DE1138869B - Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung

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DE1138869B DEG17797A DEG0017797A DE1138869B DE 1138869 B DE1138869 B DE 1138869B DE G17797 A DEG17797 A DE G17797A DE G0017797 A DEG0017797 A DE G0017797A DE 1138869 B DE1138869 B DE 1138869B
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Anthony Bagnold Sowter
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Description

DEUTSCHES
PATENTAMT
G 17797 Vfflc/21g
ANMELDETAG: 17. AU G U S T 1955
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 31. OKTOBER 1962
Die vorliegende Erfindung hat ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen zum Gegenstand, bei dem das Halbleiterelement in einer vollkommen hermetisch abgeschlossenen Umhüllung montiert wird.
Es sind auf dem Gebiete der Herstellung von metallischen Elektronenröhren bereits schon Verfahren zum vakuumdichten Abschluß bekanntgeworden, bei denen unter Anwendung hoher Drücke das zusammengepreßte Material so gequetscht wird, daß eine weit über die metallische Elastizitätsgrenze hinausgehende plastische Verformung erfolgt. Diese Art vakuumdichter Verschlüsse hat in der Elektronenröhrenherstellung unter der Bezeichnung »Kaltdruckschweißverfahren« Eingang gefunden. Ganz offensichtlich läßt sich kein Hinweis in der Literatur finden, der darauf schließen ließe, dieses bekannte Verfahren auch bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen anzuwenden, obwohl die in Halbleiteranordnungen verwendeten Halbleiterelemente bekanntlich im Gegensatz zu Elektronenröhren sehr empfindlich gegenüber erhöhten Temperatureinflüssen sind.
Demgegenüber soll nun erfindungsgemäß im Anschluß an die Montage des Halbleiterelementes in der Umhüllung mindestens ein in dieser vorgesehener Verschluß durch eine kalte Druckschweißung hergestellt werden. In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, nicht nur einen, sondern alle nach der Montage des Halbleiterelements erforderlich werdenden Verschlüsse durch Kaltdruckschweißung herzustellen. Als besonderer Vorteil stellt sich dabei nun heraus, daß keine Beschädigung des Halbleiterelementes mehr befürchtet zu werden braucht, sei es durch auftretende Hitzeentwicklung oder aber chemische Beeinflussung infolge des Lötflußmaterials. Günstig wirkt sich das vorliegende Verfahren bei kleinen Halbleiteranordnungen und bei solchen Halbleiterelementen aus, die ein leicht schmelzbares Material, wie beispielsweise Indium, aufweisen. Als ein weiterer Vorzug der Anwendung kalten Druckschweißens muß die Verschlußbildung in einer neutralen Atmosphäre, wie etwa trockenem Stickstoff erachtet werden. An diesem Tatbestand ändert sich auch dadurch nichts, daß an sich die Verwendung einer Schutzgasatmosphäre bei Halbleiteranordnungen im allgemeinen schon zum Stande der Technik gerechnet werden muß.
Das Verfahren gemäß der Erfindung soll nun an Hand eines sich auf die Herstellung eines Gleichrichters beziehenden Ausführungsbeispiels an Hand der Figuren näher beschrieben und erläutert werden. Dabei stellt die
Verfahren zur Herstellung
einer Halbleiteranordnung
Anmelder:
General Electric Company Limited, London
Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke, Patentanwalt,
Berlin-Grunewald, Auguste-Viktoria-Str. 65
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 23. August 1954 (Nr. 24 500)
Ralph David Knott, Anthony Bagnold Sowter
und Michael Rupert Platten Young,
Wembley, Middlesex (Großbritannien),
sind als Erfinder genannt worden
Fig. 1 eine zum Teil im Schnitt dargestellte Ansicht eines pn-Flächengleichrichters kurz vor seinem Zusammenbau dar, während die
Fig. 2 und 3 die erste und letzte Stufe des Verschließens der Umhüllung zeigen.
Das Halbleiterelement ist auf einer metallischen Unterlage befestigt, die einen dünnen vorspringenden Flansch aufweist und aus einem runden Zylinderblock 1 aus oxydfreiem Kupfer großer Leitfähigkeit mit einem Durchmesser von 11,9 mm besteht. Der Flansch 2 weist einen Durchmesser von 14,7 mm und eine Dicke von etwa 0,65 mm auf. Auf diesen Block 1 wird nun das aus einer Platte 3 aus η-leitendem Germanium bestehende Halbleiterelement aufgelötet, während in den unteren Teil dieses Blockes in einer Bohrung eine Befestigungsschraube 4 eingelötet ist.
