DE2249209B2 - Leiterrahmen zur verwendung in gehaeusen fuer halbleiterbauelemente - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Leiterrahmen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Derartige Leiterrahmen verbinden Halbleiterbauelemente, wie integrierte Schaltungen und andere elektronische Miniaturbauteile, mit größeren elektronischen Baueinheiten. Dabei ist die Doppelreihenanordnung der Leiter in Form von zwei parallelen Reihen, die aus den langen Seiten eines dünnen, rechteckigen Leitergehäuses hervorstehen, nur ein mögliches Ausführungsbeispiel solcher Leiterrahmen.

Hat der Leiterrahmen die für seine weitere Handhabung, Montage und Verwendung erforderliche, Stabilität verleihende Dicke, so ist ein direkter Anschluß seiner inneren Enden an das Halbleiterbauelement in der Regel nicht möglich, da sich für diese inneren Enden dann zu große Leiterabmessungen oder Lciterabstände ergeben.

Es ist bekannt (US-PS 34 36 810). zunächst in den Leiterrahmenrohling eine Vertiefung zu fräsen, die Oberfläche der Vertiefung zur Verbesserung der Bindungseigenschaften mittels einer Plasmapistole mit Aluminium zu überziehen und dann das Leitergerippe mit einem herkömmlichen Stanzkopf zu stanzen. Die j herkömmlichen Werte für die Größe und Abstände der Leiterenden werden bei einem derart hergestellten Leiterrahmen nicht unterschritten. Sollen sehr feine Muster durch Stanzen hergestellt werden, so erfolgt nach dem Stanzen auf Grund von Materialspannungen

ίο eine Bewegung der Leiterenden, die zu Berührungen und dadurch herbeigeführten Kurzschlüssen zwischen benachbarten Leitern führen kann. Auch sind die Spannungen und demzufolge die Bewegungen der Leiterenden nach dem Stanzen um so größer, je größer der Abstand zwischen der Spitze eines Leiterendes und seiner Befestigungsstelle am Rahmen ist. Auch werden die Sian7werkzeuge um so mehr abgenutzt, je feiner das Leiterendenmuster ist. Sollen sie eine lange Lebensdauer erreichen, so müssen spröde Werkstoffe, wie ge-

*o sintere K-irbide für die Schneidwerkzeuge verwendet werden. Bei Mustern von weniger als 0,25 mm sind die erforderlichen Stanzkräfte gleich der oder größer als die Festigkeit des Karbids, so daß Bruch eintritt. Ein entscheidender Nachteil bei der Herstellung des be-

^Z5 kannten Leiterrahmens besteht darin, daß es im Vergleich zu der größeren Arbeitsgeschwindigkeit der Stanzeinrichtung zu lange dauert, um die Vertiefung auszufräsen. Zwar könnte diese Schwierigkeit durch Prägen an Stelle des Fräsens teilweise überwunden werden, jedoch wird dann der Karbidprägestempel unter dem für das Fließen des Metalls zwischen den Pragewerkzeugen erforderlichen Druck etwas zusammengedrückt. Auch tritt eine Kaltverfestigung des Metalls an der Prägestelle ein, die bei der nachfolgenden Sian/-stufe zu noch stärkerer Werkzeugabnutzung und noch größerer Gefahr des Werkzeugbruchs führt.

Es ist auch bekannt (US-PS 31 74 837). zur Herstellung eine·; Oszillokopbildschirms verhältnismäßig dicke Teile der Photoätzung zu unterwerfen. Die dabei auftretende nachteilige Erscheinung der Unterschneidung versucht man dadurch zu beseitigen, daß man eine Mehrzahl von identischen Teilen aus hinreichend dünnem Ausgangsmaterial ätzt, so daß eine ins Gewicht * fallende Unlerschneidung vermieden wird, worauf man die einzelnen Platten zur Bildung eines einheitlichen Körpers mit geradseitigen Öffnungen zusammenlötet.

