DE1271232B

DE1271232B - Method of making a thin film, solid state or hybrid circuit

Info

Publication number: DE1271232B
Application number: DEP1271A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Dr Klaus Hennings; Dipl-Phys Dr Hans-Jue Schuetze
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1964-06-25
Filing date: 1964-06-25
Publication date: 1968-06-27

Description

Verfahren zum Herstellen einer Dünnfilm-, einer Festkörper- oder einer Hybridschaltung Die Erfindung befaßt sich mit dem elektrischen und mechanischen Anschluß von einem oder mehreren Bauelementen oder Festkörperschaltungen, die nachträglich in eine aufgedampfte Dünnfilm-, Festkörper- oder Hybridschaltung eingesetzt werden. Unter einer Hybridschaltung soll eine Festkörperschaltung mit auf deren Oberfläche aufgedampfter oder aufgestäubter Dünnfilmschaltung verstanden werden.Method of manufacturing a thin film, a solid state or a Hybrid circuit The invention is concerned with the electrical and mechanical Connection of one or more components or solid-state circuits that are subsequently can be used in a vapor-deposited thin-film, solid-state or hybrid circuit. A hybrid circuit is supposed to have a solid-state circuit on its surface Vaporized or sputtered thin film circuit are understood.

Bei Dünnfilmschaltungen werden gemeinhin die passiven Bauelemente, wie Widerstände und Kondensatoren, und die Verbindungsleitungen (Leitungsbahnen) auf eine isolierende Unterlage, z. B. auf glasierte Keramik, aufgedampft. Die aktiven Bauelemente, wie Transistoren und Dioden, werden dann erst nachträglich in die Schaltung eingesetzt.In thin-film circuits, the passive components, such as resistors and capacitors, and the connecting lines (conductor tracks) on an insulating pad, e.g. B. on glazed ceramic, vapor-deposited. The active ones Components such as transistors and diodes are only added to the circuit afterwards used.

So können in eine Dünnfilmschaltung beispielsweise ungekapselte Planartransistoren mit ihrer Kollektorseite auf aufgedampfte Leitungsbahnen mittels Gold, das gegebenenfalls auch noch dotiert sein kann, aufgelötet werden. Damit ist die Kollektorzone der Transistoren angeschlossen, während die auf der gegenüberliegenden Oberflächenseite des Halbleiterkörpers angebrachten Basis- und Emitterkontakte mit Hilfe des Thermokornpressionsverfahrens kontaktiert werden. Dabei werden in bekannter Weise dünne Golddrähte zur Verbindung der Transistorkontakte mit den zugehörigen Anschlüssen in der Dünnfilmschaltung verbunden.For example, unencapsulated planar transistors can be used in a thin-film circuit with their collector side on vapor-deposited conductive paths using gold, which may be can also be doped, be soldered on. This makes the collector zone the Transistors connected while those on the opposite surface side The base and emitter contacts attached to the semiconductor body with the help of the thermal compression method to be contacted. In this case, thin gold wires are used for the connection in a known manner the transistor contacts with the associated connections in the thin-film circuit tied together.

Die zum Auflöten der aktiven Elemente und beim Therrnokompressionsverfahren mit kalter Schneide notwendige Temperatur.von etwa 400° C kann die Stabilität der passiven Elemente beeinflussen. Deshalb werden die aktiven Elemente auch eingeklebt und durch Thermokompression mit einer heißen Schneide bei einer Substrattemperatur von etwa 200° C angeschlossen. In diesem Falle liegen alle drei Anschlüsse für Kollektor, Basis und Emitter auf einer Seite des Elementes, und die Kontaktierung erfolgt bei allen drei Elektroden in derselben Weise. Die Thermokompression kann auch durch ein Mikroschweißen mit elektrischem Strom oder Ultraschall bei kaltem Substrat ersetzt werden.Those for soldering the active elements and with the thermocompression method with a cold cutting edge necessary temperature of about 400 ° C can reduce the stability of the affect passive elements. That is why the active elements are also glued in and by thermocompression with a hot cutting edge at a substrate temperature of about 200 ° C connected. In this case, all three connections are for the collector, Base and emitter on one side of the element, and contact is made at all three electrodes in the same way. Thermocompression can also be done by replaces micro-welding with electric current or ultrasound when the substrate is cold will.

