DE1111740B

DE1111740B - Verfahren zum Verschweissen von vakuum-dichten Gehaeusen fuer Transistoren oder andere Halbleitergeraete

Info

Publication number: DE1111740B
Application number: DES42556A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Heinz Henker; Dipl-Phys Dr Franz Kerkhoff
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1955-02-03
Filing date: 1955-02-03
Publication date: 1961-07-27

Description

'erfahren zum Verschweißen von vakuumdichten Gehäusen für Transistoren oder andere Halbleitergeräte Bekanntlich müssen hochwertige Halbleitergeräte, besonders solche mit pn-Übergängen, beispielsweise Richtleiter; Transistoren oder Fotozellen, sorgfältig vor den Einflüssen der Feuchtigkeit geschützt werden. Aus diesem Grunde werden derartige Anordnungen in vakuumdichte Gehäuse eingebaut. Solche Gehäuse bestehen entweder völlig aus Glas oder Metall oder aus einem Metallgehäuse, das mit einem Glasfuß, bzw. umgekehrt einem Glasgehäuse, das mit einem Metallfuß verschlossen ist. Die Gehäuse wurden bisher in bekannter Weise entweder verlötet, verschweißt oder verschmolzen, z. B. unter Anwendung von Hochfrequenz oder von Verbrennungsgasen. Es hat sich jedoch bei den der Erfindung zugrunde liegenden Untersuchungen bei Verbrennungsgasen herausgestellt, daß auch bei sorgfältigem Vorgehen in einem klimatisierten Raum dadurch Feuchtigkeit in das Innere eines Gehäuses dringt, daß sich aus den Verbrennungsgasen der Löt- oder Schweißflamme Wasserdampf bildet, welcher zum Teil in das Gehäuse eindringt und in diesem verbleibt. Diese Feuchtigkeit schlägt sich dann bevorzugt an der Oberfläche von Halbleiterkristallen mit pn-Übergängen nieder und beeinflußt die Wirkungsweise der pn-Übergänge in unerwünschter Weise.
Dieser Nachteil wird aber bei einem bekannten Verfahren zum Verschweißen von Glasgehäusen der Halbleitervorrichtungen vermieden, bei dem das zu verschweißende Gehäuse durch die Wärmestrahlung einer von einem elektrischen Strom durchflossenen Heizspule erhitzt wird. Bei diesem Verfahren erfolgt jedoch die Aufheizung verhältnismäßig langsam und ist außerdem nur schwierig auf die Verschlußzone konzentrierbar, so daß sich auch die übrige Anordnung, insbesondere auch die Halbleitervorrichtung selbst, in unerwünschtem Maße stark erhitzen kann. Insbesondere gilt dies, wenn mindestens ein Teil des Gehäuses aus einem Stoff mit hohem Wärmeleitvermögen, z. B. einem Metall, besteht.
Demgegenüber hat eine Schweißflamme den Vorteil, daß sie leicht auf die Verschlußstelle konzentriert werden kann und außerdem eine sehr rasche lokale Aufheizung bewirkt. Die jedoch bei den üblichen Schweißflammen, insbesondere auch wegen ihrer hohen Heizwirkung verwendete Wasserstoff-bzw. Knallgasflamme führt jedoch, wie gesagt, zum Auftreten unerwünschter Feuchtigkeit.
Um die wesentlichen Vorteile der Flamme, nämlich die hohe lokale Hitzeentwicklung, die geringen Wärmeverluste und die leichte Konzentrierbarkeit auf die Verschlußstelle beizubehalten, andererseits jedoch den geschilderten Nachteil der üblich verwendeten Flammen auszuschalten, wird gemäß der Erfindung bei einem Verfahren zum Verschweißen von vakuumdichten Gehäusen für Transistoren oder andere Halbleitergeräte vorgeschlagen, daß die Erhitzung durch eine wasserstofffreie und wasserdampffreie Flamme erfolgt.
