DE7914024U1 - SEALED METAL AND PLASTIC HOUSING FOR SEMICONDUCTOR DEVICES - Google Patents
SEALED METAL AND PLASTIC HOUSING FOR SEMICONDUCTOR DEVICESInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Gehäuse für Halbleitervorrichtungen, insbesondere solche mit einem metallischen Teil und einem Teil aus Kunststoff.The invention relates to housings for semiconductor devices, in particular those with a metallic part and a part made of plastic.
Ein derartiges Gehäuse ist unter der Bezeichnung TO-220 bekannt. Dieses besteht aus einer metallischen Platts, die teilweise in einem Körper aus Kunststoff eingebettet ist, wobei eine Hauptfläche der Platte freigelassen bleibt. An der anderen Hauptfläche der Platte sind in gutein thermischen Kontakt mit dieser eine oder mehrere Plättchen aus Halbleitermaterial befestigt, die den aktiven '!eil c'.cx Vorrichtung bilden, so daß eine Leitur.;; ^ch außen und da;ni I eine Ableitung der während des Betriebs erzeugten Wärme ermöglicht v.'irci. ijte.i. fe reetallipche Leiter, die die Anschlüsse der Vorrichtung bilden, jxnä mit Hilfe dünner Drähte mit den metallisierten Bere.icii.en der Halbleiterpl&ttchen verbunden und ebenfalls teilweise in dem Körper aus Kunststoff eingebettet.Such a housing is known under the designation TO-220. This consists of a metallic plate that is partially embedded in a body made of plastic, with a major surface of the plate remaining exposed. On the other main surface of the plate, one or more plates of semiconductor material are attached in good thermal contact therewith, which form the active part c'.cx device, so that a conductor. ;; ^ ch outside and da; ni I allows a dissipation of the heat generated during operation v.'irci. ijte.i. Fe reetallipche conductors, which form the connections of the device, are connected to the metallized areas of the semiconductor wafers with the help of thin wires and are also partially embedded in the plastic body.
Wenn auch derartige Gehäuse bezüglich anderer Konstruktionen, beispielsweise gegenüber cl;n metallischen Gehäusen mit derEven if such housings with regard to other constructions, for example compared to cl; n metallic housings with the
Bezeichnung TO-3, zahlreiche vorteilhafte Eigenschaften aufweisen, gewährleisten sie keine zufriedenstellend^ Dichtheit und keine in allen Anwendungsfällen ausreichende Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Belastungen. Der zuletzt genannte Nachteil ist auf eine ungenügende Verankerung des Kunststoff-Körpers an der metallischen Platte zurückzuführen, während der zuerst genannte Nachteil zu einem großen Teil darauf beruht, daß aufgrund der unterrchiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten des Metalls und des Kunststoffs die sich einander berührenden /berflachen der beiden Werkstoffe die Neigung haben, sie.: bei Temperaturscnwankungen relativ zueinander zu verschieben, so daß die Haftung zwischen den beiden Werkstoffen nicht überall ausreichend ist. Dieser Effekt, der durch den asymmetrischen Aufbau des Gehäuses und durch die beträchtliche Wandstärke der Platte noch begünstigt wird, prmöglicht die Bildung veη Durchlässen für schädliche äußere Medien, die in den Bereich der aktiven Elemente der Vorrichtung gelangen können.Designation TO-3, numerous advantageous properties do not warrant a satisfactory ^ Tightness and not sufficient in all applications Resistance to mechanical loads. The last-mentioned disadvantage is insufficient Anchoring of the plastic body to the metallic plate can be traced back to the first-mentioned disadvantage is based in large part on the fact that due to the different coefficients of thermal expansion of the metal and the plastic that touches / surfaces of the two materials have the tendency to: shift relative to one another in the event of temperature fluctuations, so that the adhesion between the two materials is not sufficient everywhere. This effect, caused by the asymmetrical construction of the housing and the considerable wall thickness of the plate is still favored the formation of veη passages for harmful external Media that can get into the area of the active elements of the device.
