DE69620564T2

DE69620564T2 - Kunststoffkörper eines Leitungshalbleiters zur Oberflächenmontage mit optimierten charakteristischen Abmessungen zur Benutzung von Standard-Transport- und Testhaltern

Info

Publication number: DE69620564T2
Application number: DE69620564T
Authority: DE
Inventors: Mauro Mazzola; Renato Poinelli
Original assignee: STMicroelectronics SRL
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 1996-01-25
Filing date: 1996-01-25
Publication date: 2003-01-30
Anticipated expiration: 2016-01-26
Also published as: JPH09213864A; JP3024943B2; EP0786807A1; US5852324A; EP0786807B1; DE69620564D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kunststoff-Leistungshalbleiter-Anordnung zur Oberflächenmontage mit Abmessungseigenschaften, welche für die Verwendung von Standard-Versand- und Prüf-Arten optimiert sind.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine QFP-(Quad-Flat-Package)- Leistungshalbleiter-Anordnung zur Oberflächenmontage mit optimierten Abmessungen und eine Verbesserung durch eine Einrichtung, durch welche es möglich ist, die QFPs in Behältern zu versenden, welche üblicherweise für den Versand von Standard-QFP-Anordnungen verwendet werden.
Integrierte Schaltungen und andere aktive elektronische Anordnungen oder Komponenten sind herkömmlicherweise im Allgemeinen durch einen Chip gebildet, welcher aus einem Halbleitermaterial hergestellt ist, und erfordern eine besondere Konfigurationen für deren Montage in einer externen elektrischen Schaltung. Eine typische Konfiguration dieser Art ist durch eine Kunststoffpackung bereitgestellt, innerhalb welcher ein Chip angeordnet ist; der Chip ist durch dünne metallische Leiter mit Anschlüssen verbunden, welche aus der Packung hervorragen und gemeinsam als Anschlüsse bezeichnet werden.
In integrierten Leistungsschaltungen, welche ausgebildet sind, um mit hohen Strömen zu arbeiten und die somit intensiver Erwärmung ausgesetzt sind, ist eine kleine Metallplatte vorgesehen, auf welcher der Chip angebracht ist. Diese Metallplatte wirkt als ein Kühler für den Chip, da sie die während des Betriebs der Anordnung erzeugte Wärme aus der Kunststoffpackung ableitet.
Die Fig. 1 bis 4 stellen eine der Anmelderin bekannte herkömmliche Leistungshalbleiter-Anordnung dar.
Der Aufbau der Leistungshalbleiter-Anordnung ist insbesondere in den Fig. 1 und 2 gezeigt, wo das Bezugszeichen 1 die äußere Kunststoffpackung bezeichnet, das Bezugszeichen 2 bezeichnet den Kühler, ausgestattet mit Enden 2', und das Bezugszeichen 3 bezeichnet die Anschlüsse. Die Länge des Kühlers ist mit L bezeichnet, während die minimale Länge der Kunststoffpackung 1, d. h., ihre Unterseite, mit L1 bezeichnet ist. Die Figur zeigt, das L größer als L1 ist, das heißt, der Kühler ragt in Längsrichtung aus der Kunststoffpackung 1 hervor, während er, wie in Fig. 3 gezeigt, nicht so breit ist wie die Packung 1.
In der Praxis sind die Enden 2' des Kühlers 2 freiliegend.
Es ist anzumerken, dass, da die Anordnung zur Oberflächemontage vorbereitet ist, wie in Fig. 2 gezeigt, die Anschlüsse 3 abgebogen sind, so dass deren freie Enden die Ebene erreichen, welche den Kühler 2 enthält.
Die Leistungsanordnung wird in eine gedruckte Schaltung 4 gelötet durch Löten des Bleches, welches den Kühler 2 bildet, und der Anschlüsse 3 auf vorgegebene metallische Bereiche der gedruckten Schaltung 4.
Die freiliegenden Enden 2' des Kühlers 2 erlauben eine Untersuchung der abgeschrägten Kante 5 der Lötung, bekannt als Meniskus, nachdem die Leistungsanordnung in die gedruckte Schaltung 4 eingelötet wurde, um zu prüfen, dass die Lötung einwandfrei ist.
