DE2537703A1

DE2537703A1 - Automatischer zusammenbau von halbleiterbauelementen

Info

Publication number: DE2537703A1
Application number: DE19752537703
Authority: DE
Inventors: Jun Angelo Daniel Checki; Anton Griswold Frey
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1974-08-30
Filing date: 1975-08-23
Publication date: 1976-03-11
Also published as: BE832939A; JPS5421709B2; IT1041916B; JPS5150574A; US3978579A

Description

Dipl.-lng. H. Sauerland - Dr.-lng. R. König ■ Dipl.-lng. K. Bergen Patentanwälte · 4ODD Düsseldorf 30 ■ Cecilienallee 76 · Telefon 43273a

22ο August 1975 30 237 B

RCA Corporation, 30 Rockefeiler Plaza, New York, N₀Y₀ 10020 (V₀St₀A.)

"Automatischer Zusammenbau von Halbleiterbauelementen"

Die Erfindung betrifft die Herstellung, insbesondere den automatischen oder maschinellen Zusammenbau von Halbleiterbauelementen, die jeweils eine mit einem Sockel versehene Halterung besitzen, wobei der Sockel ein Kopfteil und mindestens eine durch dieses hindurchgeführte Leitung sowie eine auf dem Kopfteil befestigte Halbleiterpastille umfaßte

Eine bekannte Art von Halbleiterbauelementen besitzt eine Verkleidung mit einer Halterung, die ein flaches Kopfteil mit mindestens einer durch dieses hindurch geführten Leitung, eine auf dem Kopfteil montierte Halbleiterpastille und aus Metallstreifen bestehende elektrische Kontakte aufweist, die sich zwischen den Leitungen und verschiedenen Oberflächenbereichen der Pastille erstrecken und mit diesen verbunden sind.

Bisher wurden die für das Anbringen der Pastille auf dem Kopfteil und das Befestigen der Kontakte an den Leitungen und mit der Pastille erforderlichen Arbeiten entweder ausschließlich von Hand oder unter Verwendung von einfachen Lehren durchgeführt; ein Beispiel für letztere ist in der US-PS 3 390 450 dargestellt und beschrieben.

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Aufgabe der. Erfindung ist es, ein Verfahren vorzuschlagen, das ein automatisches bzw. maschinelles Zusammenbauen, insbesondere Anbringen der Pastille und der Kontakte ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dsÜ3 das Kopfteil eines Sockels in einer Gerät estai^Lhn sxaJcfc' ausgerichtet und die Leitung bzw₀ Leitungen'.von. Formwerkzeugen in der Station erfaßt und so verf oröi% ^;werden, daß sie eine vorbestimmte Endposition relativ zum Kopfteil einnehmen, daß die Leitungen von P&kLtionierwerkzeugen in einer Gerätestation erfaßt werdest zum escakten Ausrichten sowohl der Leitungen als auch des Kopfteils relativ zu dieser Station, daß in dieser Station benachbart zum Kopfteil und zu diesem hinführend eine am Ende offene Führungsrutsche in Position gebracht wird, und daß eine Halbleiterpastille in die Rutsche und" dadurch auf das Kopfteil gegeben wird, wobei die Rutsche gleichzeitig für exakte Positionierung der Pastill-e auf dem Kopfteil sorgt.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung an einem bevorzugten Ausfiihrumgsbeispiel nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine· perspektivische Darstellung einer Halbleiterhaltarung gemäß der Erfindung;

Figo 2 eine perspektivische Darstellung einer im Rahmen der Erfindung verwendeten Lehre;

Fig. 3 e±öe perspektivische Darstellung eines Teils einer MontfeigBstation, wobei ein Satz der Werkzeuge bei dieser Station in zurückgezogener Position dargestellt ist»"

Fig. 4 eine der Darstellung gemäß Fig. 3 ähnliche Ansicht, wobei oedoc&L der eine Satz Werkzeuge in vorgeschobener Arbeitsposition gezeigt ist;

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Fig, j? eine perspektivische, teilweise gebrochene Darstellung einer anderen Montagestation der Vorrichtung;

