DE3904219C2 - Verfahren zur Herstellung einer hermetisch verschließbaren Gehäusewanne für ein Hybridschaltkreisgehäuse und danach hergestellte Gehäusewanne - Google Patents

Description

Verfahren zur Herstellung einer hermetisch verschließbaren Gehäusewanne für ein Hybridschaltkreisgehäuse und danach herge­ stellte Gehäusewanne.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer hermetisch verschließbaren Gehäusewanne für ein Hybridschaltkreisgehäuse gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein solches Verfahren und danach hergestelltes Gehäuse sind in der Stammanmeldung DE P 38 37 301.7 beschrieben.

Aus der US 4,262,300 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, gegenüber liegt. Auf den 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 2 109 277 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.

Es ist weiterhin 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 Wäremausdehnungenkoeffizienten 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 vielfältigen 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 Anzahl der Kontaktdurchführungen benötigt werden.

Die Methode nach der Stammanmeldung DE P 38 37 301.7 ist für die Herstellung von Rechteckgehäusen geeignet. Es besteht jedoch ein Bedarf an Gehäusen für Hybridschaltkreise, die bei minimalem Platz- und Gewichtsbedarf in einen gegebenen nicht rechteckig geformten, z. B. kreisförmigen oder polygonen, Montageraum platzausnutzend eingesetzt werden können. Als besonderes Anwendungsgebiet sei hier der Montageraum eines zylindrischen Flugkörpers, der insbesondere bezüglich seiner Transportkosten sehr kostspielig ist, erwähnt, in den mehrere Gehäuse sich radial erstreckend einzubringen sind.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein kostengünstiges Herstellungsverfahren zu offenbaren, mit dem Hybridschaltkreisgehäuse höchster Qualitätsanforderungen auch in kleinen Stückzahlen sowie mit kundenspezifischer Kontaktlage und -anzahl auch mit Sonderquerschnittsformen wirtschaftlich zu fertigen sind.

Die Lösung der Aufgabe ist im Kennzeichen des Hauptan­ spruches angegeben.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das Fertigungsverfahren ermöglicht die Verwendung einer numerisch gesteuerten, automatischen Werkzeugmaschine. Auf dieser wird in einem Zuschneidearbeitsgang aus dem Blechband ein Zuschnitt vorgegebener Kontur hergestellt, die den Gehäuseboden mit den ausgebreiteten Seitenteilen umfaßt. In einem zweiten Arbeitsgang werden mit jeweils den Ausschnitten gemäßen Stanzstempeln die Freischnitte und/oder Ausschnitte aus dem Zuschnitt ausgeklinkt, so daß die Seitenteile freiliegen. In einem Biegearbeitsgang werden dann die Seitenteile als Seitenwände des Gehäuses abgewinkelt. Alle diese Arbeitsgänge lassen sich auf einem programmierbaren Stanz- und Biegeautomaten mit einem Stanzwerkzeugsatz verschiedener Schnittöffnungswinkel und einem Satz von Biegestempeln verschiedener Breite ausführen; Sonderwerkzeuge sind für verschiedene Gehäuseabmessungen nicht erforderlich.

Beim Biegen wird die Platte jeweils innenseitig der Abwinkelung so von einem passenden Innenstempel gehalten, daß sich jeweils Stirnflächen der Seitenwände mit geringer Spaltweite an die benachbarte Seitenwand anschließen. Durch die Breite oder Innenkontur der einzubiegenden Seitenwände bestimmt, wird somit jeweils ein entsprechender, einfacher Innenhaltestempel für das Biegen benötigt. Die äußere Biegebacke für dieses Biegen kann durchgehend sein; sie hat also keine durch das Gehäuse bestimmte Länge, sondern wird jeweils entsprechend dem Biegekantenverlauf positioniert.

Zwischen den verschiedenen Arbeitsgängen und Stanz- und Biegeschritten wird das Werkstück geeignet zu den Werkzeugen positioniert und gehalten; der Innenhaltestempel wird programmgesteuert jeweils aus einem Vorrat verschieden breiter Stempel ausgewählt.

In einer für mittlere Serien besonders vorteilhaften Verfahrensausgestaltung wird der Biegearbeitsgang in einem Schritt ausgeführt. Hierzu wird jeweils ein zu der Gehäuseform passender Innenstempel und eine Matrize benötigt, die aus einsetzbaren und/oder in ihrem Abstand zueinander einstellbaren Biegebacken der äußeren Gehäusekontur entsprechend zusammenzusetzen und einzustellen ist. Der Innenstempel und die Matrize werden in eine Presse eingesetzt, und der Zuschnitt wird vor dem Biegevorgang in der Matrize durch seitliche Anschläge positioniert.

