DE1614364A1 - Halbleiter-Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

RGA 57 56ο ' 1.6 Τ4

U.S.-Serial ITo. 1.55^ 564·-
Filed: June 1, Ι966

Sadio Corporation of America

ITew Tork, N.T., V.St.A. .

HALBLEITER - BAUELEMENT und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft vornehmlich ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter—Bauelementes, -

Es ist ein Träger vorgesehen, auf dem das Halbleiterelement zusammen gebaut wird. Hierzu wird ein Halbleiterplättchen in einer vorbestimmten Lage auf dem Träger montiert. Auf dem Träger wird ein Anschluss mit einem überstehenden Kontakt befestigt, wobei das freie Ende des Kontaktes an einer vorbestimmten Stelle auf dem Plättchen

angeordnet wird. Der Kontakt, das Plättchen und der Träger werden in ihrer gegenseitigen Lage fixiert, beispielsweise in^dem ein Teil des Trägers, das Plättchen und ein Teil des Kontaktes in einem sich verfestigenden Einkapselungsinat erial umgeben wird. Der Anschluse wird dann ausser Eingriff mit dem Träger gebracht und der Kontakt v/ird beispielsweise durch Abschneiden vom Anschluss getrennt, so daß der Kontakt aus dem Einkapselungsmaterial herausragt und als Anschluss für das i3auelement dient.

iJei einer bevorzugten Ausführungaform wird ein Werkstückträger, v/elcher mehrere miteinander verbundene der vorerwähnten Träger , verwendet und dieser Werkstückträger kann nach aufeinan—

derfolgenden Bearbeitis^g#»t«t"iontfii nacheinander markiert warden, cj . ' i ,<./ ,' ; ·■ *■■--.' ..a

' ed?daß die fearbeitunfis.^örg^riß'e "automatisch durchgeführt werden

BAD

Die Zeichnungen zeigen in,: .

. Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Werkstückträger Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Anschluss

Fig.- 3 eine Seitenansicht des in Fig. 2 dargestellten Anschlusses '

Hg. 4· eine Vorderansicht des in Fig. 2 dargestellten Anschlusses

Fig., 5 eine Draufsicht zur Yeranschaulichung des ersten Kon— tageschrittes des'Halbleiter—Bauelementes

Fig. β eine Draufsicht zur Veranschaulichüng eines späteren Bearbeitungsschrittes

Fig. 7 eine Unteransicht einiger in Fig. 6 dargestellter Teile Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie 8—8 der Fig. 6

Fig. 9 eine Draufsicht ztir Veranschaulichung eines noch späteren Montageschrittes

Fig. Io eine perspektivische Ansicht des fertigiäontiorten bauelementes

Fig. 11 eine perspektivische Ansicht einer Abwandlungsform des Werkstückträger» und einen Anschlussträger

Fig. 12 eine Teilansicht zur Veranschaulichung des ersten Schrittes bei der Hontage des in seinen Teilen in Fig. 11 dargestellten Bauelementes und

·■ Fig. 13 eine perspektivische Ansicht des f ertigmoiitierten Halbleiters nach Fig. 11.

In Fig. 1 ist ein länglicher streifenfurmiger Werkstückträger Io dargestellt, der mehrere gleiche, miteinander- verbundene Ilalblei— terbräger 12 umfasst (in der Zeichnung sind, lodiglich siwei dargestellt). Die gestrichelte Linie lA deutet die iJrenze zwischen benachbarten Ilalbleiterträgern 12 an. Jeder 'l'räger 12 umfasat ein Werkstück, auf dem ein Halbleiter-Bauelement montiert wird» Der

■■ 009833/1584 ^_1-

6 U 36 4

gestellt

Werkstückträger Io kann nach einem bekannten Verfahren hergeste werden, etwa· durch Stanzen und Prägen.

Jeder Träger 12 hat eine quadratische Fläche l6, >;elche durch eine sehwalbenschwanzförBiige Nut ΐδ (siehe Fig. 8) begrenzt wird, vier KLemmverriegelungsschlitze 2o, zwei Anschlussisolierschlitze 22, und zwei Befestigungschlitze 2k-, Unter der Bezeichnung "schwalbenschwanzförniig*¹ sei verstanden, daß eine oder beide Wände oder auch nur Teile . der Wände der iiut sich von ihrem Boden nach oben gegeneinander neigen. Der Zweck dieser Ausbildung wird im Verlauf der Beschreibung noch erläutert* Bei der beschriebenen Äusführungsförni dient das Halbleiter—Bauelement als Leistungshalbleiter für Ausgangsstufen und der Träger 12 dient der Wärmeableitung* Aus diesem Grunde besteht er aus einem sehr' gut Wärme leitenden Material, wie ,Kupfer, das mit Nickel plattiert ist* und hat eine Dicke von etwa 3 nun*

