DE2432681A1 - Verfahren und werkzeug zur herstellung eines sockels fuer eine halbleitervorrichtung - Google Patents

Description

PATENTANWALT

DR. HEINRICH HERMELINK

8 Mündjen fiO, Apollov.-* 9,Tel,81 i457»

München, den 8. Juli 1974 92/001 - Dr.Hk/rie

Verfahren und Werkzeug zur Herstellung eines Sockels für eine Halbleitervorrichtung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Sockels aus Metall für eine Halbleitervorrichtung mit einer Ausnehmung für die Halbleitervorrichtung (z.B. eine.·: Diode, einen Thyristor und dgl.) an der Oberseite und einem Gewindeschaft an der Unterseite, der zur Befestigung des Sockels auf dem Chassis eines elektronischen Gerätes dient.

Es ist bekannt, derartige Sockel mittels spanloser Verformung eines Rohlings herzustellen. Hierzu wird der Rohling in einem ersten Preßvorgang derart verformt, daß sich der Schaft an seiner Unterseite bildet. In einem weiteren Preßvorgang wird eine Ausnehmung auf der Oberseite des Rohlings geschaffen und schließlich diese Ausnehmung so aufgeweitet, daß sie sechseckige Gestalt annimmt.

Bei diesem Verfahren erfolgt die Bildung des Schaftes durch Materialfluß vom Umfang zur Mitte des Rohlings, wodurch sich ein tiefes Loch auf der Oberseite des Rohlings bildet, wie

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Fig. 16 zeigt. In diesem tiefen Loch kann etwas von der Säure, die zum Ätzen des Rohlings vor dem Galvanisieren dient, zurückbleiben und später in einem unvorhergesehenen Zeitpunkt plötzlich entweichen. Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Verfahrens liegt darin, daß zwei Verformungsschritte erforderlich sind, um den Sockel auszubilden.

Wenn der Sockel zusammen mit einer an ihm befestigten Abdeckung auch zur Umhüllung des Halbleiterelementes dient, wird der Sockel im allgemeinen aus pkttiertem Metall gebildet, nämlich einer thermisch und elektrisch gut leitenden Metallunterlage und einer aufgewalzten, gut schweißbaren Deckschicht. Die Deckschicht in der Mitte wird im allgemeinen entfernt, nachdem die zur Aufnahme des Halbleiterelementes dienende Ausnehmung in dem Rohling aus plattiertem Metall gebildet "wurde. Die Entfernung der Deckschicht geschieht häufig mittels eines Stirnfräsers. Dieses Ausfräsen des Bodens der Ausnehmung ist aber äußerst mühsam, weil der zur Verfugung stehende Platz sehr beengt ist.

Schließlich ist das bekannte Verfahren nicht zur Herstellung von Sockeln mit verschiedenen Abmessungen der Ausnehmung ohne große Umstellungen geeignet.

Der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Herstellungsverfahren des Sockels so abzu-

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ändern, daß dieser in einem Arbeitsgang aus einem Rohling gefertigt wird, ohne daß am Boden der Ausnehmung ein Loch entstehen kann.

Eine weiterführende Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Preßwerkzeug zu entwickeln, mit dem dieses Ziel erreicht werden kann.

Erfindungsgemaß wird im Verlauf eines einzigen PreßVorgangs der Rohling zunächst so vaformt, daß sich eine flache Ausnehmung an der Oberseite und ein kurzer Schaft an der Unterseite bilden; die Mitte des Bodens der zu bildenden Ausnehmung bleibt jedoch von Druckkräften weitgehend frei, so daß sich hier ein Vorsprung herausbildet, der eine Spaltbildung des Materials an dieser Stelle wirksam verhindert. Im Verlauf des weiteren Preßvorganges wird dann die Ausnehmung vertieft und eingeebnet und gleichzeitig der Schaftteil verlängert; schließlich wird das Gewinde auf dem Schaft aufgewalzt. Alle diese Schritte werden wie gesagt im Verlauf eines einzigen Preßvorganges ausgeführt.

Um die gewünschte Druckentlastung in der Mitte der Ausnehmung

bezu erreichen,/sitzt das Preßwerkzeug entweder an dieser Stelle einen Auswerferstift, der zu Beginn des Preßvorganges zurückgezogen ist, oder das Preßwerkzeug und der zentrale Auswerferstift sind an der dem Boden der Ausnehmung zugekehrten Stirnseite schwach konkav ausgebildet.

