DE1614364B2 - Verfahren zur montage eines halbleiter-kristallelementes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage eines Halbleiter-Kristallelementes, bei welchem das Kristallelement in einer vorbestimmten Lage auf einem Unterlagekörper angeordnet wird, Kontaktstücke in Eingriff mit Kontaktflächen des Kristallelementes gebracht werden und die Kontaktstücke, das Kristallelement und der Unterlagekörper gegenseitig bleibend festgelegt werden.

Zur Montage eines Gleichrichterelementes ist es bekannt (britische Patentschrift 975 573), das Gleichrichterelement auf eine mit Schwalbenschwanzvorsprüngen versehene Grundplatte aufzulöten und einen elastischen Kapselungsblock, der von einem metallischen Anschlußstück durchgesetzt ist und Schwalbenschwanznuten aufweist, auf die Grundplatte derart aufzuschieben, daß das innere Ende des metallischen Anschlußstückes auf das Kristallelement drückt und einen Kontakt zu ihm herstellt. Ferner ist es aus der deutschen Auslageschrift 1 082 983 bekannt, einen Stapel aus tablettenförmigen Gleichrichterelementen an seinen Enden mit Kontaktstücken zu versehen und mit einem Stück zähplastischen Kunststoffschlauches zu überziehen, der durch Einbringen in eine geheizte Preßform zu der gewünschten Umhüllung geformt und ausgehärtet wird. Beim Umgießen von Halbleitergleichrichtern ist es aus der deutschen Patentschrift 1 138 480 ferner bekannt, gleichzeitig Kühlbleche in die Umhüllung mit einzugießen. Andererseits ist auch ein Montageverfahren bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 063 714), bei welchem zwei Stapel von Halbleitergleichrichtern nebeneinander in ein vorgeformtes

ίο Isolationsteil auf zwei metallische Kontaktstücke eingesetzt werden und auf ihren oberen Seiten durch ein metallisches Kontaktstück elektrisch leitend miteinander verbunden werden. Beiderseits dieses Aufbaus werden Endplatten angefügt, um die herum ein Verschluß-Blechstück gebogen wird, welches den ganzen Aufbau zusammenhält.

Im Gegensatz zu diesen bekannten Anordnungen besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe eines Verfahrens zur Montage von Halbleiter-Kristallelementen, die eine größere Kontaktzahl aufweisen und die insbesondere bei einer automatisch erfolgenden Massenherstellung exakt und sicher kontaktiert werden sollen, wobei die Gefahr von Kurzschlüssen oder Fehlkontaktierungen weitgehend vermieden werden soll. Diese Probleme treten bei den bekannten Gleichrichterelementen, welche nur zwei Anschlüsse aufweisen, nicht auf. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein die Kontaktstücke als integralen Bestandteil aufweisendes Kontaktbauteil fest auf das auf dem Unterlagekörper angeordnete Kristallelement aufgesetzt und an dem Unterlagekörper befestigt wird, daß die Kontaktstücke mit den Kontaktflächen des Kristallelementes mechanisch verbunden werden, daß Teile des Kontaktbauteils von dem Unterlagekörper wieder abgetrennt werden, derart, daß die mit dem Kristallelement verbundenen Kontaktstücke als Anschlußfahnen nach außen wegragen.

Fertigungstechnisch laßt sich einmal das Kristallelement genau auf dem Unterlagekörper fixieren und zum anderen läßt sich auch das Kontaktbauteil sehr genau gegenüber dem Unterlagekörper fixieren, so daß die Kontaktstücke exakt auf den Kontaktflächen des Kristallelementes aufsitzen, ohne daß die Gefahr von Fehlkontaktierungen bestünde. Diese drei Bauelementewerden mechanisch so gegenseitig festgelegt, daß bestimmte Teile des Kontaktbauteils wieder abgetrennt werden können und die restlichen Teile als mit den Kontaktflächen des Kristallelementes verbundene Anschlußfahnen verbleiben. Da die Kontaktflächen des Kristallelementes vor der Zertrennung des Kontaktbauteiles über diese zunächst alle miteinander verbunden sind, ist auch die Gefahr von elektrischen Beschädigungen durch aus irgendeinem Grunde induzierte Störspannungen während dieses Montageschrittes ausgeschaltet.

