NL9000161A - Halfgeleiderinrichting bevattende een drager en werkwijze voor het vervaardigen van de drager. - Google Patents

Description

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te EindhovenHalfgeleiderinrichting bevattende een drager en werkwijze voor hetvervaardigen van de drager.

De uitvinding heeft betrekking op eenhalfgeleiderinrichting bevattende een drager en een op de drageraangebracht halfgeleiderelement, welke drager elektrische geleidersvertoont die van de bovenzijde van de drager via zijn zijwanden naar deonderzijde verlopen en daar aansluitplaatsen vormen.

Bij het conventioneel vervaardigen vanhalfgeleiderinrichtingen wordt uitgegaan van een drager, waarop hethalfgeleiderelement wordt bevestigd met behulp van een goudsoldeer.Vervolgens worden de kontakten op het halfgeleiderelement met behulp vangouddraden verbonden met geleiders op de drager. Daarna wordt dit geheelomhuld met een thermohardende kunststof. Het bezwaar van dit concept isde relatief hoge kostprijs, veroorzaakt door de noodzaak van het stansenvan een metalen drager, het kristalbonden, het draadbonden en hetomhullen.

Het is bekend om onderdelen die worden aangeduid alssurface mounting devices, bijvoorbeeld halfgeleiderinrichtingen, aan tebrengen op een voor surfacè mounting geschikt montagepaneel. Eendergelijke halfgeleiderinrichting van de in de aanhef genoemde soort isbekend uit EP-B1-0 083 627. Bij deze bekende halfgeleiderinrichtingwordt bij voorkeur een keramische drager toegepast. Het boven op dedrager geplaatste halfgeleiderelement moet met tenminste een gouddraadmet een geleider op de drager worden verbonden. Deze uitvoering blijftdientengevolge relatief kostbaar.

Een verder surface mounting device van de, in de aanhefgenoemde soort is bekend uit JP-A-55/107 283. Het materiaal waaruit dedrager bestaat, is hier niet aangegeven. In het midden van de bovenzijdevan de drager is een kleine verdieping aangebracht, waarin hethalfgeleiderelement is opgenomen. Er is tenminste een draadverbindingvanaf een kontaktplaats op het halfgeleiderelement naar een geleider opde drager noodzakelijk. Ook deze uitvoeringsvorm is relatief duur.

De uitvinding beoogt een halfgeleiderinrichting van de inde aanhef genoemde soort te verschaffen, geschikt voor surface mounting, die een zo laag mogelijke prijs heeft, door de vervaardiging zoefficiënt mogelijk te naken en de fabricagestappen zoveel mogelijk tebeperken en ook zo eenvoudig mogelijk te houden.

Dit wordt bereikt bij een in de aanhef genoemdehalfgeleiderinrichting, die het kenmerk heeft, - dat de drager bestaat uit een thermoplastische kunststof,respectievelijk uit een laagsmeltend glas, welke drager is gevormd doorextrusie van de thermoplastische kunststof respectievelijk door extrusiedan wel trekken van het laagsmeltende glas, - dat de drager aan zijn bovenzijde een doorlopende sleuf vertoont diedwars op de richting van de geleiders is gelegen, - dat een halfgeleiderelement, voorzien van kontaktplaatsen, draadloosmet de geleiders op de drager in verbinding staat, en - dat het halfgeleiderelement wordt beschermd door een kunststofbedekking, zoals een vloeibaar aangebrachte epoxy, dan wel dooreen bedekking van glas.

De dragers worden als een lange staaf op eenvoudige engoedkope wijze gerealiseerd. Aan het einde van het vervaardigingsproceskunnen uit de lange staaf separate dragers worden afgescheiden.

Geleiders kunnen reeds op de staaf worden aangebracht, hetgeen hetproduktieproces vereenvoudigt en goedkoop maakt. Aan de bovenzijde vande staaf is een sleuf aanwezig. De halfgeleiderelementen kunnen hierinworden geplaatst en draadloos in kontakt worden gebracht met geleidersop de drager. Het halfgeleiderelement kan ook met zijn lengterichtingdwars over de sleuf worden geplaatst, waarbij kortsluiting van degekontakteerde verbindingen met zekerheid wordt voorkomen. De eenvoudigebeschermende afdekking van het halfgeleiderelement draagt verder bij aande beoogde lage kostprijs. Deze kombinatie van maatregelen verschafteen, voor surface mounting geschikte halfgeleiderinrichting die tegen delaagst mogelijke kostprijs kan worden vervaardigd en die kwalitatiefniet onderdoet voor conventionele halfgeleiderinrichtingen.

