DE2514011C2 - Gehäuse für ein Halbleiterelement - Google Patents

Gehäuse für ein Halbleiterelement

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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Description

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Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für ein Halbleiterelement, nach den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruches 1. Ein derartiges Gehäuse ist aus der DE-OS 21 00 103 bereits bekannt. Bei dem bekannten Gehäuse ist der Kunststoffgehäusekörper mit einer abschirmenden Metallschicht bedeckt.
Die abschirmende Metallschicht ist bei dem bekannten Gehäuse vorzugsweise mit Erdpotentiai verbunden. Sofern mehrere Schaltkreise in dem Gehäuse enthalten sind, ist bei der bekannten Anordnung vorgesehen, jeden Schaltkreis mit einem gesonderten Erdleiter zu versehen, um Wechselwirkungen über den Erdpotentialanschluß zu vermeiden. Die metallische Abschirmung ist in der Herstellung relativ aufwendig und teuer.
Halbleiterelemente, wie etwa integrierte Schaltungen, werden üblicherweise durch Gehäuse geschützt, welche aus einem Kunststoff oder einem keramischen Material bestehen. In seiner Herstellung ist ein Kunststoffgehäuse im Vergleich zu einem Keramikgehäuse jedoch wesentlich weniger aufwendig, weshalb insbesondere aus Kostengründen dem Kunststoffgehäuse häufig der Vorzug gegeben wird. Beide Gehäuseausführungen haben aber den Nachteil, daß zwischen den Anschlußleitungen störende Koppelkapazitäten bestehen. Das Problem der Entkopplung ist insbesondere mit keramischen Gehäusetechniken nur unvollkommen lösbar.
Mit geringerem Kostenaufwand kann ein Halbleiterelement mitsamt den Anschlußleitungen in ein Kunststoffgehäuse direkt eingepreßt werden. Allerdings stellt ein solcher Kunststoff zumeist ein gutes Dielektrikum dar, weshalb es sich auch in diesem Fall nicht vermeiden läßt, daß zwischen den Anschlußleitungen untereinander oder den Anschlußleitungen und dem Halbleiterelement störende Kapazitäten auftreten.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Gehäuse der eingangs genannten Art anzugeben, welches weniger aufwendig in seiner Herstellung ist und das dennoch eine gute Entkopplung der Anschlußleitungen und des Halbleiterelementes ermöglicht
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst Da alle Schichten aus Kunststoff bestehen, entfällt bei der Erfindung die Notwendigkeit, bei der Herstellung der Schichten die Beschichtungstechnologie zu wechseln. Außerdem sind Kunststoffe sehr billig.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll anhand der F i g. 1 bis 8 näher erläutert werden.
F i g. 1 zeigt zwei noch zusammenhängende ausgestanzte Trägerkörper für integrierte Schaltungen mit der Grundplatte 1, auf welche das Halbleiterelement aufgeklebt wird, sowie einen Teil der Anschlußleitungen, welche zum Teil in Form einer Spinne 2 ausgebildet sind.
Fig.2 zeigt einen Schnitt durch einen Teil des Trägerkörpers mit der Spinne 2 und der integrierten Schaltung 6. Die zur Kontaktierung dienenden Drähte 7 sind durch Bonden mit der Spinne und der integrierten Schaltung verbunden.
F i g. 3 zeigt eine Anordnung gemäß F i g. 1 oder F i g. 2 mit einer elektrisch isolierenden Kunststoffschicht 8.
F i g. 4 zeigt eine Anordnung gemäß F i g. 3 mit einer elektrisch leitfähigen Kunststoffschicht 9 auf der isolierenden Schicht 8.
Fig.5 zeigt eine Anordnung mit einer elektrisch leitfähigen Schicht 9, welche auf einer elektrisch isolierenden Schicht 8 aufgebracht ist und einer elektrisch isolierenden Kunststoffschicht 10, in welche die gesamte Anordnung eingebettet ist.
F i g. 6 zeigt die Draufsicht und die Seitenansicht des fertigen Bauelements.