Fig_o 6 einen Schnitt entlang der Linie 6-6 in Fig. 5 in vergrößertem Maßstab;

Fig. 7 eine Anordnung von Teilen, die im Rahmen der Erfindung verwendet wird, um die in Figo 1 dargestellte Halterung zusammenzubauen;

Fig« 8 eine Seitenansicht der in Fig. 7 dargestellten Anordnung, nachdem Teile der Anordnung im rechten Winkel zu anderen Teilen umgebogen sind;

Fig, 9 eine Draufsicht auf die in Fig₀ 8 dargestellte Anordnung; und

Fig. 10 eine perspektivische Darstellung, aus der das Anbringen von Teilen der in den Fig. 8 und 9 dargestellten Teile zur Vervollständigung der in Fig. dargestellten Halterung hervorgeht«

In Fig. 1 ist eine Transistorhalterung 10 mit einem Sockel oder Fuß 12 dargestellt, der ein flaches Kopfteil 14 mit zwei Bohrungen 15 und zwei mit Hilfe von Glasdichtungen 18 hermetisch dicht durch das Kopfteil 14 geführte Leitungen 16 aufweist, deren obere Enden 17 vorzugsweise abgerundet sind. Mit dem Kopfteil 14 ist eine Unterlage 20 verbunden, die für eine darauf befestigte Halbleiterpastille 24 als Wärmesenke dient,, Zwei Kontakte 26 erstrecken sich von jeder Leitung 16 bis zu unterschiedlichen Oberflächenbereichen der Pastille 24_O Ein Ende jedes Kontaktes 26 ist mit einer Öffnung 32 versehen, wobei sich eine gebogene Zunge 34 bis in die öffnung 32 erstreckt, wodurch der Kontakt an der Leitung sicher gehalten wird. Das andere Ende jedes Kontakts 26 weist eine nach unten geneigte Spitze 38 auf, die mit der Pastillenoberfläche

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verbunden i

Ein fertiggestellter Transistor weist zusätzlich eine nicht dargestellte hermetische Verkleidung auf, die die Halterung 10 in bekannter Weise umgibt,,

Die beschriebenen Töile der Halterung sind miteinander durch Lötstellen verbunden,, Dazu werden vor dem Zusammenbau der Halterung die untere und bestimmte Teile der oberen Oberfläche der Pastille mit einem Lötüberzug versehen, und die Kontakte 26 in bekannter Weise mit Lötmittel überzogen bzw. plattiert.

Die Halterung 10 hat einen grundsätzlich bekannten Aufbau und besteht aus fce&annten Materialien, wobei auch ihre Einzelteile in bekannter Weise hergestellt werden können. Im Vergleich, zu bekannten Halterungen wird jedoch vorzugsweise eine, Abänderung im Sockel 12 vorgenommen, um ihn etwas leichter in der im Rahmen der vorliegenden Erfindung für das beschrieben© Ausführungsbeispiel vorgesehenen Vorrichtung unterzubringen. Wenngleich diese Modifikation die praktische Durchführung der Erfindung erleichtert, ist sie doch nicht von essentieller Bedeutung.

Die Änderung des Sockels besteht darin, daß die Sockelunterlage 20, die normalerweise vier Seiten besitzt, mit mindestens zwei zusätzlichen Eckseiten 40 versehen wird, die diagonal zwischen den Unterlagenseiten 42 und 44 angeordnet sind, und hinsichtlich Form und Dimension genau einer flaclieaa Seite 46 der Unterlage am gegenüberliegenden Ende angepaßt sind.