In de volgconclusies zijn een aantal gunstigeuitvoeringsvormen gedefinieerd. Een daarbij de voorkeur verdienendeuitvoeringsvorm vertoont het kenmerk dat de sleuf een breedte heeftzodanig dat het halfgeleiderelement rechtopstaand er in kan wordenopgenomen, dat de elektrische geleiders doorlopen tot in de sleuf, dathet halfgeleiderelement is voorzien van tenminste een kontaktbol en dat het halfgeleiderelement zodanig in de sleuf is geplaatst dat detenminste een kontaktbol in drukkontakt staat met de respectievelijkelektrische geleider(s) op de drager. Er is daarbij geen lijm·* ofsoldeerverbinding van de kontaktplaatsen van het halfgeleiderelement metde geleiders op de drager nodig. Bij voorkeur is daartoe de sleufenigzins taps uitgevoerd, op de wijze die in conclusie 3 is aangegeven.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een werkwijzevoor het vervaardigen van een drager ten behoeve van surface mounting,op welke drager een halfgeleiderinrichting, maar ook een andereelektrische komponent kan worden aangebracht. De drager volgens deuitvinding vertoont het kenmerk, - dat de drager wordt gevormd door middel van extrusie vanthermoplastisch materiaal, respectievelijk door extrusie dan wel trekkenvan laagsmeltend glas, als een staaf van later te scheiden dragers, - dat de dragerstaaf wordt voorzien van een metalisering, - dat de metalisering plaatselijk met behulp van een laser wordtverwijderd, ter vorming van het gewenste patroon van de elektrischegeleiders.

De uitvinding zal aan de hand van de tekening naderworden uiteengezet. In de tekening toont:

Figuur 1 een eerste uitvoeringsvorm van eenhalfgeleiderinrichting volgens de uitvinding,

Figuur 2 een tweede uitvoeringsvorm van de inrichtingvolgens de uitvinding,

Figuur 3 een uitvoeringsvorm volgens de uitvindingwaarbij het halfgeleiderelement is geplaatst in een V-vormige groef,Figuur 4 een uitvoeringsvorm volgens de uitvindingwaarbij een afdekplaat een verbinding tussen een kontaktorgaan van hethalfgeleiderelement en een geleider vormt.

In figuur 1 is een eerste uitvoeringsvorm getoond van eenhalfgeleiderinrichting volgens de uitvinding. Deze en ook de verder tebeschrijven inrichtingen zijn typisch geschikt voor "surface mounting";ze worden veelal aangeduid met de benaming "surface mounting device"ofwel SMD. De in figuur 1 weergegeven halfgeleiderinrichting heeft eendrager 1. In de drager 1 is een doorlopende sleuf 2 aanwezig. De zijwand3 van de sleuf staat loodrecht op het bovenvlak 5 van de drager; dezijwand 4 van de sleuf kan, indien gewenst, met het bovenvlak 5 van de drager en hoek maken die iets groter is dan 90°. Op de drager 1 zijnmetalen geleiders 6 en 7 aangebracht. Deze geleiders verlopen vanuit desleuf 2 over het bovenvlak 5 en zijvlak 8 van de drager naar hetondervlak 10. De op het ondervlak 10 van de drager aanwezige delen 9 vande geleiders 6 en 7 kunnen elektrisch kontakt maken met geleiders op eensurface mounting paneel. In de sleuf 2 is een halfgeleiderelement 11aangebracht, in het weergegeven uitvoeringsvoorbeeld eenhalfgeleiderdiode 11. De diode 11 is rechtopstaand in de sleuf 2geplaatst; hij is met zijn "benedenste" kontaktvlak in aanraking metgeleider 6, en met een op zijn "bovenste" kontaktvlak aangebrachtezilveren kontaktbol 12 in aanraking met geleider 7. Eventueel kan desleuf 2 na het aanbrengen van het halfgeleiderelement 11 worden gevuldmet een beschermende lak, bijvoorbeeld een in vloeibare toestandaangebrachte epoxyhars. Ook kan over het halfgeleiderelement een glasworden aangebracht ter bescherming.

