DE3872828T2

DE3872828T2 - Halbleiterkristallplaettchen-stapel.

Info

Publication number: DE3872828T2
Application number: DE8888310029T
Authority: DE
Inventors: Ken Clements
Original assignee: Laser Dynamics Inc
Current assignee: Laser Dynamics Inc
Priority date: 1987-10-28
Filing date: 1988-10-25
Publication date: 1993-02-11
Anticipated expiration: 2008-10-26
Also published as: DE3872828D1; US4954875A; JPH0817223B2; EP0314437B1; JPH021152A; EP0314437A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Halbleiterkristallplättchenanordnungen im allgemeinen und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung, die eine gestapelte Anordnung von Plättchen aus halbleitendem Material enthält, welche über mehrere Pfropfen aus elektrisch leitendem, nachgiebigem Material vertikal miteinander verbunden sind.
Seit der Entwicklung der integrierten Schaltungstechnik werden Computer und Computerspeichervorrichtungen mit Plättchen aus elektrisch leitendem Material hergestellt, die eine Mehrzahl von integrierten Transistorschaltungen enthalten.
Es ist vorteilhaft, ganze Plättchen in Datenverarbeitungsgeräten zu verwenden. Die einzelnen Schaltungen können auf Halbleiterchips vom Plättchen entfernt werden. Die Schaltungen können dann miteinander verbunden werden, wenn sie auf einer Leiterplatte montiert sind. Dennoch wird eine große Menge an Verdrahtung benötigt, um eine Datenverarbeitungseinheit herzustellen. Wenn die einzelnen Schaltungen auf dem Plättchen miteinander verdrahtet werden, während sie weiterhin Teil des Plättchens sind, wird eine kompaktere Einheit mit einer schnelleren Reaktion erzielt. Dies kann unter Verwendung der WSI (wafer scale integration) Integrationstechnik verwirklicht werden. Aber die praktischen Probleme bei der Herstellung von großen, fehlerfreien halbleitenden Plättchen bedeuten, daß im allgemeinen mehrere Plättchen verwendet werden müssen. Um Platz zu sparen, sind diese meistens innerhalb des Datenverarbeitungsgeräts aufeinander gestapelt.
In Versuchen, in denen man die Nachteile beim Verbinden von mehreren gestapelten Plättchen mittels Drähten vermeiden wollte, wurden großflächige parallel angeordnete Verarbeitungseinheiten und Speichergeräte verwendet, in denen parallele Schaltungselemente mittels vertikaler Säulen aus massivem, dichtem, leitendem Material wie beispielsweise Löt, Kupfer usw. miteinander verbunden werden. Beispielsweise siehe U.S. Patent No. 4,368,106 und U.S. Patent No. 4,394,712.
Alternativ kann eine vertikale Säule mit einem nachgiebigen, elektrisch leitenden Material gefüllt sein, beispielsweise mit Pfropfen aus feinem Draht, in ähnlicher Weise wie das Material, das zur Verbindung eines Stapels von Leiterplatten verwendet wird. Dies ist in den U.S. Patenten Nr. 4,029,375 und 4,581,679 offenbart. U.S. Patent Nr. 4,029,375 offenbart eine alternative Version eines Verbinders zur Verbindung eines vertikalen Stapels von gedruckten Leiterplatten.
In Anbetracht des Vorhergehenden sind die wesentlichen Aufgaben der wie in den Ansprüchen dargelegten Erfindung, ein Verfahren und eine eine Halbleiterkristallplättchenanordnung umfassende Vorrichtung anzugeben, in der die einzelnen Plättchen der Anordnung, im Cegensatz zu den gedruckten Leiterplatten, aufeinander gestapelt sind und mittels eines elektrisch leitenden nachgiebigen Materials, wie ein Pfropfen aus feinem Draht oder ein Pfropfen aus elektrisch leitendem Elastomer, vertikal elektrisch untereinander verbunden sind.
Entsprechend den obigen Aufgaben ist jedes Plättchen mit mindestens einer Passage durch chemisches Bohren oder Laserbohren oder Ähnlichem versehen. Nachdem die Wandungen der Passagen in den Plättchen mit einer elektrisch isolierenden Schicht beschichtet werden, werden die Passagen mit Pfropfen aus elektrisch leitendem, nachgiebigem Material versehen und die Plättchen aufeinandergestapelt.
