[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Packen schnell schaltender monolithisch
integrierter Halbleiterschaltungen, die für die Anschlußpunkte der Stromversorgung
des Halbleiterplättchens Entkoppelkondensatoren aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung
der Anordnung.
[0002] Monolithisch integrierte Halbleiterschaltungen sind entwickelt worden, um bei höher
werdenden Arbeitsgeschwindigkeiten betrieben zu werden. Insbesondere wurden logische
Schaltungen für die Anwendung in Computern entwickelt. Die erhöhte Frequenz der Signale
der monolithisch integrierten Halbleiterschaltungen hat auch vergleichbare Verbesserungen
bezüglich der Struktur der Anordnung zum Packen der monolithisch integrierten Halbleiterschaltungen
erfordert. Beispielsweise wird das Ubersprechen, das aus der Kopplung zwischen Schaltungen,
die den Signalleitungen benachbart sind, herrührt, bei sehr schneller Arbeitsweise
wegen der Änderungsgeschwindigkeiten der elektrischen und magnetischen Felder während
der übergangsvorgänge bedeutsam. Dieses Problem wird bei der Benutzung von hochfrequenten
Signalen ausgeprägt. Ein anaeres bedeutendes Problem stellt das Begrenzen von Spannungsschwankungen
in den Stromversorgungsleitungen der Treiberstufen dar, die häufig als Treiberstörspannungen
bezeichnet werden. Da der in den Leitungen der Treiberschaltung fließende Strom verhältnismäßig
hoch ist, werden die Treiberstörspannungen in erster Linie durch die Induktivität
der Leitungen beeinflußt.
[0003] Entkoppelkondensatoren sind zur Verringerung der Treiberstörspannungen vorgeschlagen
worden. Jedoch sind übliche Entkoppelkondensatoren als diskrete Bauelemente ausgeführt
und befinden sich notwendigerweise in einem bestimmten Abstand von der Treiberstufe
und erfordern normalerweise zusätzliche übertragungsleitungen, die die Induktivität
erhöhen, wodurch die Wirkung der Entkoppelkondensatoren verringert wird. Gegenwärtig
ist die Struktur einer Anordnung zum Packen der monolithisch integrierten Halbleiterschaltungen
häufig der begrenzende Faktor, der das vollständige Ausnutzen der besseren Betriebseigenschaften
der Halbleiterbauelemente verhindert.
[0004] Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen
gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, eine Anordnung zum Packen schnell schaltender
monolithisch integrierter Halbleiterschaltungen zu schaffen, die für die Anschlußpunkte
der Stromversorgung Entkoppelkondensatoren aufweist und bei der aufgrund ihrer Struktur
die beim Schalten der Halbleiterbauelemente in den Stromversorgungsleitungen auftretenden
Spannungsschwankungen, die Störspannungen darstellen, verringert sind. Außerdem löst
die Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Anordnung anzugeben.
[0005] Die Erfindung wird im folgenden durch Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert, von denen zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Anordnung zum Packen
monolithisch integrierter Halbleiterschaltungen gemäß der Erfindung, das jedoch ohne
ein darauf befestigtes Halbleiterplättchen mit integrierten Schaltungen dargestellt
ist;
Die Fign. 2, 3, 4, 5 und 6 eine Reihe von Teil-Schnittansichten, die die Verfahrensschritte
erläutern, die erforderlich sind, um den Entkopplungskondensator gemäß dem Verfahren
nach der Erfindung innerhalb des Substrates herzustellen;
Fig. 6A ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 7 eine Schnittansicht, die die Beziehung einer bevorzugten Ausführungsform des
Substrates zu einer darüber befindlichen Masseebene in auseinandergezogener Darstellung
wiedergibt;
Fig. 8 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, die eine bevorzugte Ausführungsform
des Substrates und der Masseebene in zusammengebautem Zustand wiedergibt;
Fig. 9 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, die die Kombination bevorzugter Ausführungsformen
des Substrates, der darüber befindlichen Masseebene und einer Kühlplatte in zusammengebautem
Zustand darstellt;
Fig. 10 eine Draufsicht auf die Unterseite eines anderen bevorzugten Ausführungsbeispieles
einer Masse-Platte gemäß der Erfindung;
Fig. 11 die Ansicht eines längs der Linie 11-11 der Fig. 10 geführten Schnittes und
Fig. 12 die Ansicht eines längs der Linie 12-12 der Fig. 10 geführten Schnittes.
