DE2456951A1

DE2456951A1 - Halbleiterschaltungspackung und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2456951A1
Application number: DE19742456951
Authority: DE
Inventors: Andrew Koutalides
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1973-12-03
Filing date: 1974-12-02
Publication date: 1975-06-05
Also published as: FR2253282B1; SE7415064L; CH585968A5; SE403852B; JPS5087587A; JPS5860940U; CA1032276A; FR2253282A1; GB1458846A

Description

PATENTANWÄLTE
DR.-PHIL. G. NiCKLL- D.: -ITjG. J. DORNER

3 (Λ ü N C H E N 15
LANDWEHRSTR. 35 · POSTFACH 104

TEL. (08 11) 55 5719

München, den 29. November 1974 Anwaltsaktenz.: 27 - Pat. 104

Raytheon Company, 141 Spring Street, Lexington, Mass. 02173, Vereinigte Staaten von Amerika

Haltoleitersohaltungspaokung und Verfahren zu ihrer Herstellung«

Die Erfindung toezieht sich auf eine Haltoleitersohaltungspaokung mit einem Isolierstoffträger, an welchem eine Anzahl von Ansohlußleitern toefestigt sind, welche mit einem Ende über einen

Rand des Isolierstoffträgers hinausstehen. Insbesondere toezieht sich die Erfindung auf Flachanschluß-Halbleitersohaltungseinheiten, toei welchen ein oder mehrere Halbleiterelemente auf einer Otoerfläohe eines Haltoleitertäfelchens gebildet werden und Anschlußleiter von den Schaltungsteilen der Halbleitersohaltungseinheit nach außen über den Rand des Täfelchens überstehen. Derartige Halbleiterschaltungseinheiten sind für viele Anwendungszweoke besonders vorteilhaft, da sie besonders zuverlässig sind, große Packungsdichte besitzen, eine gute Wärmeableitungseigenschaft aufweisen und in einem weiten Bereich von Temperaturen und Drücken betrieben werden können. Damit die Flachanschlußleiter zuverlässig mit äußeren Schaltkreisen verbunden werden können, ist es wesentlich, daß die Flachanschlußleiter bezüglioh der Ausrichtung in einer Ebene an die damit zu verbindende Leiteranordnung mit einer Toleranz angepaßt werden, die vorzugsweise

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unter einem Wert von beispielsweise 0,025 ram liegt. Wird dies nicht beachtet, so wird einer oder es werden mehrere der Flachanschlußleiter verspannt, insbesondere, wenn das Halbleitertäfelchen vollständig duroh die"Verbindung der Flaohansohlüsse mit der umgebenden Leiterkonstruktion gehalten wird, so daß es entweder am Rand des Halbleitertäfelchens zu einem Bruch kommt oder die Leiterverbindung zwischen dem Flachansohluß und dem zugehbrigen Anschlußleiter fehlerhaft wird.

Bisher war es im allgemeinen notwendig, zur Erzielung zufriedenstellender Ergebnisse einen Träger aus starrem Werkstoff herzustellen, auf welohem ein bestimmtes Muster von Anschlußleitern, in starrer Anordnung vorgesehen war, wobei die Leiterbereiche auf die Lage der Flaohanschlußleiter des Halbleitertäfelchens abgestimmt waren. Die Flaohansohluß-Halbleitersohaltungseinheit j wurde dann auf den Träger aufgesetzt, wobei die Flaohanschlußleiter mit entsprechenden Leiterbereiohen in Berührung kamen und mit diesen Bereichen verbunden wurden, wobei verhältnismäßig niedrige Temperaturen und hohe Drücke zur Anwendung kamen. Der Träger mit der Anschlußleiteranordnung, welcher verhältnismäßig teuer war, konnte dann mit einem Anschlußleiterrahmen kontaktiert werden, indem entweder eine Anzahl von Drähten jeweils duroh ein ■ Thermodruokverfahren zur Herstellung der Verbindungen angesohlosi sen wurde oder indem ein Anschlußleiterrahmen unmittelbar mit den

Leiterbereichen des Trägers versohweißt wurde. Eine derartige zweistufige Herstellung der Anschlüsse machte die Verwendung I zweier oder mehrerer Kontaktstellen im Zuge jeder Ableitung von ; einem Flaohleiterarischluß des Halbleitertäfelchens erforderlioh, j woduroh die Wahrscheinlichkeit von Fehlern in der Verbindung er- i höht wurde.

'Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, bei einer IHalbleitersohaltungspackung mit verhältnismäßig geringen Her- ;Stellungskosten die Ableitungen von den von einer Halbleiterschaltungseinheit wegführenden Leiterstüoken in der Weise herzustellen, daß sich sehr zuverlässige Kontaktübergänge ergeben.

