DE2636450A1

DE2636450A1 - Halbleiter-leitungsrahmen

Info

Publication number: DE2636450A1
Application number: DE19762636450
Authority: DE
Inventors: Leo Louis Lehner; Eugene Edward Segerson
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1975-09-24
Filing date: 1976-08-13
Publication date: 1977-04-07
Also published as: US4012765A; JPS5240975A; DE2636450C2; FR2326039A1; FR2326039B1

Description

Dipl.-Phys. 0. E. Weber _ Patentanwalt O Z D 0 Q ^ 0 U

Telefon: (089)7915050

Telegramm: monopolweber münchen

M 403

MOTOROLA., INC.
1303 East Algonquin Road,
Schaumburg, 111. 60196, USA

Halbleiter-Leitungsrahmen

Die Erfindung "betrifft Leitungsralimen zur Herstellung von Halbleitern, die in einem Plastikmaterial gekapselt sind, und sie "bezieht sich insbesondere auf Leitungsrahmenanordnungen, welche mit größerer Vielfältigkeit und Vielseitigkeit herstellbar sind, und zwar mit geringerem Materialverlust oder geringerem Abfall, so daß dadurch die Herstellungskosten vermindert werden können.

Die Entwicklung von stärker automatisierten Methoden bei der Herstellung von Halbleiter einrichtungen hat zur Herstellung von verschiedenen Typen von Leitungsrahmen geführt, mit welchen die verhältnismäßig kleinen und leicht zerbrechlichen metallischen Leitungen schließlich mit der Halbleitereinrichtung vereinigt werden können. Solche Einrichtungen werden üblicherweise in der Weise hergestellt, daß eine ausreichende mechanische Festigkeit gewährleistet ist, indem Verbindungεstäbe verwendet werden, wobei die Anordnung weiterhin derart getroffen

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ist, daß im Hinblick auf eine automatisierte Fertigung Positionierungsöffnungen vorgesehen sind. Es können Mehrfach-Leitungsrahmen verwendet werden, welche nacheinander automatisch verschiedene Arbeitsgänge ermöglichen und weiterhin auch eine Stapelverarbeitung ermöglichen, was zu verminderten Herstellungskosten führt. Solche Methoden zur Herstellung und Ausbildung eines Leitungsrahmens sind für Transistoren mit geringem Leistungsverbrauch, die verhältnismäßig klein sind, in der US-Patentschrift 3 444 441 beschrieben. Später wurden derartige Methoden auch für größere Transistoren abgewandelt, die einen höheren Leistungsverbrauch haben, wie es in der XJS-Patentschrift 3 574 815 beschrieben ist. Wenn Halbleiter hergestellt werden, die für einen höheren Leistungsverbrauch ausgebildet sind, besteht eine zusätzliche Bedingung darin, daß derjenige Teil der Leitungsrahmenstruktur, der dazu dient, die Halbleitereinrichtung zu haltern, nunmehr auch derart ausgebildet sein muß, daß nicht nur die rein mechanische Halterung der Halbleitereinrichtung gewährleistet ist, sondern zugleich auch die Wärme wirksam vom Halbleiter abgeleitet wird, um den Aufbau von hohen Temperaturen im Inneren des Halbleiters zu verhindern, welche die Tendenz haben, die Einrichtung zu zerstören oder ihren zuverlässigen Betrieb über längere Zeiten nachteilig zu beeinträchtigen. Um die Wärmeabfuhreigenschaften dieses Teils der Halbleiter-Leitungsrahmenanordnung zu verbessern, ist es bekannt, die Halterung zu vergrößern oder dicker auszubilden, und es ist weiterhin bekannt, Metalle mit besonders guter Wärmeleitfähigkeit zu verwenden. Es kann jedoch vorkommen, daß die optimalen Eigenschaften der Formhalterung der Halbleiter-Leitungsanordnung im Hinblick auf die übrigen Erfordernisse für die Leitungen des Halbleiters nicht optimal sind. Zur Überwindung dieses Problems ist es bekannt, die Dicke des Leitungsabschnittes eines Halbleiter-Leitungsrahmens zu vermindern, und zwar durch mechanische Bearbeitung, während die ursprüngliche Dicke für denjenigen Abschnitt des Leitungsrahmens beibehalten wird, der zur Halterung der Halbleitereinrichtung

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verwendet wird. Das Bestreben, den Zusammenbau zu vereinfachen und die Kosten für die Materialien zu senken, welche bei der Herstellung von Halbleiter-Leitungsrahmen verwendet werden, läßt auch erkennen, daß sich viele Vorteile daraus ergeben würden, wenn höhere Dichten bei den Halbleiter-Leitungsrahmen verwendet werden könnten.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Halbleiter-Leitungsrahmen der oben näher erläuterten Art zu schaffen, welcher derart aufgebaut ist, daß er bei einer praktisch vollständig automatisierten Fertigung in einer Massenproduktion zu einer außerordentlich wirtschaftlichen Fertigung führt.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen insbesondere die im Patentbegehren niedergelegten Merkmale.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß ein Halbleiter-Leitungsrahmen verwendet wird, in welchem Wärmesenkenabschnitte an einen fingerartig oder kammartig ineinander greifenden mittleren Leitungsrahmenteil angeschlossen sind und zwar in einer spiegelbildlich versetzten Anordnung. Diese Konfiguration ermöglicht es, daß verschiedene Materialien und verschiedene Methoden bei der Fertigung von einzelnen Teilen angewandt werden können, um den mittleren Leitungsrahmenabschnitt herzustellen und den Wärmesenkenteil vorzufertigen, bevor diese Teile miteinander verbunden werden, wodurch sich die Materialkosten verringern lassen, und zwar aufgrund der höheren Dichte der mittleren Leitungsrahmenanordnung. Gemäß der Erfindung läßt sich auch die Produktivität steigern, und es können die Kosten vermindert werden, die bei den verschiedenen automatisierten Fertigungsschritten anfallen, welche dazu dienen, die fertige Halbleitereinrichtung herzustellen, weil die Doppelanordnung, die durch die versetzte spiegelbildliche