[0006] Fig. 1 ist die Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform der Anordnung zum Packen
monolithich integrierter Halbleiterschaltungen ohne ein auf ihr befestigtes Halbleiterplättchen
dargestellt. Die Anordnung weist ein Substrat 10 aus keramischem Material auf, das
vorzugsweise einen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, der dem von Silicium sehr nahe
kommt. Auf der Oberfläche ist eine große Anzahl von Lötflächen in einer Konfiguration
angeordnet, die der Konfiguration von Anschlußflächen auf dem aufzulötenden Halbleiterplättchen
entspricht. Im allgemeinen dienen die äußeren Reihen 12 und 14 der Lötflächen der
Verbindung mit den Signaleingangs-/Ausgangsanschlußpunkten auf dem Halbleiterplättchen.
Auf dem Substrat 10 aufgebrachte Leiterzüge 16 und 18, stellen den elektrischen Kontakt
mit den Flächen 12 und 14 für die Eingangs-/ Ausgangssignale her und über Stifte,
die sich durch das Substrat 10 erstrecken, zu einem nicht dargestellten Anschlußpunkt
auf der Unterseite. Die genaue Anzahl der Eingangs-/Ausgangsanschlußflächen und ihre
Anordnung ist eine Frage des Entwurfs und kann selbstverständlich gegenüber der dargestellten
bevorzugten Ausführungsform variiert werden. Wie noch erläutert wird, ist es jedoch
vorzuziehen, daß die Anschlußflächen für die Eingangs-/Ausgangssignale längs der äußeren
Peripherie des Halbleiterplättchens angeordnet werden. In dem zentralen Teil des für
die Anschlußflächen vorgesehenen Teiles des Substrates 10 sind Anschlußflächen 20
für die Verbindung mit den Anschlußpunkten für die Stromversorgung und das Massepotential
des auf dem Substrat zu befestigenden Halbleiterplättchens. Im allgemeinen sind diese
Anschlußflächen weiter verstreut als das in Fig. 1 dargestellt ist. Jede der Anschlußflächen
20 ist an eine darunterliegende Durchverbidung angeschlossen, die sich in einem Loch
in dem Substrat 10 befindet und mit einem Anschlußpunkt auf der gegenüberliegenden
unteren Seite des Substrates verbunden ist. Über dem Durchverbindungsstift, der unter
der Anschlußfläche 20 liegt, ist ein Entkopplungskondensator angeordnet, was in der
nachfolgenden Beschreibung genauer erläutet wird.
[0007] Die erfindungsgemäße Anordnung zum Packen von monolithisch integrierten Halbleiterschaltungen
sucht drei bedeutende Probleme, die mit derartigen Anordnungen im allgemeinen verbunden
sind, zu mildern, wodurch die Anordnung verträglicher gemacht wird mit heutigen sehr
hoch entwickelten Halbleiterschaltungen, insbesondere mit solchen, die zur Durchführung
logischer Operationen in schnell arbeitenden Computern entwickelt wurden. Darüber
hinaus kann die erfindungsgemäße Anordnung zum Packen monolithisch integrierter Halbleiterschaltungen
mit gegenwärtig bekannten Herstellungsverfahren hergestellt werden. Ein erstes Problem
in hochentwickelten Strukturen zum Packen monolithisch integrierter Halbleiterschaltungen
ist die Signalverzögerung. Die Arbeitsgeschwindigkeit monolithisch hochintegrierter
Schaltungen wird zu einem großen Teil begrenzt durch die durch die Anordnung zum Packen
der Schaltungen bedingte Übertragungsverzögerung. Das ist deshalb der Fall, weil die
Schaltverzögerung der aktiven Schaltelemente verhältnismäßig unbedeutend wird im Hinblick
auf die Ausbreitungsverzögerung in der Anordnung zum Packen der monolithisch hochintegrierten
Halbleiterschaltungen. Die Ausbreitungsverzögerung beruht zu einem großen Teil auf
der großen Dielektrizitätskonstante des isolierenden Materials zwischen den Schichten
einer üblichen Anordnung zum Packen der monolithisch integrierten Halbleiterschaltungen.
