DE2252830C2 - Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterelement in einem hermetisch geschlossenen Gehäuse - Google Patents

Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterelement in einem hermetisch geschlossenen Gehäuse

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Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegeben Art. Ein solches ist aus DE-OS 19 58175 bekannt. Es ermöglicht eine den hermetischen Abschluß des Gehäuses nicht gefährdende Durchführung der elektrischen Verbindungen von den äußeren Anschlußleitern durch die Gehäuseseitenwand zu den mit dem Halbleiterelement verbundenen Verbindungsdrähten und hat herstellungstechnische Vorteile, da die Schulterfläche des unteren Wanriteils Innerhalb des Gehäuses und die obere Fläche des unteren Wandteils außerhalb des Gehäuses jeweils einen gut zugänglichen Platz für die Anordnung und Herstellung der Verbindungen der Leiterbahnen mit den Verbindungsdrähten bzw. den Anschlußleitern bieten.
Bei Halbleiterbauelementen Insbesondere In Form von integrierten Schaltungen, die eine sehr große Zahl von äußeren Anschlußleitern benötigen, ergibt sich jedoch auf der oberen Fläche des unteren Wandteils ein großer Flächenbedarf für die Unterbringung der zahlreichen Verbindungsstellen mit den aufmetallisierten Leiterbahnen. Bei dem bekannten Bauelement, bei dem solche zahlreiche Anschlußstellen in einer Dual-In-Llne-Anordnung vorgesehen sind, hat daher der untere Wandteil die Form eines weit über die eigentlichen Gehäuseabmessungen vorspringenden Plättchens mit großen Flächenabmessungen. Es Ist jedoch Insbesondere bei Halbleiterbauelementen für sehr hohe Frequenz erwünscht, die Gesamtabmessungen des Halblelterbaueletnentes möglichst klein zu halten.
Aus DE-OS 18 09 716 Ist ein Halbleiterbauelement bekannt, das ein hermelisch abgeschlossenes Gehäuse mit einem das Halblelterelemente tragenden Träger, einer ringförmigen Seltenwand und einer Deckplatte aufweist, wobei auf der oberen Fläche des Trägers Leiterbahnen aufmetallisiert sind, die Im Inneren des Gehäuses durch Verbindungsdrähte mit dem Halbleiterelement verbunden, unter der Seitenwand hindurch nach außen geführt und mit auf der oberen Fläche des Trägers angebrachten Anschlußleltern verbunden sind. In diesem Fall muß daher der Träger eine ausreichend große Fläche für die Unterbringung der Verbindungsstellen mit den Anschlußdrähten aufweisen. Auch hierbei ergeben sich relativ große Abmessungen, die insbeso\jdere für den Höchstfrequenzbereich unerwünscht sind. Wenn derTräto ger, wie bei solchen Halbleiterbauelementen üblich, an seiner Unterseite mit einem Kühlkörper zur Ableitung der vom Halbleiterelement erzeugten Wärme verbunden ist, ergibt sich das weitere Problem, daß es durch große Flächenabmessungen des Trägers und durch die Anbringung von Anschlußdrähten am Träger zu ungleicher Wärmeverteilung und somit zu mechanischen Spannungen bzw. einem Verziehen des Trägers kommen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauelement der genannten Art insbesondere für die Anwendung im Höchstfrequenzbereich zu schaffen, das bei gedrängter Bauweise und kleinen Gehäuseabmessungen den Anschluß einer größeren Anzahl von Anschlußleitern ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch angegebenen Erfindung gelöst. Dadurch wird der Vorteil erreicht, daß nicht nur die Oberseite, sondern auch die Unterseite des unteren Wandteils für die Unterbringung von Anschlußstellen für die Anschlußleiter genutzt wird. Innerhalb gegebener Flächenabmessungen des unteren Wandteils kann daher eine größere Anzahl von Anschlußleitern angebracht werden. Der von Anschlußleltern freie Träger kann von kleinen Abmessungen sein und bleibt daher auch bei Verbindung mit einem Kühlzapfen frei von Verspannungen. Eine leichte Herstellbarkeit des Halbleiterbauelements ist gewährleistet, da die Unterseite des unteren Wandteils für die Herstellung der Anschlußstellen ebenso leicht zugänglich ist wie die Oberseite.
