DE1937664A1 - Halbleiterbauelement - Google Patents

Halbleiterbauelement

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Description

IHN·,
ing. ferai.) GüNTTmn M. TJAVTO
Patenfsxtes*or
Anmelder: N. V. PHILIPS' G^EILAMPEfiFABRlEKE» Airt.: PHH- 3320
vo*i 23. Jull 1969
"Halbleiterbauelement".
Die Erfindung bezieht sich auf" ein Haiblei torbauelement mit aus Metallstreifen gebildeten Leitern, ritiein auf einem der Leiter angeordneten Kristall, dor eine inte-, grierte Schaltung enthält, elektrisch leitenden Verbindungen vom Kristall zu der leitern und einer isolierenden Kunst stoffhül« Ie, in weiche die integrierte Schaltung, die leitenden Verbindungen und ein Teil der Leiter aufgenommen sind , wobei die umhüllten Leiter im wesentlichen in einer Ebene liegen.
Die Wärmeabfuhr des Kristalls, der die integrierte Schaltung enthält, geschieht bisher über den Leiter an dem tier Kristall befestigt ist. Um"eine, grosse Wärmeabfuhr zu erhalten ist dieser Leiter breit ausgebildet, während er, und notwendigerweise dann auch die übrigen loiter, die normaler-
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193766A PHN. 3320,
weise als sogenanntes Cutter aus einem Metallstreifen gebil-, det sind, verhä1tnismässig dick sein müssen. Die Hearbeitung zur Herstellung des Gitters von leitern aus einem flicken Metallstreifen ist schwieriger als bei einem dünnen Metallstreifen, was sich für. das bekannte Hai bl e i t erbaue 1 eimmt pro i ssteigernd auswirkt. Weiter sind tier Dicke flor Knden der' Leiter Grenzen gesetzt, da diese linden im a 1 1 gemeinen geeigne t sein müssen, in kleine Offnungen einer Hon igeplaite geführt zu werden. Kine derartige Ausbildung kann daher weniger geeignet sein, um eine ausreichende Wärmeabfuhr· vom Kristall zu bewirken, insbesondere bei Verwendung einer iηtegriorten Schaltung für eine verhältnismäfsig grosse elektrische leistung, wobei ein« grosse Wärmemenge als \er lust aufgenommen wird.
Die Erfindung bezweckt, ein Hai bleiterbauele-
ment zu schaffen, bei dem das Problem der AbI uhr der im Kristall entstandenen Wärme auf einfache und zweckdienliche Weise gelöst wird. Dazu ist nach der Erfindung das Halbleiterbauelement mit einem Kühlelement versehen, das dem Kristall gegenüber an dem den Kristall tragenden Leiter befestigt ist, wobei 4er weitere Teil des Kühlelements sich ausserhalb der Ebene, in der sich die Leiter befinden, erstreckt. Auf diese Weise wird immer eine ausreichende Wärmeabfuhr.über das Kühlelement erhalten. Da die Wärmeabfuhr dabei nicht über Leiter erfolgt, brauchen diese Leiter keine ungünstige Form zu haben.
Bei einer erfindungsgemässen Ausführungsform
besteht das Kühlelement aus einem kleinen Block wärmeleitenden Materials, mit dem eine Platte aus wärmeleitendem Material
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— 'ι —
verbunden ist. Das auf* diese fceisp auf gebaut<> Küh 1 e lernen t lässt sich auf einfache Weise mit Hilfe, einfacher Mittel verwirklichen. Vorzugsweise besteht dabei nach der Lr findung das Kühleietnent aus einem kleinen Kupferblock, das mit dem .den Kristall tragenden Leiter verlötet ist, während die Platte aus Aluminium gebildet und mit Hilfe eines wärmeleitenden Klebestöffes am Kupferblock befestigt ist.
iiei einer weiteren Ausführungsform ist nach der Erfindung der Kristal} auf einem Leiter befestigt» der einen Teil eines ersten Lei tersatzos bildet, wobei u<?r den Kris tall tragende Leiter mit einem kleinen Block wärme 1eitenden Materials versehen ist» welcher erste Leitersatz mit Kristall und Block derart in eine Kunststoffhülle aufgenommen ist, dass die Aussenseite des Blocks an einer Aussenseite der Hülle liegt, während die Anschlüsse des ersten Leitefsatzes an einem zweiten Satz streifenfÖrmiger Leiter befestigt sind, wobei die erste Hülle und. ein Teil des zweiten Lei τ ersatzes in eine zweite Kunststoffhülse aufgenommen sind. Diese Ausbildung eignet sich für integrierte Schaltungen verhältni«massig geringer Leistung. Bei einer grossen Leistung kann nach der Erfindung mit der Aussenoberflache des in die erste Hülle aulgenommenen Blocks eine wärmeleitende !Matte verbunden sein, die mindestens teilweise in die zweite Kunststoffhül1 ο aufgenommen ist. Bei Versuchen hat sich ein tierartiges Hai blei t er bauelement bewährt.