Die Dielektrizitätskonstante von isolierendem Material ist größer als Eins. Die Dielektrizitätskonstante
von keramischem Material beträgt etwa Neun. Je größer die Dielektrizitätskonstante
ist, um so geringer ist die Signalausbreitungsgeschwindigkeit. Bei der Anordnung nach
der Erfindung wird teilweise eine Luftisolation für das Iolieren der Leiterzüge benutzt.
Ein zweites Problem, das mit üblichen Anordnungen zum Packen monolithisch integrierter
Halbleiterschaltungen verbunden ist, ist das übersprechen zwischen den Signalleitungen.
Das Übersprechen wird zwischen im allgemeinen parallel verlaufenden Signalleitungen
durch die induktive und kapazitive Kopplung der Leitungen verursacht. Bei der erfindungsgemäßen
Anordnung zum Packen monolithisch integrierter Halbleiterschaltungen ist in unmittelbarer
Nachbarschaft zu den Signalleitungen und über ihnen eine mit dem Bezugspotential verbundene
Metallplatte angeordnet, um die kapazitive Kopplung benachbarter Leitungen zu verringern.
Ein drittes Problem, das bei Anordnungen zum Packen monolithisch integrierter Halbleiterschaltungen
auftritt, besteht in der Verringerung der Treiberstörspannung. Das ist die Spannungsänderung
in der Treiberschaltung, die durch die Induktivität der Stromversorgungsleitungen
und der übrigen Leitungen verursacht wird. Um aie Arbeitsgeschwindigkeit eines Computersystems
zu erhöhen, ist es sehr erwünscht, daß viele Treiberschal- Langen gleichzeitig schalten.
Der begrenzende Faktor für die Anzahl der Treiberstufen, die gleichzeitig betrieben
werden, ist die Treiberstörspannung. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung zum Packen
monolithisch integrierter Halbleiterschaltungen sind Entkoppelkondensatoren in unmittelbarer
Nachbarschaft der Anschlüsse für die Stromversorgung vorgesehen. Für die Treiberstörspannung
V gilt die Beziehung:

in der n die Anzahl der während des Zeitintervalles dt gleichzeitig schaltenden Treiberstufen
ist, L die Induktivität und

die zeitliche Änderung des Stromes während des Schaltens ist. Der Wert von

ist festgelegt durch die Betriebsparameter der monolithisch integrierten Halbleiterschaltung
und kann nicht wesentlich geändert werden. Die Induktivität L ist jedoch eine Variable,
die, wenn sie verringert wird, auch die Treiberstörspannung gemäß der oben angegebenen
Beziehung verringert. Von Interesse ist jedoch die folgende Beziehung

in der v die Lichtgeschwindigkeit, L die Induktivität und C die Kapazität bedeuten.
Wie die Beziehung zeigt, ist das Produkt C x L eine Konstante. Wenn daher C größer
gemacht wird, dann wird L kleiner, was erwünscht ist. Daher kann die Treiberstörspannung
kleiner gemacht werden durch Vergrößern der Kapazität der Stromversorgungsleitungen.
Diese Kapazität kann vergrößert werden durch die Verwendung von Entkoppelkondensatoren,
die den Leiterzügen der Anordnung zum Packen monolithisch integrierter Halbleiterschaltungen
zugeordnet sind.
[0008] In den Fign. 2 bis 9 ist ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der Anordnung
zum Packen von monolithisch integrierten Halbleiterschaltungen erläutert. Ein Substrat
10 wird aus einem isolierenden Material geformt, vorzugsweise aus einem Material,
das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt, der im wesentlichen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten
von Silicium entspricht. Keramik und Glaskeramik sind die üblichen für diesen Zweck
geeigneten Materialien. Die Dicke des Substrates 10 liegt vorzugsweise in der Größenordnung
von 0,5 bis 1,5 mm. Es sind Löcher 22 vorgesehen, die vorzugsweise kegelförmig ausgebildet
sind, wie das dargestellt ist. Im allgemeinen weisen die Löcher 22 einen Durchmesser
von 75 bis 150 p am schmaleren und einen von 250 bis 500 p am größeren Ende auf. Das
mit Löchern versehene Substrat kann in jeder geeigneten Weise hergestellt werden.