Es ist auch bekannt (US-PS 35 44 857). die indirekte Verbindung des Halbleiterbauelements mit dem Leiterrahmen durch Golddrähte durch ein auf eine dünne Folic aufgedrucktes Leitermuster zu ersetzen, das sich mit dem Leitermuster des Leilerrahmens deckt und über einen Teil der zwischen den inneren Enden und den äußerer Enden der Leiter des Leiterrahmens liegenden Leiterausdehnung erstreckt. Die dünne Folie wird nach Herstellung elektrischer Verbindung zwischen den Leitern des verbindenden Musters und dem Halbleiterbauelement entfernt. Das Problem, geringen Abstand und geringe Abmessungen der inneren Enden der Leiter des Leiterrahmens in Übereinstimmung mit der für die Handhabung notwendigen Festigkeit des Leiterrahmens bringen zu müssen, wird mit Hilfe des bekannten Leiierrü.hmcns nicht gelöst.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leiterrahmen zu schaffen, bei dem die inneren Enden der Leiter mit so geringem Abstand und so geringen Abmessungen ausgebildet sind, daß sie direkt mit dem Halbleiterbauelement verbunden werden können, während der gesamte Leiterrahmen dennoch die für die

Handhabung, den Einbau und seine sonstige Verwendung erforderliche Festigkeit aufweist. Dabei soll der neue Leiterrahmen in einfacher und kostensparende;-Weise herstellbar sein.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Leiterrahmen gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1. Infolge der verkürzten inneren Leiterenden der oberen Platte ergibt sich eine Aussparung, die zu·· Aufnahme von Strahlleiter- oder Flippplättchen-Bauelementen zur direkten Verbindung mit den Spitzen der Leiterenden der unteren Platte geeignet ist. Infolge der geringen Dicke der die Leiterenden enthaltenden unteren Platte sind mit Hilfe von Photoätz- oder Prägeoder Stanzverfahren geringere Abstände und Abmestungen der inneren Leiterenden erzielbar als dies bisher möglich war. Dabei kann der neue Leiterrahmen, da er nur aus einem Zweiplattenlaminat besteht, in einfacher und kostensparender Weise hergestellt werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung an Hand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine Draufsicht auf einen Doppelreilv.Mv leiterrahmen mit 14 Leitern für eine integrierte Schaltung:

F i g. 2 zeigt einen Schnitt längs Linie Ii-Il der K ig. 1.

Zur Erleichterung der Erläuterung und /ur Vermeidung einer unübersichtlichen zeichnerischen Darstellung wird der Anmeldungsgegenstand nachstehend .111 Hand der Ausbildung und Herstellung eines »Stantlard«-Leiterrahmens, d.h. eines Rahmens für ein 14-Leiter-Doppelreihengehäuse, veranschaulicht. Es weiden viele Millionen derartiger Gehäuse jährlich hergestellt und der erfindungsgemäß ausgebildete Leiterrahmen kann gut in ein derailiges Gehäuse eingebracht werden, es ist jedoch klar, daß die Erfindung, sogar mit noch größeren Vorteilen, auch bei komplizierteren Gehäusen Anwendung finden kann (es sind Leitergehäuse mit 72 und 144 Leitern bekannt).