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Diese Aufgabe wird bei einer nalbleiterschaltungspaokung der ein-{ gangs kurz umrissenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die anderen Enden der Anschlußleiter gegenüber den Hauptteilen der Ansohlußleiter geringere Stärke besitzen und mit Leiterstücken verbunden sind, welche über den Rand einer mindestens ein aktives Halbleiterelement enthaltenden Halbleiterschaltungseinheit hinausstehen·

Es werden also ein Anschlußleiterrahmen und ein Träger bereitgestellt, wobei die nach innen ragenden Enden der Ansohlußleiter des Anschlußleiterrahmens, welche in einer Ebene ausgerichtet sind und auf geringere Stärke gebraoht sind, unmittelbar mit den Flachleiteransohlüssen eines Halbleitertäfelchens verbunden werden. Vorzugsweise sind die auf geringere Stärke gebrachten Enden der Anschlußleiter des Anschlußleiterrahmens bedeutend dünner als die übrigen Teile des Anschlußleiterrahmens, so daß aufgrund der ausreichenden Stärke der Hauptteile der Anschlußleiter eine stabile Geometrie während des Verbindungsverfahrens vorliegt, während welchem die Flachleiteransohlüsse gegen die dünneren Endbereiche der Anschlußleiter des Anschlußleiterrahmens mit ausreichendem Druck angepreßt werden, um die Piachanschlußleiter des Halbleitertäfelchens zu deformieren, ohne daß eine wesentliche Seitwärtsbewegung der dünnen Enden der äußeren Anschlußleiter durch Verdrehung oder durch andere Verlagerung auftritt, so daß man eine gute Kontaktverbindung erhält.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Anschlußleiter'des Anschlußleiterrahmens mit isolierenden Gehäuse- oder Abdeckteilen der Halbleitersohaltungspaokung unter Verwendung eines Werkstoffes verkittet werden, der im wesentlichen den selben thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie das Leitermaterial des Anschlußleiterrahmens hat, so daß das fertige Bauteil über einen weiten Temperaturbereich betrieben werden kann, ohne daß unzulässige Spannungen zwisohen den aus dem Anschlußleiterrahmen gebildeten Anschlußleitern un3ihrer umgebenden Halterung auftreten.

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Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, daß die verdünnten Enden der Anschlußleiter des Anschlußleiterrahmens, der als Formätzteil oder durch Stanzen entsprechenden Leitermetalls hergestellt werden kann, mit einem der Isolierstoffträger oder Gehäuseteile verbunden wird, so daß die verhältnismäßig feinen und empfindlichen Enden der Ansohlußleiter des Ansohlußleiterrahmens trotzdem eine starre Abstützung für das Halbleitertäfelohen in der Packung im wesentlichen vollständig über die Flachanschlüsse in dem kontaktierten Bereich bilden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen bilden im übrigen Gegenstand der Ansprüche, auf welche zur Vereinfachung und Verkürzung der Be- ·.-sohreibung hiermit ausdrücklich hingewiesen wird. Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar:

Figur 1 einen Vertikalschnitt durch eine Halbleiter-Schaltungspackung,in der eine Flaohanschluß-Halbleiterschaltungseinheit unmittelbar mit den Anschlußleitern eines Ansohlußleiterrah-

mens, kontaktgebend verbunden ist,

Figur 2 einen weiteren Vertikalschnitt der in Figur 1 gezeigten Konstruktion entsprechend der in Figur 1 angedeuteten Schnittebene 2-2,

Figur 3 eine Aufsicht auf einen Ansohlußleiterrahraen mit dem unmittelbar damit verbundenen, Flachanschlüsse aufweisenden Halbleitertäfeichen vor dem Einbau in die Packung näoh den Figuren 1 und 2 und

Figur k eine Sohnittdarstellung eines Teiles der Anordnung nach Figur 3 entsprechend der in dieser Zeichnung angedeuteten Schnittebene k-k.

In den Zeichnungen ist eine Kapselung oder Umhüllung der HaIbleiter&ohaltungspackung mit 10 bezeichnet. Sie umgibt eine Flaoh-

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ansohluß-IIalbleiterschaltungseinheit 12, welohe von einer integrierten Schaltung oder von einem einzelnen Halbleitergerät gebildet sein kann. Im allgemeinen ist bei der Anwendung des hier vorgeschlagenen Konstruktionsprinzips eine größere Anzahl von Leitern vorgesehen, welche sich durch die Fandungen der Umhüllung oder der Packung naoh außen erstrecken, weshalb die hier vorgeschlagene Konstruktion für beliebige Größen integrierter Schaltungen besonders geeignet ist.

