorderseite des Zufuhrsubstrats 2 offen ist, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt, und auf der entgegengesetzten Seite geschlossen ist. Andererseits kann die Öffnung des hohlen Behälters auf dem Keramiklaminat oder sämtlichen grünen Tafeln ausgebildet werden, vor dem Brennen, und mit einer flachen Platte 2g abgedeckt sein, die mit der Rückseite des Zufuhrsubstrats 2 verbunden ist, so daß der hohle Behälter 2f an der Vorderseite des Zufuhrsubstrats 2 offen ist, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt, und auf der entgegengesetzten Seite geschlossen ist. Wenn eine Platine mit gedruckter Schaltung als Zufuhrsubstrat 2 verwendet wird, so wird die Öffnung des hohlen Behälters 2f auf der Platine mit gedruckter Schaltung vorgesehen, und durch eine flache Platte entsprechend der voranstehend erwähnten flachen Platte 2g abgedichtet, die mit der Rückseite der Platine mit gedruckter Schaltung verbunden ist. An dieser Bodenoberfläche des hohlen Behälters 2f wird mit einem Kleber 6 die Oberfläche des Halbleiterelements 3, welches in dem hohlen Behälter 2f gegenüberliegend zur Oberfläche, an welcher sich die elektrische Verbindungselektrode 3a des Halbleiterelements 3 befindet, verbunden. Als Kleber 6 wird eine Mischung aus einem Epoxyharz und einem Silber-Füllmittel mit guter thermischer Leitfähigkeit verwendet.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 4 die Halbleiterelemente 3 in den hohlen Behältern 2f angeordnet sind, die auf dem Zufuhrsubstrat 2 vorgesehen sind, und die elektrischen Verbindungselektroden 3a des Halbleiterelements 3 durch das Lot 4 mit den Elementelektroden 1d des Signalübertragungssubstrats 1 verbunden sind, welches dem Zufuhrsubstrat 2 in dem hohlen Behälter 2f überlagert und hiermit verbunden ist, kann das Halbleiterelement 3 durch die seitenwandoberflächen und die Bodenoberfläche des hohlen Behälters 2f und das Signalübertragungssubstrat 1 abgedichtet werden. Die schüssselartige Abdichtkappe nach dem Stand der Technik ist zum Abdichen des Halbleiterelements nicht erforderlich, was es ermöglicht, die Kosten zu verringern. Da von dem Halbleiterelement 3 erzeugte Wärme von der Bodenoberfläche des hohlen Behälters 2f zur Außenseite der Rückseite des Zufuhrsubstrats 2 während des Betriebs des Halbleiterelements 3 abgestrahlt wird, können darüber hinaus die Wärmeabstrahleigenschaften des Halbleiterelements 3 verbessert werden, ohne eine Wärmeabstrahlrippe vorzusehen. Darüber hinaus ist es möglich, eine kostengünstige Halbleitervorrichtung zur Verfügung zu stellen, da die Wärmeabstrahlrippe nicht benötigt wird. Wenn das Halbleiterelement 3 mit der flachen Platte 2g verbunden ist, welche die Bodenoberfläche des hohlen Behälters 2f bildet, und zwar durch den wärmeleitfähigen Kleber 6, so wird darüber hinaus von dem Halbleiterelement 3 erzeugte Wärme schnell von dem Kleber 6 an die flache Platte 2g übertragen, was es ermöglicht, die Wärme wirksam abzustrahlen.
Ausführungsform 5 (Anspruch 7)
Fig. 6 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung, die gerade mit Hilfe eines Herstellungsverfahrens gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung hergestellt wird. In Fig. 6 weist die Halbleitervorrichtung ein Signalübertragungssubstrat 1 auf, ein Zufuhrsubstrat 2 und Halbleiterelemente 3. Das Signalübertragungssubstrat 1 weist eine Verdrahtungsschicht 1b mit einem feinen Verdrahtungsmuster auf, welche auf einer Basis 1a durch ein Dünnfilmherstellungsverfahren ausgebildet ist. Die Verdrahtungsschicht 1b ist mit Elementelektroden 1d versehen, Zufuhrelektroden 1e, Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen Substraten, und Abdicht-Anschlußflächen 1h auf ihrer Vorderseite, an welcher sich die Halbleiterelemente befinden. Die Abdicht-Anschlußflächen 1h, die zwischen den Zufuhrelektroden 1e und den Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten angeordnet sind, sind in Umfangsrichtung des Halbleiterelements 3 so verschoben, daß sie nicht in Bezug auf die Zufuhrelektroden 1e und die Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten ausgerichtet sind. Das Zufuhrsubstrat 2 besteht aus einem Keramiklaminat, welches mit hohlen Behältern 2f versehen ist, und weist Zufuhrelektroden 2c auf, Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten, externe Eingangs/Ausgangsklemmen 2e und Abdicht- Anschlußflächen 2h auf seiner Vorderseite, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt. Die Abdicht- Anschlußflächen 2h, die zwischen den Zufuhrelektroden 2c und den Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten angeordnet sind, sind in der Umfangsrichtung des hohlen Behälters 2f so verschoben, daß sie nicht bezüglich der Zufuhrelektroden 2c und der Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten ausgerichtet sind. Wenn das Signalübertragungssubstrat 1 dem Zufuhrsubstrat 2 überlagert wird, wodurch die Halbleiterelemente 3, die sich auf dem Signalübertragungssubstrat 1 befinden, in den hohlen Behältern 2a aufgenommen werden, liegen die Abdicht- Anschlußflächen 2h und die Abdicht-Anschlußflächen 1h einander gegenüber. Diese Abdicht-Anschlußflächen 1h und 2h werden gleichzeitig mit der Herstellung des leitfähigen Musters 1c hergestellt (siehe Fig. 2). Die Abdicht- Anschlußflächen 1h und 2h sind elektrisch isoliert gegenüber den Zufuhrelektroden 1e, den Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten, den Zufuhrelektroden 2c, und den Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten.
Im einzelnen wird bei dieser Ausführungsform 5 die Halbleitervorrichtung auf folgende Weise als integrierte Einheit hergestellt: (1) Verbinden der elektrischen Verbindungselektroden 3a des Halbleiterelements 3 mit den Elementelektroden 1d des Signalübertragungssubstrats 1 mit Lot 4, (2) Anbringen der Halbleiterelemente 3 auf dem Signalübertragungssubstrat 1, (3) Anbringen des Lots 4 auf den Zufuhrelektroden 2c, den Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten und den Abdicht- Anschlußflächen 2h, (4) Anordnen des Signalübertragungssubstrats 1 und des Zufuhrsubstrats 2 parallel zueinander so, daß sie einander gegenüberliegen, so daß das Halbleiterelement 3 der Öffnung des hohlen Behälters 2f gegenüberliegt, wie in Fig. 6 gezeigt, (5) Bewegen des Signalübertragungssubstrats 1 in Richtung auf das Zufuhrsubstrat 2, wie durch den Pfeil gezeigt, (6) Aufnehmen der Halbleiterelemente 3 in den hohlen Behältern 2f, (7) Aufbringen des Signalübertragungssubstrats 1 auf das Zufuhrsubstrat 2, (8) Anbringen der Zufuhrelektroden 1e, der Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten und der Abdicht-Anschlußflächen 1h des Signalübertragungssubstrats 1 auf dem Lot 4, welches auf den Zufuhrelektroden 2c, den Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten und den Abdicht- Anschlußflächen 2h des Zufuhrsubstrats 2 vorgesehen ist, und (9) Schmelzen und Verfestigen des Lotes 4, um die Zufuhrelektroden 1e, die Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten und die Abdicht- Anschlußflächen 1h des Signalübertragungssubstrats 1 mit den Zufuhrelektroden 2c, den Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten und den Abdicht- Anschlußflächen 2h des Zufuhrsubstrats 2 mit Hilfe des Lotes 4 jeweils gleichzeitig zu verbinden.
Kurzgefaßt kann durch das Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 5 die Anzahl an Herstellungsvorgängen verringert werden, da die Zufuhrelektroden 1e, die Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten und die Abdicht- Anschlußflächen 1h des Signalübertragungssubstrats 1 gleichzeitig mit den Zufuhrelektroden 2c, den Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten und den Abdicht-Anschlußflächen 2h des Zufuhrsubstrats 2 durch das Lot verbunden werden. Bei der Ausführungsform 5 befindet sich das Zufuhrsubstrat 2 unterhalb des Signalübertragungssubstrats 1, und das Lot 4 wird auf die Seite des Zufuhrsubstrats 2 aufgebracht, wie voranstehend beschrieben und in der Figur dargestellt, jedoch läßt sich dieselbe Wirkung auch dadurch erzielen, daß das Signalübertragungssubstrat 1 unterhalb des Zufuhrsubstrats 2 angeordnet wird, und das Lot auf die Seite des Signalübertragungssubstrats 1 aufgebracht wird. Darüber hinaus ist bei der Ausführungsform 5 der Behälter zur Aufnahme des Halbleiterelements 3 der hohle Behälter 2f, wie voranstehend beschrieben und in der Figur dargestellt, jedoch kann derselbe Effekt auch dadurch erzielt werden, daß der offene Behälter 2a gemäß Fig. 1 als der Behälter zur Aufnahme des Halbleiterelements 3 vorgesehen wird.
Ausführungsform 6 (Anspruch 8)
Fig. 7 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung. In Fig. 7 weist die Halbleitervorrichtung ein Signalübertragungssubstrat 1 auf, ein Zufuhrsubstrat 2, Halbleiterelemente 3 und eine Wärmeabstrahlungsrippe 7. Das Signalübertragungssubstrat 1 weist eine Verdrahtungsschicht 1b auf, die mit einem feinen Verdrahtungsmuster versehen ist, und auf einer Basis 1a durch einen Dünnfilmherstellungsvorgang ausgebildet ist. Die Verdrahtungsschicht 1b ist mit Elementelektroden 1d versehen, Zufuhrelektroden 1e, Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten, und Abdicht- Anschlußflächen 1h auf ihrer Vorderseite, an welcher sich die Halbleiterelemente befinden. Das Zufuhrsubstrat 2 besteht aus einem Keramiklaminat, welches mit hohlen Behältern 2f versehen ist, und weist Zufuhrelektroden 2c auf, Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten, externe Eingangs/Ausgangsklemmen 2e, und Abdicht- Anschlußflächen 2h auf seiner Vorderseite, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt. Die Bodenoberfläche des hohlen Behälters 2f ist durch einen Kleber 6 mit der Oberfläche des Halbleiterelements 3 verbunden, welches in dem hohlen Behälter 2f angeordnet ist, die entgegengesetzt zur Oberfläche angeordnet ist, an welcher die elektrischen Verbindungselektroden 3a vorgesehen sind. Die Wärmeabstrahlrippe 7 ist mit der Hinterseite der flachen Platte 2g verbunden, welche die Bodenoberfläche des hohlen Behälters 2f bildet, also die Rückseite des Zufuhrsubstrats 2. Die Wärmeabstrahlrippe 7 besteht aus einem wärmeleitenden Material wie beispielsweise Aluminium und ist kammartig mit zahlreichen Rippen ausgebildet. Der Kleber 6 ist eine Mischung aus einem Silber-Füllmittel und einem Epoxyharz mit guter Wärmeleitfähigkeit.
