DE3402256A1 - Gehaeuse zur aufnahme elektronischer bauelemente - Google Patents

Description

• Gehäuse zur Aufnahme elektronischer Bauelemente
• Die Erfindung bezieht sich auf ein Gehäuse zur Aufnahme elektronischer Bauelemente gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Ein solches Gehäuse zur Aufnahme elektronischer Bauelemente ist aus H.J. Hanke, H. Fabian, Technologie elektronischer Baugruppen", 3. Auflage 1982, VEB-Verlag Technik, Berlin, Seite 142 bis 148 bekannt.
• Als Materialien für Elektronik-Gehäuse werden vor allem Keramik, Glas, Kunststoffe oder Metalle eingesetzt. Die Gehäuse werden insbesondere dann aus Metall gefertigt, wenn Wert auf eine hermetische Abdichtung gelegt wird und wenn die in den elektronischen Bauelementen während des Betriebes entstehende Verlustleistungswärme zuverlässig aus dem Gehäuseinneren an die Gehäuseoberfläche abgeleitet werden soll. Die zur Bildung von Gehäusen allgemein bekannten Metalle, wie z.B. Eisen-Nickel-Legierungen oder Eisen-Nickel-Kobalt-Legierungen sind jedoch hinsichtlich ihres Wärmeableitvermögens und ihrer Wärmespreizung noch keinesfalls optimal, so daß insbesondere bei Einsatz elektronischer Bauelemente mit hoher Verlustleistungsdichte und punktuell er Wärmeerzeugung schnell die Grenzen der Wärmeableitfähigkeit erreicht werden. Bei Einsatz von Kupfer als Gehäusematerial ergibt sich zwar eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit; es ist jedoch nicht möglich, in einem Kupfergehäuse elektronische Bauelemente mit Keramik- oder Glassubstrat einzubauen, da das Wärmeausdehnungsverhalten von Kupfer und demjenigen der Substrate aus Glas oder Keramik zu unterschiedlich ist und sich folglich Spannungen bei abwechselnder Aufheizung und Abkühlung des Gehäuses bilden. Da als Material zur Abdichtung und elektrischen Isolation von extern zugänglichen Gehäuse-Anschlußsteckern ebenfalls Glas oder Keramik zum Einsatz kommt, ergeben sich hierdurch ebenfalls Wärmespannungen.
• Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrunde, ein Gehäuse zur Aufnahme von elektronischen Bauelementen mit Keramik- oder Glassubstrat anzugeben, das eine optimale Wärmespreizung und ein optimales Wärmeableitvermögen aufweist und gleichzeitig hermetisch abdichtbar ist.
• Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
• Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das Gehäuse infolge des guten Wärmeableitvermögens auch für hermetisch abzudichtende elektronische Bauelemente mit hoher Verlustleistungsdichte einsetzbar ist, da die während des Betriebes auftretenden besonders "heißen Punkte" des elektronischen Bauelements, wie z.B. Dickschichtwiderstände bei Vielfach-Schaltkreisen, infolge der guten Wärmespreizung des Gehäuses intensiv gekühlt werden können. Wärmespannungen zwischen dem Gehäuse und dem Keramik- oder Glassubstrat des elektronischen Bauelementes werden vorteilhaft verhindert.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.
• In der Figur ist ein Gehäuse 1, bestehend aus einem wannenförmigen Gehäuseunterteil 2 und einem flachen Gehäusedeckel 3, dargestellt. Als Grundmaterial für das Gehäuse 1 dient ein Blech aus einer Eisen-Nickel-Legierung oder aus Molybdän 4. Dieses Grundmaterial ist beidseitig mit Kupferschichten 5 (in Form von Folien oder dünnen Blechen) lamelliert. Als Korrosionsschutzschichten 6 für die Kupferschichten 5 dienen vorzugsweise galvanisch ausgebrachte Nickel- oder Goldauflagen.
• Die Kupferschichten 5 werden vorzugsweise bereits vor dem Ausstanzen und Formen der einzelnen Gehäuseteile auf dem aus einer Eisen-Nickel-Legierung oder aus Molybdän bestehenden Blech 4 aufgebracht. Die Korrosionsschutzschichten 6 können wahlweise vor oder nach dem Ausstanzen der Gehäuseteile bzw. vor oder nach der Formung der Gehäusewanne 2 aufgebracht werden.