In der praktischen Durchführung der Erfindung ist das Ausgangsweickstück der Sockel 12, dessen Herstellung bekannt ist„ Zunächst wird, eine Anzahl von Sockeln 12, z_eB. sieben, von Hand in einer Lehre 50 untergebracht. Wie aus Fig. 2

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hervorgeht, besteht die Lehre 50 aus einer Platte 52, die auf zwei Füßen 54 montiert ist und mehrere Löcher 56 aufweist, von denen jedes in seiner Form so ausgebildet ist, daß es einen Sockel 12 darin teilweise aufnehmen kann. Um jede Öffnung 56 herum sind Nasen 58 vorgesehen, die aus dem Material der Platte 52 geprägt sind. Die Abmessungen der Lehre 50 sind so gewählt, daß die Leitungen 16 eines Sockels 12 frei durch die öffnung 56 hindurchragen, während das Sockelkopfteil 14 auf der Lehrenplatte 52 aufliegt, wobei die Seiten des Kopfteils lose im Bereich zwischen den Nasen 58 liegen, so daß die Lehre einen gewissen Betrag seitlicher Bewegung der Sockel zuläßt.

Nachdem die Lehre beladen worden ist, wird zunächst ein Rückrichten bzw. -formen der Leitungen 16, sofern erforderlich, vorgenommen, um die Leitungen jedes Sockels exakt bezüglich der Unterlage 20 auszurichten. Dieser Behandlungsschritt ist erforderlich, weil eine Toleranz für die Positionierung von Leitung zu Unterlage für die Erfindung gefordert wird, die enger ist als im allgemeinen mit bekannten Herstellungsverfahren für Sockel erreicht werden kann.

Um dieses Ausrichten der Leitungen zu erreichen, wird die beladene Lehre 50 einem Gerät zugeführt, das mehrere identische Arbeitsstationen aufweist, deren Zahl der Anzahl von Sockeln auf der Lehre entspricht, so daß alle Sockel gleichzeitig in einem Gerät bearbeitet werden können. Die Fig. 3 und 4 zeigen einen Teil einer der Stationen des dem Positionieren der Leitungen dienenden Gerätes, wobei der dargestellte Teil ein Paar Klemmbacken 60 und 62 (Fig. 3) zum genauen Ausrichten eines Sockels 12 in der Station und ein Paar Klemmbacken 64 und 66 zum gegebenenfalls erforderlichen Rückformen der Leitungen

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16 jedes Sockels umfaßt.

Es sei "darauf hingewiesen, daß das Ausrichten eines oder mehrere** Werkstücke in einer auf diese einwirkenden Station und'das Führen von Werkzeugen gegen die und in Berührung mit den Werkstücken für sich bekannt und technisch gut entwickelt ist. Deshalb werden verschiedene Einzelheiten der bei der Durchführung der Erfindung verwendeten Geräte einschließlich der Abstützeinrichtungen für die Leshre 50 in gegenüber dem Ausrichtgerät exakter Lage sowi© der für den Vorschub und das Zurückziehen ver-

schiederiöl» Werkzeuge des Behandlungsgerätes vorgesehenen Einrichtungen nicht beschrieben, da deren Ausführung ohne weiteres den auf dem vorliegenden Sachgebiet tätigen Fachleuten möglich ist.

Im Zusammenhang mit dem Formen der Leitungen 16 ist es Aufgabe der Klemmbacken 60 und 62 (Fig. 3), die Seiten 40 bzw. 46 der Unterlage 20 zum genauen Ausrichten des Sockels in der Bearbeitungsstation zu erfassen. Wie dargestellt, ist die Führungskante der Klemmbacke 62 flach zum Eingriff mit der flachen Seite 46 der Unterlage 20, während die Führungskante der Klemmbacke 60 eine V-Einkerbung 68 besitzt, die dafür porgt, daß der Sockel in der anderen seitlichen Richtung ausgerichtet wird. Wegen der lockeren Befestigung des Sockels 12 auf der Lehre 50 (die in Fig. 3 nicht dargestellt ist) kann der Sockel durch die Klemmbacken uag^&indert ausgerichtet werden.

Um ein Verklemmen des Gerätes zu vermeiden und auch Abmessungsä^erungen von Sockel zu Sockel bewältigen zu können, trird eine der Klemmbacken durch einen Vorschub betätigt, dessen Vorschubskraft limitiert ist, z.B. durch eine Druckfeder oder einen Luftzylinderkolben (nicht dargestellt).