Weiterhin erlauben die freiliegenden Enden 2' des Kühlers 2, die perfekte Ausrichtung mit dem entsprechenden Bereich der gedruckten Schaltung 4 zu prüfen.
Dazu ist ein Prozess zum Herstellen der freiliegenden Enden 2' des Kühlers 2 bekannt, welcher ermöglicht, dass die Enden 2' frei von jedem Kunststoffrückstand erhalten werden, der sich um die Kante der Enden 2' und oberhalb von diesen als eine Folge des Gießvorganges der Kunststoffpackung 1 um den auf dem Kühler 2 angeordneten Chip ergibt.
Die Notwendigkeit, Enden 2' des Kühlers 2 freiliegend und überwiegend frei von allen Kunststoffrückständen zu haben, erfordert die Herstellung von hervorragenden Enden 6 der Kunststoffpackung 1. Diese hervorragenden Enden 6 sind der seitlichen Oberfläche der freiliegenden Enden 2' des Kühlers 2 benachbart, wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt.
Da es unerlässlich ist, rückstandsfreie seitliche Oberflächen der freiliegenden Enden 2' zu haben und da dieser Rückstands-Entfernungsvorgang die Verwendung eines Werkzeugs erfordert, ist die Notwendigkeit, die Enden 2' aus der Kunststoffpackung 1 hervorragen zu lassen, offenkundig.
Wenn die Enden 2' nicht aus der Packung 1 hervorragen oder auch wenn sie bezogen darauf eingelassen sind, wird der Vorgang zum Beseitigen der Kunststoffrückstände sicher die Kunststoffpackung 1 beschädigen.
In dem betrachteten Fall treten bei dem oben erwähnten konventionellen Gießvorgang keine Probleme auf, da die Beseitigung der Kunststoffrückstände von der seitlichen Oberfläche der freiliegenden Enden 2' eher im Beseitigen der hervorragenden Enden 6 der Kunststoffpackung 1 besteht, welche weit genug von den Kanten der Kunststoffpackung 1 angeordnet sind.
Aus der obigen Beschreibung ist daher offensichtlich, dass die freiliegenden Enden 2' des Kühlers 2 einen wichtigen funktionalen Zweck haben, mit welchem jedoch Nachteile verbunden sind.
Ein erster Nachteil ergibt sich aus der Tatsache, dass Leistungsanordnungen mit solch einem Kühler 2 nicht in Standard-Versandbehältern untergebracht werden können und auch nicht durch Einrichtungen elektrischer Kontaktflächen und Standard-Ausstattung geprüft werden können.
Halbleiter-Anordnungen werden tatsächlich in Standard-Kunststoffbehältern gehandhabt und versandt, in welchen es jedoch infolge der freiliegenden Enden 2' nicht möglich ist, Leistungshalbleiter-Anordnungen unterzubringen, welche mit einem Kühler ausgestattet sind.
Fig. 5 zeigt das Einsetzen einer Leistungshalbleiter-Anordnung zur Oberflächenmontage in einen Behälter 7 zum Versand. Die Figur zeigt, dass sich die freiliegenden Enden 2' des Kühlers 2 und die Ränder der zum Aufnehmen der Anordnung innerhalb des Standard-Kunststoffbehälters 7 vorgesehenen quadratischen Aushöhlung 8 stören.
Ein in den Fig. 6, 7a und 7b gezeigter Nachteil ergibt sich aus der Beobachtung, dass, da der Kühler 2 enger als die Kunststoffpackung 1 entlang ihrer Breite ist und freiliegende Enden 2' aufweist, der einzige Berührungspunkt mit der quadratischen Aushöhlung 8 des Kunststoffbehälters 7 tatsächlich an den freiliegenden Enden 2' ist. Auf diese Weise, wie in Fig. 7b gezeigt, ist die Positionierung der Leistungsanordnung innerhalb der quadratischen Aushöhlung 8 nicht ausreichend stabil und macht den Versand unzuverlässig.