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Struktur geschaffen wird, dazu führt, daß die Anzahl der Halbleitereinrichtungen verdoppelt wird, die in einem bestimmten Positionsschritt verarbeitet werden.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung ist vorgesehen, bei einem Halbleiter-Leitungsrahmen die Leitungen von zwei gegenüberliegenden Seiten fingerartig oder kammartig ineinandergreifen zu lassen, um eine besonders dichte und damit besonders wirtschaftliche Anordnung zu erreichen·

Weiterhin ist gemäß der Erfindung vorzugsweise vorgesehen, daß der Wärmesenkenabschnitt der Halbleitereinrichtung mit einer mittleren Leitungsrahmenanordnung in einer Anordnung vereinigt wird, bei welcher eine spiegelbildlich gegenüber angeordnete versetzte Struktur vorhanden ist, so daß die Leitungen der Halbleitereinrichtung fingerartig oder kammartig ineinandergreifen, was zu einer kompakteren und wirtschaftlicheren Struktur führt.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 eine vergrößerte Draufsicht auf die Oberseite einer Transistoreinrichtung, welche hergestellt wurde, indem die erfindungsgemäße Halbleiter-Leitungsrahmenanordnung verwendet wurde,

lig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in der Fig. 1,

!ig. 3 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Halbleiter-Leitungsrahmeneinrichtung, in welcher ein kontinuierlicher integraler Netallstreifen dazu verwendet wird, eine Mehrzahl von Halbleitereinrichtungen automatisch miteinander zu vereinigen, welche nach der Kapselung

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auseinandergeschnitten werden, um die einzelnen Einrichtungen gemäß Fig. 1 zu erzeugen,

Fig. 4 eine vergrößerte Draufsicht auf einen Teil der in der Fig. $ dargestellten Halbleiter-Leitungsrahmeneinrichtung,

Fig. 5 eine isometrische Explosionsdarstellung eines Teils der in der Fig. $ dargestellten Halbleiter-Leitungsrahmeneinrichtung,

Fig. 6 die in der Fig. 3 dargestellte Halbleiter-Leitungsrahmeneinrichtung, wobei Halbleiter an Befestigungsteilen angebracht und durch feine Drähte mit integralen Leitungsabschnitten der Halbleiter-Leitungsrahmeneinrichtung verbunden sind,

Fig. 7 eine transparente Darstellung der in der Fig. 6 veranschaulichten Halbleiter-Leitungsrahmeneinrichtung, nachdem eine Plastik-Kapselung um die Halbleitereinrichtung herum angeordnet ist, wobei die feinen Drähte und ein benachbarter metallischer Abschnitt jeder Baugruppe veranschaulicht sind, so daß der Leitungsrahmen fertig ist, getrennt zu werden, um einzelne Einrichtungen gemäß Fig. 1 herzustellen, und

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung einer kommerziellen Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes in annähernd natürlicher Größe.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist eine Halbleiter-Leitungsrahmeneinrichtung, welche dazu dient, bei der Herstellung von Halbleitern verwendet zu werden, die

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als Leistungseinheiten dienen sollen, wobei eine nennenswerte Wärmeabfuhr der im Inneren der Einrichtungen erzeugten Wärme erforderlich ist. Die Halbleitereinrichtung wird aus drei nebeneinander angeordneten, Jedoch körperlich voneinander getrennten Metallelementen gebildet, die im wesentlichen in einer einzelnen Ebene liegen, wobei wenigstens eines der Elemente an einer Seite in einer Halterung mündet, die gegenüber der ursprünglichen Ebene versetzt angeordnet ist, wobei dieses eine Element wesentlich größer ist als die übrigen. Die Halterung hat eine erste und eine zweite Oberfläche, durch welche sich eine Öffnung erstreckt. Eine Halbleiterform wird auf die erste Oberfläche der Halterung aufgesetzt und elektrisch über Drähte mit den Metallelementen verbunden. Um die Form herum wird eine Plastikkapselung angebracht, die auch die Anschlußdrähte und die unmittelbar angrenzenden Teile der Metallelemente umgibt. Die Kpaselung wird derart ausgebildet, daß ein Bereich von sowohl der ersten als auch der zweiten Oberfläche der Halterung frei bleibt. Eine öffnung in der Halterung dient bei der Halbleitereinrichtung dazu, eine Schraube oder ein anderes Befestigungselement aufzunehmen, um die Einrichtung auf einer Metallfläche in elektrischem Kontakt anzubringen.

