DE4130899C2 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

Halbleitervorrichtung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein Beispiel für eine Halbleitervorrichtung ist ein Transistormodul, in welchem eine innere An­ schlußklemme, die durch ein Isolierteil gehalten wird, welches eine obere Behälterabdeckung bildet, auf eine Schal­ tungsverdrahtung, die mit einem Halbleiterelement auf einer Leiterplatte verbunden ist, hartgelötet wird, wenn das auf der Schaltungsplatte befestigte Halbleiterelement mit der inneren Anschlußklemme verbunden wird.
Die Fig. 7 und 8 zeigen einen herkömmlichen Aufbau einer Halbleitervorrichtung nach dem Stand der Technik. Wie in den Fig. 7, 8 gezeigt, umfaßt die bekannte Halbleitervorrichtung eine Leiterplatte 1, Halbleiterelemente 3, eine Herausführklemme (leading-out terminal) 15a, welche vor dem Herausführen auf ein Schaltungsverdrahtungsmuster 2 gelötet wird, das an die Schaltungsplatte 1 angeklebt ist, eine Metall-Wärmesenkenplatte 11, einen Behälter 5, der die Wärmesenkenplatte 11, eine obere Abdeckung 5a und Seitenwände 5b aus Harz kombiniert, eine gelatineartige Silikonharz­ schicht 16, eine Epoxidharzschicht 17.
Ein in L-Form gebogenen Lötfuß 15c und ein gekrümmtes Dämp­ fungsteil 15b zum Freisetzen thermischer Spannung sind an dem Hinterende bzw. dem Mittelabschnitt der Herausführklemme 15a ausgebildet. Das obere Ende dieser Klemme 15a geht durch die obere Abdeckung 5a durch und ist aus dieser nach außen ge­ führt.
Die herkömmliche Halbleitervorrichtung wird folgendermaßen zusammengesetzt. Zuerst wird das Halbleiterelement 3 mit der Leiterplatte 1 durch Chipbonden verbunden, wobei die Wärme­ senkenplatte 11 vorher durch einen gesonderten Prozeß an der Unterseite der Leiterplatte befestigt wird. Dann wird die Herausführklemme 15a, die durch die obere Abdeckung 5a des Behälters 5 hindurchgeführt und daran befestigt ist, an der Leiterplatte 1 angebracht. In diesem Zustand wird der Fuß 15c der Klemme 15a anschließend mit der Schaltungsverdrahtung 2 durch Aufschmelzlöten verbunden. Obwohl in Fig. 7 nur eine Klemme 15a gezeigt ist, wird in einer tatsächlichen Halblei­ tervorrichtung eine Mehrzahl von Herausführklemmen an der oberen Abdeckung 5a des Behälters 5 befestigt. Diese Heraus­ führklemmen ragen von der Leiterplatte 1 aufrecht vor. Nach­ dem das Aufschmelzlöten fertiggestellt ist, werden Seiten­ wände 5b des Behälters 5 an der Metall-Wärmesenkenplatte 11 befestigt, und dann wird ein leerer Raum in dem Behälter 5 durch den Spalt zwischen der oberen Abdeckung 5a und den Sei­ tenwänden 5b mit Silikonharz 16 gefüllt. Ferner wird Epoxid­ harz 17 in den verbleibenden Raum auf der oberen Schichtseite eingespritzt und gehärtet, um den Behälter 5 mit Harz zu ver­ siegeln.
Die beschriebene herkömmliche Halbleitervorrichtung, insbe­ sondere der Aufbau der Herausführklemmen, bringt die folgenden Probleme mit sich im Hinblick auf die Montagegenauigkeit, die Teilehandhabung und dergleichen. Da die Herausführklemme 15a durch Pressen einer Metallplatte hergestellt ist, kann sie durch äußere Kraft deformiert werden, wenn sie gelagert oder gehandhabt wird. Wenn die Klemme auch nur wenig deformiert wird, ist es andererseits schwierig, die Flachheit und Positionsgenauigkeit des Klemmenfußes 15c durch Löten während der Montage, wie oben beschrieben, sicherzustellen. Dies bildet den entscheidenden Grund für mangelhafte Lötung bezüglich der Leiterplatte 1. In dem Fall einer Halbleitervorrichtung, in welcher die Position der auf die Schaltungsverdrahtung 2 der Leiterplatte 1 aufgesetzten und aufgelöteten Klemme 15a und die Position der Herausführung der an der oberen Abdeckung 5a des Behälters 5 angeordneten äußeren Klemme getrennt sind, aus einer horizontalen Ebene betrachtet, werden einzeln konstruierte und in der Abmessung und Form unterschiedliche Herausführklemmen in Verbindung mit der Schaltungsverdrahtung 2 benötigt.
