DE2649343A1 - Vorrichtung und verfahren zur herstellung eines traegers fuer ein halbleiterbauelement - Google Patents
Vorrichtung und verfahren zur herstellung eines traegers fuer ein halbleiterbauelementInfo
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Description
Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Trägers für ein Halbleiterbauelement.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein Formwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens zum Herstellen
eines Trägers für ein Halbleiterbauelement, der aus einer thermisch und elektrisch gut leitenden unteren Schicht
und einer für die elektrische Widerstandsschweißung gut geeigneten oberen Schicht besteht, wobei an der oberen
Fläche des Trägers eine zylindrische und senkrecht stehende Wandung ausgeformt ist, die eine Drückvorrichtung zum Andrücken
des Halbleiterelementes an eine Kontaktfläche des Trägers aufnimmt, und wobei an der oberen Fläche ein ringförmiger
Vorsprung aus schweißbarem Material ausgebildet ist, der zum Anschweißen eines das Halbleiterelement abdeckenden
Schutzkappe dient, und wobei weiterhin an der unteren Fläche des Trägers ein Zapfen ausgebildet ist,
an dem später ein Gewinde eingeschnitten oder eingerollt wird.
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Bei den Trägern dieses Typs wird das Halbleiterelement durch Druckkräfte auf der Kontaktfläche festgehalten.
Die Träger werden aus zwei Bauteilen zusammengelötet. Der erste Bauteil ist aus einem Material mit guter
elektrischer und thermischer Leitfähigkeit, z.B. Kupfer,
geformt. Er besteht aus einem Basiskörper und einem an der Unterfläche desselben angeformten Zapfen, der auf
der Unterfläche senkrecht steht. Der zweite Bauteil besteht
aus einem gut schweißbaren Material, wie z.B. Stahl, und besitzt einen ringförmigen Vorsprung an
seiner Oberfläche. Der ringförmige Vorsprung ist in der Regel gedreht bzw. angeschnitten. Weiterhin besitzt
der zweite Bauteil eine zylindrische Wandung, die senkrecht an diesem Bauteil angeformt ist. Beide Bauteile
sind in der Regel vermittels Silberlot miteinander verlötet. Es ist ersichtlich, daß zur Herstellung eines
solchen bekannten Trägers mehrere Herstellungsschritte erforderlich sind, die mindestens das Extrudieren des
ersten Bauteiles, das Drehen des zweiten Bauteiles und den Lötvorgang umfassen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen,
mit dem Träger des genannten Typs einfacher und kostengünstiger
herzustellen sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,
daß zunächst ein Metallrohling mit einer unteren, relativ dicken Schicht aus thermisch und elektrisch gut leitendem
Material und mit einer oberen, relativ dünnen, ringförmig ausgebildeten Schicht aus einer Kupfer-Nickel-Legierung
hergestellt wird, und daß sodann aus der oberen Schicht des Metallrohlings der ringförmige Vorsprung und aus der
unteren Schicht die zylindrische Wandung sowie der Zapfen ausgeformt wird.
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Der Metallrohling wird zweckmaßxgerweise als Verbundwerkstoff
zweischichtig hergestellt, wobei dann durch Entfernen eines Teiles der oberen Schicht die obere
Schicht in der gewünschten Weise ringförmig ausgebildet wird. Andererseits kann der Metallrohling natürlich auch
durch Verlöten zweier Schichten vermittels Silberlot hergestellt werden. Da die obere Schicht aus einer
Kupfer-Nickel-Legierung besteht, wird in jedem Fall eine dauerhafte, feste Verbindung zwischen den Schichten
erreicht. Es muß hervorgehoben werden, daß die Verwendung einer Kupfer-Nickel-Legierung bisher nicht bekannt war,
daß sie sich aber vorzüglich für die Herstellung solcher Träger eignet, da sie sowohl extrudierbar bzw. formbar
als auch schweißbar ist und da zudem das Silber des Lot—
mittels die Neigung hat, in die Kupfer-Nickel-Legierung
einzudringen, so daß eine feste Verbindung entsteht.
