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Die Erfindung betrifft ein kunststoffgekapseltes Halb-
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leiterbauelement mit einer einen Halbleiterkörper enthaltenden, auf
einer ersten Hauptfläche einer Unterlage befestigten, elektrische Zuleitungen aufweisenden
Halbleiteruntereinheit, wobei sich die Zuleitungen durch das kapselnde Kunststoffgehäuse
erstrecken sowie die rückwärtige bzw. zweite Hauptfläche der Unterlage freiliegt
und wobei das Kunststo£fgehä#ise eine mit Abstand von der Ebene der ersten Hauptfläche
der Unterlage angeordnete, erste Außenfläche besitzt. Sie betrifft ferner ein Verfahren
zum Herstellen eines Halbleiterbauelements mit einem Kunststoffgehäuse, bei dem
ein Halbleiterkörper auf einer Unterlage montiert und mit Zuleitungen versehen wird.
Insbesondere betrifft die Erfindung Leistungs-Halbleiterbauelemente und ein Verfahren
zum Kapseln solcher Bauelemente.
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In der Technik der Leistungs-Halbleiterbauelemente werden Gehäuse
benötigt, welche 1. eine ausgezeichnete thermische Leitung zwischen Halbleiterbauelement
und der dieses tragenden Grundkonstruktion besitzen, 2. das Halbleiterbauelement
und den die Grundkonstruktion enthaltenden Kreis elektrisch isolieren, 3. ein zuverlässiges
und wiederholtes Stecken des Bauelements in die zugehörige Gegensteckeinrichtung
zulassen, und 4. ferner ein Einstecken der Gegensteckeinrichtung von oben in die
Grundkonstruktion ermöglichen. Die für Leistungs-Halbleiterbauelemente benötigten
Gehäuse sollen ferner störunanfällig und wirtschaftlich herzustellen sein und dabei
die Forderungen nach hoher Zuverlässigkeit, niedrigen Kosten bei Hochspannungsleistungsbauelementen
in der Apparate-, Automations- und sonstigen Industrie erfüllen.
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In der Vergangenheit wurden bereits viele verschiedene Gehause und
Verfahren zum Einkapseln vorgeschlagen, die den
vorgenannten Forderungen
zugleich genügen sollten. Tatsächlich wurden diese Forderungen aber nie vollkommen
erfüllt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauelement
zu schaffen, das bei Zusammensetzung aus einer Halbleiteruntereinheit und einem
Kunststoffgehäuse die vorgenannten Forderungen alle zugleich erfüllt. Bei dem kunststoffgekapselten
Halbleiterbauelement eingangs genannter Art wird diese Aufgabe gelöst durch eine
mit Abstand im wesentlichen parallel zu der Ebene der rückwärtigen, zweiten Hauptfläche
der Unterlage angeordnete, gegenüber der Unterlage leicht zurfickspringendep zweite
Außenfläche dses Kunststoffgehäuses. Ferner besteht die Lösung für das Verfahren
zum HerstelJ (3n eines Halbleiterbauelements mit einem Kunststoffgehäuse darin,
daß ein Kunststoffgehäuse um den Halbleiterkörper, die Unterlage und die Zuleitungen
in einem Gesenk so formgepreßt wird, daß sich die Zuleitungen durch das Gehäuse
hindurch nach außen erstrecken und die rückwärtige bzw. äußere, ebene, zwei@@ H@@ptfläche
der Unterlage frei bleibt und gegenüber der angrenzenden zweiten Außenfläche des
Gehäuses nach außen vorspringt. Weitere Ausgestaltungen und Verbesserungen werden
in den Unteransprüchen beschrieben.
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Zu der erfindungsgemäß vorgesehenen Halbleiter-Untereinheit gehören
ein auf die Montagefläche eines Substrats bzw allgemein einer Unterlage montierter
Halbleiterkörper und eine Vielzahl von elektrischen Zuleitungen zu dem Halbleiterkörper.
Diese Untereinheit wird in ein Kunststoffgehäuse so gekapselt, daß sich die Zuleitungen
durch die Außenseite des Gehäuses erstrecken und eine Oberfläche der Unterlage freibleibt
bzw. offen zutage tritt Das Gehäuse besitzt eine von der Montagefläche der Unterlage
mit Abstand angeordnete,
erste Außenfläche und eine im wesentlichen
ebene, zweite Außenfläche, die im allgemeinen parallel und mit Abstand von der freiliegenden
Oberfläche der Unterlage verläuft.
