DE2432681C3

DE2432681C3 - Verfahren und Werkzeug zur Herstellung eines Sockels für ein Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE2432681C3
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: 1977-02-03

Description

Die Erfindung betrifft ein 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 weiterem Verlauf des Preßvorganges die Ausnehmung vertieft, sowie der Schaft verlängert und schließlich das Gewinde in den Schaft eingewalzt vrird. Ferner betrifft die Erfindung ein Preßwerkzeug zur Durchführung 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 erhält 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 Durchführung dieses Verfahrens verwendete Preßwerkzeug weist eine Matrize, in der ein Auswerfer zentral verschiebbar ist, und einen Preßstempel auf.

Es hat sich gezeigt, daß dieses Verfahren häufig zu Ausschuß führt; insbesondere wird die angelötete Molybdänauflage beim Preßvorgang oft gestaucht oder abgerissen. Wenn man die Molybdänauflage zunächst wegläßt und den Rohling ohne dieselbe verpreßt, kann man die Ursache dieser Erscheinungen erkennen: Beim Preßvorgang erfolgt die Bildung des Schaftes durch Materialfluß vom Umfang zur Mitte des Rohlings. Dadurch bildet sich im allgemeinen ein tiefes Loch auf der Oberseite des Rohlings, wie 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 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, 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 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß während der Bildung der flachen Ausnehmung ein Vorsprung in der Mitte des Bodens desselben ausgebildet wird und daß beim Vertiefen der Ausnehmung dieser Vorsprung in den Boden der Ausnehmung eingedrückt wird, so daß die Ausnehmung einen ebenen Boden erhält.

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

Im Verlauf eines einzigen Preßvorgangs wird der Rohling zunächst so verformt, 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 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 irläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Halbleitervorrichtung mit einem erfindungsgemäß hergestellten Sockel,

Figr 2 bis 7 Längsschnitte des Sockels nach Fig. 1 jjj, verschiedenen Herstellungsstadien,

Fig. 8 einen Längsschnitt eines hierzu geeigneten Preßwerkzeugs,

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

Fig. 10 die Schnittdarstellung einer Halbleitervorrichtung in anderer Ausführung mit einem ertndüngsgemäß 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 und in größerem Maßstab.

Die in Fig. 1 gezeigte Halbleitervorrichtung 10 besitzt einen Metallsockel 12 mit einer Ausnehmung 14 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 10 in einem passenden Gewindeioch eines Chassis und zur Ableitung der von der Halbleitervorrichtung erzeugten Wärme über das Chassis. Eine Abdeckung 20 ist mit dem Rand der Ausnehmung 14 verschweißt und mit einer Durchführung 22 versehen, von der eine Ader 24 zu dem Halbleiterelement 16 führt. Der Sockel besteht aus einem thermisch und elektrich gut leitendem Metallstück 26 und einem darauf befestigten Überzug 28 aus schweißbarem Metall. Die Abdeckung 20 ist mit dem Überzug 28 verschweißt.

Zur Herstellung des Sockels 12 wird von dem in Fig. 2 dargestellten Rohling 30 mit kreisförmigem Querschnitt ausgegangen, der durch Ausstanzen eines entsprechenden Bimetallblechs gewonnen wurde. Das Bimetallblech besteht aus einem thermisch und elektrisch gut leitenr * Hauptteil 32, z. B. aus Kupfer, mit verhältnismäßig großer Dicke und einem dünneren schweißbaren Überzug 34, z. B. aus einer Nickel-Kupfer-Legierung.

In einem vorbereitenden Schritt wird gemäß Fig. 3 der Überzug 34 in der Mitte bei 32a abgefräst, so daß das Grundmetall im Bereich der zukünftigen Ausnehmung freiliegt.

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

Im Verlauf der Abwärtsbewegung des Stempels 40 wird der in die Matrize 38 eingelegte Rohling 30 in der in Fig. 4 bis 6 dargestellten Weise verformt. Zunächst erhält der Rohling 30 eine verhältnismäßig flaehe Ausnehmung 14/1 auf einer Oberfläche und einen verhältnismäßig kurzen Schaftansatz ISA an der an-Oberfläche. In diesem Zeitpunkt wird ein kleiner Vorsprung 114 in der Mitte des Bodens der flachen Ausnehmung 14 A gebildet, weil der Auswerferstift 42 a momentan im Verhältnis zu dem Auswerferkolben 42 zurückgezogen ist, denn der Stift kann entgegen dem Druck seiner Feder elastisch nachgeben.

