DE2514012B1 - Monolithisch integrierte halbleiterschaltungsanordnung, insbesondere fuer koppelbausteine von vermittlungssystemen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine monolithisch integrierte Halbleiterschaltungsanordnung, insbesondere für Koppelbausteine von Vermittlungssystemen, mit Halbleiterschaltelementen in matrixförmiger Anordnung, mit sich überkreuzenden Eingangs- und Ausgangsleitungsbahnen, die vermittels der Schaltelemente untereinander verbindbar sind, mit Ansteuermitteln zur Betätigung der Schaltelemente und von den Ansteuermitteln zu den Schaltelementen führenden Ansteuerleitungen.

Für die Verbindung einer Mehrzahl von Eingangsleitungen und Ausgangsleitungen sind in der Vermittlungstechnik Koppelfeldeinrichtungen gebräuchlich. Konventionelle Koppelfeldeinrichtungen wurden vorwiegend mit mechanisch oder elektromechanisch betätigten Durchschaltkontakten aufgebaut. In letzter Zeit wurden bereits auch schon Koppelfelder bekannt, in denen als Schalter Halbleiterbauelemente vorgesehen sind.

So ist z. B. in der DT-AS 12 98 188 eine Anordnung beschrieben, die als Koppelfeld mit elektronischer Durchschaltung für Fernmeldevermittlungsanlagen angesprochen wird. Das Koppelfeld besteht aus einer oder mehreren über Zwischenleitung miteinander verbundenen Koppelstufen, bei denen die einzelnen Koppelstufen wiederum aus mehreren matrizenförmigen Koppelvielfachen bestehen, und bei dem die Durchschaltung eines Verbindungsweges durch Anlegung von Markierungspotentialen an Spalten und Zeilenleitung der Koppelvielfache erfolgt. Solche Anordnungen benutzen zur Durchschaltung überwiegend Vierschichtelemente, die die Eigenschaft haben, im eingeschalteten Zustand sehr niederohmig zu sein und bei Sperrung nur eine geringe Koppelkapazität zu besitzen. In der zitierten Anmeldung wird darauf hingewiesen, daß es schwierig ist, bei einer monolithischen Integration von mehreren Koppelpunkten zu einer Koppelmatrix die hohen Entkopplungswerte, die für Anwendungen in der Fernsprechvermittlungstechnik notwendig sind, einzuhalten. Es wird in der Anmeldung eine Regel gegeben, wie man durch zusätzliche Veränderungen in dem Halbleiterkörper z. B. durch Änderung der Minoritätsladungsträgerlebensdauer zu besseren Eigenschaften der Elemente kommen kann.

Eine Weiterbildung solcher Koppelmatrizen insbesondere im Hinblick auf eine Verbesserung in den

Ansteuerur.gsmöglichkeiten wird in der DT-AS 18 12 542 beschrieben. Durch die Kombination des Vierschichtelementes als Schalter mit einem MOS-EIement zur Ansteuerung in monolithischer Integration wird es möglich, eine hochohmige Charakteristik für die Ansteuerung des Elementes zu erreichen. Eine besondere Spezialität dieser Vorschläge ist in dem Steuerungskonzept für solche Koppelmatrizen zu sehen. Der Verbindungsweg über das Koppelfeld kann bei der vorgeschlagenen Anordnung selbsttätig und in freier Auswahl über mehrere Stufen aufgebaut werden, wenn die beiden Enden des gewünschten Verbindungsweges markiert werden. Die Kreuzpunktdioden zünden in willkürlicher Weise und nur der Verbindungsweg, der zwischen den beiden markierten Enden voll aufgebaut ist, kann sich halten.

Eine andere Möglichkeit der Durchschaltung von Fernsprechsignalen ist in der DT-AS 20 33 647 beschrieben, die davon ausgeht, daß als Schalter MOS-Transistoren eingesetzt werden. In dieser Anmeldung werden insbesondere spezielle Ansteuerungs- und logische Verarbeitungsschaltungen für den Betrieb von Koppelmatrizen vorgeschlagen. Dabei wird auch bereits der Gedanke erwähnt, die Schaltertransistoren zusammen mit der Ansteuerungslogik der Koppelmatrix in Form einer integrierten MOS-Schaltung zusammenzufassen.

