DE1283965B - Hermetisch eingeschlossene Halbleiteranordnung - Google Patents

Hermetisch eingeschlossene Halbleiteranordnung

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DE1283965B
DE1283965B DEI20337A DEI0020337A DE1283965B DE 1283965 B DE1283965 B DE 1283965B DE I20337 A DEI20337 A DE I20337A DE I0020337 A DEI0020337 A DE I0020337A DE 1283965 B DE1283965 B DE 1283965B
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DE
Germany
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semiconductor body
semiconductor
flat
conductors
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DEI20337A
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English (en)
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Kilby Jack St Clair
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Texas Instruments Inc
Original Assignee
Texas Instruments Inc
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Publication date
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Description

ι 2
Die Erfindung bezieht sich auf eine hermetisch geschlossen sind und nach außen über den Umfang eingeschlossene Halbleiteranordnung mit einem einen der Unterlage hinausragen.
pn-übergang enthaltenden Halbleiterkörper, der auf Durch die erfindungsgemäße Ausbildung entsteht
einer im wesentlichen ebenen Fläche einer Unterlage eine sehr kompakte und robuste, im wesentlichen befestigt ist, einer auf der Unterlage befestigten 5 zweidimensional flache Anordnung, die sich in sehr Haube, die mit dieser ein den Halbleiterkörper um- geringer Größe bauen läßt, wie es für mikrominiagebendes Gehäuse bildet, elektrischen Anschlüs- turisierte integrierte Halbleiterschaltungsanordnungen sen zur Schaffung äußerer Zugänge zu dem Halb- unerläßlich ist. Andrerseits erlaubt die erfindungsgeleiterkörper mit flachen Leitern, die im wesent- mäße Lösung trotz der sehr kleinen Abmessungen liehen in einer zu der ebenen Fläche der Unter- io eine präzise Herstellung der erforderlichen Schallage parallelen Ebene liegen, und mit einer ohm- tungsverbindungen. Die Herstellung wird dadurch sehen Verbindung zwischen einem flachen Leiter und erleichtert, daß die erforderlichen Anschlüsse und der der Unterlage abgewandten Fläche des Halblei- Elektroden alle an der gleichen Oberfläche des HaIbterkörpers. leiterkörpers angeordnet sind, die leicht zugänglich
Es ist eine Halbleitervorrichtung bekannt, die nur 15 ist, nachdem der Halbleiterkörper bereits auf der ein Gleichrichterelement, also einen Halbleiterkör- Unterlage befestigt ist. Es ist dann leicht möglich, die per mit einem einzigen pn-übergang enthält, wobei verschiedenen Verbindungsdrähte mit den erforderdie Anschlußelektroden auf einander entgegengesetz- liehen Punkten der Oberseite des Halbleiterkörpers ten Seiten des Halbleiterkörpers liegen und die durch Wärmeanwendung richtig zu verbinden.
Anschlüsse über die beiden Hälften des Gehäuses *o Die Erfindung wird nachstehend an Hand der erfolgen. Die eine Gehäusehälfte steht jeweils in Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigt
direktem Kontakt mit der einen Gleichrichterelek- F i g. 1 die Oberansicht einer vereinfachten Anord-
trode, während die andere Gehäusehälfte über einen nung zur Erläuterung des der Erfindung zugrunde leitenden Streifen oder einen Vorsprung mit der liegenden Prinzips,
anderen Elektrode in Kontakt steht. Die äußeren An- 35 F i g. 2 einen seitlichen Querschnitt durch die Schlüsse werden dann ihrerseits zu den beiden Ge- vervollständigte Anordnung von Fig. 1,
häusehälften hergestellt. Fig. 3 einen seitlichen Querschnitt durch eine
Diese bekannte Lösung ist nur für Gleichrichter- andere Ausführungsform der in F i g. 2 gezeigten Anelemente mit zwei Elektroden brauchbar. Sie würde Ordnung,
bereits bei einem Halbleiterschaltungselement mit 30 F i g. 4 ein Schaltbild eines Multivibrators,
mehr als zwei Elektroden, beispielsweise einem F i g. 5 die Oberansicht einer Halbleiteranordnung
Transistor versagen. nach der Erfindung, die dem Schaltbild von F i g. 4
Gemäß einem älteren Vorschlag wird bei einer entspricht, während einer Stufe der Herstellung und Halbleiteranordnung, insbesondere einem Transistor, F i g. 6 einen Querschnitt nach der Linie 6-6 von
die Verbindung zu zwei Zonen des Halbleiterkörpers 35 Fig. 5.
