DE1564354A1 - Metallteil fuer Halbleiter-Bauelemente - Google Patents

Metallteil fuer Halbleiter-Bauelemente

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Description

HELMUT GÖRTZ
6 Frankfurt am Main 70 19.-Sept. 1966
Schneckenhofsfr. 27-Tel.61 7079 pA /
MOTOEOLA Inc., 9401 West Grand Avenue, Franklin Park, 111./TJSA.
Metallteil für Halbleiter-Bauelemente
Die Erfindung betrifft Halbleiter-Bauelemente und insbesondere ein metallisches Halterungsteil, auf dem ein aktives Element (Halbleiterkörper) montiert und angeschlossen werden kann, so daß unter Verwendung automatischer Einrichtungen zur Montage und Kapselung ein fertiges Halbleiter-Bauelement erhalten wird. Die Erfindung bezieht sich ferner auf Halbleiter-Bauelemente, bei denen derartige Metallteile vorgesehen sind.
Das aktive Element oder der Halbleiterkörper eines halbleiter-Bauelements hat im allgemeinen sehr geringe Abmessungen. Der Halbleiterkörper wird bei einem derartigen Bauelement vorteilhafterweise derart montiert, daß ein guter ohmacher Kontakt zwischen dem Halbleiterkörper und der Montagefläche erhalten wird. Die Montagefläche dient ferner der Abführung von Wärme vom Halbleiterkörper sowie als elektrischer Anschluß zwischen dem Halbleiterkörper und der äußeren Schaltung. In der Halbleitertechnik ist es üblich, den Halbleiterkörper auf einem Sockel anzubringen, von dem die äußeren Zuleitungen ausgehen. Der Sockel ist unmittelbar mit einer der äußeren Zuleitungen verbunden und führt infolgedessen Wärme ab und stellt die Verbindung des Halbleiterkörpers mit der äußeren Schaltung her. Nachdem der Halbleiterkörper angeschlossen ist, was im allgemeinen mittels feinen Drähten geschieht, die zu den weiteren äußeren Zuleitungen führt, wird die Anordnung in ein geeignetes Schutzmedium eingebracht, im allgemeinen in ein Iwetallgehäuse, das mit dem Sockel dicht verbunden wird. Bei dieser Art
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der Montage des Bauelements müssen im Rahmen der Herstellung des Sockels und der nachfolgenden Montage zahlreiche Einzelteile gehandhabt werden. Ein erheblicher Teil des Preises eines auf diese Weise montierten Halbleiter-Bauelemente ergibt sich aus Arbeitskosten für die Handhabung kleiner einzelner Teile sowie aus der Vormontage den? Sockel.
In der modernen Halbleitertechnik wurden die Herstellungskosten der verhältnismäßig kleinen Halbleiterkörper erheblich gesenkt. Im Rahmen dieser fortschrittlichen Technologie wurden jedoch die Kosten für die Unterbringung des Halbleiterkörpers nicht entsprechend vermindert, so daß die Kosten eines derartigen Halbleiter-Bauelements den fortgeschrittenen Stand der Halbleitertechnik nicht voll wiederspiegeln.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrund, ein kunststoffgekapseltes Halbleiter-Bauelement zu schaffen, dessen Teile sich für eine automatische Montage eignen, das aber dessen ungeachtet in Massenfertigung völlig gleichförmig gehalten werden kann.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Metallteils zur Montage eines Halbleiterkörpers, das die Montagekosten eines Halbleiter-Bauelements dadurch verringert, daß es den Einsatz mit hohem Durchsatz arbeitender Montage- und Kapselvorrichtungen gestattet.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Metallteils zur Halterung eines Halbleiterkörpers, das derart beschaffen ist, daß das montierte Halbleiter-Bauelement die übliche Emitter-Basis-Kollektor-Grruppierung der Zuleitungen aufweist, wobei die Zuleitungen abgerundet sind, um das Einsetzen in herkömmliche Aufnahmevorrichtungen elektrischer Schaltungen zu ermöglichen.