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Erfindungsgemäß springt die freiliegende Oberfläche über die zweite
ebene Außenfläche des Gehäuses vor. Im Bereich der Untereinheit erhält das Gehäuse
ein verstärktes Zentralteil. Einstückig und an entgegengesetzten Seiten des Zentralteils
werden vorzugsweise Randbereiche verminderter Stärke vorgesehen, die zum Aufnehmen
von Befestigungsmitteln dienen können.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Halbleiterkörper auf
einer Unterlage montiert und werden Anschlußleiter zum Herstellen der Halbleiter-Untereinheit
mit dem Halbleiterkörper leitend verbunden. Anschließend kann ein Kunststoffgehäuse
um die Halbleiter-Untereinheit preßspritzgeformt werden, wobei ein Teil der Zuleitungen
und eine äußere Hauptfläche der Unterlage freibleiben sollen. Beim Härten wird das
verwendete Material durch Wärmeschrumpf von der freiliegenden Hauptfläche der Unterlage
derart weggezogen, daß diese Hauptfläche schließlich einen erhabenvorstehenden Bere
ch bildet.
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Anhand der schematischen Darstellung von Ausführungsbeispielen werden
weitere Einzelheiten der Erfindung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Perspektiva]sicht
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements;
Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 durch das Bauelement gemäß Fig. 1;
Fig. 3 eine Bodenansicht des Bauelements gemäß Fig. 1;
Fig. 4 eine
Draufsicht auf einen sämtliche Anschlußleiter der Vorrichtung in bestimmter Zuordnung
bei Montagebeginn haltenden Leiterrahmen; Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Halbleiterkörper
und einen Leiterrahmen in der Zuordnung zu einem Sockel; und Fig. 6 eine Draufsicht
auf eine Untereinheit mit Sockel, verbundenem Halbleiterkörper, Anschlüssen und
einer inneren Kapselung.
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In den Figuren 1 bis 3 wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements 20 dargestellt. Das Halbleiterbauelement
20 enthält eine Halbleiter-Untereinheit 22, die in einem Gehäuse 24 aus Isoliermaterial
gekapselt wird. Als Isoliermaterial kommen zum Beispiel thermoplastisch härtendes
Harz, wie Epoxid-Material, in Frage. Gemäß Fig 2 enthält die Halbleiter-Untereinheit
22 einen Halbleiterkörper 100, z. B. einen Th-yristor, der auf eine einen Sockel
60 enthaltende Unterlage montiert wird. Beispielsweise kann der Sockel 60 auf einem
vorzugsweise aus keramischem Material bestehenden Isolator aufgebaut werden. Es
sei jedoch darauf hingewiesen, daß der Isolator 50 in einigen Fällen nicht benötigt
wird. Mit dem Halbleiterkörper 100 werden drei offene elektrische Kabelschuhe bzw.
Zuleitungen 32, 34 und 36 elektrisch leitend verbunden. Die Zuleitungen 32, 34 und
36 durchdringen den Körper des Gehäuses 24 nach außen hin.
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Das Gehäuse wird so um die Untereinheit 22 herum formgepreßt, daß
die untere Hauptfläche 24 des Substrats bzw.
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der Unterlage - im bevorzugten Ausführungsbeispiel die untere Hauptfläche
des Isolators 50 - freibleibt und daß
das Bauelement mit dieser
Fläche als Wärmeableitweg des Halbleiterkörpers auf die jeweilige Montageplatte
montiert werden kann.
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Um den Zusammenbau einer Vorrichtung nach Fig. 1 bis 3 zu vereinfachen
und eine hohe Ausbeute an zuverlässigen Bauelementen mit genau positionierten Anschlußleitern
32, 34 und 36 zu erhalten, geht man bei der Herstellung von in Form eines Leiterrahmens
30 gemäß Fig. 4 zusammengefaßten Anschlußleitern aus. Die einzelnen Anschlußleiter
werden durch Segmente 38 in einem im wesentlichen festen Rahmen zusammengehalten.
