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Sockel für Halbleitervorrichtung und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft einen Sockel für eine Halbleitervorrichtung und ein Verfahren zur
Herstellung dieses Sockels.
Bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen, z. B. Transistoren, wird der Halbleiterkörper üblicherweise auf einem Sockelteil einer Hülle angeordnet und dann hermetisch in der Hülle verschlossen, wobei eine Kappe einen Deckel auf dem Sockel bildet. Transistoren werden üblicherweise auf einem Sockel angeordnet, der aus einer Metallschale mit kreisförmigem Umriss besteht, wobei Drähte durch die Schale hindurchgeführt und von ihr durch Einschmelzglas isoliert werden, das so gewählt ist, dass sein Ausdehnungskoeffizient demjenigen des Metalls der Schale entspricht. Die inneren Endteile der Drähte werden üblicherweise als "Stifte" bezeichnet. Der Halbleiterkörper des Transistors wird meistens unmittelbar auf der Metallschale angebracht, wobei z.
B. die Kollektorzone mit der Metallschale verbunden ist, während zwischen den Emitter-und Basiszonen und den zugeordneten Stiften gesonderte Verbindungen hergestellt werden.
Bei bestimmten Halbleitervorrichtungen, z. B. bei in einer einzigen Hülle verkapselten komplementären Transistorpaaren, in einer einzigen Hülle verkapselten Mehrfachdioden und in einer einzigen Hülle verkapselten aus mehreren Elementen bestehenden integrierten Schaltungen, werden zwei oder mehr Halbleiterelemente oder sonstige Elemente, entsprechend der besonderen Art der Vorrichtung, auf einem Sockelteil der Hülle angebracht. In den meisten dieser Vorrichtungen müssen die Elemente voneinander und von der Matallschale des Sockels elektrisch isoliert werden. Dies ist dadurch erzielbar, dass Teile der Oberfläche eines keramischen Körpers, der einen Teil eines Sockels bildet, selektiv metallisiert werden, wonach die Elemente auf den metallisierten Oberflächen teilen angebracht werden.
Solche Sockel mit metallisierten keramischen Teilen sind im allgemeinen teuer. Ein anderes Verfahren zum Erzielen der gewünschten Anordnung und der gegenseitigen Isolierung der Elemente und der Metallschale des Sockels besteht darin, dass der Sockel mit einer Isolierschicht überzogen wird, wonach mehrere getrennte Metallstreifen auf der Oberfläche der Isolierschicht angebracht werden. Die Elemente werden, z. B. unter Anwendung von Wärme und Druck, je an einem Metallstreifen befestigt. In einigen Fällen können die Streifen, die als Verbindungsstellen bezeichnet werden, mit den Stiften verbunden sein, während sie in andern Fällen isoliert von den Stiften angeordnet sind. In der ersten Gruppe von Fällen werden entweder die gesonderten Streifen mit Öffnungen versehen und auf die Stifte geschoben oder je mit einem Stift verbunden, z.
B. durch Hartlöten. Die Herstellung solcher Sockel ist verhältnismässig verwickelt und aufwendig. Ferner ist durch die verwickelte Herstellung die Geometrie der Metallstreifen und ihre gegenseitige Lage auf der Isolierschicht, z. B. einer Glasschicht, an enge Beschränkungen gebunden. Bei einem viel benutzten Sockel liegen drei parallele Streifen mit rechteckigem Umriss auf der Glasschicht. Weitere Schwierigkeiten ergeben sich bei der Herstellung von Sockeln mit Streifen, die von den Stiften getrennt liegen, weil die Streifen vor der Verschmelzung mit der Glasschicht angeordnet werden müssen.
Ein erfindungsgemässer Sockel für eine Halbleitervorrichtung, der eine Metallschale, mehrere
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parallel verlaufende Metalldrähte, die durch die Schale hindurchgeführt und von ihr isoliert sind, und eine an der Schale befestigte Isoliermasse enthält, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Isoliermasse über der Metallschale eine ebene Tragfläche bildet, die im von den inneren Endteilen der Metalldrähte umgebenen Gebiet liegt, welche Tragfläche mehrere voneinander isolierte Metallstreifen trägt, die aus bandförmigen Teilen einer mit einem Muster versehenen Folie bestehen, von welcher Metallstreifen mindestens einer mit dem inneren Endteil eines Metalldrahtes verbunden wird.
Die Verwendung einer mit einem Muster versehenen Folie, die bandförmige Teile hat, welche die Metallstreifen bilden, ermöglicht eine grössere Wahl der Geometrie der Streifen und ihrer gegenseitigen Lage auf der Oberfläche der Isoliermasse. Die Verwendung einer mit einem Muster versehenen Folie gibt auch bedeutende Vorteile bei der Herstellung des Sockels und somit eine Kostensenkung. Die Metallstreifen können z. B. aus bandförmigen Teilen einer durch ein Photoätzverfahren mit einem Muster versehenen Metallfolie oder aus bandförmigen Teilen einer ausgestanzten Metallfolie bestehen.