Ausführungsformen der Erfinduv^ werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
Flg. 1 und 2 Schnittdarstellungen herkömmlicher Halbleiterbauelemente;
Fig. 3a, 3b und 3c schematische Darstellungen zur Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung; Fig. 4a , 4b, 4c und 4d schematische Darstellungen zur Beschreibung der Herstellung des Halbleiterbauelements gemäß der Erfindung;
Flg. 5 und 6 Schnittdarstellungen von anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung.
M Gemäß Fig. 1 weist ein herkömmliches Halbleiterbauelement einen Träger 1 in Form eines keramischen Substrats, einen Wandteil 7, ein Verschlußteil 8 und einen Zapfen 9 als Kühlkörper auf. Der keramische Träger 1 weist durchgehende Löcher 11 auf, und Ist mit einer leiifähigen Schicht 5 derart metallisiert, daß Muster von Leiterbahnen auf der oberen und unteren Fläche gebildet und über die Löcher elektrisch miteinander verbunden sind. Auf einer der Leiterbahnen Ist ein Halbleiterelement 2 montiert. Auf der oberen Fläche des Trägers ist ferner der Wandteil 7 montiert, der durch ein Lötmaterial abgedichtet ist, während auf der unteren Flüche des Trägers Anschlußleitungen 3, 3' zur Herstellung von Verbindungen zu äußeren Schaltungen sowie ein Zapfen 9 als Kühlkörper vorgesehen sind. Auf dem Wandteil 7 ist eine Deckplatte 8 durch Schwellten aufgesetzt, um eine hermetische Abdichtung zu erzielen.
Jede der Elektroden des Haibleilerelements 2 mit Ausnahme der unteren Elektrode Ist mit Leiterbahnen der
leiifShigen Schicht 5 auf der Oberflache des Trägers 1 mit Hilfe von Metalldrahten 4 verbunden, um elektrische Verbindungen mit den Leitungen 3, 3' herzustellen.
Das das Halbleiterelement 2 und die Leiterbahnen auf derselben Flache des Trägers 1 angeordnet sind, und da die Anschlußleitungen 3, 3' nlle auf der Unterseite des Trägers 1 befestigt sind, wird eine große Flache des Trägers benötigt. Daher ist der Träger 1 gewöhnlich größer als der Kühlkörper 9, der an seiner Unterseite befestigt ist.
In Fig. 2 ist ein anderes herkömmliches Halbleiterbauelement gezeigt, bei dem die Anschlußleitunjjen 3, 3' von derselben Fläche weggeführt werden, auf der auch das Halbleiterelement angeordnet ist. Die aufiiietallisierten Leiterbahnen 5 auf der Fläche treten durch dsn Wandteil 7 hindurch, der durch ein Lötmaterial 6 abgedichtet ist. Auf dem Wandteil 7 ist die Deckplatte 8 durch ein Lötmaterial iO befestigt. Auch bei diesem Halbleiterbauelement ist gewöhnlich der Träger größer als der Kühlzapfen 9. Ferner besteht die Gefahr, daß eine Verzerrung an dem Löcmaterial 6 auftritt, das eine geringe Festigkeit hat, so daß sich eine Beschädigung an der hermetischen Abdichtung ergibt. Sie wird oft durch einen mechanischen Stoß während des Zusammenbaus beschädigt.
In den Fig. 3a, 3b und 3c ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Fig. 3a ist eine Schnittdarstellung dieses Ausführungsbeispiels. Fig. 3b ist eine Draufsicht, bei der der Verschlußlei! 8 weggenommen ist, während Fi g. 3c einen Schnitt durch das Substrat darstellt, um die geeignete Größe für dieses Substrat zu beschreiben.
