DE2326614A1 - Verfahren zum hermetischen abdichten eines behaelters, insbesondere des gehaeuses eines halbleiters, durch aufsetzen einer deckplatte und verfahren zum herstellen einer solchen deckplatte - Google Patents

Verfahren zum hermetischen abdichten eines behaelters, insbesondere des gehaeuses eines halbleiters, durch aufsetzen einer deckplatte und verfahren zum herstellen einer solchen deckplatte

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Description

23. Mai 1973 Stuttgart (0711)355539
359619
1 naha. Telegramme Patentschutz
Norman Hascoe, 156 Country Ridge Drive Portchester, County of Westchester, Kew York 10573, V.St.A.
Verfahren zum, hermetischen Abdichten eines Behälters, insbesondere des Gehäuses eines Halbleiters, durch Aufsetzen einer Deckplatte und Verfahren zum Herstellen einer solchen
Deckplatte
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum hermetischen Abdichten eines Behälters, insbesondere des Gehäuses eines Halbleiters, durch Aufsetzen einer Deckplatte und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Deckplatte.
Es ist bekannt, Halbleiter in Hohlräumen von metallischen oder keramischen, als Gehäuse dienenden Behältern hermetisch zu verschließen, um sie vor schädlichen atmosphärischen Einflüssen und mechanischen Einwirkungen zu schützen. In Fällen, in denen keramische Behälter als Gehäuse verwendet werden, ist es üblich, in den Behälter., der den den Halbleiter enthaltenen Hohlraum umschließt, einen metallischen Ring einzubetten oder einzuschmelzen.
Man ist dazu bislang folgendermassen vorgegangen: Der Kalbleiter wird in den dicht zu verschließenden Hohlraum eingebracht und abgedeckt, wobei vorher auf das Gehäuse ein ent-
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sprechend geformter Ring aus schmelzbarem Material, beispielsweise aus einer eutektischen Lötmittel-Legierung ,. aus Gold und Zinn, aufgelegt wird. Bei keramischen Behältern wird der vorgenannte Ring aus hochschmelzbarem Material mit dem in den Behälter eingebetteten metallischen Ring ausgerichtet.Anschließend werden die dermaßen zusammengefügten Teile erhitzt, um den Lötmittel-Ring mit der Deckplatte und dem Behälter zu verschmelzen.
Das Material des Lötmittelringes kann spröde sein,und seine Abmessungen sind so gering, daß er sehr brüchig und beim Zusammenfügen außerordentlich schwer zu handhaben ist. Wegen der umständlichen Handhabung solcher abdichtenden "Ringe ist es bislang auch schwierig, den Ring,den Umfang der Deckplatte und den Hohlraum:, in den die Halbleiter eingebracht werden, genau gegeneinander auszurichten. Als Folge hiervon ergibt sich - allein durch Schäden an der .hermetischen Abdichtung bei der Herstellung von Halbleitern eine beachtliche Ausschußmenge. '
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde·, unter Vermeidung der geschilderten Nachteile Halbleiter auf sichere und rationelle Weise hermetisch abzuschließen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zunächst eine Deckplatte zum hermetischen Abdichten eines Behälters, insbesondere des Gehäuses eines Halbleiters dadurch hergestellt wird, daß ein entsprechend geformter, abdichtender Ring aus schmelzbarem Material auf die Deckplatte genau mit deren Umfang abschließend aufgelegt wird und daß der Ring an einer Anzahl auseinanderliegender Punkte örtlich bis zur Schmelztemperatur erhitzt wird, derart,daß an jedem dieser Punkte eine wirksame Verbindung zwischen dem Ring und__ der Deckplatte erzeugt wird.
Gemäß weiterer Erfindung wird ein Behälter, insbesondere das Gehäuse eines Kalbleiters durch Aufsetzen einer in der vor-
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genannten Weise hergestellter Deckplatte dadurch abgedichtet, daß die .den Ring tragende Deckplatte mit dem Behälter zusammengefügt wird, wobei sich der Ring auf den den Hohlraum entauflegt
haltenden Behälter/und die zusammengefügten Teile bxs zu einer zum Verschmelzen des Ringes mit der Deckplatte und dem Behälter ausreichenden Temperatur erhitzt werden.
