DE2408882A1 - Gehaeuse fuer ein elektronisches bauteil - Google Patents
Gehaeuse fuer ein elektronisches bauteilInfo
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- H—ELECTRICITY
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Description
pi .j-ir
21. Februar Gze/Ra.
Sprague Electric Company, North Adams, Massachusetts 01247/USA
Gehäuse für ein elektronisches Bauteil
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuse für ein elektronisches
Bauteil, welches als eine Art Verpackung das Bauteil umgibt. Zum Einbau verbleibt das Bauteil in dem Gehäuse bzw.
der Verpackung und wird gemeinsam mit dieser in den vorgesehenen Schaltkreis eingebaut. Die Erfindung eignet sich be-,
sonders für solche elektronischen Bauteile, welche sehr rasch in integrierte Hybridschaltungen eingebaut werden sollen. Zu
den Anforderungen an solche Komponenten gehören allgemein geringe Größe, hohe Raumausnutzung, geeignete Abmessungen für den
leichten Einbau in Hybridschaltungen und Beständigkeit gegenüber den beim Löten auftretenden Temperaturen, wenn das Bauelement
mit dem Substrat der Hybridschaltung verbunden wird.
Beim Löten können dabei Temperaturen welche bis zu drei Minuten andauern.
Beim Löten können dabei Temperaturen bis zu 36O0C auftreten,
Ein der Fachwelt gut bekanntes Beispiel für solch ein Bauelement ist der sog. monolithische keramische Chip-Kondensator.
Ein solcher Kondensator besteht aus alternierenden Schichten aus leitfähigem Material und keramischem Material, das bei
sehr hoher Temperatur gebrannt wurde. Üblicherweise weist ein solcher Kondensator die Form eines rechteckigen Quaders auf,
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mit Anschlüssen aus einer leitfähigen Schicht an jedes Ende.
Die aus der leitfähigen Schicht gebildeten Anschlüsse können Silber enthalten und können wenigstens' teilweise aus eine«
Lötüberzug bestehen, so daß der Chip sehr rasch mit dee Substrat
einer Hybridschaltung verlötet werden kann.
Weiterhin sind Gehäuse für Bauteile bekannt, welche in Sicherung
skiesuaen einschnappen, wie etwa in der US-Patentschrift
3 32Il 752 beschrieben.
Die meisten Bauteilkörper, wie etwa feste Kondensatoren aus Tantal sind von sich aus gegenüber den bei* Löten auftretenden
Temperaturen beständig, sie können jedoch nicht leicht verlötet werden, besitzen keine den Einbau erleichternde Abmessungen
und erfordern einen Schutzüberzug gegen Feuchtigkeit, gegen falsche physikalische Behandlung und gegen chemische Einflüsse,
wie etwa Korrosion.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Gehäuse für ein Bauteil, welches zu geringen Kosten bereitgestellt werden kann,
eine hohe Raumausnutzung gewährleistet und als Bestandteil einer integrierten Hybridschaltung verlötet werden kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Gehäuse für ein Bauteil bereitzustellen, welches einheitliche
Abmessungen aufweist und gegenüber den beim Löten auftretenden hohen Temperaturen beständig ist.
Nach der vorliegenden Erfindung besteht das Gehäuse für das elektronische Bauteil aus einem isolierten Rohr, bevorzugt von
rechteckiger Form, in dem das mit zwei Anschlüssen versehene elektronische Bauteil befestigt ist. Zwei leitfähige Schichten,
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von denen jede einen Endabschnitt und einen Teil der inneren
und äußeren Oberflächen des Rohres bedecken, dienen als die beiden, von außen zugänglichen Kontakte des Gehäuses. Zwei
leitfähige Stöpsel, jeder in einem Ende des Rohres,verbinden
die Anschlüsse des Bauteils Hit den Kontakten des Gehäuses.
Auf diese Weise kann das Gehäuse sehr rasch über eine Lötverbindung mit des Substrat einer integrierten Hybridschaltung
verbunden werden.
