DE1272406B - Elektronische Miniaturkombinationseinheit - Google Patents

Elektronische Miniaturkombinationseinheit

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DE1272406B
DE1272406B DEP1272A DE1272406A DE1272406B DE 1272406 B DE1272406 B DE 1272406B DE P1272 A DEP1272 A DE P1272A DE 1272406 A DE1272406 A DE 1272406A DE 1272406 B DE1272406 B DE 1272406B
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Hiroyuki Matsuzaki
Seiichi Tabuchi
Tatsu Tsuboi
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Fujitsu Ltd
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES Mjtw^ PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
H05k
Deutsche Kl.: 21a4-75
P 12 72 406.0-35 (F 47076)
2. September 1965
11. Juli 1968
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Miniaturkombinationseinheit zur Erstellung von Hybridschaltungen, bestehend aus plattenförmigen Trägerelementen mit einer Anzahl von aktiven und passiven Schaltelementen.
Die sich rasch entwickelnde Technik der Elektronenrechner hatte zur Folge, daß verschiedene hybride Miniaturschaltungen vorgeschlagen und in Benutzung genommen wurden, um insbesondere dem Bedarf an hochkomplizierten logischen Schaltungen in gedrängter Bauform Rechnung zu tragen.
Es werden deshalb sehr oft Kleinstbaugruppen in Form von Mikromodulen verwendet. Diese bestehen im allgemeinen (deutsche Auslegeschrift 1162430) aus einem Stapel von Isolierplatten, wie keramischen Material, auf welchen Bauelemente durch Überziehen, Aufdampfen, Bedrucken, Abätzen u. dgl. geformt oder in Form von Plättchen, Pillen od. dgl. aufgebracht werden und die anschließend zusammengelegt, untereinander verdrahtet und in den meisten Fällen vergossen werden. Solche Schaltungen arbeiten relativ zuverlässig, erfordern jedoch Lötverbindungen für die Zusammenschaltung der einzelnen Isolierplatten und müssen meistens nachträglich noch in einem zusätzlichen Arbeitsgang vergossen werden, damit die Bauelemente des Mikromoduls gegen Schmutz und andere Umweltseinflüsse geschützt sind.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte elektronische Miniaturschaltungseinheit zu schaffen, insbesondere eine Hybridenschaltungseinheit, bei welcher die genannten Nachteile herkömmlicher Anordnungen nicht auftreten und bei welcher in einem einzigen Arbeitsgang die Erstellung von elektrischen Querverbindungen und gleichzeitig ihre Abkapselung nach außen hin vorgenommen werden kann.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zwei Trägerelemente vorgesehen sind, von denen das eine schachteiförmig und das andere plattenförmig ausgebildet ist, ferner daß das schachteiförmige Trägerelement die aktiven Schaltungselemente in Form von dünnen Schichtelementen enthält und daß der Rand der beiden Trägerelemente eine Folge von schmelzbaren, abwechslungsweise elektrisch leitfähigen und elektrisch nicht leitfähigen Bereichen aufweist, so daß sich beim Zusammenfügen und thermischen Zusammenschweißen der beiden Trägerelemente zugleich elektrische Verbindungen zwischen den Trägerelementen als auch eine vollkommene Abkapselung der Einheit ergeben.
Durch das automatische Erstellen der Querverbindungen der Miniaturschaltungseinheit ergibt sich Elektronische Miniaturkombinationseinheit
Anmelder:
Fujitsu Limited, Kawasaki-shi, Kanagawa-ken
(Japan)
Vertreter:
Dr.-Ing. E. Hoffmann, Dipl.-Ing. W. Eitle
und Dr. rer. nat. K. Hoffmann, Patentanwälte,
8000 München, Maria-Theresia-Str. 6
Als Erfinder benannt:
Seiichi Tabuchi,
Hiroyuki Matsuzaki,
Tatsu Tsuboi, Kawasaki-shi, Kanagawa-ken
(Japan)
Beanspruchte Priorität:
Japan vom 2. September 1964 (50 143)
neben einem vereinfachten und somit verbilligten Herstellungsverfahren zusätzlich der Vorteil, daß der an der Fertigungsstraße anfallende Ausschuß in sehr starkem Maß verringert wird. Ferner ergibt sich eine ausgezeichnete Abkapselung dieser Miniaturschaltungseinheiten, so daß dieselben gegen Umweltseinflüsse sehr unempfindlich und robust sind.