Die Segmente 38 werden aus dem Rahmen herausgelöst, z. B. ausgestanzt, wenn die
Bauelement-Herstellung soweit gediehen ist, daß der zusätzliche gegenseitige Halt
der Anschlußleiter nicht mehr erforderlich ist. Durch die Segmente 38 und die hierdurch
verbundenen Anschlußleiter 32, 34 und 36 wird ein Rechteck gebildet, das an jeder
Ecke vorspringende Laschen 31 besitzt. Im dargestellten, bevorzugten#Aüsführungsbei
spiel besitzt der auch aLs Hauptanschluß Nummer 1 zu bezeichnende Leiter 32 zwei
die Vorrichtung kontaktierende Finger, welche für den Fall eines Thyristors vorzugsweìse
zum Kontaktieren der Kathode verwendet werden. Diese Finger werden bei 39 nach unten
und dann wieder horizontal gebogen, um die die Vorrichtung kontaktierenden Fingerteile
33 zu formen. Der Leiter 34 besitzt einen Sockel-Kontaktbereich 35, Dieser ist senkrecht
zur Zeichenebene nach unten gebogen und daher in Fig. 4 nicht klar zu sehen. Der
Kontaktbereich 35 wird im Laufe der Herstellung des Bauelements mit dem Sockel 60
verbunden. Der Leiter 34 stellt den Hauptanschluß Nummer 2 des Eaiielements dar
und bildet im Fall eines Thyristors vorzugsweise den Anodenkontakt über den Sockel
60. Die Leitung 36 besitzt eine einzige Bauelement-
Kontaktzone
37 die nach unten senkrecht zur Zeichenebene gebogen wird. Die Leitung bildet im
Fall eines Thyristors vorzugsweise den Gatekontakt.
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Der Rahmen 30 wird vorzugsweise aus etwa 406 Mikrometer dickem Kupfer
hergestellt. Die sich über die Außenseite des durch die Segmente 38 definierten
Rechtecks erstreckenden Teile der Zuleitungen 32, 34 und 36 werden aus etwa 812
Mikrometer dickem Material hergestellt Vorzugsweise erhält das Material diese Dicke
durch Zusammenfalten Es liegt dann also ein Halbleiterbauelement mit etwa 812 Mikrometer
dicken Kabelschuhen vor, wie es etwa nach den industriellen Normen verlangt wird,
Die Endbereiche bzw Laschen 31 des rechteckigen Leiterrahmens 30 werden vor der
Montage des Bauelements vorzugsweise um 900 zur Hauptfläche des Rahmens nach unten
gebogen. Fig. 4 zeigt den Rahmen 30 im Zustand vor Ausftilirung der Biegearbeiten
und Fig. 5 nach dem Biegen, Die nach unten gebogenen Endteile dienen vorzugsweise
der Lösung von wenigstens zwei Aufgaben: Zunächst sorgen sie automatisch für den
geeigneten Abstand der Kontaktzonen 33 und 37 der Zuleitungen 32 und 36 vom Sockel
60 durch Auflage auf diesem; und zweitens stellen die sich vom Rahmen 30 wegerstreckenden
Laschen 31 ein Mittel dar, den Rahmen am vorgesehenen Platz auf dem Sockel festzulegen,
bis Rahmen und Sockel mit dem Halbleiterkörper verlötet sind Der Rahmen 30 wird
vorzugsweise vernickelt, um eine Verunreinigung des Bauelements mit Kupfer zu verhindern
und um eine leichter mit den Zuleitungen 32, 34 und 36 zu verlötende Oberfläche
zu schaffen Durch das Vernickeln wird auch das Bilden von Oxiden und anderen Verbindungen
bei den verschiedenen Aufheiz-Schritten im Verlaufe des Herstellungsverfahrens vermieden.
Die Teile des Rahmens 30 innerhalb des gestrichelten Kreises von Fig. 4 werden vorzugsweise
mit Lot plattiert, um eine gesteuerte Lotmenge zum Verlöten der Zuleitungen mit
dem
Halbleiterkörper und dem Sockel zur Verfügung zu stellen. Zum Plattieren wird vorzugsweise
ein aus 5% Zinn und 95% Blei bestehendes Lot benutzt. Es handelt sich hierbei um
ein hochschmelzendes Lot (Schmelzpunkt etwa 3300C). Die Verwendung dieses hochschmelzenden
Lots stellt sicher, daß sich die Vorrichtungsanschlüsse nicht bei den auf das Verlöten
von Halbleiterkörper und Sockel mit den Zuleitungen folgenden Verfahrensschritten
lösen. Außerdem wird die Möglichkeit einer Zuleitung, bei Betrieb des Bauelements
entlötet zu werden, auf ein Minimum herabgesetzt.