Bei einer eriindungsgemasscn Ausführungsform ist die Platte derart ausgebildet, dass ihre Aussenflache mit
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piner Aussoniläche der zweiten Hülle nahezu zusammenfällt. Kin derartiges Halbleiterbauelement ermöglicht eine verhältnismässig grosse Wärmeabfuhr. Die Platte kann mit der Aussenflache völlig zusammenfallen oder gegebenenfalls teilweise in einem geringen Abstand darunter liegen.
Wenn dip Wärmeabfuhr noch grosser sein nuss,
können nach der Erfindung die Enden der wärmeleitenden Platte aus der Hülle hinausragen.
Eine sehr starke Wärmeabfuhr wird erhalten, wenn nach dor Erfindung die iius der Hülle hinausragenden Enden der Platte zur Befestigung des Streifens an einpm Kühlkörper ein loch aufweisen.
Bei einer noch weiteren Ausführungsform ist. der Kristall auf einem Leiter befestigt, der einen Teil nur eines verwendeten Gitters von Leitern bildet, wobei eine Kühlplatte mit einem abgewinkelten Teil an der Rückseite des den Kristall tragenden Leiters befestigt ist, während ein Teil dor Leiter, der Kristall und mindestens ein Teil der Kühlplatte in eine KunststoffhülIe aufgenommen sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden dm folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1,2 und 3 eine Draufsicht und zwei Seitenansichten einer ersten Ausführungsform des Halbleiterbauelementes,
Fig. k einen Schnitt gemäss der Linie IV-IV in Fig. 5,
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Ii g. ■") «inn Ansirhi einer 1 e i 1/.usaininens t e 1 1 im,;
aus leitern, Kristall und dem wärmeleitenden iUock, das (r.irizp in Kunststoff" eingebettet,
I· i {7. <> und 7 eine Dran fs i rh t b/w. .ic i t erum.~> i rh t
eines zweiten I e i t orsfi t /o s mit einer Kühlplatte, aiii" der die Te i 1 zusammens t e 1 1 ung nach Fig. ·'» und ~ befestigt ist,
Γ iff. β und ' eine Draufsirht bzw. .Seitenansicht einer zweiten Aus führung« form dos Ha 1 bl e i t erbaue 1 einen t e ^ ,
lig. Ό eine Vtisicht "einer anviereii \UHfüliruni;sf ο rni,
F'i£j. 11 eirie Ansicht einer· weiteren Aus ('üli-i'un^,
Fig. 12 eine Draufsicht und 1 i {;. 1 ! eine Seitenansicht eines Ha IbIe i tprbaue Leinen t es , bei dem das KüliLelement auf eine noch andere Weise ausgebildet ist.
DLe Fig* 1, '2 und 'S zeilen ein Ma IbI η i ι er bauelement mit einer integrierten Schaltung. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist dieses Halbleiterbauelement zehn elektrische Leiter 2 auf. Die Hülle '1 bestellt aus einem isolierenden Kunststoff« Weiter ist eine in der Kunst stoffhü IIo eingebettete Kühlplatte Ί ersichtlich, die /.we i Löcher r> enthält. LCin Halbleiterbauelement, bei dem die Leiter J abgewinkelt sind und sich in zwei Reihen befinden, wird allgemein mit dem Namen "dual in line" bezeichnet.
