DE1801073A1 - Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauteilen - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauteilen

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DE1801073A1 DE19681801073 DE1801073A DE1801073A1 DE 1801073 A1 DE1801073 A1 DE 1801073A1 DE 19681801073 DE19681801073 DE 19681801073 DE 1801073 A DE1801073 A DE 1801073A DE 1801073 A1 DE1801073 A1 DE 1801073A1
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Description

General Motors Corporation, D e t r ο it, Mich·» T.St.A.
Verfahren sum Herstellen von Halbleiterbauteilen
Die Erfindung ttezieht sich auf die Herstellung rom Balbleitearbauteilen» die auf Streifen aufgebaut ia Kunststoff eingekapselt sind.
Das Einkapseln mit Kunststoff ist wie der Aufbau auf Streifen bekannt und ist für Halbleiterbaa-einheiten eingesetzt die jedoch nur für eine geringe Strombelastung τοη wenige als 1 Ampere geeignet sind» Derartige Halbleiterbauteile z.B. in 4®ar U's A-iatößtechrift 3 281 623 beschrieben..
Kit d«r fortsohre it enden Entwiokluag d«r feucht igkeitsundurch lass igen, yiächenpassivierung sind die Here teller Ton Haibleiterbattteilen dazu übergegangen, das Einkapseln im. Kuiiststoff£a!&*verfaaren Toreuaeiiäeen« Hierbei ist der Aaföaa auf Streifen ©bettfalls T*rweod«t worden. Bekannt 1st dia Ytrfahrea ama Heret«llea voa äalbleiterbattteilea» bei de« «aus
einem leitenden Metallstreif en eine Mehrzahl von Anschlussklemmengruppen ausgestanzt werden und durch Stege miteinander verbunden bleiben, sodaan. eia Halbleiterelement auf den Metallstreifen montiert and mit den Anschlussklemmen verbunden wird» anschliessend das Halbleiterelement und die Verbindungen zu den Anschlussklemmen in Kunststoff eingekapselt werden» und absehliessend die. gekapselten Anschlussklemmengruppen von den Stegen getrennt werden*
Infolge von Schwierigkeiten, die nachstehend erörtert werden* ist diese Herstellungsweise ebenfalls auf Halbleiterbauteile mit geringer Strombelastung beschränkt.
Normalerweise erfolgt die Herstellung derartiger Halbleiterbauteile unter Verwendung eines leiterartig vorgestanzten Streifens» in dem die Anschlussklemmengruppen ähnlich dej* Sprossen einer Leiter angeordnet sind.. TJm eine mechanisch ausreichend starre Einheit zu erhalten, müssen das Halbleiterelement und die Verbindungen zu den Anschlussklemmen vollständig in Kunststoff eingekapselt werden, Bei nicht vollstandigei* Einkapselung würde sich nämlich eine Trennung des Kunststoffes von den Anschlussklemmen ergeben, da die Kunststoffe nur eine £ geringe Haftfähigkeit haben» Dies gilt sowohl for vergiessbare Epoxyharze als auch fflr vergiessbare Silikonharze. Kunststoffe sind bekanntlich schlechte Wärmeleiter. Aus diesem Grutide jaüis praktisch die gesamte im Halbleiterelement während des BetriebeI entstehende Wärme über die Anschlussklemme, auf-der das ^ leiterelement montiert ist, zu einem Bunkt ausserballfdei' stoffkapeelung geleitet werden, wo die AnschlusBMLemmeΛοώ
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Wärmeschild liefestigt ist. Dieser umstand ist die Ursache dafür, dass derartige Halbleiterbauteile bisher nur für schwache Strombelastungen hergestellt werden konnten.
