DE3732075A1 - Hermetisch dichtes glas-metallgehaeuse fuer halbleiterbauelemente und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Hermetisch dichtes glas-metallgehaeuse fuer halbleiterbauelemente und verfahren zu dessen herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft ein hermetisch dichtes Glas-Metallgehäu­ se für auf einem Grundträger befestigte Halbleiterbauelemente und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Hermetisch dichte Metallgehäuse (Metallbauformen) zum Einkapseln von elektronischen Halbleiterbauelementen bzw. Chips, wie z.B. Dioden und Transistoren, sowie von optoelektronischen Halblei­ terbauelementen bzw. Chips, wie z.B. Lumineszenzdioden (LED′s), Laserdioden (LD′s), Photodioden und Phototransistoren, sind all­ gemein bekannt. Bei diesen Gehäusen werden die Grundträger (Bodenplatten) bisher einzeln gefertigt und mittels aufwendigen Magazinen in fertigungsgerechte Einheiten aufgehordet. Beim Her­ stellen dieser Gehäuse mußte bei einigen Arbeitsgängen, insbe­ sondere beim Schweißen und Prüfen, die vorher geschaffene Ord­ nung verlassen oder geändert werden.
Ein weiteres Problem der bisherigen Ausführungen besteht darin, daß bei Bauelementen, die keinen elektrischen Kontakt zum Gehäu­ se aufweisen dürfen, ein teurer Isolator zusätzlich aufgebracht werden muß. Bei Leistungsbauelementen besteht dieser Isolator üblicherweise aus Berylliumoxid (BeO). Berylliumoxid ist bekannt­ lich sehr giftig, dies führt zu zusätzlichen Umweltproblemen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hermetisch dichtes, insbesondere potentialfreies Gehäuse für Halbleiterbauelemente zu schaffen, das einfach und zuverlässig bei relativ geringem Zeitaufwand herstellbar ist, und das vor allem eine kostengün­ stige Bandfertigung erlaubt.
Diese Aufgabe wird bei einem hermetisch dichten Glas-Metallge­ häuse für Halbleiterbauelemente erfindungsgemäß durch die Merk­ male des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Vorzüge der heute üblichen "lead-frame"-Montage- und Meßtechnik auch für Bauteile mit hermetisch dichten Glas- Metallgehäusen kombiniert werden.
Entgegen der bisherigen Vorstellung wird als Grundträger ein Leiterband eingesetzt. Dieses Trägerband ist so gestaltet, daß es die Magazinfunktion übernimmt, die elektrischen Anschlüsse bildet und das Montagepodest für den Chip und die notwendigen elektrischen Kontakte (Bondverbindungen) enthält. Das Montage­ podest kann für die speziellen Anwendungserfordernisse vorteil­ haft z.B. als Plateau oder Reflektor ausgebildet sein.
Beim Herstellen des hermetisch dichten Glas-Metallgehäuses wird auf das Leiterband im Kopfbereich ein Metallring hermetisch dicht angeglast. Die für die Verbindung verwendete Glaspille kann zweckmäßig entweder als Pille mit einem Längsschlitz oder zweigeteilt ausgeführt sein.
Dieser dicht aufgebrachte Metallring dient als Verbindungsele­ ment mit einer Metallkappe. Die Metallkappe kann auch für elek­ tro-optische Halbleiterbauelemente mit einem Planfenster oder einer optischen Linse versehen sein.
Durch die beschriebene Herstelltechnik ist der Schweißrand nicht mit den elektrischen Anschlußbeinen verbunden. Dies führt zu einem zwangsmäßig potentialfreien Gehäuse. Dieser Vorteil kann auch für den partiellen Auftrag der Oberfläche im Bondbe­ reich ausgenützt werden. Eine mögliche Oberflächenbeschichtung wird z.B. durch stromloses Abschneiden von Nickel für alle Me­ tallteile (Leiterband und Schweißring) und selektives Aufbringen von Edelmetall (z.B. Gold oder Silber) im Bondbereich realisiert. Für die selektive Galvanik sind gegenüber der heutigen Technik keine speziellen Masken und Horden erforderlich.
