DE2611531A1 - In kunststoff eingekapselter integrierter schaltungsbaustein - Google Patents

In kunststoff eingekapselter integrierter schaltungsbaustein

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DE2611531A1
DE2611531A1 DE19762611531 DE2611531A DE2611531A1 DE 2611531 A1 DE2611531 A1 DE 2611531A1 DE 19762611531 DE19762611531 DE 19762611531 DE 2611531 A DE2611531 A DE 2611531A DE 2611531 A1 DE2611531 A1 DE 2611531A1
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Robin H Hodge
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Description

In Kunststoff eingekapselter integrierter Schaltungsbausteino
Pur die vorliegende Anmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden US-Anmeldung Serial-No. 588 643 vom 17.3.1975 in Anspruch genommen,,
Die vorliegende Erfindung betrifft einen in Kunststoff gekapselten integrierten Schaltungsbaustein mit einem Leiterrahmen, einschließlich eines flachen Plättchenträgers, auf dessen einer Oberfläche ein Halbleiterplättchen mit einer integrierten Schaltung fest angebracht ist, sowie mit zwei Tragstreifen, von denen sich jeweils einer von jedem Ende des genannten Plättchenträgers aus bis zu den gegenüberliegenden Enden des genannten eingekapselten Schaltungsbausteins erstreckt, wobei ein Kühlblech fest mit der anderen Oberfläche des genannten Plättchenträgers verbunden ist, und seine Enden den Enden des Schaltungsbausteins zugewandt- sind, zur Wärmeabführung im Betrieb aus dem genannten Halbleiterplättchen und Plättchenträger, wobei eine Vielzahl von Verbindungsleitern in einem gewissen Abstand vom genannten Plättchenträger angeordnet und gegenüber der genannten einen Oberfläche des Plättchenträgers
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angehoben sind, wobei Verbindungsdrähte zwischen Anschlußflächen auf dem genannten Halbleiterplättchen und den zugeordneten Enden von Verbindungsleitern befestigt sind, die sich nach außen, aus dem genannten Schaltungsbaustein heraus, erstrecken, der in einem Kunststoff-Formteil zur Einkapselung des genannten Halbleiterplättchens, des genannten Plättchenträgers, der genannten Verbindung sdrähte, der genannten Enden der Verbindungsleiter und des genannten Kühlblechs angeordnet ist.
Gekapselte integrierte Schaltungsbausteine, z.B» mit 14 Anschlüssen nach der zweireihigen DIP-Bauform (dual in-line package), die für Leistungsanwendungen eingesetzt werden, schließen ein Kühlblech zur Abführung der von dem Halbleiterplättchen der integrierten Schaltung erzeugten Wärme ein, wobei dieses Halbleiterplättchen auf einem Plättchenträger innerhalb eines Leiterrahmens montiert iste
Bei der Herstellung wird das Halbleiterplättchenjmit der integrierten Schaltung hart auf die Oberseite des Plättchenträgers im Leiterrahmen aufgelötet, und das Kühlblech wird hart auf die Unterseite des Plättchenträgers aufgelötet, wobei das Kühlblech beträchtlich langer als seine Berührungsfläche mit dem Plättchenträger ist. Eine Vielzahl von Verbindungsleitern geht in gewissen Abständen voneinander radial von dem Plättchenträger im Leiterrahmen aus. Drähte sind an den Anschlußflächen auf dem Halbleiterplättchen und an den Verbindungsleitern angeschlossen und dienen dazu, Schaltungsteile innerhalb der integrierten Schaltung mit den zugeordneten Verbindungsleitern zu verbinden, die aus dem
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gekapselten Schaltungsbaustein herausführen»
Zur Einkapselung in Kunststoff wird der Leiterrahmen mit dem Halbleiterplättchen der integrierten Schaltung und dem Kühlblech in eine Formgußeinrichtung eingebracht, bei welcher sich die beiden Hälften der Gußform schließen und einen Hohlraum um die integrierte Schaltungsanordnung herum bilden,, Geschmolzener Kunststoff wird sodan in bekannter Weise in den Hohlraum eingepreßt und härtet um die Anordnung aus Kühlblech, Halbleiterplättchen, Plättchenträger und Verbindungsleiter aus, wobei die Anschlußenden der Verbindungsleiter aus den Seiten des Schaltungsbausteins herausragen, um die beiden Reihen der äußeren Anschlüsse (dual in-line terminals) zu bilden,.