Die Fig. Ί und ;> zeigen eine Te i 1 zusammens t el -
lung, einen gesondert herzustellenden Teil des' llalbleiterbauelementes nach Fig. 1-3· Diese Tei1zusammenstellung enthält flache metallene Leiter ο und 7» die bei spielsweise aus ι
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-PIIN.". Ή.20.
einem Streifen Fornico von ο, 1 nun Stärke geätzt sind. Diese · einen Zusammenhang untereinander aufweisenden Lei ter werden als Gitter bezeichnet. An ilen Leitern O bel'indet sich ein verbreiterter Teil 1", auf dem ein Kristall befestigt ist. Dieser Kristall kann beispielsweise aus oinor SiiiζiumpLatte bestehen, in der auf i'üv Sachverständige bekannt ο Weise eine integrierte schal lung angebracht ist. Der Kristall kann beispielsweise mittels einer GoId-S i L iz i urnverbindun/f auf dem verbreiterten Teil Io der Leiter <> befestigt sein Mit Hilfe von Drähten ·, beispielsweise aus Gold oder Aluminium, sind die Kontaktstellen der integriorten-.ächal tung -mieden Leitern 7 verbunden. Mit der vom Kristall abgewandton Seite dßs verbreiterten Teils IO ist ein Kupferblock 11 verlötet, beispielsweise mittels eines Ul ei -X ink — Lotes. Die Leiter <>, 7, der Kristall und das Kupferblock )] sind in eine isolierende Hülle 12 aus Kunststoff aufgenommen, wobei die Aussenseito des Kupferblocks mi t eier Aussenf lache 1'} dieser Hülle 12 gerade zusammenfällt.
In den Fig. 6 und 7 ist die schlussendliche Form des Halbleiterbauelementes nach Fig. I - 3 dargestellt, wobei die Kunststoff hülle '} gestrichelt angegeben ist und die Leiter 2 nicht abgewinkelt sind. Die Leiter 2 können wieder als ein zusammenhangendes Ganzes, das sogenannte Gitter, aus einem Streifen Fernico mit einer Dicke von 0,23 mm gebildet sein. Auf den einwärts gerichteten Enden der Lei tor 2 sind die aus der Kunststoffhülle* 12 hinausragenden Enden der Leiter 7 befestigt. An der Seite 1j der Hülle 12, dort wo den
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Kupferblock 11 an die llül lenoberf J ache ti'itt, ist ο inn AIuminiumplatte '* mit JIi lic ο ines nicht rlarfoslcl lion Kärmeieitenden Klebestoffes am BlocKcliPi) 11 befestigt. Dim' 1 ei t ende Klebestoff kann boispielswpisp aus phiem feinvortoi.] tpji Silber enthaltenden Epoxydharz bostoh-pn. In dor A 1 uitii α i unip 1 a 11 e 'l sind zwei Zungen 1< > -gestanzt, dies v.ur Erhaltung einer guten". Einbettung- der Platte Ί in der Kunst st offhiilIo ";.
Dei* «tor beschr i ebonen Ausführung« forin des
Halbleiterbauelementes ist es auf einfache Wei.se rnögli<h ,;c-Λν-orden, eine sehr gute Abfuhr der i m Kr i η t μ I 1 en t s t aiidnnnn Wärme zu erhalten. Dies ist im 'ves.ci.it I i cheii ilrr Tnisaclin vn verdanken,- dass die Wärmeabfuhr nicht mit teJs »iei* 1 ei (er .(· zu geschehen braucht. Mittels des gesonderten Küh 1 e 1 ejii.cnt «>s-, das sich, hauptsächlich au^serha 1 b der K'bene, in dei· die elektrischen Leiter liegen, erstreckt, wird eine ausseist g.«vo i/f--■ riete Warnieabfuhr gewähr I e i stet .- Hi e darges t e-1 Ite Vus f ühr-ungsform ist insbesondere von He la ng zur Abkühlung eine.1-· Krislal lhmit einer integrierten Schaltung für eine verbal tni^nuis-sig hohe elektrische leistung. Die Kühlung des Kristalls kann optimal werden, wenn zwischen dem Kristall und dom lornipoieiter ü eine Mol ybdänplat t e angeordnet wird-. Die Kühlplatte· U kann beispielsweise mit Hilfe von Holzen, die durch die Löcher5 gesteckt werden können, auf einem Körper mit einer grosseil Kühloberfläche oder an einem wärmeleitenden Streifen befestigt werden. Der Kupferblock 11 befindet sich unmittelbar gegen die Unterseite dos Kristalls, was für einen guten und schnellen Wärmetransport günstig ist.
ÖAD ORIGINAL
PHN. 3320.
