DE1961042C3 - Halbleiterbauelement - Google Patents

Halbleiterbauelement

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Description

= 1,94 10"Qcm
= + 3,4 · 10-1T ' = 3.5 Wem ' "C '
= + 5 K)40C
Und daß das Blech beiderseitig mit einer = 40 μίτι dicken Schicht aus Pb96 Sn 4 plattiert ist.
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einem mit seiner Unterseite auf eine Sockelplatte aufgebrachten scheibenförmigen Halbleiterköfper( mit zwei isoliert durch die Sockeiplatte hindurcnge-' führten Anschlußstifte'n und mit zwei aus elastischem Material bestehenden Köntäktbügeln,- 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 Ober-
, seite 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 Halbleiterkörper angebrachten Kontaktflächen und den Endabschnitten der
;s Anschlußfahnen lediglich durch die Berührung dieser Teile unter der durch die Selbsthemmung 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 V/eichlot verbunden sind und da3 die auf die Anschlußstifte aufgesteckten Teile der Kontaktbügel mit diesen Ansch!ußst3en ebenfalls durch Weichlot verbunden sind.
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine >kizze zur Veranschaulichung der einzelnen Arbeitsschritte,
Fig. 2 einen Kontaktbüge! und
Fig. 3 die Ansicht eines fertig montierten Halbleiterbauelemente«.
Nach Fig. 1 sind auf einer Montageplatte 10 zwei Führungsstifte Π 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 15 und 16 auf. Die metallische Unterlage 14wird 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 isti Folgende Teile sind auf der metallischen Unterlage 14 zu montieren:
Ein Plättchen LÖtfoUe 21, ein Halbleiterkörper 22,
ein erster Kontaktbügel 23, ein zweiter Kontaktbügel 24 und zwei Lötringe 25,
Der Verfahrensablauf ist folgender;
Zunächst wird auf die Montageplatte 10 die metal-
1 Q α Λ ί\Α O
ljsclie Unterlage 14 aufgesteckt, indem die beiden Anschlußstifte 15 und 16 durch die Bohrungen 17 geschoben werden. Dann wird die Montageschablone 12 mit ihren Führungsbohrungen 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 ίο 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 is 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 vergroßen dargestellt ist und mehrere Anschiußtahnen 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 Kontaktflächen 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 läJßt 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 Führungskante 30, auf den Anschlußstift 16 geschoben und befestigt. Auch hier wird ein Lötring 25 auf den Anschlußstift 16 geschoben. Da nur. 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 Kontaktbügel 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. - es
Zur näheren Erläuterung der erfindungsgemäßen 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 hohen, sie durchfließenden Strömen sowohl der an ihrem Widerstand auftretende Spannungsabfall als auch die dadurch verursachte Temperaturerhöhung der Kontaktstelle nicht schädlich v/erden können. Hir Metall darf keine schädliche Wirkung auf die physikalischen 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 die zu 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 Montageebene fort und dann auf die Ko;;. aktfläche zu. Infolge dieser Formgebung belasten die dorch die Wärmedehnung der Anschlußfahnen 28 auftretenden Kräfte die Lötstellen nur wenig. Da der Halbleiterkörper 22 fünf Kontaktflächen 26 aufweist, die zu einem einzigen elektrischen Anschluß gehören, weist der Kontaktbügel 23 eine entsprechende Anzahl von Kontaktfahnen auf. Dabei sind die Kontaktfahnen mit Hilfe der Regeln für Balkenbiegung so bemessen, daß ihre auf den Halbleiterkörper ausgeübten Anpreßkräfte 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 ausgleichen und der Halbleiterkörper 22 auch während des Schmelzens der Weichlotschichten nicht unzulässig stark verkippen. Damit die Kontaktbügel während der Montage leicht zu handhaben aind, weisen sie Fahnen 35 zum Greifen, beispielsweise mit einer Pinzette, auf. Für die Kontaktbügel hat sich folgendes Material als besonders vorteilhaft erwiesen: Die Kontaktbügel sind aus einem Blech Ag 97 CuJ hergestellt. Die Zagfestigkeit dieses Materials beträgt ungefähr 3,9 · 102 N/mm2; die Vickershärte HV11, ungefähr 1,1 ■ 103N'mm2; die Rekristallisationstemperatur etwa 600° C; der Ε-Modul etwa 5,5 104N/ mm2; der lineare Wärmedehnurrgskoeffizient etwa 20· 10-*- l/°C und die Dicke des Bleches etwa 0,15 mm. Das Material ist beiderseitig mit einer etwa 40 μπι dicken I ,ötmittelschicht aus Pb 96 Sn4 plattiert.
In der Fig. 3 ist dte Ansicht eines fertig montierten U" J''ertöteten Halbleiterbauelements dargestellt, wie durch die Lötstellen 40 angedeutet. Zumindest die Oberfläche de. fertig verlöteten Halb'eiterkörpers kann nun mit einer Schutzlackschichi überzogen werden; anschließend wird in bekannter Weise eine hermetisch gegen Umwelteinflüsse abschließende Metallkapsel aui die Unterlage 14 gelötet uder geschweißt,
Die genaue und sichere Kontaktierung mit Hilfe der auch während des Lötvorgangs federnden, tritt Lotmittel überzogenen Kontaktbügel ergibt, beispielsweise bei einem Leistungshalbleiterbauelement, auch für hohe ßulastuilgsströme zuverlässige Kontaktverbindungen,
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

19 6! 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 Kontaktbügel^ 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 Halbleiterkörpers angebrachten Kontaktflächen führen, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Unterseite des Halbleiterkörpers, 122) und der Sockelplatte (14) durch eine <\1/0·/>Ιι1;»*-<»/*Κ·'*1»«- neKfl^ot Int- Anti Aia rtn An*- /~\l~n-
TrGtCiiiOIaCiiiCni gCDuu^i. lot, QuW Uli- Uli UUl VJLn^l-
seite des Halbleiterkörpers angebrachten Kontaktflächen (26, 27) mit den Endabschnitten der Anschlußfahnen (28) mittels Weichlot verbunden sind und daß die auf die Anschlußstifte (15, 16) aufgesteckten Teile der Kontaktbügel (23,24) mit diesen Anschlußstiften (15, 16) ebenfalls durch Weichlot verbunden sind.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Anschlußstifte (15 16) aufgesteckten Teile der Kontaktbügel (23, 24) U-förmig mit zwei übereinanderliegenden Purckstecfcöffnuiigen ausgebildet sind.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbügel (23, 24) Fahnen (35) zum Greifen mit einer Pinizeite 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: «3,9 102 N/mm2 Vickershärte HV10: =1,1 10' N/mm2 Rekristallisationstemperatur: = + 600° C
E-Modul: = 5,5 ■ 104 N/mm2 Linearer Wärmedehnungs-
koeffizient:
Picke des Bleches:
Spezifischer elektrischer
Widerstand bei 20" C:
Temperatur-Koeffizient
des Widerstandes:
Wärmeleitfähigkeit:
Temperatur-Koeffizient
der Wärmeleitfähigkeit:
= 20 ΙΟ"* "C-1
= 0,15 mm
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