DE1616235B1

DE1616235B1 - Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Durchgangsverbindung in einer elektrisch leitenden Platte

Info

Publication number: DE1616235B1
Application number: DE1968B0096449
Authority: DE
Inventors: Howard Lee Parks
Original assignee: Bunker Ramo Corp
Current assignee: Bunker Ramo Corp
Priority date: 1967-02-02
Filing date: 1968-01-31
Publication date: 1971-05-06
Also published as: NL163702C; GB1210321A; JPS4540835B1; FR1553381A; NL163702B; NL6801269A

Description

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Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren Somit wird eine durch die Metallplatte hindurch-

zur Herstellung einer elektrischen Durchgangsver- reichende elektrische Verbindung zusammen mit der bindung in einer elektrisch leitenden Platte, wobei in wannenförmigen Aussparung in der Platte hergestellt, wenigstens einer Plattenoberfläche wannenförmige also in einem einzigen Verfahrensschritt, wodurch Aussparungen hergestellt und mit dielektrischem 5 das bisherige Herstellen von Bohrungen, die danach Material gefüllt werden, auf dem ein elektrischer galvanisiert werden müssen, entfällt. Dies bringt Leiter ausgebildet wird. Bei einem bekannten Ver- eine erhebliche Senkung der Herstellungskosten mit fahren zur Herstellung von Planarkoaxialschaltungen sich. Des weiteren kann der in der wannenförmigen werden die wannenförmigen Aussparungen durch Aussparung stehengelassene und einer Insel ähnelnde Fräsen oder Ätzen in den aus elektrisch leitendem ιό Teil' des Plattenmaterials vergleichsweise groß sein, Material bestehenden Plattenoberflächen ausgebil- wodurch die durch die Platte führende elektrische det, mehrere Platten werden dann so aufeinander- Verbindung eine relativ hohe Festigkeit und einen geschichtet und miteinander verbunden, daß die guten elektrischen Kontaktschluß erhält. Der in der wannenförmigen Aussparungen einen von elektrisch wannenförmigen Aussparung verbleibende Materialleitendem Material umgebenen Hohlraum bilden, der 15 teil und das Plattenmaterial bestehen also aus dem mit einem Dielektrikum ausgefüllt wird, auf das ein gleichen Grundmaterial, beispielsweise aus Aluelektrischer, streifenförmiger Leiter aufgebracht wird, minium, Kupfer, Magnesium und niedrig legiertem der gegenüber dem umgebenden, leitenden Material Stahl.

elektrisch isoliert ist. Daraufhin werden das Dielek- Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, nicht nur

trikum und der hierdurch isolierte, streifenförmige 20 die erste, sondern auch die zweite wannenförmige Leiter durchbohrt, und die gesamte Innenfläche der Aussparung mit einem dielektrischen Material zu Bohrung wird in einem Galvanisierungsprozeß mit füllen, wobei beide wannenförmige Aussparungen A einem Metall ausgekleidet. Dieses Verfahren ist sich durch einen Ätzvorgang herstellen lassen, jedoch zeitraubend und kostspielig und letztlich auch Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung

deshalb unvollkommen, weil die durch das Galvani- 25 des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich die .. sieren geschaffene, dünne elektrische Verbindung beiden wannenförmigen Aussparungen so ausbilden, nicht zuverlässig arbeitet, da die Bohrung eine in daß sie in der metallenen Platte einer vorbestimmten bezug auf ihren Durchmesser vergleichsweise große Strecke folgen, in der sich die von dem ersten und Länge aufweist, so daß auf der Bohrungsinnenfläche dem zweiten erhabenen bzw. stehengelassenen Teil keine gleichmäßige Schichtdicke des aufgebrachten 30 gebildete elektrische Durchgangsverbindung in der Metalls erreicht wird. Des weiteren müssen die Nähe des einen Streckenendes befindet, und daß ein galvanisierten Bohrungen besonders gereinigt und dieser Strecke folgender elektrischer Leiter hergeentgratet werden. Ferner wird zum Galvaniseren ein stellt wird, der elektrisch an die Durchgangsverbinanderes Metall verwendet als dasjenige, aus dem die dung angeschlossen und an dem dielektrischen Maleitende Platte besteht, wodurch zwischen den Me- 35 terial befestigt ist, so daß er von der metallenen tallen galvanische Spannungen auftreten können, Platte elektrisch isoliert ist.

die ebenfalls die zuverlässige Arbeitsweise der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an

