DE2146328A1

DE2146328A1 - Leiterplatte

Info

Publication number: DE2146328A1
Application number: DE19712146328
Authority: DE
Inventors: Gabriel Ottawa. R Marcantonio
Original assignee: Microsystems International Ltd., Montreal, Quebec (Kanada)
Priority date: 1970-11-02
Filing date: 1971-09-16
Publication date: 1972-05-10
Also published as: CA911064A; GB1348659A

Description

Dip! Ing. Rudolf Busselmeior

Dipl." Ing. Rolf Carrier 2H6328 5788/01

p η t e Ii t α η ν/ ü 11 ο
f!9Augiburg, Rolilinyoiijtr. 0

Microsystems International Ltd.

800 Dorchester Blvd., W, Montreal, Quebec, Kanada

LEITERPLATTE

Die Erfindung betrifft den Aufbau einer Dünn- oder Dickfilmschaltung, insbesondere die Ausbildung leitender Brücken oder Überkreuzungen über Leiter oder Widerstände der Schaltung. Die Erfindung betrifft insbesondere eine eine Schaltung tragende Leiterplatte, bestehend aus einem elektrisch isolierenden Substrat, ersten, zweiten und dritten leitenden Elementen, die festhaftend auf dem Substrat angeordnet sind, wobei das erste Element angeordnet ißt zwischen dem zweiten und dem dritten Element, und einem isolierenden Dielektrikum, welches über dem ersten leitenden Element aufgebracht ist und einen Überkreuzungsleiter trägt, der zwischen dem zweiten und dritten leitenden Element verläuft und in ohm'schem Kontakt mit ihnen steht.

Es ist schon lange das Bestreben, bei Schaltungen in Dünn- und Dickfilmtechnik es zu ermöglichen, zwischen

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zwei Leitern, die auf einem Substrat haften, leitende Überkreuzungen über anderen Leitern vorzusehen, wobei die Überkreuzungen von den anderen Leitern isoliert sein sollen. Durch derartige Überkreuzungen wird es möglich, die Schaltung kompakter auszuführen als dies zuvor möglich war.

Eine der hierbei entwickelten Techniken bei Überkreuzungen ist in Dickfilmtechnik ausgeführt. Diese Schaltungen werden auch als "Cermet" oder "glasierte Schaltungen" bezeichnet. Bei diesem Aufbau wird eine Schmelze oder Fritte aus in einem Träger verteilten metallischen Partikelchen aufgetragen in einem entsprechenden Muster auf eine Oberfläche des Substrats, welches aus Glas oder Keramik besteht. Die Fritte wird sodann erhitzt, damit sie glasiert und sich mit dem Substrat verbindet. Das Erhitzen findet statt bei einer Temperatur von etwa 1 000° C, damit das Glas in dem Träger über seinen Schmelzpunkt erhitzt werden kann und schmilzt, wenn es abgekühlt wird.

Bei einem Dickfilmauf bau, in welchem zusätzlich Dünnfilmwiders tandselemente vorhanden sind, wie beispielsweise solche aus Tantal, welche in bekannter Weise aufgesprüht oder aufgedampft werden, muß der Erhitzungsvorgang ausgeführt werden, bevor dieses Aufsprühen erfolgt. Falls die Schaltung erhitzt wird, nachdem die in Dünnfilmtechnik ausgeführten Widerstandselemente aufgetragen wurden, werden die Widerstandselemente zerstört.

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Normalerweise wird dieses Verfahren keine Schwierigkeiten mit sich bringen, da das Erhitzen und das Aufsprühen oder Aufdampfen aufeinanderfolgend durchgeführt werden kann. Die Probleme werden jedoch beträchtlich, wenn leitende Überkreuzungen zu erzeugen sind. In diesem Fall wird die in Dickfilmtechnik ausgeführte Leiterplatte in konventioneller Weise mittels Easter erzeugt und sodann erhitzt. Ein isolierendes Dielektrikum, bestehend aus einer Glasmasse, wird sodann an den Kreuzungsstellen bzw. an den überkreuzungspunkten aufgetragen und die gesamte Schaltung nochmals erhitzt. Als letzter Arbeitsgang werden sodann die in Dickfilmtechnik ausgeführten Überkreuzungsleiter aufgebracht und die gesamte Schaltung nochmals erhitzt. Besteht das Erfordernis, Widerstände oder Leiter in Dünnfilmtechnik niederzuschlagen, kann dies nur als letzter Arbeitsvorgang durchgeführt werden, da ein darauffolgendes Erhitzen die Dünnfilme zerstören würde. Der vorbeschriebene Aufbau und das Verfahren werden behandelt im kanadischen Patent 843 632.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die Herstellung von Überkreuzungen mehrere Verfahrensstufen erfordert, was in unerwünscht hohen Kosten und in einer hohen Ausschußrate resultiert.