Eine Anzahl von Flachanschlüssen 14, die von den Rändern der integrierten Schaltung oder der Halbleiterschaltungseinheit 12 abstehen, werden unter Anwendung von Druck und erhöhten Temperaturen mit den Enden der einzelnen Anschlußleiterstreifen 16 in einem auf geringere Stärke gebrachten Bereich 18 derselben hefe-

stigt. Die Endbereiche 18 der Anschlußleiterstreifen 16 sind auf . so geringe Stärke gebracht, daß ihre Dioke im wesentlichen gleioh! ihrer Breite ist, so daß ein Verbinden oder Kontaktieren der I Flachanschlüsse 14 an den Bereichen 18 erleichtert wird, da anderenfalls, wenn die Bereiche bedeutend größere Dicke als ihre Breite aufweisen, sie unter dem bei der Verbindung oder Verschweißung auftretenden Druck zum Verdrehen oder Kippen neigen, so daß es zu einer fehlerhaften Ausrichtung der Flaohansohlüsse 14 gegenüber den Anschlußleiterstreifen 16 kommen kann, insbesondere, nachdem beim Kontaktieren oder Verschweißen ein Druck angewendet werden muß, der zu einer gewissen Verformung der Flaohanschlüsse ausreicht.

Die Anschlußleiterstreifen 16 werden mit einer unteren Umhüllung j oder Abdeckung 20 verbunden, welche vorzugsweise aus Keramikmaterial besteht und eine flache Oberseite 22 aufweist. Die An- ,

schlußleiterstreifen 16 werden mit der Keramikabdeckung 20 über j eine dünne Glasschicht 24 verbunden. Die Oberseiten der auf ge- j ringere Stärke gebrachten Bereiche 18 der Ansohlußlelterstreifen 16 liegen vorzugsweise in einer Ebene mit einer Toleranz von etiwa 0,025 ram oder darunter, so daß während des Verbindungsvorgan-I .. · · j

jges sich der Druck im wesentlichen gleichmäßig auf die Flaohan- j

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Schlüsse und die verdünnten Bereiche 18 der Anschlußleiterstreifen 16 verteilt.

Eine obere keramische Abdeckung 26 wird mit den Anschlußleiterstreifen 16 über eine Glasschicht 32 verbunden, welohe einen dichten Abschluß der Packung herstellt, nachdem die Glassohiöht 32 in den Räumen zwischen den Anschlußleiterstreifen 16 rund um die Packung bis zu der Glasschicht 2k reicht. Dadurch, daß in der Unterseite der Keramikabdeckung 20 eine Ausnehmung 28 vorgesehen ist, welohe der gleich bezeichneten Ausnehmung auf der nach unten weisenden Fläche der oberen Keramikabdeckung 26 entspricht, kann für die obere und die untere Keramikabdeokung 26 bzw. 20 ein und dasselbe Bauteil verwendet werden.

Die nach außen ragenden Enden der Anschlußleiterstreifen 16 werden in der gewünschten Weise geformt, beispielsweise werden sie mit ihren Schenkeln 3k nach abwärts gebogen, um die integrierte Schaltung in einen entsprechenden Sookel einsteoken zu können.

Während ein großer Teil der in der integrierten Schaltung bzw. der Halbleitersch^ltungseinheit 12 erzeugten Wärme über die

i Flachansohlüsse Ik und die Anschlußleiterstreifen 2k zu der !wärmesenke abgeführt wird, welche von den Keramikabdeokungen ! 20 und 26 gebildet wird, kann ein zusätzlicher Wärmeübergangs- >weg dadurch gesohaffen werden, daß gegebenenfalls der Zwischen- , raum zwischen dem Halbleitertäfeichen 12 und der Keramikabdeckung ^!20 durch einen wärmeleitenden, isolierenden Werkstoff ausgefüllt wird, beispielsweise durch eine Silikonfettfüllung 36.

Es sei darauf hingewiesen, daß die verdünnten Enden 18 der Ani schlußleiterstreifen 16, welche sich bis unter den Rand des Halbleitertäf elchens 12 erstrecken, eine starre Verbindung über die ;Glasschicht 2k zu der Keramikkapselung 20 besitzen und daher dem ιHalbleitertäfeichen 12 eine im wesentlichen unmittelbare Ab-

Stützung verleihen, so daß die Gesamtkonstruktion außerordentlich fest und gegenüber Schwingungen oder mechanischen Stoßen

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widerstandsfähig ist. Indem ferner der thermische Ausdehnungskoeffizient der Glasschicht 2k und der Anschlußleiterstreifen 16 im wesentlichen gleich dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Keramikkapselung 20 gewählt wird, ergeben siph in einem weiten Bereich der Temperaturen beim Ausdehnen und Zusammenziehen der Anordnung verhältnismäßig geringe Spannungen, so daß die . Wahrscheinlichkeit für Fehler der Kontakte oder Verbindungen oder für Brüohe des Halbleitertäfelchens 12 wegen dieser Ursache verringert wird.

