DE1596843C2 - Glass housing for encapsulating electrical components, in particular semiconductor diodes - Google Patents

Glass housing for encapsulating electrical components, in particular semiconductor diodes

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Description

Die Erfindiing bezieht sieh auf ein Glasgehäuse zur Kapselung elektrischer Bauelemente, insbesondere Halbleiterdioden, bei deren Herstellen und/oder Verschließen die erforderliche Wärme im wesentlichen auf dem Strahlungswege zugeführt wird.The invention relates to a glass case Encapsulation of electrical components, in particular semiconductor diodes, during their manufacture and / or closure the required heat is essentially supplied via the radiation path.

Elektrische Bauelemente, insbesondere Halbleiterbauelemente, erfordern zum Schutz gegen Umgebungseinflüsse und zur mechanischen Armierung eine Kapselung. Glas als chemisch und mechanisch stabiler Werkstoff bietet sich für derartige Anwendungen an, besitzt jedoch den Nachteil, daß seine plastische Verarbeitung für gewöhnlich bei Temperaturen oberhalb beispielsweise 700°C vorgenommen werden muß, so daß es. besonderer Konstruktionen bedarf, vor allem bei dem endgültigen Verschluß des Gehäuses, um die schädliche Wärme von dem eigentlichen Bauelement fernzuhalten.Electrical components, in particular semiconductor components, require encapsulation to protect against environmental influences and for mechanical reinforcement. Glass as a chemically and mechanically stable material is ideal for such applications however, it has the disadvantage that its plastic processing usually takes place at temperatures above for example 700 ° C must be made so that it. requires special constructions, above all in the final closure of the housing to avoid the harmful heat from the actual component keep away.

Zur Erläuterung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe und deren Lösung dienen die Ausführungsbeispiele der Figuren der Zeichnung. Es zeigtThe exemplary embodiments serve to explain the object on which the invention is based and its solution of the figures of the drawing. It shows

Fig. 1 den Aufbau eines bekannten Diodenglasgehäuses, Fig. 1 shows the structure of a known diode glass housing,

F i g. 2 den Verschlußprozeß eines Gehäuses gemäß Fig. 1, ·F i g. 2 the closing process of a housing according to FIG. 1, ·

F i g. 3 die Absorption 0 der verwendeten Glasuren in Abhängigkeit von der Wellenlänge /,F i g. 3 the absorption 0 of the glazes used as a function of the wavelength /,

F i g. 4 und 5 zwei Ausführungsformen gemäß der Erfindung.F i g. 4 and 5 two embodiments according to the invention.

Im Falle der als Beispiel gewählten glasumhüllten Halbleiterdiode nach Fig. 1 wird das Verschließen gemäß F ig. 2 dadurch bewerkstelligt, daß die den Verschluß herbeiführende Verschmelzung der Glasperle 1 mit der Glashülse 2 durch eine kurzzeitige intensive Strahlungserhitzung mit Hilfe des Glühringes 3 herbeigeführt wird. Dabei muß die Kürze der Bestrahlungszeit, üblicherweise 20 bis 30 Sekunden, die Verwendung von Strahlungsschilden zwischen Strahlungsquelle und Bauelement und die passende Auslegung des Wärmeleitwiderstandes zwischen Verschmelzstelle 4 und Kristall 5 (vgl. F i g. 1) dessen notwendige Temperaturschonung sicherstellen.In the case of the glass-encased one chosen as an example Semiconductor diode according to FIG. 1, the closure according to FIG. 2 accomplished by the fact that the Closure-causing fusion of the glass bead 1 with the glass sleeve 2 by a brief intensive radiant heating with the help of the glow ring 3 is brought about. The brevity of the Exposure time, usually 20 to 30 seconds, the use of radiation shields between Radiation source and component and the appropriate design of the thermal resistance between the fusion point 4 and crystal 5 (see FIG. 1) ensure the necessary temperature protection.