In den Figuren 2.,3 und k ist ein Anschluss oder Clip 28 dargestellt, der je auf einem der Träger 12 montiert wird« Der Glip ist von etwa U—förmigen Querschnitt und hat ein Paar im Abstand angeordnete Verbindungsflächen 3°> an \tfelche\sich Seitenschenkel· 32: anschliessen, die je einen Ausschnitt 3^ haben. Zxirei Kontaktstücke 3β ragen von den Verbindungsflächen 3° gegeneinander. Jedes Kontaktstück 36 hat eine rechteckige Öffnung 3" und endet in einer nach unten gerichteten Spitze ko. Der Clip 28 kann durch bekannte Verfahren aus Blattmaterial gestanzt und geformt sein. Er besteht aus einem elektrisch leitenden, leicht kontaktierbarem Iiaterial, beispielsweise aus einem liickelstreifen vpn o,25 mm Dicke.

Beim Zusammenbau eines Ilalbleiterbauelementes auf jedem Halbleiterträger 12 des Werkstückträgers· Io werden gleiche Bearbeitungsvorgän— ge entweder nacheinander oder .gleichzeitig auf -jeeiern HaXbleiterträ— ger durchgeführt, 1j±g Vorz'iclitung zur Durchführung, dieser iearbei—-tun.'i'ö ν or,-jK nge um.L'aüst eine Siiirichtun,·;; sum I-iari-ieren des'Werkstück—

009833/1584 _ /,. _

trägers und zur genauen Ausrichtung der Ilalbleiterträger bei jeder Bearbeitungsstation; derartige Vorrichtungen sind bekannt.

Bei einem ersten Hontagevorgang wird ein Halbleiterplättchen 4A, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, auf der Piaehe 16 des Halbleiterträgers 12 angeordnet und festgehalten. Sine hierzu dienende Vorrichtung umfasst beispielsweise ein Paar gegeneinander arbeitende AusriehtglJeder 4-6, welche das Plättchen kk in einer genauen Lage zum Halbleiterträger 12 halten. Ferner kann eine nicht dargestellte Vorrichtung zur automatischen Zuführung der Plättchen aus einem-Magazin auf den Träger 12 vorgesehen sein.

Die Art des verwendeten Halbleitenplättchens kk hängt vom Typ des zu montierenden Halbleiter—Bauelementes ab und kann den von Transistoren, integrierten Schaltungen und dergleichen her bekannten Plättchen entsprechen. Die hier beschriebene Ausfuhrungsform stellt einen HPN- Transistor mit einem Siliciumplättchen Mf dar. Da derartige Plättchen bekannt sind, wurde auf die Darstellung von Einzelheiten verzichtet. Das Plättchen Mf ist mit Kon.talctfla.chen bekannter Art versehen, mit welchen die Kontakte oder Anschlüsse des Bauelementes verbunden werden. Bei der dargestellten Ausführunga— form umfassen die Eontakt flächen eine dünne Schicht Lot, beispielsweise Blei. Die Bodenfläche des Plättchens, die hier elektrisch mit einer Elektrode des Plättchens verbunden wird, ist ebenfalls mit Blei überzogen.

Während das Plättchen Mf und der Träger 12 fest in ihrer gegenseitigen Lage gehalten werden, wird ein Clip 28 am Träger befestigt. Hierzu wird der Clip 28 über dem Träger 12 angeordnet, wie es die Figuren 6 und 7 zeigen, wobei die inneren Enden 35 der Seitenwinde 32 in die Clipverriegelungsechlitze 2o hineinragen. Hit Hilfe

