DE1945455C3 - Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für eine Halbleiteranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für eine Halbleiteranordnung, bei dem ein Bodenteil und ein ein rahmenartiges Seitenteil bildendes weiteres Gehäuseteil jeweils aus sinterfähigem Isoliermaterial, unter Zwischenfügung eines Leiterstreifens, der aus in einem Rahmen zusammenhängenden, zungenartigen elektrischen Anschlußleitern besteht, durch Sintern dicht miteinander verbunden werden, so daß ein Gehäuseunterteil mit einer Ausnehmung gebildet wird, in die die Anschlußleiter auf dem Bodenteil aufliegend hineinragen und das eine solche dem aufzunehmenden Halbleiterelement angepaßte geometrische Gestalt aufweist, daß die Elektroden des Halbleiterelements bei dessen Einführung in das Gehäuseunterteil zwangläufig mit den entsprechenden Anschlußleitern in Verbindung kommen.

Ein solches Verfahren ist z.B. aus der US-PS 3431637 oder der GB-PS 1101029 bekannt. Dabei ist festzustellen, daß bei den bekannten Verfahren wegen der Verwendung von in einem Rahmen zusammenhängenden zungenartigen elektrischen An-

Schlußleitern eine definierte Geometrie hinsichtlich der Anordnung der Anschlußleiter zueinander gegeben ist. Andererseits ist aber auch die Anordnung der aus sinterfähigem Isoliermaterial bestehenden und durch das Sintern zu verbindenden Gehäuseteile von Bedeutung, worüber in dem soeben angegebenen Stand der Technik Einzelheiten nicht gegeben sind. Hier greift die vorliegende Erfindung ein und sichert dadurch, daß eine eindeutige geometrische Zuordnung zwischen den zusammenzusinternden Teilen

so und damit letzten Endes auch zwischen dem Gehäuse und dem von ihm aufzunehmenden Halbleiterelement gewährleistet wird.

Erfindungsgemäß wird deshalb vorgesehen, daß das Bodentei] in die Vertiefung des Formunterteils einer Sinterform eingelegt wird, daß dann der Leiterstreifen auf das Unterteil und das mit einem Durchbruch versehene Formoberteil auf den Leiterstreifen aufgelegt wird, daß in dem Durchbruch das Seitenteil und darauf ein Belastungsstempel angeordnet wird, daß die Teile

der Sinterform und der Leiterstreifen durch Paßflächen oder Haltestifte zueinander in Position gehalten werden und daß schließlich die Sinterform mit den darin angeordneten Gehäuseunterteilen in einem Ofen erhitzt wird.

Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß ein Leiterstreifen mit mehreren aneinandergereihten und zueinander kongruenten Abschnitten A, B, C von in einem Rahmen zusammenhängenden zungenartigen Anschlußleitern sowie eine Sinterform verwendet wird, welche im Formunterteil mehrere Vertiefungen und im Formoberteil entsprechend viele Durchsuche aufweist, so daß gleichzeitig mehrere Gehäuseunterteile nebeneinander erzeugt werden können.

Schließlich ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß zwischen den einzelnen mit je einem Rahmen versehenen Abschnitten des soeben erwähnten Metallbandes sogenannte Pufferstellen in Gestalt von Zickzack- oder mäanderförmig verlaufenden Verbindungsstellen vorgesehen werden, die die beim

gleichzeitigen Versintern mit den Gehäuseteilen auftretenden thermisch bedingten Dehnungen aufnehmen und damit eine störungsfreie Fertigung garantieren.

Zu bemerken ist an dieser Stelle, daß die Verwcndung von Sinterformen bei der Herstellung von Gehäusen für Halbleiterbauelemente durch die DT-AS 1083439 allerdings in einem etwas anderen Zusammenhang bekannt war. Dort handelt es sich nämlich darum, Halbleiterelemente mit einer Glashülle zu versehen, wobei das betreffende Halbleiterelement in einer Sinterform mit Glaspulver umgebjn und das Glaspulver durch Erhitzen der Form zu einer das Halbleiterelement einbettenden Hülle zusammengesintert wird.