Wird die Kunststoffkapselung nur auf der einen Fläche der das Halbleiterelement tragenden Anschlussklemme aufgebracht, ergeben sich andere Schwierigkeiten. Es müssen dann besondere angelötete Anschlussklemmen zusätzlich zu der von dem Streifen gebildeten Anschlussklemme vorgesehen werden. Die zwischen den Streifen gebildete Anschlussklemme selbst muss notwendigerweise sehr dünn sein, damit sie leicht verformt und gestanzt werden kann. Sie ist daher leicht zu verbiegen und kann sich daher von dem verhältnismässig schlecht haftenden Kunststoff trennen. Weiterhin besteht der Nachteil, dass auf die besonderen angelöteten Anschlussklemmen ausgeübte Kräfte leicht auf das Halbleiterelement übertragen werden können und dieses schädlich beeinflussen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das zuvor angegebene bekannte Verfahren derart weiter auszugestalten, dass Halbleiterbauteile robuster Bauart geschaffen werden, die einer hohen Strombelastung ausgesetzt werden können.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass die Anschlussklemmen durch teilweises Abtrennen eines Teils des Metallstreifens vom Rest dieses Streifens und durch Abbiegen der teilweise abgetrennten Teile aus der Ebene des Streifens gebildet werden, dass das Halbleiterelement neben
j diesen abgebogenen Teilen an dem Streifen befestigt und mit den
, abgebogenen Teilen elektrisch verbunden werden, danach das
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mm /L mat
Einkapseln erfolgt, wobei der Streifen zum Teil freigelegt bleibt, und absohliessend ein Abtrennen des Bauteils durch Ausstanzen eines Stücks der Streifen von den Anschlussklemmen getrennt wird.
Nach einem weiteren Verfahrenssohritt ist vorgesehen, dass in dem Bereich des Streifens, in dem das Halbleiterelement befestigt wird, den Streifen versteifende Randteile abgebogen werden. Ferner ist es vorteilhaft, wenn in der Mitte des Streifens Lappen ausgestanzt und in einem spitzen Winkel zum Streifen nach obÄn abgebogen werden, um die Haftung des Kunststoffes der Kapselung am Streifen zu erhöhen. Nach einem weiteren Yerfahrensschritt wird der Kunststoff der Kapselung nur auf eine Fläche des Streifens aufgebracht.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass im Bereich des zum Abtrennen auszustanzenden Stücks des Streifens in diesem Kerben gebildet werden, die sich bis zu zwei funkten des auszustanzenden Stücks erstrecken. Schlieseüch ist vorgesehen, dass das Halbleiterelement und seine elektrischen Verbindungen zu den Anschlussklemmen vor dem Einkapseln durch einen unstarren Kunststoff isoliert werden.
In der Zeichnung ist das erfindungsgemässe Verfahren an einem Ausführungsbeispiel erläutert. In der Zeichnung
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Halbleiterbauteils in Form eines Transist ora und
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I1Ig. 2 Ms 5 perspekt!Tische Darstellungen verschiedener Stufen während des Herstellungsverfahrens des Transistors gemäss Pig. I.
Der Halbleiterbauteil gemäss Pig. I hat einen ebenen Metallstreifen 10, der als Grundplatte dient und zugleich die Kollektorelektrode des Transistors bildet. Das nicht dargestellte Halbleiterelement ist von einer Kapselung 16 aus Kunststoff umschlossen, die auch die einen Enden der Emitter- und Basisanschlussklemmen 12 bzw.14 aufnimmt, deren andere Enden nach dem Einkapseln und Trennen in eine zum Streifen 10 parallele lage gebogen sind. Die Kapselung 16 lässt die untere Fläche des Streifβηε 10 frei und bedeckt auch nicht dessen gesamte obere Fläche.
Die Enden des Streifens 10 enthalten Löcher 18 und 20, die der Montage dienen. Zweckmässig ist der Halbleiter-
jbaute11 auf einem Wärmeschild oder einem anderen wärmeabführen-
den Bauteil montiert. Löcher 22 und 24 in den Anschlussklemmeη 12 bzw. 14 erleichtern den Anschluss von elektrischen Leitern, Die freiliegenden Teile der Anschlussklemmen 12 und 14 können leicht in einem gewünschten Winkel abgebogen werden, so dass die Anpassung an die jeweiligen Einbauverhältnisse möglich ist.
Dieser Halbleiterbauteil wird von einem verhältnismässig dünnen ebenen Streifen in einer einfachen und neuen Verfahrensweise hergestellt, wobei eine automatische Fertigung zuverlässiger Halbleiterbauteile ermöglicht wird.