Eine Anzahl von Schaltungsbausteinen wird gleichzeitig geformt, beispielsweise in einer Gußform mit 48 Hohlräumen, beispielsweise mit acht Streifen von Leiterrahmen mit sechs Einheiten pro Streifen, oder in einer Gußform mit 80 Hohlräumen, mit acht Streifen von Leiterrahmen und zehn Einheiten pro Streifen,,
Ein Nachteil der gekapselten Scahtlungsbausteine besteht darin, daß das Kühlblech in bezug auf die Wandungsflächen der Gußform nicht fest verankert ist, und die Kunststoffmasse dazu neigt, die äußere Oberfläche des Kühlbleches zu bedecken. Dies macht einen zusätzlichen Herstellungsschritt erforderlich, nachdem der fertig geformte Schaltungsbaustein aus der Gußform freigegeben worden ist, nämlich das Abschleifen der Kunststoffschicht auf dem Kühlblech, um dieses freizulegen, so daß es thermisch mit einem äußeren Kühl-
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element in Verbindung gebracht werden kann, beispielsweise durch Hartlötung, um die Wärmeableitung aus dem integrierten Schaltungsbaustein im Betrieb sicherzustellen,,
jSin zweiter Nachteil des vorbekannten Kühlbleches liegt darin, daß es groß irn Verhältnis zu derjenigen kleineren Fläche ist, wo es mit dem Plättchenträger des i'eiterrahmens hart verlötet ist, und somit dazu neigt, während der Einbringung der geschmolzenen Kunststoffmasse in die Gußform in dieser auf- und abwärts zu schweben. Dies hat mitunter zur Folge, daß das Kühlblech in Berührung mit einem oder mehreren der getrennten Verbindungsleiter des Leiterrahmens gerät und dadurch diese Anschlußpunkte miteinander und am Kühlblech selbst kurzschließt, woraus sich ein defekter integrierter Schaltungsbaustein ergibt.
Ein weiteres Ergebnis des "Schwimmens" des Kühlbleches besteht darin,idaß die Dicke des Kunststoffüberzuges auf dem Kühlblech von einer einheit zur nächsten nicht konstant bleibt, und der zur Freilegung der Kühlbleche erforderliche Schleifaufwand variiert bei den verschiedenen Schaltungsbausteinen, woraus sich Abweichungen im Herstellungsverfahren ergeben.
Eine Form von verbesserten gekapselten integrierten Schaltungsbausteinen wird in der US-Patentanmeldung Serial-Noe 4-54 723, eingereicht am 25.3.1974-, mit dem Titel "Integrated Circuit Package Utilizing Novel Heat Sink Structure" (Integrierter Schaltungsbaustein mit neuartigem Kühlblechaufbau), Erfinder Robert W. Beard, gezeigt und beschrieben. Bei dieser Form des Aufbaus wird eine Abwandlung in der Größe, der Form und der Lage
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bei dem Halterungsstreifen für den Plättchenträger und bei den ■Verbindungsleitern des Standardbausteins eingesetzt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile des "Schwimmens" in der Gußform mit den dadurch verursachten Kurzschlüssen bei Verbindungsleitern und Kühlblech, sowie die Ausbildung einer störenden Kunststoffschicht auf der äußeren Oberfläche des Kühlblechs mit einfachen Mitteln zu vermeiden.
Der zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene integrierte Schaltungsbaustein ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlblech einen Sockelteil umfaßt, dessen äußere Oberfläche in einer Höhe mit einer Oberfläche des genannten Kunststoff-Normteils liegt und durch diese letztere hindurch freigelegt ist, daß der Sockelteil zwei Paare von federnden Fingern aufweist, die von seiner oberen Oberfläche ausgehen, wobei jeweils eines der Paare an einem der beiden Enden des genannten Kühlbleches liegt und einen Tragstreifen umgreift, der vom zugeordneten Ende des genannten Plättcheaaträgers zum entsprechenden Ende des Scahltungsbausteins verläuft, und daß sich die Enden der genannten Pinger durch das Kunststoff-Formteil hinducrh erstrecken und eine äußere Oberfläche aufweisen, die in gleicher Höhe mit der entgegengesetzten Oberfläche des Kunststoff-Formteils liegt und gegenüber dieser letzteren freigelegt ist.
