Anordnung mit Halbleiterbauelementen und einem Träger
Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit Halbleiterbauelementen und einem Träger, wobei die Halbleiterbauelemente in einem Halbleiterkörper mit Kontaktflecken vorgesehen sind.
Es ist bekannt, Halbleitersysteme mit einem Systemträger zu verkleben oder auf diesen aufzulegieren. Durch Kontaktierung mit Drähten werden die elektrischen Verbindungen zwischen den Kontaktflecken des Halbleiterkörpers und dem Träger hergestellt. Bei diesen Anordnungen können Ausfälle eintreten, da die genannten Drahtverbindungen schwer zu kontaktieren sind. Auch ist das bekannte Verfahren für eine automatische Durchführung ungeeignet.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine betriebssichere Verbindung von Bauelementen oder von Schaltungen mit einem Träger herzustellen. Das Verfahren zur Herstellung dieser Verbindung soll möglichst einfach sein. Seine Durchführung soll insbesondere auch automatisch erfolgen können.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass wenigstens zwei Kontaktflecken des Halbleiterkörpers über die teilweise metallisierte Oberfläche eines Zwischensubstrats aus elektrisch isolierendem Kunststoff elektrisch leitend mit dem Träger verbunden sind.
Die erfindungsgemässe Anordnung bietet neben einer erhöhten Kontaktsicherheit und Zuverlässigkeit der fertigen Bauelemente eine Herabsetzung von deren Herstellungskosten, da sie, wie noch erläutert werden wird, automatisch hergestellt werden kann.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass das Zwischensubstrat mit einem Kupferfilm kaschiert ist und dass der Kupferfilm über einen Zinnfilm mit dem Träger und den Kontaktflecken verlötet ist, derart, dass die gewünschten elektrischen Verbindungen zwischen den Kontaktflecken und dem Träger bestehen.
Der Kupferfilm gewährleistet eine gute elektrische Verbindung zwischen den Kontaktflecken und dem Träger.
Der Zinnfilm dient zur Verlötung der Kontaktflecken und des Trägers mit dem Kupferfilm.
Vorteilhafte Materialien für das Zwischensubstrat sind Epoxidharzhartpapier oder Polyimidfolie. Sie weisen die erforderliche mechanische Festigkeit auf, können einfach bearbeitet werden und sind zudem billig.
Es ist zweckmässig, dass der Kupferfilm etwa 5 -20m, insbesondere 17 llm, der Zinnfilm etwa 6 llm und das Zwischensubstrat etwa 0,01 - 0,5 mm dick sind. Diese angegebenen Dicken gewährleisten einerseits eine sichere Verbindung zwischen dem Halbleiterkörper und dem Träger und andererseits eine möglichst kleine Ausführung der gesamten Anordnung.
Es ist vorteilhaft, dass die Kontaktflecken gegenüber der übrigen Oberfläche des Halbleiterkörpers erhöht sind.
.Dadurch wird erreicht, dass bei der Kontaktierung des Halbleiterkörpers mit dem Zinnfilm des Zwischensubstrats das Halbleitermaterial nicht elektrisch kurzgeschlossen wird.
Schliesslich betrifft die Erfindung noch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemässen Anordnung, das dadurch gekennzeichnet ist, dass jeder Halbleiterkörper mit Hilfe einer heizbaren Saugpinzette über einer mit einem Kupfer- und Zinnfilm kaschierten Substratplatte einjustiert und dann auf diese aufgebracht wird, dass die Kontaktflecken jedes Halbleiterkörpers durch Erwärmen der Saugpinzette mit dem Zinnfilm verlötet werden, dass nach Kontaktierung der Halbleiterkörper mit der Substratplatte diese in die einzelnen Zwischensubstrate getrennt wird, wobei jeder Halbleiterkörper mit wenigstens einem Zwischensubstrat verlötet ist, dass schliesslich jedes Zwischensubstrat mit dem metallischen Träger verlötet wird, derart, dass die gewünschten elektrischen Verbindungen zwischen den Kontaktflecken über die kaschierte Oberfläche des Zwischensubstrats zum Träger entstehen.
Weitere Einzelheiten eines Ausführungsbeispiels der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Figuren.
