DE10223360B4 - Elektronische Schaltung mit SMD-Bauelementen - Google Patents

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Abstract

Elektronische Schaltung (1) mit SMD-Bauelementen (10) auf einem Substrat (50),
– wobei die SMD-Bauelemente (10) zwei Anschlusskontakte (20) aufweisen,
– wobei eine Metallisierung der zwei Anschlusskontakte (20) auf allen möglichen fünf Seiten des SMD-Bauelementes – Ober-, Unter-, Vor-, Rück-, und Stirnseite – aufgebracht ist,
dadurch gekennzeichnet,
– dass wenigstens ein SMD-Bauelement (10) mit einem elektrisch nicht leitenden Kleber (40) auf dem Substrat (50) befestigt ist
– und dass die Anschlusskontakte (20) des SMD-Bauelements (10) über gebondete Drähte (20)
mit weiteren Bauelementen auf dem Substrat (50) verbunden sind.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einer elektronischen Schaltung nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs. Eine derartige Schaltung ist beispielsweise aus der DE 199 43 251 A1 bekannt und umfasst ein Kondensatorbauelement zur Bestückung auf einem Substrat. Das Kondensatorbauelement besteht aus einer oberen und unteren Elektrode, wobei der Bauelementkörper das Dielektrikum bildet. Die untere Elektrode wird leitfähig mit den Leiterbahnen des Substrates verbunden, beispielsweise durch Löten oder Kleben mit leitfähigen Klebern. Die obere Elektrode wird über gebondete Drähte mit weiteren Leiterbahnen verbunden.
  • Eine derartige Schaltung ist ebenso aus der DE 197 35 074 A1 bekannt. Die Leistungsbauelemente werden dort über Bondverbindungen elektrisch kontaktiert, während die passiven Bauelemente ausschließlich über Lotstellen den elektrischen Kontakt herstellen. Diese Verbindungstechnik ist für mechanisch und thermisch wenig belastete Schaltungen völlig ausreichend. Bei größeren Belastungen, beispielsweise Erschütterungen, starken Beschleunigungen oder größeren Temperaturdifferenzen, werden jedoch die Löt- bzw. Klebestellen der Anschlusskontakte stark beansprucht. Insbesondere bei größeren SMD-Bauelementen führt eine derartige Beanspruchung zu einem Versagen der Verbindungsstellen und im Einzelfall zu einem vollständigen Ablösen des Bauelements.
  • Aus der US 6,222,260 B1 ist ein planarer Entkopplungs-Kondensator mit Bond-Pads bekannt, der entweder auf einem oder unterhalb eines Halbleiter-Chips angeordnet ist.
  • Aus der JP 100 70 232 A sind zwei Ausführungsbeispiele für Halbleiterstapel bekannt. In einem ersten Ausführungsbeispiel befinden sich planare Kondensatoren im Stapel, die über Bondverbindungen elektrisch kontaktiert werden. In einem zweiten Ausführungsbeispiel sind auf dem Halbleiterstapel diskrete Kondensatoren, beispielsweise SMD-Kondensatoren der Type 1206, angeordnet, die über Klebe- oder Lötverbindungen elektrisch kontaktiert sind.
  • Um dem entgegen zu wirken, ist es gängige Praxis, bei einer derart starken Belastung auf den Einsatz von großen SMD-Bauelementen zu verzichten und bedrahtete Bauelemente einzusetzen. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die bedrahteten Bauelemente nicht in der SMD-Linie, sondern in einem weiteren Prozess-Schritt bestückt werden müssen.
    •
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, auch bei großen mechanischen oder auch thermischen Belastungen Maßnahmen zu ergreifen, um SMD-Bauelemente in Schaltung verwenden zu können.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Anordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass große und schwere SMD-Bauelemente auch in Schaltungen vorgesehen werden können, die größeren mechanischen oder auch thermischen Belastungen ausgesetzt sind. Durch das elektrisch nicht leitfähige Kleben der gesamten unteren Seite des SMD-Bauelements, wird die Haftung und Scherfestigkeit des Bauelements gegenüber herkömmlicher Verbindungstechnik deutlich erhöht.
  • Weiterentwicklungen der Erfindung und vorteilhafte Ausführungen werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale ermöglicht.
  • Vorteilhaft ist, als elektrisch nicht leitfähigen Kleber einen dauerelastischen Kleber zu verwenden. Durch die dauerhafte Elastizität des Klebers werden unterschiedliche Längenausdehnungen der Bauelemente und des Substrates ausgeglichen. Somit können störende mechanische Spannungen vermieden werden, die sonst häufig, insbesondere bei elektrisch leitfähigen Klebern, zu einem Versagen der Klebestellen führen. Weiterhin werden durch das dauerelastische Verkleben Spannungsrisse der Bauelemente vermieden.
  • Vorteilhaft werden die Anschlusskontakte der SMD-Bauteile zumindest an der Oberfläche in Silber-Palladium ausgeführt.
