DE1614665C3 - Verfahren zum serienmäßigen Kontaktieren von elektrischen Bauelementen im Kunststoffgehäuse - Google Patents

Verfahren zum serienmäßigen Kontaktieren von elektrischen Bauelementen im Kunststoffgehäuse

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum serienmäßigen Herstellen von elektrischen Bauelementen in Koaxialbauweise, insbesondere von Mikrohalbleiterbauelementen, im Kunststoffgehäuse, bei dem mit Hilfe von Montagehorden die äußeren in der gleichen oder nahezu gleichen Achse angeordneten Elektroden des herzustellenden Bauelements mit der Bauelementanordnung verbunden werden, wonach die Bauelementanordnung und die äußeren Elektroden mit einer niedrigschmelzenden, bei der Betriebstemperatur des herzustellenden Bauelements festen Vergußmasse umhüllt werden.
Es ist bekannt, Halbleiterbauelemente mit koaxialen Anschlüssen in ein Glasgehäuse einzubauen. Dabei wird die Halbleiteranordnung zwischen zwei vorgefertigte, als Elektroden dienende Metallstreifen gelegt, mit diesen verlötet und anschließend in ein Glasröhrchen eingekapselt, wobei die Elektroden auf beiden Seiten des Röhrchens nach außen geführt werden.
Bei einem anderen bekannten Verfahren werden die Halbleiterbauelemente zum Schutz vor Feuchtigkeit und anderen atmosphärischen Einflüssen sowie zur Verbesserung der mechanischen Stabilität in ein Gehäuse aus gießfähigen Harzen oder aushärtbaren Kunststoffen, die bei der Betriebstemperatur der herzustellenden Bauelemente eine feste Vergußmasse bilden, eingebaut. Dies geschieht in der Weise, daß mit Hilfe von Montagehorden die auf Sysiemträger legierten oder gelöteten Halbleiteranordnungcn mit den äußeren Elektroden verbunden werden und dann die Verbindungsstellen zwischen den Kontaktierungsdrähten und den Anschlüssen mit einem gießfähigen Harz in einem ebenfalls aus Kunststoff bestehenden Formkörper vergossen werden. Die einzelnen Bauelemente werden dann durch entsprechendes Zerteilen der durch Vergießen hergestellten Kunststoffleiste erhalten. Dieses Verfahren hat gegenüber dem ersten unter anderem den Vorteil, daß durch das Umhüllen mit dem Kunststoff und außerdem durch die Verwendung eines als Elektrodenanschlüsse dienenden bandförmigen Trägerkörpers gleichzeitig mehrere Bauelemente in einem Formkörper vergossen werden können, während bei dem Einbau in das Glasgehäuse jedes Bauelement für sich eingekapselt wird.
Beim Übergang auf Bauelemente mit sehr feinen Strukturen, insbesondere auf solche, die nach der Pia-
nartechnik gefertigt sind, bereitet das Anbringen der Kontakte an den Elektroden erhebliche Schwierigkeiten, da die Kontakte meist nur punktförmig und mit geringen Kontakthöhen wegen der kleinen Strukturarbeiten und Diffusionstiefen aufgebracht werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein rationelles und billiges Verfahren anzugeben, das es erlaubt, eine Vielzahl von kunststoffummantelten Bauelementen in koaxialer Ausführung, insbesondere Hableiterbauelemente, die nach der Planartechnik gefertigt sind, mit mechanisch stabilen Lötkontakten zu versehen, ohne daß dabei die elektrischen Parameter in ungünstiger Weise beeinflußt werden.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei der Kontaktierung eine Montagehorde verwendet wird, welche die äußeren in der gleichen oder nahezu gleichen Achse angeordneten Elektroden mit einer mechanischen Vorspannung mit der Bauelementanordnung in Kontakt bringt, daß dann '20 die vorzugsweise mit einer Lotschicht versehenen Elektroden mit der Bauelementanordnung in einem Lötofen in Schutzgasatmosphäre verlötet werden und daß vor dem Entfernen der Montagehorde die mit den äußeren Elektroden verlötete Bauelementanordnung an den Lötstellen mit einem fest aushärtbaren Isolationslack bedeckt wird.
Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß auf rationelle Weise festhaftende und mechanisch stabile, sowie vor Feuchtigkeit und anderen atmosphärischen Einflüssen geschützte Lötkontakte hergestellt werden, die im Anschluß an den Kontaktierprozeß sofort mit einer Kunststoffumhüllung aus Epoxydharz oder Polyesterharz durch ein Spritz-Preß-Verfahren versehen werden können.
Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität der Lötkontakte werden in einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens für die äußeren Elektroden Metallbänder oder flachgedrückte Drähte aus einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung, aus Nickel oder aus einer Bronzelegierung verwendet. Dabei ist es vorteilhaft, wenn für die gleichzeitige Kontaktierung mehrerer Elemente in einer Montagehorde das Elektrodenmaterial Kammstruktur aufweist.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß auf die Elektroden ein Lot aufgebracht wird, welches aus zwei Schichten besteht, die bei der Kontaktlötung eine Gold-Zinn-Legierung bilden. Gemäß einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel wird die Zusammensetzung des Lotes so gewählt, daß die bei der Kontaktlötung entstehende Legierung einer Legierung aus 80 Gewichtsprozent Gold und 20 Gewichtsprozent Zinn entspricht.
Die die Legierung bildenden Schichten können sowohl auf galvanischem Wege aufgebracht als auch im Vakuum aufgedampft oder durch ein Plattierungsverfahren auf das Elektrodenmaterial aufgewalzt werden.
Wenn erforderlich, kann mit den aus den Lotkomponenten bestehenden Schichten zusätzlich ein die Dotierung der zu kontaktierenden Elektroden der Bauelementanordnung beeinflussendes Material mitaufgebracht werden.
Es ist zweckmäßig, wegen des eutektischen Punktes der Gold-Zinn-Legierung den Lötprozeß bei 280 bis 3000C in gereinigter Stickstoffatmosphäre und in einem Durchlaufofen durchzuführen.
Zur Erhöhung der Stabilität der Lötkontakte wird erfindungsgemäß zur Abdeckung der Lötstellen ein Epoxydharzlack verwendet, der in etwa 30 Minuten bei 150°C fest aushärtet. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß eine starre Verbindung entsteht, die das Entfernen der Montagehorde nach dem Lötprozeß auf bequeme Weise und ohne mechanischen Ausfall erlaubt. Zusätzlich wird dabei die Oberfläche der Bauelementanordnung vor äußeren atmosphärischen Einflüssen, insbesondere vor Feuchtigkeit, geschützt.
Die Abdeckung der Lötstellen mit dem fest aushärtbaren Lack geschieht zur besseren Dosierung des aufzubringenden Lacktropfens mittels einer Pipette oder einer Düse.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Umhüllung der kontaktierten Bauelementanordnung mit einem Kunststoffgehäuse aus Epoxydharz oder Polyesterharz durch ein Spritz-Preß-Verfahren vorzunehmen. Durch das Vorliegen der Kammstruktur des Elektrodenmaterials ist es von Vorteil, daß gleichzeitig mehrere Elemente in der Preßform angeordnet und mit dem Kunststoffgehäuse versehen werden können.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist deshalb besonders gut geeignet zum Kontaktieren aller Halbleiterbauelemente im Kunststoffgehäuse, die nach der Legierungs- und/oder Diffusionstechnik gefertigt sind. Wegen der mechanischen Empfindlichkeit der in Miniaturbauweise gefertigten Halbleiterbauelemente ist es besonders vorteilhaft anwendbar bei der Montage von Planartransistoren und -dioden sowie integrierten Schaltungen.
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ergibt sich bei der Kontaktierung von mehrpoligen elektrischen Bauelementen, z. B. von Kondensatoren und Widerständen.
Im folgenden soll die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels und der in der Zeichnung dargestellten Figur näher erläutert werden.
