DE2326614C3 - Verfahren zum Herstellen einer Deckplatteneinheit zum hermetischen Abschließen eines Halbleiterbauelementgehäuses - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer Deckplatteneinheit zum hermetischen Abschließen eines Halbleiterbauelementgehäuses

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Deckplatteneinheit zum hermetischen Abschließen eines Halbleiterbauelementgehäuses, bei dem ein vorgeformter Lötmittelring, dessen Umfang demjenigen der Deckplatte entspricht, auf diese aufgelegt und durch eine Schmelzverbindung auf ihr befestigt wird.
Es ist üblich, Halbleiterelemente, die bekanntlich sehr kleine Abmessungen aulweisen, in Hohlräumen von metallischen oder keramischen Gehäusen hermetisch zu verschließen, um sie vor schädlichen atmosphärischen Einflüssen, insbesondere vor Feuchtigkeit, und vor mechanischen Einwirkungen zu schützen. An das Maß der Dichtheit werden hierbei sehr hohe Anforderungen gestellt. In den Fällen in denen keramische Gehäuse verwendet werden, ist es üblich, in das Gehäuse, das den das Halbleiterbauelement enthaltenden Hohlraum umschließt, einen metallischen Ring einzubetten oder einzuschmelzen.
Aus der US-PS 36 48 357 ist bereits ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt geworden, bei dem die Deckplatteneinheit derart hergestellt wird, daß auf die vergoldete Deckplatte aus einer Nickcl-Kobalt-Eisen-Legierung ein vorgeformter Lötmittelring aus einem eutektischen Gold-Zinn-Lot aufgelegt wird. Mit Hilfe dieses Lötrings wird die Randfläche der Deckplatte vorverzinnt, d. h. der Ring wird über seinen gesamten Umfang zum Schmelzen gebracht und nn der Deckplatte angelötet Ebenso wird ein zweiter gleicher Lötmittelring zur Vorverzinnung über seinen gesamten Umfang mit einem oberen Rahmen des Halbleiterbauelementgehäuses verbunden, der ebenso wie der Gehäuseboden wiederum aus der Nickel-Kobalt-Eisen-Legierung besteht An die Gehäusewände aus Glas sind oben und unten der rechteckige Rahmen bzw. der Boden aus der vorgenannten Legierung angeschmolzen. Die US-PS 36 48 357 macht keine Angaben darüber, auf welche Weise die Lötmittelringe mit der Deckplatte und dem Gehäuserahmen verbunden werden. Sie schreibt jedoch vor, daß die Goldschicht des Gehäuserahmens und der Deckplatte zumindest in den Bereichen, in denen die Verbindung zwischen der Deckplatte und dem Gehäuse mit Hilfe der beiden Lötmittelringe hergestellt wird, verhältnismäßig dick sein soll.
Dadurch, daß bei dem aus der US-PS 36 48 357 bekannt gewordenen Verfahren zunächst sowohl auf der Deckplatte als auch auf das Gehäuse je ein Lötmittelring aus einem Gold-Zinn-Lot aufgeschmolzen werden muß und auch die Fläche an der Deckplatte bzw. am Gehäuse, auf welche die Lötmittelringe aufzubringen sind, mit einer verhältnismäßig dicken Goldschicht bedeckt sein müssen, erfordert das bekannte Verfahren einen erheblichen Materialaufwand. Aufgabe der Erfindung ist es, den Materialaufwand bei dem eingangs genannten Verfahren zu verringern und den Vorgang beim Abschließen des Halbleiterbauelementgehäuses zu vereinfachen. Diese Aufgabe wird gelöst, indem gemäß der Erfindung der Lötmittelring durch örtliche Erhitzung bis zur Schmelztemperatur an einer Anzahl auseinanderliegender Punkte mit der Deckplatte verbunden wird.
Dadurch, daß der Lötmittelring nur punktweise mit der Deckplatte verbunden wird, kann er bei dem Schmelzvorgang, bei dem das Gehäuse durch Verbindung mit der Deckplatte hermetisch verschlossen wird, diese Verbindung sowohl gegenüber der Deckplatte als auch gegenüber dem Gehäuse allein herstellen, so daß nur noch ein Lötmittelring benötigt wird. Andererseits entfällt auch die Notwendigkeit, eiv.fn solchen äußerst dünnen und zerbrechlichen Lötmitteiring zwischen Deckplatte und Gehäuse gesondert einzubringen, was wegen der Beschaffenheit des Ringes praktisch kaum möglich ist.