Der erfindungsgemäße elektronische Miniaturschaltungsaufbau weist zwei Trägerelemente auf, von denen die eine mit einem oder mehreren aktiven Schaltelementen, wie Transistoren, Dioden od. dgl., in Form von Plättchen versehen ist, während auf der anderen Platte ein oder mehrere passive Schaltelemente, wie Widerstände, Kondensatoren u. dgl., in Form von aufgebrachten dünnen Schichten angeordnet sind und beide Trägerelemente zu einem einzigen Bauelement durch Verlöten, Verschmelzen od. dgl. miteinander so vereinigt sind, daß eine flache, vollkommen abgekapselte, elektronische Schaltungseinheit erhalten wird. Erfindungsgemäß dient die letzterwähnte, die passiven Schaltelemente tragende Platte, als Abdeckung für die erstgenannte, mit aktiven Schaltelementen versehene Platte.
In vorteilhafter Weise bestehen die schmelzbaren, elektrisch leitfähigen Bereiche aus einem Lötmittel und die schmelzbaren, elektrisch nicht leitfähigen
809 569/212
3 4
Bereiche aus einem Glasmaterial, wie Vanadiumgles elemente 3, wie Transistoren, Dioden od. dgl., in
oder Glasur. Form von Pillen, Plättchen oder ähnlichen festen
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung Körpern von besonderer, jedoch herkömmlicher Gebesteht darin, daß eine Anzahl streifenförmiger Zu- staltung, die aufgeschmolzen sind. Feine Verbinleitungen vorgesehen sind, die sich von innerhalb der 5 dungsleitungen 4 sind zur elektrischen Verbindung Kombination nach außen erstrecken, und daß diese jedes dieser festen Schaltelemente 3 mit dem benach-Zuleitungen durch Eingießen fest und dichtend inner- barten Leitungsband 2 versehen, wie beispielsweise halb der Wand des schachteiförmigen Trägerelemen- dargestellt. Auf dem Flansch 1 b sind leitende und tes eingebettet sind. schmelzbare Schichten 5 geformt, die je einen Stromin vorteilhafterweise bestehen die streif enfönnigen io leitungsweg bilden, welcher von dem entsprechenden Zuleitungen aus einem Material mit niedrigem leitenden Band 2 ausgeht und sich bis zur obersten Wärmeausdehnungskoeffizienten, so daß an diesen Fläche des Umfangsflansches erstreckt. Wie nachfol-Zuleitungen die aktiven Schaltungselemente in Form gend beschrieben wird, wird die waagerechte Zone an von Pillen oder Plättchen befestigt werden können. der flachen Oberseite des Flansches zum Verschmel-
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung 15 zen der Platten 1 und 11 miteinander verwendet. Der
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Umriß der Platten kann rechteckig, kreisförmig oder
Verbindung mit den Zeichnungen, und zwar zeigt elliptisch sein oder irgendeine andere, den Erforder-
F i g. 1 eine schaubildliche Ansicht einer unteren nissen entsprechende Form haben.
Platte, welche eine Anzahl aktiver Schaltelemente In F i g. 2 ist die zweite oder obere Platte 11 geträgt, 20 zeigt, die vorzugsweise aus dem gleichen Material wie
F i g. 2 ebenfalls eine schaubildliche Ansicht der die erste oder untere Platte 1 besteht. Diese zweite
oberen Platte, welche eine Anzahl passiver Schalt- Platte 11 kann einen oder mehrere Widerstände 12
elemente trägt und zur Vereinigung mit dem unteren und Kondensatoren 13 in Form von dünnen Schichten
Element zu einer Einheit für die Bildung einer hybri- tragen, die auf die Oberseite der Platte und innerhalb
den Schaltung bestimmt ist, 25 besonderer begrenzter Bereiche aufgebracht sind.