Die Fig. 1 veranschaulicht eine Halbleitereinrichtung 10, und zwar in einer Draufsicht, so daß der freigelegte Teil der ersten Oberfläche 12 der Halterung 14 sichtbar ist. Der übrige Teil der Halterung wird von einem Plastikmaterial 16 umgeben, welches die Kapselung für die Einrichtung bildet. Eine (in dieser Darstellung nicht sichtbare) Halbleiterform ist direkt auf der Oberfläche 12 der Halterung 14 angeordnet, so daß ein guter Wärmeübergang zwischen diesen beiden Teilen besteht, obwohl die Form grundsätzlich auch elektrisch isoliert angebracht sein kann. Wenn bei der Anordnung ein elektrischer Kontakt vorhanden ist, so ist die eine oder die andere Oberfläche der Halterung

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gewöhnlich mit einer großen Wärmesenke verbunden, um eine rasche und wirksame Wärmeabfuhr zu ermöglichen, nachdem entsprechende Wärme im Inneren der Anordnung während des Betriebes der Halbleitereinrichtung erzeugt wird.

Aus dem Schnitt der Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Halterung mit einer Halbleiterleitung 18 ein Stück bildet, wobei die Halterung 14 als abgewinkeltes Element 19 dargestellt ist, welches die Möglichkeit schafft, daß die Halbleiterleitung 18 in einer Ebene angeordnet werden kann, welche durch das Zentrum der Plastikkapselung hindurchgeht. Die lig. 2 zeigt auch die zweite Oberfläche 13 der Halterung 14. Gemäß Fig. 1 erstrecken sich zwei Halbleiterleitungen 20 und 22 von dem Plastikmaterial 16 aus im wesentlichen parallel nach außen zu der Leitung 18. Die Leitungen 20 und 22 enden in Drahtanschlußgliedern 24 und 26, welche die Enden der Halbleiterleitungen darstellen, welche vergrößert wurden, um ein Anbringen feiner Drähte zu erleichtern, die für die Montage von Halbleitern verwendet werden. Die Anschlußglieder 24 und 26 sind unmittelbar benachbart zu der Halterung 12 angeordnet und liegen in derselben Ebene wie die Leitungen 20 und 22. Diese vergrößerten Bereiche sind ebenfalls in der Plastikkapselung 16 der endgültigen Halbleitereinrichtung eingeschlossen.

Obwohl die Einrichtung 10 drei Leitungen hat, ist die erfindungsgemäße Einrichtung nicht auf diese Anzahl beschränkt, da offensichtlich die Anzahl der Leitungen leicht vergrößert werden kann. Alle diese Leitungen werden aus einem Metall hergestellt, welches einen sehr geringen elektrischen Widerstand und eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, wobei vorzugsweise ein Basismetall verwendet wird, welches aus Kupfer besteht, das mit Nickel oder Silber plattiert ist, um eine entsprechende Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten und um den Anschluß zu vereinfachen.

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Das Plastikmaterial 16 ist vorzugsweise ein Material mit einem geringen Schrumpfungskoeffizienten, "beispielsweise ein gefülltes Epoxymaterial, welches sich im Spritzgußverfahren verarbeiten läßt. Bei der Auswahl eines geeigneten Plastikmaterials sind die beiden Gesichtspunkte von Bedeutung, daß es mit den Komponenten der Einrichtung kompatibel sein sollte und daß es eine ausreichende Stabilität der darin eingekapselten Einrichtung gewährleisten sollte, wenn es gealtert ist und einer Vielfalt von unterschiedlichen Umgebungsbedingungen ausgesetzt wird. Es wird deshalb ein im Spritzgußverfahren zu verarbeitendes Plastikmaterial bevorzugt, weil dadurch die erzeugte Kapselung gleichförmig, frei von Hohlräumen und dicht um die Elemente der Einrichtung herum angeordnet ist. Epoxy und Silikonplastikmaterialien mit oder ohne Füller werden vorzugsweise verwendet, obwohl auch beliebige andere Plastikmaterialien mit ähnlichen Eigenschaften verwendet werden können.

Bei der Spritzgußverarbeitung oder der Spritzpreßverarbeitung wird die Plastikkapselung für die Halbleitereinrichtungen zugleich Wärme und Druck ausgesetzt, um das Plastikmaterial, welches normalerweise in einem festen Zustand vorliegt, in einen flüssigen Zustand mit geringer Viskosität zu überführen, wonach das flüssige Material rasch von einer Kammer in eine andere Kammer übertragen wird, in welcher normalerweise die endgültige Form hergestellt wird. Aufgrund dieser geringen Viskosität kann ein hoher Druck verwendet werden, ohne daß kritische Bauteile der Halbleitereinrichtung beschädigt werden können. Bei der gleichförmigen Masse, welche durch den Spritzgußvorgang hergestellt wird, werden durch die Plastikkapselung die Elemente der Einrichtung 10 in einem starren gegenseitigen Abstand gehalten und werden normalerweise weder Vibrationen noch Schockbelastungen ausgesetzt. Die Bodenfläche 13 der Halterung 14 (siehe Fig. 2) ist bündig mit der Bodenfläche des Plastikmaterials 16, so daß dann, wenn die Anordnung auf einem Chassis

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oder einer anderen Halterung angebracht ist, ein enger Kontakt zwischen diesen Elementen gewährleistet ist. Dadurch wird eine große Wärmeubergangsfläche zur Wärmeabfuhr in vertikaler Richtung und in seitlicher Richtung von der Form 28 geschaffen, welche auf der ersten Oberfläche 12 der Halterung 14 angeordnet ist. Daraus ergibt sich die Wirkung, als ob die Form direkt auf einer größeren Wärmesenke angebracht wäre, wodurch nahezu ideale Wärmeübergangseigenschaften erreicht werden.

