DE2156412B2 - Verfahren zur herstellung eines traegers fuer ein halbleiterbauelement - Google Patents
Verfahren zur herstellung eines traegers fuer ein halbleiterbauelementInfo
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Description
40
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Trägers für ein Halbleiterbauelement, bei dem ein
aus einer thermisch und elektrisch gut leitenden unteren Schicht und einer diese ganz abdeckenden oberen
Schicht mit guten Eigenschaften für die elektrische Widerstandsschweißung bestehender Metallrohling in
einem Gesenk so verformt wird, daß ein aus der oberen Schicht vorspringender Teil zur Befestigung des Halbleiterelements
und eine zunickliegende Umfangsfläche zur Verschweißung mit einer das Halbleiterelement abdeckenden
Kappe entsteht.
Es ist bekannt, den vorspringenden Teil und die zurückliegende Umfangsfläche eines Halbleiterträgers
mit unterschiedlichen Oberflächenmaterialien zu beschichten, da so besser die Forderung nach einer guten
thermischen und elektrischen Ableitung im Bereich der Befestigung des Halbleiterelements einerseits und eines
hohen elektrischen Widerstands für die Verschweißung der Schutzkappe auf der zurückliegenden Umfangsfläche
andererseits erfüllt werden kann. Fertigungstechnisch bedeutet dies natürlich einen erhöhten Aufwand,
so daß in der CH-PS 3 93 544 vorgeschlagen wurde, den vorspringenden Teil und die zurückliegende Umfangsfläche
des Trägers mit ein und demselben Material, beispielsweise einer Stahlscheibe, zu beschichten.
Trotz der fertigungstechnisch günstigeren Aspekte konnte sich dieser Typ eines Halbleiterträgers jedoch
in nraxi nicht durchsetzen, da die hierauf montierten Halbleiterelemente wegen der schlechten thermischen
Ableitung im Bereich des vorspringenden Teils nur eine sehr geringe Belastbarkeit aufwiesen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung; eines Trägers des zuletzt genannten Typs so zu verbessern, daß die thermische und
elektrische Leistung der auf den so hergestellten Trägern montierten Halbleiterelemente wesentlich angehoben werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beim Gesenkverformen in die obere Schicht des
Metallrohlings eine den vorspringenden Teil umfassen de ringförmige Vertiefung eingedrückt wird, um ein
Eindringen von Teilen der oberen Schicht in die Randzone des vorspringenden Teils zu vermeiden.
Näheire Materialuntersuchungen an einem Metallrohling, der nach dem bisher bekannten Verfahren ver-
rormt wurde, ergaben, daß die Oberschicht des Metallrohlings
beim Ausformen des vorspringenden Teils in radialer Richtung in diesen eindrang und so den für den
elektrischen und thermischen Strom benötigten freien Querschnitt nachteilig verengte. Dies verhindert nun
die beim Gesenkverformen in die obere Schicht mit eingedrückte Vertiefung, die den vorsDringenden Teil
ringförmig umfaßt.
Diese erfindungsgemäße Vertiefung hat zudem auch den Vorteil, daß beim Gesenkverformen die obere
Schicht gegen die untere Schicht festgehalten wird, so daß beim Vortreiben des vorspringenden Teils des Trägers
die obere Schicht in dem Lenannten Bereich gedehnt und ausgedünnt wird. Hierdurch verringert sich
der negative Effekt des in aller Regel hohen thermischen und elektrischen Widerstands der oberen
Schicht.
Im Ergebnis kann daher die thermische und die elektrische Leistung eines Halbleiterelements, das auf
einen' gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Trager montiert ist, entscheidend angehoben werden.
