DE2202802A1

DE2202802A1 - Halbleiteranordnung

Info

Publication number: DE2202802A1
Application number: DE19722202802
Authority: DE
Inventors: Herman Budde
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1971-02-05
Filing date: 1972-01-21
Publication date: 1972-08-17
Also published as: AU3853872A; NL7101600A; JPS4845174A; AU466735B2; CA956731A; CH538194A; FR2124487A1; FR2124487B1; IT947244B; GB1375054A; DE2202802B2; NL164425B; JPS5329071B2; NL164425C

Description

Patsntcssessor PHN. 5²H 2.

Anmelder: N.V. PHiUFS' GLOEiLAMPENFABRIEKEN WN/EVH.

Akte: PHN- 5412 Anmeldung vomi 20ο 1 ·72

Halbleiteranordnung·

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper, dessen Kontaktstellen mit Enden metallener Leiterspuren auf einer biegsamen isolierenden Folie aus Kunststoff verbunden sind«

Es ist bekannt, bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen isolierende Folien mit HaIbIeiterspuren zu verwenden. Auf einer derartigen Folie lässt sich eine Vielzahl von Mustern von Leiterspuren anbringen, wonach beispielsweise eine Reihe von Mustern aus der Folie geschnitten und ein Halbleiterkörper auf jedem Muster von Leiterspuren kontaktiert wird· Ein Folienteil mit einem einzigen Muster von Leiterspuren, auf dem ein Halbleiterkörper befestigt ist, lässt sich nun mit starken metallenen Leitern versehen und das Ganz· kann in einer Umhüllung aus synthetischem Kunststoff

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untergebracht werden* Ein derartiges Herstellungsverfahren kann die Fertigungskosten beschränken und ein verhältnismassig billiges Erzeugnis ergeben·

Die Erfindung bezweckt nun, eine Halbleiteranordnung zu schaffen, wobei die Folie mit dem darauf befestigten Halbleiterkörper in ein sehr einfaches aber solides und festes Gehäuse aufgenommen ist, das sich dazu eignet, in einer Platte mit gedruckter Verdrahtung angeordnet zu werden und wobei die Fertigungskosten auf ein Minimum beschränkt sind. Dazu enthalt nach der Erfindung die Halbleiteranordnung eine isolierende Trägerplatte, die auf einer der Hauptflächen mit einem Muster metallener Leiter versehen ist, wobei Stromzuführungsstifte durch die Trägerplatte hindurchgeführt sind, welche Stifte mit Enden der Leiter elektrisch verbunden sind und im wesentlichen an der Seite der Leiter aus der Trägerplatte herausragen, wobei die Folie mit dem darauf befestigten Halbleiterkörper zwischen den Stromzuführungsstiften liegt, den Halbleiterkörper und die Leiterspuren zu den metallenen Leitern gerichtet, wobei die vom Halbleiterkörper abgewandten Enden der Leiterspuren mit den von den Stromzuführungsstiften abgewandten Enden der Leiter auf der Trägerplatte auf elektrische sowie mechanische Weise verbunden sind*

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 StromzufUhrungsstiften liegt, die beispielsweise in zwei Reihen angeordnet sind. Der Halbleiter-

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körper 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 einer AusfUhrungsform nach der Erfindung ist die Tragerplatte mit einer Oeffnung versehen, in der der Halbleiterkörper liegt. Die Folie kann dann völlig flach gegen die Tragerplatte liegen. Die Rückseite des Halbleiterkörper kann beispielsweise mittels einer in der Oeffnung angeordneten Kunststoffabdeckung geschützt werden.

Bei einer weiteren AusfUhrungsform ist nach der Erfindung ein Kühlkörper mit der Tragerplatte verbunden, welcher Körper sich wenigstens über einen Teil der vom Leitermuster abgewandten Hauptfläche der Tragerplatte erstreckt und welche Flache mit einem herausragenden Teil versehen ist, der in der Oeffnung der Trägerplatte bis an die Rückseite des Halbleiterkörpers ragt. Der Kühlkörper, dessen Vorsprung beispielsweise wärmeleitend und gegebenenfalls elektrisch leitend mit der Rückseite des Halbleiterkörpers verbunden ist, ermöglicht es bei diesem einfachen Gehäuse eine grosse Leistung im Halbleiterkörper zu erzeugen , wobei ein starker Temperaturanstieg des Halbleiterkörpers vermieden wird, Veiter erhält die Halbleiteranordnung durch den Kühlkörper eine zusätzliche Festigkeit und der Kühlkörper schützt die Rückseite des Kristalls und den der Oeffnung in der Trägerplatte zugewandten Folienteil. 20983A/1032

Damit die Halbleiteranordnung in Oeffnungen einer Printplatte 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 einer günstigen AusfOhrungsform nach der Erfindung ist der Kühlkörper U-förmig ausgebildet, wobei die Schenkel des U in der Richtung der Stromzuführungsstifte ragen und jenseits der TrSgerplatte liegende Stellen der Schenkel bis unter die Tragerplatte durchgedrückt sind und zwar zur Befestigung des Kühlkörpers an der TrSgerplatte. Dabei wird eine 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 Oeffnungen versehenen Printplatte wirksam.

