DE3635375C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft einen Systemträger für mit Gehäuse versehene integrierte Halbleiter-Bauelemente, der einen gestanzten Metallrahmen mit einem von wenigstens zwei Streben gehaltenen plattenförmigen Mittenteil aufweist, auf dem das Bauelement angeordnet ist und über Bonddrähte und Kontaktfinger mit durch das Gehäuse geführten Außenkontakten elektrisch verbunden ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Systemträgers.
Aus EP-OS 58 761 ist ein gattungsgemäßer Systemträger für mit Kunststoff umhüllte elektrische Bauelemente bekannt, bei dem das Bauelement auf dem ganz oder teilweise aus einer Aluminiumlegierung bestehenden Systemträger aufgebracht ist. Der Systemträger besteht aus einem Rahmen, der über zwei Stege mit einem zur Aufnahme des Bauelements vorgesehenen Mittenteil verbunden ist, wobei der Rahmen eine Vielzahl von strahlenförmig auf das Mittenteil ausgerichteten Kontaktfingern aufweist. Die das Mittenteil haltenden Stege sind jeweils so abgewinkelt, daß die Oberfläche des Mittenteils etwas tiefer als die Ebene des Rahmens und der Finger liegt.
Es ist auch aus dem IBM-Technical Disclosure Bulletin, Bd. 17, No. 7, vom Dezember 1974, S. 1892, bekannt, auf dem von zwei Streben gehaltenen Mittenteil eine Polyimidfolie mit metallisierten Leiterbahnen anzuordnen, die sich bis über die Enden der Kontaktfinger erstreckt, um das Halbleiter- Bauelement elektrisch anzuschließen. Die Polyimidfolie dient lediglich als Träger für die metallisierten Leiterbahnen, hat aber keinerlei Träger- oder Anpassungsfunktion gegenüber dem Halbleiter-Bauelement.
Durch die Grundfläche des Mittenteils und die Länge der Kontaktfinger ist die Verwendung eines solchen Systemträgers auf ein ganz bestimmtes Bauelement­ format beschränkt. Der Einsatz von Bauelementen anderer Formate erfordert dabei ein neues Stanzwerkzeug, um passende Systemträger herzustellen. Dabei erweist es sich als nachteilig, daß die Herstellung derartiger Stanzwerkzeuge verhältnismäßig zeitaufwendig und kostenspielig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Systemträger zu schaffen, der zur Aufnahme von Bauelementen verschiedener Formate geeignet ist, sowie ein Ver­ fahren zu seiner Herstellung anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An­ spruchs 1 und des Anspruchs 8 gelöst.
Als besonders vorteilhaft erweist es sich, daß die Trägerinsel durch Material und Gestaltung den gegebenen Anforderungen genügen kann; so ist es beispiels­ weise möglich, durch Einsatz hochwärmeleitfähiger Materialien der Trägerinsel eine vorgegebene Kühleigenschaft zukommen zu lassen. Weiterhin können elek­ trisch isolierende Stoffe eingesetzt werden, um die Gefahr von irgendwelchen Kurzschlüssen zu vermeiden. Die Anpassung von Bauelementen verschiedener Höhen kann durch Variation der Schichtstärke der Trägerinsel erfolgen.
Als vorteilhaft erweist sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Auftei­ lung in zwei Verfahrensabschnitte, von denen der erste Verfahrensabschnitt eine hohe Präzision erfordert und mit einem standardmäßigen Stanzwerkzeug durchgeführt wird, während der zweite Verfahrensabschnitt lediglich eine Anpassungsfunktion zu erfüllen hat, die mit verhältnismäßig geringen Werkzeugkosten verbunden ist.
Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Fig. 1 bis 5 näher erläutert.
Fig. 1 zeigt in der Draufsicht einen Systemträger mit erfindungsgemäßen Merkmalen, welcher bereits mit der Trägerinsel versehen ist.
