專利名稱：帶半導(dǎo)體芯片的電子部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子部件，這種電子部件使用了像晶體管那樣具有至少兩個(gè)輸出電極端子的半導(dǎo)體芯片。
眾所周知，作為使用了這種半導(dǎo)體芯片的電子部件的一個(gè)例子的晶體管是這樣構(gòu)成的先把已形成電路元件的半導(dǎo)體芯片裝到基極基板上，然后，在此半導(dǎo)體芯片的電路元件的集電極電極端子和發(fā)射極電極端子兩個(gè)輸出電極端子和與之分別相對的外部引線端子之間，Au、Al或Cu等高融點(diǎn)在金屬制成的金屬細(xì)線用絲焊法進(jìn)行電連接之后，把由它們所形成的整體，用熱硬化性合成樹脂做成的模件或管帽把它封裝起來。
然而，采用給使用了上述那種晶體管的電路通以高電流或加以高電壓的辦法，給該電路中的晶體管加上大的功率時(shí)，在該晶體管中，形成此晶體管器件的半導(dǎo)體芯片將發(fā)熱而形成高溫，其特性將會受到很大的影響。
但是，在現(xiàn)有技術(shù)的晶體管中，由于是的把半導(dǎo)體芯片中的電路元件的集電極電極端子和發(fā)射極電極端子與相應(yīng)的各自的外部引線端子之間，由Au、Al或銅等高融點(diǎn)金屬制作的金屬細(xì)絲用絲焊法進(jìn)行電連接而形成的這種構(gòu)造，不能防止因大功率而引起的半導(dǎo)體芯片的溫度上升，所以，在因加以大功率等而使半導(dǎo)體芯片溫度變高的情況下，在該半導(dǎo)體芯片中的電路元件將起到和原來的功能不同的作用，使大電流流向該電路元件中連接到集電極電極端子和發(fā)射極電極端子上的負(fù)載系統(tǒng)的電路上去，常常使設(shè)置于該負(fù)載系統(tǒng)的電路中的其他的電子部件受到致命的損害。
于是，作為已有技術(shù)的特開平5-235080號公報(bào)提出了這樣的建議把裝在基極基板上的半導(dǎo)體芯片和外部引線端子之間用焊絲進(jìn)行絲焊，使此焊絲形成對上述半導(dǎo)體芯片的溫度保險(xiǎn)絲。
該已有技術(shù)的建議，在用焊絲進(jìn)行的絲焊法中采用了這樣的方法首先，如

圖15所示，在穿過毛細(xì)管工具A的焊絲B的下端形成球形部分B′。之后，如圖16所示，通過使上述毛細(xì)管工具A向下降，把此球形部分B′壓焊到在基極基板C上的半導(dǎo)體芯片D上的電極焊盤D′上。接著，使上述毛細(xì)管工具A上升并移動到外部引線端子的正上方。然后，如圖17所示，使之對著外部引線端子E向下降，使焊絲B的另一頭頂端的B″對準(zhǔn)外部引線端子E、通過加壓而壓焊上去。
但是，在這種絲焊法中，雖然通過焊絲B頂端形成的球B′將焊絲B的一頭頂端壓焊在半導(dǎo)體芯片D的電極焊盤D′上，但上述焊絲B的另一頂端B″，卻是使用毛細(xì)管工具A加壓的辦法壓焊到外部引線端子E上而完成的。當(dāng)該另一頂端B″壓焊到外部引線端子E上的時(shí)候，該另一頂端B″被擠成比焊絲B的直徑d還薄的厚度為t的扁平形狀，所以在這個(gè)部分就形成了截面積急劇縮小了的瓶頸部分。
可是，焊絲B與廣泛地使用于現(xiàn)有技術(shù)的絲焊技術(shù)中的Au絲、Al絲或Cu絲相比，不僅電阻大，融點(diǎn)也低，所以，當(dāng)在焊絲B的當(dāng)中存在著如上述那樣截面積急劇縮小的瓶頸部分時(shí)，由于在該瓶頸部分將發(fā)生電流集中，故即便是比較低的電流也將在此瓶頸部分變成高的溫度。
