DE3626151C3 - Spannungszuführungsanordnung für eine integrierte Halbleiterschaltung - Google Patents

Spannungszuführungsanordnung für eine integrierte Halbleiterschaltung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Spannungszuführungsanordnung für eine integrierte Halbleiterschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine gattungsgemäße Anordnung ist aus der JP 59-72 749 A bekannt.
Bei monolithisch integrierten Halbleiterschaltungen sind alle Schaltungselemente zusammen mit den diese verbindenden Leiterbahnen in einem gemeinsamen Fertigungsprozeß (Planar­ technik) auf einem einkristallinen Halbleiterplättchen (Chip) hergestellt.
Zum Schutz gegen mechanische und chemische Angriffe wird nach diesem Fertigungsprozeß die Halbleiterschaltung in standardisierte Gehäuse eingebaut, wobei die Wahl des Gehäusetyps und die zum Einbau angewandten Montagetechniken von anwendungsspezifischen Kriterien beeinflußt sind.
In aller Regel wird zur Montage die fertige, integrierte Halbleiterschaltung auf einen Träger fixiert, der aus Metall oder Keramik bestehen kann. Als metallisches Trägermaterial wird meist Kovar (54% Fe, 29% Ni, 17% Co), eine Metallegie­ rung mit niedrigem thermischem Ausdehnungskoeffizienten, be­ nutzt. Keramikträger müssen vor der Fixierung der Halblei­ terschaltung, den elektrischen Anforderungen entsprechend, mit Hilfe einer speziellen Siebdrucktechnik metallisiert werden. Die Fixierung selbst erfolgt durch Verfahren wie Legieren, Löten oder Kleben.
Jede integrierte Halbleiterschaltung enthält am Chip-Rand Kontaktflecken, die mit den elektrischen Anschlüssen (Pins) am Gehäuse kontaktiert werden müssen. Als elektrische Ver­ bindungsleitungen zwischen den Anschlüssen und den Kontakt­ flecken dienen dabei dünne Golddrähte, die nach einem Ther­ mokompressions- oder Ultraschallverfahren abgebracht wer­ den.
Daneben wurden Verfahren entwickelt, die eine gleichzeitige und damit zeitsparende, automatisierte Fixierung und Kontak­ tierung ohne teure Drahtverbindungsleitungen erlauben. Be­ kannt sind beispielsweise die Chip-Schnellmontage-Technik ("Flip-Chip-Technik"), die Stege-Technik ("Beam-Lead"-Tech­ nik) oder die Spinnentechnik ("Spider-Grid"-Technik).
Allen Kontaktierungsverfahren ist gemeinsam, daß zu jedem elektrischen Anschluß am Gehäuse nur ein Kontaktfleck auf der Halbleiterschaltung vorgesehen ist und mehrere Anschlüs­ se am Gehäuse für die Zuführung von Versorgungsspannungen (z. B. Betriebs-, Erd- und Substrat-Spannung) reserviert sind. Die Verteilung der Versorgungsspannungen innerhalb der Halb­ leiterschaltung erfolgt dabei über metallische Leiterbahn­ systeme. Gerade bei hochintegrierten Halbleiterschaltungen fehlt aber häufig der erforderliche Platz, um die für eine niederohmige Zuführung notwendige Leiterbahnbreite realisie­ ren zu können.
Abhilfe schafft ein innerhalb des Gehäuses vorgesehener Stromverteiler, wie er aus der JP 59-72 749 A bekannt ist.
Beim zeitgleichen Schalten mehrerer integrierter Schaltele­ mente wird die Lastkapazität des Leiterbahnsystems und der daran angeschlossenen Abgänge vom Ausgang des jeweils schal­ tenden Gliedes entladen. Die Breite der einzelnen Leiterbah­ nen ist somit danach zu bemessen, wie viele Schaltglieder gleichzeitig schalten. Unter ungünstigen Betriebszuständen kann es zu besonders hohen Entladestromspitzen und Span­ nungseinbrüchen kommen, die schließlich zu unerwünschten Verkopplungen von Schaltgliedern führen.
Um diese Spannungseinbrüche zu reduzieren, werden daher in die außerhalb des Gehäuses liegenden Teile der Versorgungs­ leitungen sogenannte Dämpfungskapazitäten oder Stützkonden­ satoren eingebaut. Entscheidend ist auch hierbei, daß der ohmsche Widerstand der Leiterbahnen klein ist. In integrier­ ten Halbleiter-Schaltungen ist dies nur über eine ausrei­ chende Breite der Leiterbahnen zu erreichen.
Aus der DE-A 32 30 959 ist bekannt, eine derartige Dämpfungskapazität in Form eines Chip-Kondensators in das Gehäuse einzubauen. Die Anordnung der Kondensator-Elektroden ist dabei jedoch bezüglich ihrer elektrischen Verbindung mit der Halbleiterschaltung ungünstig, da entweder die auf der Halbleiterschaltung befindlichen Kontaktstücken in der Nähe der Kondensator-Elektroden vorzusehen sind (Nachteil: Beschränkung bei der räumlichen Anordnung der Kontaktstücken auf der Halbleiterschaltung) oder ansonsten lange Verbindungen notwendig werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die gattungsgemäße Spannungszuführungsanordnung so weiterzubilden, daß sie bei minimalem Verdrahtungsaufwand störsicherer ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Das Leiterbahnsystem, das sich bisher in alle Schaltungs- Bereiche erstrecken mußte, läßt sich nunmehr in eine Viel­ zahl kleinerer, voneinander isolierter Leiterbahnsysteme aufspalten und den besonderen Anforderungen der jeweiligen Halbleiterschaltung optimal anpassen, da der (elektrisch leitende) Träger, auf dem die Halbleiterschaltung fixiert ist, als Stromverteiler genutzt wird. Dessen geringfügige Ver­ längerung über den jeweiligen Chip-Rand hinaus, schafft im übrigen ausreichend Platz für alle gängigen Kontaktierungs­ verfahren. Ferner ist auf den ersten (metallischen) Träger ein zweiter Träger aufgetragen und dieser vom ersten elektrisch durch ein Dielektrikum getrennt. Beide Träger können dann als Stromverteiler für Versor­ gungsspannungen genutzt werden. Sofern der zweite Träger über den Rand des ersten Trägers hervorsteht, können auch hier die bewährten Kontaktierungsverfahren zum Einsatz kommen.
Durch geeignete Wahl des Dielektrikums läßt sich durch diese Anordnung eine Dämpfungskapazität in den Versorgungslei­ tungen innerhalb des Gehäuses realisieren. Die Dämpfungs­ kapazität ist damit Bestandteil des fertigen Halbleiter­ bausteins und muß bei der Verdrahtung nicht wie bisher not­ wendig als separates Bauelement außerhalb des Gehäuses auf der Platine montiert werden.
Bei Verwendung von Trägern aus keramischem Material ist es besonders wirtschaftlich, gleich zwei oder mehr separate Stromverteiler vorzusehen, die mit den entsprechenden Lei­ terbahnen verbunden sind. Auf diese Weise läßt sich jede Versorgungsspannung mit einem separaten Stromverteiler ver­ sehen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für die Spannungszuführungsanordnung näher erläutert, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Es zeigt
Fig. 1 einen Schnitt durch eine schematisch dargestellte, integrierte Halbleiterschaltung mit zwei Trägern, welche durch ein Dielektrikum getrennt sind,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 1.
Gemäß Fig. 1 ist eine integrierte Halbleiterschaltung 1 auf einen metallischen Träger 2 mittels eines handels­ üblichen Klebers elektrisch leitend montiert. Eine gebrochen gezeich­ nete Anschlußfahne 3 führt vom Träger 2 zu einem nicht näher dargestellten Anschluß in einem Gehäuse. Der Träger 2 reicht über die Ränder der Halbleiterschaltung 1 hinaus, um für das Anheften von Verbindungsdrähten 4 ausreichend Platz zu bie­ ten. Der Träger 2 ist, getrennt durch ein Dielektrikum 5, auf einen zweiten Träger 6 aufgebracht. Auch dieser zweite Träger 6 dient als Stromverteiler für eine Versorgungsspan­ nung, die über eine ebenfalls gebrochen gezeichnete Anschluß­ fahne 8 anliegt und durch Verbindungsdrähte 7 in die Halblei­ terschaltung 1 übertragen wird. Das Dielektrikum 5 und die beiden Träger 2, 6 bilden zusammen eine Dämpfungskapazität in den Versorgungsleitungen.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Anordnung führen ausgehend von Kontaktflecken 9 auf der Oberseite der Halbleiterschaltung 1 die Verbindungsdrähte 4, 7 zu den beiden Trägern 2 und 6. Die in der Halbleiterschaltung 1 integrierten Leiterbahnen 10 können nunmehr kürzer und schmäler ausgeführt werden, als dies ohne den erfindungsgemäßen Stromverteiler möglich wäre.