Ein anderes Problem bei der Herstellung von Überkreuzungen ist in den Temperaturausdehnungskoeffizienten der Materialien des Substrats und des Dielektrikums an den Überkreuzungen begründet. Palis diese Koeffizienten wesentlich voneinander abweichen,

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ist oftmals der Ausdehnungsuntersohied zwischen den beiden Materialien ausreichend groß, um die leitende Überkreuzung über das Dielektrikum zu unterbrechen, wodurch offene Leitungswege entstehen und die gesamte Schaltplatte Ausschuß darstellt. Aus diesem Grund wird das Dielektrikum der Überkreuzungen üblicherweise hergestellt aus einem Material, das gleich ist mit demjenigen des Substrats, beispielsweise aus einer aus Glas be- ■ stehenden Fritte, die den gleichen Temperaturausdehnungskoeffizienten wie das Glas oder das Keramikmaterial des Substrats au/weist. Folglich ist dann die Ausdehnung der Materialien nahezu die gleiche, wodurch dann die überkreuzende Leitung nicht unterbrochen wird. Jedoch ist es erforderlich, dieses Material ebenfalls so weit zu erhitzen, bis es glasiert.

Üblicherweise sind die in Dünnfilmtechnik ausgeführten Kreuzungselemente 30 000 Angström dick. Mit einer Dicke des Dielektrikums am Überkreuzungspunkt in der Größenordnung von 0,025 mm bis 0,25 mm ergibt sich, daß das in Dünnfilmtechnik ausgeführte leitende Element über ein Dielektrikum von im wesentlichen gleicher Abmessung geführt wird als langer Streifen über einen Hügel. Bei TemperaturauBdehnungen des Dielektrikums wird die Brüchigkei.t des Aufbaus offensichtlich.

Die drei Hauptprobleme, die mit der Herstellung von Überkreuzungen verbunden sind, sind folgende:

a) Begrenzung der Auswahl des Materials für das Dielektrikum auf Materialien, die gleich oder ähnlich dem Substrat sind«

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"b) Da diese Materialien auf diese Weise begrenzt sind auf glasartige oder keramische Massen, ist es erforderlich, daß hohe Temperaturen zum Schmelzen dieser Materialien angewandt werden müssen.

c) In Dünnfilmtechnik hergestellte Materialien werden, wenn sie vor dem Erhitzen aufgebracht werden, durch die Hitze zerstört. Auf diese Weise ist es nur möglich, Dünnschichten als letzte Stufe des Herstellprozesses aufzubringen. Außerdem sind viele ■Verfahrensstufen erforderlich.

Da das Dielektrikum aus einer glasartigen Masse bestehen muß, die zu erhitzen ist, ist die Verwendung begrenzt auf Schaltungen, die in Dickfilmtechnik ausgeführt sind. Schaltungen in Dünnfilmtechnik mit Überkreuzungen in dieser Technik können nicht hergestellt werden, da die dünne untere Schicht zuerst aufgebracht werden muß, wobei diese dann beim späteren Schmelzen des Dielektrikums an den Kreuzungsstellen verdampfen würde.

Bei einem Aufbau, bei welchem die vorstehenden Einschränkungen nicht bestehen, werden bei einer Schaltung, die in Dünnfilmtechnik ausgeführt ist, Leiterstreifen verwendet, welche auf einer flexiblen, dünnen Kunststoffolie kleben. Diese Folie wird zur Gänze über das Substrat gelegt, welches den Dünnfilmschaltkreis trägt. Verschiedene Teile der Leiterstreifen werden mit dem Substrat verbunden, um Brücken auf dem Substrat zu bilden. Durch diesen Aufbau werden wohl die gewünsch-

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ten Überkreuzungen erzeugt, jedoch ist die Herstellungsweise gegenüber der konventionellen Drahtverbindung von Punkt zu Punkt mit wenig Vorteilen behaftet.

