DE1138486B - Verfahren zum hermetischen Verschliessen eines Gehaeuses, das ein Halbleiter-Bauelement umschliesst - Google Patents
Verfahren zum hermetischen Verschliessen eines Gehaeuses, das ein Halbleiter-Bauelement umschliesstInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
T18810 Vmc/21g
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 25. OKTOBER 1962
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 25. OKTOBER 1962
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum hermetischen Verschließen eines mit wenigstens einem offenen
Ende versehenen Gehäuses, das ein elektrisches Halbleiter-Bauelement umschließt, welches auf einem sich
verjüngenden Glasträger montiert und eines Schutzes gegen unvorhersehbare Temperaturänderungen bedarf.
Es ist bekannt, daß eine hermetische Verbindung zwischen einem Glassockel und einem Metallgehäuse
bei geeigneter Wahl der Materialien dadurch erreicht werden kann, daß das Glas mit dem Metall durch
Wärmezufuhr verschmolzen wird. Bei den üblichen Verfahren dieser Art ist es aber unvermeidlich, daß
der ganze Glassockel und die daraufmontierten Teile erwärmt werden. Diese Maßnahme läßt sich daher
nicht ohne weiteres anwenden, wenn auf dem Glassockel ein Halbleiter-Bauelement angebracht ist, das
bei größeren Temperaturänderungen zerstört wird, wie dies bei Transistoren, Photodioden, Sonnenzellen
und anderen gleichartigen Halbleiter-Bauelementen der Fall ist.
Das Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens, das eine hermetisch dichte Verbindung
zwischen dem Gehäuse und dem Glassockel ermöglicht, ohne daß die Gefahr einer Zerstörung des auf
dem Glassockel montierten Halbleiter-Bauelements durch eine unzulässige Temperaturerhöhung besteht.
Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß nur der Rand des offenen Endes des schon das Bauelement
enthaltenden Gehäuses erhitzt wird, daß der erhitzte Rand auf den sich verjüngenden Abschnitt
des Glasträgers aufgesetzt wird und daß ein Druck in einer solchen Richtung ausgeübt wird, daß der
Rand entlang der Verjüngung geringfügig nach außen bewegt wird, bis er hermetisch dicht mit dem Träger
verbunden ist und das elektrische Bauelement dicht eingeschlossen ist.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird zunächst nur der Rand des offenen Endes des Gehäuses
erhitzt, wobei der Glassockel mit dem darauf befindliehen Halbleiter-Bauelement noch kalt bleibt. Erst
wenn der Rand eine ausreichende hohe Temperatur erreicht hat, werden die Teile unter Druckanwendung
in Berührung gebracht, wobei Wärme von dem Gehäuse auf den Umfang des Glassockels übergeht und
diesen so weit erhitzt, daß eine Verschmelzung stattfindet. Die dabei erfolgende mechanische Verformung
des Gehäuserandes begünstigt eine dichte Verbindung der Teile und einen schnellen Wärmeübergang. Der
Verschmelzungsvorgang läuft daher so schnell ab, daß sich die Wärme in dem schlecht wärmeleitenden Glassockel
nur wenig ausbreiten kann. Da ferner nur der Verfahren zum hermetischen Verschließen
eines Gehäuses,
das ein Halbleiter-Bauelement umschließt
das ein Halbleiter-Bauelement umschließt
Anmelder:
Texas Instruments Inc.,
Dallas, Tex. (V. St. A.)
Dallas, Tex. (V. St. A.)
Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz
und Dr. rer. nat. G. Hauser, Patentanwälte,
München-Pasing, Bodenseestr. 3 a
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 7. August 1959 (Nr. 832 386)
V. St. v. Amerika vom 7. August 1959 (Nr. 832 386)
Robert William Bronson, Dallas, Tex.,
und Norman Delbert Korbitz, Richardson, Tex.
und Norman Delbert Korbitz, Richardson, Tex.
(V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden
sind als Erfinder genannt worden
Rand des Gehäuses erhitzt wird, wird auch der Innenraum des Gehäuses während des Verschmelzungsvorgangs nur unwesentlich erwärmt. Bei Beendigung
des Verschmelzungsvorgangs hat sich daher die Temperatur des Halbleiter-Bauelements nicht wesentlich
erhöht.
