ГЕРМЕТИЧНЫЙ КОРПУС ДЛЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ МОДУЛЕЙ

Область техники
Полезная модель относится к микроэлектронике, а именно к производству герметичных корпусов, в которых размещают электронные модули.
Уровень техники
Известно устройство - паяный силовой модуль (URL: http://kit-e.ru/articles/circuitbrd/2006_9_168.php (дата обращения 19.09.2013)). Паяный силовой модуль состоит из пластмассового корпуса с металлическим основанием, управляющих выводов и силовых выводов. Клеммы силовых выводов расположены на крышке. Силовой вывод при помощи пайки соединяют с полупроводниковыми элементами, расположенными на металлизированной керамической подложке. Металлизация подложек выполнена по технологии DBC с обеих сторон керамической пластины. Для этого медную фольгу и керамическую пластину, находящихся в контакте друг с другом, подвергают нагреву до температуры 1065-1085°C в специализированной печи. В результате обработки в зоне контакта пластины и фольги образуется эвтектическая связь и взаимная диффузия молекул кислорода. Один слой металлизации выполнен сплошным, другой слой выполнен в виде отдельных металлизированных площадок под полупроводниковые элементы. Соединение между полупроводниковыми элементами осуществляют при помощи ультразвуковой сварки алюминиевой проволокой металлизированных площадок. Металлизированную керамическую подложку, стороной со сплошной металлизацией при помощи пайки соединяют с основанием. Основание выполнено из меди и служит теплоотводом для полупроводниковых элементов в процессе эксплуатации. К основанию приклеивают корпус. Пространство внутри корпуса заполняют компаундом для защиты полупроводниковых элементов.
Недостатком известного технического решения является негерметичность устройства.
Наиболее близким техническим решением (прототип) является герметичный корпус с боковыми выводами (URL: http://www.power-e.ru/2010_2_106.php (дата обращения 18.10.2013)). Герметичный корпус с выводами через основание предназначен для силового многокристального модуля. Корпус состоит из плоского основания и установленной на нем оболочки. Внутри корпуса на основании установлена подложка. Подложка представляет собой керамическую пластину с металлизацией. Кремниевый кристалл припаивается к верхней части металлизированного слоя. Кремниевые кристаллы соединены в электрическую цепь толстой алюминиевой проволокой. Нижняя часть металлизированного слоя используется для соединения с основанием. В основании выполнены отверстия. Через отверстия пропущены выводящие провода. Свободное пространство отверстий заполнено непроводящим материалом, обеспечивающим герметичность. Таким образом формируются токовыводы. Токовыводы соединяются с металлизацией подложки при помощи проволочных проводников. Оболочка боковыми стенками устанавливается на основание таким образом, что полностью накрывает подложку.
Недостатком прототипа являются сложность конструкции и ограниченная поверхность для размещения выводов.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является упрощение конструкции и увеличение поверхности для размещения выводов.
Поставленный технический результат достигается за счет того, что в герметичном корпусе для размещения электронных модулей, содержащем пластину, снабженную первой поверхностью, второй поверхностью и выполненную из диэлектрика, стенку, подложку, снабженную третьей поверхностью и четвертой поверхностью, теплоотвод, снабженный внутренней поверхностью и внешней поверхностью, а также первые проводники и межплощадочные проводники, при этом первая поверхность и вторая поверхность расположены с противоположных больших сторон пластины, третья поверхность и четвертая поверхность расположены с противоположных больших сторон подложки, внутренняя поверхность и внешняя поверхность расположены с противоположных больших сторон теплоотвода, каждый межплощадочный проводник образован электропроводящим материалом и расположен в соответствующем отверстии, выполненном сквозным, пластина, стенка и теплоотвод соединены с образованием замкнутого герметичного объема, подложка расположена внутри замкнутого объема, отверстия выполнены в пластине, пластина дополнительно снабжена внутренними контактными площадками и внешними контактными площадками, а подложка выполнена из диэлектрика и снабжена проводящими областями и слоем металлизации, причем отверстия выполнены через первую поверхность и вторую поверхность, внутренние контактные площадки выполнены из электропроводящего материала и размещены на второй поверхности с перекрытием отверстий, внешние контактные площадки выполнены из электропроводящего материала и размещены на первой поверхности с перекрытием отверстий, каждая внешняя контактная площадка соединена с соответствующим межплощадочным проводником, каждая внутренняя контактная площадка соединена с соответствующим межплощадочным проводником, слой металлизации соединен с внутренней поверхностью теплоотвода, каждый первый проводник одним концом соединен с соответствующей внутренней контактной площадкой, а другим концом - с соответствующей проводящей областью.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется чертежом, где представлен общий вид устройства.
