DE3421539A1

DE3421539A1 - Halbleiterbauelement fuer smd-technik

Info

Publication number: DE3421539A1
Application number: DE19843421539
Authority: DE
Inventors: Gottfried Dipl.-Ing. 8411 Etterzhausen Beer; Richard Dipl.-Ing. 8411 Kleinprüfening Scheuenpflug
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-06-08
Filing date: 1984-06-08
Publication date: 1985-12-19

Description

Halbleiterbauelement für SMD-Technik
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement, insbesondere mittlerer Leistung, mit einem Chipträger mit vorgeformten Kontaktbeinchen zur Kontaktierung der einzelnen Chipkontakte , mit einem auf dem Chipträger montierten und mit den Kontaktbeinchen kontaktierten Halbleiterplättchen und einem Gehäuse.
Bei der Anwendung von elektronischen Bauteilen wird in zunehmendem Maße eine automatische Bestückung von meist thermisch schlecht leitenden Platinen mittels oberflächenmontierten Bauelementen, sogenannten Service Mounted Devices!abgekürzt SMD, eingeführt. Dazu werden Bauelemente ohne Anschlußdrähte verwendet.
Im Lieferprogramm 1981/82 der Firma Siemens, Kondensatoren, Bestell-Nr. B/2290, gedruckt November 1980, S. 12-17, sind Vielschichtkondensatoren sowohl als Bauelemente mit Anschlußdrähten sowie ohne Anschlußdrähte abgebildet und stichwortartig beschrieben.
Bei der Verwendung schlecht wärmeleitender Printplatten als Platine treten bei dieser Bestückung bei Bauelementen mit mittlerer oder größerer Verlustleistung Schwierigkeiten hinsichtlich der Wärmeableitung auf. Bauelemente mit höheren Verlustleistungen werden deshalb hauptsächlich in bedrahteter Technik eingesetzt, bei der eine thermisch leitende Verbindung zwischen den Kühlflächen des Bauteils und weiteren wärmeableitenden Flächen hergestellt werden kann. Für die Bestückung von Platinen mittels Bauelementen ohne Anschlußdrähte wäre es jedoch wünschenswert sowohl Halbleiterbauelemente mit geringeren wie mit höheren Verlustleistungen auf eine einheitliche Platine ohne größeren technischen Aufwand aufbringen zu können.
Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Halbleiterbauelement so zu gestalten, daß es sich als oberflächenmontiertes Bauelement technisch leicht und vorteilhaft auf einer Platine so anbringen läßt, daß die entstehende Verlustleistung bei Halbleiterbauelementen mit mittlerer Verlustleistung und bei der Verwendung einer Platine mit geringer Wärmeleitfähigkeit hinreichend gut abgeleitet wird.
Diese Aufgabe wird für ein Bauelement der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Halbleiterbauelement in der Weise als Bauelement ohne Anschlußdrähte gestaltet ist, daß es in der SMD-Technik auf eine Platine aufsetzbar ist, wobei der Chipträger so vorgeformt ist, daß mindestens ein Teil der äußeren, den Halbleiterkontakten abgewandten Enden,der Kontaktbeinchen parallel zur Platinenoberfläche verläuft, und wobei mindestens ein Kontaktbeinchen als Kühlfahne ausgebildet ist, und wobei Gehäuse an der der Platinenoberfläche zugewandten Oberlfäche mit mindestens einer in das Gehäuseinnere hineinragenden rillenförmigen Einbuchtung versehen ist.
Durch den vorgeformten Chipträger entfällt ein Verbiegen der Kontaktbeinchen nach Anbringung des Gehäuses.
Dadurch werden bei Vergußgehäusen mögliche Risse im Gehäuse vermieden.
Durch das Vorformen des Chipträgers und die Ausbildung des Kollektorkontaktes als Kühlfahne wird das Problem der Kunststoffflashbeseitigung nach erfolgtem Verguß gegenüber der entsprechenden Problematik bei der Herstellung von SOT 89 Bauteilen wesentlich verringert.
Durch die Anbringung einer rillenförmigen Einbuchtung wird das Anbringen von erfindungsgemäßen Bauelementen mit Klebetechnik ermöglicht, ohne Gefahr zu laufen, daß Kleber auf aufgebrachte Lotflecke gelangen kann. Zudem wird die Möglichkeit einer Leiterbahnenunterführung geschaffen.
Durch die Ausbildung eines Kontaktbeinchens z.B. bei Transistoren des Kollektoranschlusses, als Kühlfahne wird auch bei Bauelementen mit größerer Verlustleistung eine hinreichende Wärmeableitung geschaffen, so daß derartige Bauteile in vorteilhafter Weise auch als Service Mounted Devices auf Platinen aufgebracht, z.B. aufgeklebt werden können. Damit läßt sich eine Automatisierung der Platinenbestückung mit Bauteilen auch auf Bauteile mit höherer Verlustleistung ausweiten.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Zykelfestigkeit worunter man eine hohe elektrische Zuverlässigkeit und mechanische Stabilität bei thermischem Wechselbeabspruchen einer Anordnung aus Platine und Bauelementen#versteht.
Es ist vorteilhaft daß die Abmessungen des Halbleiterbauelements, inklusive Gehäuse, Kontaktbeinchen und Kühlfahne, einen Quader von 8 mm x 8mm x 5 mm nicht überragen. Durch die Ausbildung von Halbleiterbauelementen auch mit größerer Verlustleistung als Bauelemente ohne Anschlußdrähte lassen sich auch solche Bauelemente inklusive Gehäuse, Kontaktbeinchen und Kühlfahne vorteilhaft klein gestalten.
Es ist auch vorteilhaft, daß die Kühlfahne ein- oder mehrfach zur Platinenoberfläche abgewinkelt ist. Je nach Größe der Verlustleistung des betreffenden Bauelements läßt sich dadurch die zugehörige Kühlfahne entsprechend anpassen.
Im Hinblick auf die Automatisierung der Halbleiterherstellung ist es vorteilhaft, daß das Gehäuse aus Kunststoff besteht und die Einbuchtung als Nut ausgeführt ist.