Die Form der Passagen und der Pfropfen sind wichtige Merkmale der vorliegenden Erfindung. Um die Notwendigkeit eines separaten Mittels zur Positionshaltung der einzelnen Pfropfen aus elektrisch leitendem nachgiebigen Material zu eliminieren und um vertikale elektrische Verbindungen zwischen den Plättchen zusätzlich zu lateralen elektrischen Verbindungen zu elektrischen Schaltungen an jedem der Plättchen herzustellen, sind die Passagen und Pfropfen mit nach innen geneigten Wandungen ausgebildet, die eine insgesamt konische, stundenglas- oder pyramidenförmige Form aufweisen. Ein ringförmiger elektrischer Bereich, welcher lateral elektrisch mit den Schaltungen auf einem Plättchen verbunden ist, umgibt - je nach Bedarf - den Scheitelbereich oder das kleine Ende der Passagen. Der Scheitelbereich oder das kleine Ende der Pfropfen ist derart gestaltet, daß es über den Scheitelbereich der Passagen hinausragt und das "untere oder größere Ende" der Pfropfen ist derart gestaltet, daß es über die unteren Enden der Passagen hinausragt. Wenn ein Stapel derartiger Plättchen geformt wird, wird der Scheitelbereich eines Pfropfens in das untere Ende eines Pfropfens eines benachberten Plättchens hinein komprimiert.
Gleichzeitig wird das untere Ende des letztgenannten Pfropfens gegen den elektrisch leitenden ringförmigen Bereich komprimiert, so daß sowohl eine vertikale elektrische Verbindung zu einem darüberliegenden Plättchen als auch zu den mit dem Bereich verbundenen elektrischen Schaltungen hergestellt wird.
Während der Herstellung einer Anordnung werden die Plättchen mit dem Scheitelbereich der konisch oder ähnlich geformten Passagen nach unten gerichtet. Konisch oder ähnlich geformte Pfropfen aus elektrisch leitendem, nachgiebigem Material werden dann in die Passagen eingesetzt. Wegen ihrer jeweiligen Form wird verhindert, daß die Pfropfen aus den Passagen herausfallen, solange die Plättchen nicht umgedreht werden. Nachdem alle Passagen der Plättchen mit Pfropfen versehen wurden, werden sie zusammengestapelt und auf eine Grundplatte gelegt.
Die Grundplatte ist mit einer Mehrzahl von elektrischen Durchführungsstiften versehen, die einen elektrischen Kontakt mit dem unteren Ende der Pfropfen aus elektrisch leitendem, nachgiebigem Material in dem untersten der Plättchen in der Anordnung herstellen. Das Plättchen am oberen Ende des Stapels ist mit einem Andruckmittel versehen, um alle Plättchen zusammenzudrücken, und dabei, wie oben beschrieben, die einzelnen Pfropfen aus elektrisch leitendem Material zu komprimieren. Es wird verständlich sein, daß, je nach Bedarf, Plättchen dem Stapel beigefügt oder vom Stapel entnommen werden können und daß die gesamte Größenveränderung des Stapels lediglich der Dicke des verwendeten Plättchens entspricht.
Die obigen und anderen Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Anmeldung werden durch die nachfolgende ausführliche Beschreibung der beiliegenden Figur verdeutlicht, wobei:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer mit mehreren gestapelten Plättchen versehenen Halbleiterplattenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 2 eine Draufsicht auf eines der Plättchen gemäß Fig. 1 darstellt, wobei auf einer dessen Flächen einige ringförmige elektrische Bereiche dargestellt sind;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht entlang der Richtung der Linien 3-3 in Figur 2 darstellt;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht darstellt, die das Plättchen der Fig. 3 zeigt, nachdem es mit einem ätzresistenten Material beschichtet worden ist;
Fig. 5 eine Querschnittsansicht des Plättchens der Fig. 4 darstellt, nachdem es mit einem Muster versehen worden ist, damit eine quadratische Fläche unterhalb der Pfropfen auf der Rückseite des halbleitenden Plättchens freigelegt wird;
Fig. 6 eine Querschnittsansicht des Plättchens der Fig. 5 darstellt, die zwei im Plättchen vorgesehene Durchgangslöcher zeigt;
Fig. 7 eine vergrößerte Querschnittsansicht einer der in Fig. 6 gezeigten Passagen ist, nachdem die in den Fig. 4 bis 6 dargestellte ätzresistente Beschichtung von der Mitte des die Passage umgebenden ringförmigen Pfropfens entfernt wurde;
Fig. 8 eine Querschnittsansicht der Passage der Fig. 7 darstellt, nachdem die scharfen Kanten im scheitelbereich der Passage entfernt wurden;
Fig. 9 eine Querschnittsansicht der Passage der Fig. 8 darstellt, nachdem ihre Wandungen mit einer elektrisch isolierenden Schicht beschichtet wurden;
Fig. 10 eine Querschnittsansicht der Passage der Fig. 9 darstellt, nachdem die in den Fig. 4 bis 9 dargestellte ätzresistente Beschichtung von dem ringförmigen Bereich entfernt wurde;
Fig. 11 eine Querschnittsansicht der Passage der Fig. 10 darstellt, nachdem ein Pfropfen aus nachgiebigem elektrisch leitendem Feindraht darin eingeführt wurde;
