DE2818080C2 - Verkapselte Halbleitereinrichtung - Google Patents

Verkapselte Halbleitereinrichtung

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Description

Die Erfindung betrifft eine verk <pselte Halbleitereinrichtung mit einer Befestigungseinheit, die vollständig von einem isolierenden Kunstharz umgeben ist, welches beim Aushärten schrumpft, mit einem auf einem zentral liegenden plattenförmigen Bcfcsiigungstcil der Bcfesiigungscinhcit angcordncicn Halblcitcrplälichcn.
Aus der US-PS 36 29 668 ist eine solche verkapselte Halbleitereinrichtung bekannt. Dabei wird zunächst die Befestigungseinheit mit nach entgegengesetzten Seilen von dem Befestigungsteil abstehenden Stützstreifen in Kunstharz eingegossen, so daß nur ein Fenster oberhalb der Befesiigungseinheit freibleibt. Das Halbleiterplättchen wird sodann mittig auf dem Befestigungsteil befestigt und an die Leiterbahnen angeschlossen. Anschließend wird das Fenster durch einen vorgeformten Pfropfen, der aus dem gleichen Kunstharz wie die übrige Verkapselung besteht, verschlossen. Die Stützstreifen sind in ihrem Anschlußbereich an das Befestigungsteil so abgebogen, daß die Ebene des Befestigungsteils, auf welchem das Halbleiterplättchen angebracht ist, tiefer liegt als die Ebene der Stützstreifen. Auf diese Weise wird die Verbindung der Halbleiterplatte mit den Leiterbahnen erleichtert, da die Anschlüsse im wesentlichen in einer Ebene liegen.
In letzter Zeit ist man in stärkerem Maße dazu übergcgangcri. die Befcstigungscinhcitcn mit den darauf angcordncicn lliilblciicipliiiichcn vollständig in Kunstharz uin/iigicUcn. Abhiingig von dem dabei vcrwendctcn Kunstharz hat es sich jedoch gezeigt, daß beim Aushürtcn eine mehr oder weniger starke Schrumpfung stattfindet, die zu einem Verbiegen des Befestigungsteils führt. Durch diese Verformung des Befestigungsteils ändern sich die elektrischen Eigenschaften, beispielsweise der Widerstand, des darauf befestigten Halbleiterplättchens. Derartige nachträgliche nicht gewünschte Veränderungen sind äußerst nachteilig.
Wirkungsvolle Maßnahmen zur Verbesserung der Biegesteifigkeit des Befestigungsteüs sind bei der HaIbleitereinrichtung nach der US-PS 36 29 668 nicht erkennbar. Bei der Halbleitereinrichtung gemäß Fig.5 dieser Druckschrift sind lediglich die Stützstreifen leicht schulterförmig aufgebogen. Diese Schuller im Stützstreifen vermag jedoch die Biegesteifigkeit des Befestigungsteils nicht entscheidend zu verbessern; allenfalls in Richtung einer parallel zu den Stützstreifen laufenden Biegeachse wird eine gewisse Versteifung erreicht.
Bei der aus der US-PS 34 23 516 bekannten Befestigungseinheit bleibt das Befestigungsteil einseitig frei zu- ;5 gänglich, während auf der gegenüberliegenden Seite das in einem Kunstharz-angeordnete llalbleiicrplätichen vorgesehen ist. Das Ucfesiigungsteil Lsi zur Verbesserung der Wärmeableitung relativ groß ausgebildet und für die Anbringung auf einem gesonderten Kühlblech über eine Bohrung vorgesehen. Aus der Druckschrift ist zu entnehmen, daß die an zwei gegenüberliegenden Kanten des Befestigungsteüs angeordneten Stege einer besseren Verbindung zwischen Befestigungsteil und Kunstharz dienen. Besondere Hinweise auf eine Beeinflussung der elektrischen Eigenschaften des Halbleiterplättchens, die durch Verformung des Befestigungsteüs während des Aushärtens des Kunststoffs auftreten, fehlen. In ähnlicher Weise wie gemäß der US-PS 36 29 668 ist eine gewisse Versteifung in einer Richtung zu erwarten.