Zur Herstellung von Flachgehäusen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Sinterglasböden bzw. glasierte Keramikboden, das mit ihnen zu verbindende Metallband und die beispielsweise aus Sin-

terglas bestehenden rahmenförmigen Seitenteile der herzustellenden Gehäuseunterteile mittels einer Sinterform aus Graphit in definierter Lage zueinander angeordnet und durch Erhitzen der Form auf Sintertemperatur miteinander verbunden. Die Sinterform besteht zu diesem Zweck aus einem Unterteil in Form eines Graphitbarrens, in welchem mit den Abständen der Bereiche des Metallbandes entsprechenden Abständen Aufnahmegruben für die Gehäui:eböden vorgesehen sind, die mit je einem dieser Böden bestückt werden. Die Gestalt und Größe dieser Aufnahmegruben ist der Gestalt und Größe der Fläche der Gehäuseböden genau angepaßt. Ihre Tiefe ist so bemessen, daß die Gehäuseböden geringfügig, d.h. um weniger als V₁₀ mm, überstehen.

Das Oberteil der Sinterform besteht ebenfalls aus einem Graphitbarren, der bezüglich Länge und Breite dem soeben beschriebenen Unterteil angepaßt ist und der mittels Führungen, insbesondere sogenannter Paßstiftc, in definierter Weise auf das Unterteil aufsetzbar ist. Das Oberteil ist mit einer der Anzahl der Aufnahmegruben im Unterteil gleichen Anzahl von schachtartigen Ausnehmungen derart versehen, daß in der erwähnten definierten Lage zwischen Oberteil und Unterteil je eine schachtartige Ausnehmung im Oberteil oberhalb einer Aufnahmegrube im Unterteil derart angeordnet ist, daß die Achse eines Schachtes im Oberteil und die Achse der Aufnahmegrube im Unterteil zusammenfallen. Der Umfang und die Größe des Querschnitts der einzelnen durchgehenden Schächte ist mindestens an der dem Unterteil zugewandten Schachtmündung der Größe und dem Querschnitt der in die Schächte einzuführenden rahmenförmigen Gehäuseseitenteile gleich. Die Seitenteile werden eingeführt, sobald bei dazwischengelegtem Metallband der Oberteil der Sinterform in der erwähnten definierten Lage auf den Unterteil aufgesetzt ist und letzterer mit dem Gehäuseboden bestückt ist. Auf diese Weise gelangen die in die schachtartigen Ausnehmungen des Oberteils eingeführten rahmenartigen Gehäuseseitenteile unmittelbar in die für den Sintervorgang erforderliche Lage zu den Gehäuseböden und den dazwischengefügten zungenartigen Fortsätzen des Metallbandes.

Das, wie oben beschrieben, aus zueinander kongruenten Abschnitten bestehende durchbrochene Flachband aus Kontaktierungsmctall wird zwischen dem Oberteil und dem Unterteil der Sinterform in der für den Sintervorgang erforderlichen Lage gehalten, die zudem mittels geeigneter Führungen, vorzugsweise in Form von Haltestiften definiert wird. In der für den Sintervorgang vorgesehenen Lage und den auf noch zu beschreibende Weise zu erzeugenden Druck weiden infolge der angewendeten Erhitzung der Sinterform Gehäuseboden und Gehäuseseitenteil miteinander in die zur Herstellung einer hermetischen Sinterverbindung erforderliche Berührung miteinander gebracht und fest miteinander verbunden. Um den Druck zu liefern, werden in die schachtförmigen Ausnehmungen desGehäuseobertnls eingepaßte Stempel aus Graphit verwendet, die in der für den Sintervoigang erforderlicher. Weise belastet werden. Diese Stempel sind an ihrer dem Metallflachband zugewandten Seite vorzugsweise mit einer Profilierung derart versehen, die für ein Ausprägen einer definierten Gestalt der entstehenden Ausnehmung in dem sich durch den Sintervorgang bildenden Gehäuseunterleil sorgt. Hierzu gehört gegebenenfalls auch eine solche Formgebung des Schachtlängsprofils bzw. der Belastungsstempel, daß diese in einer vorgegebenen Einsinktiefe im Schacht angehalten werden, so daß ein Durchdrücken des erweichten Gehäusebodens vermieden wird. Gleichzeitig wird durch die Anwesenheit dieser Belastungsstempel vermieden, daß das sinterfähige Material des Gehäuseseitenteils und des Gehäusebodens die für die Kontaktierung vorgesehene Fläche der die elektrischen Zuleitungen bildenden zungenartigen Fortsätze des Metallbandes verschmieren.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird an Hand der Fig. 1 und 2 erläutert. Dabei ist in Fig. 1 die auf Grund des erfindungsgemäßen Verfahrenserhaltene Vorrichtung in Aufsicht gezeigt, während in Fig. 2 das Zusammenbringen der einzelnen Teile bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt ist.