  • Dieses Material ist standardmäßig für SMD-Bauteile erhältlich, mit dem Vorteil, dass sich eine derartige Oberfläche leicht mit Aluminium oder Golddrähten bonden lässt. Die Bondverbindungen auf einer derartigen Oberfläche zeigen eine langzeitstabile hohe Haft- und Scherfestigkeit. Alternativ können für die Anschlusskontakte auch weitere Materialien vorgesehen sein, wie zum Beispiel Aluminium oder Gold.
  • Vorteilhaft können für die SMD-Bauelemente keramische Bauelemente, insbesondere keramische Kondensatoren, eingesetzt werden, so können die bisher üblichen bedrahteten Folienkondensatoren ersetzt werden. Ein aufwändiges Fixieren der Folienkondensatoren und Verlöten der Anschlussdrähte entfällt. Die Ausführung der Kondensatoren als keramisches SMD-Bauteil ermöglicht eine einfache, schnelle und insbesondere auch automatische Bestückung.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird das Substrat aus Keramik gefertigt. Hierdurch wird ein einheitlicher Aufbau der Schaltung auf einem Trägersubstrat ermöglicht und der Wechsel und Übergang zu verschiedenen Schaltungsträgersubstraten vermieden. Werden weiterhin keramischen Bauelemente auf dem keramischen Substrat aufgebaut, so können aufgrund der gleichartigen Ausdehnungskoeffizienten thermisch eingebrachte mechanische Spannungen vernachlässigt werden.
  • Vorteilhaft können die SMD-Bauelemente als Entstörkondensatoren ausgeführt sein. Hierdurch werden beim Schalten von Endstufen Überspannungen vermieden und elektromagnetische Abstrahlung reduziert. Der Einsatz erfolgt beispielsweise als Entstörkondensator in Generatorreglern oder als Snubber-Kondensator für Leistungsmodule von Endstufen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführung werden die SMD-Bauelemente in der Nähe von Leistungsbauelementen angeordnet. Dies ermöglicht den Aufbau einer sehr kurzen und dem entsprechend niederinduktiven Stromführung.
  • Vorzugsweise wird als Material für die Bonddrähte Gold, Aluminium oder entsprechenden Legierungen eingesetzt. Dies ermöglicht die Verwendung einer Vielzahl handelsüblicher Drähte und den Einsatz gängiger Bondverfahren.
  • Als vorteilhafte Bondverfahren können das Wedge-Wedge-Bonden oder das Ball-Wedge-Bonden eingesetzt werden. Die Verfahren lassen sich automatisieren und ermöglichen so eine schnelle und sichere Kontaktierung der Bauelemente. Ein aufwändiges Temperieren der Bauelemente und des Substrats, wie dies beim Löten notwendig ist, entfällt. Somit lassen sich Arbeitsschritte, Zeit und Kosten einsparen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann das Substrat ohne Leiterbahnen gefertigt werden. Hierdurch wird ein aufwändiges und kostenintensives Aufbringen und Strukturieren von metallischen Schichten auf dem Keramiksubstrat vermieden. Ein derartiges Vorgehen kommt den sogenannten Ein-Chip-Lösungen entgegen, bei denen die gesamte Elektronik auf einem Halbleiterbaustein zusammengefasst ist. Hierbei wird das Elektronik-Bauelement zusammen mit den eventuell notwendigen Kapazitäten auf ein nicht metallisiertes Substrat aufgebracht. Eine derartige Bestückung ist somit relativ einfach und preiswert und mit gut beherrschten Techniken durchführbar.
    •
  • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der einzigen Zeichnung 1 dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • 1 zeigt schematisch die Seitenansicht eines Substrates mit einem erfindungsgemäß aufgebrachten SMD-Bauelement.
  • Beschreibung
  • In 1 wird eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung 1 gezeigt. Die elektronische Schaltung 1 umfasst ein Substrat 50, auf dem ein SMD-Bauelement 10 aufgebracht ist. Zwischen dem SMD-Bauelement 10 und dem Substrat 50 befindet sich ein elektrisch nicht leitender Kleber 40. Die Klebefläche ist ein wenig größer ausgeführt, als die Fläche der Unterseite des SMD-Bauelementes 10. Das SMD-Bauelement 10 weist an zwei Seiten Anschlusskontakte 20 auf. Hierbei ist die Metallisierung der Anschlusskontakte auf allen möglichen fünf Seiten, Ober-, Unter-, Vor- und Rückseite sowie Stirnseite aufgebracht. Auf der Oberseite des SMD-Bauelementes 10 sind an den Anschlusskontakten 20 Drähte 30 zur Kontaktierung weiterer Bauelemente vorgesehen, die hier nicht dargestellt sind. Die Bonddrähte bestehen vorzugsweise aus Gold oder Aluminium und werden mit üblichen Bondverfahren, wie zum Beispiel Wedge-Wedge- oder Ball-Wedge-Bonden, verarbeitet. Müssen größeren Ströme über die Kontakte transportiert werden, so können auch mehrere und/oder dickere Drähte vorgesehen sein. Für höhere Ströme hat sich hier insbesondere das Aluminium-Dickdraht-Bonden bewährt. Die Metallisierung der Anschlusskontakte 20 ist typischerweise für das Löten oder elektrisch leitfähige Kleben optimiert. Ein Bonden dieser Oberfläche ist prinzipiell möglich, die Bondergebnisse lassen sich aber deutlich verbessern, wenn für die Anschlusskontakte 20 Silber-Palladium verwendet wird.
