DE19606053A1

DE19606053A1 - Gehäuse für elektrische bzw. elektronische Bauteile und/oder Schaltungen

Info

Publication number: DE19606053A1
Application number: DE1996106053
Authority: DE
Inventors: Maximilian Sailer
Original assignee: Lewicki Microelectronic GmbH
Current assignee: First Sensor Lewicki GmbH
Priority date: 1996-02-19
Filing date: 1996-02-19
Publication date: 1997-08-21

Description

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für elektrische bzw. elektronische Bauteile und/oder Schaltungen, mit in Ausnehmungen der Gehäusewand, des Gehäusebodens oder -deckels angeordneten, gegen diese abdichtend und elektrisch isolierend ausgebildeten Durchführungen für elektrische Verbindungen, die aus einem Kontaktstift sowie einem diesen umschließenden Durchführungsisolator bestehen.

Derartige Gehäuse sind in vielfältigen Ausführungen aus der Praxis bekannt. Die Gehäuse bestehen hierbei in der Regel aus elektrisch leitendem Material, wobei der Durchführungsisolator beispielsweise aus Glas besteht. Bei Gehäusen für die Mikroelektronik ist die Spannungsfestigkeit der Durchführung im wesentlichen durch deren Geometrie festgelegt.

Der Einsatz von solchen Gehäusen bei Hochspannungsanwendungen bedingt große Isolationsstrecken vom Kontaktstift zum Ausnehmungsrand des Gehäuses. Besondere Isolationsanforderungen bestehen dabei bei Einsatz solcher Gehäuse in Umgebungen mit niedrigem Luft- bzw. Gasdruck, beispielsweise bei der Verwendung in Luftfahrzeugen, die in große Höhen aufsteigen können, oder aber in der Vakuumtechnik. Mit abnehmendem Druck steigt die Ionisationswahrscheinlichkeit der Gase. Dies führt beim Überschreiten gewisser Spannungs-/Druckgrenzen zu elektrischen Überschlägen und macht vergrößerte Isolationsstrecken erforderlich. Auch solche Anwendungen, bei denen die Durchführungen betaut, verschmutzt oder anderweitig mit geringleitfähigem Material kontaminiert werden, machen gegenüber Normalbedingungen vergrößerte Luft- und Kriechstrecken erforderlich. Große Isolationsstrecken wirken sich jedoch nachteilig auf die Baugröße bzw. die Packungsdichte aus. Bei Gehäusen, die z. B. zur hermetischen Bauteilekapselung und in der Hybridtechnik durch Schweißen verschlossen werden, muß der Abstand von der Durchführung zur Schweißstelle hinreichend groß sein und hängt - technologisch bedingt wegen der Schweißstromableitung, der Wärmeableitung bzw. -verteilung sowie der Aufnahme des Anpreßdrucks beim Schweißvorgang - zusätzlich vom Durchführungsdurchmesser ab. Daher erfordern große Durchführungsdurchmesser eine überproportionale Gehäusevergrößerung.

Weiter weisen die in der Praxis eingesetzten Isolatorenmaterialien für den Durchführungsisolator häufig den Nachteil auf, andere Ausdehnungskoeffizienten als das elektrisch leitende Gehäusematerial zu besitzen. Bei großen Durchmessern der Isolatoren führt dies zu technologischen Grenzen, die weitere Steigerungen der Spannungsfestigkeit durch Vergrößerung ausschließen. Schließlich führen Temperaturänderungen bei der Herstellung, Bestückung oder Anwendung der Gehäuse bei entsprechend großen Durchführungsabmessungen zu signifikanten mechanischen Spannungen im Material, die Verformungen des Gehäuses zur Folge haben können. Dies wirkt sich nachteilig auf die Stabilität, die Maßhaltigkeit, gegebenenfalls die Dichtigkeit und somit die Zuverlässigkeit der gekapselten Schaltung aus. Soweit das Gehäuse zur Wärmeübertragung eine thermische Kopplung zu einer Quelle/Senke aufweisen muß, kann die Verformung einen verschlechterten Wärmekontakt zur Folge haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei kleiner Baugröße der Gehäuse eine hohe Spannungsfestigkeit zu erreichen, wodurch zugleich eine weitgehende Beseitigung der vorstehend genannten technologischen Probleme erreicht werden soll. Insbesondere wird eine Isolierwirkung zwischen den Durchführungen und dem Gehäuse angestrebt, die im wesentlichen nur durch die Eigenschaften der elektrischen Leiter der Durchführung selbst beschränkt ist und insbesondere externen Einflüssen, wie Unterdruck, Betauung oder Verschmutzung zumindest vermindert unterworfen ist.

