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Verpackung bzw. Verkapselung von Halbleitervorrichtungen bzw. Verfahren
zu deren Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf eine Verpackung für eine Halbleitervorrichtung
sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
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Es ist allgemein anerkannt, daß Halbleitervorrichtungen für kommerzielle
Zwecke irgendeiner Umhüllung oder Verpackung bedürfen. Ohne zu tief in die Materie
einzutreten, sei kurz bemerkt, daß Halbleitervorrichtungen, einschließlich integrierter
Schaltungsyorrichtungen, normalerweise mit kleinsten Abmessungen hergestellt werden,
so daß es dem Benutzer nahezu unmöglich ist, sie direkt zu handhaben and anzuschließen.
Außerdem erfordert schon die Eigentümlichkeit von Halbleitervorrichtungen ein dichtes
Einschließen oder Einkapseln, damit eine zeitbedingte Qualitätsminderung vermieden
wird.
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Die Schutzverkapselung von Halbleitervorrichtungen und Schaltungen
schützt diese nicht nur gegen die Wirkungen von Stößen und Umgebungseinflüssen,
sondern sorgt auch in
vielen Fällen für die Ableitung der beim Betrieb
solcher Vorrichtungen erzeugten Wärme. Besondere Schwierigkeiten beim Einkapseln
bzw Verpacken ergeben sich dabei auf dem Gebiet der integrierten Schaltungen, bei
denen eine verhältnismäßig große Anzahl elektrischer Leiter oder Anschlußstücke
für den Anschluß solcher Vorrichtungen oder Schaltungen an andere Teile einer elektronischen
Schaltungeanlage vorgesehen sein müssen. Es ist sogar durchaus üblich, für integrierte
Schaltungsvorrichtungen 40 Leitungseinheiten vorzusehen0 Obwohl sehr mannigfaltige
unterschiedliche Typen von Verpackungen für integrierte Schaltungsvorrichtungen
o.
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dgl. vorgeschlagen worden sind, ist eine der üblichsten, die sich
außerdem als bestens zufriedenstellend erwiesen hat, die sogenannte Glasverpackung.
Dieser Typ von Verkapselungen oder den Verpackuugen besteht darin, daß die Vorrichtung,
mittels feiner Drähte an vorgeformten Leitern eines Lultungsrahmens verbunden, zwischen
einen Glaswand wich cselogt wird, der in dieser Lage zur Bildung einer hermetischen
Abdichtung rund um die Vorrichtung und deren Anschlüsse verschweißt oder verschmolzen
wird. Bei Verwendung eines Covar-Leitungsrahmens und eines Aluminiumoxydglases wird
eine vollständige hermetische Abdichtung der Vorrichtung und der Anschlüsse erzielt,
und die Verpackung zeichnet sich außerdem durch eine wesentliche Festigkeit aus.
Auf diesem allgemeinen Feld der Verpackungstechnik sind auch mannigfaltige Metallhüllen,
im allgemeinen mit Dichtungen von Glas gegen Metall, ~*wickelt worden. Einer der
wesentlichen Nachteile dieses Typs einer verhältnismäßig überlegenen Verpackung
besteht in dessen hohen Kosten. Dies gilt insbesondere bei Vorrichtungen,
die
einer großen Anzahl von Leitungen bedürfen, da bei diesen die Kosten der heru:etischen
Abdichtung der Vorrichtung nahezu unvertretbar sind. Iu allgemeinen überschreiten
die Verpackungskosten die Kosten der Vorrichtung und des Anschließens derselben
bei weiten Die hohen Kosten dieses Typs einer Halbleiterverpackung wird zum Teil
durch die Kosten der dafür verwendeten Materialiefn und Zum Teil durch die begrenzte
erzielbare Produktlonsleistung verursacht.
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Bei Glasverpackungen von der allgemein oben angedeuteten Art treten
mannigfaltige Behinderungen auf, die nicht nur einer hohen Produktionslsistung im
Wege stehen sondern auch auf anderen Gebieten der Herstellung Probleme aufwerfen.
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Ein weiterer Verpackungstyp von hoher Qualität ist die keramische
Verpackung, die in vielen Hinsichten der Glasverpackung ähnlich ist. Keramische
Verpackungen weisen normalerweise gedruckte leitfähige Bereiche auf, an die die
Leitungen angelötet werden. Dieser Typ von Verpackungen ist ebenfalls ziemlich teuer.
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Um die Kosten def Verpackung von Halbleitervorrichtungen zu vermindern,
sind nicht-hermetische Kunststoffverpackungen entwickelt worden. Kunststoffverpackungen
haben sich trotz mannigfaltiger Beschränkungen im Handel ziemlich weitgehend durchgesetzt.
