DE1192323B - Verfahren zum Herstellen von Schweissstellen zwischen den Teilen eines ein Halbleiterelement gasdicht einschliessenden Gehaeuses und Anordnungen zur Durchfuehrung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

HOIl

Deutsche KL: 21g-11/02

Nummer: 1192323

Aktenzeichen: S 71090 VIII c/21 g

Anmeldetag: 2. November 1960

Auslegetag: 6. Mai 1965

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Schweißstellen zwischen den Teilen eines Gehäuses, welches ein Halbleiterelement gasdicht einschließt, durch elektrische Widerstandsverschweißung in einem geschlossenen Raum vorbestimmter Atmosphäre und auf eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei diesen Halbleiteranordnungen ist insbesondere an solche gedacht, welche Halbleiterelemente in Form von Halbleiterflächengleichrichtern, -transistoren oder Halbleiterstromtoren enthalten, sowie auch an solche Anordnungen, bei denen das einzelne Halbleiterelement spezifisch hohe Ströme führen kann und einen Halbleiterkörper auf der Basis eines Elementhalbleiters aus oder nach Art von Germanium oder Silizium oder einer intermetallischen Verbindung aufweist, wie z. B. einer A_niB_v-Verbindung, die also ein Element der III. Gruppe und ein Element der V. Gruppe des Periodischen Systems enthält.

Die Verschweißung der Teile des Gehäuses einer Halbleiteranordnung ist günstig, weil auf diese Weise Mängel verhütet werden, wie sie dann eintreten können, wenn zwischen den Teilen eines Gehäuses von einer Verlötung Gebrauch gemacht wird. In diesem letzteren Fall muß damit gerechnet werden, daß bei dem Lötvorgang Dämpfe entwickelt werden, die sich für die Erhaltung der einwandfreien Güte des Halbleiterelements nachteilig auswirken können.

Es ist zur Ausschließung einer nachteiligen Beeinflussung des Halbleiterelements auch üblich, dieses allein oder zusammen mit anderen in ein Gehäuse einzuschließen, welches evakuiert und gegebenenfalls nach der Evakuierung mit einem inerten Gas, wie Stickstoff oder einem Edelgas, gefüllt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, nach welchem und in welcher die Evakuierung, die eventuelle Füllung und die gegenseitige Verschweißung der Teile des das Halbleiterelement einschließenden Gehäuses in einer zweckmäßigen Folge und bei relativ geringem Zeitaufwand sowie bei rationeller Ausnutzung der elektrischen Schweißmaschine erfolgt. Zur Erreichung dieses Zieles wird bei dem eingangs angeführten Verfahren zum Herstellen von Schweißstellen zwischen den Teilen eines Gehäuses, welches ein Halbleiterelement gasdicht einschließt, durch elektrische Widerstandsverschweißung in einem geschlossenen Raum vorbestimmter Atmosphäre erfindungsgemäß nach der gegenseitigen lagemäßigen Zuordnung der zu verschweißenden Stellen zunächst der geschlossene Raum vorbestimmter Atmosphäre Verfahren zum Herstellen von Schweißstellen
zwischen den Teilen eines ein Halbleiterelement gasdicht einschließenden Gehäuses und
Anordnungen zur Durchführung dieses
Verfahrens

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Phys. Götz von Bernuth, München;

Hans-Jürgen Nixdorf, Berlin-Lankwitz

dadurch geschaffen, daß ein Hülsenkörper in eine Lage gebracht wird, in welcher er über je einen Dichtungskörper eine gasdichte Verbindung an oder benachbart je einem seiner Enden entweder unmittelbar mit je einem der beiden miteinander zu verschweißenden Gehäuseteile oder mit je einer der beiden Schweißelektroden oder mit einem besonderen Hilfskörper an den Elektroden eingeht, anschließend wird in diesem Raum die gewünschte Atmosphäre geschaffen und dann die elektrische Widerstandsverschweißung durchgeführt.

Ein solches Verfahren hat den Vorzug, daß, bevor das Gehäuse gasdicht abgeschlossen wird, die miteinander zu verschweißenden Gehäuseteile einschließlich des Halbleiterelementes einander in einer einwandfreien, eindeutig vorbestimmten Lage räumlich zugeordnet werden können. Danach kann der Evakuierungsprozeß des Raumes, welcher die Gehäuseteile der Halbleiteranordnung mindestens an deren zu verschweißenden Stellen gasdicht umschließt, durchgeführt werden, wobei, wie bereits angeführt, diese zu verschweißenden Stellen beider Gehäuseteile einander bereits mindestens dicht benachbart liegen. Der evakuierte Raum kann nunmehr mit inertem Gas bzw. Schutzgas, wie Stickstoff, gefüllt werden. Schließlich brauchen in der Schweißanordnung keine großen Wege mehr zurückgelegt zu werden, um

so einen Schweißprozeß zwischen den miteinander zu verbindenden Stellen der Gehäuseteile der Halbleiteranordnung durchzuführen.

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Der genannte Hülsenkörper geht zweckmäßig seine gegenseitige gasdichte Verbindung mit dem besonderen Hilfskörper, mit den Schweißelektroden oder mit den miteinander zu verschweißenden Gehäuseteilen über sogenannte Wellendichtungsringe, z.B. Simmerringe ein, d.h. Dichtungsringe aus nachgiebigem Material, welche gegen jede der zu dichtenden Flächen mittels eines Kraftspeichers, insbesondere einer Feder, festgespannt werden. Die Dichtungsringe können an dem Hülsenkörper oder dem jeweiligen Gegenkörper, mit welchem dieser zusammenwirkt, gelagert sein.

