DE1148660B - Verfahren zum Zusammenbau einer Halbleiter-Kristallanordnung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

P24256Vmc/21g

ANMELDETAG: 16. J A N U A R 1960

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT: 16. MAI 1963

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zusammenbau einer Halbleiter-Kristallanordnung in einer beidseitig offenen, rohrförmigen Hülse, bei dem eine erste Oberfläche des Halbleiterkristalls mit einer bolzenförmigen Anschlußelektrode verbunden, danach eine zweite Oberfläche des Kristalls mit dem einen Ende eines Anschlußdrahtes verbunden wird und die bolzenförmige Anschlußelektrode in das eine Ende der rohrförmigen Hülse eingesetzt wird.

Beim mechanischen Zusammenbau derartiger Halbleiter-Kristallanordnungen treten Schwierigkeiten auf, die durch die gegenseitige Beeinflussung der mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Kristallanordnung bedingt sind. Da der wesentliche Teil des Zusammenbaus in der hermetischen Abdichtung zwischen den sehr kleinen Metall- und Glasteilen der Halbleiter-Kristallanordnung besteht, ist es bei den bisher bekannten Verfahren nicht möglich, den Zusammenbau ohne gegenseitige Beeinflussung der mechanischen und elektrischen Eigenschaften der ao Kristallanordnung auszuführen.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren zum Zusammenbau von Halbleiter-Kristallanordhungen mit koaxialem Aufbau besteht darin, daß es im allgemeinen nicht möglich ist, den fertig zusammen- as gebauten Halbleiteraufbau noch einer Nachätzung zu unterziehen bzw. ihn mit einem Schutzüberzug, ζ. Β. einem Oxydüberzug auf der Oberfläche in der Umgebung des pn-Überganges, zu versehen, da die ganze Halbleiter-Kristallanordnung erst nach Anbringen der Glas-Metall-Abdichtung oder gleichzeitig mit dieser Abdichtung fertiggestellt wird.

Es ist zwar ein Verfahren zum Zusammenbau einer Halbleiter-Kristallanordnung bekannt, bei welchem vor dem endgültigen Zusammenbau und nach der Fertigstellung der eigentlichen Halbleiteranordnung ein zusätzlicher Ätzvorgang möglich ist. Bei diesem Verfahren wird zunächst ein Metallstopfen, der durch ein Bodenloch eines napfförmigen Gliedes eingeführt wird, an diesem angelötet. Hierauf wird die mit dem Halbleiter verbundene Zuleitung an einer Vertiefung des Metallstopfens angelötet, worauf das Gehäuse geschlossen wird, indem eine in Kontakt mit der Fläche des Halbleiters stehende Abschlußscheibe mit dem Rand des Napfes verbunden und alsdann ein diese Scheibe und den Napf umfassender Metalltopf mit der Außenwand des Napfes verlötet wird. Dieses Verfahren umfaßt also drei aufeinanderfolgende Verlötungen, nämlich die des Metallstopfens mit dem Napf, der Zuleitung mit dem Metallstopfen und des Napfes mit dem Metalltopf. Damit diese Lötungen sich nicht gegenseitig beeinflussen, muß bei dem be-Verfahren zum Zusammenbau einer Halbleiter-Kristallanordnung

Anmelder:

Pacific Semiconductors, Inc., Culver City, Calif. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. K. Boehmert

und Dipl.-Ing. A. Boehmert, Patentanwälte,

Bremen, Feldstr. 24

Irving Weiman, Manhattan Beach, Calif., und Morgan Edson McMahon, Rolling Hills, Calif.

(V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

kannten Verfahren Lötmetall mit fortschreitend niedrigerem Schmelzpunkt verwendet werden.

Dieses Verfahren ist bezüglich der anzuwendenden Verfahrensschritte umständlich und aufwendig.

