DE69218074T2 - Verfahren zur Laserverpackung von elektronischen Schaltungen, insbesondere für Hybrid-Schaltungen zur Minimisierung von Spannungen - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschluß von Gehäusen von Elektronikschaltungen, insbesondere Hybridschaltungen, mit einem Laser, wobei mechanische Spannungen minimiert werden. Sie betrifft insbesondere das Verschließen durch Laser von großen, sogenannten makrohybriden Hybridschaltungen bei denen ein Metaildeckel auf einen Rahmen aufgesetzt wird, der selbst auf eine Keramikbasis gelötet ist, welche serigraphische Leiterspuren und elektronische Bauteile aufweist.
• Allgemeiner betrifft die Erfindung alle Gehäuse von Hybridschaltungen, bei denen die mit dem Verschluß durch einen Laserstrahl verbundenen mechanischen Spannungen ver ringert werden sollen, z.B. bei großen massiven Gehäusen, die ganz aus Metall bestehen.
• Das Verfahren der Verschlusses eines Metallgehäuses mit einem Laserstrahl ist dem Fachmann bekannt. Es gewährleistet eine dichte Schweißnaht durch Schmelzen des den Deckel des Gehäuses bildenden Metalls. Ein solches Verschlußverfahren ist z.B. in der Druckschrift US-A-4 521 668 beschrieben. Die Parameter des Lasers werden in Abhängigkeit von der Art der Metalle und der Dicke des Deckels bestimmt. Bei makrohybriden Schaltungen zum Beispiel, deren Basis aus einer Keramikplatte besteht, die die hybriden Elektronikschaltungen trägt, ist der Rahmen auf diese Keramikbasis und nicht auf einen Metallboden gelötet. Die Erfahrung hat gezeigt, daß jede durch eine Schweißnaht mittels eines Laser erzeugte Spannung eine schlechte Lötstelle in Höhe der Lötdichtung zwischen dem Rahmen und dem Keramikmaterial hervorrufen kann. Diese Spannungen sind nämlich mit der Erwärmung der Metalle verbunden, die sich verschweißen Die so erzeugte Verformung der Einheit schließt eine Dichtheit entsprechend den gültigen Normen aus. Bekannte Lösungen bestehen zum Beispiel darin, einen Deckel aus einer Eisen-Nickel-Legierung auf einen Rahmen aus einer Eisen-Nickel- Legierung oder einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung durch Transparenz zum Beispiel derart aufzuschweißen, daß der Laserstrahl, der von einem Punkt des Umfangs der makrohybriden Schaltung ausgeht, diesen Umfang entlang verläuft und zum Anfangspunkt zurückkommt. Diese Art Lösung führt jedoch zu den erwähnten Verformungen, die auf den von der Laser- Schweißnaht hervorgerufenen Spannungen beruhen. Vor dem Verschluß weist nämlich die Keramikbasis einer makrohybriden Schaltung, die den aufgelöteten Rahmen trägt, aufgrund der Verlötung mit dem Rahmen im allgemeinen eine konvexe Wölbung von etwa 100 bis 200 µm auf, während die makrohybride Schaltung mit einer Oberfläche der Größenordnung eines dm², wenn sie verschlossen ist, eine konkave Wölbung von etwa 100 bis 200 µm aufgrund der an den Rahmen durch die Laserschweißung angelegten Spannungen aufweist. Daraus folgen Lecks zwischen dem Rahmen und der Keramikbasis, die eine Einkapselung in Einklang mit bestimmten zu befolgenden Normen verhindern. Wenn die Laserschweißung kontinuierlich durchgeführt wird, wie oben beschrieben, wird außerdem die Dichtheit zwischen dem Deckel und dem Rahmen nicht in einem einzigen Durchgang erhalten. Die Schweißnaht muß dann verdoppelt oder sogar verdreifacht werden in den undichten Zonen und dies trägt stark dazu bei, die von der Schweißnaht ausgehenden Spannungen zu erhöhen, und erhöht die Herstellungskosten.
• Es ist das Ziel der Erfindung, die obigen Nachteile zu vermeiden.
• Zu diesem Zweck hat die Erfindung ein Verfahren zum Verschluß von Gehäusen elektronischer Schaltungen, insbesondere Hybridschaltungen mittels Laserstrahl zum Gegenstand, das die mechanischen Spannungen verringert, wobei das Gehäuse aus einer Basis, einem Rahmen und einem Metalldeckel besteht und wobei das Aufschweißen des Deckels auf den Rahmen durch Verschiebung des Laserstrahls entlang einer gegebenen Strecke auf dem Deckel des Gehäuses erfolgt, die eine geschlossene Linie ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißstrecke in Segmente aufgeteilt ist, wobei zwei aufeinanderfolgende Segmente nie unmittelbar nacheinander geschweißt werden.
• Die Erfindung hat hauptsächlich den Vorteil, daß sie die Reduzierung der von der Laserschweißung herrührenden Spannungen und den Erhalt von dichten Gehäusen ohne eine zweite Schweißnaht erlaubt sowie daß sie eine bessere Zuverlässigkeit und einen besseren Produktionswirkungsgrad ermöglicht.
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnungen hervor.
• Figur 1a stellt ein Laser-Schweißverfahren in einem einzigen Schritt dar.
• Figur 1b zeigt das erfindungsgemäße Verfahren.
