DE3001456A1

DE3001456A1 - Hermetisch dichter abschluss fuer behaelter fuer halbleiteranordnungen

Info

Publication number: DE3001456A1
Application number: DE19803001456
Authority: DE
Inventors: Norman Hascoe
Original assignee: Individual
Current assignee: Allied Corp
Priority date: 1979-01-19
Filing date: 1980-01-14
Publication date: 1980-07-31
Also published as: US4192433A; JPS5598845A

Description

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Norman Hascoe, Larchmont, New York, V. St. A.

Hermetisch dichter Abschluß für Behälter für Halbleiteranordnungen

Die vorliegende Erfindung betrifft das hermetisch dichte Verschließen von Behältern.

Der hermetisch abschließende Verschluß nach der vorliegenden Erfindung ist besonders nützlich zum Verschließen eines Behälters, der eine oder mehrere Halbleiteranordnungen wie bspw. integrierte Schaltkreise enthält, die vor der Umluft zu schützen sind.

Bei der Herstellung von Halbleiter-Anordnungen muß der Behälter, in dem die aktivö Halbleiteranordnung sich befindet - gewöhnlich ein Hohlraum in einem Metall- oder Keramikkörper - hermetisch dicht abgeschlossen werden. Zu diesen Zweck hat man bisher einen Metalldeckel und einen vorgeformten Ring aus Lotmetall

verwendet. Nach der derzeitigen Praxis befestigt man den Lotmetallring

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am Verschlußdeckel, setzt die entstandene Einheit auf dem Behälter der Halbleiteranordnung auf und erwärmt, um den Lotring zu schmelzen und am Deckel und am Behälter festzulegen, wie in den US-PSn 3 823 468 und 3 874 549 beschrieben.

Bei diesem Verfahren zum Herstellen hermetisch nicht abgeschlossener Halbleiterverpackungen war es bisher üblich, einen Lotring aus einer eutektischen Legierung aus im wesentlichen 8o % Gold und 2o % Zinn zu verwenden, die infolge ihres hohen Schmelzpunkts von etwa 28o°C und ihrer hohen Zugfestigkeit vorteilhaft ist, die verhindert, daß der Verschluß sich infolge von Stoßen oder rauher Behandlung der Halbleitereinheit öffnet. Während diese Lotringe im Gebrauch sehr zufriedenstellend sind, hat der derzeitige Preisanstieg für Gold sie sehr teuer gemacht.

Nach einer Abänderung dieser Praxis, die eingeführt wurde, um Einsparungen zu erzielen, und die industriell akzeptiert worden ist, verwendet man einen vernickelten Metalldeckel mit einem daran angebrachten Vorformring aus einem chemisch im wesentlichen nicht umgesetzten Kunststoff wie bspw. einem Epoxyharz, wie in der US-PS 4 Io9 818 beschrieben. Der wesentliche Vorteil dieses Kunststoff-Vorformrings ist die äußerst gute Haftung, die sich zwischen dem Deckel und dem den Hohlraum abschließenden Ring der Halbleiteranordnung erreichen läßt. Genau

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genommen läßt sich der mit einem solchen Vorformring hergestellte Abschluß nicht als tatsächlich hermetisch betrachten. Bspw. erreicht man mit einem Lotring aus Gold-Zinn-Eutektikum einen hermetischen Abschluß bei einer Leckrate von nicht mehr

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als 1 χ lo~ cm Helium pro Sekunde bei einem Druckunterschied von größenordnungsmäßig einer Atmosphäre über der Dichtung, während die Kunststoffverschlußringe gewöhnlich nur bis zu

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einer Leckrate von 1 χ lo~ cm Helium pro Sekunde garantiert werden. In einigen Anwendungen ist diese höhere Leckrate tragbar; für andere muß jedoch eine Leckrate von 1 χ lo~ cm Helium pro Sekunde erreicht werden.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einari neuartigen und verbesserten, hermetisch dichten Verschluß für einen Behälter für Halbleiteranordnungen anzugeben, der die überlegenen Hafteigenschaften eines Kunststoff-Dichtrings mit den überlegenen Abschlußeigenschaften eines Metall-Lotrings vereint. '

Nach der vorliegenden Erfindung weist eine Verschlußeinheit zum hermetisch dichten Abschließen eines Behälters für eine Halbleiteranordnung ein Deckelelement aus Metall, einen vorgeformten Ring aus einem chemisch im wesentlichen nicht umgesetzten wärmehärtenden Kunststoff und einem vorgeformten Ring aus einer Legierung auf, die Eigenschaften derart, daß sie aus dem fließfähigen Zustand als homogene Mischung verfestigt, sowie einen verhältnismäßig dünnen oxidationshemmenden Überzug

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aufweist. Einer der Ringe wird dabei im wesentlichen mit der Außenkontur des Deckelelements, der andere innerhalb des einen angeordnet. Beim Erwärmen der Abdeckeinheit schmelzen die beiden Ringe aneinander und am Abdeckelement an.

Die Erfindung soll nun mit weiteren Zielen und Vorteilen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden.

Fig. 1 ist eine Perspektivdarstellung eines hermetisch abschließenden Verschlusses nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist ein Schnitt durch den Verschluß nach der vorliegenden Erfindung auf der Ebene 2-2; der Fig. 1;

Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung einer modifizierten Form einer hermetisch abschließenden Verschlußeinheit nach der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 1 und 2 der Zeichnung zeigen eine Abdeckeinheit zum hermetisch dichten Abschließen eines Behälters für eine Halbleiteranordnung mit einem Abdeckelement Io aus Metall sowie einem vorgeformten Ring 11, der im wesentlichen aus chemisch im wesentlichen nicht umgesetztem wärmehärtenden Kunststoff wie ein Epoxyharz besteht und der im wesentlichen mit der

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Umrißkontur des Abdeckelements Io ausgerichtet ist. Der teilweise gehärtete Epoxyring 11 ist außen noch klebrig, so daß er am Abdeckelement Io haftet.

