Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsmoduls mit einer integrierten Halbleiterschaltanordnung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsmoduls mit einer integrierten Halbleiterschaltanordnung.
Das Verfahren bezweckt u.a. die Schaffung von Schaltungsmodulen mit geringem Kostenaufwand. Es umfasst ferner das Anbringen von sowohl Halbleitervorrichtungen, wie auch passiven Bauteilen auf vorbereitete Substrate, sowie die Anordnung und Unterbringung von einzelnen elektronischen Bauteilen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass Halbleiterwaffeln mit wenigstens je einer Halbleitervorrichtung auf eine wenigstens an einer Stirnfläche ein metallisches Verbindungsmuster aufwei sende Isolierplatte aufgelötet werden, dass hierauf die Isolierplatte auf einem Kopfstück angeordnet wird, das mit Anschlussleitern versehen ist, die durch Löcher der Isolierplatte hindurchführen, und dass diese Leiter mit metallisierten Zonen des genannten Verbindungsmusters verlötet werden.
Nachstehend ist das erfindungsgemässe Verfahren anhand der beiliegenden Zeichnung beispielsweise näher beschrieben.
In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 Siliziumwaffeln, die sich für den Einbau in einer erfindungsgemäss hergestellten Schaltungsmodul eignen, wobei bei (a) eine Draufsicht auf einen Trans stor und bei (b) auf eine Diode gezeigt ist,
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine in Übereinstimmung mit der in Fig. 6 gezeigten Schaltung vorbereitete Grundplatte, auf welcher Siliziumwaffeln durch einen Lötvorgang anzuschliessen sind,
Fig. 3 eine Metalischablone, mittels welcher die Silizinruwaffeln und passiven Stromkreiselemente auf der Grundplatte an der gewünschten Stelle eingesetzt werden können,
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Grundplatte mit den aufgelöteten Waffeln,
Fig.
5 eine Seitenansicht des vollständigen Aufbaues des Schaltungsmoduls, in welchem die ausgerüstete Grundplatte auf dem mit acht Anschlüssen versehenen Kopfstück befestigt ist, auf welches eine Metallkappe aufgesetzt ist, und
Fig. 6 die Schaltung, welche dem in den vorangehenden Figuren gezeigten Schaltungsmodul zugrunde liegt.
Die für die Verwendung in den nach vorliegender Erfindung hergestellten Schaltungsmodulen geeigneten Transistoren und Dioden sind anderweitig, z. B. im britischen Patent Nr. 103 615 beschrieben. Diese Vorrichtungen werden nach dem Planarverfahren hergestellt und sind in der Fig. 1 schematisch dargestellt. Die in dieser Figur bei (a) gezeigte npn-Transistorwaffel besitzt einen Kollektorkontakt 1, einen Basiskontakt 2 und einen Emitterkontakt 3, welche Elektroden-Kontakte alle an die gleiche Stirnfläche der Waffel geführt sind.
Über diesen Elektrodenkontakten liegen an ihnen haftende Grossflächenkontakte aus einer aus Gold und Chrom bestehenden Schicht, die sich auch über einen Teil der Oxydschicht auf der Waffeloberfläche erstreckt.
Diese Grossflächenkontakte sind in der Fig. la mit 4 für den Kollektor, 5 für die Basis und 6 für den Emitter bezeichnet. Die Grossflächenkontakte sind je mit einer niedrigen Lötmasse-Anhäufung versehen, die dadurch erhalten wird, dass die Siliziumscheibe vor deren Auftrennung in Transistorwaffeln in einen Tiegel mit flüssiger Lötmasse eingetaucht wird.
Bei (b) der Fig. 1 ist eine Diodenwaffel gezeigt, in welcher der zum Flächenübergang der Diode führende Elektrodenkontakte 7 mit einem Grossflächenkontakt 9 überdeckt ist. Auf der gleichen Seite der Siliziumwaffel ist ein mit der Basis verbundenener Kontakt 10 vorhanden, der von einem Grossflächenkontakt 11 überdeckt ist. Diese Grossflächenkontakte sind ebenfalls je mit einer niedrigen Lötmasse-Anhäufung versehen.