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Mit der Erfindung wird ein kunststoffgekapseltes Halbleiter-Bauelement mit gestanzten Zuleitungen erhalten, dessen Abmessungen äußerst klein sind, das im Gebrauch robust ist und das in Verbindung mit herkömmlichen Passungen und Aufnahmevorrichtungen verwendbar ist.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird ein Metallteil geschaffen, das eine Anzahl von einzelnen, einteilig verbundenen Zuleitungen mit zugehörigen Drahtanschluß- und Halbleitermontageflächen aufweist. Die Zuleitungen sind derart miteinander verbunden, daß die Drahtanschluß- und Halbleitermontageflächen während der Montage des Halbleiterkörpers und dem Anschließen der Drähte genau ausgerichtet bleiben. Dies erleichtert außerdem die Handhabung einer Mehrzahl von Zuleitungsgruppen als einteilige Einheit während der Montage und Kapselung des Halbleiter-Bauelements·
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die Schaffung eines gestanzten Metallteils mit feilmarken in zwei einander gegenüberliegenden Abschnitten, die mit Teilen der Zuleitung des Metallteils einteilig verbunden sind, was eine genaue Ausrichtung der Drahtanschluß- und Halbleitermontageflächen in Einrichtungen zur automatischen Montage und Kapselung erlaubt.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die öchaffung eines einteiligen Metallteils mit mehreren Zuleitungsgruppen, bei dem eine Zuleitung eine Halbleitermontagefläche aufweist, die in einer zur Ebene der Leitergruppen parallelen Ebene unter einem Winkel von 90° absteht. Die Halbleitermontagefläche ist so angeordnet, daß sie mit den weiteren Zuleitungen derart zusammenwirkt, daß das Halbleiter-Bauelement z. B. eine Gruppierung der
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- 4 Zuleitungen in der folge Emitter-Basis-Kollektor aufweist.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit· den beiliegenden Zeichnungen:
Es zeigt:
Figur 1 in größerem Maßstab eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäß ausgebildetes Metallteil,
Figur 2 einen Schnitt entlang der linie 2-2 der Fig. 1, der den Abstand der Ebenen der Halbleitermontageflächen und der Drahtanschlußflächen erkennen läßt,
Figur 3 in größerem Maßstab eine perspektivische Ansicht des Metallteils nach Figur 1,
Figur 4 eine perspektivische Ansicht einer Prgssspritzform, die zur Ausbildung der kapselung um den Halbleiterkörper verwendet wird, der auf einem erfindungsgemäß hergestellten Metallteil montiert und mit den betreffenden Zuleitungen verbunden ist,
Figur 5 eine Draufsicht auf eine Reihe von Transistoren nach Kapselung in Kunststoff und
Figur 6 eine perspektivische Ansicht eines einsatzbereiten, gekapselten Transistors in natürlicher Größe.
Ein erfindungsgemäß gestaltetes Metallteil wird von einem Metallstreifen derart ausgestanzt und geformt, daß es einen durchlaufenden Zuleitungshaltesteg und Zuleitungen aufweist, die von diesem abstehen. Die Zuleitungen liegen in der gleichen Ebene wie der Zuleitungshaltesteg und bilden mit diesem einen Winkel 'von 9o°. Die Zuleitungen sind in parallelen Gruppen angeordnet,
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die in gegenseitigem Abstand liegen und jeweils eine erste, zweite und dritte Zuleitung aufweisen. Die erste und zweite Zuleitung sind am einen Ende mit Drahtanschlußflächen versehen. Die dritte Zuleitung, weist eine Halbleitermontagefläche auf, die mit der Zuleitung einen Winkel von 90° bildet und in der gleichen längsebene wie die Drahtanschlußflächen liegt. Die Halbleitermontagefläche ist in Abstand von den Drahtanschlußflächen angeordnet und mit einer Verlängerung einer der Zuleitungen ausgestattet. Bin parallel zu dem Zuleitungshaltesteg verlaufender Verbindungsstreifen verbindet die Zuleitungen innerhalb einer Gruppe. Ein oberer Verbindungssteg, der paralell zu dem Zuleitungshaltesteg verläuft, steht mit der dritten Zuleitung in Verbindung. Der Zuleitungshaltesteg und der obere Verbindungssteg sind mit Teilmarken versehen, die die Ausrichtung des Metallteils in den Montage- und Pressspritzmaschinen erleichtern.