F i g. 3 (α) bis Qi) verschiedene Ansichten zur Dar- Die Bildung dieser passiven Schaltelemente 12 und
stellung der Vereinigungsverfahren für die beiden 13 kann in herkömmlicher Weise, z.B. durch Be-
Platten, drucken, Überziehen, Aufdampfen oder andere ähn-
F i g. 4 eine Schnittansicht einer anderen Ausfüh- liehe bekannte Verfahren, geschehen. Mehrere Lei-
rungsform der Erfindung, 30 tungswege, die in der Zeichnung allgemein mit 14 be-
F i g. 5 eine Draufsicht in stark vereinfachter sehe- zeichnet sind, dienen zur elektrischen Verbindung be-
matischer Darstellung der erfindungsgemäßen Anord- stimmter Dünnschicht-Schaltungselemente miteinan-
nung nach einer weiteren Ausführungsform, aus wel- der oder mit leitenden Schichten, ähnlich wie die
eher insbesondere eine andere Anordnung von Grup- Schichten 5, zur Herstellung elektrischer und mecha-
pen von Streifenleitungen ersichtlich ist, und 35 nischer Verbindungen.
Fig. 6 eine Schnittansicht einer weiteren Ausfüh- In Fig. 3 sind mehrere Arten zur Verbindung der
rungsform einer hybriden Schaltung, welche ein unteren und der oberen Platte 1 bzw. 11 dargestellt,
herkömmliches Verfahren zur Vereinigung durch Bei der mit (α) bezeichneten Anordnung ist das
Wärmebehandlung zeigt. obere Element 11 mit der Seite, die in Fig. 2 die
In F i g. 1 bezeichnet 1 eine untere Platte, die aus 40 Oberseite bildet, nach unten so aufgelegt, daß jede einem starren Isoliermaterial, beispielsweise aus leitende Schicht 15 im wesentlichen oder praktisch einem keramischen Material, Glas od. dgl., hergestellt die entsprechende Schicht 5 auf der unteren Platte 1 ist und vorzugsweise einen rechteckigen Grundplat- bedeckt. Diese Schichten können durch eine Legietenteil la mit beispielsweisen Abmessungen von rung mit niedrigem Schmelzpunkt, beispielsweise 6,2 X 6,2 X 1,4 mm und einen mit dem Grundplat- 45 Schmelzmetall, gebildet werden. Ein Element, wie tenteil aus einem Stück bestehenden Umfangsflansch bei 7 dargestellt, dient zur mechanischen Vereinigung Ib aufweist. Es sind zwei Gruppen von Zuleitungen der beiden Platten miteinander und besteht vorzugsvorgesehen, welche beide mit 2 bezeichnet sind und weise aus einem Glasmaterial mit einem niedrigen die Form von metallischen parallelen Streifen oder Schmelzpunkt, wie es herkömmlich für ähnliche Bändern haben, welche bei der Herstellung des EIe- 50 Zwecke verwendet wird. Durch die Verwendung der ments 1, beispielsweise durch Preßformen und Bak- Mittel, wie bei 5, 7 und 15 dargestellt, können die ken, eingegossen worden sind. Die Anordnung der beiden Platten durch Erwärmung sowohl mechanisch Bänder 2 soll vorzugsweise derart sein, daß sie sich als auch elektrisch innig miteinander verbunden von außen durch die imaginäre Randebene zwischen werden.
den beiden Bestandteilen la und Ib in den offenen 55 Bei der schematisch in Fig. 3, (b) gezeigten An-
Innenraum des durch diese Teile gebildeten Gehäuses Ordnung kann die gewünschte Schmelzverbindung im
erstrecken. Wie gezeigt, befinden sich die freien End- wesentlichen in der gleichen Weise wie vorher gestellt
teile der Bänder 2, die sich vom FlanschIb nach werden. Bei der Anordnung nach Fig. 3, (b) ist
innen erstrecken, praktisch in Kontakt mit der Ober- jedoch ein verbindender Metallstreifen 6 a vorge-
fläche der Grundplatte la. Die Zuleitungen 2 sind 60 sehen, der mit einer der Zuleitungen 2 verschmolzen
aus einem gut leitenden Material mit niedrigem oder verschweißt ist. Die beiden Platten 1 und 11
Wärmedehnungskoeffizienten hergestellt, welches bei- werden dann an gesondert vorgesehenen Zonen oder
spielsweise aus einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung Bereichen 5 und 15 mittels des zusätzlichen Streifens
bestehen mag. 6a durch Verschmelzen od. dgl. miteinander verei-
Auf den Oberflächen ausgewählter Zuleitungen 2, 65 nigt. In der Praxis wird jedoch die Zahl der zusätz-
die eine Dicke von beispielsweise 0,1 mm haben und liehen Streifen 6a vorzugsweise entsprechend der
beispielsweise durch einen Abstand von 0,4 mm von- Zahl der bei 5 oder 15 vorgesehenen Verschmelzungs-
einander getrennt sind, befinden sich aktive Schalt- stellen erhöht.
