DE19920381A1 - Gehäuse und Leitungsrahmen für ein Halbleiterbauelement hoher Stromleitfähigkeit, mit großflächigen Verbindungsanschlüssen und veränderter Form - Google Patents

Abstract

Ein Leitungsrahmen für ein Hochleistungs-Halbleiterbauelement weist drei äußere Leitungszuleitungen auf, von denen die am weitesten außen liegenden bezüglich der Mitte des Leitungsrahmens von außen wieder nach innen gerichtet verlaufen. Wenn der Leitungsrahmen verpreßt wird, sind die äußeren Zuleitungen von einer mittleren Zuleitung durch eine vergrößerte Kriechstrecke entlang der Kunststoffoberfläche der Umhüllung beabstandet. Ferner ist die Leitungsreihenfolge der äußeren Leitungen bei einem Leistungs-MOSFET Gate, Source, Drain. Die Anschlußfläche für Drahtverbindungen mit dem Source-Anschluß ist verbreitert, um eine Drahtverbindung mit zumindest drei Verbindungsdrähten zuzulassen. Die äußeren Zuleitungen können nach unten gebogen sein, um ein oberflächenmontiertes Bauelement zu bilden. Die Querschnittsfläche der äußeren Zuleitungen ist im wesentlichen verbreitert, obwohl nur eine kleine Verbreiterung des Lochs in der Schaltungsplatine benötigt wird. Die Gehäuseform weist eine lange, über der Hauptfläche des Chips mittig angeordnete Fläche mit einer geneigten Endfläche auf, wodurch das Gehäuse bei Oberflächenmontage des Gehäuses eine Montagefeder aufspreizen kann.

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Hochleistungshalbleiter­ bauelement, insbesondere dessen Leitungsrahmen und Gehäuse mit verbreiterten Verbindungsanschlüssen, einer neuartigen Leitungsreihenfolge der Zuleitun­ gen, einer vergrößerten dielektrischen Kriechstrec­ ke zwischen benachbarten Leitungen sowie einer ver­ änderten Form.

Halbleiterbauelemente, wie beispielsweise Dioden und Thyristoren, sowie MOS-Gate-gesteuerte Bauele­ mente wie MOSFETs, IGBTs und dergleichen sind übli­ cherweise in einem die Dotierungszonen (junctions) des Bauelements enthaltenden Silizium-Halbleiter- Chip ausgebildet. Die Chips weisen an ihrer Unter­ seite metallische Drain- oder andere Leistungselek­ troden und an ihrer Oberseite Source- und Gate- Elektroden oder andere Leistungselektroden auf. Die Chips werden auf verbreiterten leitenden Leitungs­ rahmen-Pads montiert, und die Leistungselektroden auf der Oberfläche des Chips weisen Verbindungs­ drähte auf, die mittels einer Vielzahl von Drähten eine Drahtverbindung zwischen der leitenden Elek­ trodenfläche des Chips zu flachen Verbindungsan­ schlußflächen herstellen, die wiederum mit den äu­ ßeren Leitungszuleitungen des Leitungsrahmens in Verbindung stehen. Diese äußeren Leitungszuleitun­ gen verlaufen durch eine verpreßte bzw. verschmol­ zene (molded) Umhüllung (housing), die den Lei­ tungsrahmen und den Chip überzieht. Der Leitungs­ rahmen enthält eine Vielzahl von identischen Ab­ schnitten, beispielsweise 20 oder mehr, die gleich­ zeitig hergestellt werden, um jeweils eigene Chips und Drahtverbindungen aufzunehmen und gemeinsam überzogen zu werden. Die einzelnen Bauelemente wer­ den dann nach dem Verpressungsprozeß getrennt. Das fertige Bauelement kann Gehäuse formen gemäß bekann­ tem Industriestandard aufweisen, wie zum Beispiel die bekannten Gehäuseformen TO220 oder TO247.

Gehäuse bekannter Struktur weisen eine Stromleitfä­ higkeit auf, die durch die Anzahl paralleler Ver­ bindungsdrähte, die beispielsweise die Leistungs­ elektrode des Chips, die Source-Elektrode eines Leistungs-MOSFETs oder die Kathode einer Diode mit einem entsprechenden Anschluß am Leitungsrahmen verbinden kann, begrenzt. Es wäre wünschenswert, den Leitungsrahmen derart anzuordnen, daß eine ver­ größerte Anzahl paralleler Verbindungsdrähte einge­ setzt werden kann, um den Gehäusewiderstand zu ver­ ringern, ohne dabei die Gehäusegröße zu steigern.

Gehäuse bekannter Struktur, insbesondere für MOS- Gate-gesteuerte Bauelemente wie beispielsweise Lei­ stungs-MOSFETs, weisen zudem üblicherweise paralle­ le äußere Leitungszuleitungen in der Reihenfolge Gate, Drain und Source auf. Dies bedingt einen grö­ ßeren Abstand zwischen den Gate- und Source- Leitungen. Es wäre sehr nützlich, die Gate- und Source-Leitungen benachbart zueinander anzuordnen, während die Source-Anschlußfläche maximiert wird. Es wäre des weiteren wünschenswert, die Zuleitungs- Querschnittsfläche der Source oder der anderen ver­ längerten äußeren Leitungen zu vergrößern.