Die EP-0 548 496 offenbart eine Gießform und ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiter-Anordnungen aus Kunststoff mit einem freiliegenden Kühler aus Metall zum Untersuchen der gelöteten Verbindung.
Ein grundsätzliches Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Leistungshalbleiter-Anordnung zur Oberflächenmontage mit Abmessungs-Merkmalen anzugeben, die für die Verwendung von Standard-Versand- und Prüf-Arten optimiert sind.
Innerhalb des Umfangs dieses Zieles ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Leistungshalbleiter-Anordnung zur Oberflächenmontage anzugeben, deren Kühler kürzer als bei konventionellen Ausführungsformen ist, während deren Vorteile beibehalten werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Leistungshalbleiter- Anordnung zur Oberflächenmontage anzugeben, die stabil in dem Versandbehälter angeordnet werden kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Leistungshalbleiter- Anordnung zur Oberflächenmontage anzugeben, die sehr zuverlässig und relativ einfach bei wettbewerbsfähigen Kosten herzustellen ist.
Dieses Ziel, diese Aufgaben und weitere, welche nachfolgend erkennbar werden, werden durch eine QFP-Kunststoff-Leistungshalbleiter-Anordnung zur Oberflächenmontage, wie in Anspruch 1 definiert, verwirklicht. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der Beschreibung einer bevorzugten aber nicht ausschließlichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung erkennbar, welche lediglich als nicht beschränkendes Beispiel in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines herkömmlichen Kunststoffkörpers einer Leistungshalbleiter-Anordnung zur Oberflächenmontage;
Fig. 2 eine Seitenansicht der Halbleiter-Anordnung in Fig. 1, gelötet in eine gedruckte Schaltung;
Fig. 3 eine Draufsicht der Anordnung in Fig. 1 mit dem entsprechenden tragenden Rahmen;
Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Ebene IV-IV der in Fig. 3 gezeigten Anordnung;
Fig. 5 eine Seiten-Schnittansicht, welche die in Fig. 1 gezeigte herkömmliche Anordnung eingesetzt in einen Versandbehälter darstellt;
Fig. 6 eine Draufsicht der in den Versandbehälter eingesetzten herkömmlichen Anordnung;
Fig. 7a eine teilweise Schnittansicht der herkömmlichen Anordnung entlang der Ebene VII-VII in Fig. 6;
Fig. 7b eine teilweise Schnittansicht der herkömmlichen Anordnung entlang der Ebene VII-VII in Fig. 6;
Fig. 8 eine Ansicht von unten der erfindungsgemäßen Anordnung, angeordnet auf dem entsprechenden tragenden Rahmen;
Fig. 9 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Anordnung entlang der Ebene IX-IX in Fig. 8;
Fig. 10 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Anordnung;
Fig. 11a eine teilweise Schnittansicht entlang der Ebene XI-XI in Fig. 10; und
Fig. 11b eine teilweise Schnittansicht entlang der Ebene XI-XI in Fig. 10; und
Fig. 12 eine Detailansicht eines Teiles von Fig. 11a.
In den verschiedenen Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen identische Komponenten.
Gemäß den Fig. 8 und 9 umfasst die erfindungsgemäße QFP-Leistungshalbleiter-Anordnung zur Oberflächenmontage eine Kunststoffpackung 1, innerhalb welcher der Chip (nicht dargestellt) angeordnet ist, und einen Kühler 2, der durch eine Metallplatte 2 gebildet ist, auf welcher der Chip angeordnet ist.
Die Gesamtlänge LH des Kühlers 2 ist geringer als oder höchstens gleich der minimalen Abmessung LP der Kunststoffpackung 1.
In den Bereichen der Kunststoffpackung 1 direkt benachbart zu jedem Ende 2' des Kühlers 2 sind zwei Kanäle 10 vorgesehen, welche geformt sind, wie in Fig. 9 gezeigt.
Vier Kanäle 10 sind somit vorgesehen, zwei für jede Seite der Kunststoffpackung, welche an den Enden 2' des Kühlers 2 angeordnet und den Enden eng benachbart sind.
Wie in Fig. 9 gezeigt, ragt die Kunststoffpackung 1, bezogen auf die Enden 2' des Kühlers 2 hervor, ausgenommen in den Regionen benachbart zu den Enden 2', wo die Kanäle 10 ausgebildet sind.