Eine vorteilhafte Ausführung des Verfahrens sieht vor, daß beim Extrudieren bzw. Ausformen des Metallrohlings
zugleich auch aus der unteren Schicht ein vorspringender Teil zum Aufsetzen des Halbleiterelementes ausgeformt
wird.
Das erfindungsgemäße Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens besitzt im wesentlichen eine obere Werkzeughälfte
mit einer Bohrung zur Aufnahme des Metallrohlings, der mit nach unten weisender oberer Schicht eingesetzt wird. Die
untere Werkzeughälfte besitzt eine erste Formgebung zum
Ausformen des ringförmigen Vorsprungs und eine zweite Formgebung zum Ausformen der zylindrischen Wandung.
Weiterhin besitzt das Werkzeug ein Locheisen, das mit einer Hohlbohrung zum Ausformen des Gewindezapfens des
Trägers versehen ist. Das Locheisen greift beim Schließen des,Werkzeuges in die Bohrung der oberen Werkzeughälfte
ein. Eine zweckmäßige Ausfuhrungsform des Werkzeuges sieht
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vor, daß die untere Werkzeughälfte zusätzlich einen Hohlraum zum Ausformen eines vorspringenden Teiles
für die Anlage des Halbleiterelementes an dem Träger
besitzt, wobei sich der Hohlraum innerhalb der zweiten Formgebung zum Ausformen der zylindrischen Wandung befindet
und durch einen Stößel gebildet ist, der bewegbar in einer Führungshülse gelagert ist, die sich
durch die untere Werkzeughälfte hindurcherstreckt. Der Stößel dient zugleich zum Auswerfen des fertig gepreßten
bzw. ausgeformten Trägers.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. IA u. IB einen Querschnitt durch einen vorbereiteten
Metallrohling,
Fig. 2A- 2C einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform
eines vorbereiteten Metallrohlings,
Fig. 3 in vergrößerter Darstellung einen Querschnitt
durch einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigten Träger,
Fig. 4A u. 4B zwei verschiedene Möglichkeiten der Befestigung einer Drückvorrichtung innerhalb
der zylindrischen Wandung des Trägers,
Fig. 5 . einen Querschnitt durch ein Formwerkzeug
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In den Figuren 1 und 2 sind zwei Metallrohlinge 10 bzw. 10' dargestellt. Jeder dieser Metallrohlinge
kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren weiterverarbeitet werden. Der Metallrohling 10 gemäß Fig. 1
ist durch Ausstanzen aus einem Metallstreifen entstanden, der als Verbundwerkstoff hergestellt ist, beispielsweise
plattiert. Er besitzt eine untere Metallschicht 12 aus einem elektrisch und thermisch gut leitfähigem Material,
wie z.B. Kupfer oder einer Zirkon-Kupfer-Legierung. Diese untere Schicht besitzt eine relativ große Dicke.
Die obere Metallschicht 14 ist hingegen relativ dünn ausgeführt. Sie besteht aus einem schweißfähigen und formbaren
Material, z.B. einer Nickelkupferlegierung. Von dem Metallrohling 10 ist die obere Schicht in einem
zentralen Bereich entfernt, wodurch die Oberfläche der unteren Schicht 12 zum Vorschein kommt, wie dies in
Fig. IB dargestellt ist.
Bei dem Metallrohling 10' gemäß Fig. 2 sind ebenfalls
eine untere, dickere Schicht 12· und eine obere, dünnere
Schicht 14' vorhanden. Die verwendeten Materialien entsprechen denen der Schichten 12 und 14 des Metallrohlings 10,
jedoch sind die beiden Schichten 12· und 14' im Gegensatz zu dem Metallrohling 10 (Fig. 1) vermittels Silberlot miteinander
verbunden. In Fig. 2B ist dargestellt, daß die untere Schicht 12' mit einem vorspringenden Teil 12'a
versehen sein kann, der von der oberen Schicht 14· umgriffen wird, so daß die Oberflächen der unteren und
oberen Schichten 12· und 14* miteinander bündig abschließen.
Der auf diese Weise hergestellte Metallrohling 10 oder 10' wird dann in das Formwerkzeug 20 gemäß Fig. 5 eingelegt.