Darüberhinaus ist aus der DT-AS 23 33 190 bekannt, die als Halbleiterschalter ausgeführten Durchschaltelemente für eine symmetrische Durchschaltung auszulegen. Dabei sollen die Steuerelektroden der beiden für den Aufbau einer Verbindung notwendigen Durchsehaltelemente verbunden werden und dieser gemeinsamen Leitung der Steuerstrom zugeführt werden.

Bei allen bisher bekannten Anordnungen ist der Nachteil erkennbar, daß die Anforderungen an ein sehr hohes Schaltverhältnis, d.h. einen sehr niedrigen Einschaltwiderstand und eine sehr geringe Restkopplung bei ausgeschaltetem Zustand, nur mit Zusatzaufwand erfüllt werden können.

Dabei ist allerdings der erreichbare Integrationsgrad für Schaltelemente mit den gewünschten Eigenschaften, Durchlaßwiderstand kleiner als etwa 10 Ohm, und Sperrdämpfung größer als 100 dB sehr gering. Für eine wirtschaftliche Lösung in der Vermittlungstechnik kommen aber nur möglichst hochintegrierte Koppelfeldeinrichtungen mit einer großen Anzahl von Schaltelementen in Betracht, weil nur auf diese Weise möglichst geringe Kosten pro Schaltelement entstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung mit einer Vielzahl von Schaltelementen anzugeben, die im geschlossenen Zustand einen geringen Durchlaßwiderstand und die im geöffneten Zustand eine hohe Sperrdämpfung aufweisen und bei der trotz einer relativ großen Anzahl von auf engem Raum angeordneten Schaltelementen eine hohe Über- 5s Sprechsicherheit erreichbar ist und die mit den bekannten Verfahren der Halbleitertechnik einfach und wirtschaftlich hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird bei einer Halbleiterschaltungsanordnung der eingangs näher bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schaltelemente jeweils paarweise zusammengefaßt zwischen je zwei Eingangs- bzw. Ausgangsleitungsbahnen derart angeordnet sind, daß die jeweils paarweise zusammengefaßten Schaltelemente mit je einem ihrer Anschlüsse gemeinsam an die nächstgelegene Eingangsleitung und mit jeweils ihrem anderen Anschluß getrennt an je eine der benachbarten Ausgangsleitungen geführt sind.

Durch diese Maßnahme wird eine weitgehende »Planarisierung« insbesondere des weiter innen gelegenen Bereichs der Schaltungsanordnung erreicht, das heißt, die Anzahl der Überkreuzungsstellen zwischen Leitungsbahnen, die ja im Gegensatz zu der sonst überwiegend sich flächenhaft erstreckenden Schaltungsanordnung eine räumliche Struktur bilden, wird erheblich verringert. Ebenso wird die Zahl der Kontaktstellen in den für Bausteine höheren Integrationsgrades notwendigen zweilagigen Verdrahtungen stark verringert.

Die Erfindung bietet den Vorteil, daß eine relativ große Anzahl von Koppelpunkten auf engstem Raum zusammengefaßt werden kann. Es entsteht auf diese Weise ein Koppelfeld mit im Vergleich zu herkömmlichen Koppelfeldern geringen Abmessungen, was zu bedeutenden Raumeinsparungen in Vermittlungseinrichtungen führt. Trotz der gedrängten Anordnung von Koppelpunkten auf engstem Raum wird dabei durch die Verringerung der Anzahl von Leitungsbahnüberkreuzungen und Kontakten eine schädliche kapazitive Kopplung zwischen nicht zusammengeschalteten Leitungen, die ein unterwünschtes Übersprechen zur Folge haben könnte, weitgehend vermieden. Schließlich hat sich herausgestellt, daß durch die verringerte Anzahl von Leitungsbahnüberkreuzungen und Kontakten die Ausbeute bei der Herstellung des Koppelfeldes wesentlich erhöht werden kann. Gerade an Kreuzungsstellen besteht nämlich bei den heute üblichen Herstellungsverfahren der integrierten Schaltkreise eine große Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Kurzschlüssen, die die Unbrauchbarkeit des gesamten Schaltkreises nach sich ziehen. Bei Kontakten besteht dagegen das Problem der Darstellung eines genügend kleinen Übergangswiderstandes bei beschränkter Größe der Kontaktstelle.