Vorzugsweise besteht die Matrize aus zwei zueinander parallelen, im Abstand zueinander einstellbaren Backen, zwischen denen den weiteren äußeren Gehäusekonturabschnitten entsprechend Backensegmente eingesetzt sind. Somit können viele Gehäuseformen durch wenige Backensegmente und entsprechende Backeneinstellung hergestellt werden. Die passenden Innenstempel zu verschiedenen Gehäuseformen sind verhältnismäßig einfach herzustellen. Bodenseitig ist in der Matrize jeweils ein Gegenhalter und Auswerfer verschieblich angeordnet, der auf einem Kraftgeber abgestützt ist.

In einem nachfolgenden Arbeitsgang werden die Spalte zwischen den abgewinkelten Seitenwände mit einem geeigneten Kupferhartlot in einem Schutzgasdurchlaufofen abgedichtet. Diese Art der Hartlötung genügt den Anforderungen einer Heliumdichtigkeit von 10^-8.

Danach werden die Löcher für die Elektrodendurchführungen mit einer Hochfrequenz-Bohrmaschine, z. B. mit 60000 Umdrehungen pro Minute, positionsgerecht in schneller Folge eingebracht. Vorzugsweise im gleichen Arbeitsgang läuft ein Fräser am Gehäuserand entlang, der eine Egalisierung der Seitenwände auf 1/100 mm Höhen- und Planheits-Toleranz erbringt. Bei fachgerechter Ausführung der Stanz- und Biegevorgänge liegen auch die Längs- und Querabmessungen in diesem Toleranzbereich. Die Biegeradien und die Materialdehnungen bei dem Biegevorgang lassen sich abhängig von der Materialart und Materialdicke in bekannter Weise ermitteln und bei der Auslegung des Zuschnittes und der Matrizenabmessung berücksichtigen.

Außer im Boden der so hergestellten Gehäusewanne lassen sich auch seitlich koordinatengesteuert Bohrungen einbringen, wobei die beliebige Höhe des Gehäuses, von z. B. 15 mm Höhe, es 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 dem Einbau der Schaltkreise wird die Gehäusewanne in bekannter Weise mit einem Deckel dicht verschlossen.

In den Fig. 1 bis 6 sind die verschiedenen Fertigungszustände eines Gehäuses dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen rechteckigen Zuschnitt mit ausgeklinkten Ecken;

Fig. 2 zeigt einen trapezförmigen Zuschnitt:

Fig. 3 zeigt einen etwa halbkreisförmigen Zuschnitt;

Fig. 4 zeigt eine Aufsicht auf ein Biegewerkzeug;

Fig. 5 zeigt einen geteilten Schnitt eines Biegewerkzeuges;

Fig. 6 zeigt eine Gehäusewanne mit eingesetzten Boden- Kontaktdurchführungen.

Fig. 1 zeigt einen Zuschnitt (1), dessen Ecken mit einem rechtwinkligen Stempel ausgeklinkt worden sind, so daß eine kreuzförmige Platte (10) verblieben ist. Ein sich gegenüberliegendes Paar der Seitenteile (11, 12) ist etwa um die Materialstärke länger als die anderen Seitenteile, die senkrecht zum ersten Paar der Seitenteile (13, 14) ausgebildet sind. Die genauen Abmessungen der Seitenlängen ergeben sich durch einfache Biegeversuche mit dem jeweiligen Gehäusematerial entsprechend der geforderten Seitenwandhöhe und der Materialdehnung beim Biegen, so daß nur ein geringer Abtrag bei der anschließenden Egalisierung der Seitenwandhöhe erfolgen muß.

Fig. 2 zeigt einen Zuschnitt eines trapezförmigen Gehäuses, das insbesondere zum Einbau in einen Quadranten eines runden Einbauraumes geeignet ist. Im Bereich der Basis- und Dachkante des Trapezes entstehen im Einbauraum günstige Verdrahtungs- und Luftführungskanäle. Entsprechend der Seitenwandhöhe (H) erstrecken sich an dem trapezförmigen Bodenbereich (20) die Seitenteile (21, -24), die durch Ausstanzung der Eckbereiche mit einem spitzwinkligen und mit einem rechtwinkligen Stempel (SS, RS) - strichpunktiert gezeichnet - jeweils nach entsprechender Positionierung des Zuschnittes entstehen. Die Eckpunkte der stumpfwinkligen Ausstanzungen sind gegenüber der Lage der gestrichelt eingezeichneten Biegestempel-Innenkante (BI) jeweils so um eine Materialstärke (d) versetzt positioniert, daß die Stirnflächen (SF) des einen Seitenteiles (21) nach dem Biegen jeweils gegenüberliegend zu der benachbarten Seitenwand (23, 24) liegen und so nur ein enger Spalt dazwischen entsteht. Die spitzwinkligen Eckausschnitt enden auf der Biegelinien, der Lage der Biegestempel-Innenkante (BI), da die Stirnflächen der benachbarten Seitenteile (22, 23; 22, 24) dadurch jeweils, wenn sie hochgebogen sind, stirnseitig im spitzen Winkel eng benachbart zueinander liegen.

