DE2432681B2

DE2432681B2 - Verfahren und werkzeug zur herstellung eines sockels fuer ein halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE2432681B2
Application number: DE19742432681
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-07-10
Filing date: 1974-07-08
Publication date: 1976-06-16
Also published as: GB1467168A; US3893325A; FR2236572B1; FR2236572A1; NL7409192A; DE2432681A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Sockels aus Metall fur ein Halbleiterbauelement, der ein«. Ausnehmung fur das Halbleiterele ment an der Obersinte und einen Gewindeschaft an der Unterseite aufweist, mittels spanloser Verformung eines Rohlings, bei dem in einem einzigen Preßvorgang der Rohling zunächst eine flache Ausnehmung und einen kurzen Schaftteil an der der Ausnehmung abgewandten Seite erhält und im weiteren Verlauf des Preßvorganges die Ausnehmung vertieft, sowie der Schaft verlängert und schließlich das Gewinde in den Schaft eingewalzt wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Preßwerk/eug /ut Durchfuhrung dieses Verfahrens.

Es ist bekannt, derartige Sockel mittels spanloser Verformung eines Rohlings herzustellen. Dies kann in mehreren Preßvorgängen oder in einem einzigen Preßvorgang durchgeführt werden. So erhalt gemäß der US-PS 3199 000 der mit einer Molybdän-Auflage versehene Rohling gleichzeitig eine flache Ausnehmung und einen Schaftteil an der der Ausnehmung abgewandten Seite. Der Schaftteil wird schließlich mit einem Gewinde versehen.

Das zur Durchfuhrung dieses Verfahrens verwendete Preßwerkzeug weist eine Matrize, in der ein Auswerfer zentral verschiebbar isi, und einen Preßstempel

Es hat sich gezeigt, daß dieses Verfahren häufig zu Ausschuß führt; insbesondere wird die angelotete MoKjdänauflage beim Preßvorgang oft gestaucht oder abgerissen. Wenn man die Molybdanauf.age zunächst wegläßt und den Rohling ohne dieselbe verpreßt, kann man die Ursache dieser Erscheinungen erkennen: Beim Preßvorgang erfolgt die Bildung ü. Schaftes durch Materialfluß vom umfang zur Mitie des Rohlings. Dadurch bildet sich im allgemeinen ein tiefes Loch auf der OK-rseite des Rohlings, *.. 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 Der in Anspruch 1 angt ^ebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrui.de, das Herstellungsverfahren des Sockels so abzuändern, daß dieser in einem Arbeitsgang aus einem Rohling gefertigt wird, ohne daß am Boden der Ausnehmung ein Loch entstehen kann Diese Aufgabe wird erfir.dungsgemaß dadurch gelöst, daß während der bildung der ilachen Ausnehmung ein Vorsprung in der Mitte des Bodens desselben ausgebildet wird und daß beim Vertiefen der Ausnehmung dieser Vorsprung in den Boden Jer Ausnehmung eingedruckt wird, so daß die Ausnehmung einen ebenen Boden erhalt.

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

Im Verlauf eines einzigen Preßvorgangs wird der Rohhn" zunächst so verformt, daß sich e;ne 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 "reßvorganges wird dann die Ausnehmung vertieft und ingeebnet und gleichzeitig der Schaftteil verlängert; schließlich wird das Gewinde auf dem Schaft aufgewalzt. Alle diese Schritte werden wie gesagt im Verlauf eines einzigen Prcuvorganges ausgeführt.

Um die gewünschte Druckentlastung in der Mitte der Ausnehmung zu erreichen, besitzt 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.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung eriäuten. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Halbleitcrvornch tungmit einem erfindungsgemäß hergestellten Sockel.

