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DE2318736A1 - Verfahren zum abdichten von umhuellungen fuer elektrische teile - Google Patents

Verfahren zum abdichten von umhuellungen fuer elektrische teile

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Publication number
DE2318736A1
DE2318736A1 DE2318736A DE2318736A DE2318736A1 DE 2318736 A1 DE2318736 A1 DE 2318736A1 DE 2318736 A DE2318736 A DE 2318736A DE 2318736 A DE2318736 A DE 2318736A DE 2318736 A1 DE2318736 A1 DE 2318736A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
intermediate layer
temperature
pressure
range
connection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE2318736A
Other languages
English (en)
Inventor
John Robert Dale
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Philips Gloeilampenfabrieken NV filed Critical Philips Gloeilampenfabrieken NV
Publication of DE2318736A1 publication Critical patent/DE2318736A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Description

PHB.32251
JW/EVH.
2318736 GÜNTHER M. DAVID
Pctcntcr-^jsor
Anmelder: N.V. PHILIPS' GLOEILAMPENFABRIEKEH
Akte» PHB-32.251 Anmtlduna v#mi 12. April 1973
Verfahren zum Abdichten -von Umhüllungen für elektrische Teile.
Die Erfindung besieht sich auf ein Verfahren sum Abdichten einer Umhüllung eines elektrischen Teils, inabesondere, Jedoch nicht ausschliesslich der Umhüllung einer Halbleiteranordnung, beispielsweise einer Umhüllung einer integrierten Halbleiterschaltung·
Bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen wird die Umhüllung des aktiven Halbleiterkörper« bsw· der aktiven Halbleiterkörper der Anordnung im allgemeinen dadurch ausgebildet, dass
a) um einen Rahmen von Leitern, der den Halbleiterkörper bzw« die Halbleiterkörper trHgt und die Verbindungen zwischen dem Rahmen von Leitern und dem HalbleiterkSrper bzw* den Halbleiterkörpern Kunststoff gespritzt wird, welche Kunst-
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.stoffumhüllung die SchlussendIiehe Form der Umhüllung bestimmt , oder
b) der Halbleiterkörper auf einen Basisteil einer Umhüllung gestellt wird, der Durchführungsleiter enthält, mit denen Verbindungen mit dem auf diese Weise angebrachten Halbleiterkörper bzw, mit den Halbleiterkörpern hergestellt werden und die Umhüllung dadurch abgedichtet wird, dass auf einem Umfangewandteil des Basisteils ein metallener Deckel festgelötet wird und zwar derart, dass ein· hermetische Abdichtung erhalten wird»
Für die Umhüllung vieler Halbleiteranordnungen eignet sich das Spritzen von Kunststoff aber bei manchen Anordnungen hat das Vorhandensein des Kunst st off materials auf dem Halbleiterkörper bzw. in der Nähe desselben zusammen mit der verhMltniamSssig hohen Porosität einen schädlichen Effekt auf die Kennlinien der Anordnung und folglich müssen derartige Anordnungen in einer hermetisch abgeschlossenen Umhüllung untergebracht werden. Bin Beispiel sind integrierte HOS-Schaltungen, bei denen eine Kunst st off umhüllung Probleme herbeiführt und die Notwendigkeit einer hermetisch abgedichteten Umhüllung entsteht«
Beim üblichen Verfahren, bei dem ein metallener Deckel auf einem Umfangewandteil eines Basisteils der Umhüllung festgelötet wird, muss meistens zwischen den Verbindungsoberflächen ein Abschlussring aus einem geeigneten Lotmaterial angebracht werden, beispielsweise aus einem Gold/Zinn-Eutekticum, wonach das Ganze bei einer Temperatur mindestens entsprechend dma Schmelzpunkt des Letaaterials, durch einen Ofen hindurch-
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geführt wird. Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, dass der Inhalt der Umhüllung, d.h. der wirksame Halbleiterkörper bzw. die wirksamen Halbleiterkörper und die Montage und Verbindungen desselben auf dem Basisteil.während einer beträchtlichen Periode einer verhältnismässig hohen Temperatur ausgesetzt werden. Weiter ist eine gute hermetische Abdichtung oft schwer erzielbar und zwar durch Auftritt von Gasblasen im geschmolzenen Lotmaterial. Ein weiteres Problem ist, dass eine gute hermetische Abdichtung nicht gut erhalten werden kann, wenn die zwei Verbindungsoberflächen nicht einwandfrei flach sind.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Abdichten einer Umhüllung eines elektrischen Teils, das das Kennzeichen aufweist, dass ein metallener Deckel der Umhüllung unter Druck mit einer praktisch ebenen metallenen Oberfläche eines Umfangswandteils eines Basisteils der Umhüllung unter Verwendung einer verformbaren metallenen Zwischenschicht zwischen den Verbindungsoberflächen des Deckels und des Wandteils verbunden wird und dass die Bildung einer mechanischen Verbindung zwischen dem Deckel und dem'Wandteil mittels der Zwischenschicht dadurch erhalten wird, dass das Ganze aus dem Basisteil, der metallenen Zwischenschicht und dem Deckel
in eine Presse gebracht wird mit einem Druck von mindestens ο ρ
1 Tonne/Zoll und höchstens 5 Tonnen/Zoll , während das Ganze auf einer Temperatur gehalten wird, die unterhalb des Schmelzpunktes der metallenen Zwischenschicht und unterhalb derjenigen Temperatur liegt, bei der sich durch Einwirkung der Bestandteile, die sich an den Verbindungsflächen befinden,
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eine flüssige Phase bilden würde, wobei der genannte Druck und die genannte Temperatur zur Erhaltung der Verbindung während einer Periode kürzer als 30 Sekunden beibehalten werden.