Die Evakuierung des Gehäuses kann durch eine oder mehrere Absaugöffnungen hindurch erfolgen, die an Teilen der Schweißmaschine vorgesehen sind, solche, die an Teilen der mit den Elektroden verbundenen äußeren Schutzzylinder oder deren Träger vorgesehen sind oder mittels eines Absaugkanals, der durch die Wand des Hülsenkörpers hindurchgeführt ist.

Wie bereits angeführt, können die Gehäuseteile, welche das Halbleiterelement einzuschließen bestimmt sind, von denen das eine bereits z. B. in Form einer Grundplatte oder eines becherförmigen Gehäuses das Halbleiterelement tragen kann, nach dem einen Lösungsweg der Erfindung erst in der Schweißmaschine einander gegenseitig zugeordnet werden.

Es kann jedoch auch das Verfahren in der V/eise durchgeführt werden, daß schon außerhalb der Schweißmaschine die beiden Gehäuseteile bereits mit dem Hülsenkörper zu einem solchen Aggregat vereinigt werden, daß bereits an diesem das Gehäuse der Hilfsvorrichtung evakuiert, gegebenenfalls mit Schutzgas gefüllt und dann von der Evakuierungspumpe oder Schutzgasfüllvorrichtung abgetrennt werden kann. Dieses vorbereitete Aggregat kann dann als solches in die Schweißvorrichtung eingesetzt werden. Es liegt somit auch im Rahmen der Erfindung, mehrere solche Aggregate zugleich in die Schweißvorrichtung einzusetzen und gegebenenfalls dort entweder gemeinsam und gleichzeitig oder nacheinander nach Art eines Systems mit Gruppenschweißanordnungen einem Schweißprozeß zu unterwerfen, indem die vorzugsweise gemeinsam an die zu verschweißenden Aggregate herangeführten Elektroden der Schweißmaschine dann nacheinander mit Strom beschickt werden.

Wird in der angegebenen Weise aus den zu verschweißenden Teilen in je einem Hülsenkörper je ein selbständiges Aggregat geschaffen, das als solches vorbehandelt werden kann, so ist es offensichtlich dann nicht mehr erforderlich, den Zeitaufwand für einen Arbeitsvorgang in der Schweißmaschine in Rechnung zu stellen, der sonst für die Evakuierung des geschlossenen Raumes und dessen Füllung mit Schutzgas erforderlich ist. Das bedeutet aber, daß an der Schweißmaschine mit einer größeren Häufigkeit je ein Schweißvorgang durchgeführt werden kann, somit also in der gleichen Zeit eine größere Anzahl von Gehäusen von Halbleiteranordnungen als sonst geschweißt werden kann. In diesem Fall ist somit dann nur eine kleinere Anzahl von Schweißmaschinen für die Fertigung einer vorbestimmten Zahl von verschweißten Halbleitergehäusen in einem bestimmten Zeitabschnitt erforderlich als dann, wenn der Evakuierungsprozeß erst vorgenommen wird, nachdem die miteinander zu verschweißenden Gehäuseteile einander an der Schweißmaschine bzw. zwischen deren Elektroden zugeordnet worden sind.

Bei der Durchführung des Evakuierungsprozesses können die beiden Gehäuseteile mit ihren miteinander zu verschweißenden Stellen bereits unbedenklich unmittelbar gegeneinanderliegen. Solche Stellen ergeben nämlich offenbar noch keinen solchen dichten Abschluß, daß die Luft, welche in dem von den beiden Gehäuseteilen der Halbleiteranordnung

ίο umschlossenen Raum enthalten ist, nicht aus diesem herausgesaugt werden könnte. Es werden sich vielmehr die beiden Gehäuseteile während des Evakuierungsprozesses sogar unter dem Einfluß des der in dem genannten Raum eingeschlossenen Luft eigenen Überdruckes voneinander abheben.

Es ist an sich bekannt, die endgültige Abdichtung eines die Halbleiterelementeanordnung einschließlich der an ihr herausgeführten Anschlußdrähte innerhalb eines Raumes vorzunehmen, in welchem eine Atmosphäre vorbestimmten Druckes geschaffen wird. Hierbei ist durch die Bemessung des Volumens dieses geschlossenen Raumes mit einem relativ großen Wert in bezug auf die zu behandelnde Halbleiteranordnung in keiner Weise in Betracht gezogen, den Raum, in welchem diese Atmosphäre geschaffen werden soll, derart zu bemessen, daß sein Schließen nach dem Einsetzen der Halbleiteranordnung nur noch ein geringes zusätzliches anteiliges Volumen zu dem durch die Abmessungen der HaIbleiteranordnung vorgegebenen bedingt. Es ist auch nicht in Betracht gezogen, daß dieser geschlossene Raum auf einfache Weise geschaffen und gegebenenfalls für die Erzeugung der Atmosphäre behandelt werden kann, bevor überhaupt die Halbleiterbauelementeanordnung in diejenige Anordnung hineingebracht wird, in welcher der Wärmeprozeß für die gegenseitige mechanische Verbindung der Gehäuseteile eingeleitet und durchgeführt wird.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung an Hand einiger Ausführungsbeispiele wird nunmehr auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen.

In F i g. 1 bezeichnet 1 eine Grundplatte mit einem von ihrer Außenseite ausladenden Gewindebefestigungsbolzen 2, welche an der anderen Oberfläche das Halbleitergleichrichterelement 3, z.B. einen Siliziumflächengleichrichter, über eine mit einem Eisen-Nickel-Kobalt-Überzug versehene anlegierte Molybdän- oder eine Wolframplatte trägt. Der eine Pol dieses Halbleiterelementes 3 ist in elektrisch leitender Verbindung mit der Grundplatte 1, die einen Pol für den Anschluß des Halbleitergleichrichterelementes 3 bildet. Von dem zweiten Pol des Halbleiterelementes 3 erstreckt sich ein Litzenkörper 4, z.B. aus einem aus Kupferlitze geflochtenen Schlauch oder mehreren solchen konzentrischen Schläuchen, der an seinen Enden von je einer Kappe 5 bzw. 6 umschlossen ist, die zweckmäßig auf ihn aufgepreßt oder aufgerollt sind. Der Kappenkörper 6 ist seinerseits mit der Anschlußelektrode bzw. der einlegierten Elektrode des Halbleiterelementes 3 durch einen Lot- oder Legierungsvorgang verbunden.

