DE1106878B

DE1106878B - Semiconductor device and method for its manufacture

Info

Publication number: DE1106878B
Application number: DES59371A
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Nixdorf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1958-08-08
Filing date: 1958-08-08
Publication date: 1961-05-18

Description

Halbleiteranordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Halbleiteranordnungen mit auf einer besonderen Trägerplatte innerhalb eines Gehäuses aufgebautem Halbleiterelement, welches mit dieser Trägerplatte an einem Gehäuseteil festgespannt ist. Sie bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Halbleiteranordnung.Semiconductor device and method for their production The present The invention relates to semiconductor arrangements on a special carrier plate built within a housing semiconductor element, which with this carrier plate is clamped to a housing part. It also relates to a procedure for the production of such a semiconductor device.

Bei Halbleiteranordnungen war es für eine Metallplatte, welche als Grundplatte an der einen Oberfläche das durch Lötung an ihr befestigte Halbleitersystem trägt, bekannt, sie mit ihrer gegenüberliegenden Oberfläche über eine elektrisch isolierende Zwischenlage an einer Chassisplatte, an der inneren Bodenfläche einer becherförmigen Fassung oder an einer zur Befestigung dienenden Grundplatte, insbesondere zur unmittelbaren Bildung einer elektrischen Kapazität aus der Trägerplatte des Halbleitersystems und der Chassisplatte bzw. dem metallischen Gehäuse als deren elektrischen Belägen und der isolierenden Zwischenlage als Dielektrikum festzuspannen. Für dieses Festspannen war eine Schraubverbindung oder «-aren Gummiklötze in dem Gehäuse, eine auf die beiden Außenseiten der beiden Kondensatorbelägeteile wirkende ringförmige Spannvorrichtung oder ein gegenseitiges Verkleben der Teile über die Isolierschicht in Aussicht genommen.In semiconductor devices, it was for a metal plate, which as Base plate on one surface the semiconductor system attached to it by soldering carries, known them with their opposite surface via an electric insulating intermediate layer on a chassis plate, on the inner bottom surface of a cup-shaped version or on a base plate used for fastening, in particular for the direct formation of an electrical capacitance from the carrier plate of the Semiconductor system and the chassis plate or the metallic housing as their to clamp electrical coverings and the insulating intermediate layer as a dielectric. For this tightening there was a screw connection or rubber block in it Housing, one acting on the two outer sides of the two capacitor lining parts ring-shaped jig or mutual gluing of the parts over the Insulation layer envisaged.

Im Wärmeableitungssystem liegt dabei also stets die elektrische Isolierschicht von im Falle des Kondensators durch dessen angestrebte Kapazität bestimmter Dicke. Diese Dicke soll dabei eventuell noch dadurch besonders gesichert werden, daß in der Isolierschicht, wenn sie aus einem Kunststoff, z. B. Kunstharz, besteht, der aushärtet oder auch zähflüssigplastisch bleibt, ein pulverförmiger, fester und gut wärmeleitender Isolator, z. B. aus Ouarz oder Keramik, eingelagert ist. Die einzelnen Körner sind dabei sinngemäß von einheitlicher Korngröße und so groß bemessen, wie der Abstand der beiden Kondensatorbeläge voneinander sein soll.The electrical insulating layer is always located in the heat dissipation system in the case of the capacitor, its thickness is determined by its target capacitance. This thickness should possibly be particularly secured by the fact that in the insulating layer, if it is made of a plastic, e.g. B. synthetic resin, the hardens or remains viscous plastic, a powdery, solid and good thermally conductive insulator, e.g. B. made of Ouarz or ceramic, is incorporated. The single ones Grains are of a uniform grain size and are sized as large as the distance between the two capacitor plates should be.

Weiterhin war es bekannt, das Halbleitersystem sowie einen zur anteiligen Bildung des Gehäuses für den Einschluß des Halbleitersystems bestimmten glockenförmigen Teil mit seinem Rand in vorbestimmter gegenseitiger Lage auf einen grundplattenförmigen Gehäuseteil aufzusetzen und dann in einem einzigen Arbeitsvorgang eine Verlötung der Teile vorzunehmen.Furthermore, it was known to share the semiconductor system as well as one Formation of the housing for the containment of the semiconductor system, bell-shaped Part with its edge in a predetermined mutual position on a baseplate-shaped Put on the housing part and then soldering in a single operation of the parts.

