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Verfahren zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen, wie Kristalldioden und Transistoren, die eine mit mindestens einem Befestigungszapfen versehene Hülle aufweisen. Dieser Befestigungszapfen muss, nachdem er mit Gewinde versehen ist, die Hülle mit Hilfe einer Mutter an einer Trag- oder Kühlplatte befestigen.
Bei Halbleitervorrichtungen dieser Art ist es meist erwünscht, dass der Wärmewiderstand zwischen den elektrisch wirksamen Teilen, nämlich einem Halbleiterkörper mit Elektroden, und der Tragplatte möglichst niedrig ist ; die Hülle wird deshalb meist aus weichem Kupfer hergestellt, während der Befestigungszapfen so stark sein muss, dass die Hülle unter hohem Druck an die Tragplatte befestigt werden kann, d. h. mir einer grösseren Kraft als die, welche durch das Gewicht der Vorrichtung und weitere mechanische Erwägungen bestimmt werden würde.
Ein Nachteil der Verwendung eines kupfernen Befestigungszapfens ist der, dass der Zapfen, wenn das Kupfer weich ist, nur eine geringe Festigkeit aufweist und das Drehmoment, mit dem eine Befestigungs- mutter auf dem Zapfen angezogen werden darf, auf einen niedrigen Höchstwert beschränkt.
Die Verwendung einer gehärteten Kupferhülle stösst jedoch auf verschiedene Schwierigkeiten. Mit Rücksicht auf die hohen Anforderungen, die an die Reinheit von Hüllen für Halbleitervorrichtungen gestellt werden, ist es sehr erwünscht, diese durch Ausglühen zu reinigen, wodurch das Kupfer erweicht. Weiter bestehen solche Hüllen meist aus zwei Teilen, die vakuumdicht verbunden und dabei an zwei aneinander anschliessenden Rändern stark deformiert werden müssen, wenn sie vereinigt werden. Dazu ist es erforderlich, dass das Material weich ist.
Es ist bekannt, den Befestigungszapfen als gesonderten Teil an einen Teil der Hülle anzulöten, wodurch sich selbstverständlich eine grössere Freiheit in bezug auf die Wahl des Materials für den Zapfen ergibt. Diese Bauarterfordert jedoch zusätzliche Bearbeitungen und ausserdem bringt sie die Gefahr mit sich, dass der Wärmewiderstand zwischen der Hülle und dem Zapfen zunimmt. Das Löten, das mit Hartlot erfolgen muss, erfordert weiter eine Behandlung bei einer so hohen Temperatur, dass die Festigkeit des Zapfens beeinträchtigt wird und dass durch Diffusion des Lötmaterial der spezifische Wärmewiderstand des Hüllenmaterials in der Nähe der Lötstelle zunimmt.
Die Erfindung bezweckt unter anderem, diese Nachteile zu verringern.
Gemäss der Erfindung wird der Zapfen, der in bekannter Weise als ein Ganzes mit einem Teil der Hülle aus weichem Material, wie Kupfer, hergestellt wird, durch eine spanlose Bearbeitung mit Gewinde versehen.
Bei einer solchen spanlosen Bearbeitung, die meist als" Rollen" bezeichnet wird, wird das Material durch Pressen oder Walzen in die gewünschte Form gebracht, wodurch sich, insbesondere bei weichen Metallen, wie Kupfer und Aluminium, eine Verfestigung des Materials ergibt. Zum Unterschied dagegen ergibt sich beim in der feinmechanischen Technik üblichen Gewindeschneiden keine Verfestigung des Materials.
Der Zapfen wird vorzugsweise mit Gewinde versehen, nachdem der Teil der Hülle, mit dem er eine Einheit bildet, zur Reinigung ausgeglüht und die Hülle verschlossen ist. In diesem Falle besteht nicht mehr die Gefahr, dass während des Gewinderollens Verunreinigungen in das Innere der Hülle eindringen.
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Es ist jedoch auch möglich, zuerst den Teil der Hülle mit dem Zapfen auszuglühen, dann den Zapfen durch eine spanlose Bearbeitung mit Gewinde zu versehen und schliesslich, z. B, durch Waschen und bzw. oder Ätzen, zu reinigen.
In beiden Fällen besteht der Teil der Hülle, der den Zapfen trägt, aus weichem Metall, während das Material des Zapfens, sofern es mit Gewinde versehen ist, härter ist.