Der in F i g. 2 dargestellte Wärmestrahler 3 ist üblicherweise ein im direkten Stromdurchgang beheiztes Band aus einer der üblichen .oxydationsbeständigen Heizleiterlegierungen. Da die Gesamtstrahlungsleistung bekanntlich mit der 4. Potenz der Strahlertemperatur ansteigt, ist man einerseits bestrebt, diese Temperatur so hoch wie möglich zu wählen, andererseits zwingt die bei hohen Temperaturen stark verminderte Lebensdauer derartiger Legierungen zu einem Kompromiß, demzufolge Glühtemperaturen von etwa HOO0C üblich sind. Die Kurve A in F i g. 3 zeigt in einem willkürlichen Maßstab die spektrale Energieverteilung der Wärmestrahlung eines schwarzen Strahlers von 1100°C. Demnach liegt das Strahlungsmaximum bei einer Wellenlänge von etwa 2 μηι. Die Kurve B zeigt das spektrale Absorptionsverhalten von für diese Zwecke geeigneten technischen Silikatgläsern, wonach deren Ultrarotabsorption erst oberhalb 3 μηι einsetzt, so daß der wesentliche Teil der Strahlungsleistung ungenutzt bleibt. Es ist bekannt, derartige Glasteile aus einem homogen gefärbten, möglichst schwarzen Glas herzustellen, doch lag diesem Vorschlag eine andere Aufgabe zugrunde, nämlich den Halbleiterkristall vor Lichteinfluß zu schützen. An sich würde dieses Vorgehen, ein in der Masse gefärbtes Glas zu verwenden, natürlich zu einem gleichwertigen Effekt hinsichtlich Verkürzung der Aufheizzeit führen.The in F i g. The heat radiator 3 shown in FIG. 2 is usually a strip made of one of the usual oxidation-resistant heating conductor alloys, which is heated in the direct passage of current. As the total radiation output is known to increase with the 4th power of the heater temperature, efforts are made on the one hand to choose this temperature as high as possible, on the other hand the greatly reduced service life of such alloys at high temperatures forces a compromise, which means that annealing temperatures of around HOO 0 C are common are. The curve A in FIG. 3 shows the spectral energy distribution of the thermal radiation of a black body at 1100 ° C. on an arbitrary scale. Accordingly, the radiation maximum is at a wavelength of about 2 μm. Curve B shows the spectral absorption behavior of technical silicate glasses suitable for this purpose, according to which their ultra-red absorption only sets in above 3 μm, so that the essential part of the radiation power remains unused. It is known to produce such glass parts from a homogeneously colored glass that is as black as possible, but this proposal was based on a different task, namely to protect the semiconductor crystal from the influence of light. In itself, this procedure of using a glass colored in the mass would of course lead to an equivalent effect in terms of shortening the heating time.

In der Praxis stößt dies jedoch auf Schwierigkeiten insofern, als die — vom Glashersteliungs-Standpunkt — geringen Mengen derartigen Spezialglases, das zudem in Gestalt präzis geformter Röhrchen benötigt wird, technisch schwierig und unwirtschaftlich zu realisieren sind. Daher ist dieser Weg nur ausnahmsweise beschritten worden. Andererseits schließt die Herstellung eines in der Masse gefärbten Glases eine Reihe der im folgenden vorgeschlagenen, zusätzlich möglichen Verbesserungen aus, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung realisierbar sind.In practice, however, this encounters difficulties in that - from the glass-making point of view - Small amounts of such special glass, which also takes the form of precisely shaped tubes is required, are technically difficult and uneconomical to implement. Therefore this path is only exceptional been trodden. On the other hand, the manufacture of a glass colored in the mass concludes a number of the following suggested, additional possible improvements that will be made after the Process according to the invention can be implemented.

Das Glasgehäuse zur Kapselung elektrischer Bauelemente gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Glasteile mit einem bis zur erforderliehen Herstell- bzw. Verschlußtemperatur farbstabilen, im Wellenlängenbereich von 0,3 bis 3 μηι absorbierenden Glasurüberzug versehen sind.The glass housing for encapsulating electrical components according to the invention is characterized in that that the glass parts with a color stable up to the required manufacturing or sealing temperature, absorbing in the wavelength range from 0.3 to 3 μm Glaze coating are provided.

Es hat sich gezeigt, daß die erzielte Wirkung der beschleunigten Auf heizung im Strahlungsfeld schon erreicht wird, wenn hinreichend intensiv gefärbte Glasuren in Schichtstärken von 1 bis 50 μίτι aufgebracht werden. Die Kurve der F i g. 3 zeigt den Absorptionsverlauf einer derartigen, 10 μηι starken Schwarzglasurschicht. It has been shown that the effect achieved by the accelerated heating in the radiation field already is achieved if sufficiently intensely colored glazes in layer thicknesses of 1 to 50 μίτι applied will. The curve of FIG. 3 shows the absorption profile of such a 10 μm thick black glaze layer.

Versuche haben gezeigt, daß ein mit einer Schwarzglasurschicht entsprechend Kurve C beschichtetes Glasrohr der Abmessung 2,4 mm Außendurchmesser 0,4 mm Wandstärke im Vergleich zu einem unbeschichteten Rohr gleicher Dimension im Strahlungsfeld eines Glühringes von H00°C nur 25 bis 35% der Expositionszeit des Klarglasröhrchens erfordert, um den gleichen Defonnaticmeffekt zu erfahren. Mit anderen Worten, ein derart beschichtetes Glasröhrchen, als Hülse 6 in F i g. 4 verwendet, benötigt beim Ver-Schluß des Gehäuses an Stelle der üblichen z. B. 20 Sekunden nur noch 5 bis 7 Sekunden zum vollständigen Verschließen.Experiments have shown that a coated with a black glaze layer according to curve C. Glass tube measuring 2.4 mm outside diameter 0.4 mm wall thickness compared to an uncoated one Tube of the same dimension in the radiation field of a glow ring from H00 ° C only 25 to 35% the exposure time of the clear glass tube requires, to experience the same defonnatic effect. With In other words, a glass tube coated in this way, as the sleeve 6 in FIG. 4 used, required for closure the housing instead of the usual z. B. 20 seconds only 5 to 7 seconds to complete Closing.