Schaltplattinen beeinträchtigen. Schließlich ergeben Hand"der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt sich aus der Verwendung zweier verschiedener F i g. 1 eine Drauf sieht auf erfindungsgemäß her-

Metalle auch mechanische Schwierigkeiten in der 40 gesteEte Koaxialschaltkreise, Durchführung des Herstellungsverfahrens, weil die . Fig. IA einen vergrößerten Detailschnitt der beiden Metalle unterschiedliche Wärmedehnungs- Schaltkreise von Fig. 1,

koeffizienten aufweisen, so daß Rißbildung nicht - Fig. 2 eine perspektivische, teilweise geschnittene g ausgeschlossen ist. Die Galvanisierung selbst kann Darstellung übereinander angeordneter Metallplat- * nur dann ohne Nachteil für das Plattenmaterial vor- 45 ten der Koaxialschaltkreise von Fig. 1, genommen werden, wenn die Metallplatte beim Ein- F i g. 3 a bis 3 g verschiedene Teilschnittansichten

tauchen in ein stromloses Metallschmelzbad nicht der Metallplatten, aus denen die Herstellungsschritte angegriffen wird. für die inselförmigen Verbindungsteile ersichtlich

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, dieses be- sind,

kannte Herstellungsverfahren so abzuwandern, daß 50 Fig. 4 eine Schnittansicht eines Metallplattendie angeführten Nachteile vermieden werden und pakets einer erfindungsgemäßen Koaxialschaltung, insbesondere erreiche wird, daß nicht zwei verschie- Fig. 5 eine Schnittansicht längs der Linie 5-5 in

dene Metalle, sondern nur ein Metall zurHerstellung F ig. 4, - ....:...

der Schaltplattine benötigt wird. Fig. 6 eine Schnittansicht längs der Linie 6-6 in

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß 55 Fig..4,

bei der Herstellung der wannenförmigen Ausspa- Fig. 7 eine schematische Ansicht der einzelnen

rangen ein vom Wannenboden bis zu der einen Stufen des Herstellungsverfahrens in einer elektri-Oberfläche der Platte reichender und von der sehen Durchgangsverbihdung und Wanneninnenwand mit Abstand getrennter Teil des F i g. 8 eine perspektivische Teilansicht einer Me-

Plattenmaterials stehengelassen und von dem dann 60 tallplatte, hergestellt mit dem Verfahren nach der iri die wannenförmige Aussparung eingefüllten di- Erfindung. L.. "..-..

elektrischen Material umgeben wird, und daß danach Mit Hilfe des Verfahrens zur Herstellung von

von der anderen Plattenoberfläche aus eine mit der elektrischen Durchgangsverbindungen in elektrisch ersten fluchtende, zweite wannenförmige Aussparung, leitenden Platten sollen geschichtete Planarkoaxialin der an derdemerstenPlattenmaterialteil gegenüber- 65 schaltungen geschaffen werden, wie sie bei 50 in liegenden Stelle wiederum Plattenmaterial stehenge- F i g. 1 schematisch gezeigt sind. Das neuartige lassen wird, so tief eingearbeitet wird, bis der Boden Verfahren kann zur Bearbeitung von Metallplatten der ersten wannenförmigen Aussparung entfernt ist. verschiedenster Konfigurationen dienen. Wie in

Fig. IA gezeigt ist, läßt sich eine Durchgangsver- Wie Fig. 3b zeigt, wird das überstehende dielek-

bindung oder ein Durchgangsleiter 51 in einer Öff- irische Material 91 von der Oberfläche der Platte 87 nung 52 einer Platte 53 anbringen, wobei der Durch- entfernt, so daß das Dielektrikum bei 92 und 93 mit gangsleiter 51 in der Öffnung 52 durch ein Dielektri- der Oberfläche 94 der Insel 90 eine Ebene bildet, kum 54 gehalten wird. 5 Im nächsten Verfahrensschritt wird beispielsweise

Wie F i g. 2 zeigt, kann eine Übertragungsleitung durch Galvanisieren ein Metall oder ein anderes mit einem Innenleiter 55 in der Mitte zweier Vertie- leitendes Material bei 95 auf die gesamte Oberfläche fungen 56 und 57 angebracht sein, die mit einem der Platte 87, einschließlich der Flächen 92 und 93 Dielektrikum 58 und 59 ausgefüllt sind. Es sind also des Dielektrikum 91 sowie auf die Oberfläche 94 Vertiefungen 56 und 57 in den entsprechenden Me- io der Insel 90 und in elektrischem Kontakt mit dieser, tallplatten 60 und 61 vorgeformt. Die Leitungsver- aufgebracht. Ein Teil des Materials oder Metalls 95 bindungen verlaufen von einem Gerät 62 zu den wird dann durch Ätzen selektiv entfernt, so daß ein Planarkoaxialschaltungen bei 63, 64, 65, 66 und 67. Innenleiter 96 für eine Koaxialschaltung entsteht, Wie Fig. IA zeigt, können die Durchgangsverbin- wie Fig. 3d zeigt.