Die Form 28 ist ein Siliziumplättchen bzw. Siliziumchip, welches zwei größere Flächen hat, von denen die eine den Kollektor eines Transistors und die andere dessen Basis und Emitter enthält. Obwohl die Form 28 aus Silizium hergestellt ist, könnte sie auch aus anderen Halbleitermaterialien hergestellt sein.

Die Wärmemenge, welche durch eine Einheit abgeführt werden kann, ist im wesentlichen diejenige Menge, welche über die Grenze einer größeren Fläche abgeführt wird. Die Anbringung der Form 28 auf der ersten Oberfläche 12 der Halterung 14 gemäß Fig. 2 führt dazu, daß die Wärme direkt von einer Oberfläche der Form 28, dem Kollektor in diesen Transistor, durch die Halterung zu der größeren Wärmesenke geführt wird, wenn eine übliche Anordnung vorliegt. Dieser kurze, direkte Weg für den Wärmeübergang nutzt den Vorteil der maximalen Wärmeübergangsfläche der Form vollständig aus.

In der Fig. 3 ist ein Halbleiter-Leitungsrahmen 50 gemäß der Erfindung veranschaulicht, welcher insbesondere im Hinblick auf eine Herstellung der oben beschriebenen Halbleitereinrichtung 10 mit besonders hohem Wirkungsgrad und besonders geringen Kosten ausgebildet ist. Die Herstellung des Halbleiters 10 wird erleichtert durch die Verwendung des Leitungsrahmens 15, welcher derart ausgestattet ist, daß eine Mehrzahl von miteinander

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verbundenen Gruppen einzelner metallischer Elemente vorhanden sind, die in der fertiggestellten Einriclitung vorliegen. Jede Gruppe weist eine Halterung 14, Drahtanschlußbereiche 24 und 36 sowie externe Leitungen 18, 20 und 22 auf. Die besondere Anordnung des Leitungsrahmens 50 gemäß der Erfindung dient dazu, eine zweite Gruppe von einzelnen metallischen Elementen vorzusehen, welche derart angeordnet sind, daß die Elemente der Gruppe in versetzter Weise spiegelbildlich in bezug auf die erste Gruppe angeordnet sind, wobei die einzelnen extremen Leitungen wie ineinandergreifende linger oder kammartig ineinandergreifend angeordnet sind, um eine endgültige Gruppierung zu erreichen, bei welcher eine hohe Dichte erreicht ist und welche derart ausgebildet ist, daß die einzelnen Herstellungsschritte vereinfacht werden können. Somit ist entsprechend der Halterung 14 eine gegenüberliegende Halterung 14A vorgesehen, und spiegelbildlich zu den Leitungsanschlußbereichen 24 und 26 sind Leitungsanschlußbereiche 24A und 26A vorgesehen, und in entsprechender Weise sind spiegelbildlich zu den exttra«n Leitungen 18, 20 und 22 die externen Leitungen 18A, 2OA und 22A vorhanden. Die Gruppen sind durch ein Paar von Zwischenverbindungsstreifen oder -bändern 52 und 5^ miteinander verbunden, von denen jedes mit einer Mehrzahl von öffnungen 26 und 28 ausgestattet ist, die dazu dienen, die einzelnen Gruppen während des Zusammenbaus festzulegen, während der Streifen durch eine Montagemaschine hindurchläuft.

Bekannte Halbleiter-Leitungsrahmen, wie sie beispielsweise in der US-Patentschrift 3 423 516 beschrieben sind, haben eine Mehrzahl von Zwischenverbindungsgruppen einzelner metallischer Elemente, die durch ein Verbindungsband miteinander verbunden sind, welches eine Mehrzahl von öffnungen aufweist. Diese bekannten Halbleiter-Leitungsrahmen, welche Zwischenverbindungsgruppen einzelner metallischer Elemente haben, lassen die versetzte

