DE19640466B4 - 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 desselben Download PDF

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Abstract

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 Glasdurchführungen (6) eingeschmolzene Anschlußstifte (5) bis auf die der Bestückungsseite (18) gegenüberliegende Seite (19) des Trägerteils (1) hindurchgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußstifte (5) auf wenigstens einer metallischen und mit Durchführungslöchern (9) versehenen Stiftleiste (4) angeordnet sind, wobei in jedem Durchführungsloch (9) jeweils ein in einer Glasfüllung (6) eingeschmolzener Anschlußstift (5) angeordnet ist und die Stiftleiste (4) in eine zugeordnete Ausnehmung (10) des Trägerteils (1) eingesetzt und darin befestigt ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein metallisches Trägerteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
  • Aus der DE 26 47 623 B2 sind Sockel bekannt, die Durchführungen für einen oder mehrere Durchführungsdrähte aufweisen. Diese Durchführungsdrähte werden durch eine Isolierperle, die beispielsweise aus Glas oder Keramik sein kann und als Abdichtung wirkt, gehalten. Diese Sockel werden schließlich von innen in ein Gehäuse eingesetzt und mit diesem luftdicht verschweißt. Desweiteren ist aus der US 4,960,391 ein Stecker mit einem Steckergehäuse bekannt. Dieser Stecker weist einen Abschnitt auf, der zur Durchführung von zylindrischen Stiften dient, die letztlich zur elektrischen Kontaktierung mit einem Gegenkontaktelement dienen. Diese Stifte sind mittels einer Glasdichtung gegenüber der Öffnung in dem Gehäuse, in dem sie eingesetzt sind, einzeln abgedichtet.
  • Aus der DE 32 34 381 A1 ist ein metallischer Gehäuserahmen zur Aufnahme eines elektronischen Bauelements bekannt. Der Gehäuserahmen weist zwei seitliche Ausnehmungen zur Aufnahme von Stiftleisten auf, die in den Ausnehmungen befestigt werden. Die Stiftleisten bestehen aus einem Isoliermaterial, das in diesem Fall Glas ist. In diesen Stiftleisten sind metallische Anschlußstifte isoliert eingeschmolzen, die zur Kontaktierung mit den Anschlüssen des nicht dargestellten elektronischen Bauelements vorgesehen sind. Das Gehäuseteil weist ferner eine Öffnung auf, die nach dem Einsetzen des Bauelements mit einem metallischen Deckel gasdicht verschlossen wird.
  • Desweiteren ist bekannt, einzelne wärmeerzeugende elektronische Bauelemente oder elektronische Schaltungsträger, wie Hybridschaltungen, Leiterplatten oder Mikrohybride, zur besseren Wärmeableitung auf ein metallisches Trägerteil aufzubringen. So sind zum Beispiel aus der Druckschrift: „Hybridintegration: Technologie und Entwurf von Dickschichtschaltungen, 2. Auflage, Alfred Hüthig Verlag, Heidelberg 1988, Seite 263 bis 269" Gehäuse für Hybridschaltungen bekannt, deren Boden durch ein metallisches Trägerteil gebildet wird. Auf der Bestückungsseite des Trägerteils ist eine Hybridschaltung angeordnet ist, deren elektrische Anschlüsse über Isolierdurchführungen von der Bestückungsseite auf die gegenüberliegende Außenseite des Trägerteils 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 Stück von diesem ab. Der von der Bestückungsseite abstehende Teil der Anschluflstifte 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 eingeschlossen 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 Einglasprozeß angepaßt werden, damit bei thermischen Belastungen nur geringe mechanische Spannungen zwischen Metall und Glas auftreten. Der thermische Ausdehnungskoeffizient des Trägerteils ist dadurch festgelegt und kann nicht mehr an die jeweiligen 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 vermeiden. Nachteilig ist weiterhin, daß das gesamte Trägerteil beim Einglasprozeß der Anschlußstifte sehr stark erhitzt werden muß. Bei den zum Schmelzen des Glases notwendigen hohen 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 nachteilig beschränkt. Außerdem ist nachteilig, daß bei der Oberflächenbeschichtung der Anschlußstifte entweder die gesamte Oberfläche des Metallträgers veredelt wird oder aber sehr aufwendige und teure selektive Beschichtungsverfahren zur Vergoldung nur der Anschlußstifte erforderlich sind.
  • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Trägerteil mit dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs besitzt demgegenüber den Vorteil, daß die Anschlußstifte in Stiftleisten eingeglast werden, die unabhängig vom Trägerteil gefertigt werden können und sich flexibel in dafür vorgesehenen Ausnehmungen des Trägerteils befestigen lassen. Anordnung und Anzahl der Anschlußstifte in den Leisten können den jeweiligen Anforderungen angepaßt werden, ohne daß konstruktive Abänderungen des Trägerteils erforderlich wären. Das Material und die geometrischen Eigenschaften der Stiftleisten können optimal an den Einglasprozeß der Anschlußstifte angepaßt werden, während das Material des Trägerteils auf den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des aufgebrachten Schaltungsträgers abgestimmt sein kann. So ist es zum Beispiel möglich, die Stiftleisten aus einer Legierung wie Kovar und das Trägerteil kostengünstig aus Edelstahl zu fertigen.
  • Vorteilhaft ist weiterhin, daß das Trägerteil für die Herstellung der Glasdurchführungen im Schmelzofen nicht erhitzt zu werden braucht, so daß eine unerwünschte Verformung vermieden wird. Da die Stiftleisten darüber hinaus im Schmelzofen sehr viel weniger Platz belegen als die großflächigen Trägerteile, können insgesamt mehr Glasdurchführungen pro Arbeitsgang im Schmelzofen hergestellt werden. Dies gestattet eine erhebliche Kosteneinsparung bei der Herstellung der Glasdurchführungen.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung 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 umlaufenden Anbindungsbereich gasdicht mit dem Trägerteil verbunden werden, während die Ausnehmungen mit den Stiftleisten gasdicht verschlossen werden, so daß die Bauelemente oder Schaltungsträger im Raum zwischen Kappe und Trägerteil hermetisch dicht verkapselt sind.
  • Vorteilhaft werden die Stiftleisten aus Kovar gefertigt, was eine optimale Anpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Stiftleisten an den Ausdehnungskoeffizienten der Glasdurchführungen ermöglicht.
  • Vorteilhaft sind die Stiftleisten in den zugeordneten Ausnehmungen 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 Trägerteils die Oberflächenveredelung der Anschlußstifte wesentlich kostengünstiger durchgeführt werden kann, da die in den Stiftleisten eingelasten Anschlußstifte, nicht aber die Oberfläche des Trägerteils veredelt wird und auch keine teuren Verfahren zur Vermeidung einer Beschichtung des Trägerteils erforderlich sind.
    •
  • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt
  • 1 eine Draufsicht auf die Bestückungsseite des erfindungsgemäßen Trägerteils,
  • 2 einen Querschnitt durch das metallische Trägerteil entlang der mit B-B gekennzeichneten Linie in 1,
  • 3 einen Querschnitt durch das metallische Trägerteil mit aufgesetzter Kappe entlang der mit A-A gekennzeichneten Linie in der 1.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • In 1 ist eine Draufsicht auf ein aus Edelstahl gefertigtes, rechteckförmiges Trägerteil 1 mit einer als Bestückungsseite vorgesehenen Oberseite 18 dargestellt. Das Trägerteil 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 Befestigung einer Gehäusekappe 3 versehen. Auf der Bestückungsseite 18 des Trägerteils 1 ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel eine Hybridschaltung 2 mit einem Wärmeleitkleber aufgeklebt. Es ist aber genausogut möglich, das Trägerteil mit einer mehrlagigen Mikrohybridschaltung, einer Leiterplatte oder einem einzelnen elektronischen Bauelement, beispielsweise einem IC zu bestücken. Wie in 1 und 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 eingebracht ist. Die Stiftleisten 4 sind aus Kovar, einer Legierung aus Eisen, Nickel und Kobalt, gefertigt und mit jeweils zwei Reihen von Durchführungslöchern 9 versehen. Die Stiftleisten 4 können als einfache Stanzteile hergestellt werden. Wie in 2 dargestellt ist, ist in jedem Durchführungsloch 9 ein aus Kovar gefertigter zylindrischer Anschlußstift 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 Anschlußstift 5 und der Innenwandung des zugehörigen Durchfüh rungsloches ist eine Glasfüllung 6 aus Sinterglas in bekannter Weise eingebracht, so daß die Anschlußstifte 5 isoliert in den Durchführungslöchern gehalten werden. Gleichzeitig werden die Durchführungslöcher durch die Glasfüllung 6 hermetisch 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 versehen, 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 angeformten 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 umlaufende Stufe 11 einen Anschlag für den umlaufenden Flansch 13 der Stiftleisten 4, so daß die der Bestückungsseite 18 zugewandte 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 Ausführungsbeispiel ist der Flansch 13 der Stiftleisten 4 mit der Stufe 11 im umlaufenden Anbindungsbereich zwischen der Oberseite des Flansches 13 und der Unterseite der Stufe 11 im Widerstandsschweißverfahren verschweißt, wodurch die Ausnehmungen 10 hermetisch dicht verschlossen wird. Die zur Bestückungsseite 18 hinweisenden Enden 7 der Anschlußstifte 5 sind über in den 1 bis 3 nicht dargestellte Bonddrähte aus Gold mit den entsprechenden Kontakten der Hybridschaltung 2 in an sich bekannter Weise verbunden.