Wenn der herkömmliche Klemmaufbau unversehrt gelassen wird, ist es schwierig, nicht nur die Konfigurationen und Abmessungen von Klemmteilen zu standardisieren zur Verwendung in Halbleitervorrichtung mit mehr als einer Art von Schal­ tungsverdrahtungen 2, die im Verdrahtungsmuster verschieden sind, sondern auch, einen hohen Grad von Dimensionstoleranz während der Montage zu erhalten, und dies verursacht eine Kostenerhöhung.
Eine gattungsbildende Halbleitervorrichtung ist beispielsweise aus der US-PS 42 49 034 bekannt. Die Halbleitervorrichtung be­ findet sich in einem abgeschlossenen Gehäuse mit einem wärme­ leitfähigen Boden und einer oberen Kammer, in welcher sich elektrische Anschlußklemmen befinden. Zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den Anschlußklemmen und der elektrischen Halbleitervorrichtung erstrecken sich im Inneren der Kammer flexible Verbindungsdrähte.
Aus der DE-AS 15 64 768 ist eine Halbleitervorrichtung in einem Gehäuse bekannt mit einem becherförmigen Kontaktkörper. Zur elektrischen Verbindung mit der Halbleitervorrichtung ist an dem Kontaktkörper eine elektrische Litze befestigt. Die Litze wird durch das Gehäuse mittels einer Durchführung geleitet.
Die DE 36 04 311 A1 offenbart ein Leistungshalbleitermodul mit außenliegenden Anschlüssen, welche mit einer Steckverbinddung versehen sind. Dadurch ist es möglich, Anschlußelemente für äußere Anschlüsse erst nach dem Einsetzen eines bestückten Substrats in ein Gehäuse einzusetzen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Halbleitervor­ richtung der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, daß sie einfach aufgebaut und mit geringen Kosten herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird von einer Halbleitervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand mehrerer Unteransprüche.
Die begleitenden Figuren zeigen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Vorteile und Prinzipien der Erfindung zu erläutern. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform der Er­ findung;
Fig. 2(a) eine Schnittansicht des Aufbaus der Klemme;
Fig. 2(b) einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 2(a);
Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht von Fig. 2;
Fig. 4 einen anderen Aufbau der inneren Anschlußklemme;
Fig. 5 noch einen anderen Aufbau der inneren Anschluß­ klemme;
Fig. 6 eine vergrößerte Teilansicht von Fig. 5;
Fig. 7 eine Schnittansicht einer herkömmlichen Halbleiter­ vorrichtung; und
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht des inneren Aufbaus der herkömmlichen Halbleitervorrichtung.
In der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung sind die innere und die äußere Klemme so standardisiert, daß sie klein in der Abmessung und einfach im Aufbau sind. Es besteht nahezu keine Ge­ fahr, daß die Teile deformiert werden hinsichtlich Abmessung, Gestalt, Flachheit und dergleichen, während sie gelagert und gehandhabt werden. Wenn die innere Klemme von der äußeren getrennt und direkt über einer Position ange­ bracht ist, die zu dem Schaltungsverdrahtungsmuster auf der Plattenseite hinweist, kann ein hohes Maß an Toleranz bezüg­ lich der Platte sichergestellt werden.
Da die innere und die äußere Klemme mit dem flexiblen Zuführ­ draht verbunden sind, tritt außerdem keine Störung auf, ob­ wohl die auf das Schaltungsverdrahtungsmuster auf der Platte eingestellte Lötposition gegen die Ziehposition der Klemme unterhalb der oberen Behälterabdeckung versetzt ist.
Ferner wird dadurch, daß die Klemmenhalterung der oberen Be­ hälterabdeckung dazu gebracht wird, irgendeine Stelle des flexiblen Zuführdrahtes auf halbem Wege nach unten zu halten, der Zuführdraht daran gehindert, sich unerwartet zu biegen und aus der Verdrahtungsposition zu verschieben in dem Aus­ maß, daß er sich näher zu einem anderen Zuführdraht, einer Klemme oder einem Schaltungsteil bewegt oder damit in Berührung kommt, obwohl der Behälter mit Harz gefüllt ist. Eine daraus resultierende Behinderungsstörung kann auf diese Weise verhindert werden.
