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Verfahren zum vakuumdichten Verschliessen einer Hülle einer halbleitenden Vorrichtung und nach diesem Verfahren hergestellte vakuumdichte Hülle für eine solche Vorrichtung
Es ist bekannt, dass zwei Metallteile ohne Anwendung einer Erhitzung vakuumdicht miteinander verbunden werden können, wenn diese Teile zwei einander zugekehrte Flächen besitzen und wenigstens an der Stelle dieser Flächen aus einem verhältnismässig weichen Metall, wie Kupfer, Aluminium oder Silber bestehen, und diese Teile, nach Reinigung der Flächen, gegeneinander gesetzt und mittels einer Presse in einer zu ihrer Berührungsfläche ungefälr senkrechten Richtung mit so grosser Kraft zusammengedrückt werden, dass ein starkes Fliessen des Materials quer zur Pressrichtung auftritt.
Dieses Verfahren wurde bereits vorgeschlagen zur Anwendung bei der Herstellung vakuumdichter Hüllen für Entladungsröhren und
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werden müssen, um eine vakuumdichte Verbindung zu erzielen, denn sie müssen an der Verbindungsstelle auf etwa 20% ihrer ursprünglichen Stärke herabgesetzt werden, was naturgemäss mit einer wesentlichen Materialverschiebung quer zur Pressrichtung einhergeht. Diese starke Formänderung macht es praktisch unmöglich, die Verbindung anders als zwischen zweivorspringenden Rändern oder Flanschen herzustellen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass genaue Abmessungen schwer verwirklichbar sind. Weiterhin müssen die Teile vorher sehr gut gereinigt werden.
Die Erfindung, welche sich auf ein Verfahren zum vakuumdichten Verschliessen einer Hülle einer halbleitenden Vorrichtung bezieht, bei dem mit zwei einander zugekehrten Flächen versehene Metall. teile durch Pressdruck vereinigt werden, beabsichtigt unter anderem, diese Nachteile zu beseitigen. Sie bezieht sich auch auf eine vakuumdichte Hülle für eine halbleitende Vorrichtung, die nach diesem Verfahren hergestellt ist.
Nach der Erfindung bestehen die Teile an der Stelle der einander zugekehrten Flächen (im Nachfolgenden als Pressflächen bezeichnet) einerseits aus einemverhältnismässig harten Metall und anderseits aus einem verhältnismässig weichen Metall, wobei die auf dem härteren Metall vorgesehene Fläche mit wenigstens einer Nut mit Seitenwänden versehen wird, welche nahezu senkrecht zu dieser Fläche stehen, und die Teile an der Stelle dieser Flächen so stark gegeneinander gepresst werden, dass das weichere Metall die Nut oder Nuten auffüllt.
Die Teile werden vorzugsweise so stark gegeneinander gepresst, dass die Ränder der Nut bzw. Nuten etwas aufeinander zu gedrückt werden.
Zur Erzielung guter Ergebnisse ist die relative Härte des einen Metalls gegenüber dem andern von Bedeutung, abgesehen natürlich von Anforderungen, die aus allgemein technischem Gesichtspunkt an solche Materialien gestellt werden müssen. Einfachheitshalber wird im Nachfolgenden über hartes und weiches Metall gesprochen. Letzteres muss so weich sein, dass es beim Pressen die Nut im härteren Material völlig oder nahezu völlig auffüllt, bevor die Nut selbst verformt wird. Als harte Metalle sind praktisch sämtliche Metalle anzusehen, welche eine grössere Härte als 120 V. P. N. (Vicker's Pyramidal Number) aufweisen.
Als weiche Metalle werden vorzugsweise diejenigen gewählt, deren Härte kleiner als 60 V. P. N. ist. Im allgemeinen gilt, dass, wenn das eine Metall härter ist, auch das andere härter sein kann oder sein muss. Naturgemäss müssen diese Metalle ausserdem den üblichen Bedingungen entsprechen, die an Werkstoffe
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Gegenstäadestehen, doch können die Pressfläche und die Nut auch auf einem aus hartem Metall bestehenden Abschnitt desselben vorgesehen werden. Auch die aus weichem Metall bestehende Pressfläche kann auf einem Abschnitt des im übrigen aus einem andern Metallbestehenden zweiten Teiles vorgesehen sein. Es ist zweckmässig, die am weichem Mecall bestehende Pressfläche auf einem Flansch zu wählen, so dass leicht ein Stempel einer Presse aufgesetzt werden kann.