這就是說，在前述晶體管中，把上述已有技術(shù)的應(yīng)用焊絲的絲焊法用到把晶體管的集電極電極端子和發(fā)射極電極端子兩者中的一方或兩方與各自的外部引線端子之間的絲焊中，使該焊絲形成對半導(dǎo)體芯片的溫度保險(xiǎn)線的時(shí)侯，此焊絲在半導(dǎo)體芯片因大電流等原因使溫度上升到指定溫度之前，因在電路中通常使用的電流值，就會使上述瓶頸部分的地方被熔斷。
而且，處于上述焊絲當(dāng)中的瓶頸部分。由于上述的電流集中的反復(fù)重復(fù)還降低了其機(jī)械強(qiáng)度。所以，焊絲在起到對半導(dǎo)體芯片的溫度保險(xiǎn)絲作用之前，即使是一通常的使用狀態(tài)中的振動等原因，也會斷線。
因而，由于上述已有技術(shù)的焊絲當(dāng)中存在著瓶頸部分，故將其用于帶有晶體管等這種半導(dǎo)體芯片的電子部件中去的時(shí)候，因?yàn)樵谄鸬綄Π雽?dǎo)體芯片的溫度保險(xiǎn)絲作用之前起到了電流保險(xiǎn)絲的作用，不僅如此，在起溫度保險(xiǎn)作用之前就會斷線，所以，上述已有技術(shù)的焊絲存在著實(shí)質(zhì)上不可能使之具有作為半導(dǎo)體芯片的溫度保險(xiǎn)絲的作用的問題。
本發(fā)明的任務(wù)是在用焊絲把晶體管等電子部件中的半導(dǎo)體芯片中電路元件集電極端子和發(fā)射極端子等的輸出電極端子與其外部引線端子之間進(jìn)行電連接時(shí)，確實(shí)可靠地把對上述半導(dǎo)體芯片的溫度保險(xiǎn)絲的功能賦予上述焊絲。
為了完成這一技術(shù)課題，本發(fā)明的特征是在由形成具有至少兩個(gè)輸出電極端子的電路元件的半導(dǎo)體芯片、與上述半導(dǎo)體芯片中的各個(gè)輸出電極端子分別相對應(yīng)的外部引線端子以及把上述電路元件中的各個(gè)輸出電極端子與其各自的外部引線端子之間進(jìn)行電連接的金屬細(xì)絲構(gòu)成的電子部件中，把上述金屬細(xì)絲中的至少一部分金屬細(xì)絲換成焊絲，并在此焊絲的兩端作成球形部分，然后把此兩個(gè)球形部分壓焊在上述半導(dǎo)體芯片的電路元件的輸出電極端子及其外部引線端子上，使此焊絲成為對上述半導(dǎo)體芯片的溫度保險(xiǎn)絲。
這樣一來，由于本發(fā)明先在焊絲的兩端形成球形部分，然后再把這兩個(gè)球形部分壓焊到半導(dǎo)體芯片的電路元件的輸出電極端子及其外部引線端子上，從而，在將要成為對上述半導(dǎo)體芯片的溫度保險(xiǎn)絲的焊絲與半導(dǎo)體芯片及外部引線端子進(jìn)行壓焊的地方，就可以避免形成截面積急劇縮小的瓶頸部分，或者可以把截面的縮小限制在小范圍之內(nèi)。
所以，應(yīng)用本發(fā)明，由于可以確實(shí)地把半導(dǎo)體芯片溫度保險(xiǎn)絲的功能賦予晶體管等電子部件中把半導(dǎo)體芯片的電路元件的輸出一側(cè)電極端子與其外部引線端子進(jìn)行電連接的焊絲，同時(shí)，可以防止因正常使用狀態(tài)下的振動等而發(fā)生的斷絲，其效果是可以確實(shí)地防止因電子部件中的半導(dǎo)體芯片的發(fā)熱而使連接在該半導(dǎo)體芯片的輸出一側(cè)電極端子上的負(fù)載一側(cè)的電路上的各種電子部件受到二次性的損害。