Die Endoberfläche kann galvanisch oder durch Tauchverzinnung am Band erfolgen und nicht wie heute üblich als Schüttgut.
Die elektrischen Prüfungen des fertigen Bauteils sind ebenfalls am Band durchführbar. Dies führt insbesondere bei Opto-Bauele­ menten zu einem wesentlich geringeren Zentrieraufwand für die lichtoptischen Messungen.
Anhand von in den Figuren der Zeichnung rein schematisch im Schnitt dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung weiter erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes hermetisch dichtes Glas-Metallge­ häuse für eine Lumineszenzdiode und
Fig. 2 ein erfindungsgemäßes hermetisch dichtes Glas-Metallge­ häuse für einen Fototransistor.
Das in Fig. 1 dargestellte hermetisch dichte Glas-Metallgehäuse besteht im wesentlichen aus dem Leiterband 1 als Grundträger. Als Material für das Leiterband 1 wird vorzugsweise Vacon ver­ wendet. Das Kopfteil des in diesem Beispiel zweibahnig ausgebil­ deten Leiterbandes 1 trägt am Ende der einen Leiterbahn das Mon­ tagepodest 3 für das Halbleiterbauelement 2. Das Halbleiterbau­ element 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein lichtemittieren­ des Bauelement, und zwar eine Lumineszenzdiode (LED). Deshalb ist das Montagepodest 3 in diesem Ausführungsbeispiel zweckmä­ ßig in Form eines metallischen Reflektors ausgebildet, auf des­ sen Boden die Lumineszenzdiode befestigt ist. Das Leiterband 1, das neben seiner mechanischen Magazinfunktion für eine Bandfer­ tigung auch das elektrische Anschlußelement für das Halbleiter­ bauelement 2 bildet, weist an seinem Kopfteil, und zwar an den Enden der beiden Leiterbahnen, die erforderlichen Kontakte 4 auf. Dabei stellt in diesem Ausführungsbeispiel der Übergang vom am Leiterband 1 auf dessen einer Leiterbahn befestigten Reflektor zur Diode den einen Kontakt 4 her und das freie Kopf­ teilende der anderen Leiterbahn des Leiterbandes 1 den anderen Kontakt 4. Die erforderliche Verbindung des Kontaktes 4 vom freien Ende des Kopfteils des Leiterbandes 1 zur vom Montage­ podest (Reflektor) 3 abgewandten Seite des Bauelementes (Diode) 2 wird mittels eines Bonddrahtes 10 hergestellt. Im Kopfbereich des Leiterbandes 1 ist ein Metallring 5, der vorzugsweise aus Vacon besteht, mittels einer Glaspille 9, die zum Einfügen in in den Metallring 5 und zwischen das Leiterband 1 zweckmäßig zweigeteilt oder mit einem Längsschlitz versehen ist, herme­ tisch dicht an das Leiterband 1 angeglast. Der Metallring 5 bildet das Verbindungselement zu einer Metallkappe 6, die das Halbleiterbauelement 2 umgibt und an dem Metallring 5 vorzugs­ weise in Form einer Dichtschweißung befestigt ist. In diesem Ausführungsbeispiel, in dem als Halbleiterbauelement 2 eine Lu­ mineszenzdiode Verwendung findet, ist die Metallkappe 6 mit einem Planfenster 7 aus Glas ausgerüstet, das für den Austritt des von der Diode (Halbleiterbauelement 2) emittierten Lichtes aus dem Gehäuse sorgt.
