DE1514260A1

DE1514260A1 - Verfahren zur Herstellung eines Bodens fuer eine Huelle einer Halbleitervorrichtung und durch dieses Verfahren hergestellter Boden

Info

Publication number: DE1514260A1
Application number: DE19651514260
Authority: DE
Inventors: Dijkmeijer Henricus Emanuel
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1964-06-20
Filing date: 1965-06-16
Publication date: 1969-05-29
Also published as: DE1514260B2; DK112541B; CH445644A; NL6407071A; DE1514260C3; AT261676B; NL142278B; GB1109475A; BE665668A; US3348297A

Description

Dipl.-lng. Erich E. Walther . 2000 Hamburg 1, 28.2.1969

_ ., Mftnckebergstraße 7 -/Thi

Pat.ntanwalt _Te)efon: ^₉₂₂₁ IO IAZDU Fernschreiber: 2-161587 a dpu d

P 15 14 26O.6 Akte: PHN-293 N.V.Philips^loeilampenfabrieken

"Verfahren zur Herstellung eines Bodens für eine Hülle einer Halbleitervorrichtung und durch dieses Verfahren hergestellter Boden"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bodens einer für eine Halbleitervorrichtung bestimmten Hülle, welches Verfahren darin besteht, daß auf einer der zwei Seiten einer Metallplatine ein metallener Schweißring festgelötet wird, worauf die Platine und der Schweißring in eine Formpresse gebracht werden, in der das Material der Platine derart zum Fließen gebracht wird, daß seine Härte zunimmt und sich auf der anderen Seite der Platine ein Zapfen bildet, wobei mindestens ein Teil des unter dem Schweißring liegenden Materials sich in einer zur Preßrichtung quer verlaufenden Richtung verschiebt.

Dieses bekannte Verfahren ist insbesondere zur Bildung des Kupferbodens von steuerbaren oder normalen Leistungsgleichrichtern bestimmt, die mit einem Schweißring versehen sein müssen, um eine Kappe z.B. durch elektrisches Widerstandsschweißen an dem Boden befestigen zu können. Zu diesem Zweck muß der Schweißring aus Metall mit einem höheren spezifischen Widerstand als Kupfer bestehen, z.B. aus Eisen, Stahl oder Chromeisen.

Diese Verfahren beschränken sich nicht auf Kupferböden, grundsätzlich lassen sie sich bei Böden jeden Materials anwenden,

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das durch Verformung mechanisch härter wird und bei Löttemperaturen diese Hartheit verliert. Solche Materialien werden somit auch gemeint, wenn welter unten nur von Kupfer die Rede ist.

Da bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren der Schweißring vor der Verformung in der Formpresse, weiter unten Formpressen genannt, auf der Platine festgelötet ist, ist es möglich, dem Material des Bodens eine grössere mechanische Steifheit zu erteilen als bei dem auch bekannten Verfahren, bei dem ein in der Form gepresster Boden durch Löten mit einem Schweißring versehen wird, da eine gute Lötverbindung eine so hohe Temperatur erfordert, daß das Kupfer des Bodens weich wird. Es soll daher unter "Löten" hier jede Weise von Zusammenschmelzen von Schweißring und Platine verstanden werden, welche die Verwendung einer Temperatur erfordert, höher als die, bei der das erhärtete Kupfer seine Festigkeit verliert. Diese Temperatur beträgt gewöhnlich etwa 40O⁰C.

Der Zapfen, der auf der von dem Schweißring abgewandten Seite der Platine gebildet wird, dient zum Anbringen eines Gewindes und ist dazu bestimmt, in einen Wärmeaustauscher geschraubt zu werden. Das dazu erforderliche Drehmoment wird durch einen meistens sechseckig profilierten Rand auf den Boden übertragen, wobei der Durchmesser des Sechskantes wenigstens örtlich grosser ist als der des Schweißringes. Beim Formpressen muß somit wenigstens örtlich Material unter den Schweißring hin in einer radialen, zur Preßrichtung quer verlaufenden Richtung nach außen gepresst werden; bei der Bildung eines Sechskantes ist diese Materialverschiebung am grössten in den Ecken. Andererseits ist es manchmal nötig, innerhalb des Schweißringes einen erhöhten Teil, eine sogenannte Plattform, auf dem Boden anzubringen. In diesem Falle kann Material von

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- 3 dem Rande der Platine zu der Mitte fließen.

Verschiedene Nachteile können dabei auftreten. An die Lötverbindung zwischen Schweißring und Kupfer werden sehr hohe Anforderungen gestellt, um Risse und Undichtigkeiten in dem Material zu vermeiden. Weiter kann der Schweißring selber mit dem Material mitgeführt werden und z.B. einigermaßen eine sechseckige Gestalt annehmen. Wenn der Schweißring mit dem üblichen aufrechtstehenden Rand, dem sogenannten Schweißrand, versehen ist, liegt die Gefahr nahe, daß dieser Rand örtlich von dem Ring abgeschoben wird, so daß die erzeugte Schweißung schwache Stellen aufweisen würde.