Somit schafft die Erfindung einen neuartigen integrierten Schaltungsbaustein, sowie das zugehörige Herstellungsverfahren, wonach ein inneres Kühlblech fest mit dem Plättchenträger für das Halbleiterplättchen der integrierten Schaltung verbunden wird und sich voll-
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ständig, von oben nach unten, durch die Kunststoff kapselung . hindurch erstreckt. Die Wandungen des Hohlraumes der Gußform wirken mit dem Kühlblech derart zusammen, daß dieses letztere fest innerhalb der Gußform verankert wird, während die Kunststoffmasse in den Hohlraum der Gußform eingepreßt wird«, Daher kann das Kühlblech nicht "schwimmen" und versehentlich einen Kurzschluß an den Verbindungsleitern innerhalb des Leiterrahmens hervorrufen.
Das Kühlblech ist mit zwei Paaren von angeformten flexiblen Fingern versehen, die sich von den -^nden des Kühlbleches aus nach oben erstrecken. Die Enden dieser Finger greifen an der oberen inneren Wandungsfläche des Hohlraumes der Gußform an, wenn sich diese während der Phase der Einkapselung in Kunststoff um die Anordnung mit der integrierten Schaltung herum schließt. Die flexiblen Finger geben leicht nach und drücken ebenfalls die Unterfläche des Kühlbleches gegen die untere Wandungsfläche des Hohlraumes der Gußform, um zu verhindern, daß die Kunststoffmasse die Unterfläche dieses Kühlbleches bedeckte
Im folgenden wird die Erfindung beispielsweise und anhand der beigefügten Zeichnungen ausführlich erläutert. Es zeigen:
Fig. 1: eine Draufsicht eines vorbekannten Leiterrahmens mit darauf angebrachtem Halbleiterplättchen mit integrierter Schaltung,
Figo 2: eine seitliche Schnittansicht der Anordnung nach Figo 1, in einer Gußforrn, vor der Einbringung der geschmolzenen Kunststoffmasse,
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Fig,, 3: eine Draufsicht auf einen Leiterrahmen mit darauf angebrachtem Halbleiterplättchen nach der Erfindung,
Fig. ft: eine seitliche Schnittansicht der Anordnung nach Figo 3 in einer Gußform vor der Einbringung der geschmolzenen Kunststoffmasse, und
Fig/ 5: eine seitliche Schnittansicht des eingekapselten erfindungsgemäßen integrierten Schaltungsbausteins„
Unter Bezugnahme auf Figo 1 und Figo 2 wird die vorbekannte Verfahrensweise bei der Einkapselung eines typischen Halbleiterbausteins gezeigt» Die vorbekannte Leiterrahmenanordnung umfaßt die beiden seitlichen Halterungsstreifen 11 und 12, die an dem langgestreckten Band mit seinen vielen leiterrahmen entlang verlaufen und miteinander eine Vielzahl von getrennten Leiterrahmen-Halterungsanordnungen für integrierte Schaltungen halten. Jede einzelne Leiterrahmenanordnung umfaßt einen mittig innerhalb dieses Rahmens angeordneten Plättchenträger 13 zur Bef<£bigung der integrierten Schaltung, dieser Plättchenträger 13 wird von zwei Halterungsstreifen 14- und 15 getragen, die sich nach außen erstrecken, wobei ihre äußeren Enden einstückig mit den seitlichen Halterungsstreifen 11 und 12 ausgeführt sind«
Bei 16 und 17 sind die Tragstreifen 14 und 15 des Plättchenträgers 13 leicht nach unten abgebogen, um dadurch diesen Plättchenträger in eine Höhe zu bringen, die etwas : niedriger als die Höhe der übrigen Leiterrahmenanordnung ist.
