DE2811933A1 - Andrueckbare halbleiter-pelletanordnung - Google Patents

Andrueckbare halbleiter-pelletanordnung

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DE2811933A1
DE2811933A1 DE19782811933 DE2811933A DE2811933A1 DE 2811933 A1 DE2811933 A1 DE 2811933A1 DE 19782811933 DE19782811933 DE 19782811933 DE 2811933 A DE2811933 A DE 2811933A DE 2811933 A1 DE2811933 A1 DE 2811933A1
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Germany
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plate
semiconductor body
bridge
semiconductor
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DE19782811933
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English (en)
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Paul William Koenig
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Description

Die Erfindung betrifft Halbleiteranordnungen, sie bezieht sich insbesondere auf die kostengünstige Verpackung von Halbleiterelementen, wie z.B. Leistungstransistoren, Thyristoren oder dergleichen, welche die Wärmeableitung von derartigen Elementen erleichtern.
Mit der Entwicklung einer wirksamen permanenten und mechanisch widerstandsfähigen Passivierung von P/N-Übergangshalbleiterkörpern, wie sie z.B. Transistoren, Thyristoren oder dergleichen darstellen, wurden beträchtliche Anstrengungen im Hinblick auf die Packung oder Verkleidung derartiger Einrichtungen unter Einhaltung äußerst geringer Kostenanteile unternommen, wobei derartige Packungen oder Gehäuse dennoch die gewünschte elektrische Isolierung des Halbleiterkörpers und der zugeordneten elektrischen Leitungen von irgendeiner Wärmesenke bewirken, auf welcher die Halbleiterelemente letztlich angeordnet werden können. Ein weiteres, höchst wünschenswertes Merkmal derartiger Gehäuse-
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anordnungen ist es, die Möglichkeit zu schaffen, daß das Gehäuse oder die Packung fest gegen eine derartige Wärmesenke gepreßt oder angeklemmt werden kann, um die Wärmeableitung vom Halbleiterkörper zur Wärmesenke ohne mechanische Beschädigung oder der Erzeugung übergroßer mechanischer oder anderer Belastungen im Halbleiterkörper zu bewerkstelligen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Halbleiteranordnung der genannten Eigenschaften anzugeben, welche Insbesondere eine sehr kostengünstige Herstellung gestattet und dabei eine elektrische Isolation des Halbleiterkörpers und der zugeordneten Leitungen von der beliebigen Wärmesenke ermöglichen, auf welche die Anordnung aufgebracht werden soll, wobei das Anklemmen oder Anpressen der Anordnung an die Wärmesenke zur Verbesserung des Wärmetransfers ohne nachteilige Effekte auf den Halbleiterkörper erleichtert werden soll.
Aufgabe der Erfindung 1st es ferner, ein Halbleitererzeugnis der genannten Art zu schaffen, welches leicht zusammenbaubar ist, und bei dem der Materialbedarf zur Erzielung äußerst niedriger Kosten auf ein Minimum reduziert ist.
Gemäß der Erfindung wird eine Halbleiteranordnung geschaffen, dessen Halbleiterkörper, d.h. das Pellet oder die Scheibe aus Halbleitermaterial, die geeignet ausgebildete P/N-Übergänge enthält, auf der oberen Fläche einer Platte eines Materials angeordnet wird, die elektrisch isoliert und einen guten Wärmeleiter darstellt. Die Platte ist derart ausgebildet, daß ihre Bodenfläche in einer wärmeübertragenden Beziehung gegen eine Substrat-Wärmesenke gepreßt wird. Auf der Oberseite trägt die Platte den Halbleiterkörper und die
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zugeordneten Leitungen und Kontakte sowie eine einstückige isolierende Brücke, die einen Schutzschirm für den Halbleiterkörper bildet. Die Brücke enthält Beine, die an der Platte befestigt sind, sie enthält ein integrales Querelement, welches sich zwischen den Schenkeln erstreckt und im Abstand über dem Halbleiterkörper liegt. Die Brücke dient als Auflager, gegen das eine Kraft ausgeübt werden kann, um die Platte gegen die Wärmesenke mit dem gewünschten Druck für den gewünschten Wärmetransfer zu drücken oder zu klemmen, sie vermeidet gleichzeitig irgendeine Druckbelastung auf den Halbleiterkörper oder irgendeinen anderen schädlichen Effekt auf den Körper. Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung dient die Brücke als eine Halterung und Bedeckung für eine Masse aus isolierendem Einkapselmaterial, welches den Zwischenraum unter dem Querelement der Brücke ausfüllt und den Halbleiterkörper überdeckt. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung trägt die Brücke selbst nach oben abstehende feste Anschlüsse, die intern mit den verschiedenen betreffenden kontakten verbunden sind, die dem Halbleiterkörper zugeordnet sind.
Im folgenden werden Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigern
Fig. 1 ein« isometrische Explosionsdarstellung einer AusfUhrungsform der Erfindung;
Fig. 2 einen Vertikalschnitt der Struktur nach Fig. 1 nach dem vollständigen Zusammenbau, längs der Linie 2-2;
Fig. 3 «in· der Flg. 2 entsprechende Darstellung, die •ine weiter· AusfUhrungsform der Erfindung zeigt;
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Fig. 4 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 5 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung der Struktur gemäß Fig. 4 längs der Linie 5-5 der Fig. 4, wobei zur Darstellung einiger Einzelheiten Teile weggehrochen dargestellt sind.
In Fig. 1 ist eine elektrisch isolierende Platte 2 mit guter thermischer Leitfähigkeit, die aus keramischem Material, wie z.B. Aluminiumoxid oder Berylliumoxid oder dergleichen besteht, dargestellt, an deren oberer Hauptfläche eine Vielzahl von metallisierten Bereichen angebondet bzw. verbunden sind, wobei die metallisierten Bereiche mit einem geeigneten Lot beschichtet sein können und einzelne beabstandete Kontakte 10, 12 und 14 bilden. Die Kontakte 10, 12 und 14 besitzen bevorzugt Außenkanten, die im allgemeinen parallel und nach innen beabstandet von den Kanten der Platte 2 verlaufen.