• Das so vorbereitete und Bohrungen auf seiner Bodenseite aufweisende Gehäuseunterteil 2 wird mit metallenen Anschlußsteckern 7 bestückt, wobei Glas- oder Keramikeinschmelzungen 8 um die Anschlußstecker 7 zur elektrischen Isolation der Stecker und zur hermetischen Abdichtung des Gehäuses 1 vorzusehen sind ("Stromdurchführungen").
• Anschließend kann ein vorzugsweise in Dickschicht-, Dünnschicht- oder Hybridtechnik hergestelltes, auf einem Keramik- oder Glassubstrat aufgebautes elektronisches Bauelement (integrierter Baustein, Vielfach-Schaltkreis) 9 in das Gehäuseunterteil 2 eingelegt und auf den Gehäuseboden aufgepreßt oder mit dem Gehäuseboden unter Zuhilfenahme eines Wärmeleitklebers verklebt bzw. verlötet werden. Danach werden die Anschlußstecker 7 mit den Anschlüssen des elektronischen Bauelementes 9 kontaktiert, und zwar beispielsweise mittels Ultraschallschweißen.
• Als Anschlüsse des elektronischen Bauelementes 9 können Kontaktflächen 10 auf dem Keramik- oder Glassubstrat oder Kontaktflächen 11 auf Einzelbauteilen 12 (z.B.
• Transistoren, Widerstände, Kondensatoren, integrierte Schaltkreise etc.) des elektronischen Bauelementes 9 Verwendung finden. Die Kontaktierung erfolgt vorzugsweise über Drähte 13.
• Anschließend wird das Gehäuseunterteil 2 durch Aufschweißen oder Auflöten des Gehäusedeckels 3 hermetisch, d.h. vakuum- und feuchtigkeitsdicht verschlossen.
• Bei Betrieb des elektronischen Bauelementes 9 wird die Verlustleistungswärme im Regelfall nicht gleichmäßig über das gesamte Bauelementvolumen produziert, sondern es bilden sich einzelne besonders "heiße Punkte" im Bauelement aus, wobei diese verlustleistungsintensiven Stellen bevorzugt an die Bodenseite des elektronischen Bauelementes 9 zu legen sind. Durch die sehr gute Wärmeleitfähigkeit der Kupferschicht 5 ergibt sich eine ausgezeichnete Wärmespreizung, d.h. die punktförmig erzeugte Verlustleistungswärme wird durch die Kupferschichten 5 über eine größere Fläche des Gehäuses verteilt, was örtliche Uberhitzungen und damit gegebenenfalls einen Ausfall des gesamten elektronischen Bauelementes verhindert.
• Obwohl sich das Gehäuse 1 während des Betriebes des elektronischen Bauelementes erwärmt und danach abkühlt, treten keine wesentlichen thermischen Ausdehnungsänderungen und damit keine Wärmespannungen zwischen den Glas- bzw. Keramikeinschmelzungen 8 und dem Gehäuseboden sowie zwischen dem Keramik- oder Glassubstrat des elektronischen Bauelements 9 und dem Gehäuseboden auf, da die Eisen-Nickel-Legierung oder das Molybdän und die Glas- oder Keramikeinschmelzungen bzw. das Keramik- oder Glassubstrat ungefähr die gleichen Wärmeausdehnungskoef fizienten aufweisen. Eine hermetische Abdichtung des Gehäuses sowie eine sichere Befestigung des elektronischen Bauelements 9 am Gehäuseboden sind daher auch nach einer Vielzahl von Lastwechseln dauerhaft gewährleistet.
• Neben der vorstehend beschriebenen Ausführungsform eines ~plug-in-"Gehäuses kann das Gehäuse auch in allen weiteren bekannten Ausführungsformen, wie z.B.
• "dual-in-line-package" (steckbares Flachgehäuse), "flatpack" (aufsetzbares Flachgehäuse) oder "power-hybrid-package" (Leistungshybridgehäuse) ausgebildet sein, wobei der Gehäusedeckel auch wannenförmig und das Gehäuseunterteil auch flach geformt sein können.

Claims (3)

1. Ansprüche 1. Gehäuse zur Aufnahme elektronischer Bauelemente, bestehend aus einem Gehäuseunterteil und einem Gehäusedeckel aus einer Eisen-Nickel-Legierung oder aus Molybdän, wobei das Gehäuseunterteil mit von Glas- oder Keramikeinschmelzungen umhüllten Anschlußsteckern versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß Gehäuseunterteil (2) und Gehäusedeckel (3) jeweils beidseitig mit Kupferschichten (5) lamelliert und diese Kupferschichten (5) mit Korrosionsschutzschichten (6) versehen sind.
2. 2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrosionsschutzschichten (6) aus Nickel bestehen.
3. 3. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrosionsschutzschichten (6) aus Gold bestehen.