Der Sockel kann aus einer Metallschale bestehen, die einen äusseren Flansch und eine innere Plattform aufweist, an der die Isoliermasse befestigt ist, wobei durch mehrere ringsum am Umfang der Plattform angebrachte öffnungen je ein Metalldraht hindurchgeführt ist, der durch einen innerhalb der Öffnung liegenden Teil der Isoliermasse von der Metallschale isoliert ist. Bei einem solchen Sockel kann die Isoliermasse sich auch bis in den Hohlraum in der Schale unter der Plattform erstrecken.
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemässen Sockels für eine Halbleitervorrichtung werden eine mit Öffnungen versehene Metallschale, eine mit Öffnungen versehene Glasscheibe, eine mit einem Muster versehene Metallfolie und mehrere Drähte in eine Lehre gegeben, wobei die Glasscheibe zwischen der Metallschale und der Metallfolie angeordnet ist und die Drähte durch die Schale und die Glasscheibe hindurchgeführt sind, wonach die Lehre mit ihrem Inhalt auf eine derartige Temperatur erhitzt wird, dass die Glasscheibe an die Metallschale, an die Drähte und an die Metallfolie angeschmolzen wird.
Mindestens einer der Drähte kann durch eine Öffnung in einem bandförmigen Teil der Metallfolie hindurchgeführt sein, wobei ein Lotring in der Nähe der Folie auf den Draht gesteckt ist, so dass während der Erhitzung der bandförmige Teil mit Hilfe des Ringes mit dem Metalldraht verlötet wird.
Bei der Beschickung der Lehre kann ausser der ersten mit Öffnungen versehenen Glasscheibe, die sich zwischen der Plattform und der Metallfolie befindet, noch eine zweite mit Öffnungen versehene Glasscheibe im Hohlraum in der Schale unter der Plattform angeordnet werden, wobei jeder Draht durch eine Öffnung in der ersten Glasscheibe, durch eine Öffnung in der Plattform der Metallschale und durch eine Öffnung in der zweiten Glasscheibe hindurchgeführt wird, wonach erhitzt wird, um die Glasscheiben an die Schale und durch die Öffnungen in der Schale hindurch aneinander anzuschmelzen, wobei gleichzeitig die Drähte von der Schale isoliert werden.
Die mit einem Muster versehene Metallfolie kann aus bandförmigen Teilen bestehen, die sich von einem sie umgebenden tragenden Teil her erstrecken, wobei die bandförmigen Teile während der Erhitzung an die benachbarte Glasscheibe angeschmolzen werden und der umgebende tragende Teil nach der Erhitzung von diesen angeschmolzenen bandförmigen Teilen abgeschnitten wird.
Bei einem Verfahren, bei dem eine solche Folie benutzt wird, können mehrere Sockel für Halbleitervorrichtungen gleichzeitig in einer Lehre mit mehreren Aufnahmeräumen hergestellt werden, wobei eine einzige Metallfolie, die aus mehreren Bandmustem und diese umgebenden tragenden Teilen besteht, in die Lehre gegeben wird und nach der Erhitzung, aber vor der Entfernung der zusammengesetzten Sockel aus der Lehre, die tragenden Teile von den Bandmustern abgeschnitten werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen : Fig. l perspektivisch einen Sockel für eine Halbleitervorrichtung nach der
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geführten Schnitt durch diesen Sockel ; Fig. 4 eine perspektivische Darstellung der Teile des Sockels vor der Zusammensetzung ; Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer Lehre, in der der Sockel zusammengesetzt wird, sowie die Reihenfolge, in der die Einzelteile des Sockels in die Lehre gegeben werden.
Der Sockel für eine Halbleitervorrichtung nach den Fig. l bis 3 eignet sich für eine Hülle zur Verkapselung einer aus drei Elementen bestehenden integrierten Schaltung und besteht aus einer Metallschale aus einer Nickel-Eisen-Kobalt-Legierung, z. B. dem im Handel unter dem Namen Kovar erhältlichen Material, mit einem äusseren Flansch --1-- und einer Plattform-2-, aus zehn Drähten-3-aus der gleichen Nickel-Eisen-Kobalt-Legierung, die durch die Schale hindurchgeführt sind, und aus einer Isoliermasse aus einem Borsilikatglas --4- mit einem Ausdehnungskoeffizienten,
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der dem der Nickel-Eisen-Kobalt-Legierung entspricht. Die Isoliermasse --4-- ist an der Schale befestigt und weist eine Tragfläche --5-- auf.