Bei dem in Fig. 4 skizzierten Vorgehen, nämlich die Hülse 6 mit einer Schwarzglasurschicht 7 an der Außenoberfläche zu überziehen, bietet auch in anderer Hinsicht Vorteile. So werden der Halbleiterkristall und die mit ihm in engem Wärmekontakt stehenden Metallarmaturen durch das Glasröhrchen gegen Wärmestrahlung weitgehend abgeschirmt, so daß in Verbindung mit der wesentlich verkürzten Schmelzdauer der Kristall wesentlich geringere Temperaturanstiege erfährt als bei einem Vorgehen gemäß Fig. 1.In the procedure outlined in FIG. 4, namely the sleeve 6 with a black glaze layer 7 on the Coating the outer surface offers advantages in other respects as well. So are the semiconductor crystal and the metal fittings in close thermal contact with it through the glass tube against thermal radiation largely shielded, so that in connection with the significantly reduced melting time the crystal experiences significantly lower temperature increases than in the case of a procedure according to FIG. 1.

Das Glasurverfahren, angewandt entsprechend der Fig. 4, bietet weiterhin die Möglichkeit, durch Wahl einer besonders witterungsbeständigen Glasurtype, den elektrischen Oberflächenwiderstand des Gehäuses, vor allem nach Feuchtebeanspruchung, zu verbessern. Eine vergleichende Untersuchung an Röhrchen aus dem für diese Zwecke allgemein verwendeten PbO-haltigen Silikatglas in unbeschichteter und glasierter Form, ergab nach einer Lagerung im Feuchteraum bei 45°C und einer relativen Feuchte 90°/„ folgendes Bild:The glaze process, applied according to FIG. 4, still offers the option of choosing a particularly weather-resistant type of glaze, the electrical surface resistance of the housing especially after exposure to moisture. A comparative study on tubes the PbO-containing silicate glass generally used for these purposes in uncoated and glazed Form, after storage in a humid room at 45 ° C and a relative humidity of 90 ° / "resulted in the following Image:

°° Lagerdauer°° Storage time ff 00 11 11 IsolationswiderstandInsulation resistance [1012Ω][10 12 Ω] (Tage)(Days) unbehandeltuntreated glasiertglazed >2000> 2000 >2000> 2000 > 2000> 2000 >2000> 2000 >2000> 2000 10001000 10001000 500500 500500 150150 800800 500500

I 596 843I 596 843

(Fortsetzung der Tabelle)(Continuation of the table)

LagerdauerStorage time ff Isolations widerstandInsulation resistance glasiertglazed (Tage)(Days) unbehandelt !untreated! 100100 11 120 j120 y 130130 22 [[ 90 j90 y 500500 JJ 120. ι120. ι 500500 11 90 j90 y 350350 33 110110 110110 100100

Einen weiteren Vorteil kann die oberflächliche Giasierung des Hülsenrohres 6 in F i g. 4 dadurch bieten, daß durch unvollständiges Glattfließen der Glasur eine matte Oberfläche zurückbleibt, die das Signieren des Bauteils durch Stempeln erleichtert.The superficial glazing of the sleeve tube 6 in FIG. 4 thereby offer, that if the glaze does not flow completely smoothly, a matt surface remains, which can be used for marking of the component facilitated by stamping.

Die allgemein übliche Lackierung des Gehäuses zur Vermeidung von belichtungsbedingten Änderungen der elektrischen Eigenschaften kann bei einer Ausführung gemäß F i g. 4 möglicherweise entfallen.The usual painting of the housing to avoid exposure-related changes to the electrical properties can in an embodiment according to FIG. 4 may be omitted.

Ist ein derartiger Belichtungsschutz nicht erforderlich oder möchte man gegebenenfalls während des Verschlußprozesses das Bauelement beobachten, so bietet sich bei dem Verfahren gemäß der Erfindung die Möglichkeit, Glasuren zu verwenden, die für sichtbares Licht weitgehend durchlässig sind, aber z. B. durch FeO- und/oder CuO-Zusätze für Wellenlängen zwischen 0,7 und 3 μίτι absorbierend -wirken und damit den Hauptteil der WärmestrahJungsleistung einer Glühwendel von 11000C erfassen. Kurve D der F i g. 3 stellt ein derartiges Absorptionsverhalten dar.If such exposure protection is not necessary or if one would like to observe the component during the closure process, the method according to the invention offers the possibility of using glazes that are largely transparent to visible light, but e.g. B. by FeO and / or CuO additives for wavelengths between 0.7 and 3 μίτι absorbing-act and thus capture the main part of the heat radiation output of a filament of 1100 0 C. Curve D of FIG. 3 shows such an absorption behavior.

