Sensible Elektronik braucht die richtige Hülle
Bei Dichtigkeit und Zuverlässigkeit sind Glas/Keramik-Metall-Gehäuse unschlagbar, deshalb werden sie seit gut zwei Jahrzehnten auch in Flugzeugen eingesetzt, etwa für Sensoren oder zur Datenübertragung mittels Optoelektronik. Dennoch werden die Fähigkeiten und Möglichkeiten der Glas/Keramik-Metall-Gehäuse Verbindungen häufig noch unterschätzt, weswegen nach wie vor elektronische Bauteile in Kunststoff verpackt werden. Ein vermeidbares Risiko.Sensoren, Minicomputer, Airbagzünder – moderne Autos sind gespickt mit Elektronikbauteilen. Weil sie oft unter härtesten Bedingungen ihre Arbeit verrichten – zum Beispiel als Temperaturfühler in der Ölwanne – müssen sie hermetisch dicht sein. Die perfekte Verpackung sind so genannte Glas-Metall-Gehäuse: Der Elektronikchip oder der Sensor sind in einem Metallgehäuse gekapselt, aus dem mehrere, manchmal sogar einige Dutzend Anschlussdrähte nach außen führen und den Datenaustausch und die Stromversorgung herstellen. Die Anschlüsse dürfen das Gehäuse nicht berühren, sonst kommt es zum Kurzschluss, dennoch muss die Durchführung absolut dicht sein – auch unter Hitze oder hohem Druck. Glas- bzw. Keramik-Metall Einschmelzverbindungen, sorgen für elektrische Isolierung und Abschottung der Elektronik von der Umgebung.
Bei Dichtigkeit und Zuverlässigkeit sind Glas/Keramik-Metall-Gehäuse unschlagbar, deshalb werden sie seit gut zwei Jahrzehnten auch in Flugzeugen eingesetzt, etwa für Sensoren oder zur Datenübertragung mittels Optoelektronik. Dennoch werden die Fähigkeiten und Möglichkeiten der Glas/Keramik-Metall-Gehäuse Verbindungen häufig noch unterschätzt, weswegen nach wie vor elektronische Bauteile in Kunststoff verpackt werden. Doch sowohl auf der Straße als auch in der Luft zeigt sich, dass Glas-Metall-Gehäuse Vorteile gegenüber Kunststoffgehäuse haben.
Kunststoffgehäuse sind auf Dauer nicht wirklich hermetisch dicht, weil sich mit der Zeit durch Alterung Risse bilden und Luft und Feuchtigkeit eindringen können. Selbst bei Bauteilen, die nur dem Komfort dienen, sind solche Ausfälle ggf. kostenintensiv und insbesondere auch für Fluggäste ärgerlich – etwa bei den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlern, die hohe elektrische Spannungen in niedrige Spannungen wandeln und in immer größerer Zahl in der Kabine zum Einsatz kommen, zum Beispiel in der elektrischen Sitzverstellung. Nicht akzeptabel ist ein Ausfall, wenn es um die Sicherheit der Passagiere geht.
Neuralgische Stellen im Flugzeug sind Näherungssensoren, die zum Beispiel eine Schließfunktion überwachen. Diese Sensoren signalisieren, ob die Kabinentüren geschlossen sind oder ob das Fahrwerk ausgefahren ist. Fehlfunktionen von solchen Sensoren, die nur wenige Euro kosten, sind eine häufige Ursache für Flugverspätungen und können hohe Folgekosten nach sich ziehen. Die Bauteile sollten deshalb ihre Aufgabe ohne Fehler und Austausch über die gesamte Lebensdauer des Flugzeugs verrichten. Schott Electronic Packaging, Marktführer bei hermetischen Gehäusen und ein Geschäftsbereich des Technologiekonzerns Schott AG, verfolgt in der Produktion eine Null-Fehler -Strategie, die Bauteile sind nach strengen Standards zertifiziert.
Wie hoch der Qualitätsstandard ist, beweisen diese Zahlen: Schott garantiert eine Leckrate von 10-8 Millibar*Liter pro Sekunde, in der Regel erreichen die Glas/Keramik-Metall-Verpackungen sogar Werte von 10-11 Millibar*Liter pro Sekunde. Auch extreme Temperaturen machen den Gehäusen nichts aus – sie werden im Labor Temperaturschocks von -65 bis +150 Grad Celsius und Drücken bis 4500 bar ausgesetzt. Sonderausführungen mit ausgewählten Metallsorten haben sich bis Temperaturen von -270 bis +450 Grad Celsius bewährt. Für Kunststoff- oder Epoxidgehäuse sind diese Eigenschaften unerreichbar.
Außer Sensoren, Relais und optoelektronischen Komponenten dichten Glas/Keramik-Metall-Durchführungen auch Behälter ab, die Gas oder Flüssigkeiten enthalten – im Flugzeug zum Beispiel Tanks für Treibstoff oder Hydrauliköl. Durch die Glasdichtung führen dann Kabel, die hohe Ströme leiten und Pumpen antreiben, die in der Flüssigkeit oder im Gas schwimmen.
Weitere Einsatzmöglichkeiten in Flugzeugen zeichnen sich ab. So nutzen die Flugzeugbauer vermehrt die Datenübertragung via Glasfaser, etwa um Diagnosedaten ins Cockpit zu übermitteln. Das spart Gewicht und erlaubt höhere Übertragungsgeschwindigkeiten. Hinzu kommt, dass auch die Passagiere in der Economy-Klasse immer häufiger ein individuelles Unterhaltungsprogramm mit eigenem Bildschirm genießen können, was die Datenmenge noch einmal drastisch erhöht. Das erfordert zuverlässige optoelektronische Komponenten. Glas/Keramik-Metall-Gehäuse bieten aufgrund des hohen Metallanteils am Gehäuse eine hervorragende Abschirmung gegen elektromagentische Störungen. Kunststoffgehäsue benötigen zum Erreichen dieser Eigenschaften in der Regel eine zusätzliche Einhausung. Zudem bieten die Gehäuse eine hohe Feuerbeständigkeit und setzen im Brandfalle keine toxischen Gase frei – eine wichtige Anforderung in der Flugzeugindustrie. Schließlich lassen sich mit Leichtmetallen wie Aluminium oder Titanium erhebliche Gewichtsreduzierungen realisieren.
- Bernd Müller -
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