Es zeigen:
Fig. 1: die erfindungsgemässe Anordnung im Schnitt,
Fig. 2: das Verfahren zur Herstellung des Gegenstandes der Fig. 1.
In den Figuren sind sich entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.
In der Fig. 1 ist ein Halbleiterkörper 1 mit erhöhten Kontaktflecken 2 versehen. Ein Zwischensubstrat 3 besteht aus einer 0,5 mm dicken Epoxidharzhartpapierplatte 4. Die Oberfläche 5 der Epoxidharzhartpapierplatte 4 ist mit einem 17 m dicken Kupferfilm 6 kaschiert, auf dem sich ein etwa 6 llm dicker Zinnfilm 7 befindet. Über die Kontaktflecken 2 ist der Halbleiterkörper 1 mit zwei elektrisch getrennten Teilen des Zinnfilms 7 verlötet. Jeder dieser getrennten Teile des Zinnfilms 7 ist mit den metallischen Trägern 10 verlötet, so dass elektrische Verbindungen zwischen den Kontaktflecken 2 und den Trägern 10 bestehen.
Wie in der Fig. 2 dargestellt, liegt zunächst eine Substratplatte 13 auf einem Arbeitstisch 15. Die Substratplatte 13 besteht aus einer mit Kupfer- und Zinnfilmen 6, 7 kaschierten Epoxidharzhartpapierplatte 14.
Mit Hilfe einer Saugpinzette 20 wird ein Halbleiterkörper 1 aufgenommen, und in der in der Fig. 2 dargestellten Lage einjustiert. Hierzu ist die Saugpinzette 20 in der zu der Oberfläche 5 parallelen Ebene beweglich ausgebildet. Dies wurde in der Fig. 2 durch die Pfeile 30 angedeutet.
Die Saugpinzette 20 weist einen Kanal 21 auf, der gestrichelt dargestellt ist. Dieser Kanal 21 ist über ein Ventil 22 mit einer Vakuumpumpe 23 verbunden. Weiterhin ist die Saugpinzette 20 mit einer Heizvorrichtung 24 versehen, die impulsgeheizt werden kann. Nach dem Einjustieren des Halbleiterkörpers 1 wird die Saugpinzette 20 abgesenkt, so dass die Kontaktflecken 2 des Halbleiterkörpers 1 in Berührung mit den vorgesehenen Zinnfilmen 7 kommen.
Dieser Verfahrensschritt ist in der Fig. 2 durch den Pfeil 31 und die gestrichelte Lage des Halbleiterkörpers 1 angedeutet.
Die Saugpinzette 20 wird durch die Heizvorrichtung 24 kurzzeitig erwärmt, so dass die Kontaktflecken 2 des Halbleiterkörpers 1 mit den Zinnfilmen 7 weich verlötet werden. Das Ventil 22 wird geschlossen, und die Saugpinzette 20 nach oben gefahren.
Nach der Verbindung sämtlicher Halbleiterkörper mit den einzelnen Filmen der kaschierten Substratplatte 13, die eine Grösse von etwa 200 cm2 zur Aufnahme von etwa 800 Halbleiterkörpern aufweist, wird die Substratplatte 13 mittels einer Schlagschere längs der strichpunktierten Linien 32 in die einzelnen Zwischensubstrate 3 unterteilt.
Die einzelnen Zwischensubstrate 3 werden dann mit den Trägern 10 verlötet, so dass die in der Fig. 1 dargestellte Anordnung entsteht. Schliesslich wird diese in ein Gehäuse einmontiert.
Arrangement with semiconductor components and a carrier
The invention relates to an arrangement with semiconductor components and a carrier, the semiconductor components being provided in a semiconductor body with contact pads.
It is known to glue semiconductor systems to a system carrier or to alloy them thereon. The electrical connections between the contact pads of the semiconductor body and the carrier are established by making contact with wires. Failures can occur with these arrangements because the mentioned wire connections are difficult to contact. The known method is also unsuitable for automatic implementation.
The present invention is therefore based on the object of establishing an operationally reliable connection between components or circuits with a carrier. The process for producing this connection should be as simple as possible. In particular, it should also be able to be carried out automatically.
To achieve this object, it is proposed that at least two contact pads of the semiconductor body are electrically conductively connected to the carrier via the partially metallized surface of an intermediate substrate made of electrically insulating plastic.
