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Die Erfindung betrifft einen Überzug für die Widerstandsschweissung des Gehäuses von Halbleiterbauelementen, welcher aus einer Nickel- und bzw. oder Cobalt-Legierung besteht und auf wenigstens eine der zu verschweissenden Flächen vor der Schweissung aufgetragen wird, um einen vakuumdichten Abschluss des Gehäuses zu erzielen.
Jene Flächen von Gehäuseteilen, die durch Widerstandsschweissung miteinander zu verbinden sind, werden zuerst mit einem aus einer bei niedriger Temperatur schmelzenden Legierung bestehenden Überzug versehen. Beim Schweissen wird durch den schnell schmelzenden Überzug eine rasche und vakuumsicher Verbindung zwischen den aneinanderliegenden Flächen der Gehäuseteile erzielt.
Zur Erläuterung der der Erfindung zugrundeliegenden Probleme werden nachstehend einige bereits
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Polytetrafluoräthylen, hergestellten, zwischen einem kappenförmigen Gehäuseteil und der Grundplatte angeordneten Ringes beschrieben, wobei der zwischen zusammengepresster Kappe und Grundplatte angebrachte
Ring den dichten Abschluss gewährleistet. Die brit. Patentschrift Nr. 942, 331 beschreibt ein Verfahren, bei dem auf eine vergoldete Silbergrundplatte eine Kappe kalt gepresst und der Abschluss in diesem Falle durch die weiche Goldschicht gewährleistet ist. Aus der österr.
Patentschrift Nr. 208404 der Patentinhaberin ist ein
Verfahren bekannt, wonach Gehäuseteile durch Kaltschweissung luftdicht miteinander verbunden werden, wobei die Kaltschweissung unter Verwendung mindestens eines vom Material des Metallgehäuses verschiedenen Stoffes erfolgt. Die Kaltschweissung kann dann leichter durchgeführt werden und ergibt günstigere
Festigkeitseigenschaften. Das bekannte Verfahren ist insbesondere wichtig für die Verbindung von Gehäuseteilen, die aus zur Kaltschweissung ungeeignetem Material bzw. Materialien bestehen. In diesem Fall kann die
Kaltschweissung mit gutem Erfolg durchgeführt werden, wenn die zu verschweissenden Flächen mit zumindest einem zur Kaltschweissung geeigneten Überzug versehen sind. Für die elektrische Widerstandsschweissung können jedoch keine brauchbaren Hinweise abgeleitet werden.
Es ist bekannt, dass das Schweissen (z. B. Widerstandsschweissung) zur Verbindung der bisher üblichen
Gehäuseteile mit vielen Schwierigkeiten verbunden ist.
Die erste Schwierigkeit ergibt sich daraus, dass die Schweissbarkeit von verschiedenen Metallen verschieden ist. In der Literatur sind verschiedene Verfahren beschrieben, die jedoch diese Frage nicht gelöst haben. Es wurden die Verwendung von speziellen Legierungen (Fe-Ni-Co) sowie die Verzinnung von Verbindungsflächen vorgeschlagen, obzwar die vorgeschlagene Flächenbehandlung zum grössten Teil nur aus einer gründlichen
Reinigung bestand.
Im Falle der zuletzt erwähnten Verzinnung ist der elektrische Übergangswiderstand allzu klein bzw. bei der vorher erwähnten speziellen Legierung Fe-Ni-Co ist die Schmelztemperatur allzu hoch, das Material ist zu weich usw., daher wird die die gute Bindung sichernde Schmelze beim Schweissen teilweise verschüttet. Demzufolge wird das Werkstück löcherig und es entsteht eine unschön aussehende Naht.
Die Erfindung zielt darauf ab, die Nachteile der bekannten Methoden zu vermeiden, und sie besteht darin, dass bei einem Überzug der eingangs erwähnten Art die Legierung 1 bis 19 Gew.-% Phosphor oder 1 bis
10 Gew.-% Bor enthält. Die Stärke der aufgetragenen Schicht kann einige p betragen. Diese zweckmässig 4 bis
11% Phosphor oder etwa 6 bis 7% Bor enthaltende Schicht kann im wesentlichen als Hartlot angesehen werden.
Der aus den erwähnten Legierungen bestehende Überzug wird vorteilhaft im Wege einer chemischen Reaktion auf die Oberfläche des Gehäuseteiles abgeschieden.
Die elektrische Leitfähigkeit (etwa 60 juOhm. cm) der Legierungsschicht ist um etwa eine Grössenordnung kleiner als diejenige des reinen Nickels, die etwa 9 jHOhm. cm beträgt ; ihre Schmelztemperatur ist vom Phosphorbzw. Borgehalt abhängig und um einige hundert Grad (um etwa 250 bis 5500C) geringer als die des Nickels (1453 C), zugleich ist aber ihre Härte im kalten Zustand wesentlich höher (etwa 500 Vickers). Während einer zwischen 400 und 700 C durchgeführten Vorbehandlung können die Haftfähigkeit und die Härte der Schicht im kalten Zustand erhöht werden, nebst einer gleichzeitigen geringen Herabsetzung des elektrischen Widerstandes.