De drager 1 is gevormd uit een thermoplastische kunststofofwel uit een laagsmeltend glas. Het uitgangspunt van de uitvinding iseen goede halfgeleiderinrichting en tevens een zo goedkoop mogelijkemontagetechniek van de drager te verkrijgen. De drager uitthermoplastische kunststof wordt daarbij door extrusie verkregen. Zijnvorm moet dan zijn aangepast aan de extrusietechniek. Bij het in figuur1 getoonde uitvoeringsvoorbeeld - evenals in de verdereuitvoeringsvoorbeelden - is dit het geval; de drager 1 is als eenregelmatig lichaam opgebouwd, de sleuf 2 verloopt in deextrusierichting. Uit een geextrudeerde lengte kunnen een groot aantaldragers worden gevormd; de vervaardigingswijze van de dragers zal hiernameer uitgebreid worden beschreven.

Zoals hiervoor vermeld kan de drager ook bestaan uit eenlaagsmeltend glas. Een dragerstrook uit laagsmeltend glas kanbijvoorbeeld worden verkregen door trekken of door andere, in deglastechnologie bekende werkwijzen. De strook kan in stukken wordenverdeeld, bijvoorbeeld gezaagd, voor het verkrijgen van afzonderlijkedragers. Een eventuele afdekking van het halfgeleiderelement 10 in desleuf 2 kan geschieden bijvoorbeeld met behulp van een nat glas. Eendergelijke glazen drager zal bij voorkeur worden toegepast bij eenmontagepaneel dat vrijwel eenzelfde uitzettingscoëfficient als hetglas bezit; het kan bijvoorbeeld een glasgevuld epoxypaneel zijn of een montagepaneel uit een aluminiumoxyde (A1203). In de verderebeschrijving zal, voor de eenvoud van de beschrijving en slechts bijwijze van voorbeeld, de drager uit thermoplastische kunststof wordenbesproken; een drager uit een laagsmeltend glas vormt, zoals duidelijkzal zijn, eveneens onderwerp van de uitvinding.

Overgaand op de thermoplastische kunststofdragergeschikte materialen daarvoor zijn bijvoorbeeld polyphenyleensulfide(PPS) of polyethersulfon (PES). Ook polymeren bekend onder de merknaamkevlar of Aramide zijn onder andere geschikt. De metallisering die degeleiders 6 en 7 vormt, bestaat bij voorkeur uit zilver, met eenlaagdikte van bijvoorbeeld 10 pm. Zoals is getoond in figuur 1 verlooptde geleidermetallisering dwars op de sleuf 2; hij begint in de sleuf eneindigt op de onderzijde 10 van de drager, en kan zodoende kontakt makenmet bedrading op een surface mounting paneel.

Het halfgeleiderelement 11 kan zonder lijm of soldeer,maar slechts met een drukverbinding in de sleuf 2 worden aangebracht. Inhet getekende uitvoeringsvoorbeeld, waarbij wand 4 van de sleuf schuinverloopt, zal het halfgeleiderelement 11 automatisch klemmend in desleuf worden aangebracht; het toepassen van de kontaktbol 12 uit zilveren het iets aandrukken van het halfgeleiderelement bewerkstelligtkontakt onder een gewenste lichte voorspanning. Deze uitvoering met deenigszins schuine wand 4 leent zich voor thermoplastische materialenzoals polyphenyleensulfide en ook voor glas, daar in deze gevallen hetmateriaal niet elastisch is. Als een materiaal zoals polyethersulfonwordt toegepast, dat enigszins elastisch is, kunnen de wanden 3 en 4 vansleuf 2 beide loodrecht op het bovenvlak 5 van de drager verlopen en opeen onderlinge afstand zijn gelegen die iets geringer is dan de totalehoogte van het halfgeleiderelement 11. Door de drager voor hetaanbrengen van het halfgeleiderelement iets open te buigen, en daarnaterug te laten veren, zal het halfgeleiderelement ook onder lichtevoorspanning in de sleuf worden opgenomen en zal een goede elektrischeverbinding worden gevormd. Het is ook mogelijk om de drager teverwarmen, bijvoorbeeld tot ongeveer 250°C, waarbij hij uitzet, om danhet halfgeleiderelement aan te brengen, dat na afkoeling weer onderlichte voorspanning is opgenomen.

