DE19856332A1 - Gehäuse für eletronisches Bauelement - Google Patents
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Abstract
Ein Gehäuse für ein elektronisches Bauelement weist ein Bodenteil (1), ein Wandteil (4) und ein Deckelteil (6) auf, die das elektronische Bauelement (1) umschließen und abdichten. An der Innenseite des Deckelteils (6) ist eine Kontaktfeder (7) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit einem Anschluß des Bauelementes (1) angebracht, wobei Deckelteil (6) und Kontaktfeder (7) aus einem Stück, vorzugsweise mittels galvanischer Metallabscheidung, hergestellt sind. Die so ausgebildete Mikrokontaktfeder (7) erlaubt einen großen Federweg bei kleinen Abmessungen und eine sichere Kontaktierung des elektronischen Bauelementes auch bei starken Temperaturschwankungen.
Description
Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für ein elektro
nisches Bauelement wie ein Gunn-Element, welches
Gehäuse das elektronische Bauelement umschließt.
Für ein Abstandsradar bei Kraftfahrzeugen (ACC =
Adaptive Cruise Control) werden Radarwellen mit
Frequenzen oberhalb 50 Gigaherz eingesetzt. Zur Er
zeugung dieser Radarwellen kommen Gunn-Elemente zum
Einsatz, die aus III-V-Halbleitermaterial wie GaAs
oder InP bestehen und bei Anlegen einer Gleichspan
nung eine hochfrequente elektromagnetische Welle
erzeugen. Das Gunn-Element hat beispielsweise einen
Durchmesser von 70 µm und eine Dicke von 10 µm und
wird auf seiner Ober- und Unterseite kontaktiert.
Der typische Aufbau eines Gunn-Oszillators ist in
Fig. 5 schematisch dargestellt. An einem Oszilla
torblock 16 mit integriertem Rechteckhohlleiter
wird ein in einem Gehäuse 12 untergebrachtes Gunn-
Element eingebracht und mittels einer Gleichspan
nungszuführung 17 mit HF-Drossel- und Resonator
scheibe kontaktiert. Ein Frequenzabstimmstift 18
dient der Frequenzabstimmung, während die Lei
stungsregelung über einen Hohlleiter-
Kurzschlußschieber 19 erfolgt.
Das Gunn-Element ist in Fig. 6a dargestellt. Auf
einem Sockel 9 aus Kupfer, der der Wärmeableitung
und Kontaktierung der Kontakte des Gunn-Elements
dient, liegt das Gehäuse 12 des Gunn-Elements auf.
Dieses Gehäuse 12 weist eine Zentrierscheibe 11 aus
leitfähigem Material auf, auf der wiederum das
Gunn-Element 1 mittels einer Goldscheibe 2 auf
liegt. Um die Zentrierscheibe 11 wird ein Kerami
kring 4 gelegt, der den Sockel 9 von dem ebenfalls
metallischen Deckel 6 isoliert. Wie erwähnt, wird
das Element 1 an der Ober- und Unterseite kontak
tiert. Während die Unterseite direkt auf der Gold
scheibe 2 aufliegt und mittels dieser kontaktiert
ist, wird die Verbindung zum leitfähigen Deckel 6
durch eine kreuzförmig ausgebildete Goldfolie
(Malteserkreuz 15) gebildet, welche Goldfolie in
der Mitte auf den Rückkontakt des Bauelements und
am Rand auf eine obere Metallisierung des Kerami
krings 4 gebondet wird, die mit dem Deckel 6 in
Kontakt steht. Durch Auflöten des Deckels 6 aus me
tallisierter Keramik wird das Bauelement 1 herme
tisch in dem Gehäuse 12 abgeschlossen.
Aufgrund einer starken Erwärmung unterliegt das
Gunn-Element einer starken thermischen Ausdehnung
beziehungsweise Schrumpfung, was zu einer Relativ
bewegung zwischen der in Fig. 6 oben dargestellten
Rückseite des Gunn-Elements 1 und dem Deckel 6
führt. Dies kann bei Dauerbetrieb zu einer Ablösung
der Bond-Kontakte führen, was insbesondere bei ei
nem der Kraftfahrzeug-Sicherheit dienenden Bauele
ment unerwünscht ist.
Des weiteren ist die Herstellung des Gehäuses, ins
besondere aufgrund des Bond-Prozesses aufwendig und
teuer.