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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Hierin sind:

Fig. 1 ein Längsschnitt einer Halbleitervorrichtung mit einem erfindungsgemäß hergestellten Sockel;

Fign. 2 bis 7 Längsschnitte des Sockels nach Fig. 1 in verschiedenen Herstellungsstadien;

Fig. 8 ein Längsschnitt eines hierzu geeigneten Preßwerkzeugs ;

Fig. 9 ein Längsschnitt einer Abänderung des Preßwerkzeugs in größerem Maßstab;

Fig. 1o die Schnittdarstellung einer Halbleitervorrichtung in anderer Ausführung mit einem erfindungsgemäß hergestellten Sockel;

Fign. 11 bis 15 Schnittdarstellungen verschiedener Herstellungsstadien dieses Sockels; und

Fig. 16 ein Längsschnitt eines nach dem bisherigen Herstellungsverfahren gebildeten Sockels im Ausschnitt und in größerem Maßstab.

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Die in Fig. 1 gezeigte Halbleitervorrichtung 1o besitzt einen Metallsockel 12 mit einer Ausnehmung 1^ an der Oberseite. Am Boden dieser Ausnehmung ist ein Halbleiterelement 16 befestigt. Von der Unterseite des Sockels 12 geht ein Gewindeschaft 18 aus. Dieser dient zur Befestigung der Halbleitervorrichtung Io in einem passenden Gewindeloch eines Chassis und zur Ableitung der von der Halbleitervorrichtung erzeugten Wärme über das Chassis. Eine Abdeckung 2o ist mit dem Rand der Ausnehmung ]k verschweißt und mit einer Durchführung versehen, von der eine Ader Zk zu dem Halbleiterelement führt. Der Sockel besteht aus einem thermisch und elektrisch gut leitendem Metallstück 26 und einem darauf befestigten Überzug 28 aus schweißbarem Metall. Die Abdeckung 2o ist mit dem Überzug 28 verschweißt.

Zur Herstellung des Sockels 12 wird von dem in Fig. 2 dargestellten Rohling 3o mit kreisförmigem Querschnitt ausgegangen, der durch Ausstanzen eines entsprechenden Bimetallblechs gewonnen wurde. Das Bimetallblech besteht aus einem thermisch und elektrisch gut leitenden Hauptteil 32, z.B. aus Kupfer, mit verhältnismäßig großer Dicke und einem dünneren schweißbaren Überzug 3k> z.B. aus einer Nickel-Kupfer-Legierung .

In einem vorbereitenfeuSchritt wird gemäß Fig. 3 der überzug 3k in der Mitte bei 32a abgefräst, so daß das Grund-

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metall im Bereich, der zukünftigen Ausnehmung freiliegt.

Der so vorbereitete Rohling 3o wird in eine Preßform 36 (Fig. 8) eingelegt. Die Preßform besteht aus einer Matritze 38 mit einem Hohlraum 38a zur Aufnahme des Rohlings 3o und einem vertikal verschiebbaren Preßstempel 40, der in die Matritze eingreifen kann. Der Hohlraum 38a hat gemäß dem gewünschten Umriß des Sockels sechseckige Gestalt. In der Matritze 38 sitzt koaxial zum Stempel if ο ein Auswerfer 42, der gleichzeitig zur Bildung der Ausnehmung 14 in dem Rohling 30 dient. In einer Mittelbohrung 42a des Auswerfers ist ein Auswerferstift 44 längsverschiebbar, um den verformten Rohling aus der Matritze 38 unter Federdruck auszustoßen. An der Stirnseite des Stempels 40 befindet sich eine Vertiefung 4oa, die zur Ausbildung des Sockelschaftes dient, dem seinerseits später ein Gewinde aufgewalzt wird, wie Fig. 1 bei 18 zeigt.

Im Verlauf der Abwärtsbewegung des Stempels 4o wird der in die Matritze 38 eingelegte Rohling 3o in der in Fig. 4 bis 6 dargestellten Weise verformt. Zunächst erhält der Rohling 30 eine verhältnismäßig"flache Ausnehmung 14A auf einer Oberfläche und einen verlütnismäßig kurzen Schaftansatz I8A an der anderen Oberfläche, In diesem Zeitpunkt wird ein kleiner Vorsprung II4 in der Mitte des Bodens der flachen Ausnehmung I4A gebildet, weil der Auswerferstift 42a momentan im Verhältnis zu dem Auswerferkolben 42 zurückgezogen ist,

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denn der Stift kann entgegen dem Druck seiner Feder elastisch nachgeben..