Ein Beispiel für Werkstoffe, welche sich in der oben kurz beschriebenen Konstruktion vorteilhaft verwenden lassen, sei naohfolgend angegeben. Die Keramikabdeckungen 26 und 20 bestehen zu einem hohen Prozentsatz aus Aluminiumoxid, beispielsweise zu Sk # bis 96 % A1_QO_ mit einer Wärmeleitfähigkeit von 0,035 cal

* ^m** ^ei^ner hohen Temperaturfestigkeit bis zu Temperaturen von 500 C, einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von 25° C bis 200° C von 6 · 10 l/°C und im Bereioh von 200° C bis 500° C von 7 '· 10 l/°0 und schließlich mit einem Elastizitätsmodul von 0,302 · 10 kp/mm . Die Glassohichten 2k und 32 bestehen vorzugsweise aus kristallisierenden Glasarten, welche beispielsweise 71 % PdO, 16 % ZnO, 10 % ^B ₂°3' ² ^" ^Si02 und 1 % SnO₂ enthalten, wobei sich ein thermischer Ausdehnungskoeffizient im Bereich zwischen 0° C und 300° C von 6,8 bis 7 · 10 l/°C feststellen läßt und der Kontraktionskoeffizient im Bereich zwischen 450° C und 25° C etwa 7,5 · 10 l/°C beträgt. Als Werkstoff für die Anschlußleiterstreifen 16 wird vorzugsweise eine Legierung verwendet, welche als "Legierung k2" bekannt geworden ist und welohe kl % Nickel, 5.8,8 % Eisen und geringe Prozentsätze von Mangan, Silizium, Kohlenstoff, Chrom, Kobalt, Phosphor, Schwefel und Aluminium enthält und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 7 · 10~ l/°C aufweist«

Es sei nochmals darauf hingewiesen, daß die obigen Werkstoffe nur als Beispiel angegeben sind und daß auch andere Werkstoffe

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für den Träger oder die Kapselung 20, die Verbindungsschioht 22, die Anschlußleiterstreifen 16 usw. verwendbar sind.

Wenn die oben angegebenen Werkstoffe verwendet werden und wenn die Anschlußleiterstreifen mit der keramischen Packung durch die Glasschichten oder Glasbeläge bei etwa 450° C verbunden werden, so zieht sich beim Erkalten das Metall etwas rascher zusammen als die Keramikabdeckungen und das Glas, so daß später die Keramikabdeckungen und die Glasschichten zu allen Zeiten längs der Leiterstreifen unter einer seitlichen Druokspannung gehalten werden. Man erhält hierdurch gleichsam eine Vorspannung, so daß bei Betrieb der Halbleiterschaltungspackung im ordnungsgemäßen, tieferen Temperaturbereich, beispielsweise bis su 125 C kein Bruch der Glasdichtung oder der keramischem Umhüllung auftreten kann.

Während die Flachanschlüsse lh vorzugsweise eine Stärke zwisohen 0,0125 mm und 0,025 mm aufweisen und eine Breite von 0,025 mm

und

bis 0,25 mm besitzen,/während das Halbleitertäfeichen 12 vorzugsweise eine Stärke zwischen 0,05 mm und_ 0,25 mm aufweist, können auoh beliebige andere Abmessungen gewählt werden.

Zur Herstellung von Halbleiterschaltungspackungen naoh den Figuren i und 2 wird zunächst eine Anzahl integrierter Schaltungen in bekannter Weise auf einem einzigen Halbleitertäfeichen durch Diffusionsverfahren und epitaktisches Aufwaohsenlassen von HaIbleiterschiohten hergestellt. Die Flachanschlüsse werden an den gewünsohten Kontaktbereiohen und/oder an den Ableitungsbereiohen der Halbleitertäfeichen duroh Plattieren, Ablagerung aus der Dampfphase oder naoh anderen Verfahren angebracht. Danaoh werden die Einzeltäfeichen von dem bei der Herstellung verwendeten Halbleiterstück in der Weise abgetrennt, daß das Halbleiterstüok auf derjenigen Seite gehaltert wird, welch© die Flachansohlüsse und die Halbleiterschaltungselemente enthält, wonach Bereiche, die als die fertigen Halbleitertäfelohen übrig bleiben sollen, maskiert werden und die dazwischenliegenden Bereiohe

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abgeätzt oder durchgeätzt werden, so daß sich abgeschrägte Wandungen an den Einzeltäfeichen 12 ergeben, wobei die über die Ränder des Halbleitertäfelchens 12 hinausstehenden Teile der Flachansohlüsse freigelegt werden. Die Begrenzungswände liegen vorzugsweise in der TlIlJ -Kristallebene des Siliziumhalbleiterkristalls und bilden stumpfe Winkel mit den Flachanschlüssen 14, welohe parallel zu derjenigen Oberfläche des nalbleitertäfelohens 12 gerichtet sind, welche die aktiven Schaltungselemente enthält, wobei diese Oberfläche vorzugsweise eine Γ 100 j -Kristallebene des Halbleiterkristalls ist.