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Gemäß Fig. 5 besitzt der Sockel 60 eine Nut 61, in die der Sockel-Kontaktbereich
35 des zweiten Hauptanschlusses 34 paßt. Die Teile werden vorzugsweise so glatt
angepaßt, daß eine enge Berührung sichergestellt ist und der mit Lot plattierte
Zuleiterbereich 35 eine vollständige Lotverbindung zum Sockel 60 bilden kann. An
jeder Ecke des Sockels 60 befindet sich ein Paar von Vorsprüngen 62, 63, die zusammen
eine Nut 64 bilden. In diese Nut 64 werden die rechteckigen Laschen 31 der Enden
bzw. Ecken des Rechteckrahmens 30 eingepaßt. Die äußeren Hauptecken der Enden des
Rechtecks ruhen vor dem Biegen auf der Oberseite der Sockelteile# 65, um die Höhe
des Hauptteils des Rahmens 30 ordnungsgemäß zu bestimmen bzw. zu fixierten. Der
Rahmen 30 wird so hergestellt, daß die Kontaktbereiche 33, 37 der Zuleitungen 32,
36 bei Fehlen eines Halbleiterkörpers auf dem Sockel 60 -bei Positionierung des
Rahmens wie beschrieben - ohne Federspannung gegen den Sockel 60 anliegen. Demgegenüber
sollen die Kontaktbereiche 33, 37 der Zuleitungen 32, 36 bei auf dem Sockel befindlichem
Halbleiterkörper 100 infolge der Dicke des Halbleiterkörpers mit Federkraft gegen
den Halbleiterkörper drücken.
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Das Zusammensetzen von Sockel, Leiterrahmen und Halbleiterkörper kann
auf folgende meiste ausgeführt werden: Zunächst
wird ein vorzugsweise
fünf einzelne, durch Streifenverbindungselemente 68 zusammengehaltene Sockel umfassender
Sockel-Streifen in eine Montagestation gesetzt. Es wird ein 5-Sockel-Streifen bevorzugt,
weil hierdurch die Montagekosten vermindert werden. Ein Paar Sockelhalter 110 wird
automatisch zu jedem Sockel hin ausgefahren, um die vorgesehene Position des Sockels
festzulegen. In Fig. 5 wird zum Vereinfachen der Zeichnung nur ein Sockelhalter
110 dargestellt. Der zugehörige Gegenhalter erstreckt sich von der anderen Seite
über den Sockel Ein mit 5/95-Lot auf der Rückseite und in den Kontaktbereichen auf
der Vorderseite versehener Halbleiterkörper 100 wird dann in die durch die Nuten
112 an den Enden deriSockelhalter 110 definierte Öffnung gesetzt. Diese Öffnung
ist nur wenig größer als der Sockel, derart, daß jeder in die Öffnung gesetzte Sockel
exakt zum Anbringen der Bauelement-Zuleitungen ausgerichtet wird.
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Dann wird der Leiterrahmen 30 auf den Sockel 60 mit Hilfe der Laschen
31 in den Nuten 64 positioniert. Der-Rahmen wird so nach unten gehalten, daß die
unteren Ränder der Enden des Rechtecks auf der Oberseite des Sockels ruhen. Die
Vorsprünge 63 werden dann gegen die Laschen 31 und die Vorsprünge 32 gedrückt. Hierdurch
klemmt der Rahmen 30 in der vorgesehenen Stellung und hält den Halbleiterkörper
solange richtig zentriert, bis das Löten ausgeführt ist. Anschließend werden die
Sockelhalter 110 zurückgezogen und der Sockelverbinderstreifen aus der Montage station
genommen.
