DE1138486B

DE1138486B - Verfahren zum hermetischen Verschliessen eines Gehaeuses, das ein Halbleiter-Bauelement umschliesst

Info

Publication number: DE1138486B
Application number: DET18810A
Authority: DE
Inventors: Robert William Bronson; Norman Delbert Korbitz
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1959-08-07
Filing date: 1960-08-06
Publication date: 1962-10-25
Also published as: FR1281886A; GB963257A; US3183361A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

T18810 Vmc/21g

ANMELDETAG: 6. AUGUST 1960

BEKANNTMACHUNG
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

Anmelder:

Texas Instruments Inc.,
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)

Robert William Bronson, Dallas, Tex.,
und Norman Delbert Korbitz, Richardson, Tex.

(V. St. A.),
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,

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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.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

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