Bei Anwendung einer Hochfrequenz-Induktionserhitzung läßt sich der ganze Vorgang etwa in einer
Sekunde durchführen. Das Verfahren eignet sich daher
besonders gut für eine industrielle Massenfertigung.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Darin zeigt
Fig. 1 eine Seitenansicht teilweise im Schnitt einer Halterung und der davon getragenen Anordnung bei
einem Verfahrensschritt,
Fig. 2 eine Draufsicht der Halterung mit der Anordnung von Fig. 1,
Fig. 3 eine seitliche Schnittansicht einer weiteren Anordnung, die bei einem weiteren Verfahrensschritt
Verwendung findet,
Fig. 4 eine seitliche Schnittansicht einer fertigen Anordnung,
Fig. 5 eine Draufsicht teilweise im Schnitt der Anordnung von Fig. 4,
209 678/277
3 4
Fig. 6 eine Draufsicht teilweise im Schnitt einer richtung, die an der Stößelstange 16 angreift, auf und
anderen Anordnung, die gemäß der Erfindung her- ab bewegt werden. Der Stößel 14 ist hohl und weist
gestellt ist, an seinem unteren Ende einen vergrößerten Hohlraum
Fig. 7 eine Ansicht von unten der Anordnung von 17 auf.
Fig. 6, 5 Am oberen Ende des Stößels ist ein rohrförmiger
Fig. 8 eine Seitenansicht der Anordnung von Fig. 6 Anschluß 18 vorgesehen, der ein Rohr 19 aufnimmt,
und 7 und über das während des folgenden Verfahrensschrittes
Fig. 9 eine Darstellung des Glassockels, der bei ein inertes Medium, beispielsweise Stickstoff, durch
den Anordnungen von Fig. 4 bis 8 Verwendung findet. den Hohlraum 17 und das Innere des Schirmes 13
Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung besteht aus io strömen kann. Der Stößel 14 enthält kleine radiale
einer Halterung 2, die ein zylindrisches Gehäuse 3 aus Öffnungen 21, durch die der Stickstoff in das Innere
einer Eisen-Kobalt-Nickel-Legierung in der Nähe des Schirms 13 eintreten kann,
einer Induktionsspule 4 hält. Das offene Ende des Hohlraums 17 kann die An-
Das Gehäuse 3 weist ein offenes Ende 5 und ein schlußdrähte 19 eines Glassockels 22 aufnehmen, der
teilweise geschlossenes Ende 6 mit einer konzentrisch 15 das mit 23 bezeichnete Halbleiter-Bauelement trägt,
darin liegenden Öffnung 7 auf. Wenn der Glassockel und die Anschlußdrähte auf
Der erste Verfahrensschritt besteht darin, daß das diese Weise von dem Stößel 14 oberhalb des offenen
Gehäuse 3 entgast und oxydiert wird. Das Ursprung- Endes 5 des Gehäuses 3 in einer Linie damit gehalten
lieh silbrige Gehäuse nimmt dabei ein schwarzes Aus- werden, kann der nächste Verfahrensschritt durchgesehen
an, und auf der gesamten Oberfläche bleibt 20 führt werden. Bei diesem Verfahrensschritt werden
ein Oxydfilm zurück. mit einem Hochfrequenzstrom die Induktionserhit-
Nachdem das Gehäuse 3 in die Halterung 2 von zungsspulen 24 erregt, die sehr nahe bei der offenen
Fig. 1 eingesetzt ist, kann der nächste Verfahrens- Kante 5 des Gehäuses 3 angeordnet sind,
schritt durchgeführt werden. Dieser Schritt besteht Sobald der Hochfrequenzstrom eingeschaltet ist, er-
darin, daß ein flacher, zylindrischer Glaspfropfen 8 in 25 hitzt sich die offene Kante unmittelbar auf Rotglut,
das offene Ende 5 des Gehäuses 3 eingebracht wird, so und in diesem Augenblick wird der Stößel 14 nach
daß die untere Kante des Glaspfropfens 8 auf dem unten bewegt, so daß der sich verjüngende Umfang
Boden des Gehäuses 3 aufliegt und die Öffnung 7 26 des Glassockels 22 in Berührung mit dem offenen
bedeckt ist. Wenn mittels der Spulen 4 Induktions- Ende 5 des Gehäuses 3 kommt. Der Stößel 14 wird
wärme zugeführt wird, erhitzt sich das Ende 6 bis 30 dann weiter nach unten bewegt, bis der Rand des
zur Rotglut, und der Glaspfropfen erweicht in der offenen Endes 5 geringfügig ausgedehnt ist, wobei er
Nähe des Randes der Öffnung, bis er mit den Innen- gleichzeitig mit der Umfangsfläche 26 des Glassockels
flächen des Gehäuses 3 und dem Rand der Öffnung 7 22 verschmilzt. Der ganze Vorgang findet in weniger
verschmilzt. als einer Sekunde statt, was auf der schnellen Erhit-
Bei der Durchführung dieses Verfahrensschrittes 35 zung durch die Hochfrequenzspulen 24 sowie auf der
wurde festgestellt, daß das Glas an den Wänden des kegelstumpfförmigen Gestalt des Glassockels beruht,
Gehäuses haften bleibt und nicht unter die waage- die eine schnelle Übertragung der Wärme von dem
rechte Unterseite des unteren Gehäuseendes 6 fällt, Gehäuse 3 zu der Umfangsfläche 26 des Sockels 22
selbst wenn dieses die gezeigte umgekehrte Lage ein- zur Folge hat.
