DE2202802B2 - Halbleiteranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper, dessen Kontaktstellen mit Enden metallener Leiterbahnen auf einer biegsamen Folie aus isolierendem Kunststoff verbunden sind.

Es ist bekannt (US-PS 34 40 027), bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen isolierende Folien mit Leiterbahnen zu verwenden. Auf einer derartigen Folie läßt sich eine Vielzahl von Mustern von Leiterbahnen anbringen, wonach beispielsweise eine Reihe von Mustern aus der Folie geschnitten und ein Halbleiterkörper auf jedem Muster von Leiterbahnen kontaktiert wird. Ein Folienteil mit einem einzigen Muster von Leiterbahnen, auf dem ein Halbleiterkörper befestigt ist, läßt sich nun mit starken metallenen Leitern versehen und das Ganze kann in einer Umhüllung aus Kunststoff untergebracht werden. Ein derartiges Herstellungsverfahren kann die Fertigungskosten beschränken und ein verhältnismäßig billiges Erzeugnis ergeben.

Weiter ist ein Halbleiterbauelement bekannt (US-PS 33 74 537), bei dem ein Glassubstrat mit Leiterbahnen versehen ist deren einander zugewandte Enden mit Kontaktflächen des Halbleiterkörpers verbunden sind.

An den anderen Enden der Leiterbahnen sind quer zum Glassubstrat verlaufende Stromzuführungsdrähte befestigt Das Glassubstrat mit dem Halbleiterkörper und ein Teil der Stromzuführungsdrähte sind mit einer Kunstoffhülse versehen. Diese bekannte Ausführung ist jedoch technisch ziemlich aufwendig.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiteranordnung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß der Halbleiterkoi per mit minimalern Fertigungsaufwand in ein sehr einfaches, aber stabiles Gehäus unter Verwendung der Folie eingeschlossen ist das geeignet ist, auf einer Platte mit einer gedruckten Verdrahtung angeordnet zu werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Folie samt Halbleiterkörper ist an der einen Seite durch die Trägerplatte schützend abgedeckt. An der anderen Seite wird die Folie dadurch vor Beschädigung geschützt, daß sie zwischen den Stromzuführungsstiften liegt, die beispielsweise in zwei Reihen angeordnet sind. Der Halbleiterkörper selbst kann vor der Befestigung der Folie auf der Trägerplatte an der wirksamen Seite mit einer Schutzschicht versehen sein, so daß Feuchtigkeit und Schmutz der Umgebung die Wirkung nicht beeinträchtigen können. Die Kosten dieser Halbleiteranordnung sind sehr niedrig, ohne daß die Betriebssicherheit gefährdet wird.

Bei der Weiterbildung gemäß Anspruch 2 kann die Folie völlig flach an der Trägerplatte liegen. Die Rückseite des Halbleiterkörpers kann beispielsweise mittels einer in der öffnung angeordneten Kunststoff· abdeckung geschützt werden.

Bei der Weiterbildung gemäß Anspruch 3 ermöglicht es der Kühlkörper, dessen Vorsprung beispielsweise wärmeleitend und gegebenenfalls elektrisch leitend mit

der Rückseite des Halbleiterkörper» verbunden ist, bei diesem einfachen Gehäuse eine große Leistung im Halbleiterkörper zu erzeugen, wobei ein starker Temperaturanstieg des Halbleiterkörpers vermieden wird. Weiter erhält die Halbleiteranordnung durch den Kühlkörper eine zusätzliche Festigkeit und der Kühlkörper schützt die Rückseite; des Kristalls und den der öffnung in der Trägerplatte zugewandten Folienteil.

Damit die Halbleiteranordnung in öffnungen einer Platte mit gedruckter Verdrahtung gesteckt werden kann, wobei dennoch die Trägerplatte in einem Abstand von der Printplatte bleibt, kann die Anordnung mit einem in Richtung der Stromzuführungsstifte ragenden Anschlagelement versehen sein.