Ein anderer Versuch zur Lösung der Probleme besteht darin, die Brücken, aus welchen die Überkreuzungen und andere Verbindungen herzustellen sind, mittels Pföst-" chen oder Mesas aufzubauen. Hierbei wird ein dielektrischer Film, wie beispielsweise aus Teflon, flach auf das Substrat gepreßt, welches den Dünnfilmschaltkreis trägt. Sodann werden Löcher an den Pföstchen oder Hesas durch den Film gedrückt. Die Überkreuzungsverbindungen werden sodann auf die Oberfläche des dielektrischen Films aufgebracht, wobei sie in der vorgesehenen Weise in Kontakt stehen mit den Pföstchen.

Diese Arbeitsweise jedoch erfordert eine große Zahl von Verfahrensschritten zum Aufbau der Mesas oder Pföstchen ebenso wie zum Aufbringen des Kunststoffilmes auf das Substrat und sein Durchlöchern.

Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch behoben, daß das erste, zweite und dritte leitende Element und der Überkreuzungsleiter in Dünnfilmtechnik ausgeführt sind und das isolierende Dielektrikum aus einem bei niederer Temperatur aushärtendem bzw. trocknendem Material besteht, wobei dae Dielektrikum mit dem Substrat an den den zweiten und dritten leitenden Elementen benachbarten Kanten einen flachen Berührungswinkel aufweist.

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Kit der vorliegenden Erfindung wird es möglich, Leitungsüberkreuzungen in Dünnfilmtechnik anzuwenden bei Dünnoder Dickfilmschaltungen auf Glas oder Keramik, welches als Substrat dient, wobei eine hohe Betriebssicherheit erreicht wird und die gesamte Herstellung der Schaltung mit niederen Kosten verbunden ist. Weiterhin ist der Aufwand beim Herstellverfahren gegenüber den bekannten Verfahren wesentlich vermindert. Alle leitenden oder aus einem Widerstandsmaterial bestehenden Leitungsstrecken können in Dünnfilmtechnik ausgeführt werden und direkt auf das Substrat in bekannter V/eise aufgebracht werden, bevor die Überkreuzungen gebildet werden. Nachdem an den Überkreuzungen das Dielektrikum aufgebracht ist, ist es nicht erforderlich, einen Hitze- oder Schmelzvorgang durchzuführen. Der Überkreuzungsleiter kann auf das Dielektrikum in normaler Weise aufgebracht werden, wie es bei dem Substrat selbst der Fall ist.

Es sind lediglich drei Verfahrensgrundschritte erforderlich: Aufbringen der leitenden, kapazitiven oder V/iderstandselemente auf das Substrat; Aufbringen des Dielektrikums an den Überkreuzungen; Aufbringen des Überkreuzungsleiters oder -Widerstandes auf das Dielektrikum. Das Aufbringen des Dielektrikums an den Überkreuzungen kann in konventioneller Weise durch I'laskensiebdruck erfolgen. Gemäß der Erfindung ist die Herstellung von kompliziert aufgebauten und betriebssicheren Schaltungen in Dünnfilm-, Hybrid-Dünn- und Dickfilmtechnik bei niederen Kosten möglich.

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Die Vorteile der Erfindung werden erreicht durch Verwendung geeigneter Materialien für das Dielektrikum die keine Erhitzung, d.h. keine Erhitzung bis zu einem Schmelzpunkt, erfordern. Sie sind einfach in der Anwendung, weisen eine geeignete Dielektrizitätskonstante auf und sind ausreichend elastisch, um zu verhindern, daß irgendwelche Störungen durch temperaturbewirkte Ausdehnungen zwischen dem Dielektrikum und dem Substrat auftreten.

Die Vorteile werden erzielt bei einer Dünnfilmschaltung, bestehend aus einem elektrisch isolierenden Substrat, einem ersten, zweiten und dritten leitenden Element, welche auf dem Substrat aufgebracht sind und auf ihm haften und das erste Element angeordnet ist zwischen dem zweiten und dritten Element, wobei ein bei niederer Temperatur aushärtendes, elastisches, isolierendes Dielektrikum über dem ersten leitenden Element liegt und auf dem Substrat haftet, damit ein zum ersten Leiter elektrisch isolierter Überkreuzungsleiter aufgebracht werden kann, der aus einem in Dünnfilmtechnik hergestellten leitenden Element besteht, das haftend auf dem Dielektrikum liegt und in Kontakt steht mit dem zweiten und dritten leitenden Element.