Die Halbleitermontagefläche liegt vorzugsweise in der gleichen Längsebene wie die Drahtanschlußflächen der zugehörigen Zuleitungen einer Dreileitergruppe. Die Halbleitermontagefläehe liegt zweckmäßig etwa tiefer als die Ebene der Zuleitungen, obwohl auch eine Ausführungsform brauchbar ist, bei der sie sich in der gleichen Ebene befindet. Die Anwendung einer etwa tiefer liegenden Ebene erleichtert die Montage des Halbleiterbauelements und vermindert das Auftreten von Kurzschlüssen, die dadurch verursacht werden, daß die feinen Anschlußdrahte mit falschen Teilen des montierten Halbleiterkörpers in Kontakt kommen. Ein solcher Aufbau ist auch insofern von Vorteil, als er es erlaubt, das Metallteil senkrecht zur Achse der Halbleitermontage- und Drahtanschlußgeräte zu bewegen. Beim Anschließen der Drähte hat der Winkel, mit dem die feinen Drähte' mit Bezug auf dieAnschlußfläche ausgerichtet sind, auf die Pestigkeitder Verbindung einen erheblichen Einfluß. Die Haftfestigkeit - ;
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des Anschlusses ist im allgemeinen um so größer, je gerader der Draht gehalten wird.
Ein Halbleiter-Bauelement, bei dem das Metallteil nach der Erfindung als Hauptbauteil d.er Einheit vorgesehen ist, muß in Schaltungen anwendbar sein, die für bekannte Transistoren mit üblichen Drahtzuleitungen von kreisförmigem Querschnitt ausgelegt sind. Aus diesem Grunde haben die Zuleitungen des Transistors eine Emitter-Basis-Kollektor-Gruppierung- und sind hinreichend abgerundet, so daß sie in vorhandene Fassungen einsteckbar sind. Das Metallteil ist so ausgebildet, daß es mit Hilfe rasch laufender Lochstanzen gefertigt werden kann, wodurch eine rasche Produktion zahlreicher Metallteile mit einem hohen Maß an Reproduzierbarkeit möglich wird. Das Lochstanzen erleichtert außerdem das Prägen oder Abrunden der zunächst flachen Zuleitungen sowie die Ausbildung der Drahtanschluß- und Halbleitermontageflächen als Arbeitsschritt des Stanzvorgangs.
Der Streifen kann auch mit hoher Reproduzierbarkeit durch eine Kombination von Ätzen und Stanzen hergestellt werden.
Ein erfindungsgemäß ausgebildetes Metallteil 14 (Figur· 1·) ; ermöglicht die Montage einer Mehrzahl von '.Transistoren auf einem zusammenhängenden einteiligen Streifen. Zwischen ungefähr 5o und 100 Transistoren mit Gruppen von je drei Zuleitungen können bequem und rasch auf einem einzigen Metallteil 14 montiert werden. Ein Zuleitungshaltesteg 16 läuft über die volle Länge des Metallteils H. VOn dem Zuleitungshaltesteg stehen mehrere Zuleitungsgruppen ab, die jeweils eine Emitterzuleitung 18, eine Basiszuleitung 2o und eine Kollektorzuleitung 22 umfassen. Der Haltesteg 16 ist breiter als die Zuleitungen, so daß er ausreichende Festigkeit besitzt, um die Zuleitungen in der ge-
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wünschten Lage zu halten und während der Montage die Handhabung einer großen Anzahl von flalbleiterbauelementen zu erleichtern. Während der Ausbildung des ketallteils werden Teilmafrken in Form von Markierlöchern 24 aus dem Haltesteg 16 ausgestanzt. Mittels der Markierlöcher 24 wird das Metallteil H während der wichtigen Schritte des Stanzen des Teils sowie der Montage und Kapselung der Transistoren ausgerichtet.