Bei der Weiterbildung gemäß Anspruch 4 wird eine i~> sehr günstige Wärmeabfuhr erhalten, die Trägerplatte besonders gut geschützt und der untere Rand jedes der Schenkel des U sind als Anschlag bei der Montage der Halbleiteranordnung in einer mit öffnungen versehenen Platte mit gedruckter Verdrahtung wirksam.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sip.1 in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

F i g. 1 bis 3 zeigt eine biegsame Kunststoffolie und eine Trägerplatte, auf der die Folie befestigt wird. Die η Folie 1 besteht aus einem Kunststoff, der elektrisch isolierend ist und einer Temperatur bis 450⁰C ausgesetzt werden kann, wie ein Polyimid; die Folie kann eine Stärke von beispielsweise 25 μΐη haben. Auf dieser Folie ist ein Muster aus metallenen Leiterbahnen jo 2 angebracht Dieses kann mittels einer lichtempfindlichen Substanz erfolgen, die nach Belichtung imstande ist, Metallkeime aus einer Lösung von Metallsalzen, wie Quecksilbersalzen, Silber-, Gold-, Platin- und Paladiumsalzen, zu liefern. Das entstandene Keimmuster kann beispielsweise durch stromloses Niederschlagen von Kupfer und gegebenenfalls durch nachfolgendes galvanisches Anwachsen verstärkt werden. Das Metallbahnenmuster kann auch auf eine andere Art und Weise erhalten werden, und zwar beispielsweise durch Aufdampfen einer Schicht des gewünschten Metalls auf die Folie, wobei die nicht zu metallisierenden Stellen mit Hilfe eines Photoätzverfahrens entfernt werden. Der in F i g. 1 dargestellte Folienteil wird vorzugsweise durch Ausschneiden aus einer großen Folie, auf der die ·»■-, Leiterbahnen 2 in Reihen und Spalten angebracht sind, erhalten.

Auf der Folie 1 wird ein scheibenförmiger Halbleiterkörper 3 befestigt, der beispielsweise eine integrierte Schaltung enthält. Der Halbleiterkörper ist mit metallenen Kontaktflächen 4 versehen, die etwas über die Scheibenoberfläche herausragen. Diese Kontaktflächen 4 werden mit den inneren Enden der Leiterbahnen 2 verlötet, gegebenenfalls ultraschallverschweißt. Vorzugsweise wird nun die mit Kontakten versehene Seine ,, des Halbleiterkörpers, die der Folie zugewandt ist, mit einem Passivierungsmittel 5 bedeckt. Dazu wird vorzugsweise ein lösungsmittelfreies Gemisch aus einem Amino-Alkyl-Silan mit einem Epoxidharz verwendet, welches eine ausgezeichnete passivierende no Wirkung hat Es ist vor dem Aushärten dünnflüssig und saugt sich folglich durch Kapillarwirkung in den einige Mikrometer breiten Spalt zwischen der Folie und dem Halbleiterkörper. Außerdem weist es die besonders günstige Eigenschaft auf, daß es nach dem Aushärten als b'. ausgezeichnetes Haftmittel wirksam ist. Auf diese Weise wird eine sehr gute Haftung zwischen Halbleiterkörper 3 und Folie 1 erhalten, wobei zugleich vermieden wird, daß Feuchtigkeit and Schmutz bis ?.ur wirksamen Seite des Halbleiterkörpers vordringen können. Der Halbleiterkörper kann bei Bedarf mit einer passivierenden Glasschicht bedeckt werden.

Die Trägerplatte 6, siehe Fig.3, besteht aus Isoliermaterial, beispielsweise aus Hartpapier oder einem keramischen Material. Durch die Trägerplatte 6 sind Stromzuführungsstifte 7 hindurchgeführt die an einer Seite aus der Trägerplatte herausragen. An dieser Seite ist die Oberfläche der Trägerplatte 6 mit Leiterbahnen 8 versehen, die beispielsweise aus einer 25 μπι dicken Kupferschicht bestehen können, die mit einer dünnen gut lötbaren Metallschicht, wie Blei-Zinn oder Nickel-Gold, bedeckt ist Die Leiterbahnen 8 sind an einem Ende mit den Stromzuführungsstiften 7 elektrisch verbunden, beispielsweise durch Verlötung. Die anderen Enden sind in einem Muster angeordnet, das den vom Halbleiterkörper 3 abgewandten Enden der Leiterbahnen 2 auf der isol'srenden Folie 1 entspricht