Eine.'akuumdichte Hilie kann dadurch hergestellt werden, dass zwei, jedoch in gewissenFälletiauch mehr als zwei Teile auf die oben beschriebene Weise miteinander verbunden werden.
Die Erfindung wird an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielcn näher erläutert.
Sämtliche Figuren zeigen schematische Querschnitte von Hüllen für halbleitende Vorrichtungen, wie Transistoren, bei denen die inneren Teile weggelassen sind, ausgenommen in Fig. 9.
Die Hülle nach Fig. 1 besteht aus einer eisernen Bodenplatte 1 und einer aus weichem Kupfer bestehenden Kappe 2. In der Bodenplatte 1 ist eine umlaufende Nut 3 gefräst und die Kappe 2 ist mit einem Flansch 4 versehen, welcher eine der Bodenplatte zugekehrte Fläche 5 aufweist.
Die beiden Teile werden mittels eines einfachen rohrförmigen Stempels vereinigt, der das Flanschmaterial teilweise in die Nut 3 presst, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Obwohl es wahrscheinlich ist, dass es zur Erzielung einer vakuumdichten Verbindung notwendig ist, dass die zu verbindenden Oberflächen sehr rein sind, z. B. nicht mit Oxydhäuten bedeckt sind, hat es sich bei Anwendung der vorliegenden Erfindung nicht als erforderlich erwiesen, die Oberflächen zu reinigen. Dies ist wahrscheinlich auf den Umstand zurückzuführen, dass das weiche Metall beim Fliessen über die Nutränder, welche in Fig. 2 mit den Ziffern 6 und 7 bezeichnet sind, von Oberflächenverunreinigungen befreit wird. Dies soll natürlich nicht heissen, dass eine starke Verunreinigung, z. B. eine starke Oxyd- oder Fettschicht, unschädlich wäre.
Das Profil der Nut hat sich nicht als sehr kritisch erwiesen. Günstige Ergebnisse wurden mit einem viereckigen Profil mit Seiten von 1/2 mm erzielt.
Wie bereits erwähnt, müssen die Seitenwände 8 und 9 (s. Fig. l) der Nut etwa senkrecht zur Press- fläche 10 stehen. Der Boden der Nut darf etwas schmäler als die Breite der Nut an der Oberseite sein, jedoch natürlich nicht soviel, dass das weiche Metall nicht gut festgeklemmt wird. Das Profil darf also nicht lösbar sein. Umgekehrt kann der Boden der Nut breiter als die Breite an der Oberseite sein, doch ist eine solche Nut schwieriger herstellbar.
Allerdings wird vorzugsweise ein so grosser Pressdruck angewendet, dass die Ränder 6 und 7 der Nut 3 ein wenig zugedrückt werden, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Dieser gewünschte Effekt wird begünstigt, indem die Härte der meisten Metalle während des Pressvorganges zunimmt. Das Material eines Flansches aus weichem Kupfer fliesst daher anfänglich leicht in die Nut hinein, darauf ist der verbleibende dünne Teil des Flansches 4, der in Fig. 3 mit 11 bezeichnet ist, hinreichend gehärtet, um die Ränder 6 und 7 ein wenig zuzudrücken.
Das Verfahren nach der Erfindung macht es sehr einfach, einen mit einem Flansch versehenen Teil aus weichem Metall vakuumdicht auf der Oberfläche eines aus hartem Metall bestehenden, mit einer Nut versehenen Teil zu befestigen.
In den nachfolgenden Figuren sind noch einige weitere Beispiele dargestellt.
Die Transistorhülle nach Fig. 4 besteht aus einer Stahlkappe 12 mid einem Kupferboden 13. In die Kappe ist eine Nut 3 gefräst und der Boden besitzt einen Flansch 4. Die Kappe 12 besitzt weiterhin zwei durchbohrte Ohren 14, mit deren Hilfe der Transistor auf einer Tragplatte befestigt werden kann. Der Boden ist mit zwei Bohrungen 15 versehen, in denen vakuumdichte Durchführungsisolatoren für Zuleitungsdrähte zum nicht dargestellten halbleitenden System festgelötet werden können. Diese Bauart bietet den Vorteil, dass der Kupferboden 13 die Wärme besonders gut ableitet und die Stahlkappe ermöglicht, dass das System unerschütterlich auf eine Montageplatte geschraubt oder auf andere Weise angedrückt wird.
