DE2824426C2 - Gehäuse zur Kapselung von elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse zur Kapselung von elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen, bestehend aus einer Bodenplatte, durch die eine oder mehrere voneinander isolierte elektrische Zuleitungen geführt sind, und aus einer mit der Bodenplatte fest verbundenen Kappe, wobei das geschlossene Gehäuse eine korrosionsbeständige Außenbeschichtung insbesondere aus Zinn aufweist.

Derartige Gehäuse sind bekannt Sie dienen dazu, elektrische Bauelemente wie Schwingquarze, Relais, elektrische Schaltkontakte, Reedschalter und dgl. sowie elektronische Bauelemente wie Transistoren, Thyristoren, Dioden, integrierte Schaltkreise, Hybridschaltungen und dgl. vor mechanischer Beschädigung und vor Umwelteinflüssen zu schützen. Die Bodenplatte kann aus Metall, Glas, Glaskeramik. Keramik oder Kunststoff bestehen und eine Glas- oder Glaskeramikaufschmelzung aufweisen. Entsprechendes gilt für die Kappe, die nach der Montage der Bauelemente durch Löten, Schweißen (Widerstandsschweißung, Kaltschweißung, Elektronenstrahlschweißung) oder Kleben mit der Bodenplatte verbunden und dicht verschlossen wird. Das Innere des Gehäuses wird häufig mit einem Schutzgas wie trockene Luft, trockener Stickstoff oder ein Stickstoff-Edelgas-Gemisch mit einem Taupunkt unter 0°C gefüllt. Gegebenenfalls werden Bodenplatte, Kappe und Bauelemente vor dem Verschließen des Gehäuses beispielsweise durch Lagerung bei erhöhter Temperatur von absorbiertem Wasser befreit

Aus technischen Gründen, aber auch zur Kostenverringerung werden als Grundmaterial für metallische Bodenplatten und Kappen üblicherweise Stahl, Nickel und vernickelter Stahl verwendet. Um die Lötbarkeit der elektrischen Zuleitungen der Bauelemente mit säurefreien Flußmitteln beispielsweise beim Einlöten in Schaltungsplatinen von Geräten sicherzustellen, aber auch um die Korrosionsbeständigkeit insbesondere der Verschlußstelle zwischen der Bodenplatte und der Kappe zu erhöhen, ist es üblich, das Gehäuse nach dem Verschließen vollständig oder teilweise mit einer mehrere μΐη starken Schicht aus z. B. Nickel, Zinn, Kupfer, Cadmium, Zink, Blei oder Legierungen dieser Metalle zu belegen.

Diese vorteilhafte Gehäusebeschichtung hat jedoch auch einen störenden Effekt. Bei Überprüfungen des Langzeitverhaltens der Bauelemente und bei über längere Zeit andauernden erhöhten Betriebstemperaturen wurde festgestellt, daß die Bauelemente in beschichteten Gehäusen im Gegensatz zu Bauelementen in unbeschichteten Gehäusen mehr oder weniger stark ausgeprägte Veränderungen ihrer elektrischen Eigenschaften zeigen. Beispielsweise steigt bei Transistoren der Kollektor-Restsirom bis zu mehreren s Zehnerpotenzen an, bei Schwingquarzen nimmt die Frequenz bis zu mehreren 100 ppm ab, der dynamische Verlustwiderstand nimmt zu, und bei elektrischen Schaltkontakten erhöht sich der Kontaktwiderstand deutlich mit zunehmender Schaltzahl, ίο Man hat versucht diesem unerwünschten Effekt dadurch zu begegnen, daß auf technische Vorteile wie die problemlose und dichte Verschweißung von Bodenplatte und Kappe sowie auf die durch eine Beschichtung erzielte Korrosionsbeständigkeit verzich-

