DE2230863C2 - Gehäuse für ein Halbleiterelement - Google Patents

Gehäuse für ein Halbleiterelement

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Description

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für ein Halbleiterelement der im Oberbegriff des Patentanspruchs genannten Art
Ein derartiges Gehäuse ist bereits aus der US-PS 36 29 668 bekannt Besteht der Isolierteil aus Glas oder Keramik, so ist zwar die Abdichtung des Gehäuses gegenüber einem solchen aus Kunststoff besser, ohne jedoch dessen auf einfache Weise e- .ielbare Maßhaltigkeit zu besitzen. Außerdem ist die Abdichtung im Bereich der Anschlußstifte durch mc* jlichen Bruch des Glases bzw. der Keramik beim Abbiegen der Anschlußstifte gefährdet
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Gehäuse dahingehend auszubilden, daß auch bei dünnwandigen und entsprechend kleinen, mit geringerem Material- und Fertigungsaufwand verbundenen Isolierteilen aus Glas oder Keramik keine Gefahr besteht daß die elektrischen Anschlußstifte beim Biegen zu einer Beschädigung des Gehäuses und zu einer Beeinträchtigung der Abdichtung Anlaß geben.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs genannten Merkmale gelöst.
Das Gehäuse gemäß der Erfindung ist besonders vorteilhaft für integrierte Schaltungen, die eine große Zahl von Anschlußstiften erfordern.
In der Zeichnung sind einige bevorzugte Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung dargestellt; darin zeigt
F i g. 1 eine perspektivische Darstellung eines Halbleiterbauelementgehäuses bekannter Art aus Kunststoff;
Fig.2 eine Aufsicht auf einen herkömmlichen Leitungsrahmen, wie er bei dem erfindungsgemäßen Gehäuse verwendet werden kann;
Fig.3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 in F i g. 1 zur Veranschaulichung des inneren Aufbaus eines herkömmlichen Kunststoffgehäuses;
F i g. 4A bis 4 E schematisch wichtige Verfahrensschritte bei der Herstellung des Gehäuses gemäß der Erfindung;
Fig.5 einen Schnitt durch den im Gehäuse innenliegenden starren Isolierteil in dem Zustand nach dem Verfahrensschnitt gemäß Fig.4B;
F i g. 6 eine perspektivische Darstellung eines Dual- In-Ljne-Gehäuses gemäß der Erfindung;
F i g, 7 einen Schnitt entlang der Linie 7-7 in F ί g, 6 und
Fig,8A und 8B Verfahrensschritte, die zu einem
abgewandelten Gehäuse gemäß der Erfindung führen.
Gehäuse für Halbleiterschaltungen, insbesondere
solche für fetegrierte Schaltungsvorrichtungen, können in mannigfaltigen Formen, beispielsweise als D^aI-In-
Line-Gehäuse hergestellt werden. Außerdem können
ίο dafür unterschiedliche Materialien wie Glas, Keramik und Kunststoffe in Kombination mit Metall, verwendet werden. Die Erfindung ist hier an Hand eines Dual-In-Line-Gehäuses veranschaulicht Außerdem ist in der folgenden Beschreibung als verwendetes Material
is Glas genannt Anstelle von Glas können jedoch auch keramische Materialien verwendet werden.
In Fig. 1 ist ein herkömmliches Dual-in-Line-Gehäuse 11 aus Kunststoff veranschaulicht in der beispielsweise eine integrierte Schaltungsvorrichtung eingebaut ist Aus der Mantelfläche des Gehäuses 11 ragen mehrere elektrische Anschlußstifte 12 hervor, die in der angedeuteten Weise umgebogen sind. Ein Gehäuse 11 dieses Typs eignet sich zum Einstecken in eine Schaltungsplatte mit entsprechenden Steckbuchsen.