De beschreven halfgeleiderinrichting kan op eenvoudige engoedkope wijze worden vervaardigd. Ten behoeve van het verkrijgen van een thermische uitzettingscoëfficient die in hoge mate overeenkomt metde uitzettingscoëfficient van het surface mounting paneel kan hetmateriaal van drager 1 worden voorzien van een geschikt vulmiddel.

In figuur 1 is een halfgeleiderinrichting met een diodegetoond. De drager kan ook voor bijvoorbeeld een transistor wordentoegepast. Het kontakt aan de achterzijde van het halfgeleiderelementkan dan het collectorkontakt zijn, dat in verbinding staat met geleider 6. Aan de voorzijde van het halfgeleiderelement kunnen dan bijvoorbeeldtwee kontaktbollen uit zilver aanwezig zijn, het basiskontakt en hetemitterkontakt, die in verbinding komen met twee, onderling gescheidengeleiders 7.

Figuur 2 toont een tweede uitvoeringsvorm van eenhalfgeleiderinrichting volgens de uitvinding. Een drager 21 vertoont eensleuf 22. Geleiders 26 en 27 zijn via het bovenvlak 25 en de zijvlakken28 van de drager naar het benedenvlak 30 gevoerd, waar zijkontaktstroken 29 vertonen die in kontakt kunnen worden gebracht metgeleiders op een surface mounting paneel. Een halfgeleiderelement 31 ismet niet getoonde, bijvoorbeeld halfbolvormige kontaktplaatsen met degeleiders 26 en 27 verbonden, bijvoorbeeld door middel van lijmen meteen geleidende lijm of door middel van solderen. Het halfgeleiderelement31 kan weer, bijvoorbeeld met behulp van een beschermende lak wordenbedekt.

De opmerkingen met betrekking tot de inrichting volgensfiguur 1 gelden, voor zover toepasbaar, ook hier. De tekening toont infiguur 2 een halfgeleiderdiode. Het principe van de weergegevenuitvoeringsvorm leent zich evenwel ook uitstekend voor toepassing vangeïntegreerde schakelingen. Daarbij zijn dan een aantal gescheidengeleiders 26 en een aantal gescheiden geleiders 27 aanwezig. Eventueelkan het I.C. in een verdieping van het bovenvlak 25 worden aangebracht.

In figuur 3 is een uitvoeringsvorm weergegeven die zichvoor diodes, maar ook voor transistoren leent. Een drager 41 heeft een Vvormige sleuf 42 elektrische geleiders 46 en 47 strekken zich vanuit desleuf 42 uit over het bovenvlak 45 en de zijvlakken 48 van de drager, envormen op het ondervlak 50 kontaktorganen 49. Een halfgeleiderelement51, bijvoorbeeld een diode, is in de V-vormige gleuf opgenomen. Aan deonderzijde kan de diode bijvoorbeeld met behulp van een zilverenkontaktbol in verbinding staan met de geleider 47. Aan de bovenzijde kan met behulp van een geleidende lijm 52 een verbinding met geleider 46 totstand worden gebracht. Als een transistor wordt toegepast, kunnenbijvoorbeeld twee gescheiden geleiders 47 worden aangebracht.

Een verdere uitvoeringsvorm is weergegeven in figuur 4.

Een drager 61 vertoont een sleuf 62. Geleiders 66 en 67 verlopen vanafhet bovenvlak 65 via een zijvlak naar de onderzijde 70 en vanuit hetbodemvlak van sleuf 62 via het boven- en zijvlak naar het gebied 69 aande onderzijde van de drager. Het halfgeleiderelement 71 is met zijnonderzijde op geleider 67 in de bodem van sleuf 62 geplaatst. Eenafdekplaat 73, met een metalen geleider 74 verbindt een kontaktplaats 72op de bovenzijde van het halfgeleiderelement 71 met de geleider 66 op dedrager.