Bei der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 6 sind daher die Halbleiterelemente 3 in den hohlen Behältern 2f aufgenommen, die auf dem Zufuhrsubstrat 2 vorgesehen sind, die elektrischen Verbindungselektroden 3a des Halbleiterelements 3 sind durch das Lot 4 mit den Elementelektroden 1g des Signalübertragungssubstrats 1 verbunden, welches dem Zufuhrsubstrat 2 in dem hohlen Behälter 2f überlagert und mit diesem verbunden ist, das Halbleiterelement 3 ist mit der Bodenoberfläche des hohlen Behälters 2f durch den Kleber 6 verbunden, der eine gute Wärmeleitung aufweist, und die Wärmeabstrahlungsrippe 7 ist auf der Rückseite des Zufuhrsubstrats 2 einschließlich der Bodenoberfläche des hohlen Behälters 2f für das Halbleiterelement 3 vorgesehen. Daher wird von dem Halbleiterelement 3 erzeugte Wärme schnell über den Kleber 6 an die Wärmeabstrahlungsrippe 7 übertragen, wodurch es ermöglicht wird, mit hoher Wirksamkeit von den Halbleiterelementen 3 erzeugte Wärme an die Außenseite der Halbleitervorrichtung abzuführen.
Ausführungsform 7 (Anspruch 9)
Fig. 8 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung. In Fig. 8 weist die Halbleitervorrichtung Signalübertragungssubstrate 1 auf, ein Zufuhrsubstrat 2A und Halbleiterelemente 3. Das Zufuhrsubstrat 2A weist eine Dicke auf, die etwas größer ist als die Gesamthöhe der Halbleiterelemente, die über einander Seite an Seite angeordnet sind. Das Signalübertragungssubstrat 1 mit den damit verbundenen Halbleiterelementen 3 ist mit beiden Seiten des Zufuhrsubstrats 2A verbunden. Genauer gesagt besteht das Zufuhrsubstrat 2A aus einem Keramiklaminat, welches mit offenen Behältern 2a versehen ist, und weist auf beiden Oberflächen Zufuhrelektroden 2c auf, Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten, externe Eingangs/Ausgangsklemmen 2e sowie Abdicht-Anschlußflächen 2h. Das Signalübertragungssubstrat 1 ist mit einer Verdrahtungsschicht 1b mit feinem Verdrahtungsmuster versehen, die auf einer Basis 1a vorgesehen ist, und die Verdrahtungsschicht 1b ist mit Elementelektroden 1d versehen, Zufuhrelektroden 1e, Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten sowie Abdicht-Anschlußflächen 1h auf ihrer Vorderseite, an welcher sich die Halbleiterelemente befinden. Die elektrischen Verbindungselektroden 3a des Halbleiterelements 3 sind mit den Elementelektroden 1d des Signalübertragungssubstrats 1 mittels Lot 4 verbunden, zwei Signalübertragungssubstrate 1, auf welchen die Halbleiterelemente 3 angebracht sind, werden beiden Seiten des Zufuhrsubstrats 2A überlagert, wodurch die Halbleiterelemente 3 in den offenen Behältern 2a aufgenommen werden, die Zufuhrelektroden 1e, die Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten, und die Abdicht-Anschlußflächen 1h des Signalübertragungssubstrats 1 werden durch das Lot 4 jeweils mit den Zufuhrelektroden 2c verbunden, den Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten, und den Abdicht-Anschlußflächen 2h des Zufuhrsubstrats 2A, wodurch eine Halbleitervorrichtung als integrierte Einheit aufgebaut wird. Diese Halbleitervorrichtung ist so aufgebaut, daß die Halbleiter 3 Rücken an Rücken in den offenen Behältern 2a aufgenommen sind, und das Zufuhrsubstrat 2A, welches mit den offenen Behältern 2a versehen ist, sandwichartig zwischen den beiden Signalübertragungssubstraten 1 angeordnet ist.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 7 das dicke Zufuhrsubstrat 2A sandwichartig zwischen den beiden Signalübertragungssubstraten 1 angeordnet ist, mit welchen die Halbleiterelemente 3 verbunden sind, sind die Halbleiterelemente 3 Rücken an Rücken in den offenen Behältern angeordnet, die auf dem Zufuhrsubstrat 2 ausgebildet sind, und die offenen Behälter 2a sind durch die Signalübertragungssubstrate 1 abgedichtet, und daher wird die Dicke der Halbleitervorrichtung nicht allzu groß, und dennoch kann die Packungsdichte der Halbleiterelemente 3 verdoppelt werden.
Ausführungsform 8 (Anspruch 10)
Fig. 9 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung. In Fig. 9 weist die Halbleitervorrichtung ein Signalübertragungssubstrat 1A auf, ein Zufuhrsubstrat 2 und Halbleiterelemente 3. Das Signalübertragungssubstrat 1A besteht aus einer Mehrfachschicht, die einen Polymerisolator und einen metallischen Leiter aufweist, und flexibel ausgebildet ist. Genauer gesagt wird das Signalübertragungssubstrat 1A dadurch hergestellt, daß ein Metallfilm als Leiter an einer Oberfläche eines Filmisolators befestigt wird, der aus einem Polymermaterial besteht, der Metallfilm durch einen Photolack mit einem Muster versehen wird, und der Lack geätzt wird, um ein leitfähiges Muster mit einem vorbestimmten, feinen Verdrahtungsmuster herzustellen, worauf erneut ein Filmisolator aus einem Polymermaterial an einer Oberfläche des Isolators befestigt wird, welcher dieses leitfähige Muster aufweist, und ein leitfähiges Muster auf einer Oberfläche des Isolators ausgebildet wird. Auf diese Weise wird dieser Vorgang wiederholt, um eine flexible Mehrfachschicht herzustellen. Das Signalübertragungssubstrat 1A weist Elementelektroden 1d auf, Zufuhrelektroden 1e, und Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten auf seiner Vorderseite, an welcher sich die Halbleiterelemente befinden. Die elektrischen Verbindungselektroden 3a des Halbleiterelements 3 werden mit den Elementelektroden 1e durch Lot 4 verbunden. Das Zufuhrsubstrat 2 wird aus Keramiklaminat hergestellt, welches mit offenen Behältern 2a versehen ist, und weist Zufuhrelektroden 2c auf, Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten, und externe Eingangs/Ausgangsklemmen 2e, auf seiner Vorderseite, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt. Das Signalübertragungssubstrat 1, auf welchem die Halbleiterelemente 3 angebracht sind, wird dem Zufuhrsubstrat 2 überlagert, wodurch die Halbleiterelemente 3 in den offenen Behältern 2a aufgenommen sind, und die Zufuhrelektroden 1e und die Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten des Signalübertragungssubstrats 1 werden durch Lot 4 mit den Zufuhrelektroden 2c bzw. den Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten des Zufuhrsubstrats 2 verbunden, wodurch eine Halbleitervorrichtung als integrierte Einheit ausgebildet wird.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 8 das Signalübertragungssubstrat 1 flexibel ausgebildet ist, da es aus einem Filmisolator, der aus einem Polymermaterial hergestellt wird, und einem Metallfilm besteht, so wird dann, wenn das Signalübertragungssubstrat 1 mit dem Zufuhrsubstrat 2 durch das Lot 4 verbunden wird, während die Halbleiterelemente 3 in den offenen Behältern 2a aufgenommen sind, das Signalübertragungssubstrat 1 entlang der unebenen Oberfläche des Zufuhrsubstrats 2 auf dessen Signalübertragungssubstratseite verformt, und die Zufuhrelektroden 1e und die Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten werden jeweils mit den Zufuhrelektroden 2c bzw. den Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten durch das dazwischen befindliche Lot 4 verbunden, wodurch es ermöglicht wird, die Verläßlichkeit der elektrischen Verbindung zu erhöhen. Da dann, wenn das Signalübertragungssubstrat 1 mit dem Zufuhrsubstrat 2 verbunden ist, während die Halbleiterelemente 1 in den offenen Behältern 2a aufgenommen sind, ist darüber hinaus das Signalübertragungssubstrat 1 flexibel, und selbst wenn das Lot 4 dazu verwendet wird, die elektrischen Verbindungselektroden 3a des Halbleiterelements 3 mit den Elementelektroden 1d des Signalübertragungssubstrats 1 zu verbinden, gleicht das Signalübertragungssubstrat 1 thermische Spannungen aus, die sonst Spalte in dem Lot 4 erzeugen würden, wodurch es ermöglicht wird, verläßliche elektrische Verbindungen zwischen dem Halbleiterelement 3 und dem Signalübertragungssubstrat 1 sicherzustellen, ebenso wie eine große Nutzlebensdauer der Halbleiterelemente 3, und wird es darüber hinaus möglich, ein zukünftiges Halbleiterelement elektr 65998 00070 552 001000280000000200012000285916588700040 0002019506759 00004 65879isch anzuschließen, welches eine große Anzahl von Eingangs/Ausgangselektroden aufweist.
Bei der Ausführungsform 8 wird das Signalübertragungssubstrat 1 durch Befestigen eines Metallfilms an einem Filmisolator hergestellt, der aus einem Polymermaterial besteht, jedoch kann auch ein Metalldünnfilm auf dem Filmisolator ausgebildet werden, der aus einem Polymermaterial besteht, durch Sputtern oder Plattieren. Derselbe Effekt läßt sich durch Verwendung von Polyimid oder eines Epoxyharzes als Polymermaterial erzielen.
Ausführungsform 9 (Anspruch 11)
Fig. 10 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung. In Fig. 10 weist die Halbleitervorrichtung ein Signalübertragungssubstrat 1A auf, ein Zufuhrsubstrat 2 und Halbleiterelemente 3. Das Signalübertragungssubstrat 1A ist flexibel, da es aus einer Mehrfachschicht besteht, die einen Isolator aus Polymermaterial und einen metallischen Leiter umfaßt, und ist mit einem Metallfilm 1i versehen, der durch Sputtern oder Plattieren auf seiner Rückseite hergestellt wird, welche entgegengesetzt zur Oberfläche der Seite des Zufuhrsubstrats liegt. Das Signalübertragungssubstrat 1A weist Elementelektroden 1d auf, Zufuhrelektroden 1e und Eigangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten, auf seiner Vorderseite, an welcher die Halbleiterelemente angeordnet sind. Die elektrischen Verbindungselektroden 3a des Halbleiterelementes 3 sind mit den Elementelektroden 1d über Lot 4 verbunden. Das Zufuhrsubstrat 2 besteht aus Keramiklaminat, welches mit offenen Behältern 2a versehen ist, und weist Zufuhrelektroden 2c auf, Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten, und externe Eingangs/Ausgangsklemmen 2e auf seiner Vorderseite, die dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt. Das Signalübertragungssubstrat 1, auf welchem die Halbleiterelemente 3 angebracht sind, ist dem Zufuhrsubstrat 2 überlagert angeordnet, wodurch die Halbleiterelemente 3 in den offenen Behältern 2a aufgenommen sind, die Zufuhrelektroden 1e und die Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten des Signalübertragungssubstrats 1 sind mit den Zufuhrelektroden 2c und den Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten des Zufuhrsubstrats 2 durch das Lot 4 jeweils verbunden, wodurch eine Halbleitervorrichtung als integrierte Einheit hergestellt wird.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 9 das Signalübertragungssubstrat 1A flexibel ohne eine Basis ausgebildet ist, da es aus einem Isolator und einem Leiter besteht, und der Metallfilm 1i auf der Rückseite des Signalübertragungssubstrats 1A vorgesehen ist, stellt der Metallfilm 1i eine elektromagnetische Abschirmung für die Halbleiterverdrahtung in der Halbleitervorrichtung zur Verfügung, was es ermöglicht, eine Halbleitervorrichtung zu erhalten, die eine hohe Rauschfestigkeit aufweist.
Bei der Ausführungsform 9 kann das Material des Metallfilms 1i jedes Material sein, welches einen kleinen elektrischen Widerstand aufweist, beispielsweise Kupfer, Gold oder Aluminium.