Zur Herstellung der Halbleiterschaltungspackung unter Verwendung J des Halbleitertäfelchens 12 wird ein Anschlußleiterrahmen 13 aus \ Folie oder Blech ,hergestellt, welches vorzugsweise eine Dicke von etwa 0,25 nim aufweist, wobei die Anschlußleiterstreifen 16 nach innen gerichtet sind und auf eine Länge von etwa 5 nun in der Stärke auf etwaO,! ram bis 0,125 mm reduziert sind, was duroh Maskierungsätzen oder auoh durch Prägen in einer Form geschehen kann, in der auch das Ausstanzen des Anschlußleiterrahmens geschieht. Der Anschlußleiterrahmen wird dann in eine Kontaktiermasohine eingesetzt, wie sie etwa in der US-Patentschrift 3 7^7 829 beschrieben ist und die Flachanschlüsse Ik des Halbleitertäf elcliens 12 werden unmittelbar an den Enden 18 der Anschlußleiterstreifen 16 befestigt.

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;Vorzu-gsweise werden die Anschlußleiterstreifen 16 etwa auf hal-

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\bem Wege zwischen dem Außenrahmen 13 und den inneren Enden 18

jdurch eine federnde Klammer 23 eingespannt, welche die Anschluß- \leiterstreifen 16 nach abwärts gegen eine Unterlage 25 der Kon- | itaktiermaschine drückt , wobei die Unterlage reibend an den Un- ι terseiten der Anschlußleiterstreifen 16 anliegt, so daß die nach innen weisenden Enden 18 dieser Anschlußleiterstreifen sich wäh- !rend des Verbindungsvorganges nicht naoh der Seite bewegen können. Das Halbleitertäfeichen wird dann unter Wobbeibewegungen

mit den Anschlußleiterstreifen des Anschlußleiterrahmens kontakt-·

ι gebend verbunden.

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Der Anschlußleiterrahmen ist zuvor mit einem Nickelbelag von 20 Mikron bis 50 Mikrnn Stärke, welcher als Sperrschicht gegen bestimmte in dem Anschlußleiterrahmen enthaltene Werkstoffe, insbesondere Ionen, dient und mit einer Goldschicht versehen worden, welohe eine Stärke von etwa 100 Mikron aufweist, eine Reinheit von 99,99 $ besitzt und eine Härte zwischen 60 und 90 Knoop-Härteeinheiten hat. Dies ist vorzugsweise derselbe Härtebereioh, in welchem auch die Piachanschlüsse des Halbleitertäfelchens liegen, welche im wesentlichen vollständig aus Gold bestehen.

Zur Verbindung des Halbleitertäfelchens mit den Enden der Anschlußleiterströifen wird das Ilalbleitertäfeichen 12 mit auf der Unterseite befindlichen Flachanschlüssen 14 in Deokungsstellung mit den Enden 18 der Anschlußleiterstreifen 16 gebracht, so daß jeder der Flachanschlüsse lh Berührung mit einem der auf geringere Stärke gebrachten Enden 18 der Flachanschlüsse hat, wie aus Figur k zu entnehmen ist. Die Ausrichtung kann unter Sichtkontrolle erfolgen, da die Flachanschlüsse 14 über den Rand des Halbleitertäfelchens 12 hinausstehen. Während dieses Vorganges wird das Halbleitertäfeichen vorzugsweise in dem Kopf eines Verbindungswerkzeuges 19 gehalten, indem an diesem Kopf ein Vakuum j über einen Kanal 21 aufrecht erhalten wird. Die mit dem Rahmen ;13 verbundenen Leiterstreifen 16 werden durch die schon erwähnten, schematisch eingezeichneten Federklammern 23 gegen die keramische Schablonenunterlage 25 der Kontaktiermaschine gedrückt, I so daß durch Reibungskräfte zwischen den Leiterstreifen 16 und

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■ der Unterlage 25 die Leiterstreifen an einer seitlichen Bewegung

!gehindert werden und eine Fehlausrichtung während des Verbin-

dungsvorganges vermieden wird.