Das Eindrücken der den vorspringenden Teil ringförmig umfassenden Vertiefung beim Gesenkverformen
eines Metallrohlings aus zwei einander vollständig abdeckenden, homogenen Metallschichten ist nicht zu
verwechseln mit der in der DT-OS 15 14 260 dargestellten
Nut, die ebenfalls den vorspringenden Teil des Trägers umläuft. Diese Nut wird nicht beim Gesenkverformen
mit eingedrückt, sondern sie ist bereits weitgehend vorgesialtet bei dem Metallrohling vorhanden. Sie soll
verhindern, daß ein vor dem Gesenkverformen auf die zurückliegende Umfangsfläche aufgelöteter Schweißring
relativ zu der unteren Schicht beim Vortreiben des vorspringenden Teils unverhältnismäßig stark arbeitet,
so daß die Lötverbindung zwischen Schweißring und unterer Schicht trot?, des Gesenkverformens intakt
bleibt.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt weitere wirtschaftliche Einsparungen zu. wenn gemäß einer Ausgestaltung
der Erfindung der Metallrohling aus einem zweischichtigen Metallstreifen ausgestanzt wird.
Zweckmäßig wird dabei als obere Schicht eine 0,3 bis 0,4 mm dicke Kupfernickelschichi und als untere
Schicht eine 6 mm dicke Kupferschicht verwendet.
Nachfolgend wird ein AusführungsbeisDiel der Erfindung
an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt
F i g. I einen Querschnitt im vergrößerten Maßstab durch einen Metallstreifen aus einem Verbundwerkstoff,
aus dem der Träger hergestellt wird.
Fig.2 einen Querschnitt durch einen Metallrohling,
wie er durch Ausstanzen aus dem Metallstreifen gemäß
F i g· 1 gewonnen wird,
F i g. 3 einen Längsschnitt durch die Senkiormen zur
Weiterverarbeitung des Metallrohlings gemäß F i g. 2,
Fig.4 einen Längsschnitt durch den gemäß Fig.3
ausgeformten Träger,
F i g. 5 und 5A einen Längsschnitt bzw. eine Drauf
sicht auf den fertiggestellten Träger,
F i g. 6 eine Seitenansicht, teilweise aufgeschnitten,
von einem Halbleiter unter Verwendung des Trägers gemäß F i g. 5,
F i g- 7 einen Längsschnitt im vergrößerten Maßstab
durch einen Träger, der in konventioneller Weise aus einem Verbundwerkstoff hergestellt worden ist,
F i g. 8 eine Ansicht ähnlich der in F i g. 7 von einem Träger, der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt
worden ist,
F i g. 9 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform eines fertiggestellten Trägers gemäß der Erfindung.
Fig- 10 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform
eines Trägers gemäß der Erfindung, an dem die gleichen Verfahrensschritte vorgenommen
worden sind, der jedoch gegenüber dem Träger gemäß F i g. 9 eine andere Formgebung besitzt.
In F i g. 1 ist ein Querschnitt durch einen zusammengesetzten
Metallstreifen I dargestellt. Der Metallstreifen besitzt eine relativ dicke erste oder untere Metallschicht
2. die eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit besitzt. Diese Schicht kann z. B. aus Kupfer,
Aluminium oder einer ähnlichen Legierung bestehen. Weiterhin besitzt der Metallstreifen eine relativ
dünne zweite oder obere Metallschicht 3, die mit der ersten Metallschicht verbunden ist und einen hohen
elektrischen Widerstand besitzt, so daß dieses Metall besonders für die elektrische Widerstandsschweißung
geeignet ist. Solche Metalle sind Eisen, eisenhaltige Legierungen,
Nickel oder Nickelkupfer.
Aus diesem Metallstreifen 1 werden z. B. vermittels Stanzen eine Anzahl gleicher Metallrohlinge herausgeschnitten.
Jeder der so erhaltenen Metallrohlinge besitzt in horizontaler Draufsicht eine kreisförmige
Formgebung mit einem vorbestimmten Durchmesser. In F i g 2 ist lediglich einer dieser Metallrohl'nge 4 verallgemeincrnd
dargestellt.