Im Verlauf der weiteren Abwärtsbewegung des Stempels l+o wird der Rohling 3o weiter verformt, so daß die Ausnehmung

I i(.A zunehmend vertieft und der Schaft 18A zunehmend verlängert wird. Gleichzeitig wird der kleine Vorsprung 1/f1 allmählich wieder eingeebnet und in den Boden der Ausnehmung lifA zurückgedrängt. Im letzten Abschnitt der Abwärtsbewegung des Stempels *fO erhält die Ausnehmung die vorgeschriebene Tiefe und der Schaft 18' die gewünschte Länge, wie in Fig. 6 gezeigt. In diesem Stadium ist der kleine Vorsprung 11 if vollständig eingeebnet, so daß die Ausnehmung TZf einen ebenen Boden hat. Der Spalt bzw. das Loch, das sich in diesem Stadium in dem Boden der Ausnehmung zu bilden sucht (Fig. 16), wird also mit dem Material des Vorsprungs

II if ausgefüllt, so daß die Bildung des gefürchteten Spaltes unterbleibt. Der fertig verformte Rohling 3ο¹ nach Fig. hat einen sechseckigen Umriß.

Danach wird der Sockel ausgestoßen und das Gewinde auf den Schaft 18' aufgewalzt. So ergibt sich der fertige Sockel gemäß Fig. 7.

Fig. 9 zeigt eine Abänderung des Preßwerkzeuges 36. In dieser Ausführungsform haben der Auswerferkolben k2. und der Aus-

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werferstift 44 glatte, leicht konkave Stirnflächen 46. Dadurch wird beim Preßvorgang zunächst ein leicht gewölbter Boden II4¹ der Ausnehmung I4A gebildet, wie die gestrichelte Linie in Fig. 4 zeigt. Im Verlauf der weiteren Abwärtsbewegung des Preßstempels 4o wird die Wölbung II4¹ in den Boden der Ausnehmung eingedrückt, bis der Boden des fertig verformten Rohlings eine ebene Fläche aufweist. Auf diese Weise wird auch hier die Bildung eines Lochs oder Spalts in der Mitte der Ausnehmung vermieden.

Die im Ausführungsbeispiel der Fig. Io dargestellte Halbleitervorrichtung 21 ο besitzt einen Sockel 212 mit einer Ausnehmung 214 auf der Oberseite zur Aufnahme eines Halbleiterelements 216 und einen Gewindeschaft 218 an der Unterseite. Das Halbleiterelement 216 befindet sich innerhalb eines Mantels 234 auf einer Urierlage 236, der oben mit einer Deckplatte 22o abgeschlossen ist. Durch diese ist ein Anschluß 224 mittels der Durchführung 222 isolierend durchgeführt. Der Mantel 234 ist mit dem Rand der Grundplatte 236 verschweißt. Der Sockel besteht aus thermisch und elektrisch gut leitendem Metall (z.B. Kupfer). Der Mantel 234 mit der Grundplatte 236 und der ganzen Halbleitervorrichtung ist in die Ausnehmung 214 abgesetzt und dort in irgendeiner Weise befestigt. Da die Grundplatte aus verhältnismäßig dünnem schweißbarem Metall (z.B. Stahl) bestehen kann, setzt sie dem elektrischen Strom und dem Wärmefluß von dem HaIb-

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leiterelement 216 zum Sockel 212 und von dort zum Chassis des "betreffenden Gerätes keinen nennenswerten Widerstand entgegen.

