DE19640466A1

DE19640466A1 - Metallisches Trägerteil für elektronische Bauelemente oder Schaltungsträger und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE19640466A1
Application number: DE19640466A
Authority: DE
Inventors: Lothar Gademann; Franz Schmich; Reinhold Dr Danner; Bernd Dr Maihoefer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 1998-04-02
Anticipated expiration: 2016-10-01
Also published as: GB2317745A; GB2317745B; US5940279A; GB9717628D0; DE19640466B4

Description

Stand der Technik

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.

Vorteile der Erfindung

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.

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.

Zeichnung

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.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

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

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.