Fig. 12 eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht darstellt, die zwei zwischen einem Blindplättchen und einer Grundplatte aufeinander gestapelte Plättchen zeigt, wobei der Pfropfen der Fig. 11 in jeder der darin angeordneten Passagen gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet ist;
Fig. 13 eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht darstellt, die eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, die elektrisch leitendes, nachgiebiges, elastomerisches Material umfaßt;
Fig. 14 eine alternative Ausführungsform der Erfindung darstellt, die den oberen Bereich eines auf dem die Passage umgebenden Bereich komprimierten Propfens aus feinem Draht zeigt; und
Fig.15 eine Teilquerschnittsansicht darstellt, die relative Abmessungen der Passagen in den Plättchen zeigt.
Bezugnehmend auf Fig. 1 ist erfindungsgemäß eine Halbleiterkristallplättchenanordnung vorgesehen, die allgemein mit 1 bezeichnet wird. Die Anordnung 1 weist ein auf einer Grundplatte 3 montiertes Gehäuse 2 auf. Das Gehäuse 2 weist mehrere Seitenwandungen 4, 5 und 6 und eine obere Wandung 7 auf. Eine vordere Seitenwandung, die den Seitenwandungen 4-6 entspricht, ist nicht dargestellt. Innerhalb des Gehäuses 2 zwischen der Grundplatte 3 und der oberen Wandung 7 ist ein Stapel halbleitender Plättchen 10-17 angeordnet. Im Stapel der Plättchen 10-17 ist das untere Plättchen 10 zur Grundplatte 3 benachbart angeordnet. Das obere Plättchen 18 ist am nächsten zur oberen Wandung 7 angeordnet. Das Plättchen 18 kann ein Blindplättchen sein, welches nur zur Begrenzung der vertikalen elektrischen Verbindungselemente und zur Herstellung einer nachfolgend näher beschriebenen elektrischen Verbindung mit den Pfropfen des Plättchens 17 dient. Auf dem Plättchen 18, zwischen dem Plättchen 18 und der oberen Wandung 17 befindet sich ein nachgiebiges, elektrisch isolierendes, thermisch leitendes Teil 20. Das Teil 20 ist zur Kompensation der thermischen Expansion und Kontraktion des Plättchen- Stapels 10-18 und zur Ableitung von Wärme aus dem Plättchen-Stapel 10-18 zur oberen Wandung 7 zwischen dem Plättchen 18 und der oberen Wandung 7 angeordnet. Mehrere metallische Finger 21 sind vorgesehen, die von der oberen Wandung 7 herausragen. Die Finger 21 weisen Kühlrippen zur Ableitung von Wärme vom Gehäuse 2 auf.
Durch die Grundplatte 3 hindurch erstrecken sich mehrere elektrische Durchführungsstifte 22. Die Durchführungsstifte 22 sind vorgesehen, um einen elektrischen Kontakt mit dem elektrisch leitenden nachgiebigen Material innerhalb der Passagen des Plättchen-Stapels 10-18 - wie nachfolgend weiter beschrieben wird - herzustellen.
In der Praxis besteht die Grundplatte 3 aus isolierendem Material, wie beispielsweise ein keramisches Material, um die Durchführungsstifte 22 voneinander zu isolieren und die Seitenwandungen 2 und 4 können ein metallisches Material aufweisen. Der freie Bereich innerhalb des Gehäuses 2 kann mit einem üblichen elektrisch nicht-leitenden, gasförmigen oder flüssigen Material gefüllt sein, um die Wärmeableitung vom Gehäuse 2 zu begünstigen.
Jedes der Plättchen 10-17 weist mehrere stundenglasförmige Passagen 25 auf. Das Blindplättchen 18 ist normalerweise mit entsprechend ausgebildeten pyramidenförmigen Aussparungen 26 versehen. In jeder der Passagen 25 und Aussparungen 26 ist ein Pfropfen 27 aus einem elektrisch leitenden, nachgiebigen Material, wie, beispielsweise, ein feiner Draht oder ein elektrisch leitendes Elastomer angeordnet. Die Passagen 25 und Aussparungen 26 in den Plättchen 10-18 sind anliegend an einer entsprechenden Passage in einem benachbarten Plättchen angeordnet, so daß die Pfropfen 27 aus elektrisch leitendem, nachgiebigem Material in den Passagen sich zu einer leitenden vertikalen Säule zusammenfügen, die elektrische Verbindungen von Durchführungsstiften 22 zu den einzelnen der Halbleiterplättchen 10-18 bilden.
Während die Ausführungsform der Fig. 1 ein geschlossenes Gehäuse 2 darstellt, können selbstverständlich übliche Öffnungen für zirkulierende kühlende Gase oder Flüssigkeiten dem Gehäuse 2 in einer Weise beigefügt werden, die den Wärmeflußbedingungen der darin angeordneten Verwendungsschaltungen am besten angepaßt ist. Weiterhin, bei gewissen Anwendungen, können einige der Passagen 25 vertikale Verbindungen zwischen zwei oder mehreren, aber weniger als allen Plättchen herstellen.