Die Zuleitungen 18, 20 und 22 sind entlang dem Haltesteg 16 in Abstand voneinander angeordneten parallelen Dreiergruppen ausgerichtet. Die Emitterzuleitung 18 und die Basiszuleitung 2o enden an einem ünde in Drahtanschlußflächen 26, die während des Stanzvorgangs ausgebildet werden. Die Ko^lektorzuleitung 22 ist mit einer Halbleitermontagefläche 28 versehen, die mit der Zuleitung einen Kinkel von 9o° bildet. Die Halbleitermontagefläche 28 befindet sich benachbart von und in Abstand zu den Drahtanschlußflächen 26 in einer Ebene, die etwa tiefer ale die Drahtanschlußflächen liegt, sowie in der gleichen Längsebene wie die ümitterzuleitung 18 und die Basiszuleitung 2o. Auf diese ./eise ist die Halbleitermontagefläche 28 mit der Emitterzuleitung 18 und der Basiszuleitung 2o sowie den Drahtanschlußflächen 26 dieser Zuleitungen'geradlinig ausgerichtet. Die Halbleitermontagefläche 28 liegt in einer anderen Ebene als die Zuleitungen 18, 2o und 22 sowie der Haltesteg 16, um die Fertigung1dee Transistors zu erleichtern, wie weiter unten erläutert ist. Die gegenseitige Lage dieser Flächen ist deutlicher aus Figur 2 zu erkennen, die einen Schnitt entlang der Linie 2-2 einer Dreiergruppe von Zuleitungen nach Figur 1 veranschaulicht. Sabei ist deutlich festzustellen, daß die Drahtanschlußflächen 26 in der gleichen Ebene wie die Kollektorzuleitungen 22 liegen. Das Ausmaß der Versetzung der Halbleitermontagefläche kann in Abhängigkeit von dem zu montierenden Halbleiter-Bauelement schwanken.
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Entlang dem Metallteil H verlaufen ein oberer Verbindungssteg 38 (Figur 1) und ein Verbindungsstreifen 34» die parai-' IeI zueinander und zum Zuleitungshaltesteg 16 liegen. Der obere Verbindungssteg 38 ist mit der Kollektorzuleitung 22 einteilig verbunden und hilft mit, dieise Zuleitung und die Halbleitermontagefläche 28 in korrekter Ausrichtung zu halten. Der obere Verbindungssteg 38 ist mit Markierlöchern 4o ausgestattet, um die Ausrichtung des Metallteils I4 in. der Montageeinrichtung weiter zu erleichtern· Der Verbindungsstreifen 34 liegt zwischen dem oberen Verbindungssteg 38 und dem Haltesteg 16. Er ist mit sämtlichen Zuleitungen einteilig verbunden und hilft mit, die Halbleitermontagefläche 28 mit Bezug auf die Drahtanschlußflächen 26 richtig ausgerichtet zu halten. Das Metallteil 14 kann nach dem Stanzen und vor Durchführung irgendwelcher Montagevorgänge mit Gold überzogen werden, um das' Anschließen der Drähte und die Montage des Halbleiterkörpers zu erleichtern.
