DE2127633B2 - Verfahren zum Herstellen eines Systemträgers zur Halterung und Kontaktierung eines Halbleiterkörpers - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Systemträgers zur Halterung und Kontaktierung eines Halbleiterkörpers

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DE2127633B2 DE19712127633 DE2127633A DE2127633B2 DE 2127633 B2 DE2127633 B2 DE 2127633B2 DE 19712127633 DE19712127633 DE 19712127633 DE 2127633 A DE2127633 A DE 2127633A DE 2127633 B2 DE2127633 B2 DE 2127633B2
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren im Herstellen eines Systemträgers zur Halterung und Kontaktierung eines llalbleiterkörpers aus einem mit Ausnehmungen versehenen Metallblech, das aus mindestens zwei Schichten aus verschiedenen Metallen besteht und zungenartig ausgebildete innere Zuleitungen besitzt, die mit den Elektroden des Halbleiterkörpers verbunden werden und geringere Stärke aufweisen als die äußeren Anschlußbeine.
Es ist bekannt, zur Halterung von Halbleiterbauelementen einen metallischen Sysiemträger zu verwenden. Ein solcher Systemträger weist einen äußeren Rahmen auf, von dem aus sich die einzelnen Zuleitungen zungenartig und in der Bandebene in das Rahmeninnere erstrecken. Eine dieser zungenartigen Zuleitungen ist schauielartig erweitert und dient als Träger für den Halbleiterkristall, auf dem dieser durch Legieren oder Verlöten oder Verkleben befestigt wird. Sie nimmt innerhalb des Halterahmens einen zentralen Platz ein. Die anderen Zuleitungen enden kurz vor dem schaufeiförmigen Kristallträger. Ihre Cud«-.· .-mid mittels feiner Drähte mit den ihnen zugeordneten Elektroden des Halbleiterkörpers. die sich vorzugsweise nur auf einer Seite des Halbleiterkörpers befinden, leitend verbunden. Die Anordnung, insbesondere auch die Enden der zungenartigen Zuleitungen sowie der schaufelförmige Träger, können in einem Kunststoffblock oder auch einem Keramik- oder Glasgehäuse eingebettet sein. Die Herstellung dieser Drahtbrücken muß von Hand erfolgen und ist recht mühselig.
Es wurde daher auch schon in der DT-OS 19 30 627 eine andere Möglichkeit zur Halterung und Kontaktierung solcher Halbleiterkörper beschrieben, wonach ein oder mehrere monolithische Halbleitcrbausteine auf einer mit Leiterbahnen versehenen Trägerplatte. /. B. einer Dünnfilmschaltung aufgebracht und ihre Anschlußpunkte mit den Leiterbahnen und diese mit den nach außen ragenden Anschlüssen verschweißt sind, wobei vorzugsweise diese Anschlüsse durch Ätzen aus einem kupferkaschierten Aluminiumblech hergestellt werden. Bei einer Kontak'iieruny nach diesem Vorschlag entfällt die lästige Verlötung der Verbindungsdrähte. Die Herstellung kann relativ einfach automatisiert werden.
Aus den USA.-Patentschriften 32 62 022 und 33 74 537 sind Systemträger bekannt, bei denen nur die äußeren Anschlüsse aus einem selbsttragenden Metallblech, z. B. durch Stanzen hergestellt sind, während die inneren Zuleitungen aus nichttragenden Metallschichten bestehen, die auf eine isolierende Unterlage aufgedampft sind. Die äußeren Anschlußbeine und die innc ren Zuleitungen sind miteinander durch Löten odci Schweißen verbunden.
Weiterhin sind aus den britischen Patentschriftcr 11 99 848 und 11 99 849 Systemträger bekannt, die au; getrennt hergestellten äußeren Anschlußbeinen und in neren Zuleitungen bestehen. Die Verbindung der äuße ren Anschlußbeine und der inneren Zuleitungen erfolg erst nachträglich durch Schweißen.