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Nachdem der Sockel exakt ausgerichtet ist, werden die bis zu diesem Zeitpunkt in zurückgezogener Position gehaltenen Klemmbacken 64 und 66 betätigt. Wie aus Figo 3 hervorgeht, besitzt die Führungskante 70 der Klemmbacke 64 zwei V-förmige Einkerbungen 72 und weist eine Dicke auf, die ungefähr 2/3 der über das Kopfteil 14 hinausragenden Länge der Leitungen beträgt. Die andere Klemmbacke 66, die genau die gleiche Dicke wie die Klemmbacke 64 besitzt, ist mit zwei V-förmigen Fingern 74 versehen, deren vorspringende Kanten mit je einer Nut 78 versehen sind, deren Grund kreisförmig geformt ist; die Finger 74 sind so geformt und dimensioniert, daß sie mit den V-förmigen Einkerbungen 72 in der Klemmbacke 74 in passenden Eingriff gebracht werden können.

Im Betrieb werden die beiden Backen 64 und 66 gleichzeitig vorgeschoben, wobei die Leitungen im allgemeinen zunächst von den breiten Einkerbungen 72 der Backe 64 erfaßt und gegen die Spitze geder Einkerbung bewegt und sodann fest durch die Finger 74 der Backe 66 in die Einkerbungsspitzen gedrückt werden.

Die Leitungen erfahren zwischen den beiden Backen 64 und 66 eine Art Hammerbearbeitung, so daß das Material der Leitungen mechanisch überbeansprucht wird, um die Leitungen in die durch die ineinanderpassenden Klemmbacken 64 und 66 vorgegebene Form und Lage zu bringen. Als Ergebnis dieses Behandlungsschrittes befinden sich die Leitungen 16 in exakter Ausrichtung zur Unterlage 20, wobei die oberen Teile der Leitungen auch vertikal zur oberen Oberfläche der Unterlage verlaufen, um, wie nachfolgend beschrieben wird, das Befestigen der Kontakte 26 an den Leitungen zu vereinfachen.

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Obwohl eine besondere Einrichtung zur Formgebung und Ausrichtung der Leitungen beschrieben worden ist, sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß das Formen von Leitungen ansonsten bekannt ist und auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung andere bekannte Einrichtungen zur Anwendung.kommen können.

Nunmehr wird die Lehre 50 in einem Gerät untergebracht, das unter anderem die Aufgabe hat, eine Pastille in genau ausgerichteter Lage der Unterlage 20 zuzuführen und die Pastille in dieser Lage zu halten, bis die Kontakte 26 am Werkstück angebracht sind.

Ein Teil dieses Gerätes einschließlich zweier Behandlungsstationen ist in Fig. 5 dargestellt; jede Station besitzt ein Paar Hebestifte 80 (nur ein Paar ist dargestellt) für jeweils einen Sockel, die auf einer vertikal beweglichen Platte 81 befestigt sind, eine erste bewegliche Platte 82 mit einem Paar im wesentlichen V-förmiger die Leitungen positionierender Einkerbungen 84 auf jeder Seite einer dritten V-förmigen Einkerbung 86, eine zweite bewegliche Platte 88 mit einer Einkerbung 90 zum Erfassen der Unterlage 20 und eine dritte bewegbare Platte 82 mit einer die Pastille führenden V-förmigen Einkerbung 84 in der Führungskante. Wie der Zeichnung zu entnehmen ist, sind die Platten 82 und 92 koplanar angeordnet, während die Platte 88 unterhalb der Platte 92 gelagert ist.

Im Betrieb wird die Lehre 50 bei zurückgezogener Position sämtlicher Platten in diesem Gerät in solcher Position untergebracht, daß die Leitungen 16 jeder Lehre im wesentlichen mit den Einkerbungen 84 der ersten Platte 82 fluchten. Diese Platte wird dann vorgeschoben, damit die Leitungen 16 von den Platteneinkerbungen 84 erfaßt werden. Die zweite bewegliche Platte 88 wird sodann