Die Grundplatte 1 bildet den einen der Gehäuseteile, welcher mit einem zweiten Gehäuseteil 7 verschweißt werden soll. Dieser zweite Gehäuseteil besteht aus einem Metallring 8, einem Isolierkörper 9, z.B. aus Keramik oder Glas, einem becherförmigen Metallkörper 10 und einem mit diesem verlöteten

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bzw. verschweißten Hülsenteil 11 von H-förmigem Stellen der beiden Gehäuseteile 1 und 7 einge-Querschnitt. Dieser Körper 11 weist in beiden Achs- schlossen sind, evakuiert und mit Schutzgas gefüllt

richtungen je einen becherförmigen Teil 11 α bzw. worden ist, die gasdichte Verschweißung unmittel- Ub auf, so daß in den einen mit 11a bezeichneten bar durchgeführt werden kann, indem die beiden der am Ende des biegsamen Leiters 4 vorhandene 5 Elektroden 12 bzw. 15 für das gegenseitige An-

Hülsenkörper 5 und später in die mit 11 b bezeich- drücken der miteinander zu verschweißenden Körper

nete Aussparung ein weiterer elektrischer Anschluß- betätigt und anschließend mit elektrischem Strom

leiter eingeführt werden können. Zwischen den Kör- über eine Zeitdauer von etwa fünf bis zehn Perioden

pern 8, 9, 10, U ist an den gegenseitigen Verbin- entsprechend dem elektrischen Verschweißungs-

dungsstellen eine Weichlot- oder vorzugsweise eine io prozeß beliefert werden.

Hartlotverbindung vorgesehen, z. B. wenn es sich um Bei der Anwendung des vorliegenden Verfahrens

einen Keramikkörper handelt, wie er aus der Dar- unter Benutzung einer Einrichtung nach Fig. 1

stellung nach Fig. 1 zu entnehmen ist, der an den wird z.B. in der folgenden Weise vorgegangen. Die

zu verlötenden Stellen vorher metallisiert worden ist. beiden Träger 13, 14 der Schweißmaschine sind zu-

Wie aus der Darstellung nach F i g. 1 zu ent- 15 nächst so weit auseinandergefahren, daß zwischen

nehmen ist, ist der Metallring 8 des zweiten Gehäuse- der Schweißelektrode 12 und dem oberen Ende des

teiles mit einem radial nach außen ausladenden Hülsenkörpers 16 ein solcher freier Raum vorhanden

Flansch 8a ausgestattet. In der Achsrichtung der ist, daß zwischen beiden der zweite Gehäuseteil?

Becherform gerechnet, legt sich dieser Flansch mit eingeführt und in die Elektrode 15 so eingesetzt

der äußeren Fläche gegen die Grundplatte 1. Diese 20 werden kann, daß er sich mit der unteren Fläche des

ist hierfür, wie aus der Darstellung zu entnehmen Flansches 8 α auf den freien Rand dieser Elektrode

ist, mit einer besonderen ringförmigen Erhöhung la 15 auflegt.