In bekannten Gehäusen mit verpreßter Umhüllung ver­ laufen die Zuleitungen des Leitungsrahmens aus dem Inneren der hochdielektrischen Umhüllung in ein Ge­ biet außerhalb des Gehäuses. Die "Kriech"-Strecke entlang der Oberfläche des Gehäuses steht somit zum äußeren Abstand der äußeren Zuleitungen in Bezie­ hung und beschränkt die maximale Spannung, die zwi­ schen diesen Leitungen angelegt werden kann. Es wä­ re wünschenswert, die Kriechstrecke entlang der Ge­ häuseoberfläche, an der die Leitungen des Leitungs­ rahmens aus dem Gehäuse heraus laufen, zu vergrö­ ßern, ohne die Größe des Gehäuses zu steigern.

Gehäuse bekannter Struktur weisen Leitungszuleitun­ gen auf, die vom Leitungsrahmen weg auswärts und durch die Oberfläche des Kunststoffgehäuses verlau­ fen. Diese Leitungszuleitungen sind im Stand der Technik rechtwinklig oder V-förmig und sind derart ausgelegt, daß sie in eine metallbeschichtete (metallised) Öffnung in einer gedruckten Schal­ tungsplatine passen. Der Querschnitt dieser Zulei­ tungen muß groß genug sein, um den Strom des Bau­ elements ohne übermäßige Erwärmung zu transportie­ ren. Der Durchmesser der Löcher in der Platine ist jedoch begrenzt, weil deren Abstand durch den Ab­ stand der Leitungszuleitungen des Bauelements und durch deren leitende Lochinnenbeschichtung bezie­ hungsweise Durchsteiger (bushings) bestimmt ist. Es wäre wünschenswert, die Querschnittsfläche dieser Leitungszuleitungen zu vergrößern, ohne den Durch­ messer der Löcher in der Schaltungsplatine, die die Zuleitung aufnimmt, übermäßig zu vergrößern.

Die bekannte Gehäuseform weist ein vergleichsweise dickes Kunststoffvolumen auf, das mit einem dünne­ ren Volumen über eine vertikale Erhebung in Verbin­ dung steht. Der dickere Bereich verläuft von der Kante der Leitungszuleitungen des Gehäuses zu der vertikalen Erhebung, die über einem Mittelbereich des Chips angeordnet ist. Das dünnere Volumen ver­ läuft zu dem Ende des Gehäuses hin, das der Seite der Output-Leitungszuleitungen gegenüberliegt. Die vertikale Erhebung zu dem dickeren Bereich des Ge­ häuses hin schließt mit der oberseitigen Fläche der dickeren Region einen Winkel von 90° ein. Das Mate­ rial innerhalb dieses scharfen Winkels neigt dazu, während des Verpressens im Kunststoff Blasen anzu­ häufen, was zu Ausfällen von Bauelementen und Aus­ schuß führt.

Wenn Bauelemente obiger Form auf einer Stützplatine oberflächenmontiert und durch eine einseitig einge­ spannte Feder an ihrem Ort gehalten werden sollen, drückt die Feder ferner auf die Oberfläche des dic­ ken Kunststoffbereiches. Folglich wirkt der Feder­ druck an einer Stelle, die von der Stelle über der Mitte der Chips versetzt ist. Es wäre wünschens­ wert, wenn der Wirkungspunkt des Federdrucks über der Mitte des innerhalb des Gehäuses montierten Chips wäre. Es wäre ferner wünschenswert, die Mon­ tage des Gehäuses unter einer einseitig eingespann­ ten Feder zu vereinfachen und dabei auf spezielle Werkzeuge verzichten zu können.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Gemäß einem ersten Merkmal der Erfindung wird aner­ kannt, daß die Fläche des Drain-Anschlusses und des Gate-Anschlusses des Leitungsrahmens kleiner als jene des Source-Anschlusses sein kann und daß die dadurch frei werdende Fläche zur Vergrößerung der Source-Anschlußfläche eingesetzt werden kann. Dies ermöglicht es, eine größere Anzahl von Verbindungs­ drähten zur Verbindung der Source-Elektrode des Chips mit dem Source-Anschluß des Leitungsrahmens einzusetzen, wodurch die Stromleitfähigkeit des Ge­ häuses vergrößert wird.

Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Er­ findung wird eine neuartige Struktur des Leitungs­ rahmens bereitgestellt, in der, beispielsweise für ein Gehäuse vom MOSFET-Typ, die äußere Leitungsrei­ henfolge der Zuleitungen des Leitungsrahmens von der aus dem Stand der Technik bekannten Reihenfolge Gate, Drain, Source in die neuartige Reihenfolge Gate, Source, Drain geändert wird. Diese neue Rei­ henfolge verbessert die Anwendbarkeit des Bauele­ ments, indem der Abstand zwischen den Gate- und Source-Verbindungen und damit die Leckinduktanz (leakage inductance) der Gate-Schaltung verringert wird. Die neuartige Reihenfolge ermöglicht es fer­ ner, die Fläche des Source-Anschlusses zu vergrö­ ßern und die Fläche des Drain-Anschlusses (die eine sehr breite an der Chipunterseite befindliche Ver­ bindungsfläche aufweist) zu verringern. Sie ermög­ licht zudem eine größere Anzahl von Verbindungs­ drähten von der Source des Chips zu dem Source-Pad des Leitungsrahmens, um den Gehäusewiderstand ohne Steigerung der Gehäusegröße zu verringern.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung sieht an der Stelle, wo die Leitungszuleitungen aus dem Gehäuse heraus treten, einen von außen (von der Mitte des Leitungsrahmens) wieder nach innen gerichteten Ver­ lauf der beiden am weitesten außen liegenden Lei­ tungen gegenüber der mittigsten Leitung des Lei­ tungsrahmens vor, ohne daß der Querschnitt der Lei­ tungszuleitungen verringert würde. Dieser von außen wieder nach innen gerichtete Verlauf vergrößert die Kriechstrecke zwischen den äußeren Leitungen und der mittigen Leitung entlang der Oberfläche der Ge­ häuseisolation, was die Durchschlagsspannung des Bauelements erhöht. Unter einem von außen wieder nach innen gerichteten Verlauf wird ein Verlauf verstanden, bei dem eine etwas längere Zuleitung auf einen im allgemeinen zu der Mitte bzw. Mittel­ achse des Gehäuses senkrechten Weg umgelenkt und anschließend auf einen zu ihrem ursprünglichen Weg parallelen, jedoch zu diesem beabstandeten Weg wie­ derzurückgelenkt wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung betrifft die Vergrößerung der Querschnittsfläche der äußeren Zu­ leitungen des Leitungsrahmens, ohne daß dies eine bedeutende Vergrößerung des Durchmessers der Plati­ nenlöcher erfordern würde. So wurde in einer ersten Ausführungsform herausgefunden, daß eine hinsicht­ lich der Gestalt quadratischere Ausgestaltung der normalerweise rechteckigen Zuleitung eine größere Zuleitungsfläche aus Kupfer in eine Öffnung glei­ chen Durchmessers einpaßbar macht. Ferner wurde herausgefunden, daß eine leichte Abrundung der Kan­ ten der rechteckigen Zuleitung den Gesamtquer­ schnitt der fertigen Zuleitung vergrößert.

Als weiteres Merkmal der Erfindung wird die Form des Kunststoffgehäuses derart verändert, daß es ei­ ne einheitliche Dicke und eine flache obere Außen­ fläche aufweist, die von der Kante der Leitungszu­ leitungen und auf im wesentlichen der gesamten Flä­ che des inliegenden Chips verläuft. Die den Lei­ tungszuleitungen gegenüberliegende Endwandung des Gehäuses ist dann gegen die Gehäuseunterseite und - kante unter einem Winkel von etwa 45° gegen die Vertikale abwärtsgeneigt.

Als Ergebnis dieser neuartigen Struktur kann bei einer Montage des Gehäuses mittels einer einseitig eingespannten Feder die Mitte der gegen die Ober­ seite des Gehäuses wirkenden Federkraft über der Mitte des Chips zentriert werden, was den wirkungs­ vollsten Punkt für die Anwendung der Kraft auf das oberflächenmontierte Bauelement darstellt.

Ferner vergrößert die geneigte Endfläche den Winkel zwischen der Endfläche und der oberseitigen Fläche auf etwa 135°, wodurch es einfacher wird, Blasen während des Verpressens von dieser oberseitigen Kantenfläche des Chips ablösbar zu machen.

Schließlich ermöglicht es die geneigte Endfläche des Gehäuses, das Gehäuse als Keil zu benutzen, um es unter die aufgespreizte Lippe einer einseitig eingespannten Feder und unter die Feder selbst ohne den Einsatz spezieller Werkzeuge zu drücken.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf ein den neuartigen Leitungsrahmen der Erfindung enthaltendes neuarti­ ges Gehäuse.

Fig. 2 ist eine Seitenansicht des Gehäuses von Fig. 1.

Fig. 3 ist eine Ansicht der Unterseite von Fig. 1

Fig. 4 ist eine Draufsicht auf einen einzelnen Ab­ schnitt eines Leitungsrahmens, der in dem Gehäuse der Fig. 1, 2 und 3 eingeschlossen sein kann, wobei die neuen vergrößerten auswärtsgebogenen Lei­ tungszuleitungen eingesetzt werden, um die Kriech­ strecke entlang der Oberfläche der Kunststoffumhül­ lung zu vergrößern und wobei die bekannte Reihen­ folge der Leitungszuleitungen Gate, Drain und Sour­ ce zum Einsatz kommt.

Fig. 5 ist eine Draufsicht auf eine zweite Ausfüh­ rungsform eines Leitungsrahmens wie jener von Fig. 4, mit der neuartigen Reihenfolge der Leitungszu­ leitungen Gate, Source und Drain und einem Source- Anschluß vergrößerter Fläche.

Fig. 5a ist ein entlang der Schnittlinie 5A-5A in Fig. 5 genommener Querschnitt von Fig. 5.

Fig. 6 zeigt eine dritte Ausführungsform der Er­ findung, in der der Abschnitt des Leitungsrahmens von Fig. 5 an einen Dioden-Chip angepaßt ist.

Fig. 7 zeigt eine vierte Ausführungsform der Er­ findung und stellt eine Abwandlung von Fig. 4 dar, bei der die Source-Anschlußfläche vergrößert ist.

Fig. 8 ist ein entlang der Schnittlinie 8-8 von Fig. 7 genommener Querschnitt von Fig. 7.

Fig. 9 ist eine Draufsicht auf eine weitere Aus­ führungsform der Erfindung, die so verändert wurde, daß sie als Gehäuse vom oberflächenmontierten Typ einsetzbar wird.

Fig. 10 ist eine Seitenansicht von Fig. 9.

Fig. 11 ist eine Draufsicht auf die Unterseite von Fig. 9.

