DE2529789A1

DE2529789A1 - Doppelt extrudiertes halbleitergehaeuse

Info

Publication number: DE2529789A1
Application number: DE19752529789
Authority: DE
Inventors: Russell A Nippert
Original assignee: Nippert Co
Current assignee: Luvata Ohio Inc
Priority date: 1974-10-03
Filing date: 1975-07-03
Publication date: 1976-04-15
Also published as: CA1027259A; SE408352B; GB1525122A; IT1036425B; FR2287106B1; NL7510492A; DE2529789C3; NL176413C; SE7506919L; JPS5731297B2; DK445375A; NL176413B; FR2287106A1; JPS5148276A; CH590559A5; US3918625A; DE2529789B2

Description

NlWflLTE ^teA BROSE^DKa BROSEK

D-8023 München-Pullach, Winner 3tr. 2; Tel. (089) 7 93 30 71; Telux 52:2147 bros d; Cables: -Patent.bus. München

ihr Zeichen: fiQpQ Tag: 3. J Uli 1975

Your ref.: ^wt? Date:

THE NIPPERT COMPANY eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates Ohio, USA 801 Pittsburgh Drive, Delaware, Ohio 43015, USA

Doppelt extrudiertes Halbleitergehäuse

Bekannte Halbleitergehäuse werden durch ein Extrudierverfahren hergestellt wie es in den US-Patentschriften 3 199 000 und 3 197 843 (Nippert) beschrieben ist. Ein weiteres System das ebenfalls für Halbleiter grosser Kapazität verwandt wird, ist ein druckfestes Gehäuse gemäss den US-Patentschriften 3 293 5^0 (Siemens) und

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3 296 506 und 3 729 659 (Westinghouse). Infolge des bei diesen Verfahren nötigen Auflötschrittes wird das Kupfergrundmaterial ausgeglüht und geschwächt, was im späteren Verlauf des Verfahrens, während der Befestigung und des Gewindedrehens zu einer inneren Deformierung der Befestigungsoberflächen der Einrichtung führt. Eine solche Deformierung bewirkt eine Verminderung der Wärmeleitfähigkeit und damit eine entsprechende Hinderleistung der Einrichtung. Um dies zu vermeiden, wird eine wärmebehandelbare Kupferlegierung verwandt, die nach dem Lotschritt wärmebehandelt werden kann, um den Härteverlust wiederzugewinnen. Das am besten geeignete Material ist eine Kupferlegierung, die Chrom und Magnesiumzusätze enthält und die als PD-135 (Phelps-Dodge) bekannt ist. Das Material ist jedoch teuer, nicht leicht erhältlich und schwierig zu verarbeiten und hat eine Leitfähigkeit, die geringer ist als diejenige von sauerstofffreien Kupferlegierungen. Andere wärmebehandelbare Kupferlegierungen sind unbefriedigend, hauptsächlich infolge ihrer niedrigen elektrischen Leitfähigkeit. Weiterhin ist die Oberfläche unter der Kappe, die für eine Leitung der Wärme und Elektrizität zur Verfügung steht, auf den Durchmesser der Kupferbasis beschränkt.

Erfindungsgemäss wird das Gehäuse durch die Kaltbearbeitung eines Bolzens aus einer leicht erhältlichen, hoch leitfähigen und sauerstoffreien Kupferlegierung hergestellt, wobei ein Stahlring auf die obere Fläche des Bolzens aufgelötet wird und der Bolzen anschliessend extrudiert wird, um eine becherförmige Vertiefung auszubilden und einen von dem die becherförmige Vertiefung umgebenden Hing abwärts gerichteten Kragen. Zur gleichen Zeit wird durch die Extrudier-Kräfte Kupfer des Hauptkörpers in die Matrize gedrückt, die ifcm die Form eines Schaftes geben, der später mit einem Befestigungsgewinde

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versehen wird. Danach wird ein .Stahlrohr mit einen auf— geweiteten unteren Ende in der becherförmigen Vertiefung angeordnet und dieser Aufbau einer zweiten Ertonotdienuasjg um die becherförmige Vertiefung herum ausgesetzt, wodurch das Metall des Kragens die Fliessgremze überscnreitei: und dadurch das aufgeweitete Ende des Hohres formschlüssig umschliesst. Dadurch wird eine feste, stabile Kaltrerbindung geschaffen und somit ein setor zufriedenstellendes Gehäuse, das daurüberhimaaas wirtschaftlich hergestellt werden kann, da nur geringer Abfall entsteht. Darüber ist die Oberfläche, die fmr die leitung der warne und der Elektrizität zur Yerfmgnang steht grosser als die mit bekannten Terfahrem erreichbare.