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vorgeschoben (mit einer beispielsweise durch eine Druckfeder hervorgerufeneKraft) bis zum Kontakt mit den Seiten 50 der Unterlage, um die Leitungen 60 in festen Sitz mit den Spitzen der beiden Einkerbungen 84 zu bringen
und damit eine exakte Ausrichtung der Unterlage innerhalb des Gerätes zu schaffen. Die dritte bewegbare
Platte 92 wird dann vorgeschoben, so daß die darin vorgesehene V-Einkerbung im Zusammenwirken mit der V-Einkerbung 86 in der Platte 82 eine Führung oder Rutsche
96 bildet (Fig. 6). Die Fände der V-Einkerbungen 86 und 94 sind geneigt,"so daß die Rutsche 96 auch geneigte Innenwände besitzt. Sodann werden die Stifte 80 (Fig. 9) nach oben durch die Lehrenöffnungen 56 bewegt (die Lehre 50 ist in Fig. 5 nicht dargestellt), um das Kopfteil des
Sockels in eine Position zu bringen, bei der die Unterlage 20 nahe (Fig. 6) an die Unterseiten der Platten und 92 und direkt unter die Rutsche 96 gelangt.

Sodann wird eine Pastille 24 (Fig. 6) entweder von Hand oder vorzugsweise mit einem bekannten, vakuumbetriebenen Gerät in die Rutsche 96 gegeben und damit in vorbestimmte Position auf der Unterlage 20 gebracht, wobei die Rutsche 96 die Pastille 24 in dieser gewünschten Position hält, nachdem die Pastillenverteileinrichtung entfernt ist»

Der letzte Schritt des Verfahrens besteht darin, einen Kontakt 26 auf jeder Leitung 16 anzubringen, und mit der Pastille 24 zu kontaktieren, wobei die Kontakte 26 als gebogene Federn dienen, die die Pastille gegen die Unterlage klemmen, bis die Pastille mit der Unterlage 20 und den Kontakten 26 im Rahmen einer weiteren Bearbeitung verlötet wird.

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Das Anbringen der Kontakte wird vorzugsweise automatisch durchgeführt, wozu mehrere Kontaktpaare 26, und zwar jeweils ein Paar für jeden Sockel 12 in der Lehre 50, vorgesehen werden, die mit einem länglichen Streifen 100 (Fig. 7) einer KontaktZusammenstellung 102 verbunden sind. Der Abstand zwischen jedem Kontaktpaar entlang dem Streifen 100 entspricht dem Abstand zwischen den einzelnen Sockeln 12 in der Lehre 50, und die Abmessungen und Relatiwiinkel der Kontakte 26 jedes Kontaktpaars entsprechen der Relativlage zwischen den Leitungen 16 und der Pastille 24, wie sie durch die verschiedenen Positionierungsplatten 82, 88 und 92 in der in Fig. 5 dargestellten Weise bestimmt wird,, Außerdem ist jeder Kontakt 26 mit der nach unten weisenden Spitze 38 versehen.

Die Kontaktstreifenzusammenstellung 102 ist äußerst einfach und kostengünstig herzustellen, indem für Blech bekannte Stanz- und Formverfahren angewendet werden. Ein mit der Anwendung derartiger Verfahren verbundenes Problem besteht jedoch darin, daß wegen des Streckens des Blechs während des Schneidens ein nicht gewoUfcer, nicht reproduzierbarer Betrag an Biegung in den Kontaktstreifen gebracht wird,. Dies ist in vergrößertem Maßstab in Fig. 7 dargestellt. Das durch diese zufällige Biegung hervorgerufene Problem besteht darin, daß es nicht ohne größeren Aufwand möglich ist, gleichzeitig die öffnungen 32 aller Kontakte 26 der Kontaktzusammenstellung 102 mit sämtlichen Leitungen 16 der verschiedenen Sockel 12 in der Lehre 50 auszurichten, da,wie in-den Fig. 2, 5 und 10 gezeigt wird, alle Leitungen 16 entlang einer geraden Linie ausgerichtet sind.

Dieses Problem wird dadurch gelöst, daß jeder Kontakt 26 in einem rechten Winkel zum Streifen 100 umgebogen wird, wie dies in den Fig. 8 und 9 dargestellt ist. Ob-

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gleich dies keinen Einfluß auf die Krümmung des Materials hat (s.Fig. 8), wonach die Kontakte 26 immer noch entlang einer gekrümmten Oberfläche liegen, werden durch diese Maßnahme jedoch alle Kontaktöffnungen 32 entlang einer geraden Linie ausgerichtet, wie aus Fig. 9 hervorgeht.