nimmt, so daß ein glatter, flacher Umriß entsteht, 40 Während des ganzen Vorganges wird die Wasserwenn
das Glas vollständig und hermetisch dicht in das strömung 12 an der Unterseite des Gehäuses 3 aufGehäuse
eingeschmolzen ist, wie in Fig. 4 dargestellt rechterhalten, so daß diese verhältnismäßig kühl bleibt,
ist. Diese Erscheinung beruht teilweise darauf, daß die Dadurch wird verhindert, daß das Innere des Gehäu-Wände
des Gehäuses 3 einen dünnen Film von Metall- ses 3 während des Vorganges erhitzt wird. Es kann
oxyd aufweisen und das Glas selbst Siliciumoxyd und 45 daher keine Wärme reflektiert werden, welche das
andere Oxyde enthält, die sich mit dem Metalloxyd- Halbleiter-Bauelement 23 beschädigen könnte. Da die
film des Gehäuses vereinigen, wodurch das Glas unter gesamte Wärmeanwendung zwischen dem inneren Um-Bildung
eines hermetischen Abschlusses mit der Ge- fang des offenen Endes 5 des Gehäuses 3 und der
häusewand verschmilzt. äußeren Umfangsfläche 26 des Glassockels 22 statt-
Aus Fig. 2 ist zu erkennen, daß die Halterung 2 50 findet, ist das Bauelement 23 während dieses Voraus
zwei Teilen besteht, so daß das zylindrische Ge- gangs des hermetischen Einschlusses thermisch isohäuse
3 nahe seinem offenen oberen Ende 5 gehalten Hert und geschützt.
werden kann, während das untere Ende 6 des Ge- Fig. 4 zeigt die fertige Anordnung, die durch die in
häuses 3 bei diesem Verfahrensschritt nicht gehalten Fig. 1 und 3 dargestellten Verfahrensschritte hergewird.
55 stellt wurde. Es ist zu erkennen, daß bei dieser An-Nachdem die Öffnung 7 in der geschilderten Weise Ordnung das zylindrische Metallgehäuse 3 sowohl an
durch den Glaspfropfen 8 hermetisch dicht verschlos- dem offenen unteren Ende 5 als auch an dem teilweise
sen ist, ist das Gehäuse 3 für den nächsten Verfah- geschlossenen oberen Ende 6 jeweils einen dicht abrensschritt
bereit. Dieser Verfahrensschritt ist in Fig. 3 schließenden Glaspfropfen 22 bzw. 8 aufweist, die
dargestellt. Er besteht darin, daß das Gehäuse 3 in 60 beide aus durchscheinendem oder durchsichtigem
eine Vertiefung 9 einer Wärmesenke 11 eingesetzt Glas bestehen, so daß das eingeschlossene elektriwird,
durch deren hohlen Innenraum 12 Kühlwasser sehe Halbleiter-Bauelement 23 eine lichtempfindliche
strömt. Über der zur Aufnahme des Gehäuses be- Photodiode, eine Sonnenzelle oder ein anderes Halbstimmten
Vertiefung 9 ist ein rohrförmiger Schirm 13 leiter-Bauelement ähnlicher Art sein kann. Die ferangebracht,
und ein Stößel 14 ragt nach unten durch 65 tige Anordnung kann daher in einer Schaltungsanordden
Schirm 13, in dem er in richtiger Lage zu der nung in verschiedenen räumlichen Lagen angebracht
Vertiefung 9 durch eine Führung 15 geführt wird. werden, da sie durch Licht beeinflußt werden kann,
Der Stößel 14 kann mit einer nicht dargestellten Ein- das durch das eine oder das andere Ende der Anord-
nung eintritt. Die beiden Glaspfropfen 22 und 8 werden aus einem handelsüblichen schmelzbaren Glas
hergestellt.
