DE3837301C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer hermetisch verschließbaren Gehäusewanne für ein Hybridschaltkreisgehäuse, das bodenseitig und/oder seitlich isolierte Elektrodendurchführungen aufweist, das stirnseitig eine eng tolerierte plangeschliffene Randfläche aufweist, und von dessen Seitenwänden sich ggf. eine oder mehrere Kühl- oder Befestigungslaschen seitlich erstrecken.

Derartige Gehäusewannen verschiedener Ausgestaltung für einen vielfältigen Bedarf sind als Tiefziehteile aus Journ. of the Internat. Soc. for Hybrid Microelectronics- Europe, No 16, Mai 1988, Titelseite bekannt. An derartige Hybridschaltkreisgehäuse werden gewöhnlich hohe technische Anforderungen hinsichtlich der Härtetestbedingungen und der Langlebensdauer gestellt. Solche Hybridschaltkreisgehäuse werden bei großen Serien durch Tiefziehen der Gehäusewanne und Stanzen der Löcher hergestellt, 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 Preßverfahren und/oder einem Vakuumschmelzverfahren in Bleichstreifenform erzeugt und unter Luftabschluß geglüht, so daß es dadurch zäh, duktil und homogen wird und tiefziehfähig ist. Das Tiefziehen zu einer 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 üblicherweise über ein jeweils zu einem Tiefziehwerkzeugsatz passendes Stanzstempelwerkzeug eingebracht, wobei sich jedoch häufig Stempelbrüche ereigneten, da die Stempeldurchmesser sehr klein sind und das Gehäusematerial in den randseitigen Bodenzonen, in die die Löcher einzubringen sind, durch das Tiefziehen inhomogen verfestigt ist. Diese bekannte, aufwendige Herstellungsmethode ist nicht geeignet, kostengünstig die vielfältigen Anforderungen an Gehäuse für die Raumfahrtechnik, Medizin- und Meßelektronik, die häufig nur in kleinen Stückzahlen und mit besonderen Abmessungen und mit spezieller Lage und/oder mit einer speziellen Anzahl der Kontaktdurchführungen benötigt werden, zu erfüllen.

Aus der US 42 62 300 ist es bekannt, Kleinserien von Hybridschaltkreisgehäusewannen dadurch herzustellen, daß auf eine Bodenplatte Seitenteile aufgesetzt und mit dieser und an deren Stoßfugen untereinander hartverlötet werden, wobei jeweils ein gegenüberliegendes Seitenteilpaar mit seinen Endflächen den jeweils anderen Seitenteilpaaren, einen engen Spalt bildend, gegenüberliegt. Auf die Stirnseiten der Seitenteile wurde zwecks Bildung einer glatten, mit einem Deckel dicht verschließbaren, Abschlußfläche ein einstückiger Rahmen aufgelötet, da die einzelnen auf der Bodenplatte aufgelöteten Seitenteile kein zuverlässiges Verschließen erlaubten. Die Vielzahl der zu verbindenden Gehäuseteile und der Lötnähte verringern die Toleranzgenauigkeit und die Langzeitdichtigkeit dieses Gehäuses.

Es ist weiterhin aus GB 21 09 277 A bekannt, eine gehäuseförmige Tür herzustellen, indem aus einem Rechteckzuschnitt die Ecken rechteckig ausgeklinkt werden, so daß ein kreuzförmiger Zuschnitt entsteht. Dessen freistehende Arme werden aufgebogen. Es ist somit für jede Gehäuseabmessung ein eigenes Komplettwerkzeug erforderlich. Der in den Ecken verbleibende Zwischenraum wird durch einen zusätzlichen Biegevorgang verringert und dann vom Boden zum Rand hin verschweißt, um Materialspannungen gering zu halten. Diese Biegungen der Ecken und diese Schweißverbindungen sind recht aufwendig herzustellen und für kleine Schaltkreisgehäuse wegen der Maßgenauigkeitsanforderungen ungeeignet.