Die Figur zeigt eine bevorzugte Ausführungsfora eines Gehäuses für ein elektronisches Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung,
Die Abbildung ist eine Querschnittsdarstellung, Kit Ausnahme
von dem in dem Gehäuse eingeschlossenen Bauteil, das vergrößert dargestellt ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist
im Querschnitt in der Figur abgebildet, wobei die Abbildung nicht notwendigerweise maßstabgetreu ist. Es ist ein fester
Tantalkondensator 20 zu erkennen mit dem üblichen Tantaldraht 11, der als ein Anschluß des Kondensators dient und von einem
Ende herausragt. An diesem Tantaldraht 11 ist ein Metallstreifen 12 angeschweißt. Ein großer Anteil der Oberfläche des Kondensatorkörpers 20 ist mit einem Metallüberzug 21 bedeckt,
welcher den anderen Kondensatoranschluß bildet. Dieser Überzug 21 kann aus Kupfer bestehen, das mittels eines Flamm-Sprüh—
Verfahrens aufgebracht wurde; der Überzug ist von dem rechten Ende der Körperoberfläche abgedeckt, wie das aus der Figur zu
entnehmen ist.
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2 L η κ B 8 7
Der Körper 20 mit dem Draht 11 und dem Streifen 12 sind allesamt innerhalb eines Nickelrohres 13 befestigt. Das Rohr 13
hat eine quadratische Form (was jedoch in dieser Darstellung nicht zu erkennen ist). Ein Oxydfilm 14, der sich infolge
thermischer Oxydation auf der gesamten Oberfläche des Rohres
13 gebildet hat, stellt eine isolierende Grenzschicht an der Innenseite und Außenseite des Rohres dar. Benachbart zu jedem
Ende des Rohres 13 haften an dem Oxydfilm 14 leitfähige Silberschichten
15 und l6. Diese Schichten überdecken einen Anteil der innen und außen gelegenen Oberflächen des rechteckigen
Rohres und diese Schichten dienen als von außen zugängliche Kontakte 15 und 16 des Gehäuses für das Bauteil.
Eine isolierende Scheibe 17 mit einer zentralen Öffnung, durch
welche der Draht 11 hindurchreicht, unterstützt die Zentrierung des Kondensators im Inneren des Rohres. Ein Stöpsel 18, der
aus relativ hochschmelzendem Lötmaterial besteht, etwa aus 5 % Zinn und 95 % Blei, füllt ein Ende des Rohres 13 aus und
steht sowohl in Berührung mit dem Draht 11 und dem Streifen 12, wie mit der leitfähigen Silberschicht 15. Auf ähnliche Weise
füllt ein zweiter leitfähiger Stöpsel 19 das andere Ende des Rohres 13 aus und steht sowohl in Kontakt mit dem Kupferüberzug
21 oder mit dem Kondensatorkörper 20, wie mit der anderen Silberschicht l6.
Wie jetzt zu erkennen ist, kann die Scheibe 17 auch die zusätzliche
Funktion ausüben, einen Fluß des Lötmaterials, welches den Stöpsel 18 bildet, einzudämmen. In der Praxis hat es sich
als unnötig erwiesen, den Fluß desjenigen Lötmaterials, welches den Stöpsel 19 bildet, einzudämmen, da der Kondensatorkörper
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ORIGINAL INSPECTED
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den Raum in dem Rohr nahezu vollständig ausfüllt, wie aus der Seitenansicht zu entnehmen ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Rohr 13 eher
rechteckig als zylindrisch, so daß das gesamte Gehäuse noch leichter mit dem Substrat einer integrierten Hybridschaltung
verlötet werden kann. Es wird ein rechteckiger Kondensatorkörper bevorzugt, der bündig in das rechteckige Rohr paßt,
so daß bei dem Gehäuse ein hohes Spannung-Kapazitäts-Produkt pro Volumeneinheit erreicht wird. In diesem Sinne ist die
Zeichnung etwas verlängert, um klar alle strukturellen Besonderheiten
dieser Ausführungsform der Erfindung zu zeigen, denn
in der Praxis ist der angeschweißte Streifen 12 nicht weiter als 0,64 mm von dem Kondensatorkörper 20 entfernt, so daß die
Länge des fertigen Gehäuses nicht mehr als 1,27 mm langer ist als der Körper 20. Dadurch ist es möglich, eine Volumenausnützung
von gut über 50 % zu erreichen, sogar dann, wenn die
Gehäuse nur ein Volumen von etwa l6 mm (10 cubic inches)
aufweisen.
Bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung können auch andere Metalle als Nickel für die Herstellung des
Rohres eingesetzt werden, Voraussetzung ist jedoch, daß die Metalle bei thermischer Oxydation einen beständigen Isolierfilm
bilden. Zahlreiche Nickellegierungen sind für diesen
Zweck geeignet. Alternativ dazu können solche Rohre auch aus. >
ö (valve metals)
Aluminium, Tantal, Zirkon oder anderen geeigneten Meta11en/hergestellt
werden. In diesem Falle kann der Oxydfilm durch einen üblichen Anodxsiervorgang erzeugt werden, bei welchem die gesamte
Oberfläche des Rohres, innen und außen, bedeckt wird.