Im Verlauf der weiteren Abwärtsbewegung des Stempels 40 wird der Rohling 30 weiter verformt, so daß die Ausnehmung 14/4 zunehmend vertieft und der Schaft ISA zunehmend verlängert wird. Gleichzeitig wird der kleine Vorsprung 141 allmählich wieder eingeebnet und in den Boden der Ausnehmung 14/4 zurückgedrängt. Im letzten Abschnitt der Abwärtsbewegung des Stempels 40 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 114 vollständig eingeebnet, so daß die Ausnehmung 14 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 114 ausgefüllt, so daß die Bildung des gefürchteten Spaltes unterbleibt. Der fertig verformte Rohling 30' nach Fig. 6 hat einen sechseckigen Umriß.

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

Fig. 9 zeigt eine Abänderung des Preßwerkzeuges 36. In dieser Ausführungsform haben der Auswerferkolben 42 und der Auswerferstift 44 glatte, leicht konkave Stirnflächen 46. Dadurch wird beim Preßvorgang zunächst ein leicht gewölbter Boden 114' der Ausnehmung 14 A gebildet, wie die gestrichene 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 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. 10 dargestellte Halbleitervorrichtung 210 besitzt einen Sockel 212 mit einer Ausnehmung 214 auf der Oberseite zur Aufnahme eines Halbleiterelements 216 ur.d einen Gewindeschaft 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 mittels der Durchfüh.ung 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 eingesetzt und dort in irgendeiner Weise befestigt. Da die Grundplatte aus verhältnismäßigdünnem schweißbarem Metall (z. B. Stahl) bestehen kann, setzt sie dem elektrischen Strom und dem W ärmefluß von dem Halbleiterelement 216 zum Sokkel 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 210 nach Fig. 10. Da dsr Sockel hier aus einem einfachen Metallstück besteht, fällt der vorbereitende Schritt des Entfernens 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 A entsteht, während an der Unterseite ein verhältnismäßig kurzer Schaftteil 21SA 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 214j4 gebildet. Im weiteren Verlauf der Verformung wird die Ausnehmung 214A tiefer und der Schaftteil 218A länger (Fig. 14), wobei der Vorsprung 314 bzw. 314' in den Boden der Ausnehmung 214A eingedrückt wird. So wird der Rohling allmählich vollständig verformt, bis die Ausnehmung 214A die vorgeschriebene Tiefe und der Schaft 21SA die gewünschte Länge erreicht hat (Fig. 14). Der fertig gepreßte Rohling, der kein Loch in der Mitte der Ausnehmung 214A aufweist, wird dann mit dem Sockelgewinde versehen, so daß sich schließlich gemäß Fig. 15 der fertige Sockel 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 Ausnehmung kann dank der getroffenen Gegenmaßnahmen nicht auftreten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

vjL 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 Ilachen Ausnehmung (14 A) ein Vorsprung (114) in der Mitte des Bodens derselben a usgebildet wird und daß beim Vertiefen der Ausnehmung (14.4) dieser Vorsprung (1.14) in den ^ao Boden der Ausnehmung (14.4) eingedrückt wird, so daß die Ausnehmung (14/1) einen ebenen Boden erhält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling (30) aus einem ^a5 thermisch und elektrisch gut leitenden Metallstück (32) besteht.
3. Verfahren, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mietallstück (32) mit einem Überzug (34) aus einem gut schweißbaren Metall versehen ist und daß vor dem Preßvorgang der Überzug (34) im Bereich der zu bildenden Ausnehmung entfeirnt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (34) durch Stirnflächenfräsen entfernt wird.
5. Preßwerksieug 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 Mittelbollrung (42Λ) des Auswerfers (42) ein Auswerferstif t (44) verschiebbar ist, der durch Zurückweichen zu Beginn des Preßvorganges Platz für die Billdung des Vorsprunge» (114) läßt.
6. Preßwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerfer (42) und der Auswerferstift (44) mit einer schwach konkaven Stirnseite ausgeoildet sind.

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