DE1964668C3 - Halbleiterbauelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement der im Oberbegriff des Anspruchs i angegebenen Art.

Aus der FR-PS 15 30 347 ist ein Halbleiterbauelement mit einem metallischen Träger bekannt, auf dessen einer Oberfläche ein Halbleiterplättchen befestigt ist. Das Haibieiterplättchen und ein Teil des Trägers mit Ausnahme mindestens einer zweiten Oberfläche des Trägers ist von einer festen Umhüllung eingekapselt. Der Träger und die Umhüllung weisen eine zusammenhängende Öffnung auf, die sich zwischen einer der Oberflächen der Umhüllung und der zweiten Oberfläche des Trägers erstreckt. Elektrische Anschlußleiter sind über Kontaktierungsdrähte mit verschiedenen Teilen des Halbleiterplättchens verbunden und ragen aus der Umhüllung heraus. Wenn dieses Bauelement mit einer Schraube, die durch die Umhüllung und den Träger in der zusammenhängenden Öffnung hindurchragt, auf einer Unterlage befestigt wird, wird beim Festziehen der Schraube Druck auf die Umhüllung und damit auch auf das Halbleiterplättchen ausgeübt. Es ergeben sich dadurch häufig Änderungen der elektrischen Eigenschaften und es tritt sogar ein Bruch des Halbleiterplättchens oder der zu ihm führenden elektrischen Verbindungen auf. Da die Umhüllung und der Halbleiterträger aus unterschiedlichem Material besteht, hebt sich das Umhüllungsmaterial aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnung dieser Materialien oft vom Halbleiterträger ab, so daß eindringende Verunreinigungen an das Halbleiterplättchen gelangen und es nachteilig beeinflussen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauelement zu schaffen, bei dem das Befestigen desselben mit Schrauben auf einer Unterlage nicht zu einer Druckbeanspruchung des Halbleiterplättchens führt, und eine gute Abdichtung des Halbleiterplättchens ge währlei tstet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung des Trägers in Form eines Winkelprofilabschnittes mit zueinander einen spitzen Winkel einschließenden Schenkeln wird eine Fläche ohne Umhüllung geschaffen, durch die die Befestigungsschraube hindurchgeht und mit ihrem Kopf direkt auf dem Träger aufliegt Bei Festziehen der Befestigungsschraube wird daher kein Druck auf das Halbleiterplättchen ausgeübt, so daß die Gefahr eines Bruches des Halbleiterplättchens gering ist Darüber hinaus kann die Befestigungsschraube wesentlich fester angezogen werden, als wenn auf die Umhüllung genommen werden muß. Dadurch wird die nicht eingekapselte Oberfläche des Bauelementes fest gegen die Unterlage gedrückt, so daß die Wärmeableitung von Bauelement zur Unterlage bzw. zum Chassis sehr gut ist Aufgrund des sich zwischen den zueinander

μ schrägen Teilen des Trägerkörpers ergebenden Hinterschnitts ergibt sich eine feste und dichte Verankerung des Umhüllungsmaterials trotz der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten des Umhüllungsmaterials und des Materials, aus dem der metallische Träger besteht

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine vorspringende Leiste an der Schnittlinie der beiden Schenkel des Trägers vorgesehen, die verhindert, daß das Umhüllungsmaterial von der einen,

ω das Halbleiterplättchen tragenden Fläche fließt, wenn das Umhüllungsmaterial bei der Herstellung aufgebracht wird. Darüber hinaus ermöglicht die Leiste eine bessere Verankerung der Umhüllung mit dem Träger und außerdem wird durch die Leiste der Abstand

)5 zwischen der Schnittlinie des Winkelprofils und dem Halbleiterplättchen vergrößert, so daß die Abdichtung der Umhüllung noch verbessert wird.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Darstellung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Halbleiterbauelement nach der Erfindung;

F i g. 2 eine Seitenansicht des in F i g. 1 dargestellten Bauelementes und

F i g. 3 eine perspektivische Ansicht des in F i g. 1 dargestellten Bauelementes während eines Herstellungsschrittes.