009833/1584

nicht dargestellter Mittel wird der Clip 28 genau gegenüber dem Träger 12 und dem auf ihm befindlichenPlättchenΛ% ausgerichtet •und nach unten gegen den Träger 12 gedrückt, wobei die Kontaktspit— zen 4o den-Kontakt mit den entsprechenden Kontaktflächen des Plättchens herstellen (Fig. 8). Die gegenseitigen Abmessungen der Einzelteile sind so gewählt, daß beim nach unten drücken des. Clip 28 gegen den Träger 12 die Kontaktspitzen 4o fest gegen die Kontaktflächen des Plättchens und die nach oben gebogenen Kontaktstücke 36 drücken. Diese Kontaktstücke 36 dienen als Federn, die das Platt — chen -Mf fest gegen den Träger 12 drücken· Während der Aufbau so zusammengedrückt wird, wird der-Clip 28 auf dem Träger 12 festgelegt· Hierzu werden die äusserenSchlitzwände 2o* (Figyp)der^; Glipverriegelungssohlitze 2o nach innen gebogen, so daß sie die Seitenschen— kel 32 des Clip zwischen den Enden der Schlitze 2o fest verriegeln· Geeignete Vorrichtungen hierzu sind bekannt· Der so montierte Aufbau ist recht starr. >'..--.

Der Aufbau wird dann erhitzt, so daß das Lot auf beiden Seiten des Plättchens kk schmilzt und dieses an den Träger 12 sowie die Kontaktspitze» 14- an die Kontaktflächen lötet.

Sodann wird ein Einkapselungsmaterial 56 auf dem Aufbau zerschmolzen, wie Fig. 9 zeigt. Vorrichtungen zum Aufbringen des Kapselma«- terials sind bekannt. Die rechteckigen Öffnungen 38 in den Kontakt-Stücken 56 ermöglichen den Durchtritt des. Einkapselungsmaterials bis- auf das Plättchen hh. Das Einkapselungsmaterial 56 umgibt das Plättchen hh vollständig und jedes Kontaktstück 36 fast ganz· Das Material 56 verkleidet auch die Wände der Anschlusaieolierschlitze ( Fig« Io}. liaoh dem Erhärten bildet das Einkapselungsmaterial 56 eine feste Umhüllung, die den Träger Ig, das Plättchen hh und die Kontaktetücke 36 feet in ihrer gegenseitigen Lage hält.

-6-

1614384

Das Einkapselungsmaterial 56 dringt auch in die Schwalbenschwanz—-nut l8 und verankert sich nach d"em Erhärten in ihr und damit am Träger 12. Dadurch erhält das fertige Bauelement eine hohe mechanische Festigkeit. Zur Fertigstellung des Bauelementes wird der Aufbau vom Werkstückträger Io längs der gestrichelten Linie ]A in Fig. 1 abgeschnitten und damit getrennt. Die nicht eingekapselten Abschnitte des Clip 28 werden ebenfalls entfernt, beispielsweise indem man durch die Schlitzwände 2o' schneidet und den Clip dadurch freigibt. Bei der dargestellten Ausführun^sform entstehen durch das Schneiden der Verbindungsflächen 3o längs der gestrichelten Linie 58 in Fig. 9 zwei, längliche .Kontakte oder Anschlüsse 3^*»

Das· fertige Bauelement ist in Fig, Io dargestellt, wo die beiden Anschlüsse 36* waagerecht vom Bauelement wegragen. Die Anschlüsse 36* lassen sich in irgendeiner Richtung verbiegen, beispielsweise nach unten durch die Afischlusschlitze 22» Ein Kurzschluss zwischen den Anschlüssen 36* und dem Träger 12 wird durch das Einkapselungs— material verhindert, das die Wände des Schlitzes 22 bedeckt.

Bei der dargestellten Ausführungsform besteht der dritte Anschluss des Bauelementes aus dem träger 12, mit dem das Plättchen unmittelbar verbunden ist· Bei einer anderen nicht dargestellten Aujsfüh— rungsform ist das Halbleiterplättchen vom träger 12 durch eine Keramikplatte isoliert, welche in bekannter Weise mit dem Träger und dem Plättchen verbunden ist. In diesem Fall wird ein Clip mit drei Kon— taktsfsücken verwendet« Ein bevorzugtes' Keramikmaterial mit guter thermischer Leitfähigkeit ist zum Beispiel Beryllium,

In gleicher Weis* weuden für Halb3*eiter«Ba.uölem»ntt etwa bei integrierten Schaltungen, die eine größere Zahl von Ansohlfcuseen haben, Ölipa mit der entsprechenden Anzahl Ansohlüsse verwendet.