In besonderer Ausgestaltung der Erfindung kann man bei der Montage so vorgehen, daß das Kristallelement zunächst nicht gegenüber dem Unterlagekörper festgelegt ist, sondern mit Hilfe des Kontaktbauteiles zwischen den Kontaktstücken und dem Unterlagekörper festgeklemmt wird. Dadurch läßt sich eine besondere Montagehalterung für die endgültige Verbindung dieser drei Bauteile entbehren. Die gegenseitige Festlegung dieser drei Bauteile kann dadurch erfolgen, daß das Kristallelement, ein Teil der Oberfläche des Unterlagekörpers und Teile der Kontakt-

stücke mit einem erhärtenden Material eingekapselt werden. Dieses Material erfüllt dann gleich die Aufgabe der gegenseitigen Fixierung dieser drei Bauteile und des Schutzes des Kristallelementes gegen die Umgebungsatmosphäre.

In besonderer Ausgestaltung der Erfindung kann ein Teil des Kontaktbauteiles in einem Schlitz des Unterlagekörpers eingesetzt werden, und der Rand des Schlitzes kann zur Befestigung des Kontaktbauteiles am Unterlagekörper gegen den Teil des Kontaktbauteils gebogen werden. Hierdurch läßt sich nach einer anfänglichen Justierung der drei Bautetile gegeneinander eine mechanische Fixierung erreichen, die bis zum endgültigen Verlöten der Kontaktstücke mit den Kontaktflächen des Kristallelementes genügend Sicherheit gegen ein Verschieben ergibt.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Darstellungen einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Die Zeichnungen zeigen in:

F i g. 1 eine Draufsicht auf einen Werkstückträger

F i g. 2 eine Draufsicht auf einen Anschluß

F i g. 3 eine Seitenansicht des in F i g. 2 dargestellten Anschlusses

F i g. 4 eine Vorderansicht des in F i g. 2 dargestellten Anschlusses

Fig. 5 eine Draufsicht zur Veranschaulichung des ersten Montageschrittes des Halbleiter-Bauelementes

Fig. 6 eine Draufsicht zur Veranschaulichung eines späteren Bearbeitungsschrittes

Fig. 7 eine Unteransicht einiger in Fig. 6 dargestellter Teile

F i g. 8 einen Schnitt längs der Linie 8-8 der F i g. 6

Fig. 9 eine Draufsicht zur Veranschaulichung eines noch späteren Montageschrittes

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht des fertigmontierten Bauelementes

Fig. 11 eine perspektivische Ansicht einer Abwandlungsform des Werkstückträgers und einen Anschlußträger

Fig. 12 eine Teilansicht zur Veranschaulichung des ersten Schrittes bei der Montage des in seinen Teilen in F i g. 11 dargestellten Bauelementes und

Fig. 13 eine perspektivische Ansicht des fertigmontierten Halbleiters nach Fig. 11.

In F i g. 1 ist ein länglicher streifenförmiger Werkstückträger 10 dargestellt, der mehrere gleiche, miteinander verbundene Halbleiterträger 12 umfaßt (in der Zeichnung sind lediglich zwei dargestellt). Die gestrichelte Linie 14 deutet die Grenze zwischen benachbarten Halbleiterträgern 12 an. Jeder Träger 12 umfaßt ein Werkstück, auf dem ein Halbleiter-Bauelement montiert wird. Der Werkstückträger 10 kann nach einem bekannten Verfahren hergestellt werden, etwa durch Stanzen und Prägen.