Bezugnehmend auf Figuren 2 bis 11, werden die Schritte zur Herstellung jedes der halbleitenden Plättchen im Plättchen-Stapel 10-18 jetzt beschrieben. Der Einfachheit halber nimmt die Beschreibung nur auf das Plättchen 10 Bezug, wobei verstanden wird, daß die anderen Plättchen 11-17, außer den möglichen Unterschieden bei den darin vorhandenen elektrischen Schaltungen, im wesentlichen, soweit es die vorliegende Erfindung betrifft, identisch sind.
Bezugnehmend auf Fig. 2 und 3, ist das Plättchen 10 ein 1,0,0 Silikonplättchen, welches mit einer ersten oder vorderseitigen Oberfläche 30 und einer zweiten oder hinterseitigen Oberfläche 31 versehen ist. Die Oberfläche 30 weist elektrische Schaltungen, d.h. logische Schaltungen, Speicherzellen oder ähnliches (nicht dargestellt) auf, die lateral elektrisch mit einem oder mehreren ringförmigen Bereichen 32-37 verbunden sind. Obwohl nur 6 Bereiche dargestellt sind, sollte es verstanden sein, daß jedes Plättchen üblicherweise mit einer Vielzahl solcher Bereiche versehen ist. Die Oberfläche 30 umfaßt vorzugsweise ein nachgiebiges, elektrisch isolierendes Material.
Die Oberflächen 30 und 31 des Plättchens 10 werden dann, wie in Fig. 4 dargestellt, mit einer Beschichtung 34 aus ätzresistentem Material, wie beispielsweise Silikonnitrid, versehen. Nachdem das Plättchen 10 mit dem ätzresistenten Material beschichtet worden ist, wird die Beschichtung 34 auf der Rückseite 31 des Plättchens 10 mit Techniken, die in der mikrolithographischen Kunst bekannt sind, gemustert und plasmageätzt, um quadratische Öffnungen 35 in der Nitridbeschichtung zu bilden, die das Plättchen 10, wie in Fig. 5 dargestellt, unterhalb der Bereiche 32-37 freilegt. Nachdem die quadratischen Öffnungen 35 gebildet sind, wird das Plättchen 10 einem üblichen anisotropen Ätzprozess ausgesetzt, beispielsweise 85º Kaliumhydroxyd mit einer 35% Konzentration, welches wie in Fig. 6 dargestellt ein pyramidenstumpfförmiges Loch oder eine Vertiefung 36 im Plättchen 10 bildet. Andere Techniken können auch verwendet werden, um Löcher 36 zu bilden, wie die, die Laservorrichtungen und kombinierte Laser und Ätzvorrichtungen umfassen. Alle Mittel, die ungefähr pyramiden-, konischoder stundenuhrförmige Passagen unter Vermeidung einer Beschädigung der Oberfläche des Plättchens bilden, können für die Zwecke dieser Erfindung verwendet werden.
Bezugnehmend auf Fig. 7 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Bereichs 33 und des Lochs 36 im Plättchen 10 dargestellt. Wie in Fig. 7 dargestellt, werden mit dem anisotropen Ätzprozess zur Bildung der Löcher 36 wie oben bezüglich Fig. 6 beschrieben sehr scharfe und dadurch auch etwas zerbrechliche Kanten 37 gebildet, die zersplittern und Risse bekommen können. Um die scharfen Kanten 37 zu entfernen, wird die Silikonnitrid-Beschichtung 34 in der Mitte des Bereichs 33 entfernt und das Plättchen 10 wird einem zweiten kurzen anistropen Ätzprozess ausgesetzt. Dieser Ätzprozess bildet ein zweites invertiertes pyramidenstumpfförmiges Loch 38, wodurch stundenglasförmige Passagen 25 mit quadratischen Seiten, wie in Fig. 1 und 8 dargestellt, geformt werden.
Nachdem die Passagen 25 im Plättchen 10 gebildet werden, wird eine isolierende Schicht 40 aus Silikonnitrid an den Wandungen der Passagen 25 abgelagert oder wächst an diese an, um eine elektrische Isolierung des Plättchens 10, wie in Fig. 9 dargestellt, zu bilden. Danach wird, wie in Fig. 10 dargestellt, die Silikonnitrid-Beschichtung 34 von dem verbindenden Bereich 33 entfernt. Für den Zweck dieser Beschreibung kann es angenommen werden, daß die Plättchen 10-18 circa 0,448 mm dick sind, daß die Öffnung 41 am oberen Ende der Passage 25 auf einer Seite circa 0,224 mm beträgt und daß die Öffnung 42 am unteren Ende der Passage 25 auf einer Seite circa 0,672 mm beträgt.
Bezugnehmend auf Fig. 11 ist jede der Passagen 25 mit einem Pfropfen aus elektrisch leitendem, nachgiebigem Material 45 versehen. In einer der Ausführungsformen der Erfindung weist der Pfropfen 45 einen Pfropfen aus einlitzigem feinem Draht auf. Die Form des Pfropfens 45 ist ungefähr die einer Pyramide oder eines Konus. Der Durchmesser des Drahts, der für den Pfropfen 45 verwendet wird, beträgt circa 1/10tel der Breite der Oberseitenöffnung 41, d.h. 0,022 mm und das Volumen des verwendeten Drahts ist derart, daß die Passagen 25 zu bis zu 10 bis 20% ihres Volumens aufgefüllt werden; der Rest des Passagenvolumens bildet den Luftraum zwischen dem Draht im Pfropfen. Jegliche geeigneten üblichen Mittel können verwendet werden, um die Pfropfen 45 in die gewünschte Form vorzuformen.