Durch Verwendung des Metallteils I4 wird die Anzahl der zur Montage eines Transistors erforderlichen Arbeitsschritte verringert und ergibt sich eine höhere Produktionsrate. Bei der Montage eines Transistors unter Verwendung des Metallteils Η wird ein Halbleiterkörper 42 (Figur 3) auf der H3H3I6itermontagefläche 28 angeordnet. Die Halbleitermontagefläche 28 wird mittels eines Schaltzapfens der Harbieitermontagemaschine, der mit den Markierlöchern 24 und 44 zusammenwirkt, selbsttätig in der Maschine ausgerichtet. Bei der Anbringung des Halbleiterkörpers beobachtet der Maschinenführer der Halbleitermontagemaschine nur die Auswahl des Halbleiterkörpers. Nachdem der Halbleiterkörper ausgewählt ist, wird er selbsttätig auf der Halbleitermontagefläche angebracht. Dieser Arbeitsvorgang kann infolge der genauen Ausrichtung der Halbleitermontagefläehe sehr rasch erfolgen.
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Der Halbleiterkörper 42 wird dann mittels feinen Drähten 44 mit den Drahtanschlußflächen 26 verbunden« Auch hier dienen die Markierlöcher 24 und 44 einer genauen Ausrichtung dieser Flächen. Bei diesem Arbeitsvorgang wird einer der Drähte 44 mit der gewünschten Zone des Halbleiterkörpers 42 und dann selbsttätig mit der zugehörigen Zuleitung verbunden. Dieser Arbeitsvorgang wird dann für die andere Zone des Halbleiterkörpers 4$ und die andere Zuleitung wiederholt. Auf diese Weise wird der Halbleiterkörper mit den drei äußeren Zuleitungen eines Transistors verbunden. Da die Hai"bieitermontageflache 28 mit den Drahtanschlußflächen 26 unmittelbar ausgefluchtet ist, werden praktisch geradlinige Drahtanschlüsse erhalten, wodurch die selbsttätige Herstellung der "Verbindungen erleichtert wird. Da die Halbleitermontagefläche 28 etwas tiefer liegt, wird die Wahrscheinlichkeit von Kurzschlüssen zwischen den Drähten 44 und Teilen des Halbleiterkörpers 42 sowie dem Metallteil Η verringert.
Nachdem der Halbleiterkörper 42 angebracht ist und die Drahtanschlüsse hergestellt sind, wird der obere Verbindungssteg vom Metallteil I4 abgetrennt. Das Metallteil H> das ungefähr 50 bis 100 Einheiten mit je einem Halbleiterkörper 42 und den zugehörigen Anschlußdrähten trägt,-wird in eine Mehrfachform (Figur 4)· eingebracht, wobei die Markierlöcher 24 in "Verbindung mit Stiften 48 der Form dazu dienen, die einzel montierten Halbleitereinheiten in den gesonderten Ausnahmungen 51 zweckentsprechend auszurichten. Auf diese Weise können die Einheiten rasch in -einem Epoxydharz oder einem anderen hochwertigen Kunststoff gekapselt werden. ■
Das VOrhergegangene Abtrennen des oberen Verbindungsstegs 58 läßt eine Mehrzahl von miteinander verbundenen Transistoren (figur 5) entsteheil, von denen nur die erwünschten Zuleitungen
- ίο -
18, 2ο, 22 abstehen. Die Transistoren 53 werden dann getrennt, indem der Verbindungsstreifen 34 und der Haltesteg 16 abgeschnitten werden. Figur 6 zeigt die natürliche Größe eines Transistors 53» der unter Verwendung des Metallteils nach der Erfindung hergestellt wurde.
In Figur 5 ist eine weitere Ausführungsform eines Halbleiter-Bauelements veranschaulicht, die zweckmäßig ist, .wenn eine zusätzliche wärmeabfuhr erwünscht ist. Die Halbleitermontagefläche 28 (Figur 3) ist nach oben in Richtung auf den oberen Verbindungssteg 38 verlängert, so daß ein Teil dieser Fläche einen Kühlkörper 54 (Figur 5) bildet, der von dem kunststoffgekesselten Transistor 53 vorsteht. Da der Halbleiterkörper unmittelbar auf einem Teil des Kühlkörpers 54 angebracht ist, wird eine ausgezeichnete Wärmeabfuhr erhalten.