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Ein Halbleiterplättchen wird auf der Überseite des Plättchenträgers 13j beispielsweise durch Hartlötung, befestigt, dabei liegt die obere Seite des Halbleiterplättchens 18 nahezu oder sogar genau in der Höhe der übrigen Leiterrahmenanordnung. Bin langgestrecktes Kühlblech 19 aus Kupfer ist hart auf die Unterseite des Plättchenträgers 13 zum Zweck der Wärmeabführung im Betrieb aus der integrierten Schaltung aufgelötet« Die tatsächliche Berührungsfläche mit dem Plättchenträger 13 ist im Vergleich zur Gesamtgröße des Kühlblechs verhältnismäßig klein, und die äußeren Teile des Kühlblechs 19 können sich in bezug auf den Plättchenträger 13 bewegen oder "schwimmen"»
Eine Vielzahl von Verbindungsleitern 21 geht in radialer Richtung von dem Plättchenträger 13 aus, wobei sich die inneren Enden dieser Verbindungsleiter 21 in einem gewissen Abstand vom Plättchenträger 13 befinden. Diese einzelnen Verbindungsleiter 21 verbreitern sich umso mehr, als sie sich vom Plättchenträger 13 fort erstrecken und laufen in breitere Anschlußenden 22 aus, die innerhalb des Leiterrahmens und zwischen den seitlichen Halterungsstreifen 11 und 12 durch Querstege 23 zusammengehalten werden. Nach der Einkapselung werden diese Querstege 23 entfernt, um die Anschlußenden 22 elektrisch gegeneinander zu isolieren.
Geeignete Verbindungen werden durch den Anschluß von Verbindungsdrähten 2Pr hergestellt, die zwischen Anschlußflächen auf dem Halbleiterplättchen und den zugeordneten Verbindungsleitern verlaufen.
Langgestreckte Bänder oder Streifen mit den einzelnen dieser Leiterrahmen werden in den Hohlraum 25 einer Form in einer
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Kunststoff-Formgußmaschine eingebracht, wo die einzelnen Halbleiterbausteine in einem geeigneten gegossenen Gehäuse oder in eine Einkapselung eingekapselt werden, um den integrierten Schaltungsbaustein zu versteifen und um die verschiedenen elektrischen Verbindungen elektrisch gegeneinander zu isolieren. Die geschmolzene Kunststoffmasse 26 wird in die einzelnen Hohlräume der Gußformen eingepreßt und neigt dazu, das Kühlblech 19 von der Wandung 25' des Hohlraumes fortzubewegen, v/eil nichts zur Herstellung einer festen Berührung zwischen dem Kühlblech 19 und der Wandung 251 vorgesehen ist. Somit wird die äußere Oberfläche des Kühlbleches mit Kunststoff überzogen. Außerdem kann das Kühlblech sich nach oben bewegen und einen Schluß mit einem oder mehreren der einzelnen Verbindungsleiter 21 bilden und dadurch die Verwendbarkeit des integrierten Schaltungsbausteins unmöglich machen.
Nachdem der eingekapselte Schaltungsbaustein aus dem Hohlraum der Form 25, 25* entfernt v/orden ist, so ist das Abschleifen der Kunststoffschicht oder des Kunststoffüberzuges erforderlich, um das Kühlblech 19 für die nachfolgende Auflötung auf das äußere Kühlblech mit dem Halterungssockel für den Baustein freizulegen.
Der integrierte Schaltungsbaustein nach der Erfindung ist in Fig0 3 bis Figo 5 dargestellt und umfaßt ein Kühlblech aus Kupfer mit einem Sockelteil. 31 mit einer Fläche zur Befestigung an dem Plättchenträger 13 und mit zwei Paaren von L-förmigen flexiblen Fingern 32 und 33 j cLie angeformt sind und sich von den entgegengesetzten Enden des Sockelteils 31 aufwärts erstrecken. Das Fingerpaar 32 umgreift den Tragstreifen 14-, und das Fingerpaar 33 umgreift den Tragstreifen 15} dabei halten diese Finger einen
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Abstand zum zugeordneten Tragstreifen ein.