Die Folie 1 mit dem Halbleiterkörper 3 wird nun auf der Trägerplatte 6 angeordnet, wobei die Folie zwischen den Stromzuführungsstiften 7 liegt, dergestalt, daß der Halbleiterkörper 3 und die Leiterbahnen 2 auf der Foiie der mit den Leiterbahnen 8 versehenen Trägerplattenoberfläche zugewandt sind. Die aufeinanderliegender) Enden der Leiterbahnen 2 und 8 werden miteinander verlötet

Die auf diese Weise entstandene Halbleiteranordnung von der eine Seitenansicht in F i g. 4 dargestellt ist, ist nun einbaufertig. Der Aufbau ist sehr einfach, die Halbleiteranordnung ist in Massenfertigung herstellbar und bietet einen ausreichenden Schutz des Halbleiterkörpers 3 und der Folie. Die zwischen den Stromzuführungsstiften 7 liegende Folie mit dem Halbleiterkörper wird von den Stiften vor Beschädigung geschützt. Feuchtigkeit und Schmutz können infoige des Passivierungsmittels den Halbleiterkörper nicht erreichen. Die Stromzuführungsstifte können derart angeordnet sein, daß diese Halbleiteranordnung in öffnungen einer Platte mit einer gedruckten Verdrahtung befestigt werden kann.

In Fig.5 ist eine ähnliche Halbleiteranordnung dargestellt, wobei jedoch in der Mitte der Trägerplatte 9 eine hindurchgehende öffnung 10 vorhanden ist. Der Halbleiterkörper 3 liegt nun nicht mit der Rückseite gegen die Trägerplatte, sondern in der öffnung 10. Auf diese Weise ist die Folie 1 nicht gespannt und gekrümmt, sondern sie liegt flach gegen die Trägerplatte. Zum Schutz der Rückseite des Halbleiterkörpers kann der Hohlraum 10 beispielsweise mit einem schützenden Kunststoff angefüllt sein.

Fig.δ zeigt eine ähnliche Ausführung wie Fig.5. Hier ist jedoch eine Kühlplatte 11 als Gehäusebestandteil vorgesehen, die sich über die von den Stromzuführungsstiften 7 abgewandte Oberfläche der Trägerplatte 9 erstreckt. Die Kühlplatte U enthält einen Vorsprung 12, der bis an die Rückseite des Halbleiterkörpers ragt und vorzugsweise daran befestigt ist, beispielsweise mit Hilfe einer wärmeleitenden und gegebenenfalls elektrisch leitenden Substanz wie Klebstoff bzw. Zinnlot. Die Kühlplatte 11 kann auf beliebige Weise an der Trägerplatte 9 befestigt sein, beispielsweise durch Verkleben. Auch kar ,i sie mit einer an der Oberseite der Trägerplatte vorgesehenen Metallfläche verlötet sein. Diese Kühlplatte, die normalerweise aus Aluminium oder Kupfer besteht, macht die Anordnung stabiler, zugleich kann der Halbleiterkörper wesentlich höher

belastet werden als ohne Verwendung der Kühlplatte.