Nach einer anderen Ausführung der Erfindung werden an Stelle einer Flamme erhitzte neutrale Gase, z. B. getrocknete Luft, Stickstoff, vorzugsweise ein Edelgas, beispielsweise Argon, gegebenenfalls unter Überdruck, gegen die Verschlußzone des Gehäuses geblasen, was z. B. dadurch geschieht, daß man das betreffende Gas, z. B. Argon, durch ein System erhitzter Rohre leitet und mittels einer Düse gegen die zu erhitzende Stelle strömen läßt.
Die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung kann z. B. erfolgen, indem statt des sonst üblichen Knallgases oder Leuchtgases wasserstofffreies und wasserdampffreies Kohlenmonoxyd zu Kohlendioxyd in Sauerstoff verbrannt wird. Wenn auch der Heizwert einer solchen Flamme etwas kleiner als der einer Wasserstoff- oder Knallgasflamme ist, so ist er doch bei weitem ausreichend, um in fast allen Fällen den beabsichtigten Verschweißungsvorgang durchführen zu können. Gemäß einer besonderen Ausbildung kann zur Erwärmung der Verschlußnaht atomarer Stickstoff verwendet werden, der beispielsweise mittels eines in Stickstoff oder extrem getrockneter Luft brennenden elektrischen Lichtbogens erzeugt werden kann; dabei können die Flammengase des Lichtbogens mittels eines Blasmagneten gegen die Verschlußzone des Gehäuses geblasen werden. Die mit einem Strahl atomaren Stickstoffes erzielbare Wärmeentwicklung ist außerordentlich hoch.
Da die restlose Entfernung des Wasserstoffes oder der Feuchtigkeit sehr schwierig ist, empfiehlt es sich, zur Sicherheit die übrigen Gehäuseteile auf eine über dem Siedepunkt des Wassers liegende Temperatur vorzuwärmen und während des Verschlußvorganges auf dieser Temperatur zu halten. Dies kann z. B. durch Anblasen oder Umspülen mit heißer, trockener Atmosphäre, vorzugsweise Stickstoff geschehen, wodurch eine Kondensation eventuell vorhandener oder neugebildeter Feuchtigkeit, die sonst an den kalten Bauteilen im Innern des Gehäuses stattfinden könnte, wenn in der Wärmequelle oder in deren Nähe unbeabsichtigterweise doch noch Wasserstoff oder Wasserdampf vorhanden ist, vermieden wird. Die zusätzliche Erwärmung der übrigen Gehäuseteile darf natürlich nicht zu einer Beeinträchtigung der Halbleitervorrichtung führen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Verschweißen von vakuumdichten Gehäusen für Transistoren oder andere Halbleitergeräte, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung durch eine wasserstofffreie und wasserdampffreie Flamme erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nötige Wärmemenge durch Verbrennen von Kohlenmonoxyd in Sauerstoff zu Kohlendioxyd- erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rekombinationswärme atomaren Stickstoffs ausgenutzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammengase eines Lichtbogens mittels eines Blasmagneten gegen die Verschlußzone des Gehäuses geblasen werden.
5. Verfahren zum Verschweißen von vakuumdichten Gehäusen für Transistoren oder andere Halbleitergeräte, dadurch gekennzeichnet, daß erhitzte neutrale Gase, z. B. getrocknete Luft, Stickstoff, vorzugsweise ein Edelgas, beispielsweise Argon, gegebenenfalls unter Überdruck gegen die Verschlußzone des Gehäuses geblasen werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die übrigen Gehäuseteile auf eine über dem Siedepunkt des Wassers liegende Temperatur vorgewärmt und während des Verschlußvorganges auf ihr gehalten werden. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 592 683; belgische Patentschrift Nr. 502 229; Espe und Kn o I l : »Werkstoffkunde der Hochvakuumtechnik«, 1936, S. 141 bis 143.