Bei einer anderen günstigen Ausführungsform ist die Trägerplatte mit wenigstens zwei weiteren Oeffnungen versehen, während der Kühlkörper wenigstens zwei ringförmige Vorsprünge enthält, die in den genannten Oeffnungen der Trägerplatte befestigt sind. Dabei wird eine einfache und gut funktionierende Befestigung des Kühlkörpers mit der Trägerplatte erhalten·

Bin Kühlkörper kann weiter Flansche enthalten, die in einer von den Stromzuführungsstiften abgewandten Richtung ragen. Diese Plansche ergeben eine zusätzliche Kühlung für die Halbleiteranordnung. Weiter kann die Breite des Kühlkörpers gering sein; günstig ist eine Breite, die

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maximal der Breite der Trägerplatte entspricht. Die Halbleiteranordnung beansprucht dann bei der Montage auf einer Printplatte möglichst wenig Raum.

Falls eine äusserst grosse Leistung erwünscht ist, kann zwischen den Planschen des Kühlkörpers ein weiteres mit Kühlrippen versehenes Kühlelement befestigt sein. Der Sockel des Kühlkörpers kann klemmend zwischen den Flanschen befestigt werden.

Bei einer weiteren Ausführungsforra befindet sich auf der vom Leitermuster abgewandten Seite der Trägerplatte ein Stromleiter, der mit der Kühlplatte sowie mit einem der Stromzuführungsstifte verbunden ist. Dadurch entsteht eine elektrische Verbindung der Kühlplatte mit einer der Kontaktstellen der Halbleiteranordnung.

Dazu kann die Kühlplatte auch mit einer Zunge versehen sein, die nach der Folienseite der Trägerplatte abgewinkelt ist und dort mit einer der Leiterspuren der Folie oder mit einem der Leiter der Trägerplatte verbunden sein kann'·

AusfUhrungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. '

Fig. 1-3 zeigt einen biegsamen Folienteil bzw. eine Trägerplatte, welcher Folienteil auf der Trägerplatte befestigt werden muss. Die Folie 1 besteht aus einem Kunststoff, der elektrisch isolierend ist und eine hohe Temperatur bis 450*C bestehen kann, wie ein Polyimid; die Folie kann eine Stärke von beispielsweise 25/um haben. Auf dieser

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Folie ist ein Letternruster aus Metall spuren 2 angebracht. Dies kann mittels einer lichtempfindlichen Verbindung erfolgen, die nach Belichtung imstande ist, Metallkeime aus einer Lösung von Metallsalzen, wie Merkurosalzen, Silber-, Gold-, Platin- und Paladiumsalzen zu liefern. Dieses Keimbild kann beispielsweise durch spannungsfreies Niederschlagen von Kupfer und gegebenenfalls durch nachfolgendes galvanisches Anwachsen verstärkt werden. Das Metallspurenmuster kann auch auf eine andere Art und Weise erhalten werden und zwar beispielsweise durch Aufdampfen einer Schicht des gewünschten Metalls auf der Folie, wobei die nicht zu metallisierenden Stellen mit Hilfe eines PhotoBtzverfahrens durch Aetzen entfernt werden* Es dürfte einleuchten, dass der dargestellte Folienteil vorzugsweise durch Ausschneiden aus einer grossen Folie, auf der die Leiterspuren 2 in Reihen und Spalten angebracht sind, erhalten wird.

Auf der Folie 1 wird ein scheibenförmiger Halbleiterkörper 3 befestigt, der beispielsweise eine integrierte Schaltung enthalt. Der Halbleiterkörper ist mit metallenen Kontaktstellen k versehen, die etwas über die ScheibenoberflMche herausragen. Diese Kontaktstellen k werden mit den inneren Enden der Metallspuren 2 verlötet, gegebenenfalls ultraschallverschweisst. Vorzugsweise wird nun die wirksame Seite des Halbleiterkörpers, die der Folie zugewandt ist, mit einem Passivierungsmittel 5 bedeckt. Dazu wird vorzugsweise ein lösungsmittelfreies Gemisch aus einem Amino-Alkyl-Silan mit einer organischen Epoxyverbindung verwendet, welches Gemisoh eine ausgezeichnete passivierende

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Wirkung hat, vor dem Aushärten äusserst dünnflüssig ist und folglich durch Kapillarwirkung in den einige Mikron breiten Spalt zwischen der Folie und dem Halbleiterkörper saugt und ausserdem die besonders günstige Eigenschaft aufweist , dass es nach dem Aushärten als 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 und Schmutz bis zur wirksamen Seite des Halbleiterkörpers vordringen kann. GewünschtenfalIs kann der Halbleiterkörper mit einer passivierenden Glasschicht bedeckt werden; das Anbringen des genannten Passivierungsmittels bietet auch dabei grosse Vorteile und zwar wegen der guten Haftwirkung.