dadurch hergestellt, daß diese beiden Zonen auf zwei Die in F i g. 1 der Zeichnung gezeigte Anordnung
durch einen Schlitz getrennten leitenden Flächen enthält eine nichtleitende Unterlage in Form einer flächenhaft aufliegen, während die Verbindung zu Keramikscheibe 1, auf der ein kleines, rechteckiges der dritten Zone durch einen biegsamen Zuleitungs- Stäbchen 2 aus Halbleitermaterial mittels eines draht erfolgt, der die Oberseite der mittleren Zone 40 geeigneten Klebemittels befestigt ist, das gegen die des Halbleiterkörpers mit einer weiteren leitenden Ätzmittel beständig ist, die zur Bearbeitung des Fläche verbindet. Halbleiterkörpers 2 angewendet werden, und das Be-
Gemäß einem anderen älteren Vorschlag ist der handlungstemperaturen bis zu 400° C aushalten kann. Halbleiterkörper auf einem kegelstumpfförmigen Ferner muß der Wärmeausdehnungskoeffizient des Vorsprung so gelagert, daß sowohl die Oberseite 45 Klebemittels in der gleichen Größenordnung wie derals auch ein Teil der Unterseite zugänglich ist. Die jenige des Halbleiterkörpers 2 und der Keramik-Anschlüsse erfolgen von zwei bandförmigen Zulei- scheibe 1 liegen. Hierfür eignet sich beispielsweise ein tungen zu der Unterseite und von einer dritten band- im Handel erhältliches Klebemittel der Zusammensetförmigen Zuleitung zu der Oberseite des Halbleiter- zung 70-80% PbO, 5-20% B2O3, 5-15% Al2O3 körpers. 50 und gegebenenfalls bis zu 10% SiO2, wobei die Summe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei von PbO, B2O3, Al2O3 und SiO2 mehr als 90% einer Halbleiteranordnung der eingangs angegebenen beträgt. Das Stäbchen 2 kann auf der Scheibe 1 befe-Art die Anbringung der erforderlichen Anschlüsse stigt werden, unmittelbar nachdem es auf die ge- und deren Verbindungen mit mehreren verschiedenen wünschten Abmessungen zurechtgeschnitten ist, und Stellen des Halbleiterkörpers auch bei sehr kleinen 55 es wird auf der Scheibe 1 während aller weiteren Abmessungen mit für eine Massenfertigung geeigne- Herstellungsstufen gehalten.