Vorteilhaft wird die Übersprechdämpfung noch durch eine Abschirmwirkung erhöht, die sich dadurch ergibt, daß die in der Schaltungsanordnung vorgesehenen Ansteuermittel zur Durchschaltung bzw. Sperrung der Schaltelemente sowie die von den Ansteuermitteln zu den Schaltelementen führenden Ansteuerleitungen in einer Spalte zwischen je zwei Spalten von Schaltelementen angeordnet sind.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 einen an sich bekannten Koppelbaustein mit Eingangs- und Ausgangsleitungsbahnen sowie matrixförmig angeordneten Schaltelementen,

Fig.2 in einer schematischen Darstellung Ausführungsformen für erfindungsgemäße Schaltungsanordnungen (F i g. 2a, 2b, 2c, 2d, 2e),

F i g. 3 ein Schaltbild eines Koppelfeldes mit 5x4 Koppelpunkten,

Fig.4 einen Auszug aus der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit dem Aufbau eines Schaltelements,

F i g. 5 die Schaltungsanordnung in einem Trägergehäuse montiert.

■ F i g. 1 zeigt zunächst einen an sich bekannten erdsymmetrischen Koppelbaustein nach Art eines Kreuzschienensystems, der Eingangsleitungspaare JB¹Ia, EXb,... E 5a, E5b, Ausgangsleitungspaare AIa, Alb, ... A4a, A4b sowie lediglich schematisch angedeutete Schaltelemente VU, VW,... F54, V54' enthält. Zum Herstellen einer Verbindung zwischen den Eingangsleitungen Eta, Eib und den Ausgangsleitungen AXa, AXb, beispielsweise, müssen die Schaltelemente VXX

und V1Γ durchgeschaltet werden, während alle übrigen Schaltelemente gesperrt bleiben. Dieses Koppelfeld besteht aus einer Matrix von 5x4 erdsymmetrisch betriebenen Koppelpunkten, wobei jeder Koppelpunkt zwei Durchschaltelemente enthält. Der an sich gewünschte Kopplungsausgleich durch 4 gleiche Überkreuzungskapazitäten, die bei erdsymmetrischer Übertragung zu keiner unerwünschten Kopplung führen, soll aus technologischen Gründen ausgeschlossen werden. Nachteilig ist bei einem derartigen Koppelfeld die relativ große Anzahl von Leitungsbahnüberkreuzungen, die unerwünschte unsystematische kapazitive Kopplungen zwischen den sich kreuzenden Leitungen zur Folge hat und die Gefahr von Kurzschlüssen durch den Herstellungsprozeß vergrößert. Dadurch wird es erheblich erschwert, die im allgemeinen geforderten hohen Dämpfungswerte zur Vermeidung von Übersprechen einzuhalten und entsprechende Ausbeuten bei der Herstellung der Bausteine zu erzielen.

Nach der Erfindung kann eine erhebliche Reduzierung der Anzahl von Leitungsbahnüberkreuzungen und Kontakten und damit eine Verringerung der Gefahr von unsystematischen kapazitiven Verkopplungen und Kurzschlüssen dadurch erreicht werden, daß die Schaltelemente jeweils paarweise zusammengefaßt zwischen je zwei Eingangs- bzw. Ausgangsleitungsbahnen derart angeordnet sind, daß die jeweils paarweise zusammengefaßten Schaltelemente mit je einem ihrer Anschlüsse gemeinsam an die nächstgelegene Eingangsleitung und mit jeweils ihrem anderen Anschluß getrennt an je eine der benachbarten Ausgangsleitungen geführt sind. Dies wird nachfolgend unter Bezug auf die Figuren 2 näher erläutert.