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Der Streifen von Sockeln wird dann in einen Ringofen eingeführt, um
das aufplattierte Lot zu schmelzen und zu ermöglichen, daß (1) die Rückseite des
Halbleiterkörpers auf den Sockel gelötet, (2).die Kontaktbereiche 33, 37 der Zuleitungen
auf die Oberseite des Halbleiterkörpers gelötet und (3) der Zuleiterteil 35 mit
der Seite des Sockels verlötet werden.
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Vorzugsweise wird im Ofen eine Wasserstoffatmosphäre aufrechterhalten,
um alle unbeabsichtigten Oxide, die eine gute Lötung
stören könnten,
zu elementarem Material zu reduzieren.
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Alternativ kann der Ofen auch mit einem Formiergas aus 30% Wasserstoff
und 70% Stickstoff gefüllt werden. Die heißeste Zone des Ringofens wird vorzugsweise
auf eine Temperatur von etwa 4000C eingestellt. Diese Temperatur liegt wesentlich
über der Schmelztemperatur des 5/95-Lots von etwa 3300C.
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Die Temperatur von 400 0C wird bevorzugt, wil sie sowohl die Netzfähigkeit
des Lots als auch die Reduktionswirkung des Wasserstoffs begünstigt. Die Teile sollen
vorzugsweise etwa 20 Minuten im Ofen verbleiben. Das Verfestigen des Lots findet
vorzugsweise innerhalb der Wasserstoffatmosphäre statt.
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Es ist zwar besonders günstig, den Halbleiterkörper mit dem Sockel
und den Zuleitungen zu verlöten, andere Verbindungstechniken können jedoch auch
angewendet werden.
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Ein geeignetes Material 180 (Fig. 2) zum anfänglichen Schutz wird
auf und über der Oberseite des Halbleiterkörpers und den Teilen der Zuleitungen
32, 36 in der Nähe des Halbleiterkörpers angeordnet und - falls wünschenswert -
gehärtet. Der für das Schutzmaterial vorzugsweise vorgesehene Bereich wird in Fig.
5 durch die gestrichelte Linie 182 umgrenzt. Als Kapselmaterial wird vorzugsweise
ein weiches silastisches Silikon, wie es beispielsweise von der Firma General Electric
als Übergangsbelag erhältlich ist, verwendet. Dieses Material dient dann verschiedenen
Zwecken. Zunächst bildet es eine erste Schutzschicht des verbundenen, d.h. insbesondere
gelöteten Halbleiterkörpers gegenüber Außeneinflüssen und weiterhin umgibt es die
empfindlichen Teile der Zuleitungen 32, 36 und verhindert, daß diese Zuleitungen
nach dem Kapseln verletzt werden. Bei einzelnen Anwendungen kann dieses weiche Kapseln
entfallen.
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Der Sockelstreifen wird dann in eine Spritzguß-Form gesetzt, und es
wird eine fest, vorzugsweise aus Silikon bestehende
Preßmischung
zum Schutz des Halbleiterkörpers und der Teile der Zü6itungen oberhalb der Sc-ckel
preßgespritzt. Bei diesem Spritzgießen bleibt die Leistungsseite des Sockels offen,
d.h. unbeschichtet. Es kann zwar bei dem Spritzgießen Epoxid- oder anderes in der
Halbleiter-Technik übliches Preßmaterial verwendet werden, da jedoch Epoxide eine
schädliche Wirkung auf Halbleiter-Bauelemente ausüben können, werden Silikone bevorzugt.
Die Segmente 38 der Leiterrahmen 30 werden dann mit einer Werkzeuge zum Herauslösen
dieser Teile aufweisenden Stanzmaschine entfernt. Es folgt ein Trennen des Sockel-Streifens
in einer Trenn-Maschine, die eine Presse zum Festhalten und geeignete Trennweri:zeuge
enthält. Nach dem Herauslösen und Trennen liegt das Bauelement in der in Fig. 6
dargestellten Form vor. Die Endenstücke an den Seiten der Anschlüsse tragen dazu
bei, beim anschließenden Bilden des Gehäuses das Material der äußeren Kapselung
zurückzuhalten. Die innere gekapselte Vorrichtung bzw. die innere gekapselte Untereinheit
wird so ausreichend geschützt, daß die Vorrichtung schon in diesem Zustand als fertiges
Bauelement zu verwenden wäre.