Auf dem mittleren Kontakt 10 ist ein tablettenförmiger Halbleiterkörper oder Pellet 20 angeordnet, das als irgend ein gewünschter Typ, z.B. ein Siliciumthyristorpellet ausgebildet sein kann und geeignete P/N-Ubergänge enthalten kann und durch Glas, Oxid, organisches Material oder Kombinationen dieser Materialien paisiviert ist. Der Körper 20 besitzt 3 externe metallische Kontaktbereiche, deren einer sich auf der unteren Hauptfläche befindet und mittels Lot oder dergleichen mit dem Kontakt 10 verbunden ist. Zwei andere metallische Kontaktbereiche auf der oberen Hauptfläche des Körpers 20 werden in ähnlicher Weise durch Lot oder dergleichen mit den innenliegenden Enden der entsprechenden bandförmigen Metalleitungen 22 und 24 verbunden. Die äußeren Enden der Leitungen 22 und 24 werden durch Lot oder der-
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gleichen mit den entsprechenden Kontakten 12 und 14 verbunden. Jede der Leitungen 22 und 24 besitzt einen entsprechenden, aufwärts gebogenen Teil 23 und 25» um alle mechanischen Beanspruchungen zwischen den Enden der Leitungen 22 und 24 abzuleiten, die z.B. während des durch den Betrieb des Halbleiterelements gekennzeichneten thermischen Zyklus1 auftreten können. Es sind getrennte flexible Ansätze 30, 32 und 34 an den Kontakten 10, 12 und 14 durch entsprechende Teile eines weichen Kupferdrahts oder dergleichen vorgesehen, die mittels eines Lots oder dergleichen an die Kontakte 10, 12 und 14 angeschlossen sind.
Die bisher beschriebene Anordnung besitzt die wünschenswerten Eigenschaften, daß sie aus einem Minimum an Teilen und Materialien aufgebaut ist, daß sie billig und leicht zusammenbaubar 1st und eine einfach handhabbare Struktur darstellt, die zum Betrieb derart installiert oder angeordnet sein kann, daß die untere Hauptfläche der Isolierenden Platte 2 mit einem geeigneten Wärmesenke-Substrat 28. eine Wärmeableitungsverbindung eingehen kann.
Ein Problem bei der geschilderten Anordnung, auf dessen Lösung sich die vorliegende Erfindung insbesondere bezieht, besteht darin, die Platte 2 gegen das Wärmesenke-Substrat mit dem gewünschten Druck anzupressen oder anzuklemmen, um einen erhöhten Wärmetransfer zu erzielen, ohne den Halbleiterkörper 20, dl· Paesivierungsmaterialien auf dem Körper und die Leitungen 22 und 24 zu brechen, zum Springen zu bringen oder anderweitig zu beschädigen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem dadurch gelöst, daß eine robuste, feste Brücke 40 aus geeignetem elektrisch isolierendem Material, z.B. Glas, Keramik oder glasverstärktem Kunstharz ©der dergleichen,vorgesehen 1st.
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Die Brücke 40 besitzt ein dickes, schützendes Querelement 42, welches sich über den Halbleiterkörper 20 und die Leitungen 22 und 24 erstreckt und durch einstückig'angebrachte dicke Schenkel 44 und 46 von dem Körper 20, den Leitungen 22, 24 und den gebogenen Teilen 23 und 25 in Aufwärtsrichtung beabstandet ist. Die unteren Ende der Beine 44 und 46 sind mit entsprechenden Füßen 48 und 50 versehen, die die Tragbereiche der oberen Hauptfläche der Platte 2 und die den Kontakten 12 und 14 benachbarten Bereichen berühren und mit diesen klebend oder in anderer Weise geeignet verbunden sind. Die Füße 48 und 50 lassen sich, sofern erwünscht, geeignet ausformen, um in einen komplementären Eingriff mit den unebenen Oberflächen der Platte 2 und der Kontakte 12 und 14 zu gelangen, wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich ist.
Befindet sich die Brücke 40 an dem hierfür vorgesehenen Ort, so lassen sich einige 7 Kg/cm Druck auf das Querelement 42 aufbringen, um die Platte 2 zur Verbesserung der Wärmeableitung vom Körper 20 weg fest gegen das Wärmesenke-Substrat 28 zu drücken, ohne daß schädliche Auswirkungen auf den Rest der Anordnungen zu befürchten sind.
In Fig. 3 ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der der Zwischenraum unter der Brücke 40 mit einem geeigneten zusätzlichen Passivierungs- und Schutzeinkapselmaterial 60 für den Halbleiterkörper 20 und die Leitungen 22 und 24 ausgefüllt ist. In Verbindung mit der Brücke 40 ermöglicht die Hinzufügung des Einkapselmaterials 60 eine vollständige Umhüllung des Körpers 20 und der Leitungen 22 und 24 zur Erzielung eines vollständigen mechanischen Schutzes bei minimalen Kosten, in einer Form, welche die weitere Handhabung, Prüfung, Versendung und Installation und ähnliche Verwendungen und Handhabungen der Anordnung erleichtert.
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In der alternativen Ausführungsform der Figuren 4 und 5 dient die Brücke 40 zusätzlich als ein Träger für steif nach oben zinkenartig abstehende äußere Anschlüsse 72, 74, 76, welche den Anschluß an externer Schaltungen erleichtern. Die Zinken oder Gabeln sind in das Material des Querelements 42 eingebettet, sie werden darin mechanisch gehalten und werden durch dieses Material voneinander elektrisch isoliert. Jeder der drei drahtförmigen Ansätze 30, 32, 34 ist in geeigneter Art, z.B. mittels eines Lots oder dergleichen, mit dem inneren Endteil eines entsprechenden Anschlusses 72, 74, 76 verbunden. Der gemäß Fig. 5 resultierende Aufbau ist mechanisch robust und dabei sehr preiswert, er liefert den erwünschten Schutz für den Halbleiterkörper mit einer minimalen Anzahl an Teilen und läßt sich leicht an eine darunterliegende Wärmesenke anklemmen oder in anderer Weise, z.B. mittels eines Klebemittels oder eines Lots, mit der darunterliegenden Wärmesenke verbinden.
Aus obiger Beschreibung ergibt sich, daß die vorliegende Erfindung eine Halbleiteranordnung betrifft, die eine minimale Anzahl an Teilen und an Materialien bei äußerst niedrigen Kosten besitzt und eine elektrisch isolierende Befestigung für alle Kontakte und Leitungen schafft, die dem Halbleiterelement zugeordnet sind, wobei die erfindungsgemäße Halbleiteranordnung eine Schutzbrücke aufweist, die über dem Halbleiterkörper angeordnet ist und ein billiges und robustes Mittel darstellt, um die Anordnung ohne abträglichen Effekt auf den Halbleiterkörper an eine Wärmesenke in einfacher Weise anzuklemmen oder anzupressen.
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Leerseire