Bei diesem Verfahren wird der Vorteil erhalten, dass die Abdichtung der Umhüllung bei wesentlich niedrigeren Temperaturen durchgeführt werden kann, als beim bekannten Verfahren mit "reflow"-Verlötung und dass die Periode, während der der Inhalt der Umhüllung einer erhöhten Temperatur ausgesetzt wird, wesentlich kürzer ist. Die Temperatur, bei der die Verbindung stattfindet, wird mindestens teilweise durch das Material der verformbaren metallenen Zwischenschicht bestimmt und durch eine geeignete Wahl eines derartigen Materials können verhältnismässig niedrige Verbindungstemperaturen erreicht werden, die mit der Erhaltung guter hermetischer Abdichtungen vereinigbar sind. Der Bereich der Drücke
wird derart gewählt, dass für Drucke über 5 Tonnen/Zoll eine Bruchgefahr der Körper besteht und dass es sich bei
Drücken unterhalb 1 Tonne/Zoll herausgestellt hat, dass die Verbindung entweder nicht erhalten wird oder eine zu v geringe Stärke hat und keine gute Abdichtung ergibt. Die Periode von höchstens 30 Sekunden, in der der genannte Druck und die genannte Temperatur beibehalten werden um die Verbindung zu erhalten, ist verhältnismässig kurz und kann in manchen Anwendungsgebieten weniger als 5 Sekunden betragen. Diese kurze Verbindungszeit, zusammen mit den verhältnismässig einfachen Mitteln, die zur Herstellung der Verbindung notwendig sind, ergeben einen verhältnismässig billigen
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Produktioneprozess. Für besondere Verbindungsverfahren ist die Periode, in der der genannte Druck und die genannte Temperatur beibehalten werden derart, dass die Verbindung eine gewünschte Zugstärke erreicht, die im allgemeinen etwa 50% der schluasendliehen ZugstSrke der verwendeten verformbaren Metallfolie 1st. Xn manchen Verfahrensformen, in denen eine Verbindung mit einer hohen Zugstärke nicht erforderlich ist, kann die Periode, während der die genannte Temperatur und der genannte Druck beibehalten werden, derart sein, dass die erhaltene Verbindung eine Zugstärke aufweist, die nur 20 bis 25% der Schlussendlichen Zugstärke der verformbaren Metallfolie ist. Wenn eine Stärke der Verbindung von 50% der schlussendlichen Zugstärke der verformbaren Metallfolie erhalten wird, wird die Stärke der Verbindung durch Beibehaltung des Ganzen unter dem genannten Druck und der genannten Temperatur während einer längeren Periode nicht wesentlich zunehmen, d.h., die Stärke der Verbindung wird um nicht mehr als 20% erhöht werden. Xm genannten Fall, in dem die Stärke der Verbindung nur 20 bis 25% der schlussendlichen Zugstärke der verformbaren Metallfolie ist, wird durch Beibehaltung des Ganzen unter dem genannten Druck und der genannten Temperatur während einer längeren Periode die Stärke der Verbindung zunehmen, aber dies ist nicht erwünscht.