Fig. 12 ist ein Querschnitt durch eine Zuleitung des Leitungsrahmens eines TO220-Standard-Gehäuses für einen Nennwert von 50 Ampère.

Fig. 13 und Fig. 14 sind Querschnitte durch ver­ besserte erfindungsgemäße Zuleitungen des Leitungs­ rahmens, die höhere Stromleitfähigkeit aufweisen.

Fig. 15 ist ein Querschnitt durch eine verbesserte erfindungsgemäße Zuleitung des Leitungsrahmens, in der die Kanten der rechteckigen Zuleitungen abge­ rundet sind, um einen größeren Zuleitungsquer­ schnitt ohne übermäßige Vergrößerung des Lochdurch­ messers auf der Schaltungsplatine zu ermöglichen.

Fig. 16 ist eine Seitenansicht der Gehäuseform ei­ nes Bauelements gemäß Stand der Technik mit Monta­ gefeder.

Fig. 17 ist eine Seitenansicht einer neuartigen erfindungsgemäßen Gehäuseform mit einer Montagefe­ der.

Fig. 18 ist eine Draufsicht auf das Gehäuse von Fig. 17.

EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In den Fig. 1, 2 und 3 ist ein Gehäuse 20 eines Halbleiterbauelements des Typs TO220 gezeigt, das einige Merkmale der vorliegenden Erfindung auf­ weist. Das Gehäuse 20 besteht aus einer herkömmli­ chen kunststoffverpreßten Umhüllung 21, die trans­ ferverpreßt (transfer molded) sein kann, und die einen Halbleiter-Chip 22 einschließt, der in Fig. 2 durch gestrichelte Linien dargestellt ist. Ein unterseitiges leitendes Haupt-Paddle 23 des Lei­ tungsrahmens nimmt die unterseitige Drain-Elektrode des Chips 22 auf. Drei Leitungszuleitungen 25, 26 und 27 verlaufen durch die Vorderwandung 28 der Kunststoffumhüllung 21. Die Leitungen 25, 26 und 27 können für den Chip 22 (wenn dieser der Chip eines Leistungs-MOSFETs ist) die Gate-, Drain- bezie­ hungsweise Source-Kontakte sein oder, gemäß einem noch zu beschreibenden Aspekt der Erfindung, die Gate-, Source- beziehungsweise Drain-Kontakte.

Gemäß einem wichtigen Merkmal der Erfindung verlau­ fen durch wieder nach innen ausgeformte Verläufe 30 beziehungsweise 31 die Zuleitungen 25 und 27 in zu der Vorderfläche 28 benachbarten Gebieten weg von der Mitte der Leitung 26 und der des Gehäuses 20. Dies bewirkt zusätzliche Kriechstrecken 32 und 33 entlang der Fläche 28, was das Anlegen höherer Spannungen zwischen den Leitungen 25 und 27 und der mittleren Leitung 26 zuläßt.

Fig. 4 zeigt einen Abschnitt 35 eines viele Ab­ schnitte aufweisenden Leitungsrahmens, der in dem Gehäuse 20 der Fig. 1, 2 und 3 eingesetzt werden kann. Die unterlegte Fläche 36 zeigt die Abschnitte des Leitungsrahmens, die üblicherweise nach der Verpressung der Umhüllung 21, wie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt, abgeschnitten (trimmed away) werden. Der Paddle-Abschnitt 23 kann aus jedwedem geeigne­ ten Kupfer oder jedweder geeigneter Kupferlegierung bestehen und eine Dicke von beispielsweise 1,27 Millimetern aufweisen. Die oberseitige Fläche des Paddles 23, die den Halbleiterchip 22 aufnimmt, kann unplattiert (unplated) sein, um die Verbindung der unterseitigen Elektrode des Chips 22 (wie bei­ spielsweise die unterseitige Drain eines MOSFET- Chips) mit dem Paddle 23 beispielsweise durch Anlö­ ten oder dergleichen zu verbessern. Der Rest des Leitungsrahmens 35 kann nickelplattiert (nickel plated) sein.

Der Abschnitt des Rahmens 35, der die äußeren Lei­ tungszuleitungen aufweist, kann ebenso aus nickel­ plattiertem Kupfer bestehen und eine Dicke von 0,8 Millimetern aufweisen. Die äußeren Leitungszulei­ tungen oder Finger 25 und 27 enden an Lötanschlüs­ sen 40 beziehungsweise 42, die den Gate- bezie­ hungsweise Source-Verbindungen entsprechen. Man be­ achte, daß die Lötanschlüsse 40 und 42 koplanar sind und sich in einer Ebene befinden, die über der Ebene der Oberfläche des Paddles 23 ist. Das Paddle 23 weist zudem eine Erweitung 41 auf, die mit der Zuleitung 26 ausgerichtet und mit ihr einstückig ausgebildet ist. Der Chip 22 ist so an seiner Ober­ seite mit einer Source-Elektrode 43 und einer Gate- Elektrode 44 verbunden. Die Gate-Elektrode 44 ist mit dem Anschluß 40 (der freihängend (suspended) über dem Pad 23 und von diesem isoliert ist) draht­ verbunden, und die Source-Elektrode 43 ist mit dem Anschluß 42, der ebenfalls über Pad 23 und von die­ sem isoliert ist, drahtverbunden (siehe Fig. 2). Wegen der vergleichsweise kleinen Fläche des An­ schlusses 42 können nur zwei 20-Milli-Inch- Verbindungsdrähte 45 und 46 eingesetzt werden, um die Source-Elektrode 43 mit dem Anschluß 42 (und so mit der äußeren Leitungszuleitung oder dem Finger 27, wenn das schattiert dargestellte Überschußme­ tall abgestreift wird) zu verbinden.