Es war auch bekannt, ein Halbleiterelement an der inneren Bodenfläche eines becherförmigen Gehäuseteiles über seine aus Molybdän, Wolfram oder Legierungen derselben bestehenden Grundplatte durch Lötung zu befestigen.It was also known to have a semiconductor element on the inner bottom surface a cup-shaped housing part made of molybdenum, tungsten or alloys the same existing base plate to be attached by soldering.

Nach einer anderen bekannten Lösung für den Aufbau eines gasdicht in ein Gehäuse eingeschlossenes System wurde der Halbleiterkörper mit einer äußeren Randzone durch Lötung an der Randzone der zentralen Aussparung einer membranartigen Ringscheibe befestigt. Diese Scheibe wurde ihrerseits mit einer äußeren Randzone auf den Flansch desjenigen der beiden mit den elektrisch isolierten Zuleitungsdurchführungen versehenen becherförmigen Gehäuseteile aufgelegt, dessen Flansch an seinem außenliegenden Rand noch einen in axialer Richtung sich erstreckenden zylindrischen Teil aufweist. Dieser zylindrische Teil umgriff den Rand des Membranteiles und denjenigen des Flansches des auf diesen Membranteil aufgesetzten anderen Gehäuseteiles, so daß durch ein Umbördeln des Endes des genannten zylindrischen Teiles nach innen gegen den Flansch des zweiten Gehäuseteiles alle drei Teile, nämlich die Flansche der beiden Gehäuseteile und der zwischen diesen liegende membranartige Teil, zur Bildung eines abgeschlossenen Gehäuses zusammengespannt werden.According to another known solution for building a gas-tight In a system enclosed in a housing, the semiconductor body was combined with an outer Edge zone by soldering on the edge zone of the central recess of a membrane-like Washer attached. This disc was in turn with an outer rim on the flange of the one of the two with the electrically insulated feed line bushings provided cup-shaped housing parts placed, the flange on its outer Edge still has a cylindrical part extending in the axial direction. This cylindrical part encompassed the edge of the membrane part and that of the flange of the other housing part placed on this diaphragm part, so that by a Crimping the end of said cylindrical part inwardly against the flange of the second housing part all three parts, namely the flanges of the two housing parts and the membrane-like part lying between them to form a closed one Housing are clamped together.

Die Befestigung des membranartigen, das angelötete Halbleitersystem tragenden Teiles bedingt also unmittelbar das Schließen des Gehäuses der Halbleiteranordnung, und es läßt sich somit keine nachträgliche Inspektion des Halbleiterelements und seiner Befestigung mehr vornehmen. Außerdem besteht in dem Wärmeleitungsweg zwischen dem Halbleiterelement und dem Gehäuse der membranartige Träger des Halbleitersystems als Isthmus. Nach einer anderen bekannten Lösung wurde ein metallblockartiger Träger, an welchem das Halbleitersystem durch Lötung befestigt ist, in eine Aussparung eines zur Wärmeableitung bestimmten weiteren Trägers, die in ihrem Durchmesser in bezug auf die Mantelfläche des genannten blockartigen Trägers derart kleiner bemessen ist, daß zwar nach Schaffung einer bestimmten relativen Temperaturdifferenz zwischen den beiden Trägern diese ineinandergesetzt werden können, mit dem Fortfall dieser Temperaturdifferenz jedoch der umschließende Körper mit seiner inneren Mantelfläche auf die äußere Mantelfläche des blockartigen Trägers des Halbleitersystems selbsttätig aufgeschrumpft wird.The fastening of the membrane-like, the soldered-on semiconductor system load-bearing part therefore directly causes the housing of the semiconductor device to be closed, and thus no subsequent inspection of the semiconductor element and make more of its fastening. In addition, there is in the heat conduction path between the semiconductor element and the housing, the membrane-like carrier of the semiconductor system as an isthmus. Another known solution was a metal block type Carrier, to which the semiconductor system is attached by soldering, into a recess another carrier intended for heat dissipation, the diameter of which is in dimensioned so smaller with respect to the outer surface of said block-like carrier is that although after creating a certain relative temperature difference between the two carriers these can be nested, with the elimination of these Temperature difference, however, the enclosing body with its inner surface on the outer surface of the block-like carrier of the semiconductor system automatically is shrunk.

