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Dokumentenidentifikation DE4430022C2 14.08.2003
Titel Elektronisches Bauelement in Kunstharzgehäuse
Anmelder Rohm Co. Ltd., Kyoto, JP
Erfinder Hasegawa, Miki, Kyoto, JP
Vertreter Kador, U., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 80469 München
DE-Anmeldedatum 24.08.1994
DE-Aktenzeichen 4430022
Offenlegungstag 30.03.1995
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 14.08.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.08.2003
IPC-Hauptklasse H01G 2/06
IPC-Nebenklasse H01G 2/10   H01L 23/28   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft elektronische Bauelemente des Typs, der einen elektronischen Baustein (z. B. einen Trockenelektrolyt-Kondensatorbaustein, einen Transistorchip, einen Diodenchip, einen IC-Chip oder dergleichen) enthält, der seinerseits von einem wärmeaushärtenden Kunstharzgehäuse eingeschlossen ist.

Aus der Patentschrift US 5,095,360 A ist ein elektronisches Bauelement bekannt, bei dem in der, der Montagefläche abgewandten Gehäuseseite, zur Vermeidung von Rissbildungen aufgrund mechanischer Spannungen, Rillen eingearbeitet sind.

Die Patentschrift US 5,309,026 A offenbart die Möglichkeit, Gehäusekanten an Bauteilen schräg anzupassen, um zu verhindern, daß von diesen eine Kerbwirkung ausgeht.

Im allgemeinen wird ein elektronisches Bauelement in einem Preßspritzverfahren hergestellt. Genauer wird der elektronische Baustein zusammen mit den Anschlußdrähten zwischen einem Paar von Gießformelementen, die einen Gießhohlraum definieren, eingeklemmt, woraufhin eine bestimmte Menge eines wärmeaushärtenden Kunstharzes (z. B. eines Epoxidharzes) im Fluidzustand unter hohem Druck in den Gießhohlraum eingespritzt wird. Das Kunstharz wird zunächst zum Aushärten erwärmt und dann abgekühlt, um das Endprodukt zu ergeben.

In dem elektronischen Bauelement des Standes der Technik besitzen der elektronische Baustein, die Anschlußleitungen und das Kunstharzgehäuse jeweils verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten. Somit bleibt nach dem Ausführen des obenbeschriebenen Preßspritzverfahrens im Kunstharzgehäuse wegen der unterschiedlichen Wärmeausdehnung zwischen dem elektronischen Baustein, den Anschlußleitungen und dem Kunstharzgehäuse unvermeidlich eine interne mechanische Restspannung zurück.

Da im Gebrauch das elektronische Bauelement wiederholt Wärmebeanspruchungen unterliegt, können die internen mechanischen Restspannungen des Kunstharzgehäuses zu Rissen oder Brüchen führen. Tatsächlich erreicht ein solcher Riß manchmal den elektronischen Baustein, so daß das Kunstharzgehäuse keinen ausreichenden Schutz für den möglicherweise sehr empfindlichen elektronischen Baustein bildet. Beispielsweise kann dann durch den Riß von außen Feuchtigkeit zum elektronischen Baustein vordringen und das empfindliche Element beschädigen oder verschlechtern.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektronisches Bauelement in einem Kunstharzgehäuse zu schaffen, bei dem der elektronische Baustein wie etwa ein Kondensatorelement oder ein Halbleiterchip vor einer Beschädigung oder Verschlechterung durch Rißbildung zuverlässig geschützt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein elektronisches Bauelement in einem Kunstharzgehäuse, das die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale besitzt.

Die vorliegende Erfindung hat die auf experimentellem Weg gefundene Entdeckung zur Grundlage, daß die internen mechanischen Restspannungen des Kunstharzgehäuses beseitigt oder in hohem Maß verringert werden, sobald bei wiederholten Wärmebeanspruchungen ein Riß gebildet worden ist. Dadurch wird das Gehäuse vor einer weiteren Rißbildung bewahrt, die sonst aus den internen mechanischen Restbeanspruchungen resultieren könnten.