Dargestellt ist in F i g. 2a wiederum eine matrixförmige Anordnung von schematisch angedeuteten Schaltelementen VIl, VH'... V54, V54' mit Eingangsleitungen E\a, E\b... E 5a, E5b und Ausgangsleitungen AIa, Alb,... A 4a, A4b. Diese Anordnung stellt ein Koppelfeld dar mit 5x4 Koppelpunkten, wobei jeder Koppelpunkt zwei Schaltelemente besitzt. Die Schaltelemente sind jeweils paarweise zusammengefaßt. Als Beispiel werden die Schaltelemente VH und V12 betrachtet, die zwischen zwei Ausgangsleitungen Λ la, A 2a und eine Eingangsleitungsbahn E\a angeordnet sind. Mit je einem ihrer Anschlüsse sind die Schaltelemente untereinander verbunden; die Verbindungsstelle ist an die nächstgelegene Eingangsleitung £"la geführt. Mit seinem anderen Anschluß ist jedes der Schaltelemente VIl, V12 getrennt an eine der benachbarten Ausgangsleitungen Ala, A2a geführt. In der hier gewählten schematischen Darstellung der Schaltelemente sind lediglich diejenigen Anschlüsse der Schaltelemente gezeichnet, die unmittelbar an der Herstellung einer Verbindung zwischen Leitungsbahnen der Eingangs- und Ausgangsleitungen beteiligt sind. Wie weiter unten noch ausgeführt wird, sind die Schaltelemente Halbleiterbauelemente wie z. B. MOS-Transistoren, die mindestens einen weiteren Anschluß aufweisen, über den ein Ansteuersignal zugeführt wird, das die Durchschaltung bzw. Sperrung des Schaltelements bewirkt. Diese Anschlüsse sind in der Figur nicht gezeichnet. Sie können auch für die Diskussion der Übertragungseigenschaften außer Betracht gelassen werden, weil bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Ansteuerungsschaltung die Steueranschlüsse der Durchschaltelemente wechselstrommäßig immer niederohmig mit der Masseleitung verbunden sind. Wie aus Fig.2a ersichtlich ist, führt eine derartige Anordnung der Schaltelemente sowie die darauf abgestimmte Anordnung der zu diesen Schaltelementen führenden Eingangs- und Ausgangsleitungsbahnen insbesondere im inneren Bereich der Schaltungsanordnung zu einer wesentlich verminderten Anzahl von Leitungsbahnüberkreuzungen, die im allgemeinen zu schädlichen kapazitiven Verkopplungen Anlaß geben.

Eine gewisse Mindestzahl von Leitungsbahnüberkreuzungen ist allerdings nicht zu vermeiden. Wie aus der F i g. 2a ersichtlich ist, werden durch die Anordnung der Schaltelemente sowie der Eingangs- und Ausgangsleitungen diese Leitungsbahnüberkreuzungen jedoch an den Rand der Schaltungsanordnung verlagert. Dadurch eröffnet sich die Möglichkeit, die unumgänglich notwendigen Leitungsbahnüberkreuzungen durch Bondverbindungen la, 16 ... 5a, 5b sowie \b' und 36' herzustellen. In einer schmalen Randzone der integrierten Schaltungsanordnung sind ohnehin Kontaktflächen für eine Bondverbindung der Anschlußstellen der Halbleiterschaltung mit den Anschlußleitungen eines die Schaltungsanordnung aufnehmenden Trägergehäuses vorzusehen. Die Ausbildung der Leitungsbahnüberkreuzungen ebenfalls durch Bondverbindungen bietet daher keine besonderen Schwierigkeiten. Da bei den durch Bondverbindungen hergestellten Leitungsbahnüberkreuzungen die sich kreuzenden Leitungsteile relativ weit voneinander entfernt sind, besteht kaum die Gefahr einer kapazitiven Kopplung zwischen den sich kreuzenden Leitungsteilen und auch eine Kurzschlußgefahr kann ausgeschlossen werden. In den F i g. 2b bis 2e sind erfindungsgemäße Weiterbildungen der Koppelmatrix dargestellt.