Das in Fig. 2 dargestellte hermetisch dichte Glas-Metallgehäuse dient zum Einkapseln eines Fototransistors als Halbleiterbauele­ ment 2. Da der in diesem Beispiel verwendete Fototransistor auch einen Basisanschluß aufweist, ist das Leiterband 1 zur Ausübung seiner - neben der mechanischen Bauteil- bzw. Kontakt­ träger- und Magazinfunktion - notwendigen elektrischen Funktion dreibahnig ausgebildet. Die Kopfenden der beiden Außenbahnen des Leiterbandes 1 bilden dabei die Kontakte 4 für den Emitter- und den Basiskontakt des Halbleiterbauelementes (Fototransistors) 2. Das Kopfende der mittleren Leiterbahn des Leiterbandes 1 bildet den elektrischen Kontakt 4 für den Kollektor sowie das Montage­ podest 3 für das Halbleiterbauelement (Fototransistor) 2 und weist daher die Form eines Plateaus auf. Die notwendigen elek­ trischen Verbindungen vom Leiterband 1 zum Emitter und zur Basis des Fototransistors werden mittels Bonddrähten 10 hergestellt. Das Leiterband 1 ist im Kopfbereich unter Verwendung einer Glas­ pille 9 hermetisch dicht an den Metallring 5 angeglast, der als Verbindungselement für eine Dichtschweißung mit der das Halb­ leiterbauelement 2 umgebenden Metallkappe 6 dient. Die Metall­ kappe 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit einer optischen Linse 8 ausgerüstet, die für eine Bündelung des vom als Halb­ leiterbauelement 2 eingesetzten Fototransistor zu detektieren­ den Lichtes dient.

Claims (6)

1. Hermetisch dichtes Glas-Metallgehäuse für auf einem Grundträ­ ger befestigte Halbleiterbauelemente, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Grundträger ein für Magazin­ funktion geeignetes Leiterband (1) vorgesehen ist, das die elek­ trischen Anschlüsse für das Halbleiterbauelement (2) bildet und am Kopfteil ein Montagepodest (3) sowie die erforderlichen elek­ trischen Kontakte (4) für das Halbleiterbauelement (2) enthält, daß an das Leiterband (1) im Kopfbereich ein Metallring (5) her­ metisch dicht angeglast ist, und daß der Metallring (5) das Ver­ bindungselement für eine Dichtschweißung mit einer das Halblei­ terbauelement (2) umgebenden Metallkappe (6) bildet.
2. Glas-Metallgehäuse nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Metallkappe (6) für optoelek­ tronische Halbleiterbauelemente (2) mit einem Planfenster (7) oder einer Linse (8) versehen ist.
3. Glas-Metallgehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Montagepodest (3) als Plateau oder Reflektor ausgebildet ist.
4. Glas-Metallgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Metallring (5) mittels einer in diesen eingefügten zweigeteilten oder mit einem Längsschlitz versehenen Glaspille (9) an das Leiterband (1) in dessen Kopfbereich hermetisch dicht angeglast ist.
5. Verfahren zum Herstellen insbesondere einer Vielzahl von hermetisch dichten, mit Halbleiterbauelementen bestückten Glas- Metallgehäusen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Grundträger ein Leiter­ band (1) verwendet wird, das so gestaltet wird, daß es Magazin­ funktion übernimmt, daß es die elektrischen Anschlüsse bildet und das Montagepodest (3) für das Halbleiterbauelement (2) und die erforderlichen elektrischen Kontakte (4) enthält, daß an das Leiterband (1) im Kopfbereich ein Metallring (5) hermetisch dicht angeglast wird, und daß der Metallring (5) mit einer das Halbleiterbauelement umgebenden Metallkappe (6) verschweißt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Oberflächenbeschichtung des Leiter­ bandes (1) im Bereich der elektrischen Kontakte (4) durch selek­ tives Aufbringen einer Edelmetallschicht, z.B. aus Gold oder Silber, und die der übrigen Metallteile durch Aufbringen einer Metallschicht z.B. aus Nickel durchgeführt wird.
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