Die Erfindung löst die Aufgabe, ein Verfahren zum Zusammenbau einer Halbleiter-Kristallanordnung in einer beidseitig offenen, rohrförmigen Hülse zu schaffen, bei welchem die Unabhängigkeit zwischen den elektrischen und mechanischen Eigenschaften der fertigen Vorrichtung gewahrt ist und bei dem die Halbleiter-Kristallanordnung in der Weise aufgebaut ist, daß der eigentliche Halbleiteraufbau elektrisch und mechanisch vollkommen fertiggestellt ist, bevor er eingekapselt und dicht verschlossen wird. Dies geschieht durch folgende weitere Verfahrensschritte:

a) Einsetzen eines weiteren Anschlußbolzens in das andere Ende der rohrförmigen Hülse in der Art, daß das andere Ende des Anschlußdrahtes beim endgültigen Zusammenbau in einen eine kleine Menge Lötmetall enthaltenden Teil des Anschlußbolzens eindringt;

b) Zuführen von Wärme während der abschließenden luftdichten Abdichtung, um ein Schmelzen des Lötmetalls zu verursachen, bei dessen Abkühlung der Anschlußdraht mit der zweiten Elektrode fest verbunden wird.

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Die neuen und eigentümlichen Merkmale und Vor- spiel offenbarten Verfahren sei angenommen, daß die teile der Erfindung werden besser verständlich aus Teile miteinander verschweißt werden. So sind beider nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit spielsweise in den Manschetten 21 und 22 die Enden Zeichnungen, in denen verschiedene Aus- kerbungen 25 und 26 zu sehen, wo das Schweißrad führungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. In 5 die Manschetten 21 bzw. 22 verformt hat. Die durch den Zeichnungen ist den Schweißstrom erzeugte Wärme bewirkt, daß das

Fig. 1 eine teilweise Schnittansicht eines vorberei- Stückchen Lötmetall 17 schmilzt und um das Ende tenden Verfahrensschrittes des Zusammenbauver- des Anschlußdrahtes 1,4 herumfließt, so daß sich nach fahrens gemäß der Erfindung, Abkühlung eine mecr&nisch feste und elektrisch gute

Fig. 2 eine teilweise Schnittansicht einer nach dem io Verbindung zwischen dem Anschlußdraht 14 und der neuen Verfahren zusammengebauten Diode, Elektrode 15 ergibt.

Fig. 3 eine teilweise Schnittansicht eines nach dem Selbstverständlich wurde eine Flächendiode hier

vorliegenden Verfahren aufgebauten Transistors, nur beispielshalber erwähnt. Das vorliegende Ver-

Fig. 4 eine teilweise Schnittansicht einer nach einer fahren eignet sich natürlich ohne weiteres auch zur weiteren Ausführungsform des vorliegenden Ver- 15 Herstellung von Spitzendioden, bei denen beispielsfahrens zusammengebauten fertigen Diode. weise die Kontaktspitze des Anschlußdrahtes 14

In Fig. 1 ist eine teilweise zusammengebaute Diode Dotierungsmaterial enthalten kann, das in Kontakt während eines vorbereitenden Verfahrensschrittes des mit dem Kristall 10 ist. Beim Verschweißen der neuen Verfahrens gezeigt. Ein Halbleiterkristall 10, Kontaktspitze 14 mit dem Kristall 10 wird ein pnder beispielsweise aus η-leitendem Silizium bestehen 20 übergang gebildet, wenn das Dotierungsmaterial ein kann, ist mit Hilfe eines Lötmetalls 11 oder durch Donator-Element ist, während der Leitungstyp des andere bekannte Mittel elektrisch leitend mit der An- Kristalls vom Akzeptortyp ist, oder umgekehrt, schlußelektrode 12 verbunden. Die gegenüberliegende I_n Fig. 3 ist, teilweise in Schnittansicht, ein zuOberfläche des Kristalls 10 weist eine eindiffundierte sammengebauter Transistor gezeigt, der nach dem p-leitende Zone 13 auf, die in beliebiger, an sich be- 25 vorliegenden Verfahren zusammengebaut worden ist. kannter Weise hergestellt sein kann. Der eigentliche Transistor 30 enthält eine p-leitende