Der richtige physikalische Mechanismus, durch den die Verbindung erhalten wird, ist nicht völlig klar. Die Temperaturverhältnisse sind jedoch derart, dass ein Schmelzen der Zwischenschicht an den einander zugewandten Oberflächen nicht auftritt und dass keine flüssige Phase gebildet wird durch
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Einwirkung eines der vorhandenen Bestandteile, Veiter findet bei einer derartigen kurzen Periode der Verbindungszeit keine Langfrist-Diffusion der Elemente statt, obschon eine geringfügige Kurzfrist-Diffusion, d.h. mit einer Tiefe von einigen Atomen, wohl stattfinden kann. Messungen der erhaltenen Verbindungsstärke zeigen, dass die Verbindung nicht völlig van der Waals* sehen Kräften zu verdanken ist, weil die Stärke der Verbindung zu gross ist um nur durch die genannten Kräfte erklärt zu werden.
Beim erfindungsgemässen Verfahren hat es sich herausgestellt, dass die Druck- und Temperaturverhältnisse derart sind, dass die Verformung der verformbaren metallenen Zwischenschicht normalerweise weniger.als 5$ beträgt, in vielen Fällen weniger als 2$, wobei die Verformung der Dickenunterschied geteilt durch die ursprüngliche Dicke und als Prozentsatz ausgedrückt ist·
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens liegt der angewandte Druck im Bereich von
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2,0 Tonnen/Zoll und 3,5 T aroma/Zoll . Dieser Druckbereich ist für die meisten Materialien der nachstehend zu beschreibenden verformbaren metallenen Zwischenschicht wirksam.
Die verformbare metallene Zwischenschicht kann unterschiedliche Formen haben. Bei einer Form besteht sie aus einer Metallfolie und vorzugsweise hat eine derartige Folie eine Dicke von mindestens 10 ,van. Bei einer anderen Form besteht sie aus einer Metallbedeckung, die an mindestens einer der Verbindungeoberflächen angebracht wird. Wenn die verformbare metallene Zwischenschicht aus einer derartigen Bedeckung
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besteht, wird d±e Wahl der Oberfläche oder der Oberflächen, auf der bzw. denen diese angebracht wird, und die Dicke der Bedeckung darauf durch die Materialien des Deckels und der Metalloberfläche des UmfangewandteiIs des Basisteils bestimmt werden.
Für die verformbare metallene Zwischenschicht sind mehrere Materialien verwendbar. Eines dieser Materialien ist Gold, das entweder in Form einer Folie oder in Form einer Bedeckung auf mindestens einer der Verbindungsoberflächen verwendet werden kann. Ein bevorzugter Bereich der Verbindungstemperatur, bei der eine goldene Zwischenschicht verwendet wird, liegt zwischen 2500C und 3500C.
Ein anderes Metall, das sich als metallene Zwischenschicht eignet, ist Aluminium. Dies kann mit Vorteil verwendet werden, wenn die Körper an den Verbindungsoberflächen beide aus einer Legierung aus Eisen, Nickel und Kobalt bestehen, weil es dann vielleicht nicht notwendig ist, eine zusätzliche Bedeckung auf den Verbindungsoberflächen anzubringen. Ein bevorzugter Bereich der Verbindungstemperaturen beim Gebrauch von Aluminiumfolie liegt zwischen 2500C und 3500C.
Die verformbare metallene Zwischenschicht kann eine Schicht aus einer Reihe von Weichlotmaterialien sein, die Blei als primären Bestandteil aufweisen und Schmelzpunkte haben im Bereich von 3000C bis 3270C. Ein derartiges Material besteht aus Blei, Silber.und Zinn, wobei die Gewichtsprozentsätze 95» 3»5 bzw. 1,5 betragen und wobei der Schmelzpunkt auf 317°C liegt. Ein anderes derartiges Material hat dieselben Bestandteile, wobei die Gewichtsprozentsätze 95,5t 3f0
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bzw« 1,5 betragen und der Schmelzpunkt 3O6°C ist. Mit den genannten Weichlotmaterialien, deren primärer Bestandteil
Blei ist, kann ein Druck zwischen 2,0 und 3,0 Tonnen/Zoll und eine Temperatur zwischen 240°C und 2900C angewandt werden.