Zur Lösung dieses Problems sind bereits zahlreiche Versuche unternommen worden. Beispielsweise wurde der Einsatz einer Zwischenschicht aus isolierendem Material vorgeschlagen, der sowohl eine gute Haftung mit dem Kunststoff als auch mit dem Jlatell und einen hohen Elastizitätskoeffizienten hat, so daß die unterschiedlichen Dehnungen der metallischen Platte und des Kunststoff-Körpers ausgeglichen werden. Eine andere Lösung sieht vor, die Halbleiter-Plättchen mit einer dünnen Schicht aus Crlas zu überziehen. Dieser Werkstoff haftet gut am Metall und schafft dadurch exen wirksamen lokalen Schutz gegen die schädlichen Medien.Numerous attempts have already been made to solve this problem been undertaken. For example, the use of a Intermediate layer of insulating material is proposed, which has both good adhesion with the plastic as well with the Jlatell and a high coefficient of elasticity has, so that the different expansions of the metallic plate and the plastic body are compensated. Another solution provides for the semiconductor wafers to be coated with a thin layer of Crlas. This The material adheres well to the metal and thus creates effective local protection against harmful media.
Allerdings erfordern alle diese Lösungen zahlreiche und schwierig durchzuführende zusätzliche Bearbeitungen und dadurch verhältnismäßig hohe Kosten für die Herstellung der Vorrichtung.However, all of these solutions require numerous and difficult additional processing and thus relatively high manufacturing costs the device.
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Figur 2 eine vergrößerte Draufsicht auf eine metallische Platte für ein Gehäuse gemäß der Erfindung,Figure 2 is an enlarged plan view of a metallic plate for a housing according to the invention,
Figuren 3 und 4 nochmals vergrößerte Schnittdarstellungen eines Teils der in Fig. 2 gezeigten Platte in zwei aufeinander folgenden Bearbeitungsphasen.FIGS. 3 and 4 again enlarged sectional views of part of the plate shown in FIG. 2 in two consecutive processing phases.
In Fig. 1 ist ein Gehäuse vom Typ TO-220 dargestellt, das eine metallische Platte 2 aufweist, von der ein Teil in einem Körper 4 aus Kunststoff eingebettet ist, der beispielsweise durch Spritzgießen von Epoxydharz in eine geeignete Form hergestellt wurde. Ein vorher bearbeitetes Plättchen 6 aus Halbleitermaterial, das den aktiven Teil der Vorrichtung bildet, ist beispielsweise durch Löten an der metallischen Platte 2 befestigt. Metallische Anschlüsse S (im dar-In Fig. 1, a housing of the type TO-220 is shown, the comprises a metallic plate 2, part of which is embedded in a body 4 made of plastic, which for example was made by injection molding epoxy resin into a suitable shape. A previously processed plate 6 made of semiconductor material, which forms the active part of the device, is for example by soldering to the metallic Plate 2 attached. Metallic connections S (shown in the
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gehäuse der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das einen besseren Widerstand gegen mechanische Belastungen und eine sehr gute Dichtwirkung gegen äußere Medien aufweist, ohne daß bei der Herstellung zusätzliche Bearbeitungen nötig sind.The invention is therefore based on the object of a housing to create the type described above, which has a better resistance to mechanical loads and has a very good sealing effect against external media, without the need for additional processing during manufacture are.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Gehäuse dadurch gelöst, daß die metallische Platte an ihrer anderen Hauptfläche wenigstens eine Nut mit hinterschn:' .tenen Seitenwänden aufweist, iu die der Körper aus Kunststoff eingreift. -i According to the invention this object is achieved in a generic case, that the metallic plate at least one groove with hinterschn on its other major surface: comprising '.tenen side walls, iu that engages the body of plastic. -i
Die Erfindung wird zum besseren Verständnis nachfolgend iiThe invention is described below for better understanding ii
an einem Ausführungsbeispiel erläutert, das in der Zeich- % nung dargestellt ist. |explained in an exemplary embodiment, the% in the drawing is shown. |
Es zeigen: \ It show: \
Figur 1 die vergrößerte Ansicht eines Gehäuses vom Typ JFigure 1 is an enlarged view of a type J housing
TO-220, ITO-220, I.