Das durch Anspruch 1 definierte erfindungsgemäße
Gehäuse für ein elektronisches Bauelement weist ein
Bodenteil, ein Wandteil und ein Deckelteil auf, die
das elektronische Bauelement umschließen, wobei an
dem Deckelteil eine Kontaktfeder zur Herstellung
einer elektrischen Verbindung mit einem Anschluß
des Bauelementes angebracht ist und Deckelteil und
Kontaktfeder aus einem Stück ausgebildet sind. Die
Kontaktfeder gleicht die beim Betrieb des elektro
nischen Bauelementes auftretenden thermischen Bewe
gungen zwischen Kontaktfläche der Diode und Deckel
teil aus und sorgt so für eine sichere Kontaktie
rung des elektronischen Bauelements. Da Kontaktfe
der und Deckelteil in einem Stück ausgebildet sind,
justiert sich der Kontakt beim Anbringen des Dec
kelteils zum Verschließen des Gehäuses selbst. Da
der Bond-Vorgang entfällt, vereinfacht sich der
Herstellungsprozeß.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind
Deckelteil und Kontaktfeder mittels galvanischer
Metallabscheidung ausgebildet. Dieses Verfahren er
möglicht bei kleiner Baugröße der Kontaktfeder, die
durch die kleinen Abmessungen des elektronischen
Bauelements bedingt ist, einen großen Federweg.
Vorzugsweise weist die Kontaktfeder an ihrer zu dem
Bauelement weisenden Seite einen Kontaktstempel,
beispielsweise aus Gold, auf, der einen sicheren
Kontakt mit dem Bauelement ermöglicht.
Die Kontaktfeder weist vorzugsweise wenigstens zwei
elastische Federarme auf, die die Form einer
Torsionsfeder bilden können.
Gemäß einer bevorzugten Variante ist die Federkraft
der Kontaktfeder so bemessen, daß eine sichere Kon
taktierung des elektronischen Bauelementes über
dessen gesamte Lebensdauer sichergestellt ist. Da
bei kann die Kontaktfeder so ausgebildet sein, daß
eine einmalige plastische Verformung, beispielswei
se bei der Montage des Gehäuses, möglich ist. Die
Kontaktfeder besteht aus einem elastischen
Material, beispielsweise Nickel oder einer Nickel-
Legierung. Alternativ können Deckelteil und Kon
taktfeder ganz aus Nickel oder einer Nickellegie
rung ausgebildet sein und als Oxidationsschutz mit
einer Goldschicht einer Dicke von beispielsweise
2 µm versehen sein.
Die Kontaktfeder ist vorzugsweise so am Deckelteil
angeordnet, daß beim Verschließen des Gehäuses
durch das Deckelteil das elektronische Bauelement
automatisch kontaktiert wird.
Das Gehäuse kann so ausgebildet sein, daß es das
elektronische Bauelement hermetisch abschließt.
Das Bodenteil des Gehäuses kann auf einem Kupfer
sockel angeordnet sein, der der elektrischen Kon
taktierung und der Wärmeableitung dient. Das elek
tronische Bauelement kann über eine Unterlagscheibe
aus Gold auf dem Bodenteil aufliegen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Variante der Er
findung ist das Wandteil des Gehäuses als Keramik
ring ausgebildet. Wandteil und Deckelteil können
aus einem Material mit sich entsprechenden thermi
schen Ausdehnungskoeffizienten ausgebildet sein.
Die Kontaktfedern können mittels galvanisch abge
schiedener Säulen am Deckelteil angebracht sein,
die wiederum über einen Sockel mit dem Deckelteil
verbunden sein können.
Die Erfindung liefert des weiteren ein Verfahren
zur Herstellung einer Kontaktplatte für ein elek
tronisches Bauelement, mit einer Kontaktfeder zur
Herstellung einer elektrischen Verbindung mit einem
Anschluß des Bauelementes versehen ist, wobei die
Kontaktplatte und die Kontaktfeder in einem Prozeß
nacheinander mittels photolithographischer Struktu
rierung galvanisch abgeschieden werden.