Die Abdeckeinheit nach der Fig. 1 weist weiterhin einen vorgeformten Ring 12 aus einer Metallegierung mit Eigenschaften derart auf, daß sie aus dem fließfähigen Zustand als homogene Mischung erstarrt; diese Legierung besteht aus 6o - 66 % Zinn und 4o - 34 % Blei, vorzugsweise aus 63 % Zinn und 37 % Blei. Der Metallegierungsring 12 ist mit einer verhältnismäßig dünnen oxidationshemmenden Beschichtung versehen, die vorzugsweise aus einer Legierung aus etwa 96,5 % Zinn und 3,5 % Silber besteht. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist der Metallegierungsring 12 dicht in den Kunststoffringll eingesetzt. Der Metall-Jsjierungsring ist am Abdeckelement durch Aufpunkten an mehreren beabstandeten Stellen befestigt, wie in der genannten US-PS 3 874 549 beschrieben.

Die Fig. 3 zeigt eine modifizierte Form der Erfindung, bei der sowohl der Kunststoffring 11a und der Metallegierungsring 12a im Querschnitt kreisrund sind und in der die Reihenfolge des Metallegierungsrings und des Kunststoffrings umgekehrt ist, d.h. der Kunststoffring befindet sich im Innenraum des Metalllegierungsrings .

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Bei den oben beschriebenen Abdeckeinheiten hat der Metalllegierungsring 12 bzw. 12a Eigenschaften derart) daß er kein Flußmittel benötigt, wenn der Abschluß in einer reduzierenden oder neutralen (Stickstoff-)Atmosphäre hergestellt wird. Weiterhin hat der Metallegierungsring eine Verschlußtemperatur ("sealing temperature"), die fast bei der Härtetemperatur des vorgeformten Kunststoffrings 11 bzw. lla aus Epoxyharz liegt; diese Härtetemperatur liegt zwischen 17o und 21o°C. Der Legierungsring Έ bzw. 12a schmilzt bei 18o°C, wobei die Zinnbeschichtung schmilzt und die Oberfläche des Abdeckelements Io und den Verschlu^ing der Keramik- oder Metallpackung benetzt, die verschlossen werden soll. Mit dem zinn-silber-beschichteten Lotring 12 bzw. 12a aus Zinn-Biei-Eutektikum läßt sich eine Gold-, Silber- oder Zinnbeschichtung auf dem Abdeckelement Io und dem Verschlussring der Halbleiterpackung gut einsetzen.

Die Verwendung von zwei Verschlußringen ergibt einen hermetisch dichten Abschluß, infolge des Metallegierungsrings 12, 12a und einen hochzuverlassigen Abschluß infolge der überlegenen Hafteigenschaften des Verschlußrings 11, lla aus Epoxykunststoff. Auf die angegebene Weise sind Halbleiteranordnungen verschlossen worden, die die erforderliche ,Leckrate von we-

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nigerals 1 χ Io cm Helium pro Sekunde bei allen geforderten Umweltbedingungen zeigten.

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Ordnet man den Kunststoff-Dichtring außerhalb des Metalllegierungsrings an, erhält man als zweiten Vorteil, daß der Metallring nach dem dichten Verschließen der Halbleiteranordnung nicht mehr korrodieren kann. Der Dichtring aus Epoxykunststoff wirkt als Sperre gegen die meisten aggressiven chemischen Substanzen und verhindert, daß der Zinn-Blei-Ring oxidiert oder von aktiven Chemikalien angegriffen wird.

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Claims

Patentansprüche

1. Abdeckeinheit zum hermetisch dichten Abschließen eines Behälters für eine Halbleiteranordnung, gekennzeichnet durch ein Abdeckelement (lo) aus Metall, einen vorgeformten Ring (11) aus einem chemisch im wesentlichen nicht umgesetzten wärmehärtenden Kunststoff und einem vorgeformten Ring (12) aus einer Legierung mit Eigenschaften derart, daß sie aus dem fließfähigen Zustand als homogene Mischung erstarrt, und mit einer verhältnismäßig dünnen oxidationshemmenden Beschichtung, wobei einer der Ringe im wesentlichen mit dem Umriß des Abdeckelements ausgerichtet und der jeweils andere Ring innerhalb des einen Rings angeordnet sind, und beim Erwärmen der Abdeckeinheit die beiden Ringe aneinander und an dem Abdeckeiement anschmelzen.

2. Abdeckeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung des Rings aus 6o bis 66 % Zinn und 4o bis 34 % Blei besteht.

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3. Abdeckeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung des Rings aus etwa 63 % Zinn und 37 % Blei besteht.

4. Abdeckeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oxidationshemmende Schicht auf den Legierungsring aufplattiert ("clad") ist.

5. Abdeckeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß es sich bei der oxidationshemmenden Schicht um eine Legierung aus etwa 96,5 % Zinn und 3,5 % Silber handelt.

6. Abdeekeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Legierungsring innerhalb des Kunststoffrings angeordnet ist.

7. Abdeekeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffring innerhalb des Legierungsrings angeordnet ist.

8. Abdeekeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Ringe einen rechteckigen Querschnitt hat.

9. Abdeekeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Rhge einen kreisrunden Querschnitt hat.

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