Das Aussehen und der Korrosionsschutz des Überzuges können durch Erwärmen des Überzuges in reduzierender oder neutraler Atmosphäre bis zum Schmelzpunkt (900 bis 12000C) der Legierung verbessert werden. Dadurch wird in bekannter Weise die Porosität der Schicht vermindert und ihre Reflexionsfähigkeit erhöht.
Die Erfindung wird an Hand des nachfolgenden Ausführungsbeispieles näher beschrieben.
Transistorgrundplatten und kappenförmige Gehäuseteile werden mittels organischer Lösungsmittel, z. B.
Tetrachlorkohlenstoff (CCLt), entfettet. Sodann werden die entfetteten Teile bei einer Temperatur von etwa 1000 C im Wasserstoffstrom geglüht. Durch diese Vorbehandlung wird eine gute Oberflächenqualität für die Nickel-Phosphor-oder Nickel-Bor-Legierungsschicht gesichert. Sodann wird auf die miteinander zu verbindenden Teile durch chemische Reduktion eine etwa 8% Phosphor enthaltende Nickel-Schicht abgeschieden. Nach Waschen mit Ionenaustauscherwasser wird die Schicht bei etwa 800C getrocknet. Falls das vorangehende Glühen der Teile nicht zweckmässig ist, werden zur Erhöhung der Haftfähigkeit zuerst chemisches Polieren und dann eine nachträgliche Wärmebehandlung bei etwa 400 bis 5000C durchgeführt.
Die mit derart behandelten Oberflächen versehenen Teile werden sodann Montagemaschinen zugeführt. Das
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letzte Element dieser Maschinenreihe bildet die Impulsschweissanlage, mittels welcher der zusammengebaute
Grundplattenteil und der kappenförmige Gehäuseteil durch Widerstandsschweissung miteinander verschweisst und somit luftdicht abgeschlossen werden.
Bei einer andern Ausführungsform wird in der beschriebenen Weise vorgegangen mit dem Unterschied, dass die zum Überzug der Oberfläche verwendete Legierung eine 6 bis 7% Bor enthaltende Nickel-Legierung ist.
Schliesslich können auch mit einer Nickel-Phosphor-Legierung überzogene Grundplattenteile und kappenförmige Gehäuseteile für Halbleiterbauelemente vor dem Verschweissen bei einer Temperatur von etwa
1000 C in einer Wasserstoff-Atmosphäre einige Minuten lang geglüht werden. Nach dem Abkühlen wird ein gut aussehender, glänzender Überzug erhalten.
Die Herstellung der Legierung durch chemische Reduktion wird hier nicht näher beschrieben, da sie allgemein bekannt ist. Solche Legierungen können auch erhalten werden, wenn statt der Nickel-Legierungen
Cobalt-Legierungen oder Nickel-Cobalt-Legierungen mit Phosphor bzw. Bor mittels Reduktion auf die
Oberflächen aufgetragen werden, dies ist jedoch viel kostspieliger. Statt einer detaillierten Beschreibung wird hiezu auf die einschlägige Literatur verwiesen (Dettner-Elze : Handbuch der Galvanotechnik Bd. 1/2, S. 731).
Bei Schmelzen des erfindungsgemässen Überzuges konnte die sonst zufolge Wärmekonzentration entstehende und bei den bekannten Verfahren übliche Verschüttung der Schmelze ausgeschaltet werden, wodurch der Anfall von Ausschuss mit löcherigen, also nicht völlig dichten Verbindungsstellen in grossem Ausmasse vermindert werden konnte. Die durch Anwendung der Erfindung erzielte Schweissnaht ist flach und ihre Erscheinungsform ist vorteilhaft. Endlich wird noch auf zwei Vorteile verwiesen, die in der einschlägigen Literatur nicht erwähnt sind. Einer dieser Vorteile ist, dass bei Verwendung der erwähnten Überzüge an Kupferbestandteilen auch die Widerstandsschweissung dieser Bestandteile gelingt.
Ein anderer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht in der völligen Ausschaltung der sogenannten "Whisker" -Bildung. In der Oberflächenbehandlung von Halbleitergehäusen hat sich in den letzten Jahren immer mehr die Anwendung von glänzenden Zinnüberzügen verbreitet. An solchen Flächen wieder bilden sich recht oft Zinnadeln mehrerer Millimeter Länge und einiger j Stärke. Diese Zinnadeln werden "Whisker" genannt. Die"Whisker"-Bildung ist selbstverständlich wegen der Gefahr eines eventuellen Kurzschlusses unerwünscht.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass nach Glanzverzinnung der nach dem erfindungsgemässen Verfahren überzogenen Halbleitergehäuse die "Whisker"-Bildung vollständig ausgeschaltet werden konnte. Auch diese Eigenschaft der Erfindung bringt eine Verminderung des Ausschusses fertiggestellter Halbleiterbauteile und bedeutet somit einen wirtschaftlichen Vorteil.
Die erfindungsgemäss durchgeführte Oberflächenvorbereitung von Gehäusen für Halbleiterbauelemente ermöglicht somit nicht nur ein ausgezeichnetes dichtes Verschweissen der Gehäuseteile mit einer gut aussehenden Schweissnaht, sondern bietet darüberhinaus noch weitere Vorteile bezüglich der Oberflächeneigenschaften.