DE2227507A1 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

Halbleitervorrichtung

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DE2227507A1
DE2227507A1 DE19722227507 DE2227507A DE2227507A1 DE 2227507 A1 DE2227507 A1 DE 2227507A1 DE 19722227507 DE19722227507 DE 19722227507 DE 2227507 A DE2227507 A DE 2227507A DE 2227507 A1 DE2227507 A1 DE 2227507A1
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DE
Germany
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semiconductor device
wall parts
carrier plate
semiconductor
carrier
Prior art date
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Pending
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DE19722227507
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English (en)
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Shinzo; Koreeda Shoichi; Tokio Anazawa
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Description

PATENTANWÄLTE
DR.-ING. RICHARD GLAWE · DIPL-ING. KLAUS DELFS · DIPL-PHYS. DR. WALTER MOLL
MÜNCHEN HAMBURG MÜNCHEN
8 MÜNCHEN 26 2 HAMBURG 52
POSTFACH 37 WAITZSTR. 12
LIEBHERRSTR. 20 TEL (0411) 89 22 55 TEL 10811) 22 05 48 '
IHRZEICHEN IHRENACHRICHTVOM UNSERZEICHEN MÜNCHEN
A 9 ~
BETRIFFT:
Nippon Electric Company, Limited Minato-ku, Tokyo I08 / Japan
Halbleitervorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, die keine Anschlußdrähte oder Lötfahnen od.dgl. aufweist und zur direkten Befestigung auf einer gedruckten Schaltungsplatte bestimmt ist, insbesondere eine Halbleitervorrichtung für hohe Leistung und von kleinen Abmessungen,
Bei bekannten Halbleitervorrichtungen dieser Art erfolg der elektrische Anschluß mindestens teilweise über me-
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tallisierte Schichten, die auf dem Keramikträger aufgebracht sind. Dabei ist es jedoch unvermeidlich, daß man das Halbleiterelement auf der bedruckten Schaltungstafel mit der Schaltungstafel zugewendeter Oberfläche befestigen muß, wodurch die Wärmeableitung vom Halbleiterelement verschlechtert wird. Ferner verschlechtert sich die Güte des Metallbelages insbesondere an den Kanten, wodurch sich eine Vergrößerung des elektrischen Widerstandes und andere unerwünschte Nebenwirkungen ergeben.
Gemäß der Erfindung soll deshalb eine verbesserte, ohne Drähte, Lötfahnen od.dgl. anschließbare Halbleitervorrichtungen geschaffen werden, die keine Metallbeläge benötigt und bei der das Halbleiterelement direkt auf dem Träger befestigt werden kann.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Fig. la und Ib zeigen im Schnitt und in perspektivischer Ansicht eine Halbleitervorrichtung üblicher Bauart.
Fig. 2 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung.
Fig. 3 veranschaulicht ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung.
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Fig. 4a und 4b zeigen zwei andere Ausführungsformen einer von Anschlußdrähten freien Halbleitervorrichtung
gemäß der Erfindung.
Fig. 5 veranschaulicht die Anbringung einer erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung auf einer gedruckten Schaltungsplatte.
Fig. la und Ib zeigen eine von Anschlußdrähten oder Lötfahnen freie (leadless) Halbleitervorrichtung von üblicher Konstruktion. Hierbei sind auf einem keramischen Grundkörper oder Träger 1 Metallbeläge oder aufgedampfte Metallschichten 2, 21 und 2" in voneinander elektrisch isolierter Anordnung angebracht. Ein Halbleiterelement 3 ist auf dem Metallbelag 2 montiert, wobei die Elektroden auf der Oberfläche, des Halbleiterelementes 3 durch dünne Metalldrähte 4 und 4f mit den Metallbelägen 21 und 2" verbunden sind. Diese Konstruktion hat die folgenden Nachteile: .
l) Der Grundkörper 1 muß auf einer gedruckten Schaltungsplatte so befestigt werden, daß die in der Zeichnung dargestellte Oberseite nach unten zur Schaltungsplatte weist. Hierdurch wird die wirksame Wärmestrahlung bzw. -ableitung von der Halbleitervorrichtung beeinträchtigt. Insbesondere bei Halbleitervorrichtungen
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zur Verwendung mit hoher Leistung ist dies ein besonders schwerwiegendes Problem.