Jeder Träger 12 hat eine quadratische Fläche 16, welche durch eine schwalbenschwanzförmige Nut 18 (siehe Fig. 8) begrenzt wird, vier Klemmverriegelungsschlitze 20, zwei Anschlußisolierschlitze 22 und zwei Befestigungsschlitze 24. Unter der Bezeichnung »schwalbenschwanzförmig« sei verstanden, daß eine oder beide Wände oder auch nur Teile der Wände der Nut sich von ihrem Boden nach oben gegeneinander neigen. Der Zweck dieser Ausbildung wird im Verlauf der Beschreibung noch erläutert. Bei der beschriebenen Ausführungsform 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 mm.

In den Fig. 2, 3 und 4 ist ein Anschluß oder Clip 28 dargestellt, der je auf einem der Träger 12 montiert wird. Der Clip ist von etwa U-förmigem Querschnitt und hat ein Paar im Abstand angeordnete Verbindungsflächen 30, an welche sich Seitenschenkel 32 anschließen, die je einen Ausschnitt 34 haben.

ίο Zwei Kontaktstücke 36 ragen von den Verbindungsflächen 30 gegeneinander. Jedes Kontaktstück 36 hat eine rechteckige Öffnung 38 und endet in einer nach unten gerichteten Spitze 40. Der Clip 28 kann durch bekannte Verfahren aus Blattmaterial gestanzt und geformt sein. Er besteht aus einem elektrisch leitenden, leicht kontaktierbarem Material, beispielsweise aus einem Nickelstreifen von 0,25 mm Dicke.

Beim Zusammenbau eines Halbleiterbauelementes ^uf jedem Halbleiterträger 12 des Werkstückträgers

ao 10 werden gleiche Bearbeitungsvorgänge entweder nacheinander oder gleichzeitig auf jedem Halbleiterträger durchgeführt. Die Vorrichtung zur Durchführung dieser B earbeitungsvorgänge umfaßt eine Einrichtung zum Markieren des Werkstückträgers und zur genauen Ausrichtung der Halbleiterträger bei jeder Bearbeitungsstation; derartige Vorrichtungen sind bekannt.

Bei einem ersten Montagevorgang wird ein HaIbleiterplättchen 44, wie es in F i g. 5 dargestellt ist, auf der Fläche 16 des Halbleiterträgers 12 angeordnet und festgehalten. Eine hierzu dienende Vorrichtung umfaßt beispielsweise ein Paar gegeneinander arbeitende Ausrichtglieder 46, welche das Plättchen 44 in einer genauen Lage zum Halbleiterträger 12 halten.

Ferner kann eine nicht dargestellte Vorrichtung zur automatischen Zuführung der Plättchen 44 aus einem Magazin auf den Träger 12 vorgesehen sein.

Die Art des verwendeten Halbleiterplättchens 44 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 Ausführungsform stellt einen NPN-Transistor mit einem Siliciumplättchen 44 dar. Da derartige Plättchen bekannt sind, wurde auf die Darstellung von Einzelheiten verzichtet. Das Plättchen 44 ist mit Kontaktflächen bekannter Art versehen, mit welchen die Kontakte oder Anschlüsse des Bauelementes verbunden werden. Bei der dargestellten Ausführungsform umfassen die Kontaktflächen 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 44 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 F i g. 6 und 7 zeigen, wobei die inneren Enden 35 der Seitenwände 32 in die Clipverriegelungsschlitze 20 hineinragen. Mit Hilfe nicht dargestellter Mittel wird der Clip 28 genau gegenüber dem Träger 12 und dem auf ihm befindlichen Plättchen 44 ausgerichtet und nach unten gegen den Träger 12 gedrückt, wobei die Kontaktspitzen 40 den Kontakt mit den entsprechenden Kontaktflächen des Plättchens herstellen (F i g. 8). Die gegenseitigen Abmessungen der Einzelteile sind so gewählt, daß beim Nachuntendrücken des Clip 28 gegen den Träger 12 die Kontaktspitzen 40 fest gegen