Fig« 2 veranschaulicht die Herstellung der Anschlussklemmen aus einem Kupferstreifen 10 von etwa 1,5 mm Stärke. An den Seitenrändern des Streifens 10 werden durch an-
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nähernd parallele Schnitte Teile abgetrennt, die mit ihrem freien Ende in eine zum Streifen 10 parallele Ebene abgebogen werden, wobei an den Punkten 26 und 28 ein Abbiegen um 135 erfolgt, so dass sich zum StreifenlO parallele Flächen 12· und 14» ergeben. Diese sind am Ende 30 bzw. 32 verbreitert. Diese Verbreiterung entsteht durch einen Ausschnitt 33 einer nach oben abgebogenen Leiste 34 bzw. 36 des Streifens 10. Diese ί verbreiterten Enden unterstützen die Verankerung der Anschlussklemmen 12 und 14 bei der später erfolgenden Einkapselung mit Kunststoff.
Der Streifen 10 ist ferner an den Seiten mit Kerben 38 und 40 zwischen den einzelnen Anschlussklemmengruppen versehen.
Wie Pig. 3 veranschaulicht, sind elektrische Leiter 42 und 44 aus Gold, Aluminium oder anderem Metall mit den Flächen 12' bzw. 14* verbunden und an ein Halbleiterelement 46 angeschlossen. Die Leiter 42 und 44 haben einen dem zu leitenden Strom entsprechenden Durchmesser, der im allgemeinen 0,13 mm beträgt, aber bis zu 0,63 mm betragen kann. Die Verbindung der Drähte kann durch Druckschweissung, Ultraschallschweissung o.dgl erfolgen»
Das Halbleiterelement 46 kann von jeder geeigneten Art sein und ist im Ausführungsbeispiel ein Transistorelement mit einer Basiselektrode und Emitterelektrode an der oberen Fläche und einer Kollektorelektrode an der unteren Fläche. Vorzugsweise ist das Halbleiterelement durch einen Überzug aus Lack, Silikonfett,bei Raumtemperatur vulkanisierbarem Gummi
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ο.dgl. passiviert. Ferner können falls gewünscht die metallischen Leiter von dem Epoxyharz der später aufzubringenden Kapselung isoliert sein. Dies kann durch Einhüllen des Halleiterelements und seiner Verbindungen in einen nachgiebigen Isolierstoff,wie bei Baumtemperatur vulkanisierbarem Gummi, Silikonharz o.dgl. erfolgen.
Das Halbleiterelement 46 ist in einen mittleren Bereich- des Streifens 10 zwischen den hochgezogenen Kanten 34 und 36 angelötet, ferner sind in dem mittleren Teil des Streifens 10 Lappen 48 und 50 ausgestanzt und nach oben abgebogen, um der später aufzubringenden Kapselung aus Kunststoff einen besseren Halt zu geben;
Der Streifen 10 selbst dient als Kollektorelektrode des Transistors.
Vie Fig. 4 erkennen lässt, wird die Kapselung 52 aus Kunststoff nur auf die obere fläche des Streifens 10 aufgebracht. Dies erfolgt zweckmässig im Transfer-Gussverfahren, jedochfauch jede, andere Giesstechnik verwendet werden. Das Kunstharz flieset unter die hochgebogenen Kanten 34 und 36 und unter die Lappen 4& und 50 des Streifens. Diese sind in eines spitzen Winkel sum-Streifen abgebogen, so dass eine mechanische Verriegelung der Kapselung aus Kunststoff erfolgt. Die Kapselung erstreckt sich jedoch nicht unter die untere Fläche des Streifens 10. Die hochgebogenen Kanten 34 und 36 sowie die Lappen 48 und erhöhen die Steifigkeit des dünnen Streifens 10 aus biegsamem Metall. Venn auch Kupfer das zu bevorzugende Metall ist, so können auch andere Metalle verwendet werden, wie Kupferlegie-
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rutigen, Folien aus Metallen, und Kovar. Obwohl also der Streifen aus einem leicht verformbaren Werkstoff besteht, ist der kritische Bereich des Streifens durch seine Formgebung sehr starr. / Hierdurch wird der gebildete Halbleiterbauteil widerstandsfähiger und ist gegen Zerstörungen bei der Handhabung oder bei der Wärmebelastung während des Betriebes weniger anfällig. Obwohl die Kapselung aus Kunststoff nur auf eine Oberfläche des Streifens 10 aufgebracht ist,» besteht keime Gefahr einer Trennung des Kunststoffes vom Streifen. Ferner ist das Halbleiterelement 46 nicht mit dem Streifen 10 verlötet, so dass es beim Biegen des Streifens .nicht beansprucht wird. Serartige Beanspruchungen können eine Änderung des spezifischen Widerstandes und damit der elektrischen Kennlinien des Halbleiterbauteils zur Folge haben.