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Die Zuleitungen 32, 34, 36 werden nach oben, vertikal weggerichtet
vom Sockel, gebogen. Die Untereinheit wird dann geprüft, um sicherzustellen, daß
sie die elektrischen Anforderungen erfüllt. Wenn diese Prüfung zur Zufriedenheit
ausfällt, wird die Untereinheit auf die nachfolgend beschriebene Weise zum Herstellen
des endgültigen Bauelements weitermontiert.
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Ein erstes dünnes 60/40 Blei/Lot mit Fluß-Vorform, der Isolator 50
und eine geprüfte Bauelement-Untereinheit werden in die Endmontage-Lehre gesetzt.
Der Isolator 50 ist vorzugsweise eine Keramik, wie BeO oder Al203. Es können auch
andere Materialien verwendet werden, die die nötige Wärmeleitung besitzen. Ein BeO-Isolator
50 wird vorzugsweise etwa 1,6 mm dick ausgebildet, so daß er .RMS-Sinuswellen von
2500
Volt widerstehen kann. Wenn eine Isolation nicht erforderlich ist, können der Isolator
50 und die zugehörige Form bei der Endmontage wegfallen. Bei Verwendung des Isolators
50 wird dieser auf beiden Oberflächen mit einem Metall beschichtet, um einen Wärmeableitweg
vom Halbleiterkörper zu einer Montageplatte zu vervollständigen und das Verlöten
des Sockels 60 mit dem Isolator zu ermöglichen.
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Die Endmontage-Lehre wird dann in einen auf eine Temperatur zwischen
etwa 240 und 2500C erhitzten Vakuum-Ofen gesetzt, um das einen Schmelzpunkt von
etwa 185 C aufweisende 60/40-Lot zu schmelzen und um sicher zu sein, daß das Lot
die angrenzenden Materialien, die es benetzen soll, auch wirklich gründlich bentzt.
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Nachausreichender Zeit, während der das Lot eine Temperatur zwischen
240 und 250 0C hatte, wird automatisch Vakuum im Ofen erzeugt. Hierdurch werden
im wesentlichen alle eventuell zwischen dem Isolator 50 und dem Sockel 60 eingeschlossenen
Gase abgesaugt. Nach einer Gesamtzeit von 5 bis 7 Minuten wird das Vakuum abgeschaltet
und die Teile können dem Ofen entnommen werden.
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Die Endmontage-Lehre kann entweder vor oder nach dem Verfestigen des
Lots dem Ofen entnommen werden. Das Vakuum wird beim Löten vorzugsweise deshalb
benutzt, damit eine gleichmäßige Benetzung des Lots auf den angrenzenden Teil#gewährleistet
und damit ein niedrigerer gesamter thermischer Widerstand zwischen dem Halbleiterkörper
und dem Flansch bzw. der Unterlage eingesSllt wird. Bei Anwendung des Vakuums braucht
auch kein besonderes Gewicht auf die Oberseite der Bauelement-Untereinheiten aufgebracht
zu werden, um eine gute Verbindung zu erzielen. Durch diese Erleichterung wird das
Verfahren beschleuni<;t, weil die Masse des Gewichts andernfalls auch auf die
vzrgesehene Temperatur von 24000 hätte erhitzt werden müssen wenn eine-gleichmäßige
Temperatur-
Verteilung erwünscht wird. Wenn das Verfahren nicht
in einem Vakuum-Ofen ausgeführt wird, sind nämlich die fraglichen Gewichte zum Erzielen
brauchbarer Lötverbindungen erforderlich.
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Wenn der Isolator 50 nicht verwendet wird, ergibt sich als zusätzlicher
Vorteil, daß die vorhergehenden Verfahrensschritte des Einsetzens der Untereinheit
in die Endmontage#-Lehre und des Lötens im Ofen erübrigt werden. In diesem Fall
kann die. freigelegte Oberfläche des Sockels, der nun die Unterlage enthält, zum
Herstellen der Isolation mit BeO oder A1203 beschichtet werden.
