DE2036461B2 - Keramische Baugruppe mit elektrischen Leitern und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine keramische Jaugruppe mit elektrischen Leitern und freiliegenden netallischen Flächen, von denen mindestens zwei nur iber ein Trennelement, das ein elektrisch leitfähiges Auster aufweist, elektrisch leitend miteinander verbunlensind.

Bei der Herstellung keramischer Baugruppen und ähnlicher Verbundstrukturen mit elektrischen Leitern jnd Anschlußklemmen in oder an einer keramischen Trägerplatte, die oft aus mehreren Schichten aufgebaut ist, ist es häufig wünschenswert, Klemmen und andere Freiliegende metallische Oberflächen mit einer Metallschicht zu überziehen, die das Anlöten erleichtert. Hierbei stellt aber oftmals die Überzugsschicht eine unerwünschte Verbindung zwischen den einzelnen "^Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße keramische Baugruppe zu entwickeln be. der in mehreren Ebenen elektrische Le.ter vorhegen, die fur bestimmte Herstellungsschritte der Baugruppe (t B. Oberflächenüberzüge von bestimmten metallischen Anschlußstellen) miteinander elektrisch leitend verbunden sinH und bei denen nach Durchführung dieses Behandlungsschrittes die elektrische Verbindung ganz leicht dauerhaft unterbrochen werden kann, wobei das Ganze nur einen geringen technischen Aufwand erfordern soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelost, daß die keramische Baugruppe aus mehreren Schichten aufgebaut ist, daß die über das Trennelement miteinander elektrisch verbundenen metallischen Flächen auf unterschiedlichen Schichten angebracht sind und daß das Trennelement ein leicht abbrechbares keramisches Segment darstellt, das eine dünnere Dicke als die Gesamtstärke der Baugruppe aufweist. Es wird somit gemäß der Erfindung ein abbrechbares Trennelement geschaffen das die Verbindung zwischen elektrischen Leitern herstellt, und das so angeordnet ist. daß es die Herstellung oder spätere Verwendung der Baugruppe nicht beeinträchtigt oder stört. Zur gegebenen Zeit, wenn die vom Segment hergestellte Verbindung unterbrochen werden soll, wird das Segment einfach abgebrochen und somit auf einfachste und ökonomischste Weise die Verbindung unterbrochen. Das Abbrechen kann hierbei durch mechanischen Bruch oder durch ein Abriebverfahren erfolgen, wie beispielsweise durch Schleifen, Sägen oder Sandstrahlbehandlung. Hier liegt der Vorteil darin, daß das an sich aufwendige Abriebverfahren nicht die gesamte Dicke der Baugruppe sondern nur die dünne Abbruchzone abzutragen hat. Vorteilhafte Ausbildungen der keramischen Baugruppe sind Gegenstand der Unteransprüche, die an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.

Bei der erfindungsgemäßen keramischen Baugruppe ist gemäß einer Ausbildung das Trennelement durch Einschnitte von der keramischen Baugruppe als Ganzes teilweise getrennt. Vorzugsweise werden diese Einschnitte durch Verwendung eines Laserstrahls hergestellt der das bereits gebrannte Keramikmaterial durchdringt bis er auf eine Metallschicht stößt, die ihn am weiteren Eindringen in die erfindungsgemäße keramische Baugruppe hindert. Diese somit verbleibenden Materialbrücken stellen die Verbindung von Baugruppe und Segment her und stellen die erfindungsgemäße Bruchstelle dar.