Geht man davon aus, daß für den Gehäuseeinbau und auch den Aufbau von Bausteinen auf einer gedruckten Karte das Paar von Anschlußleitungen Ej_x b bzw. Aka.b jeweils gegenüber dem benachbarten Paar durch eine wechselspannungsmäßig niederohmig auf Massepotential liegende Steuerleitung getrennt sein soll, was auch für die Anordnung nach F i g. 2a gelten soll, dann kann man in Weiterbildung des Erfindungsgedankens eine Anordnung nach Fig.2b angeben. Hier ist eine Anordnung der Spaltenleitungen in der Matrix gegenüber F i g. 2a so vorgenommen worden, daß noch nahe die Hälfte der Überkreuzungen in der Matrix eingespart worden ist, wobei die Lage der Außenanschlüsse unverändert bleibt. Es ergibt sich dann allerdings die in der F i g. 2b oben dargestellte komplizierte Leitungsführung am Rande der Schaltung in unmittelbarer Umgebung der Bondanschlüsse. Fig.2c zeigt eine weitere Realisierungsmöglichkeit für die Schaltung mit auf die obere und untere Seite verteilten Ausgangsanschlüssen.

Die in Fig.2d dargestellte Anordnung ist mit noch einfacherer Leitungsführung im Randbereich aufgebaut, verlagert allerdings die Schwierigkeiten in die zusätzlich notwendigen, geerdeten, Entkopplungsleitungen zwischen den einzelnen Spaltenleitungen, die bei entsprechender Layoutgestaltung auf der Druckkarte nur in den Anschlußleitungen des Gehäuses und im Übergang auf die Druckkarte gebraucht wird.

Nach einem ähnlichen Prinzip ist die Zuordnung der Leitungen in Fig.2e vorgenommen worden. Dieser Topologievorschlag ist besonders für den Einbau des Halbleiterchips in ein Dual-in-Line-Gehäuse gedacht, wobei die entsprechenden Anschlüsse der Spaltenleitungen a und b bei einem Einbau der Chips mit den Spaltenleitungen parallel zur Längserstreckung des Gehäuses jeweils symmetrisch an getrennte Seiten des

Gehäuses geführt werden und dann auf der gebondeten Platte wieder paarweise zusammengefaßt werden können. Mindestens im Gehäuse ist aber hier die Trennung aller Ausgänge untereinander durch eine geerdete Steuerleitung notwendig.