Ausführungsform 10 (Anspruch 12)
Fig. 11 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung. In Fig. 11 weist die Halbleitervorrichtung ein Signalübertragungssubstrat 1A auf, ein Zufuhrsubstrat 2 und Halbleiterelemente 3. Das Signalübertragungssubstrat 1A ist flexibel, da es aus einer Mehrfachschicht besteht, die einen Isolator aus einem Polymermaterial und einen metallischen Leiter umfaßt, und ist auf seiner Rückseite mit Eingangs/Ausgangsklemmen 1j versehen. Genauer gesagt werden die Eingangs/Ausgangsklemmen 1i durch Musterbildung mit einem Photolack auf der Rückseite des Isolators hergestellt, welche die Rückseite des Signalübertragungssubstrats 1A bildet, durch Ausbilden von Öffnungen durch reaktives Ionenätzen, Naßätzen oder Laserbestrahlung, und Ablagerung eines Leiters in den Öffnungen mit Hilfe einer Lotplattierung, oder durch Ausbildung von Öffnungen und Aufdrucken einer Lotpaste in den Öffnungen. Das Signalübertragungssubstrat 1A weist Elementelektroden 1d auf, Zufuhrelektroden 1e und Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten auf seiner Vorderseite, an welcher sich die Halbleiterelemente befinden. Die elektrischen Verbindungselektroden 3a des Halbleiterelements 3 sind durch Lot 4 mit den Elementelektroden 1d verbunden. Das Zufuhrsubstrat 2 besteht aus einem Keramiklaminat, das mit offenen Behältern 2a versehen ist, und weist Zufuhrelektroden 2c auf, Eingangs/Ausgangselektroden 2g für Verbindungen zwischen den Substraten, und externe Eingangs/Ausgangsklemmen 2e auf seiner Vorderseite, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt. Das Signalübertragungssubstrat 1, auf welchem die Halbleiterelemente 3 angebracht sind, wird dem Zufuhrsubstrat 2 überlagert, wodurch die Halbleiterelemente 3 in den offenen Behältern 2a aufgenommen sind, und die Zufuhrelektroden 1e und die Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten des Signalübertragungssubstrats 1 werden jeweils mittels Lot 4 mit den Zufuhrelektroden 2c und den Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten des Zufuhrsubstrats 2 verbunden, wodurch eine Halbleitervorrichtung als integrierte Einheit ausgebildet wird.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 10 die Eingangs/Ausgangsklemmen 1j auf der Rückseite des Signalübertragungssubstrats 1A vorgesehen sind, werden dann, wenn die Halbleitervorrichtung auf einer nicht dargestellten Mutterplatine angebracht wird, die Eingangs/Ausgangsklemmen 1j des Signalübertragungssubstrats 1A entlang der unebenen Oberfläche der Mutterplatine verschoben, wodurch es ermöglicht wird, die Verläßlichkeit der elektrischen Verbindungen zwischen den Eingangs/Ausgangsklemmen 1j und der Mutterplatine zu verbessern.
Ausführungsform 11 (Anspruch 13)
Fig. 12 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 11 der vorliegenden Erfindung. In Fig. 12 weist die Halbleitervorrichtung ein Signalübertragungssubstrat 1A auf, ein Zufuhrsubstrat 2 und Halbleiterelemente 3. Das Signalübertragungssubstrat 1A ist flexibel ausgebildet, da es aus einer Mehrfachschicht besteht, die einen Isolator aus einem Polymermaterial und einen metallischen Leiter aufweist, und ist mit Eingangs/Ausgangsklemmen 1j auf seiner Hinterseite versehen, und weist Elementelektroden 1d, Zufuhrelektroden 1e und Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten auf seiner Vorderseite auf, an welcher sich die Halbleiterelemente befinden. Die elektrischen Verbindungselektroden 3a des Halbleiterelements 3 sind mittels Lot 4 mit den Elementelektroden 1d verbunden. Das Zufuhrsubstrat 2 besteht aus einem Keramiklaminat, das mit offenen Behältern 2a versehen ist, und weist Zufuhrelektroden 2c auf, Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten sowie externe Eingangs/Ausgangsklemmen 2e, auf seiner Vorderseite, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt. Eingangs/Ausgangsklemmen 2i sind auf den externen Eingangs/Ausgangsklemmen 2e ausgebildet, die sich am Außenumfang des Zufuhrsubstrats 2 befinden, durch Plattieren oder Aufdrucken einer Lotpaste auf die externen Eingangs/Ausgangsklemmen 2e. Das Signalübertragungssubstrat 1A ist dem Zufuhrsubstrat 2 überlagert angeordnet, wodurch die Halbleiterelemente 3 in den offenen Behältern 2a aufgenommen werden, und die Zufuhrelektroden 1e und die Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten des Signalübertragungssubstrats 1A sind jeweils über Lot 4 mit den Zufuhrelektroden 2c und den Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten des Zufuhrsubstrats 2 verbunden, wodurch eine Halbleitervorrichtung als integrierte Einheit ausgebildet wird.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 11 das Signalübertragungssubstrat 1A mit den Eingangs/Ausgangsklemmen 1j versehen ist, und das Zufuhrsubstrat 2 die Eingangs/Ausgangsklemmen 2i aufweist, können diese Eingangs/Ausgangselektroden für die Signalübertragung und Stromversorgungszwecke unterteilt werden, und für jeden Einsatzzweck Elektroden mit verschiedenen Abmessungen gebildet werden, wodurch es ermöglicht wird, die Leistung der Halbleitervorrichtung zu verbessern.
Ausführungsform 12 (Anspruch 14)
Fig. 13 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 12. In Fig. 13 weist die Halbleitervorrichtung ein Signalübertragungssubstrat 1A auf, ein Zufuhrsubstrat 2, Halbleiterelemente 3 und eine Wärmeabstrahlungsrippe 7. Das Signalübertragungssubstrat 1A ist flexibel, da es aus einer Mehrfachschicht besteht, die einen Isolator aus einem Polymermaterial und einen metallischen Leiter umfaßt, und weist Elementelektroden 1d auf, Zufuhrelektroden 1e, Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten, und Abdicht- Anschlußflächen 1h, auf seiner Vorderseite, an welcher die Halbleiterelemente angeordnet sind. Die elektrischen Verbindungselektroden 3a des Halbleiterelements 3 sind mit den Elementelektroden 1d über Lot 4 verbunden. Das Zufuhrsubstrat 2 weist hohle Behälter 2f auf, und ist mit Zufuhrelektroden 2c versehen, Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten, externen Eingangs/Ausgangsklemmen 2e und Abdicht-Anschlußflächen 2h auf seiner Vorderseite, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt. Poren 2j sind im Boden des hohlen Behälters 2f angeordnet, und die auf dem Signalübertragungssubstrat 1A angebrachten Halbleiter 3 sind in den hohlen Behältern 2f aufgenommen. Eine Oberfläche des Halbleiterelements 3 entgegengesetzt zur Oberfläche, an welcher sich die elektrischen Verbindungselektroden 3a befinden, ist mit der Bodenoberfläche des hohlen Behälters 2f über einen Kleber 6 verbunden. Das Signalübertragungssubstrat 1A ist dem Zufuhrsubstrat 2 überlagert angeordnet. Die Zufuhrelektroden 1e, die Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten, und die Abdicht-Anschlußflächen 1h des Signalübertragungssubstrats 1A sind jeweils über Lot 4 mit den Zufuhrelektroden 2c, den Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten und den Abdicht- Anschlußflächen 2h des Zufuhrsubstrats 2 verbunden. Die Wärmeabstrahlungsrippe 7 ist mit der Rückseite einer flachen Platte 2g verbunden, welche den Boden des hohlen Behälters 2f bildet. Auf diese Weise wird die Halbleitervorrichtung als integrierte Einheit aufgebaut. Wenn das Zufuhrsubstrat 2 aus einem Keramiklaminat aus grünen Tafeln besteht, so werden die voranstehend geschilderten Poren 2j durch Stanzen der grünen Platte mit einer Nadel ausgebildet. Wenn die hohlen Behälter 2f auf dem Zufuhrsubstrat 2 durch Verbindung einer flachen Tafel entsprechend der flachen Tafel 2g mit der Platine für gedruckte Schaltungen hergestellt werden, so werden die Poren 2j durch Bohren der flachen Platte mit einem Bohrer hergestellt.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 12 die Poren 2j in den Böden der hohlen Behälter 2f vorgesehen sind, so tritt dann, wenn das Halbleiterelement 3 mit der Bodenoberfläche des hohlen Behälters 2f über den Kleber 6 verbunden wird, der Kleber 6 in die Poren 2j ein und wird zwischen dem Halbleiterelement 3 und der Bodenoberfläche des hohlen Behälters 2f dünn, und von dem Halbleiterelement 3 erzeugte Wärme kann wirksam zur Rückseite des Zufuhrsubstrats 2 hin abgestrahlt werden. Wenn die Wärmeabstrahlungsrippe 7 auf der Rückseite des Zufuhrsubstrats 2 vorgesehen ist, kann die Wärmeabstrahlungsrippe 7 effizient auf dem Zufuhrsubstrat 2 angebracht werden, da der in die Poren 2j eintretende Kleber 6 zur Rückseite des Zufuhrsubstrats 2 fließt und wirksam als Kleber zur Anbringung der Wärmeabstrahlungsrippe 7 dient.
Ausführungsform 13 (Anspruch 15)
Fig. 14 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 13 der vorliegenden Erfindung. In Fig. 14 weist die Halbleitervorrichtung ein Signalübertragungssubstrat 1A auf, Zufuhrsubstrate 2, und Halbleiterelemente 3. Die Halbleiterelemente 3 sind mit beiden Oberflächen des Signalübertragungssubstrats 1A verbunden, und die Zufuhrsubstrate 2 sind mit beiden Oberflächen des Signalübertragungssubstrats 1A verbunden, welches die Halbleiterelemente 3 enthält. Genauer gesagt ist das Signalübertragungssubstrat 1A flexibel ausgebildet, da es aus einer Mehrfachschicht besteht, die einen Isolator aus einem Polymermaterial und einem metallischen Leiter enthält, und weist Elementelektroden 1d auf, Zufuhrelektroden 1e und Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten, auf seinen beiden Seiten. Die elektrischen Verbindungselektroden 3a des Halbleiterelements 3 sind mit den Elementelektroden 1d auf beiden Oberflächen des Signalübertragungssubstrats 1A durch Lot 4 verbunden. Das Zufuhrsubstrat 2 besteht aus einem Keramiklaminat, welches mit offenen Behältern 2a versehen ist, und weist Zufuhrelektroden 2c auf, Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten, und externe Eingangs/Ausgangsklemmen 2e auf seiner Vorderseite, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt. Zwei Zufuhrsubstrate 2 sind beiden Oberflächen des Signalübertragungssubstrats 1A überlagert angeordnet, wodurch die Halbleiterelemente 3, die mit beiden Oberflächen des Signalübertragungssubstrats 1A verbunden sind, in den offenen Behältern 2a aufgenommen werden, und die Zufuhrelektroden 1e und die Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten des Signalübertragungssubstrats 1A werden mit den Zufuhrelektroden 2c und den Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten der Zufuhrsubstrate 2 jeweils mit Lot 4 verbunden. Auf diese Weise wird eine Halbleitervorrichtung als integrierte Einheit aufgebaut. Diese Halbleitervorrichtung ist so ausgebildet, daß die Halbleiterelemente 3 in den offenen Behältern 2a der beiden Zufuhrsubstrate 2 enthalten sind, und das Signalübertragungssubstrat 1, mit welchem die Halbleiterelemente 3 verbunden sind, sandwichartig zwischen den beiden Zufuhrsubstraten 2 angeordnet ist. Die Halbleiterelemente 3 können mit dem Signalübertragungssubstrat 1A durch eine thermische Diffusion von Gold zu Gold verbunden sein.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 13 das Signalübertragungssubstrat 1A, welches den Isolator und den Leiter umfaßt, dünn ausgebildet ist, die Halbleiterelemente 3 mit beiden Oberflächen dieses dünnen Signalübertragungssubstrats 1A verbunden sind, welches sandwichartig zwischen zwei Zufuhrsubstraten 2 angeordnet ist, und die Halbleiterelemente 3 in den offenen Behältern 2a aufgenommen sind, die auf den Zufuhrsubstraten 2 ausgebildet sind, wird die Dicke der Halbleitervorrichtung nur durch die Dicke eines einzigen Zufuhrsubstrats 2 erhöht, und dennoch kann die Packungsdichte der Halbleiterelemente 3 verdoppelt werden.
