DE1255204B - Verfahren zur Herstellung von vakuumdichten Einschmelzungen in sockelfoermigen Sinterkoerpern fuer elektronische Bauelemente - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND Int. Cl.:

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UTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21g-11/02 Ί>2,&

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Nummer: 1 255 204

Aktenzeichen: C 27742 VIII c/21 g

Anmeldetag: 18. August 1962

Auslegetag: 30. November 1967

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von vakuumdichten Einschmelzungen in sockeiförmigen Sinterkörpern für elektronische Bauelemente, insbesondere Halbleiterbauelemente, durch Verpressen eines einstückigen, schalenförmigen, isolierenden Körpers mit wenigstens einem durch den Unterteil des Körpers von der Außenoberfläche des Körpers zur Innenoberfläche des Unterteils durchgehenden Draht.

Es ist bereits ein derartiges Verfahren bekannt, das nur gestattet, den Draht senkrecht in eine nach oben offene Preßform einzusetzen und in entsprechenden Vertiefungen der Preßform abzustützen. Es geht hierbei darum, durch den schalenförmigen Preßkörper die Drähte derart hindurchzuführen, daß die senkrecht von den Abschlußflächen des schalenförmigen Körpers vorstehen (s. die britische Patentschrift 530 275).

Bei der Herstellung von Halbleitern ist es wesentlich, daß der Wärmeübergang auf das empfindliche Halbleiterelement möglichst wehgenend vermieden wird.~Bei einem nicht zum Stand der Technik ge-KSrenden Verfahren werden Halbleitergehäuse dadurch hergestellt, daß man körniges Material um die Drähte aufschüttet und gleichzeitig das Gehäuse ausbildet und die Eindichtung der Drähte vornimmt, bevor das wärmeempfindliche Halbleiterelement mit den Drähten verbunden wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ausgangskörper für dieses Verfahren herzustellen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß wenigstens ein gerades Drahtstück in eine nach oben offene Preßform eingesetzt und auf einem in diese Form im Abstand von der Formwandung ragenden Stempel am hereinragenden freien Ende abgestützt wird, worauf nach Einfüllen an sich bekannten Preßgutes in die Preßform die Preßgutfüllung unter Knickung des eingeführten Drahtstükkes im wesentlichen horizontal und mit der Innenfläche des Körpers fluchtend in die Endform gepreßt wird. Dadurch wird eine wesentlich bessere Eindichtung der Drähte erhalten. Die Drähte sind dabei durch das Halbleitergehäuse eingeführt, und das Metall liegt auf einer Bodenfläche des Halbleiterkörpers frei, so daß die derart freiliegenden Drahtenden leicht und ohne Gefahr einer Beschädigung mit dem Halbleiterelement verbunden werden können. Man braucht dieses Halbleiterelement nämlich nur noch in die Ausnehmung des Gehäuses einzusetzen und mit den dort am Boden freiliegenden, aber im Boden verankerten Drahtenden in geeigneter Weise zu verbinden.

Verfahren zur Herstellung von vakuumdichten
Einschmelzungen in sockeiförmigen Sinterkörpern für elektronische Bauelemente

Anmelder:

Corning Glass Works, Corning, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. H. Bahr und Dipl.-Phys. E. Betzier,

Patentanwälte, Herne, Freiligrathstr. 19

Als Erfinder benannt:

Lawrence lohn Gehl, Corning, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

— V. St. v. Amerika vom 18. August 1961 (132 335)

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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, die einen Gesenkblock mit einer senkrechten Bohrung aufweist, in die wenigstens eine auf der Oberfläche des Blockes angebrachte Rille zur Aufnahme eines Drahtstückes einmündet, wobei durch eine auf dem Gesenkblock aufgesetzte Halterung für die Drähte in Rillen mit einem Durchlaß vom Durchmesser der Bohrung und in Flucht damit zur Vergrößerung des Pressenformaufnahmevermögens angeordnet ist. Auf diese Weise läßt sich in die erwähnten Ausschnitte ohne Schwierigkeiten ein Einsatzstück einsetzen. Zwischen dem Einsatzstück und der Ausnehmung des Gesenkblockes entstehen Rillen, die sich senkrecht bezüglich der Längsachse der Formausnehmung erstrecken. Dadurch ist diese Vorrichtung zur Durchführung des erwähnten erfindungsgemäßen Verfahrens besonders gut geeignet.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele unter Hinweis auf die Zeichnung. In dieser zeigt

F i g. 1 eine Teilschnittdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Presse gemäß der vorliegenden Erfindung,

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F i g. 2 eine teilweise im Schnitt längs der Linie 2-2 der F i g. 1 gezeichnete Draufsicht auf den oberen offenen Gesenkblock,

F i g. 3 einen Teilschnitt durch die Presse zur Wiedergabe des zu pressenden Materials und der Drähte bei Preßbeginn,

F i g. 4 einen senkrechten Schnitt durch die Presse zur Wiedergabe des fertigen Preßlings mit den eingepreßten Drähten am Ende des Preßhubes.

