DE3837301A1 - Herstellverfahren fuer hybridschaltkreisgehaeuse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für ein Gehäuse, insbes. zur Aufnahme eines Hybridschaltkreises, durch Verformung eines Zuschnittes eines Bleches zu einer Gehäusewanne, anschließendes Einbringen von Löchern in diese Gehäusewanne, Einschmelzen je einer Durchführung mittels einer Glaseinschmelzung in die Löcher, Planschleifen der Randfläche der Gehäusewanne und danach dichtes Verschließen des Gehäuses.

Es ist bekannt, Hybridschaltkreisgehäuse wegen der hohen technischen Anforderungen an Langlebensdauer und Härtetestbedingungen, insbesondere an die Dichtigkeit der Glasmetallverbindungen der Kontaktdurchführungen, die zwischen einer Eisen-Kobalt-Nickellegierung des Gehäuses und Borsilikatgläsern der Einschmelzungen mit aneinander angepaßten Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt werden, durch Tiefziehen einer Gehäusewanne und Stanzen der Löcher in Serienfertigung herzustellen, wobei die genannten Materialien für den Herstell- und den Verbindungsprozeß geeignet aufbereitet werden, Das Gehäusematerial ist im normalen Schmelzverfahren nicht herstellbar; sondern es wird nach einem pulvermetallurgischen Preßvefahren und/oder einem Vakuumschmelzverfahren in Blechstreifenform erzeugt und unter Luftabschluß geglüht, so daß es dadurch zäh, dunktil und homogen wird und mit Einschränkungen tiefziehfähig ist. Dieses Tiefziehen zu der Gehäusewanne kann nur bis zu einer geringen Ziehhöhe von maximal 6 mm in mehreren Ziehschritten auf sehr teuren Werkzeugen erfolgen, wobei ein Werkzeugsatz nur für eine Gehäuseform verwendbar ist. Die Löcher für die Elektrodendurchführungen werden üblicher Weise über einen jeweils zu einem Tiefziehwerkzeugsatz passenden Stanz­ stempelwerkzeug eingebracht, wobei sich jedoch häufig Stempelbrüche ereignen, da die Stempeldurchmesser sehr klein sind und das Gehäusematerial in der randseitigen Bodenzone, in die die Löcher einzubringen sind, durch das Tiefziehen inhomogen verfestigt ist.

Diese bekannte Herstellungmethode ist nicht geeignet, die vielfälitgen Anforderungen von geeigneten Gehäusen für die Raumfahrtechnik, Medizin- und Meßelektronik, die häufig nur in kleinen Stückzahlen und mit besonderen Abmessungen und spezieller Lage und/oder Zahlen der Kontaktdurchführungen benötigt werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungsverfahren für Hybridschaltkreise höchster Qualitätsanforderungen zu offenbaren, das eine kostengünstige Herstellung auch kleiner Stückzahlen von Sonderkonstruktionen bezüglich der Abmessungen und Kontaktlage und -anzahl ermöglicht.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß der rechteckige Zuschnitt jeweils in den Eckbereichen rechteckig, symmetrisch ausgeklinkt oder freigeschnitten wird, so daß der Zuschnitt kreuzförmig jeweils gegenüberliegende Armpaare erhält, und danach jeweils das erste Armpaar zu ersten Seitenteilen abgewinkelt wird und anschließend das zweite Armpaar so abgewinkelt wird, daß die dadurch entstehenden weiteren Seitenteile mit jeweils einem engen Spalt zwischen die ersten Seitenteile zu liegen kommen, und danach die Spalte durch Hartlöten verschlossen werden, woran sich das Einbringen der Löcher anschließt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das Fertigungsverfahren ermöglicht die Verwendung einer numerisch gesteuerten automatischen Werkzeugmaschine. Auf dieser wird in einem ersten Arbeitsgang aus dem Blechband ein Zuschnitt vorgegebener Längs- und Querabmessung in zwei Schritten hergestellt. In einem zweiten Arbeitsgang werden mit einem rechteckigen Stanzstempel in vier Schritten die vier Ecken aus dem Zuschnitt ausgeklinkt, so daß eine kreuzförmige Platte entsteht. In einem dritten Arbeitsgang werden dann in zwei Schritten zwei der gegenüberliegenden Arme der Platte abgewinkelt. Alle diese Arbeitsgänge lassen sich auf einem programmierbaren Stanz- und Biegeautomaten ausführen; Sonderwerkzeuge sind für verschiedene Gehäuseabmessungen nicht erforderlich.