Ein in der vorliegend offenbarten Weise gefertigtes Metallteil erleichtert die Verwendung automatischer Maschinen bei der Montage und Kapselung eines Transistors und steigert den Ausstoß an brauchbaren Einheiten, indem die Arbeitsgänge, die zur Herstellung jedes Transistors erforderlich sind, vereinfacht und in ihrer Zahl verringert werden. Der mit einem derartigen Metallteil ausgestattete Transistor hat die gewünschte Emitter-Basis-Kollektor-Zuleitungsgruppierung für die anschließende Anwendung im Rahmen elektrischer Schaltungen oder Geräte.
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Claims (5)

AA Patentansprüche .
1. Gestanztes Metallteil mit von einem Haltesteg abstehenden Zuleitungen zur Verwendung bei der Fertigung einer Mehrzahl von Halbleiter-Bauelementen, die während des abschliessenden Teils des Fertigungsvorgangs voneinander getrennt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das gestanzte Metallteil (H) den Haltesteg (16) und einen oberen Verbindungssteg (38) aufweist, wobei eine Mehrzahl von Zuleitungen (18, 2o, 22) in Gruppen zu vorzugsweise jeweils drei Zuleitungen über die Längsabmessung des Metallteils (H) verteilt sind, daß ferner die Zuleitungen mit dem Haltesteg einteilig verbunden sind, mindestens eine Zuleitung jeder Gruppe mit dem oberen Verbindungssteg in einteiliger Verbindung steht, ein Verbindungsstreifen (34) über die Längsabmessung deB Metallteils parallel zu dem Haltesteg und dem oberen Verbindungssteg verläuft und mit den Zuleitungen einteilig verbunden ist, um die Zuleitungen in vorbestimmtem Abstand zu halten, und daß die mit dem oberen Verbindungssteg und dem Haltesteg einteilig verbundene Zuleitung an ihrem einen Ende eine Halbleitermontagefläche (28) bildet, die rechtwinklig zu der Zuleitung (22) verläuft und gegenüber sowie in Abstand von Anschlußflächen (26) angeordnet ist, die am Ende der übrigen Zuleitungen (18, 2o) jeder Zuleitungsgruppe vorgesehen sind.
2. Gestanztes Metallteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltesteg (16) und der obere Verbindungssteg (38) mit Markierlöchern (24 bzw. 4o) versehen sind, die der Ausrichtung des Metallteils in den Montage- und Kapselungsmaschinen während der Fertigung des Halbleiter-Bauelements dienen. -
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3. Gestanztes Metallteil nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die HalDleitermontageiläche (28) in einer anderen Ebene als die Zuleitungen (18, 2o, 22) liegt und mit einer der Zuleitungen über einen abgestuften Abschnitt verbunden ist.
4. Gestanztes Metallteil nach Ansprüchen 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß Abschnitte der Zuleitungen (18, 2o, 22) unter Bildung von Bogen entsprechend Segmenten einer gewünschten Kreisform abgerundet sind.
5. Mittels Automaten unter Verwendung eines gestanzten Metallteils nach Ansprüchen 1 bis 4 hergestelltes kunststoffgekapseltes Halbleiter-Bauelement, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitermontageflache (28) L-förmig ausgebildet ist und in einer anderen Ebene als die Drahtanschlußflächen (26) liegt, sowie daß die Halbleitermontagefläche und die Drahtanschlußfläehen (26) mit einem Kunststoffüberzug versehen sind, wobei ein Teil der L-förmigen Halbleitermontagefläche unter Bildung eines Kühlkörpers aus dem Kunststoffüberzug vorsteht.
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