DE4013812A1 - Hermetisch dichte elektrische durchfuehrung mit elektrischen filterelementen in chipform - Google Patents

Hermetisch dichte elektrische durchfuehrung mit elektrischen filterelementen in chipform

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft elektronische Bauelemente und insbesondere elektronische Bauelemente, die durch separate Erwärmungsschritte innerhalb eines Gehäuses luftdicht abgeschlossen werden.
Kondensator- und Filter-Hersteller binden derzeit elektronische Bauelemente, wie Chips, in ihre Pakete ein, indem sie Epoxid verwenden und am Paket und Leiter die elektrische Verbindung mit Lot, Silberpolyamid oder leitendem Epoxid herstellen und dann das Paket mit Epoxid umschließen.
Ein sich bei der Verwendung von Epoxiden ergebendes Problem besteht darin, daß Epoxide besonders bei kleinen Paketen schwierig anwendbar sind, was zu hohen Arbeitskosten und niedrigeren Produktionsraten führt. Andere infolge der Verwendung von Epoxiden auftretende Probleme bei Elektronikbauelement-Paketen schließen die Instabilität der Epoxide bei Temperaturen oberhalb 175°C, schlechte Feuchtigkeitsresistenz und niedrige mechanische Festigkeit bei Verwendung bei dünnen Querschnitten ein. Es gibt jedoch derzeitig wenig Alternativen zur Verwendung von Epoxid für die Chipbefestigung und den Paketabschluß bei Hochtemperatur-Elektronikbauelement-Paketen.
Industrielle Anwender dieser Elektronikbauelement-Pakete würden es vorziehen, ein von organischen Materialien freies Paket zu haben, das luftdicht und billiger herzustellen ist.
Die vorliegende Erfindung schlägt ein überlegenes, Hochtemperatur-Elektronikbauelement-Paket vor, das keine organischen Materialien enthält, hohe Temperaturen aushalten kann und luftdicht abgeschlossen ist. Die vorliegende Erfindung schlägt weiterhin ein Elektronikbauelement-Paket vor, das infolge der Verwendung von Vorformen zum Befestigen des Chips in das Paket und zum Abschließen des Pakets billiger herzustellen ist. Die Vorformen sind nicht teuer, können durch konventionelle Fertigungsmethoden einfach hergestellt werden und verlangen sehr viel weniger Zusammenbauarbeit und -behandlung im Vergleich zur Verwendung von Epoxiden. Daher sind die Zusammenbauraten für nach der vorliegenden Erfindung hergestellte Elektronikbauelement-Pakete viel höher als die Zusammenbauraten von unter Verwendung von Epoxid hergestellten Paketen.
In der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Chipeinbindung und der elektrische Kontakt durch die Verwendung von Hartlotringen erzielt, die in das Paketgehäuse zusammen mit dem Chip eingebracht werden. Das Paketgehäuse ist idealerweise eine zylindrische Schale, wobei ein Axialleiter durch Glas-Metall-Abschluß am Boden befestigt und wobei ein zylindrischer Kondensatorchip innerhalb des Hohlraums der Zylinderschale angeordnet wird. Wenn das Gehäuse, die Hartlotringe und der Chip auf ca. 710°C erwärmt werden, fließen die Hartlotringe zwischen den Chip, die Gehäusewände und den Axialleiter und schaffen den elektrischen Kontakt durch das ganze Paket und sichern auch den Chip am Paket. Das Paket wird unter Verwendung einer Glas-Vorform, die in das Paket und oben auf den Chip gesetzt wird, luftdicht abgeschlossen. Ein Gewicht wird oben auf die Glas-Vorform aufgesetzt, um die Vorform während des Erwärmungsprozesses fest auf ihrem Platz zu halten. Das Paket wird ein zweites Mal auf ca. 600°C in einer Stickstoff-Atmosphäre erwärmt. Die Vorform schmilzt und schließt den Leiter, das Gehäuse und den Chip ein.