Das in F i g. 1 dargestellte Halbleiterbauelement 10 ist ein Transistor, der einen metallischen Träger 12, beispielsweise aus Nickel oder goldplattiertem Kupfer, aufweist. Der Träger 12 besteht aus den beiden Schenkeln 14 und 16 die miteinander einen spitzen Winkel von beispielsweise 60 Grad einschließen. Auf der einen Fläche 18 an der Außenseite des Schenkels 16 ist ein Halbleiterplättchen 20 mit Emitterbasis und Kollektorelektroden befestigt. Die Kollektorelektrode ist elektrisch mit der Bodenfläche des Plättchens 20 und damit mit dem Träger 12 verbunden. Vorzugsweise ist das Halbleiterplättchen 20 mit einem nicht dargestellten Umhüllungsmaterial, beispielsweise reinem Silikonharz,

M) zum Schutz der Plättchenoberfläche überzogen.

Von der einen Fläche 18 ragt eine Leiste 26 nach

außen, die eine Fortsetzung der weiteren, an der Außenseite des einen Schenkels 14 liegenden Fläche 28 bildet. Ihr Zweck wird noch näher erläutert. Der Winkel

• B zwischen den beiden Flächen 18 und 28 ist ein spitzer Winkel von beispielsweise 60 Grad. Durch den Schenkel 14 des Trägers 12 verläuft eine Befestigungsöffnung 30.

Mit der Emitter- bzw. Basiselektrode des Halbleiter-

plättchens 20 sind zwei feine Drahte 36 und 38 verbunden, die wiederum zu zwei dickeren Drähten 40 bzw. 42 führen. Die dünnen Drähte 36 und 38 sind völlig innerhalb einer zweiten Masse 46 aus einem gummiähnlichen Kapselungsmaterial, welches in Fig.2 in gestrichelten Linien dargestellt ist, beispielsweise einem flexiblen Silikonharz, eingekapselt der an die Leiste 26 angrenzt Der Sinn dieses Einkapsehingsmaterials wird noch näher erläutert Ein dritter Draht 44 ist fesi mit dem Träger 12 verbunden, beispielsweise durch mechanisches Einklemmen zwischen den Wänden eines Schlitzes 45 des Trägers, wie es F i g. 3 veranschaulicht Der Draht 44 ist über den Träger 12 elektrisch mit der Kollektorelektrode des Halbleiterplättchens 20 verbunden.

Eine dritte Umhüllung 48 aus einem plastikähnlichen, festen Umhüllungsmaterial, welches in den F i g. 1 und 2 als gestrichelte Linie dargestellt ist kapselt praktisch den gesamten Träger 12 mit Ausnahme der weiteren Fläche 28 ein; dieses Material kann in bekannter Weise ein Silikonschmelzharz sein. Die dritte Umhüllung 48 dient zusammen mit der weiteren Trägerfläche 28 als Einkapselung 49 des Bauelementes 10. Durch das feste Umhüllungsmaterial 48 ragt eine öffnung 50, die in Verbindung mit der öffnung 30 durch den Träger 12 eine Befestigungsöffnung 52 für das Bauelement darstellt Die Drähte 40, 42 und 44 ragen nach außen durch die Einkapselung 49 und dienen als Anschlüsse für das Bauelement

Das Bauelement 10 läßt sich auf einem Chassis d-irch Verbinden seiner Anschlüsse an geeignete Lötpunkte oder einen Sockel auf dem Chassis befestigen. Zur noch besseren Befestigung des Bauelementes auf ei"c^! Chassis 53 (F i g. 2) und im Sinne einer besseren Wärmeableitung ist in F i g. 2 eine in gestrichelten Linien dargestellte Schraube 54 durch die öffnung 52 gesteckt und in eine Gewindeöffnung des Chassis eingeschraubt. Die nicht eingekapselte weitere Fläche 28 des Bauelementes wird fest gegen die Chassisoberfläche gedruckt und bildet einen Wärmeableitungsweg vom Bauelement zum Chassis.

Beim Zusammenbau des Bauelementes 10 wird ein Halbleiterplättchen 20 beispielsweise durch Anlöten auf der einen Fläche 18 des Trägers 12 befestigt, welcher an einer Seite einen offenen Schlitz 45 aufweist. Dann werden dünne Drähte 36 und 38, beispielsweise durch Löten, mit den nicht dargestellten Elektroden auf dem Halbleiterplättchen 20 verbunden. Das Halbleiterplättchen 20 wird dann mit einem Oberflächenschutzharz, etwa unter Zuhilfenahme einer Pipette oder dergleichen, überzogen.

