DE2454605C2

DE2454605C2 - Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE2454605C2
Application number: DE2454605A
Authority: DE
Inventors: Philip Lawrence Los Altos Calif. Gregory
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1973-11-21
Filing date: 1974-11-18
Publication date: 1986-11-20
Also published as: FR2251915A1; FR2251915B1; CH581390A5; JPS5081781A; DE2454605A1; US3857993A; SE7413820L; CA999384A; GB1447808A

Description

In der Mitte einer jeden der beiden Kreisflächen sind Anschlußleitungen 14 angeordnet, die beispielsweise aus einem Draht mit einem üblichen Drahtdurchmesser von etwa 0,5 mm bestehen können. Die Anschlußleitungen 14 sind in einem Glasisolierkörper 16 eingebettet, der sich bis zur ersten Stirnfläche 18 des Gehäusesokkels 10 erstreckt und mit den Enden der Anschlußleitungen 14 in derselben Ebene liegt

Der Glasisolierkorper 16 ist mit der Innenwand des Gehäusesockels 10 und mit den Anschlußleitungen 14 to mittels einer üblichen, zeichnerisch nicht dargestellten, Haftungsvermittlerschicht wie einer Oxidschicht, verbunden.

Die Anschlußleitungen 14 weisen innerhalb des Isolierkörpers 16 Abkröpfungen auf, so daß, wenn sich die is Anschlußleitungen 14 vob der Unterseite des Gehäusesockels 10 aus erstrecken, ihr gegenseitiger Abstand durch <den Stiftabstand der Fassung bestimmt ist, für die das Bauelement vorgesehen ist Ferner weisen deren obere Enden einen genau vorbestimmten Abstand voneinander und von der öffnung in de« metallischen Wänden des Gehäusesockels an seiner Stirnfläche 18 auf, an der mindestens eine der Flachanschlüsse befestigt wird. Der Abstand der Anschlußleitungen 14 voneinander ist durch die Lage der Flachanschlüsse an dem Halbleiterelement 22 bestimmt mit denen die Anschlußleitungen 14 verbunden werden. Eine jder mehrere zusätzliche Anschlußleitungen 20 ist bzw. sind unmittelbar mit dem Gehäusesockel 10, beispielsweise durch Schweißen, verbunden. Die Anschlußleitung 20 ist so gestaltet daß sie in dem Glasisolierkorper 16 in einer Lage gehalten wird, die dem gewünschten Stiftabstand von den Anschlußleitungen 14 am unteren Ende des Gehäusesockels entspricht Die dargestellte und beschriebene Einrichtung kann beispielsweise für ein TO-18 Gehäuse mit entsprechendem Stiftabstand vorgesehen sein.

Das Halbleiterelement 22 weist eine Vielzahl von auf diesem aufgebrachten Flachanschlüssen 24, 26, 28 und 30 von etwa 12 μπι Dicke auf, die mit einem oder mehreren Schalt!· "eisen des Halbleiterelements 22 einen Kontakt bewirken. Auch wenn das im dargestellten Ausführungsbeispiel wiedergegebene Halbleiterelement einen einzelnen Transistor mit einem Kollektor, einem Emitter und einer Basis darstellt so können doch beliebige Kombinationen aktiver und/oder passiver Bauelemente an die Flachanschlüsse nach irgendeinem bekannten Verfahren angeschlossen werden. Auch kann eine beliebige Anzahl von Anschlußleitungen in einer oder mehreren öffnungen 12 in dem Gehäusesockel 10 vorgesehen werden. Die Flaci.anschlüsse sind mit den An-Schlußleitungen 14 und der Stirnfläche 18 des Gehäusesockels IC durch eine bei einer vergleichsweise niedrigen Temperatur auszuführende Schweißverbindung verbunden, wobei der Druck ausreichend ist, um die Anschlußleitungen zu verformen. Um eine hohe Betriebssicherheit zu gewährleisten, weisen die Flachanschlüsse eine ausreichende Länge auf, so daß eine Anzahl von Schweißverbindungen zwischen jedem Flachanschluß und der entsprechenden Anschlußleitung oder dem Oberflächenbereich des Gehäusesockels 10 hergestellt werden kann.