Der Leiterrahmen kann in gewünschter Dicke ausgebildet werden und er wird aus zwei dünnen Metallplattcn. die übereinander geschichtet werdon (Laminat), hergestellt. Die untere Platte weist die gesamte Leiterrahtnenma'.rix unter Einschluß der l.eilerenden auf, und diese Platte ist hinreichend dünn, so daß ein Muster gewünschter Feingüedrigkeit an den l.eilerspit/en vorgesehen werden kann. Die obere Platte weist eine zur unteren Platte identische Leitermatrix auf, mit der Ausnahme, daß die Leiterenden oder -spitzen nicht vornanden sind. Ihre Dicke ist so, daß bei Vereinigung mit der unteren Platte ein Leiterrahmen gewünschter Dicke erhalten wird. Der sich ergebende Körper weist eine Verliefung oder Nische in seiner oberen !lache zur Aufnahme des Schaltungsbauteils auf, letzteres wird direkt mit den Leiterspitzen der unteren Platte verbunden. Ob der Schaltungsbauteil vollständig einpaßt oder nicht, hängt natürlich von der im Einzelfall gegebenen Tiefe der Nische und der Dicke des Bauteils ab: in jedem I all wird der Bauteil mindestens teilweise aufgenommen. ^fi0 Das Aufeinanderschichten wird durchgeführt, indem man die untere Oberfläche der oberen Platte mit einem Bindemittel. z.B. einem Weichlot, einer I hui t. M logic rung od. dgl., überzieht und die zusammengeklammerten Platten auf eine entsprechende Temperatur erhitzt. ⁶"> Hierdurch wird vermieden, daß im Bereich der l.eiterspitzen während des Bindens eine flüssige Phase anwesend ist, die ein Kurzschließen von in geringen Abständen zueinanderliegenden Leitern verursachen könnte.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Doppelleiterrahmen IC aus zwei zur Vereinfachung gleich dicken Platten dargestellt. Es ist im wesentlichen nur ein einziger Rahmen abgebildet, dieser stellt normalerweise ein Glied in einer Mehrzahl von identischen Rahmen dar, die in einem Streifen gebildet werden. Beim vorliegenden Beispiel werden sieben Rahmen ius Rohlingen von etwa 2,5 χ 18cm Größe hergestellt, d.h. die in der F i g. 1 wiedergegebene Flache mißt etwa 2.5 cm-. Leiterrahmen werden üblicherweise hergestellt aus Einschmelzlegierungen, so bezeichnet, weil sie ähnliche Wärmeausdehnungskoeffizienten wie die Gläser haben, die zur Versiegelung der Leiter in der fertigen Baueinheit verwendet werden. Es können aber auch andere Metalle, wie Kupfer oder Aluminium, verwendet werden. Bei dem erläuterten Beispiel bestand der Rahmen aus einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung.

Der Leiterrahmen 10 umfaßt eine obere Platte 12 iind eine untere Platte 14, die in der nachstehend noch erläuterten Weise übereinander geschichtet Mild. Die Platten 12 und 14 sind von identischer Ausbildung, mit der Ausnahme, daß die Platte i4 die vollständige Matrix der Leiter 16 einschließlich der Enden oder Spitzen 18 an den inneren Leiterenden aufweist, während bei der Platte 12 die Leiter kurz vor den inneren Spitzen 18 enden, so daß sich eine Aussparung oder Nische 20 ergibt, wie das aas der F i g. 2 ersichtlich ist. Durchgehende Seitenteile 21 gewährleisten den Zusammenhalt des Rohlings von Rahmen zu Rahmen. Die vierzehn Leiter 16 sind in zwei einander gegenüberliegende Reihen von je sieben parallelen Leitern aufgeteilt, jede Reihe endet an und ist einstückig verbunden mit einem Steg 22. der wiederum in die Seitenteile 21 t.bcrgeht. .Schlitzlöcher 2i in den Stegen 22 erleichtern das Zerschneiden des Rohlings in einzelne Einheiten. Der strukturelle Zusammenhalt während der Herstellung und Zusaiiimenlügung wird weiter gewahrleistet durch zwei zusätzliche einstückig durchgehende Stege 24 etwa in der Mitte der Längserstreckung einer jeden Leiterreihe. Die Stege 24 verlaufen parallel zu den Stegen 22 und gehen ebenfalls einstückig in die Seitenteile 21 über. Nach dem Zusammenbau werden die Stege 22 und 24 natürlich weggeschnitten, so daß die vierzehn Leiter elektrisch isoliert voneinander und, zu diesem Zeitpunkt, gehalten von der Gehäusebaueinheit, verbleiben. Ausrichtlöcher 26 gewährleisten eine ordnungsgemäße Lageübereinstimmung bei der Herstellung und dem Zusammenbau, ein weiteres Loch 28 auf nur einer Seite gewährleistet die richtige Zueinandcrordnung.