Jeder Kanal 10 ist ausgebildet durch Erzeugen einer Ausnehmung in der Kunststoffpackung 1, die ein Profil vergleichbar mit dem Profil aufweist, das normalerweise durch die Kunststoffpackung 1 angenommen wird, mit der Besonderheit, dass es eine geneigte Oberfläche 11 aufweist, die in einem oberen Bereich in das normale Profil der Packung 1 übergeht.
Auf diese Weise ist es möglich, die Länge des Kühlers 2 auf die Länge der Kunststoffpackung 1 zu verringern durch die Wirkung des Vorhandenseins der vier Kanäle 10.
An den vier Kanälen 10 sind die Enden 2' des Kühlers 2 tatsächlich erneut freigelegt, wie oben erläutert, mit dem sich daraus ergebenden Vorteil, dass es möglich ist, die hervorragenden Enden der Kunststoffpackung 1 zu entfernen, ohne die Packung zu beschädigen und die Korrektheit der zwischen dem Kühler und der gedruckten Schaltung, auf welcher die QFP-Leistungsanordnung oberflächen-montiert ist, zu prüfen.
Außerhalb der vier Kanäle 10 ist statt dessen die Länge LH des Kühlers wenigstens gleich oder geringer als die minimale Länge LP der Kunststoffpackung 1 (abhängig von der getroffenen Herstellungs-Auswahl).
Daher ist die Verringerung der Länge des Kühlers 2, bezogen auf konventionelle Lösungen, kombiniert mit der örtlichen Verringerung (d. h., bei den vier Kanälen 10) der minimalen Länge der Kunststoffpackung 1.
Eine Wirkung davon ist, dass es möglich ist, zum Versand der QFP-Leistungsanordnungen Standard-Behälter 7 zu verwenden, die gewöhnlich zum Versenden von Standard-QFP-Anordnungen verwendet werden, das heißt, Anordnungen, die den Kühler 2 nicht aufweisen. Die Verringerung der Länge des Kühlers 2 auf die Länge der Kunststoffpackung 1 beseitigt die Störung zwischen den Enden 2' des Kühlers und den Wänden der Aushöhlung 8 des Behälters 7, der zur Aufnahme der QFP-Leistungsanordnung vorbereitet ist.
Weiterhin ist, unter Bezug auf die Fig. 10, 11a, 11b und 12, die untere Oberfläche der Kunststoffpackung 1 an ihren vier Ecken mit vier Auflageelementen versehen, die vorteilhafterweise eine kreisförmige Gestalt aufweisen.
Diese Auflageelemente 11 erlauben der QFP-Leistungsanordnung, stabiler innerhalb der Aushöhlung 8 des Behälters 7 aufzuliegen, als wenn die Anordnung ausschließlich auf den Enden 2' des Kühlers aufläge.
Die Dicke der Auflageelemente 11 ist in jedem Fall geringer als die Dicke des Kühlers 2, welcher sich von der Unterseite der Kunststoffpackung 1 erstreckt (siehe die in Fig. 12 gezeigte Einzelheit).
Auf diese Weise liegt die Leistungsanordnung stets hauptsächlich auf den Enden 2' des Kühlers 2 auf, mit der Unterstützung zusätzlicher Auflagepunkte an den vier Ecken der Kunststoffpackung, welche die Stabilität des Verhaltens der in der Aushöhlung 8 aufgenommenen Anordnung beträchtlich verbessert, bezogen auf das, was normalerweise bei Anordnungen mit einer konventionellen Konfiguration auftritt. Fig. 11b zeigt das stabile, neigungsfreie Verhalten der in der Aushöhlung 8 aufgenommenen QFP-Leistungsanordnung im Vergleich mit dem in Fig. 7b gezeigten Verhalten.
In der Praxis wurde beobachtet, dass die erfindungsgemäße Anordnung das vorgesehene Ziel vollständig erreicht, da sie eine Verringerung der Länge des Kühlers erlaubt, wobei die oben erwähnten Versand-Nachteile beseitigt werden, ohne gleichzeitig die Vorteile zu verlieren, welche sich aus der Tatsache ergeben, dass die Enden 2' des Kühlers 2 freiliegen.