• In Figur 1a ist eine Draufsicht auf den rechteckigen Deckel 11 gezeigt, der auf einen Gehäuserahmen geschweißt werden soll. Die gestrichelte Linie 12 zeigt die Schweißstrecke. Diese Figur zeigt eine Schweißnaht, die kontinuierlich in einem einzigen Arbeitsgang ausgeführt wird, wie es der Pfeil 13 zeigt. In diesem Fall geht der Laser vom Punkt D aus, durchläuft die Strecke 12 in Richtung des Pfeils 13 und kommt zu diesem Punkt D zurück. Wie oben erwähnt, ergeben sich bei dieser Methode Spannungen, die der Dichtheit des Gehäuses schaden. Um diese zu begrenzen oder sogar zu beseitigen, zerlegt man beim erfindungsgemäßen Verfahren die Schweißstrecke 12 in Segmente, wobei zwei aufeinanderfolgende Segmente nie unmittelbar nacheinander geschweißt werden, wie Figur ib zeigt.
• In dieser Figur sind der Deckel 11 und die Schweißstrecke 12 wieder in Draufsicht gezeigt, wobei die Schweißstrecke aber in fünf Segmente S1, S2, S3, S4, S5 aufgeschnitten ist, die durch die Punkte D und Al, Al und A2, A2 und A3, A3 und A4, A4 und D begrenzt werden. Die Strecke 12 ist hier beispielsweise in fünf Segmente zerlegt. Gemäß der Erfindung ist es natürlich möglich, den zu schweißenden Umfang in beliebig viele Segmente zu zerlegen, wie es notwendig oder durchführbar ist. Erfindungsgemäß beginnt der Laserbeschuß im Punkt D, und dann durchläuft der Laserstrahl das Segment S1 bis zum Punkt A1 entlang der durch den Pfeil F1 angezeigten Richtung. Wenn er das Segment S1 durchlaufen hat, bearbeitet der Laserstrahl das Segment S3 vom Punkt A2 bis zum Punkt A3 in Richtung des Pfeils F3. Wenn er das Segment S3 durchlaufen hat, bearbeitet der Strahl das Segment S5 vom Punkt A4 bis zum Punkt D in Richtung des Pfeils F5. Wenn er das Segment S5 durchlaufen hat, bearbeitet der Strahl das Segment S2 vom Punkt A1 bis zum Punkt A2 in Richtung des Pfeils F2. Wenn er schließlich das Segment S2 bearbeitet hat, bearbeitet der Strahl das Segment S4 vom Punkt A3 bis zum Punkt A4. Wenn dieses letzte Segment vom Laserstrahl bearbeitet wurde, ist die ganze Schweißstrecke 12 vollständig und der Verschluß des Gehäuses mittels Laser ist beendet. Dieses erfindungsgemäße Verfahren, das die Schweißstrecke 12 in mehrere Segmente aufteilt, wobei zwei aufeinanderfolgende Segmente nie unmittelbar nacheinander geschweißt werden, ermöglicht es, die durch die Erwärmung und die Schrumpfung der Materialien beim Schweißen hervorgerufene mechanischen Spannungen zu begrenzen. Es ist so möglich, eine Anzahl von notwendigen Segmenten vorzusehen, die mit einer Verformung des Gehäuses kompatibel ist, die das Leckniveau unter das einer zu beachtenden Norm begrenzt. Außerdem werden aufgrund der Dichtqualität, die in jedem Segment beim ersten Durchlauf erhalten wurde, zusätzliche Schweißvorgänge überflüssig. In Höhe der Punkte D, A1, S2, A3 und A4, die Grenzpunkte zweier aufeinanderfolgender Segmente sind, sollte ein leichtes überlappen der Schweißnähte des Laserstrahls vorgesehen werden, um eine Schweißnaht über die ganze Strecke 12 zu gewährleisten. Um schließlich eine perfekte Dichtheit in Höhe der Ecken 14, 15, 16 und 17 der Schweißstrecke 12 zu gewährleisten, befinden sich diese im Inneren von Segmenten und bilden keine Segment- Grenze.
• Das erfindungsgemäße Verfahren wurde bei makrohybri den Schaltungen einer Länge von 140 mm und einer Breite von 70 mm erprobt. Die Wölbung des erhaltenen Gehäuses nach dem Verschließen blieb sehr gering, da die gemessene konvexe Wölbung nur etwa 50 µm betrug, was eine ausgezeichnete Dichtheit zwischen der Basis des Gehäuses und seinem Rahmen gewährleistet. Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei allen Arten von Materialien für den Deckel und den Rahmen des Gehäuses angewendet werden, natürlich in den Grenzen der Kompatibilität der Anwendung eines Laserstrahls.

Claims (3)

1. Verfahren zum Verschluß von Gehäusen für elektronische Schaltungen, insbesondere Hybridschaltungen, mittels Laserstrahl, das die mechanischen Spannungen verringert, wobei das Gehäuse aus einer Basis, einem Rahmen und einem Metalldeckel (11) besteht und wobei das Auf schweißen des Deckels auf den Rahmen durch Verschiebung des Laserstrahls entlang einer gegebenen Strecke (12) auf dem Deckel (11) des Gehäuses erfolgt, die eine geschlossene Linie ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißstrecke (12) in Segmente (S1, S2, S3, S4, S5) aufgeteilt ist und daß zwei aufeinanderfolgende Segmente (S1, S2) nie unmittelbar nacheinander geschweißt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel (16, 17, 18, 19) der Schweißstrecke (12), die die Ecken des Deckels bilden, im Inneren eines Segments enthalten sind und keine Grenze eines Segments bilden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnähte sich an den Grenzen (D, A1, A2, A3, A4) der Segmente leicht überlappen.