Die Erfindung wird an Hand der folgenden schematischen Zeichnungen noch näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine gebrannte keramische Baugruppe für eine integrierte Schaltung mit einem abbrechbaren Trennelement;

F i g. 2 zeigt eine vergrößerte Stirnansicht des Trennelements nach der Erfindung an der in Fig. gezeigten Baugruppe;

F i g. 3 zeigt einen vergrößerten Teilschnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 1;

Fig.4, 5 und 6 zeigen Teile von drei getrennten

Schichten, aus denen die Baugruppe gemäß F i g. 1 aufgebaut ist;

F i g. 7 und 8 zeigen abgewandelte Ausführungsbeispiele der in F i g. 5 dargestellten Schicht:

F i g. 9 zeigt eine Baugruppe mit einem abgewandelten, abbrechbaren Trennelement;

F i g. 10,11 und 12 zeigen die Schichten, aus denen die Baugruppe g^mäß r i g. 9 aufgebaut ist;

Fig. 13 zeigt einen vergrößerten Querschnitt durch die Baugruppe gemäß F i g. 9 längs der Linie 13-13;

Fig. H zeigt eine» vergrößerten Querschnitt durch die Baugruppe gemäß Fig.9 längs der Linie 14-14, längs der ein Schnitt 60 mit Laserstrahl erfolgt ist;

Fig. 15 zeigt eine gebrannte keramische Baugruppe gemäß F i g. 1 mit an den Anschlußklemmen befestigten Leitungsrahmen;

Fig. 16 zeigt eine gebrannte keramische Baugruppe für eine integrierte Schaltung, bei der ein kleiner Ausschnitt weggelassen ist, und die einen Ringrahmen und Polster sowie vierzig seitliche Anschlußklemmen mit daran befestigten Leitungen hat und mit einer Abbruchkerbe nach der Erfindung versehen ist.

In der in Fig. 2 und 3 im einzelnen dargestellten Abbruchkerbe 10 ist eine abbrechbare, einfache Schicht 12 mit einem darauf befindlichen Anschlußmuster ^5 vorgesehen. Es liegt auf der Hand, daß bei der hier gezeigten keramischen Baugruppe die drei in F i g. 4. 5 und 6 gezeigten Lagen mit darauf angeordneten metallischen Mustern einheitlich miteinander verbunden sind, beispielsweise dadurch, daß sie zunächst nach bekannten Verfahren zusammengeformt und dann gargebrannt wurden.

Die drei Folien gemäß F i g. 4,5 und 6 und auch die in den Fig. 10, 11 und 12 gezeigten Folien sind ungebrannt und schrumpfen noch beim Brennen, was jedoch in den Zeichnungen nicht besonders dargestellt ist. Die drei Folien 15, 16 und 17 sind nach bekannten Verfahren je nach Wunsch entweder einzeln oder in vielfacher Ausfertigung hergestellt. Die Folie 15 ist mit einer Kerbe 18 und einer öffnung 19 versehen, die von einem Ringrahmen 20 mit einer abgewinkelten Zuleitung 21 umgeben ist. welche einen eingezogenen oder schmaleren Bereich 22 und einen abgewinkelten Bereich 23 umfaßt. Der eingeengte Bereich 22 bildet gleichsam eine zweidimensionale Venturidüse und engt die Strömung von Lot vom Ringrahmen 20 weg ein. wenn ein hier nicht gezeigter Deckel befestigt wird. Die Folie 16 ist mit einem Muster aus Leitern 25. einem Anschlußmuster 12 und einer kleinen Kerbe 28 versehen. Das Muster der Leiter 25 bildet Anschlußklemmen 40 und 42 in der zusammengesetzten Baugruppe, wie F i g. 1 zeigt. Das Anschlußmuster 12 ist so angebracht, daß ein Überschuß der Abschirmpaste über das Ende der Folie 16 hinaus und in die Kerbe 28 reicht. Dies geht aus dem in Fig. 3 gezeigten Querschnitt hervor. Ferner ist wünschenswert, daß auch der abgewinkelte Bereich 23 den Rand der Kerbe 18, wie bei 27 gezeigt, leicht überlappt, um einen leitfähigen Fleck zu schaffen, der sich bei zusammengesetzter Baugruppe nach unten erstreckt. Es ist klar, daß das Anschlußmuster 12 auch zum Anschluß an andere Zuleitungen dienen kann und gegebenenfalls andere Formen als die hier gezeigten haben kann.