IS tet und statt dessen eine aufwendigere Herstellung vorgenommen wird. So wurden beispielsweise bei Leistungsdioden die Bodenplatte und die Kappe bereits vor dem Verschließen des Gehäuses verzinnt, wodurch jedoch das Verschweißen bedeutend erschwert wird und auch die Dichtigkeit des Verschlusses nur schwer sichergestellt werden kann. Bei Schwingquarzen wurden in einem kostspieligen selektiven Verzinnungsprozeß nur die Anschlußdrähte der Bodenplatte durch Eintauchen in flüssiges Zinn beschichtet So wird zwar die Verschweißung vor Bodenplatte und Kappe erleichtert und die Lötbarkeit der elektrischen Zuleitungen sichergestellt die Verschlußteile selbst sowie die Kappe und Teile der Bodenplatte weisen aber weiterhin eine erhöhte Korrosionsanfälligkeit auf.

Bei Transistoren und Thyristoren wurden die Bodenplatten insgesamt mit Schichtstärken von mehr als 0,5 μπι vergoldet, um die Lötbarkeit der Anschlußdrähte zu gewährleisten. Durch den hohen Goldpreis liegen hier die Herstellungskosten deutlich über den Herstellungskosten galvanisch vollständig oder teilweise beschichteter Gehäuse, die außerdem noch den Vorteil erhöhter Korrosionsbeständigkeit zusätzlich zur Verwendung billiger Grundmaterialien aufweisen. Die vorstehenden Beispiele zeigen, daß alle Versuche, die auftretenden Probleme unter Verzicht auf eine völlige Beschichtung des verschlossenen Gehäuses zu bewältigen, zu unbefriedigenden Ergebnissen geführt haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem

beschichteten korrosionsbeständigen Gehäuse der eingangs genannten Art bei dem billige Werkstoffe sowie rationelle Herstellungsverfahren in Betracht kommen und auch die elektrischen Zuleitungen mit säurefreien Flußmitteln lötbar sind, zu erreichen, daß die elektri sehen Eigenschaften der eingekapselten Bauelemente ohne wesentliche Verschlechterung über lange Zeit erhalten bleiben, insbesondere auch im Falle der

Lagerung oder des Betriebs bei erhöhter Temperatur. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst

daß zur dauerhaften Erhaltung der elektrischen

Eigenschaften der Bauelemente die Oberflächen im Inneren des Gehäuses vollständig oder teilweise mit Silanen beschichtet sind. Die Erfindung baut auf der Erkenntnis auf, daß der

eo Grund für die allmähliche Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften der Bauelemente darin zu sehen ist, daß Wasserstoff und Wasserdampf in die verschlossene Gehäusekammer gelangen. Zwar bildet die Außenbeschichtung eine hermetische Schutzschicht die ein Eindringen von Wasserstoff verhindert jedoch befinden sich Wasserstoff und Wasserdampf bereits innerhalb der Außenbeschichtung in der Gehäusewand und in den elektrischen Zuleitungen. Bei der galvani-

sehen Verzinnung und den dazu notwendigen Vorreinigungsprozessen wie der kathodischen elektrolytischen Entfettung oder der Entfernung von Metalloxiden durch Beizen in Säuren diffundiert Wasserstoff in atomarer Form in die Gehäusewand und in die elektrischen Zuleitungen.

Dabei kann der Beitrag der einzelnen, galvanischen Prozesse und Vorreinigungsschritte sowie der einzelnen Gehäuseteile und der elektrischen Zuleitungen zur Wasserstoffdiffusion sehr unterschiedlich sein. Im ig Gehäuseinneren kann sich mit dem Sauerstoff des zunächst trockenen Füllgases, den dünnen Oxidfilmen an den Gehäuseinnenseiten, den Oxidschichten an den Korngrenzen des Gehäusemetalls und den Oxiden des Glases Wasserdampf bilden, insbesondere bei zeitlich längerer Einwirkung erhöhter Temperaturen. Wasserdampf kann auch dadurch in das Gehäuseinnere gelangen, daß das Füllgas nicht ausreichend getrocknet wurde oder die Gehäuseteile und Bauelemente nur unzureichend von adsorbiertem Wasser befreit wurden.