Der Sockel enthält weiter drei Streifen-6, 7 und 8-auf der Tragfläche, die aus bandförmigen Teilen einer photogeätzten Folie aus der gleichen Nickel-Eisen-Kobalt-Legierung bestehen. Die Drähte --3-- sind durch am Umfang der Plattform - in der Schale angebrachte Öffnungen --9-- gesteckt, und durch sich durch die Öffnungen hindurch erstreckende Teile der Isoliermasse --4-- von der Schale isoliert. Die Isoliermasse-4-
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7Drahtes --3-- hindurchgeführt ist, an dem der Streifen mit Hilfe eines mit Silber überzogenen Lotrings-12-aus Nickel befestigt ist.
Der Metallstreifen --6-- hat einen quadratischen Endteil
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weiteres Element mit quadratischem Querschnitt bildet, der Metallstreifen --8-- ist rechteckig und bildet eine Verbindungsstelle für ein Element mit rechteckigem Querschnitt. Am Umfang der Tragfläche - der Isoliermasse-4--haben die Streifen--6, 7 und 8-- jenseits der inneren Endteile der Drähte Wandteile-16-, wo ein umgebender tragender Teil (-23--in Fig. 4) der Metallfolie von den die Metallstreifen bandförmigen Teilen abgeschnitten worden ist.
Der äussere Flansch der Metallschale hat eine Nase-17-und die blanken Metallteile des Sockels, d. h. die nicht bedeckten Teile der Schale, die Streifen-6, 7 und 8--, die Lotringe-12- und die Drähte-3-, werden zunächst mit einem stromlos erzeugten Nickelüberzug und dann mit einem stromlos erzeugten Goldüberzug versehen.
Die Herstellung des in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Sockels wird jetzt beschrieben.
Fig. 4 zeigt die Einzelteile des Sockels vor dem Zusammenbau und Fig. 5 zeigt die Folge, in der sie in eine Lehre gegeben werden. Die Einzelteile sind : die mit Silber überzogenen Lotringe-12-aus Nickel, eine Folie --21-- aus einer Nickel-Eisen-Kobalt-Legierung (Fig. 5) mit grosser Ausdehnung und mehreren Randmustem-22-und diese umgebenden tragenden Teilen-23-, die in Sätzen von je vier angeordnet sind, eine erste Scheibe --24-- aus einem Borsilikatglas mit zehn Öffnungen --25-- am Umfang.
die Schale (1, 2) aus der Nickel-Eisen-Kobalt-Legierung mit zehn öffnungen --9--, die sich mit den Öffnungen --25-- in der Scheibe --24-- decken, eine zweite Scheibe --26-- aus einem Borsilikatglas mit zehn Öffnungen --27--, die sich mit den Öffnungen --9-in der Schale (1, 2) und den Öffnungen --25-- in der Scheibe --24-- decken, und zehn Drähte - aus der Nickel-Eisen-Kobalt-Legierung. All diese Einzelteile werden in eine aus drei Platten --31,32 und 33-bestehende Graphitlehre (Fig. 5) mit mehreren Aufnahmeräumen gegeben. In der unteren Platte --34-- befinden sich bei jedem Aufnahmeraum zehn Bohrungen --34-- mit derartigem Durchmesser, dass sie die Drähte --3-- aufnehmen können.
Drei dieser Bohrungen --34-- werden durch Ansenkungen --35-- umgeben, deren Durchmesser und Tiefe so gross sind, dass sie die Lotringe --21-- aufnehmen können. Die erste Stufe der Beschickung der Lehre besteht
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die untere platte --31-- gelegt, so dass die Metallfolie --21-- zwischen den Platten liegt, wobei die Stifte --36-- der unteren Platte in Bohrungen --38-- in der mittleren platte --32-- einpassen.
Die mittlere Platte weist Öffnungen --39-- auf, in denen die erste Scheibe --24-- die Schale (1, 2) und die zweite Scheibe --26-- angeordnet sind.
Die obere Platte --33-- der Lehre wird dann so auf die mittlere Platte gelegt, dass Öffnungen --41-- in der oberen Platte genau über den Öffnungen--39--in der mittleren Platte--32-liegen. In jede Öffnung --41-- werden ein Gewicht --42-- mit ringförmigem Querschnitt, das auf der Oberfläche des äusseren Flansches--l--der Schale (1, 2) ruht, und ein Gewicht --43-eingesetzt, das zehn Öffnungen aufweist, die genau über den Öffnungen --25 und 27--in den Scheiben-24 bzw. 26-- und den Öffnungen --29-- in der Schale (1, 2) liegen.
Das Gewicht --43-- hat einen inneren Zapfenteil, der durch das Gewicht --42-- reicht und auf der Scheibe --27-- ruht. Ein Überschuss an Drähten, d. h. mehr als zehn, werden in jede Öffnung --41-- auf das Gewicht --43-- gegeben. Die Drähte --3-- haben spitze Enden, die auf dem Gewicht ruhen ; sieben der Drähte werden in Öffnungen im Gewicht --43-- und somit in die Öffnungen-27, 9, 25
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