DE2036461C3 - Keramische Baugruppe mit elektrischen Leitern und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine 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.

Bei der Herstellung keramischer Baugruppen und ähnlicher Verbundstrukturell mit elektrischen Leitern und 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 Leitern her, die auf möglichst einfache Weise unterbrochen werden muß. Es ist bekannt, eine Keramikplatte mit einer aufgedruckten Leiterschicht durch Zerteilen in einzelne Bauelemente zu zerlegen (DT-AS 12 63 126), aber dieses Verfahren dient nicht zum Unterbrechen störender leitender Verbindungen, sondern zum Abtrennen von Einzelschaltungen aus einer Serienschaltung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße keramische Baugruppe zu entwickeln, bei der in mehreren Ebenen elektrische Leiter vorliegen, die für bestimmte Herstellungsschritte der Baugruppe (z.B. Oberflächenüberzüge von bestimmten metallischen Anschlußstellen) miteinander elektrisch leitend verbunden sind, und bei denen nach Durchführung dieses Behandlungsschriues die elektrische Verbindung ganz leicht dauerhaft unterbrochen werden kann, wobei das Ganze nur einen geringen technischen Aufwand erfordern soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, 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 Trenrelement 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 abbrechbarer Trennelement;

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Stirnansicht des Trennelements nach der Erfindung an der in F i g. 1 gezeigten Baugruppe;

F i g. 3 zeigt einen vergrößerten Teilschnitt längs der Linie3-3in Fig. 1;

F i g. 4, 5 und 6 zeigen Teile von drei getrennter

Schichten, aus denen die Baugruppe gemäß Fig. 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;

Fig. 10,11 und 12 zeigen die Schichten, aus denen die Baugruppe gemäß F i g. 9 aufgebaut ist;

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

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

Fig. 15 zeig^{1 e}'^ne gebrannte keramische Baugruppe

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für eine integrierte Schaltung, bei der ein kleiner Ausschnitt weggelassen ist, und die einen Kingrahmen und Polster sowie vierzig seitliche Anschlußk¹ mit daran befestigten Leitungen hat und m 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 25 lung sind Löcher 50 und vorgesehen. Es liegt auf der Hand, daß bei der hier Brechbarkeit der Schicht gezeigten keramischen Baugruppe die drei in F i g. 4, 5
und 6 gezeigten Lagen mit darauf angeordneten
metallischen Mustern einheitlich miteinander verbun-

Baugruppe gemäß Fig. 1 ein großer Teil des das Anschlußmuster 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 aer 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

Mg. 13 zeigt cmc gcuiauiiit ivti aiMUL.n. uaugi ujjpt der fertigen Baugruppe versenkt ist) zum Polster 46 eine gemäß F i g. 1 mit an den Anschlußklemmen befestigten 15 elektrische Kontinuität zu schaffen. Leitungsrahmen; £_{s se}j J₁₀₀J_{1 erW}ähnt, daß die Leitungsmuster dieses

Fig. 16 zeigt eine gebrannte keramische Baugruppe Ausführungsbeispiels nur als Beispiel dienen und daß

'■' ^! auch zahlreiche Abänderungen bei dem Trennelement

chnitl weggelassen ist, und die einen Kingranmen nach der Erfindung nützlich sind. Wahlweise können Polster sowie vierzig seitliche Anschlußklemmen ao eine oder mehrere Anschlüsse (wie Fig. 7 zeigt) an daran befestigten _Leitu.ngen hat und mit einer Teile des leitenden Musters 25 hergestellt sein. F i g. 7

zeigt einen Aufbau, bei dem dem in F i g. 5 gezeigten Leitungsmuster 25 zusätzliche Anschlüsse 30 und 31 hinzugefügt sind. Bei der in F i g. 8 gezeigten Abwand-

¹ 51 vorgesehen, um die

DrecnuaiKcu uti juuv,„ 16 zu verbessern; diese Löcher, Perforationen oder Abschwächungseinschnitte eignen sich zur Verwendung bei stärkeren Keramiken.