versehen, damit die Verschweißung der beiden Ge- Nunmehr wird auf die Oberfläche des Flansches 8 α häuseteile in der bereits angegebenen Weise mittels der erste Gehäuseteil bzw. die Grundplatte 1 aufgeeiner sogenannten Warzenverschweißung durchge- 25 setzt in einer Lage, wie sie aus der Darstellung zu führt werden kann. Die Grundplatte 1 kann im entnehmen ist. Es wird nunmehr der Träger 13 der Rahmen der Erfindung unmittelbar aus einem ver- Schweißmaschine zusammen mit der Schweißelekschweißungsfähigen Werkstoff bestehen. Sie kann trode 12 relativ zum Träger 14 der Schweißelektrode jedoch für die Zwecke der Verschweißung an der 15 so verstellt, daß sich die Schweißelektrode 12 mit Schweißstelle auch mit einem besonderen, durch 30 ihrer unteren Fläche auf die obere Fläche der Grundeinen Hartlötprozeß aufgebrachten Ring aus ver- platte 1 aufgesetzt oder mindestens dieser bereits schweißungsfähigem Werkstoff wie Eisen versehen nahe benachbart liegt. Hierbei wird diese Schweißsein und im übrigen aus einem Werkstoff bestehen, elektrode 12 so mit dem oberen Ende des Hülsender thermisch und elektrisch gut leitet. So kann körpers 16 zusammengeführt, daß der Schweißz. B. die Grundplatte 1 aus Kupfer bestehen und an ₃₅ elektrodenkörper 12 mit seiner äußeren Mantelfläche derjenigen Stelle, an welcher sie mit dem zweiten eine gegenseitige gasdichte Verbindung mit dem Gehäuseteil 7 verschweißt werden soll, mit einem dichtenden Simmerring 17 eingeht. Nunmehr haben hart aufgelöteten Ring aus Eisen versehen sein, der die Teile in der Schweißanordnung die gegenseitige dann sinngemäß unmittelbar wieder die Erhöhung la Zuordnung, wie sie in der Fig. 1 gezeigt ist. Es aufweisen kann, damit der elektrische Verschweißungs- 40 kann jetzt mit dem Evakuierungsprozeß des Raumes prozeß nach Art einer Warzenverschweißung durch- 19 durch den Kanal 20 hindurch begonnen und angeführt werden kann. Wie aus der F i g. 1 weiterhin schließend eine Schutzgasfüllung des Raumes 19 zu entnehmen ist, ist die Grundplatte 1 mit ihrem vorgenommen werden, so daß die nachfolgende elekausladenden Gewindebolzen 2 in eine Aussparung irische Verschweißung zwischen den Gehäuse-12 a der Schweißelektrode 12 eingeführt, welche von 45 teilen 1 und 7 in der Atmosphäre eines inerten Gases dem Träger 13 der Schweißmaschine getragen ist, bzw. Edelgases erfolgt. Bei der Füllung des Raumes der gleichzeitig elektrischer Anschluß ist. Mit dem 19 kann in der Weise vorgegangen werden, daß eine gegenüberliegenden Träger und Anschluß 14 der wiederholte Evakuierung und anschließende Füllung Schweißmaschine wirkt die Elektrode 15 zusammen. des Raumes 19 mit Schutzgas durchgeführt wird.
Diese ist becherförmig gestaltet, so daß sie in ihrem 50 In der Darstellung nach Fig. 1 hat die Schweiß-Hohlraum den zweiten Gehäuseteil 7 aufnehmen maschinenanordnung einen solchen Aufbau in bezug kann, der mit einer Randfläche, nämlich der unteren auf den Hülsenkörper 16, daß dieser, sobald die Fläche des Flansches 8 a auf dem freien Rand des beiden Elektroden 12 und 15 auseinandergefahren Elektrodenkörper 15 aufliegt. In der Figur ist weiter- sind, der Hülsenkörper mit seinem freien Ende immer hin der Hülsenkörper 16 gezeigt, an dessen beiden 55 noch oberhalb des Endes der unteren Elektrode 15 Enden je ein mit ihm gasdicht verbundener Dich- liegt. Es kann sich jedoch auch als zweckmäßig ertungs- bzw. Simmerring 17 bis 18 gehalten ist, die weisen, den Aufbau der Anordnung derart zu an ihren inneren Dichtungsflächen mit den Mantel- wählen, daß in auseinandergefahrenem Zustand der flächen der Schweißelektroden 12 bzw. 15 zusammen- Schweißelektroden das Ende der Schweißelektrode wirken. An den Hohlraum 19, welcher von dem 60 15 über den oberen Rand des Hülsenkörpers 16 her-Hülsenkörper 16 gasdicht umschlossen wird, ist der vortritt, wenn dieser Hülsenkörper 16 bis in seine Rohrkanal 20 angeschlossen, welcher mit einer unterste Stellung auf dem Elektrodenkörper 15 ver-Evakuierungspumpe oder einer Schutzgasfülleinrich- schoben worden ist. Das kann sich gegebenenfalls tung in Verbindung gebracht werden kann. als vorteilhaft erweisen, um die miteinander zu ver-F i g. 1 zeigt die Anordnung bereits mit einer 65 schweißenden Gehäuseteile 1 und 7 der Halbleitersolchen gegenseitigen Lage der Gehäuseteile der anordnung an ihren Verschweißungsstellen vor der Halbleiteranordnung, daß, nachdem der Raum 19, Durchführung des Schweißprozesses noch besser in in welchem die miteinander zu verschweißenden Augenschein nehmen zu können. Sobald die Ge-

häuseteile 1 und 7 dann einander zugeordnet und die Elektroden bis auf den gewünschten Abstand aufeinander zugeführt worden sind, kann dann der Hülsenkörper 16 nach oben verschoben werden, wobei er sich dann über die Grundplatte bzw. den Gehäuseteil 1 und schließlich auf die Mantelfläche der Schweißelektrode 12 verschiebt.

Die Möglichkeit, die zu verschweißenden Stellen nach ihrer gegenseitigen Zuordnung in dem evakuierbaren Gehäuse der Hilfsvorrichtung in Augenschein nehmen zu können, kann sich nicht nur vor der Durchführung des Schweißprozesses, sondern auch während des Ablaufes des Schweißprozesses und nach dessen Ablauf als zweckmäßig erweisen. Aus diesem Grunde kann der Hülsenkörper 16 auch der- ¹S art gestaltet werden, daß er mindestens in der Höhe derjenigen Stellen, hinter welchen, bezogen auf seine innere Mantelfläche, die zu verschweißenden Stellen der Gehäuseteile der Halbleiteranordnung liegen, durchsichtig ist. Das kann z.B. erfolgen, indem er mit einem entsprechenden Fensterteil ausgestattet ist. Einfacher gestaltet sich der Aufbau hierfür, indem der Hülsenkörper 16 unmittelbar aus einem geeigneten durchsichtigen Material hergestellt ist. Es eignen sich für diese Zwecke verschiedene Kunstharze.