Weiterhin ist aus der FR 25 51 683 A1 die Herstellung relativ großer Blechbüchsen aus einem kreuzförmigen Zuschnitt aus relativ dünnem Blech bekannt, das eine hohe Biegefähigkeit besitzt. Dabei werden Seitenteile an ein Bodenblech angebördelt und nach dem Hochbiegen der Seitenteile wurden diese entlang der Seitenkanten durch Bördeln verbunden. Ein derartiges Falten und Bördeln ist jedoch bei dem spröden und relativ dicken Blechmaterial von Hybridschaltkreisgehäusen nicht anwendbar.

Es ist Aufgabe der Erfindung, das Herstellverfahren vorzugsweise kleinerer Stückzahlen von Gehäusen für Sonderkonstruktionen und das danach hergestellte Produkt, gemäß US 42 62 300 einfacher zu gestalten, so daß die Gehäuse bei erhöhter Maßgenauigkeit und größerer Langzeitdichtigkeit aus weniger Einzelteilen herzustellen sind.

Die Lösung der Aufgabe ist im Hauptanspruch angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens 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 solcher 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 2,54 mm 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 Spalten zwischen den abgewinkelten Seitenwänden 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 ausgestanzt, 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 verschiedenen 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 eingesetzten 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 erstes sich gegenüberliegendes Armpaar (11, 12) ist etwa um die Materialstärke länger als das andere, senkrecht zum ersten orientierte zweite Armpaar (13, 14) ausgebildet. Die genauen Abmessungen der Armlängen ergeben sich durch einfache Biegeversuche mit dem jeweiligen Gehäusematerial.

Fig. 2 zeigt die U-förmig ausgebildete Platte (10), nachdem im dritten Arbeitsgang nacheinander zwei der Arme zu ersten Seitenteilen (11A, 12A) aufgebogen worden sind. Im vierten Arbeitsgang werden dann die anderen Arme des zweiten Armpaares (13, 14) zwischen die bereits hochgebogenen ersten Seitenteile (11A, 12A) gebogen, so daß die so entstehenden zweiten 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 (10A), deren Seitenteile (11A-14A) zwischen den Seitenteilen in den Eckbereichen 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 (11A-14A) 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 fertiggestellte 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 (5)

1. Verfahren zur Herstellung einer hermetisch verschließbaren Gehäusewanne für ein Hybridschaltkreisgehäuse, bei dem ein rechteckiger Zuschnitt (1, 2) jeweils in den Eckbereichen rechteckig, symmetrisch ausgeklinkt oder freigeschnitten wird, so daß der einteilige Zuschnitt kreuzförmig jeweils gegenüberliegende Armpaare (11, 12; 13, 14) erhält, von denen jeweils das erste Armpaar (11, 12) zu ersten Seitenteilen (11A, 12A) abgewinkelt wird und anschließend das zweite Armpaar (13, 14) so zu zweiten Seitenteilen (13A, 14A) abgewinkelt wird, daß diese Seitenteile (13A, 14A) jeweils mit ihren Endflächen zwischen die ersten Seitenteile (11A, 12A) zu liegen kommen, so daß enge Spalte (15) zwischen den genannten Endflächen und den ersten Seitenteilen (11A, 12A) entstehen, und wonach diese Spalte (15) mit einem Hartlot in einem Durchlaufofen verschlossen werden, woran sich ein Einbringen von Löchern (18) in die Gehäusewanne (10A, 23) sowie ein Einschmelzen je einer Durchführung (16) mittels einer Glaseinschmelzung (17) in die Löcher (18) anschließen und schließlich ein Planschleifen der Randfläche (19) der Gehäusewanne (10A, 20) erfolgt, wodurch ein dichtes Verschließen des Gehäuses ermöglicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, 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.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Laschen (30) mit dem Freischnitt (28) Befestigungslöcher (29) eingestanzt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß während des Abwinkelns der Arme des zweiten Armpaares (13, 14) der Zuschnitt (1) mit einem Innenstempel (N, N′) gehalten wird, der aus mehreren Teilstempeln ausgewählt und/oder zusammengesetzt ist, so daß dessen Gesamtbreite annähernd der Breite des zweiten Armpaares (13, 14) entspricht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstempel jeweils beim Zusammensetzen des Innenstempels (N, N′) in ihren Breiten binär gestaffelt aus einer Vielzahl der Teilstempel verschiedener Breite ausgewählt werden.