In bekannter Weise wird durch Aufschmelzung von Indium in Form einer Perle 5 auf dem Germaniumkörper ein kleiner p-leitender Bezirk gebildet, so daß an der Basis der Perle ein pn-übergang 6 entsteht. Beide Arbeitsprozesse, nämlich das Auflöten der Platte 3 und das Aufschmelzen der Indiumperle, werden in geeigneter Weise gleichzeitig durchgeführt, wobei die in einer Lehre miteinander zusammengehaltenen zusammengehörigen Teile erhitzt werden. Eine rein ohmsche Verbindung mit dem p-leitenden Bezirk des Germaniumkörpers wird durch einen Nickeldraht 7 mit einem Durchmesser von 1 mm hergestellt, der in der Perle 5 eingebettet ruht.
209 679/247
Der obere Teil der Umhüllung des Gleichrichters besteht aus einer runden Zylinderkappe 8 aus oxydfreiem Kupfer hoher Leitfähigkeit, deren Außendurchmesser gleich demjenigen des Kupferblockes 1 ist. Im oberen Kappenteil ist eine Glasperle 9 eingebettet, durch deren Mitte eine Nickelröhre 10 mit einem inneren Durchmesser von 1,2 mm und einem äußeren Durchmesser von 1,5 mm hindurchgeführt ist, während der untere offene Kappenteil mit seinem dünnen Flansch 11 auf dem Flansch 2 des Zylinderblockes 1 zur Auflage kommt, wobei die Durchmesser und Stärken der beiden Flansche einander entsprechen. Sind nun die in der Fig. 1 erwähnten Einzelteile in der beschriebenen Weise hergestellt worden, dann muß zunächst erst eine ausgiebige Reinigung der miteinander in Berührung kommenden Flanschflächen vorgenommen werden, was zweckmäßig mit Hilfe einer rotierenden Stahldrahtbürste geschehen kann. Während dieser Zeit wird das aus der Platte 3 und der Perle 5 bestehende Halbleiterelement durch eine (nicht dargestellte) Metallröhre vor einer Beschädigung geschützt. Dabei wird die Metallröhre über den Nickeldraht 7 gestreift und greift in eine im Block 1 eingelassene Rille 12 ein. Nach dem Aufsetzen der Kappe 8 auf den Block 1 wird der durch die Nickelröhre 10 hindurchgehende Draht 7 kurz über der Röhre 10 abgeschnitten.
In der Fig. 2 ist nun der Augenblick dargestellt, in dem die miteinander vereinigten Teile in eine Apparatur zum kalten Druckschweißen eingebracht sind. Diese Apparatur besteht aus einem Hohlzyliüder 13 aus Stahl, der auf einer Grundplatte 14 montiert ist. In diesem Stahlzylinder sind zwei im Gleitsitz zueinander bewegbare Stempel 15 und 16 angeordnet, die entsprechende Ausnehmungen aufweisen, um sich dem zu bearbeitenden Gleichrichter genauestens anpassen zu können. An den Schweißflächen dieser Stempel befinden sich ringförmig ausgebildete und etwas vorspringende Stege 17,18, von denen jeder ungefähr 0,65 mm weit vorspringt, während die ebenen Flächen der Stege innere und äußere Durchmesser von 12,3 bzw. 14,2 mm haben und deren Seitenflächen etwa um 7° gegen die Stempelachsen geneigt sind. Hat man nun die einzelnen Gleichrichterteile so in die Schweißapparatur eingelegt, daß die Flansche 2 und 11 zwischen den Stempeln 15,16 aufeinanderzuliegen kommen, wird der Stempel 15 mit einem Druck von etwa 6 Tonnen in den Stahlzylinder 13 gepreßt und dabei die Flansche 2 und 11 miteinander verschweißt. Die dann auftretende Stärkenverminderung der Flansche ist so bemessen, daß der Stahlzylinder 13 gerade eine der Summe der Stempel und Flanschstärkenverminderung entsprechende Länge besitzt. Der beim Druckschweißen auftretende radial gerichtete Metallfluß gleicht sich nach innen über die Nut 12 des Blockes 1 und nach außen über den zwischen den Stempeln und dem Stahlzylinder 13 befindlichen Luftpolster aus. Nach dem Verschließen beträgt die Dicke der beiden Flansche zusammen etwa 0,15 mm und ihr äußerer Durchmesser hat sich auf 16,7 mm vergrößert.