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spiegelbildliche Anordnung der Paare von Gruppen vermissen, wie sie gemäß der Erfindung gemäß der obigen Beschreibung vorgesehen sind. Demgemäß wurde bei bekannten Einrichtungen ein getrennter Formstreifen hergestellt, um die einzelnen metallischen Elemente einer vorgegebenen Gruppe in einer Satzbeziehung in bezug aufeinander zu halten, während die einzelnen Schritte der Montage ablaufen. Ein wesentlicher Vorteil gemäß der Erfindung ist die Tatsache, daß mit der erfindungsgemäßen versetzten spiegelbildlichen Anordnung die Verbindungsstreifen 52 und 54-gemäß Fig. 3 eine Doppelfunktion haben. Einerseits stellen sie einen Verbindungsstreifen dar, der eine Mehrzahl von öffnungen wie 56 und 58 (gemäß !"ig. 3) aufweist, um eine deckungsgleiche Anordnung herbeizuführen, so daß die Positionierung der Gruppen während der Zusammenbauschritte gewährleistet ist. Andererseits erfüllen sie gleichzeitig das Betriebserfordernis eines Verbindungsstreifens, der die einzelnen metallischen Elemente jeder Gruppe in einer festen Ausrichtung während der gesamten Montage hemmt. Somit wird durch die Verbindungsstreifen 52 und 54· ein ordnungsgemäß ausgerichteter Satz von Elementen gewährleistet, und zwar bis zu dem Zeitpunkt, nach dem die einzelnen Einrichtungen, welche jeder Gruppe einzelner Metallelemente entsprechen, mit einer Plastikschicht eingekapselt sind, die dann alle einzelnen Metallelemente in einer ordnungsgemäßen Ausrichtung halten, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, daß die Verbindungsstreifen abgeschnitten werden und die Leitungen elektrisch zugänglich sind. Eine zusätzliche Funktion der Verbindungsstreifen 53 und 54 besteht darin, daß ihre äußersten Ränder 21 und 21A (siehe Fig. 4·) eine Grenze oder einen Anschlag darstellen, welcher die Strömung des Plastikmaterials begrenzt, welches zur Einkapselung dient, und zwar während seines flüssigen Zustandes.

Die Fig. 4- zeigt eine vergrößerte Draufsicht auf einen Teil 60, des in der Fig.3 dargestellten Halbleiter-Leitungsrahmens 50.

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Diese vergrößerte Darstellung zeigt somit die mittlere Leitungsrahmenstruktur mit den fingerartig ineinandergreifenden Leitungen 20, 2OA, 18, 18A, 22 und 22A, welche durch die Verbindungsstreifen 52 und 54 in einer fest ausgerichteten Anordnung gehalten werden. Teile der Positionierungsöffnungen 56 und 58 sind ebenfalls dargestellt. Weiterhin ist ein Teil der mittleren LeitungSrrahmenstruktur als Drahtanschlußbereiche 24 und 26 ausgebildet, die auf beiden Seiten eines Verbindungsbereiches 62 angeordnet sind, welcher derart ausgebildet ist, daß bei dieser bevorzugten Ausführungsform ein quadratischer, mit Schultern versehener Sockel gebildet wird, der einen ähnlich geformten Vorsprung 64 aufnimmt, der an dem nach oben gebogenen Ende der Halterung 14 ausgebildet ist. Die Fig. 4 veranschaulicht weiterhin mit Ausnehmungen versehene Rillen 70 und 72, die in der ersten Oberfläche der Halterung 14 angeordnet sind. Diese Rillen bilden eine Feuchtigkeitsgrenze für die Halbleiterform, welche innerhalb ihres Umfangs angebracht wird, und dann im Plastikmaterial eingekapselt wird, wie es unten bei der Erläuterung der Fertigung beschrieben wird. In der Fig. 5 ist in einer isometrischen Explosionsdarstellung weiterhin die Ausbildung dieser Verbindung veranschaulicht, die ein Haltestück 80 aufweist, welches einen quadratischen, mit Schultern versehenen Ansatz 82 aufweist, der unterhalb eines Teils einer mittleren Leitungsrahmenstruktur 84 angeordnet ist, die einen Verbindungsbereich 86 aufweist, der einen quadratischen, mit Schultern versehenen Sockel 88 hat, welcher derart ausgebildet ist, daß er den Ansatz 82 aufweist. Diese isometrische Darstellung veranschaulicht auch in bildhafter Weise die Anordnung der erfindungsgemäßen Einrichtung, wobei das Haltestück 80 und ein gegenüber angeordnetes Haltestück 90 mit der mittleren Leitungsrahmenstruktur 84 in gegenüberliegender spiegelbildlich versetzter Weise verbunden ist, so daß die Möglichkeit geschaffen ist, daß die Metallelemente in einer fingerartigen Anordnung ineinandergreifend stehen, welche schließlich die Leitungen der fertiggestellten Halbleitereinrichtung bilden. Diese Figur veranschaulicht auch besonders deutlich,