Nach den F i g. 1 und 2 besteht die erfindungsgemäße Presse aus einem Gesenkblock 1 mit einer senkrechten zylindrischen Bohrung 2. Die Oberfläche 3 des Gesenkblockes 1 enthält Rillen 4, welche mit der Bohrung 2 in Verbindung stehen. Eine ringförmige Formhöhlung wird von der Zylinderwandung der senkrechten Bohrung 2, dem Kern 5 und dem rohrförmigen Stempel 6 begrenzt. Das mit Gewinde versehene untere Ende des Kernes S erstreckt sich durch einen Hohlkörper 7 in einem üblichen Pressenrahmen und steht mit einem Luftzylinder 8 in Verbindung. Der Luftzylinder 8 ist in geeigneter Weise auf dem Fuß des nicht gezeichneten Pressenrahmens montiert. Eine einstellbare Mutter 9 sitzt auf dem sich durch 5en hohlen Innenraum rigs Kör-' pers / erstreckenden Gewindeteil des Kernes 5 und 'wird so eingestellt, daß das obere FnHe, Hps Kernes S auf die Bodenhöhe der Rille 4 gelangt wp.nn die Mutter durch den Luftzylinder 8 nach oben und gegen die Fläche 10 des Hohlkörpers 7 gedruckt wird.

Außerdem ist eine einstellbare Mutter 11 unterhalb der Mutter 9 auf dem durch den hohlen Innenraum des Körpers 7 verlaufenden Gewindeteil des Kernes 5 montiert. Soll der Kern 5 während des Druckhubes in fester Lage verbleiben, dann wird die Mutter 11 auf dem Kern 5 nach unten geschraubt, bis die Mutter 9 an der Fläche 10 anliegt, während die Mutter 11 gegen die Fläche 12 des Hohlkörpers 7 angepreßt wird. Soll sich der Kern 5 während des Druckhubes ein begrenztes Stück nach unten verschieben, dann wird die Mutter 11 bei durch den Luftzylinder 8 gegen die Oberfläche 10 gedrückter Mutter 9 ein entsprechendes Stück von der Oberfläche 12 nach oben verstellt. Die zuletzt genannte Stellung der Mutter 11 ist bei 13 gestrichelt angedeutet.

Der Hohlstempel 6 besitzt eine rohrförmige starre Verlängerung 14, welche den Kern 5 umgibt. Auf dem oberen Gewindeteil der Verlängerung 14 ist eine einstellbare Mutter 15 montiert. Die Mutter 15 ruht normalerweise auf der zylindrischen Tragkonstruktion 32, welche die Verlängerung 14 umgibt, und bildet einen Teil des nicht gezeichneten Pressenrahmens. Das obere Ende des Hohlstempels 6 wird normalerweise in geeigneter Höhe unterhalb des oberen Endes des Kernes 5 durch die Einstellmutter 15 gehalten.

Der Hohlstempel 6 und die Mutter 15 werden in ihrer Normalstellung durch die Federn 16 federnd abgestützt, welche um die Tragstangen 17 angeordnet sind. Die oberen Enden der Stangen 17 sind starr an der Unterseite des Pressentisches 18 befestigt, welcher den Block 1 starr an seiner Oberfläche hält. Die unteren Enden der Stange 17 sind durch Löcher in der Platte 19 geführt. Die Platte 19 umgibt die Verlängerung 14 und ruht auf der oberen Fläche der Mutter 15. Die Federn 17 erfassen die Bodenfläche des Pressentisches 18 und die obere Fläche der Platte 19, wobei sie die Mutter 15 nach unten in ihre normale Ruhestellung drücken. Das kreisförmige Gesenk 20 besitzt einen durch die zylindrische Wandung

21 begrenzten Durchbruch, dessen Durchmesser deti|- _ jenigen der senkrechten Bohrung im Gesenkblock^J^ entspricht. Das Gesenk 20 ist über der ob<
Fläche 3 des Blockes 1 angeordnet, so daß die zylindrische Wandung 21 mit der zylindrischen Wandung 2 fluchtet. Der Durchlaß im Gesenk 20 liefert den zur Herstellung des Unterteiles des schalenförmigen Körpers notwendigen Raum für das Preßmaterial.