Eine günstige Ausführungsform der Halbleiteranordnung ist in Fi g. 7 dargestellt. Dabei ist eine Trägerplatte 9 mit einem Hohlraum 10 vorhanden, in den der Halbleiterkörper fällt. Die Kühlplatte 13 ist im wesentlichen U-förmig ausgebildet. Die Schenkel 14 der Kühlplatte sind in Richtung der Stromzuführungsstifte 7 abgebogen und ragen bis etwas unter die Trägerplatte 9 heraus. In dem gegen die obere Seite der Trägerplatte liegenden Teil der Kühlplatte ist ein durchgeprägter Teil 15 vorgesehen, der bis an den Halbleiterkörper 3 ragt. Dieser Teil kann wieder wärmeleitend und gegebenenfalls elektrisch leitend mit dem Halbleiterkörper verbunden sein. Die Schenkel 14 sind an einigen unter der Trägerplatte 9 liegenden Stellen etwas eingedrückt, wodurch Vorsprünge 16 entstehen, so daß die Kühlplatte 13 fest mit der Trägerplatte 9 verbunden ist.

anordnung sogar kleiner sein kann, da die Schenkel 20 nicht aus der Trägerplatte herausragen.

Es kann, um eine äußerst große Wärmeabfuhr zu erreichen, noch ein zusätzliches Kühlelement 23 verwendet werden, wie es in Fig. 10 dargestellt ist. Zwischen den Schenkeln 20 der Kühlplatte 19 ist der Sockel eines mit Kühlrippen versehenen Kühlelementes 23 angeordnet. Dieses Kühlelement kann beispielsweise aus Aluminium bestehen und läßt sich auf einfache Weise durch Tiefziehen herstellen. Es kann beispielsweise klemmend in der Kühlplatte 19 befestigt werden, und zwar dadurch, daß Teile der Schenkel 20 gegen den Sockel des Kühlelements gedrückt werden.

Es kann erforderlich sein, daß es eine elektrische Verbindung zwischen der Kühlplatte und einer der Kontaktstellen des Halbleiterkörpers gibt. Dieses läßt sich auf verschiedene Weise ermöglichen. So kann an

l»ic dui UiCSC TT eise gcuiiucic nuii^iauc Mai eilte seilt große Kühlwirkung. Weiter bildet sie eine ausgezeichnete Schutzhaube für die Trägerplatte mit der darauf befestigten Folie und macht die gesamte Anordnung besonders stabil. Die unteren Enden der Schenkel 14 können als Anschlag bei der Montage der Anordnung in öffnungen einer Platte mit aufgedruckter Verdrahtung wirksam sein, so daß die untere Seite der Trägerplatte und die Folie dann nicht gegen die Platte mit aufgedruckter Verdrahtung drücken können.

Die F i g. 8 und 9 zeigen eine andere Ausführungsfonn einer Halbleiteranordnung mit einer sehr günstig wirkenden Kühlplatte 19. Die Trägerplatte 17 ist dabei mit zwei weiteren vorzugsweise kreisförmigen öffnungen 18 versehen. Die Kühlplatte 19 ist wieder U-förmig ausgebildet. Die Schenkel 20 sind nun jedoch nach oben gerichtet. Die Kühlplatte weist weiter einen durchgeprägten Teil auf, der mit 21 bezeichnet ist. Dieser Teil 21 ragt bis an den Halbleiterkörper 3 und ist wärmeleitend und gegebenenfalls elektrisch leitend daran befestigt. Die Kühlplatte 19 ist mit zwei ringförmigen Vorsprüngen 22 versehen. Die Befestigung der Kühlplatte 19 an der Trägerplatte 17 erfolgt vorzugsweise durch Falzen der ringförmigen Vorsprünge 22 in den öffnungen 18 der Trägerplatte. Bei Verwendung dieser Kühlplatte ist die Kühlleistung ebenso günstig wie bei der Ausführungsform nach F i g. 7, wobei die Breite der Halbleiter-

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Trägerplatte ein Leiter angeordnet werden, der durch Verlötung mit der Kühlplatte sowie mit einem Leiterstift verbunden ist. In Fig. 7 ist ein derartiger Leiter 24 als Beispiel gestrichelt dargestellt.

Es ist auch möglich, die Kühlplatte mit einer Zunge zu versehen, die beispielsweise in Fig.8 gestrichelt dargestellt und mit 25 bezeichnet ist. Diese Zunge ist mit einer der Leiterbahnen 8 auf der Trägerplatte verbund·...!. Die Zunge kann auch derart ausgebildet werden, daß eine der Leiterbahnen der Folie 1 daran befestigt wird.

Fig. 11 zeigt die Stanzstruktur uner Kühlplatte, die beispielsweise bei einer Halbleiteranordnung das in Fig.8 bis 10 dargestellten Typs verwendet werden kann. Die Schenkel 20 werden nach oben gebogen. Die Teile 26 dienen dazu, gegen das zusätzliche Kühlelement 23 gedrückt zu werden und dieses festzuklemmen. Die Vorsprünge 27 werden nach unten abgewinkelt, und zwar in Richtung der Stromzuführungsstifte, und bilden einen Anschlag bei der Montage der Halbleiteranordnung auf einer Platte mit einer gedruckten Verdrahtung. Die Zunge 25 wird auf die in F i g. 8 dargestellte Art und Weise abgewinkelt und an einer der Leiterbahnen der Trägerplatte oder der Folie 1 elektrisch leitend befestigt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche;

1. Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper, dessen Kontaktstellen mit Enden metallener Leiterbahnen auf einer biegsamen Folie aus isolierendem Kunststoff verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteranordnung eine isolierende Trägerplatte (6,9,17) aufweist, die auf einer der Hauptflächen mit einem Muster metallener Leiterbahnen (8) versehen ist, wobei Stromzuführungsstifte (7) seitlich durch die Trägerplatte hindurchgeführt und mit den Enden der Leiterbahnen (8) elektrisch verbunden sind, daß die Kunststoffolie (1) mit dem darauf befestigten Halbleiterkörper (3) zwischen den Stromzuführungsstiften (7) liegt, den Halbleiterkörper (3) und die Leiterbahnen (2) zu den metallenen Leiterbahnen (8) hin gerichtet, wobei die vom Halbleiterkörper (3) abgewandten Enden der Leiterbahnen (2) auf der Kunststoffolie (1) mit den von den Stromzuführungsstiften (7) abgewandten Enden der Leiterbahnen (8) auf der Trägerplatte elektrisch und mechanisch verbunden sind.

2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (6) mit einer öffnung (10) versehen ist, in dir der Halbleiterkörper (3) liegt.

3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühlplatte (11; 13,19) mit der Trägerplatte (6, 9) verbunden ist, wobei die Kühlplatte sic:< wenigstens über einen Teil der vom Leitermuster abgewandten H?".ptfläche der Trägerplatte erstreckt und einen herausragenden Teil aufweist, der in der Öffnung (10)^er Trägerplatte (9) bis an die Rückseite des Halbleiterkörpers (3) ragt

4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatte (13) U-förmig ausgebildet ist, wobei die Schenkel des U in Richtung der Stromzuführungsstifte (7) weisen und jenseits der Trägerplatte (9) liegende Stellen der Schenkel bis unter die Trägerplatte durchgedrückt sind, um die Kühlplatte (13) an der Trägerplatte (7) zu befestigen.

5. Halbleiteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (7) mit wenigstens zwei weiteren öffnungen (18) versehen ist, während die Kühlplatte (19) wenigstens zwei ringförmige Vorsprünge (22) enthält, die in den genannten öffnungen der Trägerplatte befestigt sind.

6. Halbleiteranordnung nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatte (19) Teile (20) aufweist, die in einer den Stromzuführungsstiften (7) entgegengesetzten Richtung abgebogen sind.

7. Halbleiteranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Teilen (20) der Kühlplatte (19) ein mit Kühlrippen versehenes, Kühlelement befestigt ist.

8. Halbleiteranordnung nach einem der AnsprO ehe 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf der vom Leitermuster (8) abgewandten Seite der Trägerplatte (6) ein Stromleiter (24) befindet, der mit der Kühlplatte (13) sowie mit einem der Stromzuführungsstifte (7) verbunden ist

9. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatte (19) mit einer Zunge (25) versehen ist, die

zur Unterseite der Trägerplatte (17) hin abgewinkelt und dort mit einer der Leiterbahnen (2) der Kunststoffolie (1) oder mit einer der Leiterbahnen (8) der Trägerplatte verbunden ist