Das fertiggestellte Bauelement wird zum Gebrauch auf einem Chassis " Hit Hilfe von Schrauben oder äergleichen befestigt,, die durch die Jefestigungsschlitze Zh- ragen. Der Träger 12 berührt dabei unmittelbar das nicht dargestellte Chassis, so daß die entwickelte Wärme optimal' abgeleitet wird»

Bei einer anderen Ausführungsform ..(Fig. 11) bedient man sich eines Streifens Gb aus mehreren zusammenhängenden Halbleiterträgexn 62 und eines Streifens Gh aiis mehreren zusammenhängenden-Anschlüssen . oder Clips G6\ auch hier sind wieder nur zwei Trager Und zwei Clips dargestellt. Jeder Träger 62 hat einen Clipbefeetigungsschlitz68, Jeder Slip GG hat ein Paar vorragende Kontakte 7o mit· nach unten und aufeinander zu gerichteten Spitzen 72 an den Enden und mit einem Verriegelungskontakt ?h» Der Kontakt 7% ist Lr-förmig ausgebildet · und hat zwischen seinen beiden Schenkeln 76 und 78 einen Winkel von et größer als 9o · . Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist » = 95 *

Beim, Siisamäenbait von Halbleiter—Bauelement en aus¹ den Trägern 62 und den Clips 66 tritt· jeder Clip 66 des· Clipstreifens 6^f gleichzeitig . Hit einem entsprechenden Träger 62 des Trägerstreifens 60 in Eingriff und'verriegelt sich auf ihm. Der klareren Darstellung halber ist nur dör Aufbau eines einzigen Bauelementes veranschaulicht.

Kach FIg*-12'ist ein Clip 66 auf einem Träger GeL₁ > auf■ dein sich ein Plättchen 80 befindet, montiert, in^eiii der ciipverriegelüngskontakt_: Sk in* Sen- Schlitz 68 hineingesteckt ist. Die herabhängenden Spitzen des Kontaktes treten in 13ingriff mit .vorbestimmteCÄbschnitten des Plättchehs 80, wobei der flache Teil· 82 des <ilip 66 sich mit einem Abstand'oberhalb des Trägers 62 befindet. Wegen, des Winkels O^ zwischen den Schenkeins 76 und 78 ' ipu Kontaktes ?4:"-druckt nur die Vor— derspitzse 78* des " Schenlrels 78- gegen; den ⁱIrägei'-:72» /Hierbei wird '"/■

'" 009833/1S84 ' _BÄD ^

das Plättchen 80 durch eine nicht dargestellte Ausrichtvorrichtung in einer vorbestimmten Lage auf dem Träger gehalten.

Der Clip 66 wird dann auf dem Träger 62 festgelegt, indem die Wan-- · de 68' des Schlitzes 68 gegen den Kontakt 7h gebogen werden. Die dabei auftretende Kraft drückt den Schenkel 78 des Kontaktes ?4 in volle Oberflächenberührung mit der Schlitzwand 69, wobei der Clip im Uhrzeigersinn verdreht wird, wie Fig.. 12 zeigt. Mit diesem Verdrehen des Clip 66 wird erreicht, daß die herabhängenden Spitzen 72 nach unten gegen das Plättchen 80 gedruckt werden, so daß es fest zwischen den Spitzen 72 und dem Träger 62 geklemmt

Bfeir Aufbau wird dann erhitzt, so daß das vorher auf das Plättchen und den Clip'66 aufgebrachte Lo'tmaterial schmilzt und das Plättchen mit dem Träger sowie die Kontakte 7o und 7^· tilt dem Plättchen 80 bzw. dem Träger 62 verbunden werden. Das Plättchen 80 und die Kontakte 7o und 7^ werden dann von einem geeigneten Einkapselungsmaterial Sk umhüllt (Fig.13). Dann wird der Clip 66 entlang der gestrichelten Linie 86 (Fig. IX) zerschnitten, so daß drei Anschlüsse 7o' und 7^' für das Bauelement entstehen. Die Anschlüsse 7o^f sind mit dem Plättchen 80 und der Anschluss 7^' mit dem Träger 62 elektrisch verbunden.

Die vorbeschriebenen Halbleiter—Bauelemente sind billig und einfach in der. Herstellung und äusserst robust und zuverlässig. Für den Fachmann versteht sich, daß das vorbeschriebene Verfahren sich gut zur Automatisierung eignet, wobei eine große Anzahl von Bauelementen schnell und billig automatisch hergestellt werden kann»

Patentansprüche:

00 9833/1584

Claims (1)

1. Halbleiter—Bauelement g e k e η η ze i cn η e t d ü ro Ä einen Halbleiterträger (12), ein auf einer Oberfläche des Tra— gersmontiertes lialbleiter-Plättohen (44)_s eine das Plättchen und einen Teil· der Oberfläche des Halbleiterträgers einschliessende feste umhüllung (56) aus EinkapselungJ5material_t eine ■Verankerungsvorrichtung 0-8) zum Festlegen des Einkapselungsmateriala auf der Oberfläche des Halbleiterträgers und ein Anschlussteil (28) welches gegen das Plättchen drückt und sich durch die Umhüllung (56) nach aussen er&reckt. .

2· Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1 , d a d u r c h ge — kennzeichnet, daß der Halbleiterträger (12) aus hoch wärffleleitenden Material besteht und seine dem Halbleiter— _.-' Plättchen gegenüberliegende Oberfläche nicht eingekapselt ist. j

3* Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 2, da du r c h g e — kennzeichnet , daß die Verankerungs-Vorrichtung als Schwalbenschwanznut (l8) ausgebildet ist.

4», Halbleiter-Bauelement nach θitt&m der vorstehenden Anspruch© , d a d u r c h g s k e ηη ζ e i q h η e t , daß der Halbleitertpäger (12) ©ineji~ ßtfhlitz (ZZ) aufweist, dessan Wände durch

das EinkapselungsmateriaX bedeckt sind und durch den sich der Anschluss erstreckt.

5· Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Bauelementes nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Halbleiter-Plättchen auf dem Halbleiterträger in einer vorbestimmten Lage angeordnet wird, daß das Anschlussteil mit dem Träger in Eingriff gebracht wird, so daß ein Kontaktstück des Anschlussteils gegen das Plättchen drückt, daß die gegenseitige Lage des Kontaktstückes, des Platt— chens und des Trägers fixiert wird, und daß Teile des Anschluss— stückes vom Träger entfernt werden, so daß das Kontaktstück mit dem Plättchen in Eingriff bleibt und als Anschluss nach aussen ragt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Teile des Anschlusstückes vorübergehend am Haiblei— terträger befestigt werden, daß das L.ontakbsbück bleibend mit dem Plättchen verbunden wird und daß die zeitweise befetsigten Teile des Anschlußstückes' von dem Kontaktstück abgetrennt werden, so daß dieses sich vom Plättchen nach aussen erstreckt.

7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch ge kenn zeich — η e t , daß das Plättchen, ein Teil des Halbleiterträgers und Teile des Kontaktstuckes von einem sich verfestigenden fiinkapselungs— material umhüllt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansohlußstück am Ilalbleiterträger befesbigt wird, so daß das Kontakts bück fest gegen das Plättchen drückt und dieses an dsn. Träger klammert₀ ßA!D C^*

Θ 0 S 8 3 311 S i 4 . _ ₃

9. ' Verfallren nach. Anspruch S₁ ά. a du rc Ii ge kenn' — ζ ex c h η e t , daß ein Teil des Anschlußstückes in einein Schlitz des Halble-xterträgers angeordnet wird und die Wände des Schlitzes zur Festlegung des Anschluß Stückes am -Träger auf einen-Clipabschnitt des Anschlußstückes zu gebogen vrerden»

Ip. Verfahren nach Anspruch .9' , d a d u r c h g e k e η η — zeichnet, daß das Kontaktstück mit dem Plättchen und das Plättchen mit dem Halbleiterträger verschmolzeiit wird*

11. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter—Bauelementes nach Anspruch 1, dad u r c h :g e k e η η ζ e i c h η e t , daß ein Halbleiterplattchen auf einem Halbleiterträger in einer vorbestimmten gegenseitigen Lage angeordnet, wird, daß ein Clip auf dem Träger befestigt wird| so daß ein Kontalttstück des Clip fest gegen einen vorbestimmten Abschnitt des Plättchens drückt und dieses gegen den Träger klemmt, daß das Plättchen, Teile des Trägers und Teile des Kontaktstückes in einem sich verfestigenden Einkapselungsmaterial eingebettet werden und daß Abschnitte des Clips entfernt werden, so daß ein Anschlußstück verbleibt, welches von dem Einkapselungsmaterial nach aussen ragt,

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch g e k e η ηζ e ich net, daß ein Teil des Clip, der am Träger befestigt ist, abgetrennt wird und daß Teile des Clip, welche dem Kontaktstück benachbart sind, abgetrennt werden, so daß ein längliches An— schlußstück verbleibt, das von dem Einkapselungsmaterial. nach aussen ragt.

■■"'■■■■ ' ■ ■'■.-* '"

BAD ORIGINAL " 009833/1584

1-61436 A

15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktstück mit den Plättchen und das Plättchen mit dem Träger verschmolzen wird.

009833 M 5

Al

Le e rseif β