Zusannmemfassend wird mit der Eriixdung ein als Wärmesenke wirkendes Gehäuse für eine cLruckfeste Halbleiter— einridatung geschaffen, welche in zwei Extrudierstufem hereestellt wird, nämlich einer ersten Bi-lfetall-Extoit-

in welcher ein Stahlring, der mit der

Oberfläche eines Ettpferbolzens -verlötet ist, zusammen mit dem fflauaptkörper des Kupfers extrudiert wird, um auf der Oberseite des Hauptkörpers eine becherförmige Tertiefaang xu. bilden, die von einem, mit dem Sing stScMgeja abwärts gerichteten Kragen begrenzt ist weitertaim einen Befestigxtngsschaft, worauf ein Sohr mit einem aufgeweiteten unteren Sode in der yertiefuumg angecaniiEet; wird, und der Eaiiptkörper ein zweite saal extnaäient wird, Tarn zu bewirken, dass das Krajgenaiat«xia3. fliessifc xmä. in dem aufgeweiteten Ende des Eohres eingeschlossen wird, wodurch eine feste YeTbindung gebildet vi rd.

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Nachstehend sind Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Darin zeigen:

Figur 1 den Bolzen mit dem auf seiner oberen Fläche aufgelöteten Stahlring,

Figur 2 das Ergebnis des ersten Extrudierungsschrittes,

Figur 3 eine Ansicht des Stahlrohres,

Figur 4- das untere Ende des nach außen aufgeweiteten Rohres,

Figur 5 das Gehäuse mit den darin angeordneten Stahlrohr,

Figur 6 den Aufbau nach dem zweiten Extrudierungsschritt,

Figur 7 eine Ansicht der Matrize und des Formstempels, bevor der zweite Extrudierungsvorgang stattfindet,

Figur 8 den Endzustand des zweiten Extrudierungsschrittes,

Figur 9 eine Ansicht in grösserem Maßstab eines Details des von dem Metall gebildeten Schlusses zwischen dem Kragen des Ringes und dem aufgeweiteten Ende des Rohres, und

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Figur 10 eine abgebrochene Ansicht einer modifizierten Form des Gehäuses.

In Figur 1 ist ein Bolzen 10 aus Kupfer gezeigt, der vorzugsweise aus einer gewöhnlichen sauerstoffreien Kupferlegierung besteht, ein geeignetes Material ist CDA-102. Ein Ring 11 aus weichem Stahl ist auf der oberen Fläche des Bolzens vorzugsweise durch eine Verlötung mit Silberlot befestigt. Dieser Aufbau wird anschliessend in eine Extrudierpresse verbracht, welche die in Figur 2 dargestellte Form erzeugt. Diese besteht aus einer zentral angeordneten, becherförmigen Vertiefung 12 in der Oberseite des Bolzens, wobei der Umfang der Vertiefung von einem Kragen 13 gebildet wird, der von dem Preßschritt herrührt und der einstückig mit dem Ring 11 ist. Es ist ein Hauptkörperteil 15 entstanden und ein Schaft 16, der von dem Körper absteht und der für ein späteres Gewinde gedacht ist. Diese Konstruktion und dieses Herstellungsverfahren sind im wesentlichen gleich mit denjenigen in den US-Patentschriften 3 199 000 und 3 197 843 (Nippert) beschriebenen.

Als nächstes wird ein gezogenes Rohr 18 aus weichem Stahl nach aussen aufgeweitet, wie dies bei 20 gezeigt ist.

Darauf werden die Teile gemäss Figur 5 zusammengesetzt, der Durchmesser des aufgeweiteten Bereichs 20 ist nahezu der gleiche wie der innere Durchmesser des Kragens 13 und hat darin nur einen engen Freisitz.

Gemäss Figur 7 ist der Aufbau nach Figur 5 in einer geeigneten Matrize 22, 23 plaziert und ein Kalibrierstift 24, der in einem Formstempel 25 sitzt, wird so in den

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Aufbau eingeführt, dass der Kalibierstift 24- in das Rohr 18 eindringt und dieses somit entsprechend ausrichtet und den Ges»mtaufbau in der Matrize zentriert. Der Kalibrierstift 24 ist federnd gelagert, wie dies bei 26 dargestellt ist, so dass er hauptsächlich eine geeignete Ausrichtung bewirkt, ohne bereits eine Extrudierung hervorzurufen. Wenn auf den Formstempel Druck aufgebracht wird, wie dies in Figur 8 der Fall ist, wird der Stahlkragen 13 gegen das aufgeweitete Ende 20 des Rohres fliessen und dabei diese zwei Elemente formschlüssig zusammenschliessen. Vorzugsweise ist diese Extrudierung in dieser zweiten Stufe so, dass ein weiter nach abwärts gerichtetes Fliessen des Kupfers erreicht wird und damit der Schaft noch verlängert wird. Es soll darauf hingewiesen werden, dass die untere Fläche des Stempels 25 eine Nut 27 aufweist, wodurch ein Vorsprung 28 auf dem Ring 11 gebildet wird, der vorteilhaft ist, wenn die Basis mit der Kappe des Halbleiters durch Viderstandsschweissen verbunden wird.