De uitvinding heeft ook betrekking op een werkwijze voorhet vervaardigen van een drager die onder andere geschikt is voor hetopnemen van een halfgeleiderelement, maar die ook andere elementen,zoaalsbijvoorbeeld passieve componenten kan opnemen. Zoals hiervoor isaangegeven, wordt dit aspect van de uitvinding beschreven met betrekkingtot dragers uit een thermoplastische kunststof, maar heeft de uitvindingook betrekking op dragers vervaardigd uit een laagsmeltend glas.

In principe bestaat de werkwijze volgens de uitvinding,waarbij een zeer goedkope vervaardiging van voor surface mountinggeschikte dragers mogelijk wordt gemaakt en waarbij het aanbrengen vandraadverbindingen naar bijvoorbeeld een halfgeleiderelement en hetuitgebreid omhullen daarvan overbodig is, uit de volgende stappen: a)het door middel van extrusie vormen van een, in een groot aantal dragerste verdelen dragerstaaf; b) het van een metallisering voorzien van dedragerstaaf en c) het plaatselijk met behulp van een laser verwijderenvan de metallisering, ter verkrijging van een gewenst geleiderpatroon.

Meer in het bijzonder worden de dragers op de hiernaaangegeven wijze vervaardigd.

- het voor de drager toe te passen materiaal bijvoorbeeld het hierbovenvermelde PPS of PES in korrelvorm, wordt aan de extrusieinrichtingtoegevoerd en een in principe eindloze band met de gewenste dragervormwordt door de extrusie-inrichting gevormd, - de verkregen band wordt bij voorkeur geruwd bijvoorbeeld activeren meteen corona-behandeling, en dan electroless bekiemd met metaal, - met een laserbehandeling wordt het patroon van de geleiders gevormd door het weghalen van metaal; aan de onderkant van de band mag hetmetaal in het middendeel eventueel doorlopen, na de vervaardiging kandaar een sleuf worden gefreesd met een diepte van bijvoorbeeld 50 pm. Deverbinding tussen de geleiders wordt dan daar ter plaatse verbroken endoor toepassing van de sleuf kan een gunstiger verbinding met eendragerpaneel worden verkregen bij toepassing van lijmdruppel, - de in patroon gebrachte kiemmetallisering wordt galvanisch verdikt,bijvoorbeeld aanbrengen van zilver of koper met een dikte vanbijvoorbeeld 10 pm, - de halfgeleiderelementen worden bedekt met een snel-uithardende lak,bijvoorbeeld een epoxy, - met een meetmachine worden nog aan de band, dehalfgeleiderinrichtingen doorgemeten, - de halfgeleiderinrichtingen worden gesepareerd, bijvoorbeeld doorzagen of doorsnijden van de band.

Op de hier aangegeven wijze worden in een eenvoudigebewerking goedkope halfgeleiderinrichtingen van goede kwaliteit, voor detoepassing bij surface mounting techniek verkregen. De afmetingen kunnendaarbij zeer gering zijn; voor dioden en transistoren zijn de afmetingenvan de dragers bijvoorbeeld 2 mm x 1,25 mm x 0,8 mm.

Het zal duidelijk zijn dat de in de tekening weergegevenuitvoeringen slechts als voorbeeld zijn bedoeld en dat binnen het kadervan de uitvinding variaties mogelijk zijn. Het zal ook duidelijk zijndat volgens de werkwijze van de uitvinding vervaardigde dragers ooktoepassing kunnen vinden voor surface mounting devices die geenhalfgeleiderelement bevatten maar bijvoorbeeld passieve elementen.