Bezugnehmend auf Fig. 12 wird eine Anordnung 50 dargestellt, die drei der Plättchen 10-18, nämlich die Plättchen 10, 11 und 18 mit den Passagen 25 und 26 aufweist, wobei jede der Passagen mit einem Pfropfen, wie oben bezüglich Fig. 11 beschrieben, aus nachgiebigem feinen Draht versehen ist. Die Plättchen 10, 11 und 18 sind auf der Grundplatte 3 angeordnet, wobei die Passagen 25 und 26 jedes der Plättchen mit einem der Durchführungsstifte 22 in der Grundplatte 3 in Registrierung steht. Oben auf dem Stapel der Plättchen 10, 11 und 18 ist auch ein thermisch leitender Bereich 20 vorgesehen, welcher oben bezüglich Fig. 1 beschrieben wurde. Die Plättchen 10, 11 und 18 können auch Durchgangslöcher zur Aufnahme von nicht dargestellten Paßstiften aufweisen, um die Passagen in den Plättchen fluchtend zu halten. Natürlich können auch andere Mittel zur Ausrichtung der Plättchen verwendet werden.
Die Ausbildung der Passagen 25 und 26 und des Pfropfens 45, wie in Fig. 11 und 12 dargestellt, ist ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung. Die pyramidische oder konische Form jedes der Pfropfen 45 ermöglicht, daß sein Ende oder größeres Ende eine Verbindung mit dem Verbundbereich 33 bildet, während sein Scheitelbereich oder kleineres Ende eine Verbindung mit dem Grund des nächsthöheren vertikalen Pfropfens 45 bildet. Im Falle des unteren Plättchens 10, stellt der untere Teil des darin angeordneten Pfropfens 45, wie auch in Fig. 1 dargestellt, einen elektrischen Kontakt mit dem Durchführungsstift 22 her. Im Falle des oberen Blindplättchens 18, wird das Blindplättchen ohne Schaltkreise als Halterung für die obere Lage des Pfropfens 45 verwendet, um die Pfropfen zu komprimieren und eine elektrische Verbindung vom Bereich 33 auf den obersten Plättchen 11 mit Schaltungskreisen zum darunterliegen Pfropfen 45 im Plättchen 11 herzustellen.
Als eine Alternative zu dem feinen Drahtpfropfen der Fig. 12 stellt Fig. 13 eine gestaltete Form eines üblichen, nachgiebigen, leitenden Elastomers 51 dar. Eine Mehrzahl von Pfropfen 51 können, falls erwünscht, anstatt den Pfropfen 45 verwendet werden.
Bezugnehmend auf Fig. 14, ist ein Pfropfen aus elektrisch leitendem, nachgiebigem Drahtmaterial 55 in einer alternativen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen. Der Pfropfen 55 ist im wesentlichen identisch mit dem Pfropfen 45, welcher oben bezüglich der Fig. 11 und 12 beschrieben wurde, mit der Ausnahme, daß der Pfropfen 55 durch das Plättchen hindurch ragt, wobei ein Teil 56 davon dann gegen den Verbindungsringbereich 33 zurückkomprimiert wird, um zu bewirken, daß die Masse des feinen Drahts 55 in den Passagen 25 verbleibt und um einen Kontakt mit den Verbindungsring 33 zu gewährleisten. Diese Konfiguration kann anstatt der Pfropfen 45 verwendet werden, die in den Plättchen 10-17 verwendet werden und wenn diese Konfiguration im Plättchen 17 am oberen Ende des Stapels verwendet wird, kann die Verwendung des Blindplättchens 18 zur Herstellung eines elektrischen Kontakts mit dem Bereich 33 auf dem Plättchen 17 vermieden werden.
Bezugnehmend auf Fig. 15 wird die Breite s2 der Passagen 25 durch die Gleichung
s2 = s1 + t - 2 rt
vorgegeben,
wobei
s1 die Breite des Scheitelbereichs der Passagen 25 ist,
t die Dicke des Plättchens 10 ist und
r eine Konstante mit einem Wert kleiner eins, (d.h. 0,1 - 0,2), ist.
Obwohl einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung oben beschrieben werden, ist es vorstellbar, daß unterschiedliche Änderungen hierzu gemacht werden können, ohne den Inhalt oder den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Beispielsweise kann das zweite Ätzen zur Bildung des Lochs 38 wie oben beschrieben ein isotropes Ätzen sein, wobei ein Loch gleicher Größe aber mit parallel verlaufenden Seitenwandungen gebildet wird. Natürlich können die Pfropfen ähnlich gestaltet sein. In allen Fällen umfassen die Verfahren und Mittel zur Gestaltung der Passagen und der Pfropfen übliche Halbleiterplättchen-Prozeßtechniken. Dementsprechend ist es vorgesehen, daß die beschriebenen Ausführungsformen nur als illustrativ für die Erfindung angesehen werden, und daß der Bereich der Erfindung sich nicht darauf beschränken sollte, sondern daß er durch Bezug auf die nachfolgend aufgeführten Ansprüche und deren Äquivalente bestimmt wird.