Während bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 der Hülsenkörper 16 mit den Dichtungsringen 17 und 18 über diese mit der Mantelfläche der Schweißelektroden 12 bzw. 15 zusammenwirkt, ist in Fig. 2 ein solches Ausführungsbeispiel wiedergegeben, nach welchem der den evakuierbaren und mit Schutzgas füllbaren Raum abschließende Hülsenkörper 16 nunmehr über seine Dichtungsringe 17 und 18 unmittelbar mit der Mantelfläche der beiden miteinander zu verschweißenden Gehäuseteile 1 bzw. 7 der Halbleiteranordnung zusammenwirkt. Für eine einfache Übersicht über die Abwandlung dieser Anordnung gegenüber derjenigen nach F i g. 1 sind für die Gehäuseteile 1 und 7 die gleichen Bezugszeichen behalten worden. So bezeichnet 1 wieder die Grundplatte als den einen Gehäuseteil der Halbleiteranordnung. Sie ist in analoger Weise zu Fig. 1 mit einem in der Darstellung von der oberen Fläche dieser Grundplatte nach oben ausladenden Gewindebolzen 2 versehen, der zur Befestigung der Halbleiteranordnung dient, indem dieser in einer Platte oder einem Gerüst unter Benutzung einer Schraubverbindung befestigt wird. Dieser Grundplattenteil 1 ist im Falle dieses Ausführungsbeispiels noch mit einem Zapfenteil Ib versehen, an dessen Oberfläche das Halbleiterelement 3 getragen ist. 4 bezeichnet wieder den Litzenkörper, der mit dem an dem einen Ende aufgepreßten Hülsenkörper 6 mit dem zweiten Pol des Halbleiterelementes 3 verlötet worden ist. Dieser Litzenkörper besitzt am anderen Ende wieder den zweiten Hülsenkörper 5. Der zweite Gehäuseteil 7 besteht in diesem Fall aus einem Metallzylinder 21, welcher an seinem Bodenteil mit einem Isolierkörper 22 z.B. aus Glas versehen ist, über welchen der elektrische Durchführungsleiter bzw. der Anschlußkörper 23 in Form einer sogenannten Druckglasverschmelzung isoliert getragen ist. Er ist wieder an seinen beiden Enden mit je einer becherförmigen Aussparung 23 α bzw. 23 b versehen. In 23 α ist wieder das Ende des Litzenkörpers bzw. der auf dieses aufgepreßte Hülsenteil 5 eingeführt. Die Teile 21 bis 23 bilden, wie angeführt, eine isolierte Durchführung in Form einer sogenannten Druckglasverschmelzung. Die Eigenart einer solchen Druckglasverschmelzung ist bekanntermaßen, daß bei ihrer Herstellung durch die entsprechende Bemessung des inneren Metallkörpers und des äußeren Metallkörpers, welche den Glasmassekörper zwischen sich einschließen, in ihrem thermischen Ausdehnungskoeffizienten beim Erkalten der Glasmasse diese derart durch das Zusammenwirken der beiden Körper unter Druck gesetzt wird, daß dieser Glaskörper bei den auftretenden Betriebstemperaturen jederzeit nur Druckspannungen unterworfen bleibt und auf keinen Fall Zugspannungen in ihm auftreten können. Diese Zugspannungen würden bekanntermaßen in dem Glaskörper sonst zur Rissebildung führen, so daß dann also nicht mehr ein dichter Abschluß des von dem Gehäuseteil umschlossenen Raumes gewährleistet bleiben würde. Der Gehäuseteil 21 ist an seinem in der Figur oben liegenden Ende, d.h. dem Rand der Becherform, die er bildet, derart bemessen, daß er mit seiner lichten Weite dicht über den Zapfenteil Ib an den Grundplattenkörper 1 paßt. Ferner ist dieser Rand des Körpers 21, wie aus der Darstellung zu entnehmen ist, angespitzt, und zwar derart, daß die ausladende Spitze in dem Ausgangszustand vor der Verschweißung der beiden Gehäuseteile dem Scheitel des Winkels, welchen die Teile 1 b und der weitere Grundplattenkörper 1 bilden, unmittelbar benachbart liegt. Durch diesen Aufbau wird ein ähnlicher Schweißvorgang erreicht, wie er sonst bei einer Warzenschweißung abläuft, indem nämlich zunächst zwei Teile relativ geringen Querschnittes an der Schweißstelle durch den Schweißstrom erhitzt werden, wonach dann durch ein Nachdrücken die Verschweißung sich über die weitere Flächen 1 und 21 nur nach außen fortschreitend fortsetzt. Durch den eigenartigen Aufbau der beiden Teile ist somit gewährleistet, daß der Schweißvorgang in einer eindeutig vorbestimmten Weise von dem Scheitel des genannten Winkels aus nach außen fortschreitet, so daß auf diese Weise wegen der eindeutigen Entstehung der Schweißstelle eine größere Sicherheit gewährleistet wird, daß diese einen hohen Gütegrad hinsichtlich ihrer Dichtheit als auch der erreichten mechanischen Festigkeit aufweist.

In dieser Anordnung ist nun wieder der Hülsenkörper 16 mit dem Evakuierungs- bzw. Füllkanal 20 vorhanden und an jedem seiner Enden mit je einem Dichtungsring 17 bzw. 18, vorzugsweise in Form eines sogenannten Simmerringes, versehen. Jeder der Simmerringe ist an dem entsprechenden Ende des Hülsenkörpers 16 in seiner Lage ortsfest gehalten und geht in der dargestellten relativen Lage der Teile eine Dichtung mit der Mantelfläche des Gehäuseteiles 21 bzw. der Mantelfläche der Grundplatte 1 ein. Wie die Darstellung zeigt, ist im Interesse der Erreichung einer ausreichenden sicheren Berührungsfläche zwischen dem oberen Simmerring 17 und der Mantelfläche des Grundplattenkörpers 1 dieser in axialer Richtung mit größerer Höhe bemessen, als es bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 der Zeichnung der Fall ist. Dieser besondere Aufbau stellt keinen Mangel dar, denn auf diese Weise wird auch unmittelbar als Grundplatte 1 ein Körper benutzt, der in der Lage ist, eine größere, betriebsmäßig an dem Gleichrichterelement 3 anfallende Verlustwärme als vorläufiges Speicherglied zu übernehmen, welches dann die übernommene Wärmemenge als Wärmeleitbrücke an eine weitere Wärmesenke bzw. an einen

ίο

Kühlkörper abgibt. Mit 12 und 15 sind wieder die Schweißelektroden der Schweißmaschine bezeichnet, über welche die miteinander zu verschweißenden Stellen der beiden Körper 1 und 21 mit elektrischer Energie für den Schweißprozeß beschickt werden.

In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 ist eine weitere Lösung für die Verschweißung der Gehäuseteile einer solchen Halbleiteranordnung gezeigt, wie sie grundsätzlich bereits in Fig. 1 enthalten ist. Die

könnte, wie es z. B. der Fall ist, wenn der eine Gehäuseteil 7 einen nach außen ausladenden Flansch hat, über welchen er mit dem zweiten Gehäuseteil verschweißt ist, wie es sinngemäß die Fig. 1 der Zeichnung erkennen läßt.