In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Chipeinbindung durch Verwendung einer Glas-Vorform erzielt, die den Chip auf der Bodenwand des Paketgehäuses sichert. Der elektrische Kontakt zwischen dem Chip, dem Gehäuse und dem Axialleiter wird hergestellt, indem der Chip über den Axialleiter und in das Paketgehäuse eingepaßt und nach Einbringung des Chips über den Axialleiter und in das Paketgehäuse eine leitende Paste auf den inneren und äußeren Klemmen des Chips aufgebracht wird, nachdem der Chip über dem Axialleiter und in das Paketgehäuse eingebracht worden ist.
In der alternativen Ausführungsform wird eine Glasvorform im Paketgehäuse angebracht und der Chip oben auf die Vorform aufgesetzt. Das Paket wird auf ca. 600°C in einer Stickstoff-Atmosphäre erwärmt. Die Glas-Vorform schmilzt und sichert den Chip auf dem Boden des Paketgehäuses. Das Paket wird luftdicht gemacht, indem eine Glas-Vorform im Paketgehäuse oben auf dem Chip angebracht, ein Gewicht oben auf der Vorform angebracht und das Paket auf ca. 450°C in einer Stickstoff-Atmosphäre erwärmt wird. Die Vorform schmilzt und schließt das Gehäuse, den Leiter und den Chip ein.
Die Erfindung wird anhand der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen vollständiger verstanden werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine explosionsartige perspektivische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 einen Querschnitt durch die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einschließlich einer durch ein Gewicht am Platz gehaltenen Glas-Vorform;
Fig. 3 einen Querschnitt der ersten Ausführungsform einschließlich der luftdicht mit dem Paket verschmolzenen Glas-Vorform;
Fig. 4 einen Querschnitt einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
Fig. 5 eine perspektivische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht eines hermetisch abgeschlossenen Pakets aus Elektronik-Vielfachbauelementen zur Verwendung auf einer Leiterplatte.
Die nachfolgende Erfindung wird unter Bezugnahme auf ein luftdicht abgeschlossenes Elektronikbauelement-Paket als auch unter Bezugnahme auf das Verfahren zur Herstellung eines solchen luftdicht abgeschlossenen Elektronikbauelement-Pakets beschrieben.
In Fig. 1, 2 und 3 wird eine Ausführungsform eines Elektronikbauelement-Pakets nach der vorliegenden Erfindung dargestellt, das ein leitendes Gehäuse 10 mit einem Boden 12 und zumindest einer Seitenwand 14 einschließt, die einen Innenhohlraum 16 definieren. Das leitende Gehäuse ist üblicherweise zylindrisch, wie in Fig. 1 dargestellt. Jedoch liegt jede andere Form im Umfang der vorliegenden Erfindung. Das leitende Gehäuse 10 schließt einen einzelnen Axialleiter 18 a, 18 b ein, der am Boden 12 mittels z.B. eines Glasabschlusses 19 gesichert ist und sich vom Boden 12 und der offenen Oberseite nach außen erstreckt, um das Elektronikbauelement-Paket mit einem (nicht dargestellten) elektronischen Schaltkreis zu verbinden.