düngen 51 und die Öffnung 52 kreisförmigen Quer- 15 Wie F i g. 3 e zeigt, wird ein elektrisch leitendes schnitt haben. Andererseits kann nach Wunsch eine Bindemittel bei 97, 98 und 99 auf die Metallflächen entsprechende Öffnung, die in Fig. 2 bei 68 darge- aufgebracht. Wenn für den Leiter 96 an einer bestellt ist, auch quadratisch sein. Die Leiterverbin- stimmten, in F i g. 3 e gezeigten Stelle eine durchdung 63 ist also elektrisch mit der nicht dargestellten gehende Erdpotentialverbindung hergestellt werden Durchgangsverbindung in der Öffnung 68 in F i g. 2 20 soll, d. h. eine Verbindung ähnlich der bei 70 aus verbunden. Fig. 2, braucht die Unterseite 87" der Platte 87 an

Ein teilweise hindurchgehender Erdleiter ist mit dieser Stelle nicht bearbeitet zu werden. Wenn jeder Verbindung 64 gekoppelt. Die Kupplung besteht doch eine nicht geerdete, durchgehende Verbindung aus einem Innenleiter 69 der Koaxialschaltung, der hergestellt werden soll, wie F i g. 3 f zeigt, wird die bei 70 mit einem teilweise hindurchgehenden Erd- 25 Unterseite der Platte 87 bei 100 ausgeätzt, so daß leiter verbunden ist. um die Insel 90 ein ringförmiger Zwischenraum ent-

Die Verbindungen 65 und 66 sind ähnlich der Ver- steht, wodurch die Insel 90 von der Platte 87 vollbindung 63. Durch die teilweise abgebrochene Dar- ständig elektrisch isoliert ist. Die so entstandene stellung der Verbindung 66 läßt sich verdeutlichen, Insel ist also ein Durchgangsleiter. Dann kann bei daß bei 71 ein Durchgangsleiter für die Verbindung 30 101 in den ringförmigen Zwischenraum 100 ein Di- 66 vorgesehen ist. Durchgangsleiter 72, 73 und 73' elektrikum eingebracht und ein leitendes Bindemittel sind in den Platten 74, 75 und 61 vorgesehen. Ein auf die Metallflächen bei 102, 103 und 104 aufgekoaxialer Innenleiter ist bei 76 mit den Durch- bracht werden. Dann wird eine zweite Platte 105 gangsleitern 72 und 73 verbunden. Es soll erwähnt hergestellt, wie F i g. 3 g zeigt, und bei 105' mit der werden, daß die Verbindung 67 den Kontakt mit 35 Oberfläche der Platte 87 in mechanischen und/oder dem oberen Ende der Durchgangsverbindung 72 her- elektrischen Kontakt gebracht. Wenn nur der Leiter stellt. In ähnlicher Weise steht die Durchgangsver- 96 und die Durchgangsverbindung 90 geerdet werbindung 73 mit einem koaxialen Innenleiter 77 in den sollen, kann aus der Platte 105' eine teilweise Verbindung. Eine geerdete Durchgangsverbindung hindurchgehende und geerdete Verbindung 106 herist außerdem bei 70 vorgesehen, die mit dem'ko- 40 gestellt werden.

axialen Innenleiter 69 in Verbindung steht. Eine Zur Erläuterung der typischen Form und Kon-

Durchgangsverbindung 79 steht mit dem koaxialen figuration einer wannenförmigen Aussparung zeigt Innenleiter 80 in Verbindung. Eine Durchgangsver- F i g. 8 eine Platte 87' mit einer wannenförmigen bindung 82 ist zwischen den Platten 60 und 61 mit Aussparung und einem inselförmigen DurchgangS-dem Innenleiter 83 verbunden. Eine Durchgangs- 45 leiter 87 b. Wenn der Zwischenraum 100' in der verbindung 84 verbindet den Innenleiter 85 mit Platte 87' ausgeätzt ist, entsteht eine ringförmige einem koaxialen Innenleiter 86. Öffnung, die durch die ganze Platte 87' hindurch-