Die verformbare metallene Zwischenschicht kann eine Schicht sein aus einer Reihe von Weichlotmaterialien, die Blei und Zinn, Kadmium und Zinn, Blei und Indium, Blei-Zinn und Silber oder Blei-Kadmium und Zinn als Bestandteile aufweisen und Schmelzpunkte haben im Bereich von 1000C bis 3000C. Bei Verwendung derartiger Materialien kann die Druckverbindung bei einem Druck zwischen 2,0 und 3,0 Tonnen/Zoll und bei einer Temperatur zwischen 100°C und 280°C hergestellt werden; bei Verwendung beispielsweise eines Lotes mit 60 Gewichtsprozenten Zinn und 40 Gewichtsprozenten Blei (Schmelzpunkt 183°C) oder eines Lotes mit 68 Gewichtsprozenten Zinn und 32 Gewichtsprozenten Kadmium (Schmelzpunkt 177°C), kann die Verbindung bei 16O°C hergestellt werden. Für Lotzusammensetzungen aus Blei und Indium mit Schmelzpunkten im Bereich von 2350C bis 2600C, kann die Verbindung bei einer Temperatur im Bereich von 1800C bis 2000C durchgeführt werden.
Die obenbeschriebenen Weichlotmaterialien können als Zwischenschicht in Form einer Folie von mindestens 10 /um Dicke, beispielsweise 25/um Dicke, verwendet werden. Derartige Materialien können auch als Bedeckung auf mindestens einer der Verbindungsoberflachen durch Tauchlöten verwendet werden, wobei die Gesamtdicke derartiger Bedeckungen mindestens 10 /um und vorzugsweise 25/um betragt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungs-
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gemässen Verfahrens enthält der Umfangewandteil dea Basisteils einen Metallkörper an den Verbindungsoberflachen. Die Druckverbindung mittels der verformbaren metallenen Zwischenschicht erfolgt dann zwischen zwei Metallkörpern. Ein übliches Metall bei Umhüllungen für Halbleiteranordnungen ist eine Legierung aus Eisen, Nickel und Kobalt, beispielsweise ein Material, das im Handel unter dem Namen KOVAR oder FERNICO erhaltlich ist. Dieses Material kann mit Vorteil bei einem erfindungsgemässen Verfahren verwendet werden und bei einem Beispiel der genannten bevorzugten Ausführungsform bestehen der metallene Wandteil und der Deckel beide aus einer Legierung aus Eisen, Nickel und Kobalt und die Druckverbindung wird mittels einer goldenen Zwischenschicht durchgeführt. Diese Goldschicht kann beispielsweise eine Goldfolie mit einer Dicke von 10/um sein und in diesem Fall werden die Verbindungsoberflächen des Deckels und des Wandteils mit je einer dünnen Goldschicht versehen.
Bei einem anderen Beispiel der genannten bevorzugten Ausführungsform, wobei dieser Umfangewandteil und der Basisteil einen Metallkörper an der Verbindungsoberflache enthält, bestehen der Deckel und der genannte Wandteil beide aus einer Legierung aus Eisen, Nickel und Kobalt und die Druckverbindung des metallenen Deckels mit dem Wandteil wird mittels einer verformbaren Zwischenschicht aus einem Weichlotmaterial durchgeführt. Diese Lotschicht kann beispielsweise aus einer Folie aus Lotmaterial mit einer Dicke von 25 bis 30 /um bestehen und in diesem Fall werden die Verbindungsoberflächen des Deckels und des Wandteils mit je einer dünnen
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Goldschicht versehen.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens enthält der Umfangewandteil des Basisteils einen gläsernen oder keramischen Körper, auf dem eine Oberflächenmetallisierungsschicht angebracht ist. Die Oberflächenmetallisierungsschicht kann beispielsweise aus Palladium/Silber oder Palladiura/Gold bestehen,
¥enit die verformbare metallene Zwischenschicht in Form einer Folie istf kann diese einen rechtwinkligen oder kreisrunden Querschnitt aufweisen. Ein Vorteil der Verwendung von Folien mit einem kreisrunden Querschnitt ist, dass es eine gewisse Toleranz gibt wenn die Verbindungsflächen nicht einwandfrei flach sind und dass trotzdem eine gute hermetische Abdichtung erhalten werden kann,
Ausffilirungsbel spiel© der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigern
Fig« 1 einen senkrechten Schnitt durch einen Teil einer Presse, die beim erfindungsgemässeii Verfahren verwendet werden kann.,
Fig« 2 eine masstäblich dargestellte Draufsicht eines Basisteils einer Umhüllung mit mehreren Durchführungen für eine integrierte Schaltung,
Fig» 3 einen senkrechten Schnitt in auseinandergezogener Darstellung des genannten Basisteils einer Umhüllung mit mehreren Durchführungen, die eine integrierte Siliziumschaltung enthält, die darauf montiert und damit verbunden ist und einen Deckel und eine Weiohlotfolie enthält, die
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beim Abdichten der Umhüllung durch ein erfindungsgemässes Druckverbindungsverfahren verwendet werden,
Fig. k eine Draufsicht eines Basisteils für die Umhüllung einer je-zwei-und-zwei-in-Reihe-integrierten Schaltung, an der ein Deckel befestigt werden kann, nach einem erfindungsgemässen Verfahren.