Eine Anschlußkappe 36 wird anschließend an einem umlaufenden Rand 38 des Gehäusesockels 10 festgeschweißt, um eine dicht abschließende Bauelementeneinheit zu erhalten. Dieser Arbeitsvorgang wird vorzugsweise in einer inerten Atmosphäre durchgeführt, damit der das Halbleiterelement 22 enthaltende Innenraum des Halbleiterbauelementes während seiner Betriebsdauer nicht Veränderungen der Betriebsverhältnisse aufgrund von Einwirkungen der Außenatmosphäre unter ivorfen wird.

Im folgenden wird die bevorzugte Herstellung eines Halbleiterbauelementes mit den Merkmalen der Erfindung beschrieben.

Der Gehäusesockel 10 wird kopfüber in eine nicln dargestellte Montageeinrichtung (Schablone) eingesetzt, die beispielsweise aus nichtrostendem Stahl oder einem anderen Material bestehen kann, das bei Temperaturen von 700⁰C oder 800⁰C keine wesentlichen Reaktionen eingeht In den Gehäusesockel 10 wird ein U-förmig es Drahtstück eingesetzt das die Anschlußleitungen 14 enthält deren untere Enden sich über die Stirnfläche 18 hinaus erstrecken und die mittels eines U-förmigen Abschnittes miteinander verbunden sind, so daß die Arischlußleitungen 14 durch eine Umformmaschine fortlaufend von einer Drahtspule in die U-förmigen Teile mit den erwünschten Biegungen (Abkröpfungen) geformt werden können. Der Gehäusesockel und die Drahtstücke werden selbsttätig in «ie Montageeinrichtung eingebracht Außerdem wird Glaspulver in den Gehäusesockel eingeführt das ihn weitgehend ausfüllt Eine Abstandslehre wird dann über die Anschli^Ieitungen 14 und 20, die sich von dem Gehäusesockel 10 aus nach oben erstrecken, geführt so daß die Stiftabstände genau eingehalten werden.

Sämtliche Metallteile der Anordnung sind in herkömmlicher Weise oxidiert worder., wie durch Erhitzen in einer oxidierenden Atmosphäre, um auf ihnen eine Oxidschicht zu erzeugen. Diese Oxidschicht reagiert beim Erhitzen in bekannter Weise mit dem Glaskörper, wobei aufgrund der Oxidschicht eine Verbindung zwischen dem Glaskörper und den Metallteilen hergestellt wird. Die Anordnung wird dann in einer inerten Atmosphäre bei einer Temperatur in der Größenordnung von 700⁰C bis 1000⁰C durch einen Ofen geleitet Die genaue Ofentemperatur hängt von der Behandlupgszeif der Anordnurg im Ofen ab. Bei einer Temperatur von 750° C muß de Anordnung beispielsweise einige Minuten in dem Ofen bleiben. Bei einer Temperatur von 1000° C hingegen genügt eine Behandlung im Ofen von nur einer Minute oder weniger. Selbstverständlich ist dieser Teil des Verbindungsvorganges herkömmlich und bekannt, wobei eine beliebige Atmosphäre, eine beliebige OberfUichenaufbereitung der Metallteile und/oder des Isoliermaterial in Pulverform oder in einer anderen Ausgangsform vorgesehen werden kann. Beispielsweise kann, falls das Glas für die Erzeugung der Ausgangsform gesintert wird, eine derartige Ausführungsform als obere Abstandslehre verwendet werden. Unter diesen Voraussetzungen sollte das Glas jedoch nicht so stark erhitzt werden, daß sich die Anschlußleitungen gegeneinander bewegen können; vielmehr sollte das Glas genügend lange auf den Sintertemperaturfccreich erhitzt werden, damit sämtliche Poren zwischen den Glaspartikeln geschlossen werden, um hierdurch eine dicht abschließende Struktur zu erhalten. Der Gehäusesockel 10 kann dann abkü'.len und die U-förmigen Anschlußleitungen 14 werden anschließend abgeschert.