Durch Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung ergibt sich weiter der Vorteil, dass noch in einer sehr späten Stufe der Herstellung der Halbleitervorrichtung Freiheit in der Wahl des Gewindetypes besteht. Je nach dem Verwendungsgebiet wird z. B. metrisches, Whitworth-oder"American National"-Gewinde verlangt, wodurch der Fabrikant genötigt ist, ebensoviele Typen von Halbleitervorrichtungen vorrätig zu haben. Durch Anwendung des vorstehend geschilderten Verfahrens braucht er nur Vorrichtungen mit einem noch nicht mit Gewinde versehenen Zapfen vorrätig zu halten ; diese Zapfen werden erst nachher mit dem gewünschten Gewinde versehen.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Beispiele näher erläutert. Die Figuren stellen aufeinanderfolgende Herstellungsstufen einer Halbleitervorrichtung, z. B. einer Kristalldiode, dar.
Die Fig. l- 3, 6 und 7 sind Axialschnitte durch Teile, die Fig. 4, 5 und 8 Seitenansichten einer vollständigen Kristalldiode in der Hülle.
Die Diode wird in eine Hülle eingebaut, deren Boden 1 aus weichem (rotem) Kupfer besteht. Der Boden weist auf der Oberseite einen von einer Nut 3 umgebenen flachen Teil 2 und an der Unterseite einen Befestigungszapfen 4 zylindrischer Gestalt auf. Der Boden wird jetzt einer reinigenden Ätzbehandlung unterworfen, indem er einige Sekunden lang in ein Bad eingetaucht wird, das aus 11 Wasser, 4 l Salpetersäure, 3 l Schwefelsäure und 60 g Kochsalz besteht, wonach gespült und getrocknet wird. Dann wird der Boden bei etwa 5000 C unter reduzierenden Bedingungen ausgeglüht.
Auf dem flachen Teil 2 wird jetzt durch Löten ein Gleichrichterelement 5 befestigt (s. Fig. 2), das mit einem Kontaktglied 6 und einer Anschlusslitze 7 versehen ist. Die Einzelheiten des Gleichrichterelementes, das z. B. einen Germanium- oder Siliziumkristall enthalten kann, sind nicht wesentlich für die Erfindung.
Nach der Anbringung dieses Gleichrichterelementes wird die Hülle durch eine Kappe 8 verschlossen, die einen Durchführungsisolator. 9 und ein Durchführungsrohr 10 enthält. Am unteren Rand der Kappe 8 ist ein Flansch 11 vorgesehen. der in die Nut 3 des Bodena 1 einpasst. Der Flansch 11 wird durch Abbiegen des Randes 12 des Bodens in diesem befestigt, wobei der Verschluss der Hülle dadurch bewirkt werden kann, dass ein Ring 13 aus weichem Metall, z. B. Blei, Zinn oder Indium, unter dem Flansch 11 angeordnet wird.
Das Durchführungsrohr 10, in dem sich die Litze 7 befindet, wird jetzt zugeschweisst, s. Fig. 4.
Schliesslich wird durch Rollen auf dem Zapfen 4 ein Gewinde 14 angebracht, wodurch die Festigkeit des Materials dieses Zapfens zunimmt, während der übrige Teil des Materials des Bodens l weich bleibt und seine hohe Wärmeleitfähigkeit beibehält (Fig. 5).
Das Gewinderollen, ein in der Werkzeugtechnik bekanntes Verfahren, erfolgt im allgemeinen mit Hilfe von Werkzeugen und in Räumen, die den bei der Behandlung der elektrisch wirksamen Teile von Halbleitervorrichtungen zu erfüllenden hohen Reinheitsanforderungen nicht entsprechen. Deshalb verdient es den Vorzug, das Gewinde 14 erst anzubringen, nachdem die Hülle mit Einschluss des Durchführungsroh- res 10 völlig verschlossen ist. Es ist jedoch auch möglich, unter Berücksichtigung von Vorkehrungen gegen das Eindringen von Verunreinigungen durch dieses Rohr hindurch, zunächst das Gewinde 14 auf dem Zapfen 4 anzubringen und erst dann das Rohr 10 zu schliessen.
Als eine abgeänderte Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung ist der folgende Fall zu betrachten. Der weichkupferne Boden nach Fig. l wird nachdem Ausglühen mit einem Gewinde 24 versehen, s. Fig. 6. Dann wird der Boden in Trichloräthylen gewaschen und danach in der bereits erwähnten Ätzfliis- sigkeit geätzt.
Jetzt werden die elektrisch wirksamen Teile, d. h. das Gleichrichterelement 25, der Anschlusskontakt 26 und die Litze 27, angebracht, s. Fig. 7, und schliesslich wird die Kappe 28 angeordnet und das Durchführungsrohr 30 verschlossen, s. Fig. 8.
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