Der Metallrohling 4 wird dann vermittels einer Presse in seine gewünschte Endform gebracht. In F i g. 3 ist
eine unlere Gesenkform 5 dargestellt, wie sie auf dem
Werktisch einer Presse (nicht dargestellt) befestigt wird und eine obere Gesenkform 6, die an dem Stempel der
Presse (nicht dargestellt) befestigt ist. Die untere Gesenkform 5 weist tine mittig angeordnete Vertiefung
5;j in ihrer oberen Fläche zur Aufnahme des Metallrohlings
4 auf, und besitzt weiterhin einen länglichen Hohlraum 5b, der sich nach unten in vertikaler Richtung von
der Mitte der Bodenfläche der Vertiefung 5a erstreckt. Der Hohlraum 56 dient zum Anformen des Zapfens an
dem Metallrohling 4, der in einem spä'.er folgenden Fertigungsgang mit einem Gewinde verschen wird. Die f'°
Vertiefung 5;i ist in horizontaler Draufsicht mit einem
sechseckigen Querschnitt ausgebildet, der mit der endgültigen Form des Kopfteils des Endproduktes übereinstimmt,
wohingegen der Hohlraum 5b einen kreisförmigen Querschnitt besitzt. Die obere Gesenkform 6 weist *'i
eine relativ flache Vertiefung 6;) zum Ausformen des vorstehenden Teils des Kontaktkopfes auf. Die obere
(iesenkform im weiterhin mit einer ringförmigen Aus
kehlung 6b versehen, deren Tiefe geringer ist als die der Vertiefung 6a und die zum Anformen eines Ringvorsprungs unmittelbar neben dem äußeren Umfang
des Kontaktkopfes vorgesehen ist. Die Vertiefung 6a ist in horizontaler Draufsicht mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet. Um die Vertiefung 6a ist ein ringförmiger Vorsprung 6a angeordnet, der sich von der
Bodenfläche der oberen Gesenkform 6 vertikal nach unten erstreckt
Nachdem der Metallrohling 4 in die Vertiefung 5a in
der unteren Gesenkform 5 eingelegt worden ist, wird der Pressenstempel abgesenkt, wodurch der Träger 7,
wie in F i g. 4 dargestellt, geformt wird. Aus F i g. 4 geht
hervor, daß der vorspringende Teil 8 des Trägers aus der ersten oder unteren Metallschicht 2 nach oben aus
dem Metallrohling herausgeformt ist Es ist ebenso ersichtlich, daß beim Formvorgang eine ringförmige Ver
tiefung 8a, die den vorspringenden Teil 8 umgreift gebildet worden ist.
Diese ringförmige Vertiefung 8a hat die Aufgabe, ein gewaltsames Eindringen der zweiten oder oberen Metallschicht
3, die einen hohen thermischen Widerstand besitzt, in den vorspringenden Teil 8 beim Ausformen
des Werkstückes zu verhindern. Im einzelnen:
Obgleich von dem nach unten sich erstreckenden ringförmigen Vorsprung 6c an der oberen Gesenkform
6 die ringförmige Vertiefung 8a eingeformt wird (wäre die Gesenkform nicht mit dem Vorsprung 6c versehen,
dann würde diese ringförmige Vertiefung 8a nicht gebildet werden), hat ein Teil der gestreckten zweiten
oder oberen Metallschicht 3 beim Formvorgang die Tendenz, im unteren Bereich des vorspringenden Teils
8 in horizontaler Richtung nach innen in den angehobenen Teil 8 einzufallen und so die Verteilung der Wärme
aus dem geformten Teil 8 zu verhindern. Da jedoch auf Grund des ai der oberen Gesenkform 6 angebrachten
ringförmigen Vorsprunges 6c beim Ausformen des Metallrohlings 4 und damit beim Strecken der oberen Metallschicht
3 der vorher erwähnte Bereich der gestreckten oberen Metallschicht 3 lediglich entlang dem Querschnitt
der ringförmigen Verliefung 8a (s. F i g. 8) zum Kräuseln und Runzeln neigt, kann die Metallschicht
nicht das Abströmen der Wärme aus dem vorspringenden Teil 8 verhindern.
