DE1184870B

DE1184870B - Sockel fuer eine Halbleiteranordnung

Info

Publication number: DE1184870B
Application number: DET19172A
Authority: DE
Inventors: Robert Lewis Trent
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1959-10-23
Filing date: 1960-10-22
Publication date: 1965-01-07
Also published as: BE596290A; NL257131A; FR1317902A; US3136932A; GB925861A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: HOlI

Deutsche KL: 21g-11/02

Nummer: 1184 870

Aktenzeichen: T19172 VIII c/21 g

Anmeldetag: 22. Oktober 1960

Auslegetag: 7. Januar 1965

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sockel für eine Halbleiteranordnung mit einem Isolierteil und mit einem das Isolierteil wenigstens teilweise umgebenden und mit diesem dicht verbundenen Metallmantel, in dem Öffnungen angebracht sind, durch welche Anschlußdrähte für die Halbleiteranordnung verlaufen, die auch durch das Isolierteil geführt sind.

Derartige bekannte Sockel ermöglichen eine gute Wärmeabfuhr von der Halbleiteranordnung, wodurch die Leistungsgrenze heraufgesetzt werden kann. Es besteht jedoch das Problem, einerseits eine gut haftende Verbindung zwischen dem Isolierteil und dem Metallmantel zu erzielen und andererseits ein Metall zu verwenden, das eine möglichst gute Wärmeleitfähigkeit hat. Diese beiden Forderungen ergeben einen Widerspruch, weil gut wärmeleitende Metalle im allgemeinen einen beträchtlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, so daß sie nur schlecht mit einem Isolierteil verhaftet werden können. Es sind zwar auch Metallegierungen bekannt, die einen sehr kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten oder im wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie bestimmte Isolierstoffe haben; solche Metalllegierungen sind aber keine guten Wärmeleiter. Im übrigen besteht auch die Forderung, daß die den Sockel bildenden Materialien die chemischen und elektrischen Eigenschaften des Halbleiterkristalls möglichst wenig beeinträchtigen sollen. Dieses Problem wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Metallmantel aus zwei Schichten besteht, deren innere im wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Isolierteil aufweist, und deren äußere einen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten aufweist, der größer ist als derjenige der inneren Schicht.

Bei dem nach der Erfindung ausgebildeten Sockel ergibt die innere Schicht des Metallmantels eine gute Verbindung zwischen dem Isolierteil und dem Metallmantel, die sich auch bei Temperaturänderungen nicht löst. Für die äußere Schicht kann dagegen ein besonders gut wärmeleitendes Metall verwendet werden, auch wenn es einen großen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat. Dadurch wird eine gute Wärmeabfuhr von der Halbleiteranordnung erreicht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die innere Metallschicht aus einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung, während die äußere Metallschicht aus Kupfer besteht.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die äußere Metallschicht mit einer Sockel für eine Halbleiteranordnung

Anmelder:

Texas Instruments Incorporated, Dallas, Tex.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz

und Dr. rer. nat. G. Hauser, Patentanwälte,

München-Pasing, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt:

Robert Lewis Trent, Los Altos Hills, Calif.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 23. Oktober 1959
(848 356)

zusätzlichen Schicht aus einem ätzbeständigen Metall versehen ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt
F i g. 1 einen senkrechten Schnitt durch den Sokkel nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Oberansicht des Sockels von Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht nach Linie 3-3 von Fig. 2,

Fig.4 eine Ansicht ähnlich Fig. 3 bei einer anderen Ausführungsform und

Fig. 5 eine Ansicht ähnlich Fig. 3 bei einer weiteren Ausführungsform.

Der in F i g. 1 gezeigte Sockel besteht aus einem napfförmigen Metallmantel 10, der kreisrunde Öffnungen 14 und 16 sowie einen nach außen umgebogenen ringförmigen Flansch 12 aufweist. Der Raum innerhalb des Mantels 10 ist mit einem geeigneten Isoliermaterial 18 gefüllt, beispielsweise mit Glas, das auch die kreisrunden Öffnungen 14 und 16 ausfüllt. Elektrische Anschlußdrähte 20 und 22 verlaufen durch das Isoliermaterial 18 und durch die Öffnungen 14 und 16 in dem Mantel 10. Das Isoliermaterial 18 bildet innerhalb der Öffnungen 14 und 16 Buchsen für die Anschlußdrähte, die somit gegen einen elektrischen Kontakt mit dem Mantel 10 isoliert sind.