Die Fig. 5 und 5a zeigen einen weiteren Aspekt der Erfindung, der zusätzliche Verbindungsdrähte an der Source-Elektrode 43 zuläßt. So sind die Zulei­ tungen 25, 26 und 27 Gate-, Source- beziehungsweise Drain-Elektroden, was die Source- und Gate- Zuleitungen, wie in Fig. 5 gezeigt, näher zusam­ menrücken läßt. Ferner ist der Source-Anschluß 50 jetzt mittig angeordnet und viel breiter als der Anschluß 42 in Fig. 4. Insbesondere kann der An­ schluß 50 breiter als etwa die Hälfte der Breite des Leitungsrahmens sein. Dies ermöglicht vier 20- Milli-Inch-Verbindungsdrähte 51, 52, 53 und 54, von denen jeder mit den Drähten 45 und 46 in Fig. 4 identisch ist, von der Source-Elektrode 43 zu dem Anschluß 50, der von der Zuleitung 26 weg verläuft. Der Einsatz von vier Verbindungsdrähten anstatt von zweien läßt eine bedeutende Verringerung des Gehäu­ sewiderstandes und somit eine Vergrößerung der Stromleitfähigkeit des Gehäuses ohne eine Änderung der Gehäusegröße oder der Chipgröße zu.

Die Verbindungsdrähte 45, 46 und 51 bis 54 sind vorzugsweise Drähte aus reinem Aluminium (Reinheit 0,9999) und mit einem Durchmesser von 20 Milli- Inch. Ein einzelner Draht weist einen Widerstand von fast einem Milli-Ohm auf; zwei parallele Drähte weisen einen Widerstand von etwa 0,5 Milli-Ohm auf und vier Drähte weisen einen Widerstand von etwa 0,25 Milli-Ohm auf. Der Einsatz von zusätzlichen Drähten bewirkt so eine wesentliche Verringerung des Gehäusewiderstandes.

Der Gate-Anschluß 56, der nur einen dünnen Gate- Verbindungsdraht aufnimmt, weist eine kleinere Flä­ che auf, und die Pad-Erweiterung 41 von Pad 23 wird versetzt, um mit der Leitungszuleitung 27 ausge­ richtet und verbunden zu sein. Man beachte, daß die Drain-Verbindung 27 auf dem Potential des Pads 23 ist.

Fig. 6 zeigt den neuartigen Leitungsrahmen, der eher für einen Dioden-Chip 60 als für einen MOSFET- Chip 22 einsetzbar ist. In Fig. 6 weist eine Diode eine unterseitige Elektrode, die mit dem Pad 23 verbunden ist, auf. Die Drahtverbindungsanschlüsse sind verändert, damit die Anschlüsse 50 und 56 von Fig. 5 in einen einzigen großflächigen Anschluß 61 zusammengelegt sind. Der Anschluß 61 ermöglicht den Einsatz von fünf Verbindungsdrähten 62, 63, 64, 65 und 66 von der oberseitigen Elektrode 67 der Diode. Das Metall der mittigen Zuleitung wird während des Herstellungsschritts des Metallabstreifens, der der Kunststoffeinschließung folgt, abgestreift.

Die Fig. 7 und 8 zeigen eine weitere Ausfüh­ rungsform des Leitungsrahmens (zwei Abschnitte sind gezeigt), wobei die Reihenfolge der Leitungen von Fig. 4 zum Einsatz kommt, in der der Anschluß 42 von Fig. 4 abgewandelt (verbreitert) ist, damit drei Verbindungsdrähte die obere Elektrode eines Chips auf Pad 23 mit dem Anschluß 70 verbinden kön­ nen. Vorzugsweise weist der Anschluß 70 eine Breite auf, die nahe an etwa der Hälfte der Breite des Leitungsrahmens liegt. Man beachte, daß das Pad 23 eine verengte und gekrümmte Erweiterung 71 auf­ weist, die mit der äußeren Zuleitung 26 (einer Drain-Zuleitung) verbunden ist.

Die Fig. 9, 10 und 11 zeigen eine Abwandlung des Gehäuses 20 der Fig. 1, 2 und 3, wobei hier ein Gehäuse vom oberflächenmontierten Typ geschaffen wird. So ist das Kunststoffgehäuse 80 mit einem Leitungsrahmen versehen, der - wie jene in den vor­ herigen Figuren - ein Hauptstütz-Pad 23 des Chips und drei nach außen verlaufende Leitungszuleitungen 81, 82 und 83 aufweist. Die Zuleitungen 81, 82 und 83 können Gate-, Drain- beziehungsweise Source- Zuleitungen sein und können die Grundstruktur von jenen der Fig. 4 oder 7 aufweisen. Die Zuleitun­ gen 81 und 83 sind jedoch - wie in den Fig. 10 und 11 gezeigt - wieder nach innen gerichtet ab­ wärtsgebogen, um in einer zu der Ebene der freilie­ genden unterseitigen Fläche des Pads 23 parallelen Ebene zu liegen. So wird das Bauelement der Fig. 9 bis 11 für die Oberflächenmontage geeignet und weist dennoch die vielfältigen, anhand der Fig. 4 und 7 vorher beschriebenen Vorteile auf.

