DE2236007A1 - Elektronischer schaltungsblock und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Elektronischer schaltungsblock und verfahren zu seiner herstellung

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Description

Patentanwalt Patentanwälte
Dr. phil. Gerhard Henke! Dr. rer. nat. Wolf-Dieter Henkel
D-757 Baden-Baden Balg Di ρ I.-I ng. Ralf M. Kern
Qr rer. nat. Lothar Feller
Tel.:(07221)63427 Λ
D-8 München 90
Eduard-Schmld-Str. 2 -. Tel.: (0811) 663197
T»l»gr.-Adr. ι Elllpcoid MOndiwi
S29S02Jki
Globe-Union Inc.
Milwaukee f Wise, V.St.A.
JUL! 1372
Elektronischer Schaltungsblock und Verfahren zu seiner Herstellung .
Die Erfindung betrifft einen elektronischen Schaltungsblock der Art, wie er für den Einschluss bzw. die Kapselung einer oder mehrerer elektronischer Vorrichtungen für eine integrierte oder Hybridschaltung verwendet wird.
Obgleich die Erfindung im folgenden in Verbindung mit einem genormten Flachblock oder einem Doppel-Reihenblock für eine integrierte Schaltung beschrieben ist, besitzt sie ersichtlicherweise noch andere Anwendungsgebiete, einschliesslich der Verwendung in Verbindung mit einem Block zur Kapselung einer Hybridschaltung. Während die Erfindung zudem im folgenden in Verbindung mit einem Keramikblock beschrieben ist, ist sie selbstverständlich auch auf andere Werkstoffe wie z.B. Kunststoffe oder Glas anwendbar, die bisher ebenfalls als Materialien für elektronische Schältungsblöcke verwendet worden sind.
Elektronische Schaltungsblöcke dienen zum derartigen Einschliessen und luftdichten Kapseln einer elektronischen Vorrichtung, wie eines Halbleiterchips, dass deren Betriebseigenschaften weder durch Änderungen im Atmosphärendruck noch
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durch in der Luft enthaltene Verunreinigungen beeinträchtigt werden. Ein solcher Schaltungsblock muss so ausgelegt sein, dass er seine Luftdichtigkeit auch unter ungünstigen Lagerungsund Betriebstemperaturen sowie unter Stoss- und Schwingungsbedingungen behält, wie sie beispielsweise bei der Handhabung des Blocks oder des mit ihm bestückten elektronischen Geräts auftreten können. Diese Blöcke weisen eine zentrale Vertiefung auf, in welcher der Halbleiterchip montiert ist, während die Anschlussleitungen für den Chip durch die Blockweitenwände hin-.durch zugeführt sind.
Der Block besteht üblicherweise aus mehreren Schichten, zwischen denen die Zuleitungen zur zentralen Vertiefung geführt sind. Bei Verwendung biegsamer Metallzuleitungen, die z.B. im Fall von Glas-Kapselungsblöcken zwischen den Blockschichten verlegt wurden, erwies es sich als schwierig, eine zuverlässige luftdichte Abdichtung an der Grenzfläche zwischen den Lagen insbesondere dann zu erzielen, wenn solche Zuleitungen in grösserer Anzahl vorhanden oder irgendwie falsch behandelt worden waren.
Die Schaffung einer luftdichten Abdichtung zwischen den Schichten wurde durch die Entwicklung der metallisierten Zuleitungen erheblich verbessert, die auf einer Trägerschicht ausgebildet oder auf sie aufgestrichen werden, und führte zu der zur Zeit in der elektronischen Industrie weit verbreiteten, genormten dreitägigen Keramikbauform. Dieser Block besteht aus einer Keramik-Grundöchicht mit oberseltlg aufgelegtem metallisiertem Chip-Annehlusspolster, ainer mit zentraler Ausnehmung versehenen laittieian Keramlkachicht mit einem oborseltlg aufgelegten metallisierten Leitungsschema, das nahe der zentralen Ausnehmung Leitungsverbindung-Anschlusspo.Lster sum Anschluss von Drahtzuleitungen vom Halbleiterchip und an ihrem Umfang Lotftonnen zum Anschluss von äusseren Leitungen aufweist, und
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schliesslich einer Deckschicht mit einer im Vergleich zur Mittenschichtausnehmung etwas grösseren, zentralen Ausnehmung, die oberseitig· einen diese Ausnehmung umgebenden, metallisierten Dichtungsrahmen oder -ring trägt, der das Aufsetzen eines Verschlussdeckels für die Ausnehmung ermöglicht.
Die elektronische Industrie hat für die elektronischen Schaltungsblöcke gewisse genormte Aussenabmessungen z.B. bezüglich des Abstands zwischen den Zuleitungen sowie im Fall eines genormten Doppel-Reihenblocks zwischen den Leitungsreihen festgelegt. In den letzten Jahren wurden die Halbleiterchips -immer, grosser, und daraus erwuchs die Notwendigkeit zu einer grösseren Ausnehmung für den Chip und zu einer grösstmöglichen Fl"ächenverkleinerung sowohl des Leitungsverbinder-Anschlusspolsters für den Anschluss der Chip-Drahtleitungen als auch der Lötfahnen für den Anschluss der ausseren Leitungen. Eine Vergrösserung des Halbleiterchips ist aber für gewöhnlich auch von einer Zunahme der Zahl der erforderlichen metallisierten Zuleitungen begleitet. Die Luftdichtigkeit verlangt ausserdem, dass die Abdichtstrecke, d.h. der Abstand zwischen dem Draht-Anschlusspolster und der Blockaussenseite, zwecks gesicherter Abdichtung über einem gewissen Mindestmass gehalten wird. Beim genormten Block ist dieses Mindestmass die Materialbreite zwischen der Ausnehmung und der Aussenseite der Deckschicht, und dieses Mass beeinflusst wiederum die Breite des metallisierten Dichtungsrahmens für die Deckelbefestigung sowie die Zerbrechlichkeit der Deckschicht. Beim herkömmlichen, genormten Block ist es daher sehr schwierig, eine grössere Chip-Ausnehmung zu schaffen, ohne die Fläche des Draht-Anschlusspolsters oder der Lötfahne oder die Abdichtstrecke und den metallisierten Dichtring übermässig zu verkleinern.