2) Die Randbereiche der Metallbeläge 2, 21 und 2" auf dem keramischen Grundkörper zeigen im Laufe der Zeit eine Verschlechterung ihrer elektrischen Eigenschaften, da diese Bereiche bei der Handhabung und bei praktischen Betriebsbedingungen durch die umgebende Atmosphäre angegriffen werden.
Zur Vermeidung dieser Nachteile sieht die Erfindung eine Halbleitervorrichtung vor, die im Prinzip den in Fig. 2 dargestellten Aufbau hat. Diese Ausführungsform, die als brückenförmiges Teil (header) ausgebildet ist, besteht aus: einem Grundkörper oder Träger 1 aus einem Material mit hoher thermischer und elektrischer Leitfähigkeit, Wandteilen 2 und 2f, und isolierenden Teilen 5 und 51 aus einem elektrisch isolierenden Material. Ein Halbleiterelement 5 ist auf dem Grundkörper oder Träger 1 des brückenförmigen Teiles montiert und dünne Metalldrähte 4 und 4' verbinden die anderen Elektroden auf der Oberseite des Halbleiterelementes mit den Wandteilen 2 und 2f.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung im Vergleich zu den üblichen Konstruktionen können wie folgt zusammengefaßt werden:
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1.) Der Grundkörper oder Träger 1 kann direkt auf der Schaltungsplatte befestigt werden. Dies ist bei den bekannten Konstruktionen nicht möglich, bei denen der Grundkörper 1 in umgedrehter Lage auf-der Schaltungsplatte montiert werden muß. Die in dem Träger 1 erzeugte Wärme wird auf diese Weise leicht in die Schaltungsplatte abgeleitet (vgl. auch Pig. 5)·
2) Die Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung hat nicht die Probleme der bekannten Konstruktionen, wie z.B. die Beschädigung der auf den Keramikgrundkörper aufgebrachten Metallschichten oder das Abschälen der MetalIschichten vom Grundkörper aufgrund der Alterung, mit daraus resultierender Vergrößerung des Widerstandes. Ferner ist bei der erfindungsgemäßen Konstruktion die Fläche der Anschlußelektroden groß genug, um auch bei großen Strömen einen verhältnismäßig geringen Widerstand zu bieten.
Fig. 3 veranschaulicht eine vorteilhafte Möglichkeit zur Herstellung der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung. Man geht aus von den folgenden Teilen: Ein Trägerstreifen aus Kupfer mit Bohrungen 6; Wandstreifen 2 und 2* aus Kupferblech oder -Stabmaterial; Isolierende Streifen 5 und 51 in Form von Keramikplatten aus Aluminiumoxyd, deren Flächen mit Molybdän und Mangan bedampft und mit
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Nickel beschichtet sind; diese Teile werden zusammengekittet bzw. -gelötet mittels eines geeigneten Lötmaterials 7 und 71, wie z.B. eine eutektische Lötmischung aus Silber -und Kupfer, und zwar bei einer Temperatur von 850 C in Wasserstoffatmosphäre. Auf diese Weise wird ein Körper von etwa brücken- oder klammerförmigem Querschnitt (header) gebildet. Falls gewünscht, kann man in der dazu senkrechten Dimension eine Vielzahl von derartigen brücken- oder U-förmigen Körpern nebeneinander ausbilden.
Falls gewünscht kann an geeigneten Stellen des Körpers ein Goldbelag aufgebracht werden. Halbleiterelemente 5, 31 usw. werden auf dem brückenförmigen Teil montiert. Die Elektroden der Halbleiterelemente 3* 31 werden mit den Wandteilen 5 und 51 durch dünne Metalldrähte 4 und 4·', beispielsweise aus Gold, verbunden.