Wie in den Fig. 3a und 3b gezeigt ist, ist der keramische Träger 1 geringfügig größer als der innenseitige Durchmesser des unteren Wandteiles 7-1 und kleiner als dessen Außendurchmesser, und zwar so, daß es noch an der unteren Fläche des Wandteiles 7-1 abdichtend befestigt werden kann. Durch diese Anordnung können Anschlußleiter 3. 3' auch an der Unterseite des unteren Wandteiles 7-1 montiert werden. Die Seitenwand besteht insgesamt aus dem unteren Wandteil 7-1 und dem oberen Wandteil 7-2 derart, daß eine Stufenfläche 12 an der Innenseite gebildet wird. Eine Schicht 5 tritt auf der oberen Seile des Wandteiles 7-2 von der Innenseite zur Außenseite des Wandteiles 7-1 hindurch. Die Leiterbahnen bildende metallisierte Schicht 5 ist auf der Stufenfläche 12 durch Metalldrähte 4 mit den Elektroden des Halbleiterclements 2 verbunden, das auf einer metallisierte Schicht 5-a des Trägers 1 montiert ist. Die metallisierte Schicht 5 setzt sich ferner von der Stufijnfläche 12 in Form von Leiterbahnen zur unteren Seile des unteren Wandteiles 7-1 fort, an Gem die Anschluß eiter 3, 3' elektrisch angeschlossen sind.
Die Ansci.lußlciter 3, 3' sind mit dem Wandteli 7-1 durch Löimaterial 6, 6' verbunden. Dabei sind die Stromwege von der Halbleitereinrichtung 2 zu den Anschlußleilern 3, 3' and en Lötabschnitlen 6, 6' abgeschrägt ausgebildet, um die Stromreflexion zu reduzieren. Der obere Teil 7-2 hat eine kreisförmige, metallisierte Schicht 5-r auf seiner Oberseite, um einen Kontakt mit der Deckplatte 8 herzustellen.
Fig. 3c veranschaulicht die geeignete Größe für den Träger 1. Für den Kühlkörper des Halblelterbiiuelements sollte die Größe des Trägers so gewählt werden, daß die Seitenlänge α größer Ist als die, die man erhält, wenn man von beiden Seiten des Halbleiterelements 2 gedachte Linien mit einer Neigung von 45° nach unten zieht. Diese Größe genügt, well die Wärme von dem Halbleiterelement 2 gwöhnllch innerhalb des durch diese Linien eingeschlossenen Winkels abgeleitet wfrd.
Die Größe des Tragers kann nun so gewählt werden, daß sie genau an diese Linien angrenzt, well es nicht notwendig ist, die Anschlußleiter 3, 3' zu äußeren Schaltungen auf dem Träger 1 anzubringen. Wenn man annimmt, daß die Größe des Halbleiterelements 1 mm' und die
ίο Dicke des Trägers 0,2 mm beträgt, wird als minimale erforderliche Größe 1,4 mm2 gewählt. Eine gewisse Breite von 0,3 mm zur Abdichtung des Trägers an dem Wandteil 7-2 muß an jeder Seite des Trägers 1 vorgesehen werden, und damit wird eine Seite des Substrats 2 mm lang. Die Verzerrung, die der Träger 1 durch den Kühlzapfen 9 erfährt, wird beachtlich herabgesetzt, weil der Träger 1 kleiner als der Kühizapfen 9 sein kann.
Anhand der Fig.4a, 4b und 4c wird ein Verfahren zur
Herstellung der Seitenwand des Halbleiterbauelements nach Fi g. 3a und 3b erläutert. Die F'.:. 4a und 4b zeigen die obere und untere Fläche des unteren Wandteils 7-1, das aus einem ke-amischen Plättchen besteht vor dem Sintern.