Zu den Schwierigkeiten oder Beschränkungen, die bei diesem Typ von Verpackungen
auftreten, gehört der Feuchtigkeitspfad, der entlang der Trennflächen zwischen Metall
und Kunststoff vorhanden ist, da Kunststoff und Metall keine hermetische Dichtung
ergeben. Ein Biegen des Leitungsrahmens während der Foruworgänge vermindert die
Fabrikationsleistung und beschränkt außerdem ernstlich die Anwendung dieses Verpackungstyps
für Vorrichtungen, die einer großen Anzahl von Leitungen bedürfen.
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Probleme treten auch durch Reißen der Drahtverbindungen wegen des
beim Verpacken mit Kunststoff verwendeten hohen Transfer- bzw. Spritzdruckes auf.
Möglicherweise liegen noch grundlegendere Schwierigkeiten bei diesem Typ von Verpackungen
in den Schäden bei erhöhten Temperaturen, da die Wärmestreuungsfähigkeit von Kunststoff
sehr schlecht und seine Festigkeit verhältnismäßig niedrig ist Die Erfindung schafft
nun eine neue und sehr vorteilhafte Verpackung, die in sich die Vorteile von Glas-
bzw.
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Keramikverpackungen unter Ausschluß ihrer Nachteile und hohen Kosten
und die Vorteile der Kunststoffverpackungen, ebenfalls unter Ausschluß der oben
angedeuteten Beschränkungen derselben -vereinigt.
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Die Erfindung schafft eine verbesserte Verpackung für Halbleitervorrichtungen
und ein Verfahren zu deren Herstellung.
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Der Sockel für die Vorrichtung sowie die Leitungsfinger eines Leitungsrahmens
sind in einer starren zentralen Glaskonstruktion enthalten, die unter den genannten
Elementen einen Basisabschnitt und um diese Elemente herum eine stehende Wand über
dem Basisteil aufweist. Innerhalb der genannten Umfahsungswandl wird dann eine Vorrichtung
montiert, von deren Kontakten zu den Leitungsfingern sich feine Drähte erstrecken.
Die Vorrichtung und die Drähte werden dann mit einem geeigneten Isoliermaterial
überzogen, das flüssig aufgebracht und an Ort und Stelle aushärten gelassen wird.
Dieses Material wird im allgemeinen als Material für nanpassungsfähige Überzüge"
bezeichnet. Diese Konstruktion einschließlich des Leitungsrahmens wird dann einem
Kunststoffverpackungsverfahren unterworfen, wobei sich der Kunststoff weit über
die
innere starre Glaskonstruktion hinaus erstreckt, jedoch kurz
vor den äußeren Enden der Leitungen des Rahmens endet. Der äußere Rand des Rahmens
wird dann entfernt, so daß die von den Leitungen gebildeten Anschiußstücke der Vorrichtung
von der Kunststoffhülle vorstehen.
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In der Zeichnung sind einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
beispielsweise dargestellt, und in der folgenden Figurenbeschreibung ist das Verfahren
an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung einer Halbleiterverpackung
bekannter Art aus Kunststoff; Fig. 2 ist eine Draufsicht auf einen herkömmlichen
Leitungsrahmen, der gemäß der Erfindung verwendet werden kann; Fig. 3 ist ein Querschnitt
entlang der Linie 3-3 in Fig. 1 zur Veranschaulichung der inneren Elemente einer
herkömmlichen Kunststoffverpackung; Fig. 4 (A bis E) veranschaulicht schematisch
die wichtig sten Verfahrensschritte des Verpackungsverfahrens gemäß der Ertindung;
Fig. 5 ist ein Schnitt durch die zentrale starre Konstruktion der Verpackung gemäß
der Erfindung in dem Zustand nach dem Verfahrensschritt gemäß Fig. 4 B; Fig. 6 ist
eine perspektivische Darstellung einer Zwillingsverpackung (dual inline package)
gemäß der Erfindung;
Fig. 7 ist ein Schnitt entlang der Linie 7-7
in Fig. 6; und Fig. 8 (A und B) veranschaulicht abgewandelte Verfahrensschritte
innerhalb des Verfahrens gemäß der Erfindung.
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Verpackungen für Halbleitervorrichtungen, insbesondere solche für
integrierte Schaltungsvorrichtungen, können in mannigfaltigen Formen eestellt werden,
beispielsweise als Zwiilingspackungen, Kantenanbaupackungen und Flachpackungen.