Das Thermokompressions- wie auch das Mikroschweißverfahren sind in ihrer Anwendung sehr zeitraubend. Vor allem wenn in größeren Mikroschaltungen viele Stellen beim Einsetzen der aktiven Elemente kontaktiert werden müssen, sind die bekannten Verfahren nachteilig, zumal die Kontaktierungsstellen dann oft in relativ großem Abstand liegen. Dabei schleichen sich außerdem gelegentlich Schaltfehler ein. Die gleichen Probleme treten in erhöhtem Maße auch bei einem anderen bekannten Verfahren auf, bei dem das Substrat, z. B. ein Transistorfuß oder auch ein Keramikscheibchen, nur einige Leitbahnen besitzt. Alle Elemente werden z. B. durch Löten oder Kleben auf dem Substrat befestigt, und erst im Anschluß daran werden die elektrischen Anschlüsse durch die bekannten Thermokompressions- oder Mikroschweißverfahren hergestellt.The thermocompression as well as the micro welding process are in very time consuming to use. Especially if there are many in larger microcircuits Places to be contacted when inserting the active elements are those known methods disadvantageous, especially since the contacting points are then often relatively great distance. In addition, switching errors occasionally creep in a. The same problems occur to an increased extent with another known one Process in which the substrate, e.g. B. a transistor base or a ceramic disc, has only a few interconnects. All elements are z. B. by soldering or gluing attached to the substrate, and only then are the electrical connections manufactured by the known thermocompression or micro-welding processes.

Dünnfilmschaltungen und Schaltungen, die nach dem zuletzt beschriebenen Verfahren hergestellt werden, haben gegenüber Festkörperschaltungen den Vorteil, daß beliebige Bauelemente zu einer miniaturisierten Schaltung verbunden werden können, was für die optimale Dimensionierung bestimmter Schaltungen, z. B. für schnelle Rechner oder sehr hochfrequente Verstärker sehr wichtig ist. Die Anwendung der genannten Schaltungen wird aber durch die bei der Kontaktierung auftretenden Schwierigkeiten begrenzt.Thin film circuits and circuits made after the last described Processes are produced have the advantage over solid-state circuits that any components can be connected to a miniaturized circuit, what for the optimal dimensioning of certain circuits, z. B. for fast Computer or very high frequency amplifier is very important. The application of the said However, circuits are caused by the difficulties encountered when making contact limited.

Zur Verbesserung der bekannten Herstellungsverfahren wird daher erfindungsgemäß ein Verfahren zum Herstellen einer Dünnfilm-, einer Festkörper-oder einer Hybridschaltung vorgeschlagen, das durch die Kombination der folgenden Verfahrensschritte in der angegebenen Reihenfolge charakterisiert ist: a) Auf eine isolierende Unterlage (1) werden passive Bauelemente und Leitungsbahnen (2) aufgebracht; b) auf die Unterlage werden Halbleiterbauelemente (3) mit ihren auf einer Oberflächenseite des Halbleiterkörpers angeordneten Kontaktbahnen (8) so aufgelegt, daß die Kontaktbahnen dieser Halbleiterbauelemente in Verbindung mit entsprechenden Leitbahnen auf der Unterlage gelangen, wobei sich die Kontakt- und Leitungsbahnen an ihren Verbindungsstellen kreiizen; c) zwischen den Kontaktbahnen der Halbleiterbauelemente und den Leitungsbahnen der isolierenden Unterlage wird eine feste Verbindung hergestellt.To improve the known manufacturing method, the invention proposes a method for manufacturing a thin-film, solid-state or hybrid circuit, which is characterized by the combination of the following method steps in the specified order: a) Passive components are placed on an insulating base (1) and conductor tracks (2) applied; b) Semiconductor components (3) with their contact tracks (8) arranged on one surface side of the semiconductor body are placed on the base in such a way that the contact tracks of these semiconductor components come into connection with corresponding interconnects on the base, the contact and conduction tracks at their connection points scribble; c) a fixed connection is established between the contact tracks of the semiconductor components and the conductor tracks of the insulating substrate.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den wesentlichen Vorteil, da13 keine dünnen Zuleitungsdrähte mehr zur Kontaktierung der Elektroden von Halbleiteranordnungen mit Leitungsbahnen auf einem Substrat benötigt werden. Ferner können die Kontaktbahnen der Halbleiterbauelemente und die Leitungsbahnen auf der isolierenden Unterlage dadurch besonders leicht miteinander verbunden werden, daß die genannten Bahnen sich an den Kontaktstellen kreuzen.The method according to the invention has the essential advantage that no more thin lead wires for contacting the electrodes of semiconductor arrangements with conductor tracks on a substrate are required. Furthermore, the contact tracks the semiconductor components and the conductor tracks on the insulating base are particularly easily connected to one another in that the said tracks cross at the contact points.