Wenn ein keramisches Material verwendet wird, kann ein Keramikschlamm, der ein feinverteiltes
keramisches Material und ein Bindemittel' enthält, mit einem Abstreifmesser auf die
gewünschte Dicke gebracht werden. Es werden die Löcher gestanzt oder geformt und das
erhaltene Blatt aus ungebranntem keramischem Material wird gesintert. Alternativ kann
das Substrat auch gepreßt und gesintert werden, wenn das erwünscht ist.
[0009] In dem Substrat 10 sind die Löcher 22 so gebildet, daß ihre Konfiguration unter den
Anschlußflächen 20 des Halbleiterplättchens liegt, die ihm die elektrische Energie
zuführen, wie das in Fig. 1 dargestellt ist. Das Substrat 10 kann in jeder geeigneten
Größe hergestellt werden und jede passende Anzahl von Halbleiterplättchen aufnehmen.
Im allgemeinen ist es jedoch schwierig, mehr als drei Halbleiterplättchen auf einem
Substrat unterzubringen, wenn nur eine Metallisierungsebene verwendet wird. Die Konfiguration
der Löcher 22 muß vor dem Stanzen entworfen werden und das Schrumpfen des Substrates
beim Sintern berücksichtigen. Daher muß das Ausgangsmuster in dem ungesinterten Substrat
um den Betrag, um den das Substrat während des Sinterns schrumpft, größer sein als
das Muster auf dem Halbleiterplättchen. Wie das in Fig. 3 gezeigt ist, ist das Substrat
mit einer Photolackschicht 24 auf derjenigen Oberfläche maskiert, auf der die Löcher
den größeren Durchmesser aufweisen.
[0010] Der Photolack wird belichtet und entwickelt, um eine öffnung 25 über den Löchern
zurückzulassen, in der die Entkoppelkondensatoren gebildet werden. Im allgemeinen
liegen diese Öffnungen unter den Anschlüssen für die Stromversorgung und das Massepotential
des Halbleiterplättchens nach dessen Aufbringen. Die Schicht 24 bedeckt daher öffnungen
22, die als einfache Durchverbindungslöcher für die Signalleitungen dienen. Eine dünne
Schicht 26 eines Basismetalles und eine Schicht 27 innerhalb der Löcher, wird dann
auf dem nicht von der Maske 24 bedeckten Substrat abgeschieden. Als Basismetall dient
vorzugsweise entweder Aluminium, Titan, Tantal oder Kupfer, das bis zu einer Dicke
in der Größenordnung von einigen Mikrometern abgeschieden wird. Das Abscheiden von
Metall kann erreicht werden durch Aufdampfverfahren, Abscheiden durch Zerstäuben oder
durch stromlose Metallabscheidung. Wenn das Metall der Schichten 26 und 27 durch Aufdampfen
oder durch Zerstäuben aufgebracht wird, wird der Film, der sich auf der Oberfläche
des Photolackes 24 abscheidet zusammen mit dieser Schicht entfernt. Die Dicke der
Schichten 26 und 27 kann, wenn das erwünscht ist, durch Galvanisieren verstärkt werden.