Während des Verschließvorgunges erreicht der Ring seine Schmelztemperatur wegen seiner kleineren Masse und seiner geringeren thermischen Trägheit viel früher, als die Deckplatte und das Gehäuse auf die gleiche Temperatur kommen, so daß die Schmelzverbindung dank der Erfindung schneller und bei viel niedrigeren Temperaturen der Deckplatte und des Gehäuses zustandekommt. Hierdurch wird die bei höheren Temperaturen eintretende Gasbildung in dem den Halbleiter aufnehmenden Behälterhohlraum und eine hierdurch entstehende nachteilige Einwirkung auf den Halbleiter selbst vermieden. Wenn der Lölmittelring mit der Deckplatte über seine ganze Fläche verbunden wäre, würde er wegen seiner geringen Stärke und seiner hohen Wärmeleitfähigkeit seine Schmelztemperatur erst gleichzeitig mit der Deckplatte erreichen, d. h. die Temperatur der Deckplatte und des Gehäuses würden ebenfalls bis zu der Schmelztemperatur des Ringes selbst ansteigen. Das erfindungsgemäße Verfahren erleichtert schließlich auch die Automatisierung der für das Zusammenfügen der einzelnen Teile erforderlichen Arbeitsgänge.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des
Gegenstandes der Erfindung dargestellt Es zeigt
F i g. 1 eine Vorrichtung zum Herstellen eines hermetisch abgedichteten Halbleiterbauelementgehäuses nach dem erfindungsgemäQen Verfahren in einem Blockdiagramm, s
Fig.2 eine Vorrichtung zum Verbinden eines entsprechend geformten Lötmittelringes mit einer Deckplatte für ein Halbleiterbauelementgehäuse und damit zum Herstellen einer Deckplatteneinheit in perspektivischer Darstellung und ι ο
Fig.3 einen nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hermetisch abzudichtendes Halbleiterelement in einer Explosionsdarstellung.
In F i g. 1 sind die drei wesentlichen Verfahrensschritte zum Herstellen eines hermetisch verschlossenen Halbleiterbauelementgehäuses schematisch dargestellt In einer Vorrichtung 10 wird ein entsprechend geformter abdichtender Lötmittelring 14, wie weiter unten beschrieben, mit einer Deckplatte 13 verbunden. In einer Vorrichtung 11 wird die auf diese Weise hergestellte Deckplatteneinheit 13,14 mit dem Gehäuse zusammengefügt und in einer Vorrichtung 12, beispielsweise einem Brennofen, werden die zusammengefügten Teile auf eine Temperatur erhitzt, bei wccher der abdichtende Lötmittelring mit der Deckplatte 13 und dem Gehäuse verschmilzt so daß der hermetische Verschluß zustandekommt
In F i g. 2 ist die Anwendung der Vorrichtung 10 nach Fig. 1 dargestellt. Eine flache Deckplatte 13 mit einem aufgesetzten schmelzbaren, elektrisch leitenden Lötmittelring 14 ist in eine flache Vertiefung 15 einer nichtleitenden Halterung 16 eingesetzt. Die äußeren Abmessungen der Vertiefung 15 sind nur geringfügig größer als die der Deckplatte 13 und des Lötmittelringes 14, um ein Übereinstimmen der Lage des Lötmitteirin- Ji ges 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 Lötmittelring 14 dagegen -10 besteht üblicherweise aus einer eutektischen Gold-Zinn-Legierung und ist 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 Ringes 14 stark vergrößert. Der Ausdruck »Ring« ist hier und in den Ansprüchen in einem umfassenden Sinn verwendet. Er schließt alle Arten geschlossener Schleifen aus leitfähigem Material ein, deren Gestalt eiern Außenumfang der Deckplatte 13 entspricht In der Regel ist dieser Umfang rund oder v> rechteckig.
