DE1961042B2 - Halbleiterbauelement - Google Patents

Halbleiterbauelement

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Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einem mit seiner Unterseite auf eine Sockelplatte aufgebrachten scheibenförmigen Halbleiterkörper, mit zwei isoliert durch die Sockelplatte hindurchgefühlten Anschlußstiften und mit zwei aus elastischem Material bestehenden Kontaktbüeeln. die zur elek
trisch leitenden Verbindung der beiden Anschlußstifte mit an der Oberseite des Halbleiterkörpers angebrachten Kontaktflächen dienen, wobei die Kontaktbügel auf die Anschlußstifte aufgesteckt sind, mit diesen durch Selbsthemmung verklemmt sind und in Anschlußfahnen auslaufen, die zu den an der Oberseite des Halbleiterkörpers angebrachten Kontaktflächen führen.
Aus der US-PS 3390450 ist bereits ein Halbleiterbauelement dieser Art bekannt, bei dem die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Unterseite des Halbleiterkörpers und der Sockelplatte und zwischen den an der Oberseite des Halbleiterkörpers angebrachten Kontaktflächen und den Endabschnitten der Anschlußfahnen lediglich durch die Berührung dieser Teile unter der durch die Seilasthemmung der Kontaktbügel bewirkten Druckbeanspruchung hergestellt ist und bei dem die elektrisch leitende Verbindung zwischen den Kontaktbügeln und den Anschlußstiften lediglich durch die Verklemmung dieser Teile bewirkt wird. Dadurch kann aber eine einwandfreie Kontaktierung des Halbleiterkörpers nicht bewirkt werden, da der Halbleiterkörper relativ zu den übrigen Teilen mindestens bei Erschütterungen nicht genügend fixiert ist und außerdem die Gefahr der Verschmutzung der Kontakte besteht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art eine einwandfreie Kontaktierung des Halbleiterkörpers zu bewirken.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Unterseite des Halbleiterkörpers und der Sockelplatte durch eine Weichlotschicht gebildet ist, daß die an der Oberseite des Halbleiterkörpers angebrachten Kontaktflächen mit den Endabschnitten der Anschlußfahnen mittels Weichlot verbunden sind und daß die auf die Anschlüßstifte aufgesteckten Teile der Kontaktbügel mit diesen Anschlußstiften ebenfalls durch Weichlot verbunden sind.
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unleransprüchen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine Skizze zur Veranschaulichung der einzelnen Arbeitsschritte,
Fig. 2 einen Kontaktbügel und
Fig. 3 die Ansicht eines fertig montiertem Halbleiterbauelementes.
Nach Fig. 1 sind auf einer Montageplatte 10 zwei Führungsstifte 11 angebracht, die in zwei in einer Montageschablone 12 vorhandenen Führungsbohrungen 13 passen. Eine zur Aufnahme des Halbleiterkörpers bestimmte metallische Unterlage 14 weist zwei isoliert durchgeführte Anschlußstifte 115 und 16 auf. Die metallische Unterlage 14 wird auf der Montageplatte 10 dadurch fixiert, daß ihre Anschlußstifte 15 und 16 durch zwei Bohrungen 17 gesteckt werden. Die Montageschablone 12 weist ein System von Aussparungen 18 bis 20 auf, in denen die eindeutige Lage aller auf der metallischen Unterlage 14 zu befestigenden Teile bestimmt ist. Folgende Teile sind auf der metallischen Unterlage 14 zu montieren:
Ein Plättchen Lötfolie 21, ein Halbleiterkörper 22. ein erster Kontaktbügel 23, ein zweiter Kontaktbüge! 24 und zwei Lötringe 25.
Der Verfahrensablauf ist folgender:
Zunächst wird auf die Montaaenlatte 10 die metal-
tische Unterlage 14 aufgesteckt, indem die beiden Anschlußstifte 15 und 16 durch die Bohrungen 17 geschoben werden. Dann wird die Monta^eschablone 12 mit ihren Fiihrungsbohrungen 13 auf die Führungsstifte 11 aufgesetzt. Dann ist durch das System der Aussparungen 18,19 und 20 die Lage der aufgeführten Einzelteile 21 bis 25 auf der metallischen Unterlage 14 genau bestimmt. In die Aussparung 18 wird zunächst ein Stückchen Lötfolie 21 und dann der Halbleiterkörper 22 eingesetzt. Der Halbleiterkörper 22, der an seiner Oberfläche die Kontaktflächen 26 und 27 aufweist, erhält über die Kontaktbügel 23 und 24, die an den Anschlußstiften 15 und 16 befestigt werden, Stromzuführungen. Eine weitere Stromzuführung entsteht durch das Verlöten der Unterseite des Halbleiterkörpers 22 mit der metallischen Unterlage 14. Diese großflächige Lötstelle dient gleichzeitig zur Abfuhr der im Halbleiterkörper entstehenden Verlustwärme.