Bekannt war ein steckbares elektrisches Bauelement, insbesondere ein Wickelkondensator, der an seinen beiden Stirnflächen Leitungszüge aufwies. Ein derartiger Wickelkondensator wurde in einen Isölierstoffträger eingebracht, der seinerseits wiederum in Vertiefungen einer Trägerplatte einer gedruckten Schaltung abgesteckt würde. Gegenüber dieser bekannten Kontaktierungsweise besteht der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, daß die Halbleiterbauelemente ohne Zwischeneinheiten direkt mit ihren Elektroden auf die Leitungsbahnen eines Substrates aufgebracht werden können.A plug-in electrical component was known, in particular a Winding capacitor, which had cable runs on both of its end faces. One of those The wound capacitor was placed in an insulating material carrier, which in turn in turn staked in recesses of a carrier plate of a printed circuit would. Compared to this known way of contacting, there is the advantage of the one according to the invention Method in that the semiconductor components without intermediate units directly with their electrodes can be applied to the conductor tracks of a substrate.

Für das neue Verfahren sind besonders solche Elemente brauchbar, bei denen alle Anschlüsse der Bauelemente bzw. Schaltungen auf einer Oberflächenseite angeordnet und mit Kontaktbahnen versehen sind, die sich auf eine diese Bauelementenoberfläche bedeckende Isolierschicht erstrecken. An Stelle von Kontaktbahnen, die ein wesentlichen eine Vergrößerung der bei kleinen Elementen vorhandenen Kontaktflächen zum Ziele haben5 können hier auch die in den Öffnungen der abdeckenden Oxydschicht befindlichen Kontakte durch galvanische oder stromlose Abscheidung so weit verstärkt werden, daß sie etwas über die Oxydschicht herausragen. Die Kontaktbahnen werden dann erfindungsgemäß beim Einsetzen irt die Dünnfihnschaliung auf geonietrisch entsprechend angeordneten Leitungsbahnen der Dünnfilmschaltung aufgelegt und mit ihnen elektrisch und mechanisch verbunden, indem die entsprechend angeordneten Anschlußstellea aufeinätidergeklappt Werden. Eine feste Verbindung läßt sieh auf niannigfache Weise herstellen: Eine Möglichkeit zur Herstellung eines festen Kontaktes ist die Lötverbindung. Dazu iriüssen pas= sende Metällparifier als Mäteiial fifr die Kontaktbahnen und Leitbahnen ausgewählt werden: Dass Löten kann auch durch mehrschichtige Leitungs-und Kontaktbahnen erleichtert werden, indem sieh in den obersten Schichtete an der Berihrufigsfläclie niedrigsehnielzende Partnei gegenüberstehen.Such elements are particularly useful for the new process which all connections of the components or circuits on one surface side are arranged and provided with contact tracks that relate to this component surface covering insulating layer extend. Instead of contact paths, which are an essential an enlargement of the contact surfaces with the target that exist with small elements can also have those located in the openings of the covering oxide layer Contacts are strengthened by galvanic or currentless deposition to such an extent that that they protrude slightly above the oxide layer. The contact tracks are then according to the invention When inserting, the thin-film cladding is geonietrically arranged accordingly Conductive tracks of the thin-film circuit are placed and with them electrically and mechanically connected by opening the correspondingly arranged connection point a Will. A firm connection can be established in a few ways: One The soldered connection is an option for establishing a permanent contact. To do this, iruss Matching metal parameters selected as material for the contact paths and interconnects be: That soldering can also be facilitated by multilayer conductor and contact tracks by looking in the uppermost strata at the contact surface with the lowest level Facing partner.

