DE1051413B

DE1051413B - Verfahren zur Herstellung einer vakuumdichten Kapselung von Halbleiteranordnungen

Info

Publication number: DE1051413B
Application number: DET14550A
Authority: DE
Inventors: Walter Klossika
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1957-12-19
Filing date: 1957-12-19
Publication date: 1959-02-26
Also published as: GB905041A

Description

Verfahren zur Herstellung einer vakuumdichten Kapselung von Halbleiteranordnungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer vakuumdichten Kapselung von Halbleiteranordnungen, die auf einem als Halbleiterträger dienenden Glassockel montiert sind, der von einer Metallhülle mit ringförmiger, flanschartiger Erweiterung eingefaßt ist.
Der Verschlußtechnik kommt bei der Halbleiterfertigung eine große Bedeutung zu, da die Halbleiteranordnung nach außen möglichst abgeschlossen sein soll. Dadurch soll verhindert werden, daß schädliche Dämpfe, Feuchtigkeit und Wärme an die Halbleiteroberfläche gelangen. Vor allem Flächentransistoren sind an ihrer Oberfläche sehr empfindlich gegen Adsorption von Gasen und Dämpfen.
Bei der Verwendung von Plastikmaterialien zur Abschirmung von Halbleiteranordnungen stößt man auf Schwierigkeiten, da leider noch keine Plastikmaterialien zur Verfügung stehen, welche die erforderliche Feuchtigkeitsdichte aufweisen. Durch den ständigen Wechsel von In- und Außerbetriebnahme der Halbleiteranordnung folgt nämlich auf plötzliche Erwärmung wieder eine ebenso plötzliche Abkühlung; dadurch unterliegt das umhüllende Plastikmaterial einer ständigen Verformung in Gestalt von Ausdehnungen und Schrumpfungen. Infolge dieses Deformationsprozesses kommt es zu mikroskopisch kleinen Rissen im Plastikmaterial, durch die Wasserdämpfe in das Innere eindringen können. Außerdem entspricht auch die Reinheit der genannten Stoffe nicht den gestellten Anforderungen. Man ist daher weitestgehend auf Glas und Metall als Ausgangsmaterialien für die Fertigung des Schutzgehäuses angewiesen.
Ein solches Schutzgehäuse besteht im allgemeinen aus zwei Teilen, nämlich dem Halbleiterträger als Fundament zur Montage der Halbleiteranordnung und dem Gehäusedeckel. Es sind bereits mehrere Verfahren bekannt, nach denen eine feste Verbindung zwischen Halbleiterträger und Gehäusedeckel hergestellt werden kann. Bei Verwendung von Metall sind aber meist Lötverfahren und bei Verwendung von Glas Schmelzverfahren erforderlich, also Verfahren, die in beiden Fällen eine zwar kurzzeitige, aber immerhin doch recht erhebliche Erwärmung bedingen. Diese unerwünschte Erwärmung kann bei kleinen Abmessungen zu thermischen Effekten und zu einer daraus resultierenden Verschiebung der Halbleiterdaten führen.
Für die Fertigung von. kleineren Halbleitertypen und erst recht von Subminiaturtypen kommt infolge der kleinen Abmessungen und der damit verbundenen unmittelbaren Nachbarschaft zwischen dem beim Glasschmelzen entstehenden Wärmeherd und der Halbleiteranordnung eine Verwendung von Glas auch nicht mehr in Betracht. Die Gehäuse von Subminiaturtypen werden ausschließlich aus Metall gefertigt. Es ist auch da ratsam, möglichst von einem Verschluß mittels Lötung abzusehen, & neben möglichen thermischen Effekten Dämpfe des Flußmittels in das Gehäuseinnere eindringen und die Oberfläche des Halbleiterkörpers verunreinigen können.
Es ist bereits ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem der eigentliche Gehäuseverschluß ohne Löten zustande kommt. Dieses Verfahren besteht .darin, daß nach Fig. 1 ein Halbleiterträger, dessen hier nicht eingezeichneter Glaskörper von einer zylinderförmigen Metallhülle 1 mit ringförmiger, flanschartiger Erweiterung 2 eingefaßt ist, mit dem ebenfalls nicht eingezeichneten Halbleitersystem in einen zylindrischen Kolben 3 gepreßt wird. Als Anschlag für den unteren Kolbenrand dient :dabei der ringförmige Flansch 2. Der Innendurchmesser d2 des Metallkolbens muß kleiner als der Außendurchmesser d1 der Metallhülle 1 sein, wenn ein straffer Preßsitz zustande kommen soll. Ein Einpressen unter dieser Voraussetzung ist aber nur möglich, wenn der Zylindermantel der Metallhülle 1 an seinem oberen Rand entsprechend dem Flächenverlauf dies Teilstückes 4 der Metallhülle 1 einen veränderlichen, und zwar abnehmenden Ouerschnitt aufweist.