Die in Pig. I dargestellte Presse enthält einen festen Stahlsockel 1 und ein bewegliches Pressenoberteil 2.Ein stählernes Sockelglied 3 mit rundem Querschnitt ist am Sockel 1 befestigt, der zugleich eine Asbestunterstützung 1* enthält. Auf der Asbestunterstützung h befindet sich ein Siliziumoxydrohr 5» <*&s mit dem oberen Teil des stählernen Sockelgliedes 3 koaxial ist und dieses Glied umgibt. Ein drahtförmiges Erhitzungselement 6 ist um das Siliziumoxydrohr 5 gewickelt. Das Erhitzungselement 6 und das Rohr 5 sind von einem äusseren Kupfermantel 7 umgeben, der sich am unteren Ende auf die AsbestunterStützung k abstützt und am oberen Ende einen aus Asbest bestehenden*Deckel 8 unterstützt. Auf der Oberseite des stählernen Sockelgliedes ist ein stählernes Stützglied 9 befestigt, das gehärtet und temperiert worden ist. In der Seite des Stützgliedes 9 befindet sich eine Oeffnung 10, in die ein (nicht dargestelltes) Thermoelement gesteckt werden kann* In der Seitenwand des kupfernen Aussenmantels 7 befindet sich eine Oeffnung 11 zum Zuführen eines Mischgases (10$ Wasserstoff in Stickstoff) um eine regulierte Atmosphäre um die Teile zu schaffen, wenn diese unter Druok verbunden werden und um zu vermeiden, dass die Werkzeugflächen oxydieren. Im Asbestdeckel 12 befinden sich eine Anzahl Oeffnungen zum
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Abführen des Gases.
Das bewegliche stählerne Pressenoberteil 2 hat einen stählernen Einsatz 15t der in der unteren Fläche des Pressenoberteils befestigt ist. Zwei Stahlplatten 16 und 17 sind am Einsatz 15 befestigt und zwar zusammen mit einem aus Gummi bestehenden Stossdämpferblock 18, der zwischen den Platten 16 und 17 befestigt ist. Ein Bolzen 19 befestigt das Gefüge aus den Platten 16 und 17 und dem Block 18 am Einsatz 15» wobei der Kopf des Bolzens 19 in einem stählernen schalenfSrmigen Teil 20 liegt, der locker am Einsatz 15 befestigt ist. Der schalenförmige Teil 20 ist mit Innengewinde versehen und bestimmt die Lage einer mit Aussengewinde versehenen Enddruckplatte 21, die aus demselben Material wie das Stützglied 9 besteht. Auf der unteren Umfangsflache des stählernen schalenfBrmigen Teils 20 befindet sich ein Asbestisolator 22, Die Enddruckplatte 21 hat einen Timfangsrand 23 und zwischen dem Rand 23 und dem Asbestisolator 22 ist ein flaches Nichrom-Erhitzungselement 24 zwischen zwei Mikaplatten 25 eingeklemmt. Die Enddruckplatte hat eine Oeffnung 26, in die ein Thermoelement gesteckt werden kann. An der Aussenoberflache der Platte 17 ist ein Wasserkühlrohr 27 befestigt.
