Элемент для электрического гермовывода

Полезная модель относится к микроэлектронике, а именно к производству герметичных корпусов, в которых размещают электронные модули. Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение плотности размещения электрических выводов, технологичность изготовления. Полезная модель реализуется следующим образом. На первую поверхность 2 и вторую поверхность 4 пластины 3 наносят слои медной фольги. Пластину 3 с размещенными на ней слоями меди помещают в специализированную печь, где ее подвергают термообработке. В результате процесса термообработки образуется соединение между керамической пластиной 3 и медными слоями. Затем пластину 3 охлаждают. Слой меди на первой поверхности 2 пластины 3 протравливают, не затрагивая области меди требуемой формы, которые образуют внешние контактные площадки 8. По такой же технологии на второй поверхности 4 изготавливают внутренние контактные площадки 7. Затем на внутренней контактной площадке 7 протравливают область требуемой формы. В протравленной области изготавливают отверстие 5 твердотельным лазером, например лазером, использующим в качестве активного элемента неодимовый иттрий-алюминиевый гранат (Nd:YAG). Использование лазера при изготовлении отверстия 5 обеспечивает лучший контакт между материалом, заполняющим отверстие 5 и материалом пластины 3 за счет оплавления краев изготавливаемого отверстия 5 и устранения слабых элементов, образующихся при изготовлении отверстия 5 механическим способом. Межплощадочный проводник 6 формируется путем заполнения отверстия 5 и протравленной области в соответствующей внутренней контактной площадке 7 проводящим материалом, например припоем. При этом межплощадочный проводник 6 при заполнении отверстия 5 находится в расплавленном состоянии, а затем застывает непосредственно в этом отверстии 5. Межплощадочный проводник 6 плотно контактирует с соответствующей внешней контактной площадкой 8, с пластиной 3 и с соответствующей внутренней контактной площадкой 7. Межплощадочный проводник 6 выполнен из материала, проводящего электрический ток, обеспечивая тем самым электрическую связь между соответствующими внешней контактной площадкой 8 и внутренней контактной площадкой 7.

Область техники

Полезная модель относится к микроэлектронике, а именно к производству герметичных корпусов, в которых размещают электронные модули.

Уровень техники

Известно устройство - металлостеклянный корпус для интегральной микросхемы (URL: http://www.z-mars.ru/docum/311.pdf (дата обращения 22.08.2013)). Металлостеклянный корпус содержит основание, выполненное из металла. В основании сделаны отверстия для размещения в них электрических выводов. Электрические выводы размещены перпендикулярно основанию. Электрические выводы закрепляют в отверстиях основания при помощи припойного стекла. Металлическую крышку закрепляют на основании при помощи пайки. Таким образом, формируется электрически изолированный, герметичный вывод из корпуса прибора.

Недостатками известного технического решения являются малая плотность размещения электрических выводов и возможность разгерметизации корпуса, обусловленная возможностью повреждений стекла.

Наиболее близким техническим решением (прототип) является металлокерамический корпус для мощных транзисторов (URL: http://www.z-http://mars.ru/docum/smdl_korpus.pdf (дата обращения 22.08.2013)). Металлокерамический корпус содержит основание, крышку и проходящие сквозь основание электрические выводы. Основание выполнено из диэлектрика, в частном случае, из керамики. Основание выполнено по форме пластины и содержит две большие поверхности, расположенные противоположно друг другу. В основании сделаны отверстия для размещения в них электрических выводов. На одной поверхности основания по периметру нанесен слой металла, образующий рамку. К рамке присоединяют крышку посредством пайки. Крышка выполнена из металла, в частности, из ковара. Противоположную поверхность основания покрывают слоем металла. В частном случае, этот слой представляет собой сплав молибдена и меди.

Недостатком прототипа является малая плотность размещения электрических выводов, нетехнологичность и сложность изготовления.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение плотности размещения электрических выводов, технологичность изготовления.