Der Ausdruck "bei niederer Temperatur aushärtend" wird verwendet in dem speziellen Sinne, um anzuzeigen, daß das Dielektrikum aushärtet oder trocknet bei einer Temperatur, welche geringer ist als diejenige, die Schäden bei dem Dünnfilmschaltkreis hervorruft, beispielsweise durch Veränderung der Werte des Widerstandes

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oder durch Pehler des Dielektrikums "bei einem in I)ünnfilmtechnik hergestellten Kondensator oder derartigein. Der Ausdruck besagt nicht, daß lediglich die !Temperatur für das Härten "bzw. Trocknen des Dielektrikums maßgebend ist. Das Aushärten kann auch bewirkt werden durch einen Katalysator, durch Aussetzen des Dielektrikums in Feuchtigkeit, durch Trocknen oder in anderer konventioneller Weise, ausgenommen durch sehr starkes Erhitzen, wie beispielsweise durch Brennen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

die Pig. 1 eine perspektivische Ansicht in größerem Maßstab des Aufbaus eines einzelnen Überkreuzungspunktes;

die Pig. 2 A, 2 B, 2 G und 2 D

die aufeinanderfolgenden Hersteilstufen einer Dünnfilmschaltung zur Herstellung einer Überkreuzung;

die Pig. 3 die perspektivische Ansicht eines Teils einer Dünnfilmschaltung unter Verwendung der Überkreuzungen gemäß der Erfindung und

die Pig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer zweiten Ausführungsform der Erfindung bei einer Dünnfilmschaltung.

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Die Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht und in vergrößertem Maßstab eine einzelne Überkreuzung. Der Träger bzw. die Unterlage 1 kann hergestellt sein aus Glas oder einem keramischen Material, und auf seiner Oberfläche ist eine Schaltung 2 in Dünnfilm- oder Dünnschichttechnik angeordnet. Die Dünnfilmschaltung, welche auf dem Träger haftet, kann aus Kapazitäten, Widerständen, Leitern usw. bekannten Aufbaus bestehen.

In dem gezeigten Beispiel besteht der Wunsch bzw. die Forderung, daß das erste leitende Element 3 in einer bestimmten physikalischen Strecke verläuft und daß eine leitende Überkreuzung über dieses erste leitende Element 3 vorgesehen ist, wobei beide leiter voneinander isoliert sein sollen.

Gemäß dem gezeigten Aufbau ist für die Überkreuzung ein zweites leitendes Element 4 vorgesehen, welches in Richtung auf das erste leitende Element verläuft, es jedoch nicht berührt. Auf der anderen Seite des ersten leitenden Elementes ist ein drittes leitendes Element 5 vorgesehen, welches gegenüber dem zweiten leitenden Element 4 angeordnet ist, jedoch das erste leitende Element 3 nicht berührt.

Über dem ersten leitenden Element 3 und zwischen dem zweiten und dritten leitenden Element 4 und 5 ist ein bei niederer Temperatur aushärtendes bzw. austrocknendes, elastisches und isolierendes Dielektrikum 6 angeordnet. Dieses Dielektrikum 6 überlappt vorzugsweise geringfügig das zweite und dritte leitende Element 4 und 5·

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Es wurde gefunden, daß die dielektrischen Materialien, welche die erforderlichen Eigenschaften einer Aushärtung bei niedriger Temperatur, guter elektrischer Isolation, ausreichender Elastizität und geeignetem Temperaturausdehnungskoeffizienten aus der Gruppe der Silikonharze, Silikonkautschuk, Epoxyharze und Urethane bestehen kennen.

Ein in Dünnfilmtechnik hergestelltes leitendes Element 7 ist über dem Dielektrikum 6 angeordnet und in elektrischem Kontakt mit dem zweiten und dritten leitenden Element 4 und 5. Dieses leitende Element 7 bildet den Überkreuzungsleiter. Da das aus einer Dünnschicht bestehende leitende Element 7 in Kontakt sxeht mit den Elementen 4 und 5, ist eine elektrische Leitungsstrecke vom Element 4 zum Element 5 gegeben, die wegen des Dielektrikums 6 von dem ersten leitenden Element 3 isoliert ist. Das Dielektrikum 6 trägt das aus einem dünnen Film bestehende leitende Element 7·

