DE4013812C2 - Verfahren zur Herstellung eines luftdicht abgeschlossenen Elektronikbauelement-Pakets - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines luftdicht abgeschlossenen Elektronikbauelement-Pakets.

Kondensator- und Filter-Hersteller binden derzeit elektronische Bauelemente, wie Chips, in ihre Pakete ein, indem sie Epoxid verwenden und am Paket und Leiter die elektrische Verbindung mit Lot, Silberpolyamid oder leitendem Epoxid herstellen und dann das Paket mit Epoxid umschließen.

Ein sich bei der Verwendung von Epoxiden ergebendes Problem besteht darin, daß Epoxide besonders bei kleinen Paketen schwierig anwendbar sind, was zu hohen Arbeitskosten und niedrigeren Produktionsraten führt. Andere infolge der Verwendung von Epoxiden auftretende Probleme bei Elektronikbauelement-Paketen schließen die Instabilität der Epoxide bei Temperaturen oberhalb 175°C, schlechte Feuchtigkeitsresistenz und niedrige mechanische Festigkeit bei Verwendung bei dünnen Querschnitten ein. Es gibt jedoch derzeitig wenig Alternativen zur Verwendung von Epoxid für die Chipbefestigung und den Paketabschluß bei Hochtemperatur-Elektronikbauelement-Paketen.

Aus der DE 35 23 493 A1 ist ein kapazitiver Filter mit einem induktiven Element bekannt, der als elektromagnetischer Interferenz- oder Tiefpaßfilter bezeichnet werden kann. Dabei ist ein scheibenartiger Kondensator an der Innenseite eines röhrenartigen Gehäuses und an einer zentralen Leitung angebracht. Ein elektrisch isolierendes Dichtelement ist unterhalb des Kondensators während des Zusammenbaus angeordnet, und zwar vertikal in dem Gehäuse. Das Element schließt eng mit der Leitung ab und ist umgeformt in Kontakt mit der Wand des Gehäuses um den Kondensator. Das Element bildet so eine Sperre, um Lot und Flußmittel aufzuhalten, die verwendet werden, um den Kondensator an der Leitung anzukuppeln. Außerdem bildet das Dichtelement eine Sperre an dem Gehäuse von oberhalb des Kondensators, so daß das Lot und das Flußmittel nicht an dem Kondensator vorbei in unerwünschte Bereiche unterhalb desselben gelangen kann.

Des weiteren offenbart die US 4 424 551 ein Verfahren zur Herstellung eines Kondensators aus einem Gehäuse mit einer ersten und einer zweiten gegeneinander isolierten elektrisch leitfähigen inneren Oberfläche. Das Gehäuse besitzt ein offenes Ende und einen diesem gegenüberliegenden isolierten Boden. Außerdem ist der Kondensator mit einer kapazitiven Struktur aus einer Mehrzahl von Paaren von beabstandeten, elektrisch leitenden Platten versehen. Außerdem weist der Kondensator eine erste elektrisch leitende Verbindung zum Anschluß einer Platte jedes Paares an den Abschluß der anderen Platte des jeweiligen Paares auf sowie eine zweite elektrisch leitende Verbindung zum Anschluß der anderen Platte jedes Paares an den Abschluß der einen Platte.

Der erste Schritt des bekannten Verfahrens besteht darin, die kapazitive Struktur in dem Gehäuse anzuordnen, so daß die erste Verbindung an die erste Oberfläche des Gehäuses angrenzt, um auf diese Weise zusammen mit der Oberfläche des Bodens des Gehäuses einen ersten Hohlraum zu definieren, der in Verbindung mit dem offenen Ende des Gehäuses steht. Gleichzeitig grenzt dabei die zweite Verbindung an die zweite Oberfläche des Gehäuses an, um zusammen mit der Oberfläche des Bodens des Gehäuses einen zweiten Hohlraum zu definieren, der in Verbindung mit dem offenen Ende des Gehäuses steht. Beide vorgenannten Hohlräume stehen in keiner direkten Verbindung miteinander.

Der zweite Verfahrensschritt besteht darin, in das offene Ende des Gehäuses ein elektrisch leitendes schmelzflüssiges Verbindungsmaterial einzubringen. Bei diesem Verbindungsmaterial handelt es sich um einen Duroplasten, der mit elektrisch leitenden Partikeln versehen ist, die eine höhere Dichte als der Duroplast aufweisen.