  • Wie in 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 versehen. Die Kappe 3 ist mit der Bördelung 15 auf den umlaufenden Flansch 12 des Trägerteils 1 aufgesetzt und mit diesem 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 1 mit angeformten Seitenwänden zu versehen und mit einer flachen Abdeckkappe zu verschließen. Als Bestückungsseite 18 für die Hybridschaltung 2 ist in diesem Fall die Innenseite des trogförmigen 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 eingeglasten Anschlußstifte 5 seitlich aus dem Trägerteil herausgeführt sind.
  • Bei der Herstellung des Trägerteils wird folgendermaßen verfahren. Die aus Kovar gefertigten Stiftleisten 4 werden zunächst mit den in den Glasdurchführungen 6 eingeschmolzenen Anschlußstiften 5 versehen. Da die Stiftleisten im Schmelzofen sehr viel weniger Platz beanspruchen als die großflächigen Trägerteile 1, können pro Schmelzvorgang im Ofen mehr Anschlußstifte in Durchführungslöcher eingeglast werden, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden können. Nach Beendigung 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 Anschlußstifte. Anschließend werden die Stiftleisten 4 in die Ausnehmungen 10 des Trägerteils 1 eingesetzt und im Wider standsschweißverfahren mit dem Trägerteil verschweißt. Danach wird die Hybridschaltung 2 mit einem Wärmeleitkleber auf das Trägerteil 1 aufgeklebt und im Thermosonic-Bondverfahren 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 Widerstandsschweißverfahren 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 Glasdurchführungen (6) eingeschmolzene Anschlußstifte (5) bis auf die der Bestückungsseite (18) gegenüberliegende Seite (19) des Trägerteils (1) hindurchgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußstifte (5) auf wenigstens einer metallischen und mit Durchführungslöchern (9) versehenen Stiftleiste (4) angeordnet sind, wobei in jedem Durchführungsloch (9) jeweils ein in einer Glasfüllung (6) eingeschmolzener Anschlußstift (5) angeordnet ist und die Stiftleiste (4) in eine zugeordnete Ausnehmung (10) des Trägerteils (1) eingesetzt und darin befestigt ist.
  2. Metallisches Trägerteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente und/oder Schaltungsträger (2) auf der Bestückungsseite (18) des Trägerteils mit einer vorzugsweise aus Metall gefertigten Kappe (3) abgedeckt sind.
  3. Metallisches Trägerteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (3) in einem umlaufenden Anbindungsbereich (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) hermetisch dicht verkapselt sind.
  4. Metallisches Trägerteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Stiftleiste (4) aus Kovar gefertigt ist.
  5. Metallisches Trägerteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Stiftleiste (4) in der zugeordneten Ausnehmung (10) des Trägerteils (1) festgeschweißt, festgelötet oder festgeklebt ist.
  6. Verfahren zur Herstellung eines metallischen Trägerteils nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht in den Glasdurchführungen (6) eingeschmolzenen Enden (7, 8) der in der wenigstens einen Stiftleiste (4) angeordneten Anschlußstifte wenigstens teilweise stromlos oder galvanisch mit einem Edelmetall beschichtet werden und anschließend die Stiftleiste (4) in die zugeordnete Ausnehmung (10) des Trägerteils (1) eingesetzt und darin befestigt wird.
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