另外，通過把焊絲的兩個(gè)球形部分之中半導(dǎo)體芯片一側(cè)的球形部分沿焊絲的軸向方向壓焊在輸出一側(cè)的引線端子上、而把外部管腳一側(cè)的球形部分以與焊絲的軸線大約成直角的方向壓焊在外部引線端子上，由于焊絲對半導(dǎo)體芯片的壓焊和焊絲對外部引線端子的壓焊可以用各自的焊絲工具進(jìn)行，故因可以縮短絲焊所需時(shí)間而得以降低造價(jià)。
圖1是斜視圖，它示出的是在本發(fā)明第一實(shí)施例中去掉壓模后的狀態(tài)。
圖2是圖1的Ⅱ-Ⅱ處斷面圖。
圖3給出了用焊絲進(jìn)行絲焊的第一狀態(tài)。
圖4給出了用焊絲進(jìn)行絲焊的第2狀態(tài)。
圖5給出了用焊絲進(jìn)行絲焊的第3狀態(tài)。
圖6給出了用焊絲進(jìn)行絲焊的第4狀態(tài)。
圖7給出了用焊絲進(jìn)行絲焊的第5狀態(tài)。
圖8給出了用焊絲進(jìn)行絲焊的第6狀態(tài)。
圖9是斜視圖，它示出了本發(fā)明的第二實(shí)施例中去掉壓模后的狀態(tài)。
圖10是斜視圖，它示出了第二實(shí)施例中用焊絲進(jìn)行的絲焊。
圖11是說明本發(fā)明中第三實(shí)施例的切去一部分的斜視圖。
圖12是沿圖11Ⅻ-Ⅻ線的剖面圖。
圖13是晶體管陣列的等效電路圖。
圖14是二極管陣列的等效的電路圖。
圖15給出了用現(xiàn)有技術(shù)的焊絲進(jìn)行絲焊的第1狀態(tài)。
圖16給出了用現(xiàn)有技術(shù)的焊絲進(jìn)行絲焊的第2狀態(tài)。
圖17給出了用現(xiàn)有技術(shù)的焊絲進(jìn)行絲焊的第3狀態(tài)。
以下，參照附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施例。
實(shí)施例圖1和圖2給出了把本發(fā)明用于大功率晶體管時(shí)的第一實(shí)施例。
在此圖中，標(biāo)號1是用金屬板制成的基極基板，它具有與之制成一個(gè)整體的基極外部引線端子2。把半導(dǎo)體芯片3粘在此基極基板1的上表面上，使該半導(dǎo)體芯片3的電路元件的基極與基極基板電連接，該半導(dǎo)體芯片3上形成有晶體管的電路元件和作為對比電路元件的輸出一側(cè)電極端子的發(fā)射極電極端子3a及集電極電極端子3b。
另一方面，在上述基極的外部引線端子2的左右兩側(cè)設(shè)有發(fā)射極的外部引線端子4和集電極的外部引線端子5。這兩個(gè)引線端子4和5和上述基極基板1相同，是金屬板制成的。
在上述發(fā)射極的外部引線端子4的頂端和上述半導(dǎo)體芯片3的電路元件的發(fā)射極電極端子3a之間，用Au、Al或Cu等高熔點(diǎn)金屬制成的金屬細(xì)絲6通過絲焊進(jìn)行電連接。而上述集電極外部引線端子5的頂端和半導(dǎo)體芯片3的電路元件的集電極電極端子3b之間，用具有作為溫度保險(xiǎn)絲功能的焊絲7′通過絲焊法進(jìn)行電連接。
當(dāng)用此焊絲7′進(jìn)行絲焊時(shí)，首先，如圖3所示那樣，把在穿過作為絲焊工具的上下運(yùn)動式毛細(xì)管工具21內(nèi)部的焊絲材料7的下端形成的球形部分7a，通過使上述毛細(xì)管工具21的下降動作，如圖4所示，壓到上述半導(dǎo)體芯片3的集電極電極部位3b上，然后把該球形部分7a在焊絲7′的軸線方向上壓擠變形而連接起來。還有，當(dāng)壓焊此球形部分7a時(shí)候，通過給上述毛細(xì)工具21加上超聲波振動的辦法，可以縮短壓焊所需要的時(shí)間。