Darüber hinaus kann die in Fig. 15 gezeigte Halbleitervorrichtung dadurch erhalten werden, daß mehrere der in Fig. 14 gezeigten Halbleitervorrichtungen stapelartig angeordnet werden. Bei diesem Beispiel der Ausführungsform 13, welches in Fig. 15 gezeigt ist, sind die Zufuhrelektroden 2c und die externen Eingangs/Ausgangsklemmen 2e auf den Rückseiten des Zufuhrsubstrats 2 vorgesehen und miteinander über das Lot 4 verbunden, wenn mehrere Halbleitervorrichtungen gestapelt vorgesehen sind, wodurch eine Halbleitervorrichtung aufgebaut wird, die mehrere Halbleitervorrichtungen als integrierte Einheit enthält. Bei der Mehrfachschicht-Halbleitervorrichtung, die in Fig. 15 gezeigt ist, kann daher eine dreidimensionale Packung oder Gehäuseeinkapselung der Halbleiterelemente 3 durchgeführt werden, welche die Packungsdichte der Halbleiterelemente 3 wesentlich erhöht, in Bezug auf die Abmessungen der Halbleitervorrichtung.
Ausführungsform 14 (Anspruch 16)
Fig. 16 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 14 der vorliegenden Erfindung. In Fig. 16 weist die Halbleitervorrichtung ein Signalübertragungssubstrat 1A auf, Zufuhrsubstrate 2, Halbleiterelemente 3 und Wärmeabstrahlrippen 7. Das Signalübertragungssubstrat 1A ist flexibel, da es aus einer Mehrfachschicht besteht, die einen Isolator aus einem Polymermaterial und einen metallischen Leiter aufweist, und ist mit Elementelektroden 1d versehen, Zufuhrelektroden 1e, Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten, und Abdicht-Anschlußflächen 1h, auf seinen beiden Oberflächen. Die elektrischen Verbindungselektroden 3a der Halbleiterelemente 3 sind mit den Elementelektroden 1d auf beiden Oberflächen des Signalübertragungssubstrats 1A durch Lot 4 verbunden, und die Zufuhrsubstrate 2A sind ebenfalls mit beiden Oberflächen des Signalübertragungssubstrats 1A verbunden, welche die Halbleiterelemente 3 enthalten. Mit anderen Worten weist das Zufuhrsubstrat 2 hohle Behälter 2f auf, und ist mit Zufuhrelektroden 2c versehen, Eingangs/Ausgangselektroden 2d für Verbindungen zwischen den Substraten, externen Eingangs/Ausgangsklemmen 2e, und Abdicht-Anschlußflächen 2h, auf seiner Vorderseite, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt. Die Halbleiterelemente 3, die mit dem Signalübertragungssubstrat 1A verbunden sind, sind in den hohlen Behältern 2f von zwei Zufuhrsubstraten 2 enthalten. Eine Oberfläche des Halbleiterelements 3 entgegengesetzt zu dessen Oberfläche, an welcher sich die elektrischen Verbindungselektroden 3a befinden, ist mit der Bodenoberfläche des hohlen Behälters 2f über einen Kleber 6 verbunden. Die beiden Zufuhrsubstrate 2 sind beiden Oberflächen des Signalübertragungssubstrats 1A überlagert, und die Zufuhrelektroden 1e, die Eingangs/Ausgangselektroden 1f für Verbindungen zwischen den Substraten, und die Abdicht-Anschlußflächen 1h des Signalübertragungssubstrats 1A sind jeweils durch Lot 4 mit der Zufuhrelektrode 2c, der Eingangs/Ausgangselektrode 2d für Verbindungen zwischen den Substraten, und der Abdicht- Anschlußfläche 2h der Zufuhrsubstrate 2 verbunden. Die Wärmeabstrahlungsrippen 7 sind mit den Rückseiten von flachen Platten 2g verbunden, welche die Böden der hohlen Behälter 2f bilden. Auf diese Weise wird eine Halbleitervorrichtung als integrierte Einheit aufgebaut.
Da bei der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 14 das Signalübertragungssubstrat 1A, welches den Isolator und den Leiter aufweist, dünn ausgebildet ist, die Halbleiterelemente 3 mit beiden Oberflächen dieses dünnen Signalübertragungssubstrats 1A verbunden sind, welches sandwichartig zwischen zwei Zufuhrsubstraten 2 angeordnet ist, und die Halbleiterelemente 3 in den hohlen Behältern 2f aufgenommen sind, die auf den Zufuhrsubstraten 2 vorgesehen sind, kann die Packungsdichte für die Halbleiterelemente 3 verdoppelt werden. Da die Halbleiterelemente 3 mit beiden Oberflächen des Signalübertragungssubstrats 1A verbunden sind, welches sandwichartig zwischen den beiden Zufuhrsubstraten 2 angeordnet ist, können darüber hinaus die Halbleiterelemente 3 abgedichtet werden, wodurch die Verläßlichkeit der Halbleitervorrichtung verbessert wird. Daher ist es möglich, eine Halbleitervorrichtung zu erhalten, die eine hohe Packungsdichte und eine hohe Verläßlichkeit aufweist.
Ausführungsform 15 (Anspruch 17)
Fig. 17 ist eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung eines Testsubstrats, welches bei einem Verfahren zum Testen eines Halbleiterelements gemäß Ausführungsform 15 der vorliegenden Erfindung verwendet wird, sowie eines zu untersuchenden oder zu testenden Halbleiterelements. Fig. 18 ist eine Schnittansicht eines zu testenden Halbleiterelements mit dem Verfahren gemäß Ausführungsform 15. Fig. 18(a) zeigt, daß vorspringende Elektroden 12 auf dem Testsubstrat 10 ausgebildet werden, Fig. 18(b) zeigt, daß das Halbleiterelement 3 mit den vorspringenden Elektroden 12 verbunden ist, Fig. 18(c) zeigt, daß ein Test durchgeführt wird, und Fig. 18(d) zeigt, daß das Halbleiterelement 3 von dem Testsubstrat 10 entfernt ist. In Fig. 17 ist das Halbleiterelement 3 ein nackter Chip, der von einem Wafer abgeschnitten wurde, mit welchem ein Herstellungsverfahren für körperliche Elemente durchgeführt wurde, und ist mit elektrischen Verbindungselektroden 3a für eine Signalübertragung und eine Stromversorgung auf seiner einen Oberfläche versehen. Das Testsubstrat 10 besteht aus Keramik und weist die gleiche Anzahl an Testdrähten 10a auf wie die elektrischen Verbindungselektroden 3a des Halbleiterelements 3, die auf seiner einen Oberfläche vorgesehen sind. Die Anschlußendabschnitte der Testdrähte 10a, die sowohl am rechten als auch linken Ende des Testsubstrats 10 verlaufen, sind elektrisch mit den Verbindern 11 verbunden, die sowohl an den linken als auch rechten Enden des Testsubstrats 10 vorgesehen sind. Die vorspringenden Elektroden 12 sind auf dem Testsubstrat 10 an den oberen Enden der Testdrähte 10a angeordnet und liegen den elektrischen Verbindungselektroden des Halbleiterelements 3 gegenüber.
Unter Bezugnahme auf Fig. 18 wird nachstehend das Verfahren zum Testen des Halbleiterelements 3 beschrieben. Wie aus Fig. 18(a) hervorgeht, werden die vorspringenden Elektroden 12 durch Musterbildung des Photolacks auf solche Weise ausgebildet, daß Abschnitte, an welchen die vorspringenden Elektroden 12 ausgebildet werden sollen, vom Testsubstrat 10 freigelegt werden, auf welchem die Testdrähte 10a vorgesehen sind, worauf eine Dampfablagerung von Zinn und Blei auf einer Maske erfolgt, die Maske erhitzt wird, und der Photolack entfernt wird. Die Seitenoberfläche der so ausgebildeten, vorspringenden Elektrode 12 steht teilweise in Kontakt mit dem oberen Endabschnitt des Testdrahtes 10a. Wie in Fig. 18(b) gezeigt ist, werden die elektrischen Verbindungselektroden 3a des Halbleiterelements 3 mit den vorspringenden Elektroden 12 dadurch verbunden, daß die elektrischen Verbindungselektroden 3a des Halbleiterelements 3 in Kontakt mit den oberen Oberflächen der vorspringenden Elektroden 12 gebracht werden, und diese Anordnung erhitzt und druckbeaufschlagt wird. Gemäß Fig. 18(c) wird dann das Halbleiterelement 3 einer Atmosphäre ausgesetzt, die auf 150°C erhitzt ist, während die Verbinder 11 mit den Testdrähten 10a verbunden sind, und es wird elektrischer Strom an das Halbleiterelement 3 von den Verbindern 11 aus angelegt, um so einen Einbrenntest mit dem Halbleiterelement 3 durchzuführen. Nach Beendigung dieses Einbrenntests wird das Halbleiterelement 3 von dem Testsubstrat 10 entfernt. Da die Verbindung zwischen der vorspringenden Elektrode 12 und der elektrischen Verbindungselektrode 3a eine Metall- Metallverbindung ist, und die Verbindung zwischen der vorspringenden Elektrode 12 und dem Testsubstrat 10 eine Metall-Keramikverbindung ist, wenn das Halbleiterelement 3 entfernt wird, ist die Verbindungsstärke zwischen der vorspringenden Elektrode 12 und der elektrischen Verbindungselektrode 3a größer als die Bindungsstärke zwischen der vorspringenden Elektrode 12 und dem Testsubstrat 10. Daher werden, wie in Fig. 18(d) gezeigt ist, sowohl die vorspringenden Elektroden 12 als auch das Halbleiterelement 3 von dem Testsubstrat 10 als vereinigte Einheit abgenommen, so daß das Halbleiterelement 3 die vorspringenden Elektroden 12 für jede seiner elektrischen Verbindungselektroden 3a aufweist. Daraufhin werden, wie in Fig. 18(a) gezeigt ist, neue vorspringende Elektroden 12 erneut auf dem Testsubstrat 10 durch dasselbe Verfahren wie voranstehend beschrieben ausgebildet, und dann wird ein neues Halbleiterelement 3 mit den vorspringenden Elektroden 12 verbunden, wie in Fig. 18(b) gezeigt ist, durchläuft den Einbrenntest gemäß Fig. 18(c), und wird vom Testsubstrat 10 so entfernt, wie dies in Fig. 18(d) gezeigt ist, wodurch der Test der Halbleiterelemente 3 wiederholt wird.
Da bei dem Verfahren zum Testen des Halbleiterelements 3 gemäß Ausführungsform 15 die vorspringenden Elektroden 12 auf dem Halbleiterelement 3 nach Beendigung des Einbrenntests verbleiben, werden die Ausbildung der vorspringenden Elektroden 12 auf dem Halbleiterelement 3 und der Test gleichzeitig durchgeführt, wodurch es ermöglicht wird, den Testvorgang zu vereinfachen und die Kosten für den Test zu verringern.
Bei der Ausführungsform 15 ist das Testsubstrat 10 aus Keramik, und die Testdrähte 10a werden direkt auf diesem Keramiksubstrat ausgebildet, wie voranstehend beschrieben und in den Figuren dargestellt, jedoch läßt sich derselbe Effekt auch bei einem Testsubstrat 10 erhalten, das dadurch hergestellt wird, daß eine Schicht aus einem Polymermaterial wie beispielsweise Polyimid und einem Epoxyharz auf dem Keramiksubstrat als Testsubstrat 10 ausgebildet wird, und die Testdrähte 10a auf dieser Schicht hergestellt werden.