Nach der Entfernung des Gleichrichters aus der Schweißapparatur erfolgt die endgültige Verschließung der Umhüllung in der Weise, daß durch Anwendung eines Kaltdrucks am Ende der Röhre 10 eine Verschweißung mit dem Nickeldraht 7 erfolgt. Wie aus Fig. 3 ersichtlich gemacht ist, bedient man sich für diesen Verfahrensschritt einer Handkneifzange 19 mit Backen 20, 21 aus gehärtetem Stahl; deren Länge ist beträchtlich größer als der Durchmesser der Röhre 10, und deren Kanten weisen einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Radius von 0,75 mm auf. Im Moment des Abkneifens sind dann die Röhre 10 und der Draht 7 fest miteinander verschlossen. Hat man bereits Vorsorge getroffen, daß eine Verunreinigung der miteinander zu verschweißenden Flächen nicht eintreten kann, dann bedarf es keiner besonderen Säuberung vor dem Zusammenschweißen.
Abschließend möge noch darauf hingewiesen werden, daß der Gleichrichter und die Schweißwerkzeuge bei dem vorliegenden Verfahren in einer Atmosphäre trockenen Stickstoffs behandelt werden können. Dann erfolgt der gesamte Arbeitsprozeß innerhalb einer äußeren, in sich abgeschlossenen Umhüllung, die zur Durchführung der entsprechenden Handhabungen mit Öffnungen versehen ist. Das Wesentliche und Vorteilhafte der Erfindung besteht, worauf nochmals hingewiesen sei, darin, daß keinerlei Hitze- oder Wärmeeffekte auftreten können, wodurch von vornherein jeder Gefahr einer Beschädigung des Gleichrichters begegnet ist.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, bei der ein Halbleiterelement in einer hermetisch verschlossenen Umhüllung montiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend an die Montage des Halbleiterelementes in der Umhüllung mindesents ein in der Umhüllung vorgesehener Verschluß durch kaltes Druckschweißen hergestellt wird,
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle nach der Montage des Halbleiterelementes in der Umhüllung herzustellenden Verschlüsse durch kaltes Druckschweißen hergestellt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der letzte Verschluß in einer Schutzgasatmosphäre hergestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzgas trockener Stickstoff verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umhüllung ein Halbleiterelement montiert wird, das einen Bestandteil aus leicht schmelzbarem Material, wie z. B. Indium, aufweist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Herstellung eines Halbleitergleichrichters, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem mit einem dünnen Flansch versehenen Metallkörper, auf dem ein einen pn-übergang und einen mit dessen Bereich des einen Leitfähigkeitstyps in ohmschem Kontakt verbundenen Zuleitungsdraht aufweisendes Halbleiterelement mit dem Bereich seines anderen Leitfähigkeitstyps in ohmschem Kontakt befestigt ist, eine hohle, um ihre Öffnung herum einen vorspringenden, ebenfalls dünnen Flansch aufweisende und mit einer auf der der Öffnung gegenüberliegenden Seite in die Wandlung der Kappe mit Hilfe eines Isolierkörpers isoliert eingeschmolzenen Metallröhre versehene Metallkappe derart gelegt wird, daß die beiden Flansche sich berühren und der Zuführungsdraht durch die Metallröhre geführt ist, und daß die beiden
Flansche und der Zuführungsdraht mit der Metallröhre durch kalten Druck zusammengeschweißt werden.
In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 320 435, 902053; USA.-Patentschrift Nr. 2 427 597;
»VDI-Nachrichten«, Bd. 33 (1954), Heft 25, S. 3;
»Proceedings of the IRE«, Bd. 40 (1952), Heft 11, S. 1512 und 1513, und Bd. 42 (1954), Heft 3, S. 527 bis 530;
»Electronic Engineering«, Bd. 25 (1953), S. 358 bis 364;
»Radio Electronics« (1950) Juni-Heft, S. 66 bis 70.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
DEG17797A 1954-08-23 1955-08-17 Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung Pending DE1138869B (de)

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