Auf jeder der Flächen ist eine Metallisierungspaste an ausgewählten Bereichen 5-1 bis 5-7 angebracht, und ein Mittelteil 13 ist ausgestanzt. Der mit Paste versehene Bereich 5-2 der Fläche ist mit den mit Paste versehenen Bereichen 5-3 und 5-5 durch sinen mit Paste versehenen Bereich 5-7 auf beiden Seitenflächen d?s Keramikplättchens verbunden. Die Bereiche 5-3, 5-4 und 5-5 auf der unteren Fläche sind zur Verbindung mit den Anschlußleitern 3, 3' vorgesehen. Statt dem mit Paste versehenen Teil 5-7 auf der Seitenfläche können durchgehende Löcher an gewünschten Stellen des unteren Wandteiles 7-1 angebracht werden.
Sodann wird vor dem Sintern ein keramischer, plattenförmiger Teil 7-2 hergestellt (Fig. 4c), der den oberen Wandteil 7-2 der Seitenwand bildet. Darin wird ei: c Fensteröffnung 14 hergestellt, die einen größeren Durchmesser als die Fensteröffnung 13 in dem unteren, plattenförmig .η Wandteil 7-1 hat.
Eine ringförmige Metallschicht 5-8 zur Verwendung als Schweißnaht wird entlang der Fensteiöffnung 14 angebracht. Die zwei Wandteile 7-1 und 7-2 werden nun übereinandergelegt und danach bei einer Temperatur von 16500C gesintert, um einen einstückigen Wandteil für das Substrat zu bilden. Die gesinterte Seitenwand 7 (Fig. 4d) hat eine Stufenfläche 12 an ihrer Innenseite, von der aus sich die Leiterbahnen kontinuierlich von dem Umfangsabschnitt entlang der Fensteröffnung 13 über die metallisierte Schicht 5-7 der Seitenfläche bis zu der Unterseile des unteren Wandteils 7-1 erstreckt.
Die Visführungsform nach Flg. 5 unterscheidet sich von der nach Fig. 3a im wesentlichen dadurch, daß der obere Wandteil 7-2 ier Seltenwand über den Außenumfang des unteren Wandteils 7-1 nach außen vorsteht und einen Randabschn'tt 7-3 bildet, auf dem aufmetallisierte Leiterbahnen angebracht sind, um weitere Anschlußleiter 3' wegzuführen.
In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei dem der obere Wandteil 7-2 einen kleineren äußeren Umfang als der untere «Vandteil 7-1 hat, um die Anschlußleiter 3 auch an der oberen Fläche des unteren Wandleils 7-1 befestigen zu können.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterelement in einem hermetisch geschlossenen Gehäuse, das gebildet ist aus einem das Halbleiterelement tragenden Träger als Boden, einer Deckplatte und einer den Träger und die Deckplatte verbindenden, ringförmig umlaufenden Seitenwand, die aus einem dem Träger zugewandten und über diesen nach außen vorspringenden unteren Wandteil und einem auf dem unteren Wandteil angeordneten oberen Wandteil besteht, wobei die Öffnung im oberen Wandteil größer als die im unteren Wandteil ist und dadurch eine Schulterfläche auf dem unteren Wandteil gebildet ist, mit auf der dem Träger abgewandten, oberen Fläche des unteren Wandteils aufmetallisierten Leiterbahnen, die von der Schulterfläche nach außen zu Anschlußleitern führen, und mit Verbindungsdrähten, die vom Halbleiterelement zu dn. Leiterbahnen auf der Schulterfläche führen, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem aus keramischem Material bestehenden Träger (1) zugewandten, unteren Fläche des unteren Wandteils (7-1) weitere Leiterbahnen (5-3, 5-4, 5-5) aufmetallisiert sind, die mit den Leiterbahnen (5-1, 5-2) auf der oberen Fläche des unteren Wandteils (7-1) elektrisch verbunden sind und daß mindestens ein Anschlußleiter (3, 3') an der unteren Fläche des unteren Wandteils (7-1) angeordnet ist.
DE2252830A 1971-10-30 1972-10-27 Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterelement in einem hermetisch geschlossenen Gehäuse Expired DE2252830C2 (de)

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