ten Maßnahmen zu ermöglichen, wie insbesondere Anschließend werden an dem Halbleiterstäbchen 2
bei mikrominiaturisierten integrierten Halbleiter- die weiteren Bearbeitungen vorgenommen, die für Schaltungsanordnungen notwendig ist. die Bildung von Übergängen und Kontakten an dem
Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, 60 Halbleiter erforderlich sind, wie Ätzen, Erhitzen, daß der Halbleiterkörper mehrere pn-Übergänge ent- Aufdampfen und andere Verfahren,
hält, die alle in der Nähe der der Unterlage abge- Die Keramikscheibe 1 dient zugleich zum leichten
wandten Fläche des Halbleiterkörpers angeordnet Anschluß von äußeren Leitungen an dem Halbleitersind, daß mehrere Drähte ohmsche Verbindungen zwi- stäbchen 2. Zu diesem Zweck sind auf der das HaIbschen den flachen Leitern und der der Unterlage 65 leiterstäbchen 2 berührenden Oberfläche der Scheibe 1 abgewandten Fläche, des Halbleiterkörpers bilden, eine Anzahl von leitenden Streifen 3, 4, 6 und 7 ge- und daß die flachen Leiter koplanar angeordnet in bildet, die sich teilweise bis unter das Stäbchen 2 das Gehäuse ragen, in ein Isoliermaterial dicht ein- erstrecken. Bei der Anordnung von Fig. 1 er-
strecken sich die leitenden Streifen 3, 4. und 6 bis unter das Stäbchen 2, so daß nach dem Aufkleben des Stäbchens auf die Scheibe 1 ein ohmscher Kontakt zwischen dem Stäbchen 2 und den Leitern 3, 4 und 6 mittels eines Lötmittels oder eines leitenden Klebstoffs 5 hergestellt werden kann. Dagegen erstreckt sich der Leiter 7 nicht bis unter das Stäbchen 2; er dient zur Herstellung eines Kontaktes über einen Draht 9 mit einem auf der Oberseite des Stäbchens 2 angebrachten Übergang 8. Die Zone 8 bildet mit dem Rest des Halbleiterstäbchens 2 eine Halbleiterdiode, und der Anschluß an die Elektroden der Diode erfolgt über die Streifen 4 und 7.
In F i g. 2 ist die Vervollständigung der in F i g. 1 gezeigten Anordnung dargestellt. Hier ist ein hermetischer Einschluß rings um das Halbleiterstäbchen 2 geformt, und die Scheibe 1 ist als ein Teil des hermetischen Einschlusses ausgenützt. Zu diesem Zweck ist ein Metallring 11 vorgesehen, der an der Unterseite und an den unteren Teilen der Seitenflächen eine nichtleitende Glasur 12 trägt. Die Scheibe 1 ist mit einem Ring aus einer bei niedriger Temperatur schmelzenden nichtleitenden Glasur 13 versehen, dessen Innendurchmesser etwas kleiner und dessen Außendurchmesser etwas größer als die entsprechenden Durchmesser des Rings 11 sind. Der Ring 11 wird auf die Scheibe 1 so aufgelegt, daß die Glasur 12 die auf der Scheibe gebildete Glasur 13 berührt und die Anordnung wird erhitzt, bis die Glasur 13 eine Bindung der Glasur 12 eingeht. Da die Anbringung der Glasur 12 an dem Metallring 11 an einer von dem Halbleiter 2 entfernten Stelle durchgeführt wird, kann dieser Vorgang bei einer höheren Temperatur erfolgen, als sie zur Herstellung der Bindung zwischen den beiden Glasuren 12 und 13 erforderlich ist. In der Praxis können die Glasuren 12 und 13 aus verschiedenen Glaspulverstoffen bestehen, so daß die Schmelztemperatur und der Wärmeausdehnungskoeffizient jedes dieser Stoffe besser den entsprechenden Werten des Materials entspricht, mit dem der Stoff direkt verhaftet wird, bevor er mit der anderen Glasur verschmolzen wird. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Glasur 13 durch den zuvor erwähnten Klebstoff ersetzt werden, wodurch jede mögliche Wärmeeinwirkung auf die Halbleiterscheibe 2 vollständig beseitigt wird. Durch die Anwendung der beiden Glasuren 12 und 13 kann im übrigen die Wärmeeinwirkung durch sorgfältige Kontrolle der Temperatur und der Dauer des Verbindungsvorganges weitgehend herabgesetzt werden. Anschließend kann eine Metallplatte 14 an der Oberseite des Rings 11 zur Vervollständigung des Einschlußvorganges angelötet oder angeschweißt werden. Der gesamte Vorgang findet vorzugsweise in einer trockenen, inerten oder evakuierten Kammer statt, so daß jede Feuchtigkeit aus dem Raum innerhalb des hermetischen Einschlusses beseitigt wird.