Zunächst wird ein aus geeignetem Kontaktierungsmetall,z. B. aus vergoldetem Kovar, bestehendes Metallband Bd, z.B. durch Ausstanzen, erzeugt. Dieses Band Bd besteht aus den einzelnen, zueinander kongruent ausgebildeten Bereichen A, B, C'... wobei zu bemerken ist, daß sämtliche Teile des Bandes nahezu in einer Ebene liegen. Zur Erzielung einer ausreichenden mechanischen Festigkeit der einzelnen Abschnitte A, B, C... des Metallbandes Bd ist je ein aus den Holmen ίο und den die Querverbindung liefernden Stegen Ib bestehender Rahmen 1 vorgesehen. Die Querstege lh sind mit je einer zentralen Ausnehmung 2 fur die Aufnahme von Haltestiften oder Transportstiften versehen. Von dem Rahmen 1 erstreckt sich eine Anzahl von zungenförmigen Fortsätzen 3 in das Innere des von dem Rahmen 1 umschlossenen Bereiches, die die elektrischen Zuleitungen in das herzustellende Gehäuse bilden. Mindestens einer dieser zungenartigen Fortsätze 3ö kann z.B. als Trägerelektrode für das einzuhauende System eine besondere Ausbildung aufweisen, wie dies ebenfalls in der Figur gezeigt ist. Man erkennt an Hand von Fig. 1. wie die rahmenförmigen Gehäuseseitenteile 4 auf das soeben beschriebene Flachband Bd in je einem der einzelnen Abschnitte A, B, C... aufgesintert und mit je einem der unterhalb des Bandes Bd angeordneten Gehäuseböden 5 zu je einem dosenförmigen Gehäuseunterteil zusammengesintert sind. In je einem dieser Gehäuseunterteile ist je eine Ausnehmung 6 als Nutzraum für die Aufnahme einer Halbleitervorrichtung erzeugt. Die Elektroden- und sonstigen Geometrien dieser Halbleiteranordnungen sind an die Geometrie des Nutzraumes 6 angepaßt.

Die Verbindung zwischen den einzelnen Abschnitten A, B, C... des Metallbandes Bd in Fig. 1 liefern zickzackartig oder miianderartig verlaufende Puffersteilen 7. deren Autgabe noch näher beschrieben wird.

Zum Gebrauch werden die zungenartigen Fortsätze 3, 3« zerschnitten und auf diese Weise die Gehäuseunterteile von dem Metallband gelöst, derart, daß so viel von den zungenartigen Fortsiitzen außerhalb der GehäuseiMiterle'le stehenbleibt, daß eine weitere Kontaktierung ohne Schwierigkeiten durchgcführi werden kann. In die Ausnehmungen 6 der einzelnen auf diese Weise erhaltenen Gehäuseunterleile werden die mit den Elektroden versehenen, im Beispielsfall rechteckigen Halbleiterplättchen, z.B. Körper einer integrierten Schaltung, eingelegt und das Gehäuse durch einen aufgepreßten Deckel aus sinter-

fähigem Material in reduzierender Atmosphäre verschlossen. Dieser Vorgang kann auch erfolgen, bevor das Metallband in die einzelnen Abschnitte zerteilt wird.

In Fig. 2 ist die zur Herstellung der in Fig. 1 dargestellten Anordnung angewendete Sinterform gezeigt. Sie besteht aus einem Graphitbarren 21 als Unterteil der Sinterform, welcher mit äquidistanten, der Breite der Abschnitte des Metallbandes entsprechenden Aufnahmegruben 22 für die Gehäuseböden versehen ist. Nach Beschickung dieser Aufnahmegruben 22 mit den Gehäuseböden 5 wird das Metallband Bd in definierter Lage oberhalb dieser Aufnahmegruben eingelegt und in definierter Lage mittels Haltestiften 23 gehalten. Auf diese Anordnung wird das Oberteil 24 der Sinterform - ebenfalls aus Graphit - derart aufgelegt, daß die im Oberteil vorgesehenen schachtartigen Ausnehmungen 25 sich in der oben beschriebenen definierten Stellung zu den Aufnahmegruben 22 im Unterteil 21 und dem Metallband Bd befinden. In die schachtartigen Ausnehmungen 25 im Oberteil 24 der Sinterform werden, wie oben beschrieben, die rahmcnförmigen Gehäusescitenteile 4 eingeführt. Diese werden durch je einen Belastungsstempel 26 aus Graphit mit Druck gegen das Metallband Bd und den jeweiligen Gehäuseboden 5 gedrückt. Die Anordnung wird in einem Ofen, z. B. Durchlaufofen, auf etwa 100° C erhitzt. Dabei wird das Glas der Gehäuseböden und der Seitenteile erweicht, so daß infolge des Druckes durch die Belastungsstempel 26 eine bleibende hermetische, insbesondere auch vakuumdichte Verbindung der beiden Teile unter gleichzeitiger Ein-