Claims (3)

  1. Patentansprüche:
    Halbleiteranordnung,
    dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte (2) aus elektrisch isolierendem und thermisch leitendem Material vorgesehen ist, die eine untere Hauptfläche aufweist, welche wärmeableitend gegen ein Wärmesenk-Substrat (28) preßbar ist, daß die Platte (2) eine obere Hauptfläche mit einer Mehrzahl metallisierter Kontakte (10, 12, 14) aufweist, daß die untere Hauptfläche eines Halbleiterkörpers (20) an einem der Kontakte (10) befestigt ist und an Leitungen (22, 24) angeschlossen ist, die zwischen den Kontaktbereichen auf der oberen Hauptfläche des Halbleiterkörpers (2) und den anderen Kontakten (12, 14) auf der Platte (2) verlaufen, daß eine einstückige isolierende Brücke (40) auf der Platte (2) angeordnet
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    ist, die aufwärts weisende, beanstandete Schenkel (44 46) enthält, die mittels eines einstückigen Querelements (42) untereinander verbunden sind, daß die Schenkel (44r46) an ihren unteren Enden in Füße (48, 50) übergehen, die an der Platte (2) befestigbar sind und den Halbleiterkörper (20) und die Leitungen (22, 24) beabstandet überspannen, und daß die untere Fläche der Platte (2) mittels einer auf die Brücke (40) ausgeübten Kraft ohne Druckausübung auf den Halbleiterkörper (20) gegen die Wärmesenke (28) drückbar ist.
  2. 2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand unterhalb des Querelements (42) der Brücke (40), der über dem Halbleiterkörper (20) vorhanden ist, mit einem isolierenden Einkapselmaterial (60) gefüllt ist.
  3. 3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brücke (40) aufwärtsweisende Anschlüsse (72, 74, 76) aufweist, und daß jeder dieser Anschlüsse (72, 74, 76) elektrisch mit einem der Kontakte (10, 12, 14) verbunden ist.
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