Um das Elektronikbauelement-Paket zusammenzubauen, wird ein Hartlotring 20 mit einem Durchmesser, der geringfügig kleiner ist als der Durchmesser des Hohlraums 16 des leitenden Gehäuses 10, im Hohlraum des Gehäuses, an den Boden 12 angrenzend, angeordnet. Ein anderer Hartlotring 22 mit einem Durchmesser, der geringfügig größer ist als der Durchmesser des Axialleiters 18 wird im Hohlraum 16 des Gehäuses 10, an den Boden 12 angrenzend, angebracht. Ein Elektronikbauelement 24 mit einer inneren Klemme 23 und einer äußeren Klemme 25, wie ein diskusförmiger Chipkondensator, wird im Hohlraum 16 des Gehäuses 10 und oben auf den Hartlotringen 20 und 22 angebracht. Wenn die Teile wie beschrieben zusammengebaut werden, besteht ein kleiner Spalt 15 zwischen dem diskusförmigen Chip 24 und der Gehäusewand 14, und ein anderer kleiner Spalt 13 besteht zwischen dem Chip 24 und dem Axialleiter 18, wie in Fig. 2 gezeigt. Mit den wie beschrieben zusammengebauten Teilen wird das Paket ein erstes Mal auf ca. 710°C in einer Stickstoff-Atmosphäre erwärmt, um die Hartlotringe 20, 22 zu schmelzen und das Einfließen in die Spalte 13 bzw. 15 zu bewirken. Die geschmolzenen Hartlotringe 20, 22 schaffen den elektrischen Kontakt zwischen den Gehäusewänden 12, 14, dem Axialleiter 18 und dem diskusförmigen Chip 24 und bewirken auch die Verbindung des diskusförmigen Chips mit dem Gehäuse 10.
In Fig. 2 ist das zusammengebaute Paket dargestellt einschließlich einer Glas-Vorform 26, die einen Durchmesser hat, der geringfügig kleiner ist als der Durchmesser des Hohlraums 16, und die in den Gehäusehohlraum 16, angrenzend an den diskusförmigen Chip 24, eingebracht werden kann. Die Glas-Vorform 26 kann aus einem nichtleitenden Material, wie INNOTECH 510, bestehen. Um die Glas-Vorform luftdicht mit dem Elektronikbauelement-Paket abzuschließen, wird ein Gewicht 28 auf die Glas-Vorform 26 aufgesetzt, und das gesamte Paket wird ein zweites Mal auf ca. 600°C in einer Stickstoff-Atmosphäre erwärmt. Die Glas-Vorform schmilzt und schließt den Axialleiter 18, die Gehäusewände 12, 14 und den diskusförmigen Chip 24 ab.
Fig. 3 zeigt ein völlig zusammengebautes, luftdicht abgeschlossenes Elektronikbauelement-Paket.
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 4 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird der diskusförmige Chip 24 mit dem Boden 12 des Gehäuses 10 unter Verwendung einer aus INNOTECH 510-Glas bestehenden, bei ca. 600°C schmelzenden Verbindungsvorform 30 verbunden. Der diskusförmige Chip 24 kann ausgestaltet werden, um in den Hohlraum 16 des Gehäuses 10 eingepreßt zu werden, um den elektrischen Kontakt zwischen der Gehäusewand 14 und dem äußeren Abschluß 25 des diskusförmigen Chips und dem Axialleiter 18 und dem inneren Abschluß 23 des diskusförmigen Chips 24 herzustellen. Alternativ kann der diskusförmige Chip 24 einen Durchmesser erhalten, der geringfügig kleiner ist als der Durchmesser des Gehäuses 10, und es kann eine leitende Paste, wie Silberpolyamid, auf seiner inneren Klemme 23 und seiner äußeren Klemme 25 aufgebracht werden, um den elektrischen Kontakt zwischen dem diskusförmigen Chip 24 und der Gehäusewand 14 und dem Axialleiter 18 herzustellen.
Die Verbindungsvorform 30 ist im Hohlraum 16 des Gehäuses 10, an den Boden 12 angrenzend, angebracht. Der diskusförmige Chip 24 ist im Hohlraum 16, an die Glas-Vorform angrenzend, angebracht. Das Paket wird dann auf eine erste Temperatur von ca. 600°C in einer Stickstoff-Atmosphäre erwärmt, um die Verbindungsvorform 30 zu schmelzen und den Chip 24 auf den Boden 12 des Gehäuses 10 zu sichern. Eine aus einem Material, wie Corning Glass 7575, bestehende Glas-Vorform mit einem Durchmesser, der geringfügig kleiner ist als der Durchmesser des Hohlraums 16, wird über dem Chip 24 angebracht, und ein Gewicht, wie das in Fig. 2 dargestellte Gewicht 28, wird oben auf den Chip aufgesetzt. Das Paket wird dann auf eine zweite Temperatur von ca. 450°C erwärmt. Das Glas schmilzt und schließt den Leiter 18 a-18 b, die Gehäusewand 14 und den Chip 24 ein.