ο Zur starren Befestigung des Gesenkes 20 ist zweckmäßig ein erhöhter Randteil 22 auf der Oberfläche des Gesenkblockes 1 vorgesehen. Der erhöhte Randteil 22 besitzt eine Fläche 23 zur Aufnahme und festen Halterung des Gesenkes 20 auf der ausgesparten Oberfläche 3. Selbstverständlich kann man auch andere geeignete Einstell- und Haltevorrichtungen vorsehen.

Der Stempel 24 enthält einen üblichen festen Zylinder, der, durch übliche, nicht gezeichnete Betätigungsnocken betätigt, zum Zusammenpressen einer Charge aus dem in der Preßform eingebrachten Preßmaterial in den Oberteil der durch den Durchbruch im Gesenk 20 gegebenen Preßform eindringt, Soll ein Nachpressen im Ringteil der Preßform erfolgen, dann kann gleichzeitig mit dem Abwärtsgang

_ des Stempels 24 innerhalb der Preßform der Ringstempel 6 nach oben vorrücken. Zu diesem Zweck ist eine einstellbare Mutter 25 auf dem unteren Gewindeteil der Verlängerung 14 montiert. Übliche nockenbetätigte Hebelarme 26 stehen mit der Bodenfläche der Mutter 25 an zwei gegenüberliegenden Seiten im Eingriff und bewirken die Aufwärtsbewegung des Stempels 6 während des Preßvorganges. Die Vorrichtungen zum Auswerfen des gepreßten Körpers aus der Preßform bestehen aus einer einstellbaren Mutter 27, die auf dem oberen Gewindeteil der Verlängerung 14 montiert ist, und den üblichen nockenbetätigten Hebelarmen 28, welche mit der Bodenfläche der Mutter 27 auf zwei gegenüberliegenden Seiten im Eingriff stehen und eine Aufwärtsbewegung des Stempels nach dem Preßvorgang und nach dem Zurückziehen des Stempels 24 aus der Preßform bewirken. Die Mutter 27 wird so eingestellt, daß das obere Ende des Stempels 6 wenigstens bis zur Höhe der Oberfläche 3 nach oben vorgerückt wird.

Eine geeignete Nockenbetätigungsvorrichtung zur Erzielung der entsprechenden Bewegungen von Stempel 24 und Stempel 6 und für die genaue zeitliche Aufeinanderfolge der Bewegungen ist beispielsweise in der USA.-Patentschrift 2 499 980 beschrieben.

Die Wirkungsweise der Formpresse gemäß der Erfindung läßt sich am besten im Zusammenhang mit dem neuartigen gemeinsamen Pressen des oben beschriebenen einstückigen schalenförmigen Körpers erläutern. Zuerst wird das Gesenk 20 entfernt. Dies kann beispielsweise von Hand erfolgen, indem man einen entsprechenden Handgriff auf der Oberfläche 29 des Gesenkes 20 vorsieht. Der Luftzylinder 8 stellt den Oberteil des Kernes 5 auf die Höhenlage des Bodens der Rille 4 ein. Obwohl der Kern 5 während des Preßvorganges festgehalten werden kann, läßt man ihn zweckmäßig eine kleine Abwärtsverschiebung ausführen, indem man die Mutter 12 ein geeignetes Stück in eine durch die gestrichelte Linie 13 wiedergegebene Stellung nach oben einstellt. Die Mutter 15 ist so eingestellt, daß der richtige Füllraum im Ringteil der Preßform entsteht und damit die ge-

wünschte Höhe des zusammengepreßten schalenförmigen Körpers gewährleistet ist. Will man der Ringwandung des schalenförmigen Körpers eine größere Festigkeit geben, dann werden Hebelarme 26 an eine übliche Nockenbetätigungsvorrichtung angeschlossen, so daß eine Aufwärtsbewegung des Stempels 6 während des Preßvorganges entsteht. Die Mutter 25 wird so eingestellt, daß während des Pressens das obere Ende des Kernes 5 im gewünschten Abstand oberhalb des oberen Endes des Stempels 6 verbleibt und damit die gewünschte Höhe der Ringwand des schalenförmigen Körpers gewährleistet.