Bei der Herstellung von Gehäusen für Halbleiterelemente, wie bei dem gemäß Fig. 1, ist es üblich, einen Leiterrahmen 16 gemäß F i g. 2, zu verwenden. Dieser besteht aus dünnem Metall und weist einen zentralen Sockel 17 mit mindestens einem Verbindungssteg 18 auf, der zu einem rings um den Leitungsrahmen 16 umlaufenden Randstreifen 19 reicht Die Anschlußstifte 21 erstrecken sich vom Randstreifen 19 bis nahe an den zentralen Sockel 17 heran; die inneren Abschnitte der Anschlußstifte 21 werden allgemein als Leitungsringer 22 bezeichnet Die Leiterrahmen 16 können je nach Art des zu bildenden Gehäuses in unterschiedlicher Art räumlich ausgebildet sein; der Leitungsrahmen 16 ist jedoch im allgemeinen verhältnismäßig zerbrechlich, da schon seine Gesamtabmessungen sehr klein und die Abmessungen der Einzelelemente desselben noch viel kleiner sind. Außerdem sind die inneren Teile der Anschlußstifte 21 (reitragend; es ist daher normalerweise äußerste Sorgfalt darauf zu verwenden, daß der Leitungsrahmen 16 selbst während der Herstellung der
Verpackung seine ebene Lage beibehält.
Auf dem zentralen Sockel 17 ist ein Halbleiterelement 26 montiert. Die Kontakte des Halbleiterelements 26 sind mit den inneren Leitungsfingern 22 der Anschlußstifte 21 (F i g. 3) durch feine Drähte 27 verbunden.
Bei dem Kunststoffgehäuse 11 gemäß Fig.3 wird über dem Halbleiterelement 26 und den von ihr ausgehenden Drähten 27 ein angepaßter Überzug 28 angebracht. Dieser Überzug 28 wird normalerweise als großer Tropfen eines flüssigen Materials von hoher
Reinheit angebracht, der in Wärme ausgehärtet wird. Dieser überzug 28 kann beispielsweise ein Epoxydharz
oder ein Silikonkunststoff hoher Reinheit sein, wie diese in der Technik bekannt sind.
Dann wird Kunststoffmasse, z. B. durch Transferpres-
sen, aufgebracht; sie bildet eine Kunststoffhülle 29. Der Formvorgang erfolgt durch Anwendung von Wärme und Druck in einer Preßform. Der äußere Randstreifen 19 des Leiterrahmens 16 wird dann abgenommen, und die äußeren Enden der Anschlußstifte 21 können derart umgebogen werden, daß sie in eine gedruckte Schaltungsplatte einsteckbar sind.
Ein derartiges Gehäuse 11 aus Kunststoff läßt jedoch meist keine hermetische Abdichtung der eingeschlosse-
nen Teile zu. Es bilden sich daher entlang der Trennflächen zwischen Metall und Kunststoff Kriechstrecken, auf denen Feuchtigkeit aus der Umgebung zu den im Gehäuse eingeschlossenen Teilen gelangt. Außerdem kann der Leiterrahmen 16 während des Einformens in den Kunststoff verbogen werden. Die Biegsamkeit des Leiterrahmens 16 erschwert auch dessen Handhabung während des Zusammenbaus erheblich. In vielen Fällen führt der Spritz- oder Transferdruck beim Einformen dazu, daß die feinen Drähte £7 verschoben oder abgerissen werden. Die Trennfläche zwischen Kunststoff und Metall kann zu Schaden bei hohen Temperaturen führen.
F i g. 4 zeigt dagegen schematisch die aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte bei der Hersteilung des Gehäuses 11 gemäß der Erfindung, die solche Nachteile vermeidet. Der Leiterrahmen 16 wird auf eine isolierende Grundplatte 31 aus Glas gelegt und mit einer darauf angeordneten ringförmigen Wand 32 abgedeckt Diese Wand 32 kann z. B. kreisförmig, oval oder rechteckig sein. In der Praxis ist es zweckmäßig, diese Wand 32 als Kreisring auszubilden und der Grundplatte
31 eine Kreisform mit dem Außendurchmesser der Wand 32 zu geben. Das Material der Grundplatte 31 und der Wand 32 ist Glas und kann nach bekannten Lehren der Technik zusätzlich zu S1O2 einen gewünschten Anteil an AIO2 enthalten. Die Abmessungen der ringförmigen Wand 32 sind derart, daß sie eine Innenöffnung aufweist, die ausreicht, um nicht nur den Sockel 17, sondern auch einen inneren Teil der Leitungen aufzunehmen, der oben als Leitungsfinger 22 bezeichnet wurde. Außerdem ist die Außenabmessung der Wand 32 wesentlich geringer als die Breite oder Länge des fertigen Gehäuses.