In einem vierten Arbeitsgang werden in zwei Schritten die beiden übrigen gegenüberliegenden Arme des kreuzförmigen Zuschnittes abgewinkelt. Hierbei wird die Platte jeweils innenseitig der Abwinkelung so von einem passenden Innenstempel gehalten, daß sich diese jeweils abgewinkelt zwischen den bereits im dritten Arbeitsgang aufgestellten Seitenwänden mit geringer Spaltweite und bündig abschließend befinden. Nur für diese eine Gehäuseabmessung, nämlich die durch die eingebogene Seitenwand bestimmte, wird somit ein einfacher rechteckiger Innenhaltestempel entsprechender Breite benötigt. Die äußere Biegebacke für dieses Biegen kann lang durchgehend sein, hat also keine durch das Gehäuse bestimmte Länge. Ein solchen Innenstempel ist jedoch mit relativ geringem Aufwand zu erstellen. Der Innenstempel läßt sich vorteilhaft auch aus einer Anzahl von Teilstempeln, die vorzugsweise eine binär gestaffelte Breite aufweisen, zusammensetzten, so daß z.B. für 32 verschiedene Gehäusebreiten nur 5 verschiedene Teilstempel jeweils in den verschiedenen Kombinationen benötigt werden. Beispielsweise lassen sich so verschiedene Gehäusebreiten mit je 1/10 Zoll Normraster-Unterschied herstellen. Fast eine beliebige Anzahl von unterschiedlichen Gehäusen läßt sich also programmgesteuert ohne spezielle Werkzeugerstellung fließbandmäßig herstellen.

Zwischen den verschiedenen Arbeitsgängen und Schritten wird das Werkstück geeignet zu den Werkzeugen positioniert und dann gehalten; der Innenhaltestempel wird programmgesteuert aus den notwendigen Teilstempeln jeweils zusammengefügt.

In einem fünften Arbeitsgang werden die Spalte zwischen den abgewinkelten Seitenwände mit einem geeigneten Kupfhartlot in einem Durchlaufofen abgedichtet. Diese Lötung genügt den Anforderungen einer Heliumdichtigkeit von 10^-8.

Danach werden die Löcher für die Elektrodendurchführungen mit einer Hochfrequenz-Bohrmaschine, z.B. mit 60 000 Umdrehungen pro Minute, positionsgerecht in schneller Folge eingebracht. Vorzugsweise im gleichen Arbeitsgang läuft ein Fräser am Gehäuserand entlang, der eine Egalisierung auf 1/100 Höhen- und Planheits-Toleranz erbringt. Bei fachgerechter Ausführung der Stanz- und Biegevorgänge liegen auch die Längs- und Querabmessungen in diesem Toleranzbereich. Die Biegeradien und Materialdehnungen bei dem Biegevorgang lassen sich abhängig von der Materialart und Materialdicke in bekannter Weise ermitteln und berücksichtigen.

Außer im Boden der so hergestellten Gehäusewanne lassen sich auch seitlich Bohrungen koordinatengesteuert in diese einbringen, wobei die beliebige Höhe des Gehäuses, von z.B. 15 mm Höhe, es vorteilhaft ermöglicht, besondere Anschlüsse für in mehreren Ebenen eingebrachte Bauteile oder solche die eine relativ hohe Spannung, ein Meßsignal, ein Höchstfrequenz- oder ein optisches Signal führen, in geeigneter Lage unmittelbar auf kürzestem Wege dem zugehörigen Schaltkreispunkt zuzuführen.

Nach dem Bohren wird das Gehäuse poliert, wonach die Durchführungen mit den Isoliergläsern in bekannter Weise eingeschmolzen werden. Nach Einbau der Schaltkreise wird die Gehäusewanne in bekannter Weise mit einem Deckel dicht verschlossen.

Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit des Verfahrens besteht darin, daß die Ecken des Zuschnittes nicht vollständig ausgestanz sondern nur freigeschnitten werden. Auf diese Weise verbleiben nach dem Abwinkeln an den Seitenwänden außen Laschen stehen, die Befestigungs- und/oder Kühlzwecken dienen können. Geeignete Befestigungsbohrungen können beim Freischnitt bereits mitgestanzt werden. An der oder den Seitenwänden oder zumindest in deren Nähe werden vorteilhaft im Gehäuse Kühlbleche, die vorzugsweise aus Molybdän bestehend, eingelötet, geschweißt oder geklebt, die die Wärme aus den aufgebrachten Schaltkreisteilen abführen. Die durch das Verfahren des Aufbiegens und Verlötens der Seitenwände ermöglichte große Bauhöhe des Gehäuses bietet vielfältige neue Ausgestaltungs- und Verwendungs- Möglichkeiten.

In den Fig. 1 bis 5 sind die verschiednen Fertigungszustände eines Gehäuses dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Zuschnitt mit ausgeklinkten Ecken;

Fig. 2 zeigt den Fertigungszustand nach dem dritten Arbeitsgang, mit den ersten Seitenteilen;

Fig. 3 zeigt eine Gehäusewanne mit eigesetzten Boden-Kontaktdurchführungen;

Fig. 4 zeigt einen Zuschnitt mit Freischnitten;

Fig. 5 zeigt eine Gehäusewanne mit Befestigungs- und Kühllaschen.

Fig. 1 zeigt einen Zuschnitt (1), dessen Ecken im zweiten Arbeitsgang ausgeklinkt worden sind, so daß eine kreuzförmige Platte (10) verblieben ist. Ein sich gegenüberliegendes Armpaar (11, 12) ist etwa um die Materialstärke länger als das andere, senkrecht zum ersten orientierte Armpaar (13, 14) ausgebildet. Die genauen Abmessungen der Armlängen ergeben sich durch einfache Biegeversuche mit dem jeweiligen Gehäusematerial.

Fig. 2 zeigt die U-förmig augebildete Platte (10) nachdem im dritten Arbeitsgang nacheinander zwei der Arme zu Seitenteilen (11 A, 12 A) aufgebogen worden sind. Im vierten Arbeitsgang werden dann die anderen Arme (13, 14) zwischen die bereits hochgebogenen Seitenteile (11 A, 12 A) gebogen, so daß die so entstehenden Seitenteile mit deren Endflächen bündig abschließen, wobei der Innenstempel (N, N′) sich jeweils in der gestrichelten bzw. strichpunktierten Stellung befindet.

Fig. 3 zeigt eine fertige Gehäusewanne (10 A), deren Seitenteile (11 A-14 A) zwischen den Seitenteilen in den Eckbereichn hart verlötet sind. Der Lötspalt (15) ist nur wenige zehntel Millimeter weit. Bodenseitig sind im genormten Raster Elektrodendurchführungen (16) mittels einer Glaseinschmelzung (17) in die Bohrungen (18) eingesetzt.

Die obenliegende Randfläche (19) der Seitenteile (11 A-14 A) ist eng toleriert plan geschliffen.

Fig. 4 zeigt einen andersartigen Zuschnitt (2), bei dem Freischnitte (28) eingebracht sind, die die Arme (21-24) freilegen. In den stehengebliebenen Eckbereichen sind mit der Einbringung der Freischnitte (28) Befestigungslöcher (29) eingestanzt.

Fig. 5 zeigt eine aus dem Zuschnitt gemäß Fig. 4 fertiggestellt Gehäusewanne (20), deren im Dritten Arbeitsgang gebogenen Seitenteile (21, 22) die aus den stehengebliebenen Eckbereichen gebildeten Kühl- und Befestigungslaschen (30) mit den Befestigungslöchern tragen. Die Seitenteile (23, 24) sind mit Bohrungen versehen, in die Durchführungsstifte (26) isoliert eingesetzt sind. An dem Seitenteil (21) mit den Befestigungslaschen (30) ist innenseitig in der Gehäusewanne (20) eine Kühlfahne (31) für die Montage eines Leistungsschaltkreises befestigt.