409 767/263

Claims

Ein dritter elektrischer Anschlußdraht 24, der in samtdicke des Metallmantels braucht nicht verändert das Isoliermaterial 18 eindringt, ist an der Innenseite zu werden. Eine praktische obere Grenze für das des Mantels 10 angeschweißt oder angelötet, wie in Dickenverhältnis der inneren und äußeren Metall-F i g. 3 erkennbar ist. schicht wird beispielsweise durch die zulässige Ver-

Eine Lasche 30 ist aus einem Stück mit dem 5 formung des Mantels bei Temperaturänderungen fest-Metallmantel 10 derart gefertigt, daß sie von diesem gesetzt, bei der eine Beschädigung der Metall-Glasnach oben absteht. Vorzugsweise ist die Lasche 30 Verbindungen ausgeschlossen ist. Die Lasche 30 wird aus dem Metallmantel 10 ausgestanzt und umgebo- dadurch geformt, daß sie aus dem Metallmantel 10 gen, und sie kann an ihrer Oberkante bei 32 so aus- ausgestanzt und in die aufrechte Lage umgebogen geschnitten sein, daß das Montieren des Halbleiter- io wird. Es ist somit nicht erforderlich, ein Laschenkristalls erleichtert wird. glied an den Metallmantel des Sockels anzuschwei-Der Metallmantel 10 ist plattiert, so daß er aus ßen oder anzulöten. Wegen der Begleiterscheinuneiner Innenschicht 10 b besteht, deren Metall Wärme- gen eines Einschließens von Verunreinigungen und ausdehnungseigenschaften aufweist, die demjenigen der stets vorhandenen chemischen Unreinheit derdes Isoliermaterials 18 ähnlich sind, und aus einer 15 artiger Schweiß- und Lötvorgänge ist die Beseitigung Außenschicht 10 α, die aus einem Metall hoher dieser Arbeitsgänge bei der Herstellung von Tran-Wärmeleitfähigkeit besteht. Eine plattierte Metall- sistoren sehr erwünscht.

konstruktion, die sich als besonders geeignet erwiesen Nach der bisher beschriebenen Herstellung des

hat, hatte eine Innenschicht aus einer Legierung aus Sockels wird eine geeignete Oberflächenbehandlung Eisen, Nickel und Kobalt und eine Außenschicht 20 (beispielsweise Galvanisieren mit Gold oder anderen aus Kupfer. Die Legierung ist im Handel erhältlich Metallen) an der Außenschicht 10 a des plattierten und wird weitgehend für Glas-Metall-Verbindungen Metallmantels vorgenommen, damit bei einer Beverwendet, da ihr Wärmeausdehnungskoeffizient handlung der Halbleiteranordnung ein ausreichender demjenigen bestimmter Glassorten angepaßt ist. Schutz und Widerstand gegen die Einwirkung von

Die Abdichtung der ganzen Anordnung ist in 25 chemischen oder elektrolytischen Ätzvorgängen ererster Linie durch die Dichtigkeit der Verbindungen zielt wird. Wahlweise kann diese Schutzschicht auch rings um die äußeren Anschlußdrähte sowie zwischen durch Plattieren aufgebracht werden. Die Anschlußdem Metallmantel und dem Isoliermaterial bestimmt. drähte 20 und 22 können entweder verzinnt oder Auch diese Abdichtung wird wesentlich verbessert, galvanisch vergoldet werden, damit das Transistorwenn die Innenschicht 10 b des Metallmantels 10 30 element entsprechend den üblichen Verfahren an- und die elektrischen Anschlußdrähte aus der er- gelötet werden kann.

wähnten Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung oder einem Das Aufbringen der chemisch beständigen Metallanderen Material besteht, dessen Wänneausdeh- schutzschicht auf die Kupferplattierung durch Platnungseigenschaften eng an diejenigen des verwende- tieren ergibt eine bessere Betriebssicherheit. Eine ten Isoliermaterials angepaßt sind. 35 derartige obere Plattierungsschicht ist Metallschutz-