Weitere Vorteile der Erfindung werden anhand der
folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen deutlich, in denen
Fig. 1 eine schematische Explosionsdarstellung we
sentlicher Teile des erfindungsgemäßen Gehäuses für
ein elektronisches Bauelement ist;
Fig. 2 Deckelteil und Kontaktfeder eines ersten
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gehäuses
in Perspektivansicht zeigt;
Fig. 3 Deckelteil und Kontaktfeder eines zweiten
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels in Perspek
tivansicht zeigt;
Fig. 4 verschiedene Federarmgeometrien zeigt;
Fig. 5 eine schematische Explosionsdarstellung ei
nes Gunn-Oszillators ist; und
Fig. 6 ein Gehäuse für einen Gunn-Oszillator gemäß
dem Stand der Technik zeigt.
Fig. 1 zeigt in Explosionsdarstellung schematisch
ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ge
häuses für ein elektronisches Bauelement. Das Ge
häuse umschließt das elektronische Bauelement 1,
beispielsweise ein Gunn-Element, vollständig und
besteht aus einem Deckelteil 6, einem Wandteil 4
und einem Bodenteil 3, 11. Das Bodenteil wird bei
dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
durch einen Kupfersockel 3 und eine Zentrierscheibe
11 gebildet, auf der das elektronische Hauelement 1
aufliegt. Zwischen Zentrierscheibe 11 und Bauele
ment 1 kann noch eine Unterlagscheibe 2, beispiels
weise aus Gold, vorgesehen sein. Unterlagscheibe 2,
Zentrierscheibe 11 und Kupfersockel 3 dienen sowohl
der Stromversorgung des unteren Kontaktes des Bau
elements 1 als auch der Ableitung von Wärme. Der
Kupfersockel 3 wird daher auch als Heatsink be
zeichnet, ist für die Erfindung jedoch nicht unbe
dingt erforderlich. Das Wandteil 4 wird durch einen
Keramikring gebildet, der durch die Zentrierscheibe
11 zentriert wird. Verschlossen wird das Gehäuse
durch das Deckelteil 6, das auf dem Keramikring 4
beispielsweise durch Kleben fixiert wird.
Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, weist das
Deckelteil 6 auf seiner dem Bauelement 1 zugewand
ten Innenseite eine Kontaktfeder 7 zur Kontaktie
rung eines weiteren, auf der Oberseite des elektro
nischen Bauelementes angeordneten Kontaktes auf.
Vorzugsweise ist an der Spitze der Feder 7 ein Kon
taktstempel 5 aus geeignetem Material wie Gold oder
dergleichen angeordnet, der den Kontakt mit dem An
schluß des Bauelementes 1 herstellt. Es ist auch
möglich, Deckelteil und Kontaktfeder 7 mit einer
Goldbeschichtung zu versehen. Die Kontaktfeder 7
wird durch eine Anzahl von Federarmen 10 gebildet,
die an Säulen 8 befestigt sind. Bei dem in Fig. 2
gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Säulen 8
wiederum auf einem Sockel 9 angeordnet, während
dieser Sockel bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausfüh
rungsbeispiel entfällt. Wesentlich ist, daß das
Deckelteil 6 sowie die gesamte Federkonstruktion
aus einem Stück ausgebildet sind, wodurch ein
selbstjustierender Fügeprozeß ermöglicht wird. Kon
taktfeder 7 und Deckelteil 6 weisen daher bezüglich
der Konzentrizität eine sehr geringe Toleranz auf.
Beim Fügen des Deckels auf das Wandteil beziehungs
weise den Keramikring 4 wird die Kontaktfeder 7 au
tomatisch richtig auf dem Anschlußkontakt des Bau
elements justiert. Dadurch entfällt das aufwendige
und fehleranfällige Bond-Verfahren. Da der elektri
sche Kontakt über die Federwirkung der Kontaktfeder
7 hergestellt wird, kann eine große Kontaktsicher
heit auch bei insbesondere im Impulsbetrieb auftre
tenden häufigen thermischen Ausdehnungs- und
Schrumpfungsvorgängen sichergestellt werden.