Fig. 2 bis 7 Längsschnitte des Sockc-Is nach Fig. 1 in verschiedenen Herstellungsstadien,

Fig. 8 einen Längsschnitt eines hierzu geeigneten Preßwerkzeugs,

Fig. 9 einen Längsschnitt einer Abänderung des Preßwerkzeugs in größerem Maßstab,

Fig. lü die Schnittdarstellung einer Halblettervorrichtung in anderer Ausführung mit einem erfindungsgemäß hergestellten Sockel,

Fig. 11 bis 15 Schnittdarstellungen verschiedener Herstellungsstadien dieses Sockels, und

Fig. 16 einen Längsschnitt eines nach dem bisherigen Herstellungsverfahren gebildeten Sockels im Ausschnitt i'.nd in größerem Maßstab

Die in Fig 1 gezeigte Halbleitervorrichiu t« besitzt einen Metallsockel 12 mit einer Aiv.neh mg 14 an der Oberseite. Am Boden dieser Α·ιν·~^! "iung ist ein Halbleiterelement 16 befestigt. ^%\.. ^er Unterseite des Sockels 12 geht ein Gcw- geschäft 18 aus Di«-·«r dient zur Befestigung er Halbleitervorrichtung 10 in einem passenden Gev. .deloch tines Chassis und zur Ableitung der von der Halbleitervorrichtung erzeugten Warme über das Chassis. Eine Abdeckung 20 ist mit dem Rand der Ausnehmung 14 verschweißt und mit einer Durchfuhrung 22 versehen, von der eine Ader 24 zu dem Halbleiterelement 16 fuhrt. Der Sockel besteht aus einem thermisch und elektnch gut leitendem Metallstuck 26 und einem darauf befestigten überzug 28 aus schweißbarem Metall. Die Abdeckung 20 ist m:t dem Oberzug 28 ver schweißt.

Zur Herstellung des Sockels 12 wird von dem in Fig. 2 daigcstellten Rohling 30 mit kreisförmigem Querschnitt ausgegangen, der durch Ausstanzen eines entsprechenden Bimetallblechs gewonnen wurde. Das Bimetallblech besteht aus einem thermisch und elektrisch gut kitenden Haupiteil 32, z. B. aus Kupfer, mit verhältnismäßig großer Dicke und einem dünneren Nchweißbaren überzug 34, z. B. aus einer Nickel-Kupfer-! ι gierung.

In ein^m vorbereitenden Schi wird gemäß Fig. 3 dei Überzug 34 in der Mitte bei 32« abgefräst, so daß das (irundmetall im Bereich der zukünftigen Aiivrifhmimo freilifol

Der so vorbereitete Rohling 30 wird in eine Preßform 36 (Fig X) eingelegt. Die Preßfc m berteht aus einer Matrize 38 mit einem Hohlraum 38a zur Aufnahme des Rohlings 30 und einem vertikal v'.-rschicbbartn Preßstempel 40, der in die Matrize eingreifen l.sr.n. Der Hohlraum 38ü h~! gemäß dem gv wünsch ten Umriß d-.s Sockels sechseckige Gestalt. In der Matrize 38 siizt koaxial zum Stempel 40 ein Auswerfer 42, der gleichzeitig zur Bildung der Ausnehmung 14 in dem Rohling 30 dient In einer Mittelbohrung 42</ des Auswerfers 40 ist ein Auswerferstift 44 langsvtrschiebbar. um den verformten Rohling aus der Matrize 38 unter Fedeidruck auszustoßen An der Stirnseite des Stempels 40 befindet sich eine Vertiefung 40a,uic /ur Ausbildung des Sockchchaflcs dient, dem seinerseits später ein Gewinde aufgewalzt wird, wie Fig. 1 bei 18 zeigt

Im Verlauf der Abwartsbewegung des Stempel:, 40 wird der in die Matrize 38 eingelegte Rohling 30 <n der m Fig. 4 bis ο dargestellten W- ise verformt. Zu nacrM erhall der Rohling 30 eine verhältnismäßig fia the Ausnehmung 14.4 auf e ner Oberfläche und einen verhältnismäßig kurzen Stliaftansatz 18,4 an der anderen Oberfläche. In die... m Zeitpunkt wird ein kleiner Vorsprung 114 in der Mitte des Bodens der flachen Ausnehmung 14.4 gebildet, weil der Auswerferstift 42« momentan im Verhältnis zu dem Auswerferkolben 42 zuilickgezogen ist, denn der Stift kinn entgegen dem Druck seiner Feder elastisch nachgeben.