Aus Figur k ist zu erkennen, daß der Werkzeugkopf 19 das Halbleitertäfelchen 12 während des VerbindungsVorganges umgibt^ und duroh Wobbeibewegungen des Werkzeugkopfes der Reihe nach Druck auf die ne;beneinanderliegenden Flachanschlußleiter lh ausübt und diese gegen die verdünnten Enden 18 der Leiterstreifen 16 andrückt. Gleichzeitig wird der Grenzfläche zwischen den Flach-

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anschlußleitern 14 und den verdünnten Leiterstreifenbereichen 18 dadurch Wärme zugeführt, daß ein Strom durch diese Bereiche geleitet wird, so daß sie auf eine Temperatur von etwa 400° C gebracht werden. Der zwischen dem als Werkzeugkopf verwendeten Werkzeug und den Flachansohlüssen bzw. den Leiterstreifen aufzuwendende Druck liegt im Bereich von 0,5 kp bis 2,5 kp, je naohdem, in welcher Folge Druck auf die Leiter ausgeübt und eine Temperaturerhöhung durch den über die Kontaktbereiche geleiteten Strom erzeugt wird. Vorzugsweise wird eine Reihe von Wobbelbewegungeh durch den Werkzeugkopf ausgeführt, so daß zwischen den Flachansohlußleitern 14 und den auf geringere Stärke gebrachten Bereichen 18 der Anschlußleiterstreifen mehrere Kontaktbereiohe entstehen, wie im einzelnen in der zuvor erwähnten Patentschrift ausgeführt ist. Im allgemeinen wird ein ausreichend großer Druck ausgeübt, um eine gewisse Deformation der Flachanschlußleiter 14 herbeizuführen.

Die keramischen Abdeckungen oder Umhüllungen 20 und 26 der Halbleiterschaltungspackung werden unter Verwendung identischer Teile vorbereitet, auf welche einseitig die Glasbeläge 2k und 32 als ein in einem gebräuchlichen, flüssigen Bindemittel befindliches Glaspulver aufgesprüht werden.

Die Glassohicht 24 auf dem unteren Keramikgehäuse 20 mißt in der Stärke vorzugsweise zwischen 0,076 mm und 0,089 mm," während die Glassohicht 34 an der oberen Keramikabdeokung 26 vorzugsweise eine Dicke von etwa 0,302 mm bis 0,356 mm aufweist. Die untere und die obere Keramikabdeckung werden dann fest an dem Anschlußleiterrahmen zusammengepreßt und die gesarate Anordnung wird auf etwa 450° C für etwa fünfzehn Minuten aufgeheizt, wonach man die Anordnung abkühlen läßt. Das Bindemittel des Glaspulve.rs verdampft und läßt die Glasbeläge 24 und 32 zurüok, welche vorzugsweise aus bekanntem, kristallisierendem Glas geringer Schmelztemperatur bestehen, so daß sich eine feste Verbindung sowohl zu dem Goldübevrzug der Anschlußleiter 16 des Anschluß- ~

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leiterrahmens als auch zu den keramischen Bauteilen 20 und 26 ergibt. Die Glasschichten 2k und 32 verbinden sich in dem Raum zwischen den Anschlußleiterstreifen 16 dichtend, so daß die gesamte Packung dicht abgeschlossen wird.

Die Erhitzung auf 450° C geschieht zweckmäßig in einer inerten Atmosphäre, beispielsweise in Stickstoff, so daß das schließlich in der Umhüllung eingeschlossene Gas ein neutrales Gas ist. Die gesarate untere Fläche der Anschlußleiterstreifen 16 innerhalb der Kapselung ist jetzt durch die Glasschicht 2k fest mit dem Keramikkörper 20 verbunden. Nach Fertigstellung ist daher die Halbleiterschaltungseinheit über die verdünnten Anschlußleiterbereiche 18 starr gegenüber dem Keramikkörper 20 abgestützt, so daß das Ilalbleitertäfeichen 12, welches bei der vorliegenden Konstruktion im wesentlichen vollständig durch die FlaohanschlUsse Ik an den verdünnten Anschlußleiterenden 18 der Anschlußleiterstreifen 16 geha.lten ist, eine feste Abstützung durch den keramischen Trägerkörper 20 erfährt und daher sehr starken Stoß- und Schwingungsbeanspruchungen ohne Beschädigung standhalten kann. Nachdem sich ferner die gesamte Anordnung im wesentlichen im gleichen Maße ausdehnt und zusammenzieht, entstehen in dem Bereich der Kontaktverbindungen'zwischen den verdünnten Enden 18 der Anschlußleiterstreifen und den Flachanschlüssen Ik im wesentlichen keine Spannungen. Aus diesem Grunde kann das betreffende Gerät in einem weiten Temperaturbereich eingesetzt werden.