Claims (12)

1. Herstellungsverfahren für ein Gehäuse, insbesondere zur Aufnahme eines Hybridschaltkreises, durch Verformung eines Zuschnittes (1, 2) eines Bleches zu einer Gehäusewanne (10 A, 20), anschließendes Einbringen von Löchern (18) in diese Gehäusewanne (10 A, 20), Einschmelzen je einer Durchführung (16) mittels einer Glaseinschmelzung (17) in die Löcher (18), Planschleifen der Randfläche (19), der Gehäusewanne (10 A, 20) und danach dichtes Verschließen des Gehäuses, dadurch gekennzeichnet, daß der rechteckige Zuschnitt (1, 2) jeweils in den Eckbereichen rechteckig, symmetrisch ausgeklinkt oder freigeschnitten wird, so daß der Zuschnitt (1, 2) kreuzförmig jeweils gegenüberliegende Armpaare (11, 12; 13, 14) erhält, und danach jeweils das erste Armpaar (11, 12) zu ersten Seitenteilen (11 A, 12 A) abgewinkelt wird und anschließend das zweite Armpaar (13, 14) so abgewinkelt wird, daß die dadurch entstehenden weiteren Seitenteile (13 A, 14 A) mit jeweils einem engen Spalt (15) zwischen die ersten Seitenteile (11 A, 12 A) zu liegen kommen, und danach die Spalte (15) durch Hartlöten verschlossen werden, woran sich das Einbringen der Löcher (18) anschließt.

2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ecken des Zuschnittes (1, 2) so freigeschnitten oder ausgeklinkt werden, daß die Arme (11, 12) des ersten Armpaares (11, 12) jeweils etwa um eine Blechdicke weiter ausgestreckt sind als die anderen Arme (13, 14).

3. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Freischneiden entlang des zweiten Armpaares (23, 24) Freischnitte (28) eingebracht werden, durch die Laschen (30) in den Ecken zumindest an einem Arm (21) des ersten Armpaares (21, 22) stehen bleiben.

4. Herstellungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Laschen (30) mit dem Freischnitt (28) Befestigungslöcher (29) eingestanzt werden.

5. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Abwinkelns der Arme (13, 14) des zweiten Armpaares (13, 14) der Zuschnitt (1) jeweils durch einen Innenstempel (N, N′) gehalten wird, der aus Teilstempeln zusammengesetzt ist, deren Gesamtbreite annähernd der Breite des zweiten Armpaares (13, 14) entspricht.

6. Herstellungverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstempel für das Zusammensetzen jeweils aus einer Vielzahl von Teilstempeln programmgesteuert augewählt werden, die in ihrer Breite zueinander binär gestaffelt ausgestaltet sind.

7. Herstellungsverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausklinken, Freischneiden und Abwinkeln auf einer programmgesteuerten Koordinaten- Stanz- und Biegevorrichtung nacheinander unter Zwischenschaltung programmgesteuerter Positioniervorgänge des Zuschnittes (1, 2) zu den entsprechenden Werkzeugen erfolgt.

8. Herstellungsverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (18) mit einem programmgesteuerten hochtourigen Koordinaten-Bohrwerk bodenseitig oder seitlich in die Gehäusewanne (10 A, 20) gebohrt werden.

9. Herstellungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem Bohren und/oder dem jeweiligen Positionieren zwischen den einzelnen Bohrvorgängen das Planschleifen erfolgt.

10. Gehäuse, insbes. für Hybidschaltkreise, mit einer Gehäusewanne (10 A, 20), hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Geäusewanne (10 A, 20) Seitenteile (11 A-14 A; 21-24) aufweist, die sich jeweils gegenüberliegend paarweise in den Ecken innenliegend und außen bündig zueinander unter Belassung eines dazwischenliegenden hartverlöteten Spalts (15) erstrecken.

11. Gehäuse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der außenliegenden Seitenteile (21) sich über die Gehäusewanne (20) hinaus als Befestigungs- und/oder Kühllasche(n) (30) erstreckt.

12. Gehäuse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Seitenteil (21), von dem sich die Kühllaschen (30) erstrecken, innenseitig der Gehäusewanne (20) eine Kühlfahne (31) befestigt ist.