Dieser Wasserdampf, der zu einer Erhöhung der relativen Feuchtigkeit der zunächst trockenen Gehäuseatmosphäre führt, bildet auf Glas eine Oberflächengelschicht die bei Bodenplatten mit durch Glas voneinander isolierten elektrischen Zuleitungen zu einer Erhöhung der Oberflächenleitfähigkeit führt und damit den Isolationswiderstand zwischen den elektrischen Zuleitungen verringert Bei einem Transistorgehäuse verringert sich dadurch z. B. der Widerstand zwischen dem Kollektor und der Basiszuleitung, so daß ein höherer Kollektor-Reststrom fließt. Gleichzeitig tritt bei Lagerung bei erhöhter Temperatur eine Verwitterung der Glasoberfläche auf, die ebenfalls eine Erhöhung der Oberflächenleitfähigkeit bewirkt. Schlägt sich der Wasserdampf auf einem Schwingquarz nieder, so bedeutet dies eine zusätzliche dämpfende Masse auf dem Quarz, die zu einer verringerten Schwingungsfrequenz und zu einer Erhöhung des dynamischen Verlustwiderstandes führt Diese Vorgänge führen zu den Eigenschaftsverschlechterungen der eingekapselten Bauelemente.

Durch das erfindungsgemäße Anbringen einer Innebeschichtung aus Silanen werden die überzogenen Oberflächen vor der Einwirkung des Wasserstoffs und Wasserdampfs in der Gehäusekammer geschützt Es ist daher ersichtlich, daß die Silan-Innenbeschichtung einer allmählichen Verschlechterung der Eigenschaften der elektrischen bzw. elektronischen Bauelemente wirksam begegnet

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert, die ein gekapseltes Transistorbauelement im Schnitt zeigt

Eine Bodenplatte 1, die aus einer NiFeCo-Legierung besteht, dient der Durchführung von elektrischen Zuleitungen 2. Diese sind innerhalb der Bodenplatte 1 durch ein Hartglas 3 voneinander isoliert. Auf die Bodenplatte 1 ist eine Kappe 4 aus Nickel aufgesetzt, die mit der Bodenplatte t durch Widerstandsschweißung fest verbunden ist und mit ihr ein geschlossenes Gehäuse bildet, das mit trockener Luft (Taupunkt unter —40°) gefüllt ist. An seiner Außenseite ist das Gehäuse mil einer korrosionsbeständigen Außenbeschichtung bevorzugt aus Zinn versehen, die nach dem Verschließen des Gehäuses aufgebracht wurde und eine hermetische Schutzschicht bildet.

Die innerhalb des Gehäuses befindlichen Glasoberflächen 3a bilden die gegenüber Wasserstoff und Wasserdampf sensiblen Oberflächen. Sie wurden daher vor dem Verschließen des Gehäuses mit einer Beschichtung aus einem Silan, beispielsweise Methylsilan-Methylglycolat. versehen. Dadurch wird die Glasoberfläche 3a innerhalb großer Temperaturbereiche unempfindlich gegenüber der Einwirkung von Wasserstoff und Wasserdampf.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Gehäuse zur Kapselung von elektrischen und/ oder elektronischen Bauelementen, bestehend aus einer Bodenplatte, durch die eine oder mehrere voneinander isolierte elektrische Zuleitungen geführt sind, und aus einer mit der Bodenplatte fest verbundenen Kappe, wobei das geschlossene Gehäuse eine korrosionsbeständige Außenbeschichtung insbesondere aus Zinn aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zur dauerhaften Erhaltung der elektrischen Eigenschaften der Bauelemente die Oberflächen (3a) im Inneren des Gehäuses (1, 4) vollständig oder teilweise mit Silanen beschichtet sind.