Die relativen Stärken der Platten 12 und 14 können nach Maßgabe der Größe und des Abstands der Leiter 16. insbesondere der Leiterspitzen 18, geändert werden. So können beispielsweise für die Anordnung gemäß F i g. 1 beide Platten aus Ausgangsmaterial von 0,12 mm Dicke gefertigt werden. Bei sehr feiner Gliederung der Leiterspitzen 18 wäre es jedoch notwendig, die Boilenplatte 14 aus dünnerem Material zu fertigen. z.B. mn einer Dicke von 0.075mm oder weniger, so daß die Matrix ohne Unterschneidung photogeätzt werden kann. Die obere Platte 12 wird dann entsprechend dicker gewählt, um die erforderliche strukturelle Festigkeit herbeizuführen. Wenngleich Photoätzen aus den vorstehend genannten Gründen die bevorzugte Methode zur Herstellung der Bodenplatte 14 ist, insbesondere wenn ein sehr !eines Leiterspit/enmiisier erzeugt werden soll, kann die Bodenplatte 14 da sie sehr dünn ist und im ursprünglich weichen Zuband (im (ic-

gensatz zu einem arbeitsgehärteten ZuMatuI) vorliegt. auch gestanzt werden, und zwar zu feineren Mustern als sie bisher in wirtschaftlicher Weise möglich waren. da die Werkzeugabnutzung und der Bruch wesentlich verringert werden. Die Fertigung der oberen Platte 12 ist nicht so kritisch, da sie nicht die fein gegliederten Leiterenden 18 aufweist. Es kann mit Stanz· oder Photoätzmethoden gearbeitet werden. Dabei sind natürlich Faktoren, die die Zweckmäßigkeit der einen oder der anderen Methode nach den vorstehend erläuterten Ge-Sichtspunkten beeinflussen, zu beachten.

Anschließend werden die Platten 12 und 14 übereinander geschichtet. Der erste Sehritt besteht darin, die Unterseite der oberen Platte 12 mit einem Weich- oder Hartlot zu überziehen. Die Wahl des jeweiligen Materials hängt weitgehend von der vorgesehenen endgültigen Verwendung des fertigen Schaltungsbauteils ab. Wenn der Schaltungsbauteil starke thermische Schwankungen aushalten muß, wie das in vielen Militärspezifikationen vorgeschrieben ist. werden hochschmelzende Materialien verwendet. Bei weniger scharfen Anforderungen sind Weichlöimaierialien brauchbar. Vorzugsweise wird eine dünne Schicht des Bindemittels nur auf die untere Fläche der Platte 12 aufgebracht. Dies verhindert, daß sich irgendeine flüssige Phase an den Leiterspitzen 18 bildet, wo dies Kurzschlußverbindungen verursachen könnte, insbesondere bei feinen Leitermustern. Ob sich Bindemittel auf beiden Seiten der Platte 12 oder nur auf der unteren Seite befindet, ist nicht wesentlich, sofern nicht mehr als ein Rahmen zur Bindung aufgeschichtet werden soll. Nach Aufbringung des Bindemittels werden die Platten 12 und 14 in eine keramische Einspannvorrichtung eingesetzt, die Stifte entsprechend den Ausrichilöchcrn 26 und 23 zur Gewährleistung einer ordnungsgemäßen Anordnung und genauen Ausrichtung aufweist. Dann wird eine keramische Abdeckplatte aufgelegt und vorzugsweise durch Klammern od. dgl. niedergedrückt, um die Teile fest zusammenzuhalten. Diese Anordnung wird dann durch einen Ofen geleitet, der bei einer hinreichenden Temperatur zur Verbindung der beiden Platten zu einem einheitlichen Körper gehalten wird.

Eine abgewandelte und in den meisten Fällen zu bevorzugende Methode zur übereinander geschichteten Verbindung der beiden Platten ist in der USA.-Patentschrift 36 67 110 beschrieben. Kurz gesagt wird nach dieser Methode die Platte 12 mit aufeinanderfolgenden sehr dünnen Schichten aus Kupfer und Silber überzogen, dann folgt eine Oxydation in einer reduzierten Atmosphäre und ein Binden der beiden Platten bei 815' C während 1 bis 2 Minuten in einer reduzierten Atmosphäre. Diese Methode ergibt eine ausgezeichnete Schichtung und Verbindung praktisch ohne Bildung einer flüssigen Phase.