Die dem gewählten Ausführungsbeispiel zugrunde liegende Schaltung nach Fig. 6 soll auf einer Grundplat te für gedruckte Schaltungen gebildet werden, die sich für den Zusammenbau mit dem von der britischen Electronic Valve and Semiconductor Manufacturers Association vorgeschriebenen und acht Anschlussorgane aufweisenden Kopfstück SB 8-1 eignet. Die acht Anschlussleiter dieses Kopfstückes sind in gleichen Abständen voneinander auf einem Kreis mit einem Durchmesser von rund 5 mm angeordnet. Die in der Fig. 2 gezeigte, praktisch kreisrunde Grundplatte aus Isoliermaterial hat eine Dicke von ungefähr 0,75 mm und einen genügend kleinen Durchmesser, um in die zum genannten Kopfstück gehörende Metalikappe eingefügt werden zu können.
Die schraffierten Flächen der Fig. 2 zeigen die nach der in an sich bekannten Weise durchgeführten Ätzung verbleibenden Kupferstreifen.
An dieser Stelle der Herstellung kann, falls erforderlich, die Grundplatte einer Walzverzinnung unterworfen werden.
Für die in Fig. 6 gezeigten Schaltung werden sieben Dioden 12 von der in Fig. 1 (b) gezeigten Art benötigt, ein Transistor 13 gemäss Fig. 1 (a) ferner zwei Widerstände, die vorzugsweise aus Siliziumwaffeln mit Difiu sionszonen bestehen, über denen Gold-Chrom-Kontakte aufgebracht sind, die ebenfalls mit einer Lötmasse bedeckt sind. Anderseits könnten auch Widerstände aus Chromnickel oder einem anderen geeigneten, auf einem Glassubstrat angebrachten Material verwendet werden.
Eine in der Fig. 3 gezeigten Schablone aus Nickel oder rostfreiem Stahl oder Molybdän wird hierauf über die Grundplatte 10 und mittels mechanischer oder otpsicher Hilfsmittel so eingestellt, dass sie richtige Lage auf der Grundplatte einnimmt.
Danach werden die auf der Grundplatte anzubringenden aktiven und passiven Bauteile in die Löcher der Schablone eingesetzt, zu welchem Zwecke sie auf ihrer Rückseite mit Markierungen versehen sein können.
Nun werden die Waffeln erhitzt, so dass die Lötmasse schmilzt und an den gewünschten Stellen der Grundplatte die elektrischen und mechanischen Verbindungen herstellt. Dabei kann das Erhitzen auf viele Arten erfolgen, beispielsweise durch Berührung mit einem heissen Werkzeugteil, oder durch einen Strom heissen und nicht oxydierenden Gases, oder durch Erhitzen der Platte von unten her oder einem Strahlungsheizer oder sonstwie.
Hierauf wird die Schablone entfernt, wobei die Bauteile, nämlich die Dioden 12, der Transistor 13 und die zwei auf einem Glasplättchen 14 aufgedampften Widerstände die in Fig. 4 gezeigten Stellungen einnehmen. Alle Bauteile haben ihre Kontakte zunächst des metallenen Verbindungsmusters 15 der Grundplatte mit dem sie über die Lötmasse verbunden sind.
Die von einem Kreis umgebenen Nummern neben den acht Löchern in der Nähe des Plattenrandes geben die Nummer des Stiftes des Kopfstückes an, mit welchem jener Teil des Verbindungsmusters zu verbinden ist.
An dieser Stelle des Verfahrens kann eine dünne Silikonharzschicht über die hinzugefügten Bauteile aufgespritzt werden, um nötigenfalls die mechanische Festigkeit der Lötverbindungen zu erhöhen.
Die Grundplatte 16 wird auf die goldplattierten Stifte des Kopfstückes 17 aufgesetzt, worauf die Stifte auf irgend eine zweckmässige Art mit den Plattenkontakten, die plattierte Durchgangslöcher sein können, verlötet werden. Die so zusammengebaute Einheit, Fig.