Die Leitungsbahnen und Köiitäkfbahüen müssen, da sie auch die h%echäüigche Verbihduiig der Bäteelemente mit der Düiinfilmschaltüfig bilden, auf ihrer Unterläge gilt htifteii@ Uni die Haftfestigkeit der Leitungs- und Kontaktbahnen auf ihren Unterlagen aus z: $. Glas; Keramik oder Sillzlunioxyd zu erhöhen, empfiehlt es sich, in bekannter Weise zuerst eine Bekeimung der Substratoberfäche, z. B. durch Aufdampfen einer dünnen Chromschicht, vorzunehmen, bevor die eigentliche Metallschicht aufgetragen wird. ' lacht man die Leitungsbahnen und die Kontaktbahnen an der Kontaktstelle sehr schmal, z. B. 5 bis 50 pn, und relativ dick, z. B. einige [,m, und ordnet sie so an, daß sich die zu verbindenden Leitungs-und Kontaktbahnen an den Kontaktstellen kreuzen, dann erhält man kleine Kontaktflächen, die sich beim Andrücken, eventuell unter erhöhter Temperatur, durch Thermokompression verbinden, ohne daß eine komplizierte Thermokompressionsmaschine erforderlich ist. Außerdem hat diese Art der kreuzweisen Verbindung durch schmale Stege den Vorteil, daß trotz kleiner Kontaktflächen, die zur Vermeidung von Koppel- und Streukapazitäten wünschenswert sind, an die Justierung der Kontakte zuefeander keine unerfüllbaren Forderungen gestellt werdefi: Zur Präzisierung und auch zur Aütomatisierüng der Kontäktiertüig nach dem erfindungsgemäßen Vorschlag können die in eine Schaltung nachträglich einzusetzendefi Bauelemente und Schältungenr zunächst mit ihrer Oberseite, die die Kontakte trägt, nach oben in eine Lehre mit genau justierten öff= nungen zur Aufnahme dieser Bauelemente hineingelegt werden. Die Schaltung wird nun nut ihrer Filmseite nach unten auf die finit Bauelementen bestückte Lehre gelegt und reit Hilfe von Passungen entsprechend der geometrischen Anordnung. der Leitbahnen von der Dünnfilmschaltung justiert, so daß rinn jedes Bauelement an der richtigen Stelle der Schaltung liegt. Die feste Verbindung der Kontaktstellen zwischen den Kontaktbahnen und den Leituiigsbahteen kann dann auf einasal für alle Elemente in der Lehre und natürlich auch für viele Schaltungen gleichzeitig durch Druck und/oder Temperatur ausgeführt werden.The conduction paths and kaiitäkfbahüen must, as they are also the h% echäüigche Form Verbihduiig the Bäteelemente with the Düiinfilmschaltüfig, on their bases htifteii @ Uni applies to the adhesive strength of the conductor and contact tracks on their Documents from z: $. Glass; To increase ceramic or silicon dioxide, it is advisable to in a known manner first a germination of the substrate surface, z. B. by vapor deposition a thin layer of chrome, before the actual metal layer is applied will. 'one laughs at the conductor tracks and the contact tracks at the contact point very narrow, e.g. B. 5 to 50 pn, and relatively thick, e.g. B. some [, m, and arranges them so that the line and contact paths to be connected are at the contact points cross, then you get small contact areas, which may be when pressed connect under elevated temperature, by thermocompression, without a complicated Thermocompression machine is required. Also, this type of cross-wise Connection by narrow webs has the advantage that despite small contact areas, the to avoid coupling and stray capacitances are desirable to the adjustment of the contacts no unsatisfiable demands are made: For clarification and also to automate the contact according to the proposal according to the invention the components and circuit no first with its upper side, which carries the contacts, upwards into a teaching precisely adjusted openings to accommodate these components are placed. The circuit is now only its film side facing down on the finite components stocked gauge is placed and rides using fits according to the geometric Arrangement. of the interconnects of the thin film circuit adjusted so that rinn each Component is in the right place in the circuit. The fixed connection of the Contact points between the contact tracks and the Leituiigsbahteen can then singly for all elements in the teaching and of course for many circuits are carried out simultaneously by pressure and / or temperature.

Für Schaltungen, die hohen $eschleüfiigüngen ausgesetzt werden, wird oft eine besonders mechanische Festigkeit gefordert. Sie kann erreicht werden, indem das eingesetzte und elektrisch verbundene aktive Bauelement nachträglich mit einem Kitt, Klebstoff oder einem Kunstharz auf dein Substrat der Düiitifilmschaltung vergossen wird.For circuits that are exposed to high speeds, a particularly high mechanical strength is often required. It can be achieved by the inserted and electrically connected active component subsequently with a Putty, glue or a synthetic resin is poured onto the substrate of the diitifilm circuit will.