In Fig. 5 ist eine Draufsicht der Anordnung von Fig. 4 gezeigt, wobei ein Teil abgeschnitten dargestellt
ist, so daß das Bauelement 23 und einer der Anschlußdrähte 19, an denen es befestigt ist, sichtbar sind.
In Fig. 9 ist die Ausbildung des Glassockels 22 im einzelnen zu erkennen. Der Glassockel 22 wird um
die Zuleitungsdrähte 19 in einer Form geformt, wobei die drei Anschlußdrähte 19 vor dem Einbringen
des geschmolzenen Glases durch den Hohlraum der Form gesteckt werden. Die Drähte 19 bestehen aus
einer Eisen-Kobalt-Nickel-Legierung und werden vor dem Einbringen in die Form oxydiert. Dadurch haftet
das geschmolzene Glas ohne weiteres an dem Umfang der Drähte 19, wodurch eine hermetisch dichte Verbindung
geschaffen und die Anordnung von Fig. 9 gebildet wird. Die Form hat eine sich verjüngende innere
Umfangswand, wodurch die kegelstumpfförmige Fläche 26 an dem fertig geformten Sockel 22 entsteht.
Die Anordnung 35 von Fig. 6 bis 8 ist ein auf gleiche Weise hermetisch dicht eingeschlossener Transistor.
Sie besteht aus einem Glassockel 22, 22', 22^4, der hermetisch dicht in einem Gehäuse 3, 3', 3 A aus
einer Eisen-Kobalt-Nickel-Legierung durch ein Verfahren eingeschlossen ist, das mit demjenigen identisch
ist, mit dem die Anordnung von Fig. 4 hergestellt wird. Bei der Anordnung von Fig. 6 und 7 ist
in den Glassockel 22, 22' eine Lasche 31 eingebettet,
die zur Aufnahme eines Transistors 30 bestimmt ist. Dieser ist über Brückendrähte 36 mit den Anschlußdrähten
19 verbunden.
35
Claims (6)
1. Verfahren zum hermetischen Verschließen eines mit wenigstens einem offenen Ende versehenen
Gehäuses, das ein elektrisches Halbleiter-Bauelement umschließt, welches auf einem sich
verjüngenden Glasträger montiert und eines Schutzes gegen unvorhersehbare Temperaturänderungen
bedarf, dadurch gekennzeichnet, daß nur der Rand des offenen Endes (5) des schon
das Bauelement enthaltenden Gehäuses (3, 3^4)
erhitzt wird, daß der erhitzte Rand auf den sich verjüngenden Abschnitt des Glasträgers (22, 22^4)
aufgesetzt wird und daß ein Druck in einer solchen Richtung ausgeübt wird, daß der Rand
entlang der Verjüngung geringfügig nach außen bewegt wird, bis er hermetisch dicht mit dem
Träger (22, 22,4) verbunden ist und das elektrische Bauelement (23) dicht eingeschlossen ist.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sich verjüngende Glasträger (22, 22 A) axial in das Gehäuse (3, 3A)
hineinbewegt wird, bis eine hermetische Verbindung zwischen dem Gehäuse und dem Träger
gebildet ist.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3) während
des Verschlußvorgangs in einer Wärmesenke (11) derart angeordnet wird, daß das offene Ende
(5) frei liegt.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während
des Verschlußvorgangs eine inerte Atmosphäre in dem Gehäuse (3, 3,4) und um dieses herum
aufrechterhalten wird.
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem
Gehäuse (3) gegenüber dem offenen Ende (5) ein Fenster (7) dadurch gebildet wird, daß ein durchsichtiger
Glaspfropfen (8), dessen Umfang etwas kleiner als der Innenumfang des Gehäuses (3) ist,
so in das Gehäuse eingesetzt wird, daß er an diesem anliegt, und daß nur der dem Fenster (7)
benachbarte Abschnitt (6) des Gehäuses (3) auf induktivem Weg erhitzt wird, bis der Glaspfropfen
(8) in einen hermetisch dichten Eingriff mit dem Gehäuse (3) verschmilzt.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das
Gehäuse (3) vor dem Erhitzen des offenen Endes (5) oxydiert wird und daß die Erhitzung durch
induzierte HF-Ströme für eine Zeitdauer von weniger als etwa 1 Sekunde erfolgt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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1960
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