Поставленная цель достигается за счет того, что в элементе для электрического гермовывода, содержащем пластину с первой поверхностью и второй поверхностью, расположенными с противоположных больших сторон пластины, внешнюю контактную площадку, отверстие и межплощадочный проводник, причем отверстие выполнено от первой поверхности до второй поверхности, а межплощадочный проводник размещен в отверстии, внешняя контактная площадка присоединена к первой поверхности с перекрытием отверстия и присоединена к межплощадочному проводнику, при этом пластина выполнена из диэлектрического материала, внешняя контактная площадка выполнена из электропроводящего материала, в него введена внутренняя контактная площадка, размещенная на второй поверхности с перекрытием отверстия, причем внутренняя контактная площадка присоединена к межплощадочному проводнику, а отверстие выполнено в виде отверстия, изготовленного путем испарения материала пластины от второй поверхности до внешней контактной площадки лучом лазера, межплощадочный проводник выполнен в виде проводящего материала, заполнившего отверстие и застывшего непосредственно в нем, внутренняя контактная площадка выполнена из электропроводящего материала.

Краткое описание чертежей

Полезная модель поясняется чертежом (фиг. 1, 2), где на фиг. 1 представлен первый пример использования устройства в корпусе электронного прибора в качестве электрического вывода; на фиг. 2 представлен второй пример использования устройства в корпусе электронного прибора в качестве электрического вывода.

Раскрытие полезной модели

На фигурах обозначены: крышка 1, первая поверхность 2, пластина 3, вторая поверхность 4, отверстие 5, межплощадочный проводник 6, внутренняя контактная площадка 7, внешняя контактная площадка 8, первый проводник 9, проводящая область 10, второй проводник 11, стенка 12, третья поверхность 13, подложка 14, внутренняя поверхность 15, теплоотвод 16, четвертая поверхность 17, внешняя поверхность 18, слой металлизации 19.

Устройство содержит пластину 3. Двум поверхностям пластины, которые много больше других поверхностей, в данном контексте присвоены названия первая поверхность 2 и вторая поверхность 4. Указанная пластина 3 выполнена из диэлектрика, например, из керамики. На первой поверхности 2 расположена внешняя контактная площадка 8. На второй поверхности 4 расположена внутренняя контактная площадка 7. Количество внешних контактных площадок 8 и внутренних контактных площадок 7, а также их форма и расположение зависит от выполняемых устройством задач. В данном случае, на первой поверхности 2 расположены две внешние контактные площадки 8. На второй поверхности 4 расположены две внутренние контактные площадки 7. Форма внешней контактной площадки 8 и внутренней контактной площадки 7 может быть выполнена, например, квадратной. Внешние контактные площадки 8 на первой поверхности пластины 2 расположены аналогично внутренним контактным площадкам 7 на второй поверхности 4. Внешняя контактная площадка 8 и внутренняя контактная площадка 7 выполнены из материала, проводящего электрический ток, например, из меди. Электрический контакт между соответствующими внешними контактными площадками 8 и внутренними контактными площадками 7 осуществляется при помощи межплощадочного проводника 6. Межплощадочный проводник 6 формируется при заполнении отверстия, выполненного лучом лазера инфракрасного диапазона в пластине, через углубление, вытравленное до второй поверхности во внутренней контактной площадке (в перечне и далее именуемое - отверстие 5). Межплощадочный проводник 6 может быть выполнен из припоя, например на основе сплава свинца и олова, либо на основе серебра. Также, по периметру пластины 3 может быть нанесен слой материала, выполненный по форме рамки. Рамка служит для обеспечения более надежного соединения пластины 3 с элементами корпуса электронного прибора. В качестве материала рамки может быть использована медь.

Устройство может быть использовано в корпусе электронного прибора. Такой корпус может содержать теплоотвод 16, подложку 14, стенку 12 и крышку 1.

Теплоотвод 16 выполнен по форме пластины. Двум поверхностям теплоотвода, которые много больше других поверхностей, в данном контексте присвоены названия внешняя поверхность 18 и внутренняя поверхность 15. Внешняя поверхность 18 теплоотвода 16 может быть выполнена развитой для обеспечения возможности рассеивания тепла. Теплоотвод 16 выполнен из материала, обладающего высокой теплопроводностью, например, из алюминия и его сплавов.