Wie aus F i g. 2 zu erkennen ist, wird der Glasurring 13 auf die Unterlage 1 erst dann aufgebracht, wenn die leitenden Kontakte 4 und 7 angebracht sind. Diese Kontakte können aus leitender Farbe bestehen oder Metallzungen sein; im letzten Fall dient die Glasur 13 auch dazu, die Zungen auf der Unterlage 1 festzuhalten.
In F i g. 3 der Zeichnung ist eine andere Ausführungsform des hermetischen Einschlusses für den Halbleiterkörper 2 dargestellt, wobei gleichfalls die Scheibe 1 als Teil des Einschlusses dient. Bei dieser Ausführungsform wird ein Ring 16 aus einem nichtleitenden keramischen Material direkt über eine Glasur 13 auf der Scheibe 1 befestigt, und die Oberfläche des Rings ist mit einer metallisierten Schicht 17 versehen. Danach kann eine Metallplatte 14 an der metallisierten Oberfläche 17 angeschweißt, angelötet oder auf andere Weise befestigt werden, wodurch der hermetische Einschluß des Halbleiterelements 2 vervollständigt wird.
ο In F i g. 4 ist eine Multivibratorschaltung dargestellt, deren Aufbau und der Betrieb nur soweit erläutert wird, wie zum Verständnis der Anordnung von F i g. 5 und 6 erforderlich ist. Die Multivibratorschaltung enthält zwei Transistoren Γ1 und Γ 2, *5 sowie verschiedene äußere Anschlüsse für die Schaltung. Ein äußerer Masseanschluß 18 ist mit den Emitterelektroden 19 und 21 der Transistoren T1 bzw. T 2 verbunden, und eine äußere Klemme 22, die an eine 3-Volt-Quelle angeschlossen werden kann, ist ao über Widerstände 23 und 24 mit den Basiselektroden 26 und 27 der Transistoren Tl bzw. T 2 verbunden. Die Basiselektrode 26 des Transistors T1 ist ferner an eine Eingangsklemme 28 für den Transistor T1 angeschlossen, und die Basiselektrode 27 ist mit einer Eingangsklemme 29 für den Transistor T 2 verbunden. Die Kollektorelektrode 31 des Transistors T1 ist an eine Ausgangsklemme 32 des Transistors T1 angeschlossen, und die Kollektorelektrode 33 des Transistors T 2 ist mit der Ausgangsklemme 34 für den Transistor Γ 2 verbunden. Ferner ist die Kollektorelektrode 31 des Transistors T1 über einen Widerstand 36 an eine Klemme 37 angeschlossen, die an einer negativen Spannung von 4VoIt liegt, und die Kollektorelektrode 33 des Transistors T 2 ist über einen Widerstand 38 gleichfalls mit der Klemme 37 verbunden.
