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DE3811313A1 - Gehaeuse fuer hybrid-schaltungen - Google Patents

Gehaeuse fuer hybrid-schaltungen

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DE3811313A1
DE3811313A1 DE3811313A DE3811313A DE3811313A1 DE 3811313 A1 DE3811313 A1 DE 3811313A1 DE 3811313 A DE3811313 A DE 3811313A DE 3811313 A DE3811313 A DE 3811313A DE 3811313 A1 DE3811313 A1 DE 3811313A1
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Germany
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housing
pins
thick
housing according
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DE3811313A
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Horst Dipl Ing Riedelbauch
Siegfried Guber
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Conti Temic Microelectronic GmbH
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Messerschmitt Bolkow Blohm AG
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Description

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für Hybrid-Schaltungen, insbesondere elektronische oder optronische Dickschichtschaltungen auf isolierendem Substrat mit metallischen elektrischen Durchführungen, hermetisch ge­ kapselt mit einer Schutzgasfüllung.
Derartige hermetisch und elektromagnetisch dichte Gehäuse für Hybrid- Bausteine finden Anwendung vor allem in der Flugzeug- und Raumfahrtelek­ tronik sowie in der Wehrtechnik. Es ist bekannt, Hybrid-Schaltungen aus passiven und aktiven elektronischen Bauteilen in einem metallischen Ge­ häuse unterzubringen und dieses unter Füllung mit Schutzgas dicht zu verschließen. Die Bauelemente sind dabei gemeinsam auf einem isolieren­ den, gesonderten Substrat aufgebracht. Das Substrat wird auf einen me­ tallischen Gehäuseboden aufgeklebt, der mit eingeglasten elektrischen Durchführungsstiften (Pins oder andere elektrische Verbindungspfosten) versehen ist. Die elektrischen Verbindungen bei Halbleiter-Bauelementen und Anschlußstiften des Gehäuses werden üblicherweise in Wire-Bond-Tech­ nik ausgeführt, wobei Probleme auftreten, sowohl hinsichtlich der Haft­ festigkeit der Verbindungen als auch wegen der erforderlichen Bewegungs­ freiheit, die die Montagewerkzeuge haben müssen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gehäuse zu schaffen mit vereinfachtem Aufbau und leichterer Herstellbarkeit, jedoch in hohem Qualitätsstandard insbesondere hinsichtlich der hergestellten Verbindungen und der Dicht­ heit des Gehäuses.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 aufge­ führten Merkmale. Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind den weite­ ren Ansprüchen sowie den Zeichnungen, Beschreibungen des Ausführungsbei­ spieles zu entnehmen. Zur Erfindung gehören nach aller Regel Kombinatio­ nen und Unterkombinationen der beanspruchten, beschriebenen und darge­ stellten Merkmale.
Im Ausführungsbeispiel zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch das Gehäuse mit Hybrid-Schaltung;
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Hybrid-Schaltung;
Fig. 3 eine Unteransicht einer Durchkontaktierung;
Fig. 4 einen Querschnitt gemäß Fig. 3;
Fig. 5 eine Draufsicht gemäß Fig. 3.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht das Gehäuse aus einem Gehäuseboden- Substrat 1 aus Isoliermaterial mit durchmetallisierten Bohrungen 4 und eingelöteten Anschlußstiften 3 und wird abgeschlossen von einem Metall­ deckel 2.
Um eine hermetische Dichtheit des Gehäuses zu erreichen, sind die Durch­ führungsbohrungen im Siebdruck beidseitig durchmetallisiert, wie Fig. 4 zeigt, und die Anschlußstifte werden mit einem hochschmelzenden Lot in die Metallisierungen eingelötet. Um eine elektromagnetisch dichte Ab­ schirmung zu erhalten, ist das Substrat 1 beschichtet: Es ist auf seiner Außenseite mit einer Metallschicht versehen, wobei die Durchführungen in der Schicht 5 ringförmig elektrisch isolierend ausgespart (bei 6 um die Lötaugen herum gemäß Fig. 3 beabstandet) sind, jedoch in mindestens einem Fall elektrischer Kontakt durch Nichtbeabstandung gegeben ist. Um den Metalldeckel 2 auf das Gehäuse aufbringen zu können, besitzt das Substrat 1 eine, die gesamte Hybrid-Anordnung einschließende, bis an den Rand reichende Metallisierung (7) aus einer oder mehreren Schichten, von denen wenigstens eine aus einem Material zur Verbindung mit dem Deckel 2 besteht.