Claims (11)

1. Halfgeleiderinrichting bevattende een drager en een op dedrager aangebracht halfgeleiderelement, welke drager elektrischegeleiders vertoont die van de bovenzijde van de drager via zijnzijwanden naar de onderzijde verlopen en daar aansluitplaatsen vormen,met het kenmerk - dat de drager bestaat uit een thermoplastische kunststof,respectievelijk uit een laagsmeltend glas, welke drager is gevormd doorextrusie van de thermoplastische kunststof respectievelijk door extrusiedan wel trekken van het laagsmeltende glas, - dat de drager aan zijn bovenzijde een doorlopende sleuf vertoont diedwars op de richting van de geleiders is gelegen, - dat een halfgeleiderelement, voorzien van kontaktplaatsen, draadloosmet de geleiders op de drager in verbinding staat, en - dat het halfgeleiderelement wordt beschermd door een kunststofbedekking, zoals een vloeibaar aangebrachte epoxy, dan wel dooreen bedekking van glas.

2. Halfgeleiderinrichtingen volgens conclusie 1, met hetkenmerk, dat de sleuf een breedte heeft zodanig dat hethalfgeleiderelement rechtopstaand er in kan worden opgenomen, dat deelektrische geleiders doorlopen tot in de sleuf dat hethalfgeleiderelement is voorzien van tenminste een kontaktbol en dat hethalfgeleiderelement zodanig in de sleuf is geplaatst dat de tenminsteeen kontaktbol in drukkontakt staat met de respectievelijk elektrischegeleider(s) op de drager.

3. Inrichting volgens conclusie 2 met het kenmerk dat eenvan de wanden van de sleuf met het bovenvlak van de drager onder eenrechte hoek verloopt en dat de andere wand van de sleuf met hetbovenvlak verloopt onder een hoek die iets groter is dan 90°.

4. Inrichting volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk dater tenminste een kontaktbol uit zilver bestaat.

5. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat hethalfgeleiderelement in zijn lengterichting dwars boven de sleuf isgeplaatst, en met kontaktbollen is verbonden met de respectievelijkegeleiders.

6. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 5 met het kenmerk, dat de kontaktbollen met de geleiders zijn verbonden met behulpvan een elektrisch geleidende lijm.

7. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 1, met hetkenmerk, dat het halfgeleiderelement in de sleuf is geplaatst met op deonderzijde aanwezige kontaktbol(len) in verbinding met daar aanwezigegeleider(s), en met aan de bovenzijde aanwezige kontaktbol(len) doormiddel van een metalen strook verbonden met daar aanwezige geleider(s).

8. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 1, met hetkenmerk, dat de sleuf V-vormig is uitgevoerd, dat hethalfgeleiderelement met een of meer kontaktbollen aan een of meergeleiders is verbonden en dat een kontaktplaats van hethalfgeleiderelement met een geleidende lijm aan een verdere geleider isverbonden.

9. Werkwijze voor het vervaardigen van een drager tenbehoeve van surface mounting, welke drager elektrische geleidersvertoont die van de bovenzijde van de drager, via zijn zijwanden, naarde onderzijde verlopen en daar aansluitplaatsen vormen, met het kenmerk, - dat de drager wordt gevormd door middel van extrusie vanthermoplastisch materiaal, respectievelijk door extrusie dan wel trekkenvan laagsmeltend glas, als een staaf van later te scheiden dragers, - dat de dragerstaaf wordt voorzien van een metallisering, - dat de metallisering plaatselijk met behulp van een laser wordtverwijderd, ter vorming van het gewenste patroon van de elektrischegeleiders.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, - dat de gevormde dragerstaaf wordt geruwd, bijvoorbeeld geactiveerd meteen corona-behandeling, - dat de dragerstaaf electroless wordt bekiemd met een metaal, - dat na het plaatselijk verwijderen van de bekiemde metalisering hetovergebleven patroon van geleiders galvanisch wordt verdikt.

11. Werkwijze volgens conclusie 9 of 10, met het kenmerk, datna het vormen van het geleiderpatroon en het galvanisch verdikkenhalfgeleiderelementen worden aangebracht, dat de halfgeleiderelementenworden afgedekt met een snel uithardende lak, bijvoorbeeld een epoxy,respectievelijk met een glas, dat de zich nog in de dragerstaafbevindende halfgeleiderinrichtingen worden doorgemeten en dat daarna dehalfgeleiderinrichtingen onderling worden gescheiden, bijvoorbeeld doorzagen of doorsnijden van de staaf.