Mehr im einzelnen umfaßt ein Leistungstransistormodul (Fig. 4(a) und 4(b)) gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Mehrzahl von Halbleiterelementen (Chips), die an einer Leiterplatte in einem Gehäuse befestigt sind, und diese Elemente sind mittels eines Schaltungsverdrahtungsmusters auf der Platte verbunden. Eine verbesserte Anschlußklemmeinrichtung sorgt für die äußere Verbindung und umfaßt eine innere Klemme, die mit der Verdrahtung verbunden ist und an eine äußere Klemme ange­ schlossen ist. Ein erläutertes Beispiel für eine innere An­ schlußklemme als Bestandteil einer solchen Halbleitervorrichtung wird gezeigt. Fig. 4(a) zeigt den prinzipiellen Teil der Halbleitervorrichtung, in welcher ein Halbleiterchip 3 ferner befestigt ist an einer Leiterplatte 1 mit auf ihre beiden Seiten aufgeklebten Schaltungsverdrahtung 2, wobei die Schaltungsverdrahtung mit Kupferfolie gebildet ist, um eine gewünschte Schaltung zu bilden, und eine Elektrode an der Un­ terseite des Halbleiterchips 3 direkt auf die Verdrahtung 2 hartgelötet ist. Eine Elektrode an der Oberfläche ist durch (nicht gezeigtes) Dünndrahtbonden verbunden mit dem Schal­ tungsverdrahtungsmuster 2, die eine von der oben beschriebenen hartgelöteten Verdrahtung 2 verschiedene Lage aufweist. Das hintere Ende der aus Kupfer bestehenden inneren Klemme 4 ist an die Verdrahtung 2 angelötet, wogegen ihr oberer Ab­ schnitt an einer aus Harz bestehenden oberen Behälterabdeckung 5 gehalten wird.
Das Halten der Klemme 4 an der oberen Abdeckung 5 wird, wie in Fig. 4(b) gezeigt, vorgenommen durch Bilden eines An­ satzes 41 in dem oberen Teil der Klemme 4, durch Vorsehen einer Klemmenhalterung 51 unter der oberen Abdeckung 5, wobei die Klemmenhalterung nach unten vorragt, und durch Hin­ einzwängen der Klemme 4 in einen Schlitz 6, der in die Klemmen­ halterung 51 eingeschniten ist, wobei der Ansatz 41 ein wenig verformt wird, der eine etwas größere Breite als der Schlitz aufweist. Die inneren Klemme 4 ist mit der (nicht ge­ zeigten) äußeren Klemme verbunden unter Verwendung eines Zu­ führdrahtes 7 in der Weise, daß das Vorderende des Zuführ­ drahtes in die Brücke 42 der inneren Klemme hineingepreßt wird.
In einem anderen Beispiel, das in den Fig. 5(a), 5(b) ge­ zeigt ist, sind anstelle des in Fig. 4 gezeigten Ansatzes angehobene Abschnitte 43, 44 an der inneren Klemme 4 ausge­ bildet, um die innere Klemme 4 in den Schlitz 6 hineinzudrücken und den Zuführdraht 7 mit der inneren Klemme 4 zu verbinden.
Fig. 1 zeigt eine andere Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung und gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den nachfolgenden Figuren gleiche und entsprechende Teile.
Der Behälter der Halbleitervorrichtung besteht aus einer Bo­ denplatte 11 als eine Wärmesenkenplatte aus Kupfer, Seiten­ wänder 12 und einer oberen Abdeckung 5, welche aus Harz be­ stehen. Bodenplatte ist an einer Kühlrippe 14 mit Montageschrauben 13 befestigt. Eine Leiterplatte 1 ist an der Bodenplatte 11 des Behälters befestigt, und ein Ende einer inneren Anschlußklemme 4 ist an eine Schaltungsverdrahtung 2 angelötet, die aus Kupferfolie besteht und an die Leiterplatte 1 angeklebt ist. Die innere Klemme 4 und eine äußere Klemme 15, die durch die obere Ab­ deckung 5 hindurchgeht, sind mittels eines Zuführdrahtes 7 verbunden. Ein Raum in dem Behälter ist mit einem Silikongel 16 und Epoxidharz 17 gefüllt.