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in welcher Weise die erste Oberfläche des Haltestückes 80 und des Haltestückes 90 jeweils unterhalb der Ebene der mittleren Leitungsrahmenstruktur angeordnet ist, um die körperliche Anordnung zu bilden, welche es ermöglicht, daß die fertiggestellte Halbleitereinrichtung über die Befestigungsöffnungen 92 oder 94- mit einem Wärmesenkenelement verbunden wird. Die bevorzugte Ausführungsform gemäß der Erfindung, in welcher die Haltestücke 80 und 90 derart hergestellt sind, daß sie zunächst als getrennte Teile vorliegen, welche anschließend mit dem mittleren Leitungsrahmenabschnitt 84 vereinigt werden, und zwar in einer gegenüberliegenden Anordnung, weist viele Vorteile auf. Bei bekannten Leitungsrahmen, bei welchen typischerweise die Halterung und der mittlere Leitungsrahmenabschnitt einen einzelnen Streifen eines Ausgangsmaterials bilden, wobei die Leitungsstruktur und die Umrisse der Halterung ausgestanzt sind, wird in einem nachfolgenden Schritt der erforderliche Versatz erzeugt, um die erste obere Fläche der Halterung unter die Ebene der Leitungen zu bringen. Bei Anwendungen für Halbleiter, bei welchen eine höhere Wärmemenge erzeugt wird, muß die Struktur der Halterung so ausgebildet sein, daß möglichst viel Wärme abgeführt werden kann. Diese Möglichkeit wird meistens dadurch geschaffen, daß die Dicke der Halterung vergrößert wird und daß das verwendete Material geändert wird, welches dazu verwendet wird, die Halterung zu bilden, um eine Struktur zu erreichen, welche verbesserte Wärmeabfuhreigenschaften hat. Die Einhaltung dieser zusätzlichen Bedingungen bringt Schwierigkeiten mit sich, da die größere Dicke nicht dazu geeignet ist, die Leitungsstruktur für den mittleren Leitungsrahmenabschnitt zu bilden und da die Auswahl der Materialien eingeschränkt wird, welche eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit haben, um die Halterung zu bilden, wobei auch die geeigneten Materialien inkompatibel mit solchen Materialien sein können, welche gute mechanische Eigenschaften haben, wie sie für die Leitungen von Halbleitereinrichtungen benötigt werden. Im Gegensatz zu den bekannten

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Einrichtungen ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung, daß alle Erfordernisse für die Halterung und für die Halbleitereinrichtung sowie ihre entsprechenden Leitungen optimal miteinander vereinigt werden können, und zwar im Hinblick auf das verwendbare Material. Ein weiterer Vorteil der zusammengesetzten erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß die einzelnen Teile der Bauelemente der zusammengesetzten Anordnung nunmehr hergestellt werden können, indem Fertigungsverfahren angewandt werden, welche für die jeweiligen Erfordernisse optimalisiert werden können. Somit kann beispielsweise der mittlere Leitungsrahmenabschnitt 34· als kontinuierlicher Streifen ausgestanzt werden, der eine Mehrzahl von Gruppen einzelner Metallelemente aufweist, welche schließlich die fingerartige Anordnung der Leitungsstruktur in der fertiggestellten zusammengesetzten Anordnung bilden. In ähnlicher Weise können die Halterungen einzeln hergestellt werden, indem Kaltverformungsverfahren angewandt werden, welche insbesondere für das dickere Material geeignet sind, welches benötigt wird, um die Halterung mit optimalen Wärmeableiteigenschaften herzustellen. Weiterhin können solche Herstellungsschritte wie das Plattieren günstiger ausgeführt werden, und das Verfahren kann für ein Teil Jeweils optimal gestaltet werden. Beispielsweise kann ein Trommelplattieren oder Trommelgalvanisieren angewandt werden, um bei der Halterung eine plattierte Oberfläche mit besten Eigenschaften zu erreichen, so daß die Anbringung der Form optimal möglich ist.

Zusätzlich zu den Vorteilen, welche sich aus den geringeren Materialkosten und aus den verbesserten Auswahlmöglichkeiten für die Materialien ergeben, um die spezielle Funktion auszuüben, die von einem Bauteil des Halbleiterleitungsrahmens auszuführen ist, bietet die erfindungsgemäße Struktur die weiteren Vorteile, welche sich auf die Art und Weise beziehen, in welcher die Halterungen mit der mittleren Leitungsrahmenstruktur in einer

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gegenüberliegenden Beziehung vereinigt werden, in welcher die mittleren Leitungen fingerartig ineinandergreifen und wobei die Halterungen spiegelbildlich gegeneinander in bezug auf die Mittelachse senkrecht zu der Leitungsanordnung versetzt sind. Diese Anordnung der Halterungen in Paaren ermöglicht eine wesentlich höhere Produktivität bei vielen der automatisierten Herstellungsschritte, wie sie bei der Fertigung einer fertiggestellten Halbleitereinrichtung vorkommen, die einen Leitungsrahmen gemäß der Erfindung verwendet. Grundsätzlich rührt dieser Torteil von der Tatsache her, daß die doppelte Anzahl von halbfertigen Halbleitereinrichtungen an einer bestimmten Bearbeitung s stat ion vorbeigeführt werden können, an welcher eine bestimmte Arbeit auszuführen ist. Somit sind gemäß Fig. 3 die Positionierungsöffnung 56, welche innerhalb des Verbindungsstreifens 52 angeordnet ist, und die Positionierungsöffnung 581 welche innerhalb des Verbindungsstreifens 54- angeordnet ist, eindeutig und fest dem Paar von Halterungen 14 und 14A und den zugehörigen fingerartigen Leitungen zugeordnet, so daß diese Positionierung söffnungen schließlich zwei fertiggestellten Halbleitereinrichtungen zugeordnet sind, nachdem alle Fertigungsschritte absolviert sind. Bekannte Leitungsrahmen, wie sie in den oben genannten Patentschriften beschrieben sind, haben jeweils nur eine einzelne Halbleitereinrichtung, welche jeder Positionierungsöffnung entlang dem Rahmen zugeordnet ist. Somit wird durch den Halbleiterleitungsrahmen gemäß der Erfindung der Wirkungsgrad verdoppelt, da die Anzahl der Halbleitereinrichtungen verdoppelt wird, welche jeder Positionierung oder jedem Arbeitsgang entsprechen, und somit lassen sich die Kosten dieser Arbeitsgängen gegenüber herkömmlichen Kosten etwa auf die Hälfte verringern.