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Nachdem die Vorrichtung abgekühlt und aus der Endmontage-Lehre herausgenommen
ist, wird das Gehäuse 24 um die Untereinheit.Äeformt.: Vorzugsweise wird das Gehäuse
24 um die Untereinheit herum in passend geformten (nicht gezeichneten) Ober- und
Untergesenken preßformgespritzt. Das Gehäuse 24 besitzt eine Kopf- oder erste Außenfläche
120 und eine Montage-oder zweite Außenfläche 122. Die zweite Außenfläche ist im
allgemeinen eben und umgibt die freiliegende, rückwärtige zweite Hauptfläche 26
der Unterlage. Sie verläuft im allgemeinen parallel zu der freigelegten bzw. freibleibenden
Hauptfläche der Unterlage; aber die beiden Ebenen werden auf Abstand so gesetzt,
daß die freiliegende Hauptfläche 26 um einen kleinen Betrag von beispielsweise in
der Größenordnung von 12,7 bis 25,4 Mikrometern, über die zweite Außenfläche 122
nach außen vorspringt.
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Der Aufb;a#u.##. des Gehäuses umfaßt ein verstärktes Mittelteil um
die Untereinheit herum und ein Paar Flansch oder Rand bereiche 124 geringerer Dicke
an. gegenüberliegenden Enden des Mittelteils. Die Kopf- oder erste Außenfläche 120
ist im Bereich des- Mittelteils im allgemeinen eben. Aus dieser ebenen Zone: der
ersten Außenfläche 120 treten die Anschlußleiter 32, 34 und 36, die vom Halbleiterkörper
100 ausgehen,
durch die Oberfläche nach außen vor. Von ihrer ebenen
Zone aus fällt die erste Außenfläche 120 schräg in Richtung auf die äußeren freien
Kanten der Randbereiche 124 ab.
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Die Randbereiche 124 enthalten Mittel zum Befestigen des Bauelements
an einer (nicht gezeichneten)#Montage-Platte. Jedes der Mittel zum Befestigen des
Bauelements besitzt eine erste, sich von der freien Kante des Randbereichs 124 in
Richtung auf das Mittelteil des Gehäuses 24 erstreckende Ausnehmung 130, welche
von dem geneigten Teil der ersten Außenfläche 120 bis fast an die zweite Außenfläche
122 reicht. In der am Boden der Ausnehmung 130 verbleibenden relativ dünnen, an
die zweite Außenfläche angrenzenden Platte wird ferner eine sich von der Außenkante
des Randbereichs 124 nach innen erstreckende zweite Ausnehmung 132 vorgesehen, die
kleiner als die erste Ausnehmung ist und die Platte am Boden der ersten Ausnehmung
130 ganz durchstößt. Auf diese Weise wird am Boden der ersten Ausnehmvrng 130 eine
Auflagefläche geschaffen, an der die A###agefläche des jeweiligen Befestigungsmittels
anliegen und damit das Bauelement 20 gegen die zugehörige Montageplatte drücken
kann. Jede der Ausnehmungen 130 und 132 ist an der Endkante des Randbereichs 124
offen und besitzt in der Ebene im allgemeinen U-Form.
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Das Untergesenk der Spritzgußform entspricht der Form des Gehäuses
24, die Bodenfläche besitzt jedoch Schlitze, durch die sich die Zuleitungen 32,
34 und 36 beim Einsetzen der Untereinheit erstrec en. Die freiliegende, rückwärtige
zweite Hauptfläche 26 det Unterlage liegt auf dem gleichen-Niveau wie der obere
Rand der Preßform, d. h., die zweite Hauptfläche 26 liegt in der durch den-oberen
Rand der Form bestimmten Ebene. Das Obergesenk besteht im wesentlichen
aus
einer ebenen Fläche, die die Form so schließt, daß das zum Kapseln vorgesehene Kunststoffmaterial
beim Injizieren in die Form in dieselbe Ebene gelangt wie die freiliegende zweite
Hauptfläche 26 der Unterlage.
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Das zum Kapseln verwendete Kunststoffmaterial erfährt beim Härten
eine derartige Wärme schrumpfung, daß es von der freiliegenden zweiten Hauptfläche
26 weggezogen wird und die ebene, zweite Außenfläche 122 des Gehäuses 24 bildet,
die parallel zur Hauptfläche 26 verläuft, aber gegenüber dieser, wie in Figur 2
dargestellt, zurücktritt. Die freiliegende zweite Hauptfläche 26 der Unterlage tritt
also automatisch bzw. selbsttätig bei Anwendung der Erfindung als leicht vorspringender
bzw. erhabener Bereich aus dem Boden des Bauelements hervor.