Ein diese Aufgabe lösendes Gehäuse ist gekennzeichnet durch eine dielektrische Abdeckschicht, die sich von dem Kontaktstift aus bis wenigstens über den Rand der Ausnehmung hinaus über die Fläche des Durchführungsisolators erstreckt.

Der durch die Erfindung erreichte Vorteil besteht im wesentlichen darin, daß der Übergangsbereich zwischen dem Ausnehmungsrand des Gehäuses und dem Kontaktstift durch die dielektrische Abdeckschicht bestimmt ist, somit insbesondere auch gegenüber dem Durchführungsisolator deutlich größer sein kann, wobei die Ausbildung so gewählt werden kann, daß die effektive Isolationsstrecke letztlich nur durch den Abstand der Durchführungsleiter zueinander bestimmt wird. Dabei können als elektrische Isolatoren für den Durchführungsisolator aufgrund der möglichen kleinen Isolatorenabmessungen sogar schlecht oder nicht angepaßte Materialkombinationen hinsichtlich des thermischen Ausdehnungskoeffizientens der Gehäuse- bzw. Durchführungsisolatormaterialien eingesetzt werden.

In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Abdeckschicht zusätzlich den an den Rand der Ausnehmung angrenzenden Bereich der Gehäusewand bzw. des Gehäusebodens überdeckt. Dadurch wird in jedem Fall die effektive Isolationsstrecke vergrößert.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung liegt die Abdeckschicht dem Durchführungsisolator bzw. der Gehäusewand/dem Gehäuseboden bzw. -deckel unmittelbar an. Es besteht jedoch nach einer weiteren Ausführungsform auch die Möglichkeit, daß die Abdeckschicht dem Durchführungsisolator bzw. der Gehäusewand/dem Gehäuseboden bzw. -deckel mit Abstand gegenübersteht, wobei der radial äußere Rand der Abdeckschicht über einen Abstandshalter der Gehäusewand/dem Gehäuseboden bzw. -deckel anliegt und wobei die Abdeckschicht sowohl gegen den Kontaktstift als auch gegen die Gehäusewand/den Gehäuseboden bzw. -deckel über den Abstandshalter abgedichtet ist. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß die elektrischen Durchführungen und die überschlagskritischen Zonen unter definierten Druckbedingungen hinreichend druckdicht gekapselt sind, so daß die Durchführungen selbst nicht direkt der Druckänderung ausgesetzt sind. Soweit erforderlich, kann auch eine hermetische Abdichtung vorgesehen sein. Der Abstandshalter kann hierbei von einer Distanzscheibe, ebenso jedoch sich von der Lot- oder Klebeschicht gebildet sein.

Die Abdeckschicht selbst kann in geeigneter Weise angeklebt bzw. angelötet oder anderweitig abgeschieden werden, wobei als Kleber oder Lote derartige Materialien zur Anwendung kommen, die einen hinreichend dichten, gegebenenfalls heliumleckdichten oder hermetischen Verschluß erlauben. Dabei sind auch Kombinationen einer Klebung bzw. Lötung realisierbar. Insbesondere für die Lötung kann die Abdeckschicht vorteilhafterweise an ihrem dem Kontaktstift anliegenden inneren Rand sowie ihrem der Gehäusewand/dem Gehäuseboden bzw. -deckel zugewandten, radial äußeren Rand eine Metallisierungsbeschichtung aufweisen. Dabei besteht weiter die Möglichkeit, daß der Kontaktstift eine Ringschulter als Auflagefläche für die Abdeckschicht aufweist.

