DE19640466A1 - Metallisches Trägerteil für elektronische Bauelemente oder Schaltungsträger und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents
Metallisches Trägerteil für elektronische Bauelemente oder Schaltungsträger und Verfahren zur Herstellung desselbenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein metallisches Trägerteil
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zu
seiner Herstellung. Es ist bereits bekannt, einzelne wärme
erzeugende elektronische Bauelemente oder elektronische
Schaltungsträger, wie Hybridschaltungen, Leiterplatten oder
Mikrohybride, zur besseren Wärmeableitung auf ein metalli
sches Trägerteil aufzubringen. So sind zum Beispiel aus der
Druckschrift: "Hybridintegration: Technologie und Entwurf
von Dickschichtschaltungen, 2. Auflage, Alfred Hüthig Ver
lag, Heidelberg 1988, Seite 263 bis 269" Gehäuse für Hybrid
schaltungen bekannt, deren Boden durch ein metallisches Trä
gerteil gebildet wird. Auf der Bestückungsseite des Träger
teils ist eine Hybridschaltung angeordnet ist, deren elek
trische Anschlüsse über Isolierdurchführungen von der Be
stückungsseite auf die gegenüberliegende Außenseite des Trä
gerteils hindurchgeführt sind. Die Isolierdurchführungen
sind entweder im Boden oder in Seitenwänden des Trägerteils
angeordnet und in Form von Glasdurchführungen ausgestaltet.
Hierzu wird in jeweils ein Durchführungsloch des Trägerteils
ein vorgeformtes Sinterglasteil und in dieses wiederum ein
Anschlußstift eingeschmolzen. Die Anschlußstifte stehen auf
beiden Seiten des Trägerteils jeweils ein Stuck von diesem
ab. Der von der Bestückungsseite abstehende Teil der An
schlußstifte ist über Bonddrähte mit der Hybridschaltung
verbunden und wird in galvanischen oder stromlosen Verfahren
mit Edelmetallen beschichtet, um eine gute Bondbarkeit der
Drähte zu ermöglichen. Wenn die Hybridschaltung in einem
hermetisch dichten Gehäuse verkapselt werden soll, wird eine
Abdeckkappe auf das Trägerteil aufgesetzt und mit diesem
verschweißt oder verlötet, so daß die Hybridschaltung im
Raum zwischen Trägerteil und Abdeckkappe gasdicht einge
schlossen ist.
Nachteilig bei dem bekannten Stand der Technik ist, daß die
Anschlußstifte direkt im metallischen Trägerteil eingeglast
werden. Das Material des Trägerteils muß an den Einglas
prozeß angepaßt werden, damit bei thermischen Belastungen
nur geringe mechanische Spannungen zwischen Metall und Glas
auftreten. Der thermische Ausdehnungskoeffizient des Träger
teils ist dadurch festgelegt und kann nicht mehr an die je
weiligen Anforderungen des aufgesetzten Bauelementes oder
Schaltungsträgers angepaßt werden. Eine solche Anpassung ist
aber notwendig, um eine optimale Wärmeabfuhr zu ermöglichen
und eine Beschädigung oder ein Abplatzen des Bauelementes
oder Schaltungsträgers bei thermischen Belastungen zu ver
meiden. Nachteilig ist weiterhin, daß das gesamte Trägerteil
beim Einglasprozeß der Anschlußstifte sehr stark erhitzt
werden muß. Bei den zum Schmelzen des Glases notwendigen ho
hen Temperaturen kann sich das Trägerteil in unerwünschter
Weise verformen. Darüber hinaus wird die Anzahl der pro
Schmelzvorgang im Ofen hergestellten Glasdurchführungen
durch den Platzbedarf der Trägerteile im Schmelzofen nach
teilig beschränkt. Außerdem ist nachteilig, daß bei der
Oberflächenbeschichtung der Anschlußstifte entweder die ge
samte Oberfläche des Metallträgers veredelt wird oder aber
sehr aufwendige und teure selektive Beschichtungsverfahren
zur Vergoldung nur der Anschlußstifte erforderlich sind.