2R1 Λ R^
Die Höhe des Kühlblechs, von der Unterfläche des Sockelteils 31 bis zu den Spitzen der Fingerpaare 32 und 33, ist etwas größer als die lichte Höhe des Hohlraums der Gußform, wenn die obere, bzw. untere Wandungshälfte 25, 25', geschlossen sindo Wenn sich daher die Gußform .85> 25* über der Leiterrahmenanordnung schließt, so greift die obere Wandungsfläche 25 an den Spitzen der flexiblen Finger 32, 33 an, diese geben geringfügig nach und pressen die Unterseite des Kühlblechs 31 fest gegen die untere Wandungsfläche 25* der Gußform. Daraus ergibt sich ein Preßsitz zwischen der Unterseite des Kühlbleches 31 und eier inneren Wandungsfläche 25' des Hohlraumes der Gußform. Bs kann keinerlei geschmolzene Kunststoffmasse in diesen Bereich des Kühlblechs eindringen. Somit bleibt die untere Oberfläche des Kühlbleches frei von einer Kunststoffschicht, und es ist kein Abschleifen erforderlich, um diese Kühlblechoberfläche aus Kupfer freizulegen, wenn die Einkapselungfmasse-26 ausgehärtet isto
- Patentansprüche -
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Claims (1)

  1. PAIEHIANSPRt)GHE
    Mo ) In Kunststoff gekapselter integrierter Schaltungsbaustein mit einem Leiterrahmen, einschließlich eines flachen Plättchenträgers, auf dessen einer Oberfläche ein Hälbleiterplättehen mit einer integrierten Schaltung fest angebracht ist, sowie mit zwei Tragstreifen, von denen sich jeweils einer von jedem Ende des genannten Plättchenträgers aus bis zu den gegenüberliegenden Enden des genannten eingekapselten Schaltungsbausteins erstreckt, wobei ein Kühlblech fest mit der anderen Oberfläche des genannten flachen Plättchenträgers verbunden ist, und seine Enden den Enden des Schaltungsbausteins zugewandt sind,-zur Wärmeabführung im Betrieb aus dem genannten Hälbleiterplättehen und Plättchenträger, wobei eine Vielzahl von Verbindungsleitern in einem gewissen Abstand vom genannten Plättchenträger angeordnet und gegenüber der genannten einen Oberfläche des Plättchenträgers angehoben sind, wobei Verbindungsdrähte zwischen Anschlußflächen auf dem genannten Hälbleiterplättehen und den zugeordneten Enden von Verbindungsleitern befestigt sind, die sich nach außen, aus dem genannten Schaltungsbaustein heraus, erstrecken, der in einem Kunststoff-Formteil zur Einkapselung des genannten Halbleiterplättchens, des genannten Plättchenträgers, der genannten Verbindungsdrähte, der genannten Enden der Verbindungsleiter und des genannten Kühlblechs angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlblech (19) einen.Soekelteil (31) umfaßt, dessen äußere Oberfläche· in gleicher Höhe mit einer Oberfläche des genannten Kunststoff-Formteils liegt und durch diese letztere hindurch freigelegt ist, daß der Soekelteil (31) zwei Paare von federnden Fingern (32, 33) aufweist, die von seiner oberen Oberfläche ausgehen, wobei jeweils eines der Paare an .einem -der beiden Enden des genannten Kühlbleches liegt und einen Trag-
    - 11.
    R 0 9 B A Π / Π P 1 h
    streifen (14-, 15) umgreift, der vom zugeordneten Ende des genannten Plattchenträgers (13) zum entsprechenden Ende des Schaltungsbausteins verläuft, und daß sich die Enden der genannten Finger (32, 33) durch das Kunststoff-Formteil hindurch erstrecken und eine äußere Oberfläche aufweisen, die in gleicher Höhe mit der entgegengesetzten Oberfläche des Kunststoff-Formteils liegt und gegenüber dieser letzteren freigelegt ist»
    2o In Kunststoff gekapselter integrierter Schaltungsbaustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamthöhe des Kühlbleches (19)> einschließlich des .Sockelteils (31) und der Finger (32, 33) etwas größer als die lichte Höhe eines Hohlraums einer Gußform ist, in die der genannte Schaltungsbaustein zur Einkapselung einbringbar ist, wobei die obere innere Wandungsfläche (25) des Hohlraumes der Gußform gegen die Enden der genannten Finger (32, 33) drückt und damit die untere äußere Oberfläche des Sockelteils (31) fest gegen die untere innere Wandungsfläche (25*) des Hohlraumes der Gußform während des Einkapselungsvorganges anpreßt»
    12· -
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