Ausführungsform 16 (Anspruch 18)
Fig. 19 ist eine Schnittansicht eines Testsubstrats gemäß Ausführungsform 16 der vorliegenden Erfindung. In Fig. 19 besteht das Testsubstrat 10 aus Keramik, und weist auf seiner einen Oberfläche Testdrähte 10a auf. Die Testdrähte 10a sind als Dünnfilm auf dem Testsubstrat 10 durch einen Photograviervorgang unter Verwendung eines Photolacks und eines Dünnfilmherstellungsvorgangs wie beispielsweise Sputtern ausgebildet. Nach der Herstellung der Testdrähte 12 wird mit einem Photolack ein Muster auf dem Testsubstrat 10 einschließlich der Testdrähte 10a gebildet, mit der Ausnahme von Abschnitten, an welchen die vorspringenden Elektroden 12 ausgebildet werden sollen. Dann werden Zinn und Blei auf einer Maske abgelagert und erhitzt, und der Photolack wird entfernt, um die vorspringenden Elektroden 12 auf dem Testsubstrat 10 herzustellen. Die Seitenoberfläche dieser vorspringenden Elektrode 12 steht zum Teil in Kontakt mit dem oberen Endabschnitt des Testdrahtes 10a, und ihr unterer Endabschnitt steht in direktem Kontakt mit der oberen Oberfläche des Testsubstrats 10.
Da bei dem Testsubstrat 10 gemäß der Ausführungsform 16 die vorspringenden Elektroden 12 auf der oberen Oberfläche des Testsubstrats 10 ausgebildet werden, welches aus Keramik besteht, und die Seitenoberfläche der vorspringenden Elektrode 12 mit dem Ende des Testdrahtes 10a verbunden ist, der als Dünnfilm ausgebildet ist, ist die Verbindungsfestigkeit zwischen der vorspringenden Elektrode 12 und dem Testsubstrat 10 kleiner als die Verbindungsfestigkeit zwischen der vorspringenden Elektrode 12 und der elektrischen Verbindungselektrode 3a bei dem Einbrenntest für das Halbleiterelement 3, welches bei der voranstehend erwähnten Ausführungsform 15 beschrieben wurde, wodurch es einfach wird, das Halbleiterelement 3 von dem Testsubstrat 10 zu entfernen, nachdem der Test des Halbleiterelements 3 durchgeführt wurde, und es darüber hinaus ermöglicht wird, die Herstellung der vorspringenden Elektroden 12 auf dem Halbleiterelement 3 und den Test des Halbleiterelements 3 gleichzeitig durchzuführen.
Bei der Ausführungsform 16 werden die Testdrähte 10a direkt auf dem Keramiksubstrat als Testsubstrat 10 wie voranstehend beschrieben und in den Figuren dargestellt ausgebildet, jedoch kann, wie in Fig. 20 gezeigt ist, derselbe Effekt auch mit einem Testsubstrat erhalten werden, welches dadurch hergestellt wird, daß eine Schicht des Isolators 14, der aus Polyimid oder einem Epoxyharz besteht, auf dem Substrat 13 ausgebildet wird, welches aus Keramik oder einem Polymermaterial besteht, welches steif ist, beispielsweise eine Platine mit gedruckter Schaltung, wobei dann die Testdrähte 10a und die vorspringenden Elektroden 12 auf dieser Schicht hergestellt werden.
Ausführungsform 17 (Anspruch 19)
Fig. 21 ist eine Schnittansicht eines Testsubstrats gemäß Ausführungsform 17 der vorliegenden Erfindung. In Fig. 21 ist das Testsubstrat mit Testdrähten 10a und vorspringenden Elektroden 12 auf seiner einen Oberfläche versehen. Das Testsubstrat 10 weist weiterhin einen Beschichtungsfilm 16 auf der Oberfläche auf, auf welcher die Testdrähte 10a angeordnet sind. Polyimid wird auf die gesamte Oberfläche des Testsubstrats 10 mit den dort vorgesehenen Testdrähten 10a während des Zeitraums aufgebracht, nachdem die Testdrähte 10a ausgebildet wurden, und vor der Ausbildung der vorspringenden Elektroden 12, oder nach der Ausbildung der Testdrähte 10a und der vorspringenden Elektroden 12, und dann wird der Beschichtungsfilm 16, der über den vorspringenden Elektroden 12 ausgebildet wurde, durch ein Photogravierverfahren entfernt.
Da bei dem Testsubstrat 10 gemäß Ausführungsform 17, wie in Fig. 21(b) gezeigt ist, beide Seitenflächen des Beschichtungsfilms 16, welcher den Testdraht 10a abdeckt, in Kontakt mit der oberen Oberfläche des Substrats 10 stehen, dient der Beschichtungsfilm 16 zur Befestigung der Testdrähte 10a an dem Testsubstrat 10. Wenn daher das Halbleiterelement 3 (siehe Fig. 18) von dem Testsubstrat 10 entfernt wird, kann verhindert werden, daß sich die Testdrähte 10a von dem Testsubstrat 10 zusammen mit den vorspringenden Elektroden 12 ablösen, die zusammen mit dem Halbleiterelement 3 entfernt werden.
Bei Ausführungsform 17 besteht der Beschichtungsfilm 16 aus Polyimid, jedoch läßt sich dieselbe Wirkung dadurch erreichen, daß ein Polymermaterial wie beispielsweise Epoxyharz als Material für den Beschichtungsfilm 16 verwendet wird.
Ausführungsform 18 (Anspruch 20)
Fig. 22 ist eine Schnittansicht eines Testsubstrats, welches durch ein Herstellungsverfahren für ein Testsubstrat gemäß Ausführungsform 18 der vorliegenden Erfindung hergestellt wird. Fig. 22(a) zeigt das Testsubstrat mit darauf ausgebildeten Testdrähten, Fig. 22(b) zeigt das Testsubstrat in der Vorlaufstufe der Ausbildung vorspringender Elektroden auf dem Substrat, und Fig. 22(c) zeigt das vollständige Testsubstrat. Zuerst wird, in Fig. 22(a), nachdem die Testdrähte 10a auf einer Oberfläche des Testsubstrats 10 ausgebildet wurden, ein Dünnfilmleiter 17 aus Kupfer auf der gesamten Oberfläche des Testsubstrats 10, auf welcher die Testdrähte 10a vorgesehen sind, durch Sputtern oder Dampfablagerung ausgebildet. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein trockenes Verfahren wie beispielsweise Sputtern zur Herstellung des Dünnfilmleiters 17 verwendet, jedoch kann auch ein stromloses Plattieren eingesetzt werden. Daraufhin werden, wie in Fig. 22(b) gezeigt ist, Löcher 19 zur Ausbildung vorspringender Elektroden auf dem Dünnfilmleiter 17 durch Musterbildung mit einem Photolack 18 hergestellt. Dann werden gemäß Fig. 22(c) vorspringende Elektroden 12 abgelagert und innerhalb der Löcher 19 zur Ausbildung vorspringender Elektroden hergestellt, durch Elektroplattieren unter Verwendung der Dünnfilmleiter 17, die von den Löchern 19 freigelegt sind, als Elektrode, und daraufhin werden der Photolack 18 und der Dünnfilmleiter 17 entfernt.
Da bei dem Verfahren zur Herstellung des Testsubstrats gemäß Ausführungsform 18 die vorspringenden Elektroden durch Plattieren hergestellt werden, können leicht vorspringende Elektroden erhalten werden, die aus zahlreichen Arten von Metallen bestehen können.
Bei der Ausführungsform 18 wird der Dünnfilmleiter 17 aus Kupfer hergestellt, jedoch läßt sich derselbe Effekt auch durch Verwendung irgendeines anderen Metalls wie beispielsweise Aluminium als Material für den Dünnfilmleiter 17 erzielen. Lot wird als Material für die vorspringende Elektrode 12 verwendet, jedoch kann statt dessen auch Gold verwendet werden.
Ausführungsform 19 (Anspruch 21)
Fig. 23 ist eine Schnittansicht eines Testsubstrats gemäß Ausführungsform 19 der vorliegenden Erfindung. Das Testsubstrat gemäß Ausführungsform 19 wird dadurch erhalten, daß die vorspringende Elektroden 12, die aus zahlreichen Metallen bestehen können, mit Hilfe des voranstehend geschilderten Herstellungsverfahrens von Ausführungsform 18 ausgebildet werden. In Fig. 23 wird die vorspringende Elektrode 12 durch Aufeinanderstapeln einer ersten Schicht 12a, einer zweiten Schicht 12b und einer dritten Schicht 12c auf den Dünnfilmleiter 17 hergestellt. Die erste und zweite Schicht 12a bzw. 12b bestehen aus Lot, und die dritte Schicht 12c besteht aus Kupfer, jedoch können die erste und dritte Schicht 12a und 12c auch aus Gold bestehen, und die zweite Schicht 12b aus Kupfer. Bei Ausführungsform 19 wird die vorspringende Elektrode aus zwei unterschiedlichen Arten von Metallen hergestellt, sie kann jedoch aus drei unterschiedlichen Arten von Metallen in jeder Schicht hergestellt werden. Das Material der ersten Schicht 12a wird durch die Verbindungsbeziehung zwischen der vorspringenden Elektrode 12 und die Platine mit gedruckter Schaltung bestimmt, und das Material der dritten Schicht 12c wird durch die Verbindungsbeziehung zwischen der vorspringenden Elektrode 12 und das Halbleiterelement 3 bestimmt. Eine Metallschicht aus Titan, Chrom oder Nickel, beispielsweise mit einer Dicke von einigen 1000 Angström kann an den Grenzflächen zwischen der ersten Schicht 12a und der zweiten Schicht 12b und zwischen der zweiten Schicht 12b und der dritten Schicht 12c vorgesehen werden, um die Verbindungsfestigkeit zwischen diesen Schichten zu erhöhen.
Da bei dem Testsubstrat gemäß Ausführungsform 19 die vorspringende Elektrode 12 aus mehreren Metallen besteht, ist nicht nur eine Verbindung mittels Löten, sondern auch eine thermische Diffusionsverbindung von Gold zu Gold möglich, wodurch der Bereich der Möglichkeiten zum Verbinden der vorspringenden Elektroden 12 mit einer Verdrahtungsplatte zur Anbringung getesteter Halbleiterelemente erweitert wird.
Ausführungsform 20 (Anspruch 22)
Fig. 24 ist eine Schnittansicht eines Testsubstrats gemäß Ausführungsform 20 der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform 20 werden vorspringende Elektroden 12 durch das voranstehend geschilderte Herstellungsverfahren gemäß Ausführungsform 18 ausgebildet. Wie in Fig. 24 gezeigt ist, wird jedoch bei der vorliegenden Ausführungsform ein Spalt 20 zwischen der vorspringenden Elektrode 12 und dem Testdraht 10a vorgesehen. Anders ausgedrückt ist der Testdraht 10a so angeordnet, daß sein oberer Endabschnitt durch den Spalt 20 von einem Abschnitt des Testsubstrats 10 getrennt ist, in welchem die vorspringende Elektrode 12 ausgebildet werden soll. Wenn der Photolack zur Ausbildung der vorspringenden Elektrode mit einem Muster versehen wird, so wird das Loch zur Ausbildung der vorspringenden Elektrode in einer normalen Position ausgebildet, getrennt von dem oberen Endabschnitt des Testdrahtes 10a durch den Spalt 20. Daraufhin wird die vorspringende Elektrode 12 ausgebildet. Wenn der Lack oder Photolack nach der Herstellung der vorspringenden Elektrode 12 entfernt wird, wird der Spalt 20 zwischen der vorspringenden Elektrode 12 und dem Testdraht 10a hervorgerufen, so daß ein Abschnitt des Dünnfilmleiters 10 mit kleiner Breite durch den Spalt 20 freigelegt wird.