接著，在使上述毛細(xì)管工具21筆直上升的時(shí)刻，如圖5所示，用從噴咀22噴出的氫氣火焰等加熱熔融手段把上述焊絲材料7的中間處熔斷成焊絲7′，同時(shí)，在焊絲7材料的下端和焊絲7′的上端兩處形成球形部分7a和7b。
再者，上述球形部分7a和7b的形成和上述特開平5-235080號公報(bào)描述的一樣，是在無氧氣流中進(jìn)行的。
完成這些事項(xiàng)，并如圖6所示那樣，把焊絲7′壓焊到上述半導(dǎo)體芯片3上后，如圖7所示那樣，把此焊絲弄彎，使得在其上端的球形部分7b得以壓焊到集電極外部引線端子5上去，之后，如圖8所示那樣，在絲焊工具23的下降過程中，在和焊絲7′的軸線約成直角的方向上，相對于外部引線端子5將該球形部分7b擠壓成形直至其厚度t約等于焊絲的直徑D，把此球形部分7b壓焊到外部引線端子5上。
當(dāng)壓焊此球形部分7b時(shí)，對上述絲焊工具23加上超聲振動，則可以縮短壓焊所需時(shí)間。
由于采取了這種對外部引線端子5壓焊上焊絲7′的措施，就可以避免在對該焊絲7′的外部引線端子5連接的地方形成截面積急刷縮小的瓶頸部分，或者，可以把截面縮小限制在一個(gè)小的范圍之內(nèi)。
再者，像這樣完成了用焊絲7′進(jìn)行的絲焊后，對上述焊絲涂上硅樹脂等彈性樹脂8′之后，再把上述半導(dǎo)體芯片3、金屬細(xì)絲6和焊絲7′等全體封裝在環(huán)氧樹脂等熱固性合成樹脂制成的模件9中，就制成了成品。
在這種結(jié)構(gòu)中，通過給半導(dǎo)體芯片3的基極外部引線端子2加上信號電流，使半導(dǎo)體芯片3中的電路元件處于這樣的狀態(tài)它起著使作為輸出一側(cè)的發(fā)射極電極與集電極電極導(dǎo)通的作用。當(dāng)給連接到發(fā)射極的外部引線端子4和集電極的外部引線端子5上的負(fù)載系統(tǒng)的電路用短路等辦法加上大電流或高電壓而給半導(dǎo)體芯片3加上大功率時(shí)，半導(dǎo)體芯片3將發(fā)熱，且其溫度變高，由于這種發(fā)熱將使上述焊絲7′熔斷。因此焊絲7′可使上述負(fù)載系統(tǒng)的電路形成開路狀態(tài)，可以使設(shè)于負(fù)載系統(tǒng)的電路中的各種電子部件免遭二次性損傷。
在這種情況下，如上述實(shí)施例那樣，在發(fā)射極的外部引線端子4和半導(dǎo)體芯片3的發(fā)射極電極端子3a之間用Au、Al或Cu等高熔點(diǎn)金屬制作的金屬細(xì)絲6，而在集電極的外部引線端子5和半導(dǎo)體芯片3的集電極電極端子3b之間用焊絲7′進(jìn)行絲焊。但換一種方式，把集電極的外部引線端子5和半導(dǎo)體芯片3的集電極電極端子3b之間用Au、Al或Cu等高熔點(diǎn)金屬制成的金屬細(xì)絲6進(jìn)行絲焊，而在發(fā)射極的外部引線端子4和半導(dǎo)體芯片3的發(fā)射極電極端3a之間用焊絲7′進(jìn)行絲焊也是可以的。
另外，如圖9所示，在第二實(shí)施例中，在集電極外部引線端子5和半導(dǎo)體芯片3的集電極電極端子3b之間，以及在發(fā)射極的外部引線端子4和半導(dǎo)體芯片3的發(fā)射極電極端子3a之間，兩者均用焊絲7′和7″進(jìn)行絲焊也行，即便是在這種情況之下，上述兩個(gè)焊絲7′和7″，也要用硅樹脂等的彈性樹脂8′和8″涂抹之后，用環(huán)氧樹脂等的熱固性合成樹脂制成的模件把它們?nèi)w封裝起來。