Bei herkömmlichen Leiterrahmen ist es oft erwünscht, die Leiterspilzen mit einem Überzug eines Metalls zu versehen, das die Bindung erleichtert, gewöhnlich Aluminium. Herkömtnlicherweise werden auf den Rohling vor der Fertigung ein Streifen oder Tupfen dieses Metalls durch Heißbeschichtung. Aufdampfen oder Plattieren und Ätzen aufgebracht, so daß das Metall die Leitcrenden und nur einen Teil der Leiterstruktur bedeckt. Es ist die Aufbringung mittels einer Plasmapistole oder Dampfabscheidung durch eine Maske zur Überziehung nur der Leiterspitzen, gefolgt von einer erneuten Formierungsbehandlung beschrieben worden. Erfindungsgemäß kann die gesamte ober? Fläche der unteren Platte 14 mit einem solchen Metall nach irgendeiner herkömmlichen Methode vor der Erzeugung der Leiterstruktur überzogen werden. Danach ist nichts weiteres mehr erforderlich, da nach der Übereinanderschichtung nur die freiliegenden Leiterenden das bindungserleichtcrnde Material zeigen. Eine Anwendung von Masken, Ätzmiueln oder anderen Hilfsmaßnahmen wird vermieden. Natürlich ist in einem solchen Falle eine Bindungsbehandlung bei verhältnismäßig niedriger Temperatur erforderlich, um das Aluminium nicht zu schmelzen.

Nach der Übereinandcrschichtung wird der Leiterrahmenkörper in herkömmlicher Weise gehandhabt und das Gehäuse für die integrierte Schaltung od. dgl., für das der Leiterrahmen verwendet wird, kann ansonsten von herkömmlicher Art sein. Diese Maßnahmen brauchen hier nicht im einzelnen erläutert zu werden, es sei nur angemerkt, daß zu irgendeinem Zeitpunkt das Substrat, das kleiner ist als die von den Stegen 24 und den Seitenteilen 21 umgrenzte Flache, an die inneren Enden der Leiter gebunden wird. Dann wird das elektronische Bauteil an die l.eiterspitzcn 18 gebunden, worauf mit einem Deckel und einem Dichtungsmittel das Gehäuse hermetisch abgedichtet wird. Zu irgendeinem Zeitpunkt vor der Prüfung werden die Stege 22 und 24 weggeschnitten, so daß die Leiter 16 elektrisch voneinander isoliert sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Palentansprüche:

1. Leiterrahmen zur Verwendung in Gehäusen für Halbleiterbauelemente, mit einer waagerechten Matrix von durch verbindende Stege in dem Leiterrahmen flach gehaltenen Leitern, deren innere Enden zur Einfügung des Halbleiterbauelements angeordnet sind und die wenigstens in einen, Teil de?) Bereiches zwischen den inneren Enden und den äußeren Enden als Laminat ausgebildet sind, dessen iwei Metallplatten in elektrischem Kontakt miteinander stehen, dadurch gekennzeichnet, daß nur die untere Platte (14) des den Leiterrahmen (10) bildenden Laminats die Matrix der Leiter (16) vollständig einschließlich deren innerer Enden (18) enthält und für hinreichend geringe Werte von Grö ße und Abstand der inneren Enden dünn genug ist. während die obere Platte (12) diese inneren Enden (18) der Leiter (16) unter Bildung einer Aussparung (20), die das Halbleiterbauelement wenigstens teilweise ausfüllt, nicht enthält und ausreichend dick ist. damit das gesamte Laminat die für die Handhabung bei der Montage und Verarbeitung des Leiterrahmens erforderliche Festigkeit aufweist.

2. Leiterrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Platte (14) eine Starke von 0.075 mm oder weniger aufweist.

3. Leiterrahmen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Platte (12) eine Starke von wenigstens etwa 0,125 mm aufweist.

4. Leiterrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtstärke der Platten (12. 14) des Laminats etwa 0,25 mm beträgt.

5. Leiterrahmen nach einem der Anspiüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Flache der unteren Platte (14). mindestens auf den inneren Enden (18), einen Überzug aus einem bindungserleichternden Metall aufweist.

6. Leiterrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Platte (12) an der mit der unteren Platte (14) zu vereinigenden Oberfläche mit einem geeigneten, heiß preßbaren Bindemittel beschichtet ist.