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In ein Gehäuse eingebaute Halbleiteranordnung
Die Erfindung bezieht sich auf eine in ein Gehäuse eingebaute Halbleiteranordnung, insbesondere auf einen Transistor für hohe Frequenzen, wobei an einem der als Stromzuführung dienenden, etwa senkrecht durch. die Grundplatte des Gehäuses hindurchgeführten Drähte ein im Verhältnis zur Verbindungsstelle mit dem Drahtgrossflächiger Anschlussteil angebracht, die Halbleiteranordnungen mit diesem Anschlussteil und die übrigen Zuführungsdrähte mit den entsprechenden Elektroden der Halbleiteranordnung verbunden sind.
Bei Halbleiterbauelementen, besonders bei diffundierten oder diffundiert-legierten Transistoranordnungen, wie z. B. bei Mesa-Transistoren werden an die, in das Gehäuse eingebaute Anordnung vor allem folgende Forderungen gestellt. Der Aufbau soll eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweisen, ausserdem soll die Wärmeableitung von der Halbleiteranordnung zum Gehäuse möglichst gut sein. Weiter ist eine geringe Gehäusekapazität erwünscht, und ausserdem sollen die Gehäuseabmessungen möglichst klein sein.
Bisher war es üblich, die Halbleiteranordnung direkt an einem der in die Bodenplatte eingeglasten Durchführungsdrähte zu befestigen. Bei einer Mesa-Transistoranordnung ist dabei der Kollektordraht eingekerbt und gequetscht und rechtwinkelig abgebogen. Die Zuführungsdrähte und die Bodenplatte sind gleichmässig dick vergoldet und der Halbleiterkörper des Mesa-Transistors ist mit der Goldschicht, mit der auch der umgebogene Teil des Kollektordrahtes überzogen ist, legiert. Die Verbindung der aufgedampften Emitter- und Basisflecken mit den übrigen Durchführungen erfolgt mittels eines Drahtes, der durch Thermokompression an der Emitter- bzw. Basiselektrode und an der entsprechenden Durchführung befestigt ist. Dann wird das Gehäuse durch Verschweissen von Bodenplatte und Kappe verschlossen.
Demgegenüber wird gemäss der Erfindung eine Anordnung vorgeschlagen, bei der der Anschlussteil als Plättchen aus gut wärmeleitendem Metall ausgebildet ist, das als Auflagefläche für die Halbleiteranordnung dient und mit dem Halbleiterkörper unter Bildung der Kollektorelektrode der Anordnung verbunden ist.
Bei dieser Anordnung ist die Masse und die Oberfläche der Auflagefläche für die Halbleiteranordnung nicht mehr durch die Dicke der Durchführungsdrähte, die durch die Gehäusenorm mit 0, 45 mm festgelegt ist, bestimmt, so dass die Forderung nach ausreichender Wärmeableitung und mechanischer Festigkeit durch entsprechende Grösse und Formgebung, sowie durch das Material des Plättchens gewährleistet werden kann.
Nähere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand einiger, besonders günstiger, in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert.
In Fig. 1 ist eine Halbleiteranordnung dargestellt, bei der'die Zuführungsdrähte 2,3 und 4 an ihren, in das Gehäuse ragenden Enden gekröpft und das Plättchen 9 aus dem gut wärmeleitenden Metall am gekröpften Ende des Zuführungsdrahtes 2 so angebracht ist, dass seine als Auflage für die
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Halbleiteranordnung dienende Oberfläche etwa senkrecht zur Grundplatte 1 des Gehäuses verläuft. Gegebenenfalls kann der gekröpfte Draht 2 auchanderStelle. anderermitdemPlättchenverbundenist, gequetscht sein. Auf dem Plättchen 9 ist eine Mesa-Transistoranordnung befestigt, die aus dem Halbleiterkörper 5 und der Emitter- und der Basiselektrode 11 und 12 die auf der Mesa 10 aufgebracht sind, besteht.
Der Halbleiterkörper ist mit dem Plättchen 9 legiert, so dass das Plättchen die Kollektorelektrode des Mesa-Transistors bildet. Durch das im Verhältnis zur Verbindungsstelle mit dem Zuführungsdraht und gegebenenfalls auch zur Verbindungsstelle mit der Halbleiteranordnung grossflächige Plättchen 9 wird eine gute Abfuhr der am Kollektor erzeugten Wärme gewährleistet. Die Drähte 6 und 7, die z. B. aus Gold bestehen, sind mit der Emitter- bzw. Basiselektrode 11 und 12 und den Zuführungsdrähten 3 und 4 in an sich bekannter Weise mittels Thermohompression verbunden. Die Zuführungsdrähte 2,3 und 4 sind durch den Gehäuseboden 1 isoliert hindurchgeführt.