Die Folie 17 ist mit einem Polster 46, einem Leiter 47 und einer Kerbe 48 ausgebildet. Aus den Zeichnungen geht hervor, daß die Kerben 18 und 48 im wesentlichen den gleichen Umriß haben. Allerdings unterscheiden sie sirh von der Kerbe 28, so daß bei zusammengesetzter Baugruppe gemäß Fig. 1 ein großer Teil des das Ansch'iußmuster 12 tragenden Bereichs der Folie 16 als einzige Schicht des vielschichtigen Aufbaus freiliegt. Dadurch, daß das Anschlußmuster 12 in die Kerbe 28 hineinreicht steht es mit dem Leiter 47 in Verbindung, und der Überhang 27 des abgewinkelten Bereichs 23 auf der Folie 15 berührt das Muster 12 von oben. Diese Überschußmengen an Metallisierungspaste (z. B. Wolfram. Molybdän, Mangan oder Edelmetalle) reichen aus. um vom Ringrahmen 20 über die Leitung 21 (einschließlich der eingeengten Stelle 22. des abgewinkelten Bereichs 23 und des überlappenden Bereichs 27) zum Anschlußmuster 12 und über den Leiter 47 (der in der fertigen Baugruppe versenkt ist) zum Polster 46 eine elektrische Kontinuität zu schaffen.

Es sei noch erwähnt, daß die Leitungsmuster dieses Ausführungsbeispiels nur als Beispiel dienen und daß auch zahlreiche Abänderungen bei dem Trennelement nach der Erfindung nützlich sind. Wahlweise können eine oder mehrere Anschlüsse (wie F i g. 7 zeigt) an Teile des leitenden Musters 25 hergestellt sein. F i g. 7 zeigt einen Aufbau, bei dem dem in F i g. 5 gezeigten Leitungfmuster 25 zusätzliche Anschlüsse 30 und 31 hinzugefügt sind. Bei der in F i g. 8 gezeigten Abwandlung sind Löcher 50 und 51 vorgesehen, um die Brechbarkeit der Schicht 16 zu verbessern; diese Löcher. Perforationen oder Abschwächungseinschniue eignen sich zur Verwendung bei stärkeren Keramiken, die schwerer abzubrechen sind. In F i g. 7 und 8 sind die den in Fig. 5 gezeigten Elementen entsprechenden Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Anschlüsse 30 und 31 gemäß Fig. 7 gewährleisten eine elektrische Kontinuität nicht nur zum Ringrahmen 20 und zum Polster 46. sondern auch zu Teilen des leitfähigen Anschlußmusiers 25. Eine derartige Anordnung ist für Fälle geeignet, in denen alle metallischen Oberflächenbereiche elektrisch vereinigt sind und die Berührung mit einem derselben ausreicht zum Galvanisieren der ganzen Anordnung. Das ist der Fall, wer.n Leitungsrahmen 80 längs der Anschlußklemmen 40 befestigt sind, wie Fig. 15 zeigt. Ein elektrischer Kontakt mit irgendeinem freiliegenden Teil des leitfähigen Weges reicht folglich aus. um allen Teilen elektrisches Potential zuzuführen, und dient außerdem dazu, statische elektrische Ladungen beim Anbringen von Plättchen oder beim Anschließen von Drähten zu erden. Bei einem Galvanisierungsverfahren ist das Galvanisieren des Polsters 46 selbst dann gewährleistet, wenn das Polster einer direkten eleKtrischen Berührung nicht ohne weiteres zugänglich ist Dies ist besonders dann der Fall, wenn ein sehr kleines Polster für ein kleines Plättchen verwendet ist.· Die in F i ε. 15 und 16 gezeigten Leitungsrahmen 80 werden üblicherweise nach dem Anbringen und Abdichten des eingeschlossenen Schaltungsplättchens abgetrennt. Sofern nach dem Elektroplattieren keine Notwendigkeit mehr für eine elektrische Verbindung zwischen dem Ringrahmen 20 und dem Polster 46 und in alternativen Fällen dem Muster 25 besteht und möglicherweise sogar unerwünscht ist. werden diese Elemente vor Inbetriebnahme der Baugruppe durch Unterbrechen der elektrischen Kontinuität getrennt. Hierzu wird die kleine, einfache Schicht der Folie 16. die das Anschlußmuster 12 trägt, abgebrochen oder anderweitig vernichtet.