Das erfindungsgemäße Trägerteil mit dem kennzeichnenden
Merkmal des Hauptanspruchs besitzt demgegenüber den Vorteil,
daß die Anschlußstifte in Stift leisten eingeglast werden,
die unabhängig vom Trägerteil gefertigt werden können und
sich flexibel in dafür vorgesehenen Ausnehmungen des Träger
teils befestigen lassen. Anordnung und Anzahl der Anschluß
stifte in den Leisten können den jeweiligen Anforderungen
angepaßt werden, ohne daß konstruktive Abänderungen des Trä
gerteils erforderlich wären. Das Material und die geometri
schen Eigenschaften der Stiftleisten können optimal an den
Einglasprozeß der Anschlußstifte angepaßt werden, während
das Material des Trägerteils auf den thermischen Ausdeh
nungskoeffizienten des aufgebrachten Schaltungsträgers abge
stimmt sein kann. So ist es zum Beispiel möglich, die Stift
leisten aus einer Legierung wie Kovar und das Trägerteil ko
stengünstig aus Edelstahl zu fertigen.
Vorteilhaft ist weiterhin, daß das Trägerteil für die Her
stellung der Glasdurchfuhrungen im Schmelzofen nicht erhitzt
zu werden braucht, so daß eine unerwünschte Verformung ver
mieden wird. Da die Stiftleisten darüber hinaus im Schmelz
ofen sehr viel weniger Platz belegen als die großflächigen
Trägerteile, können insgesamt mehr Glasdurchführungen pro
Arbeitsgang im Schmelzofen hergestellt werden. Dies gestat
tet eine erhebliche Kosteneinsparung bei der Herstellung der
Glasdurchführungen
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin dung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale ermöglicht. So ist es vorteilhaft die auf das Trä gerteil aufgebrachten Bauelemente oder Schaltungsträger durch eine Abdeckkappe zu schützen. Zur Herstellung eines hermetisch dichten Gehäuses kann die Kappe in einem umlau fenden Anbindungsbereich gasdicht mit dem Trägerteil verbun den werden, während die Ausnehmungen mit den Stiftleisten gasdicht verschlossen werden, so daß die Bauelemente oder Schaltungsträger im Raum zwischen Kappe und Trägerteil her metisch dicht verkapselt sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin dung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale ermöglicht. So ist es vorteilhaft die auf das Trä gerteil aufgebrachten Bauelemente oder Schaltungsträger durch eine Abdeckkappe zu schützen. Zur Herstellung eines hermetisch dichten Gehäuses kann die Kappe in einem umlau fenden Anbindungsbereich gasdicht mit dem Trägerteil verbun den werden, während die Ausnehmungen mit den Stiftleisten gasdicht verschlossen werden, so daß die Bauelemente oder Schaltungsträger im Raum zwischen Kappe und Trägerteil her metisch dicht verkapselt sind.
Vorteilhaft werden die Stiftleisten aus Kovar gefertigt, was
eine optimale Anpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizi
enten der Stiftleisten an den Ausdehnungskoeffizienten der
Glasdurchführungen ermöglicht.
Vorteilhaft sind die Stiftleisten in den zugeordneten Aus
nehmungen festgeschweißt, festgeklebt oder festgelötet, da
diese Verbindungstechniken kostengünstig und insbesondere
zur Herstellung hermetisch dichter Gehäuse geeignet sind.
Besonders vorteilhaft ist, daß bei der Herstellung des Trä
gerteils die Oberflächenveredelung der Anschlußstifte we
sentlich kostengünstiger durchgeführt werden kann, da die in
den Stiftleisten eingelasten Anschlußstifte, nicht aber die
Oberfläche des Trägerteils veredelt wird und auch keine teu
ren Verfahren zur Vermeidung einer Beschichtung des Träger
teils erforderlich sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen
dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Draufsicht auf die Bestückungsseite des erfin
dungsgemäßen Trägerteils,
Fig. 2 einen Querschnitt durch das metallische Trägerteil
entlang der mit B-B gekennzeichneten Linie in Fig. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt durch das metallische Trägerteil
mit aufgesetzter Kappe entlang der mit A-A gekennzeichneten
Linie in der Fig. 1.