Der Leiterrahmen 16 wird mit nur einem Trag- oder Verbindungssteg 18 gebildet, der sich vom Sockel 17 zum Randstreifen 19 erstreckt. Der Sinn dieser Maßnahme wird unten besprochen. Dieser Verbindungssteg 18 dient dazu, den Sockel 17 anfänglich in seiner Stellung zu tragen; stattdessen kann er auch eine elektrische Leitung vom Sockel 17 bilden.
Die ringförmiger Wand 32, der Leiterrahmen 16 und die Grundplatte 31 werden unter Anwendung von Hitze und Druck miteinander verschmolzen. Der Leiterrahmen 16 besteht aus einer Nickel-Eise.n-Kobalt-Legierung oder einer Kobalt-Vanadium-Rhodium-Legierung. Auf diese Weise wird eine vollständige hermetische Abdichtung an der Trennfläche des Leiterrahmens 16 und des Glases gebildet. Das Verschmelzen der Wand
32 und der Grundplatte 31 gemeinsam mit dem Leiterrahmen 16 zwischen den beiden erfolgt bei hoher Temperatur, die ausreicht, das Glas zu erweichen. Dadurch ist es möglich, den Sockel 17 des Leiterrahmens 16 in die Grundplatte 31 bei diesem Arbeitsgang einzudrücken, so daß er tatsächlich unter das Niveau der Leitungsfinger 22 zu liegen kommt. Diese räumliche Form ist in Fig.4B veranschaulicht. Obwohl das Eindrücken des Sockels 17 nicht erforderlich ist, hat es doch gewisse Vorteile im Zusammenhang mit dem Verbinden der Kontakte des Halbleiterelements 41 mit den Leitungsfingern 22 mittels Draht in der zu besprechenden Weise.
Die Grundplatte 31 und die ringförmige Wand 32 werden zu einem e;n7.igen starren Isolierteil 44 miteinander verschrr clzen, der den Mittelteil des Leiterrahmens 16 umgibt F i g. 5 veranschaulicht den Aufbau im Schnitt, wobei die Schnittebene teilweise zwischen den elektrischen Anschlußstiften 21 verläuft.
Wie rechts in Fig,5 erkennen, sind die ringförmige Wand 32 und die Grundplatte 31 zu einem einzigen einheitlichen Isolierteil 44 verschmolzen. Die Starrheit dieses so gebildeten zentralen Elementes ist beim nachfolgenden Einbauen und Anschließen des Halbleiterelementes 41 in hohem Maße erwünscht Wie oben erwähnt, ist der Leiterrahmen 16 allein verhältnismäßig zerbrechlich, und die elektrischen Leitungen oder Anschlußstifte 21 müssen sich vom Randstreifen 19 des Leiterrahmens 16 einwärts erstrecken, so daß sie kurz vor dem zentralen Sockel 17 enden, damit keine elektrische Verbindung zwischen diesen besteht Dies führt also dazu, daß die inneren Enden der Anschlußstifte 21 in einem unerwünscht hohen Maße biegsam sind.