Dann wird der Träger 12, wie es Fig.3 darstellt, neben einer Klemmvorrichtung 62 angeordnet, welche ein Paar gegenüberliegender Backen 64 hat, zwischen denen die Anschlußdrähte 40, 42 und 44 eingeklemmt werden. Die Backen sind lösbar mit Hilfe von Schrauben 66 zusammengeklammert. Der Träger wird so angeordnet, daß der Anschlußdraht 44 innerhalb des Schlitzes 45 liegt und die Anschlußdrähte 40 und 42 über den dünnen Drähten 36 und 38 liegen. Dann wird die Außenwand 59 des Schlitzes 45 nach inne;. umgebogen, so daß sie den Anschlußdraht 44 festklemmt, und die beiden dünnen Drähte 36 und 38 werden dann beispielsweise durch Verschweißen, mit den beiden Anschlußdrähten 40 bzw. 42 verbunden.

Anschließend wird das Umkapselungsmaterial 46 auf den Träger aufgebracht beispielsweise mit Hilfe einer bekannten Austragvorrichtung, um das Plättchen 20, die dünnen Drähte 36 und 38 und mindestens die Verbindungsstellen dieser Drähte mit den Anschlußdrähten 40 und 42 einzukapseln. Die Leiste 26 soll verhindern, daß das Umhüllungsmaterial 46, das beim Aufbringen von viskoser Konsistenz ist von der einen Fläche 18 auf die weitere Fläche 28 wegfließt.

Nach dem Aushärten des zweiten Einkapselungsmaterialkörpers 46 wird ein dritter Körper 48 aus Umhüllungsmaterial in bekannter Weise um Teile des

ίο Trägers 12 und die herausragenden Drähte 40, 42, 44 herumgeschmolzen. Der Umhüllungskörper 48 bedeckt die Wand der öffnung 30, welche durch den Träger 12 verläuft und die der einen Fläche 18 gegenüberliegende Fläche 17 des Schenkels 16, so daß dadurch der Träger 12 von der Befestigungsschraube 54 elektrisch isoliert wird.

Dann werden die Klemmbacken 64 gelöst um die

Anschlußdrähte des fertigen Bauelementes freizugeben.

Obgleich hier nur der Zusammenbau eines einzigen Bauelementes 10 beschrieben worden ist, können in der Praxis viele derartige Bauelemente gleichzeitig montiert werden. Zu diesem Zweck wird die Klemmvorrichtung 62 so lang ausgebildet, daß sie eine Mehrzahl von in gegenseitigem Abstand befindlichen Gruppen von je drei Anschlußleitern halten kann. Ferner wird eine nicht dargestellt»» Lehre benutzt welche eine Mehrzahl von Trägern 12 so aufnimmt daß sie in der richtigen Lage zu den Anschlußdrähten 40,42 und 44, die aus der Lehre 62 herausragen, gehalten werden. Die nachfolgenden Arbeitsvorgänge des Zusammendrückens der Schlitze, des Verbindens der Drähte, des Einkapseins des Halbleiterplättchens und Umgießen mit einer Umhüllung lassen sich dann mit bekannten Techniken der Massenherstellung durchführen.

r, Das erfindungsgemäß hergestellte Bauelement hat die folgenden Vorteile. Die Anschlußdrähte haben einen kreisförmigen Querschnitt. Dies ist im Interesse größerer Festigkeit und Biegbarkeit der Anschlüsse sehr erwünscht außerdem lassen sich die Bauelemente

4(i damit in Fassungen montieren, welche runde zylindrische öffnungen haben und keine flachen Anschlußdrähte aufnehmen können. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäBe Bauelement unmittelbar anstelle wesentlich teuerer Bauelemente verwendet werden, welche die üblichen Glas- und Metallsockel und runde Anschlußdrähte haben, wie beispielsweise Bauelemente in TO-5 Gehäusen.