Die Fig. 6 und 7 zeigen den Halbleiterleitungsrahmen gemäß der Erfindung an verschiedenen Punkten im Fertigungsgang. Um die

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teilweise fertiggestellte Konfiguration gemäß Mg. 6 zu erreichen, wird der Leitungsrah.nien 50 in eine iOrmverkleheeinrichtung eingesetzt, und das erste Paar von Gruppen wird fluchtend mit der Halterung 14 unter einer ersten Formklebenadel angeordnet und die Halterung 14A wird unter einer zweiten Formklebenadel angeordnet. Sobald eine anfängliche Ausrichtung erfolgt ist, werden übrigen Halterungen 14 und 14A automatisch unter der Nadel jeweils angeordnet, wobei eine fortschreitende Positionierung erreicht wird. Die Form 28 wird an einer vorgegebenen Stelle auf jeder Halterung 14 und 14A aufgeklebt oder in anderer geeigneter Weise befestigt, und zwar in Richtung auf ihren Eand, in der Nähe des Verbindungsstreifens, auf der Mittellinie der Halterung, fluchtend mit der mittleren Leitung 18 und 18A. Viele verschiedene Möglichkeiten zur Verklebung sind bekannt und bedürfen keiner näheren Erläuterung.

Der Leitungsrahmen 50 mit der Form 28, welche daran angeklebt ist, welcher in der Zahl den Gruppen von metallischen Elementen im Leitungsrahmen entspricht, wird als eine Einheit zu einer (nicht dargestellten) Drahtverbindungsmaschine oder Drahtklebemaschine gefördert, und es wird bei der ersten Gruppe eine Ausrichtung herbeigeführt, und es wird ein feiner Draht 101 an der Form 28 und dem Drahtverbindungsbereich 24 angebracht bzw. angeklebt. Das Anbringen von Drähten wird fortschreitend für jede Gruppe auf dem Leitungsrahmen 50 wiederholt. Nach dem Durchgang eines Streifens durch die Drahtklebeeinrichtung wird die erste Gruppe erneut unter der Drahtklebeeinrichtung positioniert, und der Vorgang wird wiederholt, um den zweiten feinen Draht an der Form 28 und im Drahtverbindungsbereich 26 anzubringen bzw. anzukleben. Die feinen Drähte 101 und 102 verbinden elektrisch den Emitter und die Basis des Transistors in der Form 28 mit den entsprechenden externen Leitungen. Die Leichtigkeit und die Schnelligkeit, mit welcher die Form 28 anzubringen ist und die feinen Drähte 101 und 102 leicht anbringbar sind, lassen den Wirkungsgrad und den geringen wirtschaftlichen Aufwand der

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erfindungsgemäßen Einrichtung erkennen. Der Leitungsrahmen 50, der nun teilweise zusammengebaute Transistoreinrichtungen umfaßt, ,welcher von der Drahtklebeeinrichtung abgenommen und zu einer (nicht dargestellten) Spritzgußeinrichtung transportiert wurde, wird nunmehr einem Spritzguß- oder Druckguß- oder Preßgußverfahren unterzogen. Die Anzahl der Gruppen, welche in einem Streifen ausgebildet wird, ist gewöhnlich derart gewählt, daß der gesamte Streifen in eine Spritzgußeinheit eingeführt werden kann und die Form danach geschlossen werden kann, um einzelne Formhohlräume um jede Gruppe der Metallelemente herum auszubilden. In dem Hohlraum sind die Halterung 14, die Form 28, die feinen Drähte 101 und 102, die Drahtverbindungsbereiche 24 und 24A sowie die benachbarten Abschnitte der Leitungen 20, 18 und 22 angeordnet. Die Positionierung einer Gruppe von Metallelementen in dem einzelnen Formhohlraum ergibt eine Klemmwirkung über die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche, d. h. über die Oberseite und die Unterseite der Halterung 14, so daß dann, wenn das Plastik-Fluidmaterial, welches die Kapselung bildet, in den Hohlraum eingepreßt wird, die Strömung des Plastikmaterials der-.art begrenzt ist, daß sowohl die Oberseite als auch die Unterseite der Halterung 14 im Bereich der Befestigungsöffnung 15 von Plastikmaterial frei bleiben.

Wenn die Form geschlossen ist, wird ein Fluid-Epoxy-Plaitikmaterdal in die Hohlräume eingeführt, um einzelne gekapselte Einrichtungen zu bilden. Das hitzehärtbare Epoxy-Plastikmaterial härtet rasch aus, und eine dichte, feste Plastikkapselung wird fest und sicher um die vorstehenden metallischen Elemente herum ausgebildet. Gemäß Fig. 7 ist getzt ein Streifen von miteinander verbundenen, fertiggestellten Einrichtungen auf dem Halfeleiter-Leitungsrahmen 50 fertiggestellt, wobei Plastik-Kapselungsmaterial 16 den inneren Teil der Halterung 14 umgibt, einschließÜÄ.