Außerdem können mannigfaltige unterschiedliche Materialien für die Verpackungen
für Halbleitervorrichtungen, wie Glas, Keramik und Kunststoffe in mannigfaltigen
Kombinationen mit Metall, verwendet werden. Die Erfindung ist hier an Hand einer
Zwillingsverpackung veranschaulicht, obwohl sie auf diesen Typ von Verpackungen
keineswegs beschränkt ist. Außerdem ist in der folgenden Beschreibung der Erfindung
als eines der verandeten Materialien Glas genannt. Anstelle von Glas können jedoch
auch keramische Materialien verwendet werden.
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Kunststoff In Fig 1 ist eine herkömmliche Zwillingsverpackung 11
aus veranschaulicht. Innerhalb dieser Verpackung ist beispielsweise eine integrierte
Schaltungsvorrichtung eingebaut, und von der Mantelfläche der Verpackung springen
mehrere elektrische Leitungen vor, die zur Bildung von Anschlußstücken 12 in der
angedeuteten Weise umgebogen sind.
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Eine Verpackung dieses Typs eignet sich also zum Einstecken in eine
Schalttafel oder Schaltungs-platte o.dgl. durch Einsetzen der Steckanschlüsse 12
in entsprechende Steckbuchsen an der Platte.
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Es ist bei der Herstellung mannigfaltiger Typen von Halbleiterverpackungen,
einschließlich derjenigen gemäß Fig. 1, üblich, einen Leitungsrahmen, beispielsweise
den Leitungsrahmen 16 gemäß Fig. 2, zu verwenden. Dieser Rahmen ist aus dünnem Metall
gebildet-und weist einen zentralen Anbausockel 17 mit mindestens einem Tragglied
18 auf, das zu einem rund um den Rahmen umlaufenden Rand 19 reicht. Die Leitungen
21 erstrecken sich von dem Rand 19 bis nahe an den zentralen Anbausockel 17 heran,
und die inneren Ab schnitte 22 dieser Leitungen werden allgemein als Leitungsfinger
bezeichnet. Die Leitungsrahmen können je nach Art der zu bildenden Verpackung in
mannigfaltiger. unterschiedlicher Art räumlich ausgebildet sein, jedoch ist zu bemerken,
daß der Rahmen im allgemeinen von Natur aus verhältnismäßig zerbrechlich ist, das
schon seine Gesamtabmesstungen sehr klein und die Abmessungen der Einzelelemente
desselben noch viel kleiner sind. Außerdem sind die inneren Teile der Leitungen
21 freitragend, und es ist daher normalerweise äußerste Sorgfalt darauf zu verwenden,
daß der Rahmen selbst während der Herstellung der Verpackung seine ebene Lage beibehält.
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Bei einer herkömmlichen Kunststoffverpackung wie auch in mannigfaltigen
anderen Typen von Halbleiterverpackungen ist auf dem zentralen Sockel 17 eine Halbleitervorrichtung
26 montiert, und die Kontakte der Vorrichtung sind mit den inneren Enden 22 der
elektrischen Leitungen 21 (Fig. 3) durch feine Drähte 27 verbunden. Die Technik
des Anbringens von Halbleitervorrichtungen auf Anbausockeln und die Verbindung der
Kontakte der Halbleitervorrichtungen mit den elektrischen Leitungen sind in der
Technik bekannt, und eine eingehendere Beschreibung erübrigt sich daher.
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Es genügt, in diesem Zusammenhang auf allgemeine Veröffentlichungen
auf dem Gebiet hinzuweisen, in denen die mannigfaltigen Arten und Einrichtungen
des Anbringens und Anschließens von Halbleitervorrichtungen einschließlich integrierter
Schaltungsvorrichtungen angegeben sind Hier ist lediglich zu bemerken, daß die Erfindung
besonders den Erfordernissen des Verpackens integrierter Schaltungen angepaßt ist,
bei denen eine erhebliche Anzahl von Außenleitern erforderlich ist. In der Technik
sind Vorrichtungen mit 28 Anschlüssön, solche mit 40 Anschlüssen, Ja sogar Vorrichtungen
mit einer noch größeren Anzahl von Anschlüssen bekannt, und bei solchen Vorrichtungen
findet die Erfindung ihre vorteilhafteste Anwendung.
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Bei Kunststoffverpackungen (Fig. 3) wird über der Vorrichtung 26 und
den von ihr ausgehenden Drähten 27 ein angepaßter Überzug 28 angebracht. Dieser
Überzug wird normalerweise als großer Tropfen eines flüssigen Materials von hoher
Reinheit angebracht, der in Wärme ausgehärtet wird. Dieses Material 28 kann beispielsweise
ein Typ eines Epoxydharzes oder ein Typ eines Siliciumkunststoffes hoher Reinheit
sein, wie dies in der Technik bekannt ist.