die Kontaktflächen des Plättcheris und die nach oben gebogenen Kontaktstücke 36 drücken. Diese Kontaktstücke 36 dienen als Federn, die das Plättchen 44 fest gegen den Träger 12 drücken. Während der Aufbau so zusammengedrückt wird, wird der Clip 28 auf dem Träger 12 festgelegt. Hierzu werden die äußeren Schlitzwände 20' (Fig. 9) der Clipverriegelungsschlitze 20 nach innen gebogen, so daß sie die Seitenschenkel 32 des Clip zwischen den Enden der Schlitze 20 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 44 schmilzt und dieses an den Träger 12 sowie die Kontaktspitzen 14 an die Kontaktflächen lötet.

Sodann wird einEinkapselungsmaterial 56 auf dem Aufbau zerschmolzen, wie F i g. 9 zeigt. Vorrichtungen zum Aufbringen des Kapselmaterials sind bekannt. Die rechteckigen Öffnungen 38 in den Kontaktstücken 36 ermöglichen den Durchtritt des Einkapselungsmaterials bis auf das Plättchen 44. Das Einkapselungsmaterial 56 umgibt das Plättchen 44 vollständig und jedes Kontaktstück 36 fast ganz. Das Material 56 verkleidet auch die Wände der Anschlußisolierschlitze22 (Fig. 10). Nach demErhärten bildet das Einkapselungsmaterial 56 eine feste Umhüllung, die den Träger 12, das Plättchen 44 und die Kontaktstücke 36 fest in ihrer gegenseitigen Lage hält.

Das Einkapselungsmaterial 56 dringt auch in die Schwalbenschwanznut 18 und verankert sich nach dem 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 10 längs der gestrichelten Linie 14 in F i g. 1 abgeschnitten und damit getrennt. Die nicht eingekapselten Abschnitte des Clip 28 werden ebenfalls entfernt, beispielsweise indem man durch die Schlitzwände 20' schneidet und den Clip dadurch freigibt. Bei der dargestellten Ausführungsform entstehen durch das Schneiden der Verbindungsflächen 30 längs der gestrichelten Linie 58 in Fig. 9 zwei längliche Kontakte oder Anschlüsse 36'.

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 Anschlußschlitze 22. Ein Kurzschluß zwischen den Anschlüssen 36' und dem Träger 12 wird durch das Einkapselungsmaterial 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 Ausführungsform ist das Halbleiterplättchen vom Träger 12 durch eine Keramikplatte isoliert, welche in bekannter Weise mit dem Träger urid dem Plättchen verbunden ist. In diesem Fall wird ein Clip mit drei Korttaktstücken verwendet. Ein bevorzugtes Keramikmaterial mit guter thermischer Leitfähigkeit ist zum Beispiel Beryllium.

In gleicher Weise werden für Halbleiter-Bauelemente etwa bei integrierten Schaltungen, die eine größere Zahl von Anschlüssen haben, Clips mit der entsprechenden Anzahl Anschlüsse verwendet.

Das fertiggestellte Bauelement wird zum Gebrauch auf einem Chassis mit Hilfe von Schrauben oder dergleichen befestigt, die durch die Befestigungsschlitze 24 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 60 aus mehreren zusammenhängenden Halbleiterträgern 62 und eines Streifens 64 aus mehreren zusammenhängenden Anschlüssen oder Clips 66; auch hier sind wieder nur zwei Träger und zwei Clips dargestellt. leder Träger

ίο 62 hat einen Clipbefestigungsschlitz 68. Jeder Clip 66 hat ein Paar vorragende Kontakte 70 mit nach unten und aufeinander zu gerichteten Spitzen 72 an den Enden und mit einem Verriegelungskontakt 74. Der Kontakt 74 ist L-förmig ausgebildet und hat zwisehen seinen beiden Schenkeln 76 Und 78 einen Winkel von α größer als 90°. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist α = 95°.