На внутренней поверхности 15 теплоотвода 16 расположена подложка 14, выполненная из диэлектрического материала, например керамики. Подложка 14 выполнена по форме пластины, у которой две большие поверхности, в данном случае, названы третьей поверхностью 13 и четвертой поверхностью 17. На третьей поверхности 13 расположена проводящая область 10. Количество проводящих областей 10 зависит от реализуемой электрической схемы. В данном случае на фигурах на третьей поверхности 13 изображены три проводящие области 10. Проводящая область 10 выполнена из токопроводящего материала, например, из меди. На проводящей области 10 или на нескольких проводящих областях 10, могут быть размещены силовые элементы. Силовые элементы могут быть закреплены на проводящей области 10 посредством припоя. Проводящая область 10 может выполнять функцию электрического сопротивления, в том числе сопротивления, имеющего индуктивную и емкостную составляющую. На четвертой поверхности 17 подложки расположен слой металлизации 19, выполненный из проводящего материала, например, из меди. Слой металлизации 19 контактирует с внутренней поверхностью 15 теплоотвода 16. Проводящие области 10, расположенные на третьей поверхности 13 подложки 14, могут быть соединены между собой вторым проводником 11, обеспечивающим необходимую электрическую связь между ними. Второй проводник 11 выполнен из токопроводящего металла.

Крышка 1, расположенный параллельно ей теплоотвод 16 и заключенные между ними стенка 12 и пластина 3 (по первому варианту) или стенка 12 с закрепленной на ней пластиной 3 (по второму варианту) образуют вместе замкнутый, герметичный объем. Внутренняя поверхность 15 (теплоотвода 16) и первая поверхность 2 (пластины 3) обращены внутрь корпуса. Также пластина 3 расположена с обеспечением возможности соединения межплощадочного проводника 6 с соответствующей проводящей областью 10, расположенной на третьей поверхности 13. Соединение выполнено при помощи первого проводника 9. Первый проводник 9 выполнен из токопроводящего металла.

Стенка 12 выполнена, например, из известного материала - ковара (сплава на основе железа, никеля и кобальта, определение ковара приведено, например, на сайте Академик. Большой энциклопедический политехнический словарь URL: http://dic.academic.ru/dic.nsf/polytechnic/4028 (дата обращения 20.06.2013)). Крышка 1 также может быть выполнена из ковара.

Осуществление полезной модели

Полезная модель реализуется следующим образом. На первую поверхность 2 и вторую поверхность 4 пластины 3 наносят слои медной фольги. Пластину 3 с размещенными на ней слоями меди помещают в специализированную печь, где ее подвергают термообработке. В результате процесса термообработки образуется соединение между керамической пластиной 3 и медными слоями. Затем пластину 3 охлаждают. Слой меди на первой поверхности 2 пластины 3 протравливают, не затрагивая области меди требуемой формы, которые образуют внешние контактные площадки 8. По такой же технологии на второй поверхности 4 изготавливают внутренние контактные площадки 7. Также при протравливании поверхностей пластины 3 по периметру второй поверхности 4 оставляют рамку из меди (при использовании пластины по второму приведенному примеру). По первому примеру использования пластины 3 на ее торцы наносят слой меди. Затем на внутренней контактной площадке 7 протравливают область требуемой формы. В протравленной области изготавливают отверстие 5 твердотельным лазером, например лазером, использующим в качестве активного элемента неодимовый иттрий-алюминиевый гранат (Nd:YAG). Например, лазер SH YAG-50W, мощностью 50 Вт и длиной волны излучения 1064 нм (URL: http://shl.in.ua/equipment/laser-marker/yag-50w/ (дата обращения 28.06.2013)). Лазер располагают с обеспечением возможности наведения луча на протравленную область. Луч фокусируют в пятно требуемого размера. Луч нагревает материал пластины в месте фокусировки. В результате нагревания происходит плавление и/или испарение материала пластины 3. Плавление и/или испарение материала происходит до первой поверхности 2, а именно до внешней контактной площадки 8. В определенном режиме работы лазера не происходит плавление и/или испарение металла, из которого изготовлена внешняя контактная площадка 8. В результате плавления и/или испарения материала пластины 3 образуется отверстие 5, выполненное сквозь пластину 3, до внешней контактной площадки 8. Использование лазера при изготовлении отверстия 5 обеспечивает лучший контакт между материалом, заполняющим отверстие 5 и материалом пластины 3 за счет оплавления краев изготавливаемого отверстия 5 и устранения слабых элементов, образующихся при изготовлении отверстия 5 механическим способом. Также использование лазера при изготовлении отверстия 5 более технологично, чем изготовление механическим способом. Межплощадочный проводник 6 формируется путем заполнения отверстия 5 и протравленной области в соответствующей внутренней контактной площадке 7 проводящим материалом, например припоем. При этом межплощадочный проводник 6 при заполнении отверстия 5 находится в расплавленном состоянии, а затем застывает непосредственно в этом отверстии 5. Межплощадочный проводник 6 плотно контактирует с соответствующей внешней контактной площадкой 8, с пластиной 3 и с соответствующей внутренней контактной площадкой 7. Межплощадочный проводник 6 выполнен из материала, проводящего электрический ток, обеспечивая тем самым электрическую связь между соответствующими внешней контактной площадкой 8 и внутренней контактной площадкой 7.

