DE1260034B - Verfahren zur Herstellung eines Dichtungsrahmens zum Einkapseln einer Halbleiteranordnung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Dichtungsrahmens zum Einkapseln einer Halbleiteranordnung

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DE1260034B
DE1260034B DEW34796A DEW0034796A DE1260034B DE 1260034 B DE1260034 B DE 1260034B DE W34796 A DEW34796 A DE W34796A DE W0034796 A DEW0034796 A DE W0034796A DE 1260034 B DE1260034 B DE 1260034B
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. CL:
HOIl
Deutschem.: 21g-11/02
Nummer: 1260 034
Aktenzeichen: W 34796 VIII c/21 g
Anmeldetag: 28. Juni 1963
Auslegetag: 1. Februar 1968
Die zunehmende Verwendung von Bauelementen und ganzen Schaltungsanordnungen aus Halbleitern führt zu einem erheblichen Bedarf nach gasdicht gekapselten Behältnissen von Miniaturgröße. Bisher sind Schwierigkeiten aufgetreten, wenn die Abmessungen der Kapsel bei guter Wärmeabführung verringert werden sollten, und zwar insbesondere hinsichtlich der Abdichtung und hinsichtlich des Anschlusses und der bequemen Anbringung der Durchführungen.
Als Halbleiteranordnungen werden nachstehend alle Arten von Halbleiterelementen bezeichnet, also z. B. Silizium- oder Germaniumdioden oder Transistoren oder auch ganze Halbleiterschaltungsanordnungen. Unter einer Halbleiterschaltungsanordnung wird hier ein Halbleiterkörper verstanden, worin ein oder mehrere aktive Zonen (z. B. Diode, Transistor, Vierzonentransistor) ausgebildet sind und der außerdem an seiner Oberfläche mit Belegungen versehen ist, die als Kapazitäten, Widerstände, Anschlüsse oder Verbindungen dienen. Gegebenenfalls kann auch eine induktive Zone vorgesehen sein. Die äußeren Anschlüsse an den Halbleiterkörper beschränken sich also auf Eingangs- und Ausgangsleitungen und gegebenenfalls Zuleitungen für Betriebsspannungen oder Steuerleitungen. Die so gebildete Schaltungsanordnung besteht aus einer oder mehreren vollständigen Stufen, die zur Verstärkung, Schwingungserzeugung, Impulserzeugung u. dgl. dienen können.
Es ist bereits ein Vorschlag bekanntgeworden, einen Dichtungsrahmen zum gasdichten Einkapseln von Halbleiteranordnungen in ein Gehäuse aus einer Trägerplatte, einem darauf befindlichen Glasrahmen mit eingeschmolzenen Durchführungsdrähten, einem hierauf angebrachten Dichtungsrahmen und einem Deckel, der nach dem Einsetzen und Anschließen der Halbleiteranordnung dichtend mit dem Dichtungsrahmen verbunden wird, aufzubauen. Dieser Vorschlag läßt aber nicht erkennen, wie der hierzu benötigte Glasrahmen mit den eingebetteten Durchführungsdrähten hergestellt werden soll. Am naheliegendsten erscheint es, zwei fertige Rähmchen aus Glas aufeinanderzulegen und mit den Drähten sowie der Trägerplatte und dem Dichtungsrahmen zu verschmelzen. Die Herstellung solcher Glasrähmchen mit den erforderlichen winzigen Abmessungen stößt aber in der Praxis auf nahezu unüberwindliche Schwierigkeiten.
Mit der Erfindung ist es gelungen, diese Schwierigkeiten zu überwinden. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Dichtungsrahmens der angegebenen Art ist dadurch gekennzeichnet, daß zu-Verfahren zur Herstellung
eines Dichtungsrahmens zum Einkapseln
einer Halbleiteranordnung
Anmelder:
Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)
Vertreter:
Dipl.-Ing. G. Weinhausen, Patentanwalt,
8000 München 22, Widenmayerstr. 46
Als Erfinder benannt:
John P. Stelmak, Greensburg, Pa. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 2. Juli 1962 (206 906)
nächst die Trägerplatte, zwei Glasplatten mit am Rand derselben zwischengelegten Durchführungsdrähten und der Dichtungsrahmen in dieser Reihenfolge aufeinandergelegt und unter Druck so weit erhitzt werden, bis die Glasplatten miteinander und mit der Trägerplatte und dem Dichtungsrahmen verschmelzen, so daß die Durchführungsdrähte eingebettet werden, und daß anschließend das innerhalb des vom Dichtungsrahmen gebildeten Fensters befindliche Glasmaterial durch den Rahmen hindurch unter Freilegung der inneren Enden der Durchführungsdrähte bis zur Trägerplatte entfernt wird.