Fig.3 zeigt ein Schaltbild eines Koppelfeldes (Topologieplan für die Ausführung des Layouts der integrierten Schaltung) mit 5x4 Koppelpunkten. Die einzelnen geometrischen Einheiten, die jeweils aus zwei Durchschaltelementen bestehen sind mit 11/12, 11712', 12/13,.. 53/54,53754' bezeichnet. Jede Einheit enthält 2 Durchschaltelemente, die mit jeweils einem ihrer Anschlüsse untereinander und mit einer Eingangsleitung verbunden sind. Ein weiterer Anschluß jedes Durchschalteelements ist mit der nächstgelegenen Ausgangsleitung verbunden. Beispielsweise ist die Verbindungsstelle der in der Einheit 11/12 enthaltenen Durchschaltelemente mit der Eingangsleitung EXa verbunden. An die gleiche Eingangsleitung führt auch die Verbindungsstelle der in der mit 13 bezeichneten Einheit enthaltenen Durchschaltelemente. Wie bereits schon unter Bezug auf F i g. 2a erläutert, wird das Leitungsstück der Eingangsleitung EXa zwischen der Verbindungsstelle der Schaltelemente in der Einheit 11/12 und der am Rande der Schaltungsanordnung befinlichen Kontaktfläche 11' vorzugsweise durch eine Bondverbindung realisiert, wobei die Ausgangsleitung Ata überkreuzt wird. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird die Bondstelle 11' weggelassen und es erfolgt eine direkte Bondverbindung zwischen dem Anschluß in der Einheit 11 und der entsprechenden Kontaktstelle im Gehäuse. Aus der F i g. 3 wird deutlich, daß entsprechendes für die weiteren Einheiten gilt. Die Koppelpunkte sind in Form einer Matrix in Zeilen und Spalten angeordnet. Bei der beabsichtigten Verwendung als Koppelfeld in Vermittlungseinrichtungen werden sehr hohe Anforderungen an die Übersprechfreiheit gestellt. Das heißt, es muß sichergestellt sein, daß möglichst keine Einkopplung aus einer durchgeschalteten Verbindung in eine nicht durchgeschaltete Leitung auftritt. Neben der Verminderung der Anzahl von Leitungsbahnüberkreuzungen wird bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eine hohe Übersprechdämpfung dadurch erreicht, daß die Ansteuermittel zur Durchschaltung bzw. Sperrung der Schaltelemente sowie die von den Ansteuermitteln zu den Schaltelementen führenden Ansteuerleitungen spaltenförmig zwischen je zwei Spalten von Koppelpunkten angeordnet werden. Als Ansteuermittel zur Durchschaltung bzw. Sperrung der Schaltelemente dienen in integrierter Technik hergestellte Inverterschaltungen. In Fig.3 sind zwei Spalten von Inverterschaltungen 30 angedeutet, die zwischen je zwei Spalten von Koppelpunkten 11/12 bis 51/52 und 11712' bis 51752' bzw. 13/14 bis 53/54 und 13Ί4' bis 53754' angeordnet sind. Jeweils eine Inverterschaltung 30 ist jedem der beiden in einem Koppelpunkt enthaltenen Durchschaltelemente (symmetrische Durchschaltung) zugeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die von den Ansteuermitteln (Invertern) zu den Schaltelementen führenden An-Steuerleitungen, die wesentlich zur Schirmwirkung beitragen, nicht dargestellt.

Als Ansteuermittel zur Durchschaltung bzw. Sperrung der Schaltelemente werden Inverterschaltungen vorzugsweise deshalb verwendet, weil über sie eine besonders gute Entkopplung zwischen Eingang und Ausgang der Durchschaltelemente erreichbar ist. Das mit dem Ausgang der Inverterschaltung verbundene Durchschaltelement wird über die volle Höhe der an der Schaltungsanordnung liegenden Betriebsspannung durchgesteuert und dadurch relativ störfrei in den »Ein« bzw. »Aus-« Zustand versetzt, ohne daß benachbarte Schaltelemente in unerwünschter Weise ebenfalls zu Schaltvorgängen angeregt würden.

Die gesamte Schaltungsanordnung ist monolithisch integriert in MOS-Technologie hergestellt, wodurch eine große Anzahl von Durchschaltelementen samt den zu ihrer Betätigung erforderlichen Ansteuermitteln mit dem Ergebnis einer bedeutenden Raum- und Kostenersparnis eng beieinander auf einem einzigen Substrat vereinigt werden können.

Vorteilhaft werden die aktiven Elemente der Schaltungsanordnung in p-Kanal-Technologie unter Anwendung der Ionenimplantation zur kontrollierten Einstellbarkeit der Schwellspannungen der MOS-Inverterlasttransistoren hergestellt. Dadurch können auf recht einfache Weise Transistoren vom Anreicherungstyp und solche, vom Verarmungstyp in der gleichen monolithisch integrierten Schaltungsanordnung vereinigt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält jede der Inverterschaltungen 30 einen Treibertransistor vom Anreicherungstyp und einen Lasttransistor vom Verarmungstyp. Bei MOS-Transistoren vom Verarmungstyp tritt bekanntlich schon bei einer Gate-Source-Spannung von Null Volt ein Stromfluß auf. Sie wirken daher für den Fall des leitenden Treibertransistors, der das Gate des Durchschaltetransistors niederohmig mit Masse verbindet, näherungsweise wie Stromquellen, während sie im Falle des gesperrten Treibertransistors das Steuergate wechselspannungsmäßig niederohmig mit Masse verbinden.