Корпус с используемым устройством может быть изготовлен по следующей технологии. Третью поверхность 13 и четвертую поверхность 17 подложки 14 металлизируют по той же технологии, что и первую поверхность 2 и вторую поверхность 4 пластины 3. Слой меди, расположенный на третьей поверхности 13 подложки, протравливают, образуя необходимые проводящие области 10 требуемой формы. Слой металлизации 19, расположенный на четвертой поверхности 17 подложки 14 оставляют сплошным. Третья поверхность 13 подложки 14 и внутренняя поверхность 15 теплоотвода 16 соединяются при помощи припоя. Второй проводник 11 соединен с проводящей областью 10 посредством припоя.

По первому примеру использования устройства, осуществляют электрическое соединение проводящей области 10 с соответствующим межплощадочным проводником 6. Соединение выполнено посредством первого проводника 9. Первый проводник 9 соединен с проводящей областью 10 и межплощадочным проводником 6 при помощи припоя. Стенка 12 корпуса может быть закреплена на внутренней поверхности 15 теплоотвода 16 посредством припоя. Крышка 1 может быть соединена со стенкой 12 при помощи припоя. Пластина 3 также может быть закреплена между крышкой 1 и теплоотводом 16 при помощи припоя.

По второму примеру использования устройства, в стенке 12 корпуса проделывают требуемое отверстие и к этой стенке 12 прикрепляют пластину 3 с обеспечением возможности осуществления электрического соединения проводящей области 10 с соответствующим межплощадочным проводником 6. Пластина 3 соединена со стенкой 12 посредством припоя, который нанесен на рамку.

Наличие соединительного слоя в местах соединения и плотное прилегание всех соединенных элементов обеспечивает герметичность корпуса.

Корпус обеспечивает защиту расположенных на подложке 14 элементов от воздействий внешней среды. Подвод тока к проводящим областям 10 и расположенным на них силовым элементам осуществляется через внешнюю проводящую площадку 8, межконтактный проводник 6, внутреннюю контактную площадку 7 и первый проводник 9. Выделяемое в процессе работы тепло от подложки 14 отводится в окружающее пространство теплоотводом 16.

Таким образом, выполнение устройства с пластиной 3, в которой выполнено лазером отверстие 5, заполненное межплощадочным проводником 6, осуществляющим электрический контакт между соответствующими внешней контактной площадкой 8 и внутренней контактной площадкой 7, обеспечивает увеличение плотности размещения электрических выводов. Плотность размещения увеличивается за счет малых размеров отверстия 5 и, соответственно межплощадочного проводника 6. Изготовление отверстия 5 лазером позволяет повысить технологичность изготовления пластины 3. При этом, заполнение отверстия 5 межплощадочным проводником 6 и последующее застывание его непосредственно в отверстии 5 обеспечивает надежный контакт материала межплощадочного проводника 6 с материалом пластины 3 и с материалом контактных площадок. Надежный контакт материалов обеспечивает отсутствие зазоров между пластиной 3, меплощадочным проводником 6 и контактными площадками, что увеличивает прочность пластины 3.

Элемент для электрического гермовывода, содержащий пластину с первой поверхностью и второй поверхностью, расположенными с противоположных больших сторон пластины, внешнюю контактную площадку, отверстие и межплощадочный проводник, причём отверстие выполнено от первой поверхности до второй поверхности, а межплощадочный проводник размещён в отверстии, внешняя контактная площадка присоединена к первой поверхности с перекрытием отверстия и присоединена к межплощадочному проводнику, при этом пластина выполнена из диэлектрического материала, внешняя контактная площадка выполнена из электропроводящего материала, отличающийся тем, что в него введена внутренняя контактная площадка, размещённая на второй поверхности с перекрытием отверстия, причём внутренняя контактная площадка присоединена к межплощадочному проводнику, а отверстие выполнено в виде отверстия, изготовленного путём испарения материала пластины от второй поверхности до внешней контактной площадки лучом лазера, межплощадочный проводник выполнен в виде проводящего материала, заполнившего отверстие и застывшего непосредственно в нём, внутренняя контактная площадка выполнена из электропроводящего материала.