Vorzugsweise wird das Deckelteil 6 mit integrierter
Kontaktfeder 7 durch galvanische Metallabscheidung
in einem Verfahren hergestellt. Dabei werden auf
ein Substrat aus Metall, Silicium, Glas oder Kera
mik in aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten
mehrere Metallschichten unterschiedlichen Materials
abgeschieden. Die Strukturierung der Metallschich
ten erfolgt wie bei mikroelektronischen Verfah
rensprozessen schichtweise durch UV-
Tiefenlithographie. Ein lichtempfindlicher Photore
sist wird aufgetragen, mittels einer Maske, die die
gewünschte Struktur der betreffenden Schicht abbil
det, belichtet und entwickelt, wodurch die Masken
struktur auf dem Photoresist abgebildet wird. Diese
Photoresist-Struktur stellt eine Negativstruktur
der späteren Metallstruktur dar. Die entstandenen
Photoresistlücken werden durch galvanische Metall
abscheidung aufgefüllt, so daß wieder eine planare
Oberfläche entsteht, die als Grundlage für die
nächste Schicht dient. Für jede Schicht kann je
nach Funktionszweck ein anderes Material verwendet
werden, wobei durch den Galvanisierungsvorgang eine
feste Verbindung der Materialien sichergestellt
ist. Wenn die gewünschte Anzahl von Schichten auf
gebracht ist, wird der verbleibende Photoresist aus
den Metallstrukturen herausgelöst. Dies kann zum
Beispiel durch eine KOH-Behandlung oder durch ein
Sauerstoffplasma beziehungsweise mittels Lösungs
mitteln ermöglicht werden. So lassen sich auch un
terschnittene Strukturen herstellen, soweit sicher
gestellt ist, daß keine von außen her unzugängli
chen Hohlräume im Metallmaterial verbleiben. De
tails des galvanischen Metallabscheidungsverfahrens
sind in der Offenlegungsschrift DE 196 07 288 A1 be
schrieben.
Die durch galvanische Abscheidung mikromechanisch
hergestellten Kontaktfedern erlauben bei sehr klei
nen Außenabmessungen einen großen Federweg, was mit
klassischen feinwerktechnischen Verfahren nicht
realisierbar ist. Ein weiterer Vorteil liegt darin,
daß die galvanische Abscheidung von Metall in meh
reren Ebenen erfolgt und so für verschiedene Ebenen
unterschiedliche Materialien verwendet werden kön
nen. So kann beispielsweise die Feder aus einem
hochwertigen Federmaterial wie Nickel oder einer
Nickel-Legierung, der Kontaktstempel aus Gold und
der Deckel aus einer Metall-Legierung bestehen, de
ren thermischer Ausdehnungskoeffizient an die Sei
tenwand angepaßt ist. Darüber hinaus können mit dem
Verfahren eine Vielzahl von Deckelteilen mit inte
grierten Kontaktfedern gleichzeitig hergestellt
werden, wodurch sich der Herstellungsprozeß wesent
lich verbilligt.
Für die Federarme 10 sind verschiedene Geometrien
denkbar. In Fig. 2 wird die Kontaktfeder 7 bei
spielsweise durch drei in Form einer Torsionsfeder
angeordnete Federarme 10 gebildet. Bei dem in Fig.
3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind vier kreuzför
mig angeordnete Federarme vorgesehen, die an einem
Ring befestigt sind. Fig. 4 zeigt in Aufsicht wei
tere mögliche Federarmgeometrien.
Die Federarme können so ausgebildet sein, daß sie
einmalig plastisch verformbar sind, beispielsweise
beim Fügevorgang, jedoch immer noch eine genügende
Elastizität zur Gewährleistung eines sicheren Kon
taktes mit dem Gunn-Element aufweisen.
Ein so im erfindungsgemäßen Gehäuse 12 verpacktes
Gunn-Element kann wie ein herkömmliches Gunn-
Diodenelement als Herzstück eines in Fig. 5 darge
stellten Gunn-Oszillators beispielsweise für ein
Abstandsradar in einem KFZ eingesetzt werden. Ge
genüber dem herkömmlichen Diodengehäuse ist die
Kontaktsicherheit verbessert, das Herstellungsver
fahren und die Handhabung wesentlich vereinfacht.
Claims (20)
1. Gehäuse für ein elektronisches Bauelement, mit
einem Bodenteil (3, 11), einem Wandteil (4), und ei
nem Deckelteil (6), die das elektronische Bauele
ment (1) umschließen, wobei an dem Deckelteil (6)
eine Kontaktfeder (7) zur Herstellung einer elek
trischen Verbindung mit einem Anschluß des Bauele
mentes (1) angebracht ist und Deckelteil (6) und
Kontaktfeder (7) aus einem Stück ausgebildet sind.