Fig. 12 zeigt einen Querschnitt durch eine belie­ bige Leitungszuleitung 25 bis 27 der Fig. 1 bis 3. In dem Gehäuse TO220 des Standes der Technik wies die Zuleitung 25 eine Höhe von etwa 0,8 Milli­ metern und eine Breite von etwa 0,46 Millimetern auf, was eine Querschnittsfläche von etwa 0,388 Quadratmillimetern ergab. Dies kam für Bauelemente mit einem Nennwert von etwa 50 Ampère (mittlerer quadratischer Fehler RMS) zum Einsatz und erforder­ te auf der gedruckten Schaltungsplatine ein Loch mit etwa 0,92 Millimeter Durchmesser.

Man fand heraus, daß der Einsatz von zusätzlichen Verbindungdrähten innerhalb des Gehäuses - wie in Fig. 5 gezeigt - eine Vergrößerung des Stroms durch das Bauelement ermöglichte. So kann der Querschnitt des Kontakts 25, wie in Fig. 13 gezeigt, auf 0,8 Millimeter × 0,8 Millimeter ausgelegt werden, was einen Querschnitt von 0,64 Quadratmillimeter er­ gibt. Dies erfordert nur eine geringfügige Vergrö­ ßerung des Lochdurchmessers der Platine auf 1,15 Millimeter, läßt jedoch eine vergrößerte Stromleit­ fähigkeit von 65 Ampère (mittlerer quadratischer Fehler RMS) ohne eine zusätzliche Temperaturerhö­ hung oder einen vergrößerten Gehäusewiderstand zu.

Ferner ermöglicht, wie in Fig. 14 gezeigt, eine Vergrößerung des Platinenlochdurchmessers auf 1,27 Millimeter einen Kontaktquerschnitt von 0,8 Milli­ meter × 1,0 Millimeter, was die Stromleitfähigkeit auf etwa 80 Ampère (mittlerer quadratischer Fehler RMS) vergrößert.

Fig. 15 zeigt abgerundete Kanten 90 bei der recht­ eckigen Zuleitung 25. Dies ermöglicht den Einsatz eines vergrößerten Kupferquerschnitts der Zuleitung 25 ohne eine Veränderung des Durchbruchs 91 in ei­ ner Schaltungsplatine.

Fig. 16 zeigt die Form, die bei dem Plastikgehäu­ se, beispielsweise demjenigen der Form TO220 oder dergleichen, zum Einsatz kommt. Wie bei dem Gehäuse der Fig. 1 bis 10 weist das Gehäuse 20 (dargestellt mit dem Leitungsrahmen der Erfindung) einen vergleichsweise dicken Bereich mit einer fla­ chen Platte 200, einen vergleichsweise dünnen Be­ reich mit einer flachen Platte 201 (shelf) und ver­ tikalen oder fast vertikalen Wandungen 202 und 203 auf. Die Wandung 202 durchschneidet die oberseitige Fläche 200 unter fast 90°. Dies ergab ein Problem bei der Verpressung, da hierdurch Luftblasen in dem Kantenbereich 204 eingeschlossen werden. Überdies wird das Gehäuse 20 häufig auf einer Schaltungspla­ tine 210 oder einer anderen Oberfläche durch eine einseitig eingespannte Feder 211 montiert, die an einem Ende an der Stützfläche 210 befestigt ist. Die Feder 211 kann eine nach oben gerichtete End­ kante 212 aufweisen, die ebenfalls einen Druckpunkt festlegt, um Druck auf die oberseitige Fläche 200 auszuüben, damit das Gehäuse 20 gegen die Stützflä­ che gedrückt wird.

In der Ausgestaltung des Gehäuses gemäß Stand der Technik ist der Druckpunkt 215 in Richtung auf eine Kante des Chips 22 hin versetzt. Um den Kontaktwi­ derstand zwischen dem Rahmen 23 und der Oberfläche 210 zu verringern und um den Druck besser über die Fläche des Chips 22 zu verteilen, ist vorzuziehen, den Punkt der Druckbeaufschlagung in Richtung auf die Mitte des Chips 22 hin zu versetzen.

Ein weiteres Problem hinsichtlich des Gehäuses von Fig. 16 besteht darin, daß an der Stelle, wo die Wandung 202 die Fläche 201 durchschneidet, die Kan­ te des Gehäuses niedrig ist, was die Biegetoleranz des Leitungsdrahtes 46 verringert.

Erfindungsgemäß wird die Gehäuseform, wie besonders in den Fig. 17 und 18 dargestellt, verändert. So wird in den Fig. 17 und 18 die flache oberseiti­ ge Fläche 220 über die Mitte des Chips 22 hinaus erweitert, und die Endwandung 221 bildet einen Win­ kel von etwa 45° gegen die Vertikale. Folglich wirkt der Druckpunkt der Feder 211 über der Mitte des Chips 22, was die Montage des Gehäuses 20 auf der Oberfläche 210 sowohl elektrisch als auch me­ chanisch verbessert.

Überdies ermöglicht die neuartige Keilgestalt des Endes des Gehäuses 20 der Fig. 17 und 18 dessen Montage in der Feder 211, in dem einfach das Gehäu­ se 20 in den Figuren nach rechts gedrückt wird, wo­ durch das Ende 212 der Feder 211 nach oben gelangt, und das Gehäuse 20 unter die Feder 211 in eine ge­ wünschte Position geschoben wird. Eine Kerbe oder Positionsmarken (nicht dargestellt) können in dem Gehäuse 20 ausgebildet sein, um das Gehäuse 20 in seiner gewünschten Endposition zu sichern.