Die Kapselung 52 aus Kunststoff hüllt die Flächen 12 * und 14* der Anschlussklemmen ein, ebenso wie das Halbleiterelement 46 und die Verbindungsleiter 42 und 44· Die aussenlieenden T_ile der Anschlussklemmen 12 und 14 sind nunmehr von der Kunststoffkapselung getragen, so dass ihre Trennung von dem Streifen 10 vorgenommen werden kann. Zu diesem Swecke wird ein Teil 54 aus dem Streifen IO ausgestanzt, wobei die aussenliegenden Teile 12 und 14 der Anschlussklemmen gebildet werden, wie dies die Fig. 4 und 5 zeigen. Der ausgestanzte Teil 54 schneidet hierbei die Kerben 38,40 an Punkten 56 an, wodurch eine vollständige Abtrennung des fertigen Transistors vom Streifen erfolgt.
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Da die Anschlussklemmen 12 und 14 aus dünnem Metall "bestehen, können sie in jede gewünschte Form gebogen werden, die für den Einbau des Halbleiterbauteils erwünscht
(ffig.l) !
ist, ohne dass eine Beschädigung zu befürchten ist/. Der Halb- j
ι leiterbauteil ist ferner besonders widerstandsfähig gegen
j Kräfte, die auf die Anschlussklemmen ausgeübt werden. Vorteil- ! Mt ist, dass derartige Kräfte nicht auf das Halbleiterelement !
übertragen werden. Eine Übertragung dieser Kräfte durch die : Leiter 42 und 44, die die !Teile 12» und 14' der Anschlussklemmen1 ! mit dem Halbleiterelement 46 verbinden, sind nachgiebig und · ; leicht verformbar, so dass diese die Kräfte nicht auf das Halb- ; I leiterelement übertragen können. Die in den Kunststoff einge- i ι
betteten verstärkten Enden 30 und 32 der Anschlussklemmen bewirken eine mechanische Verriegelung der Anschlussklemmen in dem I Kunststoff und unterstützen damit die Verbindung. Die dadurch gegebene festi-Lage innerhalb des Kunststoffes verhindert ebenfalls die Übertragung von Kräften auf das Halbleiterelement I oder die elektrischen Verbindungsleiter zu diesem. I Bei der praktischen Durchführung des Verfahrens
ί werden zweckmässig etwa 6 bis 8 Transistor gleichzeitig von 1 einem Streifen hergestellt. Es kann jedoch auch ein einziger j Halbleiterbauteil auf einem langen Metallstreifen in einem kon-I tinuierlichen Verfahren hergestellt werden,wobei die einzelnen
Schritte des Verfahrens aufeinanderfolgend in verschiedenen
Abschnitten durchgeführt werden und abschliessend jeder fertige i
{ Halbleiterbauteil abgetrennt wird.
