DE2136201C3

DE2136201C3 - Verfahren zum Anbringen metallischer Zuleitungen an einem elektrischen Festkörper-Bauelement

Info

Publication number: DE2136201C3
Application number: DE2136201A
Authority: DE
Inventors: Gerardus Baas; Frans Victor Willem Ten Bloemendaal
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1970-08-12
Filing date: 1971-07-20
Publication date: 1978-05-24
Also published as: FR2102211A1; DE2136201B2; JPS5110072B1; AU3212171A; ES394087A1; DE2136201A1; CA964379A; BR7105101D0; US3780432A; FR2102211B1; GB1293710A; AU463465B2; NL7011885A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anbringen metallischer Zuleitungen an einem elektrischen Festkörper-Bauelement, insbesondere einem integrierten Halbleiter-Bauelement, wobei die Enden der in einem Montagerahmen aufgenommenen Leiter an einem isolierenden Substrat befestigt werden und der Festkörper mit den Leiterenden verbunden wird.

Bei einem bekannten Verfahren (DE-OS 18 13 165) zum Herstellen von Halbleiteranordnungen, wie integrierten Schaltungen, werden Enden von in einen Rahmen aufgenommenen Leitern an Kontaktstellen auf einem Halbleiterkörper befestigt. Danach wird eine keramische, elektrisch isolierende Scheibe mit Hilfe eines Klebstoffes an den Leiterenden des Halbleiterkörpers befestigt. Dadurch werden die Leiterenden und die Kontaktstellen vor übermäßigen Zug- und Druckspannungen geschützt, die auftreten können, bevor das Ganze umhüllt ist.

Auch vor wechselnden Temperaturbelastungen, die infolge unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Leitern und einem umhüllenden Material auftreten können, tritt ein Schutz an. Bei diesem bekannten Verfahren ist die stabile keramische Scheibe beim Befestigen des Halbleiterkörpers an den Leiterenden nicht vorhanden, so daß dann eine verletzliche Einheit entsteht, die mit großer Sorgfalt behandelt werden muß. Das nachträgliche Anbringen der keramischen Scheibe auf den bereits mit dem Halbleiterkörper verbundenen Leiterenden kann daher Probleme ergeben, beispielsweise infolge einer Beschädigung der Befestigungsstellen zwischen dem Halbleiterkörper und den Leiterenden, hauptsächlich durch Verschiebung der Leiterenden.

Es ist weiter bekannt (US-PS 34 69 953), Leiterenden gegeneinander isoliert auf einem stabilen Substrat anzuordnen, bevor ein Halbleiterkörper mit den Leiterenden verbunden wird. Dabei wird das Substrat mit einer glasartigen Schicht versehen, in der die Enden, die einen Teil eines Leiterrahmens bilden, befestigt werden. Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß äußerst genau verfahren werden muß, damit vermieden wird, daß die obere Seite der Leiterenden mit Glas bedeckt wird und dadurch zur Kontaktierung mit dem Halbleiterkörper ungeeignet sein würde.

Es ist bekannt (GB-PS 11 85 857), auf einem Substrat eine Metallisierung anzubringen in voneinander ge-

trennten Gebieten. An diesen Gebieten werden dann Stromzuführungsleiter befestigt, beispielsweise mit Hilfe eines Lotes, wobei eine sehr gute Befestigung erhalten wird. Es ist dabei jedoch notwendig, zunächst die getrennten metallisierten Gebiete auf dem Substrat

"5 anzubringen, dann die Leiter gegenüber diesen Gebieten auszurichten und sie danach zu befestigen. Insbesondere bei integrierten Schaltungen wären viele und genau angebrachte metallisierte Gebiete notwendig, während die Ausrichtung der in einen Rahmen aufgenommenen Leiterenden gegenüber diesen Gebieten auch äußerst genau erfolgen muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verbinden gegeneinander isolierter metallischer Leiterenden von in einen Montagerahmen aufgenommenen Leitern mit einem isolierenden Substrat zu schaffen, welches äußerst einfach durchführbar ist und die Nachteile der bekannten Verfahren vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

daß die gesamte Oberfläche des Substrats, auf der die Leiter zu befestigen sind, mit einer Metallisierung versehen wird, daß die Leiter mechanisch sowie elektrisch leitend auf der metallisierten Oberfläche des Substrats befestigt werden und daß danach die metallisierte Oberfläche des Substrats mit den darauf befestigten Leitern einer die Metallisierung angreifenden Bearbeitung ausgesetzt wird, wobei die zwischen den Leitern befindliche Metallisierung vom Substrat entfernt wird.