In Fig. 1 ist eine Draufsicht auf ein aus Edelstahl gefer
tigtes, rechteckförmiges Trägerteil 1 mit einer als Bestückungsseite
vorgesehenen Oberseite 18 dargestellt. Das Trä
gerteil 1 bildet die Gehäusebodenplatte eines hermetisch
dichten Gehäuses. Der Rand des plattenförmigen Trägerteils 1
ist mit einem parallel zur Unterseite 19 des Trägerteils 1
nach außen abstehenden, umlaufenden Flansch 12 zur Befesti
gung einer Gehäusekappe 3 versehen. Auf der Bestückungsseite
18 des Trägerteils 1 ist in dem hier gezeigten Ausführungs
beispiel eine Hybridschaltung 2 mit einem Wärmeleitkleber
aufgeklebt. Es ist aber genausogut möglich, das Trägerteil
mit einer mehrlagigen Mikrohybridschaltung, einer Leiter
platte oder einem einzelnen elektronischen Bauelement, bei
spielsweise einem IC zu bestücken. Wie in Fig. 1 und Fig. 2
dargestellt ist, sind in dem nicht durch die Hybridschaltung
2 abgedeckten Bereich des Trägerteils 1 zwei Ausnehmungen 10
vorgesehen, in denen je eine metallische Stiftleiste 4 ein
gebracht ist. Die Stiftleisten 4 sind aus Kovar, einer Le
gierung aus Eisen, Nickel und Kobalt, gefertigt und mit je
weils zwei Reihen von Durchführungslöchern 9 versehen. Die
Stiftleisten 4 können als einfache Stanzteile hergestellt
werden. Wie in Fig. 2 dargestellt ist, ist in jedem Durch
führungsloch 9 ein aus Kovar gefertigter zylindrischer An
schlußstift 5 vorgesehen, der mit einem kurzem Ende 7 von
der Bestückungsseite 18 und mit einem langen Ende 8 von der
Unterseite 19 des Trägerteils 1 absteht. Zwischen jedem An
schlußstift 5 und der Innenwandung des zugehörigen Durchfüh
rungsloches ist eine Glasfüllung 6 aus Sinterglas in bekann
ter Weise eingebracht, so daß die Anschlußstifte 5 isoliert
in den Durchführungslöchern gehalten werden. Gleichzeitig
werden die Durchführungslöcher durch die Glasfüllung 6 her
metisch abgedichtet. Die Stiftleisten 4 weisen eine etwas
geringere Dicke als das plattenförmige Trägerteil 1 auf und
sind an ihrem Rand mit einem umlaufenden Flansch 13 verse
hen, welcher in einer Ebene und parallel zur Unterseite der
Stiftleisten 4 verläuft. Der Innenwandung jeder Ausnehmungen
10 ist eine umlaufende Stufe 11 angeformt, so daß die der
Bestückungsseite 18 zugewandte Öffnung der Ausnehmung 10
kleiner als die gegenüberliegende Öffnung auf der Unterseite
19 ist. Die Kontur der Innenwandung jeder Ausnehmung 10 ist
der Kontur des Außenrandes der Stiftleisten mit dem ange
formten Flansch 13 angepaßt. Die Stiftleisten 4 sind von der
Unterseite 19 in die Ausnehmung 10 einsetzbar. Dabei bildet
die der Innenwandung jeder Ausnehmung 10 angeformte umlau
fende Stufe 11 einen Anschlag für den umlaufenden Flansch 13
der Stiftleisten 4, so daß die der Bestückungsseite 18 zuge
wandte Seite des Flansches 13 in einem umlaufenden Bereich
geschlossen auf der Unterseite der Stufe 11 aufliegt. Die
der Bestückungsseite 18 zugewandte Öffnung der Ausnehmung 10
ist durch die Oberseite der Stiftleiste 4 verschlossen. Die
Stiftleisten 4 sind durch Schweißen, Löten oder Kleben in
den Ausnehmungen befestigt. In dem hier gezeigten Ausfüh
rungsbeispiel ist der Flansch 13 der Stiftleisten 4 mit der
Stufe 11 im umlaufenden Anbindungsbereich zwischen der Ober
seite des Flansches 13 und der Unterseite der Stufe 11 im
Widerstandsschweißverfahren verschweißt, wodurch die Ausneh
mungen 10 hermetisch dicht verschlossen wird. Die zur Be
stückungsseite 18 hinweisenden Enden 7 der Anschlußstifte 5
sind über in den Fig. 1 bis 3 nicht dargestellte Bond
drähte aus Gold mit den entsprechenden Kontakten der Hybridschaltung
2 in an sich bekannter Weise verbunden.
Wie in Fig. 3 dargestellt ist, ist die Hybridschaltung 2 mit
einer Kappe 3 abgedeckt. Die Kappe 3 ist als tiefgezogener
Gehäusedeckel aus Metall gefertigt. Der Rand der Kappe 3 ist
mit einer nach außen ragenden umlaufenden Bördelung 15 ver
sehen. Die Kappe 3 ist mit der Bördelung 15 auf den umlau
fenden Flansch 12 des Trägerteils 1 aufgesetzt und mit die
sem verschweißt, so daß die Hybridschaltung hermetisch dicht
in dem Raum 17 zwischen Kappe 3 und Trägerteil 1 verkapselt
ist.