Fig. 5 zeigt ein luftdicht abgeschlossenes Paket mit mehreren Bauelementen zur Verwendung auf einer Leiterplatte 32. Der Teil 18 b des Axialleiters kann mit einer Computer-Leiterplatte und der Teil 18 a des Axialleiters kann mit irgendeinem anderen elektronischen Gerät verbunden werden.
Da viele Ausführungsformen der Erfindung möglich sind, ohne deren Umfang zu verlassen, ist es einleuchtend, daß alle hierin aufgeführte und in den begleitenden Zeichnungen dargestellte Materie in einem erläuternden und nicht in einem einschränkenden Sinne auszulegen ist.

Claims (11)

1. Luftdicht abgeschlossenes Elektronikbauelement-Paket, umfassend:
  • - ein leitendes Gehäuse mit einem Boden, zumindest einer Seitenwand und einem offenen Oberteil, die einen Innenhohlraum definieren;
  • - einen Axialleiter, der isoliert an dem Boden gesichert ist und sich aus dem Boden und dem offenen Oberteil nach außen erstreckt;
  • - ein elektronisches Bauelement mit inneren und äußeren Kontaktabschlüssen und ausgestaltet zur Anbringung innerhalb des Innenhohlraums;
  • - Mittel zur Verbindung der Elektronikbauelemente innerhalb des Innenhohlraums des leitenden Gehäuses, bei dem das leitende Gehäuse, der Axialleiter und das Elektronikbauelement in einer vorgegebenen Umgebung auf eine erste vorgegebene hohe Temperatur erwärmt werden, um die Verbindung zwischen dem Elektronikbauelement und dem leitenden Gehäuse zu bewirken, um ein Elektronikbauelement-Paket zu bilden, und
  • - eine Vorform, die zur Anbringung innerhalb des Innenhohlraums des leitenden Gehäuses ausgestaltet und über dem Elektronikbauelement des Elektronikbauelement-Pakets angeordnet ist, und wobei das Elektronikbauelement-Paket und die Vorform in der vorgegebenen Umgebung auf eine zweite vorgegebene hohe Temperatur erwärmt werden, um einen luftdichten Abschluß zwischen der Glas-Vorform und dem Elektronikbauelement-Paket zu bilden.
2. Luftdicht abgeschlossenes Elektronikbauelement-Paket nach Anspruch 1, bei dem die Verbindungsmittel weiterhin umfassen:
  • - Mittel zur Schaffung des elektrischen Kontaktes zwischen dem leitenden Gehäuse, dem Elektronikbauelement und dem Axialleiter.
3. Luftdicht abgeschlossenes Elektronikbauelement-Paket nach Anspruch 1, bei dem die Verbindungsmittel erste und zweite Hartlotelemente umfassen, die ausgebildet sind, um innerhalb des Innenhohlraums des leitenden Gehäuses oberhalb des Bodens so zu passen, daß der Axialleiter dadurch hindurchgeht, und bei dem das Elektronikbauelement, das erste und zweite Hartlotelement und das leitende Gehäuse in einer vorgegebenen Umgebung auf die erste vorgegebene hohe Temperatur erwärmt werden, um die Hartlotelemente zum Schmelzen zu bringen und dadurch das luftdicht abgeschlossene Elektronikbauelement-Paket zu bilden.