Nachdem die Anschlußleiterstreifen 16 des Anschlußleiterrahmens

j zuvor mit den Flachanschlüssen Ik des Ilalbleitertäfelchens verschweißt werden und nachdem die Glasschichten 2k und 32 der keramisohen Umhüllung oder der keramischen Gehäuseteile 20 und 26 ausreichend' stark sind, um die Räume zwisohen den Anschlußleiterstreifen auszufüllen, ist eine hochgenaue Ausrichtung des Anschlußleiterrahmens gegenüber den keramischen Gehäuseteilen nicht erforderlich. Die Teile können vielmehr einfach in einem Schiffchen zusammengesetzt und dann durch den Ofen geführt werden, da eine thermische Ausdehnung und Zusammenziehung der einzelnen

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Teile, welche in geringem Ausmaß zu einer Verschiebung der Leiter gegenüber den keramischen Umhüllungsteilen iühren können, im wesentlichen keine schädlichen. Wirkungen auf das fertige Produkt haben. Es ergibt, sich also, daß während der Fertigungsvorgänge bei hoher Temperatur keine hochgenauen Vorrichtungen verwendet werden müssen, weshalb die hier beschriebene Halbleiterschaltungspackung sehr billig gefertigt werden kann. Weiter ist festzustellen, daß nun kein Träger mehr benötigt wird, an welchem das Plachanschluß-IIalbleiterschaltungselement normalerweise befestigt werden müßte, so daß auch in dieser Herstellungs-· phase eine starke Verbilligung eintritt. Außerdem befindet sioh auf dem Wege zwischen dem die Kontaktstifte für die Fassung bildenden Leiter und dem Flachanschluß des Halbleitertäfelchens nur noch jeweils eine Kontaktverbindung, so daß die Wahrscheinlichkeit von Fehlern aufgrund der Trennung einer_hergestellten Kontaktverbindung herabgesetzt wird. Das bedeutet aber ehe Verringerung der Ausschußquote duroh Schaffung von Halbleiterschaltungspackungen mit nur jeweils einer Kontaktverbindung auf dem Leitungsweg zwischen dem Halbleitertäfeichen und der Fassung. Nachdem die Anordnung der Flaclianschlüsse während der Verbindung mit den Anschlußleitern des Anschlußleiterrahmens sichtbar ist, weil die Flachanschlüsse über den Rand des Halbleitertäfelchens vorstehen und die Unterseite des Anschlußleiterrahmens offenliegt, können die hergestellten Kontaktierungen von allen Seiten nach dem Verbindungsvorgang inspiziert werden, um zu prüfen, daß alle Kontakte zufriedenstellend sind. Es können aber auch optische Einrichtungen eingesetzt werden, um die Verbindungstemperatur zu messen, was in an sich bekannter Weise geschehen ' kann, so daß automatisch optimale Kontaktierungsbedingungen er- j reicht werden können. Weiter kann der Anschlußleiterrahmen ge- j jnau in eine Kontaktierungsschablone eingesetzt werden, so daß der Kontaktierungsvorgang zur Verbindung des Halbleitertäfelchen-s mit den Anschlußleitern des Anschlußleiterrahmens im wesentlichen automatisch durchgeführt werden kann, wodurch sich die Arbeitskosten verringern. Auch das Aufsprühen de» Glases

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und das Zusammenbauen mit der oberen und der unteren Keramikumhüllung sind Vorgänge, bei denen es auf hohe Genauigkeit nicht ankommt, so daß sie sich im wesentlichen automatisch durohiühren lassen. Die Flachanschluß-TIalbleitersohaltungspackungen lassen sich daher verhältnismäßig billig im Vergleich zu sogenannten Flip-Chip-Geräten oder zu Schaltungspackungen herstellen, bei welchen einzelne Drahtleitungen durch Kontaktierung bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur zwischen Kontaktbereichen eines Halbleitertäfelchens und einem Träger hergestellt werden.

Dem Fachmann bietet sich im Rahmen der Erfindung eine Anzahl von Abwandlungsmöglichkeiten und Weiterbildungen der beschriebenen Halbleiterschaltungspackung und des Verfahrens zu ihrer Herstellung. Beispielsweise können zur Herstellung der Zuleitungen anstelle des ebenen Anschlußleiterrahmens auch andere Leiteranordnungen verwendet werden, wobei sich Anschlußleiter 16 vertikal nach aufwärts durch Öffnungen im Boden des Gehäuses 20 bzw. 26 erstrecken können und in einer Ebene enden. Außerdem kann eine Mehrzahl verschiedener Halbleiterschaltungstäfelchen in ein und derselben Packung untergebracht werden und einer oder mehrere der Leiterstreifen· 16 können sich vollständig unter dem von dem Halbleitertäfelohen 12 überdeckten Bereich hindurch erstrecken, um eine Ausrichtung des Halbleitertäfelchens 12 innerhalb der I Packung zu erleichtern. Außerdem muß das Halbleitertäfeichen jnicht notwendigerweise vollständig aus Halbleitermaterial beistehen, sondern kann beispielsweise eine Mehrzahl einzelner Halbleiterbereiche enthalten, welche in einer epitaktisoh abgeschiedenen Schicht aus Halbleitermaterial gebildet sind, das auf ei- ^!nem isolierenden Träger angeordnet ist, wie dies etwa bei integrierten Halbleiterschaltungen auf Saphirträgern der Fall ist.