gestellten Ausführungsbeispiel 3 Anschlüsse) sind teilweise in den Körper 4 aus Kunststoff eingebettet und über Kontaktdrähte 10 mit dem Plättchen 6 elektrisch verbunden. Eine in die metallische Platte 2 eingearbeitete, durchgehende Bohrung 12 erlaubt die Befestigung der Vorrichtung an einem äußeren Träger. Eine beispielsweise durch Prägen hergestellte Rippe 14, die sich entlang einem Teil der Ränder der Platte 2 erstreckt, begünstigt die Verankerung des Körpers 4 aus Kunststoff an der metallischen Platte 2. Diese Maßnahme verleiht dem Gehäuse eine recht gute Abdichtung entlang der Längsseiten, verhindert jedoch nicht die Bildung von Durchgängen für schädliche Medien von der Seite der Bohrung 12 und entlang der Oberfläche der Anschlüsse 8.Provided embodiment 3 connections) are partially embedded in the body 4 made of plastic and over contact wires 10 electrically connected to the plate 6. A continuous, worked into the metallic plate 2 Bore 12 allows the device to be attached to an external support. One produced, for example, by embossing Rib 14, which extends along part of the edges of the plate 2, helps anchor the body 4 made of plastic on the metallic plate 2. This measure gives the housing a very good seal along the long sides, but does not prevent the formation of passages for harmful media from the side the bore 12 and along the surface of the terminals 8.
Gemäß der Erfindung ist in der Platte 2 eine Nut 16 vorgesehen, deren Seitenv/ände Hinterschneidungen haben. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel hat die Kut 16 den Verlauf eines Rechtecks um das Plättchen 6 aus Halbleitermaterial herum, sie kann jedoch auch einen anderen Verlauf aufweisen oder auf einen geradlinigen Kanal in der Nähe des zur Bohrung gerichteten Randes der Körpers 4 aus Kunststoff begrenzt sein.According to the invention, a groove 16 is provided in the plate 2, the side walls of which have undercuts. In which The embodiment shown in FIG. 2 has the fur 16 the course of a rectangle around the plate 6 made of semiconductor material, but it can also have a different course have or a rectilinear channel in the vicinity of the edge of the body 4 directed towards the bore Plastic be limited.
Nach einem wesentlichen Merkmal der Erfindung wird die Nut 16 in zwei aufeinander folgenden Prageschritten gebildet. Im ersten Prägeschritt wird, dabei mit Hilfe eines Prägestempels ein Kanal 16" mit zueinander parallelen und zur Oberfläche der metallischen Platte 2 rechtwinkligen Wänden gebildet, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Dabei erkennt man, daß durch den Prägedruck entlang der Ränder des Kanals 16' Grate 18 gebildet werden, die über die Oberfläche der metallischen Platte 2 hervorstehen. Der zweite Prägeschritt wird mit einem ähnlichen Prägestempel ausgeführt- dessen Querschnitt jedoch größer ist als derjenige des ersten Prägestempels, wobei ein solcher Druck ausgeübt wird, der ausreicht, um ein Fließen von I'iaterial in das Innere des KanalsAccording to an essential feature of the invention, the groove 16 is formed in two successive stamping steps. In the first embossing step, with the help of an embossing stamp, a channel 16 ″ with and parallel to each other is created Surface of the metallic plate 2 formed rectangular walls as shown in FIG. You can see that by the embossing pressure along the edges of the channel 16 'burrs 18 are formed over the surface of the metallic Plate 2 protruding. The second stamping step is carried out with a similar stamping die However, the cross-section is larger than that of the first die, with such a pressure being exerted that it is sufficient to to allow material to flow into the interior of the canal
π _ π _
16' hervorzurufen. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, ergibt sich dadurch die Nut 16, deren Mündung 20 breiter izt als der Boden 22 mit sich daran anschließender Verengung 24, die durch das während des zweiten Prägeschrittes nach inne/. gedrückte Material gebildet wurde.16 'to cause. As shown in FIG. 4, this results in the groove 16, the mouth 20 of which is wider than the bottom 22 with an adjoining constriction 24 which is pushed inward during the second embossing step. pressed material was formed.