Weiterhin helfen die vier an den vier Ecken der Kunststoffpackung 1 angeordneten Auflageelemente 11, die Transportstabilität der Anordnung zu verbessern.
Die somit erhaltene Anordnung ist zahlreichen Modifikationen und Variationen zugänglich, welche sämtlich innerhalb des Umfanges des erfinderischen Konzeptes liegen; sämtliche Einzelheiten können weiterhin durch andere, technisch äquivalente Elemente ersetzt werden.
Somit können zum Beispiel die Kanäle 10 und die Auflageelemente 11 natürlich auch bei Standard-QFP-Anordnungen vorgesehen sein, wenn bestimmte Versand- und Prüf-Anforderungen deren Verwendung nahelegen.
Schließlich ist ebenfalls offenkundig, dass die Form der Auflageelemente 11 verändert werden kann, ohne dass dies deren Wirksamkeit in irgendeiner Weise beeinträchtigt.
In der Praxis können die verwendeten Materialien, solange sie mit der besonderen Verwendung kompatibel sind, ebenso wie die Abmessungen entsprechend den Anforderungen und dem Stand der Technik beliebig sein.
Wo in einem Anspruch genannte technische Merkmale von Bezugseichen gefolgt werden, wurden diese Bezugszeichen für den einzigen Zweck der Verbesserung des Verständnisses der Ansprüche eingesetzt und entsprechend haben solche Bezugszeichen keine beschränkende Wirkung auf die Auslegung jedes beispielhaft durch solche Bezugszeichen bezeichneten Elementes.

Claims

1. Eine QFP-Kunststoff-Leistungshalbleiter-Anordnung zur Oberflächenmontage, mit einer Kunststoffpackung, innerhalb derer ein Chip vorgesehen ist, der mit Hilfe von Leitern (9) an Anschlüsse angeschlossen ist, die von der Kunststoffpackung (1) hervorragen, und einem Kühlblech (2, 2'), das mindestens teilweise im Boden der Kunststoffpackung eingebettet ist und, in Draufsicht betrachtet, zwei dünne Enden (2') gegenüber dessen mittlerem Teil besitzt, wobei die zwei dünneren Enden an entsprechenden gegenüberliegenden Seitenflächen der Kunststoffpackung freigelegt sind, wobei diese Enden (2') schmaler als die Breite der entsprechenden Fläche sind, auf der sie freigelegt sind, wobei die Länge (LH) des Kühlbleches kleiner als die oder gleich der Länge (LP) der Kunststoffpackung ist, wobei die zuletzt angegebene Länge die Gesamtlänge zwischen den Seitenflächen der Kunststoffpackung ist, wobei zwei vertikale Kanäle (10) in der Kunststoffpackung benachbart zu jeder Seite jeder der zwei dünneren Enden des Kühlbleches ausgebildet sind, wobei diese Kanäle eine lokal reduzierte Länge der Kunststoffpackung bewirken, welche geringer als die Länge (LH) des Kühlbleches ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlblech kürzer als die Länge (LP) der Kunststoffpackung ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der innerhalb der Kunststoffpackung ausgebildeten Kanäle ein Profil besitzt, das das Profil des Abschnittes der Kunststoffpackung außerhalb der Kanäle dupliziert, wobei der obere Abschnitt jedes der Kanäle durch eine geneigte ebene Oberfläche in das Profil des Abschnittes der Kunststoffpackung übergeht, die außerhalb der Kanäle liegt.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Auflageelemente aufweist, die auf dem Bodenabschnitt der Kunststoffpackung angeordnet und so ausgebildet sind, dass sie eine stabile Auflage innerhalb der für den Versand der Anordnung vorgesehenen Behälter ermöglicht.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie vier Auflageelemente aufweist, die an den vier Ecken der Kunststoffpackung angeordnet sind.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Auflageelemente dünner als das auf dem Boden der Kunststoffpackung angeordnete Kühlblech ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Auflageelemente eine kreisförmige Gestalt aufweist.