Das Herstellverfahren der Überkreuzung wird nachfolgend anhand der Fig. 2 A, 2 B, 2 0 und 2 D beschrieben. Das Substrat bzw. der Träger 1 aus Glas oder Keramik, wie beispielsweise aus Aluminiumoxyd oder Berylliumoxyd, wird gereinigt und sodann auf diese Oberfläche in oekannter Weise leitendes und/oder Widerstandsmaterial aufgesprüht. Die resultierende Leiteranordnung ergibt sich sodann auf photolithografischem Wege und durch A'tzen. Das durch Verdampfen aufgetragene Material kann ausgewählt werden aus der Gold enthaltenden Gruppe, wobei einer Schicht aus Nickel-Chrom, die als bindende

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Unterlage dient, eine Schicht aus Gold folgt. Weiterhin können Verwendung finden Tantal, Aluminium, Kupfer, Nickel-Chrom, Silber, Palladium,Titan, Chrom, Platin und Nickel. Natürlich können auch andere konventionelle Verfahren zum Aufbringen und zur Herstellung der aus leitendem oder Widerstandsmaterial bestehenden Leiteranordnung verwendet werden.

In Pig. 2 B sind die auf der Unterlage bzw. dem Substrat

1 festhaftend niedergeschlagenen Dünnfilmleitungen gezeigt, bestehend aus einem ersten leitenden Element 3, welches überkreuzt werden soll, und dem zweiten und dritten Element 4 und 5* welche leitend miteinander zu verbinden sind. Die Elemente 3, 4 und 5 können alle gleichzeitig aufgebracht und ausgebildet werden. Es i&t auch möglich, daß sie nacheinender niedergeschlagen und ausgebildet werden entsprechend ihren erforderlichen Eigenschaften. Es ist üblich, daß die aus einer Dünnschicht bestehenden leitenden Elemente 3» 4 und 5 weniger als 30 000 Angström dick sind, wobei die übliche Dicke 5 000 Angström beträgt. Der besseren 'Übersichtlichkeit wegen sind deshalb die leitenden Elemente in den Pig.

2 A bis 2 D in vertikaler Richtung übertrieben dick dargestellt.

Das dielektrische Material wird sodann über eine Maske und ein Sieb aufgetragen. Das dielektrische Material sollte ausgewählt werden aus der Gruppe der Silikonharze, Silikonkautschuke, Epoxyharze und Urethane. Der Auftrag mittels Siebdruck ist deshalb vorzuziehen, da hierdurch eingeschlossene Luftblasen abgesondert werden, wodurch die Betriebssicherheit des Dielektrikums erhöht

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wird. In einigen Anwendungsfallen kann es jedoch notwendig sein, die Luftblasen, die beim vorherigen Mischen des dielektrischen Materials vor dem Aufbringen eingeschlossen wurden, dadurch zu entfernen, daß das Material vor dem Siebdruck in Vakuum gebracht wird.

Das Dielektrikum 6 sollte so aufgebracht werden, daß es über dem ersten leitenden Element 3 liegt und außerdem einen Teil des zweiten leitenden Elements 4 und des dritten leitenden Elements 5 überbrückt. Die Dicke des über dem ersten leitenden Element 3 liegenden Materials wird entsprechend den Erfordernissen bezüglich der Kapazität und der Spannungsdurchschlagsfestigkeit an der Kreuzungsstelle gewählt. Üblicherweise ist das Dielektrikum an der dicksten Stelle zwischen 0,035 mm und 0,05 mm dick.

Das dielektrische Material läßt man dann trocknen bzw. aushärten, indem man beispielsweise die Schaltung bei Normaltemperatur beläßt. Es ist auch möglich, die Schaltung leicht zu erwärmen, wodurch der Hart- bzw. Trocknungsprozeß beschleunigt wird, wenn das Material normalerweise durch Wärme aushärtet.

Ein Dünnfilmleiter 7 wird sodann aufgebracht, beispielsweise durch Aufdampfen über eine Maske, wobei dieser Leiter 7 über das Dielektrikum 6 verläuft und in Kontakt steht mit dem zweiten und dritten leitenden Element 4 und 5. Der Dünnfilmleiter 7 kann aus dem gleichen

Material bestehen wie die Elemente 3» 4 und 5. Alternativ hierzu kann das Element 3, die Elemente 4 und 5 oder die Elemente 3, 4 und 5 aus einem Dickfilmmaterial,

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wie beispielsweise der füher beschriebenen Fritte, bestehen, während das leitende Element 7 in Dünnfilmtechnik hergestellt ist.