The arrangement according to the invention offers, in addition to increased contact security and reliability of the finished components, a reduction in their production costs, since, as will be explained, it can be produced automatically.
A further development of the invention consists in that the intermediate substrate is laminated with a copper film and that the copper film is soldered to the carrier and the contact pads via a tin film, such that the desired electrical connections exist between the contact pads and the carrier.
The copper film ensures a good electrical connection between the contact pads and the carrier.
The tin film is used to solder the contact pads and the carrier to the copper film.
Advantageous materials for the intermediate substrate are epoxy resin hard paper or polyimide film. They have the necessary mechanical strength, can be easily processed and are also cheap.
It is expedient that the copper film is about 5-20 m, in particular 17 m, the tin film about 6 m and the intermediate substrate about 0.01-0.5 mm thick. These specified thicknesses ensure, on the one hand, a secure connection between the semiconductor body and the carrier and, on the other hand, the smallest possible design of the entire arrangement.
It is advantageous that the contact pads are raised in relation to the remaining surface of the semiconductor body.
This ensures that when the semiconductor body is contacted with the tin film of the intermediate substrate, the semiconductor material is not electrically short-circuited.
Finally, the invention also relates to a method for producing the arrangement according to the invention, which is characterized in that each semiconductor body is adjusted with the aid of heatable suction tweezers over a substrate plate laminated with a copper and tin film and then applied to this so that the contact pads of each semiconductor body pass through Heating the suction tweezers are soldered to the tin film so that after contacting the semiconductor body with the substrate plate, it is separated into the individual intermediate substrates, each semiconductor body being soldered to at least one intermediate substrate, that finally each intermediate substrate is soldered to the metallic carrier, in such a way that the desired electrical connections between the contact pads via the laminated surface of the intermediate substrate to the carrier.
Further details of an exemplary embodiment of the invention emerge from the following description with reference to the figures.
Show it:
1: the arrangement according to the invention in section,
FIG. 2: the method for producing the object of FIG. 1.
In the figures, corresponding parts are provided with the same reference numerals.
In FIG. 1, a semiconductor body 1 is provided with raised contact pads 2. An intermediate substrate 3 consists of a 0.5 mm thick epoxy resin hard paper plate 4. The surface 5 of the epoxy resin hard paper plate 4 is laminated with a 17 m thick copper film 6 on which there is an approximately 6 μm thick tin film 7. The semiconductor body 1 is soldered to two electrically separated parts of the tin film 7 via the contact pads 2. Each of these separate parts of the tin film 7 is soldered to the metallic carriers 10 so that electrical connections exist between the contact pads 2 and the carriers 10.
As shown in FIG. 2, a substrate plate 13 initially lies on a work table 15. The substrate plate 13 consists of an epoxy resin hard paper plate 14 laminated with copper and tin films 6, 7.
With the aid of suction tweezers 20, a semiconductor body 1 is picked up and adjusted in the position shown in FIG. 2. For this purpose, the suction tweezers 20 are designed to be movable in the plane parallel to the surface 5. This was indicated in FIG. 2 by the arrows 30.
The suction tweezers 20 have a channel 21, which is shown in dashed lines. This channel 21 is connected to a vacuum pump 23 via a valve 22. Furthermore, the suction tweezers 20 are provided with a heating device 24 which can be pulse-heated. After the semiconductor body 1 has been adjusted, the suction tweezers 20 are lowered so that the contact pads 2 of the semiconductor body 1 come into contact with the tin films 7 provided.
This method step is indicated in FIG. 2 by the arrow 31 and the dashed position of the semiconductor body 1.
The suction tweezers 20 are briefly heated by the heating device 24, so that the contact pads 2 of the semiconductor body 1 are softly soldered to the tin films 7. The valve 22 is closed and the suction tweezers 20 are moved upwards.
After connecting all of the semiconductor bodies to the individual films of the laminated substrate plate 13, which has a size of about 200 cm2 to accommodate about 800 semiconductor bodies, the substrate plate 13 is divided into the individual intermediate substrates 3 by means of a pair of shears along the dash-dotted lines 32.
The individual intermediate substrates 3 are then soldered to the carriers 10, so that the arrangement shown in FIG. 1 is produced. Finally, this is installed in a housing.