Wie bereits vorstehend erwähnt, wird für die Durchschaltelemente, die wahlweise eine Verbindung bzw. Trennung zwischen Eingangs- und Ausgangsleitungen herstellen sollen, ein möglichst geringer Durchlaßwiderstand im »Ein-« und ein möglichst hoher Sperrwiderstand im »Aus-« Zustand gewünscht. Niederohmige MOS-Transistoren mit einem Durchlaßwiderstand im »Ein« Zustand in der Größenordnung einiger Ohm sind aber nur mit einem relativ großen Verhältnis von Kanalbreite zu Kanallänge realisierbar. Beispielsweise hat dieses Verhältnis den Wert 1000. Bei einer minimal erreichbaren Kanallänge von etwa 5 Mikrometern ergibt sich bei der angenommenen Verhältniszahl eine Kanalbreite von 5000 Mikrometern. Dieser Wert macht deutlich, daß eine raumsparende Anordnung einer Vielzahl derartiger Transistoren nicht ohne weiteres möglich erscheint.

Zur Vermeidung dieses Nachteils werden die aus MOS-Transistoren bestehenden Durchschaltelemente daher zweckmäßig mit einem mäanderförmigen Verlauf der Elektrodenanschlüsse ausgebildet. Auf diese Weise kann auch ein MOS-Transistor mit relativ großer Kanalbreite mit nur geringem Flächenbedarf hergestellt werden. Der Aufbau eines derartigen Schaltelementes ist in F i g. 4 dargestellt, die die Leiterbahnmaske für einen Ausschnitt aus einem Koppelbaustein wiedergibt. Zwischen den beiden Spaltenleitungen 40 und 41 sind zwei Durchschaltetransistoren angeordnet. Von den Spaltenleitungen zweigt jeweils eine Leitung ab, die den Sourceanschluß des MOS-Transistors kontaktiert. Der Drainanschluß für beide Transistoren wird durch die Leitungsanordnung 45 mit dem Bondanschluß 42 verbunden. Die Metallisierung der Steuergale der beiden Transistoren ist mit 43 und 44 bezeichnet. Die Verbindung der Steuergates zu den Entkopplungsinver-

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tern erfolgt über diffundierte Untertunnelungen der Spaltenleitung 40.

Bei hohen Aussteuerspannungen könnte infolge des Substratsteuereffektes ein Übersprechen stattfinden; dieses wird zweckmäßig durch eine zusätzlich angelegte Substratvorspannung in geeigneter Höhe verhindert. Erprobte Werte liegen im Bereich von einigen Volt.

Wie aus F i g. 3 ersichtlich ist, sind in der Schaltungsanordnung neben den Schaltelementen in den Koppelpunkten 11/12 ... 53754' und den Inverterschaltung 30 noch Haltespeicher in Form statischer bistabiler Kippstufen (Flip-Flop) 300 vorgesehen, von denen jeweils einer einem der Koppelpunkte und der dazugehörenden Inverterschaltung zugeordnet ist. Von diesen Speichern führen Verbindungsleitungen zu den Schaltelementen bzw. zu deren Ansteuermitteln, die in vorteilhafter Weise ebenfalls die Abschirmwirkung zwischen den Schaltelementen und den Eingangs- und Ausgangsleitungen erhöhen.

Darüberhinaus ist in dem in F i g. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine zusätzliche Abschirmung 100 vorgesehen, die zwischen je zwei Spalten dieses aus 5x4 Koppelpunkten bestehenden Koppelfeldbausteins angeordnet ist.

Die monolithisch integrierte Schaltungsanordnung wird in üblicher Weise von einem Trägergehäuse aufgenommen, das mit Steckanschlüssen versehen, eine leichte Austauschbarkeit des Koppelbausteins ermöglicht. Ein Schnitt durch ein derartiges Gehäuse ist in F i g. 5 dargestellt. Innerhalb des Gehäuses 50 liegen