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Dann wird zur Bildung der äußeren Umrißform gemäß Fig. 1 ein Kunststoffmaterial
29 auf die Einheit aufgebracht.
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Dieses Kunststoffmaterial kann in bekannter Weise durch Transferpressen
angebracht werden. Der Formvorgang erfolgt durch Anwendung von Wärme und Druck in
einer Form zur Herstellung der dargestellten, gewünschten äußeren Umrißform Der
äußere Rand 19 des Rahmens wird dann abgenommen, und die äußeren Enden der Anschlußstücke
21 können bei-~spielsweise, wie in Fig. 1 und 2 veranschaulicht, zur Bildung einer
Verpackung derart umgebogen werden, daß sie
in eine gedruckte schaltungstafel
eingesteckt werden können.
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Obwohl dieser Typus von Verpackungen wegen seiner äußerst geringer
Kosten anerkanntermaßen vorteilhaft ist, ist man sich darüber ebenso einig, daß
dieser Typ von Verpackungen mit gewissen Beschränkungen sowie mit gewissen Schwierigkeiten
bei dessen Herstellung behaftet ist. Von besonderer Bedeutung ist dabei, daß die
bekannten Kunststoffe mit den Leitungen oder Anschlußstücken der Verpackung keine
hermetische Dichtung eingehen. Es bilden sich daher entlang der Trennflächen zwischen
Metall und Kunststoff Feuchtigkeitspfade zwischen der Umgebung der Verpackung und
der darin enthalteüen Hä-Ibleitervorrichtung. Dies macht diesen Typ von Verpackungen
für zahlreiche Anwendungsfälle ungeeignet. Was die Herstellungprobleme hinsichtlich
der verfügbaren Produktionsleistung betrifft, ist zu erwähnen, das ein Verbiegen
des Leitungsrahmens während des Formens zu einer Verminderung der Produktionsleistung
führt und der Anwendbarkeit dieses Typs von Verpackungen bei Vorrichtungen mit einer
großen Anzahl von Leitungen oder Anschlußstücken ernstlich im Wege steht.
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Die Biegsamkeit des Leitungsrahmens erschwert auch die Handhabung
des Rahmens und der Vorrichtung während des Zusammenbaues erheblich und führt außerdem
ebenfalls zu einer Beeinträchtigung der Produktionsleistung. Während des Anbringens
der Kunststoffplatten an den Rahmen der daran montierten Vorrichtung ist es üblich,
einen Spritzdruck oder Transferdruck zu verwenden, der in vielen Fällen dazu führt,
daß die feinen Drähte 27, die von der Vorrichtung zu den Leitungen führen, verschoben
oder abgerissen werden. Es hat sich außerdem gezeigt, daß die Trennfläche zwischen
Kunststoff und Metall zu i*X4nbeiSeaaldrtbei hohen Temperaturen führt, und es ist
bekannt, daß Kunststoff
Wärme nur schlecht ableitet und auch eine
verhältnismäßig niedrige Festigkeit hat.
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Trotz dieser zahlreichen Beschränkungsn, denen eine Kunststoffverpackung
unterliegt, haben die erheblich geringeren Kosten von Kunststoffverpackungen gegenüber
Glasverpackungen dazu geftihrt, daß sich die ersteren mindestens für mannigfaltige
Anwendungsfälle weitgehend durchgesetzt haben.
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Es ist bekannt, Halbleitervorrichtungen, wie integrierte Schaltungen,
in Glasverpackungen einzukapseln oder zu verpacken. Dieses Gebiet ist in der Technik
bekannt, und eine eingehendere Besprechung erübrigt sich daher. Es genügt zu erwähnen,
daß durch Verschmelzen oder Verschweißen von Glas mit Metall eine echte hermetische
Abdichtung erzielbar ist, was einen erheblichen Vorteil darstellt, Jedoch auch zu
erheblichen Kosten führt Es sind mannigfaltige :rotoren, die zu den verhältnismäßig
hohen Kosten von Glasverpackungen beitragen. Zum Teil sind die Kosten der Materialien
hoch, Jedoch wird außerdem die Produktionsleistung durch die Notwendigkeit, bei
Schmolzglasbehältern die erforderlichen Dimensionstoleranzen einzuhalteri, boeinträchtigt,
was zu einer noch weiteren Erhöhung der Herstellungskosten führt. Nur als Beispiel
sei angeführt, daß eine Glasverpackung für 40 Anschlüsse siebenmal so teuer ist
wie eine Kunststoffverpackung für 40 Anschlüsse.