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Claims

Patentansprüche

1.j Halbleiterschaltungspackung mit einem Isolierstoffträger, an welchem eine Anzahl von Ansohlußleitern befestigt ist, welche mit einem Ende über einen Rand des Isolierstoff trägers hinausstehen, dadurch gekennzeichnet, daß die anderen Enden (i8) der Ansohlußleiter (-16) gegenüber den Hauptteilen der Ansohlußleiter geringere Stärke besitzen und mit Leiterstüoken (14) verbunden sind, welche über den Rand einer mindestens ein aktives Halbleiterelement enthaltenden Halbleitersohaltungseinheit (12) hinausstehen. .

2. Halbleiterschaltungspackung naoh Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußleiter (l6) in einem Ansohlußleiterrahmen (13, 16) ausgebildet sind.

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3. Halbleiterschal'tungspackung nach Anspruoh 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Halbleitersohaltungseinheit (12) wegstehenden Leitersttioke von Flachanschlußleitern (l4) gebildet sind.

4. Halbleitersohaltungspackung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoffträger einen Aluminiumoxidkb'rper (20) enthält, welcher eine ebene Oberfläche besitzt, die feste Verbindung (24) mit den geringere Stärke besitzenden Enden (18) der genannten Anschlußleiter (l6) hat.

5. Halbleitersohaltungspackung nach Anspruoh 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen den Leiterstüoken (14) der Halbleiterschaltungseinheit (l2) und den Anschlußleitern (16, 18) in demjenigen Bereioh der letzteren liegt, weloher der genannten

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ebenen Fläche des Isolierstoffkörpers nahe ist bzw. damit verbunden ist.

6. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterschaltungspackung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Isolierstoffträger gebildet wird, weloher eine ebene Oberfläche aufweist, auf die Anschlußleiter aufgelegt werden, welche mindestens im Bereich verdünnter Enden dieser Anschlußleiter mit der genannten ebenen Oberfläche fest verbunden werden uiid welche die Halbieiterschaltungseinheit im wesentlichen vollständig abstützen und daß die Halbieiterschaltungseinheit mit einem Isolierstoff körper überdeckt wird, welcher in feste Verbindung mit den Anschlußleitern gebracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf » dem Isolierstoffträger ein Glasbelag oder ein glashaltiger.Belag erzeugt wird und daß der Isolierstoffträger und die Anschlußleiter zusammen erhitzt werden, um eine feste Verbindung zwischen den Anschlußleitern und dem Isolierstoffträger herzustellen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß für die Anschlußleiter, die Glasschicht und den Isolierstoffträger Werkstoffe mii thermischen Ausdehnungskoeffizienten in derselben Größenordnung gewählt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen den Ansohlußleitern und Leiterstücken der Halbieiterschaltungseinheit in der Weise hergestellt wird, daß nacheinander ein Druck auf die Leiterstucke und die ihnen benachbarten verdünnten Enden der Anschlußleiter ausgeübt wird.

10. Verfahren naoh einem der Ansprüche 6 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen den Leiterstücken der Halbieiterschaltungseinheit und den verdünnten Enden der Anschlußleiter hergestellt wird, bevor die verdünnten Enden der Ansohlußleiter mit dem Isolierstoffträger verbunden werden.

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11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis, 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Halbleiterschaltungseinheit ein Siliziumsubstrat verwendet wird, auf dessen einer Oberfläche eine epitaktisch abgeschiedene Schicht mit einer Anzahl aktiver Halbleitereleraente darin gebildet wird, welche eine flOOJ-Kristalloberflache besitzt, wobei der Halbleiterkörper der Halbleiterschaltungseinheit von den gleichzeitig damit hergestellten Ilalbleiterschaltungseinheiten dadurch abgetrennt wird, daß der Körper durch Abätzen von derjenigen Seite her abgetrennt wird, welche der die aktiven Halbleiterelemente enthaltenden Seite gegenüberliegt, wobei sich an den Trennungsstellen IlliJ-Kristallebenen ausbilden.

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