Ein spezielles Beispiel des Verfahrens wird nachfolgend beschrieben.

Ein Substrat bzw. ein Träger aus 99,6 $> reinem Aluminiumoxyd wird in bekannter Weise gereinigt. Auf dieses Substrat wird dann eine 1 000 Angström dicke Schicht aus !Tantal auf die gesamte Oberfläche aufgesprüht. Auf photolithogrg.fischem Wege und durch Ätzen werden sodann in bekannter Weise einzelne Widerstände ausgeformt. Sodann wird auf die gesamte Oberfläche eine Nickel-Chrom-Gold-Schicht aufgedampft. Die einzelnen leiter werden sodann durch ein konventionelles Photoverfahren und durch Ätzen ausgebildet. Zum Aufbringen dieser Leiterschicht wird zuerst eine Schicht von 500 Anström einer Nickel-Chrom-Legierung aufgedampft, welche als Haftgrundlage für das Gold dient. Darauf wird sodann eine 7 000 Angström dicke Goldschicht direkt auf die Nickel-Chrom-Schicht aufgebracht. Die Nickel-Chrom-Gold-Bereiche werden sodann mittels eines photolithografischen Verfahrens und durch Ätzen gebildet, wobei diese Bereiche die Enden der Widerstände überlappen, wodurch bestimmte Leiterwege zwischen den Widerständen gebildet werden. Außerdem werden hierdurch die Anschlüsse, die Verbindungen zu integrierten Schaltkreisen, zu Kreuzungspunkten usw. gebildet.

V/o es erforderlich ist, daß die Leitungswege aus Hickel-Chrom-Gold über einen oder mehrere Leiter oder Wider-

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stände verlaufen müssen, werden Spalte in diesen Leitungswegen ausgespart. Sodann wird ein Dielektrikum, beispielsweise ein Harz der Markenbezeichnung SYLGrAlID 187 der Dow Corning Ltd., über ein mit einer Maske versehenes Sieb mittels Siebdruck aufgetragen, und zwar auf diejenigen Leitungswege, die zu überkreuzen sind. Das aufgetragene Dielektrikum überlappt geringfügig die anstoßenden Enden der einen Spalt aufweisenden Leitungswege. Die Abmessungen einer typischen Maskenöffnung zum Auftragen des Dielektrikums mittels Siebdruck betrugen 0,75 x 1,5 mm.

Die gesamte Anordnung wird sodann in einen Ofen mit 100° C gebracht und eine Stunde dort belassen, damit das verwendete Harz austrocknen bzw. aushärten kann. Es wurde gefunden, daß bei dieser Temperatur keine Beeinträchtigung des metallischen oder aus einem Widerstandsmaterial bestehenden Dünnfilmauftrags erfolgt, welcher bereits auf dem Substrat haftet. Alternativ hierzu kann das verwendete Dielektrikum auch ausgehärtet werden bei 65° C über einen Zeitraum von vier Stunden oder drei Tage lang bei 20° C.

Der überkreuzende Leiter wird sodann über eine 0,025 mm dicke Kovarmaske aufgedampft. Zuerst wurde Hickel-Chrom in einer Schicht von 500 Angström auf das Dielektrikum aufgedampft, die in Kontakt steht mit den nicht abgedeckten Teilen des unterbrochenen Leitungsweges. Durch die gleiche Maske wird sodann eine 5 000 Angström dicke Schicht aus Gold auf das Nickel-Chrom niedergeschlagen. Der aus Nickel-Chrom-Gold bestehende überkreuzende Leiter soll schmaler sein als die Breite des auf-

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gebrachten Dielektrikums, jedoch lange genug, um in Kontakt zu stehen mit den Enden des mit einer Uhterbrechungsstelle versehenen Leitungsweges.

Es hat sich gezeigt, daß "bei einem Träger mit einer Seitenlänge von 50 mm mit insgesamt 34 Überkreuzungsstellen kein Fehler auftrat, wenn die, gesamte Vorrichtung 5 mal thermisch geschockt wurde zwischen - 55° G und + 70° C. Hieraus folgt, daß infolge Elastizität des Materials und der geringen Ausdehnungsdifferenzen zwischen dem -Dielektrikum und dem Substrat kein Aufreissen der Dünnfilmüberkreuzungen*auftrat. Da hierbei die Schaltung nicht umhüllt oder eingegossen war, folgt hieraus, daß ein konventionelles Umhüllen der Dünnfilmschaltung weiterhin zur physikalischen Stabilität und zur Haftbarkeit des gesamten Uberkreuzungsaufbaus beiträgt.