Eine Nut im Gehäuse läßt sich durch eine entsprechende Ausbildung des Vergußwerkzeuges ohne gesonderten Arbeitsaufwand verwirklichen. Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer Platine mit aufgebrachtem Halbleiterbauelement im Querschnitt, Fig. 2 eine Draufsicht auf die Halbleiterrückseite des Halbleiterbauelements aus Fig. 1, Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Chipträger des Halbleiterbauelements aus Fig. 1 und Fig. 2.
Fig. 4 eine Übersicht über die verschiedenen Wärmeableitungsmöglichkeiten an einem Halbleiterbauelement aus Fig. 1.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Platine 1,auf die ein als Transistor 2 ausgebildetes Halbleiterbauelement aufgebracht ist. Der Transistor 2 ist mit einem Gehäuse 4, z.B. bestehend aus Kunststoff versehen. An seiner Rückseite 3 befinden sich Kontaktbeinchen 6, 7 sowie eine Kühlfahne 8 und eine rillenförmige Einbuchtung 5.
Die Einbuchtung 5 kann bei Kunststoffgehäusen als Nut ausgebildet sein. Die Einbuchtung# 5 kann zusätzlich als Leiterbahnenunterführung für in der Figur nicht dargestellte Leiterbahnen,die auf der Platine 1 angebracht sind,dienen. Außerdem kann die Einbuchtung 5 überschüssigen Kleber aufnehmen, der beim Verkleben der Platine 1 mit dem Transistor 2 zurückbleibt. Durch mögliche Leiterbahnunterführungen wird das Platinendesign erleichtert. Durch die Kleberaufnahme in der Einbuchtung 5 wird die Kippsicherheit des verklebten Halbleiterbauelements gewährleistet,und die Verschmutzung aufgebrachter Lotflecke durch die Verhinderung des Austritts überschüssigen Klebers vermieden, wodurch bei einem nachfolgenden Verlöten der Platinenkontaktanschlüsse mit den Halbleiterkontakten in einem Schwellbad eine gute Lötverbindung sichergestellt wird. Die Kühlfahne 8 kann je nach Bedarf ein- oder mehrfach abgewinkelt sein.
Eine einfach abgewinkelte Kühlfahne wird z.B. dadurch realisiert, daß die Kühlfahne 8 mit einem zusätzlichen, strichliert gezeichneten Kühlfahnenteil 10 versehen wird.
Der Kollektoranschluß 9 ist an dem in das Gehäuse 4 hineinragenden inneren Teil von der Platine 1 weggebogen ausgeführt und mit einem Halbleiterplättchen 12 versehen.
In dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 bildet das Halbleiterplättchen 12 einen Transistor dessen Kollektor mit dem inneren Teil 11 des Kollektoranschlusses kontaktiert ist. Die hauptsächlich am Kollektor anfallende Verlustleistung des Halbleiterplättchens 12 wird über den Kollektoranschluß 9 zur Kühlfahne 8 geleitet und kann dort abgeführt werden. Die Höhe h des in Fig. 1 dargestellten Transistors 2 beträgt einschließlich des Gehäuses 0,7 mm bis 5 mm.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die Rückseite 3 des Transistors 2 aus Fig. 1. Mittig zum Transistor 2 verläuft die rillenförmige Einbuchtung 5 die durch die Linien 14, 15 begrenzt wird. Die strichlierte Kreislinie 16 deutet die Abgrenzungen eines Klebertropfens an, mit dem der Transistor 2 auf die Platine 1 z.B.
aufgeklebt wird. Aus dem Gehäuse 4 ragen seitlich die Kontaktbeinchen 6, 7 und die Anschlußfahne 8 heraus.
Die Abmessung des Transistors 2 werden samt herausragenden Kontaktbeinchen 6, 7 und Anschlußfahne 8 so gewählt, daß die Länge 1 zwischen 3 mm und 8 mm liegt, während die Breite b zwischen 3 mm und 8 mm liegt.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf einen Chipträger 17 mit einem ausgestanzten Bereich 18 einem Kollektoranschluß 9 und den Kontaktbeinchen 6 und 7. Der innere Teil 11 des Kollektoranschlusses 9 sowie die inneren Teile' 19, 20 der Kontaktbeinchen 6, 7 sind gegenüber den äußeren zugehörigen Teilen die auf der Platine 1 aufliegen,von der Platine weg aufgebogen. Das strichlierte Viereck 21 auf dem inneren Teil 11 des Kollektoranschlußes 9 deutet die Position des aufzubringenden Halbleiterplättchens 12 an. Vor dem Aufbringen des Halbleiterbauelement auf die Platine 1 werden die Kontaktbeinchen 6, 7 und die Kühlfahne 8 längs der strichlierten Linien 22, 23, 24, 25 vom Chipträgerrahmen 26 abgetrennt.
Fig. 4 zeigt eine Übersicht über den stationär sich einstellenden Wärmeabfluß der Verlustwärme eines Halbleiterbauelements nach Fig. 1. Die gesamte abzuführende Verlustwärme wird in etwa quantitativ als Durchmesser 30 des unverzweigten Wärmeflusses 35 dargestellt. Der größte Teil der Verlustwärme 31 wird über die am Bauelement angebrachte Kühlfahne abgeführt,während ein kleinerer Teil 34 der Verlustleistung über die meist thermisch schlecht leitende Platine abgeführt wird und ein noch geringerer Teil 33 der Verlustleistung über die Leiterbahnen der Platine mittels Wärmeleitung, Wärmestrahlung und Konvektion abgeführt wird. Ein sehr geringer Teil 32 der Verlustleistung wird außerdem mittels Wärmeleitung, Wärmestrahlung und Konvektion über das Kunststoffgehäuse eines erfindunsgemäßen Halbleiterbauelementes abgeführt. Bei Bauelementen mittlerer Verlustleistung aber hinreichend gut wärmeleitender Platine sind die Wärmeableitungsmöglichkeiten 32, 33, 34 hinreichend, da der Anteil 34 entsprechend groß ist.
Bei direkter Montage eines Halbleiterbauelementes mittlerer Verlustleistung auf einer schlecht wärmeleitenden Platine sind hingegen weitere Maßnahmen zur Wärmeableitung, z.B. die Anbringung einer Kühlfahne notwendig.
4 Patentansprüche 4 Figuren