In Verbindung mit der beschriebenen Anordnung kann als zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung auch noch ein solcher elektrischer Aufbau benutzt werden, der es gestattet, den gesamten Arbeitsvor-

Halbleiteranordnung besitzt wieder einen becher- io gang, gerechnet von dem Einschluß der zu verförmigen Teil 7 mit einem Metallring 8 und einem schweißenden Gehäuseteile in die Hilfsvorrichtung Keramikkörper 9, einen becher- oder kappenförmi- bis zum vollständigen Ablauf des Schweißprogen Metallkörper 10 und einen Anschlußkörper 11, zesses oder eine Kombination einer kleineren der mit dem Teil 10 durch Hartlötung verbunden ist. Gruppe seiner Arbeitsschritte in einer vorteilhaften, Auch die Verbindung zwischen den Teilen 8 und 9 15 schnellen und zweckmäßigen Weise zum Ablauf zu bzw. 9 und 10 kann mittels einer Hartlötverbindung bringen.

hergestellt sein. Es ist ferner wieder die Grund- I_n diesem Sinne kann die Anordnung so getroffen

platte 1 vorhanden mit dem ausladenden Bolzen 2, werden, daß mit dem Überführen des Hülsenkörpers dem Halbleiterkörper 3, dem Anschlußlitzenleiter 4 16 nach den Ausführungsbeispielen in die Betriebszum zweiten Pol des Gleichrichterelementes, der mit 20 lage mit Erreichen derselben ein Kontakt geschlossen den aufgepreßten Hülsenteilen 5 bzw. 6 versehen ist. wird bzw. Kontakte überbrückt werden als Quittungs-Nach diesem Ausführungsbeispiel ist nunmehr für leistung dafür, daß der zu evakuierende Raum in ordden Aufbau der Hilfsvorrichtung der Elektroden- nungsgemäßem Zustand mechanisch geschlossen körper 15 der Schweißmaschine mit einem Absatz worden ist. Nunmehr folgt bei der Behandlung der 15 a versehen, auf welchen ein besonderer Zylinder 35 Halbleiteranordnung der Evakuierungsprozeß. Es 24 aufgeschoben ist. Auch die obere Schweiß- kann nun im Verlaufe dieses Prozesses, sobald die elektrode 12 ist in diesem Falle von einem weiteren Evakuierung in dem Raum der Hilfsvorrichtung bis ringförmigen Zylinderteil 25 umschlossen. Der Hül- auf den gewünschten Unterdruck stattgefunden hat, senkörper 16 mit den beiden Simmerringen 17 bzw. wieder ein Schaltkontakt durch ein Vakuum-Kontakt-18 und dem Saug- bzw. Füllstutzen 20 wirkt über 30 manometer betätigt bzw. geschlossen werden. An seine Dichtungsringe 17 bzw. 18 nunmehr mit den diese Evakuierung des gasdichten Raumes der HilfsMantelflächen auf den Körpern 24 und 25 zusam- vorrichtung schließt sich deren Füllung mit Schutzmen, welche die Elektroden der Schweißmaschine gas an. Es kann nun wieder die Anordnung derart umgeben. In diesem Fall ist auch eine solche Anord- getroffen werden, daß, sobald der Raum, in welchem nung gezeigt, bei welcher der Hülsenkörper 16 voll- 35 der Schweißvorgang durchgeführt werden soll, in der ständig auf den die Elektrode 15 umschließenden erforderlichen Weise mit Schutzgas gefüllt worden ist,

durch ein Überdruck-Kontaktmanometer Kontakte geschlossen werden, so daß also über die ordnungsgemäße Füllung quittiert wird. Nachdem alle drei 40 Vorgänge durch die entsprechende Quittungsleistung in Form des Schließens der genannten Kontakte in der erforderlichen Weise beendet worden sind, ist über diese in Reihe geschalteten Kontakte nunmehr ein Stromkreis so vorbereitet worden, daß durch Halbleiteranordnung vor dem Schweißvorgang, wäh- 45 dessen Schließen mittels eines weiteren, bedienungsrend desselben und nach demselben in Augenschein mäßig gesteuerten Kontakts bzw. Schalters nunmehr

die Einschaltung der Speisung der Schweißelektroden in der Schweißmaschine freigegeben wird. Anstatt den Vakuummanometerkontakt und den Kontakt des solches Aggregat mit einer Hilfsvorrichtung, z.B. 50 Überdruck-Kontaktmanometers sowie den Schaltin einer Anordnung, wie sie in Fig. 2 aus den bei- kontakt, der abhängig von der Überführung des verstellbaren hülsenförmigen Körpers der Hilfsvorrichtung in die Betriebslage geschlossen wird, unmittelbar in den Stromkreis einzuschalten, welcher die Schweißmaschine in der Weise vorbereitet werden 55 Einschaltung der Schweißmaschine freigibt, kann von kann, daß nach der gegenseitigen Zuordnung der ge- jedem dieser Kontakte auch erst ein Relais gesteuert

Zylinder 24 bei dem Einbringen des zu schweißenden Gutes in die Schweißmaschine und bei der Entnahme des geschweißten Gutes aus der Schweißmaschine heruntergeschoben werden kann.