In unserer älteren Erfindung DT-OS 20 37 666 wurde ferner bereits ein Verfahren zum Kontaktieren eine: mit mehreren Elektroden versehenen Halbleiterkör pcrs mit Hilfe eines aus einem Metallblech hergestell ten System von elektrischen Zuleitungen, die sich vor einem Halterahmen zungenartig in das Rahmeninnen erstrecken und dessen freie Enden mit den einzelnci Elektroden in leitende Verbindung gebracht werder vorgeschlagen, wobei die Materialstärke an den Endei der zungenartigen Zuleitungen im Vergleich zu derci an den Halterahmen angrenzenden Teilen verminder
wird und diese Enden unmittelbar mit den ihnen zugeordneten Elektroden des Halbleiterkörpers verbunden werden. Die Herstellung dieses metallischen Systemträgers soll durch Stanzen oder Ätzen erfolgen. Pie Herstellung der feinen Struktur der dünneren Zuleitungen und der gröberen Struktur der AnschlulJbeine aus einem Stück erfordert jedoch sehr sorgfähiges Arbeiten und ist vergleichsweise schwierig.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein einfacheres Verfahren zum Herstellen eines Systemträgers z.ur Halterung und Kontaktierung eines Halbleiterkörpers anzugeben.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art vor, wobei die äußeren Anschlußbeine durch selektives Ätzen unter Verwendung von Photomasken hergestellt werden, während die inneren Zuleitungen entweder ebenfalls durch selektives Ätzen oder durch galvanische Metallabscheidung jeweils unter Verwendung einer photolithographisch hergestellten Abdeckmaske hergestellt werden. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Herstellung der feinen Struktur der dünneren Zuleitungen und der gröberen Struktur der Anschlußbeine ohne besonderen Aufwand erfolgen.
Besonders vorteilhaft ist es, von einem Zwei- oder Mehrschichtmaterial auszugehen, dessen Schichten unterschiedliche Ätzbeständigkeit aufweisen und aus diesem Zwei- oder Mehrschichtmaterial durch selektives Atzen unter Verwendung von Ätzmasken die inneren Zuleitungen und die äußeren Anschlußbeine herauszuätzen.
Man kann für die Ätzung der inneren Zuleitungen und der äußeren Anschlußbeine mit Vorteil zwei verschiedene Ätzmittel verwenden, wovon das eine nur zur selektiven Herausätzung der inneren Zuleitungen und das andere zur Herausätzung der äußeren Anschlußbeine verwendet wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird für die Ätzung der inneren Zuleitungen und der äußeren Anschlußbeine ein geineinsames Ätzmittel verwendet, das die feinere Struktur der inneren Zuleitungen entsprechend dem Dickenverhältnis langsamer ätzt als die gröbere Struktur der Anschlußbeinc.
Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden auf einem Trägcrblcch eine Abdeckmaske im Wege eine? photolithographischen Prozesses aufgebracht und sodann durch galvanische Abscheidung eines Metalls, das nicht mit dem Metall des Trägcrblechs übereinstimmt, die inneren Zuleitungen erzeugt und nach Entfernung der Abdeckmaske die Feinstruktur mit einem Schutzlack überdeckt und auf der Gegenseite eine Ätzmaske für die Herstellung der iiußcrcn Anschlußbeine aufgebracht und die äußeren Anschlußbeinc durch selektives Ätzen hergestellt. Zur Herstellung einer Bügelform der inneren Zuleitungen werden vor dem Herstellen der inneren Zuleitungen im Trägerblech Vertiefungen durch Ätzen hergestellt, die die gewünschte Bügclform der inneren Zuleitungen ergeben.
Es ist auch möglich, beim galvanischen Aufbau der inneren Zuleitungen diese als Zweischichtsystem auszubilden, z. B. aus Kupfer und Nickel, wobei die Kontakticrungsschicht vorzugsweise dünn aufgebaut wird.
Im folgenden werden Ausführungsbcispielc der Erfindung an I land der Figuren beschrieben.
Die F i g. I bis 4 zeigen Verfahrensstufen einer ersten Variante eines Verf; ! rcns zur Herstellung eines metal
lischen Systemträgers,
F i g. 5 zeigt einen metallischen Systemträger, dei mit einem Halbleitcrchip bestückt ist,
F i g. b zeigt einen metallischen Systemträger mit bü gelförmigen inneren Zuleitungen,
F i g. 7 zeigt einen metallischen Systemträger nach F i g. 6 bestückt mit einem Halbleiterchip,
die F i g. 8 und 9 dienen zur Erläuterung einer /we! ten Verfahrensvariante zur Herstellung metallischei Systemträger,
F i g. 10 zeigt einen fertiggestellten metallischen Systemträger.