Claims (5)

1. Spannungszuführungsanordnung für eine integrierte Halbleiterschaltung (1), welche auf einem ersten Träger (2) fixiert und in ein Gehäuse mit elektrischen Anschlüssen eingesetzt ist, bei der mindestens eine Spannungszuführung innerhalb des Gehäuses einen Stromverteiler aufweist, von dem aus die Halbleiterschaltung (1) an mindestens zwei Stellen mit einer Versorgungsspannung gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Träger (2) als Stromverteiler für die integrierte Halbleiterschaltung (1) dient, daß ein weiterer Träger (6) vorgesehen ist, der mit einer weiteren Versorgungsspannung gespeist wird, und daß sich zwischen den beiden Trägern (2, 6) ein Dielektrikum (5) befindet, das zusammen mit den beiden Trägern (2, 6) einen zwischen den Versorgungsspannungen als Dämpfungskapazität wirksamen Kondensator bildet.
2. Spannungszuführungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschaltung (1) für mindestens eine Versorgungsspannung mindestens zwei separate Leiterbahnensysteme (10) enthält, von denen jedes einzelne an den entsprechenden Stromverteiler angeschlossen ist.
3. Spannungszuführungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Träger (2) auf mindestens einer Seite der Halbleiterschaltung (1) über deren Rand vorsteht.
4. Spannungszuführungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Träger (2) mindestens zwei, voneinander elektrisch isolierte, Stromverteiler vorgesehen sind.
5. Spannungszuführungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Träger (6) mindestens an einer Stelle über den Rand des ersten Trägers (2) vorsteht.
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