In Fig. 5 und 6 ist ein Halbleiterplättchen39 dargestellt, auf dem und in dem alle in F i g. 4 dargestellten Schaltungselemente gebildet sind. Die HaIbleiterscheibe 39 ist auf einer dünnen Metallfolie 40 befestigt, aus der nach innen ragende leitende Streifen gebildet sind, die zunächst am Rand noch zusammenhängen. Diese Streifen können durch Ätzen eines sehr dünnen Bleches aus einem Material gebildet werden, dessen Ausdehnungskoeffizient ähnlich demjenigen von Silizium ist, beispielsweise einer Legierung aus Kobalt, Nickel und Eisen. Die Streifen entsprechen den Klemmen 18, 22, 28, 29, 32, 34 und 37 von F i g. 4 und sind in F i g. 5 durch die Funktion bezeichnet, die sie in dem Schaltbild von F i g. 4 erfüllen. So entspricht der Streifen, der mit »Eingang T2« bezeichnet ist, der Klemme 29 von F i g. 4, die gleichfalls mit »Eingang T 2« bezeichnet ist. Die übrigen Streifen von F ig. 5 dienen den entsprechenden Funktionen, die durch die Beschriftungen angegeben sind. Es ist zu bemerken, daß sich alle Streifen mit Ausnahme des mit »Masse« bezeichneten Streifens bis unter das Halbleiterplättchen 39 erstrecken und mit dieser einen Kontakt bilden, nachdem das Halbleiterplättchen 39 mechanisch aufgelegt und anschließend auf der Oberseite der Streifen legiert worden ist. Dann wird eine Unterlagscheibe 41 aus Keramik, Glas oder einem ähnlichen Material mittels eines Klebstoffs 10 an der Rückseite der Folie 40 und des Halbleiterplättchens 39 befestigt, so daß sie einen Träger für diese sehr dünne leitende Folie und das daran befestigte Halbleiterelement sowohl bei den weiteren Herstellungsstufen als auch im Betrieb bil-
det. Das Halbleiterplättchen 39 ist ferner mit leitenden metallisierten Schichten 42 und 43 versehen, die durch Aufdampfen an gegenüberliegenden Enden des Halbleiterplättchens auf der der Folie 40 abgewandten Fläche gebildet sind. Die Schicht 42 wird auf thermischem Wege mit einem Leitungsdraht 44 verbunden und über diesen Leitungsdraht 44 an die Basiselektrode 27 des Transistors Γ 2 angeschlossen; sie ist ferner über einen Draht 46 mit dem Streifen verbunden, der mit »Eingang T 2« bezeichnet ist. Dieleitende Schicht 43 ist über eine Leitung 47 mit der Basiselektrode 26 des Transistors Tl verbunden und außerdem über einen Draht 49 an den mit »Eingang T1« bezeichneten Streifen der Folie 40 angeschlossen. Die Emitterelektroden der Transistoren Γ1 und Tl sind über einen Leitungsdraht 49 miteinander verbunden und über einen Draht 51 an den mit »Masse« bezeichneten Streifen angeschlossen.
Alle Leitungsdrähte, die an die Streifen der Folie 40 angeschlossen sind, liegen innerhalb eines Ringes ao 52, der den Ringen 11 und 16 von F i g. 2 bzw. 3 entspricht. Der Ring 52 kann aus Keramik oder Metall bestehen, und er ist in beiden Fällen dicht mit der Folie 40 und dem Träger so verbunden, daß er das Halbleiterplättchen 39 und die daran ange- as brachten Anschlüsse vollständig umgibt. Nachdem der Ring 52 in geeigneter Weise an der Folie 40 befestigt ist, wird eine Metallplatte ähnlich der Platte 14 darauf angebracht, wodurch der Einschlußvorgang vervollständigt wird.
Die Folie 40 ist mit Führungslöchern versehen, die mit 53 und 54 bezeichnet sind. Die Löcher 53 und 54 stellen Führungspunkte dar, die auch durch Einbuchtungen in der Folie 40 gebildet werden können; sie dienen zur Führung der Folie und des Halbleiterplättchens mit dem angeklebten Träger 41 in allen Maschinen und Geräten, in welche die Folie 40 mit der Halbleiterscheibe 39 bei den verschiedenen Herstellungsstufen eingeführt wird. Diese Herstellungsstufen betreffen das Ätzen des Halbleiterplättchens 39, die Bildung von Übergängen und Abschnitten verschiedener Leitfähigkeit in dem Halbleitermaterial, die Bildung eines Schlitzes 56, durch den verschiedene funktioneile Abschnitte voneinander isoliert werden, die Bildung der leitenden Streifen 42 und 43 auf dem Halbleiter und die Anbringung der verschiedenen Zuleitungen. Die Führungspunkte 53 und 54 dienen auch dazu, die Folie 40 während des Aufbringens des Halbleiterplättchens festzuhalten, denn das Anbringen des Halbleiterplättchens ist kritisch, weil eine genaue Ausrichtung zwischen dem Plättchen und den leitenden Streifen der Folie 40 wesentlich ist, damit die richtigen Widerstandswerte zwischen den verschiedenen Anschlußpunkten erhalten werden.