Falls erforderlich kann der die Halbleiterelemente aufnehmende Teil mit einem geeigneten Kunstharz abgedeckt bzw. ausgefüllt werden. Die fertige Struktur wird dann in Querrichtung längs den gestrichelten Linien in Fig. j> durchgeschnitten, so daß sich einzelne Halbleitervorrichtungen von der in Fig. 2 dargestellten Konstruktion ergeben. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung in Massenproduktion hergestellt werden, wobei auch die Montage der Halbleiterelemente selbst sehr einfach durchzuführen ist.
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Pig. 4a und 4b zeigen andere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung., bei der die dünnen Metalldrähte so angeordnet sind, daß sie nicht an der Oberseite frei liegen bzw. darüber hinausragen. Ausgeschnittene bzw. abgeschnittene Teile 9 und 91 sind an den Wandteilen 2 und 2* ausgebildet. Diese Bereiche können die Form von Stufen, Abschrägungen, Nuten od.dgl*'haben. Fig. 5 zeigt, wie eine Vorrichtung gemäß der Erfindung auf einer Schaltungsplatte montiert wird. Auf einer Schaltungsplatte ~$1 sind durch Metallbeläge Strombahnen 52, J21 -und 52" ausgebildet, auf denen die Anschlußflächen der mit Kunstharz ausgefüllten erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung direkt aufgesetzt und durch ein Lötmittel od.dgl. befestigt werden.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen wird als Material für den brückenförtnigen Träger oder Grundkörper Metall verwendet. Statt dessen kann auch Graphit, Saphir oder ein anderes gut wärmeleitendes, jedoch elektrisch isolierendes Material für den Träger und/oder die Wandteile verwendet werden, wobei ausgewählte Bereiche der Oberflächen dieser Teile dann mit einem leitfähigen Material überzogen oder durch chemische Behandlung leitfähig gemacht werden. Insbesondere kann der Grundkörper oder Träger 1 bei der Anordnung gemäß Fig. 3 aus einem Ein-
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kristall aus Graphit oder Saphir bestehen, dessen Oberfläche nahezu vollständig mit Molybdän-Mangan od.dgl. durch Sintern beschichtet ist.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    / ΐΛ Halbleitervorrichtung mit einer Trägerplatte, auf der mindestens ein Halbleiterelement angeordnet ist, f dadurch gekennzeichnet, daß mit der Träger-
    platte (1) unter Zwischenfügung elektrisch isolierender
    r Schichten (5, 51) Wandteile(2, 21) aus mindestens teilweise
    leitfähigem Material verbunden sind, mit denen die Elek- < troden des Halbleiterelementes 5 elektrisch verbunden sind.
    ' 2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
    gekennzeichnet, daß die Trägerplatte(l)und/ oder die Wandteile(2, 21) aus einem Material mit guter thermischer und elektrischer Leitfähigkeit bestehen.
    3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Wandteile (2, 21) mit zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen der Trägerplatte (1) isoliert verbunden sind und über die das Halbleiterelement (3) tragende Oberseite der Trägerplatte (1) überstehen zur Bildung einer Anordnung von insgesamt U- oder C-förmigem Querschnitt.
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    4. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man an einem länglichen Stab aus Trägermaterial an zwei gegenuberlxegenden Seiten über seine Länge durchgehende Wandteile aus leitfähigem Material unter Zwischenfügung isolierender Schichten befestigt, auf der freien Oberseite des Stabes aus Trägermaterial in Abständen Halbleiterelemente befestigt, deren Elektroden mit den Wandteilen elektrisch verbindet und die gesamte stabförmige Anordnung in Querrichtung in Einzelstücke mit je einem oder mehreren Halbleiterelementen zerteilt.
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    A4
    L e e r s e i t e
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