Im Verlauf der weiteren Abwartsbewegung des Stempels 40 wird der Rohling 30 weiter verform', so daß die Ausnehmung 14/} zunehmend vertieft und der Schaft 18y4 zunehmend verlängert wird. Gleichzeitig wird der kleine Vorsprung 141 allmählich wieder eingeebnet und in den Boden der Ausnehmung 14A zurückgedrängt. Im letzten Abschnitt der Abwärtsbewegung des Stempels 40 erhält die A.usneh-¹S mung die vorgeschriebene Tiefe und der Schaft 18' die gewünschte Länge, wie in Fig. 6 gezeigt. In diesem Stadium ist der kleine Vorsprung 114 vollständig eingeebnet, so daß die Ausnehmung 14 einen ebenen Boden hat. Der Spalt bzw. das Loch, das sich in iiesem Stadium in dem Boden der Ausnehmung /u bilden sucht (Fig. 16), wird also mit den Material des Vorsprungs 114 ausgefüllt, so daß üu iildur.g des gefürchteten Spaltes unterbleibt. Der fe>"'ig verformte Rohling 30' nach Fig. t> hat einen sechseckigen Umriß.

Danach wird der Sockel ausgestoßen und das Gewinde au: den Schaft 18' aufgewalzt. So ergibt sich der fertige Sockel 12 gemäß Fig. 7.

Fig. y zeigt eine Abänderung des Preßwerkzeuges 36. In dieser Ausfuhrungsform haben der Auswerferkolben 42 und der Auswerferstift 44 glatte, leicht konkave Stirnflächen 46. Dadurch wird beim Prcßvorgang zunächst ein leicht gewölbter Boden 114 der Ausnehmung 14A gebildet, wie die gestrichelte Linie in Fig. 4 zeigt. Im Verlauf der weiteren Abwärtsbewegung des Preßstempels. 40 wird die Wölbung 114' in den Boden der Ausnehmung eingedrückt, bis der Boden des fertig verformten Rohlings tine ebene Flache aufweist. Auf diese Weise wird auch hier r"^;e BiI-dung eines Lochs oder Spalts in der Mitte der Ausnehmung vermieden.

Die im Ausführungsbeispiel der Fig IU dargestellte Halbleitervorrichtung 210 oesitz' 'inen Sockel 212 mit t-mer Ausnehmung 214 auf der Ooei\eite zur Aufnahme eines Halbleiterelements 216 und einen Gcwindeschafl 218 an der Unterseite. Das Halbleiterelement 216 befindet sich innerhalb eines Mantels 234 auf einer Unterlage 236. der oben mit einer Deckplatte 220 abgeschlossen ist. Durch diese ist ein Anschluß 224 m.ü'-b der Durchfuhiung 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 ZJ6 und der ganzen Hainieitervorrichtup,i> im in ehe Ausnehmung 214 eingesetzt und dort m irgendeiner Weise befestigt. Da die Grundplatte aus verhältnismäßig dünnem schweißbarem Metall (z. B. Stahl) bestehen kann, setz! sie dem elektrischen Strom und dem ("> Wärmefluß von dem Halbleiterelement 216 /.um SoK kel 212 und von dort zum Chassis des b<^-tr.ffendi η Gerätes keinen nennenswerten Widerstand entge gen.