Wie bereits angeführt, kann der Hülsenkörper 16 jeweils aus einem durchsichtigen Werkstoff hergestellt werden, damit die miteinander zu verschweißenden Stellen der beiden Gehäuseteile der

genommen werden können, während die Schweißstelle noch unter Vakuum bzw. einer Schutzgasatmosphäre steht. Es ist auch zu übersehen, daß ein

den miteinander zu verschweißenden Gehäuseteilen 1 und 21 zusammen mit dem Hülsenkörper 16 vorhanden ist, ohne weiteres auch bereits außerhalb der

nannten Teile 1 und 21 in der dargestellten Lage zusammen mit dem Hülsenkörper 16 der umschlossene Raum 19 nun durch 20 hindurch evakuiert und mit Schutzgas gefüllt werden kann.

Ein solches zunächst räumlich selbständiges evakuierbares Aggregat könnte aber auch im Sinne des Aufbaues nach F i g. 1 bereits die beiden Schweißelektroden 12 und 15 umfassen, wenn die Außenwerden, welches seinerseits einen in dem genannten Freigabe-Stromkreis der Schweißmaschine liegenden Kontakt steuert bzw. schließt.
Es kann sich dabei als zweckmäßig erweisen, jedes oder einige dieser Relais, nachdem die Speisung seiner Wicklung über einen der Manometerkontakte od. dgl. erfolgt ist, über einen zugleich mit seinem Schaltkontakt betätigten Hilfskontakt weiterhin an

mantelflächen der Gehäuseteile der Halbleiteranord- 65 seiner Wicklung in Selbsthaltung zu speisen, auch nung eine solche Gestalt haben, daß der Hülsen- wenn der genannte Kontakt des Manometers wieder körper 16 mit seinen Dichtungsringen nicht ohne seine Schaltstelle auftrennt. So kann es z. B. zweckweiteres in der Achsrichtung verschoben werden mäßig sein, das in der Vakuum-Kontaktmanometer-

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anordnung über dessen Schaltkontakt an seiner Wicklung gespeiste Relais mit der Einschaltung seines Schaltkontaktes weiterhin in Selbsthaltung über einen Hilfskontakt zu speisen. Dieser muß dann allerdings in Reihe mit einem weiteren Kontakt liegen, durch dessen öffnung der Selbsthalte-Stromkreis des Relais unterbrochen werden kann. An dem vom Überdruckmanometer gesteuerten Relais kann auf einen solchen Selbsthalte-Stromkreis auch verzichtet werden. Auf diese Weise läßt sich erreichen, daß das Überdruck-Kontaktmanometer auch noch selbsttätig überwacht, daß mindestens bis unmittelbar vor der Durchführung oder auch noch während des Ablaufes des Schweißprozesses in dem Raum der Hilfsvorrichtung eine Schutzgasfüllung mit entsprechendem Druck besteht. Sinkt nämlich der Druck der Schutzgasfüllung ab, so würde das Überdruck-Kontaktmanometer die Speisung des Relais, welches es eingeschaltet hat, wieder unterbrechen, so daß es also dann nicht mehr möglich ist, die Schweißmaschine einzuschalten, weil eine Komponente des UND-Gatters des Stromkreises, welches gebildet wird, durch die genannten drei in Reihe liegenden Kontakte, welche erstens von dem verstellbaren Hülsenkörper, zweitens von dem Vakuumkontaktmanometer und drittens von dem Überdruck-Kontaktmanometer gesteuert werden und durch den bedienungsmäßig betätigten Kontakt, ausgefallen ist.

Zur näheren Erläuterung dieses Vorgangs an Hand einer Schaltung wird nunmehr auf F i g. 4 der Zeichnung Bezug genommen. In dieser bezeichnen 26 und 27 die beiden Sammelschienen, die an einer durch die beiden Anschlußklemmen 28 und 29 angedeuteten Spannungsquelle liegen. Sobald der Hülsenkörper 16 bei seiner Verstellung für das Schließen des gasdichten Gehäuses 19 der Hilfsvorrichtung in die Betriebslage gelangt, kommt die von ihm getragene Schaltbrücke 36 α eines Schalters 36 mit den Gegenkontakten 36 b und 36 c in Berührung. Hierdurch wird ein Relais 35 mit einer Wicklung 35 a an die Sammelschienen 26 und 27 angeschlossen. Sobald die Wicklung 35 a des Relais 35 gespeist ist, schließt dieses Relais seinen Schaltkontakt 35 b, der in einem zwischen den Anschlußklemmen 33 und 34 herzustellenden Stromlauf liegt. An die Klemmen 33 und 34 ist ein Stromkreis zur Speisung eines Schaltungselements in der Schweißmaschinensteuerung angeschlossen, durch welches die Einschaltung der Speisung der Elektroden der Schweißmaschine und eventueller anderer vorher und nachher zu betätigender Hilfseinrichtungen an der Schweißmaschine freigegeben wird. Mit 30 ist das Vakuum-Kontaktmanometer bezeichnet, welches auf den Unterdruck anspricht, der jeweils in dem Raum 19 der verschiedenen Ausführungsbeispiele der Hilfsvorrichtung erzeugt wird. Hat das Vakuum in diesem Raum einen vorbestimmten unteren Wert erreicht, so schließt das Vakuum-Kontaktmanometer 30 seinen Schaltkontakt. Hierdurch erfolgt die Speisung der Wicklung 31a eines Relais 31. Mit der Speisung der Wicklung 31a betätigt dieses Relais seine Schaltkontakte 31 δ und 31c. Der Schaltkontakt 31 & liegt in einem Selbsthaltestromkreis für das Relais 31 in Reihe mit einem Schalter 32, der bedienungsmäßig gesteuert werden kann.

Es ist zu erkennen, daß auch nach einer öffnung des Schaltkontaktes des Vakuum-Kontaktmanometers 30 nach einer erfolgten Speisung des Relais 31 dieses in seinem eingeschalteten Zustand gehalten wird. Der erwähnte Schaltkontakt 31 c des Relais 31 liegt wieder in dem Stromlauf, der zwischen den Anschlußklemmen 33 und 34 hergestellt werden soll.