Durch die Maßnahme gemäß der Erfindung, nach der ein zentrales starres Isolierteil 44 mit einer Wand 43 durch Glasverschmelzung gebildet wird, werden jedoch die inneren Enden der Anschlußstifte 21 in ihrer Stellung in bezug aufeinander sowie auf den Sockel 17 festgelegt Die Probleme, die sich aus a<t Biegsamkeit des Leiterrahmens 16 ergeben, sind dadurch beseitigt
Auf den Sod-el 17 kann dann ein Halbleiterelement 41 angebaut und anschlossen werden. In F i g. 4C is* ein auf dem Sockel 17 befestigtes Halbleiterelement 41 dargestelu, deren feine elektrische Leitungsdrähte 42 gewünschte Kontakte mit zugeordneten Leitungsfingern 22 verbinden. Der Einbau des Halbleiterelements 41 und das Anschließen der Drähte 42 kann in herkömmlicher Weise erfolgen. Es ist jedoch zu bemerken, daß die Steifheit des mittleren Teiles des Leiterrahmens 16 diese Arbeitsgänge wesentlich erleichtert. Was das Niederdrücken des Sockels 17 in bezug auf die Ebene der Leitungsfinger 22 betrifft ist zu bemerken, daß die sehr feinen Drähte 42 häufig dazu neigen, zwischen ihren Enden etwas durchzuhängen bzw. sich zu senken. Es ist daher wichtig, zu verhindern, daß diese Drähte 42 so tief durchhängen oder sinken, daß sie mit dem Sockel 17 zur elektrisch leitenden Berührung gelangen. Wie in Fig.4C dargestellt wird durch das Niederdrücken des Sockels 17 unter die Höhe der Leitungsfinger 22 erreicht, daß sich diese feinen Drähte 42 vom Halbleiterelement 41 zu den Leitungsfingern 22 nach oben erstrecken, so daß selbst bei einem Durchhang der Drähte 42 die Wahrscheinlichkeit äußerst gering ist, daß sie sich genügend weit absenken, um den Sockel 17 zu berühren.
Nach Einbau des Halbleiterelements 41 und Anschließen desselben an den Leitungsfingern 22 werden das Halbleiterelement 41, die Drähte 42 und der Leiterrahmen 16 etwa so wie oben im Zusammenhang mit F i g. 1 und 3 beschrieben, in Kunststoff eingekapselt. Wie in F i g. 4D veranschaulicht, wird eine Vergußmasse 46 beirpie'iiwsise aus flüssigem Harz als Überzug über das Halbleiterelement 41, die Drähte 42 und die Leitungsfinger 22 innerhalb der Wand 43, des Isolierieils 44 eingefüllt bzw. aufgebracht. Dieser Überzug bzw. diese Vergußmasse 46 kann aus elektrisch isolierenden Materialien hergestellt sein, die in flüssiger Form einbringbar sind und dann zur festen Form erhärten, beispielsweise Epoxydharz oder Silikonkunststoff. Das Härten kann beispielsweise durch Anwendung von Wärme oder chemischer Wirkung erfolgen. Das Isolierteil 44 und die Vergußmasse 46 (Fig.4D) umschließt also das Halbleiterelement 41, die davon
6"> ausgehenden elektrischen Drähte 42 und die Verbindungen dieser Drähte 42 mit den Leitungsfingern 22 des Leiterrahmens 16 vollständig.
Wenn die Vorrichtung und die unmittelbaren
Verbindungen derselben vollständig eingekapselt sind, wird als weiterer Verfahrensschritt gemäß der Erfindung ein Kunststoffgehäuse angebracht. Fig.4E zeigt eine Kunststoffhülle 51, die den mittleren Teil einschließlich des Isolierteils 44 allseits umschließt. Diese Kunststoffhülle 51 kann durch Anwendung von Wärme und Druck angebracht werden. Weil das Halbleiterelement 41 vollständig in dem starren zentralen Abschnitt der Kunststoffhülle 51 eingekapselt ist, werden weder solche Halbleiterelemente 41 selbst noch die von den Kontakten derselben zu den Leitungsfingern 22 führenden feinen Drähte 42 durch den Spritz- oder Transferdruck zum Verbinden des Kunststoffes mit dem Leiterrahmen 16 beeinträchtigt oder gefährdet. Außerdem ist das Isolierteil 44 aus Glas vollständig von der maßhaltigen Kunststoffhülle 51 umgeben.
Das Gehäuse wird fertiggestellt, indem der Randstreifen 19 vom Leiterrahmen 16 abgetrennt oder abgeschnitten wird und die aus der Kunststoffhülle 51 vorspringenden Anschlußstifte 21 umgebogen werden. Dieses Umbiegen bietet bei dem Verfahren gemäß der Erfindung insofern keine Schwierigkeit, als sich der Glasteil in einem Abstand von den Biegelinien befindet und das Glas daher nicht bricht.