Der Streifen 100 der Kontaktzusammenstellung 102 wird dann zwischen die Backen eines länglichen Halters 104 gemäß Fig. 10 gebracht, und der Halter 104 wird in Richtung auf die Sockel 12 (immer noch in dem in Fig. 5 dargestellten Gerät untergebracht, von dem Einzelheiten in Figo 10 nicht gezeigt sind) bewegt, um zunächst die Kontaktöffnungen 32 jedes Kontaktes 26 mit je einer Leitung 16 jades Sockels auszurichten und dann jeden Kontakt auf und entlang der Leitung 16 nach unten zu drücken, bis die Kontaktspitze 38 durch die offene Seite der Rutsche 96 (Fig. 6) die Pastille 24 - in den Kontakt biegender Art - berührt. Der Halter 24 gibt den Kontaktstreifen dann frei und wird zurückgezogen.

Aufgrund der Zungen 34 in den Kontaktöffnungen 32 werden die Kontakte 26 mechanisch fest auf den Leitungen 16 gehalten, während die gebogenen Kontakte die Pastillen 24 in der gewünschten Position gegen die Unterlage 20 klemmen«,

Obgleich aufgrund der Krümmung der Fläche, in der die verschiedenen Kontakte liegen (Fig. 8), hinsichtlich der Höhe der Kontakte an den Leitern 16 gewisse Unterschiede bestehen und damit auch gewisse Unterschiede im Umfang des Biegezustands der Kontakte 26, sind diese Höhenunterschiede tatsächlich jedoch sehr gering (der Krümmungsbetrag des Streifens 100 ist in den Fig. 7 und 8 stark übertrieben dargestellt) und haben keine nachteiligen Wirkungen auf das Klemmen der Pastillen 24 gegen die

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Sockelunterlagen 20.

Die verschiedenen bewegbaren Platten des Gerätes gemäß Fig. 5 werden dann zurückgezogen und die Lehre dem Gerät entnommen und der Streifen 100 von den Halterungen getrennt. Letzteres ist sehr leicht dadurch zu erreichen, daß der Streifen 100 dort, wo die Kontakte 26 an ihm befestigt sind, mit Perforationen versehen wird, so daß einige wenige Biegebewegungen genügen, um den Streifen abzubrechen.

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Claims

RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York, N.Y. 10020 (V.St.A.)

Patentansprüche;

erfahren zum Zusammenbau eines Halbleiterbauelements, das eine mit einem Sockel versehene Halterung besitzt, wobei der Sockel ein Kopfteil und mindestens eine durch dieses hindurch geführte Leitung sowie eine auf dem Kopfteil befestigte Halbleiterpastille umfaßt, dadurch gekennzeichnet , daß das Kopfteil (14) eines Sockels (12) in einer Gerätestation exakt ausgerichtet und die Leitung bzw. Leitungen (16) von Formwerkzeugen (64, 66) in der Station erfaßt und so verformt werden, daß sie eine vorbestimmte Endposition relativ zum Kopfteil einnehmen, daß die Leitungen (16) von Positionierwerkzeugen (60, 62) in einer Gerätestation erfaßt werden zum exakten Ausrichten sowohl der Leitungen (16) als auch des Kopfteils (14) relativ zu dieser Station, daß in dieser Station benachbart zum Kopfteil (14) und zu diesem hinführend eine am Ende offene Führungsrutsche (96) in Position gebracht wird, und daß eine Halbleiterpastille (24) in die Rutsche (96) und dadurch auf das Kopfteil (14) gegeben wird, wobei die Rutsche (96) gleichzeitig für exakte Positionierung der Pastille (24) auf dem Kopfteil (14) sorgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend ein Ende eines länglichen Kontaktes mit der Leitung und das andere Ende des Kontaktes mit der Pastille durch ein Ende der Rutsche in Verbindung gebracht wird.

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