Es ist bei diesem Verfahren also nicht notwendig, daß zunächst die metallisierten Gebiete genau angebracht und danach die Leiterenden gegenüber diesen Gebieten genau ausgerichtet werden. Die Leiterenden werden auf einfache Weise in einer verhältnismäßig willkürlichen Lage auf das völlig metallisierte Substrat gebracht und darauf durch Verlöten, Ultraschallschweißen oder durch eine Thermokompressionsverbindung darauf befestigt. Dabei wird eine äußerst solide Verbindung erhalten. Die Isolierung der Leiterenden gegeneinander wird durch die darauffolgende metallangreifende Bearbeitung erhalten. Dabei wird die dünne Metallschicht auf dem Substrat mit Ausnahme des unter den Leitern befindlichen Teils völlig entfernt. Auch die Leiter werden angegriffen, aber da die Leiterdicke um viele Male größer ist als die Dicke der Metallschicht, ist die Menge des von den Leitern entfernten Metalls verhältnismäßig gering. Der auf diese Weise erhaltene Träger mit Leitern ist äußerst geeignet, einen Halbleiterkörper darauf zu befestigen. Der Träger bildet einen mechanisch stabilen und soliden Untergrund, e'er für eine derartige Befestigung sehr erwünscht ist. Weiter wird eine bessere Wärmeabfuhr erhalten als ohne Anwendung des Substrates oder durch eine Befestigung mit Glas oder Klebemittel. Unterschiedliehe A'isdehnungskoeffizienten zwischen den Leitern und dem Umhüllungsmaterial der Halbleiteranordnung wie einem Epoxydharz, werden nun nicht zu einer Belastung der Verbindungsstellen zwischen den Leiter-

enden und dem Halbleiterkörper führen.

Die Metallisierung wird vom keramischen Substrat vorzugsweise dadurch entfernt, daß die Substratoberfläche einer Strahlbearbeitung mit Hilfe von hartem körnigem Material ausgesetzt wird. Das körnige Material kann beispielsweise aus Aluminiumoxid- oder Siiiciumkarbidteilchen bestehen, die mit Hilfe eines Luftstromes gegen die Oberfläche geblasen werden. Sandstrahlen ist auch möglich.

Es ist auch möglich, nach einer anderen Ausführungsform des Verfahrens, die Oberfläche einer Ätzbehandlung auszusetzen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Darstellung eines keramischen Substrates und eines Leiterrahmens,

Fig.2 eine Darstellung der Entfernung des überflüssigen Teils der Metallisierung, nachdem der Leiterrahmen am Substrat befestigt ist,

Fig.3 eine Darstellung des fertigen Substrates mit den darauf befestigten Leitern und einem Halbleiterkörper.

F i g. 1 zeigt eine als Substrat dienende, elektrisch isolierende Scheibe 1 aus einem keramischen Material, das vorzugsweise eine gute Wärmeleitfähigkeit hat. Als Material für die Scheibe 1 kann beispielsweise Aluminiumoxid oder Berylliumoxid gewählt werden. Die obere Fläche der Scheibe 1 wird völlig metallisiert. Nur eine einzige Metallschicht ist ausreichend, es kann aber mit Vorteil eine Metallisierung in zwei aufeinanderfolgenden Schritten angebracht werden. Zunächst kam dann eine dünne Schicht 2 aus einem gut auf der mechanischen Scheibe 1 haftenden Material, beispielsweise aus Titan angebracht werden. Danach wird eine lötbare Schicht 3, beispielsweise aus Nickel oder Kupfer, auf der Schicht 2 angebracht. An der Schicht 3 werden die Leiter 4 des Leiterrahmens 5 befestigt, beispielsweise durch Verlötung. Die Schichten 2 und 3 können beispielsweise durch Aufdampfen erhalten werden.