Das Formwerkzeug 20 besitzt eine obere Werkzeughälfte 22
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•t
mit einer Ausnehmung oder Bohrung 22a zur Aufnahme des
Metallrohlings 10 oder 10'. Der Metallrohling ist, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist, in umgekehrter Weise in
das Formwerkzeug eingelegt, d.h. mit nach unten weisender oberer Schicht. Die untere Werkzeughälfte 24 besitzt
eine erste Formgebung 24a zum Ausformen des ringförmigen Vorsprunges und eine zweite Formgebung 24b zum
Ausformen der zylindrischen Wandung. Weiterhin ist die untere Werkzeughälfte 24 mit einer Bohrung 26 zum Einsetzen
einer Ausstoßvorrichtung 28, 30 versehen. Im einzelnen handelt es sich um eine Führungshülse 28, in
der ein Stößel 30 gleitbar gelagert ist, so daß vermittels
des Stößels das fertige Werkstück aus dem Werkzeug ausgestoßen werden kann. Aus Fig. 5 ist ersichtlich,
daß der Stößel 30 gegenüber dem Ende der Führungshülse 28 etwas zurückgezogen positioniert ist, wodurch
ein Hohlraum entsteht, der mit der Bezugsziffer 30a versehen ist.
Weiterhin besitzt das Formwerkzeug ein Locheisen 32 mit einer Hohlbohrung 3 2a, die zum Ausformen des Zapfens 46
an dem Träger dient. Dieses Locheisen ist in vertikaler Richtung gemäß der Darstellung bewegbar und wird in die
Bohrung 22a in der oberen Werkzeughälfte 22 beim Extrusionsvorgang
eingestoßen. Das Locheisen 32 kann zu diesem Zweck mit dem Stempel (nicht dargestellt) einer Presse verbunden
sein. In Fig. 5 ist in das Formwerkzeug 20 ein Metallrohling 10 gemäß Fig. 1 eingesetzt.
Bei geschlossenem Formwerkzeug wird das Locheisen 32 von
oben in die obere Werkzeughälfte 22 eingeführt und nach unten gedrückt. Der Metallrohling 10 wird verformt und
es entsteht der in Fig. 3 dargestellte Träger 40. Beim Verformen des Metallrohlings wird das schweißbare Nickelkupfer
der oberen Metallschicht 14 extrudiert bzw. in
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den ersten Hohlraum 24a in der unteren Werkzeughälfte
eingedrückt, wodurch der ringförmige Vorsprung 42 an der oberen Metallschicht 14 entsteht. Zur gleichen Zeit wird
das elektrisch und thermisch gut leitfähige Material der unteren Metallschicht 12 extrudiert und in den zweiten
Hohlraum 24b in der unteren Werkzeughälfte 24 eingedrückt, wodurch die Zylinderwand 44 entsteht, die zur
Aufnahme und zum Festhalten der Drückvorrichtung benötigt wird, wie dies später noch beschrieben ist.
Weiterhin wird zur gleichen Zeit der Zapfen 46 ausgeformt, indem das Material der zweiten Schicht in die
Hohlbohrung 32a des Locheisens 32 eingedrückt bzw. extrudiert wird. Zugleich wird auch der vorspringende
Teil 48 aus dem Material der unteren Metallschicht 12 ausgeformt, indem das Material in den Hohlraum 30a der
Ausstoßvorrichtung 28 eindringt. Dieser vorspringende Teil 48 dient zur Anlage bzw. Auflage für ein Halbleiterelement.
Danach braucht lediglich noch der Zapfen 46 des Trägers 40 mit einem Gewinde versehen werden, woraufhin
dann der Träger komplett fertiggestellt ist.