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Die Erfindung schafft eine verbesserte Verpackung für Halbleitervorrichtungen
sowie ein Verfahren zu deren Herstellung, die die Vorteile von Kunststoffverpackungen
und Glasverpackungen in sich vereinigt. Durch die Erfindung
werden
die Herstellungs- bzw. Fabrikationsprobleme beider Verpackungstypen im wesentlichen
beseitigt, und dennoch wird eine einwandfreie hermetische Abdichtung erzielt, -wobei
die Kosten der Verpackung gemäß der Erfindung viel näher an den Kosten einer Kunststoffverpackung
als an denen einer Glasverpackung liegen.
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Fig. 4 zeigt schematisch die aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte
bei der Herstellung der verbesserten Verpackung gemäß der Erfindung. Fig. 4A zeigt
den Leitungsrahmen 16 mit einer unter dem mittleren Bereich des Rahmens angeordneten
Glasplatte 31 und einem oberhalb des gleichen Teiles angeordneten ringförmigen Glaskörpers
32. Der Körper 32 kann jede beliebige Form haben, also kreisförmig, oval, länglich,
rechteckig o.dgl. sein. In der Praxis ist es zweckmäßig, diesen Körper als Ring
auszubilden und der Platte 31 eine Kreisform mit dem Durchmesser des Ringes zu geben.
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Das Material der Platte und des Ringes ist ein Glas und kann nach
bekannten Lehren der Technik zusätzlich zu SiO2 einen gewünschten Anteil an A102
enthalten. Es ist ferner zu bemerken, da die Abmessungen des Ringes derart sind,
daß er eine Innenöffnung aufweist, die ausreicht, um nicht nur den Anbausockel 17
sondern auch einen inneren Teil der Leitungen aufzunehmen, der oben als Leitungsfinger
22 bezeichnet wurde. Außerdem ist die Außenabmessung des Ringes wesentlich geringer
als die Breite oder Länge der fertigen Verpackung.
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Der Leitungsrahmen 16 wird mit nur einem Trag- oder Verbindungsglied
18 gebildet, das sich von dem Anbausockel 17 zum Rahmen 19 erstreckt. Der Sinn dieser
Maßnahme wird unten besprochen. Dieses Glied 18 kann nur dazu dienen,
um
den Anbausockel 17 anfänglich in seiner Stellung zu tragen, oder kann anstatt dessen
auch eine elektrische Leitung von dem Sockel bilden. Es ist ferner zu bemerken,
daß an dem Leitungsrahmen eine Stauleiste (dam bar) vorgesehen sein kann, die anschließend
beispielsweise mittels eines Hohlstempels (quill die) entfernt werden kann, und
daß auch Leitungsversteifungslöcher (lead rigidity holes) vorgesehen sein können.
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Der Ring, der Leitungsrahmen und die Platte werden unter Anwendung
von Hitze und Druck miteinander verschmolzen.
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Der Leitungsrahmen besteht aus einer Nickel-Eisen-Kobalt-Legierung,
z.B. Covar (Kobalt-Vanadium-Rhodium-Legierung), wie ebenfalls in der Technik bekannt,
und auf diese Weise wird eine vollständige hermetische Abdichtung an der Trennfläche
des Leitungsrahmens und des Glases gebildet. Das Verschmelzen des Ringes und der
Platte gemeinsam mit dem Leitungsrahmen zwischen den beiden erfolgt bei hoher Temperatur,
die ausreicht, um das Glas zu erweichen, und auf diese Weise ist es möglich, bei
diesem Arbeitsgang den Anbausockel 17 des Leitungsrahmens in die Platte einzudrücken,
so daß er tatsächlich unter das Niveau der Leitungsfinger zu liegen kommt. Diese
räumliche Form ist in Fig. 4 B veranschaulicht, und es ist zu bemerken, daß, obwohl
das Eindrücken des Anbausockels nicht erforderlich ist, es doch gewisse Vorteile
im Zusammenhang mit dem Verbinden der Kontakte der Vorrichtung mit den Leitungsfingern
mittels Draht in der zu besprechenden Weise bietet.
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Aus Fig. 4 B ist ferner zu erkennen, daß durch die Verschmelzung des
Ringes und der Platte an der Verbindungsstelle zwischen Glas und Metall gemeinhin
ein Meniskus gebildet wird. Es hat sich erwiesen, daß dies bei den bekannten Glasverpackungen
ein wesentliches Problem
darstellt, da die Gefahr besteht, daß
das Glas während des nachfolgenden Umbiegens der von der Verpackung vorspringenden
Leitungen oder Anschlußstücke bricht. Bei der Erfindung hingegen ergeben sich aus
dem geringfügigen Vorspringen des Glases in der angedeuteten Weise nach außenkeine
Schwierigkeiten, wie aus dem folgenden noch hervorgeht.