38 bezeichnet ein Überdruck-Kontaktmanometer, welches seinen Schaltkontakt dann schließen soll, wenn bei der Füllung des jeweiligen Raumes 19 der Hilfsvorrichtung mit einem Schutzgas dieses den erwünschten Mindestdruck erreicht hat.

Sobald das Überdruck-Kontaktmanometer 38 seinen Schaltkontakt schließt, wird die Wicklung 37 a eines Relais 37 von den Sammelschienen 28 und 29 gespeist. Hierdurch schließt dieses Relais 37 seinen Schaltkontakt 37 b, der in dem herzustellenden Stromlauf zwischen den Anschlußklemmen 33 und 34 Hegt.

Durch die bisher geschilderten Vorgänge des Schließens des Schalters 36 und abhängig von diesem des Relaiskontaktes 35 b, des Kontaktes des Vakuum-Kontaktmanometers 30 und abhängig von diesem des Relaiskontaktes 31c, sowie des Schließens des Schaltkontaktes des Überdruck-Kontaktmanometers 38 und abhängig davon des Relaiskontaktes 37 b, ist nunmehr der Stromlauf zwischen den Anschlußklemmen 33 und 34 derart vorbereitet worden, daß es nur noch einer Betätigung des Tastschalters 39 im Sinne seines kurzzeitigen Schließens bedarf, damit die Einschaltung der Schweißmaschine für die Durchführung des Schweißvorganges zwischen den Gehäuseteilen der Halbleiteranordnung erfolgen kann. Der Schaltkontakt 32 ist in der Fig. 4 der Zeichnung noch ein zweitesmal unterhalb des bedienungsmäßig gesteuerten Austasters 40 eingetragen und gemäß der eingetragenen Wirkungslinie mechanisch mit diesem Schalter 40 in der Weise gekuppelt, daß mit erfolgtem Öffnen des Schaltkontaktes von 40 der Schaltkontakt 32 auch wieder geöffnet wird, wodurch das Relais 31 zum Abfallen kommt.

Mit der Betätigung des Tasters 39, der sich nach seiner Freigabe selbsttätig wieder öffnet, wird der Ablauf der Funktionen an der Schweißmaschine eingeschaltet, insbesondere auch der Schweißzeittakter der elektrischen Widerstandsschweißmaschine. Nach dem Ablauf des Schweißprozesses kann die elektrische Einrichtung der Schweißmaschine durch Betätigen der Austaste in ihren Ausgangszustand zurückgeführt werden.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Schweißstellen zwischen den Teilen eines Gehäuses, welches ein Halbleiterelement gasdicht einschließt, durch elektrische Widerstandsverschweißung in einem geschlossenen Raum vorbestimmter Atmosphäre, dadurch gekennzeichnet, daß nach der gegenseitigen lagemäßigen Zuordnung der zu verschweißenden Stellen zunächst der geschlossene Raum vorbestimmter Atmosphäre dadurch geschaffen wird, daß ein Hülsenkörper in eine Lage gebracht wird, in welcher er über je einen Dichtungskörper eine gasdichte Verbindung an oder benachbart je einem seiner Enden entweder unmittelbar mit je einem der beiden miteinander zu verschweißenden Gehäuseteile oder mit je einer der Schweißelektroden oder mit einem besonderen Hilfskörper an den Elektroden eingeht, anschließend in diesem Raum die gewünschte Atmosphäre ge-

schaffen wird, und daß dann die elektrische Widerstandsverschweißung durchgeführt wird.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hülsenkörper als Dichtungskörper Dichtungsringe nach Art von Wellendichtungsringen trägt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Dichtungsringe sogenannte Simmerringe benutzt werden, d. h. Dichtungskörper, die über besondere mechanische Spannvorrichtungen gegen die abzudichtenden Flächen gepreßt werden.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hülsenkörper mindestens in der Höhe der Lage der miteinander zu verschweißenden Stellen durchsichtig ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hülsenkörper aus durchsichtigem Material besteht.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hülsenkörper aus einem Kunstharz besteht.

7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der vorbestimmten Atmosphäre in dem geschlossenen Raum an dem Hülsenkörper ein Anschluß für die Evakuierung und anschließende Schutzgasfüllung vorgesehen ist.

8. Hilfsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in ihr abhängig von dem gasdichten Schließen des durch den Hülsenkörper anteilig gebildeten geschlossenen Raumes nach dessen erfolgter Evakuierung und dessen erfolgter Füllung mit Schutzgas bei einem vorbestimmten Mindestdruck jeweils ein Stromkreis, durch welchen die Schweißmaschine gegen ihre elektrische Speisung zunächst verriegelt ist, stufenweise für die Aufhebung dieser Verriegelung vorbereitet wird.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hülsenkörper Kontakte trägt, die in dessen Betriebsstellung mit ruhenden Gegenkontakten in Berührung kommen und dadurch entweder unmittelbar einen geschlossenen Schalter in dem Verriegelungsstromkreis bilden oder ein Relais betätigen, dessen Schaltkontakt in dem Verriegelungsstromkreis liegt.

10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit dem geschlossenen Raum ein Vakuummanometer steht, dessen Schaltkontakt die Speisung der Wicklung eines Relais steuert, dessen Schaltkontakt in dem Verriegelungsstromkreis liegt.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais mit einem Selbsthaltestromkreis ausgestattet ist.

12. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an dem geschlossenen Raum der Hilfsvorrichtung ein Überdruck-Kontaktmanometer angeschlossen ist, welches, sobald das Schutzgas in diesem Raum bei der Füllung den erwünschten Mindestdruck erreicht hat, seinen Kontakt schließt und dadurch die Speisung der Wicklung eines Relais steuert, dessen Schaltkontakt in dem Verriegelungsstromkreis liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschriften Nr. 1041181,
1052574, 1083 936;

französische Patentschrift Nr. 1210 447.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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