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Dieses Bauelement führt aus den im folgenden genannten Gründen zu
einer wesentlichen Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik. Dadurch, daß die
als Flansch dienenden Randbereiche 124 einstückig mit dem Gehäuse 24 hergestellt
werden, entfallen erstens zusätzliche Arbeiten und Materialien zum Herstellen des
früher im allgemeinen aus Metall bestehenden Flansches sowie zum Verbinden, insbesondere
Verlöten, des Sockels 40 und des Isolators mit dem Flansch. Schon hierdurch werden
erhebliche Kosten eingespart. Beim Spritzformen des Gehäuses 24 kann zweitens allein
durch Ausnutzen der normalen Wärme schrumpfung des Materials beim Härten ein selbsttätiges
Einspringen des Gehäuses gegenüber der Unterlage erreicht und damit das gewünschte
Vorspringen der freiliegenden Hauptfläche bewirkt werden. Ein solches Vorspringen
ist wichtig, da es einen engen Kontakt zwischen der Bauelement-Oberfläche
und
der Montageplatte sicherstellt, auf der das Bauelement befestigt wird, und dadurch
einen Wärmeableitweg zum Abführen der bei Betrieb des Bauelements erzeugten Wärme
schafft. Als Drittes wird durch das aus Epoxid bestehende Gehäuse 24 eine stabile
und steife Struktur geschaffen, die die Vorrichtung sowohl feuchtigkeitsunempfindlicher
macht als auch sicherstellt, daß die Anschlußleiter in den vorgesehenen Stellungen
verbleiben. Da viertens die Anschlußleiter durch die obere, erste Außenfläche 120
des Gehäuses hindurch nach außen vorstehen, kann die zugehörige Gegensteck-Einrichtung
von oben her in die zum Anbringen der Vorrichtung vorgesehene Montage-Platte gesteckt
werden. Hierdurch wird das Montieren vereinfacht, da nicht mehr - wie bisher üblich
-von unten in die Montage-Platte gesteckt werden muß.
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Fünftens stellt der ebene Bereich der oberen bzw. ersten Außenfläche
120 einen vollständigen Paßsitz der Gegenstück-Einrichtung mit den Anschlußleitern
und damit die elektrische Verbindung sicher. Die Möglichkeit, die Halbleiter-Untereinheit
vorzutesten, führt sechstens zu einer vergrößerten Ausbeute in der letzten Montagestufe,
in der das teure Keramik-Material verwendet wird. Siebentens werden die äußeren
Kabelschuhe bzw, Anschlußleiter 32 und 36 direkt mit dem Halbleiterkörper verbunden,
wodurch die Zahl der die Gesamtausbeute eventuell beeinträchtigenden Verbindungsstellen
vermindert wird. Die Tatsache, daß der Sockel 60 zwischen dem Anschlußleiter 34
und dem Boden des Halbleiterkörpers liegt, hat nur geringen Einfluß auf die Ausbeute,
da sowohl der Halbleiterkörper als auch der Leiter ausgezeichnete Verbindungen zu
dem Sockel besitzen.
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Die Reihenfolge der Montage schritte und die verwendeten Materialien
können gegenüber dem vorbeschriebenen bevorzugten
Ausführungsbeispiel
im Rahmen der Erfindung wesentlich geändert werden. Das gleiche gilt für den Aufbau
der Leiter bzw. Leiterrahmen. Im Kern betrifft die Erfindung nämlich ein Halbleiterbauelement,
bei dessen Herstellung eine Halbleiter-Untereinheit 22 in ein Kunststoffgehäuse
24 eingeapselt und dabei eine Hauptfläche der Unterlage 50, ;O der Untereinheit
freigelassen wird. Das Verfahren wird dabei so geführt und das Material so zugeführt,
daß die die freibleibende Hauptfläche 26 der Unterlage umgebende Außenfläche 122
des Gehäuses 24 in der Fläche gegenüber der Hauptfläche 26 zurücktritt. Die Vorteile
der Erfindung treten noch mehr hervor, wenn die Flanschteile zum Befestigen des
Gehäuses 24 integraler Bestandteil des Gehäuses selbst sind und auch die erforderlichen
Befestigungsöffnungen 130, 132 umfassen.