Die Hülle nach Fig. 5 besteht aus einer Eisenplatte 17, welche eine mittlere Öffnung 18 besitzt und an beiden Seiten mit Nuten 3 versehen ist. An der unteren Seite dieser Platte ist ein Kupferboden 13 befestigt und auf der oberen Fläche ist eine Kupferkappe 19 angebracht. Diese Bauart ergibt eine Beschränkung der Menge des härteren Metalles in der Hülle und ermöglicht daher eine noch bessere Wärmeableitung, da die weichen Metalle wie Kupfer, Aluminium und Silber im allgemeinen eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
Eine weitere Beschränkung der Verwendung von hartem Metall ist in Fig. 6 dargestellt. Die in dieser Figur gezeigte Hülle besitzt einen Kupferboden 20, in dem ein Eisenring 21 mit einer Nut 3 festgelötet ist. Auf der Pressfläche dieses Ringes ist der Flansch 4 einer Kupferkappe 19 befestigt.
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Fig. 7 zeigt eine Variante der Bauart nach Fig. 5 ; die Eisenplatte 17 ist hier an der Oberseite mit zwei konzentrischen Nuten 3 versehen, wobei in die innere Nut der Flansch des Kupferbodens 13 und in die äussere Nut der Flansch der Kappe 19 gepresst ist.
Die Hülle nach Fig. 8 besteht wieder aus einer Eisenplatte 17 mit einer mittleren Öffnung, in der ein Kupferboden 22 festgelötet ist. Die obere Fläche der Eisenplatte 17 weist wieder eine Nut auf, in welcher der Flansch 4 einer Kupferkappe 19 festgepresst ist.
Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung einer einzigen Nut zur Verbindung zweier Teile beschränkt ; insbesondere, wenn einer dieser Teile sehr dünn ist, kann es vorteilhaft sein, z. B. zwei Nuten zu verwenden. Eine Hülle eines Transistors mit einer solchen Verbindung ist in Fig. 9 dargestellt.
Dieser Transistor besteht aus einem Eisenboden 30, der wieder mit zwei Befestigungsohren 14 versehen ist und dessen obere Fläche 10 zwei konzentrische Nuten aufweist. Die Kupferkappe 2 besitzt wieder einen Flansch 4, der in diesen Nuten festgepresst ist.
Der Boden 30 besitzt weiterhin eine Erhöhung 31, deren obere Fläche nacheinander verkupfert und vergoldet ist. Mit Hilfe einer Indiummenge 32 ist auf dieser Erhöhung eine dünne Germaniumscheibe 33 befestigt. Auf die obere Seite dieser Scheibe ist eine gleichfalls-aus Indium bestehende Elektrode 34 aufgeschmolzen, welche von einem durchbohrten Nickelplättchen 35 umgeben ist, welches durch Zinn am Germanium festgelötet ist.
In den Boden 30 sind zwei Öffnungen 15 gebohrt, in die Durchführungsisolatoren 36 gelötet sind.
Diese Isolatoren tragen zwei Kontaktstifte 37 und 38, von denen der erste Stift im Innern des Transistors mit dem als Basiskontakt wirksamen Nickelplättchen 35 und der zweite Stift 38 mittels eines Nickelplättchens 39 mit der als Emitter wirksamen Elektrode 34 verbunden ist. Die Hülle selbst stellt den Anschluss für die vom Indium 32 gebildete Kollektorelektrode dar.
Es ist klar, dass viele bauliche Änderungen im Rahmen der Erfindung möglich sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum vakuumdichten Verschliessen einer Hülle einer halbleitenden Vorrichtung, bei dem mit zwei einander zugekehrten Flächen versehene Metallteile durch Pressdruck vereinigt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile an der Stelle der einander zugekehrten Pressflächen einerseits aus einem verhältnismässig harten Metall und anderseits aus einem verhältnismässig weichen Metall bestehen, und dass die auf dem härteren Metall vorgesehene Fläche mit wenigstens einer Nut mit Seitenwänden versehen ist, die nahezu senkrecht zu dieser Fläche stehen, und die Teile an der Stelle dieser Flächen so stark gegeneinandfrgepresst werden, dass das weichere Metall die Nut bzw. Nuten auffüllt.