Der Kontaktstift kann jedoch zur Bildung einer Preßpassung gegen die Abdeckschicht auch leicht konisch ausgebildet sein.

Je nach dem Anwendungseinsatz des Gehäuses kann die Abdeckschicht an der Außenseite und/oder an der Innenseite des Gehäuses vorgesehen sein. Die Abdeckschicht ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung von einer Keramik gebildet. Insbesondere kann die Abdeckschicht aus Aluminiumoxyd (Al₂O₃) bestehen.

Im folgenden wird die Erfindung an in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine elektrisch isolierend ausgebildete Durchführung für ein Gehäuse nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine Durchführung nach der Erfindung mit einer einseitig angebrachten Abdeckschicht,

Fig. 3 den Gegenstand nach Fig. 2, jedoch mit beidseitig angebrachter Abdeckschicht,

Fig. 4 eine andere, der Fig. 2 entsprechende Ausführungsform,

Fig. 5 die Ausführungsform nach Fig. 4, jedoch mit beidseitig angebrachter Abdeckschicht,

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform mit gestuft ausgebildetem Kontaktstift,

Fig. 7 die als Scheibe ausgebildete Abdeckschicht in Draufsicht und im Querschnitt.

Von dem zur Kapselung von elektrischen bzw. elektronischen Bauteilen vorgesehenen Gehäuse ist in der Zeichnung lediglich eine Durchführung für die elektrischen Verbindungen dargestellt, die abdichtend und elektrisch isolierend in Ausnehmungen der Gehäusewand oder vorzugsweise des Gehäusebodens 1 angeordnet sind. Diese Durchführungen bestehen aus einem Kontaktstift 2 sowie einem den Kontaktstift 2 umschließenden Durchführungsisolator 3.

Für den Einsatz der Gehäuse bei Hochspannungsanwendungen oder auch bei solchen Anwendungen, bei denen die Durchführungen betaut, verschmutzt oder anderweitig mit geringleitfähigem Material kontaminiert werden können, ist eine dielektrische Abdeckschicht 4 vorgesehen, die sich von dem Kontaktstift 2 aus bis über den Rand 5 der Ausnehmung hin über die Fläche des Durchführungsisolators 3 erstreckt. Hierdurch wird nicht nur eine Vergrößerung der effektiven Isolationsstrecke erreicht, sondern darüber hinaus die Möglichkeit geschaffen, den eigentlichen Durchführungsisolator 3 klein zu halten und im übrigen hierfür Materialien zu verwenden, die nicht unbedingt beispielsweise hinsichtlich ihrer thermischen Ausdehnungskoeffizienten an die Materialeigenschaften des Gehäuses bzw. des Gehäusebodens 1 angepaßt sein müssen.

Wie sich aus den Fig. 2 bis 6 ergibt, überdeckt die Abdeckschicht 4 zusätzlich den an den Rand 5 der Ausnehmung angrenzenden Bereich des Gehäusebodens 1. In den Ausführungsformen der Fig. 2 und 3 liegt dabei die Abdeckschicht 4 dem Durchführungsisolator 3 bzw. dem Gehäuseboden 1 unmittelbar an. In den Ausführungsformen nach den Fig. 4 und 5 dagegen steht die Abdeckschicht 4 dem Durchführungsisolator 3 bzw. dem Gehäuseboden 1 mit Abstand gegenüber, wobei der radial äußere Rand 6 der Abdeckschicht 4 über einen Abstandshalter 7 dem Gehäuseboden 1 anliegt. Die Abdeckschicht 4 ist hier sowohl gegen den Kontaktstift 2 als auch gegen den Gehäuseboden 1 über den Abstandshalter 7 hermetisch abgedichtet. Dadurch sind die elektrischen Durchführungen und die überschlagskritischen Zonen unter definierten Druckbedingungen herinetisch gekapselt, wodurch die Durchführungen selbst nicht unmittelbar eventuellen Druckänderungen ausgesetzt sind. Die Abdeckschicht kann dabei mit geeigneten Klebern oder Loten unmittelbar verklebt bzw. verlötet sein. Für den letzteren Fall weist die Abdeckschicht 4, wie sich aus der Fig. 7 ersehen läßt, an ihrem dem Kontaktstift 2 anliegenden inneren Rand sowie ihrem dem Gehäuseboden 1 zugewandten, radial äußeren Rand 6 eine Metallisierungsbeschichtung 8 auf. Vorteilhaft kann dabei gemäß Fig. 6 sein, daß der Kontaktstift 2 eine Ringschulter 9 als Auflagefläche für die Abdeckschicht 4 aufweist. Es besteht jedoch auch die in der Zeichnung nicht dargestellte Möglichkeit, daß der Kontaktstift 2 leicht konisch ausgebildet ist, wodurch sich eine Preßpassung gegen die Abdeckschicht 4 schaffen läßt.