metallischen Mustern einheitlich miteinander veroun- die schwerer abzubrechen sind. In Fi g. 7 und 8 sind die den sind, beispielsweise dadurch, daß sie zunächst nach 3° den in F i g. 5 gezeigten Elementen entsprechenden bekannten Verfahren zusammengeformt und dann Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen, gargebrannt wurden. Die Anschlüsse 30 und 31 gemäß Fig. 7 gewährlei-

Diedrei Folien gemäß Fig. 4,5 und 6 und auch die in sten eine elektrische Kontinuität nicht nur zum den Fig. 10, 11 und 12 gezeigten Folien sind Ringrahmen 20 und zum Polster 46, sondern auch zu ungebrannt und schrumpfen noch beim Brennen, was 35 Teilen des leitfähigen Anschlußmusters 25. Eine jedoch in den Zeichnungen nicht besonders dargestellt derartige Anordnung ist für Fälle geeignet, in denen alle ist. Die drei Folien 15, 16 und 17 sind nach bekannten metallischen Oberflächenbereiche elektrisch vereinigt Verfahren je nach Wunsch entweder einzeln oder in sind und die Berührung mit einem derselben ausreicht vielfacher Ausfertigung hergestellt. Die Folie 15 ist mit zum Galvanisieren der ganzen Anordnung. Das ist der einer Kerbe 18 und einer Öffnung 19 versehen, die von 40 Fall, wenn Leitungsrahmen 80 längs der Anschlußklemeinem Ringrahmen 20 mit einer abgewinkelten Zulei- men 40 befestigt sind, wie Fig. 15 zeigt. Ein elektrischer tung 21 umgeben ist, welche einen eingezogenen oder Kontakt mit irgendeinem freiliegenden Teil des schmaleren Bereich 22 und einen abgewinkelten leitfähigen Weges reicht folglich aus, um allen Teilen Bereich 23 umfaßt. Der eingeengte Bereich 22 bildet elektrisches Potential zuzuführen, und dient außerdem gleichsam eine zweidimensionale Venturidüse und engt 45 dazu, statische elektrische Ladungen beim Anbringen die Strömung von Lot vom Ringrahmen 20 weg ein, von Plättchen oder beim Anschließen von Drähten zu wenn ein hier nicht gezeigter Deckel befestigt wird. Die erden. Bei einem Galvanisierungsverfahren ist das Folie 16 ist mit einem Muster aus Leitern 25, einem Galvanisieren des Polsters 46 selbst dann gewährleistet, Anschlußmuster 12 und einer kleinen Kerbe 28 wenn das Polster einer direkten elektrischen Berührung versehen. Das Muster der Leiter 25 bildet Anschluß- 50 nicht ohne weiteres zugänglich ist. Dies ist besonders klemmen 40 und 42 in der zusammengesetzten dann der Fall, wenn ein sehr kleines Polster für ein Baugruppe, wie Fig. 1 zeigt. Das Anschlußnmster 12 ist kleines Plättchen verwendet ist.-Die in Fig. 15 und 16 so angebracht, daß ein Überschuß der Abschirmpaste gezeigten Leitungsrahmen 80 werden üblicherweise über das Ende der Folie 16 hinaus und in die Kerbe 28 nach dem Anbringen und Abdichten des eingeschlossereicht. Dies geht aus dem in Fig.3 gezeigten 55 nen Schaltungsplättchens abgetrennt. Sofern nach dem Querschnitt hervor. Ferner ist wünschenswert, daß auch Elektroplattieren keine Notwendigkeit mehr für eine der abgewinkelte Bereich 23 den Rand der Kerbe 18, elektrische Verbindung zwischen dem Ringrahmen 20 wie bei 27 gezeigt, leicht überlappt, um einen leitfähigen und dem Polster 46 und in alternativen Fällen dem Fleck zu schaffen, der sich bei zusammengesetzter Muster 25 besteht und möglicherweise sogar uner-Baugruppe nach unten erstreckt. Es ist klar, daß das 60 wünscht ist, werden diese Elemente vor Inbetriebnahme Anschlußmuster 12 auch zum Anschluß an andere der Baugruppe durch Unterbrechen der elektrischen

Zuleitungen dienen kann und gegebenenfalls andere " ' '■-" ' u;*r-,,, ,»,irH Hip kleine, einfache

Formen als die hier gezeigten haben kann.