Das Substrat 1, welches den Gehäuseboden bildet, ist aus einem Isolier­ material, wie Keramik oder Glas bestehend, wobei übliche elektrisch-iso­ lierende Werkstoffe, wie Aluminiumoxid, Aluminiumnitrit, Berilliumoxid, Magnesiumoxid oder ähnlich geeignete Substrate verwendet werden.
Wesentlich ist eine ausreichende Dichtheit und Temperaturbeständigkeit für die Zwecke der Erfindung, dies gilt auch für das zu verwendende Glas. Selbstverständlich kann auch Quarzglas, SiO2, oder eine Glas­ keramik oder eine Siliziumkeramik verwendet werden, wie Si3N4 oder SiC. Mischsubstrate sind anwendbar, ebenso bereits vorgefertigte, ein­ seitig metallisierte Keramik- oder Glassubstrate. Als Metall für den Deckel 2 werden mit der Keramik gut verbindbare Metalle bevorzugt, ins­ besondere eine Legierung, wie sie unter dem Handelsnamen "Kovar" erhält­ lich ist. Diese oder ähnliche Legierungen werden bevorzugt, weil sie einen der Keramik angeglichenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Zur Verbindung des Deckels mit dem Substrat dient eine Lot­ schicht, insbesodere aus einem Zinnbasislot mit vorzugsweise Schmelz­ punkt von unter 200°C. Das Lot kann entweder direkt oder über eine oder mehrere Zwischenschichten mit dem Substrat 1 im Randbereich 7 verbunden werden. Diese eine oder mehrere Verbindungsschichten 7 sind vorzugsweise zusammen in einem Arbeitsgang mit der Dickschichtschaltung im Siebdruck auf der Oberseite des Substrats aufgebracht, vgl. Fig. 1 und Fig. 2. Selbstverständlich sind auch andere Materialien, wie sie zur Verbindung zwischen Metall und Metall-Keramik-Schichten und zur Verbindung zwischen Metall und Metall-Glas-Schichten bekannt sind, anwendbar. Dieses nämlich wird um etwa 150°C höher schmelzend gewählt, insbesonders ein Lot auf einer Bleibasis. Es gibt auch andere Lote mit Schmelzpunkten über 250°C, insbesonders 300°C bis 400°C, die geeignet sind. Bei der Wahl des Verbindungsmaterials sollte man beachten, daß beim hermetisch dich­ ten Verschließen des Gehäuses mit Hilfe des Deckels 2 frühere Kontaktie­ rungen, Lotverbindungen und andere Verbindungen (Bonddrähte) nicht mehr als notwendig erhitzt werden dürfen.
Bei der Herstellung wird zunächst auf dem Substrat 1, das als Gehäuse­ boden dient, die Dickschichtschaltung im Siebdruckverfahren mittels be­ kannter Dickschichtmaterialien aufgebracht, insbesondere unter Verwen­ dung edelmetallhaltiger Siebdruckpasten. Diese werden dann in einem ge­ eigneten Ofen eingebrannt, Eine Einzelheit, wie die Durchtrittsmateria­ lien oder das Lot in die Bohrungen 4 eingebracht werden, um im Quer­ schnitt runde, quadratische oder rechteckige Pins 3 einzulöten, ist in Fig. 4 ersichtlich, dabei wird deutlich, daß die Durchmetallisierung von beiden Seiten des Substrats erfolgt. Auch diese Lotverbindung ist absolut dicht. Dann erfolgt mittels des SMD-Montageroboters (Surface Mounter Device) die Bestückung mit den Halbleiterbauelementen auf dem Dickschichtmuster 11. Deren Verbindungen können mittels Bonddrähten 10 vom Bauteil 8 zum Dickschichtmuster 11 erfolgen. In Verlängerung des Dickschichtmusters sind nach Fig. 5 Lötaugen auf der Innenraumseite des Substrats 1 entstanden.
Vorteile der Erfindung:
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß
  • - der Aufbau der Gehäuse vereinfacht ist,
  • - hohe Herstellungskosten für die Gehäuse gesenkt werden
  • - und hohe Werkzeugkosten für Sonderabmaße entfallen.
  • - Das kostspielige Einglasen der Durchführungsstifte entfällt,
  • - thermische Übergangswiderstände, wie sie beim Einkleben durch die Kleberschicht entstehen, fallen weg.
Die Zuverlässigkeit wird erhöht durch Wegfall der Kleberausgasung.
  • - Die Wire-Bond-Verbindungen 10 vom Substrat 1 zu den Durchführungs­ stiften 3 entfallen, bzw. werden durch die viel zuverlässigeren siebgedruckten Leiterbahnverbindungen 11 ersetzt.
  • - Die Anschlußstifte können gegebenenfalls unmittelbar dort angebracht werden, wo sie gebraucht werden, d.h. optimal kurze elektrische Wege können von dem Bauteil heraus auf eine nicht dargestellte Träger­ platine für das Gehäuse erreicht werden,
  • - bei gleicher Grundfläche des Substrats steht mehr Platz für Leiter­ bahnen und Bauteile zur Verfügung,
  • - und insgesamt wird eine beträchtliche Gewichtseinsparung erreicht, da der Metallgehäuseboden entfällt.