Die Fig. 2(a) und 2(b) zeigen einen Aufbau zum Halten der in der Halbleitervorrichtung verwendeten inneren Anschluß­ klemme 4. Da die Breite eines Schlitzes 6, der in einer von der Behälterabdeckung 5 vorragenden Klemmenhalterung 51 angebracht ist, größer ist als die Dicke der Klemme 4, wird die Klemme 4 nicht in den Schlitz 6 hineingepreßt, sondern nur lose darin eingesetzt. Ein in den Schlitz eingesetzter Abschnitt der inneren Klemme 4 ist so gepreßt, daß er einen halbkreisförmigen Ansatz 81 bildet, und der Kopf des Ansatzes 81 ist, wie in einer vergrößerten Ansicht in Fig. 3 gezeigt, in einem kreisförmigen Fenster 9 gelegen, das mit dem Schlitz in Verbindungkk steht und in die Klemmenhalterung 51 eingeformt ist, welche ein Teil der oberen Abdeckung 5 ist.
Obwohl die Höhe des Ansatzes 81 größer eingestellt ist als die Breite des Schlitzes 6, wird die innere Klemme 4 von der unteren Öffnung des Schlitzes 6 hereingesetzt, wobei der Ansatz 81 den Schlitz zwingt, zu expandieren. Da das Fenster 9 in der Klemmenhalterung 51 der oberen Abdeckung 5 aus Harz offen ist, ist der Ansatz elastisch deformierbar, so daß die innere Klemme 4 leicht eingefügt werden kann. Nachdem die innere Klemme eingefügt ist, kehrt der Ansatz aufgrund seiner elastischen Wiederherstellkraft in seine ursprüngliche Gestalt zurück, und die untere Kante des Ansatzes 81 wird durch die untere Kante des Fensters 9 gefaßt. Die innere Klemme wird also daran gehindert, während der Montage der Halblei­ tervorrichtung wegzurutschen. Folglich wird die innere Klemme 4 aufrecht in dem Schlitz 6 gehalten, und da das hintere Ende der inneren Klemme 4 so ausgeführt ist, daß es flach an der Oberfläche des Schaltungsverdrahtungsmusters 2 aus Kupferfolie auf der Leiterplatte 1 klebt, ist es mit Lötmittel leicht daran zu befestigen.
Ferner läßt das mit dem Silikongel 16 gefüllte Fenster 9 zu, daß sich die an der Leiterplatte 1 befestigte innere Klemme 4 frei verschiebt, wie durch einen Pfeil 10 in Fig. 3(a) ge­ zeigt. Es ist daher möglich, eine relative Positionsfluktuation von etwa 300 µm zwischen der inneren Klemme 4 und der oberen Abdeckung 5 zu absorbieren, wobei die Positionsfluk­ tuation herrührt von Expansion aufgrund von Erwährmug bis auf etwa 150°C während des Betriebs der Halbleitervorrichtung und ihrer Abkühlungskontraktion. Anders ausgedrückt, kann die Funktionsstabilität aufrechterhalten werden, da keine Bean­ spruchung auf das Lötmittel ausgeübt wird.
Die Fig. 6(a), 6(b) zeigen einen anderen Aufbau zum Halten der inneren Anschlußklemme einer Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung. In diesem Fall ist ein zungenförmiger Ansatz 82 von der inneren Klemme 4 ausgebogen und ist in einem quadratischen Fenster 9 plaziert, das in der Klemmenhalterung 51 der oberen Abdeckung ausgebildet ist und mit dem Schlitz 6 in Verbindung steht, um auf diese Weise die Rolle zu übernehmen, die innere Klemme am Weggleiten zu hindern. Da dieser zungenförmige Ansatz 82 so deformierbar ist, daß seine Höhe vermindert wird, wenn die Klemme 4 in den Schlitz 6 eingefügt wird, wird die Klemme leicht eingefügt.
Wie in den Fig. 2, 3 und 6 gezeigt, sind ein Paar Fenster 9 quer angeordnet, wodurch die Klemme 4 in den Schlitz 6 ein­ gefügt werden kann mit einer Seite, welche die Ansätze 81, 82 umgekehrt aufweist, gemäß dem Muster der Schaltungsverdrah­ tung 2.
Die gemäß obiger Beschreibung aufgebaute Halbleitervorrich­ tung weist die folgenden Vorteile auf.
(1) Jedes der Klemmstücke ist kleiner in der Abmessung, einfacher in der äußeren Erscheingung als die herkömmliche einteilige Klemme und frei von Deformation, so daß es leicht ist, ihre Lagerung und Handhabung zu steuern. Außerdem kann ein stabiler Lötvorgang ausgeführt werden, da eine flache Lötfläche gesichert ist.