Ein weiterer Vorteil der Gehäuseform der Fig. 17 und 18 besteht darin, daß die Kante 230 während des Verpressens keine Luft einschließt. Überdies ist zusätzlicher Raum für die Leitung 46 und andere ähnliche Leitungen vorgesehen, ohne daß zu befürch­ ten ist, daß diese einer flachen Platte wie in Fig. 16 zu nahe kommen. Man beachte, daß in dem Ge­ häuse der Fig. 1 bis 10 eine leichte Abrundung an der zu der Kante 202 in Fig. 16 entsprechenden Kante vorgefunden wird, um die Ausbildung von Bla­ sen in jener Kante während des Verpressens zu ver­ hindern.

Obwohl die vorliegende Erfindung mit Blick auf be­ sondere Ausführungsformen beschrieben wurde, er­ schließen sich dem Fachmann viele andere Variatio­ nen, Abwandlungen und Einsatzmöglichkeiten. Es ist daher vorzuziehen, den Schutzbereich der vorliegen­ den Erfindung nicht durch die spezifische Offenba­ rung, sondern nur durch die angefügten Ansprüche zu beschränken.

Claims (14)

1. Halbleiterbauelement mit gesteigerter Stromleit­ fähigkeit bei nicht gesteigerter Größe, wobei das Halbleiterbauelement einen Leitungsrahmen, einen Halbleiterbauelement-Chip und eine Vielzahl von Verbindungsdrähten aufweist, der Leitungsrahmen ei­ nen dünnen im allgemeinen flachen leitenden Körper mit einem Chipmontage-Pad und einer Vielzahl von parallelen beabstandeten äußeren Zuleitungen um­ faßt, zumindest eine der parallelen beabstandeten äußeren Zuleitungen an ihrem einen Ende einen ver­ breiterten, zu dem Chipmontage-Pad benachbarten, jedoch von diesem beabstandeten Verbindungsdrahtan­ schluß aufweist, die Unterseite des Chips an der oberseitigen Fläche des Chipmontage-Pads befestigt ist, eine Vielzahl der Leitungsdrähte an ihrem ei­ nen Ende mit der oberseitigen Fläche des Chips und an ihrem anderen Ende mit dem verbreiterten Verbin­ dungsdrahtanschluß verbunden ist und der verbrei­ terte Verbindungsdrahtanschluß eine Breite auf­ weist, die zumindest etwa der Hälfte der Breite des Leitungsrahmens entspricht.

2. Halbleiterbauelement mit gesteigerter Stromleit­ fähigkeit bei nicht gesteigerter Größe, wobei das Halbleiterbauelement einen Leitungsrahmen, einen Halbleiterbauelement-Chip und eine Vielzahl von Verbindungsdrähten aufweist, der Leitungsrahmen ei­ nen dünnen im allgemeinen flachen leitenden Körper mit einem Chipmontage-Pad und einer Vielzahl von parallelen beabstandeten äußeren Zuleitungen um­ faßt, zumindest eine der parallelen beabstandeten äußeren Zuleitungen an ihrem einen Ende einen ver­ breiterten, zu dem Chipmontage-Pad benachbarten, jedoch von diesem beabstandeten Verbindungsdrahtan­ schluß aufweist, die Unterseite des Chips an der oberseitigen Fläche des Chipmonatage-Pads befestigt ist, eine Vielzahl der Verbindungsdrähte an ihrem einen Ende mit der oberseitigen Fläche des Chips und an ihrem anderen Ende mit dem verbreiterten Verbindungsdrahtanschluß verbunden ist, eine Kunst­ stoffumhüllung zum Einschließen des Chips und zu­ mindest von Bereichen des Leitungsrahmens vorgese­ hen ist, die Vielzahl von beabstandeten Zuleitungen aus dem Inneren der Kunststoffumhüllung durch eine Seitenwandung der Umhüllung zu dem Äußeren der Um­ hüllung verläuft, die seitlich am weitesten außen liegenden zwei Zuleitungen der Vielzahl von beab­ standeten äußeren Zuleitungen wieder nach innen ge­ richtet verlaufen, um die freien Enden der Zulei­ tungen mit einem verringerten Abstand zu beabstan­ den, und die wieder nach innen gerichtet verlaufen­ den äußeren Zuleitungen dort, wo sie ihren größten Abstand aufweisen, die Seitenwandung des Gehäuses durchdringen, wodurch die Kriechstrecke entlang der Oberfläche der Seitenwandung vergrößert wird.

3. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der verbreiterte Verbindungsdrahtanschluß ei­ ne Breite aufweist, die zumindest etwa der Hälfte der Breite des Leitungsrahmens entspricht.