Nachdem das Halbleiterplättchen 39 in seinem Behälter hermetisch eingeschlossen ist, wird die Folie 40 entlang den gestrichelten Linien 57 und 58 abgeschnitten, wodurch die fertige Anordnung erhalten wird, in der die leitenden Streifen der Folie 40 elektrisch voneinander isoliert sind. Dabei liegt ein ausreichender Abschnitt der Streifen außerhalb des Ringes 52, so daß ohne weiteres äußere Anschlußleitungen an den leitenden Streifen angeschlossen werden können oder die Anordnungen in Verbindungsstücke in Form gedruckter Schaltungen eingesetzt werden können,

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Hermetisch eingeschlossene Halbleiteranordnung mit einem einen pn-übergang enthaltenden Halbleiterkörper, der auf einer im wesentlichen ebenen Fläche einer Unterlage befestigt ist, einer auf der Unterlage befestigten Haube, die mit dieser ein den Halbleiterkörper umgebendes Gehäuse bildet, elektrischen Anschlüssen zur Schaffung äußerer Zugänge zu dem Halbleiterkörper mit flachen Leitern, die im wesentlichen in einer zu der ebenen Fläche der Unterlage parallelen Ebene liegen, und mit einer ohmschen Verbindung zwischen einem flachen Leiter und der der Unterlage abgewandten Fläche des Halbleiterkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper mehrere pn-Übergänge enthält, die alle in der Nähe der der Unterlage abgewandten Fläche des Halbleiterkörpers, angeordnet sind, daß mehrere Drähte ohmsche Verbindungen zwischen den flachen Leitern und der der Unterlage abgewandten Fläche des Halbleiterkörpers bilden, und daß die flachen Leiter koplanar angeordnet in das Gehäuse ragen, in ein Isoliermaterial dicht eingeschlossen sind und nach außen über den Umfang der Unterlage hinausragen.
2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haube (11,14; 52, 14) aus Metall besteht und auf der ebenen Fläche der Unterlage mit Hilfe eines isolierenden Bindemittels (12,13) befestigt ist, durch das die flachen Leiter geführt sind.
3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der flachen Leiter (4; 40, Eingang Π) zum Teil zwischen dem Halbleiterkörper und der ebenen Fläche der Unterlage liegt.
4. Verfahren zum Herstellen der hermetisch eingeschlossenen Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der flachen Leiter eine leitende Folie (40) so geformt wird, daß die Leiter in einem Stück zusammenhängen, daß die Leiter in dem Gehäuse eingeschlossen werden, und daß dann der die Verbindung herstellende Abschnitt (57) der leitenden Folie (40) zum Trennen der flachen Leiter entfernt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Registrierlöcher oder Registriervertiefungen (53, 54) zum Zweck der Ausrichtung in dem den Zusammenhang herstellenden Teil der Folie (40) angebracht werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, zur Herstellung einer Vorrichtung, deren Haube (11,14; 52,14) eine Seitenwand (11; 52) und einen Dekkel (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die die ohmschen Anschlüsse bildenden Drähte (9; 44, 48, 51) an der der Unterlage abgewandten Fläche des Halbleiterkörpers angebracht werden, bevor der Deckel (14) zur Vervollständigung des Gehäuses auf die Seitenwand (11, 52) aufgesetzt wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
DEI20337A 1959-05-06 1960-05-06 Hermetisch eingeschlossene Halbleiteranordnung Pending DE1283965B (de)

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