DE2156522A1

DE2156522A1 - Innerer Aufbau von Verpackungen für Halbleiter

Info

Publication number: DE2156522A1
Application number: DE19712156522
Authority: DE
Inventors: John Wallen Princeton N.J. Gaylord (V.StA.)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1970-11-23
Filing date: 1971-11-13
Publication date: 1972-07-06
Also published as: FR2115257B1; CA941521A; GB1374595A; US3659164A; BE775680A; JPS5147513B1; FR2115257A1

Description

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Dipl.-lng. H. Sauenland · Dn.-lng. R. König ■ Dipl.-lng. K. Bergen

Patentanwälte · 4OQO Düsseldorf ■ Cecilianallee 76 · Telefon 435732

12,- November 1971 Unsere Akte: 27 049 Be/Fu.

RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza,

New York, N₀Y, 10020 (V₆St₀A.)

"Innerer Aufbau von Verpackungen für Halbleiter"

Die vorliegende Erfindung betrifft Halbleiterbauteile, insbesondere deren Verpackungen.

Bei einer bekannten Art von Kunststoffverpackungen, die in der Halbleiterindustrie Verwendung findet, wird auf einer Oberfläche eines Substrats aus thermisch-leitendem Metall eine Halbleiterpastille befestigt, die mit einer flexiblen Verkapselung, beispielsweise aus Silikonharz, überzogen ist. Ein harter Kunststofformling umgibt die Verkapselung und die Oberfläche des Substrats« Metallklemmen erstrecken sich durch den Formling und die Verkapselung und sorgen für elektrischen Kontakt zwischen der Pastille und Anschlußpunkten außerhalb der Ver- I

packung. Derartige Kunststoffverpackungen haben sich besonders für Leistungsbauteile bewährt, da die Pastille auf dem thermisch-leitenden Substrat befestigt ist, das seinerseits mit einer Wärmesenke verbunden ist.

Diese bekannte Verpackung besitzt jedoch verschiedene Nachteile:

1. Die flexible Verkapselung enthält oft Verunreinigungen, die zu veränderten Oberflächenverhältnissen der Halbleiterpastille und zu Spannungs- und Strom-Leckverlusten führen.

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2. Durch die Verpackung dringen häufig schädliche Flüssigkeiten ein, die das Bauteil beschädigen oder zerstören, da weder die Kunststofform noch die flexible Verkapselung einen echten hermetischen Abschluß mit dem Substrat bilden_β

3~· Die Metallklemmen bewegen sich im Innern der Verpackung bereits bei leichten mechanischen Beanspruchungen von außen, da die Klemmen nur durch den Kunststofformling und die Verkapselung gehalten werden.

Diese Nachteile werden mit der erfindungsgemäßen Verpackung vermieden, bei der die auf einer Oberfläche eines Substrats befestigte Halbleiterpastille gegebenenfalls mit einer flexiblen Verkapselung umgeben ist, wobei die Pastille von einer Halterung umgeben ist und vorzugsweise zwischen der Pastille und der Verkapselung für Abstand gesorgt ist und ein isolierender Formling die Oberfläche des Substrats bedeckt und die Verkapselung umgibt,,

Die Erfindung umfaßt außerdem ein Verfahren zum Herstellen einer Verpackung für Halbleiter, beidenen auf einer Oberfläche eines Substrats eine Halbleiterpastille befestigt ist und besteht aus den folgenden Verfahrensschritten,, Zunächst werden Maßnahmen ergriffen, die den seitlichen Fluß einer auf die Halbleiterpastille aufzubringenden flüssigen Verkapselung vermeiden» Außerdem werden Mittel vorgesehen, die für einen Abstand der Verkapselung von der Pastille sorgen und auf die die flüssige Verkapselung unter Wirkung der den seitlichen Fluß verhindernden Mittel aufgebracht wird. Die Verkapselung wird dann geliert und ein isolierender Formling angebracht, der sowohl die Verkapselung als auch die den seitlichen Fluß verhindernden Mittel und die Oberfläche des Substrats umgibt„ Anhand der beigefügten Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert» Es zeigen:

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Fig. 1 eine erfindungsgemäße Verpackung für Halbleiter, im Querschnitt;

Fig. 2 bis 4 weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Verpackung, im Querschnitt.

Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Halbleiterverpackung zunächst unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben.

Die als Ganzes mit Ziffer 10 bezeichnete Verpackung besteht aus einem Substrat 12, das eine Oberfläche 14 besitzt. Das Substrat 12 kann aus Metall mit guter thermischer Leitfähigkeit bestehen, z.B„ aus mit Nickel plattiertem Kupfer, was sich besonders bewährt hat. Die Abmessungen dieses Substrats 12 sind nicht kritisch.

Auf der Oberfläche 14 ist eine Halbleiterpastille 16, beispielsweise eine Diode, ein Transistor, ein Thyristor, eine integrierte Schaltung od.dgl. mittels einer Lötverbindung 18 befestigt. Eine flexible Verkapselung, beispielsweise aus Silikonharz ist über der Pastille 16 angeordnet und von dieser mittels einer Halterung 22, die zwischen der Pastille 16 und der Verkapselung 20 angeordnet ist, in Abstand gehalten. Die Abstandshalterung 22 besitzt eine die Pastille 16 umgebende Seitenwand 24 und ein oberhalb der Pastille angeordnetes Abdeckteil 26, das einstückig mit der Seitenwand verbunden ist« Der Abstandshalter 22 kann aus einem isolierenden Material bestehen,, das vorzugsweise einen the .-.'mischen Ausdehnungskoeffizienten h&t₅ der möglichst nahe an d^m der Halbleiterpastille 16 liegt₀ Wenn die Pastille 15 beispielsweise aus Silizium besteht, ist als Material für den Abstandshalter 22 Beryllerde, Glas oder Aluminium geeignet,, Alternativ kann der Abstandshalter 22 aus Metall mit isolierten Öffnungen bestehen, die die noch zu beschreibenden Leitungsklemmen isolieren,,

Die freien Teile der Oberfläche 14 sind von einem harten Kunststofformling 28 bedeckt, der auch die Verkapselung 20 umgibt. Der Formling 28 kann aus irgendeinem Standardkunststoff bestehen, der in der Halbleiterindustrie Verwendung findet.

Die Verpackung 10 weist auch einen Rand 30 auf, der im Winkel vorzugsweise senkrecht zur Oberfläche 14 und zwischen der Verkapselung 20 und dem Formling 28 verläuft_o Wie aus Fig„ 1 hervorgeht, kann auch der Rand 30 einstückig mit dem Abstandshalter 22 verbunden sein, und zwar über ein zwischen dem Rand und dem Abstandshalter verlaufendes Verlängerungsteil 33, das die Pastille 16 umgibt und durch eine Klebeschicht 31 mit der Oberfläche 14 verbunden ist₀

Das Abdeckteil 26 des Abstandshalters 22 weist eine Öffnung 32 auf. Außerdem besitzt der Rand 30 eine Öffnung 34, die durch den Rand parallel zum Substrat 12 verläuft. Eine Metallklemme 36 erstreckt sich parallel zur Oberfläche 14 durch den Formling 28, die Öffnung 34 des Randes 30 und die Verkapselung 20. Das Endteil 38 der Klemme 36 ragt durch die Öffnung 32 des Abdeckteils 26 und steht mit der Halbleiterpastille 16 in elektrischem Kontakt,

Die Verpackung 10 wird auf folgende Weise hergestellt. Zunächst wird die Pastille 16 an der Oberfläche 14 des Substrats 12 durch Löten in bekannter Weise befestigt. Alternativ kann die Pastille 16 und eine Lötvorform innerhalb des Verlängerungsteils 33 und unter dem Abstandshalter 22 eingespannt werden, wodurch die Pastille während der Erhitzung in der gewünschten Lage gehalten wird. Der Abstandshalter 22, das Verlängerungsteil 33 und der Rand 30 können aus einem einzigen Materialstück gepreßt oder geprägt sein, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Die