4. Halbleiterbauelement mit gesteigerter Stromleit­ fähigkeit bei nicht gesteigerter Größe, wobei das Halbleiterbauelement einen Leitungsrahmen, einen Halbleiterbauelement-Chip und eine Vielzahl von Verbindungsdrähten aufweist, der Leitungsrahmen ei­ nen dünnen im allgemeinen flachen leitenden Körper mit einem Chipmontage-Pad und einer Vielzahl von parallelen beabstandeten äußeren Zuleitungen um­ faßt, zumindest eine der parallelen beabstandeten äußeren Zuleitungen an ihrem einen Ende einen ver­ breiterten, zu dem Chipmontage-Pad benachbarten, jedoch von diesem beabstandeten Verbindungsdrahtan­ schluß aufweist, die Unterseite des Chips an der oberseitigen Fläche des Chipmontage-Pads befestigt ist, eine Vielzahl der Leitungsdrähte an ihrem ei­ nen Ende mit der oberseitigen Fläche des Chips und an ihrem anderen Ende mit dem verbreiterten Verbin­ dungsdrahtanschluß verbunden ist und die Vielzahl von beabstandeten äußeren Zuleitungen drei gleich­ mäßig seitlich beabstandete Zuleitungen umfaßt, die bei einem Leistungs-MOSFET in der Reihenfolge Gate- Zuleitung, Source-Zuleitung beziehungsweise Drain- Zuleitung mit der Source-Zuleitung als mittlerer Zuleitung angeordnet sind.

5. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wo­ bei eine zweite der äußeren Zuleitungen einen zwei­ ten verbreiterten Verbindungsdrahtanschluß zur Ver­ bindung mit einer Kontrollelektrode auf der ober­ seitigen Fläche des Chips aufweist und der verbrei­ terte Verbindungsdrahtanschluß eine Fläche auf­ weist, die im wesentlichen größer als jene des zweiten verbreiterten Verbindungsdrahtanschlusses ist.

6. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wo­ bei der verbreiterte Verbindungsdrahtanschluß an der Source-Zuleitung befestigt ist und eine Breite aufweist, die zumindest etwa der Hälfte der Breite des Leitungsrahmens entspricht.

7. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wo­ bei das Chipmontage-Pad mit einer der äußeren Zu­ leitungen elektrisch verbunden ist.

8. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wo­ bei die seitlich am weitesten außen liegenden zwei Zuleitungen der Vielzahl von beabstandeten äußeren Zuleitungen wieder nach innen gerichtet verlaufen, um die freien Enden der Zuleitungen mit einem ver­ ringerten Abstand zu beabstanden.

9. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wo­ bei der verbreiterte Verbindungsdrahtanschluß von einer äußeren Kante des Leitungsrahmens in Richtung auf dessen Mitte hin verläuft.

10. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Bauelement ferner eine Kunststoffumhül­ lung zur Einschließung des Chips und von zumindest Bereichen des Leitungsrahmens umfaßt und die Viel­ zahl von beabstandeten Zuleitungen aus dem Inneren der Kunststoffumhüllung durch eine Seitenwandung der Umhüllung zu dem Äußeren der Umhüllung ver­ läuft.

11. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Kunststoffumhüllung von rechteckiger Ge­ stalt ist und eine im allgemeinen flache oberseiti­ ge Fläche, eine im allgemeinen flache unterseitige Fläche, ein Paar von beabstandeten, im allgemeinen vertikalen und parallelen, zwischen der oberseiti­ gen und der unterseitigen Fläche und der Seitenwan­ dung verlaufenden Kantenwandungen und eine zweite Seitenwandung an der der Seitenwandung gegenüber­ liegenden Seite des Gehäuses aufweist und die im allgemeinen flache oberseitige Fläche im wesentli­ chen über der gesamten Fläche des Chips liegt.

12. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die zweite Seitenwandung in einem Winkel von etwa 45° gegen die Vertikale angeordnet ist, um die oberseitige Fläche unter einem inneren Winkel von etwa 135° zu durchschneiden, wodurch eine Auflage­ fläche festgelegt wird, um die Umhüllung unter ei­ ner einseitig eingespannten Montagefeder durch Auf­ lage zu halten.

13. Kunststoff-Halbleiter-Umhüllung mit einer Form, durch die sie durch eine einseitig eingespannte Montagefeder durch Auflage gehalten werden kann, wobei die Umhüllung einen darin montierten Halblei­ ter-Chip und eine Vielzahl von elektrischen, von dem Chip durch eine Seitenwandung der Umhüllung zu dem Äußeren der Umhüllung verlaufenden Zuleitungen aufweist, die Kunststoffumhüllung eine im allgemei­ nen rechteckige Gestalt, eine im allgemeinen flache oberseitige Fläche, eine im allgemeinen flache un­ terseitige Fläche, ein Paar von beabstandeten, im allgemeinen vertikalen und parallelen, zwischen der oberseitigen und unterseitigen Fläche und einer Seitenwandung verlaufenden Kantenwandungen und eine zweite Seitenwandung an der der Seitenwandung ge­ genüberliegenden Seite des Gehäuses aufweist, die im allgemeinen flache oberseitige Fläche im wesent­ lichen über der vollen Fläche des Chips liegt und die zweite Seitenwandung unter einem Winkel von et­ wa 45° gegen die Vertikale angeordnet ist, um die oberseitige Fläche unter einem inneren Winkel von etwa 135° zu durchschneiden, wodurch eine Auflage­ fläche festgelegt wird, um das Gehäuse unter einer einseitig eingespannten Montagefeder durch Auflage zu halten.

14. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei jede der äußeren Zuleitungen eine identische rechteckige Gestalt aufweist und die Kanten der äu­ ßeren Zuleitungen über zumindest einen Bereich ih­ rer Längen abgerundet sind, damit sie in ein Loch der Schaltungsplatine eingeführt werden können, dessen Durchmesser kleiner ist als jener eines zur Aufnahme einer nicht abgerundeten Zuleitung ausge­ bildeten Loches, wodurch bei gegebenem Durchmesser der Öffnung der Schaltungsplatine für die Zuleitun­ gen eine größere Querschnittsfläche möglicht wird.