Die erste Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht im Einsetzen gerader Drahtstücke horizontal in radial verlaufende und einen Winkel miteinander bildende Öffnungen in der Seitenwandung der oben offenen Form und in einer Ebene zwischen dem oberen und unteren Teil der von der Form gebildeten Höhlung. So werden die geraden Drahtstücke beispielsweise in die Rillen 4 eingesetzt, worauf man das Gesenk 20 auf die Oberseite der Fläche 3 zurücksetzt.

Nunmehr erstrecken sich die Drahtstücke waagerecht in die Preßform, ruhen mit ihren inneren Enden auf dem Kern 5 auf und werden von diesem abgestützt. Diese Stufe wird zweckmäßig gleichzeitig mit der ersten Stufe durchgeführt, indem man Drahtstücke von solcher Länge vorsieht, daß sie die gesamte Länge der Rillen 4 von der Fläche 23 bis über die Oberfläche des Kernes 5 einnehmen. Bei Anwendung dieses Verfahrens zur Herstellung eines Halbleitergehäuses ruhen die inneren Enden der "Brahtstücke auf dem Kern 5 und weisen einen geeigneten Abstand voneinander auf.

Nach dem Einstellen und Ausrichten der Drahtstücke wird die gesamte Preßform einschließlich des Ringteiles mit pulverförmigem Material bis zur Höhe der Fläche 29 aufgefüllt. Füllvorrichtungen für diesen Zweck sind beispielsweise in der USA.-Patentschrift 2 499 980 beschrieben. Anschließend wird das Preßmaterial in der Preßform zusammengepreßt, wobei vorzugsweise gleichzeitig damit der innerhalb der Höhlung liegende Drahtteil nach unten verschoben wird, so daß sie durch den Unterteil des schalenförmigen Körpers im wesentlichen diagonal von Punkten in der Nähe der Bodenkante der äußeren Seitenfläche des Unterteils zur Innenoberfläche des Unterteils verlaufen und dann mit der Innenoberfläche fluchten.

Das bevorzugte gleichzeitige Zusammenpressen und Verschieben läßt sich am deutlichsten aus den F i g. 3 und 4 entnehmen. In F i g. 3 befinden sich die Drahtstücke 30 bei Beginn des Zusammenpressens in ihrer Ausgangsstellung. Die ganze Hohlform ist mit körnigem Preßmaterial 31 gefüllt. Der Stempel 24 befindet sich auf seinem Abwärtshub und dringt gerade in die Öffnung im Gesenk 20 ein. An dieser Stelle beginnt der Hohlstempel 6 seine Aufwärtsbewegung. F i g. 4 zeigt den Stempel 24 und den Stempel 6 am Ende ihres Preßhubes mit der sich daraus ergebenden Zusammenpressung des Preßmaterials 31 zu einem schalenförmigen Körper unter gleichzeitiger Verschiebung der Drahtstücke 30 in die obenerwähnte, im wesentlichen diagonale Stellung innerhalb des Unterteils des Körpers. Beim gleichzeitigen Zusammenpressen und Verschieben hat sich der Kern 5 nach unten in seine untere, durch die Mutter 12 bestimmte Grenzstellung gegen den durcR

8 nach oben ausgeübten elastischen

Crack verschoben. Ist die Abwärtsverschiebung der Drahtstücke nicht erwünscht, dann wird der Kern 5 ortsfest gehalten.

Am Ende des Preßhubes wird der vom Luftzylin- t der 8 ausgeübte Druck abgelassen, bevor der Stempel f 24 abgezogen wird, um ein Durchbrechen des Ker- j nes 5 durch den Mittelteil des schalenförmigen Körpers infolge eines Haftens der Ringwandung des ίο schalenförmigen Körpers an der Preßformwandung zu verhindern. Dann wird der Stempel 24 abgezogen und das Gesenk 20 entfernt. Das Auswerfen des geformten fjnstiirkipp.n snhalenförrmfin Itorpp.rs Rr-"

4olgt_anschließend dadurch, daß man die Hebelarme 28 den Stempel 6 nach oben schieben läßt.