In dem erfindungsgemäßen elektronischen Bauelement in einem Kunstharzgehäuse ist ein Abschnitt zur Konzentration mechanischer Spannungen vorgesehen, der eine bestimmte Stelle festlegt, an der sich leicht ein Riß bilden kann, wenn das Kunstharzgehäuse wiederholt Wärmebeanspruchungen unterliegt. Der auf diese Weise gebildete Riß erreicht jedoch wegen der besonderen räumlichen Anordnung des Abschnitts zur Konzentration mechanischer Spannungen den elektronischen Baustein nicht. Daher kann der elektronische Baustein vor einer Beschädigung oder einer Verschlechterung durch einen ihn erreichenden Riß geschützt werden.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben, die sich auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Trockenelektrolyt-Kondensators in einem Kunstharzgehäuse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie III-III in Fig. 1;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines IC-Elements in einem Kunstharzgehäuse gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 eine Schnittansicht längs der Linie V-V in Fig. 4;

Fig. 6 eine Schnittansicht längs der Linie VI-VI in Fig. 4; und

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines Trockenelektrolyt-Kondensators in einem Kunstharzgehäuse gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 1 bis 3 der beiliegenden Zeichnungen zeigen eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der ein Trockenelektrolyt-Kondensator 1 als Beispiel für ein elektronisches Bauelement in einem Kunstharzgehäuse betrachtet wird. Der Kondensator 1 kann beispielsweise ein Tantalkondensator oder ein Aluminiumkondensator sein.

Der Kondensator gemäß der ersten Ausführungsform enthält ein Kondensatorelement 2, das einen Chip 2a und einen Anodendraht 2b enthält, der vom Chip 2a absteht. Der Chip 2a kann beispielsweise eine verdichtete Masse von Tantalpulver sein, wobei dann der Anodendraht 2b ebenfalls aus Tantal hergestellt ist.

Der Kondensator 1 enthält außerdem eine Anodenanschlußleitung 3 (positive Anschlußleitung) sowie eine Katodenanschlußleitung 4 (negative Anschlußleitung), wovon jede die Form einer Metallplatte besitzt. Die Anodenanschlußleitung 3 ist mit dem Anodendraht 2b beispielsweise durch Schweißen elektrisch verbunden. Die Katodenanschlußleitung 4 ist durch Löten oder durch Verwenden eines leitenden Klebstoffs direkt mit dem Chip 2a elektrisch verbunden. Alternativ kann die Katodenanschlußleitung 4 mit dem Chip 2a über eine (nicht gezeigte) Schmelzsicherung elektrisch verbunden sein, die beispielsweise eine Temperatursicherung oder eine Überstromsicherung sein kann.

Das Kondensatorelement 2 ist zusammen mit einem Teil der jeweiligen Anschlußleitung 3, 4 in einem Gehäuse 5 aus einem harten wärmeaushärtenden Kunstharz (z. B. Epoxidharz) eingeschlossen. Der vorstehende Abschnitt einer jeden der Anschlußleitungen 3, 4 ist nach unten und nach innen zur Unterseite 5a (Montagefläche) des Kunstharzgehäuses 5 gebogen, um ihn auf einer Oberfläche einer (nicht gezeigten) gedruckten Schaltungskarte beispielsweise durch Löten einfach montieren zu können.

Gemäß der ersten Ausführungsform besitzt das Kunstharzgehäuse 5 eine Seitenfläche 5b, die mit einer Rille 6 zur Konzentration mechanischer Spannungen versehen ist, welche sich im wesentlichen parallel zur Unterseite 5a des Gehäuses 5 und an diese angrenzend erstreckt. Die Rille 6 kann gleichzeitig mit der Bildung des Gehäuses 5 durch Preßspritzen ausgebildet werden. Alternativ kann die Rille 6 durch Ritzen mit einer Ritzvorrichtung oder einem Messer nach dem Gießen des Gehäuses 5 ausgebildet werden.

Im Gebrauch ist der Kondensator 1 wiederholt Wärmebeanspruchungen unterworfen. Unter solchen Wärmebeanspruchungen konzentrieren sich die internen mechanischen Spannungen, die sich aus dem vorangehenden Gießvorgang des Gehäuses 5 ergeben und die im Gehäuse 5 zurückbleiben, an der Rille 6 zur Konzentration mechanischer Spannungen, wodurch ein bei der Rille 6 beginnender Riß 7 entsteht (siehe Fig. 3). Da sich jedoch die Rille 6 im wesentlichen parallel zur Unterseite 5a des Gehäuses 5 und in deren Nähe erstreckt, kann der Riß 7 das Kondensatorelement 2 nicht erreichen.