Tn den Fig·* ö und 9 ist--ein ΠαϊΜeitprbauele- ■ ment dargestellt, das auf nahezu gleiche Weise wie dag an Hand der Fi-(J. 1 bis J beschriebene Halbleiterbauelement aufgebaut ist* Die aus Aluminium bestehende Kühlplatte ist hier, mit der Bezugsziffer 20 angedeutet. Die Kühlplatte 20 raßt bei dieser Ausführungsforni nicht aus der Hülle 3 hinaus* Da die Aussenoberflache der Kühlplatte 20 mit einer Aussonoberflache der KUIIe 3 nahezu zusammenfällt, wird auch bei dieser Ausführungsform eine ziemlich starke Wärmeabfuhr gewährleiste t, wenn auch etwas weniger alö bei der Ausbildung nach den "■Fig.* 1, 2, 3* Das Halbleiterbauelement nach den Fig. <"■ und <), das sich in seiner äusseren Gestalt von einem Halbleiterbauelement, in dem keine besonderen Massnahmen zur Kühlung dos Kristalles getroffen wurden, nicht unterscheidet, eignet sich
daher zur Verwendung bei integrierten Schaltungen, für eine nicht zu grosse elektrische Leistung. Wenn die an die Wärmeabfuhr zu stellenden Anforderungen verhältnismässig gering sind, ist gegebenenfalls die Verwendung nur des Kupferblocks 11, siehe Fig. 10, ausreichend, und der Aluminiumstreifen kann fortgelassen werden. Es dürfte weiter einleuchten, dass die aus Aluminium bestehende Kühlplatte nicht im wesentlichen den Leitern parallel zu liegen braucht, aber das beispielsweise, auch eirio Kühlplatte 22 mit. einer Form, wie dies in Fig. 11 dargestellt ist, verwendbar ist. Weiter kann sowohl für den filock 11 als auch für die Kühlplatte jedes gewünschte gut wärmeleitende Material gewählt werden.
Es ist nicht notwendig, dass das Kühlelement
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1S37664:
PHN. Π2Ο.
aus zwei Teilen besteht, nämlich item Block 1 ! und dor P Ut t te. 1-5» 20, 2\ oder 22* Mit demselben wärme! t> it enden Effekt kann die Platte aus einem Ganütn br s teilen r bo i spi el swe i se aus oinem Aluminiumstreifen, oder einem Kupfers t ro I fön , der- mit Hi 1 Ie eines leitenden Epoxydharze« oder eines Lotes an der Wückseife des den Kristall tragenden Leiters befestigt ist, wolclier Streifen sich zum übrigen Teil aussorhalb der Ebene der Leiter befindet. Die I" ig:. 12 und 13 'zoignn ein Beispiel dieser Ausf ührun/jsf orrti. In d i ösen, Ausführungsbo i »pi;e 1 wird weiter nicht die TeiIzusammensteI lung mit einer gesonderten Kunstetoffhülle, wie dies in Fig. -I und 5 ^ityr Fall war, sondern der Kristiill b unmittelbar auf einem verbreiterten Teil ?5 eines Leiters 26 angeordnet. Der Leiter 26 biLdet einen 'leil eines aus einem Metallstreifen, wie Fornico·, .hergestellten' Leitergitters, wobei die Enden der Leiter 27 aus der zum Schluss angebrachten Kunststoffhülle 2t- ragen. Die Kontaktstellen des Kristalls ·*> sind beispielsweise mit Hilfe von Gold- oder Alum'iniumdrähten 9 unmittelbar mir diesen Leitern 27 verbunden. Die Form des Kühlelementes 2", die sich für diese Ausbildung durchaus eignet, ist am deutlichsten in Fig. 13 dargestellt. Das Kühlelement 29 besteht dabei aus einem Aluminiumstreifen., der sich im wesentlichen parallel zur Ebene der Leiter 26, 27 erstreckt,der jedoch einen abgewinkelten Teil 30 aufweist, der mit dem verbreiterten Teil 25 des totters 26 verbunden ist.
Der Aluminiumstreifen 2 > ragt irn der dargestellten Apaführun^sfornj aus-der Hülle 2ί> hinaus, Dies i.st jedoch
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keineswegs notwendig, wenn die vom Kristall abzurührende Wärme einen nicht zu grossen Wort hat. Dann sind auch die Formen verwendbar, wie diese z.B. in den Fi(J. b - 10 dargestellt sindi Bei der Ausführungsförm nach den Fig. 12 und 1'j ist os auch möglich, die Kombination von Kupferblock und Aluminiuniplatte als Kühle Lenient, zu verwenden. Da hier jedoch keine Ίei!zusammen»telLung verwendet wird, ist der' Gebrauch einsa gesonderten Kupferblocks im η 1Lgemeinen nicht notwendig.