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Es ist zu betonen, daß die Glasplatte und der Ring miteinander zur
Bildung eines einzigen starren Elementes verschmelzen, das den mittleren Teil des
Leitungsrahmens umgibt. Fig. 5 veranschaulicht schematisch die Konstruktion im Schnitt
durch diesen zentralen Abschnitt, mindestens teilweise in einer Ebene zwischen den
elektrischen Anschlußstücken 21. Wie rechts in Fig. 5 zu erkennen, sind der Ring
und die Platte zu einem einzigen einheitlichen Element verschmolzen. Die Starrheit
dieses so gebildeten zentralen Elementes ist beim nachfolgenden Einbauen und Anschließen
der Vorrichtung in hohe Maße erwünscht. Wie oben erwähnt, ist der Leitungsrahmen
16 allein verhältnismäßig zerbrechlich, und die elektrischen Leitungen oder Anschlußstücke
21 müssen sich von dem Rand des Rahmens einwärts erstrecken, so daß sie kurz vor
dem zentralen Anbausockel enden, damit keine elektrische Verbindung zwischen diesen
besteht. Dies führt also dazu, daß die inneren Enden der Anschlußstücke in einem
unerwünscht hohen Maße biegsam sind. Durch die Maßnahme gemäß der Erfindung, nach
der ein zentrales starres Element oder ein Abschnitt durch Glasverschmelzung gebildet
wird, werden jedoch die inneren Enden der Anschlußstücke in ihrer Stellung in bezug
aufeinander sowie auf den Anbausockel oder das Anbaukissen festgelegt, so daß die
Prob}-me beseitigt werden, die sich
aus der Biegsamkeit des Leitungsrahmens
ergeben.
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Auf den zentralen starren Teil der Vorrichtung gemäß der Erfindung
laut obiger Beschreibung kann dann eine Halbleitervorrichtung angebaut und angeschlossen
werden.
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Dies ist in Fig. 4C veranschaulicht, in der eine auf dem Anbausockel
17 befestigte Vorrichtung 41 dargestellt ist, deren feine elektrische Leitungsdrähte
42 gewünschte Kontakte der Vorrichtung mit zugeordneten Leitungsfingern 22 verbinden.
Der Anbau der Vorrichtung und das Binden mit Draht kann in herkömmlicher Weise erfolgen.
Es ist jedoch zu bemerken, daß die Steifheit des mittleren Teiles des Leitungsrahmens
diese Arbeltsgänge wesentlich erleichtert.
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Was das Niederdrücken des Anbausockels in bezug auf die Ebene der
Leitungsfinger betrifft, ist zu bemerken, daß die sehr feinen Drähte 42 häufig dazu
neigen, zwischen ihren Enden etwas durchzugängen bzw. sich zu senken. Es ist daher
äußerst wichtig, zu verhindern, daß diese Drähte 42 so tief durchhxngen oder sinken,
daß sie mit dem Anbausockel zur elektrisch leitenden Berührung gelangen. Wie in
Fig. 4C dargestellt, wird durch das Niederdrücken des Anbausockels unter die Höhe
der Leitungsfinger erreicht, daß diese feinen Drähte sich von der Vorrichtung zu
den Leitungsfingern nach oben erstrecken, so daß, selbst wenn ein Durchhang oder
ein Sinken der Drähte auftritt, die Wahrscheinlichkeit äußerst gering ist, daß sie
genügend weit sinken, um den Anbausockel zu berühren.
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Nach Einbau der Vorrichtung und Anschließen derselben an den Leitungsfingern
werden die Vorrichtung, die Drähte und der Leitungsrahmen ziemlich so, wie oben
im Zusammenhang
mit Fig. 1 und 3 beschrieben, in Kunststoff eingekapselt.
Wie in Fig. 4 D-veranschaulicht, wird ein angepaßter Überzug, beispielsweise aus
flüssigem Harz 46, über der Vorrichtung, den Drähten und den Leitungsfingern innerhalb
der Glaswand 43 des verschmolzenen Elementes 44 angebracht. Dieses Material 46 kann
ein beliebiges von mannigfaltigen, elektrisch isolierenden Materialien sein, die
in flüssiger Form anbringbar sind und dann zur festen Form erhärten, beispielsweise
ein Expoxydharz oder ein Siliciumkunststoff. Das Härten kann beispielsweise durch
Anwendung von Wärme oder chemischer Wirkung erfolgen.