Fig. 2a zeigt einen Längsschnitt durch die mit A, B bezeichnete Schnittfläche in Fig. 1, während
Fig. 2b einen Querschnitt entlang der Fläche C, D gemäß Fig. 1 darstellt. Die
Fig. 3a und 3b entsprechen den Fig. 2a, 2b, wobei jedoch das elek­ tronische Bauelement in die Darstellung aufgenommen wurde.
Fig. 4a zeigt ein Trägersystem, bei dem das Mittenteil durch vier Streben gehalten wird.
Fig. 4b zeigt einen Querschnitt entlang der mit E-F-G-H bezeichneten Schnittfläche; in
Fig. 4c ist schematisch der Einsatz zweier Bauelemente unterschiedlicher Größe dargestellt.
Fig. 5 zeigt schematisch eine Klebeverbindung zwischen Mittenteil und Trägerinsel.
Gemäß Fig. 1 besteht das Trägersystem aus einem Rahmen 1, der jeweils zwei sich gegenüberliegende Seitenstreifen 1′ aufweist, die durch quer zu ihnen verlaufende Stege 1′′, die als Verbindungen zwischen den einzelnen Kontakt­ fingern 2 dienen, miteinander verbunden sind. Im Zentrum des Rahmens 1 ist ein Mittenteil 3 angeordnet, welches durch Streben 4 mit den Seitenstreifen 1′ des Rahmens 1 verbunden ist. Mit dem Mittenteil 3 ist die ebenfalls zentrisch auf­ gebrachte Trägerinsel 5 fest verbunden. Auf die Trägerinsel 5 sind die Spitzen 2′ der Kontaktfinger 2 mit Abstand strahlenförmig gerichtet.
Die Spitzen 2′ der Kontaktfinger können als Kontaktfahnen für die sogenannten Bonddrähte zwecks Anschluß des elektronischen Bausteines mit besonderen Bond­ schichten versehen sein, wie sie beispielsweise aus der DE-PS 24 19 157 bekannt sind.
Fig. 2a zeigt einen Längsschnitt entlang einer durch die Linie A, B darge­ stellten Schnittfläche gemäß Fig. 1. Ausgehend von den beiden Rändern 1′ sind die Streben 4 erkennbar, welche jeweils aus zwei horizontal verlaufenden Teil­ stücken 4′ bestehen, welche durch ein schräg verlaufendes Teilstück 4′′ unter­ brochen sind. Nach Fig. 2a gehen die unteren Teilstücke 4′ in das Mitten­ teil 3 über. Auf dem Mittenteil 3 und den horizontal verlaufenden Streben 4′ ist die Trägerinsel 5 aufgebracht. Sie wird vorzugsweise aufgeklebt, es ist jedoch auch möglich, sie durch Löten oder Schweißen aufzubringen. Oberhalb der Trägerinsel 5 sind die Kontaktfinger 2 mit ihren Kontaktspitzen 2′ erkennbar, die in der gleichen Ebene liegen wie die oberen vertikalen Streben 4′. Durch Einsatz von Trägerinseln verschiedener Schichtstärken läßt sich jeweils eine der Höhe des Bauelements angepaßte Kontakthöhe erzielen, so daß alle Lötstel­ len des Bauelements und des Systemträgers auf gleicher Höhe liegen.
In diesem Zusammenhang wird auf die Fig. 3a und 3b verwiesen, in denen schematisch die Aufnahme des Bauelements dargestellt ist.
Gemäß Fig. 3a ist das elektronische Bauelement 6 mit der Trägerinsel 5 bei­ spielsweise durch Verkleben fest verbunden. Es kann jedoch auch mit Hilfe einer formschlüssigen Verbindung auf der Trägerinsel angeordnet sein. An der Oberseite des Bauelements 6 sind die Bonddrähte 7 angeordnet, welche die elek­ trische Verbindung zwischen den Kontakten des Bauelements und den Spitzen der Kontaktfinger herstellen. Die der Fig. 2b entsprechende Fig. 3b zeigt das bereits fertig in den Träger eingesetzte Bauelement mit Gehäuseummantelung, wobei insbesondere die Verbindung zwischen Bauelement und Kontaktfingern 2 durch die Bonddrähte 7 erkennbar ist. Die Zwischenstege 1′′ sowie die Rahmen­ teile 1′ sind entfernt, die nach außen geführten Kontaktfinger zwecks Sockelung nach unten weggebogen.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel ist anhand der Fig. 4 er­ läutert, welche ein durch vier Streben 4 gehaltenes Mittenteil 3 aufweist. Fig. 4a zeigt eine Draufsicht, während Fig. 4b einen Querschnitt längs der Linien E, F, G, H darstellt; Fig. 4c zeigt in einer zweigeteilten Figur schematisch die Aufbringung einer großen und einer kleinen Trägerinsel.