Der erste Kontaktbügel 23, der in Fig. 2 stark vergrößert dargestellt ist und mehrere Anschlußfahnen 28 aufweist, wird, nachdem der Halbleiterkörper 22 in der Aussparung 18 fest liegt, mit seinen beiden Durchstecköffnungen 29 auf den Anschlußstift 15 gesteckt. Die Führungskante 30 der Aussparung 20 legt dabei seine genaue Lage zu dem Halbleiterkörper 22 fest, so daß jede der Kontaktfahnen eine der K*. intaktflächen 26 berührt. Damit der Kontaktbügel bei weiterer Montage und bei Erschütterung seine Lage nicht mehr verändern kann und auch den Halbleiterkörper 22 auf der metallischen Unterlage 14 festhält, ist er aus einem federnden Material hergestellt und läßt sich auf Grund der beiden übereinander angeordneten Durchstecköffnungen 29 so auf den Anschlußstift 15 verspannen, daß seine Lage durch Selbsthemmung fixiert ist. Ist die Justierung einmal doch versehentlich verändert worden, so kann der Kontaktbügel durch Ziehen an der Fahne 35 leicht wieder entfernt und die gesamte Anordnung neu justiert werden, da eine selbsthemmende Steckverbindung jederzeit wieder zu lösen und neu zusammenzustecken ist. Nachdem der Kontaktbügel 23 auf den Stift 15 geschoben ist, wird noch ein Lötring 25 darüber geschoben. In gleicher Weise wird der zweite Kontaktbügel 24 durch die Aussparung 19, justiert durch deren Führtingskante 30, auf den Anschlußstift 16 geschoben und befestigt. Auch hier wird ein Lötring 25 auf den Anschlußstift 16 geschoben. Da nun die Kontaktbügel fest auf den Anschlußstiften sitzen und durch ihren Vorspannfederdruck auch den Halbleiterkörper 22 auf der Unterlage 14 festhalten, kann die Montageschablone 12 abgezogen werden, und das vormontierte und kontaktierte Halbleiterbauelement kann durch Erwärmen in einem Lötofen verlötet werden. Die Kontaktoügel 23 und 24 sind dabei vollständig mit Lötmittel überzogen, so daß sich auch zwischen den Oberflächen 26 und 27 einerseits und den aufliegenden Füßchen der Kontaktbügel andererseits feste Lötverbindungen ausbilden. Damit die einmal eingenommene Lage aller Einzelteile auch während des Lötvorganges beibehalten und nicht etwa durch Erschütterungen oder durch Schmelzen des Lötmittels verändert wird, sind die Kontaktbügel aus einem Material hergestellt, das auch während des Lötprozesses seine federelastischen Eigenschaften beibehält.
Zur näheren Erläuterung der eifindungsgcmäßen Kontaktbügel ist der Kontaktbügel 23 in Fig. 2 vergrößert gezeichnet. Die Kontaktbügel haben folgende Funktionen zu erfüllen: Sie müssen gute elektrische und thermische Leitfähigkeit besitzen, damit auch bei ■j hohen, sie durchfließenden Strömen sowohl der an ihrem Widerstand auftretende Spannungsabfall als auch die dadurch verursachte Temperaturerhöhung der Kontaktstelle nicht schädlich werden können. Ihr Metall darf keine schädliche Wirkung auf die physika-
H) lischen Eigenschaften des Halbleiterkörpers ausüben. Die Rekristallisationstemperatur des Materials, aus dem die Kontaktbügel hergestellt sind, muß mindestens so hoch wie die Löttemperatur sein, damit beim Flüssigwerden des Lötmittels die Kontaktfahnen und
ΐϊ die üu kontaktierenden Oberflächen infolge der federelastischen Vorspannung der Kontaktfahnen ständig in Berührung bleiben und ihre Lage zueinander nicht verändern können, Die Kontaktfedern sind zweifach abgewinkelt, zunächst von der Montage-
2i) ebene fort und dann auf die Kontaktfläche zu. Infolge dieser Formgebung belasten die durch die Wärmedehnung der Anschlußfahnen 28 auftretenden Kräfte die Lötstellen nur wenig. Da der Halbleiterkörper 22 fünf Kontaktflächen 26 aufweist, die zu einem einzi-
2ϊ gen elektrischen Anschluß gehören, weist der Kontaktbügel 23 eine entsprechende Anzahl von Kontaktfahnen auf. Dabei sind die Kontaktfahnen mit Hufe der Regeln für Balkenbiegung so bemessen, daß ihre auf den Halbleiterkörper ausgeübten Anpreß-
iii kräfte rückwirkungsfrei voneinander und annähernd gleich groß sind. Somit kann jedes einzelne Kontaktfüßchen evtl. vorhandene Niveauunterschiede zwischen sich und den Kontaktstellen 26 unabhängig voneinander durch federndes Anschmiegen an 26
i'i ausgleichen und der Halbleiterkörper 22 auch während des Schmelzens der Weichlotschichten nicht unzulässig stark verkippen. Damit die Kontaktbügel während der Montage leicht zu handhaben sind, weisen sie Fahnen 35 zum Greifen, beispielsweise mit ei-
4(i nei Pinzelte, auf. Für die Kontaktbügel hat sich folgendes Material als besonders vorteilhaft erwiesen: Die Kontaktbügel sind aus einem Blech Ag 97 Cu3 hergestellt. Die Zugfestigkeit dieses Materials beträgt ungefähr 3,9 · H)2 N/mm:; die Vickershärte HV111 un-
I) gefähr 1,1 ■ 1()J N/mm:; die Rekristallisationstemperatur etwa 600° C; der Ε-Modul etwa 5,5 · K)4N/ mnr; der lineare Wärmedehnungskoeffizient etwa 20- K)-" · 1/°C und die Dicke des Bleches etwa 0,15 mm. Das Material ist beiderseitig mit einer etwa
ίο 40 μηι dicken Lötmittelschicht aus Pb 96 Sn4 plattiert.