4. Luftdicht abgeschlossenes Elektronikbauelement-Paket nach Anspruch 8, bei dem ein erster vorgegebener kleiner Spalt zwischen dem Elektronikbauelement und zumindest einer Seitenwand des leitenden Gehäuses und ein zweiter vorgegebener kleiner Spalt zwischen dem Elektronikbauelement und dem Axialleiter gebildet sind und bei dem die Hartlotelemente nach Erwärmung auf die erste vorgegebene hohe Temperatur in die ersten und zweiten vorgegebenen kleinen Spalte fließen können.
5. Luftdicht abgeschlossenes Elektronikbauelement-Paket nach Anspruch 1, bei dem die vorgegebene Umgebung eine Stickstoffumgebung ist.
6. Luftdicht abgeschlossenes Elektronikbauelement-Paket nach Anspruch 1, weiterhin umfassend:
  • - Mittel zur Herstellung des elektrischen Kontaktes zwischen dem leitenden Gehäuse, dem Elektronikbauelement und dem Axialleiter.
7. Luftdicht abgeschlossenes Elektronikbauelement-Paket nach Anspruch 1, bei dem das Verbindungsmittel eine Verbindungsvorform ist, die ausgestaltet ist, um in den Innenhohlraum des leitenden Gehäuses oberhalb des Bodens und des Elektronikbauelements so zu passen, daß der Axialleiter dadurch hindurchgeht, und bei dem die Verbindungsvorform aus einem isolierenden, anorganischen Material hergestellt wird, das bei der ersten vorgegebenen Temperatur schmilzt.
8. Luftdicht abgeschlossenes Elektronikbauelement-Paket nach Anspruch 2, bei dem die Verbindungsvorform eine Schmelztemperatur im Bereich von ca. 450°C bis ca. 800°C hat.
9. Luftdicht abgeschlossenes Elektronikbauelement -Paket nach Anspruch 1, bei dem die Glas-Vorform eine Schmelztemperatur im Bereich von ca. 450°C bis ca. 800°C hat.
10. Verfahren zur Herstellung eines luftdicht abgeschlossenen Elektronikbauelement-Pakets einschließlich eines leitenden Gehäuses mit einer Bodenwand und einem offenen Oberteil, die einen Hohlraum definieren, eines Elektronikbauelements mit inneren und äußeren Kontaktklemmen und ausgestaltet für die Anbringung innerhalb des Innenhohlraums und eines Axialleiters, der isoliert an der Bodenwand gesichert ist und sich nach außen vom Boden und nach außen durch das Elektronikbauelement und das offene Oberteil erstreckt, umfassend die folgenden Schritte:
  • - Anordnung von Mitteln zur Verbindung des Elektronikbauelements innerhalb des Innenhohlraums des leitenden Gehäuses, angrenzend an die Bodenwand;
  • - Anbringung des Elektronikbauelements oberhalb der Verbindungsmittel;
  • - Erwärmung der Verbindungsmittel, des Elektronikbauelements, des leitenden Gehäuses und des Axialleiters in einer vorgegebenen Umgebung auf eine erste vorgegebene hohe Temperatur, um die Verbindung mit dem leitenden Gehäuse zu schaffen, um ein Elektronikbauelement-Paket zu bilden;
  • - Anbringung einer Vorform innerhalb des Innenhohlraums oberhalb des Elektronikbauelement-Pakets und
  • - Erwärmung der Vorform und des Elektronikbauelement-Pakets in der vorgegebenen Umgebung auf eine zweite vorgegebene hohe Temperatur, um einen luftdichten Abschluß zwischen der Vorform und dem Elektronikbauelement-Paket zu schaffen und dadurch das luftdicht abgeschlossene Elektronikbauelement-Paket zu bilden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Verbindungsmittel erste und zweite Hartlotelemente umfassen und bei dem der Anordnungsschritt weiterhin umfaßt:
  • - das Anordnen des ersten Hartlotelements innerhalb des Innenhohlraums des leitenden Gehäuses und
  • - das Aufschieben des zweiten Hartlotelements auf den Axialleiter und in den Innenhohlraum, angrenzend an den Boden des leitenden Gehäuses.
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