Claims

1. Halbleiterkristallplättchenanordnung, umfassend mehrere Plättchen (10-18) aus halbleitendem Material, welche unter Druck aufeinander gestapelt sind, von denen jedes der Plättchen (10-18) enthält: mindestens eine Passage (25), deren Ausrichtung mit derjenigen Passage (25) in einem benachbarten Plättchen (10-18) übereinstimmt, wobei die Passage (25) ein erstes Ende, welches von einem ersten Loch (41) in einer ersten Oberfläche (30) des Plättchens (10) abgeschlossen ist, ein zweites Ende, welches von einem zweiten und relativ größeren Loch (42) in einer zweiten und gegenüberliegenden Oberfläche (31) des Plättchens abgeschlossen ist, und eine Verengung in der Passage (25) zwischen dem ersten (41) und dem zweiten (31) Ende aufweist; eine elektrisch isolierende Schicht (40), mit der die Wandung der Passage zwischen dem ersten (41) und dem zweiten Ende (42) beschichtet ist; einen elektrisch leitenden Bereich (33), der das erste Loch (41) umgibt und mit den auf der ersten Oberfläche (30) angeordneten elektrischen Schaltungen verbunden ist; sowie einen Pfropfen aus elektrisch leitendem, nachgiebigem Material (27,45,51,55), welcher in der Passage (25) angeordnet ist und, wenn er nicht komprimiert wird, über die Ebene der ersten (41) und zweiten (42) Löcher hinausragt, um eine elektrische Verbindung mit dem elektrisch leitenden Material herzustellen, welches in der im benachbarten der mehreren Plättchen (10-18) angeordneten Passage (25) angeordnet ist, wenn das benachbarte Plättchen (11) gegen entweder die ersten (30) oder die zweiten Oberflächen (31) gedrückt wird, derart daß das zweite und größere Loch (42) in einem Plättchen über den elektrisch leitenden Bereich (33) des darunterliegenden benachbarten Plättchens zu liegen kommt, so daß der in der oberen Passage (25) angeordnete Pfropfen aus elektrisch leitendem, nachgiebigem Material (27,45,51,55) eine elektrische Verbindung mit dem elektrisch leitenden Bereich (33) des unteren benachbarten Plättchens erzeugt, wenn die Plättchen zusammengedrückt werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Verengung in der Passage (25) in jedem der Plättchen (10-18) die Beweglichkeit des Pfropfens aus nachgiebigem Material (27,45,51,55) in den Passagen (25) durch das erste Loch (41) hindurch einschränkt, wenn Druck auf den Pfropfen aus nachgiebigem Material (27,45,51,55) in Richtung auf das erste Loch (41) ausgeübt wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Pfropfen aus elektrisch leitendem, nachgiebigem Material (27,45,51,55) einen konisch ausgebildeten Bereich einschließt.