  • Das Kleben des SMD-Bauelementes 10 über die gesamte Unterseite führt zu einer erheblichen Verbesserung der Haft- und Scherfestigkeit der Klebung gegenüber herkömmlicher Verbindungstechnik. Da beim Löten oder Leitkleben nur die Flächen um die Anschlusskontakte 20 genutzt werden, können über die Verbindungsstellen nur geringe Kräfte aufgefangen werden. Beispielsweise können starke Erschütterungen oder Beschleunigungen zu einem Ablösen des Bauelementes führen. Dieser Nachteil wird durch das erfindungsgemäße Vorgehen vermieden. Weitere Kräfte können aufgefangen werden, indem die Klebung dauerelastisch ausgeführt wird. Hierdurch können insbesondere mechanische Spannungen vermindert werden, wie sie zum Beispiel auf Grund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten des Substrates und der Bauelemente entstehen können. Werden für das Substrat und die Bauelemente die gleichen Materialien vorgesehen, zum Beispiel Keramik, so können die thermisch verursachten mechanischen Spannungen weiter reduziert oder gänzlich vermieden werden.
  • Weiterhin sind durch den erfindungsgemäßen Aufbau neue Schaltungsanordnungen möglich. Größere Kapazitäten werden bei mechanisch stark belasteten Aufbauten üblicher Weise nicht in SMD-Technik bereitgestellt, sondern als Folienkondensator auf separaten Schaltungsträgern angeordnet. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist es nun möglich, diese hohen Kapazitäten, wie sie zum Beispiel für Entstörkondensatoren nötig sind, auch in SMD-Technik aufzubauen. Die Verwendung verschiedener Trägersubstrate kann somit entfallen und Schaltungen können einheitlich, zum Beispiel auf einem Keramiksubstrat, aufgebaut werden. Hierdurch ist es möglich, die SMD-Bauelemente, insbesondere Entstörkondensatoren, in die Nähe von Leistungsbauelementen zu bringen. Dies verkürzt wiederum die elektrischen Verbindungen und vermindert die damit einhergehende Induktivität. Durch den Verzicht auf längere Leitungswege wird ein niederinduktiver Aufbau möglich und die EMV-Stabilität weiter verbessert.
  • Weiterhin ist es möglich, bei sogenannten Ein-Chip-Lösungen auf eine Metallisierung und Ausbildung von Leiterbahnen auf dem Substrat vollständig zu verzichten. Dies ermöglicht einen einfachen und wirtschaftlichen Schaltungsaufbau.

Claims (11)

  1. Elektronische Schaltung (1) mit SMD-Bauelementen (10) auf einem Substrat (50), – wobei die SMD-Bauelemente (10) zwei Anschlusskontakte (20) aufweisen, – wobei eine Metallisierung der zwei Anschlusskontakte (20) auf allen möglichen fünf Seiten des SMD-Bauelementes – Ober-, Unter-, Vor-, Rück-, und Stirnseite – aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, – dass wenigstens ein SMD-Bauelement (10) mit einem elektrisch nicht leitenden Kleber (40) auf dem Substrat (50) befestigt ist – und dass die Anschlusskontakte (20) des SMD-Bauelements (10) über gebondete Drähte (20) mit weiteren Bauelementen auf dem Substrat (50) verbunden sind.
  2. Elektronische Schaltung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte untere Seite des SMD-Bauelementes (10) über den elektrisch nicht leitfähigen Kleber (40) mit dem Substrat (50) verbunden ist.
  3. Elektronische Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch nicht leitende Kleber (40) dauerelastisch ist.
  4. Elektronische Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusskontakte (20) der SMD-Bauelemente (10) zumindestens an der Oberfläche aus Silber-Palladium sind.
  5. Elektronische Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die SMD-Bauelemente (10) keramische Kondensatoren sind.
  6. Elektronische Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (50) aus Keramik besteht.
  7. Elektronische Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die SMD-Bauelemente (10) Entstörkondensatoren sind.
  8. Elektronische Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die SMD-Bauelemente (10) in unmittelbarer Nähe von Leistungsbauelementen angeordnet sind.
  9. Elektronische Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu bondenden Drähte (20) aus Aluminium oder Gold sind.
  10. Elektronische Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu bondenden Drähte (20) mit einem Wedge-Wedge-Bond-Verfahren oder Ball-Wedge-Bond-Verfahren gebondet sind.
  11. Elektronische Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (50) ohne Leiterbahnen ausgeführt ist.
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