Abweichend von dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist es
auch möglich das metallisch Trägerteil l mit angeformten
Seitenwänden zu versehen und mit einer flachen Abdeckkappe
zu verschließen. Als Bestückungsseite 18 für die Hybrid
schaltung 2 ist in diesem Fall die Innenseite des trogförmi
gen Trägerteils 1 vorgesehen. Die Ausnehmungen 10 für die
Stiftleisten 4 können in den Seitenwänden des Trägerteils
vorgesehen sein, so daß die in den Stiftleisten 4 eingegla
sten Anschlußstifte 5 seitlich aus dem Trägerteil herausge
führt sind.
Bei der Herstellung des Trägerteils wird folgendermaßen ver
fahren. Die aus Kovar gefertigten Stiftleisten 4 werden zu
nächst mit den in den Glasdurchführungen 6 eingeschmolzenen
Anschlußstiften 5 versehen. Da die Stiftleisten im Schmelz
ofen sehr viel weniger Platz beanspruchen als die großflä
chigen Trägerteile 1, können pro Schmelzvorgang im Ofen mehr
Anschlußstifte in Durchführungslöcher eingeglast werden, wo
durch die Herstellungskosten gesenkt werden können. Nach Be
endigung des Einglasprozesses werden die Anschlußstifte 4 in
einem galvanischen oder stromlosen Veredelungsverfahren mit
einer dünnen Goldschicht beschichtet. Die Goldschicht erhöht
die Korrosionsbeständigkeit und Bondbarkeit der Anschluß
stifte. Anschließend werden die Stiftleisten 4 in die Aus
nehmungen 10 des Trägerteils 1 eingesetzt und im Wider
standsschweißverfahren mit dem Trägerteil verschweißt. Da
nach wird die Hybridschaltung 2 mit einem Wärmeleitkleber
auf das Trägerteil 1 aufgeklebt und im Thermosonic-Bond
verfahren mit den kurzen Enden 7 der Anschlußstiften 4 über
Golddrähte verbunden. Schließlich wird die Abdeckkappe 3 auf
den Flansch 12 des Trägerteils 1 aufgesetzt und im Wider
standsschweißverfahren mit diesem verbunden.
Claims (6)
1. Metallisches Trägerteil (1) mit auf der Bestückungsseite
(18) aufgebrachten elektronischen Bauelementen und/oder
Schaltungsträgern (2), insbesondere Hybridschaltungen, deren
Anschlüsse von der Bestückungsseite über mehrere in Glas
durchführungen (6) eingeschmolzene Anschlußstifte (5) bis
auf die der Bestückungsseite (18) gegenüberliegende Seite
(19) des Trägerteils (1) hindurchgeführt sind, dadurch ge
kennzeichnet, daß die in den Glasdurchführungen eingeschmol
zenen Anschlußstifte (5) auf wenigstens einer Stiftleiste
(4) angeordnet sind, die in eine zugeordneten Ausnehmung
(10) des Trägerteils (1) eingesetzt und darin befestigt ist.
2. Metallisches Trägerteil nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Bauelemente und/oder Schaltungsträger (2)
auf der Bestückungsseite (18) des Trägerteils mit einer vor
zugsweise aus Metall gefertigten Kappe (3) abgedeckt sind.
3. Metallisches Trägerteil nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kappe (3) in einem umlaufenden Anbindungs
bereich (12) gasdicht mit dem Trägerteil (1) verbunden ist
und daß die wenigstens eine Stiftleiste (4) die zugeordnete
Ausnehmung (10) des Trägerteils (1) gasdicht verschließt, so
daß die Bauelemente und/oder Schaltungsträger (2) in dem
Raum (17) zwischen der Kappe (3) und dem Trägerteil (1) her
metisch dicht verkapselt sind.
4. Metallisches Trägerteil nach einem der vorstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine
Stiftleiste (4) aus Kovar gefertigt ist.
5. Metallisches Trägerteil nach einem der vorstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine
Stiftleiste (4) in der zugeordneten Ausnehmung (10) des Trä
gerteils (1) festgeschweißt, festgelötet oder festgeklebt
ist.
6. Verfahren zur Herstellung eines metallischen Trägerteils
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der we
nigstens einen Stiftleiste (4) angeordneten Anschlußstifte
(5) mit den nicht in den Glasdurchführungen (6) eingeschmol
zenen Enden (7, 8) wenigstens teilweise stromlos oder galva
nisch mit einem Edelmetall beschichtet werden und anschlie
ßend die Stiftleiste (4) in die zugeordnete Ausnehmung (10)
des Trägerteils (1) eingesetzt und darin befestigt wird.
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