Bei der schematisch in Fig. 3, (c) dargestellten Ausführungsform ist das eine Ende des zusätzlichen Streifens 6 a zurückgebogen, so daß er einen federnden Teil bildet.
Bei der in F i g. 3, (d) dargestellten, abgeänderten Ausführungsform ist jede der Zuleitungen 2 zurückgebogen, wie bei la gezeigt, um ein federndes und leicht verschmelzbares Verbindungsende zu erhalten.
In den Ansichten (e) und (/) von Fig. 3 ist eine bevorzugte und vorteilhafte Ausbildung des Endes vor bzw. nach dem Zurückbiegen dargestellt.
In den schematischen Darstellungen (g) und (h) ist eine weiter abgeänderte Ausführungsform im Längsschnitt bzw. in schaubildlicher Darstellung gezeigt.
Bei der letztgenannten Ausführungsform ist der Flansch Ib, der wie vorangehend beschrieben verwendet wird, um einen kleinen Betrag nach innen verlagert, so daß er in der Draufsicht eine quadratische oder rechteckige Rippe 9 bildet. Ferner ist eine Anzahl zusätzlicher Verbindungsstreifen 6 a vorgesehen, die in der gleichen Weise, wie vorangehend beschrieben, verwendet werden. Im besonderen dienen diese Streifen 6 a zur elektrischen Verbindung der oberen und der unteren Schaltungen. Der Außenumfang der oberen Platte 11 ist so gewählt, daß er demjenigen der unteren Platte entspricht, die in dem vorstehenden Sinn etwas abgeändert ist und mit IA bezeichnet ist. Die rahmenförmige geschlossene Rippe 9 bildet an ihrer Außenseite einen offenen Raum zur Aufnahme einer Klebmasse oder schmelzbaren Masse 8, die in der Zeichnung nur schematisch dargestellt ist.
Beim Zusammenbauen werden die Platten IA und 11 so miteinander zur Überdeckung gebracht, daß jede der leitenden und leicht schmelzbaren Schichten 15, die vorzugsweise aus Lötmaterial bestehen und auf die obere Platte 11 aufgebracht sind, in Kontakt mit dem jeweils entsprechenden Anschluß- bzw. Verbindungsstreifen 6 a gebracht werden. Obwohl die rahmenförmige Rippe als mit der unteren Platte IA zusammengegossen beschrieben ist, kann sie gesondert hergestellt und beispielsweise in eine nicht gezeigte, entsprechend geformte Nut der unteren Platte eingesetzt werden.
Die miteinander vorläufig vereinigten Platten werden dann in einen Heizofen gebracht, der in F i g. 6 nur schematisch durch eine Wicklung 20 dargestellt ist, welche, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, praktisch einen geschlossenen Ring bildet. Während dieses Beheizungsverfahrens werden zwei kühlbare Druckplatten 21a und 21 b verwendet, um einerseits die beiden Platten zusammenzupressen und andererseits eine Überhitzung zu verhindern, wodurch die wärmeempfindlichen Schaltelemente der kombinierten Schaltung aus dem oberen und dem unteren Schaltungsteil, die schematisch dargestellt und mit 14' bzw. 3' bezeichnet sind, gegen Beschädigung geschützt werden. Während dieser Beheizung können elektrisch leitende Verbindungen von Elektroden, die in der kombinierten Schaltung enthalten sind, wirksam hergestellt werden, da hierdurch das verwendete Lötmittel od. dgl. zum Schmelzen gebracht wird. Als Klebmittel oder schmelzendes Verbindungsmittel kann ein Glasmaterial, wie Vanadiumglas, Glasur od. dgl., verwendet werden.
In F i g. 5 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, die in Draufsicht eine rechteckige Form hat, wie bei 25 dargestellt, und mit vier Gruppen von streifenförmigen Zuleitungen 2 versehen ist, die schematisch und in stark vereinfachter Form als einfache gerade Linien dargestellt sind. Diese streifenförmigen Zuleitungen erstrecken sich sowohl in der Längsrichtung als auch seitlich zu der kombinierten Schaltung. Die Befestigung dieser Streifen kann durch Verschmelzen in der vorangehend beschriebenen Weise geschehen.