Die Verwendung oberflächenglasierter Glasteile bietet jedoch noch andere interessante verfahrenstechnische Möglichkeiten. So kann man z. B. die strah-Iungsabsorbierende Schicht unmittelbar am Ort der auszuführenden Glasverschmelzung anbringen, indem man an Stelle des Hülsenrohres 6 in Fig. 4 gemäß Fig. 5 die Glasperle 8 am Außenumfang mit der Glasur 9 versieht. Dadurch entsteht auf Grund der teilweisen Durchlässigkeit des Rohrglases für elektromagnetische Strahlung bis zu 3 μΐη die Wärmeentwicklung in unmittelbarer Nähe der Verschmelzstelle, was eine schnelle und deformationsarme Verschmelzung erlaubt. Der gleiche Effekt wird erzielt, wenn man die Glashülse 8 auf ihrer Innenseite mit dem Farbbelag versieht.The use of surface-glazed glass parts, however, offers other interesting process engineering options Options. So you can z. B. the radiation-absorbing layer directly at the location of the Apply the glass fusion to be carried out by replacing the sleeve tube 6 in FIG. 4 according to 5 provides the glass bead 8 with the glaze 9 on the outer circumference. This arises due to the partial permeability of the tubular glass for electromagnetic radiation up to 3 μΐη the heat development in the immediate vicinity of the fusion point, resulting in a fast and low-deformation fusion permitted. The same effect is achieved if you have the glass sleeve 8 on its inside with the color coating provides.

Zuletzt sei auf die Möglichkeit hingewiesen, z. B. durch Perlen verschiedener Farbe besondere Hinweise über die Funktion des Bauelementes, seine Polung oder anderes zum Ausdruck zu bringen.Finally, the possibility should be pointed out, e.g. B. special notes by pearls of different colors to express the function of the component, its polarity or something else.

Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Glasgehäuse zur Kapselung elektrischer Bauelemente, insbesondere Halbleiterdioden, bei deren Herstellen und/oder Verschließen die erforderliche Wärme im wesentlichen auf dem Strahlungswege zugeführt wird, d adurch gekennzeichet, daß die Glasteile mit einem bis zur erforderlichen Herstell- bzw. Verschlußtemperatur farbstabilen, im Wellenlängenbereich von 0,3 bis 3 μηι absorbierenden Glasurüberzug versehen sind.1. Glass housing for encapsulating electrical components, in particular semiconductor diodes, in their Producing and / or sealing the required heat essentially on the radiation path is supplied, characterized by the fact that the glass parts with an up to the required Manufacturing or sealing temperature color-stable, absorbing in the wavelength range from 0.3 to 3 μm Glaze coating are provided. 2. Glasgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus einer Glasur, beispielsweise mit Zusätzen von FeO und CuO, besteht, die im Wellenlängengebiet zwischen 0,7 und 3 μηι absorbiert, dagegen im Wellenlängengebiet zwischen 0,3 und 0,7 μιη weitgehend lichtdurchlässig ist.2. Glass case according to claim 1, characterized in that the coating consists of a glaze, for example with additions of FeO and CuO, which are in the wavelength range between 0.7 and 3 μm absorbed, on the other hand largely transparent in the wavelength range between 0.3 and 0.7 μm is. 3. Glasgehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsabsorbierende Überzug nur stellenweise, vorzugsweise in der Nähe der Verschmelzstellen, aufgebracht ist.3. Glass housing according to claim 2, characterized in that the radiation absorbent Coating is applied only in places, preferably in the vicinity of the fusion points. 4. Glasgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasurüberzug zur Kennzeichnung von besonderen Eigenschaftswerten, Anwendungsklassen, Polarität der Anschlüsse u. dgl. bestimmte Färbungen aufweist.4. Glass case according to one of claims 1 to 3, characterized in that the glaze coating for the identification of special property values, application classes, polarity of Connections and the like has certain colors. 5. Glasgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasurüberzug eine matte Oberflächenstruktur besitzt.5. Glass case according to one of claims 1 to 4, characterized in that the glaze coating has a matt surface structure. 6. Verwendung eines Glasgehäuses mit absorbierender Glasur nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Schutzmittel elektrischer Bauelemente gegen unerwünschten Lichteintritt.6. Use of a glass case with absorbent glaze according to one of claims 1 to 5 as a means of protecting electrical components against unwanted entry of light. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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