Dieses Verfahren ist bekannt und wird im allgemeinen so ausgeführt, daß die leitenden
Schichten 26 und 27 die Kathode in einem galvanischen Bad bilden. Nach dem Entfernen
der Maske 24, werden die verstärkten Schichten 26 und 27 eloxiert, um eine dünne dielektrische
Schicht 28 zu bilden, die vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 0,25 bis zu einigen
Nanometern aufweist, wie das in Fig. 4 angedeutet ist. Diese dielektrische Schicht
28 wird durch Eloxieren der Metallschicht in einer geeigneten Lösung gebildet. Das
so gebildete Oxid hängt ab von der Beschaffenheit der Ausgangsschicht. Wenn die Schichten
26 und 27 aus Aluminium bestehen, wird Al203 gebildet, wenn die Anfangsschichten aus
Titan bestehen, wird TiO
2 gebildet und wenn sie aus Tantal bestehen, so wird Ta
2O
5 gebildet. Das eloxierte Substrat kann dann in einer oxidierenden Atmosphäre erhitzt
werden, um das Metall zu oxidieren, das durch das Eloxierverfahren nicht gut bedeckt
wurde infolge des Vorhandenseins von feinen Löchern in dem eloxierten Oxid. Wenn das
Basismetall Kupfer ist, wird eine dünne Oxidschicht wie z.B. SiO
2, A1
20
3 usw. auf dem Kupfer durch Zerstäuben oder in anderer Weise abgeschieden. Wie das
in Fig. 5 angedeutet ist, wird eine Maske 30, die eine verhältnismäßig große Dicke
in dem Bereich von 75 bis 150 Mikrometer besitzt, auf einer Oberfläche des Substrates
10 gebildet. Die Maske 30 kann durch Vorstanzen einer Kunststoffolie gebildet werden,
die öffnungen 31 mit einem größeren Durchmesser aufweist als die freiliegenden öffnungen
der Löcher 22. Die maskierende Folie 30 wird auf der Oberfläche des Substrates 10
befestigt und die öffnungen mit einer elektrisch leitenden Paste gefüllt, die vorzugsweise
aus Kupfer mit 3 bis 6 % Zink und/oder Zinn in Kombination mit einem geeigneten Träger
besteht. Die Paste kann in die Öffnungen 22 und die Öffnungen 31 der Maske gedrückt
werden. Wenn das erwünscht ist, können die Löcher 22 vor dem Anwenden der Maske 30
getrennt gefüllt werden. Alternativ können die Löcher 22 und 31 chemisch metallisiert
werden.
[0011] Um Kontakt mit der Metallschicht 26 herzustellen, kann zumindest eines der Löcher
22 vor dem Eloxieren maskiert werden. Das Loch kann maskiert werden durch Bilden einer
Photolackschicht über der öffnung oder durch ihre Abdeckung mit Paraffin. Während
des Eloxierens wird die innere Fläche des maskierten Loches nicht eloxiert. Wenn anschließend
die leitende Paste eingebracht wird, wie das in Fig. 5 dargestellt ist, steht der
so gebildete leitende Kegel 41 in direktem Kontakt mit der leitenden Schicht 27. In
all den restlichen Löchern, in denen Entkoppelkondensatoren gebildet werden, ist der
aus leitender Paste in den Löchern gebildete Kegel von der leitenden Schicht 26 durch
die eloxierte Schicht 28 getrennt, die aus einem dielektrischen Material besteht.
Die nach dem Entfernen der maskierenden Schicht 30 erhaltene Struktur ist, wie in
Fig. 6 angedeutet, eine Reihe von Kondensatoren, bei denen der leitende Kegel 40 die
eine Elektrode, die leitende Schicht 27 die andere Elektrode ist und die dielektrische
Schicht 28 aus der eloxierten Schicht oder dem niedergeschlagenen Oxid 26 gebildet
wird. Der in direktem Kontakt mit der Schicht 27 stehende Kegel 41 bildet den Masseanschluß
für die Schicht 26, die alle Schichten 27 der Entkoppelkondensatoren untereinander
verbindet. Nach Fig. 6 ist auf der gegenüberliegenden Seite des Substrates 10 ein
Metallisierungsmuster aus den Streifen 16 und 18 gebildet, das, wie das in Fig. 1
dargestellt ist, die Signalanschlüsse des auf das Substrat aufzubringenden Halbleiterplättchens
mit den Durchverbindungen 38 verbindet, die nicht unter dem Halbleiterplättchen liegen.
Dieses Metallisierungsmuster kann in irgendeiner geeigneten Art gebildet werden, z.B.
durch Befestigen einer gelochten Maskierungsschicht an der Oberfläche des Substrates,
Bilden der Öffnungen für die Metallisierungsstreifen durch Schneiden mit einem Elektronenstrahl
und anschließendes Füllen der öffnungen mit einer leitenden Paste. Alternativ kann
eine metallische Deckschicht aufgebracht werden und ein geeignetes Muster durch subtraktives
Ätzen erzeugt werden, was bekannt ist. Ein anderes alternatives Verfahren besteht
im Abscheiden einer dünnen Metallschicht (0,1 nm), Bilden eines dem Muster der Signalleitungen
entsprechenden Fensters aus Photolack, anschließend galvanische Metallabscheidung
in dem Fenster, Entfernen des Photolacks und schließlich Tauchätzen,' um die anfängliche
dünne Metallbelegung längs der Leitungen zu entfernen und sie dadurch elektrisch voneinander
zu trennen.