圖10給出了在此第二實(shí)施例的情況下的絲焊方法。
即，在把具有將基極基板的外部引線端子2與兩個(gè)外部引線端子4、5做成一個(gè)整體的引線框架24沿其長軸方向移送路徑中的第一步，先用與上述圖3-圖5同樣的方法在焊絲7′和7″的下端的球形部分7a處，把焊絲7′和7″壓焊到半導(dǎo)體芯片3上的集電極電極端子3b和發(fā)射極電極端子3a上。接著，在第二步，把上述兩個(gè)焊絲7′和7″彎向各自的外部引線端子4和5，之后，在接下來的第三步，應(yīng)用和上述圖8相同的方法，把上述兩焊絲7′和7″的頂端的球形部分7b壓焊到各自的外部引線端子4和5上。
由于把焊絲7′和7″壓焊到半導(dǎo)體芯片3上的集電極電極端子3b與發(fā)射極電極端子3a上去的操作，和把這兩個(gè)焊絲7′和7″的頂端的球形部分7b壓焊到外部引線端子4和5去的操作，在時(shí)間上可以重疊，故應(yīng)用這種方法，可以提高用焊絲7′和7″進(jìn)行的絲焊速度。
圖11和圖12給出了第三個(gè)實(shí)施例。
該第三實(shí)施例是把本發(fā)明用于更大的功率型晶體管的情況。就是說，為提高兼作基極外部引線端子的基極基板11的散熱性，把它用金屬做得更大，并在此基極基板上裝上形成了大功率晶體管電路元件的半導(dǎo)體芯片13，另一方面，在上述基極基板11上裝上發(fā)射極外部引線端子14和集電極外部引線端子15，并使它們貫通該基極基板11，在上述基極基板11的上面，還要固定安裝上用金屬板制作的管帽19，使之把上述半導(dǎo)體芯片13以及各外部引線端子14和15的頂端部分覆蓋起來。再者，上述半導(dǎo)體芯片13上還涂有用于保護(hù)該半導(dǎo)體芯片13的樹脂涂層20。
在此情況下，如上邊說過的各實(shí)施例一樣，把發(fā)射極外部引線端子14的頂端和上述半導(dǎo)體芯片13的晶體管電路元件的發(fā)射極電極端子13a之間，用Au、Al或Cu等高熔點(diǎn)金屬制成的金屬細(xì)絲16通過絲焊法進(jìn)行電連接，而把上述集電極外部引線端子15的頂端和半導(dǎo)體芯片13的晶體管電路元件的集電極電極端子13b之間，用與圖3-圖8所示同樣的方法，用由焊絲17′進(jìn)行的絲焊法進(jìn)行電連接時(shí)，先要在焊絲17′的兩端形成球形部分17a和17b，然后，通過把兩個(gè)球形部分17a和17b壓焊到集電極電極端子13b和外部引線端子上，可以達(dá)到同樣的目的。
另外，即便是在這種情況下，也可以用Au、Al或Cu等高熔點(diǎn)金屬制成的金屬細(xì)絲6壓焊集電極外部引線端子15和半導(dǎo)體芯片13的收集電極電極端子13b，而用焊絲17′壓焊發(fā)射極外部引線端子14和半導(dǎo)體芯片13的發(fā)射極電極端子13a。此外，還可以在集電極外部引線端子15和半導(dǎo)體芯片13的集電極電極端子13b之間，以及發(fā)射極外部引線端子14和半導(dǎo)體芯片13的發(fā)射極電極端子13a之間，兩者均用焊絲進(jìn)行壓焊。
還有，本發(fā)明并不限于上述第一-第三實(shí)施例所給出的大功率型晶體管，它同樣可用于MOS型晶體管及場效應(yīng)晶體管等其他各種晶體管、晶閘管、反向截止三端晶閘管以及叫做三端雙向晶閘管開關(guān)元件等的其他帶半導(dǎo)體芯片的電子部件。