Beim Zusammenbau von Halbleiter-Bauelementen aus den Trägern 62 und den Clips 66 tritt jeder Clip 66 des Clipstreifens 64 gleichzeitig mit einem entsprechenden Träger 62 des Trägerstreifens 60 in Eingriff und verriegelt sich auf ihm. Der klareren Darstellung halber ist nur der Aufbau eines einzigen Bauelementes veranschaulicht.

Nach Fig. 12 ist ein Clip 66 auf einem Träger 62, auf dem sich ein Plättchen 80 befindet, montiert, in dem der Clipverriegelungskontakt 64 in den Schlitz 68 hineingesteckt ist. Die herabhängenden Spitzen 72 des Kontaktes treten in Eingriff mit vorbestimmten Abschnitten des Plättchens 80, wobei der flache Teil 82 des Clip 66 sich mit einem Abstand oberhalb des Trägers 62 befindet. Wegen des Winkels α zwischen den Schenkeln 76 und 78 des Kontaktes 74 drückt nur die Vorderspitze 78' des Schenkels 78 gegen den Träger 72. Hierbei wird 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 Wände 68' des Schlitzes 68 gegen den Kontakt 74 gebogen werden. Die dabei auftretende Kraft drückt den Schenkel 78 des Kontaktes 74 in volle Oberflächenberührung mit der Schlitzwand 69, wobei der Clip 66 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 wird.

Der Aufbau wird dann erhitzt, so daß das vorher auf das Plättchen 80 und den Clip 66 aufgebrachte Lötmaterial schmilzt und das Plättchen mit dem Träger sowie die Kontakte 70 und 74 mit dem Plättchen 80 bzw. dem Träger 62 verbunden werden. Das Plättchen 80 und die Kontakte 70 und 74 werden dann von einem geeigneten Einkapselungsmaterial 84 umhüllt (Fig. 13). Dann wird der Clip 66 entlang der gestrichelten Linie 86 (Fig. 11) zerschnitten, so daß drei Anschlüsse 70' und 74' für das Bauelement entstehen. Die Anschlüsse 70' sind mit dem Plättchen 80 und der Anschluß 74' 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.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Montage eines Halbleiter-Kristallelementes, bei welchem das Kristallelement in einer vorbestimmten Lage auf einem Unterlagekörper angeordnet wird, Kontaktstücke in Eingriff mit Kontaktflächen des Kristallelementes gebracht werden und die Kontaktstiicke, das Kristallelement und der Unterlagekörper gegenseitig bleibend festgelegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Kontaktstiicke (36, 40) als integralen Bestandteil aufweisendes Kontaktbauteil (30) fest auf das auf dem Unterlagekörper (12) angeordnete Kristallelement (44) aufgesetzt und an dem Unterlagekörper befestigt wird, daß die Kontaktstiicke mit den Kontaktflächen des Kristallelementes mechanisch verbunden werden, daß Teile des Kontaktbauteils (30) von dem Unterlagekörper (12) wieder abgetrennt werden, derart, daß die mit dem Kristallelement verbundenen Kontaktstiicke als Anschlußfahnen nach außen wegragen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zunächst nicht gegenüber dem Unterlagekörper (12) festgelegte Kristallelement (44) mit Hilfe des Kontaktbauteils (30) zwischen den Kontaktstücken (40) und dem Unterlagekörper (30) festgeklemmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kristallelement (44), ein Teil der Oberfläche des Unterlagekörpers (12) und Teile der Kontaktstücke mit einem erhärtenden Material eingekapselt werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (35) des Kontaktbauteils (30) in einen Schlitz (20) des Unterlagekörpers (12) eingesetzt wird und daß der Rand des Schlitzes zur Befestigung des Kontaktbauteils am Unterlagekörper gegen den Teil (35) des Kontaktbauteils gebogen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstücke (35) mit den Kontaktflächen des Kristallelementes (44) und diese mit dem Unterlagekörper (12) verlötet werden.