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Der mittlere Teil der Verpackung der Vorrichtung, (Fig. 4D) umschließt
also die Vorrichtung, die von ihr ausgehenden elektrischen Drähte und die Verbindungen
dieser Drähte mit den Leitungsfingern des Leitungsrahmens vollständig.
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Wenn die Vorrichtung und die unmittelbaren Verbindungen derselben
vollständig eingekapselt sind, wird als weiterer Verfahrensschritt gemäß der Erfindung
ein Kunststoffgehäuse angebracht. Fig. 4E zeigt eine Kunststoffhülle 51, die den
mittleren Teil einschließlich des Elementes 44 allseits umschließt. Dieser Kunststoff
51 kann in herkömmlicher Weise, wie oben beschrieben, durch Anwendung von Wärme
und Druck derart angebracht werden, daß der äußere Rand des Leitungsrahmens entlang
des Umfanges über die Kanten der Platten hinaus vorspringt. Wenn die Vorrichtungen
vollständig in dem starren zentralen Abschnitt der Verpackung eingekapselt sind,
werden weder die Vorrichtung selbst noch die von den Kontakten der Vorrichtung zu
den Leitungsfingern führenden feinen Drähte durch den Spritzdruck oder Transferdruck
zum Verbinden des Kunststoffes
mit dem Leitungsrahmen beeinträchtigt
oder gefährdet. Außerdem ist der zentrale starre Abschnitt der Verpackung einschließlich
des verschweißten oder verschmolzenen Glaseleuentes vollständig vom Kunststoff umgeben,
der während der Herstellung keinen übermäßigen Dimensionss chwanku'ngen unterliegt.
Die Beschreibung zusätzlicher, herkömmlicher Arbeitsschritte bei der Anbringung
einer Kunststoffhülle an dieser Stelle erübrigt sich.
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Die Verpackung wird fertiggestellt, indem der Rand 19 von dem Leitungsrahmen
abgetrennt oder abgeschnitten wird und - beim dargestellten Typ von Verpackungen
- die Leitungen, die von der eigentlichen Verpackung vorspringen, zu Verbindungsstücken
umgebogen werden, die von gegenüberliegenden Kanten der Verpackung ausgehen und
gegen die gleiche ebene Seite der Verpackung gerichtet sind. Dieses Umbiegen bietet
bei dem Verfahren gemäß der Erfindung insofern keine Schwierigkeit, als der Glasteil
der Verpackung sich in einem Abstand von den Biegelinien befindet und ein Brechen
des Glases daher nicht auftritt. Auf diese Weise ermöglicht dieses Verfahren eine
Erhöhung der erzielbaren Produktionsleistung.
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Es ist zu erkennen, daß die besondere, gemäß der oben b-schriJbenen
Erfindung hergestellte Verpackung, was ihr äußeres Aussehen anbetrifft, einer Zwillingsverpackung
11 (Fig. 1) bekannter Art ähnlich sein oder mit dieser im wesentlichen dbereinstimmen
kann. Anstatt dessen ist die Erfindung natürlich in gleicher Weise bei Kantenanbauverpackungen
und sogenannten Flachverpackungen sowie bei
anderen Verpackungsformen
verwendbar. Es int ferner zu bemerken, daß bei den Darstellungen des Gegenstandes
der Erfindung gewisse Abmessungen und sogar Abmessungsverhältnisse weitgehend übertrieben
wurden. Dies war erforderlich, um die Verwendeten, äußerst kleinen Vorrichtungen,
Verbindungen und Elemente sowie die relative Anordnung der Teile der Verpackung
in verständlicher Weise zu veranschaulichen.
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Außerdem darf vorausgesetit werden, daß der Leser über gewisse allgemeinkenntnisse
in der Halbleitertechnik und der Halbleiterverpackungstechnik verfügt, so daß darauf
hier nicht eingegangen zu werden braucht. Beispielsweise ist das Verschweißen oder
Verschmelzen von Glas mit Nickel-Eisen-Kobaltlegierungen in der Technik ebenso bekannt
wie das Anformen oder Anbringen @annigfaltiger Kunststofftypen bei der Herstellung
von Halbleitervorrichtungen.