(2) Selbst wenn die auf das Schaltungsverdrahtungsmuster der Leiterplatte aufgesetzte Lötstelle und die Klemmherausführ­ position, die an der oberen Behälterabdeckung angeordnet ist, voneinander entfernt angeordnet sind, von der horizontalen Ebene aus betrachtet, können die innere und die äußere Klemme mit standardisierten Abmessungen und Formen zur Lösung dieses Problems verwendet werden durch Variieren der Verdrahtungs­ länge des Zuführdrahtes. Daher werden Beschränkungen hin­ sichtlich des Schaltungsverdrahtungsmusters auf der Platte, der Anordnung der Klemme, die an der oberen Behälterabdeckung anzubringen ist und aus dieser herauszuführen ist, und der­ gleichen gelockert. Infolgedessen trägt eine vergrößerte Freiheit des Konstruierens zusammen mit der Verwendung solcher standardisierter Klemmstücke bei zur Erzielung einer Kostenverminderung.
Ferner ist die innere Anschlußklemme lose in den Schlitz ein­ gesetzt, der in der Klemmenhalterung der oberen Behälterab­ deckung ausgebildet und zu der Bodenplatte gerichtet ist, während der an der inneren Klemme ausgebildete Ansatz frei (lose) in das Fenster eingesetzt ist, welches in die Klemmenhalterung eingeformt ist um die innere Klemme in der Tiefen­ richtung des Schlitzes verschiebbar zu machen. Infolgedessen werden ungünstig beeinträchtigende Dimensionsschwankungen ab­ sorbierbar, die herrühren von Temperaturschwankungen aufgrund der in der Halbleitervorrichtung erzeugten Wärme. Da der An­ satz durch die Kante des Fensters gefangen ist, wird außerdem die Klemme am Weggleiten gehindert. Der Ansatz kann leicht ausgebildet werden durch örtliches Prägen oder Aufrichten einer plattenförmigen inneren Klemme. Das mit Gelmaterial ge­ füllte Fenster ermöglicht es der Klemme, sich zu verschieben, während es das Halbleiterelement schützt.

Claims (7)

1. Halbleitervorrichtung mit einer Leiterplatte (1) mit
einem Schaltungsverdrahtungsmuster (2) für darauf angebrachte Halbleiterelemente (3),
einem Gehäuse, das eine Wärmesenkenplatte (11) zum Tragen der Halbleiterelemente (3) aufweist und ferner Seitenwände und eine obere Abdeckung (5), wobei wenigstens eine Anschlußklemmenein­ richtung eine äußere Klemme (15) aufweist, die sich durch die obere Abdeckung (5) erstreckt und daran befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der oberen Abdeckung eine Klemmenhalte­ rung (51) vorgesehen ist, daß die wenigstens eine Anschlußklem­ meneinrichtung eine von der Leiterplatte (1) aufwärts verlau­ fende innere Klemme (4) aufweist, deren unteres Ende an einer vorbestimmten Stelle auf der Leiterplatte (1) an die Schal­ tungsverdrahtung (2) angelötet ist, und das obere Ende der inneren Klemme (4) in der Klemmenhalterung (51) an der Innenseite der oberen Abdeckung (5) gelagert ist, und
daß ein flexibler Draht (7) die innere (4) und die äußere Klemme verbindet.
2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schlitz (6) in der Klemmenhalterung (51) ausgebildet ist und das obere Ende der inneren Klemme (4) in dem Schlitz (6) so angeordnet ist, daß es sich darin aufwärts er­ streckt in einer zu der Leiterplatte (1) senkrechten Richtung, und daß ein Fenster (9) in die Klemmenhalterung (51) eingeformt ist, derart, daß es mit dem Schlitz (6) in Verbindung steht, wobei die innere Klemme (4) einen Ansatz (81, 82) aufweist, der in das Fenster eingesetzt ist.
3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Klemme (4) ein plattenförmiges Teil mit einem geprägten halbkreisförmigen Ansatz (81) ist.
4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Klemme (4) ein plattenförmiges Teil mit einer ausgebogenen Rastzunge (82) ist, welche den Ansatz bildet.
5. Halbleitervorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung an der Innenseite der Abdeckung (5) vorgesehen ist, zum Stützen eines Mittelabschnitts des flexiblen Zuführdrahtes (7).
6. Halbleitervorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführdraht (7) ein Draht mit einem Isolierüberzug ist.
7. Halbleitervorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Halbleiterelement ein Dioden-, ein Thyristor- oder ein Transistor-Element umfaßt.
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