Somit enthält der Halbleiterkristall 10 einen pn- Emitterzone 31 und eine p-leitende Kollektorzone 32, Übergang, der als Diode arbeiten kann und elektrisch die durch eine η-leitende Basiszone 33 voneinander leitend an der Elektrode 12 angeschlossen ist. An- getrennt sind, wobei die Basiszone 33 an einem Stützschließend wird ein Anschlußdraht 14, der aus federn- 30 flansch 34 befestigt ist, der eine Bohrung 35 aufweist, dem Metall, wie z. B. Molybdän, bestehen kann, durch die der nach der Kollektorzone führende Anmechanisch und elektrisch mit der Zone 13 des schlußdraht hindurchtritt. Beim Zusammenbau beKristalls 10 in an sich bekannter Weise verbunden. steht das Glasröhrchen 23 zunächst aus zwei Ab-Der Anschlußdraht 14 sollte vorzugsweise als schnitten 23 α und 23 b. Der Flansch 34 wird auf den S- oder C-förmige Feder gebogen sein und eine ent- 35 Abschnitt 23 a aufgesetzt, worauf der Abschnitt 23 b sprechende nachgiebige- Federkraft ausüben. Eine auf den Flansch 34 aufgesetzt wird und alle drei Teile zweite Anschlußelektrode 15 weist an einem Ende mit einem an sich bekannten Verfahren miteinander eine Bohrung oder Vertiefung 16 auf, die keilförmig verschmolzen werden.

sein kann und ein Stückchen Lötmetall 17 ent- Anschließend werden die Manschetten 21 und 22

hält. 40 an den Abschnitten 23 a und 23 b in gleicher Weise,

In Fig. 2 sieht man die Anschlußelektroden 12 und wie dies im Zusammenhang mit Fig. 2 erläutert 15 der Fig. 1 mit den daran befestigten Teilen, die wurde, dicht befestigt. Der Anschlußdraht 36 wird innerhalb einer rohrförmigen Hülsenanordnung 20 dann an der Kollektorzone 32 in üblicher Weise andicht eingekapselt sind. Diese Hülsenanordnung 20 gebracht. In gleicher Weise wird der Anschlußdraht besteht aus zwei metallischen Manschetten 21 und 22, 45 37 an der Emitterzone befestigt. Daraufhin wird die die zur Herstellung einer hermetischen Abdichtung an Anschlußelektrode 40, die in einer keilförmigen Bohgegenüberliegenden Enden einer aus Isoliermaterial rung 43 ein Stückchen Lötmetall 42 enthält, so weit bestehenden rohrförmigen Hülse 23 angeschmolzen in die Hülse 22 eingeschoben, bis der Anschlußdraht sind. Die Hülse 23 kann dabei aus keramischem 36 in Kontaktberührung mit dem Lötmetall 42 Material oder aus Glas bestehen. 50 kommt. In gleicher Weise wird die Anschlußelektrode

Danach wird die Elektrode 12, die den Kristall 10 41 so weit eingesetzt, bis der Anschlußdraht 37 mit mit dem Anschlußdraht 14 trägt, in die Manschette einem Stück Lötmetall 44 in Kontaktberührung 22 eingesetzt, wie dies am besten aus Fig. 2 zu er- kommt, das in einer keilförmigen Bohrung 45 ansehen ist. Die Manschette 22 kann dabei an der gebracht ist. Zum Schluß werden, wie auch im ZuElektrode 12 durch Andrücken oder Anstauchen fest- 55 sammenhang mit Fig. 2 offenbart, die Elektroden 40 gelegt werden, um die Lage der Elektrode 12 inner- und 41 dicht mit den Hülsen 21 und 22 verbunden, halb der Hülse 22 zu sichern. Anschließend wird die beispielsweise verschweißt, um den Zusammenbau zu Elektrode 15 so weit in die Hülse 21 eingeschoben, beenden und eine hermetische Abdichtung des fertibis das in der Bohrung 16 befindliche Lötmetall 17 gen Transistors sicherzustellen, mit dem federnden Anschlußdraht 14 in Berührung 60 In Fig. 4 ist eine Diode, zum Teil im Schnitt, gekommt. Danach werden die Elektroden 12 und 15 zeigt, die gemäß einer weiteren Ausfuhrungsform der mit den Manschetten 21 und 22 hermetisch dicht ver- Erfindung zusammengebaut ist. Ein Anschlußdraht 50 bunden, um eine hermetische Abdichtung der gesam- wird vorzugsweise auf die gleiche Art wie der Anten gekapselten Vorrichtung zu erzielen. Das Ab- schlußdraht in Fig. 1 und 2 an der Zone 13 des dichten der Elektroden 12 und 15 an den Manschet- 65 Kristalls 10 befestigt. Man sieht aus Fig. 4, daß der ten 21 und 22 kann durch Verlöten oder durch Anschlußdraht 50 kürzer ist als der Anschlußdraht 14. andere bekannte Verfahren, wie z. B. durch Ver- Mit dieser Ausnahme sind alle übrigen Teile in bezug schweißen, erfolgen. In den besonderen, hier als Bei- auf die Hülse 20 und die Anschlußelektrode 12 mit