Sogar wenn man den Schweißring auf einer vorher sechskantig ausgebildeten Platine festlöten würde, so daß die Materialverschiebung verringert werden würde, so kann man Materialverschiebungen nicht vollkommen vorbeugen, während dieses Verfahren einen zusätzlichen Arbeitsvorgang mit sich bringen würde.

Die Erfindung bezweckt unter anderem diese Nachteile zu beheben und gründet sich auf die Erkenntnis, daß die Möglichkeit einer Materialverschiebung, insbesondere in einer zur Preßrichtung quer verlaufenden Richtung in einem unmittelbar unter dem Schweißring liegenden Gebiet verhütet werden soll, wo die Lötverbindung wenigstens teilweise im Ruhezustand bleibt, *

während Materialverschiebung in einem unter dem Schweißring weiter von diesem entfernten, in dem vollen Material der Platine liegenden Gebiet wohl erwünscht 1st. Gemäß dieser Erkenntnis, ist es nicht notwendig, daß die Lötverbindung unter der ganzen Breite des Schweißringes im Ruhezustand bleibt. Wenn der Schweißring verhältnismäßig breit ist, ist es ausreichend, daß ein ringförmiger Streifen der Lötverbindung, z.B. unter dem Innen- oder dem Außenrand des Schweißringes im Ruhezustand bleibt.

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Gemäß der Erfindung wird der Schweißring auf einer Scheibe festgelötet, die mindestens einen Rand aufweist, deren Durchmesser den Durchmesser einer der Ränder des Schweißringes entspricht, das Ganze wird in eine Formpresse gebracht, die min- ' destens eine Kammer hat, die mindestens zwei entsprechende Ränder über eine Höhe gleich der örtlichen Dicke des Schweißringes zuzüglich mindestens 1/10 mm seitlich abstützt, worauf die Platine derart zu einem Boden gepresst wird, daß die Lötverbindung unter dem vorerwähnten, abgestützten Rand des Schweißringes über eine Höhe von mindestens 0,1 mm im Ruhezustand bleibt.

Vorzugsweise wird der Schweißring auf einer Platine festgelötet, welche den gleichen Außendurchmesser wie der Schweißring hat, worauf der Boden in einer Form gepresst wird, die eine Sechskante hat, die den Schweißring umrahmt oder grosser als dieser ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert; als Einleitung diene ein Beispiel des Standes der Technik. Die Beispiele sind in den Figuren veranschaulicht.

Die Fig. 1 bis 4 beziehen sich auf einen durch ein bekanntes Verfahren hergestellten Boden und die Fig. 5 bis 8 zeigen Böden, die durch das Verfahren nach der Erfindung hergestellt sind.

Fig. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch und Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Platine mit einem darauf gelöteten Schweißring.

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht eines aus einer Platine mit Schweißring gepressten Bodens, der teilweise in einem senk-

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rechten Schnitt dargestellt 1st und Fig. 4 eine Draufsicht auf diesen Boden.

Die Fig. 5 und 7 zeigen Je einen senkrechten Schnitt durch eine Platine mit Schweißring und schematisch einen Teil einer Formpresse.

Die Fig. 6 und 8 zeigen Seitenansichten von Böden, die teilweise in senkrechten Schnitten dargestellt sind; sie sind aus der Platine nach den Fig. 5 und 7 hergestellt.

Die Platine/der Fig. 1 und 2 besteht z.B. aus einer runden Kupferscheibe mit einem Durchmesser von etwa 25 mm, auf der ein eiserner Schweißring 2 mittels Hartlots z.B. einer Legierung von Kupfer und Silber festgelötet ist. Die Lotschicht, die im allgemeinen sehr dünn ist, ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Der aus dieser Platine gepresste Boden (siehe die Fig. 3 und 4) hat einen teilweise dargestellten Zapfen 3 und auf dem Schweißring 2 ist durch angemessene Formgebung der Formpresse ein Schweißrand 4 gebildet. Der Rand des Bodens ist zu einem Sechskant 5 verformt, um den Boden nach Anbringen eines Gewindes auf dem Zapfen 3 und nach Abarbeitung der Halbleitervorrichtung in einem Wärmeaustauscher oder einer Kühlplatte befestigen zu können. Gemäß der Figur war die Preßrichtung senkrecht.