Fig. 11 bis 16 zeigen die einzelnen Schritte im Verlauf des Preßvorganges des Sockels 212 für die Halbleitervorrichtung 21 ο nach Fig. 1o. Da der Sockel hier aus einem einfachen Metallstück besteht, fällt der vorbereitende Schritt des Entfernens der Deckschicht gemäß Fig. 3 weg; die anderen Stadien stimmen mit denjenigen nach Fig. 2, 4» 5 und 6 überein. Es wird also ein Rohling 23o aus Kupfer durch Ausstanzen eines entsprechenden Blechs bereitgestellt (Fig. 11). Dieser Rohling 23o wird in die Preßform nach Fig. 8 bzw. Fig. 9 eingebracht, um dort nacheinander gemäß Fig. 12 bis 15 verfortat zu werden. Ii der ersten Stufe wird der Rohling 23o so verformt, daß an seiner Oberseite eine verhältnismäßig flache Ausnehmung 2HA entsteht, während an der Unterseite ein verhältnismäßig kurzer Schaftteil 218A ausgebildet wird. (Fig. 12). In diesem Zeitpunkt hat sich jedoch bereits ein kleiner. Vorsprung 3H oder eine Wölbung 314' in der M^tte des Bodens der Ausnehmung 2HA gebildet. Im weiteren Verlauf der Verformung wird die Ausnehmung 2Ii)-A tiefer und der Schaftteil 218A länger (Fig. H), wobei der Vorsprung 3H bzw. 31 if¹ in den Boden der Ausnehmung 21J+A eingedrückt wird. So wird der Rohling allmählich vollständig verformt, bis die Ausnehmung 2HA die vorgeschriebene Tiefe und der Schaft

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- Io -

218a die gewünschte Länge erreicht hat (Fig. 14)· Der fertig gepreßte Rohling, der kein Loch in der Mitte der Ausnehmung 21ZfA aufweist, wird dann mit dem Sockelgewinde versehen, so daß sidi schließlich gemäß Fig. 15 der fertige Sockel 212 ergibt, der mit der Ausnehmung 21 if und dem Gewindeschaft versehen ist. Anschließend kann die fertig zusammengebaute Halbleitervorrichtung 216 in die Ausnehmung 21 if eingesetzt und dort verankert werden. Ein Loch oder Spalt in der Mitte der Ausnehmung kann dank der getroffenen,Gegenmaßnahmen nicht auftreten.

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Claims (1)

1. München, den 8. Juli 92/001 - Dr.Hk/rie

   • ΛΑ-

   Patentansprüche

   \»J Verfahren zur Herstellung eines Sockels aus Metall für eine Halbleitervorrichtung, der eine Ausnehmung für die Halbleitervorrichtung an der Oberseite und einen Gewindeschaft an der Unterseite aufweist, mittels spanloser Verformung eines Rohlings, dadurch gekennzeichnet, daß in einem einzigen Preßvorgang der Bohling 0o) zunächst eine flache Ausnehmung (1^-A) mit einem Vorsprung (11*f) in der Mitte ihres Bodens und einen kurzen Schaftteil (I8A) an der Unterseite erhält, daß im weiteren Verlauf des Preßvorganges die Ausnehmung (1^-A) vertieft und der Vorsprung (1H) abgeflacht, sowie der Schaft (I8¹) verlängert wird, und daß schließlich das Gewinde in den Schaft (18) eingewalzt wird.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling (3o, 23o) aus einem thermisch und elektrisch gut leitenden Metall (32) besteht, das gegebenenfalls mit einem gut schweißbaren überzug (3k) versehen ist.

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   3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling aus einem thermisch und elektrisch gut leitenden Metall (32) und einem schweißbaren Überzug (34) besteht und daß vor dem Preßvorgang der schweißbare Überzug im Bereich der zu bildenden Ausnehmung entfernt wird.

   **· Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung des schweißbaren Überzugs (.3k) durch Stirnflächenfräsen erfolgt.

   5· Preßwerkzeug zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Matritze zur Aufnahme eines Rohlings und einem Preßstempel, dadurch gekennzeichnet, daß in der Matritze ein Auswerfer (42) zentral verschiebbar ist, in dem wiederum ein Auswerferstift (42A) verschiebbar ist, der durch Zurückweichen zu Beginn des Preßvorganges Platz für die Bildung des vorübergehenden Vor Sprunges (114) läßt.

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   6. Preßwerkzeug zur Herstellung des Sockels einer Halbleitervorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Matritze und einem Preßstempel, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mafcritze (38) ein Auswerfer (A-2) zentral verschiebbar ist, der seinerseits einen zentral längsverschiebbaren Auswerferstift (Mf) aufweist, sowie daß der Auswerfer (1+2.) und der Auswerferstift (A4-) mit einer schwach konkaven Stirnseite ausgebildet sind.

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