Gemäß einem dritten Verfahrensschritt wird das Gehäuse um seine Längsachse in Rotation versetzt, wodurch aufgrund von Zentrifugalkräften das Verbindungsmaterial in die beiden Hohlräume eindringt.

Schließlich wird das Verbindungsmaterial ausgehärtet. Die durch die Rotation hervorgerufene Zentrifugalkraft übersteigt die Oberflächenspannung des Verbindungsmaterials, so daß dieses die Hohlräume ohne Poren ausfüllt und dabei zuverlässige elektrische Verbindungen zwischen den jeweiligen leitenden Oberflächen des Gehäuses und den Verbindungen der kapazitiven Struktur bildet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für industrielle Anwender dieser Elektronikbauelement-Pakete ein von organischen Materialien freies Paket bereitzustellen, das luftdicht und billiger herzustellen ist.

Die Erfindung schlägt dafür ein Verfahren zur Herstellung eines luftdicht abgeschlossenen Elektronikbauelement-Pakets einschließlich eines leitenden Gehäuses mit einer Bodenwand und einem offenen Oberteil vor, die einen Hohlraum definieren, eines Elektronikbauelements mit inneren und äußeren Kontaktklemmen und ausgestaltet für die Anbringung innerhalb des Innenhohlraums und eines Axialleiters, der isoliert an der Bodenwand gesichert ist und sich nach außen vom Boden und nach außen durch das Elektronikbauelement und das offene Oberteil erstreckt, umfassend die folgenden Schritte:

• - Anordnung von Mitteln zur Verbindung des Elektronikbauelements innerhalb des Innenhohlraums des leitenden Gehäuses, angrenzend an die Bodenwand;
• - Anbringung des Elektronikbauelements oberhalb der Verbindungsmittel;
• - Schmelzen der Verbindungsmittel durch Erwärmen der Anordnung in einer vorgegebenen Umgebung auf eine erste vorgegebene Temperatur, um die Verbindung mit dem leitenden Gehäuse und dem Axialleiter zu schaffen und das Elektronikbauelement-Paket zu bilden;
• - Anbringung eines vorgeformten Abschlußteils aus anorganischem Material innerhalb des Innenhohlraums oberhalb des Elektronikbauelement-Pakets und
• - Schmelzen des vorgeformten Abschlußteils aus anorganischem Material durch Erwärmen der Anordnung auf eine zweite vorgegebene Temperatur, um einen luftdichten Abschluß zwischen Abschlußteil und Elektronikbauelement-Paket zu schaffen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Verbindungsmittel erste und zweite Hartlotelemente umfassen und der Anordnungsschritt weiterhin umfaßt:

• - das Anordnen des ersten Hartlotelements innerhalb des Innenhohlraums des leitenden Gehäuses und
• - das Aufschieben des zweiten Hartlotelements auf den Axialleiter und in den Innenhohlraum, angrenzend an den Boden des leitenden Gehäuses.

Vorzugsweise besteht das Abschlußteil aus einer vorgeformten Glasmasse.

Schließlich wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren noch vorgeschlagen, daß die ringförmige Glasmasse des Abschlußteils gegen die Oberfläche des Elektronikbauelements abgestützt und eine Druckkraft auf das Abschlußteil aufgebracht wird, während sich das Abschlußteil oberhalb seines Schmelzpunktes befindet, wobei die Druckkraft in Richtung auf die Bodenwand eingetragen wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine explosionsartige perspektivische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Bauelements, hergestellt nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die erste Ausführungsform einschließlich einer durch ein Gewicht am Platz gehaltenen Glas-Vorform;

Fig. 4 einen Querschnitt einer zweiten Ausführungsform eines Bauelements, hergestellt nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung und

Fig. 5 eine perspektivische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht eines hermetisch abgeschlossenen Pakets aus Elektronik- Vielfachbauelementen zur Verwendung auf einer Leiterplatte.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf ein luftdicht abgeschlossenes Elektronikbauelement-Paket und unter Bezugnahme auf das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines solchen luftdicht abgeschlossenen Elektronikbauelement-Pakets beschrieben.