Der in Fig.4 ersichtliche Ringvorsprung 9 ist vermittels
der ringförmigen Auskehlung 6£> in der oberen Gesenkform 6 angeformt und dient im folgenden dazu,
einen Schweißvorsprung für den Flansch einer Kapsel zu bilden. Der Gewindestutzen 10 ist durch das Einpressen
des Materials des Metallrohlings 4 in den Hohlraum 5b in der unteren Gesenkform 5 angeformt und in
einem nachfolgenden Arbeitsgang mit einem Gewinde versehen.
Von dem in F i g. 4 dargestellten Träger wird sodann die obere Metallschicht 3 im oberen Bereich des Vorsprungs
8 abgetrennt. Im Frgebnis entsteht der in F i g. 5 gezeigte Körper, dessen obere Fläche des Vorsprungs
8 aus der ersten und unteren Metallschicht besteht und dementsprechend eine hohe elektrische und
th>..-mische Leitfähigkeil besitzt. Die so bearbeitete
obere Fläche des Vorsprungs 8 dient zur Befestigung eines Halblcitcrelements. wohingegen die verbleibende,
den erhobenen Vorsprung umgebende Oberfläche mit dem Schweißvorsprung 9 zur Befestigung des Kapselflansches
dient. In F 1 g. 5 ist ebenfalls ein Gewinde tOa erkennbar, das in die äußere Oberfläche des Stutzens
10 durch Gewinderollen eingearbeitet worden ist. Die obere Fläche des fertig geformten Werkstücks ist im
einzelnen aus F i g. 5A ersichtlich.
Ein Halbleiterbauelement 11. der im zusammengebauten Zustand den Träger gemäß F i g. 5 enthält, ist in
Fig.6 dargestellt. Das Halbleiterelement 12 selbst ist
auf der durch den vorspringenden Teil 8 exponierten Oberfläche der ersten, unteren Metallschicht 2 befestigt
und besitzt einen Leitungsdraht 13, der vorher an dem Element angelötet worden ist. Die Kapsel 14 besteht
z. B. aus Eisen und besitzt im oberen Kapselbereich eine öffnung, in die ein hülsenähnlicher Endkontakt 15
eingesetzt ist und die vermittels Glas 16 hermetisch abgedichtet ist. Die Kapsel besitzt weiterhin an ihrer unteren
Umfangskante einen nach außen in horizontaler Richtung sich erstreckenden Flansch 14a. Wie in F i g. 6
dargestellt, überdeckt die Kapsel 14 die äußere Oberfläche des angehobenen Teils 8 des Trägers 7 derart,
daß der Leitungsdraht 13 in die Hülse des Endkontaktes 15 eingreift, wobei der untere Flansch 14a auf dem
Schweißvorsprung 9 aufliegt. Anschließend wird die Hülse des Endkontaktes 15 in radialer Richtung nach
innen zusammengedrückt, um so den Leitungsdraht 13 mit dem Endkontakt 15 fest zu verbinden. Sodann wird
der Flansch 14a unter gleichzeitigem Andrücken mit der übrigen Fläche des Grundbausteins verschweißt,
wodurch das Halbleiterbauelement fertiggestellt ist.
In F i g. 9 ist ein Träger T dargestellt, der im wesentlichen
dem vorstehend beschriebenen und in F i g. 4 gezeigten Träger 7 gleicht. Der in Fig.9 dargestellte
Träger läßt erkennen, daß nach dem Ausformen des Metallrohlings die obere Metallschicht im Bereich des
angehobenen Teils 8' gestreckt ist. Es soll hervorgehoben werden, daß dementsprechend, wenn die zweite
oder obere Metallschicht des Metallrohlings ein hohes Dehnungsvermögen besitzt, die Dicke der zweiten oder
oberen Metallschicht an der Stelle, an der ein Halbleiterelement befestigt werden so!!, ausreichend gering
ist, um die Wärme von dem Halbleiterelement in befriedigender Weise durch die dünne, gestreckte obere
Metallschicht hindurch zu der ersten oder unteren Metallschicht 2' abzuleiten. Dadurch ist es möglich, den
Träger in F i g. 9 durch Einrollen des Gewindes in den Stutzen fertigzustellen und den weiteren Arbeitsvor-
s gang, nämlich das Abschneiden des oberen Teils des
angehobenen Vorsprungs, auszulassen.