Es werden also zwei volle Glasplatten verwendet, die nach dem Verschmelzen zur Bildung der Vertiefung, in welche die Halbleiteranordnung eingesetzt werden soll, nachträglich abgetragen werden, so daß nur der äußere Glasrahmen stehenbleibt. Die Entfernung des überschüssigen Glases kann beispielsweise mit Hilfe eines Sandstrahlgebläses oder durch Ätzen geschehen. Die Trägerplatte und der Dichtungsrahmen können aus Metall oder Keramik bestehen.
709 747/441

Claims (1)

  1. 3 4
    Das erfindungsgemäße Verfahren ist für die Serien- steht aus Keramik oder Metall und wird weich oder
    herstellung hervorragend geeignet. Es führt zu einer hart an den Rahmen 24 angelötet, so daß sich eine
    Meinen, flachen Kapsel, die billig und gut reprodu- gasdichte Verbindung ergibt,
    zierbar ist. Nachstehend werden zwei Beispiele für das erfin-
    Die Erfindung wird nachstehend an Hand der 5 dungsgemäße Verfahren gegeben. Zeichnung erläutert. Hierin ist
    Fig. 1 eine Darstellung der beim erfindungs- Beispiel I gemäßen Verfahren verwendeten Einzelteile in auseinandergezogenem Zustand und Die verwendete Trägerplatte hatte Abmessungen
    F i g. 2 ein Schrägbild der fertigen Kapsel mit teil- io von 6,3 X 6,3 X 0,25 mm und bestand aus Keramik
    weise weggebrochenem Deckel. mit 96 % Aluminiumoxyd. Ihre Oberseite war metal-
    Gemäß F i g. 1 und 2 besitzt die Kapsel 10 eine lisiert. Auf die Trägerplatte wurden zwei Glasplatverhältnismäßig dünne ebene Trägerplatte 12, an die ten aus Borsilikatglas von den gleichen äußeren Abein Glasrahmen 14 angeschmolzen ist, der metal- messungen unter Zwischenlage von Durchführungslische Durchführungen 16 an einer oder mehreren 15 drähten aus Nickel-Kobalt-Eisenlegierung aufgelegt. Seiten aufweist. Der Rahmen 14 wird aus zwei ver- Darauf wurde ein Rahmen aus einer Nickel-Kobalthältnismäßig dünnen Glasplatten 18 und 20 zusam- Eisenlegierung (Handelsname Koyar) aufgesetzt, mengesetzt, zwischen welche bei der Herstellung die dessen Abmessungen 6,3 X 6,3 X 0,13 mm betrugen. Metalldrähte 16 eingelegt werden. Dann wird ein Das Ganze wurde unter Druck miteinander verRahmen 24 aus Metall aufgesetzt, der sich über den 20 schmolzen und das Glas durch das Fenster des Meäußeren Umriß der Glasplatten erstreckt. Nach dem tallrahmens hindurch entfernt. Der fertige Glasrah-Verschmelzen des Glases mit der Trägerplatte 12 men hatte eine Dicke von 0,5 mm. Darm wurde eine und dem Rahmen 24 sowie dem gleichzeitigen Ein- Halbleiter-Schaltungsanordnung mit den Abmessunschmelzen der Durchführungsdrähte 16 wird das in- gen 3,1 X 3,1 X 0,12 mm in die entstandene Vernerhalb des Rahmens befindliche Glas durch die 25 tiefung eingesetzt und mit der metallisierten Ober-Öffnung des Rahmens 24 hindurch entfernt und die fläche der Trägerplatte verlötet. Die freiliegenden Halbleiteranordnung 22 eingesetzt, an der Träger- inneren Enden der Durchführungsdrähte wurden an platte 12 befestigt und mittels der Anschlußdrähte 23 die Halbleiteranordnung angeschlossen und ein mit den Durchführungen 16 verbunden. Dann wird Deckel aus Kovar mit ungefähr den gleichen Abein Metalldeckel 26 aufgesetzt und mit dem Rahmen 30 messungen wie die Trägerplatte hart auf den Rah-24 gasdicht verbunden. Damit ist die Kapsel fertig. men aufgelötet. Die Gesamtdicke der fertigen An-
    Die Trägerplatte kann aus Keramik oder einem Ordnung betrug 10 mm. Eine Dichtigkeitsprüfung der
    Metall bestehen. Als Werkstoff kommt z. B. Alumi- fertigen Kapsel mit Helium ergab, daß die Anord-
    niumoxyd, Berylliumoxyd, Porzellan oder ein Glas nung vollständig dicht war, auch nachdem sie zahl-
    mit hohem Quarzgehalt in Frage. Besteht die Träger- 35 reichen Temperaturwechseln zwischen —55 und
    platte 12 aus Metall, so sind geeignete Werkstoffe +2000C ausgesetzt worden war. Legierungen von Nickel, Eisen und Chrom oder
    Nickel, Kobalt und Eisen, die unter dem Namen Beispiel II Kovar bekannt sind. Vorzugsweise soll die Trägerplatte möglichst einen ähnlichen Wärmeausdehnungs- 40 Die hergestellte Anordnung hatte die gleichen Abkoeffizienten wie die Halbleiteranordnung 22 auf- messungen wie in Beispiel I. Trägerplatte, Rahmen weisen. Ein keramischer Werkstoff mit hohem Alu- und Deckel bestanden in diesem Fall aus einer miniumoxydgehalt hat gute Ergebnisse gezeitigt. Nickel-Eisen-Chrom-Legierung. Das verwendete Das Glas wird mit der Trägerplatte bei ent- Glas war ein Bleiglas, und die Durchführungen besprechender Temperatur unmittelbar verschmolzen. 45 standen aus einer Nickel-Eisen-Legierung mit Kup-Hierzu werden die Trägerplatte, die Glasplatten, die ferüberzug. Auch diese Anordnung ergab bei Prü-Durchführungsdrähte und der Metallrahmen in eine fung keine Beanstandungen.
