DE2366284C2 - Verfahren zum Verschließen eines Halbleiterbauelementgehäuses - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschließen eines Halbleiterbauelementgehäuses, bei dem ein das Halbleiterelement in eyner Vertiefung aufnehmendes Gehäuseteil, eine über der Vertiefung aufgelegte Deckplatte und ein dazwischen angeordneter, die Vertiefung umgebender Lötmittelring soweit erhitzt werden, daß der Lötmittelring aufschmilzt und die Deckplatte dicht mit dem Gehäuseteil verbindet.

Es ist üblich, Halbleiterelemente, die bekanntlich sehr kleine Abmessungen aufweisen, 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 Halbleiterelement enthaltenden Hohlraum umschließt, einen metallischen Ring einzubetten oder einzuschmelzen.

Aus der US-PS 33 40 602 ist bereits ein Verfahren der eingangs genannten Art bekanntgeworden, bei dem ein Lötmittelring über seinen gesamten Umfang mit dem Rand des das Halbleiterelement in einer Vertiefung aufnehmenden Gehäuseteils verbunden wird, dessen Boden aus einer Nickel-Kobalt-Eisen-Legierung oder aus Glas besteht, der an Seitenwände aus Glas angeschmolzen ist, die oben in einem rechteckigen Rahmen aus der vorgenannten Legierung enden. Das Gehäuseteil, die dieses verschließende Deckplatte und der dazwischen angeordnete Lötmittelring werden gemeinsam erhitzt, bis der Lötmittelring schmilzt und die Verbindung zwischen Deckplatte und Gehäuseteil herstellt. Bei diesem bekannten Verfahren muß der äußerst dünne und zerbrechliche Lötmittelring zwischen Deckplatte und Gehäuse gesondert eingebracht werden, was mit Schwierigkeiten verbunden ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Verschließen des Halbleiterbauelementgehäuses zu vereinfachen. Diese Aufgabe wird gelöst, indem gemäß der Erfindung zuerst der Lötmittelring durch örtliche Erhitzung bis zur Schmelztemperatur an einer Anzahl auseinanderliegender Punkte mit der Deckplatte verbunden wird und danach die so hergestellte Deckplatteneinheit auf das Gehäuseteil aufgelegt wird.

Dadurch, daß der Lötmittelring zunächst nur an auseinanderliegenden Punkten mit dem Gehäusedeckel verbunden wird, entfällt die Notwendigkeit, den äußerst

dünnen und zerbrechlichen Lötmittelring zwischen Deckplatte und Gehäuse gesondert einzubringen, was wegen der Beschaffenheit des Ringes praktisch kaum möglich ist.

Während des Verschließvorganges erreicht der Ring bei dem erfindungsgemäßen Verfahren 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 schneller und bei viel niedrigeren Temperaturen der Deckplatte und des Gehäuses zustandekommt. Hierdurch wird die bei höheren Temperaturen eintretende Gasbildung in dem das Halbleiterelement aufnehmenden Behälterhohlraum und eine hierdurch entstehende nachteilige Einwirkung auf das Halbleiterelement selbst vermieden. Wenn der Lötmittelring 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 Verschließen eines Halbleiterbauelementgehäuses nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem Blockdiagramm,

F i g. 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

F i g. 3 ein nach dem Verfahren gemäß der Erfindung zu verschließendes Halbleiterbauelementgehäuse in einer Explosionsdarstellung.

In F i g. 1 sind die drei wesentlichen Verfahrensschritte zum dichten Verschließen eines 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 welcher der abdichtende Lötmittelring mit der Deckplatte 13 und dem Gehäuse verschmilzt, so daß der 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 Lötmittelringes 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 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 dem Anspruch in einem umfassenden Sinn verwendet. Er schließt alle Arten geschlossener Schleifen aus leitfähi.₅'em Material aus, deren Gestalt dem Außenumfang der Deckplatte 13 entspricht. In der Regel ist dieser Umfang rund oder rechteckig.

Die zum Zusammenfügen bestimmte Vorrichtung nach F i g. 2 weist ferner eine Anzahl auseinaiiderliej,ender, 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 Häher 21 bis 24 angeordneten Federn 25 bis 28 nach unten gedrückt. Die Betätigungsplatte 29 ist mit einem Amriebszylinder 30 üblicher Bauart verbunden. Wenn der Antriebszylinder die Betätigungspla'te 29 nach unten drückt, so werden die Elektroden 17 bis 20 nachgiebig auf den Lötmittelring 14 gepreßt, und zwar 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 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 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 Fig. 2 dargestellt, in die Vertiefung 15 eingelegt worden sind, wird die Betätigungsplatte 29 durch den Antriebszylinder 30 nach unten gedrückt. Die Elektro- ' den 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 LötinittelHng 14 zu der anderen Elektrode. Tatsächlich teilt sich der Strompfad 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 wurden dann keine einwandfreie Punktverbindung ergeben.

Nachdem der Lötmittelring 14 mit der Deckplatte 13, wie eben beschrieben, verbunden und auf diese Weise eine Deckplatteneinheit 13,14 erzeugt worden ist, wird durch eine Leitung 41 und eine Bohrung 42 in der Halteplatte 16 auf die Unterseite der Deckplatte 13 ein Luftstrom aufgebracht, um die Deckplatteneinheit 13, 14 aus der Vertiefung 15 und beispielsweise in den Auffangtrichter 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. Das Gehäuse 43 kann entweder aus keramischem Material oder aus Metall bestehen. Falls es aus keramischem Material besteht, ist auf ihn um den Hohlraum 44 herum ein leitender Ring 49 eingeschmolzen.

Die in F i g. 3 dargestellter! zusammengefügten Teile werden, nachdem die Deckplatteneinheit 13, 14 aufgelegt worden 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 (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Verschließen eines Halbleiterbauelementgehäuses, bei dem ein das Halbleiterelement in einer Vertiefung aufnehmendes Gehäuseteil, eine über der Vertiefung aufgelegte Deckplatte und ein dazwischen angeordneter, die Vertiefung umgebender Lötmittelring soweit erhitzt werden, daß der Lötmittelring aufschmilzt und die Deckplatte dicht mit dem Gehäuseteil verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst der Lötmittelring (14) durch örtliche Erhitzung bis zur Schmelztemperatur an einer Anzahl auseinanderliegender Punkte (37 bis 40) mit der Deckplatte (13) verbunden wird und danach die so hergestellte Deckplatteneinheit (13,14) auf das Gehäuseteil (43) aufgelegt wird.