不言而喻，本發(fā)明同樣適用于如圖13所示的在一個(gè)半導(dǎo)體芯片上形成多個(gè)晶體管電路元件而構(gòu)成的晶體管陣列30，或者，如圖14所示的在一個(gè)半導(dǎo)體芯片上形成多個(gè)二極管電路元件而構(gòu)成的二極管陣列40。
另外，在本發(fā)明的焊絲中包括放入了若干量銀的焊絲，這是不言而喻的。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，它包括由形成了至少具有兩個(gè)輸出側(cè)電極端子的電路元件的半導(dǎo)體芯片、分別對應(yīng)于上述半導(dǎo)體芯片中的各輸出側(cè)電極端子的外部引線端子以及把上述電路元件中各個(gè)輸出側(cè)電極端子與各自的外部引線端子進(jìn)行電連接的金屬細(xì)絲構(gòu)成的電子部件，其特征在于使上述金屬細(xì)絲中至少一部分金屬細(xì)絲變成焊絲并在該焊絲的兩端形成球形部分，再把這兩個(gè)球形部分壓焊到上述半導(dǎo)體芯片的電路元件中的輸出側(cè)電極端子及其外部引線端子上，使該焊絲形成對上述半導(dǎo)體芯片的溫度保險(xiǎn)絲。
2.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體裝置，其特征在于全部金屬細(xì)絲都是焊絲。
3.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體裝置，其特征在于兩個(gè)球形部分之中半導(dǎo)體芯片一方的球形部分，在焊絲的軸線方向上壓焊到輸出側(cè)的端子上，而外部引線端子一側(cè)的球形部分，在與焊絲的軸線約成直角的方向上壓焊到外部引線端子上。
4.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體裝置，其特征在于半導(dǎo)體芯片中的電路元件為晶體三極管電路元件。
5.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體裝置，其特征在于半導(dǎo)體芯片中的電路元件為大功率晶體三極管電路元件。
6.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體裝置，其特征在于半導(dǎo)體芯片中的電路元件為由多個(gè)晶體三極管電路元件構(gòu)成了的晶體三極管陣列。
7.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體裝置，其特征在于半導(dǎo)體芯片中的電路元件為由多個(gè)晶體二極管電路元件構(gòu)成了的晶體二極管陣列。
全文摘要
一種使用了象晶體管那樣具有至少兩個(gè)電極端子的半導(dǎo)體芯片的電子部件，其中，電極端子和與之對應(yīng)的外部引線端子之間由金屬細(xì)絲進(jìn)行電連接。該金屬細(xì)絲中至少一部分為焊絲，且在焊絲的兩端形成球形，將此兩球形部分焊到電路元件的輸出側(cè)電極端子及外部引線端子上，使該焊絲形成對上述半導(dǎo)體芯片的溫度保險(xiǎn)絲。
文檔編號H01L21/60GK1109218SQ9411535
公開日1995年9月27日 申請日期1994年9月20日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月21日
發(fā)明者粟山長治郎 申請人:羅姆股份有限公司