Die gesamte Anordnung wird dann durch Einbringen in ein Ätzmittel stark gebeizt, um die Oxidschicht auf der Oberfläche der Kovarteile zu entfernen. Obwohl diese starke Beizung Randschichten des Metalls abträgt und Vertiefungen längs des Umfanges der Anschlußleitungsenden 14 und an den Rändern der Öffnung 12 hervorruft, ist dies wegen der nachfolgenden Verfahrensschritte doch nicht nachteilie. Für den Ätzvorpan? kftn-

5 6

nen beliebige oxid-entfemte Ätzmittel verwendet werden.

Die Stirnfläche 18 wird dann geläppt, um eine etwa ι 25 μΐη bis 125 μπι, vorzugsweise etwa 50 μπι bis 75 μπι

starke Schicht abzutragen, damit man eine glatte Ober- 5 V₁ fläche enthält Die Enden der Anschlußleitungen, die

ebenfalls einem Läppvorgang unterworfen worden sind, ■

liegen dann im wesentlichen in derselben Ebene wie die ;'

Stirnfläche 18. Die Oberfläche des Glasisolierkörpers 16 ;.;

ist ebenfalls wenigstens annähernd mit der Stirnfläche io -.'·■

18 koplanar. Die vorstehend erwähnten Ätzvertiefun- >

gen in der Oberfläche 18 werden durch den Läppvor- | gang im wesentlichen beseitigt Eine etwa noch vorhan-

dene restliche Läppflüssigkeit wird von der Stirnfläche >

18 abgespült 15 J-

Das Flachanschluß-Halbleiterelement 22 wird dann $ auf dem Gehäusesockel 10 in die richtige Lage gebracht, -'' welcher seinerseits in einer Schweißmaschine entspre- f-, chend eingerichtet worden ist Die Schweißmaschine f. kann beispielsweise so ausgebildet sein, wie dies in der 20 <■' US- Patentschrift 37 47 829 beschrieben ist Das die Ver- ^l.j] schweißung bewirkende Schweißwerkzeug ist so ausge- f, stattet, daß es Ober das Halbleiterchip paßt Das Halb- '.■ leiterchip weist vorzugsweise abgeschrägte Seiten auf, S' die in derJlllJ-Kristallebene liegen, die durch das be- 25 'U vorzugte Ätzen der Seiten der Halbleiterchips während . des Abscheidevorganges gebildet wird, wie in der US- | Patentschrift 34 86 892 beschrieben ist. Bei einem sol- £· chen Halbleiterchip liegt die die Flachanschlüsse 24,26, 28 und 30 tragende Oberfläche in der [100]-Kristallebe- 30 ne des aus einem Silizium-Einkristall bestehenden Halbleiterelementes 22. Das Schweißwerkzeug wird dann gewobbelt. um eine oder auch mehrere der Anschlußleitungen auf einmal zu kontaktieren. Der Schweißdruck - und der Schweißstrom werden nacheinander bei jedem 35 .;^;-j der Flachanschlüsse 24 bis 30 und der Enden der An- : Schlußleitungen 14 und/oder der Oberfläche 18 des Ge- ==. häusesockels 10 zur Anwendung gebracht Das Verbin- ' dungswerkzeug führt vorzugsweise mindestens zwei . Wobbeiumdrehungen mit unterschiedlichen Werkzeug- 40 . achsen oder unterschiedlicher Werkzeugneigung aus, um an mindestens zwei Stellen einer jeden Flachanschlußleitung eine Verbindung herzustellen. Derartige