Die Halbleiteranordnung kann auch mittels eines niedrig-schmelzenden Lotes am Plättchen befestigt sein, oder es kann ein Plättchen verwendet werden, das mit einem Überzug aus einem Metall versehen ist, das sich leicht mit dem Halbleiterkörper der Anordnung legiert.
In Fig. 2 ist die Anordnung von oben gesehen dargestellt.
In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der das als Auflage für die Halbleiteranordnung dienende Plättchen 9 so an dem als Kollektorzuführung dienenden Draht 2 befestigt ist, dass die die Halbleiteranordnung tragende Plättcneno1) erfläche etwa parallel zur Grundplatte 1 des Gehäuses verläuft. Auf dem Plättchen aus gut wirmelei. Lendem Material 9 istder Halbleiter- körper 5 des Mesa-Transistors in der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Weise befestigt.
In Fig. 4 ist die Anordnung der Fig. 3 von oben gesehen dargestellt. Das Plättchen 9 ist an dem als Kollektorzuführung dienenden Draht 2 befestigt, insbesondere angeschweisst.
Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft die die Halbleiteranordnung tragende Plättchenoberfläche ebenfalls etwa parallel zur Grundplatte 1 des Gehäuses. Das Plättchen 9 ist jedoch nicht wie bei dem im Zusammenhang mit den Fig. 3 und 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel seitlich am Kollektorzuführungsdraht befestigt, sondern der Kollektorzuführungsdraht 2 wird vor dem Aufbringen des Plättchens eingekerbt und gequetscht und dann rechtwinkelig abgebogen. Das Plätt- chen 9 wird auf dem, mit 13 bezeichneten, gequetschten Teil des Kollektordrahtes befestigt und dann die Mesa-Transistoranordnung durch Legieren des Halbleiterkörpers der Anordnung mit dem Plättchen aufgebracht, Die Drähte 6 und 7 stellen wieder die Verbindung mit Emitter-bzw.
Basiselektrode und den entsprechenden Durchführungen 3 und 4 her.
In Fig. 6 ist die Anordnung der Fig. 5 von oben gesehen dargestellt.
Bei allen Anordnungen wird nach dem Aufbringen der Halbleiteranordnung auf das Plättchen und dem Anbringen der Verbindungsdrähte zwischen den übrigen Elektroden und den entsprechenden Durchführun- gen durch Verschweissen von Bodenplatte und einer Kappe das Gehäuse vakuumdicht verschlossen.
Das mit dem Zuführungsdraht verbundene Plättchen kann z. B. aus Molybdän bestehen. Bei einer Halbleiteranordnung aus Germanium ist ein Plättchen aus einer Eisen-Kobalt-Nickel-Legierung (Vacon) besonders vorteilhaft, da diese Legierung einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der dem des Germaniums etwa gleich ist, aufweist, so dass beim Auflegieren des Halbleiterkörpers auf das Plättchen und dem nachfolgenden Abkühlen keine Sprünge im Germaniumkörper entstehen können, die durch unterschiedliche Wärmeausdehnung von Germanium und Trägerplatte bedingt sind.
Es ist wesentlich, dass die Reinheit des Metalls bzw. der Legierung, aus der das Plättchen besteht, bezüglich dotierend wirkender Verunreinigungen möglichst gross ist. So wird bei Verwendung einer EisenKobalt-Nickel-Legierung vor allem eine grosse Reinheit bezüglich des in diesem als Verunreinigung enthaltenen Arsens gefordert, wenn die mit dem Plättchen verbundene Zone des Halbleiterkörpers p-do- tiert ist.
Für eine einwandfreie Befestigung der Halbleiteranordnung an dem Plättchen aus gut wärmeleitendem Metall ist es zweckmässig, das Plättchen mit einer Goldschicht zu versehen. Dadurch wird beim Legieren durch die sich bildende Goldlegierung eine mechanisch, elektrisch und thermisch einwandfreie Verbindungsstelle zwischen dem Halbleiterkörper der Anordnung und dem Plättchen hergestellt. Dabei kann die Vergoldung der Bodenplatte und Zuführungsdrähte in einem eigenen, von der Vergoldung des Plättchens getrennten Arbeitsgang erfolgen.
Die Goldschicht, die auf der Bodenplatte und den Zuführungsdrähten angebracht wird, kann dann wesentlich dünner sein als die auf dem Plättchen aufgebrachtte, die um eine elektrisch und mechanisch einwandfreie Verbindung mit dem Halbleiterkörper und der Halbleiteranordnung zu gewährleisten eine bestimmte Dicke aufweisen muss. Um eine einwandfreie
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sten, müssen auch die Zuführungsdrähte mit einer Goldschicht überzogen sein, deren Dicke jedoch geringer sein karn.-'als die Dicke der auf das Plättchen aufgebrachten Goldschicht.