Der Erfindung Hegt somit die Aufgabe zugrunde, eine verkapselte Halbleitereinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Steifigkeit des Befestigungsteüs derart vergrößert ist. daß eine Beeinträchtigung des Halbleiterplättchens infolge einer Verformung d,es Befestigungsteüs vermieden wird.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß aus der Ebene des Befcstigungsicils an allen Kanten sich paarweise gegenüberliegende Stege hcruusra^en. Hierdurch wird für das Bcfesligungstcil eine hohe IJiegesicifigkcii erzielt, so daß keine Beeinträchtigung der elektrischen Eigenschaften des Halblei'crplättchens infolge von Verformungen des Befestigungsteüs, die durch das Schrumpfen des aushärtenden Kunstharzes bedingt sein können, zu befürchten ist.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gc genstand der Unteransprüche.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt <o F i g. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine Halbleitereinrichtung einer ersten Ausführungsform;
Fig.2 die perspektivische Ansicht der Befestigungseinheit eines Halbleiterplättchens;
Fig.3 die unvollständige Draufsicht auf eine McIaII-platte zur Herstellung eines Metallrahmens mit den Befestigungseinheiten gemäß F i g. 1:
Fig.4 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Befestigungseinheit zur Halterung von Halbleiterplättchcn:
W) Fig. 5 einen schematischen Querschnitt durch eine Hulblcilcrcinrichtung mil der in Fig.4 gu/cigicn Huh· stigungscinhcit, die von elektrisch isolierendem KiiiiM-hurz umhüllt ist, und
Fig. 6 einen Querschnitt durch eine gegenüber den Fig. 1, 2 und 4 vereinfachte Form einer Befestigungseinheit zur Halterung von Halbleiterplättchen.
Fig. 1 stellt einen Schnitt durch eine verkapselte Halbleitcreinrichtung 21 dar. Die Verkapseln« 20 bc-
steht aus Kunstharz, beispielsweise aus Epoxid- oder Siliconharz. Etwa in der Mitte der Verkapselung 20 ist ein Halblcitcrplättchcn 22 eingebettet, in welchem Schaltungselemente ausgebildet sind. Das ilalbleitcrplättchen 22 ist auf einer Befestigungseinheit 24 auf der flachen Oberfläche eines Uefestigungsleils 34 mittels eines Klebers, beispielsweise eines Epoxidharzes, befestigt und von dem isolierenden Kunstharz umgeben.
Das Halbleiterplättchen 22 ist in der Halbleitereinrichtung 21 deren angeordnet, daß die Entfernung zwischen der oberen Räche des Halbleiterplättchens 22 und der oberen Fläche der Verkapselung 20 gleich der Entfernung zwischen der unteren Fläche des Halbleiterplättchens 22 und der unteren Fläche der Verkapselung 20 ist. Die beiden Seitenkanten der Verkapselung 20 haben vom Mittelpunkt des Halbleiterplättchens 22 die gleiche Entfernung, und beide Quarkanten der Verkapselung sind von diesem Mittelpunkt ebenfalls gleich weit entfernt. In der Verkapselung 20 sind vom flachen Befestigungsteil 34 der Befestigungseinheit 24 ausgehende Siülzstrcifen 26 und weiterhin ein Teil der Leiterstreifen 28 eingebettet, deren eines Ende jeweils nahe dem Befesiigungslcil 34 der Befestigungseinheit 24 und ur derselben Ebene wie das Befestigungsteil 34 liegt. Die Leitersireifcn 28 ragen mit ihrem anderen Ende aus der Verkapselung 20 heraus. Auf der Oberfläche des Halblcitcrplättchcns 22 sind Anschlußstreifen 30 vorgesehen, die miüels AnschluUleilungen 32 elektrisch mit den Leiterstreifen 28 verbunden sind. Zur Vereinfachung ist in der Zeichnung lediglich eine Anschlußleitur.g darges:e!!t.
Wenn die Befestigungseinheit 24 und die Leiterstreifen 28 in der Verkapselung 20 eingeschlossen sind, werden sie durch das Kunstharz, aus dem die Verkapselung 20 gebildet ist, sicher an ihrem vorgesehenen Platz gehalten.
Die in F i g. 2 gezeigte Befestigungseinheit 38 weist sich paarweise gegenüberliegende Stege 36 und 40 auf, wobei die Stege 36 und 40 gegenüberliegender Kanten des Befestigungsteils 34 gleichsinnig und die Stege 36 und 40 aneinandergrenzender Kanten gegensinnig abstehen. Die Stege 40 werden von Stützstreifen 26 unterbrochen, die in der Ebene des Bcfestigungsteils 34 liegen.