Fig. 3 zeigt einen Zuschnitt einer weiteren vorteilhaften Gehäuseform, die im Querschnitt etwa einen Halbkreis bildet und besonders für den paarweisen, radialen Einbau in einen zylindrischen Montageraum geeignet ist. Die Ausstanzungen an den Ecken der Basislinie sind so zu der Biegelinie, d. h. der Innenstempelkante, die gestrichelt dargestellt ist, um die Materialstärke (d) versetzt, daß die Stirnflächen (SF) der Basislinien-Seitenwand(31) hochgebogen jeweils vor der benachbarten Seitenwand (34, 35) liegen. Die Zahl und der Winkel der spitzwinkligen Ausschnitte, die zweckmäßig in einer Gleichverteilung auf dem Abschnitt des Kreisumfanges angeordnet sind, richtet sich nach der Genauigkeit der Annäherung an die Kreiskontur, die gefordert ist und nach der Höhe (H) der Seitenfläche. Es empfiehlt sich, falls eine kreisabschnittförmige Innenstempelkontur benutzt wird, die Zahl der Einschnitte um so größer zu wählen, je größer die Höhe (H) ist, damit die Verformungen relativ gering bleiben, die beim Biegen der Seitenteile erfolgen.

Fig. 4 zeigt ein universelles Biegewerkzeug, dessen Matrize durch veränderliche Einsätze jeweils sehr leicht und kostengünstig verschiedene Gehäuseformen anzupassen ist. Das Werkzeug besteht aus einem quadratischen Montagerahmen (M), in den in ihrem Abstand einstellbare Backen (B1, B2) und auswechselbare Backen (B3, B4) eingesetzt und befestigt sind, so daß der verbleibende innere Raum den Matrizenraum bildet. In den Eckbereichen der aufzulegenden Zuschnitte sind Zentrierplatten (Z1, Z2) auf den Backen (B1, B2) befestigt. Der Boden der Matrize ist verschieblich angeordnet, so daß er als Halter und als Auswerfer dient.

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch die Biegevorrichtung, mit der in einem Schritt der Biegevorgang durchgeführt werden kann und die hohe Präzision der Außenabmessungen des Gehäuses erbracht wird, wobei die linke Hälfte die Endlage der Stempel (IS, HS) nach dem Biegevorgang und die rechte Hälfte die Ausgangsstellung nach dem Beschicken des Werkzeuges mit dem Zuschnitt (20-24) zeigt.

Auf der Montageplatte (MP) ist der Montagerahmen (M) befestigt, zwischen dem die Biegebacken (B1, B2) fixiert sind, so daß sie die geforderte Außenkontur des Gehäuses umfassen. Zwischen den Biegebacken (B1, B2) ist der Haltestempel (HS) achsial verschieblich gelagert. Er ist mit einem Haltestempelschaft (HS1) durch die Montageplatte (MP) hindurchgeführt und stützt sich auf einen Kraftgeber, der ein Federpaket oder ein Hydraulikzylinder ist ab, der die Haltekraft (P1) aufbringt. Der Haltestempelschaft (HS1) und der Kraftgeber sind durch einen Anschlag (A) an der Montageplatte (MP) so abgestützt, daß sich die freie Stirnfläche (SM) des Haltestempels (HS) etwas oberhalb der zu ihr parallelen Fläche der Biegebacken (B1, B2) liegt und somit etwas aus der Matrize herausragt (rechter Bildteil). Auf diese Stirnfläche (SM) wird der Zuschnitt mit dem Gehäuseboden (20) zwischen die Zentrierplatten (Z1, Z2) aufgelegt, wobei der Innenstempel (IS) zur Matrize ausreichend beabstandet ist.

Beim Biegevorgang wird der Innenstempel (IS) durch einen Kraftgeber achsial auf die Matrize zubewegt, so daß er den Gehäuseboden (20) erfaßt und entsprechend der Gegenhaltekraft (P1) diesen einklemmt, wonach er den Zuschnitt um mindestens die Seitenwandhöhe zwischen die Biegebacken (B1, B2) verbringt. Dabei ist der Abstand der Biegebacken (B1, B2) zu dem Innenstempel (IS) etwa gleich der Materialstärke des Bleches. In der Endstellung des Haltestempels (HS) stützt sich dieser auf der Montageplatte (MP) ab, wobei der Innenstempel (IS) mit einer Preßkraft (P2) angedrückt wird, die weit höher als die Haltekraft (P1) ist, so daß eine plane Ausformung des Gehäusebodens erbracht wird. Anschließend wird der Innenstempel (IS) zurückgeholt, und der Haltestempel (HS) als Auswerfer betätigt.