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Das isolierte Rohr kann alternativ auch aus Steatit oder einem
alumiumhaltigen, keramischen Material bestehen. Es ist jedoch
nicht zweckmäßig, bei einem solchen Rohr die Wandstärken über 0,13 mm hinaus zu verringern. Daraus ergibt sich aber, daß für
Gehäuse mit der geringen oben angegebenen Größe die Volumenausnutzung nicht so gut sein wird, wie bei einem Nickelrohr,
für das auch noch eine Wandstärke von 0,025 mm ausreicht. Zu
anderen geeigneten Rohrmaterialien gehören mit Silikonharz imprägniertes Glasgewebe, Glas mit einem Hochtemperatur-Polymeren,
wie etwa Polyimid-Harz oder ähnlichen Materialien.
Anstelle der Kontakte aus gebrannten Silberschichten sind auch andere Materialien brauchbar. Zum Beispiel kann eine kommerziell
hergestellte,Silber enthaltende Paste auf Acrylbasis verwendet werden. Nach dem Aufbringen erfordert eine solche Paste typischerweise
ein etwa einstündiges Trocknen an Luft und anschliessend ein einstündiges Erwärmen auf ungefähr 150 C. Die erhaltene
Schicht kann gelötet werden und ist bei Temperaturen bis hinauf zu 3000C beständig.
Zahlreiche Materialien können als leitfähige Stöpsel eingesetzt werden. Das oben beispielsweise genannte Lötaaterial besteht
aus 95 % Blei und 5 % Zinn und schmilzt bei 313°C. Zum Füllen
der Endabschnitte des Rohres mit angenähert den oben angegebenen Abmessungen wird das Rohr auf ungefähr 2000C vorerwärmt und
anschließend der entsprechende Endabschnitt des Rohres in die geschmolzene, 325°C heiße Legierung aus Lötmaterial (5 % Zinn,
95 $ Blei) getaucht. Über Kapillarwirkungen füllt das Lötmaterial die Endabschnitte des Rohres aus. Ein Gehäuse für ein
elektronisches Bauteil mit solchen Stöpseln kann erfolgreich bei Temperaturen zwischen 200 und 280°C an das Substrat einer
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ORIGINAL INSPECTED
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Hybridschaltung angelötet werden, was für viele Anwendungsfälle
adäquat ist, z.B. wenn zum Löten zwischen das Gehäuse und das Substrat Lötmaterial aus 60 % Zinn und 40 % Blei fließt. Für
die Fälle, wo Beständigkeit gegen noch höhere Temperaturen gewünscht wird, können die Stöpsel aus bei höheren Temperaturen
schmelzenden Metallen bestehen, wie etwa aus Blei oder Zink. Zu anderen alternativen Möglichkeiten gehören mit anderen Metallpulvern
versetzte Materialien, wie etwa ein entsprechendes Epoxyharz.
Ein Hauptvorteil bei der Verwendung eines Stöpsels, der vollständig
aus einem Lötmetall besteht, ist es, daß dieser in Verbindung mit einem Metallrohr ein tatsächlich hermetisch
abgedichtetes Gehäuse bildet.
Von den erfindungsgemäßen Gehäusen für elektronische Bauteile
wurden Prototypen gemäß obigen Darlegungen angefertigt. Diese entsprachen der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform,
mit der Abweichung, daß sie anstelle der Stöpsel aus Lötmaterial, ein leitfähiges Jtlarz enthielten.
Die Abmessungen des quadratischen Nickelrohres betrugen 2,0 χ
2,0 χ 5,0 (Länge) mm bei einer Wandstärke von angenähert 0,125 mm. Das Rohr wurde in einem Muffelofen für eine Stunde
auf 1175 C erwärmt, wobei sich auf der gesamten Oberfläche des Rohres, innen und außen, ein Oxydfilm bildete. Daraufhin wurden
die Endabschnitte des Rohres in eine übliche, zum Brennen geeignete
Silberpaste, welche schmelzbares Glasmaterial enthielt, getaucht, wobei die oxydierten Endabschnitte des Rohres jeweils
ungefähr 0,6 mm weit in der Richtung der Rohrachse überzogen wurden. Anschließend wurde das Rohr für 10 Minuten in einen
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I Λ ■ ->
rs 9
bei 75O0C gehaltenen Trockenofen gebracht, wobei das Silber
gebrannt wurde und eine hochleitfähige, dicht anhaftende Schicht aus Silber auf dem Oxyd bildete. Die Untereinheit,
bestehend aus dem Tantalkörper, dem Draht, der Scheibe und dem angeschweißten Nickelstreifen, wurde anschließend ungefähr
in das Zentrum des Rohres eingesetzt.