In der Fig. 4A ist die Drückvorrichtung 50 zum Festhalten
des Halbleiterelementes näher gezeigt, die z.B. in Form eines flachen Ringes ausgeführt sein kann, der
unter einer Sicke 44a in der Zylinderwandung 44 festgelegt ist. Die Sicke kann leicht durch diametrales und
nach innen gerichtetes Eindrücken der Zylinderwandung im Bereich ihres oberen Endes hergestellt werden. Unterhalb
des Ringes 50 ist eine Spiralfeder 52 angeordnet, die das Halbleiterelement auf den vorspringenden Teil
des Trägers drückt. Hierzu können geeignete Klemmstücke zum Festhalten des Halbleiterelementes benutzt werden.
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Alternativ kann der Ring 50 zum Festsetzen der Druckfeder auch in eine Nut 44b eingesetzt sein, die in die
Zylinderwandung 44 eingeschnitten ist, wie dies Fig. 4B
darstellt. Abschließend wird dann eine Schutzkappe (nicht dargestellt) mit dem ringförmigen Vorsprung 42 des
Trägers verschweißt.
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Leerseite
Claims (6)
- Ansprüche.J Verfahren zum Herstellen eines Trägers für ein Halbleiterbauelement, der aus einer thermisch und elektrisch gut leitenden unteren Schicht und einer für die elektrische Widerstandsschweißung gut geeigneten oberen Schicht besteht, wobei an der oberen Fläche des Trägers eine zylindrische und senkrecht stehende Wandung ausgeformt ist, die eine Drückvorrichtung zum Andrücken des Halbleiterelementes an eine Kontaktfläche des Trägers aufnimmt, und wobei an der oberen Fläche ein ringförmiger Vorsprung aus schweißbarem Material ausgebildet ist, der zum Anschweißen einer das Halbleiterelement abdeckenden Schutzkappe dient, und wobei weiterhin an der unteren Fläche des Trägers ein Zapfen ausgebildet ist, an dem später ein Gewinde eingeschnitten oder eingerollt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein Metallrohling mit einer unteren, relativ dicken Schicht aus thermisch und elektrisch gut leitendem Material und mit einer oberen relativ dünnen, ringförmig ausgebildeten Schicht aus einer Kupfer-Nickel-Legierung hergestellt wird, und daß sodann aus der oberen Schicht des Metall rohlings der ringförmige Vorsprung und aus der unteren Schicht die zylindrische Wandung sowie der Zapfen ausgeformt wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallrohling als Verbundwerkstoff zweischichtig hergestellt wird und daß durch Entfernen eines Teiles der oberen Schicht die obere Schicht ringförmig ausgebildet wird.709826/0659ORlQlNAL- JKf-
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere, ringförmig ausgebildete Schicht auf der unteren Schicht mit einem Silberlot aufgelötet wird.
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Extrudieren bzw. Ausformen des Metallrohlings zugleich auch aus der unteren Schicht ein vorspringender Teil zum Aufsetzen des Halbleiterelementes ausgeformt wird.
- 5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Schicht mit einem kreisrunden vorspringenden Teil ausgebildet ist, auf den die obere Schicht aufgesteckt wird, wobei die Oberflächen beider Schichten bündig miteinander abschließen.
- 6. Formwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine obere Werkzeughälfte (22) mit einer Bohrung zur Aufnahme des Metallrohlings (10,1O1) mit nach unten weisender oberer Schicht (14), eine untere Werkzeughälfte (24) mit einer ersten Formgebung (24a) zum Ausformen des ringförmigen Vorsprungs und mit einer zweiten Formgebung (24b) zum Ausformen der zylindrischen Wandung, ein Locheisen (32) mit einer Hohlbohrung (32a) zum Ausformen des Gewindezapfens, wobei das Locheisen beim Schließen des Werkzeuges in die Bohrung in der oberen Werkzeughälfte (22) eingreift.709826/0659- Atf -1 a.Formwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Werkzeughälfte (24) zusätzlich einen Hohlraum zum Ausformen eines vorspringenden Teils für die Anlage des Halbleiterelementes besitzt, wobei sich der Hohlraum innerhalb der zweiten Formgebung (24b) zum Ausformen der zylindrischen Wandung befindet und durch einen Stößel (30) gebildet ist, der bewegbar in einer Führungshülse (28) gelagert ist, die sich durch die untere Werkzeughälfte (24) hindurcherstreckt.709826/0659
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