    Lehre eingesetzt, welche die Teile in der richtigen Die Durchführungen sind in der Zeichnung nur
    Lage festhält, woraufhin die Anordnung über die Er- der Deutlichkeit halber an einer Kante dargestellt. In
    weichungstemperatur des Glases erhitzt wird, so daß 50 Wirklichkeit können sie natürlich an beliebiger Stelle
    alle Teile miteinander verschmelzen. Die Ausarbei- des Umfangs oder an allen vier Kanten angebracht
    tung des Hohlraumes geschieht mechanisch mittels sein,
    eines Sandstrahlgebläses oder chemisch durch Ätzen
    mit Flußsäure. Diese Bearbeitung wird so lange fort- Patentansprüche: gesetzt, bis die Trägerplatte und die inneren Enden 55
    der Anschlußdrähte freiliegen. Alle Teile müssen so 1. Verfahren zur Herstellung eines Dichtungsgewählt werden, daß ihre Wärmeausdehnungskoeffi- rahmens zum gasdichten Einkapseln von HaIbzienten zusammenpassen. Die Halbleiteranordnung leiteranordnungen in ein Gehäuse, bestehend aus 22 wird beispielsweise durch Löten mit der Träger- einer Trägerplatte, einem darauf befindlichen platte 12 verbunden. Wenn die Trägerplatte aus 60 Glasrahmen mit eingeschmolzenen Durchfüh-Keramik besteht, kann vorher eine Metallschicht rungsdrähten, einem hierauf angebrachten Dichaufgespritzt werden, um das Anlöten zu erleichtern. tungsrahmen und einem Deckel, der nach dem Anschließend werden die Anschlußdrähte 23 der Einsetzen und Anschließen der Halbleiteranord-Halbleiteranordnung mit den inneren Enden der nung dichtend mit dem Dichtungsrahmen verbun-Durchführungsdrähte 16 verbunden. Dies kann in 65 den wird, dadurch gekennzeichnet, daß bekannter Weise z. B. durch Thermokompression zunächst die Trägerplatte (12), zwei Glasplatten oder Ultraschallschweißen geschehen. Die recht (18, 20) mit am Rand derselben zwischengelegten dünne und vorzugsweise ebene Deckelplatte 26 be- Durchführungsdrähten (16) und der Dichtungs-
    rahmen (24) in dieser Reihenfolge aufeinandergelegt und unter Druck so weit erhitzt werden, bis die Glasplatten miteinander und mit der Trägerplatte und dem Dichtungsrahmen verschmelzen, so daß die Durchführungsdrähte eingebettet werden, und daß anschließend das innerhalb des vom Dichtungsrahmen gebildeten Fensters befindliche Glasmaterial durch den Rahmen hindurch unter Freilegung der inneren Enden der Durchführungsdrähte bis zur Trägerplatte entfernt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsrahmen (24) gleichzeitig mit der Trägerplatte (12) mit dem Glas verschmolzen wird.
    IO
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das überschüssige Glas mittels eines Sandstrahlgebläses entfernt wird.
    4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das überschüssige Glas durch Ätzen aus der Vertiefung entfernt wird.
    5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte und/oder der Dichtungsrahmen aus Metall oder Keramik besteht.
    In Betracht gezogene Druckschriften:
    IRE-Transact. on Product Engg. a. Production, Bd. PEP-5 (1961), H. 3, S. 14 bis 19.
    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
    709 747/441 1.68 © Bundesdruckerei Berlin
DEW34796A 1962-07-02 1963-06-28 Verfahren zur Herstellung eines Dichtungsrahmens zum Einkapseln einer Halbleiteranordnung Withdrawn DE1260034B (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE2937050A1 (de) * 1978-09-14 1980-03-27 Isotronics Inc Flachpaket zur aufnahme von elektrischen mikroschaltkreisen und verfahren zu seiner herstellung
DE2937051A1 (de) * 1978-09-14 1980-03-27 Isotronics Inc Flachpaket zur aufnahme von elektrischen mikroschaltkreisen und verfahren zu seiner herstellung

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