den daran befestigten Teilen die gleichen sowie auch der eigentliche Zusammenbau der gleiche, wie dies im Zusammenhang mit der Ausführungsform nach Fig. 2 beschrieben wurde. Der Hauptunterschied besteht darin, daß eine Bohrung 51 innerhalb der Anschlußelektrode 52 vorgesehen ist, um den Leiter 53 aufzunehmen. Beim Zusammenbau kann die Elektrode 52, nachdem die Elektrode 12 innerhalb der Manschette 22 befestigt ist, in gleicher Weise in die Manschette eingesetzt und dort durch Anwürgen oder ähnliche Mittel festgelegt werden. Der Leiter 53 weist eine keilförmige Bohrung oder Vertiefung 54 auf, in der ein Stück Lötmetall 55 befestigt ist. Dieser Leiter wird so weit durch die Bohrung 51 eingeführt, bis Kontaktberührung zwischen dem Lötmetall 55 und dem Anschlußdraht 50 hergestellt ist.

Um eine hermetische Abdichtung zwischen dem Leiter 53 und der Elektrode 52 herzustellen, können die Bohrung und der Leiter verzinnt sein, so daß sie miteinander verlötet werden können. Zum Schluß werden die Anschlußelektroden 12 und 52 zur Herstellung einer hermetischen Abdichtung der gesamten Vorrichtung mit den Manschetten 21 oder 22 verlötet oder verschweißt.

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Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Zusammenbau einer Halbleiter-Kristallanordnung in einer beidseitig offenen, rohrförmigen Hülse, bei dem eine erste Oberfläche des Halbleiterkristalls mit einer bolzenförmigen Anschlußelektrode verbunden, danach eine zweite Oberfläche des Kristalls mit dem einen Ende eines Anschlußdrahtes verbunden wird und die bolzenförmige Anschlußelektrode in das eine Ende der rohrförmigen Hülse eingesetzt wird, gekennzeich net durch folgende weitere Verfahrensschritte:

a) Einsetzen eines weiteren Anschlußbolzens (15) in das andere Ende der rohrförmigen Hülse (20) in der Art, daß das andere Ende des Anschlußdrahtes (14) beim endgültigen Zusammenbau in einen eine kleine Menge Lötmetall (17) enthaltenden Teil (16) des Anschlußbolzens (15) eindringt;

b) Zuführen von Wärme während der abschließenden luftdichten Abdichtung, um ein Schmelzen des Lötmetalls (17) zu verursachen, bei dessen Abkühlung der Anschlußdraht (14) mit der zweiten Elektrode (15) fest verbunden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Anschlußdraht eine federnde Drahtspitze verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Kristall einen vorbestimmten Leitungstyp aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende des Anschlußdrahtes (14), das mit der zweiten Kristalloberfläche (13) verbunden wird, mit einem Dotierungsmaterial des entgegengesetzten Leitungstyps wie der Halbleiterkörper (10) versehen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlußdraht (14) aus einem federnden Metall, z. B. aus Molybdän, verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine rohrförmige Hülse (20) aus Isoliermaterial verwendet wird, in deren Enden metallische Manschetten (21, 22) hermetisch abdichtend eingesetzt werden, und daß die bolzenförmige Anschlußelektrode (12) und der Anschlußbolzen (15) mit den jeweiligen Manschetten dicht verbunden werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem endgültigen Zusammenbau der mit dem Anschlußdraht (14) verbundene Halbleiterkristall geätzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem endgültigen Zusammenbau auf der zweiten Oberfläche des Halbleiterkristalls ein Schutzüberzug angebracht wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 814 486;
deutsche Auslegeschriften Nr. 1037 014, 1047317, 585, 1068 385;
schweizerische Patentschrift Nr. 338 906;
USA.-Patentschrift Nr. 2 815 474.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 309 580/293 5.63