F i g. 2 zeigt die metallisierte Scheibe 1, auf der die Leiter 4 des Leiterrahmens 5 befestigt sind. Bei dieser Befestigung ist eine genaue Ausrichtung überflüssig. Die Befestigung erfolgt vorzugsweise durch Hartlöten, obschon auch ein Verfahren mit Weichlot anwendbar ist. Das Lot kann in Form einer Folie verwendet werden, als galvanische Schicht auf der Schicht 3 oder auf den Leitern 4 angebracht werden. Nachdem die Leiter 4 des Rahmens 5 auf der Scheibe 1 befestigt sind, wird derjenige Teil der Metallisierung, der sich nicht unter den Leitern 4 befindet, entfernt. Dies kann beispielsweise auf einfache Weise durch eine Strahlbearbeitung erfolgen. F i g. 2 zeigt einen Teil einer Düse 6, durch die mit Hilfe eines Luftstromes kleine Teilchen aus einem harten Material, wie Aluminiumoxid oder Siliciumkarbid, gegen die Oberfläche der Scheibe 1 geblasen werden. Dabei wird die aus den Schichten 2 und 3 bestehende Metallisierung und die gegebenenfalls vornandene Lötschicht entfernt, insofern diese Schichten nicht durch die Leiter 4 bedeckt sind. Auch von den Leitern 4 wird auf diese Weise Material entfernt. Da die Leiterdicke jedoch viel größer ist als die Dicke der Metallschichten 2 und 3 — üblicherweise gibt es eine Leiterdicke von 70 bis 100 μΐη und eine Metallisierung mit einer Dicke von einigen μπι — wird die geringe Dickenabnahme der Leitern 4 keinen nachteiligen Einfluß ausüben können.

Nach der Strahlbearbeitung kann der Leiterrahmen 5 noch einem galvanischen Prozeß ausgesetzt werden, und zwar zur Bildung des richtigen Untergrundes, um Kontaktstellen des Halbleiterkörpers 7 auf den Leitern 4 befestigen zu können.

F i g. 3 zeigt die Trägerscheibe 1 mit den daran befestigten Leitern 4, auf denen ein Halbleiterkörper 7 befestigt ist. Der Halbleiterkörper 7 enthält beispielsweise eine integrierte Schaltung. Die Kontaktstellen auf der Schaltung können mit Lotkügelchen versehen sein, mit denen der Halbleiterkörper mit den Leitern 4 verlötet ist. Diese auf diese Weise erhaltene Einheit kann nach dem Anbringen einer kleinen Kunststoffmenge um den Halbleiterkörper 7 ein fertiges Bauelement bilden. Auch ist es möglich, die Einheit in einen zweiten Leiterrahmen aufzunehmen und dann mit einem Epoxydharz zu umhüllen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Anbringen metallischer Zuleitungen an einem elektrischen Festkörper-Bauelement, insbesondere einem integrierten Halbleiter-Bauelement, wobei die Enden der in einem Montagerahmen aufgenommenen Leiter an einem isolierenden Substrat befestigt werden und der Festkörper mit den Leitern verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Oberfläche des Substrats (1), auf der die Leiter (4) zu befestigen sind, mit einer Metallisierung (2, 3) versehen wird, daß die Leiter mechanisch sowie elektrisch leitend auf der metallisierten Oberfläche des Substrats befestigt werden und daß danach die metallisierte Oberfläche des Substrats mit den darauf befestigten Leitern einer die Metallisierung angreifenden Bearbeitung ausgesetzt wird, wobei die zwischen den Leitern befindliche Metallisierung vom Substrat entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Substratoberfläche einer Strahlbearbeitung mit Hilfe eines harten körnigen Materials ausgesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Substratoberfläche einer Ätzbehandlung ausgesetzt wird.