ach der erfindungsgemäßen Lösung wird ein Aufbau für eine Halbleiteranordnung angestrebt, bei welchem eine Verlötung zwischen der Trägerplatte und des Halbleitersystems und dem dieses tragenden Teil des Gehäuses vermieden ist, eine unmittelbare Wärmeableitung der an dem Halbleiterelement anfallenden elektrischen Verlustwärme auf dem nur sehr kurzen Weg entsprechend der Dicke der Trägerplatte an einem Gehäuseteil stattfindet, dieser Gehäuseteil unmittelbar einen integrierenden Gegenstand der Einrichtung für das Festspannen der das Halbleitersystem tragenden Grundplatte an diesem Gehäuseteil ist und das Halbleiterelement nach diesem Festspannen zunächst noch einer Inspektion und Prüfung zugänglich ist.After the solution according to the invention, there is a structure for a semiconductor arrangement aimed at which a soldering between the carrier plate and the semiconductor system and that this supporting part of the housing is avoided, direct heat dissipation the electrical heat loss occurring on the semiconductor element on the only very a short distance corresponding to the thickness of the carrier plate takes place on a housing part, this housing part directly an integral part of the facility for the clamping of the base plate carrying the semiconductor system to this housing part is and the semiconductor element after this tightening initially still an inspection and exam is accessible.

Zur Erreichung dieser Zielsetzung wird an einer Halbleiteranordnung der eingangs angeführten Art mit auf einer besonderen Trägerplatte innerhalb eines Gehäuses aufgebautem Halbleiterelement, welches mit dieser Trägerplatte an einem Gehäuseteil festgespannt ist, erfindungsgemäß das Halbleiterelement mit derjenigen Oberfläche der mit ihm verbundenen besonderen Trägerplatte, welche nur entsprechend der Dicke der Trägerplatte von dem Halbleiterelement entfernt ist, auf der durchgehenden, von einer oder mehreren Erhebungen umschlossenen Oberflächenzone eines Teiles des für den Einschluß des Halbleiterelements bestimmten Gehäuses bereits unabhängig von der gegenseitigen Verbindung der Gehäuseteile durch Verformung der genannten Erhebung oder Erliebungen um den Rand der besonderen Trägerplatte und damit das Halbleiterelement an seiner der Trägerplatte abgewandten Oberfläche noch frei liegend festgespannt.To achieve this objective, a semiconductor arrangement of the type mentioned with on a special carrier plate within a Housing built semiconductor element, which with this carrier plate on a Housing part is clamped, according to the invention the semiconductor element with that Surface of the special carrier plate connected to it, which only accordingly the thickness of the carrier plate is removed from the semiconductor element, on the continuous, by one or more elevations enclosed surface zone of a part of the for the inclusion of the semiconductor element specific housing already independent of the mutual connection of the housing parts by deformation of the mentioned Elevation or erosion around the edge of the special carrier plate and thus that Semiconductor element still exposed on its surface facing away from the carrier plate clamped.

Hierfür kann z. B. der Gehäuseteil eine Aussparung mit einem solchen umgebenden Rand aufweisen, welcher sich durch einen einfachen Umbördelungsprozeß oder durch Herausdrücken einiger Zonen aus dieser Randform gegen die umschlossene Trägerplatte der Halbleitervorrichtung verformen läßt. Statt einer in sich geschlossenen Umrandung der Anlagefläche des Gehäuseteiles für die Trägerplatte kann auch eine unterbrochene oder gegebenenfalls aus Stiften bestehende benutzt werden.For this, z. B. the housing part has a recess with such have surrounding edge, which is by a simple Umbördelvorgang or by pressing some zones out of this edge shape against the enclosed one Can deform carrier plate of the semiconductor device. Instead of a self-contained one Edging of the contact surface of the housing part for the carrier plate can also be a interrupted or possibly consisting of pens are used.

Eine beispielsweise Ausführungsform veranschaulichen die Figuren der Zeichnung. In diesen bezeichnet 1 einen Gehäuseteil, von welchem gemäß der Einzeldarstellung ihrer Ausgangsform nach Fig. 1 nach oben ein becherförmiger Teil 2 ausladet. Dieser bildet also vor der abschließenden Fertigstellung der Anordnung eine Aussparung 3, die von einem sich vertikal nach oben erstreckenden Randteil 4 umschlossen ist. In die auf diese Weise gebildete Becherform ist die Halbleitervorrichtung 5 eingesetzt, welche bereits an einer Trägerplatte 6 befestigt ist. Diese Trägerplatte ist in ihren äußeren Abmessungen etwa der lichten Weite der Becherform 2 bzw. der Aussparung 3 angepaßt. Nach Einsetzen des Teiles 5, 6 ist der freie Rand 4 der Becherform gemäß den beiden einander entsprechenden Rissen nach den Fig. 2 und 3 an vier Stellen 4a bis 4d nach innen umgelegt worden, so daß die Trägerplatte 6 der Halbleiteranordnung 5 gewissermaßen durch vier Krallen gegen die Bodenfläche der Aussparung 3 bzw. der Becherform festgespannt ist.An example embodiment is illustrated by the figures in FIG Drawing. In these, 1 designates a housing part, of which according to the individual illustration its initial shape according to FIG. 1, a cup-shaped part 2 protrudes upwards. This so forms a recess before the final completion of the arrangement 3, which is enclosed by an edge part 4 extending vertically upwards. In the cup shape formed in this way, the semiconductor device 5 is inserted, which is already attached to a carrier plate 6. This carrier plate is in their outer dimensions approximately the clear width of the cup shape 2 or the recess 3 adapted. After inserting the part 5, 6, the free edge 4 is according to the cup shape the two corresponding cracks according to FIGS. 2 and 3 in four places 4a to 4d have been turned inward, so that the carrier plate 6 of the semiconductor device 5 to a certain extent by four claws against the bottom surface of the recess 3 or the Cup shape is clamped.

Bei solchen Halbleitervorrichtungen ist es an sich erwünscht, daß eine gute Abführung der an der Halbleiteranordnung betriebsmäßig anfallenden elektrischen Verlustwärme stattfindet. Um an einer solchen Anordnung hierfür einen verbesserten Wärmeübergang zu gewährleisten, kann gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung zwischen der Trägerplatte 6 der Halbleitervorrichtung 5 und dem Boden der Aussparung 3 bzw. der Fläche des Gehäuseteiles noch eine zusätzliche Platte bzw. eine Folie aus einem gut wärmeleitenden, vorzugsweise duktilen Material, wie z. B. aus Silber, eingelegt werden. Eine solche ist in Fig. 2 bereits angedeutet und mit 7 bezeichnet.In such semiconductor devices, it is inherently desirable that a good dissipation of the operationally occurring electrical at the semiconductor arrangement Heat loss takes place. In order to improve this on such an arrangement To ensure heat transfer, according to an expedient development of the Invention between the carrier plate 6 of the semiconductor device 5 and the floor the recess 3 or the surface of the housing part still has an additional plate or a film made of a highly thermally conductive, preferably ductile material, such as z. B. made of silver, are inserted. Such is already indicated in FIG. 2 and denoted by 7.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Semiconductor arrangement with on a special carrier plate built within a housing semiconductor element, which with this carrier plate is clamped to a housing part, characterized in that the semiconductor element with that surface of the special carrier plate connected to it, _ which is only removed from the semiconductor element in accordance with the thickness of the carrier plate, on the continuous surface zone enclosed by one or more elevations a part of the housing intended for the inclusion of the semiconductor element already regardless of the mutual connection of the housing parts by deformation of the named elevation or elevations around the edge of the special carrier plate and thus the semiconductor element is still free on its surface facing away from the carrier plate is clamped in a lying position.

2. Semiconductor arrangement according to claim 1, characterized in that that on the housing part for clamping the special carrier plate of the semiconductor element only an interrupted border or only pen-like projecting body is provided are.

3. Semiconductor arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that between the special carrier plate of the semiconductor element and the counter surface of this clamping housing part an auxiliary body is provided as a heat conduction bridge is.

4. Semiconductor arrangement according to claim 3, characterized in that this heat conducting bridge consists of a plate or a foil made of ductile material.

5. Semiconductor device according to claim 4, characterized in that a silver plate or silver foil is inserted.

6. A method for producing a semiconductor device according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the housing part, with which the special carrier plate of the semiconductor element is mechanically connected, has a cup-shaped recess which is formed by a protruding edge on the housing part , and that this edge is deformed after the insertion of the special carrier plate of the semiconductor element on its entire circumference or parts of this circumference to form a device which clamps the special carrier plate in a claw-like manner. Considered publications: German Auslegeschriften No. 1035 782, p. 41978 VIII c / 21 g (published on 16 B. 1956); U.S. Patent Nos. 2,808,543, 2,763,822; French Patent Specification No. 1,149,240. "Telecommunications technical reports, supplements of the NTZ", Vol. 1 (1955), pp. 33 to 36.