Wie aus dem in F i g. 3 gezeigten Querschnitt zu entnehmen ist, ist die Folie 17 etwa zweimal so stark wie Folie 15 oder 16. Es ist zweckmäßig, wenn auch nicht unbedingt nötig, daß die abbrechbare Schicht nicht

stärker ist als irgendeine der anderen Schichten und vorzugsweise dünner als einem Drittel der Gesamtstärke der vielschichtigen Baugruppe entspricht, in die die abbrechbare Schicht eingebettet ist. Wie bereits erwähnt, können Einschnitte, Löcher, Perforationen und andere Mittel vorgesehen sein, um das Abbrechen zu erleichtern.

Die einzelnen Lagen sind vorzugsweise unter Verwendung lederartiger, ungebrannter Folien gemäß dem US-Patent 29 66 719 hergestellt, und Leiter und Anschlußmuster sind im Abschirmverfahren unter Verwendung einer metallischen Auftragsmasse aufgebracht, wie sie in Anwendungsfällen üblich ist, in denen das Metall dem Brennen der Keramik standhält. Besonders nützlich sind Keramiken, die mindestens 80%, vorzugsweise mindestens 90 und bis zu im wesentlichen 100% Aluminiumoxid enthalten. Für die Leiter geeignete Metalle sind beispielsweise Wolfram, Molybdän, Mangan, Platin oder Palladium.

Es ist offensichtlich, daß auch andere Abwandlungen im Rahmen der Erfindung für das Unterbrechen von Schaltungsanqrdnungen durch abbrechbare Elemente möglich sind.

F i g. 9 bis 13 zeigen ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel, bei dem eine Baugruppe mit im wesentlichen den gleichen Kontakten und Anschlußklemmen wie bei dem in F i g. 1 bis 8 gezeigten Ausführungsbeispiel dargestellt ist, und für einander entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet sind. In den F i g. 10, 11 und 12 sind die Schichten mit 65, 66 und 67 bezeichnet. Die Baugruppe gemäß Fig.9 wird längs eines Endes entlang einer Schnittlinie 60 abgebrochen. Diese Linie kann nach verschiedenen Verfahren vorgesehen werden. So, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist, soll sie durch einen Laserstrahl eingeschnitten werden, wenn die fertige Baugruppe gebrannt ist Aus diesem Grund sind reflektierende, metallische Polster 70 und 71 vorgesehen, die den Laserstrahl anhalten können. Diese Polster haben keine elektrische Funktion. Die Wirkung des mit Laserstrahl erfolgten Schnitts ist in Fig. 14 dargestellt. Daraus geh hervor, daß der vereinigte keramische Aufbau durchge schnitten ist, wo kein Schutz durch metallisch« Schichten vorhanden war.

Fig. 13 zeigt, daß an Stelle der durch die überlappenden Ränder gemäß Fig. 1 bis 6 hergestell ten Verbindungen eine Verbindung von der Verlange rung der Leitung 21 durch ein Durchgangsloch 74 zi einem Anschlußstück 72 in F i g. 11 und dann durch eir

ίο Durchgangsloch 75 zu einer Abzweigung 73 eine: Leiters 47 in F i g. 12 hergestellt ist.