Ein Silikonharz—Bindemittel mit einem Anteil an feinverteiltem
Silber, das unter der Bezeichnung "ECCOBOND-Lötmaterial 59C"
bekannt ist (ECCOBOND ist eine Handelsbezeichnung der Emerson and Cuming, Inc.), wurde mit einer Injektionsnadel in die
Endabschnitte des Rohres eingebracht. Dieses Material ist ausreichend viskos und die Abmessungen der Aushöhlungen in dem
Rohr sind klein genug, so daß das Harz nicht herausläuft. Nach einem über mehrere Stunden ausgedehnten Trocknen bei Raumtemperatur
war der größte Teil der Lösungsmittel verdampft und das Harz steif geworden, so daß es auch bei dem nachfolgenden
Aushärten an seinem Platz verblieb. Zum Aushärten wurde das Teil eine Stunde lang in einen Ofen gebracht, der eine Temperatur
von 85°C aufwies, anschließend wurde eine Stunde lang auf 150oC erwärmt.
Zur Bestimmung der Beständigkeit wurden die erfindungsgemäßen
Gehäuse mit den elektronischen Bauteilen für drei Minuten in einem Ofen mit zirkulierender Luft auf 36O C erwärmt. Dabei
konnte keine physikalische Beschädigung der Gehäuse festgestellt werden. Die dabei auftretenden Veränderungen der elektrischen
Eigenschaften sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:
0.: s 3 b / υ b 13
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— 9 — Vor den Erwärmen
Kapazität I. (Ohm bei
Probe (uF) D.F. (pA) loOO Hz)
1 1,03 0,9 3,0 0,70
2 1,07 0,9 3,6 0,61
1 1,08 1,7 2,5 1,5
2 1,12 1,8 3,0 1,3
Die durch dieses Erwärmen auf 36O0C bewirkten Änderungen werden
als ainiaal angesehen; die für die Kondensatoren ermittelten Werte liegen innerhalb der Grenzwerte für Kondensatoren dieses
Typs.
. 409835/Ü823
Claims (9)
- 2 L Π R °- Q 2- ίο -Patentansprücheι1.,1 Gehäuse für ein elektronisches Bauelement, gekennzeichnet durch ein isoliertes Rohr, dessen Inneres das mit zwei Anschlüssen versehene elektronische Bauelement aufnimmt, wobei ein Endabschnitt des Rohres an seiner Innen- und Außenoberfläche durchgehend ait einer ersten leitfähigen Schicht bedeckt ist, und der andere Endabschnitt des Rohres an seiner Innen- und Außenoberfläche durchgehend mit einer zweiten leitfähigen Schicht bedeckt ist, zwei leitfähige Stöpsel jeweils einen dieser Endabschnitte ausfüllen und jeder Stöpsel jeweils eine Verbindung zwischen einen Bauteilanschluß und einer dieser leitfähigen Schichten herstellt, und die äußeren Bereiche jeder dieser Schichten als elektrische Kontakte des Gehäuses für das elektronische Bauteil dienen.
- 2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr aus Nickel oder einer Nickellegierung besteht, und die Rohroberflächen einen thermisch aufgebrachten, isolierenden Oxydfilm aufweisen.
- 3. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr aus einem geeigneten Metall (one of the valve metals) besteht, und die Rohroberflächen einen mittels anodischer Oxydation aufgebrachten isolierenden Oxydfilm aufweisen.
- 4. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus Steatit-Keramik besteht.4 0 y 8 3 5 / 0 8 ü 3
ORIGINAL INSPECTED- Ii - - 5. Gehäuse nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr aus mit Silikonharz imprägniertem Glasgewebe besteht.
- 6. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus mit einem Polyimid-Harz imprägniertem Glasgewebe besteht.
- 7. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen Schichten aus gebranntem Silber bestehen.
- 8. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stöpsel aus mit Silber angereichertem Silikonharz bestehen.
- 9. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stöpsel aus einem Lötmaterial aus Zinn-Blei-Legierung bestehen.Leerseite
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