Nun wird die Wirkungsweise der Pressvorrichtung in einem erfindungsgemässen Verfahren beschrieben. Mit dem beweglichen Pressenoberteil 2 in der in Fig. 2 dargestellten Lage werden die Gas zuführung s- und Erhitzungselemente 6 bzw. 2k eingeschaltet und die Temperaturen eingestellt bis das stählerne Stützglied 9 und die Enddruckplatte 21 die gewünschte Verbindungstemperatur haben« Das Gefüge aus den zwei
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zu verbindenden Körpern und der Zwischenfolie wird auf die Oberfläche des stählernen Stiitzgliedes 9 gelegt und das bewegliche Pressenoberteil 2 wird nach unten bewegt, so dass die Enddruckplatte 21 auf der oberen Fläche des oberen Körpers ruht. Danach wird der Druck der Enddruckplatte 21 über eine Periode von 5 bis 10 Sekunden, bis der gewünschte
Verbindungsdruck, beispielsweise 2,5 Tonnen/Zoll erhalten worden ist, allmählich erhöht. Dieser Druck wird danach während der gewünschten Zeit beibehalten, beispielsweise während etwa 10 Sekunden und darauf wird der Druck durch eine Aufwärtsbewegung des Pressenoberteils 2 aufgehoben und zum Schluss wird das Gefüge der Körper, die mittels der Zwischenfolie verbunden sind, entfernt. Im allgemeinen werden die Erhitzungselemente 6 und 2k geregelt werden um das Stützglied 9 und die Enddruckplatte auf derselben Temperatur zu halten, aber gewünschtenfalls können diese Temperaturen unabhängig voneinander geändert werden. Die erreichbare Regelung beträgt jf 20C und wird erzielt mittels Thermoelemente in den Oeffnungen 10 und 26 und mittels einer Temperaturregelvorrichtung. Der Druck und der Druckaufbau wird über ein genormtes Nadelventil und eine hydraulische Kupplung gesteuert.
Der in Fig. 2 dargestellte Basisteil für eine Umhüllung mit vielen Leitern enthält einen Aussenrahmen 31 aus KOVAR von etwa 7t5 cm χ 7»5 cm, aus dem zweiundneunzig Durchftihrungsleiter 32 herausragen. Die Durchführungsleiter 32 ragen durch eine ringförmige Glaswand 33 des Basisteils und ihre inneren Enden 3^ liegen in derselben Ebene wie ein
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Randteil der Glaswand 33. Die Glaswand 33 ist auf einer scheibenförmigen metallenen Basis 35 aus KOVAR befestigt, die zusammen mit der Glaswand 33 einen Teil einer praktisch zylinderförmigen Umhüllung bestimmt, in der ein kreisförmiger Teil 36 mit einem Durchmesser von 3 cm der Innenoberflache der metallenen Basis 35 frei liegt. Auf der oberen Fläche der Glaswand 33 befindet sich ein Dichtungsring 37,ebenfalls aus KOVAR und bei einem Verfahren zum Abdichten der Umhüllung nach der Erfindung verwendbar. Der Aussenrahmen 31» der letzten Endes von den Leitern 32 getrennt wird, weist zwei Vorsprünge 38 auf, um den Rahmen festnehmen zu können. Sämtliche unbedeckten KOVAR-Teile sind vergoldet.
Nach Fig. 3 wird eine Siliziumscheibe 39 mit einem Durchmesser von 2,8 cm und einer Dicke von 250 /um mit einer integrierten Schaltung (large scale integration) unter Druck mit einer vergoldeten Oberfläche 36 mittels einer Zwischenfolie 4o aus Gold mit einer Dicke von 25/um unter Verwendung eines Apparates nach Fig, 1 verbunden, wobei der angewandte
2
Druck 2,8 Tonnen/Zoll beträgt bei ®±ti@r Temperatur von 3000C während einer Gesamtperiode von 30 Sekunden. Für diese Verbindungsbearbeitung wird die untere Fläche des Siliziumkörpers mit einer Goldbedeokung mit einer Dicke von 1000 A versehen.
Danach werden zwischen den Verbindungsflächen an der Oberseite der Siliziumscheibe und den Innenenden 3k der Durchführungsleiter 32 durch ein Verbindungsverfahren mit Drähten, das normalerweise bei der Herstellung von integrierten Schaltungen angewandt wird, Verbindungen hergestellt. Der
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Deutlichkeit halber sind die Verbindungsdrähte nicht im Schnitt nach Fig, 3 dargestellt.
Die Umhüllung wird durch ein erfindungsgemässes Verfahren abgedichtet. Dies erfolgt dadurch, dass ein KOVAR-Deckel kl in Form einer Scheibe mit einer Dicke von 0,5 nun durch Druckverbinden mit dem KOVAR-Dlchtungsring 37 mittels eines goldenen Zwischenfolienringes h2 mit rechtwinkligem Querschnitt und mit einer Dicke von 25/um befestigt wird. Der KOVAR-Deckel 41 ist vergoldet mit einer Dicke von etwa 8/um und der KOVAR-Dichtungsring 37 ist ebenfalls mit einer Dicke von etwa 8 /um vergoldet. Das Druckverbinden erfolgt
in einem Apparat nach Fig. 1, wobei der Druck 3»5 Tonnen/Zoll beträgt und die Temperatur 300°C, während die Zeit 10 Sekunden ist.
Eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Verfahrens wird an Hand der Fig. 4 beschrieben, die eine Draufsicht eines Basisteils für die Umhüllung einer je-zweiund-zwei-in-Reihe-integrierten Schaltung mit achtzehn Durchführungen darstellt. Dieser Basisteil enthält eine keramische Basis 51 ι beispielsweise aus Aluminiumoxyd, von etwa 22 mm χ 7 nun χ 2 mm. Ein Metallring 52, der einen Wandteil bildet, beispielsweise aus KOVAR, wird durch Hartlöten auf der oberen Fläche des keramischen Teils 51 angebracht. Der Ring hat Aussenabmessungen von etwa 12 mm χ 6,5 tnm und Innenabmessungen von etwa 8 mm χ 5 »5 nun und hat eine Dicke von etwa 1 mm. An der Oberfläche 53 der keramischen Basis 51, welche Oberfläche sich innerhalb des Ringes 52 befindet, sind die inneren Enden von achtzehn metallenen Durchftihrungsleitern
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freigelegt. In einer zentralen Vertiefung in der keramischen Basis 51 befindet sich eine Metallfläche 55 zur Montage auf einer integrierten Halbleiterschaltung. Die achtzehn metallenen Durchführungsieiter enden an gegenüberliegenden Seitenoberflochen der keramischen Basis 51', wo sich leitende Metallbedeckungen 56 befinden. Stiftteile 57 zweier einander gegenüberliegender metallener Durchführungsrahmen sind an den Bedeckungen 56 befestigt, wobei jeder Durchführungsrahmen neun Stiftteile enthält. Alle freigelegten Metallteile sind vergoldet. Bei der Herstellung einer integrierten Schaltung wird nach der Montage der integrierten Schaltung auf der metallenen Fläche 55 vaxd nach der Herstellung der Drahtverbindungen zwischen den inneren Enden 5^ des Durchftihrungsleiters und den Oberflächen der Verbindungsfläche auf der integrierten Schaltung die Umhüllung nach einem erfindungsgemässen Verfahren abgedichtet. Ein rechtwinkliger Vergoldeter Deckel aus KOVAR von etwa 12 mm χ 6,5 mm χ 0,25 mm wird unter Druck mit der vergoldeten oberen Fläche des KOVAR-Ringes 52 mittels einer Weichlotzwischenfolie aus einem Material, das Blei, Silber und Zinn als Bestandteile enthält und wobei die Gewichtsprozentsätze 93,5» 1»6 bzw, 5»0 betragen und wobei der Schmelzpunkt 296°C ist, verbunden. Die Lotfolie hat Oberflächenabmessungen, die der oberen Fläche des Ringes praktisch entsprechen und eine Dicke von etwa 25/um. Die Dicke der Vergoldung auf dem KOVAR-Deekel 51 und auf der oberen Fläche des KOVAR-Ringes 52 liegt zwischen 1 und 2 ,van. Das Druckverbinden wird in einem Apparat nach Fig. 1 bei
2
einem Druck von 3»0 Tonnen/Zoll , einer Temperatur von 2800C
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und eine χ* Dauer zwischen 5 und 10 Sekunden durchgeführt.
Xm Rahmen der Erfindung sind für den Fachmann viele Abwandlungen möglich. So können Umhüllungen mit einem anderen Umfang als der in der Figur dargestellte mit dem Druckverbindungsverfahren abgedichtet werden, Umhüllungen, die Glaswandteile enthalten, können beispielsweise mit einem Deckel aus einer Legierung aus Eisen, Nickel und Kobalt nach Anbringung einer geeigneten Metallisierung auf der oberen Flache der Glaswand abgedichtet werden. Die Wahl eines ¥eichlotmaterials für die metallene Zwischenschicht, beispielsweise in Form einer Folie, hängt von der Verbindungstemperatur, die für dieses bestimmte Lotmaterial notwendig ist und von der Beständigkeit des Inhaltes der Umhüllung gegen eine derartige Temperatur ab. Das Verfahren ist besonders vorteilhaft, wenn die genannten Weichlotmaterialien mit einem niedrigeren Schmelzpunkt verwendet werden, wenn der Inhalt der Umhüllung derart ist, dass ein Aussetzen des Inhaltes an erhöhten Temperaturen, beispielsweise über 2500C, die elektrischen Kennlinien der Einzelteile beeinträchtigen würde.