4. Anordnung nach Anspruch 3, wobei der Pfropfen aus elektrisch leitendem, nachgiebigem Material (27,45,51,55) einen langgestreckten Bereich aufweist mit im wesentlichen parallel verlaufenden Seitenbereichen, die sich vom Scheitelbereich des konisch ausgebildeten Bereichs ausgehend erstrecken.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Passage (25) einen Bereich einschließt, in dem die Seitenwandungen die Form eines Pyramidenstumpfs aufweisen.

6. Anordnung nach Anspruch 5, wobei die Passage (25) einen Verlängerungsbereich aufweist mit im wesentlichen parallel verlaufenden Seitenwandungen, der sich ausgehend vom abgestumpften Ende der pyramidenförmig ausgebildeten Seitenwandungen erstreckt.

7. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Pfropfen aus nachgiebigem Material einen Pfropfen (27) aus Draht aufweist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Pfropfen aus nachgiebigem Material einen Pfropfen aus einem nachgiebigem elektrisch leitenden Elastomer (51) aufweist.

9. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Fläche (30) jedes der Plättchen (10-18) ein nachgiebiges, elektrisch leitendes Material aufweist.

10. Halbleiterkristallplättchenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anordnung weiterhin beinhaltet: ein Gehäuse (2) mit einer Grundplatte (3) und einer oberen Wandung (7), wobei die Plättchen (10-18) innerhalb des Gehäuses (2) zwischen und parallel zur Grundplatte (3) und der oberen Wandung (7) gestapelt sind; mehrere elektrisch leitende, in der Grundplatte (3) eingelassene Durchführungsstifte (22), um einen elektrischen Kontakt mit den Pfropfen aus elektrisch leitendem nachgiebigen Material (27,45,51,55) innerhalb der Passagen (25) herzustellen; und Andruckmittel zwischen der oberen Wandung (7) und dem oberen Plättchen (18) zur Zusammendrückung der Plättchen (10-18) und zum Herstellen eines elektrisch leitenden Verbindungswegs zwischen benachbarten Plättchen (10-18).

11. Anordnung nach Anspruch 10, wobei die Druckmittel Kühlmittel zur Ableitung von Wärme vom Plättchen-Stapel (10-18) zur oberen Wandung (7) hinaufweisen.

12. Anordnung nach Anspruch 11, wobei die Kühlmittel zur Ableitung von Wärme vom Plättchen-Stapel (10-18) zur oberen Wandung (7) hin einen nachgiebigen Teil (20) zur Kompensation der thermischen Expansion und Kontraktion des Plättchen-Stapels (10-18) aufweisen.

13. Anordnung nach den Ansprüchen 11 oder 12 mit in der oberen Wandung (7) befestigten und aus dieser herausragenden Mitteln zur Ableitung von Wärme aus der oberen Wandung (7).

14. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterkristallplättchenanordnung, welches die Schritte umfaßt das Vorsehen mehrerer Plättchen (10-18) aus halbleitendem Material, wobei jedes dieser Plättchen (10-18) mit einer ersten (30) und einer zweiten (31) Oberfläche versehen ist und die erste Oberfläche (30) eine elektrische Schaltung einschließt, die einen elektrisch leitenden Bereich (32-37) mit einem zentralen Loch aufweist; das Vorsehen eines ersten Lochs mit einer nach innen gerichteten Seitenwandung, die sich in jedem der Plättchen (10-18) unterhalb des Bereichs (32-37) von der zweiten Oberfläche (31) in Richtung der ersten Oberfläche (30) erstreckt; das Entfernen von Bereichen der Wandung des ersten Lochs zum Bilden eines zweiten Lochs, welches sich divergierend vom ersten Loch zu den Rändern des zentralen Lochs des auf der ersten Oberfläche (30) angeordneten Bereichs (32-37) erstreckt, wobei die ersten und zweiten Löcher zusammen eine Passage (25) bilden; das Vorsehen der freigelegten Wandungsflächen der Passage (25) in jedem der Plättchen (10-18) mit einer elektrisch isolierenden Schicht (40); das Einfügen eines Pfropfens aus elektrisch leitendem, nachgiebigem Material (27,45,51,55) in jede der Passagen (25), wobei der Pfropfen, wenn er nicht komprimiert wird, über die Ebene der Enden der Passagen (25) hinausragt; das Stapeln der Plättchen aufeinander, so daß der in eine Passage (25) in einem der Plättchen (10-18) eingefügte Pfropfen aus nachgiebigem Material (27,45,51,55) an dem in die Passage (25) des benachbarten Plättchens (10-18) eingefügten Pfropfen aus nachgiebigem Material (27,45,51,55) anliegt; sowie das Zusammendrücken der benachbarten Plättchen (10-18) zur Kompression des dazwischenliegenden Pfropfens aus nachgiebigem Material (27,45,51,55) und dadurch zum Bilden eines elektrischen Stromkreises zwischen dem in benachbarte Plättchen (10-18) eingefügten Pfropfen aus nachgiebigem Material (27,45,51,55), derart, daß das zweite und größere Loch (42) innerhalb eines Plättchens sich über den elektrisch leitenden Bereich (33) des darunterliegenden benachbarten Plättchens (10-18) erstreckt, so daß der in die Passage (25) im oberen Plättchen eingefügte Pfropfen aus elektrisch leitendem, nachgiebigem Material (27,45,51,55) eine elektrische Verbindung mit dem elektrisch leitenden Bereich (33) des unteren benachbarten Plättchens bildet, wenn die Plättchen zusammengedrückt werden.

15. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterkristallplättchenanordnung, welches die Schritte umfaßt das Vorsehen mehrerer Plättchen (10-18) aus halbleitendem Material, wobei jedes dieser Plättchen (10-18) mit einer ersten (30) und einer zweiten (31) Oberfläche versehen ist und die erste Oberfläche (30) eine elektrische Schaltung einschließt, die einen elektrisch leitenden Bereich (32-37) mit einem zentralen Loch aufweist; die Beschichtung der ersten (30) und der zweiten Oberfläche (31) jedes der Plättchen (10-18) mit einem ätzresistenten Material; das Versehen des ätzresistenten Materials auf der zweiten Oberfläche (31) jedes der Plättchen (10-18) mit einem Muster zum Öffnen eines quadratischen Bereichs im ätzresistenten Material und Freilegen des halbleitenden Materials unterhalb des Bereichs (32-37); das Aussetzen jedes der Plättchen (10-18) einem anisotropen Ätzprozess zum Bilden eines ersten Lochs mit einer nach innen gerichteten Seitenwandung, die sich in jedem der Plättchen (10-18) unterhalb des Bereichs (32-37) von der zweiten Oberfläche (31) in Richtung der ersten Oberfläche (30) erstreckt; das Versehen des ätzresistenten Materials auf der ersten Oberfläche (30) jedes der Plättchen (10-18) mit einem Muster zum Öffnen eines quadratischen Bereichs im ätzresistenten Material und zur Freilegung des halbleitenden Materials in der Mitte des Bereichs (32-37); das Aussetzen jedes der Plättchen (10-18) einem zweiten Ätzprozess zum Entfernen von Bereichen der Wandung des ersten Lochs zum Bilden eines zweiten Lochs, welches sich in jedem Plättchen (10-18) ausgehend vom ersten Loch zum ätzresistenten Material in der Mitte des quadratischen ringförmigen Bereichs (32-37) der ersten Oberfläche (30) hin unterhalb des und koaxial zu dem Bereich (32-37) erstreckt, wobei die ersten und zweiten Löcher zusammen eine Passage (25) bilden; das Entfernen des ätzresistenten Materials von der ersten Oberfläche (30) jedes der Plättchen (10-18) zum Freilegen des quadratischen ringförmigen Bereichs (32-37); das Vorsehen der freigelegten Wandungsflächen der Passage (25) in jedem der Plättchen (10-18) mit einer elektrisch isolierenden Schicht (40); das Einfügen eines Pfropfens aus elektrisch leitendem, nachgiebigem Material (27,45,51,55) in jede der durch die freilegenden Schritte gebildeten Passagen (25), wobei der Pfropfen, wenn er nicht komprimiert wird, über die Ebene der Enden der Passagen (25) hinausragt; das Stapeln der Plättchen aufeinander, so daß der in eine Passage (25) in einem der Plättchen (10-18) eingefügte Pfropfen aus nachgiebigem Material (27,45,51,55) an dem in der Passage (25) des benachbarten Plättchens (10-18) eingefügten Pfropfen aus nachgiebigem Material (27,45,51,55) anliegt; sowie das Zusammendrücken der benachbarten Plättchen (10-18) zum Komprimieren des dazwischenliegenden Pfropfens aus nachgiebigem Material (27,45,51,55) zum Bilden eines elektrischen Stromkreises zwischen dem im benachbarten Plättchen (10-18) eingefügten Pfropfen aus nachgiebigem Material (27,45,51,55) und den Bereichen (32-37), die die Passagen (25) umgeben, an denen der Pfropfen anliegt, derart, daß das zweite und größere Loch (42) innerhalb eines Plättchens sich über den elektrisch leitenden Bereich (33), der das darunterliegende benachbarte Plättchen (10-18) aufweist, erstreckt, so daß der in die Passage (25) im oberen Plättchen eingefügte Pfropfen aus elektrisch leitendem, nachgiebigem Material (27,45,51,55) eine elektrische Verbindung mit dem elektrisch leitenden Bereich (33), den das untere benachbarte Plättchen aufweist, bildet, wenn die Plättchen zusainengedrückt werden.