Eine weiter abgeänderte Ausführungsform der erfindungsgemäßen kombinierten Schaltung ist in F i g. 4 schematisch dargestellt, bei welcher eine stiftartige Verbindungsleitung la mit jeder der Streifenleitungen, die allgemein mit 2 bezeichnet sind, verschmolzen oder verschweißt ist, die sich, wie gezeigt, senkrecht nach oben erstreckt. Vor dem Zusammenbau, jedoch nach dem Verschmelzen oder Verschweißen der Verbindungsleitungen 2 a mit den Streifenleitungen 2 werden diese Verbindungsleitungen mit der unteren Platte Iß gleichzeitig mit dem Preßformen und Backen derselben so eingebettet, daß sie nach oben über die obere ringförmige Fläche des Elementes Iß überstehen. Hierauf wird ein leitendes Material mit einem niedrigen Schmelzpunkt, beispielsweise ein Lötmittel od. dgl., auf den überstehenden oberen Teil jeder der Verbindungsleitungen aufgebracht. Sodann wird eine Masse aus schmelzbarem Glas od. dgl. der vorangehend erwähnten Art der ringförmigen Fläche der unteren Platte zugeführt und schließlich die obere Platte in senkrechter Überdeckung mit der unteren Platte aufgelegt, welch letztere, wie gezeigt, die Form eines offenen Gehäuses hat, so daß die obere Öffnung derselben verschlossen wird und dadurch ein vorläufiger Zusammenbau in Form eines hohlen Gehäuses erhalten wird, das in seinem Inneren die obere und die untere Schaltung, welche in der vorangehend beschriebenen Weise gebildet worden sind, erhalten wird. Anschließend erfolgt die Wärmebehandlung in einem Ofen in ähnlicher Weise wie vorangehend in Verbindung mit F i g. 6 beschrieben. Auf diese Weise wird die gewünschte fertige elektronische Miniaturkombinationseinheit erhalten.

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Elektronische Miniaturkombinationseinheit zur Erstellung von Hybridschaltungen, bestehend aus plattenförmigen Trägerelementen mit einer Anzahl von aktiven und passiven Schaltelementen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Trägerelemente (1, 11) vorgesehen sind, von denen das eine schachteiförmig und das andere plattenförmig ausgebildet ist, ferner daß das schachteiförmige Trägerelement (1) die aktiven Schaltungselemente (3) und das plattenförmige Trägerelement (11) die passiven Schaltungselemente (12, 13) in Form von dünnen Schichtelementen enthält und daß der Rand der beiden Trägerelemente eine Folge von schmelzbaren, abwechslungsweise elektrisch leitfähigen und elektrisch nicht leitfähigen Bereichen aufweist, so daß sich beim Zusammenfügen und thermischen Zusammenschweißen der beiden Trägerelemente (1, 11) zugleich elektrische Verbindungen zwischen den Trägerelementen (1,11) als auch eine vollkommene Abkapselung der Einheit ergeben.
2. Elektronische Miniaturkombinationseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die schmelzbaren, elektrisch leitfähigen Bereiche (5,15) aus einem Lötmittel und die schmelzbaren, elektrisch nicht leitfähigen Bereiche aus einem Glasmaterial, wie Vanadiumglas oder Glasur, bestehen.
3. Elektronische Miniaturkombinationseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl streifenförmiger Zuleitungen (2) vorgesehen sind, die sich von innerhalb der Kombination nach außen erstrecken und daß diese Zuleitungen durch Eingießen fest und dichtend innerhalb der Wand (1 b) des schachteiförmigen Trägerelements (1) eingebettet sind.
4. Elektronische Miniaturkombinationseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die streifenförmigen Zuleitungen (2) aus einem Material mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten, wie Fernico, bestehen und daß an diesen Zuleitungen (2) die aktiven Schaltungselemente (3) in Form von Pillen o'der Plättchen befestigt sind.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1162 430;
»Internationale elektronische Rundschau«, 1964,
Nr.
5, S. 277 bis 284;
G. Seidel, »Gedruckte Schaltungen, Technologie
und Technik«, VEB-Verlag Technik, Berlin, 1959,
S. 44 bis
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
809 569/212 7.68 © Bundesdruckerei Berlin
DEP1272A 1964-09-02 1965-09-02 Elektronische Miniaturkombinationseinheit Pending DE1272406B (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5014364 1964-09-02

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DE1272406B true DE1272406B (de) 1968-07-11

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