In den Fig. 1, 2 und 3 ist eine Ausführungsform eines Elektronikbauelement-Pakets, hergestellt nach der vorliegenden Erfindung, dargestellt, das ein leitendes Gehäuse 10 mit einem Boden 12 und zumindest einer Seitenwand 14 einschließt, die einen Innenhohlraum 16 definieren. Das leitende Gehäuse ist üblicherweise zylindrisch, wie in Fig. 1 dargestellt. Jedoch liegt jede andere Form im Umfang der vorliegenden Erfindung. Das leitende Gehäuse 10 schließt einen einzelnen Axialleiter 18a, 18b ein, der am Boden 12 mittels z. B. eines Glasabschlusses 19 gesichert ist und sich vom Boden 12 und der offenen Oberseite nach außen erstreckt, um das Elektronikbauelement-Paket mit einem (nicht dargestellten) elektronischen Schaltkreis zu verbinden.

Um das Elektronikbauelement-Paket zusammenzubauen, wird ein Hartlotring 20 mit einem Durchmesser, der geringfügig kleiner ist als der Durchmesser des Hohlraums 16 des leitenden Gehäuses 10, im Hohlraum des Gehäuses, an den Baden 12 angrenzend, angeordnet. Ein anderer Hartlotring 22 mit einem Durchmesser, der geringfügig größer ist als der Durchmesser des Axialleiters 18 wird im Hohlraum 16 des Gehäuses 10, an den Boden 12 angrenzend, angebracht. Ein Elektronikbauelement 24 mit einer inneren Klemme 23 und einer äußeren Klemme 25, wie ein diskusförmiger Chipkondensator, wird im Hohlraum 16 des Gehäuses 10 und oben auf den Hartlotringen 20 und 22 angebracht. Wenn die Teile wie beschrieben zusammengebaut werden, besteht ein kleiner Spalt 15 zwischen dem diskusförmigen Chip 24 und der Gehäusewand 14, und ein anderer kleiner Spalt 13 besteht zwischen dem Chip 24 und dem Axialleiter 18, wie in Fig. 2 gezeigt. Mit den wie beschrieben zusammengebauten Teilen wird das Paket ein erstes Mal auf ca. 710°C in einer Stickstoff-Atmosphäre erwärmt, um die Hartlotringe 20, 22 zu schmelzen und das Einfließen in die Spalte 13 bzw. 15 zu bewirken. Die geschmolzenen Hartlotringe 20, 22 schaffen den elektrischen Kontakt zwischen den Gehäusewänden 12, 14, dem Axialleiter 18 und dem diskusförmigen Chip 24 und bewirken auch die Verbindung des diskusförmigen Chips mit dem Gehäuse 10.

In Fig. 2 ist das zusammengebaute Paket dargestellt einschließlich einer Glas-Vorform 26, die einen Durchmesser hat, der geringfügig kleiner ist als der Durchmesser des Hohlraums 16, und die in den Gehäusehohlraum 16, angrenzend an den diskusförmigen Chip 24, eingebracht werden kann. Die Glas-Vorform 26 kann aus einem nichtleitenden Material bestehen. Um die Glas-Vorform luftdicht mit dem Elektronikbauelement-Paket abzuschließen, wird ein Gewicht 28 auf die Glas-Vorform 26 aufgesetzt, und das gesamte Paket wird ein zweites Mal auf ca. 600°C in einer Stickstoff-Atmosphäre erwärmt. Die Glas-Vorform schmilzt und schließt den Axialleiter 18, die Gehäusewände 12, 14 und den diskusförmigen Chip 24 ab.

Fig. 3 zeigt ein völlig zusammengebautes, luftdicht abgeschlossenes Elektronikbauelement-Paket.

Eine zweite Ausführungsform, hergestellt nach der vorliegenden Erfindung, ist in Fig. 4 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird der diskusförmige Chip 24 mit dem Boden 12 des Gehäuses 10 unter Verwendung einer aus Glas bestehenden, bei ca. 600°C schmelzenden Verbindungsvorform 30 verbunden. Der diskusförmige Chip 24 kann ausgestaltet werden, um in den Hohlraum 16 des Gehäuses 10 eingepreßt zu werden, um den elektrischen Kontakt zwischen der Gehäusewand 14 und dem äußeren Abschluß 25 des diskusförmigen Chips und dem Axialleiter 18 und dem inneren Abschluß 23 des diskusförmigen Chips 24 herzustellen. Alternativ kann der diskusförmige Chip 24 einen Durchmesser erhalten, der geringfügig kleiner ist als der Durchmesser des Gehäuses 10, und es kann eine leitende Paste, wie Silberpolyamid, auf seiner inneren Klemme 23 und seiner äußeren Klemme 25 aufgebracht werden, um den elektrischen Kontakt zwischen dem diskusförmigen Chip 24 und der Gehäusewand 14 und dem Axialleiter 18 herzustellen.