Ausführungsbeispiel 1
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfin dung wird auf ein Messingblech in einer Stärke von z. B. 0,3 mm auf einer Seite eine Schicht aus einem Pho topolymermaterial ausreichender Dicke, z.B. 60 μη-aufgebracht, aus der die Abdeckmaske für den nachfolgenden galvanischen Aufbau der Feinstruktur durch einen phoiolithographischen Prozeß hergestellt wird F i g. 1 zeigt eine Draufsicht auf die Oberfläche einer mit einer Galvanikabdeckschicht 1 versehenen Messingplatte, v.obei die Oberflächenteile, die von den in neren Zuleitungen eingenommen werden sollen, freige la.isen sind, während in F i g. 2 ein Schnitt l-i durch F i g. I dargestellt ist. In diesen freigelassenen Berei chen erfolgt dann eine galvanische Abscheidung vor Nickel 3 bis maximal zur Höhe der PhotopoKmer· schicht I. Beispielsweise kann so eine 50 um dicke Nik· kelschicht 3 abgeschieden werden. Ist dies geschehen so werden die Abdeckschichten 1 entfernt und die abgeschiedenen inneren Zuleitungen aus Nickel 3. wie F i g. 3 und 4 zeigt, einschließlich der diese inneren Zuleitungen 3 tragenden Oberfläche des Trägerblechs 2 mit einem Schutzlack, vorzugsweise einem Lötlack 5 abgedeckt. Auf der Rückseite wird die Ätzabdeckung 6 für die Herstellung der äußeren Anschlußbeine aufgebracht. Diese Ätzabdeckung 6 kann im Photodruck· oder im Siebdruckverfahren aufgebracht werden.
Nun werden die äußeren Anschlußbeine 7. wie F i g. 3 zeigt, herausgeätzt, wobei man ein Ätzmitte verwendet, das nur das Trägerblech 2. nicht aber die aus Nickel bestehenden inneren Zuleitungen 3 angreift Als Ätzmittel können außer rein selektiv ätzenden Medien auch solche verwendet werden, die beispielsweise Nickel und Messing für sich alleine angreifen. Jedoch bei Zweischichtmaterial die Nickelfeinstruktur gar nicht oder nur in sehr vermindertem Maße angreifen (elektrolytiscber Effekt oder Passivierung). Die Aufbringung des Schutzlackcs 5 soll verhindern, daß die Feinstruktur der inneren Zuleitungen 3 während der ganzen Ätzzeit dem Ätzmedium ausgesetzt ist.
F i g. 5 zeigt im Ausschnitt einen fertiggestellten metallischen Träger mit inneren Zuleitungen 3, äußeren Anschlußbeinen 7 und einem aufgebrachten Halbleiterchip 8.
Ausführungsbeispie! 2
Gemäß einer Variante des Ausführungsbeispiels 1 können die inneren Zuleitungen in Bügelform ausgebildet werden, um Federeigenschaften zu erzielen, so daß Ausdehnungsjnterschicde zwischen Grobstruktur und Halbleitersubstrat aufgefangen werden. Zu diesem Zweck werden gemäß F i g. 6 vor der Erzeugung der inneren Zuleitungen 4 in das Trägerblech 2 Vertiefungen 9 geätzt, sodann in der Art und Weise wie das im Ausführungsbeispiel I beschrieben wurde, eine Galva-
nikabdeckung 1 aufgebracht, die die Stellen freiliißt, an den Nickel zur Ausbildung der inneren Zuleiuingcn 4 abgeschieden werden soll. Die auf diese Art und Weise gebildeten Zuleitungen 4 formen die Vertiefungen 9 nach und ergeben somit eine Bügelform, die nach tlcrausät/ung der Anschlußbeine 7. wie I i g. 7 zeigt, federnde Eigenschaften aufweist.
Ausführungsbeispiel J
Bei der in F i g. 8 dargestellten Verfahrensvariante geht man von einem zweischichtigen Material aus, bestehend aus einer dickeren Messingschicht IO und einer darauf aufgebrachten dünneren Nickelschicht 11. Auf diese Nickelschickt wird eine Ätzabdeckung 12 nach photolithographischen Verfahren für die Herstellung der inneren Zuleitungen aufgebracht, während auf die Messingschicht 10 eine Ätzabdeckung 13 aufgebracht wird, die die Teile des Messingblechs 10 bedeckt, die für die äußeren AnschluDbeine vorgesehen sind. Man iitzt nun unter Verwendung insbesondere eines Ätzmittels, das die Nickelschicht 11 weniger stark angreift als die Messingschicht 10 entsprechend der größeren Starke der Messingschicht 10.