Gemäß Fig. 4a wird das Mittenteil 3 von vier diagonal angeordneten Streben 4 gehalten. Der Querschnittsverlauf entlang der Linien E, F, G, H ist sinngemäß dem aus Fig. 2a bekannten Verlauf entsprechend gestaltet, so daß die dem Mit­ tenteil 3 benachbarten Bereiche der Streben 4′ horizontal verlaufen; die ab­ geschrägten Bereiche 4′′ sind so weit auseinander angeordnet, daß Träger­ inseln 5 verschiedener Formate auf dem Mittenteil untergebracht werden können, ohne an die Schrägteile 4′′ der Streben 4 zu stoßen. Fig. 4b stellt zwecks besserer Übersicht den rein schematischen Querschnitt ohne Berücksichtigung des Hintergrundes dar. Fig. 4c zeigt in einem Ausschnitt des Mittenteils in der rechten Bildhälfte die Aufbringung einer verhältnismäßig kleinen Träger­ insel 5′, während in der linken Bildhälfte die Aufbringung einer großen Insel 5′′ dargestellt ist. In der rechten Hälfte ist erkennbar, daß die Spitzen 2′ der Kontaktfinger 2 verhältnismäßig weit in das Zentrum vorstoßen, um bei der kleinen Trägerinsel 5′ eine möglichst kurze Überleitung zwischen Bauelement und Kontaktfingern durch Bonddrähte zu erzielen. In der linken Bildhälfte der Fig. 4c ist dagegen die Verkürzung der Spitzen der Kontakt­ finger erkennbar, da diese ansonsten auf das Bauelement 5′′ stoßen würden. Das formatgerechte Zuschneiden der Kontaktfinger 2 kann beispielsweise durch Stanzen erfolgen.
Die in den Fig. 4a bis 4c dargestellte Halterung des Mittenteils durch vier Streben ist für die erfindungsgemäße Aufbringung einer Trägerinsel ganz besonders gut geeignet, da hier keine Verdrehung auf der Strebe auftreten kann. Auch bei dieser Anordnung würden nach Fertigstellung die zwischen den Kontaktfingern 2 angeordneten Stege 1′′, wie bereits oben beschrieben, durch Stanzen entfernt.
Als Material für den Systemträger können ebenso wie als Material für die Trägerinsel Eisenlegierungen, Kupferlegierungen oder Aluminium bzw. Aluminium­ legierungen in Frage kommen.
Um irgendwelchen Kurzschlußgefahren vorzubeugen, kann die Trägerinsel jedoch auch aus Aluminiumnitrid, Graphit oder Silizium gefertigt sein, welche an sich als Substratmaterialien für Halbleiter- Bauelemente gemäß US 44 82 913, DD 2 31 166/A1 oder EP 1 53 618/A2 bereits verwendet wurden, da sie neben einer guten Wärmeleitfähigkeit eine gute elektrische Isolation bis zu hohen Temperaturen aufweisen. Im Hinblick auf einen hohen Automatisierungsgrad der Fertigung kann es sich als zweckmäßig erweisen, die Trägerinsel vor ihrer Verbindung mit dem Mittenteil mit dem aufzubringenden Bauelement zu bestücken.