Die zum Zusammenlugen bestimmte Vorrichtung nach F i g. 2 weist ferner eine Anzahl auseinanderliegender, d. h. rn einem gewissen Abstand voneinander angeordneter Elektrodenpaare 17, 18 und 19, 20 auf, π 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 und 24 angeordneten Federn 25 bis 28 nach t>o 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 Lötmittelring 14 gepreßt und zwar e~> alle mit etwa der gleichen Kraft.
Zwischen jedem Elektrodenpaar wird sodann ein besonderer Stromimpuls erzeugt So entsteht durch den Impulserzeuger 31 ein Stromimpuls zwischen den Elektroden 17 und 18, wobei der Impulserzeuger31 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 Punktverbindung unter Verwendung nur eines Impulserzeugers herzustellen, von dem die Stromimpulse, wie oben geschildert in den Elektrodenpaaren erzeugt werden.
Nachdem die Deckplatte 13 und der Lötmittelring 14, wie in F i g. 2 dargestellt in die Vertiefung 15 eingelegt worden 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 Paares durch die Deckplatte und den Lötmitteirin/· 14 zu der anderen Elektrode. Tatsächlich teilt sich der Stropipfad zwischen dem Lötmittelring 14 und der Deckplatte 13 auf, es fließt aber genügend Strom durch den Berührungspunkt der Elektrode mit dem Ring 14, um, wie beschrieben, eine Punktverbindung des Ringes 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, und einige würden dann keine einwandfreie Punktverbindung ergeben.
Nachdem der Lötmittelring 14 mit der Deckplatte 13, wie eben beschrieben, verbunden und auf diese Weise eine Deckplaiteneinheit 13, 14 erzeugt worden ist, wird durch eine Leitung 41 und eine Bohrung 42 in der Halteplatte 16 auf die Unterseite der Decl'plattc 13 ein Luftstrom aufgebracht, um die Deckplatteneinheit 13, 14 aus der Vertiefung 15 und beispielsweise in den Avrfangtrichter einer automatischen Montagevorrichtung auszuwerfen.
in Fig. 3 wird das Verfahren zum Verbinden der Deckplatteneinheit 13, 14 mit einem Gehäuse 43 erläutert, das einen Hohlraum 44 mit einem darin enthaltenen Halbleiterelement 45 aufweist. Das Gehäuse 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 das Halbleiterelement 45 enden. Dar Gehäuse 43 kann entweder aus keramischem Material oder aus Metall bestehen. Falls es ai"; keramischem Material besteht, ist auf ihn um den Hohlraum 44 herum ein leitender Ring 49 eingeschmolzen.
Die in F i g. 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 14 zum Schmelzen zu bringen. Hierbei wird das im Hohlraum 44 enthaltene Halbleiterelement 45 hermetisch abgeschlossen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen einer Deckplatteneinheit zum hermetischen Abschließen eines Halbleiterbauelementgehäuses, bei dem ein vorgeformter Lötmittelring, dessen Umfang demjenigen der Deckplatte entspricht, auf diese aufgelegt und durch eine Schmelzverbindung auf ihr befestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Lötmittelring (14) durch örtliche Erhitzung bis zur Schmelztemperatur an einer Anzahl auseinanderliegender Punkte (37 bis 40) mit der Deckplatte (13) verbunden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Punkte (37 bis 40) Elektroden (17 bis 20) aufgesetzt werden und durch jede dieser Elektroden (17 bis 20), den leitenden Lötmittelring (14) und die leitende Deckplatte (13) ein Stromimpuls gesandt wird.
3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckplatte (13) zusammen mit dem Lötmittelrirtj» (14) in eine flache, nur geringfügig größere Abmessungen als die Deckplatte (!3) aufweisende Vertiefung (15) einer Halterung eingebracht wird. -'5
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckplatteneinheit (13, 14) durch einen auf den Boden der Vertiefung (15) gerichteten Luftstrahl aus der Vertiefung (15) ausgeworfen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn- M zeichnet, daß durch jeweils zwei auseinanderliegende Elektroden (17, 18; 19, 20) ein getrennter Stromimpuls gesandt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Elektroden (17 bis 20) mit Jj gleichem Kontakidruck federnd an dem Lötmittelring (14) anliegt.
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