[0012] Nachdem das Metall und der Träger durch Siebdruck in die Durchverbindungslöcher 22
gebracht wurden, folgt das Sintern, was zum Verbrennen des Trägers und zum Zusammenbacken
der Teilchen zu einer einzigen festen Masse führt. Wie in Fig. 6 dargestellt, weist
die erhaltene Struktur eine Reihe von Signalanschlüssen 39 und eine Reihe von Stromversorgungsanschlüssen
43 auf, denen ein Entkoppelkondensator zugeordnet ist, der in unmittelbarer Nachbarschaft
zu den Stromversorgungsanschlüssen des Halbleiterplättchens angeordnet ist. In Fig.
6A ist eine andere Struktur dargestellt, die auf andere Weise herge- stellt wurde.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Substrat 10A mit zylindrischen Löchern 22A
versehen, die in der gleichen grundsätzlichen Konfiguration angeordnet sind, die in
Verbindung mit Fig. 2 erläutert wurde. Eine maskierende Photolackschicht, die mit
der in Fig. 3 dargestellten Schicht 24 gleichartig ist, wird abgeschieden, belichtet
und entwickelt, um den Bereich freizulegen, der die Durchverbindungslöcher für das
Zuführen der Versorgungsspannungen und des Massepotentials umgibt. Eine Metallschicht
27A wird dann in dem freigelegten Bereich durch irgend ein geeignetes Verfahren abgeschieden.
Diese Schicht 27A braucht sich nicht auf die Wandungen 22A der Durchverbindungslöcher
erstrecken, obwohl sie dort vorgesehen werden kann, wenn das erwünscht ist. Nach dem
Entfernen der Photolackschicht werden Koaxialkabelstücke 40A in die Durchverbindungslöcher
zur Zuführung der Stromversorgungsspannung eingefügt, deren Enden 43A sich über die
Oberfläche hinaus erstrecken und dadurch Anschlüsse für die Befestigung auf einer
tragenden Karte oder einer anderen Struktur bilden. Die oberen Enden der Koaxialkabelstücke
40A werden von der Isolierschicht 28A befreit. Die äußere Metallschicht 26A des Koaxialkabels
bildet einen elektrischen Kontakt mit der Schicht 27A. Die isolierende Schicht 28A
isoliert das Koaxialkabelstück 40A elektrisch von dessen äußerer Metallschicht 26A
und bildet dadurch einen Entkopplungskondensator. Ein Drahtstück 41A ist in das Loch
22A eingesetzt und bildet den Anschluß 45A der Entkoppelkondensatoren, der mit dem
Massepotential verbunden ist. Gleiche Stücke 38A sind in die Signal-Durchverbindungslöcher
eingesetzt und bilden dadurch die Si
gnalanschlüsse 39A. Die Seite für die Aufnahme des Halbleiterplättchens wird eben gehalten,
erforderlichenfalls durch Abschleifen. Eine dielektrische Deckschicht 42A wird über
der Seite gebildet, die zur Aufnahme des Halbleiterplättchens bestimmt ist und es
werden Löcher in die Deckschicht geätzt an den Stellen, wo sich die Drahtstücke 38A,
41A und 40A befinden. Es muß besondere Sorgfalt aufgewandt werden, um sicherzustellen,
daß das LOch über dem Innenleiter 40A des Koaxialkabelstückes
i sich nicht bis zu der dielektrischen Schicht 28A erstreckt. Eine mehrschichtige metallische
Deckschicht wie beispielsweise Cr-Cu-Cr wird durch irgend ein geeignetes Verfahren
aufgebracht und die Metallisierungsmuster 16A und 18A sowie Kontaktflächen 20A durch
übliches subtraktives Ätzen erzeugt. Dieses Substrat kann in der gleichen Weise weiterverarbeitet
werden, wie das für das erste in Fig. 6 dargestellte Ausführungsbeispiel beschrieben
wurde.
[0013] Wie das in Fig. 7 angegeben ist, können zwischen den Leiterzügen 16 und 18 Aussparungen
gebildet werden, die die kapazitive Kopplung durch Vergrößern der Menge an Luftdielektrikum
verringern. Die Aussparungen 30 können mit einem Elektronenstrahl oder mit einer Naßsäge
geschnitten werden und sind vorzugsweise 25 bis 35 Mikrometer tief. Wenn Glaskeramik
als Substrat 10 verwendet wird, können die Aussparungen durch Ätzen gebildet werden,
wobei die Metallfläche als Ätzmaske dient.