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Claims (1)

  1. VkIi: Λ Ί A K S- P R ϋ C U K . c "-,..-.
    Ua Γ bl eί t erbaue 1 onion t nut «lu.s "Mt* (-"t J.. 1 s t ro i i'<Mi f-i*- bilfieton ieitortt, oiriom auf oi notii «fpr ! f> i t.<■?r angoanliroi t>ii. Kristall, eier eine irtte^r ier\ e bchn ί ( un^ enUiä I t , e 1 okt r i st'li leitenden \nerfoimiunßen vom Kribtaii zu den Lf1I torn und einer i solicrxvnden Ivunstst ρΓΠΐϋΙ Ip , in weiche die i nt efirierto nrtiiillung, die leitenden Verbindungen und ein 'Keil der leitei auiijenonirnen sind, wobei die umhül It(^Iv Leiter im wcsontt irhoir iti Girier Ebene ließen,- dadui clv j^keunzoi cliiiot , dass Una Halbleiter bauelement mit einem Kühle 1 erneut versehen ist, ilns iInii Kristall gegenüber an dem den Kristall tragenden Leitet* be(eFti£t ist, wobei der weitere Teil dos "Ruh I ο lenient es "s-iclr ausivorhalb der [ebene, in der sich die Leiter befi nden ot-s treckt.
    2. Halbleiterbauelement nnrii Anspruch T, dadurch gekennereiclmet , dass das Kütil element aus einem [!lock wärme-· loi tendon Materials besteht, mit eiern eine Fiat te aus uärnteleitendom Material verbunden ist*
    3. -Halb!eiterbaue 1oment nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet ^ darf? das l ühl e 1 pijipii t au s einem Kupfer block be.steht, «las mi t dem den Kristall tragenden 1 ei tor vor lote t ist, während die Platte aus Aluminium gebildet und mit Hilfe eines wärmeleitenden ElebestoTfes am Kupferblock befestigtist.
    '(■. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2 oder '},
    dadurch gekennzeichnet, dass dor Kristall auf einem Leiter befostjtgt ist, der einen Teil eines ersten Leitersatzes bildet, wobei der den Kristall tragende Loiter 'mit einem Illock warme-
    909886/1096 bad original
    • FUN* 2320
    - 12 -
    lei tendon Materials versehen ist, woieher- ■ erste Lei torsatz mit Kristall und Blöckchen derart in eine erste Kunststoffhülle aufgenommen ist) dass die Aussenseite des Blocks; an einer Aussensoite der Hülle liegt, während die Anschlüsse dee ersten Lei tersatzes an einem zwei ten Satz s treifenfÖrmiger Lei ter " befestigt sind, wobei die erste Hülle und ein Teil.des zweiten Leitersatzes in eine zweite Kunststoffhülle aufgenommen sind.
    5. Halbleiterbauelemente nach Anspruch ^, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Aussenoberflache des in die erste Hüllt? aufgenommenen Blocks eine wärmeleitende platte verbünden ist, die mindestens teilweise in die zweite Kunststoffhülle aufgenommen ist. -
    6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Platte derart gebildet ist, dass ihre Aussenf lache mit einer Aussenfläche tier zweiten Hülle nahezu zusammenfällt.
    7· Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, dadurch
    gekennzeichnet, dass die Enden'der wärmeleitenden Platte aus der Hülle hinausragen.
    o. ,Halblei terbaueleinent nach Anspruch 7 ι dadurch
    gekennzeichnet, dass die aus der Hülle hinausragenden Enden der Platte zur Befestigung des Streifens an einem Kühlkörper
    ein Loch aufweisen. '
    9· Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch
    gekennzeichnet, dass der Kristall auf einem Leiter befestigt •ist, der ein<;n Teil nur eines Gitters von Leitern bildet,
    909886/1096 \ BADORfGINAL
    PUN. -rr:o.
    wobei, eine KUhIpLnfcte mit ο thorn abftevi nkeltVn Teil atj der Riicksciitß dos den Kristnll tragenden Leiter!-; Ue fos* t igl i st , während ein Teil der 1 e i ter , der KrJs ta!I und mindes teil.-* ein Teil der ""Kühl ρ Vat te- in eine Kims t sioiThiil Io a u Γβ ο no mm r> η
    s ind. ".-""■ ^ "
    SADORIGINAt
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