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der Halbleiterform 28, der Drahtbefestigungsbereiche 24 und 26 und der Enden der Halbleiterleitungen 18, 20 und 22. Der Übergang des Fluid-Epoxy-Materials bewirkt, daß solches Material in die Einlaßbereiche 66 und 68 strömt, die auf jeder Seite der Halterung (siehe Fig. 4) vorhanden sind. Wenn das Plastikmaterial während des Aushärtens schrumpft, wird das Epoxy-Material zusammengedrückt, und zwar innerhalb der Einlaßbereiche, so daß das feste Plastikmaterial um den inneren Teil der Halterung 14 herum festgelegt ist, um eine mechanisch feste Plastikkapselung zu gewährleisten.

Der Halbleiterleitungsrahmen 50 wird dann einer Metalltrenneinrichtung zugeführt, in welcher durch einen Schneidvorgang die in Plastikmaterial gekapselten Gruppen voneinander getrennt werden, um die Herstellung einzelner Transistoreinrichtungen 10 zu vervollständigen. Die vergrößerte Draufsicht gemäß Fig. 4 zeigt in schraffierten Bereichen, daß durch eine entsprechende Bearbeitung das Material entfernt wurde, so daß die fingerartig ineinandergreifenden Leitungen 18, 18A, 20, 2OA, 22 und 22A ausgeschnitten werden, um die Halbleiterleitungen von zwei getrennten, in Piastimaterial eingekapselten Transistoreinrichtungen

zu bilden. Sobald die Einrichtungen auseinandergeschnitten sind, werden sie nach ihren elektrischen Eigenschaften eingeordnet, womit die Herstellungsschritte abgeschlossen sind.

Aus der obigen Beschreibung und den Zeichnungen ist ersichtlich, daß gemäß der Erfindung ein Halbleiterleitungsrahmen geschaffen wird, welcher die Herstellung von Halbleitereinrichtungen ermöglicht, die in Plastikmaterial eingekapselt sind, und zwar in der Weise, daß die Herstellung wesentlich vereinfacht wird. Der erfindungsgemäße Halbleiterleitungsrahmen führt zu geringeren Materialkosten, weiterhin zur Auswahl von solchen Materialien, welche für die einzelne Funktion jeweils optimal sind, und es lassen sich gemäß der Erfindung die Fertigungskosten wesentlich

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vermindern, da die Anzahl der in einem vorgegebenen Fa"brikationsschritt hergestellten Hal"bleitereinrichtungen im wesentlichen verdoppelt wird.

- Patentansprüche 7098U/0632

Claims

Patentansprüche

lbleiter-Leitungsrahmen mit einer ersten Gruppe von metallischen Elementen, zu welcher eine erste Formhalterung und Halbleiterleitungen gehören, wobei ein erster metallischer Verbindun^gsstreifen an den Leitungen angebracht ist und zu einem Punkt in der Nachbarschaft der ersten Halterung geführt ist, wobei die Befestigungen die Leitungen in einer vorgegebenen Position halten, und mit einem zweiten metallischen Verbindungsstreifen, welcher an den Leitungen angebracht ist, wobei der zweite Verbindungsstreifen auf Abstand von dem ersten Verbindungsstreifen angeordnet ist, und zwar von der ersten Formhalterung abgewandt, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Gruppe von metallischen Elementen, einschließlich der lOrmhalterung (14A) und der Halbleiterleitungen (18A, 2OA, 22A) an dem zweiten Verbindungsstreifen (54-) angebracht sind und von diesem positioniert werden, und zwar in der Sachbarschaft der zweiten Formhalterung, und daß weiterhin die zweite Gruppe von metallischen Elementen durch den ersten Verbindungsstreifen (52) gehalten werden und positioniert werden, und zwar derart, daß die Leitungen der ersten Gruppe und die Leitungen der zweiten Gruppe fingerartig ineinandergreifen.

Verfahren zum automatisierten Herstellen "von Halbleitern, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleiter-Leitungsrahmen ausgebildet wird, der Gruppen von getrennten Leitungselementen aufweist, wobei die Gruppen an Verbindungsstreifen angebracht sind, um die Gruppen von einer Arbeitsstation zu einer nächsten Arbeitsstation in einem Fertigungsgang zu transportieren, und daß die Geometrie der Gruppen von

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ORlGiMAL INSPECTED

getrennten Leitungselementen derart ausgebildet ist, daß ein Anschluß an die Verbindungsstreifen gewährleistet ist, und zwar in einer fingerartig oder kammartig ineinandergreifenden Anordnung, wonach eine Halbleitereinrichtung aus jeder der Gruppen gebildet wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen sowie der erste und der zweite Verbindungsstreifen durch Ausstanzen aus einem kontinuierlichen Streifen hergestellt sind.

4-, Einrichtung nach Anspruch 1 oder 3> dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite iOrmhalterung als getrennte Anordnungen hergestellt sind und jeweils mit einer der Halbleiter-Einrichtungen verbunden sind.

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