Baugruppeneinheiten, die Abbruchkerben haben unc an denen Leitungsrahmen 80 befestigt sind, sind in der Fig. 15 und 16dargestellt. Fig. 15 zeigt eine Baugrup pe mit vierundzwanzig Anschlußstellen gemäß Fig. 1 während Fig. 16 eine Einheit mit vierzig Anschluß klemmen zeigt Ein kleiner Bereich der obersten Lage ist weggelassen, um die Verbindung von einem Ende de; Anschlußmusters 12 zum Leitungsmuster 25, welches ar den Leitungsrahmen 80 angeschlossen ist, darzustellen Eine ähnliche Anordnung an der anderen Seite de: Anschlußmusters 12 (ähnlich Fig. 7) gewährleistet da; elektrische Erden aller Teile zum Galvanisieren oder füi andere Zwecke.

Es liegt auf der Hand, daß mehrere unwiderruflichf Schaltungsunterbrechungen der oben beschriebener Art vorgesehen sein können, und daß diese auf eine! oder auf jeder von mehreren Schichten vorgesehen seir können oder eine beliebige Anzahl von Schichten ir einem vielschichtigen Aufbau umfassen können. Wenr zur Verbindung zwischen den einzelnen Schichten dei Baugruppe nicht auf die beschriebenen Überlappunger zurückgegriffen wird, so liegt es im Bereich fachmänni sehen Könnens, Durchgangslöcher oder Steigleitunger zwischen den verschiedenen Schichten anzuordnen, urr eine Verbindung mit dem abbrechbaren Element odei der Trennschicht bzw. Lasche herzustellen, die in Fig.? bis 13 gezeigt ist Gemäß einer Alternativlösung könner die Verbindungen auch im Abschirmverfahren getrenn aufgebracht werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Keramische Baugruppe mit elektrischen Leitern und freiliegenden metallischen Flächen, von denen mindestens zwei nur über ein Trennelement, das ein elektrisch leitfähiges Muster aufweist, elektrisch leitend miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die keramische Baugruppe aus mehreren Schichten (15,16,17; 65,66,67) aufgebaut ist, daß die über das Trennelement (12) miteinander elektrisch verbundenen metallischen Flächen (27, 47; 27, 25, 47; 21, 72, 73) auf unterschiedüchen Schichten (15,17; 15,16,17; 65,66, 67) angebracht sind, und daß das Trennelement (12) ein leicht abbrechbares keramisches Segment darstellt, das eine dünnere Dicke als die Gesamtstärke der Baugruppe aufweist.

2. Keramische Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Flächen aller Schichten (15, 16, 17; 65,66,67) durch das Trennelement (12) miteinander elektrisch verbunden sind.

3. Keramische Baugruppe nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement (12) durch Einschnitte (60) oder Perforationen (50, 51) von der keramischen Baugruppe als Ganzes teilweise getrennt ist.

4. Keramische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement (12) eine Stärke von weniger als '/3 der Gesamtstärke der Baugruppe aufweist.

5. Keramische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement (12) der Stärke einer einzigen Schicht (16; 66) des vielschichtigen Aufbaus der Baugruppe entspricht.

6. Keramische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik mindestens 80% Aluminiumoxid enthält.

7. Keramische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige Muster (12; 72) des Trennelementes (12) Wolfram, Molybdän, Mangan, Palladium oder Platin aufweist.

8. Keramische Baugruppe nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnitte ('5O) durch Verwendung eines Laserstrahls hergestellt worden sind.

50 Leitern her, die auf möglichst einfache Weise unterbrochen werden muß. Es ist bekannt, eine Keramikplatte mit einer aufgedruckten Leiterschichtdurch. Zerteilerim »inzelne Bauelemente zu zerlegen _VDT-AS !2 6j 126). aber dieses Verfahren dient nicht zum Unterbrechen störender leitender Verbindungen, sondern zum Abtrennen von Einzelschaltungen aus einer Senenschal-