F i g. 7 und F i g. 8 zeigen Ersatzschaltungen der Anordnung gemäß F i g. 4 oder 5.
Bei den in F i g. 1 wiedergegebenen Trägerkörpern sind am oberen und unteren Rand parallel zueinander verlaufende Anschlußstifte zu erkennen, welche sich beim fertigen Bauelement außerhalb des Gehäuses befinden. Die Anschlußstifte gehen in Anschlußleitungen über, welche zum Teil in Form einer Spinne 2 ausgebildet sind. Mit zu den Anschlußleitungen gehören die z. B. in F i g. 2 aufgezeichneten dünnen Kontaktierungsdrähte 7, welche die Halbleiteranordnung mit der Spinne elektrisch leitend verbinden. Auf die als Träger dienende Grundplatte 1 in Fig. 1 ist die in einem Halbleiterkörper untergebrachte integrierte Schaltung — die das Halbleiterelement bildet — aufgeklebt, während die weiteren Anschlußleitungen, z. B. 2 der Spinne, ausschließlich zur Kontaktierung der integrierten Schaltung dienen. Die Trennungslinien 3 stellen die Schnittlinien für ein Stanzwerkzeug dar, welches nach der Herstellung des Gehäuses die jetzt noch zusammenhängenden Anschlüsse trennt. Die Randschiene 5 dient dem Transport des Trägerkörpers im Stanz- und Preßwerkzeug. Weiterhin ist in F i g. 1 eine gestrichelte Linie 4 eingezeichnet, welche die Maße des Gehäuses wiedergibt. Der gesamte Trägerkörper besteht z. B. aus einer Legierung aus 28% Ni, 23% Co und 49% Fe und kann vergoldet oder anderweitig oberflächenbehandelt sein.
F i g. 2 zeigt einen stark vergrößerten Schnitt durch einen Teil des Trägerkörpers, auf dessen Grundplatte 1 jetzt ein Halbleiterelement 6 aufgebracht sei, das über die Drähte 7 mit den Anschlußleitungen 2 der Spinne
elektrisch leitend verbunden ist
Um die Abschirmung der Anschlußleitungen untereinander und gegenüber dem Halbleiterelement in der erfindungsgemäßen Form durchzuführen, wird in einem ersten Arbeitsgang die Spinne mitsamt dem kontaktierten Halbleiterelement mit einem elektrisch isolierenden Kunststoff umgeben, dessen Dicke etwa 50 μπι beträgt (Fig.3), wobei das Halbleiterelement und die Drähte evtl. vorher mit einem speziellen Kunststoff abgedeckt sein können Diese Kunststoffschicht wird sodann gemäß Fig.4 mit einer elektrisch leitfähigen Kunststoffschicht derart umpreßt, daß das leitfähige Material das Halbleiterelement und die Spinne sowie die Drähte als Teil der Anschlnßleitungen im wesentlichen allseitig umschließt Dies hat den wesentlichen Vorteil, daß auch die Anschlußleitungen untereinander entkoppelt werden.
Durch Entfernen der elektrisch isolierenden Kunststoffschicht an einer oder mehreren der Anscnlußleitungen, z. B. 11 in F i g. 6, kann die elektrisch leitfähige Kunststoffschicht mit einem Anschlußstift, z. B. 2 in Fig.6, vorzugsweise dem an Masse zu legenden Anschlußstift, elektrisch leitend verbunden werden. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß F i g. 5 wird auf die elektrisch leitfähige Kunststoffschicht 9 noch eine elektrisch isolierende Kunststoffschicht 10 aufgebracht. Die Dicke der Scheiben kann so gewählt werden, daß beispielsweise bei der Ausführungsform gemäß F i g. 4 das Gehäuse im wesentlichen durch die Schicht 9 und bei der Ausführungsform gemäß F i g. 5 durch die Schicht 10 gebildet wird. Die Dicke der elektrisch isolierenden Schicht 10 sollte allerdings nicht zu groß gewählt werden, da Gehäuse aus elektrisch leitfähigen Materialien besser kühlen und auf diese Weise die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer des Bauelements erhöhen.