2. Gehäuse für ein elektronisches Bauelement nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Deckelteil
(6) und Kontaktfeder (7) mittels galvanischer Me
tallabscheidung hergestellt sind.
3. Gehäuse für ein elektronisches Bauelement nach
Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kontaktfeder (7) an ihrer zu dem Bauelement (1)
weisenden Seite einen Kontaktstempel (5) aufweist.
4. Gehäuse für ein elektronisches Bauelement nach
Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kon
taktstempel (5) aus Gold ausgebildet ist.
5. Gehäuse für elektronisches Bauelement nach einem
der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kontaktfeder (7) wenigstens zwei elastische Fe
derarme (10) aufweist.
6. Gehäuse für ein elektronisches Bauelement nach
Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder
arme (10) die Form einer Torsionsfeder bilden.
7. Gehäuse für ein elektronisches Bauelement nach
einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich
net, daß die Federkraft der Kontaktfeder (7) so be
messen ist, daß eine sichere Kontaktierung des Bau
elements (1) über dessen Lebensdauer sichergestellt
ist.
8. Gehäuse für ein elektronisches Bauelement nach
Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kon
taktfeder (7) unter Beibehaltung ihrer elastischen
Verformbarkeit wenigstens einmalig plastisch ver
formbar ist.
9. Gehäuse für ein elektronisches Bauelement nach
einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich
net, daß die Kontaktfeder (7) aus Nickel oder einer
Nickel-Legierung ausgebildet ist.
10. Gehäuse für ein elektronisches Bauelement nach
einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich
net, daß die Kontaktfeder (7) so an dem Deckelteil
(6) positioniert ist, daß beim Verschließen des Ge
häuses (12) mittels des Deckelteils (6) das elek
tronische Bauelement (1) kontaktiert wird.
11. Gehäuse für ein elektronisches Bauelement nach
einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich
net, daß das Gehäuse (12) das Bauelement (1) herme
tisch abschließt.
12. Gehäuse für ein elektronisches Bauelement nach
einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeich
net, daß das Bodenteil (3) aus Kupfer ausgebildet
ist und der elektrischen Verbindung mit einem wei
teren Kontakt des elektronischen Bauelementes (1)
wie auch der Wärmeableitung dient.
13. Gehäuse für ein elektronisches Bauelement nach
einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeich
net, daß das elektronische Bauelement (1) auf einer
Unterlagscheibe (2) aus Gold aufliegt.
14. Gehäuse für ein elektronisches Bauelement nach
einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeich
net, daß das Wandteil (4) des Gehäuses (12) als Ke
ramikring oder aus fotostrukturierbarem Glas ausge
bildet ist.
15. Gehäuse für ein elektronisches Bauelement nach
einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeich
net, daß Wandteil (4) und Deckelteil (6) einander
entsprechende thermische Ausdehnungskoeffizienten
aufweisen.
16. Gehäuse für ein elektronisches Bauelement nach
einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeich
net, daß die Kontaktfeder (7) mittels galvanisch
abgeschiedenen Säulen (8) am Deckelteil (6) ange
bracht ist.
17. Gehäuse für ein elektronisches Bauelement nach
Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Säulen
(8) auf einem ebenfalls galvanisch abgeschiedenen
Sockel (9) angebracht sind.
18. Gehäuse für ein elektronisches Bauelement nach
einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeich
net, daß das elektronische Bauelement (1) ein Gunn-
Element ist.
19. Gehäuse für ein elektronisches Bauelement nach
einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeich
net, daß Deckelteil (6) und Kontaktfeder (7) aus
Nickel oder einer Nickellegierung ausgebildet und
mit einer Goldschicht versehen sind.
20. Verfahren zur Herstellung einer Kontaktplatte
(6) für ein elektronisches Bauelement, mit einer
Kontaktfeder (7) zur Herstellung einer elektrischen
Verbindung mit einem Anschluß des Bauelementes (1),
wobei die Kontaktplatte (6) und die Kontaktfeder
(7) in einem Prozeß nacheinander mittels photoli
thographischer Strukturierung galvanisch abgeschie
den werden.
Priority Applications (3)
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