In einem Ausführungsbeispiel besteht der zusammengesetzte
Metallrohling aus einer Kupfernickcl· schicht mit einer Dicke von etwa 0,3 bis 0,4 mm und
ίο einer Kupferschicht mit einer Dicke von 6 mm. Dieser
Metallrohling wird vermittels Gesenkformen, die denen in F i g. 3 entsprechen, ausgeformt. Der sich daraus
ergebende Träger besitzt im Bereich des vorspringenden Teils eine Kupfernickelschicht mit einer Dicke von
is 0,15 bis 0,25 mm. Dieser Träger wurde zur Herstellung
eines Halbleiterbauelements verwandt. Es stellte sich heraus, daß die Belastungsgrenze eines so hergestellten
Halbleiterbauelements nur geringfügig kleiner ist als die eines Halbleiterbauelements, wie er der Darstellung
in F i g. b entspricht.
Fig. 10 zeigt einen Trager, der im wesentlichen mit
dem in F i g. 9 gezeigten identisch ist. Abweichend ist lediglich der Stutzen 10' (vgl. F i g. 9) fortgelassen. Bei
dem Träger gemäß Fig. 10 wird das Ende eines Lcitungsdrahtes
(nicht gezeigt) durch Punktschweißung an der unteren Oberfläche befestigt. Obgleich nicht weiter
dargestellt, sind andere Befestigungsarten des Grundbausteins gemäß Fig. 10 möglich. Zum Beispiel kann
dieser mit einem Lochflansch versehen sein und vermittels
Schrauben auf der Montageplatte eines Wärmeabstrahlers (nicht dargestellt) befestigt werden.
Es kann auch z. B. vorgesehen sein, daß der hermetisch abgedichtete Endkontakt nicht durch die Abdekkungskapsel,
sondern durch den Grundbaustein selbst
;,5 hindurchgeführt wird. Ebenso ist es möglich, bei dem ir
Fig. !0 dargestellten Träger die obere Metallschicht
im Bereich des angehobenen Vorsprungs zu entfernen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung eines Trägers für ein
Halbleiterbauelement, bei dem ein aus einer thermisch'und elektrisch gut leitenden unteren Schicht
und einer diese ganz abdeckenden oberen Schicht mit guten Eigenschaften für die elektrische Widerstandsschweißung bestehender Meiallrohling in
einem Gesenk so verformt wird, daß ein aus der oberen Schicht vorspringender Teil zur Befestigung
des Ha'.bleiterelements und eine zurückliegende Umfangsfläche zur Verschweißung mit einer das
Halbleiterelement abdeckenden Kappe entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß beim Gesenkverformen in die obere Schicht (3) des Metall
rohlings (4) eine den vorspringenden Teil (8) umfassende ringförmige Vertiefung (8,·?) eingedrückt wird,
um ein Eindringen von Teilen der oberen Schicht (3) in die Randzone des vorspringenden Teils (8) zu
vermeiden.
2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet,
daß beim Gesenkverformen des Metallrohlings (4) die obere Schicht (3) im Bereich des
vorspringenden Teils (8) gestreckt und damit in der Schichtdicke verringert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallrohling (4) aus
einem zweischichtigen Metallstreifen ausgestanzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Metallrohling (4) verwendet wird, bei dem die obere Schicht (3) aus einer 0,3 bis 0.4
mm dicken Kupfernickelschicht (2) und die untere Schicht aus einer 6 mm dicken Kupferschicht besteht.
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FR2113995A1 (de) | 1972-06-30 |
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