Dies hat den Von. eH, dass auch die Bodenplatte, die gleichzeitig mit den Zuführungsdrähten mit der Goldschicht versehen wird, nur mit einer dünnen Goldschicht überzogen ist und damit. das Verschweissen der Bodenplatte mit der Kappe wesentlich erleichtert wird.
Im folgenden wird nun noch ein besonders günstiges Herstellungsverfahren für eine Halbleiteranordnung gemäss der Erfindung erläutert,
Nachdem die Zuführungsdrähte isoliert durch die Bodenplatte des Gehäuses durchgeführt worden sind, wird ein Streifen, der aus gut wärmeleitendem Metall besteht und mit Einkerbungen versehen ist, deren Abstände der gewünschten Plättchengrösse entsprechen, an einem der durch die Bodenplatte des Gehäuses hindurchgeführten Zuführungsdrähte befestigt und durch Abbiegen des Streifens an der mit der Einkerbung versehenen Stelle der Rest des Streifens vom Plättchen abgetrennt und dann durch Erhitzen die Halbleiteranordnung mit dem'Plättchen und die übrigen Zuführungsdrähte mit den entsprechenden Elektroden elektrisch und mechanisch fest verbunden.
Besonders günstig ist es, einen mit Gold überzogenen Streifen zu verwenden, z. B. einen entsprechend geformten und ausreichend dick vergoldeten Molybdänstreifen, der in bestimmten Abständen eingekerbt ist. Eines der noch zusammenhängenden Molybdänteilchen wird am Zuführungsdraht angeschweisst und durch Abbiegen der restliche Streifen abgetrennt. Auf das angeschweisste Molybdänteil- chen wird das System auflegiert. Der Streifen kann natürlich auch wieder aus einer Eisen-Nickel-KobaltLegierung (Vacon) bestehen. Die zum Auflegieren der Halbleiteranordnung auf das Plättchen und zum Verbinden der Emitter- und Basisflecken mit den entsprechenden Durchfübrungsdrähten notwendigen Wärme wird vorteilhafterweise mittels eines heissen Gasstromes zugeführt.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel kann dieser heisse Gasstrom z. B. unmittelbar auf die der Halbleïteranordnung abgewendeten Oberfläche des Plättchens gerichtet werden, in dem der Gasstrom unmittelbar unter der Auflage für die Halbleiteranordnung aus einer Gasdüse austritt, die etwa senkrecht zu der die Halbleiteranordnung tragenden Plättchenoberfläche angeordnet ist. Nach Auftreffen des Gasstromes auf die Systemauflage wird durch Wirbelbildung auch eine Erwärmung dcr Durchführungsdrähte erreicht, so dass gleichzeitig mit dem Auflegieren der Halbleiteranordnung auf das Plättchen auch die Verbindung der Emitter- bzw. Basiselektrode mit den entsprechenden Stromzuführungen über den in den Figuren mit 6 und 7 bezeichneten Draht mittels Thermokompression erfolgen kann.
Es werden also gleichzeitig mit dem Auflegieren des Halbleiterkörpers auf das Plättchen auch die Emitter- bzw Basiselektrode kontaktiert und die Kontaktierungsdrähte mit den Durchführungen verbunden.
Bei einer Anordnung, bei der die Halbleiteranordnung direkt am Durchführungsdraht befestigt ist, ist demgegenüber eine direkte Erwärmung der Halbleiteranordnung nicht möglich, sondern sie muss durch Beheizen der Durchführungsdrähteund der Bodenplatte erfolgen. Dadurch wird die Glaseinschmelzung der Durchführungsdrähte einer unerwünschten thermischen Beanspruchung ausgesetzt und ausserdem ist eine definierte Erwärmung der Halbleiteranordnung bzw. der Stelle, an der diese auf dem Draht aufliegt, nicht möglich.
Beim Verfahren gemäss der Erfindung kanndiemit dem Durchführungsdraht verbundene und die Halb leiteranordnung tragende Platte, z. B. wie beschrieben, durch einen heissen Gasstrom, direkt aufgeheizt und dadurch eine definierte Erwärmung der Halbleiteranordnung gewährleistet werden.
Die Erfindung ist im vorhergehenden an Hand des Beispiels, eines Mesa-Transistors beschrieben.
Sie bringt jedoch auch bei legierten Systemen Vorteile. So kann z. B. der Kollektor eines Legierungstransistors durch Legieren des Elektrodenmetalls mit der Platte bzw. dem Überzug bei einer Temperatur, die unter der Legierungstemperatur des Halbleitermaterials mit dem Elektrodenmetall liegt, erfolgen.
Auch bei Dioden, Phototransistoren und ähnlichen Elementen bringt-die gemäss der Erfindung vorgeschlagene Anordnung wesentliche Vorteile, die vor allem durch den wärmemässig günstigen Aufbau, die kleinen Abmessungen und die mechanisch sehr geringe Empfindlichkeit der Anordnung bedingt sind.
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