Sobald der Riß 7 entstanden ist, werden die internen mechanischen Restspannungen des Kunstharzgehäuses 5 beseitigt oder in hohem Maß verringert. Im Ergebnis unterliegt das Kunstharzgehäuse 5 keiner weiteren Rißbildung, selbst wenn der Kondensator 1 weiterhin wiederholten Wärmebeanspruchungen unterworfen ist. Ferner ruft die Beseitigung der internen mechanischen Restspannungen durch die räumlich bestimmte Bildung des Risses 7 wegen der räumlichen Anordnung der Rille 6 zur Konzentration mechanischer Spannungen keine Beschädigung des Kondensatorbausteins 2 hervor.

Die Fig. 4 bis 6 zeigen eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der ein IC-Element 10 als Beispiel für ein elektronisches Bauelement in einem Kunstharzgehäuse betrachtet wird. Das IC-Element 10 enthält einen Halbleiterchip 11 und mehrere Anschlußleitungen 12, die mit dem Chip 11 über jeweilige Drähte 13 elektrisch verbunden sind.

Der Halbleiterchip 11 ist zusammen mit den jeweiligen inneren Enden der Anschlußleitungen 12 und der Drähte 13 von einem Gehäuse 14 aus einem harten, wärmeaushärtenden Kunstharz (z. B. Epoxidharz) umschlossen. Der vorstehende Abschnitt einer jeden Anschlußleitung 12 ist nach unten und nach außen in einer von der Unterseite 14a (Montagefläche) des Kunstharzgehäuses 14 wegführenden Richtung gebogen, um auf einer Oberfläche einer (nicht gezeigten) gedruckten Schaltungskarte beispielsweise durch Löten einfach montiert werden zu können. Ferner besitzt das Kunstharzgehäuse 14 ein gegenüberliegendes Paar von Seitenflächen 14b, wovon jede mit einer Rille 15 zur Konzentration mechanischer Spannungen versehen ist, die sich jeweils im wesentlichen parallel zur Unterseite 14a des Gehäuses 14 und angrenzend an diese erstreckt.

Im Gebrauch ist das IC-Element 10 wiederholt Wärmebeanspruchungen unterworfen. Unter solchen Wärmebeanspruchungen konzentrieren sich die im Gehäuse 14 verbliebenen internen mechanischen Spannungen auf die einzelnen Rillen 15 zur Konzentration mechanischer Spannungen, wodurch ein bei der Rille 15 beginnender Riß 16 gebildet wird (siehe Fig. 5). Da sich jedoch die Rille 15 im wesentlichen parallel zur Unterseite 14a des Gehäuses 14 und an diese angrenzend erstreckt, kann der Riß 16 den Halbleiterchip 11 nicht erreichen.

Sobald sich der Riß 16 gebildet hat, werden die internen mechanischen Restspannungen des Kunstharzgehäuses 14 beseitigt oder in hohem Maß verringert. Im Ergebnis findet im Kunstharzgehäuse 14 keine weitere Rißbildung statt, selbst wenn das IC-Element 10 weiterhin wiederholten Wärmebeanspruchungen unterworfen ist. Ferner ruft die Beseitigung der internen mechanischen Restspannung durch die bestimmte Ausbildung des Risses wegen der räumlichen Anordnung der einzelnen Rillen 15 zur Konzentration mechanischer Spannungen keinerlei Beschädigung des Halbleiterchips 11 hervor.

Fig. 7 zeigt in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Trockenelektrolyt-Kondensator 1'. Ähnlich wie in der ersten Ausführungsform enthält der Kondensator 1' der dritten Ausführungsform einen Kondensatorbaustein 2, eine Anodenanschlußleitung 3, eine Katodenanschlußleitung 4 sowie ein Kunstharzgehäuse 5. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, daß in das Kunstharzgehäuse unterhalb des Kondensatorbausteins 2 und im wesentlichen parallel zur Unterseite 5a des Kunstharzgehäuses 5 ein Laminat 8 zur Konzentration mechanischer Spannungen eingebettet ist.