Verbindungen erhält man beispielsweise bei einer Tem- ; ■'

peratur von annähernd 450⁰C und einem Druck, der 45 ;

genügend groß ist um die überwiegend aus Gold beste- -Jj

henden Flachanschlüsse an den Schweißstellen gering- |>

fügig zu verformen. ίίί

Falls erwünscht, können die Stirnfläche 18 und die % Enden der Anschlußleitungen 14 einen Goldüberzug 50 a

von 25 μπι oder mb'ut aufweisen, der nach dem Entfer- -V

nen der Läppflüssigkeit aufgebracht worden ist .,·

Die Abschlußkappe 36 wird dann in einer inerten At- j|

mosphäre, wie Stickstoff, über den Gehäusesockel 10 |ί

gestülpt und nach einem herkömmlichen Verfahren mit 55 y

diesem verschweißt i

Der Gehäusesockel und die Anschlußleitungen kön- §

nen auch aus anderen Werkstoffen als Kovar gefertigt #

sein. Die Anschlußleitungen können in bezug auf die &

Flachanschlüsse andere Winkel als 90° einnehmen und/ 60 ;'

oder auch anders als dargestellt geformt sein. Die Ge- ,3

häusesockelgröße kann, auch wenn in der Zeichnung ein ffj

Bauelement mit den Abmessungen eines TO-18 Gehäu- ^

ses dargestellt ist einer der anderen TO-Gehäuseserien g

oder beliebigen anderen Gehäusegrößen entsprechen. 65 I=

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 und den Flachanschlüssen des Halbleiterelementes ein Patentansprüche: zusätzlicher Arbeitsgang, nämlich die Herstellung dünner Metallisierungsschichten auf der Oberfläche eines

1. Halbleiterbauelement mit einem metallischen Isolierkörpers, notwendig ist und daß wegen des ver-Gehäusesockel (10) mit zwei Stirnflächen, der an der 5 gleichsweise geringen Querschnittes dieser Metallisieersten Stirnfläche (18) eine Öffnung (12) besitzt, in rungsscbichten in Gestalt von Leiterbahnen die Wärmeweicher eine Anzahl von sich durch die Öffnung er- abfuhr aus dem Halbleiterelement über die Leiterbahstreckenden Anschlußleitungen (14) durch einen Iso- nen nur in beschränktem Maße möglich ist lierkörper (16) derart gehaltert ist, daß die Enden der Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, Anschlußleitungen in einer Ebene mit dem öff- io ein Halbleiterbauelement entsprechend dem Oberbenungsrand liegen und daß die Anschlußleitungen griff von Anspruch 1 so auszugestalten, daß die Vorteile (14) an der zweiten Stirnfläche in Abständen heraus- eines darin verwendeten Halbleiterelementes mit Flachgeführt sind, die den Abmessungen einer Fassung anschlössen bei verbesserter Wärmeabfuhr ausgenützt entsprechen, und mit einem Halbleiterelement (22), werden können und bei der Herstellung Verfahrensweiches Flachanschlüsse (24 bis 30) aufweist, die mit 15 schritte eingespart werden.

den Enden der Anschlußleitungen (14) verbunden Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden

sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Merkmale von Anspruch 1 gelöst

Anschlußleitungen (14) innerhalb des Gehäusesok- Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen

kels (10) derart geformt sind, daß ihre Enden an der eines solchen Halbleiterbauelementes sind in den An-

ersten Stirwüche (18) gegenseitige Abstände besit- 20 sprächen 2 bis 4 niedergelegt

zen, weiche den Abständen der FkchanscbJüsse (14) Bei dem hier angegebenen Halbleiterbauelement des Halbleiterelementes (22) entsprechen, und daß übernimmt der metallische Gehäusesockel zusammen die Flachanschlüsse (24 bis 30) mit den Enden der mit dem von ihm umschlossenen Isolierkörper die Funk-Anschlußleitungen unmittelbar verbunden, insbe- tion eines Substrates für das Halbleiterelement welches sondere verschweißt, sind. 25 direkt mit den Anschlußleitungen oder Kontaktstiften

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, da- im Bereich ihrer Ausmündung an der ersten Stirnfläche durch gekennzeichnet daß die Anschlußleitungen vorzugsweise durch Sshweißung verbunden ist

(14) innerhalb des Gehäusesockels (10) gekröpft Die Abstimmung der Abstände und Abmessungen

sind. der Anschlußleitungen an die äußerst geringen Abmes-

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, 30 sungen und Abstände der Flachanschlüsse bereitet keidadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusesockel ne Schwierigkeiten, da die Anschlußleitungen oder (10) mit einer Abschlußkappe (36) verbunden ist die Kontaktstifte im Bereich des metallischen Gehäusesokdas Halbleiterelement (22) umschließt kels in den Isolierkörper eingebettet sind, wobei be-

4. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprü- nachbaue Kontaktstifte bei der Fertigung zunächst in ehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Flach- 35 einem Stück, etwa als U-BügeL, bereitgestellt werden anschlüsse (24 bis 30) jeweils an mindestens zwei können und in den metallischen Gehäusesockel unter Stellen mit den zugehörigen Anschlußleitungen (14) Bildung des Isolierkörpers eingeschmolzen werden, woverbunden sind. nach die genannte erste Stirnfläche des durch Schmelzen von Glaspulver gebildeter Isolierkörpers unter Ab-

40 trennung der Verbindung zwischen den Kontaktstiften

bearbeitet und schließlich geläppt wird, so daß die Enden der Anschlußleitungen oder Kontaktstifte in der

Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauele- genannten ersten Stirnfläche in derselben Ebene liegen,

ment mit den Merkmalen des Oberbegriffes von An- Die Flachanschlüsse werden somit unmittelbar von der

spruch 1. 45 Stirnfläche des Isolierkörpers und des Gehäusesockels

Ein derartiges Halbleiterbauelement ist aus der Ver- abgestützt so daß das gesamte Halbleiterbauelement

öffentlichung »The Bell System Technical Journal«, hinsichtlich Festigkeit Schwingungs- und Stoßbestän-

Bd. XLV, Nr. 2, Februar 1966, Seiten 233 bis 253, insbe- digkeit sowie hinsichtlich der Wärmeabfuhr verbesserte

sondere Seite 243, bekannt Auf derjenigen Seite des Eigenschaften aufweist

Halbleiterbauelementes, auf welcher sich das die Flach- 50 Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel anhand

anschlüsse aufweisende Halbleiterelement befindet, der Zeichnung erläutert Es stellt dar

münden Anschlußleitungen, die mit den Kontaktstiften ^c i g. 1 einen Längsschnitt durch ein Halbleiterbauele-

auf der jeweils anderen Seite des Halbleiterbauelemen- ment längs der Schnittlinie 1 -1 von F i g. 2 und

tes verbunden oder einstückig ausgebildet sind, aus und F i g. 2 einen Querschnitt durch das Halbleiterbauele-

haben Kontakt zu dünnen Metallisierungsschichten, die ss ment längs der Schnittlinie 2-2 von F i g. 1.

ihrerseits wiederum die Verbindung zu den Flachan- F i g. 1 zeigt einen Teil eines ein Halbleiterbauele-

schlüssen des Halbleiterelementes herstellen. ment bildenden metallischen Gehäusesockels 10, bei-

Auch bei Halbleiterbauelementen nach der US-Pa- speisweise aus Kovar, welcher ar seiner Oberseite eine

tentschrift 32 62 022 werden auf derjenigen Oberfläche öffnung 12 aufweist Die öffnung 12 umfaßt wie F i g. 2

eines Kontaktstifte tragenden Sockelteiles, welche ein 60 zeigt, zwei Kreisflächen mit einem Durchmesser von

Halbleiterelement trägt, dünne Metallisierungsschich- annähernd 1 mm, deren Umrandungen im wesentlichen

ten in Gestalt von Leiterbahnen aufgebracht, die sich aneinander angrenzen, wobei Teile des Gehäusesockels

von einer in der genannten Oberfläche freiliegenden 10 auf beiden Seiten dieses Grenzbereiches entfernt

Stirnfläche eines Kontaktstiftteiles bis hin zu einem sind, um einen Verbindungskanal von annähernd 0,5 mm

Flachanschluß eines Halbleiterelementes erstrecken. 65 Breite zu bilden. Die öffnung 12 kann aber entspre-

Eine solche bekannte Konstruktion besitzt den chend der Form und Lage eines bestimmten Flachan-

Nachteil, daß für die Herstellung der Verbindung zwi- Schluß-Halbleiterelementes 22 an dem Gehäusesockel

sehen den Anschlußleitungen oder den Kontaktstiften 10 auch eine beliebige andere Gestalt aufweisen.