Das Verfahren, nach dem die Planarkoaxialschalt- reicht. Der inselförmige Durchgangsleiter 87 b würde kreise hergestellt werden, ist in Fig. 3 a bis 3g ge- also aus der Öffnung in der Platte 87' herausfallen, zeigt. Wie Fig. 3a zeigt, wird in einer leitenden 50 wenn das Dielektrikum die Insel87& nicht in der Platte 87 eine langgestreckte Vertiefung oder wan- Öffnung festhalten würde. Das Dielektrikum wurde nenförmige Aussparung geformt, beispielsweise her- in der Darstellung aus F i g. 8 fortgelassen, um die ausgeätzt. Die Breite der wannenförmigen Ausspa- Konfiguration der wannenförmigen Aussparung 87a rung wird durch Seitenflächen 88 und 89 begrenzt, und der Insel 87 & zu verdeutlichen, was jedoch in Fig. 3a nicht dargestellt ist. Die 55 Eine typische Anwendungsmöglichkeit der vor-Länge der in Platte 87 vorgesehenen wannenförmi- liegenden Erfindung ist in Fig. 4 gezeigt. Fig. 4 gen Aussparung kann erheblich größer sein als der enthält die Platten 106,107, 108 und 109. Wie Fig. 5 Durchmesser einer Durchgangsverbindung, wie sie zeigt, kann eine Durchgangsverbindung 110 nach bei 51 in Fig. IA dargestellt ist. In der wannen- Wunsch kreisförmigen Querschnitt haben. Andererförmigen Aussparung bleibt also ein erhabener Teil 60 seits kann, wie Fig. 6 zeigt, eine Durchgangsverbin- oder eine Insel 90, identisch mit Insel 51, zurück. dung 111 auch quadratischen Querschnitt haben. Häufig befindet sich die Insel 90 an dem einen Ende Fig. 7 zeigt die Reihenfolge der nacheinander durchder wannenförmigen Aussparung, jedoch in gewis- zuführenden Verfahrensschritte. Wie bei 112 dargesem Abstand vom Rand der wannenförmigen Aus- stellt ist, wird die Metallplatte durch Beschichten sparung. Mit einem Dielektrikum 91 wird dann die 65 der Oberfläche der Platte mit einem Material, das ganze wannenförmige Aussparung ausgefüllt. Die lichtelektrischen Widerstand aufweist, vorbereitet. Insel 90 ist also nur noch an ihrem unteren Ende Wie 113 zeigt, wird die Platte belichtet, um die mit der Platte verbunden. wannenförmige Aussparung oder Kanäle festzulegen.

Ein Teil jedes Kanals verläuft dann über und um die leitende Insel herum. Wie 114 zeigt, wird die Platte geätzt, so daß die wannenförmigen Aussparungen und Teile der inselförmigen Durchgangsleiter entstehen,

Wie 115 zeigt, werden die wannenförmigen Aussparungen und der Raum um den oberen Abschnitt der Insel mit einem Dielektrikum ausgefüllt. Das überschüssige Dielektrikum wird dann, wie 116 zeigt, entfernt. Ein stromfreies Kupferbad wird bei 117 verwendet, wie 95 aus F i g. 3 c zeigt. Dann wird eine Kupferplatte bei 118 hinzugefügt. Die Platte wird dann bei 119 wieder belichtet, um den koaxialen Innenleiter 96 zu bilden, wie Fig. 3d zeigt. Der Ätzvorgang des vorliegenden Verfahrens ist bei 120 in Fig.7 angegeben.

Wie 121 zeigt, wird die gegenüberliegende Seite der Platte geätzt, um den Innenleiter 90 abzutrennen und zu isolieren, wie Fig. 3f zeigt. Die Metallteile werden dann mit einem Lötmetall beschichtet, wie 122 zeigt.

Vor dem Zusammenfügen wird nach den Verfahrensschritten 123, 124, 125 und 126 eine zweite Platte hergestellt. Es werden sämtliche Verfahrensschritte aus Fig. 7 außer den beiden letzten, 127 und 128, und außer 117, 118, 119 und 120 durchgeführt. Wie 127 zeigt, werden die Metallplatten zusammengepreßt und bei 128 miteinander verschmolzen.

Obwohl im vorstehenden die Platten 60, 61, 74 und 75 als »Metallplatten« bezeichnet wurden, soll erwähnt werden, daß nicht nur Metall, sondern jegliche Art einer leitenden Schicht als Platten verwendet werden kann. Die leitenden Schichten oder Platten können, müssen jedoch nicht, flach sein. Außerdem brauchen die einander gegenüberliegenden Flächen der Platten 60, 61, 74 und 75 nicht unbedingt eben zu sein. Diese Platten können ebenfalls aus einem nicht metallischen, leitenden Material hergestellt werden.