Die Verbindungsvorform 30 ist im Hohlraum 16 des Gehäuses 10, an den Boden 12 angrenzend, angebracht. Der diskusförmige Chip 24 ist im Hohlraum 16, an die Glas-Vorform angrenzend, angebracht. Das Paket wird dann auf eine erste Temperatur von ca. 600°C in einer Stickstoff-Atmosphäre erwärmt, um die Verbindungsvorform 30 zu schmelzen und den Chip 24 auf dem Boden 12 des Gehäuses 10 zu sichern. Eine Glas-Vorform mit einem Durchmesser, der geringfügig kleiner ist als der Durchmesser des Hohlraums 16, wird über dem Chip 24 angebracht, und ein Gewicht, wie das in Fig. 2 dargestellte Gewicht 28, wird oben auf den Chip aufgesetzt. Das Paket wird dann auf eine zweite Temperatur von ca. 450°C erwärmt. Das Glas schmilzt und schließt den Leiter 18a-18b, die Gehäusewand 14 und den Chip 24 ein.

Fig. 5 zeigt ein luftdicht abgeschlossenes Paket mit mehreren Bauelementen zur Verwendung auf einer Leiterplatte 32. Der Teil 18b des Axialleiters kann mit einer Computer-Leiterplatte und der Teil 18a des Axialleiters kann mit irgendeinem anderen elektronischen Gerät verbunden werden.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung eines luftdicht abgeschlossenen Elektronikbauelement- Pakets einschließlich eines leitenden Gehäuses mit einer Bodenwand und einem offenen Oberteil, die einen Hohlraum definieren, eines Elektronikbauelements mit inneren und äußeren Kontaktklemmen und ausgestaltet für die Anbringung innerhalb des Innenhohl­ raums und eines Axialleiters, der isoliert an der Bodenwand gesichert wird und sich nach außen vom Boden und nach außen durch das Elektronikbauelement und das offe­ ne Oberteil erstreckt, umfassend die folgenden Schritte:

• 1. Anordnung von Mitteln zur Verbindung des Elektronikbauelements innerhalb des Innenhohlraums des leitenden Gehäuses, angrenzend an die Bodenwand;
• 2. Anbringung des Elektronikbauelements oberhalb der Verbindungsmittel;
• 3. Schmelzen der Verbindungsmittel durch Erwärmen der Anordnung in einer vor­ gegebenen Umgebung auf eine erste vorgegebene Temperatur, um die Verbindung mit dem leitenden Gehäuse und dem Axialleiter zu schaffen und das Elektronik­ bauelement-Paket zu bilden;
• 4. Anbringung eines vorgeformten Abschlußteils aus anorganischem Material inner­ halb des Innenhohlraums oberhalb des Elektronikbauelement-Pakets und
• 5. Schmelzen des vorgeformten Abschlußteils aus anorganischem Material durch Erwärmen der Anordnung auf eine zweite vorgegebene Temperatur, um einen luftdichten Abschluß zwischen Abschlußteil und Elektronikbauelement-Paket zu schaffen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmittel erste und zweite Hartlotelemente umfassen und der Anordnungsschritt weiterhin umfaßt:

• 1. das Anordnen des ersten Hartlotelements innerhalb des Innenhohlraums des leiten­ den Gehäuses und
• 2. das Aufschieben des zweiten Hartlotelements auf den Axialleiter und in den Innen­ hohlraum, angrenzend an den Boden des leitenden Gehäuses.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschlußteil aus einer vorgeformten Glasmasse besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Glasmasse des Abschlußteils gegen die Oberfläche des Elektronikbauelements abgestützt und eine Druckkraft auf das Abschlußteil aufgebracht wird, während sich das Abschlußteil ober­ halb seines Schmelzpunktes befindet, wobei die Druckkraft in Richtung auf die Boden­ wand eingetragen wird.