Раскрытие полезной модели
На фигуре обозначены: пластина 1, внешняя контактная площадка 2, внутренняя контактная площадка 3, межплощадочный проводник 4, отверстие 5, первая поверхность 6, вторая поверхность 7, первый проводник 8, стенка 9, третья поверхность 10, четвертая поверхность 11, теплоотвод 12, слой металлизации 13, проводящие области 14, внутренняя поверхность 15, внешняя поверхность 16, подложка 17, второй проводник 18, соединительный участок 19.
Основными элементами устройства являются пластина 1, теплоотвод 12 и подложка 17.
Указанная пластина 1 выполнена из диэлектрика, например, из керамики. Пластина 1 содержит две большие поверхности - первую поверхность 6 и вторую поверхность 7. На первой поверхности 6 расположены внешние контактные площадки 2. На второй поверхности 7 расположены внутренние контактные площадки 3. Внешние контактные площадки 2 и внутренние контактные площадки 3 могут быть различной формы, например, квадратной. Внешние контактные площадки 2 на первой поверхности 6 пластины 1 расположены аналогично внутренним контактным площадкам 3 на второй поверхности 7. Внешние контактные площадки 2 и внутренние контактные площадки 3 выполнены из материала, проводящего электрический ток, например, из меди. Электрический контакт между соответствующими внешними контактными площадками 2 и внутренними контактными площадками 3 осуществляется при помощи межплощадочного проводника 4. Межплощадочный проводник 4 сформирован отрезком проволоки из проводящего материала, пропущенным через отверстие 5, выполненное в пластине 1 через каждую внешнюю контактную площадку 2 и соответствующую внутреннюю контактную площадку 3, например сверлением. Также отверстие 5 может быть выполнено лучом лазера инфракрасного диапазона (в перечне и далее именуемое - отверстие) в пластине 1, через углубление, вытравленное до второй поверхности 7 во внутренней контактной площадке 3. Каждый межплощадочный проводник 4 герметично соединен с соответствующими внутренней контактной площадкой 3 и внешней контактной площадкой 2 посредством пайки.
Устройство содержит теплоотвод 12. Теплоотвод 12 выполнен по форме пластины. Двум поверхностям теплоотвода 12, которые много больше других поверхностей, в данном контексте присвоены названия внешняя поверхность 16 и внутренняя поверхность 15. Внешняя поверхность 16 теплоотвода 12 может быть выполнена развитой для обеспечения возможности рассеивания тепла. Теплоотвод 12 выполнен из материала, обладающего высокой теплопроводностью, например, из алюминия и его сплавов. Теплоотвод 12 может быть выполнен из нескольких слоев, различающихся по материалу.
Пластина 1, расположенный параллельно ей теплоотвод 12 и заключенная между ними стенка 9 образуют замкнутый герметичный объем. Вторая поверхность 7 (пластины 1) и внутренняя поверхность 15 (теплоотвода 12) обращены внутрь устройства.
Стенка 9 соединена с теплоотводом 12 посредством пайки. Соединение стенки 9 с пластиной 1 выполнено при помощи соединительного участка 19. Соединительный участок 19 представляет собой участок металлизации, выполненный в виде рамки по периметру второй поверхности 7 пластины 1 и обеспечивающий герметичность соединения. Стенка 9 выполнена 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)).