Die Anordnung ist nunmehr wieder bereit zum Pressen eines anderen Körpers durch Absenken der Hebelarme 26 und 28 in ihre Ausgangsstellung, wobei der Stempel 6 mit Hilfe der Federn 16 in seine Normalstellung zurückkehrt. Der Luftzylinder 8 wird wieder betätigt und stellt den Oberteil des Kernes 5 auf die Bodenebene der Rillen 4 ein.

Obwohl Verfahren und Vorrichtung im vorhergehenden unter Bezugnahme auf die Verwendung einer Vielzahl von Drahtstücken beschrieben wurden, kann man selbstverständlich für besondere Zwecke auch nur eine Rille und ein Drahtstück vorsehen. In der bevorzugten Ausführungsform zur Herstellung eines Halbleitergenanseunterteiles werden.

wie man am deutlichsten aus 11 g. 2 erkennt, drei jeweils in radialer Richtung um 90° gegeneinander versetzte Rillen vorgesehen, die zum Einpressen von drei Drahtstücken in einen einheitlichen schalenförmigen Körper dienen.

Tiefe und Breite der Rillen 4 sind vorzugsweise so bemessen, daß sie eng die Querschnittsabmessungen der gewünschten verwendeten Drahtstücke umfassen.

Man kann jede geeignete Kombination körnigen

Preßmaterials und Metalle oder Legierungen für die Herstellung des Formkörpers bzw. der Drahtstücke verwenden. Eine geeignete Kombination für HaIbleitergehäuseunterteile ist Glas welches zu ernem fei^ qe_n_JPuiver zermahlen ist. Für die Drähte verwendet man Platinmetall in Form flacher, dünner Drähte.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die vorstehend im einzelnen beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern es sind demgegenüber zahlreiche Änderungen möglich, ohne von ihrem Grundgedanken abzuweichen.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von vakuumdichten Einschmelzungen in srv-kplförrhiafin Sinte.r-

j lektronisrhf* fofmflf^rn^^ritp _l insbeson-

ere Halbleiterbauelemente, durch Verpressen eines einstückigen, schalenförmigen, isolierenden Körpers mit wenigstens einem" durch den Unterteil des Körpers von der Außenoberfläche des Körpers zur Innenoberfläche des Unterteils durchgehenden Draht, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein gerades Drahtstück in eine nach oben offene Preßform eingesetzt und auf einem in diese Form mit Abstand von der Formwandung ragenden Stempel am hereinragenden freien Ende abgestützt wird, worauf nach Einfüllen an sich bekannten Preßgutes in die

Preßform die Preßgutfüllung unter Knickung des eingeführten Drahtstückes im wesentlichen horizontal und mit der Innenoberfläche des Körpers fluchtend in die Endform gepreßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pressen der Preßgutfüllung durch gleichzeitige Bewegung des oberen Preßstempels nach unten, eines unteren Hohlstempels nach oben und gegebenenfalls durch Nachgeben des die Drähte abstützenden Stempels nach unten erfolgt.

3. Presse zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Gesenkblock (1) mit einer senkrechten Bohrung (2), in die wenigstens eine auf der Oberfläche des Blockes (1) angebrachte Rille (4) zur Aufnahme eines Drahtstückes (30) einmündet, und durch eine auf dem Gesenkblock aufgesetzte Halterung (20) für die Drähte in den Rillen (4) mit einem Durchlaß (21) vom Durchmesser der Bohrung (2) und in Flucht damit zur Vergrößerung des Pressenformaufnahmevermögens.

4. Presse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gegenstempel (6) im Gesenkblock (1) zur Bildung einer ringförmigen Preßform mit einem Kern (5), der auf die Höhe des Bodens des fertigen Preßlings (31) einstellbar ist und zur Abstützüng^deirheTeinragenden Drahtteile (30) dient.

5. Presse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstempel (6) beim Pressen nach oben führt, während sich der Kern (5) senkt.

6. Presse nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstempel (6) während des Pressens auf eine Höhe hochfährt, auf der sein oberes Ende unterhalb des oberen Endes des Kernes (5) liegt.

7. Presse nach Anspruch 3,4, 5 oder 6, gekennzeichnet durch drei Rillen (4) im Gesenkblock (1), von denen zwei miteinander fluchten, während die dritte senkrecht zu diesen beiden Rillen verläuft.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 085 262;
französische Patentschrift Nr. 1129 497;
britische Patentschrift Nr. 530 275;
USA.- Patentschriften Nr. 1 648 721, 1 813 576;
922 527, 2 166 205, 2 821 748, 3 009 578.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 690/394 11.67

Bundesdruckerei Berlin