Anschließend wird mit Hilfe bekannter Techniken des Lötens, des Verbindens und des Stanzens auf der Platte 2 ein Plättchen 6 aus Halbleitermaterial befestigt, worauf an vorherbestimmten Bereichen des Plättchens 6 und der Anschlüsse 8 dünne Kontaktdrähte 10 angelötet v/erden. Schließlich wird das Ganze durch Druckguß in einer geeigneten Form in Epoxydharz eingebettet, so daß sich eine Vorrichtung ergibt, die äiißerlich mit der in Fig. 1 gezeigten übereinstimmt. Then, with the help of known techniques of soldering, joining and punching on the plate 2 Plate 6 made of semiconductor material attached, whereupon predetermined areas of the plate 6 and the connections 8 thin contact wires 10 soldered on. Finally, the whole is die-cast in a suitable Mold embedded in epoxy resin, so that the result is a device which externally corresponds to that shown in FIG.
Es ist von wesentlicher Bedeutung, daß die Bildung der Nut 16 keine Bearbeitungsgänge zusätzlich zu den für die Herstellung der metallischen Platte 2 herkömmlicher Bauart erforderlichen Arbeitsgänge benötigt, denn die beiden Prägeschritte können gleichzeitig mit dem Stanzen der Platte und dem Prägen der Rippen 14 unter Verwendung von i. w« denselben V/erkzeugen gebilet werden.It is essential that the formation of the groove 16 not have any machining operations in addition to those required for manufacture the metal plate 2 of conventional design required operations, because the two embossing steps can be performed simultaneously with the die cutting of the plate and the embossing of the ribs 14 using i. w «the same V / erzeugen are formed.
Untersuchungsergebnisse haben erwiesen, daß aufgrund des Eindringens des Kunststoffes während der Herstellung in die Nut 16 das erfindungsgeniäße Gehäuse im Vergleich mit bekannten Gehäusen sowohl eine bessere Verankerung des Körpers aus Kunststoff an der metallischen Platte 2 als auch eine wesentlich verbesserte Abdichtung gegen äußere, schädliche Medien, insbesondere gegen V.'asserdaiupf aufweist.Research results have shown that due to the penetration of the plastic during manufacture into the Groove 16, the housing according to the invention in comparison with known ones Housing both a better anchoring of the body made of plastic on the metallic plate 2 and a has significantly improved sealing against external, harmful media, in particular against V.'asserdaiupf.
Obwohl ira Torstehenden nur ein Ausführungsbeispiel erläutert worden ist, können zahlreiche Varianten ausgeführt ■werden, die im Rahmen des Erfindungsgedankens liegen. So können beispielsweise mehrere, konzentrische Nuten urn das Plättchen 6 aus Halbleitermaterial vorgesehen sein; außer-Although only one exemplary embodiment is explained in the gate standing has been, numerous variants can ■ be carried out, which are within the scope of the inventive concept. So can, for example, have several concentric grooves around the Platelets 6 made of semiconductor material may be provided; except-
dem sind andere Bearbeitungsarten, beispielsweise mechanische und/oder chemische, zur Einarbeitung der Ruten in die Platte 2 möglich.there are other types of processing, such as mechanical and / or chemical, possible to incorporate the rods into the plate 2.
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