In einer Weiterführung der Erfindung wird vorgeschlagen, dieses Kontaktierungsverfahren nicht nur zum Einbau von Bauelementen und Festkörperschaltungen in Dünnfilmschaltungen, sondern auch zum Einbau von einzelnen Bauelementen in Festkörper-und Hybridschaltungen zu benutzen, z. B. Einbau von Ge- und HI-V-Eleinenten in Si-Planar-Festkörper- oder Hybridschaltungen. Dadurch lassen sich die Anwendungsmöglichkeiten dieser Schaltung wesentlich erweitern. Weiterhin wird vorgeschlagen, das Verfahren zur Verbindung von Dünnflip-, Festkörper- und Hybridschaltungen untereinander in beliebiger Kombination zu benutzen.In a further development of the invention, this contacting method is proposed not only for the installation of components and solid-state circuits in thin-film circuits, but also for the installation of individual components in solid-state and hybrid circuits to use, e.g. B. Installation of Ge and HI-V elements in Si-Planar solid or Hybrid circuits. This allows the possible uses of this circuit expand significantly. It is also proposed the connection method of thin flip, solid state and hybrid circuits with each other in any combination to use.

In zwei Figuren sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.Two exemplary embodiments of the invention are shown in two figures.

In F i g. 1 ist ein Substrat 1 mit Leitbahnen 2 bedampft, auf die ein Planattraiisistor mit Kollektbr 3, Basis 4, Emitter 5, Oxydschicht 6 ufnd den ölutischen Kornakten 7 aufgesetzt ist. Diese Kontakte sind mit den Kontaktbahnen 9 bedampft worden, die genlau auf die 1 teer 1)üt.nfiltnschältung passen. Eine feste Verbindung än den Kontaktstellen ist nun leicht herzustellen, z. B. durch Löten riiittels der auf die Kontakt- oder Leitungsbahnen aufgebrachten Lötschicht 11.In Fig. 1 is a substrate 1 with interconnects 2 vapor-deposited on the a planar transistor with collector 3, base 4, emitter 5, oxide layer 6 and the Ölutischen Kornakten 7 is put on. These contacts are with the contact tracks 9 have been steamed, which fit exactly on the 1 tar 1) overhead filter. A firm one Connection än the contact points is now easy to establish, e.g. B. by soldering riiittels the one applied to the contact or conductor tracks Solder layer 11.

F i g. 2 zeigt eine entsprechende Anordnung mit nur einem Kontakt, bei dem die Kontaktbahnen am Transistor und die Leitungsbahn der Dünnfilmschaltung als Stege 9 und 10 ausgebildet sind, die sich kreuzen, z. B. wie im Bild unter dem Winkel von 90°. Hier erfolgt die Verbindung zwischen dem Kontakt und den Leitungsbahnen durch Thermokompression. Die Haftfestigkeit ist durch Bekeimung mit einem Chromfilm 12 verbessert.F i g. 2 shows a corresponding arrangement with only one contact, in which the contact tracks on the transistor and the conductor track of the thin-film circuit are designed as webs 9 and 10 which cross one another, e.g. B. as in the picture at an angle of 90 °. Here the connection between the contact and the conduction paths is made by thermocompression. The adhesive strength is improved by nucleating with a chromium film 12.

Claims

Claims: 1. A method for producing a thin film, a Solid-state or a hybrid circuit, characterized by the combination of the the following process steps in the order given: a) On an insulating Underlay (1) passive components and conductor tracks (2) are applied; b) On the base are semiconductor components (3) with their on one surface side of the semiconductor body arranged contact tracks (8) placed so that the contact tracks these semiconductor components in connection with corresponding conductor tracks reach the base, with the contact and conductor tracks at their connection points cross; c) between the contact tracks of the semiconductor components and the conductor tracks a firm connection is made to the insulating base.

2. Procedure according to claim 1, characterized in that an insulating substrate, a solid-state circuit or a hybrid circuit is used.

3. Procedure according to claims 1 and 2, characterized in that the fixed connection between the contact tracks and conductor tracks by soldering and / or pressing or by thermocompression will be produced.

4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that that the contact tracks of the components or circuits and / or the conductor tracks be formed in multiple layers on the base, with the top layer for Establishing the permanent connection between them is used.

5. Procedure according to Claims 1 to 4, characterized in that before the components are provided and circuits and the base with contact and conductor tracks on the components, Circuits and the backing a layer of a material which is on the backing more firmly than the contact and conductor path material adheres, is applied.

6. The method according to claim 5, characterized in that the layer consists of chromium. 7. The method according to claims 1 to 6, characterized in that the contact tracks of the components and circuits and the conductor tracks on the base at their contact points are 5 to 50 #xm wide and a few gm thick. B. The method according to claim 1, characterized in that the placing of the components or circuits on the substrate takes place in a teaching adjusted with respect to the conductor tracks of the substrate. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the components and / or circuits applied to the substrate are finally encased with a putty, adhesive or a synthetic resin. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1130 871; "Electronics", Vol. 36, 1963, No.

7, pages 45 to 60.