Fig. 11 bis 16 zeigen die einzelnen Schritte im Ver lauf des Preßvorganges des Sockels 212 fur die Halt Ieitervorrichtung210 nach Fig. 10. DaderSockel hiei aus einem einfachen Metallstuck besteht, fällt der w, bereitende Schritt des Frufernens der Deckschicht ge

maß Fig. 3 weg; die anderen Stadien stimmen mit denjenigen nach Fig. 2, 4, 5 und 6 überein. Es wird also ein Rohling 230 aus Kupfer durch Ausstanzen eines entsprechenden Blechs bereitgestellt (Fig. 11). Dieser Rohling 230 wird in die Preßform nach Fig. 8 bzw. Fig. 9 eingebracht, um dort nacheinander gemäß Fig. 12 bis 15 verformt zu werden. In der ersten Stufe wird der Rohling 230 so verformt, daß an seiner Oberseite eine verhältnismäßig flache Ausnehmung 214/1 entsteht, während an der Unterseite ein verhältnismäßig kurzer Schaftteil 218A ausgebildet wird (Fig. 12). In diesem Zeitpunkt hat sich jedoch bereits ein kleiner Vorsprung 314 oder eine Wölbung 314' in der Mitte des Bodens der Ausnehmung 214/4 gebildet. Im weiteren Verlauf der Verformung wird die Ausnehmung 214/4 tiefer und der Schaftteil 218/1 langer (Fig. 14),

wobei der Vorsprung 314 bzw. 314' in den Boden der Ausnehmung 214/1 eingedrückt wird. So wird der Rohling allmählich vollständig verformt, bis die Ausnehmung 214/4 die vorgeschriebene Tiefe und der Schaft 218/4 die gewünschte Länge erreicht hat (Fig. 14). Der fertig gepreßte Rohling, der kein Loch in der Mitte der Ausnehmung 214/4 aufweist, wird dann mit dem Sockelgewinde versehen, so daß sich schließlich gemäß Fig. 15 der fertige Socke! 212 ergibt, der mit der Ausnehmung 214 und dem Gewindeschaft 218 versehen ist. Anschließend kann die fertig zusammengebaute Halbleitervorrichtung 216 in die Ausnehmung 214 eingesetzt und dort verankert werden. Ein Loch oder Spalt in der Mitte der Ausneh-

»5 mung kann dank der getroffenen Gegenmaßnahmen nicht auftreten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Sockels aus Metall für ein Halbleiterbauelement, der eine Ausnehmung für das Halbleiterelement an der Oberseite und einen Gewindeschaft an der Unterseite aufweist, mittels spanloser Verformung eines Rohlings, bei dem in einem einzigen Preßvorgang der Rohling zunächst eine flache Ausnehmung und einen kurzen Schaftteil an der der Ausnehmung abgewandten Seite erhält und im weiteren Verlauf des Preßvorganges die Ausnehmung vertieft sowie der Schaft verlängert und schließlich das Gewinde in den Schaft eingewalzt wird, da- ¹S durch gekennzeichnet, daß während der Bildung der flachen Ausnehmung (14/4) ein Vorsprung (114) in der Mitte des Bodens derselben ausgebildet wird und daß beim Vertiefen der Ausnehmung (14A) dieser Vorsprung (114) in den Boden der Ausnehrr. ng (14/4) eingedrückt wird, so daß die Ausnehmung (14/4) einen ebt-nen Boden erhält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling (30) aus einem thermisch und elektrisch gut leitenden Metallstuck (32) besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallstück (32) mit einem Überzug (34) aus einem gut schweißbaren Metall ' ersehen ist und c" ß vor dem Preßvorgang der Überzug (34) im Bereich der zu bildenden Ausnehmung entfernt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, iadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (34) dt rch Stirnflachenfräsen entfernt wird.

5. Preßwerlczeug zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Matrize (38), in der ein Auswerfer (42) zentral verschiebbar ist, zur Aufnahme eines Rohlings (30) und mit einem Preßstempel (40), dadurch gekennzeichnet, daß in der Mittelbohrung (42/4) des Auswerfers (42) ein Auswerferstift (44) verschiebbar ist, der durch /^ürüCrvWCiCiiCn zu uCginn ucs ι rcuvorgsngso Platz für die Bildung des Vorsprunges (114) läßt.

6. Preßwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerfer (42) und der Auswerferstift (44) mit einer schwach konkaven Stirnseite ausgebildet sind