Um eine genauere Vorstellung davon zu erhalten, wie wirksam eine solche Abschirmung ist, soll noch eine Betrachtung der Kopplung anhand der Ersatzschaltbilder F i g. 7 und F i g. 8 angeschlossen werden. Jede Anschlußleitung 2 in Form einer Leiterbahn besitzt eine Kapazität Ck (12) gegen das leitfähige Kunststoffmaterial, dessen endliche Leitfähigkeit im Ableitwiderstajid 13 eine vollständige Entkopplung verhindert Solange der Wechselstromwiderstand der Kapazitäten Ck groß gegen den Anschlußwiderstand R1 (16) ist, gilt für die Spannung Ua und F i g. 8:
U. = Ue ■ ω 2Ck2RcRs
Legt man eine Oberfläche F der Anschlußleitung im Gehäuse von F « 10 mm2, eine Dicke der Isolation von 50 μπι und ein εΓ = 3 zugrunde, so erhält man eine Ck von 5,3 PF. Setzt man ferner Re = 10 Ω und Ra = 75 Ω voraus, und rechnet mit einer Frequenz ω = 2 · 107 1/sec (10 MHz), so erhält man eine Kopplungsdämpfung von 82 dB, d. h. einen Wert, der in den meisten Fällen ausreichen dürfte. Allerdings ist 10 Ω ein sehr hoher Widerstand, der nur bei einem spezifischen Widerstand des Kunststoffes von 2—3 Ω · cm erreicht wird. Der spezifische Widerstand z. B. des Kupfers ist dagegen 1,77 · 10~6 Ω · cm, also um den Faktor IO6 geringer. Da es elektrisch leitfähige Kunststoffe mit spezifischen Widerständen von 10~·Ω · cm gibt, stellt der Ableitwiderstand RK kaum ein Problem dar. Man wird vielmehr versuchen, die Isolation von Ck so dick zu bemessen, daß gerade noch leitfähiges Kunststoffmaterial zwischen die isolierten Anschlußleitungen dringt, um eine weitgehend vollständige Abschirmung zu erreichen. Dadurch wird die Erdkapazität Ck so klein wie möglich gehalten.
Wie schon erwähnt, läßt sich ein solches Kunststoffgehäuse mit einem wesentlich geringeren Aufwand herstellen als ein entsprechendes Keramikgehäuse. So kann man beispielsweise davon ausgehen, daß ein geschirmtes Keramikgehäuse mindestens das Vierfache eines umpreßten Kunststoffgehäuses nach der beschriebenen Lösung kosten würde. Im Produktpreis wird dieser Preisunterschied im Verhältnis Gesamtproduktion zu Ausbeute an einwandfreien Halbleiterelementen vergrößert auftreten. Die Ersparnisse durch das Gehäuse entsprechend der beschriebenen Lösung können etwa mit 30—60% angesetzt werden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Gehäuse für ein Halbleiterelement, insbesondere für ein solches mit einer integrierten Schaltung, welches über Anschlußleitungen mit außerhalb des Gehäuses angeordneten Anschlußstiften verbunden ist, wobei das Halbleiterelement und die Anschlußleitungen mit einer ersten, elektrisch isolierenden Schicht aus Kunststoff umgeben ist und auf diese erste Schicht eine zweite, elektrisch leitfähige Schicht aufgebracht ist, die mit mindestens einer Anschlußleitung elektrisch leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (9) aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff besteht
2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die zweite Schicht (9) eine dritte elektrisch isolierende Schicht (10) aus Kunststoff aufgebracht ist
3. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (8) eine derart geringe Dicke aufweist, daß die zweite leitfähige Schicht (9) das Halbleiterelement (6) und jede Anschlußleitung für sich allseitig umschließt
4. Gehäuse nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (9) und/oder die dritte Schicht (10) gegenüber der ersten Schicht (8) eine große Dicke aufweist.
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