In der Fig. 3 ist die Ansicht eines fertig montierten und verlöteten Halbleiterbauelements dargestellt, wie durch die Lötstellen 40 angedeutet. Zumindest die
'>> Oberfläche des fertig verlöteten Halbleiterkörpers kann nun mit einer Schutzlackschichl überzogen werden; anschließend wird in bekannter Weise eine hermetisch gegen Umwelteinflüsse abschließende Metallkapsel auf die Unter!, ige 14 gelötet oder
η» geschweißt.
Die genaue und sichere Kontaktierung mit Hilfe der auch während des Lötvorgangs federnden, mit Lötmittel überzogenen Kontaktbügel ergibt, beispielsweise bei einem Leistungshalbleiterbauelement,
h) auch für hohe Belastungsströme zuverlässige Kontaktverbindungen.
Hier/u 7 Rl:ilt

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Halbleiterbauelement mit einem mit seiner Unterseite auf eine Sockelplatte aufgebrachten scheibenförmigen Halbleiterkörper, mit zwei isoliert durch die Sockelplatte hindurchgeführten Anschlußstiften und mit zwei aus elastischem Material bestehenden Kontaktbügeln, die zur elektrisch leitenden Verbindung der beiden Anschlußstifte mit an der Oberseite des Halbleiterkörpers angebrachten Kontaktflächen dienen, wobei die Kontaktbügel auf die Anschlußstifte aufgesteckt sind, mit diesen durch Selbsthemmung verklemmt sind und in Anschlußfahnen auslaufen, die zu den an der Oberseite des Halbleiterkörpern angebrachten Kontaktflächen führen, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Unterseite des Halbleiterkörpers (22) und der Sockelplatte (14) durch eine Weichlotschicht gebildet ist, daß die an der Oberseite des Halbleiterkörpers angebrachten Kontaktflächen (26, 27) mit den Endabschnitten der Anschlußfahnen (28) mittels Weichlot verbunden sind und daß die auf die Anschlußstifte (IS, 16) aufgesteckten Teile der Kontaktbügel (23, 24) mit diesen Anschlußstiften (15, 16) ebenfalls durch Weichlot verbunden sind.
2. Halblciteibauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Anschlußstifte (15,16) aufgesteckten Teile der Kontaktbügel (23, 24) U-förmig mit zwei übereinanderliegenden Durckstecköffnungen ausgebildet sind.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbügel (23, 24) Fahnen (35) zum Greifen mit einer Pinzette aufweisen.
4. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbügel (23, 24) aus einem Blech aus Ag97 Cu 3 mit folgenden Eigenschaften hergestellt sind: Zugfestigkeit: = 3,9 ■ 10:N/mm:
Vickershärte HV1
=1,1 · K)'N/mm2
10
Rekristallisationstemperatur: ~ + 600" C
E-Modul: ==5,5 · ΚγΊΜ/πήιτ Linearer Wärmedehnungskoeffizient: = 20 · Κ)"" "C ' Dicke des Bleches: = 0,15 mm
Spezifischer elektrischer
Widerstand bei 20" C: = 1.94 · IO "Qcm Temperatur-Koeffizient
des Widerstandes: = + 3,4 · 10"1C
Wärmeleitfähigkeit: =3,5 Wcnr1 "C ' Temperatur-Koeffizient
der Wärmeleitfähigkeit: ~+ 5 · K)411C1 und daß das Blech beiderseitig mit einer = 40 μΐη
dicken Schicht aus Pb96 Sn 4 plattiert ist.
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