Claims

Patentansprüche g1,. Halbleiterbauelement, mit einem Chipträger mit vorgeformten Kontaktbeinchen zur Kontaktierung der einzelnen Chipkontakte, mit einem auf dem Chipträger montierten und mit den Kontaktbeinchen kontaktierten Halbleiterplättchen und mit einem Gehäuse, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Halbleiterbauelement in der Weise als Bauelement ohne Anschlußdrähte gestaltet ist, daß es in der SMD-Technik auf eine Platine 1 aufsetzbar ist, bei dem der Chipträger (17) so vorgeformt ist, daß mindestens ein Teil der äußeren, den Halbleiterkontakten abgewandten, Enden der Kontaktbeinchen parallel zur Platinenoberfläche verläuft, und bei dem mindestens ein Kontaktbeinchen als Kühlfahne (8) ausgebildet ist, und bei dem das Gehäuse (4) an der der Platinenoberfläche zugewandten Oberfläche mit mindestens einer in das Gehäuseinnere hineinragenden rillenförmigen Einbuchtung (5) versehen ist.
2. Halbleiterbauelemen nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Abmessungen des Halbleiterbauelements inklusive Gehäuse (4), Kontaktbeinchen (6, 7) und Kühlfahne (8), einen Quader von 8 mm x 8 mm x 5 mm nicht überragen.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 und/oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kühlfahne (8) ein- oder mehrfach zur Platinenoberfläche abgewinkelt ist.
4. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Gehäuse (4) aus Kunststoff besteht und die Einbuchtung (5) als Nut ausgeführt ist.