Da bei dem Testsubstrat gemäß Ausführungsform 20 die vorspringende Elektrode 12 und der Testdraht 10a miteinander durch den Dünnfilmleiter 17 verbunden sind, der eine Dicke aufweist, die geringer ist als jene des Testdrahtes 10a, wird dann, wenn nach dem Test das Halbleiterelement 3 von dem Testsubstrat 10 entfernt wird, die Abstreifkraft der vorspringenden Elektrode 12, die zusammen mit dem Halbleiterelement 3 entfernt wird, nicht auf den oberen Endabschnitt des Testdrahtes 10a übertragen, und wird nur eine extrem kleine Kraft durch den Dünnfilmleiter 17 erzeugt, der durch die sich ablösende, vorspringende Elektrode 12 angehoben wird. Dieser Dünnfilmleiter 17 reißt ab, bevor sich der Testdraht 10a von dem Testsubstrat 10 trennt. Dies führt dazu, daß die Testdrähte 10a auf sichere Weise auf dem Testsubstrat 10 verbleiben, und die vorspringenden Elektroden 12 von dem Testsubstrat 10 entfernt werden, wobei sie den Dünnfilmleiter 10 mitnehmen, was es einfach macht, die vorspringenden Elektroden 12 von dem Testsubstrat 10 zu entfernen.
Ausführungsform 21 (Anspruch 23)
Fig. 25 ist eine Schnittansicht eines Testsubstrats gemäß Ausführungsform 21 der vorliegenden Erfindung. In Fig. 25 ist das Testsubstrat 10A flexibel ausgebildet, da es aus einem Polyinermaterial wie beispielsweise Polyimid besteht. Testdrähte 10a werden auf einer Oberfläche dieses Testsubstrats 10A ausgebildet, ein Dünnfilmleiter 17 wird auf einem Abschnitt des Testsubstrats 10A hergestellt, an welchem eine vorspringende Elektrode 12 ausgebildet werden soll, und die vorspringende Elektrode 12 wird auf dem Dünnfilmleiter 10 ausgebildet. Die Testdrähte 10a können entweder durch Verbinden eines leitfähigen Films als Testdraht 10a mit dem Testsubstrat 10A durch einen nicht gezeigten Kleber hergestellt werden, durch Sputtern oder Dampfablagerung eines Leiters als Testdraht 10a auf dem Testsubstrat 10A, oder durch Plattieren des Testsubstrats 10A mit einem Leiter als Testdraht 10a. Ein Epoxyharz kann als Polymermaterial des Testsubstrats 10A verwendet werden.
Da bei dem Testsubstrat gemäß Ausführungsform 21 das Testsubstrat 10A flexibel ausgebildet ist, da es aus einem Polymermaterial besteht, können dann, wenn das Halbleiterelement nach dem Test von dem Testsubstrat 10A entfernt wird, die vorspringenden Elektroden 12 einfach von dem Testsubstrat 10A entfernt werden, infolge der guten Trenneigenschaften von dem Polymermaterial.
Ausführungsform 22 (Anspruch 24)
Fig. 26 ist eine Schnittansicht eines Testsubstrats gemäß Ausführungsform 22 der vorliegenden Erfindung. Das Testsubstrat gemäß dieser Ausführungsform 22 wird dadurch erhalten, daß der Dünnfilmleiter 17 der voranstehend geschilderten Ausführungsform 21 durch einen Dünnfilm 21 aus Metall ersetzt wird. Mit anderen Worten werden in Fig. 26 Testdrähte 10a auf einer Oberfläche des Testsubstrats 10A ausgebildet, welches flexibel ist, da es aus einem Polymermaterial wie beispielsweise Polyimid und einem Epoxyharz besteht, der Metalldünnfilm 21 wird durch Sputtern oder Dampfablagerung auf einem Abschnitt des Testsubstrats 10A hergestellt, in welchem die vorspringende Elektrode ausgebildet werden soll, und dann wird die vorspringende Elektrode 12 auf dem Metalldünnfilm 21 ausgebildet.
Da bei dem Testsubstrat gemäß Ausführungsform 22 die vorspringenden Elektroden 12 auf dem Testsubstrat 10A vorgesehen sind, welches flexibel ist, da es aus einem Polymermaterial besteht, wobei der Metalldünnfilm 21 dazwischen angeordnet ist, kann die vorspringende Elektrode von dem Testsubstrat 10A leicht entfernt werden, wenn das Halbleiterelement 3 nach dem Test abgestreift wird, infolge der geringen Verbindungsfestigkeit zwischen dem Metalldünnfilm 21 und dem Polymermaterial.
Ausführungsform 23 (Anspruch 25)
Fig. 27 ist eine Schnittansicht eines Testsubstrats, welches durch ein Verfahren zur Herstellung des Testsubstrats gemäß Ausführungsform 23 der vorliegenden Erfindung hergestellt wird. Fig. 27(a) zeigt das Testsubstrat mit darauf ausgebildeten, vorspringenden Elektroden, und Fig. 27(b) zeigt das Testsubstrat, welches polierte, vorspringende Elektroden aufweist. In Fig. 27(a) ist das Testsubstrat 10, welches aus Keramik besteht, auf seiner einen Oberfläche mit Testdrähten 10a versehen, und mit Dünnfilmleitern 17, auf welchen vorspringende Elektroden 12 vorgesehen sind. Bei einer mikroskopischen Betrachtungsweise der Halbleitertechnologie ist es möglich, daß die vorspringenden Elektroden 12 voneinander unterschiedliche Höhen aufweisen, wenn sie auf den Dünnfilmleitern 17 ausgebildet werden. Nach der Herstellung der vorspringenden Elektroden 12 werden daraufhin die oberen Oberflächen der vorspringenden Elektroden 12 poliert, um ihre Höhe gleichförmig auszubilden, wie in Fig. 27(b) gezeigt. Dieses Polieren erfolgt mit einem unverwebten Polyurethan-Textilerzeugnis unter Verwendung kolloidalen Silikats als Polierflüssigkeit.
Da gemäß dem Testsubstratherstellungsverfahren von Ausführungsform 23 die oberen Oberflächen der vorspringenden Elektroden 12 poliert werden, nachdem sie hergestellt wurden, können die vorspringenden Elektroden 12 sämtlich mit gleicher Höhe hergestellt werden, und daher wird eine gleichmäßige Verbindung zwischen den vorspringenden Elektroden 12 und dem Halbleiterelement ermöglicht.
Ausführungsform 24 (Anspruch 26)
Fig. 28 ist eine Schnittansicht eines Halbleiterelementes, welches untersucht werden soll durch ein Verfahren gemäß Ausführungsform 24 der vorliegenden Erfindung. Fig. 28(a) zeigt, daß das Halbleiterelement 3 von dem Testsubstrat 10 nach dem Test entfernt ist, und Fig. 28(b) zeigt, daß mit dem Halbleiterelement 3 eine Nachbehandlung durchgeführt wird. Wenn gemäß Fig. 28(a) das Halbleiterelement 3 von dem Testsubstrat 20 nach dem Test entfernt wird, werden der Dünnfilmleiter 17 und die vorspringende Elektrode 12 von dem Testsubstrat 10 zusammen mit dem Halbleiterelement 3 als einzelne Einheit entfernt, da die Verbindungsfestigkeit zwischen der vorspringenden Elektrode 12 und der elektrischen Verbindungselektrode 3a größer als die Verbindungsfestigkeit zwischen dem Dünnfilmleiter 17 und dem Testsubstrat 10 ist. Dies führt dazu, daß der Halbleiter 3 die vorspringenden Elektroden 12 für jede der elektrischen Verbindungselektroden 3a aufweist. Daraufhin werden, wie in Fig. 28(b) gezeigt ist, sämtliche Oberflächen des Halbleiterelements 3, das von dem Testsubstrat 10 entfernt wurde, einem Ätzmittel ausgesetzt, um so den Dünnfilmleiter 17 zu ätzen. Wenn der Dünnfilmleiter 17 aus Kupfer besteht, so wird als Ätzmittel eine Ammonium-Persulfatlösung verwendet.
Da bei dem Halbleiterelement-Testverfahren gemäß Ausführungsform 24 die vorspringenden Elektroden 12, die mit dem Halbleiterelement 3 verbunden sind, dem Ätzmittel ausgesetzt werden, um den Dünnfilmleiter 17 zu entfernen, nachdem das Halbleiterelement 3 vom Testsubstrat 10 nach dem Test entfernt wurde, kann die Oberfläche der vorspringenden Elektrode 12 gereinigt werden, und die Verläßlichkeit der Verbindung zwischen dem Halbleiterelement 3 und einer Verdrahtungsplatine zur Anbringung des Halbleiterelements 3 nach dem Test verbessert werden.
Ausführungsform 25 (Anspruch 27)
Fig. 29 ist eine Schnittansicht eines Halbleiterelements, welches durch ein Verfahren gemäß Ausführungsform 25 der vorliegenden Erfindung getestet werden soll. Fig. 29(a) zeigt, daß das Halbleiterelement 3 von dem Testsubstrat 10 nach dem Test entfernt wird, und Fig. 29(b) zeigt, daß mit dem Halbleiterelement 3 eine Nachbehandlung durchgeführt wird. Gemäß Fig. 29(a) werden, wenn das Halbleiterelement 3 von dem Testsubstrat 10 nach dem Test entfernt wird, die Dünnfilmleiter 17 und die vorspringenden Elektroden 12 von dem Testsubstrat 10 zusammen mit dem Halbleiterelement 3 als vereinigte Einheit entfernt, da die Verbindungsfestigkeit zwischen der vorspringenden Elektrode 12 und der elektrischen Verbindungselektrode 3a größer ist als die Verbindungsfestigkeit zwischen dem Dünnfilmleiter 17 und dem Testsubstrat 10. Dies führt dazu, daß der Halbleiter 3 die vorspringenden Elektroden 12 für jede der elektrischen Verbindungselektroden 3a aufweist. Daraufhin wird gemäß Fig. 29(b) eine untere Oberfläche der vorspringenden Elektrode 12, die vom Testsubstrat 10 entfernt wurde, poliert, um den Dünnfilmleiter 17 zu entfernen. Dieser Poliervorgang erfolgt mit einem nicht gewebten oder nicht gewirkten Polyurethan- Textilerzeugnis unter Verwendung kolloidalen Silikats als Polierflüssigkeit.
Da bei dem Halbleiterelement-Testverfahren gemäß Ausführungsform 25 die mit dem Halbleiterelement 3 verbundene, vorspringende Elektrode 12 poliert wird, nachdem das Halbleiterelement 3 vom Testsubstrat 10 entfernt wurde, kann die Oberfläche der vorspringenden Elektrode 12 gereinigt werden, und die vorspringenden Elektroden sämtlich mit gleichmäßiger Höhe ausgebildet werden. Dies führt dazu, daß bei der Anbringung des getesteten Halbleiterelements 3 auf einer Verdrahtungsplatine die vorspringenden Elektroden 12 sämtlich eine gleichmäßige Höhe aufweisen, wodurch es möglich ist, die Verläßlichkeit der Verbindung zu verbessern.
Da gemäß der ersten Zielrichtung der Erfindung das Signalübertragungssubstrat und das Zufuhrsubstrat einander überlagert angeordnet und miteinander verbunden sind, und die mit dem Signalübertragungssubstrat verbundenen Halbleiterelemente in den Behältern des Zufuhrsubstrats aufgenommen sind, kann die Halbleitervorrichtung dünn und mit geringen Abmessungen ausgebildet werden. Da die Halbleiterelemente mit der Verdrahtungsschicht des Signalübertragungssubstrats verbunden sind, kann darüber hinaus die Länge des Signalkanals zwischen benachbarten Halbleiterelementen verkürzt werden, und eine Hochgeschwindigkeits-Signalverarbeitung ermöglicht werden.