Es soll erwähnt werden, daß das Material der leitenden Schicht nicht nur durch Ätzen, sondern auch auf verschiedene andere Weise geformt wer- · den kann.

Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, daß bei dem vorliegenden Verfahren ein Durchbohren und ein Galvanisieren der Innenflächen der Bohrungen, wie es bei bisherigen Verfahren verwendet wurde, nicht notwendig ist. Durch Fortlassen dieser Verfahrensschritte läßt sich die Planarkoaxialschaltung leichter und mit geringerem Kostenaufwand herstellen. Außerdem lassen sich die Durchgangsverbindungen gleichzeitig mit den wannenförmigen Aussparungen und den übrigen Vertiefungen der Platte herstellen. Die neuartige elektrische Durchgangsverbindung ist im Gegensatz zu den dünnen elektrischen Verbindungen der galvanisierten Bohrungen der bisherigen Verfahren stabil und haltbar. Aus Fig. 8 ist zu ersehen, daß die Durchgangsverbindung 90 einen Grat oder Rand 129 besitzt, 6p wodurch sie in der Platte 87 festgehalten wird. Das ist auch in Fig. 3f angegeben. Planarkoaxialschalrungen der vorliegenden Art verwenden Durchgangsverbindungen, die auf Grund dieses Randes, wie in den F i g. 3 f und 8 gezeigt, an ihrem Platz festgehalten werden.

Es ist ersichtlich, daß das vorgeschlagene Verfahren für eine große Zahl von Metallen verwendbar ist, da die Durchgangsverbindungen aus dem gleichen Material geformt werden, aus dem die Platten bestehen. Hierdurch ist eine höhere Zuverlässigkeit der Verbindungen gewährleistet. Wie in der bisherigen Technik kann auch hier jede beliebige Anzahl Plattenschichten verwendet werden. Ein zusammenhängender Plattenstapel läßt sich durch Pressen, Schweißen oder Verkitten der Durchgangsverbindungen herstellen.

Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß auch teilweise durchgehende Verbindungen hergestellt werden können. Diese Verbindungen können sehr vorteilhaft zur Verbesserung der Signalkennwerte dienen, beispielsweise für eine niedrige Parallelkapazität und für bessere Signalisolierung.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Durchgangsverbindung in einer elektrisch leitenden Platte, wobei in wenigstens einer Plattenoberfläche wannenförmige Aussparungen hergestellt und mit dielektrischem Material gefüllt werden, auf dem ein elektrischer Leiter ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung der wannenförmigen Aussparung (88, 89) ein vom Wännenboden bis zu der einen Oberfläche der Platte (87) reichender und von der Wanneninnenwand mit Abstand getrennter Teil (87 b, 90, 110, 111) des Plattenmaterials stehengelassen und von dem dann in die wannenförmige Aussparung eingefüllten dielektrischen Material (91) umgeben wird, und daß danach von der anderen Plattenoberfläche aus eine mit der ersten fluchtende, zweite wannenförmige Aussparung (100), in der der dem ersten Plattenmaterialteil (87 b, 90, 110, 111) -". gegenüberliegenden Stelle wiederum Plattenmaterial stehengelassen wird, so tief eingearbeitet wird, bis der Boden der ersten wannenförmigen Aussparung (88, 89) entfernt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Wanne (100) ein dielektrisches Material (101) befestigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wannen (88, 89, 100) durch einen Ätzvorgang hergestellt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wannen so ausgebildet werden, daß sie in der Platte (87) einer vorherbestimmten Strecke fol- gen, in der sich die von dem ersten und dem zweiten erhabenen Teil (90) gebildete elektrische Durchgangsverbindung in der Nähe des einen Streckenendes befindet, und daß ein dieser Strecke folgender Leiter (96) erzeugt wird, der elektrisch an die Durchgangsverbindung angeschlossen und an dem dielektrischen Material befestigt ist, so daß er von der Platte (87) elektrisch isoliert ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite elektrisch leitfähige Platte (105) hergestellt wird, die der ersten Platte (87) gleich ist, und daß die beiden Platten so aufeinander befestigt werden, daß die elektrischen Durchgangsverbindungen in elektrischem Kontakt miteinander stehen und dabei von den Platten elektrisch isoliert sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen