DE1111299B - Vakuumdichte Verbindung zwischen zwei Metallteilen der Huelle von Halbleiteranordnungen und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

N14347Vmc/21g

ANMELDETAG: 19. NOVEMBER 1957

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT: 20. JULI 1961

Es ist bekannt, daß zwei Metallteile ohne Anwendung einer Erhitzung vakuumdicht miteinander verbunden werden können, wenn diese Teile zwei einander zugekehrte Flächen besitzen und wenigstens an der Stelle dieser Flächen aus einem verhältnismäßig weichen Metall, wie Kupfer, Aluminium oder Silber, bestehen und diese Teile nach Reinigung der Flächen gegeneinandergesetzt und mittels einer Presse in einer zu ihrer Berührungsfläche ungefähr senkrechten Richtung mit so großer Kraft zusammengedrückt werden, daß ein starkes Fließen des Materials quer zur Preßrichtung auftritt. Dieses Verfahren wurde bereits vorgeschlagen zur Anwendung bei der Herstellung vakuumdichter Hüllen für Entladungsröhren und halbleitende Vorrichtungen, wie Transistoren und Kristalldioden.

Das bekannte Verfahren hat den Nachteil, daß die Teile einer sehr starken Formänderung unterworfen werden müssen, um eine vakuumdichte Verbindung zu erzielen, denn sie müssen an der Verbindungsstelle auf etwa 20 Vo ihrer ursprünglichen Stärke herabgesetzt werden, was naturgemäß mit einer wesentlichen Materialverschiebung quer zur Preßrichtung einhergeht. Diese starke Formänderung macht es praktisch unmöglich, die Verbindung anders als zwischen zwei vorspringenden Rändern oder Flanschen herzustellen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß genaue Abmessungen schwer verwirklichbar sind. Weiterhin müssen die Teile vorher sehr gut gereinigt werden.

Die Erfindung, welche sich auf die vakuumdichte Verbindung zwischen zwei Metallteilen der Hülle von Halbleiteranordnungen bezieht, wobei diese Teile mit zwei einander zugekehrten Flächen versehen und durch Preßdruck vereinigt sind, beabsichtigt unter anderem, diese Nachteile zu beseitigen.

Nach der Erfindung besteht der eine Metallteil an der Stelle seiner Preßfläche aus einem verhältnismäßig harten Metall und der andere Teil an dieser Stelle aus einem verhältnismäßig weichen Metall; die auf dem härteren Metall vorgesehene Preßfläche ist mit wenigstens einer Nut versehen, deren Seitenwände ungefähr senkrecht zu dieser Hache stehen, und das weichere Metall füllt diese Nut bzw. Nuten auf.

Es wird bei der Herstellung der vakuumdichten Verbindung vorzugsweise so stark gepreßt, daß die Ränder der Nut etwas aufeinander zu gedrückt werden. _e

Zur Erzielung guter Ergebnisse ist die relative Härte des einen Metalls gegenüber dem anderen von Bedeutung, abgesehen natürlich von Anforderungen, Vakuumdichte Verbindung

zwischen zwei Metallteilen

der Hülle von Halbleiteranordnungen

und Verfahren zu ihrer Herstellung

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 23. November 1956

Wilhelmus Antonius Roovers, Nijmegen

(Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden

die aus allgemeintechnischem Gesichtspunkt an solche Materialien gestellt werden müssen. Einfachheitshalber wird im nachfolgenden über hartes und weiches Metall gesprochen. Letzteres muß so weich sein, daß es beim Pressen die Nut im härteren Material völlig oder nahezu völlig auffüllt, bevor die Nut selbst verformt wird. Als harte Metalle sind praktisch sämtliche Metalle anzusehen, welche eine größere Vickers-Härte als 120 kg/mm² aufweisen. Als weiche Metalle werden vorzugsweise diejenigen gewählt, deren Vickers-Härte kleiner als 60 kg/mm² ist. Im allgemeinen gilt, daß, wenn das eine Metall harter ist, auch das andere härter sein kann oder sein muß. Naturgemäß müssen diese Metalle außerdem den üblichen Bedingungen entsprechen, die an Werkstoffe für die betreffenden Gegenstände gestellt werden. Der erste Teil kann völlig aus dem harten Metall bestehen, aber die Preßfläche und die Nut können auch auf einem aus hartem Metall bestehenden Abschnitt desselben vorgesehen werden. Auch die aus weichem Metall bestehende Preßfläche kann auf einem Abschnitt des im übrigen aus einem anderen Metall bestehenden zweiten Teiles vorgesehen sein. Es ist zweckmäßig, die aus weichem Metall bestehende Preßfläche auf einem Flansch zu wählen, so daß leicht ein Stempel einer Presse aufgesetzt werden kann.

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Eine vakuumdichte Hülle kann dadurch hergestellt einen Flansch 4 auf. Die Kappe 12 hat weiterhin

werden, daß zwei, jedoch in gewissen Fällen auch zwei durchbohrte Ohren 14, mit deren Hilfe der

mehr als zwei Teile auf die oben beschriebene Weise Transistor auf einer Tragplatte befestigt werden kann,

miteinander verbunden werden. Der Boden ist mit zwei Bohrungen 15 versehen, in

Die Erfindung wird an Hand von in der Zeichnung 5 denen vakuumdichte Durchführungsisolatoren für

dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Zuleitungsdrähte zum nicht dargestellten halbleiten-

Sämtliche Figuren zeigen schematische Quer- den System festgelötet werden können. Diese Bauart

schnitte von Hüllen für halbleitende Vorrichtungen, bietet den Vorteil, daß der Kupferboden 13 die

wie Transistoren, bei denen die inneren Teile weg- Wärme besonders gut ableitet und die Stahlkappe

gelassen sind, ausgenommen in Fig. 9. io ermöglicht, daß das System unerschütterlich auf eine

Die Hülle nach Fig. 1 besteht aus einer eisernen Montageplatte geschraubt oder auf andere Weise anBodenplatte 1 und einer aus weichem Kupfer be- gedrückt wird.

stehenden Kappe 2. In die Bodenplatte 1 ist eine Die Hülle nach Fig. 5 besteht aus einer Eisenplatte

umlaufende Nut 3 gefräst, und die Kappe 2 ist mit 17, welche eine mittlere Öffnung 18 aufweist und an

einem Flansch 4 versehen, welcher eine der Boden- 15 beiden Seiten mit Nuten 3 versehen ist. An der

platte zugekehrte Fläche 5 aufweist. unteren Seite dieser Platte ist ein Kupferboden 13

Die beiden Teile werden mittels eines einfachen befestigt, und auf der oberen Fläche ist eine Kupferrohrförmigen Stempels vereint, der das Flansch- kappe 19 angebracht. Diese Bauart ergibt eine Bematerial teilweise in die Nut 3 preßt, wie es in Fig. 2 schränkung der Menge des härteren Metalls in der dargestellt ist. Obwohl es wahrscheinlich ist, daß es 20 Hülle und ermöglicht daher eine noch bessere Wärmezur Erzielung einer vakuumdichten Verbindung not- ableitung, da die weichen Metalle, wie Kupfer, Aluwendig ist, das die zu verbindenden Oberflächen sehr minium und Silber, im allgemeinen eine hohe Wärmerein sind, z. B. nicht mit Oxydhäuten bedeckt sind, leitfähigkeit aufweisen.

hat es sich bei der Herstellung der vorliegenden Eine weitere Beschränkung der Verwendung von

vakuumdichten Verbindung nicht als erforderlich 25 hartem Metall ist in Fig. 6 dargestellt. Die in dieser

erwiesen, die Oberflächen zu reinigen. Dies ist wahr- Figur gezeigte Hülle besitzt einen Kupferboden 20,

scheinlich auf den Umstand zurückzuführen, daß das in dem ein Eisenring 21 mit einer Nut 3 festgelötet

weiche Metall beim Fließen über die Nutränder, ist. Auf der Preßfläche dieses Ringes ist der Flansch 4

welche in Fig. 2 mit den Ziffern 6 und 7 bezeichnet einer Kupferkappe 19 befestigt,

sind, von Oberflächenverunreinigungen befreit wird. 30 Fig. 7 zeigt eine Variante der Bauart nach Fig. 5;

Dies soll natürlich nicht heißen, daß eine starke Ver- die Eisenplatte 17 ist hier an der Oberseite mit zwei

unreinigung, z. B. eine starke Oxyd- oder Fettschicht, konzentrischen Nuten 3 versehen, wobei in die innere

unschädlich wäre. Nut der Flansch des Kupferbodens 13 und in die

Das Profil der Nut hat sich nicht als sehr kritisch äußere Nut der Flansch der Kappe 19 gepreßt ist.

erwiesen. Günstige Ergebnisse wurden mit einem 35 Die Hülle nach Fig. 8 besteht wieder aus einer

viereckigen Profil mit Seiten von V2 mm erzielt. Eisenplatte 17 mit einer mittleren Öffnung 18, in der

Wie bereits erwähnt, müssen die Seitenwände 8 ein Kupferboden 22 festgelötet ist. Die obere Fläche

und 9 der Nut etwa senkrecht zur Preßfläche 10 der Eisenplatte 17 weist wieder eine Nut 3 auf, in

stehen. Der Boden der Nut darf etwas schmaler als welcher der Flansch 4 einer Kupferkappe 19 fest-

die Breite der Nut an der Oberseite sein, jedoch 40 gepreßt ist.

natürlich nicht so viel, daß das weiche Metall nicht Die vorliegende vakuumdichte Verbindung zwischen

gut festgeklemmt wird. Das Profil darf also nicht lös- zwei Metallteilen ist nicht auf die Anwendung einer

bar sein. Umgekehrt kann der Boden der Nut breiter einzigen Nut beschränkt; insbesondere wenn einer

als die Breite an der Oberseite sein, aber eine solche dieser Teile sehr dünn ist, kann es vorteilhaft sein,