Da das Halbleiterplättchen 20 auf der einen Fläche 18 montiert ist, welche quer zu den äußeren Flächen 59 und 28 des Bauelementes verlaufen, zwischen denen durch die Befestigungsschraube 54 beim Befestigen des Bauelementes ein Druck ausgeübt wird, wird der auf das Halbleiterplättchen 20 ausgeübte Schraubendruck wesentlich herabgesetzt. Dadurch verringert sich die Möglichkeit eines Bruchs des Plättchens 20 oder seiner dünnen Anschlußdrähte 40, 42, 44 oder Verbindungsdrähte 36,38.

Weil die eine Trägerfläche 18 einen von 90 Grad verschiedenen Winkel zu den äußeren Flächen 28 und

w) 59 des Bauelementes hat, ist die Höhe des Bauelementes geringer. Wählt man zwischen der einen Fläche 18 und der weiteren Fläche 28 einen spitzen Winkel, so verkleinert sich der Wärmeableitungsweg zwischen dem Halbleiterplättchen 20 und der weiteren Fläche 28,

b > so daß die Wärmeableitung verbessert wird.

Die üblicherweise für die Einkapselung 49 verwendeten Materialien haben größere Wärmeausdehnungskoeffizienten als Kupfer oder Stahl, welche für den Träger

12 verwendet werden. Diese unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischen dem Umhüllungskörper 48 und dem Träger 12 bei Temperaturänderungen gibt normalerweise Anlaß zu mechanischen Beanspruchungen, welche einen Bruch der dünnen Verbindungsdrähte 36 und 38 zur Folge haben können. Dieses Problem wird vermieden, indem für das Einkapselungsmaterial des Halbleiterplättchens und der Drähte ein gummiartiger Umhüllungskörper 46 verwendet wird. Das Material dieses Körpers gleicht die mechanischen Beanspruchun- ι ο gen aus und verhindert, daß mechanische Spannungen das Halbleiterplättchen oder die Drähte erreichen und beschädigen.

Eine andere Schwierigkeit, welche durch die unterschiedliche Ausdehnung zwischen dem Umhüllungskörper 48 und dem Träger 12 bedingt ist, ist, daß sich der Umhüllungskörper von der Fläche des Trägers an einer äußeren Verbindungslinie zwischen Umhüllung und Träger, beispielsweise in F i g. 2 an der Verbindungsstt 1-Ie 80 des Materials des Umhüllungskörpers 48 mit der weiteren Trägerfläche 28 abhebt Hier erfüllt die Leiste 26 einen zweiten Zweck, indem sie als Anker für das Material des Umhüllungskörpers 48 am Träger 12 dient und außerdem den Abstand zwischen der Verbindungsstelle 80 und dem Halbleiterplättchen 20 vergrößert, so daß die Gefahr, daß aus der Umgebung eindringende Verunreinigungen das Halbleiterplättchen 20 erreichen verringert wird. Auch die Neigung der beiden Schenkel 14 und 16 aufeinander zu wirkt im Sinne einer Verankerung des Materials des Umhüllungskörpers 48 mit dem Träger 12.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Halbleiterbauelement mit einem metallischen Träger, bei dem auf einer Fläche des Trägers ein Halbleiterplättchen befestigt ist, bei dem das Halbleiterplättchen und der Träger mit Ausnahme mindestens einer weiteren, der Befestigung des Halbleiterbauelements dienenden Fläche mit einer festen Umhüllung umgössen ist, bei dem eine Befestigungsöffnung die Umhüllung und den Träger mit der weiteren Fläche durchsetzt und bei dem elektrische Anschlußleiter mit verschiedenen Teilen des Halbleiterplättchens verbunden sind und aus der Umhüllung herausragen, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (12) die Form eines Winkelprofilabschnitts mit zueinander einen spitzen Winkel einschließenden Schenkeln (14,16) aufweist wobei die eine, das Halbleiterplättchen (20) tragende Fläche (18) an der Außenseite des einen Schenkels (16) und die weitere Fläche (28) an der Außenseite des anderen Schenkels (14) liegt und die Befestigungsöffnung (30, 50) durch den anderen Schenkel (14) hindurchführt

2. Halbleiterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Schnittlinie der Schenkel (14, 16), eine vorspringende Leiste (26) ausgebildet ist, die mit dem anderen Schenkel (14) die weitere Fläche (28) gemeinsam hat.