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Claims (12)

  1. - 18 - PHB.32251.
    PATENTANSPRÜCHE ι
    ί1 »J Verfahren zum Abdichten einer Umhüllung eines elektrischen Einzelteils, dadurch gekennzeichnet, dass ein metallener Deckel der Umhüllung unter Druck mit einer praktisch ebenen metallenen Oberfläche eines Umfangswandteils eines Basisteils der Umhüllung unter Verwendung einer verformbaren metallenen Zwischenschicht zwischen den Verbindungsoberflächen des Deckels und des Wandteils verbunden wird und die Bildung einer mechanischen Verbindung zwischen dem Deckel und dem Wandteil mittels der Zwischenschicht dadurch erhalten wird, dass das Ganze aus dem Basisteil, der metallenen Zwischenschicht und dem Deckel in eine Presse gebracht wird unter einem Druck von mindestens 1 Tonne/Zoll und höchstens 5 Tonnen/Zoll , während das Ganze auf einer Temperatur gehalten wird, die unterhalb des Schmelzpunktes der Metallenen Zwischenschicht und unterhalb derjenigen Temperatur liegt, bei der sich durch Einwirkung der Bestandteile, die sich an den Verbindungsoberflächen befinden, eine flüssige Phase bilden würde, wobei der genannte Druck und die genannte Tdaiperatur zur Erhaltung der Verbindung während einer Periode kürzer als 30 Sekunden beibehalten werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druck- und Temperaturverhältnisse derart sind, dass die Verformung der verformbaren metallenen Zwischenschicht weniger als 5$ beträgt.
  3. 3. Verfahren ,nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck und die Temperatur zur Erhaltung der Verbindung während einer Period· kürzer als 5 Sekunden beibehalten werden.
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    - 19 - PHB.32251.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der angewandte Druck im Bereich von 2,0 bis 3,5 Tonnen/Zoll2 liegt.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis kt dadurch gekennzeichnet, dass die verformbare metallene Zwischenschicht die Form einer metallenen Folie hat.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die verformbare metallene Zwischenschicht aus Gold besteht und die Verbindung bei einer Temperatur im Bereich von 25O0C bis 35O°C durchgeführt wird.
  7. 7« -Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die verformbare metallene Zwischenschicht aus Aluminium besteht und die Verbindung bei einer Temperatur im Bereich von 2500C bis 3500C durchgeführt wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dass die verformbare metallene Zwischenschicht eine Schicht aus einer Reihe von Weichlotmaterialien ist, die Blei als primären Bestandteil aufweisen und Schmelzpunkte haben im Bereich von 300"C bis 3270C.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbinden bei einem Druck im Bereich von 2,0 bis
    3,0 Tonnen/Zoll und,bei einer Temperatur im Bereich von
    C bis 29O0C durchgeführt wird.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dass die verformbare metallene Zwischenschicht eine Schicht ist aus einer Reihe von Weichlotmaterialien, die Blei und Zinn, Kadmium und Zinn, Blei und Indium, Blei-Zinn und Silber oder Blei-Kadmium und Zinn als Bestandteile aufweisen
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    und Schmelzpunkte haben im Bereich von 1500C bis 300*0.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
    dass dae Verbinden bei einem Druck im Bereich von 3»0 Tonnen/
    2
    Zoll und bei einer Temperatur im Bereich von 100°C bis 2800C durchgeführt wird.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die verformbare metallene Zwischenschicht eine Schicht ist aus einer Reihe von Lotmaterialien, die Blei und Indium als Bestandteile aufweisen und Schmelzpunkt» haben im Bereich von 2350C bis 260*Ό, wobei die Verbindung bei einer Temperatur im Bereich von 18O°C bis 2000C durchgeführt wird.
    13« Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangewandteil des Basisteils an der Verbindungsoberflache einen metallenen Körper aufweist.
    lh» Verfahren nach Anspruch 13t dadurch gekennzeichnet, dass der metallene Körper an der Verbindungsoberflache des Umfangswandteils und des metallenen Deckels beide aus einer Legierung aus Bisen, Nickel und Kobalt bestehen* 15· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangewandteil des Basisteils einen gläsernen oder keramischen Körper enthalt, auf dem eine Oberflächenmetallisierungsschicht angebracht ist.
    16· Verfahrennach einem der Ansprüche 1 bis 15» dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Einzelteil eine integrierte Halbleiterschaltung ist.
    17* Hit einem Deckel abgeschlossene Umhüllung, die nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1-16 hergestellt worden ist.
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