F i g. 9 zeigt einen nach dieser Verfahrensvariantc hergestellten metallischen Systemträger mit aus der Nickelschicht 11 herausgearbeiteten inneren Zulcitiin gen 14 und aus der Messingschicht 10 herausgearbeitc ten äußeren Anschlußbeinen 15 sowie einem daran aufgebrachten I lalbleiterchip 16. Der Halbleiterchip K kann wahlweise, wie strichlicrt dargestellt, statt auf de inneren auf der äußeren Oberfläche der inneren Zulei Hingen 14 aufgebracht werden.
Waren in den F i g. I bis 9 jeweils nur die Ausschnitt» der metallischen Systemträger dargestellt, die die innc
ίο ren Zuleitungen und die daran anschließenden Teile dei äußeren Anschlußbeine darstellen, so zeigt F i g. 10 der gesamter, Systemträger. Dieser weist einen Halterah men 21 auf, von dem die zungenartigen inneren Zulei Hingen 22 nach innen streben. Die mit den Elektroden
i_s 24 versehene Halbleitcrkristallanordnung 25 wird auf den Finden 23 der zungenartigen inneren Zuleitungen 22 so angeordnet, daß diese Enden genau mit je einer Elektrode 24 in Berührung stehen. In dieser Lage werden die Elektroden mit den Enden 23 bleibend verbunden. Die so erhaltene Anordnung wird in einen Kunststoffblock 26 eingebettet. Danach wird der Rahmen 21 und etwa weitere vorhandene Querverbindungen 27 zwischen den zungenartigen Zuleitungen entfernt. Die über die Kunststoffhülle 26 hinausstehenden Teile der zungenartigen Zuleitungen dienen dann dem weiteren Einbau der Anordnung in ein elektrisches Gerät.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen eines Systemträgers zur Halterung und Kontaktierung eines Halbleiterkörpers aus einem mit Ausnehmungen versehenen Metallblech, das aus mindestens zwei Schichten aus verschiedenen Metallen besteht und zungenartig ausgebildete innere Zuleitungen besitzt, die mit den Elektroden des Halbleiterkörpers verbunden werden und geringere Stärke aufweisen als die äußeren Anschlußbeine, dadurch gekennzeichnet. daß die äußeren Anschlußbeine (7) durch selektives Ätzen unter Verwendung von Photoätzmasken hergestellt werden, während die inneren Zuleitungen (3) entweder ebenfalls durch selektives Ätzen oder durch galvanische Metallabscheidung jeweils unter Verwendung einer photolithographisch hergestellten Abdeckmaske hergestellt werden.
2. Verfahre 1 nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß man von einem Zwei- oder Mehrschichtmaterial ausgeht, dessen Schichten unterschiedliche Ätzbeständigkeit aufweisen und daß aus diesem Zwei- oder Mehrschichtmaterial durch selektives Ätzen unter Verwendung von Atzmasken die inneren Zuleitungen und din äußeren Anschlußbeine herausgeätzi werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß für die Ätzung der inneren Zuleitungen und der äußeren Anschlußbcine zwei verschie- w dene Ätzmittel verwendet werden, wovon das eine nur zur selektiven Her;;usä!zu g der inneren Zuleitungen und das andere ζ.-τ Henusätzung der äußeren Anschlußbeine verwendet w,rd.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ätzung der inneren Zuleitungen und der äußeren Anschlußbeine ein gemeinsames Ätzmittel verwendet wird, das die feinere Struktur der inneren Zuleitungen entsprechend dem Dickenverhältnis langsamer ätzt als die gröbere Struktur der Anschlußbeine.
5. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Trägerblech eine Abdeckmaske im Wege eines photolithographischen Prozesses aufgebracht wird und sodann durch galvanisehe Abscheidung eines Metalls, das nicht mit dem Metall des Trägerblechs übereinstimmt, die inneren Zuleitungen erzeugt werden, daß sodann nach Entfernung der Abdeckmaske die Feinstruktur mit einem Schutzlack überdeckt wird und auf der Gcgenseite eine Ätzmaske für die Herstellung der äußeren Anschlußbeine aufgebracht wird und die äußeren Anschlußbeine durch selektives Ätzen hergestellt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Herstellen der inneren Zuleitungen (3) im Trägerblech Vertiefungen (9) durch Ätzen hergestellt werden, die eine gewünschte Bügelform der inneren Zuleitungen ergeben.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Zuleitungen als Zweischichtsystem durch Abscheiden zweier verschiedener Metalle hergestellt werden.
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