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- ίο
Wenn die Erfindung auch in Verbindung mit einem Transistor beschrieben worden ist, so kann das Verfahren jedoch zur Herstellung jedes beliebigen Halbleiterbauteils verwendet werden. Beispielsweise können nach dem Verfahren Dioden hergestellt werden. In diesem Falle ist nur ein Randteil abzutrennen und abzubiegen, da in diesem Falle nur eine Anschlussklemme zu bilden ist. Andererseits kann, wenn das Halbleiterelement eine ebene Diode ist, zweckmässigerweise mit zwei abgebogenen Anschlussklemmen gearbeitet werden, wobei dann der Streifen selbst nicht als Anschlussklemme verwendet wird. Ebenso kann das Verfahren für die Herstellung von Thyristor verwendet werden, in welchem Falle bis zu fünf Anschlussklemmen mühelos vorgesehen werden können. In diesem Falle können spiegelbildlich zueinander angeordnete Anschlussklemmen 12 und 14 in jeder Anschlussklemmengruppe gebildet werden. Zusätzliche Anschlussklemmen können durch abgebogene ausgeschnittene Streifen zwischen den Randstreifen gebildet werden. Ebenso ist es nicht unbedingt ; erforderlich, dass die Enden der abgebogenen Teile anfänglich ; abgetrennt werden. Es können beide Enden von der Kunst st off kapse-f lung freibleiben und nach der Einkapselung getrennt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist daher für eine Vielzahl von Halbleiterbauteilen geeignet und in jedem Falle leicht durchführbar. Da die dem Halbleiterelement abgewandt3 Fläche des Streifens offen bleibt, kann dieser unmittelbar an einem Wärmeschild befestigt werden, so dass sich ein kleinstmöglicher Wärmeleitweg zwischen dem Halbleiterelement und dem Wärmeschild ergibt. Aus diesem Grunde kann dem Halbleiterbauteil eine
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"bedeutend grössere Stromibelastuiig zugemutet werden.«
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Claims (1)

  1. - 12 Patetitansprüche :
    j 1« Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauteilen,
    jbei dem aus einem leitenden Metallstreifen eine Mehrzahl von Anschlussklemmengruppen ausgestanzt werden und durch Stege miteinander verbunden bleiben, sodass ein Halbleiterelement auf j den Metallstreifen montiert und mit den Anschlussklemmen verbunden wird, anschliessend das Halbleiterelement und die VeAndungen zu den Anschlussklemmen in Kunststoff eingekapselt werden und abschliessend die gekapselten Anschlussklemmengruppen von den Stegen getrennt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussklemmen durch teilweises Abtrennen eines Teils (12»,141) des Metallstreifens (10) vom Rest dieses Streifens und durch Abbiegen der teilweise abgetrennten Teile aus der Ebene des Streifens gebildet werden, dass das Halbleiterelement (46) neben diesen Teilen an dem Streifen befestigt und mit den abgebogenen Teilen elektrisch (Leiter 42,44) verbunden werden, danach das Einkapseln (52) erfolgt, wobei der Streifen zum Teil freigelegt bleibt, und abschliessend beim Abtrennen des Bauteils durch Aufstanzen eines Stücks (54) der Streifen von den Anschlussklemmen (12,14) getrennt wird. ! 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an den teilweise abgetrennten Teilen durch einen jAusschnitt (33) aus dem Streifen (10) verbreiterte Enden (30,32) (gebildet werden, die die Anschlussklemmen (12,14) in dem Kunststoff (.52) der Kapselung verankern.
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    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Sereich des Streifens (10), in dem das Halbleiterelement (46) befestigt wird, den Streifen versteifende Randteile (54,36) abgebogen werden.
    4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mitte des Streifens (10) Lappen (48,50) ausgestanzt und in einem spitzen Winkel zum Streifen nach oben abgebogen werden, um die Haftung des Kunststoffes (52) der Kapselung am Streifen zu erhöhen.
    5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff (52) der Kapselung nur auf eine Pläche des Streifens (10) aufgebracht wird.
    6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des zum Abtrennen auszustanzenden Stücks (54) des Streifens (10) in diesem Kerben (38,40) gebildet werden, die sich bis zu zwei Punkten (56) des auszustanzenden Stücks erstrecken.
    7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterelement (46) und seine elektrischen Verbindungen (42,44) zu den Anschlussklemmen (12·,141) vor dem Einkapseln durch einen unstarren Kunststoff isoliert werden.
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