5, wird hierauf mit einem Metallgehäuse 18 versehen, das in der Figur durch strichpun;ktierte Linien angedeutet ist und an die Kopfstück-Befestigungsplatte auge- schweisst wird.
Die Schaltung dieses Ausführungsbeispiels, die in der Fig. 6 gezeigt ist und deren Anschlussstiftnummern angegeben sind, bildet eine Torschaltung, deren genaue Arbeitsweise mittels an den erforderlichen Stellen angelegten Vorspannungen geregelt werden kann.
Die auf den Transistoren und Dioden aufgebrachten Grossflächenkontakte können natürlich auch auf andere Weise mit dem darunter liegenden Silizium verbunden werden. Beispielsweise mag zu diesem Zwecke die direkte Aufbringung einer aus Gold und Chrom bestehenden Schicht auf die frisch gereinigten freigelegten Siliziumflächen ohne irgendwelche Zwischenbehandlung genügen. Wenn die Oberflächenkonzentration an Fremdkörpern dies nicht verbürgt, mag es zweckmässig sein, bei der Herstellung des Halbleiterbauteils einen weiteren Diffusionsprozess durchzuführen, wodurch die Fremdkörper-Oberflächenkonzentration erhöht wird, und dann den Film direkt auf dem gereinigten Silizium anzubringen. Anderseits könnte ein Zwischenkontaktmaterial, beispielsweise Aluminium oder Nickel in an sich bekannter Weise oder in der im britischen Patent Nr.
106 164 beschriebenen Weise verwendet werden.
Beim vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden zuerst die Bauteile auf der Grundplatte montiert und diese erst dann auf dem Kopfstück.
Natürlich könnte die Grundplatte zuerst auf dem Kopfstück angebracht werden und die Bauteile erst nachher.
Ebenso könnte der Silikonharzfilm in irgend einem Zeitpunkt des Verfahrens vor oder nach dem Anbringen der Grundplatte auf dem Kopfstück aufgespritzt werden.
Unter gewissen Umständen mag es wünschbar sein, anstelle von Dioden entsprechend zusammengeschaltete Transistoren zu verwenden, wozu lediglich gewisse kleine Änderungen erforderlich sind.
Im obigen Ausführungsbeispiel wurde eine npn Schaltung beschrieben.
Bs ist jedoch auch möglich, einen pnp-Transistor zu verwenden, wobei sich natürlich einige kleine Anderun- gen in den andern Bauteilen und/oder den Vorspannunge aufdrängen. Weiter wurden nach dem Pianarverfah- ren hergestellte Silizium-Transistoren und -Dioden beschrieben, die zur Zeit als die besten gelten. Es könnten aber auch andere solche aus anderem Material und von anderem Aufbau verwendet werden, falls sie so umgebildet sind, dass Gronssflächenkontakte angebracht werden können.
Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel werden ein einziger Transistor, einige Dioden und einige Widerstände verwendet. Es können aber auch andere Bauteile, beispielsweise Kondensatoren, verwendet werden, falls ihnen eine für den beschriebenen Zweck dienliche körperliche Form gegeben wird.
Die Schaltung des beschriebenen Ausführungsbeispiels wird als von grossem praktischen Nutzen erachtet, doch können natürlich auch andere Schaltungen zu Schaltungsmodulen durchgebildet werden.
Für die Grundplatte kann handelsüblicher, mit Kupfer überzogener Schichtpressstoff oder eine überzogene keramische Platte oder Glas oder ein sonstiges Material verwendet werden.
An Stelle des weitverbreiteten achtpoligen Kopfstük kes können andere Arten verwendet werden, wobei zur Zeit solche mit drei bis sechzehn Stiften erhältlich sind.
Es können, besonders dort wo eine Reduktion induktiver Einflüsse erwünscht ist, auch eine grössere Anzahl Leiter verwendet werden.
Ferner kann anstelle einer Metallkappe für das Kopfstück eine aus härtbarem oder thermoplastischem Kunststoff bestehende Kappe verwendet werden, wie dies im britischen Patent Nr. 103 615 beschrieben ist.