[0014] Der Querschnitt des Substrates in dieser Stufe des Verfahrens ist in Fig. 7 dargestellt.
Ein Siliciumplättchen 34 mit monolithisch integrierten Schaltungen ist auf die Lötflächen
20 und die Anschlußflächen 12 und 14 der Metallisierung für die Signale aufgelötet.
Die Anschlüsse 43, die einen Teil der Treiberschaltung bilden, und die Anschlüsse
39, die einen Teil der Metallisierung für die Signale bilden, sind mit Anschlüssen
auf einer geeigneten Schaltkarte oder einem anderen Träger verbunden. Der Anschluß
45, der in Kontakt mit der leitenden Schicht 27 ist, die eine gemeinsame Ebene für
alle Entkoppelkondensatoren bildet, ist mit dem Massepotential verbunden.
[0015] Um die induktiven und kapazitiven Kopplungen zwischen den: Signalleitungen der streifenförmigen
Signalmetallisierung auf der Oberfläche des Substrates 10 zu verringern, ist eine
darüber angeordnete Masseebene 50 vorgesehen, die sich dicht über der streifenförmigen
Metallisierung für die Signalleitungen 16 und 18 befindet. Die Masseebene 50 weist
eine öffnung 51 zur Aufnahme des Halbleiterplättchens 34 auf und ist mit Abstandshaltern
52 aus Isoliermaterial versehen, die die Oberfläche des Substrates oder die streifenförmige
Metallisierung berühren und dadurch einen bestimmten Abstand aufrechterhalten. Die
Abstandshalter 52 aus Isoliermaterial können alternativ auch auf dem Substrat vorgesehen
werden. In Fig. 8 ist das Substrat 10 mit der über ihm angeordneten Masseebene 50
dargestellt.
[0016] Die Masseebene 50 ist an das Massepotential durch geeignete elektrische Verbindungen
angeschlossen. Nach Fig. 9 ist eine Wasserkühlungs-Platte 60 mit einem vorzugsweise
serpentinenartigen Wasserweg an dem Modul befestigt. Die Wasserkühlungs-Platte 60
kann mit der Masseebene 50 verbunden sein oder alternativ kann die Masseebene ein
integraler Bestandteil der Wasserkühlungs-Platte sein. Der zentrale Bereich der Wasserkühlungs-Platte
über dem Halbleiterplättchen 34 ist an diesen mit einem gut wärmeleitenden, elektrisch
isolierenden pastenartigen Material 62 befestigt, um die Wärmeabfuhr von dem Halbleiterplättchen
34 zu der Wasserkühlungs-Platte 60 zu verbessern.
[0017] Das wärmeleitende pastenartige Material leitet die Wärme von dem Halbleiterplättchen
zu der Wasserkühlungs-Platte und dient als Puffer für die Wärmeausdehnung und das
Zusammenziehen des Halbleiterplättchens, wodurch Wärmespannungen in dem Halbleiterplättchen
34 vermieden werden. Der Einlaß 64 und der Auslaß 66 können mit irgendeiner geeigneten
Wasserquelle zwecks Zirkulation des Wassers verbunden werden.
[0018] Der das Halbleiterplättchen umgebende Raum kann in einfacher und wirksamer Weise
durch eine Dichtung 52 zwischen dem Flansch 50 und dem Substrat 10 und einer zweiten
Dichtung 53 zwischen der Wasserkühlungs-Platte 60 und der Masseebene 50 abgedichtet
werden. Die Dichtungen 52 und 53 können ausirgendeinem geeignetem Material gebildet
werden, z.B. aus einem organischen Harzmaterial oder einem niedrigschmelzenden Lot.
[0019] In den Fign. 10-12 ist eine andere bevorzugte Ausführungsform für die Masseebene
dargestellt. Bei dieser Ausfüh- ; rungsform ist die Masseebene 70 in eine Reihe von
Abschnitten unterteilt. Wie aus Fig. 11 ersichtlich, sind auf der das Substrat bildenden
Metallplatte 70, die ein Loch 71 aufweist, das dem Halbleiterplättchen entspricht,
auf der oberen und unteren Hauptfläche Isolierschichten 72 und 74 aufgebracht. Metallschichten
76 und 78 sind über den isolierenden Schichten 72 und 74 auf den Abschnitten aufgebracht.