Die Befestigungseinheit 39 der in Fig.3 gezeigten Ausführungsform ist entsprechend wie die in F i g. 2 geformt und wird durch Stanzen oder Ä'zen einer Metallplatte 42. beispielsweise aus Kovar. hergestellt, und die K;intcnDereichc werden mittels einer Presse entsprechend umgebogen. In F i g. 's bezeichnen die dick ausgezogenen Linien dun Umriß der ausgeschnittenen Bereiche der Ik'fcstigungscinheit 39. Die gestrichelten Linien kennzeichnen den Umriß der abgebogenen Bereiche. Wenn die Platte 42 zur Herstellung der Befestigungseinheit 39 ausgestanzt wird, bleiben Plattensegmente 44 und 46 zur Bildung rier Stege 36 und 40 um das Befestigungsteil 34 herum stehen, welches von den gestrichelten Linien eingeschlossen ist. In Fig.3 sind diejenigen Teile, die später von der Metallplatte 42 ausgehend hergestellt werden und in den anderen Figuren dargestellt sind, in Klammern aufgeführt. Die Verbindungsstreifen Ib. mil denen die Lcitcrsirciicn 28 (F i g, 3) miteinander verbunden sind, werden entfernt, nachdem die Lederstreifen 28 an einem Ende verkapselt sind. Die Leitersireifen 28 werden am anderen Ende ebenfalls nach dem Verkapseln von den Verbindungsbändern 10 abgeschnitten. Das Halblciicrplätichcn 22 ist in F i g. 3 strichpunktiert angedeutet.
Die in Fig.4 dargestellte Bcfcstigtingseinhcil 50 ist schalenförmig ausgebildet und stellt eine Modifikation der Befestigungseinheiten 24 und 38 dar, die in den F i g. I und ? gezeigt sind. Wie die Bcfestigungscinhcitcr. 24 und 38 besteht auch die Befe.sligungseinheit 50 nach ■i I·' i g. 4 aus einem Befcsiigiingsleil 52. um dessen gesamten Umfang herum ein eine Verstärkungswand bildender Steg 54 verläuft, der nach oben ragt. Während der flache Befcsligungsteil 34 der Befestigungseinheit 24 mit den Leiterstreifen 28 und den Stützstreifen 26 fluchtet, liegt das Befestigungsteil 52 der Befestigungseinheit 50 auf einer anderen Ebene als die Leiterstreifen 28 und die Stützstreifen 26 (s. F i g. 5).
Die Entfernung zwischen der Ebene, auf der die Leiterstreifen 28 und die Stützstreifen 26 ausgebildet sind, und dem flachen Befestigungsteil 52 der Befestigungseinheit 50, also die Höhe H des umlaufenden Steges 54, ist so bemessen, daß sie mit der oberen Fläche des Halbleiterplättchens 22 und damit auch der Ebene, in der die Lederstreifen 28 liegen, abschließt bzw. fluchtet, wenn das Halbleiterplättchen auf das flache Befestigungsteil 52 der Befestigungseinheit 50 aufgese:.· ί ist. Das Anordnen der Leiterstreifen 28 und der oberen Fläche des Halbleiterplättchens 22 in ein und derselben Ebene hat den Vorteil, daß die Anschlußstreifen 30 auf dem HaIbleitcrplättchen 22 und je ein Ende der Leiterstreifen 28 durch dir elektrischen Verbindungsleitungcn 32 zuverlässig verbunden werden können.
Wie auch bei der Befesligungseinheit 34 nach F i g. 3 werden die Verbindungsstreifen, die die Leiterstreifen 28 miteinander koppeln, das BefestigungUeil 52 und die Stützstreifen 26, die gemeinsam die Befestigungseinheit 50 nach F i g. 4 bilden, aus einer Metallplatte ausgeätzt oder ausgestanzt, weiche die Befestigungseinheii bildet. Anschließend wird allein das Befestigungsteil 52 beispielsweise durch Stauchung oder Prägen verformt. Die innere Grundfläche der Verformung, welche durch das niedergedrückte flache Teil gebildet wird, entspricht dem Befestigungsteil 52 der Befestigungseinheit 50 nach Fig.4, auf dem das Halbleiterplättchen 2Z befestigt wird. Da die Vertiefung bzw. Ausformung mittels Stauchung bzw. Prägen hergestellt wird, bildet sich an dem von Jem Befestigungsteil 52 abgewandten Rand einer durch die Stege 54 gebildeten Wand ein umlaufender Flansch 56 aus.