Eine 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 Metalleitern 8 versehen, die beispielsweise aus einer 25/um dicken Kupferschicht bestehen können, die mit einer dünnen gut lötbaren Metallschicht, wie Blei-Zinn oder Nickel-Gold bedeckt ist. Die Leiter 8 sind an einem Ende mit den Stromzuführungsstiften 7 elektrisch verbunden, beispielsweise durch Verlötung. Die anderen Enden befinden sich in einem Muster, das den vom Halbleiterkörper 3 abgewandten Enden der Metallspuren 2 auf der isolierenden Folie 1 entspricht.

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Die Folie 1 mit dem Halbleiterkörper 3 wird nun auf der Tragerplatte 6 angeordnet, wobei die Folie zwischen den Stromzuführungsstiften 7 liegt, den Halbleiterkörper 3 und die Leiterspuren 2 der mit den Leitern 8 versehenen Trägerplattenoberfläche zugewandt« Die aufeinanderliegenden Enden der Leiterspuren 2 und der Metalleiter 8 werden miteinander verlOtet·

Die auf diese Weise entstandene Halbleiteranordnung, von der eine Seitenansicht in Fig. k dargestellt ist, ist nun gebrauchsfertig. 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 infolge des Passivierungsmittels den Halbleiterkörper nicht erreichen. Die Stromzuführungsstifte können derart angeordnet sein, dass diese Halbleiteranordnung in Oeffnungen einer Printplatte befestigt werden kann.

In Fig. 5 ist eine ähnliche Halbleiteranordnung dargestellt, wobei jedoch in der Mitte der Trägerplatte 9 eine hindurchgehende Oeffnung 10 vorhanden ist. Der Halbleiterkörper 3 liegt nun nicht mit der Rückseite gegen die Trägerplatte, sondern fällt in die Oeffnung 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 gefüllt sein.

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Pig, 6 zeigt eine ähnliche Ausführung wie Fig. 5· Hier ist jedoch eine Kühlplatte 11 vorgesehen, die sich über die von den Stromzuführungsstiften 7 abgewandte Oberfläche der Trägerplatte 9 erstreckt. Die Kühlplatte 11 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 Verbindung wie Klebstoff bzw. Zinnlot· Die Kühlplatte 11 kann auf beliebige Weise an der Trägerplatte 9 befestigt sein, beispielsweise durch Verleimung, Auch kann sie mit einer an der Oberseite der Trägerplatte vorgesehenen Metallfläche verlötet sein. Diese Kühlplatte, die normalerweise aus Aluminium oder Kupfer besteht, macht die Anordnung solider, während die im Halbleiterkörper erzeugte Leistung wesentlich höher sein kann als ohne Verwendung von Kühlmitteln*

Eine günstige Ausfuhrungsform der Halbleiteranordnung ist in Fig. 7 dargestellt. Dabei ist eine Trägerplatte 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 abgelenkt 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

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Trägerplatte 9 liegenden Stellen etwas eingedrückt, wodurch Vorsprünge 16 entstehen, so dass die Kühlplatte 13 fest mit der Trägerplatte 9 verbunden ist· Die auf diese Weise gebildete Kühlplatte hat eine sehr grosse Kühlwirkung· Veiter bildet sie eine ausgezeichnete Schutzhaube für die Trägerplatte mit der darauf befestigten Folie und macht die Halbleiteranordnung besonders solide· Die unteren Enden der Schenkel 1*t können als Anschlag wirksam sein bei der Montage der Anordnung in Oeffnungen einer Printplatte, so dass die untere Seite der Trägerplatte und die Folie dann nicht gegen die Printplatte drücken können.

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

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kleiner sein kann, da die Schenkel 20 nicht aus der Trägerplatte herausragen·

Ee kann zur Erhaltung einer Suseerst grossen Kühlleistung noch ein zusätzliches Kühlelement verwendet werden« wie es in Flg. 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 gegen den Sockel des Kühlelementes gedrückt werden.