Als besonders zweckmäßig hat sich die in Fig. 5 schematisch dargestellte Ver­ klebung von Trägerinsel und Mittenteil erwiesen. Zwischen Trägerinsel 5 und Mittenteil ist der mit Ziffer 8 bezeichnete Kleber erkennbar; es handelt sich dabei um einen härtbaren Kunststoff, der vorzugsweise auf der Basis eines Epoxids als Zweikomponentenkleber eingesetzt wird. Als besonders geeignet hat sich dabei der Zusatz von Keramikpulver zum Kleber erwiesen, weil dadurch Haftfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit verbessert werden und unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten von Trägerinsel und Mittenteil ausgeglichen werden.
Weiterhin ist es möglich, die Trägerinsel durch eine formschlüssige Verbindung mit dem Mittenteil zu verbinden; dabei können in Ausnehmungen des Mittenteils greifende, arretierbare Elemente der Trägerinsel, wie beispielsweise Nocken, eingesetzt werden.
Eine solche Ausführungsform hat sich inbesondere bei einer Trägerinsel aus Keramikmaterial als zweckmäßig erwiesen.
Weiterhin ist es möglich, Trägerinsel und Mittenteil miteinander zu verlöten bzw. zu verschweißen, sofern die Trägerinsel aus Metall besteht bzw. eine metallisierte Oberfläche aufweist. Als besonders vorteilhaft hat sich neben der Verklebung der Einsatz einer Silber- oder Goldflocken enthaltenden Lötpaste erwiesen, die nach ihrer Einbringung in einem Durchlaufofen mit einer Temperatur von ca. 300°C behandelt wird.

Claims (12)

1. Systemträger für mit Gehäuse versehene integrierte Halbleiter-Bauelemente, der einen gestanzten Metallrahmen mit einem von wenigstens zwei Streben gehaltenen plattenförmigen Mittenteil aufweist, auf dem das Bauelement angeordnet ist und über Bonddrähte und Kontaktfinger mit durch das Gehäuse geführten Außenkontakten elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittenteil (3) mit einer Trägerinsel (5) zur Aufnahme des Bau­ elements (6) fest verbunden ist, wobei die Grundfläche der Trägerinsel (5) an die jeweilige Bauelementform angepaßt und größer als die Grundfläche des Mittenteils (3) ist.
2. Systemträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger­ insel (5) plattenförmig ausgebildet ist und daß das Verhältnis der Schichtstärken von Trägerinsel (5) zu Mittenteil (3) im Bereich von 1 bis 5 liegt.
3. Systemträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Trägerinsel (5) bei 20°C eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die zwischen 50 und 500 W/mk liegt.
4. Systemträger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Trägerinsel (5) einen höheren Wärmeleitungs-Koeffizienten aufweist als das Material des Mittenteils (3).
5. Systemträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Trägerinsel (5) aus elektrisch isolierendem Material besteht.
6. Systemträger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerinsel (5) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
7. Systemträger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerinsel (5) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.
8. Verfahren zur Herstellung eines Systemträgers nach Anspruch 1, nach dem durch Stege miteinander verbundene Kontaktfinger ausgestanzt werden, welche in Form eines Rahmens ein plattenförmiges Mittenteil umfassen, das durch wenigstens zwei Streben mit dem Rahmen verbunden ist, wobei die Streben so abgewinkelt werden, daß das Mittenteil in einer anderen Ebene liegt als die Kontaktfinger, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzen (2′) der Kontaktfinger (2) auf den für das aufzubringende Bauelement (6) erforderlichen Bondabstand gekürzt und in einer Ebene ausgerichtet werden und daß anschließend eine zur Aufnahme des Bauelements (6) angepaßte Trägerinsel (5) auf das Mittenteil (3) so aufgebracht wird, daß sie sich zwischen der Ebene der Kontaktfinger (2) und der Ebene des Mittenteils (3) befindet.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakt­ finger (2) durch Stanzen verkürzt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakt­ finger (2) nach dem Stanzen an ihren Spitzen (2′) mit einer Bondschicht versehen werden.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerinsel (5) mit dem Mittenteil (3) verklebt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerinsel (5) vor dem Aufbringen auf das Mittenteil (3) mit dem Bauelement (6) verbunden wird.
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