Es wurde weiterhin gefunden, daß die Leckströme zwischen dem Überkreuzungsleiter und dem ersten darunterliegenden

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leitenden Element 5 x 10 A betrug. Die Kapazität zwischen diesen Leitern betrug bei 1 MHz 0,27 Pikofarad.

Es ist bekannt, daß bei der Dickfilmtechnik die aus einem Dickfilm bestehenden Leiter ihre günstigste Funktionsweise haben, wenn ihr Querschnitt weitgehend rechtwinkligist. Dies führt dazu, daß das glasartige Dielektrikum an den Kreuzungspunkten etwa die gleiche Form aufweist, wobei der Übergang zum Substrat mit einem relativ stumpfen Winkel erfolgt. Wird dieses Dielektrikum verwendet, wobei ein Dünnfilm den Überkreuzungsleiter bildet, dann entsteht ein Windschatteneffekt während des Aufdampfens, was zu einem unvollständig ausgebildeten Überkreusungsleiter

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führt. Selbst wenn dieser Windschatteneffekt vermieden wird, entstehen doch geschwächte Stellen im Überkreuzungsleiter an den Verbindungsstellen zwischen dem Dielektrikum, dem Substrat und dem Überkreuzungsleiter infolge des stumpfen Übergangswinkels.

Ein großer Vorteil der .vorliegenden Erfindung liegt darin, daß die vorbeschriebenen Verbindungsstellen vermieden werden, d.h. der Berührungswinkel zwischen dem Dielektrikum und dem Substrat liegt weitaus günstiger. Mit den vorgenannten Materialien, die sich als nützlich für das Dielektrikum an den Kreuzungepunkten erwiesen haben, hängt der Berührungswinkel ab vom Benetzungs- oder Böschungswinkel zwischen den beiden Materialien. Dieser Berührungswinkel ist in Fig. 2 0 mit "a" bezeichnet.

Bei dem vorbeschriebenen Beispiel, bei welchem ein SYLGARD 187-Harz verwendet wurde, lag der Böschungswinkel zwischen 11° und 30°. Es ist selbstverständlich, daß bei diesem Winkelbereich die Windschattenbildung und die zuvor beschriebenen Probleme geschwächter Stellen wesentlich vermindert sind. Deshalb ist es vorzuziehen, daß der Berührungswinkel so klein wie möglich ist, im Einklang mit den Erfordernissen bezüglich der Spannungsdurchschlagfestigkeit, des Leckstromes und der Kapazität zwischen dem Überkreuzungsleiter und dem darunterliegenden Leiter. Diese Materialien sind also geeignet sowohl bei Dünnfilm- als auch bei Dickfilmschaltungen, wo die Überkreuzungsleiter aus Dünnfilmmaterial bestehen.

Die Pig. 3 zeigt einen Teil einer in Dünnfilmtechnik auf-

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gebauten Schaltung in perspektivischer Ansicht mit mehreren Überkreuzungen gemäß de? Erfindung. Die ersten leitenden Elemente 3 haften auf dem Substrat direkt und sind zu überkreuzen. Leitende Elemente 4 und 5 befinden sich ebenfalls auf dem Substrat und sind über das Element 3 hinweg miteinander zu verbinden. Sie sind eng benachbart an beiden Seiten der Elemente 3 angeordnet, berühren diese jedoch nicht.

Ein bei niederer Temperatur aushärtendes, elastisches und isolierendes Dielektrikum 6 bedeckt die Elemente

3 dort, wo sie ztf überkreuzen sind und haftet auf diesen, Das Dielektrikum 6 haftet und steht in Kontakt mit dem Substrat und den Elementen 4 und 5_f wobei am Übergang ein flacher Berührungswinkel herrscht. Vorzugsweise bedeckt das Dielektrikum das erste leitende Element 3 in einem Bereich, welcher breiter ist als die Breite der Elemente 4 und 5* die außerdem vom Dielektrikum leicht überlappt werden.