In der Zeichnung, ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorrichtung zum Herstellen eines hermetisch abgedichteten Behälters nach dem erfindungsgemässen Verfahren in einem Blockdiagramm,
Fig. 2 eine Vorrichtung zum Verbinden eines entsprechend geformten Lötmittelringes mit einer Deckplatte für einen hermetisch abzuschließenden Behälter in perspektivischer Darstellung und
Fig. 3 einen nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hermetisch abzudichtenden Halbleiter in auseinandergezogener Darstellung. ..
In Fig. 1 sind die drei wesentlichen Verfahrensschritte zum Hers-teilen eines hermetisch verschlossenen Behälters für einen Kalbleiter schematisch dargestellt. In einer Vorrichtung 10 wird ein entsprechend geformter abdichtender Ring 14, wie weiter unten beschrieben, mit einer Deckplatte 13 verbunden. In einer Vorrichtung 11 wird die Deckplatte mit einem Gehäuse zusammengefügt und in.einer Vorrichtung 12, beispielsweise einem Brennofen, werden die zusammengefügten Teile auf eine Temperatur erhitzt,bei der der abdichtende Ring 14 mit der Deckplatte 13 und dem Gehäuse verschmilzt, so daß der hermetische Verschluß zustandekommt.
In Fig. 2 ist die Anwendung der Vorrichtung 10 nach Fig. 3 0 9 8 5 1/0826
dargestellt. Eine flache Deckplatte 13 mit einem aufgesetzten schmelzbaren, elektrisch leitenden Ring 14 ist in eine flache Vertiefung 15 einer nichtleitenden Halterung eingesetzt. Die äusseren Abmessungen der Vertiefung 15 sind nur geringfügig größer als die der Deckplatte 13 und des Rings 14, um ein übereinstimmen der Lage des Rings 14 mit. dem Umfang der Deckplatte 13 zu gewährleisten. Die Deckplatte 13 kann beispielsweise aus einer unter dem Handelsnamen "Kovar" erhältlichen Kobalt-Nickel-Eisen-Legierung hergestellt und etwa 0,25 mm dick sein. Der Ring 14 dagegen ist üblicherweise aus einer eutektischen Gold-Zinn-Legierung hergestellt und rund 0,05 mm dick. Seine äußeren Abmessungen entsprechen denen der Deckplatte 13. In der Zeichnung ist zur besseren Darstellung die Dicke der Deckplatte 13 und des Rings 14 stark vergrößert. Der Ausdruck "Ring" ist hier und in den Ansprüchen in einem umfassenden Sinn benutzt. Er schließt alle Arten geschlossener Schleifen aus leitfähigem Material ein, deren Gestalt dem Aussenumfang der Deckplatte 13 entspricht. In der Regel ist dieser Umfang rund oder rechteckig.
Die zum Zusammenfügen bestimmte Vorrichtung nach Fig. 2 weist ferner eine Anzahl auseinanderliegender, d.h. in einem gewissen Abstand voneinander angeordneter Elektrodenpaare 17, 18 und 19,20 auf, wobei die Elektrode 20 in der Figur verdeckt ist. Die Elektroden 17 bis 20 sind in Haltern 21 bis 24 verschieblich befestigt und werden von auf einer Betätigungsplatte 29 abgestützten und innerhalb der Halter 21 bis 24 angeordneten Federn 25 bis 28 nach unten gedrückt. Die Betätigungsplatte 29 ist mit einem Antriebszylinder 30 üblicher Bauart verbunden. Wenn der Antriebszylinder die Betätigungsplatte 29 nach unten drückt, so werden die Elektroden 17 bis 20 nachgiebig auf den abdichtenden Ring 14 gepresst, und zwar alle mit etwa der gleichen Kraft.