Fig. 6 zeigt eine fertige Gehäusewanne (10A), deren eines Paar der Seitenwände (13A-14A) zwischen die anderen Seitenwände (11A, 12A) mit einem engen Spalt (15) eingebogen ist und dann mit diesen in den Eckbereichen hart verlötet ist. Der Lötspalt (15) ist nur wenige zehntel Millimeter weit. Bodenseitig sind in einem genormten Raster Elektrodendurchführungen (16) mittels einer Glaseinschmelzung (17) in Bohrungen (18) eingesetzt. Die obenliegende Randfläche (19) der Seitenwände (11A-14A) ist eng toleriert plan geschliffen. Der Schleifvorgang der Randflächen (19) erfolgt vorteilhaft bei dem Durchlauf des Gehäuses im Bohrarbeitsgang.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung einer hermetisch verschließbaren Gehäusewanne für ein Hybridschaltkreisgehäuse, mit folgenden Merkmalen:

• a) Herstellen eines einteiligen Zuschnittes (10-14; 20-24; 30 -35) aus Blech durch Ausklinken und Freischneiden seiner Eckbereiche, so daß sich an ihm von einem Boden (10; 20; 30) für die zu bildende Gehäusewanne freistehende Seitenteile (11- 14; 21-24; 31-35) erstrecken;
• b) Abwinklung der Seitenteile (11-14; 21-24; 31-35) in einem Biegearbeitsgang so zu einer Gehäusewanne, daß jeweils benachbarte Seitenteile als Seitenwände (11A-14A) mit jeweils einem engen Spalt (15) entstehen;
• c) Verschließen der engen Spalte (15) durch ein Hartlot;
• d) Einbringen von Löchern (18) in die Gehäusewanne;
• e) Einschmelzen je einer Durchführung (16) mittels einer Glas­ einschmelzung (17) in die Löcher (18);
• f) Planschleifen der Randfläche (19) der Gehäusewanne, wodurch ein dichtes Verschließen der Gehäusewanne ermöglicht wird;

dadurch gekennzeichnet, daß bei der Abwinklung der Seitenteile (11-14; 21-24; 31-35) in dem Biegearbeitsgang der Boden (10; 20; 30) für die zu bildende Gehäusewanne zwischen einem Haltestempel (HS) und einem Innen­ stempel (IS), dessen äußere Kontur einem vorgegebenen freien Innenquerschnitt der zu bildenden Gehäusewanne entspricht, gefaßt und eingeklemmt wird;
daß dann der Zuschnitt (10-14; 20-24; 30-35) jeweils in eine Lage gebogen wird, in der die Seitenteile (11-14; 21-24; 31-35) als Seitenwände (11A-14A) mit einer Höhe (H) parallel zu Biegebacken (B1-B4) zum Liege kommen, welche jeweils in einem Abstand, welcher der Dicke (d) des Bleches entspricht, benachbart zum Innenstempel (IS) angeordnet sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem Innenstempel (IS) und dem Haltestempel (HS) eingeklemmte Zuschnitt (10, -14; 20, -24; 30, -35) nacheinander zu einer oder mehreren der Biegebacken (B1, - B4) in die benachbarte Stellung positioniert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegebacken (B1, -B4) auf einer Montageplatte (MP) so angeordnet sind, daß sie nach Art einer Matrize eine gegebene Außenkontur des Gehäuses passend umfassen, und der zwischen dem Haltestempel (HS) und dem Innenstempel (IS) eingeklemmte Zuschnitt (10, -14; 20, -24; 30, -35) in Richtung auf die Montageplatte (MP) zwischen die Biegebacken (B1, ^-B4) gebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltestempel (HS) zwischen den Biegebacken (B1, -B4) passend und achsialverschieblich angeordnet ist und mittels eines Haltestempelschaftes (HS1), der in der Montageplatte (MP) achsialverschieblich gelagert ist, zwischen zwei Lagen gebracht wird, wobei in der ersten Lage die Stirnfläche (SM) des Haltestempels (HS) sich etwas oberhalb der gleichgerichteten freien Flächen der Biegebacken (B1, - B4) befindet und in der zweiten Lage diese Stirnfläche (SM) sich um mindestens die Höhe (H) versetzt gegen die gleichgerichteten freien Flächen der Biegebacken (B1, -B4) innerhalb dieser Biegebacken (B1, B2) befindet.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschnitt (10, -14; 20, - 24; 30, -35) vor dem Einklemmen zwischen Anschlägen (Z1, Z2) orientiert wird, die in mindestens zwei der Eckbereiche passen und jeweils, an einer der Biegebacken (B1, -B4) passend befestigt sind.

6. Gehäusewanne, zur Aufnahme von einem Hybridschaltkreis, hergestellt nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es eine polygone oder annähernd teilkreisförmige Außenkontur hat.