Fig.6 und 7 veranschaulichen ein fertiggestelltes Gehäuse 61 gemäß der Erfindung für ein integriertes Halbleiterschaltungselement. Die Außenform des Gehäuses 61 kann im wesentlichen die gleiche sein wie die eines herkömmlichen Gehäuses 11 aus Kunststoff gemäß Fig. 1. Jedoch ist innerhalb des Gehäuses ein starres Isolierteil 62 vorgesehen, das im wesentlichen das Isolierteil 44 umfaßt. Die hermetische Abdichtung des Glases zum Metall des Leiterrahmens 16 verhindert die Ausbildung einer Kriechstrecke für Feuchtigkeit entlang den Anschlußstiften 21 durch das Gehäuse.
Das oben beschriebene Verfahren kann insofern abgeändert werden, als beispielsweise ein einziger Isolierkörper 56 anstatt der Grundplatte 31 und der Wand 32 verwendet werden. Ein solcher Isolierkörper 56 würde als becherförmiges Element ausgebildet sein, ■> das im wesentlichen die gleiche Querschnittsform wie die Grundplatte 31 und die Wand 32 im verschmolzenen Zustand hat. F i g. 8A veranschaulicht einen solchen becherförmigen Isolierkörper 56 mit dem darüber angeordneten Leiterrahmen 16. Der Isolierkörper 56
ίο wird bis zur Erweichung erhitzt, und darauf dann der Leiterrahmen 16 aufgesetzt und beispielsweise durch Belastung, z. B. durch ein Gewicht, wie durch den Pfeil in Fig. 8A angedeutet, niedergedrückt. Der Leiterrahmen 16 sinkt dann in das erweichte Glas, wodurch die in
r> Fig.4B schematisch angedeutete Anordnung gebildet wird.
Als weiteres Beispiel einer Abwandlung des oben beschriebenen Verfahrens kann anstalt der angepaßten Vergußmasse 46 am Halbleiterelement und den
2» Leitungen oder Zungen nach F i g. 4D eine Glas- oder Metallkappe zum Verschließen der Oberseite des Isolierteils 44 verwendet werden. Dies ist in Fig.8B veranschaulicht, nach der auf die Wand 43 des aus geschmolzenem Glas bestehenden Isolierteils 44 eine
-'■'> Deckplatte 57 aufgesetzt und daran angeschmolzen wird. Diese Deckplatte 57 könnte z. B. aus einer Koba!t-Vanadium-Rhodium-Legierung oder auch aus Glas bestehen.
Das Verfahren wird dann mit der Bildung der
in Kunststoffhülle 51 weitergeführt.
Es sei noch bemerkt, daß das Isolierteil 44 das Glas oder keramischem Material bedeutend kleiner als die herkömmlichen Glasgehäuse ist und beispielsweise unter Verwendung von nur ca. 20% der Glasmenge
ii herstellbar ist, die normalerweise für ein Glasgehäuse verwendet wird. Dies allein bedeutet schon eine Materialersparnis.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Gehäuse für ein Halbleiterelement, mit einem starren Isolierteil aus Glas oder Keramik, welches aus einer ebenen Grundplatte, die einen Sockel mit dem darauf befestigten Halbleiterelement trägt, und aus einer den Sockel mit dem Halbleiterelement umschließenden Wand besteht, in welche parallel zu der Grundplatte Leiterstücke eingebettet sind, die außerhalb des Gehäuses in Anschlußstiften und innerhalb des Gehäuses in der Nähe des Sockels enden und mit dem Halbleiterelement elektrisch verbunden sind, und wobei der Raum innerhalb der Wand mit einer Glas- oder Metallkappe verschlossen oder mit einer Vergußmasse ausgefüllt ist, gekennzeichnet durch eine das Isolierteil (44) allseitig umschließende Kunststoffhülle (51), aus der die Anscblußstifte (21) herausragen.
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