Diese Kompressionsmethode hat aber noch eine zusätzliche Funktion zu erfüllen. Auf der äußeren Zylinderwand der Metallhülle 1 wird nämlich vor dem Einpressen eine dünne Lage bildsamen Materials, z. B. Zinn, aufgetragen. Durch. den beim Kompressionsvorgang zwischen dier äußeren Zylinderwand der Metallhülle 1 und der Innenwand des Kolbens 3 entstehenden Druck schmilzt das bildsame Material, verbindet sich mit den beiden Druckflächen und dichtet so die Verbindungsstelle ab. Der Nachteil dieses vorgeschlagenen Verfahrens besteht darin, daß die so hergestellten und einem Feuchtigkeitstest unterworfenen Transistoren in Wirklichkeit Undichtigkeiten aufweisen. Der Grund dürfte darin zu finden sein, daß das auf die äußere Zylinderwand der Metallhülle 1 aufgetragene bildsame Material sich beim Eingleitender Metallhülle 1 in den Kolben 3 infolge des großen Preßdruckes verschiebt und wenigstens teilweise abgeschert wird.
Zur Vermeidung dieser Nachteile wird erfindungsgemäß vorgeschlagen. daß ein Ring aus geeignetem bildsamem Material über eine mit einem ringförmigen Flansch versehene, zylinderförmige Metallhülle gestülpt und zum Anschlag mit dem Flansch gebracht wird, und daß das System Halbleiteranordnung plus Halbleiterträger in einen zylinderförmigen Kolben gepreßt wird, der an seiner Innenkante so angephast ist, daß beim Einpressen Dichtungsmaterial des Dichtungsringes 7 in den durch die Anphasung geschaffenen Hohlraum gepreßt wird und diesen voll ausfüllt.
Die Erfindung sei am Ausführungsbeispiel einer Subminiartype näher erläutert. Fig. 2 zeigt eine Metallhülle 1 mit einem ringförmigen Flansch 2. Der Metallhülle 1 gegenüber befindet sich in einer Haltevorrichtung 11 ein zylinderförmiger Kolben 3 aus Neusilber, an dessen Innenkante Material abgetragen ist. Im Beispiel ist eine Anphasung so vorgenommen, daß die dabei entstehende Fläche 5 mit der noch verbleibenden Restfläche 6 des Kolbenrandes einen Winkel von 20° einschließt. Die Metallhülle 1 hat einen Außendurchmesser d1 von 2,22 mm gegenüber dem Innendurchmesser d2 des Neusilberkolbens 3 von 2,17 mm. Über die Metallhülle 1, die entsprechend dem Flächenverlauf 4 an ihrem oberen Ende spitz zuläuft, wird ein zuvor mit Silikonfett beschmierter Bleiring 7 von 0,1 mm Dicke gestülpt und zum Anschlag mit dem Flansch 2 gebracht. Die Metallhülle 1 wird dann mit dem von ihr eingefaßten, hier nicht eingezeichneten System Halbleiteranordnung plus Halbleiterträger durch Aufwärtsbewegung des Stempels 8 in den Neusilberkolben 3 gepreßt. Das Silikonfett und die spitz zulaufende Metallhülle 1 erleichtern dabei das Eingleiten der zu verbindenden Teile. Die nach den Fig. 2 und 3 überstehenden Teile des Bleiringes 7 werden nachträglich abgeschert. Der Vorteil des vorliegenden Verfahrens besteht darin, daß nach Fig. 3 das von dem Bleiring herrührende Dichtungsmaterial bei der Kompression in den Hohlraum 9 gepreßt wird. Versuche haben ergeben, daß sogar über den Hohlraum 9 hinaus Blei in den zwischen der Innenwand des Neusilberkolbens 3 und der Außenwand der Metallhülle 1 entstehenden Teil 10 der Dichtungsstrecke eindringt. Dieser erwünschte Effekt steht im Gegensatz zu dem bereits bekannten Verfahren, bei dem das schon vor der Kompression im Raum 10 befindliche bildsame Material infolge des Kompressionsdruckes abgetragen wird.
Da also bei dem vorliegend beschriebenen Verfahren das als Dichtungsmasse vorgesehene bildsame Material bei der Kompression nicht mehr aus der zwischen Metallhülle 1 mit Flansch 2 einerseits und Neusilberkolben 3 andererseits entstehenden Dichtungsstrecke auszubrechen versucht, treten die Nachteile des bereits bekannten Verfahrens, nämlich Kanäle in der Dichtungsstrecke und somit infolge des Unterdruckes Feuchtigkeit im Inneren des Gehäuses, nicht mehr auf.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung einer vakuumdichten Kapselung von Halbleiteranordnungen, die auf einem als Halbleiterträger dienenden Glassockel montiert sind, der von einer Metallhüllie mit ringförmiger, flanschartiger Erweiterung eingefaßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ring aus geeignetem bildsamem Material über die mit dem ringförmigen Flansch versehene zylinderförmige Metallhülle gestülpt und zum Anschlag mit dem Flansch gebracht wird und daß das System Halbleiteranordnung plus Halbleiterträger in einen zylinderförmigen Kolben gepreßt wird, der an seiner Innenkante so angephast ist, daß beim Einpressen Dichtungsmaterial des Dichtungsringes in den durch die Anphasung geschaffenen Hohlraum gepreßt wird unddiesen voll ausfüllt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anphasung des Kolbens an seiner Innenkante so vorgenommen wird, daß das dabei entstehende ebene Flächenstück gegen die noch verbleibende ringförmige Restfläche !des Kolbenrandes eine Neigung von 20° erhält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als geeignetes bildsames Material für d en Ring Blei verwendet wird.