fügung der zungenartigen Fortsätze 3, 3a des Metallbandes zwischen den beiden Gchäuseteilen gewährleistet ist.

Das aus den Abschnitten A, B, C... bestehende flache Band Bd aus dem Kontakticrungsmaterial dehnt

ίο sich bei Erwärmung auch in der Sinterform 21, 24 aus, wegen der größeren thermischen Ausdehnung des Metalls gegenüber dem Graphit der Sinterform. Man ist aber andererseits aus leicht verständlichen Gründen bestrebt, zu erreichen, daß die Abstände zwischen den Abschnitten A, B, C... mit Rücksicht auf die Ausnehmungen 22, 25 in der Sinterform möglichst unverändert bleiben. Dadurch, daß zwischen den einzelnen Abschnitten A, B, C... und den Stegen Ib auf den Positionierungslöchern 2 z. B. mäanderförmige

Pufferstellen 7 angeordnet sind, wird die unterschiedliche Ausdehnung von Sinterform und Kontaktierungsmaterialaufgefangen.Die Abschnitte A, B, C... bleiben dann beim Sintern in der Sinterform in der richtigen Position. Diese Pufferstellen 7 sind so dimensioniert, daß sie einerseits genügend mechanische Festigkeit für die Weiterverarbeitung aufweisen, andererseits die beim Erschmelzen auftretenden Spannungen federnd auffangen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für eine Halbleiteranordnung, bei dem ein Bodenteil und ein ein rahmenartiges Seitenteil bildendes weiteres Gehäuseteil jeweils aus sinterfähigem Isoliermaterial, unter Zwischenfügung eines Leiterstreifens, der aus in einem Rahmen zusammenhängenden, zungenartigen elektrischen Anschlußleitern besteht, durch Sintern dicht miteinander verbunden werden, so daß ein Gehäuseunterteil mit einer Ausnehmung gebildet wird, in die die Anschlußleiter auf dem Bodenteil aufliegend hineinragen und das eine solche dem aufzunehmenden Halbleiterelement angepaßte geometrische Gestalt aufweist, dad die Elektroden des Halbleiterelements bei dessen Einführung in das Gehäuseunterteil zwangläufig mit den entsprechenden Anschlußleitern in Verbindung kommen, dadurch gekennzeichnet, daß das Bodentei! (5) in die Vertiefung (22) des Formunterteils (21) einer Sinterform (21,24) eingelegt wird, daß dann der Leiterstreifen (1,3) auf das LJ nterteil (21) und das mit einem Durchbruch (25) versehene Formoberteil (24) auf den Leiterstreifen (1,3) aufgelegt wird, daß in dem Durchbruch (25) das Seitenteil (4) und darauf ein Belastungsstempel (26) angeordnet wird, daß die Teile der Sinterform (21, 24) und der Leiterstreifen (1, 3) durch Paßflächen oder Haltestifte (23) zu einander in Position gehalten werden und daß schließlich die Sinterform (21, 24) mit den darin angeordneten Gehäuseunterteilen (1, 3; 4; 5) in einem Ofen erhitzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Leiterstreifens mit mehreren aneinandergereihten und zueinander kongruenten Abschnitten (A, B, C) von in einem Rahmen (1) zusammenhängenden zungenartigen Anschiußleitern (3) und einer Sinterform (21,24), die im Formunterteil (21) mehrere Vertiefungen (22) und im Formoberteil (24) entsprechend vj^le Durchbrüche (25) aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Leiterstreifen zwischen den Abschnitten (A, B, C) zur Aufnahme thermisch bedingter Dehnungen Pufferelemente (7) aufweist.