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Fig. 6 und 7 veranschaulichen eine fertiggestellte Zwillingsserienverpackung
für eine integrierte Halbleiterschaltungsvorrichtung gesäß der Erfindung. Wie oben
bereits erwähnt, kann die Außenform: der Verpackung 61 im wesentlichen die gleiche
sein wie die einer herkömmlichen Kunststoffzwillingsverpackung 11 gemäß Fig. 1.
jedoch ist innerhalb der Verpackung ein starrer Mittelteil 62 vorgesehen, der das
Anbaukissen für den Leitungsrahmen und mit den verschmolzenen Glaselement 44 verbundene
Leitungsfinger aufweist. Ein hermetisches Abdichten des Glases am Metall des Leitungsrahmens
verhindert die Ausbildung eines Feuchtigkeitspfades entlang der Leitungen durch
die Verpackung.
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Gewisse Verfahrensschritte des oben beschriebenen Verfahrens können
geändert oder abgewandelt werden. Beispielsweise
kann beim Aufdiffundieren
von Glas auf den Leitungsrahmen ein einziges Glaspellet anstatt der Platte und des
Ringes laut obiger Beschreibung und Darstellung verwendet werden. Ein solches -Pellet'wllrde
als becherförmiges Element ausgebildet sein, das im wesentlichen die gleiche Querschnittsform
wie die Platte und der Ring im verschmolzenen Zustand hat. Fig. 8 A veranschaulicht
ein solches becherförmiges Pellet 56 mit dem darüber angeordneten Leitungsrahmen
16. Das Pellet 56 wird in steuerbarer Weise auf den Erweichungspunkt erhitzt, und
dann wird der Leitungerahmen auf das Pellet aufgesetzt, und beispielsweise durch
Belastung, wie durch ein Gewicht, wie durch den Pfeil in Fig. 8A angedeutet, niedergedrückt.
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Der Leitungsrahmen'sinkt dann durch das erweichte Glas und bildet
dadurch die in Fig. 4B schematisch angedeutete Anordnung. Das Glaspellet wird im
wesentlichen auf die gleiche Temperatur erhitzt, wie die Glasplatte und der Ring
bei des oben beschriebenen Arbeitsgang gemäß der Erfindung, d.h. bis zu einem Punkt,
bei dem das Glas erweicht, jedoch nicht flüssig oder fließfähig wird Als weiteres
Beispiel einer Abwandlung des oben beschriebenen Verfahrens kann anstatt des angepaßten
Überzuges 46 an der Vorrichtung und den Leitungen oder Zungen nach Fig. 4D eine
Glas- oder Metallkappe zum Verschließen der Oberseite des Elementes 44 verwendet
werden. Dies ist in Fig. 8B veranschaulicht, nach der auf die Wand 43 des geschmolzenen
Glaselementes 44 eine Platte 57, beispielsweise aus Covarlegierung, aufgesetzt und
durch Anwendung von Hitze zur Bildung einer hermetischen Abdichtung daran angeschmolzen
wird. Diese Platte 57 könnte anstatt dessen
aus Glas bestehen und
an der Wand 43 entlang das oberen Randes derselben angeschmolzen werden.
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Das Verfahren wird dann nur Bildung der Kunststoffumhüllung des zentralen
starren Elementes weitergeführt.
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Zahlreiche andere Avwandlungen und Abänderungen des Verfahrene gemäß
der Erfindung sind ebenfalls möglich.
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Es ist Jedoch zu bemerken daß der starre zentrale Teil der Verpackung
aus Glas dder kdramischem Material bedeutend kleiner als die herkömmlichen Glasverpackungen
ist und beispielsweise unter Verwendung von ca. 20% der Glasmenge herstellbar ist,
die normalerweise für eine Glasverpackung verwendet wird. Dies allein bedeutet schon
eine Materialersparnis in den Gesamtkosten des fertigen Erzeugnisses. Es ist ferner
au bemerken, daß der starre zentrale Teil gemäß der Erfindung ein Verbiegen des
Inn.nteiles der Vorrichtung während der Herstellung verhindert, so daß ein Reißen
der Drahtverbindungen im wesentlichen ausgeschlossen ist. Dies äußert sich ebenfalls
in einer w-sontlichen Verbesserung der erzielbaren Produktionsleistung durch die
Erfindung.
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Aus dem Obigen ist zu ersehen, daß die Erfindung ein verbesseres Verfahren
zum Verpacken von Halbleitervorrichtungen sowie eine verbesserte Verpackungevorrichtung
schafft.
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Die Erfindung erzielt dabei im wesentlichen alle Vorteile bekannter
Glasverpackungen sowie bekannter Kunststoffverpackungen unter Ausschaltung der Schwierigkeiten
und Bes#hränkungen hinsichtlich der Herstellung und des fertigen Erzeugnisses gemäß
beiden Verfahren.
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Patent ansprüche