Claims (8)

1. Gehäuse für Hybrid-Schaltungen, insbesondere elektronische oder optronische Dickschichtschaltungen auf isolierendem Substrat mit metal­ lischen, elektrischen Durchführungen, hermetisch gekapselt mit einer Schutzgasfüllung, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) zu­ gleich den Gehäuseboden bildet und an seinem äußeren Randbereich (7) eine oder mehrere Schichten trägt, von denen wenigstens eine aus einem Material zum Verbinden mit dem metallischem Gehäusedeckel besteht.
2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Boden bildende Substrat (1) aus Keramik besteht, die auf der dem Innen­ raum zugekehrten Seite das Dickschichtmuster (11) für monolithisch inte­ grierte Schaltkreise und sonstige Bauelemente (9) trägt.
3. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dickschichtmuster (11) auf dem Substrat (1) einseitig aufgedruckt ist und zugleich elektrische Durchführungen (4) beidseitig schichtartig (vgl. Fig. 4) aufgedruckt sind.
4. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf dem Substrat (1) auf der dem Innenraum abgekehrten Seite eine Metallschicht (5) als elektromagnetischer Schutz aufgebracht ist.
5. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß von einer Oberflächenseite aus (vom Innenraum) in das Substrat (1) an den Durchführungen (4) Stifte (Pins 3) eingelötet sind.
6. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Metallschicht (5) ringförmig (6) ausgespart ist (nach Fig. 3) um die Lötaugen herum, welche die Stifte (Pins 3) im eingelöte­ ten Zustand umgeben und auf der der Metallschicht (5) abgekehrten Seite des Substrats (1) die Lötaugen (nach Fig. 5) in Verlängerung des Dick­ schichtmusters (11) gebildet sind.
7. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß alle Durchführungen (4) für die Stifte (Pins 3) innerhalb der Fläche des Substrats (1) - und des Deckels (2) - bevorzugt mit Ab­ stand zum Außenrand derselben angeordnet sind.
8. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Pins (3) auf einer Trägerplatine in den Gehäuseboden einlötbar sind.
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DE3811313C2 DE3811313C2 (de) 1992-12-10

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