ίο Leitungsbahnen 51, die den integrierten Schaltkreis 52 mit den nach außen führenden Anschlüssen 1 bis 28 des Gehäuses verbinden. Eine elektrische Verbindung zwischen Schaltkreis 52 und Leitungsbahnen 51 ist mittels Bondanschlüssen 53 hergestellt. Die a- und b-Adern der Leitungspaare sind jeweils auf getrennten Seiten des Gehäuses angeordnet und können auf der gedruckten Platte zu einem Leitungspaar zusammengefaßt werden. Jeweils zwischen den einzelnen Zeilenbzw. Spaltenleitungen sind Steuerleitungen angeordnet, die gleichzeitig der Entkopplung dienen.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Monolithisch integrierte Halbleiterschaltungsanordnung, insbesondere für Koppelbausteine von Vermittlungssystemen, mit Halbleiterschaltelementen in matrixförmiger Anordnung, mit sich überkreuzenden Eingangs- und Ausgangsleitungsbahnen, die vermittels der Schaltelemente untereinander verbindbar sind, mit Ansteuermitteln zur Betätigung der Schaltelemente und von den Ansteuermitteln zu den Schaltelementen führenden Ansteuerleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente jeweils paarweise zusammengefaßt zwischen je zwei Eingangs- bzw. Ausgangsleitungsbahnen derart angeordnet sind, daß die jeweils paarweise zusammengefaßten Schaltelemente mit je einem ihrer Anschlüsse gemeinsam an die nächstgelegene Eingangsleitung und mit jeweils ihrem anderen Anschluß getrennt an je eine der benachbarten Ausgangsleitungen geführt sind.

2. Monolithisch integrierte Halbleiterschaltungsanordnung, insbesondere für Koppelbausteine von Vermittlungssystemen, mit Halbleiterschaltelementen in matrixförmiger Anordnung, mit sich überkreuzenden Eingangs- und Ausgangsleitungsbahnen, die vermittels der Schaltelemente untereinander verbindbar sind, mit Ansteuermitteln zur Betätigung der Schaltelemente und von den Ansteuermitteln zu den Schaltelementen führenden Ansteuerleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Planarisierung des inneren Bereichs der Schaltungsanordnung angestrebt wird, zumindest aber eine erhebliche Reduzierung der Anzahl der Überkreuzungsstellen dadurch erreicht wird, daß eine schmale Randzone der integrierten Schaltungsanordnung, die üblicherweise zur Bondverbindung der Anschlußstellen der Halbleiterschaltung mit den Anschlußstiften eines die Schaltungsanordnung aufnehmenden Trägergehäuses dient, benutzt wird zur Überkreuzung mit Bondverbindungen.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ansteuerleitungen sowie Ansteuermittel zur Durchschaltung bzw. Sperrung der Schaltelemente zur Vergrößerung der Abschirmwirkung in einer Spalte zwischen je zwei Spalten von Schaltelementen angeordnet sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Ansteuermittel zur Durchschaltung bzw. Sperrung der Schaltelemente monolithisch integrierte Inverterschaltungen vorgesehen sind, die in unmittelbarer Nachbarschaft der zugehörigen Schaltelemente angeordnet sind.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem erdsymmetrischen Koppelbaustein für jeden der beiden Durchschaltelemente in einem Koppelpunkt eine Inverterschaltung (30) vorgesehen ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Koppelpunkt nur ein einziger Haltespeicher vorgesehen ist, der seinerseits die beiden Inverter einstellt.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Inverterschaltung aus einem Treibertransistor vom Anreicherungstyp und einem Lasttransistor vom Verarmungstyp besteht.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Schwellspan-

nung des aus einem MOS-Transistor vom Verarmungstyp bestehenden Lasttransistors durch einen Ionenimplantationsprozeß erzeugt ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchschaltelemente MOS-Transistoren mit einem großen Verhältnis von Kanalbreite zu Kanallänge sind, bei welchen MOS-Transistoren die Kanallänge bestimmenden Source- und Drainbereiche mäanderförmig ineinander verschachtelt sind.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden zu einer geometrischen Einheit zusammengefaßten Durchschalteelemente einen gemeinsamen Elektrodenanschluß haben.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Kanalbreite zu Kanallänge einen Wert von 1000 nicht wesentlich unterschreitet.