Die vorstehend beschriebenen Befestigungseinheiten 24, 38 und 50 sind mechanisch stabil und werden durch Spannungen nur geringfügig beeinflußt. Die Spannungen werden vom Kunstharz beim Verkapseln der Einheit erzeugt. Da das Bcfcsiigungsteil im verkapselten Zustand durch die vom Verkapseln mit dem Kunstharz herrührenden Spannungen praktisch nicht verformt wird, werden auch keinerlei Spannungen auf das Halbleiterplättchen übertragen, so daß die fertiggestellte Ha'ble.\ereinrichtung ihre ursprünglichen elektrischen Eigenschaften behält.
Unter Bezugnahme auf F i g. 6 soll nun anhand einei vereinfachten Form des Beff stigungsteils der Grund für die mechanische Stabilität der Befestigungseinheit 24, 38 und 50 erklärt werden. Wenn auf ein Befestigungsteil mit dem in F i g. 6 gezeigten Querschnitt ein Biegemoment M ausgeübt wird, wird sich dieses bogenförmig mit einer Durchbiegung vom Radius ρ verformen. Die Durchbiegung ergibt sich aus der folgenden Gleichung:
μ Μ =
Ebh2
12
4 +
bti
P-ΞΙ) 2
blr(b+7H) .
wobei:
E = Elastizitätsmodul der Metallplatte, aus welcher die Befestigungseinheit hergestellt wird, H = Höhe des Steges.
h = Dicke des Steges und des flachen Teils des
Befestigungsteils,
b = Breite des Befestigungsteils
10 bedeuten.
Die rechte Seite der Gleichung (1) bezeichnet den Widerstand gegen Durchbiegung bzw. Verformung, nämlich die Biegesteifigkeit. Je größer der Ausdruck auf der rechten Seite der Gleichung wird, desto höher wird auch die mechanische Stabilität des Befestigungsteils. Da die bisher bekannten Befestigungsteile zumindest für eine Richtung der Biegeachsc keine derartigen Stege aufwiesen, muß für diese Richtung dementsprechend H gleich NuH gesetzt werden. Für bekannte Befesti- ?» gungscinhcitcn nach dem Stund der Technik ergibt sichk damit für // - Odie folgende Gleichung:
KA Ebf>2 /-»
Die Veränderung der Biegesteifigkeit in Abhängigkeit von der Größe H ist nachstehend in der Tabelle angegeben, wobei die Biegesteifigkeit für den Fall, daß Hgleich Null ist. mit 1 angenommen wurde, b = 2,5 mm jo und h = 0,25 mm gesetzt wurde.
Tabelle
Verhältnis zur
35
H(mm) Verhältnis zur
Steifigkeit für H - 0
0.00 I1OO
0.20 2.44
0,25 3.20
0,30 4.1b
0,40 6.74
Die vorstehende Tabelle zeigt, daß eine leichte Steigerung der Höhe H der Stege die Biegesteifigkeit des Befestigungsteils erhöht.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
50
60

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verkapselte Halbleitereinrichtung mit einer Befestigungseinheit, die vollständig von einem isolierenden Kunstharz umgeben ist, welches beim Aushärten schrumpft, mit einem auf einem zentral liegenden plattenförmigen Befestigungsteii der Befestigungseinheit angeordneten Halbleiterplättchen, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Ebene des Befestigungsteils (34,52) an allen Kanten sich paarweise gegenüberliegende Stege (36,40,54) herausragen.
2. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (36,40) gegenüberliegender Kanten gleichsinnig und die Stege (36, 40) aneinandergrenzender Kanten gegensinnig abstehen.
3. Halblcitercinrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (54), eine umlaufende Wand bauend, einseitig abstehen.
4. Haibfeitereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem von dem Befestigungsteil (52) abgewandten Rand der durch die Stege (54) gebildeten Wand ein umlaufender Flansch (56) ausgebildet ist
5. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (36, 40, 54) rechtwinkelig zur Ebene des Befestigungsteils (34,52) gerichtet sind.
DE2818080A 1977-04-26 1978-04-25 Verkapselte Halbleitereinrichtung Expired DE2818080C2 (de)

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