Wie die Fig. 2 und 4 bzw. 3 und 5 zeigen, kann die Abdeckschicht 4 lediglich auf einer, vorzugsweise der Außenseite des Gehäuses oder aber sowohl an der Innen- bzw. Außenseite des Gehäuses vorgesehen sein.

Die Abdeckschicht 4 kann im Rahmen der geforderten Eigenschaften aus jedem hierzu geeigneten Material bestehen. Vorzugsweise ist die Abdeckschicht von einer Keramik gebildet, wobei hierfür insbesondere die Verwendung von Aluminiumoxyd vorteilhaft ist.

Claims

1. Gehäuse für elektrische bzw. elektronische Bauteile und/oder Schaltungen, mit in Ausnehmungen der Gehäusewand, des Gehäusebodens (1) oder -deckels angeordneten, gegen diese abdichtend und elektrisch isolierend ausgebildeten Durchführungen für elektrische Verbindungen, die aus einem Kontaktstift (2) sowie einem diesen umschließenden Durchführungsisolator (3) bestehen, gekennzeichnet durch eine dielektrische Abdeckschicht (4), die sich von dem Kontaktstift (2) aus bis wenigstens über den Rand (5) der Ausnehmung hinaus über die Fläche des Durchführungsisolators (3) erstreckt.

2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckschicht (4) zusätzlich den an den Rand (5) der Ausnehmung angrenzenden Bereich der Gehäusewand bzw. des Gehäusebodens (1) bzw. -deckels überdeckt.

3. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckschicht (4) dem Durchführungsisolator (3) bzw. der Gehäusewand/dem Gehäuseboden (1) bzw. -deckel unmittelbar anliegt.

4. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckschicht (4) dem Durchführungsisolator (3) bzw. der Gehäusewand/dem Gehäuseboden (1) bzw. -deckel mit Abstand gegenübersteht, wobei der radial äußere Rand (6) der Abdeckschicht (4) über einen Abstandshalter (7) der Gehäusewand/dem Gehäuseboden (1) bzw. -deckel anliegt und wobei die Abdeckschicht (4) sowohl gegen den Kontaktstift (2) als auch gegen die Gehäusewand/den Gehäuseboden (1) über den Abstandshalter (7) hermetisch abgedichtet ist.

5. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckschicht (4) an ihrem dem Kontaktstift (2) anliegenden inneren Rand sowie ihrem der Gehäusewand/dem Gehäuseboden (1) bzw. -deckel zugewandten, radial äußeren Rand (6) eine Metallisierungsbeschichtung (8) aufweist.

6. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktstift (2) eine Ringschulter (9) als Auflagefläche für die Abdeckschicht (4) aufweist.

7. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktstift (2) zur Bildung einer Presspassung gegen die Abdeckschicht (4) leicht konisch ausgebildet ist.

8. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckschicht (4) an der Außenseite und/oder an der Innenseite des Gehäuses vorgesehen ist.

9. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckschicht (4) von einer Keramik gebildet ist.

10. Gehäuse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckschicht (4) aus Aluminiumoxid besteht.