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Zwischen jedem Elektrodenpaar wird sodann ein besonderer Stromimpuls erzeugt. So entsteht durch den Impulserzeuger ein Stromimpuls zwischen den Elektroden 17 und 18, wobei der Impulserzeuger 31 über Anschlußklemmen 32 von einem Schalter 33 erregt wird. Entsprechend wird zwischen den Elektroden 19 und 20 von dem Impulserzeuger 34, der über die Anschlußklemmen 35 von einem.Schalter 36 erregt wird, ein Stromimpuls erzeugt. Es ist auch möglich, die Punktschweissung unter Verwendung nur eines Impulserzeugers durchzuführen, von dem die Stromimpulse, wie oben geschildert, in den Elektrodenpaaren erzeugt werden.
Nachdem die Deckplatte 13 und der abdichtende Ring 14, wie in Fig. 2 dargestellt, in die Vertiefung 15 eingelegt sind, wird die Betätigungsplatte 29 durch den Antriebszylinder 30 nach unten gedrückt. Die Elektroden 17 bis 20 werden dabei an den Punkten 37 bis 40 federnd auf den Ring 14 gepresst. Auf diese Weise fliesst dann der Strom von einer Elektrode eines Paars durch die Deckplatte und den abdichtenden Ring 14 zu der anderen Elektrode. Tatsächlich teilt sich der Strompfad zwischen dem Ring 14 und der Deckplatte 13 auf, es fliesst aber genügend Strom durch den Berührungspunkt der Elektrode mit dem Ring 14, um, wie beschrieben, eine Punktschweissung des Rings 14 mit der Deckplatte 13 zu bewerkstelligen. Würde man alle Elektroden "gleichzeitig mit einem einzigen Impulserzeuger verbinden, so würde sich der Strom auf die verschiedenen Strompfade zwischen den Elektroden entsprechend den unterschiedlichen Widerständen aufteilen. Einige der Elektroden würde dann ein stärkerer Strom durchfliessen als andere t und einige würden dann keine einwandfreie Punktschweissung ergeben.
Nachdem der Ring 14 mit der Deckplatte 13, wie eben beschrieben, verbunden worden ist, wird durch eine Leitung und eine Bohrung 42 in der Halteplatte 16 auf die Unterseite der Deckplatte 13 ein Luftstrom aufgegeben, um die Deckplatte 13 aus der Vertiefung 15 und beispielsweise in den
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Auffangtrichter einer automatischen Montagevorrichtung auszuwerfen.
In Fig. 3 wird das Verfahren zum Verbinden der Baueinheit Deckplatte-Ring 13-14 mit einem Behälter 43 erläutert, der einen Hohlraum 44 mit einem darin enthaltenen Halbleiter 45 aufweist. Der Behälter 43 wird von einer größeren Halteplatte 46 getragen, die aus keramischem Material bestehen kann, und weist in die Halteplatte 46 eingebettete Anschlußstifte 47,48 auf, die in den Zuführungsdrähten für die Halbleiter 45 enden. Der Behälter 43 kann entweder aus keramischem Material oder aus Metall bestehen. Falls er aus keramischem Material besteht, ist in ihn um den Hohlraum 44 herum ein leitender Ring 49 eingeschmolzen.
Die in Fig. 3 dargestellten zusammengefügten Teile werden, nachdem die Deckplatte 13 aufgesetzt ist, durch einen geeigneten Bandofen hindurchgeführt (Vorrichtung 12 in Fig. 1) , um den abdichtenden Ring T 4 zum Schmelzen zu bringen. Hierbei wird der im Holraum 44 enthaltene Halbleiter 45 hermetisch abgeschlossen.