Die Folie 17 ist mit einem Polster 46, einem Leiter 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 sich von der Kerbe 28, so daß bei zusammengesetzter

e'er Baugruppe aurcn umciuicvuv... ~~.

Kontinuität getrennt. Hierzu wird die kleine, einfache Schicht der Folie 16, die das Anschlußmuster !2 trägt, abgebrochen oder anderweitig vernichtet.

Wie aus dem in Fig. 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 ic 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 i<; 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 Schaltungsanordnungen 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 7t vorgesehen, die den Laserstrahl anhalten können. Diese Polster haben keine elektrische Funktion. Die Wirkung des mit Laserstrahl erfolgten Schnitts ist in F i g. 14 dargestellt. Daraus geht hervor, daß der vereinigte keramische Aufbau durchgeschnitten ist, wo kein Schutz durch metallische Schichten vorhanden war.

Fig. 13 zeigt, daß an Stelle der durch die überlappenden Ränder gemäß Fig. 1 bis 6 hergestellten Verbindungen eine Verbindung von der Verlängerung der Leitung 21 durch ein Durchgangsloch 74 zu einem Anschlußstück 72 in F i g. 11 und dann durch ein Durchgangsloch 75 zu einer Abzweigung 73 eines Leiters 47 in F i g. 12 hergestellt ist.

Baugruppeneinheiten, die Abbruchkerben haben und an denen Leitungsrahmen 80 befestigt sind, sind in den Fig. 15 und 16 dargestellt. Fig. 15 zeigt eine Baugruppe mit vierundzwanzig Anschlußstellen gemäß Fig. 1, während Fig. 16 eine Einheit mit vierzig Anschlußklemmen zeigt. Ein kleiner Bereich der obersten Lage ist weggelassen, um die Verbindung von einem Ende des Anschlußmusters 12 zum Leitungsmuster 25, welches an den Leitungsrahmen 80 angeschlossen ist, darzustellen. Eine ähnliche Anordnung an der anderen Seite des Anschlußmusters 12 (ähnlich Fi g. 7) gewährleistet das elektrische Erden aller Teile zum Galvanisieren oder für andere Zwecke.

Es liegt auf der Hand, daß mehrere unwiderrufliche Schaltungsunterbrechungen der oben beschriebenen Art vorgesehen sein können, und daß diese auf einer oder auf jeder von mehreren Schichten vorgesehen sein können oder eine beliebige Anzahl von Schichten in einem vielschichtigen Aufbau umfassen können. Wenn zur Verbindung zwischen den einzelnen Schichten der Baugruppe nicht auf die beschriebenen Überlappungen zurückgegriffen wird, so liegt es im Bereich fachmännischen Könnens, Durchgangslöcher oder Steigleitungen zwischen den verschiedenen Schichten anzuordnen, um eine Verbindung mit dem abbrechbaren Element oder der Trennschicht bzw. Lasche herzustellen, die in F i g. 9 bis 13 gezeigt ist. Gemäß einer Alternativlösung können die Verbindungen auch im Abschirmverfahren getrennt aufgebracht werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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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 unterschiedlichen 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 1 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 ¹Ai der Gesamtstärke der Baugruppe aufweist.

5. Keramische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement (12) der Stärke e^;ner 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 (60) durch Verwendung eines Laserstrahls hergestellt worden sind.

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