Die Verwendung von Kupfer für die Außen- schichten, die auf andere Weise (insbesondere galschicht des Metallmantels ergibt einen guten Wärme- vanisch) aufgebracht sind, überlegen. Ein galvanisch übergang von dem Halbleiterkristall zu dem die aufgetragener Überzug weist mikroskopische Leer-Wärmesenke bildenden Becher, in den die ganze stellen auf und enthält Verunreinigungen (aus der Anordnung eingesetzt wird. Die Wärmeleitfähigkeit 40 Galvanisierungslösung), insbesondere in Form von von Kupfer, definiert durch die Kalorien, die pro Einschlüssen. Beim Plattieren werden dagegen diese Sekunde durch eine Platte mit einer Dicke von 1 cm Schwierigkeiten vermieden. Insbesondere ergibt eine über eine Fläche von 1 Quadratzentimeter für eine obere Plattierung aus Nickel oder Gold eine geeig-Temperaturdifferenz von 1° C übertragen werden, nete, chemisch beständige Metallschicht, beträgt 0,918 im Vergleich zu 0,046 bei der die 45 In Fig. 4 und 5 sind andere Ausführungsformen Innenschicht bildenden Eisen-Nickel-Kobalt-Legie- des Sockels dargestellt. Bei der Anordnung von rung. Fig. 4 ist an der Oberseite des zweischichtigen

Der Aufbau des Metallmantels 10 aus zwei Schich- Metallmantels 10 eine L-förmige Lasche 50 befestigt, ten bietet außerdem die Möglichkeit, daß unter- Für die Lasche 50 können verschiedene Metalle verschiedliche Anforderungen an die Wärmeabfuhr da- 50 wendet werden, doch hat sich eine Nickel-Kupferdurch erfüllt werden können, daß das Dicken- Nickel-Mehrschichtanordnung als besonders günstig verhältnis der inneren und der äußeren Metall- erwiesen. Bei der Ausführungsform von F i g. 5 weist schicht des Mantels 10 entsprechend bemessen wird, der Sockel einen zweischichtigen Metallmantel 10 ohne daß die Gesamtdicke des Mantels oder seine auf, in den ein Vorsprung 60 eingeprägt ist, dessen Gestalt verändert wird. Dies bedeutet einen sehr 55 Form ähnlich der Lasche 50 bzw. der Lasche 30 ist. wesentlichen Vorteil beim Entwurf des Sockels zur Bei den Ausfuhrungsformen von Fig. 4 und 5 kann Erfüllung bestimmter Auflagen, weiche die zulässige gleichfalls eine äußere Plattierung in Form einer innere Temperaturdifferenz (zwischen Halbleiter- chemisch beständigen Metallschicht, beispielsweise kristall und Gehäuse) festlegen. Für eine gegebene aus Nickel oder Gold aufgebracht werden, damit eine zulässige innere Temperaturdifferenz kann das Ver- 60 verbesserte Betriebssicherheit erhalten wird. Die in hältnis der Dicke der äußeren Metallschicht zu der F i g. 5 dargestellte Ausführung ist hierfür besonders Dicke der inneren Metallschicht leicht durch be- vorteilhaft, da sämtliche Flächen mit der Plattiekannte analytische Verfahren bestimmt werden. Die rungsschicht aus dem chemisch beständigen Material einzige Änderung beim Entwurf, die zur Erzielung bedeckt werden können, unterschiedlicher Anforderungen an die innere Tem- 65

peraturdifferenz innerhalb der Grenzen der Kon- Patentansprüche:

struktion erforderlich ist, ist das .Dickenverhältnis 1. Sockel für eine Halbleiteranordnung mit

der zwei Metallschichten 10 α und 10 b. Die Ge- einem Isolierteil und mit einem das Isolierteil

wenigstens teilweise umgebenden und mit diesem dicht verbundenen Metallmantel, in dem Öffnungen angebracht sind, durch welche Anschlußdrähte für die Halbleiteranordnung verlaufen, die auch durch das Isolierteil geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallmantel aus zwei Schichten besteht, deren innere im wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Isolierteil aufweist, und deren äußere einen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten aufweist, der größer ist als derjenige der inneren Schicht.

2. Sockel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus einem Stück mit dem Metallmantel bestehende Zuführungsleitung vorgesehen ist.

3. Sockel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Metallschicht aus einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung besteht.

4. Sockel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Metallschicht aus Kupfer besteht.

5. Sockel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Metallschicht mit einer zusätzlichen Schicht aus einem ätzbeständigen Metall versehen ist.

6. Sockel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das ätzbeständige Metall Nickel oder Gold ist.

7. Sockel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch das Isolierteil verlaufender Anschlußdraht mit dem Metallmantel verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Electronics«, Band 32 (1959), Heft 32, S. 67.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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