Ein Wasseranschluß 80 ist in dem Raum zwischen den Quadranten der Metallschicht 78
vorgesehen und erstreckt sich durch die dielektrische Schicht 74 bis zu dem metallischen
Substrat 70. Anschlußflächen 82 sind auf der Metallschicht 78 in direktem elektrischen
Kontakt mit ihr gebildet. Wenn die Masse- ebene 70 auf das Substrat 10 gelegt wird,
wie das in der Draufsicht nach Fig. 1 dargestellt ist, werden die An- ) schlußflächen
80 mit den Anschlußflächen 81 auf dem Substrat und die mit der Metallschicht 78 verbundenen
An- schlußflächen 82 mit den Anschlußflächen 83 auf dem Substrat 10 verbunden. i
1. Anordnung zum Packen schnellschaltender monolithisch integrierter Halbleiterschaltungen,
die Entkoppelkondensatoren für die Stromversorgungsleitungen des Halbleiterplättchens
aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkoppelkondensatoren sich in den für die
Zufuhr der Versorgungsspannung zum Halbleiterplättchen vorgesehenen Löchern einer
das Halbleiterplättchen aufnehmenden Substratplatte aus elektrisch isolierendem Material
befinden und die Versorgungsspannung dem Halbleiterplättchen über die eine Kondensatorelektrode
zugeführt wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Elektroden aller
Entkoppelkondensatoren der Substratplatte untereinander und mit dem Bezugspotential
verbunden sind.
3. Verfahren zur Herstellung einer Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß
a) auf der mit Löchern versehenen Substratplatte aus elektrisch isolierendem Material
eine Maske (24; Fig. 3) aufgebracht wird, die nur diejenigen Löcher und deren unmittelbare
Umgebung nicht bedeckt, die für die Zufuhr der Versorgungsspannung zum Halbleiterplättchen
vorgesehen sind,
b) in den genannten Löchern und ihrer unmittelbaren Umgebung eine dünne Schicht (26,
27; Fig. 3) eines der Metalle Aluminium, Tantal oder Titan abgeschieden wird,
c) die abgeschiedene dünne Metallschicht durch Galvanisieren verstärkt wird,
d) die Maske entfernt und die Metallschicht zur Bildung einer über ihr befindlichen
dielektrischen Schicht (28; Fig. 4) teilweise eloxiert wird,
e) die Löcher der Substratplatte mit Metall gefüllt und
f) die Substratplatte mit Leiterzügen versehen wird, die das Metall in den Löchern
kontaktieren.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im Schritt b) abgeschiedene
dünne Metallschicht chemisch abgeschieden wird.
5, Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im Schritt b) abgeschiedene
dünne Metallschicht im Vakuum abgeschieden wird.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher der Substratplatte
dadurch mit Metall gefüllt werden, daß eine Paste aus feinverteilten Metallteilchen
und einem organischen Bindemittel im Siebdruckverfahren in die Löcher ; eingebracht
wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorgelochte Maske auf
dem Substrat so befestigt wird, daß ihre Löcher, deren Durchmesser größer als der
der Löcher des Substrates ist, konzentrisch zu diesen angeordnet sind, daß die Paste
in die Löcher der Maske und des Substrates gebracht, die Maske entfernt und die Paste
gesintert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterzüge des Substrates
gebildet werden durch
a) Abscheiden einer metallischen Deckschicht auf dem Substrat,
b) Aufbringen, Belichten und Entwickeln einer Photolackschicht, die das gewünschte
Leiterzugsmuster definiert und
c) Abätzen des nicht benötigten Metalles.
9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Leiterzugsmuster gebildet
wird durch
a) Aufbringen einer Metallmaske mit öffnungen, die dem gewünschten Leiterzugsmuster
entsprechen, auf das Substrat und
b) Füllen der Maskenöffnungen mit einer elektrisch leitenden Paste im Siebdruckverfahren.
10. Verfahren zum Herstellen einer Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Entkoppelkondensatoren durch Einsetzen von Koaxialkabelstückchen
in die Löcher des aus elektrisch isolierendem Material bestehenden Substrates gebildet
werden.