Genauer enthält das Laminat 8 zur Konzentration mechanischer Spannungen eine erste Kunstharzplatte 9, die aus dem gleichen Kunstharzmaterial wie das Kunstharzgehäuse 5 hergestellt ist, und eine zweite Kunstharzplatte 10, die aus einem anderen Kunstharzmaterial wie etwa Butadienkautschuk hergestellt und mit der ersten Kunstharzplatte 10 verbunden ist. Somit ist die erste Kunstharzplatte 9 im wesentlichen vollständig in das anschließend gegossene Kunstharzgehäuse 5 integriert, um die Unterseite des Kondensatorbausteins 2 zu schützen, wobei die erste Platte 9 und die zweite Platte 10 unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen.

Im Gebrauch ist der Kondensator 1' wiederholten Wärmebeanspruchungen unterworfen. Unter solchen Wärmebeanspruchungen konzentrieren sich die internen mechanischen Restspannungen des Gehäuses 5 wegen der unterschiedlichen Wärmeausdehnung auf die Grenzfläche zwischen der ersten Platte 9 und der zweiten Platte 10, wodurch eine Trennung zwischen den beiden Platten 9 bzw. 10 hervorgerufen wird und möglicherweise ein Riß gebildet wird, der an der abgetrennten Grenzfläche beginnt.

Sobald die Abtrennung auftritt und/oder ein Riß gebildet wird, werden die internen mechanischen Restspannungen des Kunstharzgehäuses 5 beseitigt oder in hohem Maß verringert. Im Ergebnis tritt im Kunstharzgehäuse 5 keine weitere Rißbildung auf, selbst wenn der Kondensator 1' weiterhin wiederholten Wärmebeanspruchungen unterworfen ist. Ferner ruft die Beseitigung der verbleibenden internen mechanischen Spannungen durch die bestimmte Bildung des Risses wegen der räumlichen Anordnung des Laminats 8 zur Konzentration mechanischer Spannungen keine Beschädigung des Kondensatorbausteins 2 hervor.


Anspruch[de]
  1. 1. Elektronisches Bauelement in Kunstharzgehäuse, mit einem elektronischen Baustein (2, 11), der in einem wärmeaushärtenden Kunstharzgehäuse (5, 14), das eine Montagefläche (5a, 14a) besitzt, eingeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (5, 14) mit wenigstens einem Abschnitt (6, 8) zur Konzentration mechanischer Spannungen versehen ist, der sich im wesentlichen parallel zur Montagefläche (5a, 14a) erstreckt und in einer imaginären Ebene enthalten ist, die zwischen dem elektronischen Baustein (2, 11) und der Montagefläche (5a, 14a) verläuft.
  2. 2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (5) wenigstens eine Seitenfläche (5b) besitzt, die mit einer Rille (6) zur Konzentration mechanischer Spannungen versehen ist, die den Abschnitt zur Konzentration mechanischer Spannungen darstellt und an die Montagefläche (5a) angrenzt.
  3. 3. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (14) ein gegenüberliegendes Paar von Seitenflächen (14b) besitzt, wovon jede mit einer Rille (15) zur Konzentration mechanischer Spannungen versehen ist, die den Abschnitt zur Konzentration mechanischer Spannungen bilden und die an die Montagefläche (14a) angrenzen.
  4. 4. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt zur Konzentration mechanischer Spannungen ein Laminat (8) zur Konzentration mechanischer Spannungen enthält, das in das Gehäuse (5) eingebettet ist, wobei das Laminat (8) eine erste Kunstharzplatte (9), die mit dem elektronischen Baustein (2) in Kontakt gehalten wird und die aus dem gleichen Kunstharzmaterial wie das Gehäuse (5) hergestellt ist, und eine zweite Kunstharzplatte (10) enthält, die an der ersten Kunstharzplatte (9) befestigt ist und die aus einem anderen Kunstharzmaterial hergestellt ist, das sich in bezug auf den Wärmeausdehnungskoeffizienten vom Material der ersten Kunstharzplatte (9) unterscheidet.
  5. 5. Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharzgehäuse (5) und die erste Kunstharzplatte (9) aus Epoxidharz hergestellt sind, während die zweite Kunstharzplatte (10) aus Butadienkautschuk hergestellt ist.






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