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Die Metallklemme 36 wird sodann in der gewünschten Lage ein gespannt, wobei das Endteil 38 auf der Pastille 16 ruht. Es kann zweckmäßig sein, auf der Pastille einen nicht dargestellten Lötpunkt vorzusehen, um die Verbindung zwischen dem Endteil 38 und der Pastille 16 zu erleichtern» Nachfolgendes Erwärmen und Abkühlen führen zum Verbinden der Pastille 16 sowie des aus Verlängerungsteil 33, Abstandshalter 22 und dem Rand 30 bestehenden Konstruktionsteils mit der Oberfläche 14, wobei gleichzeitig das Endteil 38 mit der Pastille 16 verbunden wird. Sodann wird die Verkapselung 20 in flüssiger Form auf den Abstandshalter 22 und in den vom Rand 30 umgebenden Bereich gegeben, und zwar vorzugsweise mittels eines automatisch arbeitenden Verteilers„ Die Verkapselung 20 wird sodann durch Gelieren in flexiblen Zustand gebracht. Die Verkapselung kann beispielsweise aus einem Zwei-Komponentensystem aus Silan und Phenylsilikon bestehen, wie es von der Dow Corning Corporation unter der Bezeichnung XR 60095 vertrieben wird. Dieses Silikon geliert bei 150⁰C. Die Verpackung 10 wird danach in einer üblichen Presse befestigt und sodann der Kunststofforraling 28 die Verkapselung 20 und den Rand 30 umschließend sowie die freien Teile der Oberfläche 14 bedeckend angebracht. Der Kunststofformling 28 kann beispielsweise aus einem Silikonharz, wie Dow Corning Corporation DC 306, bestehen, der einen Preßdruck von 56,2 kp/cm und eine Härtezeit von 3 Minuten bei 177⁰C erfordert.

Mit der erfindungsgemäßen Verpackung sind verschiedene Vorteile verbunden. Zunächst verhindert der Abstandshalter in zuverlässiger Weise, daß Verunreinigungen in der Verkapselung die Qualität des Bauteils herabsetzen,, Darüber hinaus sorgt der Abstandshalter zusammen mit dem Verlängerungsteil für eine genaue Position der Halbleiterpastille während der Herstellung. Der Abstandshalter

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ORIGINAL INSPECTED

stellt weiterhin eine effektvolle Schranke sowohl an der Berührungsfläche Formling-Substrat als auch an der Berührungsfläche Verkapselung-Substrat dar, wodurch der Durchtritt schädlicher Flüssigkeiten verhindert wird. Die Verpackung gemäß der Erfindung gibt der Metallklemme auch einen zusätzlichen Halt gegen mechanische Beanspruchungen. Der Rand verhindert ein seitliches Ausfließen der flexiblen Verkapselung während ihrer Herstellunge Außerdem eröffnet die erfindungsgemäße Verpackung eine vorteilhafte Anwendung bei der Anordnung von zwei oder mehr Pastillen in derselben Verpackung, worauf nachfolgend noch eingegangen wird»

In Fig., 2 ist mit Ziffer 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellte Die Verpackung 11 ist ähnlich aufgebaut wir die Verpackung 10 gemäß Fig. 1, mit der Ausnahme, daß der Abstandshalter 22, soweit er aus der seitlichen Wand 24 und dem Abdeckteil 26 besteht, nicht vorhanden ist. Dieses Ausführungsbeispiel findet dann bevorzugte Anwendung, wenn es darum geht, die Pastille während der Herstellung der Verpackung zuverlässig in Position zu halten«,

In Fig. 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel 40 der erfindungsgemäßen Verpackung dargestellt. Diese Verpackung 40 entspricht in ihrem Aufbau der Verpackung 10 gemäß Fig» 1. Allerdings weist die Verpackung 40 eine zusätzliche Halbleiterpastille 42 auf, die auf der oberen Oberfläche des Verlängerungsteils 33zwischen dem Rand 30 und der Seitenwand 24 befestigt ist. Zwei zusätzliche Metallklemmen 37 und 38 erstrecken sich durch die Verpackung 40, um die zweite Pastille 42 in derselben Weise elektrisch anzuschließen, wie die erste Pastille 16 mittels der Klemme 36. Diese Ausführungsform ist dann besonders vorteilhaft, wenn zwei oder mehr Pastillen benötigt werden, die elektrisch voneinander isoliert sein sollen.