На внутренней поверхности 15 расположена подложка 17, выполненная из диэлектрического материала, например керамики. Подложка 17 выполнена по форме пластины, у которой две большие поверхности, в данном случае, названы третьей поверхностью 10 и четвертой поверхностью 11. На третьей поверхности 10 подложки 17 расположены проводящие области 14. Проводящие области 14 выполнены из материала, проводящего электрический ток, например, из меди. На проводящих областях 14 могут быть размещены силовые элементы. Силовые элементы могут быть закреплены на проводящих областях 14 посредством припоя. Проводящие области 14 могут выполнять функцию электрического сопротивления, в том числе сопротивления, имеющего индуктивную и/или емкостную составляющую. На четвертой поверхности 11 подложки 17 расположен слой металлизации 13, выполненный из проводящего материала, например, из меди. Слой металлизации 13 контактирует с внутренней поверхностью 15 теплоотвода 12.
Проводящие области 14, расположенные на третьей поверхности 10 подложки 17, могут быть соединены между собой вторым проводником 18, обеспечивающим электрическую связь между ними. Второй проводник 18 выполнен из металла, проводящего электрический ток. В частном случае второй проводник 18 выполнен в виде проволоки.
Проводящие области 14 соединены с соответствующим межплощадочным проводником 4. Соединение осуществлено при помощи первого проводника 8, который может быть выполнен в форме пружинки. Первый проводник 8 выполнен из металла, проводящего электрический ток.
Осуществление полезной модели
Полезная модель реализуется следующим образом. На третью поверхность 10 и четвертую поверхность 11 подложки 17, выполненной из керамики, наносят слои медной фольги. Подложку 17, с размещенными на ней слоями меди помещают в специализированную печь, где ее подвергают термообработке. В результате термообработки образуется соединение между керамической подложкой 17 и медным слоем. Слой меди, расположенный на третьей поверхности 10 подложки 17, протравливают, образуя необходимые проводящие области 14. Слой металлизации 13, расположенный на четвертой поверхности 11 подложки 17 оставляют сплошным. Четвертая поверхность 11 подложки 17 и внутренняя поверхность 15 теплоотвода 12 соединяются при помощи пайки. Проводящие области 14, которые требуется соединить между собой, соединяют вторым проводником 18 также при помощи пайки.
Первую поверхность 6 и вторую поверхность 7 пластины 2 металлизируют по той же технологии, что и третью поверхность 10 и четвертую поверхность 11 подложки 17. Слой меди на первой поверхности 6 пластины 1 протравливают, не затрагивая области меди требуемой формы, которые образуют внешние контактные площадки 2. По той же технологии на второй поверхности 7 выполняют внутренние контактные площадки 3. По периметру второй поверхности 7 оставляют участок металлизации в виде рамки, который образует соединительный участок 19. В частом случае на второй поверхности 7 образуют дополнительные проводящие области 14 и/или размещают дополнительные элементы (например, пассивные) с условием отсутствия в них обильного тепловыделения. В пластине 1 через каждую внешнюю контактную площадку 2 и соответствующую внутреннюю контактную площадку 3 выполняют отверстие 5, например сверлением. Отверстие 5 также может быть выполнено лазером. Межплощадочный проводник 4 выполняют из отрезка проволоки, пропущенного через отверстие 5 и соединенного с соответствующими внутренней контактной площадкой 3 и внешней контактной площадкой 2 посредством пайки. Межплощадочный проводник 4 выполнен из материала, проводящего электрический ток, обеспечивая тем самым электрическую связь между внешней контактной площадкой 2 и внутренней контактной площадкой 3.
Проводящие области 14 соединяют с межплощадочным проводником 4 посредством первого проводника 8 при помощи пайки.
Стенку 8 закрепляют на внутренней поверхности 15 теплоотвода 12 посредством пайки. Пластина 1 и стенка 9 соединены между собой соединительным участком 19. Пластину 1 второй поверхностью 7, а именно соединительным участком 19, прикладывают к краю стенки 8 таким образом, что соединительный участок 19 полностью накладывается на край стенки 8. Затем соединение закрепляют при помощи пайки.
Готовое устройство включается в электрическую цепь. Подвод тока к подложке 17 и к расположенным на ней проводящим областям 14 осуществляется через внешнюю проводящую площадку 2, межплощадочный проводник 4, внутреннюю контактную площадку 3 и первый проводник 8. Выделяемое в процессе работы тепло от подложки 17 отводится в окружающее пространство теплоотводом 12.
Таким образом, выполнение устройства указанным методом обеспечивает упрощение конструкции и увеличение поверхности для размещения выводов, за счет установки подложки на теплоотводе.