Nut ist schwieriger herstellbar. 45 z. B. zwei Nuten zu verwenden. Eine Hülle eines

Allerdings wird vorzugsweise ein so großer Preß- Transistors mit einer solchen Verbindung ist in Fig. 9

druck angewendet, daß die Ränder 6 und 7 der Nut 3 dargestellt.

ein wenig zugedrückt werden, wie es in Fig. 3 dar- Dieser Transistor besteht aus einem Eisenboden gestellt ist. Dieser gewünschte Effekt wird dadurch 30, der wieder mit zwei Befestigungsohren 14 verbegünstigt, daß die Härte der meisten Metalle wäh- 50 sehen ist und dessen obere Fläche 10 zwei konzenrend des Preßvorgangs zunimmt. Das Material eines trische Nuten 3 aufweist. Die Kupferkappe 2 besitzt Flansches aus weichem Kupfer fließt daher anfäng- wieder einen Flansch 4, der in diesen Nuten festlich leicht in die Nut hinein, darauf ist der verblei- gepreßt ist.

bende dünne Teil des Flansches 4, der in Fig. 3 mit Der Boden 30 ist weiterhin mit einer Erhöhung 31

11 bezeichnet ist, hinreichend gehärtet, um die Rän- 55 versehen, deren obere Hache nacheinander verkupfert

der 6 und 7 ein wenig zuzudrücken. und vergoldet ist. Mit Hilfe einer Indiummenge 32 ist

Das Verfahren zur Herstellung der vorliegenden auf dieser Erhöhung eine dünne Germaniumscheibe

vakuumdichten Verbindung macht es sehr einfach, 33 befestigt. Auf die obere Seite dieser Scheibe ist

einen mit einem Flansch· versehenen Teil aus weichem eine gleichfalls aus Indium bestehende Elektrode 34

Metall vakuumdicht auf der Oberfläche eines aus 60 aufgeschmolzen, welche von einem durchbohrten

hartem Metall bestehenden, mit einer Nut versehenen Nickelplättchen 35 umgeben ist, welches durch Zinn

Teils zu befestigen. am Germanium festgelötet ist.

In den nachfolgenden Figuren sind noch einige In den Boden 30 sind zwei Öffnungen gebohrt, in

weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung dar- die Durchführungsisolatoren 36 gelötet sind. Diese

gestellt. 65 Isolatoren tragen zwei Kontaktstifte 37 und 38, von

Die Transistorhülle nach Fig. 4 besteht aus einer denen der erste Stift im Innern des Transistors mit

Stahlkappe 12 und einem Kupferboden 13. In die dem als Basiskontakt wirksamen Nickelplättchen 35

Kappe ist eine Nut 3 gefräst, und der Boden weist und der zweite Stift 38 mittels eines Nickelplättchens

mit der als Emitter wirksamen Elektrode 34 verbunden ist. Die Hülle selbst stellt den Anschluß für die vom Indium 32 gebildete Kollektorelektrode dar.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vakuumdichte Verbindung zwischen zwei Metallteilen der Hülle von Halbleiteranordnungen, welche Metallteile mit zwei einander zugekehrten Flächen versehen und durch Preßdruck vereinigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Metallteil an der Stelle seiner Preßfläche aus einem verhältnismäßig harten Metall und der andere Teil an dieser Stelle aus einem verhältnismäßig weichen Metall besteht, daß die auf dem härteren Metall vorgesehene Preßfläche mit wenigstens einer Nut versehen ist, deren Seitenwände ungefähr senkrecht zu dieser Fläche stehen, und daß das weichere Metall diese Nut bzw. Nuten auffüllt.

2. Vakuumdichte Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Metall eine größere Vickers-Härte als 120 kg/mm² und das andere Metall eine geringere Vickers-Härte als 60 kg/mm2 besitzt.

3. Vakuumdichte Verbindung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide einander zugekehrte Preßflächen auf Abschnitten der im übrigen aus einem anderen Metall bestehenden Teile der Verbindung vorgesehen sind.

4. Vakuumdichte Verbindung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus weichem Metall bestehende Preßfläche auf einem Flansch vorgesehen ist.

5. Verfahren zur Herstellung von vakuumdichten Verbindungen nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteile an der Stelle ihrer Preßflächen so stark gegeneinandergepreßt werden, daß das weichere Metall die Nut bzw. Nuten auffüllt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile so stark gegeneinandergepreßt werden, daß die Ränder der Nut bzw. Nuten ein wenig aufeinander zu gedrückt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 335 213, 842729,
090;

österreichische Patentschrift Nr. 179 700;

schweizerische Patentschrift Nr. 297 932;

USA.-Patentschrift Nr. 1164 577;

Pöschl, »Verbindungselemente der Feinwerktechnik«, Berlin/Göttingen/Heidelberg, 1954, S. 49 und 60.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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