Die Vorteile des beschriebenen Verfahrens liegen insbesondere darin, daß ein Hantieren des vorgeformten abdichtenden Ringes 14 vermieden wird, da die Deckplatte 13 stabil genug ist, um den Ring 14 aufzunehmen. Ferner ist es nicht mehr möglich, daß der abdichtende Ring 14 während der Abdichtvorgänge aus seiner genauen Lage zwischen der Deckplatte 13 und dem äusseren Umfang des Hohlraums im Gehäusekörper herausrutscht. Des weiteren besteht nur noch eine geringe Wahrscheinlichkeit, daß Verunreinigungen in den abzudichtenden Bereich eindringen. Das erfindungsgemässe Verfahren ist außerdem erheblich wirtschaftlicher als bekannte Verfahren, da es weniger Handarbeit erfordert, eine bessere Ausbeute und wegen der besseren Ausrichtung der Teile eine
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verbesserte Herstellung sowie geringeren Ausschuß ergibt. Es erleichtert auch die Automatisierung der für das Zusammenfügen der Teile erforderlichen Arbeitsgänge mit den damit verbundenen wirtschaftlichen Vorteilen.
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Claims (10)

  1. Patentansprüche
    1J Verfahren zum Herstellen einer Deckplatte zum hermetischen Abdichten eines Behälters, insbesondere des Gehäuses eines Halbleiters,dadurch gekennzeichnet, daß ein entsprechend geformter, abdichtender Ring (14) aus schmelzbarem Material auf die Deckplatte (13),genau mit deren Umfang abschließend, aufgelegt wird und daß der Ring (14) an einer Anzahl auseinanderliegender Punkte (37 bis 40) örtlich bis zur Schmelztemperatur erhitzt wird, derart, daß an jedem dieser Punkte (37 bis 4O) eine wirksame Verbindung zwischen dem Ring (14) und der Deckplatte (13) erzeugt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß das örtliche Erhitzen des Ringes (14) durch eine Anzahl auseinanderliegender, wärmeerzeugender Elemente (17 bis 20) bewirkt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum örtlichen Erhitzen des Rings (14) dieser gegen eine Anzahl auseinanderliegender Elektroden (17 bis 20) angelegt und durch jede dieser Elektroden (17 bis 20), den leitenden Ring (14) und die leitende Deckplatte (13) ein Stromimpuls gesandt wird.
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  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Deckplatte (13) zusammen mit einem aufgelegten, entsprechend geformten leitenden Ring (14) in .eine flache Vertiefung (15) einer Halterung (16) eingebracht wird, wobei die Vertiefung (15) nur geringfügig größere Abmessungen als die Deckplatte (13) aufweist» ■
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Herstellung der Verbindung ein Luftstrahl auf den Boden der Vertiefung (15) gerichtet wird, um die Deckplatte (13) aus der Vertiefung (15) auszuwerfen.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl auseinanderliegender Elektrodenpaare (17,18.; 19,20) vorgesehen ist, wobei durch jedes Elektrodenpaar ein besonderer Stromimpuls gegeben wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Elektroden (17 bis 20) mit im wesentlichen gleichem Kontaktdruck federnd gegen den Ring (14) anliegen,
  8. 8. Verfahren zum.hermetischen Abdichten eines Behälters, insbesondere des Gehäuses eines Halbleiters-, durch Aufsetzen einer nach einem der vorstehenden Ansprüche hergestellten Deckplatte, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ring (14) tragende. Deckplatte (13) mit dem Behälter (43) zusammengefügt wird, wobei sich der Ring (14) auf den den Hohlraum (44) enthaltenden Behälter (43) auflegt und die zusammengefügten Teile bis zu einer zum Verschmelzen des Rings (14) mit der Deckplatte (13) und dem Behälter (43) ausreichenden Temperatur erhitzt werden.
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  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüber einem weiteren leitenden Ring (49) , der mit dem den Hohlraum (44) umschließenden Behälter (43) aus keramischem Material verschmolzen ist,die den Ring (14) tragende Deckplatte (13) an ■: dem Behälter (43) derart'^ angebracht wird, daß die leitenden Ringe (14,49) fluchten.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ring (14) tragende Deckplatte (13) unmittelbar mit dem metallischen Behälter (43) zusammengefügt wird, derart, daß der Ring (14) den Hohlraum (44) des Behälters (43) umgibt.
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DE2326614A 1972-05-26 1973-05-25 Verfahren zum Herstellen einer Deckplatteneinheit zum hermetischen Abschließen eines Halbleiterbauelementgehäuses Expired DE2326614C3 (de)

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