Aus Fig. 3 zeigt es sich, daß bei der Formgebung des Bodens Materialverschiebungen unter dem Schweißring 2 in horizontaler Richtung, also quer zur Preßrichtung stattgefunden haben. Diese Materialverschiebung erfolgte einerseits unter dem Außenrand des Schweißringes 2 beim Bilden der Sechskante 5 und andererseits unter dem Innenrand des Sohweißringes 2 zur Bildung einer Plattform 6, die den Raum im Boden ausfüllt. - 6 -

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Die Platine nach Fig. 5 hat die gleiche Gestalt wie die nach Fig. 1, aber die hier angewandte Pressform, von der nur der obere Teil 10 schematisch dargestellt ist, hat eine Kammer 11, von der die Seitenwand 12 den Außenrand des Schweißringes 2 und einen Teil des Außenrandes der Platine 1 abstützt, so daß nach dem Formpressen das Material der Platine und das der Lötverbindung, das direkt unter dem Außenrand des Schweißringes liegt, während des Preßvorganges im Ruhezustand bleibt. Das Gebiet dieses Materials ist in Fig. 6 mit Pfeilen 14 bezeichnet. Hier ist also die Gefahr des Auftretens von Undichtigkeiten in der Lötverbindung sehr gering. Längs des Innenrandes des Schweißringes 2 in dem durch Pfeile 15 bezeichneten Gebiet tritt wohl eine bestimmte Materialverschiebung auf, aber diese wird die Dichte in dem Gebiet 14 nicht beeinträchtigen.

Die Platine 21 nach Fig. 7 hat auf der oberen Seite eine vertiefte Stelle 22, deren Innendurchmesser gleich dem des Schweißringes 2 ist. Der schematisch dargestellte Teil 23 der Formpresse hat eine Kammer zur Aufnahme des Schweißringes 2, welche Kammer den Innenrand dieses Ringes sowie die Seitenwand der vertieften Stelle 22 abstützen kann. In der Mitte der Presse 23 ist noch eine vertiefte Stelle 24 vorgesehen, deren Durchmesser jedoch geringer ist als der der vertieften Stelle 22.

Der in Fig. 8 dargestellte Boden hat auf der oberen Seite eine Plattform 25, die von einer Nut 26 umgeben wird. Bei diesem Boden befindet sich unter dem Innenrand des Schweißringes 2 ein durch den Pfeil 27 bezeichnetes Gebiet, in dem das Material der Platine und der Lötverbindung im Ruhezustand bleibt. In diesem Falle tritt Materialverschiebung bei dem Außenrand des Schweißringes in dem durch den Pfeil 28 bezeichneten Gebiet auf.

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Selbstverständlich lassen sich die Maßnahmen nach den Pig. 5 und 6 bzw. den Fig. 7 und 8 miteinander oder mit anderen Formgebungen kombinieren.

Die Dicke des Materialgebiets der Lötverbindung und der Platine, das im Ruhezustand bleiben soll, kann auf experimentellem Wege bestimmt werden. Bei Verwendung sehr widerstandsfähigem Lötmaterial kann es dünner sein als bei Verwendung weniger steifen Lötmaterials. Die Erfindung ermöglicht die Verwendung einfacher Lötverbindungen, wenn dafür gesorgt wird, daß ein Gebiet ausreichender Abmessung in dem Bodenmaterial im Ruhezustand gehalten wird.

Bei Anwendung dieses Verfahrens ist es z.B. möglich, die Platine und den Schweißring zu vernickeln und mittels dieser Nickelschicht aneinander festzulöten.

Patentansprüche

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Claims

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Verfahren zur Herstellung eines Bodens einer Hülle einer Halbleitervorrichtung, das darin besteht, daß auf einer von zwei Seiten einer Metallplatine ein metallener Schweißring festgelötet wird, worauf die Platine und der Schweißring in eine Formpresse gebracht werden und das Material der Platine derart zum Fließen gebracht wird·, daß seine Härte zunimmt und auf der anderen Seite der Platine ein Zapfen gebildet wird, wobei mindestens ein Teil des unter dem Schweißring vorhandenen Materials sich in einer quer zur Preßrichtung verlaufenden Richtung verschiebt, da» durch gekennzeichnet, daß der Schweißring auf eine Scheibe gelötet wird, die mindestens einen Rand aufweist, deren Durchmesser dem Durchmesser eines der Ränder des Schweißringes entspricht, welche Scheibe in eine Formpresse gebracht wird, die eine Kammer besitzt, die mindestens zwei entsprechende Ränder seitlich über eine Höhe abstützt, ■die gleich der örtlichen Dicke des Schweißringes zuzüglich mindestens 0,1 mm ist, worauf die Platine derart zu einem Boden gepresst wird, daß die Lötverbindung unter dem vorerwähnten, abgestützten Rand des Schweißringes über eine Höhe von mindestens 0,1 mm in dem Ruhezustand bleibt.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet; daß der Schweißring auf einer Platine festgelötet wird mit dem gleichen Außendurchmesser wie der Schweißring, worauf der Boden in einer Form gepresst wird, die ein Sechskant aufweist, das um den Schweißring paßt oder grosser als dieser ist.

Boden zur Verwendung oder angewandt in einer Hülle einer Halbleitervorrichtung, welcher Boden durch ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 hergestellt ist.

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