Die Erfindung schafft somit ein Gehäuse in Form einer Wärmesenke für einen Halbleiter, das einfach im Aufbau und zuverlässig im Betrieb ist, so dass wenn die Siliciumscheiben darin angeordnet werden, keine Beschädigung durch die Drehdeformierung während der Befestigung des fertigen Halbleiters auftritt. Die Extrudierungsschritte werden bei Raumtemperatur ausgeführt und das Kupfer wird infolge einer solchen Extrudierung gehärtet. Die ursprünglichen Abmessungen bleiben erhalten und Parallelität und Flachheit werden verbessert, da die Teile während der Extrudierung in der Matrize geformt werden. Der offene Endbereich 29 des Rohres ist noch biegungsfähig, da er während der Extrudierung nicht verfestigt wurde und daher noch äusserst geeignet für weitere Einsetzverfahren.

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In Figur 10 ist eine modifizierte Konstruktion des Gehäuses gezeigt, in welcher der Ring 11 nicht in die becherförmige Vertiefung extrudiert wird. Daher wird das den Körper 15 cLes Gehäuses bildende Kupfer extrudiert, um einen Formschluss mit dem aufgeweiteten Ende 20 des Rohres 18 zu bilden. Die Konstruktion und das Verfahren der Herstellung sind im übrigen die gleichen. In einigen Fällen ist es wünschenswert, ein Auflager 30 am Boden der becherförmigen Vertiefung auszubilden, was durch eine maschinelle Bearbeitung erfolgen kann. Diese Form des Gehäuses ist etwas wirtschaftlicher, da mit der Matrize der Stahl des Ringes 11 nicht gezogen zu werden braucht, was eine längere Standzeit ergibt.

Obwohl das Verfahren und das hier beschriebene Erzeugnis eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt, soll die Erfindung nicht auf dieses genaue Verfahren und Erzeugnis beschränkt sein, etwaige Änderungen und Abweichungen davon sollen ebenfalls in den Bereich der Erfindung fallen.

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Claims

Patentansprüche

li .J Verfahren zur Herstellung einer druckfesten Halbleitereinrichtung durch Auflöten eines Stahlringes mit Silberlot auf die obere Fläche eines Kupferbolzens und Extrudieren des Bolzens zur Bildung eines abwärts offenen Kragens an dem Ring, einer offenen becherförmigen Vertiefung im Hauptkörper des Gehäuses und eines unteren Schaftes, gekennzeichnet durch die Aufweitung eines Stahlrohres an seinem unteren Ende, Einsetzen des aufgeweiteten Endes des Rohres in die Vertiefung und Extrudieren des Hauptkörpers des Gehäuses, wodurch das aufgeweitete Ende des Rohres von dem Metall fliessend umschlossen wird und eine sichere Verbindung erzielt wird.

2. Verfahren zur Herstellung einer druckfesten Halbleitereinrichtung durch Auflöten eines Stahlringes mit Silberlot auf die obere Fläche eines Kupferbolzens und Extrudieren des Ringes und des Bolzens zur Bildung eines abwärts offenen Kragens an dem Ring, einer offenen becherförmigen Vertiefung im Hauptkörper des Gehäuses, die den Kragen aufnimmt und eines unteren Schaftes an dem Bolzen, gekennzeichnet durch die Aufweitung eines Stahlrohres an seinem unteren Ende, Einsetzen des aufgeweiteten Endes des Rohres in die Vertiefung und Extrudieren des Körpers des Gehäuses, wodurch das aufgeweitete Ende des Rohres von dem Metall des Kragens fliessend umschlossen wird und eine sichere Verbindung hoher Festigkeit erzielt wird.

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5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupfer kaltverformt und verfestigt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupfer eine sauerstofffreie Kupferlegierung mit hoher Leitfähigkeit ist.

5- Gehäuse zur Verwendung als Wärmesenke bei einem druckfesten Halbleiter, bestehend aus einem Kupferkörper mit einer becherförmigen Vertiefung auf dessen oberer Fläche und einem nach abwärts gerichteten Schaft, weiterhin einem auf den Körper aufgelöteten Stahlring und einem einstückig abwärts gerichteten Kragen, der den Umfang der becherförmigen Vertiefung begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass in der becherförmigen Vertiefung (12) ein Stahlrohr (18)mJt aufgeweitetem unterem Ende angeordnet ist, und dass das Metall des Kragens (13) den aufgeweiteten Bereich (20) des Rohres (18) zur Erzielung einer sicheren Verbindung formschlüssig umgibt.

6. Gehäuse nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass das Kupfer eine sauerstofffreie Kupferlegierung von hoher Leitfähigkeit ist.

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