Da gemäß der zweiten Zielrichtung der Erfindung der offene Behälter auf der Rückseite des Zufuhrsubstrats offen ist, welche nicht dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt, wenn das Signalübertragungssubstrat und das Zufuhrsubstrat einander überlagert angeordnet und miteinander verbunden sind, so kann von dem Halbleiterelement erzeugte Wärme schnell von dem offenen Behälter zur Außenseite der Rückseite des Zufuhrsubstrats abgestrahlt werden.
Da gemäß der dritten Zielrichtung der Erfindung die Basis des Signalübertragungssubstrats aus einem Material besteht, welches einen thermischen Expansionskoeffizienten aufweist, der annähernd gleich jenem des Halbleiterelements ist, haltert die Basis die Verdrahtungsschicht, und wird das Ausmaß thermischer Spannungen verringert, die an der Verbindung zwischen dem Halbleiterelement und dem Signalübertragungssubstrat erzeugt werden, wodurch es ermöglicht wird, eine sichere elektrische Verbindung zwischen den Halbleiterelementen und dem Signalübertragungssubstrat sicherzustellen.
Da gemäß der vierten Zielrichtung der Erfindung die Basis des Signalübertragungssubstrats weggenommene Abschnitte aufweist, so werden dann, wenn das Signalübertragungssubstrat mit dem Zufuhrsubstrat verbunden wird, Abschnitte der Verdrahtungsschicht entsprechend den weggenommenen Abschnitten entlang der unebenen Oberfläche des Zufuhrsubstrats verschoben, wodurch es ermöglicht wird, die elektrische Verbindung zu verbessern.
Da gemäß der fünften Zielrichtung der Erfindung der das Halbleiterelement enthaltende, offene Behälter mit dem Polymerharz gefüllt wird, können die Bereiche um die Verbindung zwischen dem Halbleiterelement und dem Signalübertragungssubstrat herum, und um die Verbindung zwischen dem Signalübertragungssubstrat und dem Zufuhrsubstrat herum, wasserdicht ausgebildet werden, und das Polymerharz, welches in die Verbindung zwischen dem Halbleiterelement und dem Signalübertragungssubstrat sowie in die Verbindung zwischen dem Signalübertragungssubstrat und dem Zufuhrsubstrat eingefüllt wird, verringert thermische Spannungen an diesen Verbindungen, wodurch es ermöglicht wird, die elektrischen Verbindungen zwischen dem Halbleiterelement und dem Signalübertragungssubstrat sowie zwischen dem Signalübertragungssubstrat und dem Zufuhrsubstrat zu verbessern.
Da gemäß der sechsten Zielrichtung der Erfindung das Halbleiterelement mit dem Signalübertragungssubstrat innerhalb des hohlen Behälters verbunden wird, kann das Halbleiterelement durch den hohlen Behälter und das Signalübertragungssubstrat abgedichtet werden, und daher ist eine besondere Abdichtkappe nicht erforderlich. Da von dem Halbleiterelement erzeugte Wärme vom Boden des hohlen Behälters zur Außenseite der Rückseite des Zufuhrsubstrats abgestrahlt wird, kann darüber hinaus eine Wärmeabstrahlung sichergestellt werden, ohne daß der Einsatz einer Wärmeabstrahlungsrippe erforderlich ist.
Da gemäß der siebten Zielrichtung der Erfindung das Signalübertragungssubstrat und das Zufuhrsubstrat einander überlagert angeordnet sind, und ihre elektrischen Verbindungselektroden und Abdicht-Anschlußflächen miteinander zum selben Zeitpunkt verbunden werden, kann die Anzahl an Herstellungsvorgängen verringert werden.
Da gemäß der achten Zielrichtung der Erfindung das Halbleiterelement mit der Bodenoberfläche des hohlen Behälters verbunden ist, und die Wärmeabstrahlrippe auf der Rückseite des Zufuhrsubstrats vorgesehen ist, welche den Boden des hohlen Behälters bildet, kann von dem Halbleiterelement erzeugte Wärme schnell zur Wärmeabstrahlungsrippe befördert und zur Außenseite der Halbleitervorrichtung hin abgestrahlt werden.
Da gemäß der neunten Zielrichtung der Erfindung das Zufuhrsubstrat sandwichartig zwischen zwei Signalübertragungssubstraten angeordnet ist, und die Halbleiterelemente, die mit den beiden Signalübertragungssubstraten verbunden sind, in dem Zufuhrsubstrat Rücken an Rücken angeordnet sind, ist die Dicke der Halbleitervorrichtung nicht besonders beträchtlich, und dennoch kann die Packungsdichte der Halbleiterelemente verdoppelt werden.
Da gemäß der zehnten Zielrichtung der Erfindung das Signalübertragungssubstrat flexibel ausgebildet ist, und entlang der unebenen Oberfläche des Zufuhrsubstrats verschoben ist, nimmt das Signalübertragungssubstrat thermische Spannungen an seiner Verbindung mit dem Halbleiterelement auf, und kann die elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterelement und dem Signalübertragungssubstrat sichergestellt werden.
Da gemäß der elften Zielrichtung der Erfindung das Signalübertragungssubstrat flexibel ausgebildet ist, ohne daß eine Halterungsbasis vorgesehen ist, stellt der auf der Rückseite des Signalübertragungssubstrats vorgesehene Metallfilm eine elektromagnetische Abschirmung zur Verdrahtung der Halbleitervorrichtung zur Verfügung, wodurch eine hohe Rauschfestigkeit erzielt wird.
Da gemäß der zwölften Zielrichtung der Erfindung die Eingangs/Ausgangsklemmen auf der Rückseite des Signalübertragungssubstrats vorgesehen sind, so werden dann, wenn die Halbleitervorrichtung auf der Mutterplatine angebracht wird, die Eingangs/Ausgangsklemmen entlang der unebenen Oberfläche der Mutterplatine verschoben, wodurch es ermöglicht wird, die Verläßlichkeit der elektrischen Verbindung zwischen der Halbleitervorrichtung und der Mutterplatine zu verbessern.
Da gemäß der dreizehnten Zielrichtung der Erfindung das Signalübertragungssubstrat mit den Eingangs/Ausgangsklemmen versehen ist, und auch das Zufuhrsubstrat mit den Eingangs/Ausgangsklemmen versehen ist, können diese Eingangs/Ausgangselektroden unterteilt werden für Signalübertragungszwecke und Stromversorgungszwecke, und können Elektroden mit verschiedenen Abmessungen für jeden Einsatzzweck ausgebildet werden, wodurch es ermöglicht wird, die Leistungen der Halbleitervorrichtung zu verbessern.
Da gemäß der vierzehnten Zielrichtung der Erfindung der Boden des hohlen Behälters mit Poren versehen ist, kann von dem Halbleiterelement erzeugte Wärme auf wirksame Weise an die Außenseite der Rückseite des Zufuhrsubstrats abgestrahlt werden. Da der Kleber in die Poren hineingelangt, wenn das Halbleiterelement mit der Bodenoberfläche des hohlen Behälters durch den Kleber verbunden wird, ist darüber hinaus die Dicke des zwischen dem Halbleiterelement und der Bodenoberfläche des hohlen Behälters vorhandenen Klebers gering, und daher kann von dem Halbleiterelement erzeugte Wärme wirksam zur Außenseite der Rückseite des Zufuhrsubstrats abgestrahlt werden. Wenn die Wärmeabstrahlungsrippe auf der Rückseite des Zufuhrsubstrats vorgesehen ist, fließt darüber hinaus der in die Poren eintretende Kleber zur Rückseite der Zufuhrsubstrate und dient auf wirksame Weise als Kleber zum Anbringen der Wärmeabstrahlungsrippe, wodurch es ermöglicht wird, die Wärmeabstrahlungsrippe auf dem Zufuhrsubstrat mit hohem Wirkungsgrad anzubringen.
Da gemäß der fünfzehnten Zielrichtung der Erfindung das Signalübertragungssubstrat dünn ausgebildet ist, die Halbleiterelemente mit beiden Oberflächen des dünnen Signalübertragungssubstrats verbunden sind, welches sandwichartig zwischen zwei Zufuhrsubstraten angeordnet ist, und die Halbleiterelemente in den Zufuhrsubstraten aufgenommen sind, wird die Dicke der Halbleitervorrichtung nur durch die Dicke eines einzelnen Zufuhrsubstrats erhöht, und dennoch kann die Packungsdichte der Halbleiterelemente verdoppelt werden.
Da gemäß der sechzehnten Zielrichtung der Erfindung das Signalübertragungssubstrat dünn ausgebildet ist, und die Halbleiterelemente mit beiden Oberflächen dieses dünnen Signalübertragungssubstrats verbunden sind, welches sandwichartig zwischen zwei Zufuhrsubstraten angeordnet ist, können die Halbleiterelemente abgedichtet werden, und können eine Packung hoher Dichte und mit hoher Verläßlichkeit erzielt werden.
Da gemäß der siebzehnten Zielrichtung der Erfindung die vorspringenden Elektroden von dem Testsubstrat zusammen mit dem Halbleiterelement entfernt werden, wenn das Halbleiterelement von dem Testsubstrat entfernt wird, und auf dem Halbleiterelement verbleiben, können ein Halbleiterelementtest und die Ausbildung der vorspringenden Elektroden auf dem Halbleiterelement gleichzeitig durchgeführt w,erden, wodurch eine Vereinfachung des Testvorgangs und eine Verringerung der Testkosten erzielt werden.
Da gemäß der achtzehnten Zielrichtung der Erfindung die vorspringende Elektrode auf dem Isolator des Testsubstrats ausgebildet wird, und mit der Endoberfläche des Testdrahtes verbunden wird, ist die Verbindungsfestigkeit zwischen der vorspringenden Elektrode und dem Testsubstrat kleiner als die Verbindungsfestigkeit zwischen der vorspringenden Elektrode und dem Halbleiterelement, wodurch es einfach wird, das Halbleiterelement von dem Testsubstrat nach dem Test zu entfernen, und möglich ist, die Ausbildung der vorspringenden Elektroden auf dem Halbleiterelement sicherzustellen.
Da gemäß der neunzehnten Zielrichtung der Erfindung das Polymerharz die Testdrähte abdeckt, mit Ausnahme der vorspringenden Elektroden, und die Testdrähte haltert, kann verhindert werden, daß sich die Testdrähte von dem Testsubstrat trennen, wenn die vorspringenden Elektroden von dem Testsubstrat zusammen mit dem Halbleiterelement weggenommen werden.
Da gemäß der zwanzigsten Zielrichtung der Erfindung die vorspringende Elektrode durch Plattieren ausgebildet wird, läßt sich leicht eine vorspringende Elektrode erhalten, die aus zahlreichen Arten von Metallen besteht.
Da gemäß der einundzwanzigsten Zielrichtung der Erfindung die vorspringende Elektrode aus mehreren Metallen besteht, ist zusätzlich zu einer Lotverbindung eine thermische Diffusionsverbindung von Gold zu Gold möglich, wodurch die Bedingungen zum Verbinden der Halbleiterelemente mit der Verdrahtungsplatine erweitert werden.
Da gemäß der zweiundzwanzigsten Zielrichtung der Erfindung die vorspringenden Elektroden und die Testdrähte miteinander durch den Dünnfilmleiter verbunden sind, der dünner ist als der Testdraht, können die vorspringenden Elektroden leicht von dem Testsubstrat entfernt werden, wobei die Testdrähte auf dem Testsubstrat verbleiben.
Da gemäß der dreiundzwanzigsten Zielrichtung der Erfindung das Testsubstrat aus einem Polyinerharz und einem Metall besteht, ist das Testsubstrat flexibel, und können die vorspringenden Elektroden einfach von dem Testsubstrat entfernt werden, wenn das Halbleiterelement von dem Testsubstrat nach dem Test entfernt wird.
Da gemäß der vierundzwanzigsten Zielrichtung der Erfindung Gold zwischen dem Testsubstrat, das aus einem Polymerharz besteht, und der vorspringenden Elektrode vorgesehen ist, wird die Verbindungsfestigkeit zwischen der vorspringenden Elektrode und dem Testsubstrat klein, wodurch es einfach wird, das Halbleiterelement von dem Testsubstrat zu entfernen.