Die Dünnfilmleiter 7 sind auf dem Dielektrikum 6 angeordnet und in Kontakt mit den leitenden Elementen

4 und 5, wobei sie so v/eit auf den Elementen 4 und 5 verlaufen, daß sie auf diesen fest haften und in elektrischem Kontakt zu ihnen stehen. Vorzugsweise sind die Dünnfilmelemente 7 schmaler als die Elemente 4 und 5. Auf diese Weise werden die Dünnfilmelemente 7 ganz vom Dielektrikum getragen.

Eine zweite ilnsführungsform der Erfindung ist in -Pig. gezeigt. Diese Aueführungsform ist beispielsweise besonders günstig für Ewieohenverbindungen bei einer Matrix, wobei alle Leiter und Widerstände als lei-

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tende Elemente 3> 4 und 5 auf dem Substrat 1 - wie zuvor beschrieben - aufgebracht wurden. Bei dieser Ausführungsform jedoch ist die gesamte Oberfläche des Substrats und der Elemente 3, 4 und 5 bedeckt mit einer Schicht eines Dielektrikums 6, welches in normaler Weise durch Siebdruck aufgebracht wurde.

¥ährend in der Pig. 4 die Elemente 3, 4 und 5 als Dünnfilcie gezeigt sind, können sie natürlich ebenso aus aus einer Pritte erzeugten Dickfilmen bestehen.

Kleine Bereiche 8*sind an bestimmten Stellen frei vom dielektrischen Material, damit Überkreuzungen in Kontakt treten können mit Leitern, welche sich in den kleinen Bereichen 8 befinden. Die leitenden Dünnfilmelemente 7 sind auf dem Dielektrikum 6 zwischen den Leitern Α und 5 angeordnet, welche sich innerhalb der kleinen, freigesparten Bereiche 8 befinden. Natürlich kennen die r-us einer dünnen Schicht bestehenen leitenden Siebente 7 zwischen mehr Leitern als den Leitern 4 und 5 verlaufen und kennen Verbindungsstreifen zwischen einer großen Zahl von Leitern bilden.

ο·¹

Da die aus einer dünnen Schicht bestehenden leitenden Elemente 7 alle während eines einzigen AufdampfVorganges niedergeschlagen werden, kann eine komplexe Dünnfilm- oder eine Hybrid-Dünn- und Dickfilmschaltung als Ifetrix in einer Charge hergestellt werden, wobei die Erzeugnisse sich durch hohe Güte und niedere Kosten auczeichnen.

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Claims

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Patentansprüche

r
1. Eine.eine Schaltung tragende Leiterplatte, be-

^v -^ stehend aus einem elektrisch isolierenden Substrat, ersten, zweiten und dritten leitenden Elementen, die festhaftend auf dem Substrat angeordnet sind, wobei das erste Element angeordnet ist zwischen dem zweiten und dem dritten Element, und einem isolierenden Dielektrikum, welches über dem ersten leitenden Element aufgebracht ist und einen Überkreuzungsleiter trägt, der zwischen dem zweiten und dritten leitenden Element verlauft und in ohm'schem Kontakt mit ihnen steht, dadurch g e kennzeichnet, daß das erste, zweite und dritte leitende Element (3> 4» 5) und der Überkreuzungsleiter (7) in Dünnfilmtechnik ausgeführt sind und das isolierende Dielektrikum (6) aus einem bei niederer !Temperatur aushärtendem bzw. trocknendem Material besteht, wobei das Dielektrikum (6) mit dem Substrat (1) an den den zweiten und dritten leitenden Elementen (4, 5) benachbarten Kanten einen flachen Berührungswinkel (a) aufweist.

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2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Berührungs- oder
Böschungswinkel etwa 25 - 20 ° beträgt.
3- Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das bei niederer Temperatur aushärtende "bzw. trocknende isolierende Dielektrikum (6) aus einem Material der Gruppe der Silikonharze, Silikonkautschuke, Epoxyharze und Urethane besteht.
4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in Dünnfilmtechnik
hergestellten leitenden Elemente (3> 4» 5) und
der Überkreuzungsleiter (7) aus einem Material
der Gruppe Gold, Wicke1-Chrom-Gold, Aluminium,
Zupfer, Tantal, Nickel-Chrom, Silber, Palladium, Titan, Chrom, Platin und Wickel besteht.
5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Überkreuzungsleiter (7) eine Dicke von weniger als 30 000 Angström aufweist und die Dicke des Dielektrikums (6), welches über dem ersten leitenden Element (3) liegt, größer ist als etwa 0,025 mm.

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