Es kann erwünscht sein_t dass es eine elektrische Verbindung zwischen der Kühlplatte und einer der Kontaktstellen des Halbleiterkörpers gibt. Dies lässt sich verschiedenartig ermöglichen· So kann an der dem Leitermuster gegenüberliegenden Seite der Trägerplatte ein Leiter angeordnet werden, der durch VerlBtung mit der Kühlplatte sowie mit einem Leiterstift verbunden ist. In Fig. 7 ist ein derartiger Leiter 2k als Beispiel gestrichelt dargestellt.

Es 1st auch mOglich, die Kühlplatte mit einer Zunge zu versehen, die beispielsweise in Fig. 8 gestrichelt dargestellt und durch 25 bezeichnet ist. Diese Zunge ist mit einem der Leiter 8 auf der Trägerplatte verbunden. Die Zunge kann auch derart ausgebildet werden, dass eine der Leiterspuren der Folie 1 daran befestigt wird.

Fig. 11 zeigt einen Ausschlag einer Kühlplatte, die beispielsweise bei einer Halbleiteranordnung das in

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Fig» 8-10 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 Stromzuführungset if te und bilden einen Anschlag bei der Montage der Halbleiteranordnung auf einer Printplatte. Die Zunge wird auf die in Fig· 8 dargestellte Art und Weise abgewinkelt und an einem der Leiter der Trägerplatte oder an einem der Leiterspuren der Folie elektrisch leitend befestigt.

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Claims

- 13 - PHN.5^12.

PATENTANSPRÜCHE t

/i ,J Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper, dessen Kontaktstellen mit Enden metallener Leiterspuren auf einer biegsamen isolierenden Folie aus Kunststoff verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiteranordnung eine isolierende Trägerplatte enthält, die auf einer der Hauptflächen mit einem Muster metallener Leiter Versehen ist, wobei Stromzuführungsstifte durch die Trägerplatte hinduröhgeführt sind, welche Stifte mit Enden der Leiter elektrisch verbunden sind und im wesentlichen an der Seite der Leiter aus der Trägerplatte herausragen, wobei die Folie mit dem darauf befestigten Halbleiterkörper zwischen den Stromzuführungsstiften liegt, den Halbleiterkörper und die Leiterspuren zu den metallenen Leitern gerichtet, wobei die vom Halbleiterkörper abgewandten Enden der Leiterspuren mit den von den Stromzuführungsstiften abgewandten Enden der Leiter auf d er Trägerplatte auf elektrische sowie mechanische Weise verbunden sind,

2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte mit einer Oeffnung versehen ist, in der der Halbleiterkörper liegt, 3· Halbleiteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlkörper mit der Trägerplatte verbunden ist, welcher Kühlkörper sich wenigstens über einen Teil der vom Leitermuster abgewandten Hauptfläche der Trägerplatte erstreckt und welche Fläche mit einem herausragenden Teil versehen ist, der in der Oeffnung der Trägerplatte bis

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- 1*» - PHN.5412«

an die Rückseite des HalbleiterkBrpers ragt,

4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem in Richtung der Stromzuführungsstifte ragenden Anschlagelement versehen ist.

5. Halbleiteranordnung nach Anspruch 3 oder k_t dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper U-förmig ausgebildet ist, wobei die Schenkel des U in Richtung der Stromzuführungsstifte ragen und jenseits der Trägerplatte liegende Stellen der Schenkel bis unter die Trägerplatte durchgedrückt sind und zwar zur Befestigung des Kühlkörpers an der Trägerplatte.

6. Halbleiteranordnung nach Anspruch 3 oder k_t dadurch gekennzeichnet, dass die Tragerplatte mit wenigstens zwei weiteren Oöffnungen versehen ist, während der Kühlkörper wenigstens zwei ringförmige VoreprÜnge enthält, die in den genannten Oeffnungen der Trägerplatte befestigt sind.

7· Halbleiteranordnung nach Anspruch 3, k oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper Flansche enthält, die in einer von den Stromzuführungsstiften abgewandten Richtung ragen.

8. Halbleiteranordnung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Flanschen des Kühlkörpers ein weiteres mit Kühlrippen versehenes Kühlelement befestigt ist.

9r Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 3-8, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf der vom Leiternruster abgewandten Seite der Trägerplatte ein Stromleiter befindet, der mit der Kühlplatte sowie mit einem der Stromzuführungsstifte verbunden ie t. 209834/1032

* 15 ^ PHN.

10« Halbleiteranordnung nach einem 4er Ansprüche 3-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte mit einer Zunge vergehen ist, die nach der U_nterseite der Trägerplatte abgewinkelt und dort mit einer der Leiterspuren der Folie «it einem eier Leiter der Tragerplatte verbunden ist.

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