Da gemäß der fünfundzwanzigstens Zielrichtung der Erfindung obere Endabschnitte der vorspringenden Elektroden poliert werden, nachdem die vorspringenden Elektroden auf dem Testsubstrat ausgebildet wurden, weisen die vorspringenden Elektroden sämtlich eine gleichförmige Höhe auf, und wird eine gleichförmige Verbindung zwischen dem Halbleiterelement und den vorspringenden Elektroden ermöglicht.
Da gemäß der sechsundzwanzigsten Zielrichtung der Erfindung ein oberer Endabschnitt der vorspringenden Elektrode geätzt wird, nachdem die vorspringenden Elektroden zusammen mit dem Halbleiterelement von dem Testsubstrat entfernt wurden, wird die Oberfläche der vorspringenden Elektrode gereinigt, und daher kann die Verbindung zwischen dem Halbleiterelement und der Verdrahtungsplatine verbessert werden.
Da gemäß der siebenundzwanzigsten Zielrichtung der Erfindung obere Endabschnitte der vorspringenden Elektrode poliert werden, nachdem die vorspringenden Elektroden von dem Testsubstrat zusammen mit dem Halbleiterelement entfernt wurden, weisen die vorspringenden Elektroden sämtlich eine gleichförmige Höhe auf, und daher kann die Verbindung zwischen dem Halbleiterelement und der Verdrahtungsplatine verbessert werden.

Claims (27)

1. Halbleitervorrichtung, gekennzeichnet durch nicht in Gehäuse eingekapselte, nicht-defekte Halbleiterelemente, ein Signalübertragungssubstrat mit einer Verdrahtungsschicht zum Übertragen von Signalen an die Halbleiterelemente, und ein Zufuhrsubstrat zum Zuführen von Energie zu den Halbleiterelementen, wobei das Zufuhrsubstrat Behälter zur Aufnahme der Halbleiterelemente aufweist, die Halbleiterelemente mit der Verdrahtungsschicht des Signalübertragungssubstrats verbunden und in den Behältern aufgenommen sind, der Behälter durch das Signalübertragungssubstrat abgedeckt ist, und das Signalübertragungssubstrat dem Zufuhrsubstrat überlagert angeordnet und mit diesem verbunden ist.
2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter als Öffnung ausgebildet ist, die sich von der Vorderseite des Zufuhrsubstrats auf der Signalübertragungsseite zur entgegengesetzten Rückseite erstreckt.
3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Basis zum Haltern der Verdrahtungsschicht des Signalübertragungssubstrats aus einem Material besteht, welches einen thermischen Expansionskoeffizienten aufweist, der annähernd gleich jenem des Halbleiterelements ist.
4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrahtungsschicht des Signalübertragungssubstrats aus einem Polymermaterial und einem Leiter besteht, und daß von einer Basis zum Haltern der Verdrahtungsschicht Abschnitte entsprechend den Verbindungen mit dem Zufuhrsubstrat entfernt sind.
5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterelemente in den offenen Behältern aufgenommen sind, die von dem Signalübertragungssubstrat abgedeckt werden, welches dem Zufuhrsubstrat überlagert angeordnet ist, und daß ein Polymerharz in die offenen Behälter eingefüllt und verfestigt ist.
6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter ein hohler Behälter ist, welcher einen Boden aufweist, und an der Vorderseite des Zufuhrsubstrats offen ist, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt, und an der entgegengesetzten Rückseite des Zufuhrsubstrats geschlossen ist.
7. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Ausbildung von Behältern zur Aufnahme nicht in Gehäuse eingekapselter, nicht-defekter Halbleiterelemente, von elektrischen Verbindungselektroden und Abdicht- Anschlußflächen auf der Vorderseite eines Zufuhrsubstrats zum Liefern von Energie an die Halbleiterelemente;
Verbinden der Halbleiterelemente mit der Verdrahtungsschicht eines Signalübertragungssubstrats zum Übertragen von Signalen und die Halbleiterelemente, und Ausbildung elektrischer Verbindungselektroden und Abdicht-Anschlußflächen auf der Vorderseite des Signalübertragungssubstrats an Orten, welche den elektrischen Verbindungselektroden bzw. Abdicht- Anschlußflächen gegenüberliegen; und
Überlagern des Signalübertragungssubstrats dem Zufuhrsubstrat, während die Halbleiterelemente mit dem Signalübertragungssubstrat in den Behältern des Zufuhrsubstrats verbunden werden, um die elektrischen Verbindungselektroden und die Abdicht-Anschlußflächen dieser Substrate miteinander gleichzeitig zu verbinden.
8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterelemente mit den Bodenoberflächen der hohlen Behälter verbunden sind, und daß eine Wärmeabstrahlungsrippe mit der Rückseite des Zufuhrsubstrats verbunden ist.
9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zufuhrsubstrat mit den offenen Behältern im wesentlichen dieselbe Höhe oder eine größere Höhe aufweist, als die Gesamthöhe der Halbleiterelemente beträgt, die Rücken an Rücken in dem offenen Behälter angeordnet sind, wobei die mit den Signalübertragungssubstraten verbundenen Halbleiter Rücken an Rücken in den offenen Behältern des Zufuhrsubstrats von beiden Seiten des Zufuhrsubstrats aus aufgenommen sind, und die Signalübertragungssubstrate, mit welchen die Halbleiterelemente verbunden sind, mit beiden Seiten des Zufuhrsubstrats verbunden sind.
10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signalübertragungssubstrat flexibel ausgebildet ist, da es aus einem Isolator besteht, der aus einem Polymermaterial und einem metallischen Leiter besteht.
11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Signalübertragungssubstrat, welches flexibel ausgebildet ist, da es aus dem Isolator besteht, der aus dem Polymermaterial und dem metallischen Leiter besteht, einen Leiter auf seiner Rückseite entgegengesetzt zur Vorderseite aufweist, welche dem Zufuhrsubstrat gegenüberliegt.
12. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Signalübertragungssubstrat, welches flexibel ausgebildet ist, da es aus dem Isolator besteht, der aus dem Polyinermaterial und dem metallischen Leiter besteht, auf seiner Rückseite Eingangs/Ausgangsklemmen entgegengesetzt zur Vorderseite aufweist, welche dem Zufuhrsubstrat gegenüberliegt.
13. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Zufuhrsubstrat Eingangs/Ausgangsklemmen auf seiner Vorderseite aufweist, welche dem Signalübertragungssubstrat gegenüberliegt, und daß das Signalübertragungssubstrat Eingangs/Ausgangsklemmen auf seiner Rückseite aufweist, entgegengesetzt zur Vorderseite, welche dem Zufuhrsubstrat gegenüberliegt.
14. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß Poren in dem Boden des hohlen Behälters vorhanden sind.
15. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterelemente mit beiden Seiten des Signalübertragungssubstrats verbunden sind, daß die Zufuhrsubstrate, welche die offenen Behälter aufweisen, beiden Seiten des Signalübertragungssubstrats überlagert angeordnet und mit diesen verbunden sind, und daß die Halbleiterelemente in den offenen Behältern der Zufuhrsubstrate aufgenommen sind.
16. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß Halbleiterelemente mit beiden Seiten des Signalübertragungssubstrats verbunden sind, daß die die hohlen Behälter aufweisenden Zufuhrsubstrate beiden Seiten des Signalübertragungssubstrats überlagert angeordnet und mit diesen verbunden sind, so daß die hohlen Behälter einander gegenüberliegen, und daß die Halbleiterelemente in den hohlen Behältern aufgenommen sind.
17. Verfahren zum Testen eines Halbleiterelements, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Ausbildung vorspringender Elektroden auf einem Testsubstrat, welches Testdrähte zum elektrischen Verbinden der vorspringenden Elektroden mit den Testdrähten aufweist;
Verbinden der elektrischen Verbindungselektroden des nicht in ein Gehäuse eingekapselten Halbleiterelements mit den vorspringenden Elektroden des Testsubstrats;
Testen des Halbleiterelements in einer erhitzten Atmosphäre; und
Entfernen der vorspringenden Elektroden von dem Testsubstrat zusammen mit den elektrischen Verbindungselektroden des Halbleiterelements durch Entfernen des Halbleiterelements von dem Testsubstrat nach dem Test.
18. Testsubstrat, gekennzeichnet durch Testdrähte und vorspringende Elektroden zum Testen eines nicht in Gehäuse eingekapselten Halbleiterelements, wobei die vorspringenden Elektroden und die Testdrähte auf der Vorderseite des Testsubstrats vorgesehen sind, und die vorspringenden Elektroden mit den Endoberflächen der Testdrähte verbunden sind.
19. Testsubstrat, gekennzeichnet durch Testdrähte und vorspringende Elektroden zum Testen eines nicht in ein Gehäuse eingekapselten Halbleiterelements, wobei sämtliche Testdrähte, die auf der Vorderseite des Testsubstrats angeordnet sind, mit einem Polymerharz abgedeckt sind, mit Ausnahme der vorspringenden Elektroden, und das Polymerharz außerhalb der Testdrähte mit der Vorderseite des Testsubstrats verbunden ist.
20. Testsubstrat, gekennzeichnet durch Testdrähte und vorspringende Elektroden zum Testen eines nicht in ein Gehäuse eingekapselten Halbleiterelements, wobei die vorspringenden Elektroden durch Plattieren ausgebildet sind.
21. Testsubstrat, gekennzeichnet durch Testdrähte und vorspringende Elektroden zum Testen eines nicht in ein Gehäuse eingekapselten Halbleiterelements, wobei die vorspringenden Elektroden aus mehreren Metallschichten gebildet sind, die aufeinander angeordnet sind.
22. Testsubstrat, gekennzeichnet durch Testdrähte und vorspringende Elektroden zum Testen eines nicht in ein Gehäuse eingekapselten Halbleiterelements, wobei die vorspringenden Elektroden und die Testdrähte auf der Vorderseite des Testsubstrats vorgesehen sind, und die vorspringenden Elektroden mit den Testdrähten durch einen Dünnfilm verbunden sind, der dünner ist als der Testdraht.
23. Testsubstrat, gekennzeichnet durch Testdrähte und vorspringende Elektroden zum Testen eines nicht in ein Gehäuse eingekapselten Halbleiterelements, welches aus einem flexiblen Polymerharz und einem metallischen Leiter besteht.
24. Testsubstrat nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metall- Dünnfilm zwischen der vorspringenden Elektrode und dem Testsubstrat vorgesehen ist.
25. Verfahren zur Herstellung eines Testsubstrats, welches Testdrähte und vorstehende Elektroden zum Testen eines nicht in einem Gehäuse eingekapselten Halbleiterelements aufweist, mit folgenden Schritten:
Ausbildung der vorspringenden Elektroden auf dem Testsubstrat; und
Polieren eines oberen Abschnitts der vorspringenden Elektrode.
26. Verfahren zum Testen eines Halbleiterelements nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch den Schritt des Atzens eines Abschnitts der vorspringenden Elektrode, die von dem Testsubstrat zusammen mit den elektrischen Verbindungselektroden des Halbleiterelements entfernt wird, nach dem Schritt des Entfernens der elektrischen Verbindungselektroden von dem Testsubstrat zusammen mit den vorspringenden Elektroden, durch Entfernen des Halbleiterelements von dem Testsubstrat.
27. Verfahren zum Testen eines Halbleiterelements nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch den Schritt des Polierens eines Abschnitts der vorspringenden Elektrode, die von dem Testsubstrat zusammen mit den elektrischen Verbindungselektroden des Halbleiterelements entfernt wird, nach dem Schritt des Entfernens der elektrischen Verbindungselektroden von dem Testsubstrat zusammen mit den vorspringenden Elektroden durch Entfernen des Halbleiterelements von dem Testsubstrat.
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