In der Figur ist im Schnitt eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kontaktierte Diode, die für diesen Zweck in eine Montagehorde eingespannt ist, gezeigt. Dabei bedeuten die mit dem Bezugszeichen 3 bezeichneten Teile die aus einem geeigneten Werkstoff hergestellte Montagehorde, in welche die mit der Halbleiteranordnung 1 zu kontaktierenden äußeren Elektroden 2 mit einer bestimmten mechanischen Vorspannung eingespannt sind. Die mechanische Vorspannung soll durch den mit 5 bezeichneten Knick in dem aus einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung bestehenden, mit einer bei der Kontaktlötung sich bildenden Legierung (in der Figur nicht dargestellt) versehenen Elektrodenmaterial 2 dargestellt werden. Die Halbleiteranordnung 1, im Ausführungsbeispiel ein Planardiodensystem, bestehend aus dem Kristallkörper 6 und dem aufgedampften Metallkontakt 7 aus Silber, wird zwischen die unter mechanischer Vorspannung zueinander liegenden Metallbänder 2 eingeschoben. Die gefüllte Montagehorde wird dann in gereinigter Stickstoffatmosphäre in einem Durchlaufofen bei 2800C einem kurzen Lötprozeß unterworfen. Beim Abkühlen der gefüllten Montagehorde im Durchlaufofen wird bei Erreichen einer Abkühltemperatur von etwa 1500C durch einen in der Montagehorde angebrachten Schlitz zur Verbesserung der mechanischen Stabilität der Lötstellen auf jedes gelötete System mit Hilfe einer Pipette ein Epoxydharzlacktropfen 4 angebracht, der in etwa 30 Minuten bei gleichbleibender Temperatur von 150°C zu einem fest ausgehärteten Isolationslack erstarrt. Der mit mehreren gelöteten Anordnungen versehene Kamm aus Elektrodenmaterial kann dann ohne mechanischen Ausfall und ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen aus
der Montagehorde genommen und sofort in die für die Kunststoffumhüllung vorgesehene Preßform eingelegt werden. Auf diese Weise lassen sich gleichzeitig mehrere Halbleiteranordnungen, z. B. eine aus 50 Elementen bestehende Kette von Halbleiteranordnungen, rationell kontaktieren und anschließend zum Schütze vor äußeren Einflüssen mit einer aushärtbaren Kunststoffmasse, insbesondere aus Epoxydharzen bestehend, umhüllen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum serienmäßigen Herstellen von elektrischen Bauelementen in Koaxialbauweise, insbesondere von Mikrohalbleiterbauelementen, im Kunststoffgehäuse, bei dem mit Hilfe von Montagehorden die äußeren, in der gleichen oder nahezu gleichen Achse angeordneten Elektroden des herzustellenden Bauelements mit der Bauelementanordnung verbunden werden, wonach die Bauelementanordnung und die Verbindungsstellen zwischen der Bauelementanordnung und den äußeren Elektroden mit einer niedrigschmelzenden, bei der Betriebstemperatur des herzustellenden Bauelements festen Vergußmasse umhüllt werden, d a durch gekennzeichnet, daß bei der Kontaktierung eine Montagehorde verwendet wird, welche die äußeren in der gleichen oder nahezu gleichen Achse angeordneten Elektroden mit einer mechanischen Vorspannung mit der Bauelementanordnung in Kontakt bringt, daß dann die vorzugsweise mit einer Lotschicht versehenen Elektroden mit der Bauelementanordnung in einem Lötofen in Schutzgasatmosphäre verlötet werden und daß vor dem Entfernen der Montagehorde die mit den äußeren Elektroden verlötete Bauelementanordnung an den Lötstellen mit einem fest aushärtbaren Isolationslack bedeckt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die äußeren Elektroden Mctallbänder oder flachgedrückte Drähte aus einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung, aus Nickel oder aus einer Bronzelegierung verwendet werden, wobei das Elektrodenmaterial für die gleichzeitige Kontaktierung mehrerer Elemente in einer Montagehorde Kammstruktur aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Elektroden ein Lot aufgebracht wird, welches aus zwei Schichten besteht, die bei der Kontaktlötung eine Gold-Zinn-Legierung bilden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lotschicht verwendet wird, die einer bei der Kontaktlötung entstehenden Legierung von 80 Gewichtsprozent Gold und 20 Gewichtsprozent Zinn entspricht.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lotschichl durch ein galvanisches Verfahren aufgebracht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lotschicht im Vakuum aufgedampft oder durch ein Plattierungsvcrfahren aufgewalzt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Lotschicht ein die Dotierung der zu kontaktierenden Elektroden der Bauelementanordnung beeinflussendes Material miiaufgebracht wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lötprozeß bei 280 bis 3000C in gereinigtem Stickstoff in einem Durchlaufofen durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdeckung der Lötstellen ein Epoxydharzlack verwendet wird, der in etwa 30 Minuten bei 1500C fest aushärtet.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung der Lötstellen mit dem fest aushärtbaren Isolationslack durch Auftropfen des Lacks mittels einer Pipette oder durch eine Düse erfolgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung der kontaktierten Bauelementanordnung mit einem Kunststoffgehäuse durch ein Spritz-Preß-Verfahren mit Epoxydharz oder Polyesterharz vorgenommen wird, wobei gleichzeitig mehrere Elemente in der Preßform angeordnet und mit dem Kunststoffgehäuse versehen werden.
12. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zum Kontaktieren von Halbleiterbauelementen, die nach der Legierungs- und/oder Diffusionstechnik gefertigt sind, sowie zum Kontaktieren von Planartransistoren und -dioden und integrierten Schaltungen.
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