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In Figo 4 Ist eine vierte Möglichkeit des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Verpackung dargestellt. Diese Verpackung 50 ist wiederum der Verpackung 10 gemäß Fig_e 1 ähnliche Hierbei sind in der Verpackung 50 zwei Halbleiterpastillen 52 und 54 untergebracht, die beide auf der oberen Oberfläche 14 des Substrats 12 befestigt sind» Ein Abstandshalter 56 ist zwischen beiden Pastillen 52, 54 und der Verkapselung 20 in derselben Weise angeordnet, wie der Abstandshalter 22 gemäß Fig«, 1. Metallklemmen 58 und 60 sind mit den Pastillen 52 bzw. 54 verbunden, während ein Metallkontakt 62, der einen Halbkeiterbereich der ersten Pastille 52 mit einem Halbleiterbereich der zweiten Pastille 54 verbindet, vom Abstandshalter 56 getragen wird_e Die Verpackung 50 ist besonders geeignet für Einzelpackungs-Kombinationen von einem oder mehreren Bauteilen, beispielsweise für eine sogenannte Darlington-Schaltung.

Um die Herstellung der erfindungsgemäßen Verpackung zu verbilligen, kann die flexible Verkapselung bei jedem der beschriebenen Ausführungsbeispiele gegebenenfalls weggelassen werden.

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Claims

RCA. Corporation, 30 Rockefeller Plaza,
New York, N.Y. 10020 (V₀St₀A₉)

Patentansprüche:

1i)Halbleiterverpackung, bestehend aus einem Substrat, auf
^-^ dessen einer Oberfläche eine oder mehrere Halbleiterpastillen befestigt ist bzw«, sind, die gegebenenfalls mit einer ftk flexiblen Verkapselung überzogen ist bzw„ sind, und aus

einem die Substratoberfläche bedeckenden und die Verkapselung umgebenden, isolierenden Formling, gekennzeichnet durch eine die Pastille bzw„ Pastillen umgebende Halterung,
2. Verpackung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Halterung als zwischen der Pastille bzw. den Pastillen (16, 42, 52 bzw. 54) und der Verkapselung (20) angeordneter Abstandshalter (22, 56) ausgeführt ist.
3. Verpackung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

W gekennzeichnet , daß der Abstandshalter (22) eine mit der Substratoberfläche (14) verbundene, zu dieser im Winkel und um die Pastille (16, 52, 54) herum verlaufende Seitenwand (24) sowie ein oberhalb der Pastille angeordnetes Abdeckteil (26) aufweist, das einstückig mit der
Seitenwand (24) verbunden ist.
4. Verpackung nach einem oder mehreren der Ansprüche .1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der
Abstandshalter (22, 56) einen Wärmedehnungskoeffizienten
besitzt, der dem der Pastille bzw. den Pastillen möglichst nahe kommt.

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5. Verpackung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen mit der Substratoberfläche (14) verbundenen, zu dieser im Winkel verlaufenden Rand (30), der im Abstand von der Seitenwand (24) angeordnet ist und sich in den Bereich zwischen der Verkapselung (20) und dem isolierenden Formling (28) erstreckt.

6ο Verpackung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5»

dadurch gekennzei chnet , daß die I

Verkapselung aus einem Silikonharz besteht«,

7„ Verpackung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennz ei. chnet durch eine im Abdeckteil (26) angeordnete Öffnung (32), durch die sich das -nit der Halbleiterpastille in elektrischem Kontakt stehende Endteil (38) einer Metallklemme (36) erstreckt, die parallel zur Substratoberfläche (14) durch den Formling (28), den Rand (30) und die Verkapselung (20) verläuft«,

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