Es wurde bereits verschiedentlich versucht, den Schaltungsblock umzukonstruieren, um eine grössere Chipausnehmung zu erhalten.
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Ein diesbezüglicher Vorschlag bestand darin, die Lötfahne bzw. -platte von der Oberseite der mittleren Schicht weg auf die Unterseite der Blockgrundschicht zu verlegen. In diesem Fall muss dann ein Leitungszug auf die miteinander fluchtenden Aussenkanten von mittlerer und Grundschicht des Blocks aufmetallisiert werden. Bei dieser Bauform würden dann die äusseren Leitungen am Blockboden angelötet werden. Diese Anordnung besitzt jedoch verschiedene Nachteile, einschliesslich eines grösseren Kurzschlusspotentials, einer erschwerten Handhabung infolge der Leitungsverlegung am Blockboden und erhöhter Fertigungskosten infolge des zusätzlichen Arbeitsgangs der Blockkanten-Metallisierung.
Demgegenüber ermöglicht die Erfindung eine beträchtliche Vergrösserung der Chipausnehmung des elektronischen Schaltungsblocks unter Aufrechterhaltung oder sogar Vergrösserung der Flächenbreite sowohl des Draht-Anschlusspolsters als auch der Lötfahnen. Diese Kombination aus grösserer Draht-Anschlussfläche und grösserer Chipausnehmung erfordert einen grösseren Eintrittswinkel des Schweisskopfes beim Anschweissen der Chipdrahtleitungen am zugeordneten Anschlusspolster. Dabei ist kein metallisierter Leitungszug zwischen den Schichten und auch keine Zwischenverbindung für die äusseren Leitungen erforderlich; ausserdem sind keine Anschlüsse oder Metallisierungen am Blockboden erforderlich.
Die Erfindung stellt eine Verbesserung eines elektronischen Schaltungsblocks jener Art dar, wie er zum Einschliessen und luftdichten Einkapseln eines Halbleiterohips benutzt wird. Oemäss einer Ausführungsform der Erfindung besitzt der Block einen mehrschichtigen Körper mit einer Aufnahmeausnehmung für die Chips, dessen Schichten aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material bestehen. Der Körper weist eine erste Schicht mit einem neben der Ausnehmung befindlichen Chipleitung-Anschlussflächen-
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abschnitt und eine zweite Schicht auf, die auf der ersten Schicht aufliegt und sie umfangsmässig überragt. An der Schichtgrenzfläche ist eine elektrisch leitfähige Einrichtung, vorzugsweise in Form eines metallisierten Leitungsschemas vorgesehen, die sich von der Chipleitung-Anschlussfläche der ersten Schicht bis zum Überhangteil der zweiten Schicht erstreckt. Die vom Halbleiterchip abgehenden Drähte können mit den Innenenden der Leitungszüge an der Chipleitung-Anschlussfläche der ersten Schicht neben der Ausnehmung verbunden werden, während äussere Leitungen am Überhangteil der zweiten Schicht an die Aussenenden der Leitungszüge angeschlossen werden können.
Obwohl der Körper nur zweischichtig zu sein braucht, ist er vorzugsweise ein dreischichtiges Gebilde, dessen Deck- und Mittelschicht eine Ausnehmung aufweisen und dessen chiptragende Grund-Schicht den Ausnehmungsboden bildet. Bei dieser dreischichtigen Bauform entspricht also die Mittelschicht der vorerwähnten "ersten" Schicht mit der Chipleitung-Anschlussfläche und die Deckschicht mit ihrem überhängenden Rand der "zweiten" Schicht.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung des mehrschichtigen elektronischen Schaltungsblockkörpers ist dadurch gekennzeichnet, dass zunächst ein erster Abschnitt der leitfähigen Einrichtung auf der Oberseite der unteren Schicht ausgebildet wird, sodann ein zweiter Abschnitt der leitfähigen Einrichtung an der Unterseite der aufliegenden Schicht gebildet wird, danach die beiden Schichten so zusammengesetzt werden, dass die beiden Abschnitte der leitfähigen Einrichtung praktisch übereinstimmen und sich überlappen, und schliesslich die Anordnung erhitzt wird, um die Abschnitte der leitfähigen Einrichtung miteinander zu verschmelzen.
Das Anschmelzen der genannten Abschnitte der elektrischen Leitungszüge kann gleichzeitig mit dem Brennen des Keramikmaterials
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erfolgen. Vorzugswelse wird dabei die Anordnung vor dem Brennen einer solchen Wärme- und Druckeinwirkung ausgesetzt« dass eine Anpassung des Keramikmaterials über den metallisierten Schichten bewirkt wird, um eine innige Berührung und eine Rohbindung herzustellen, so dass nach dem Brennen ein völlig monolithisohes Gebilde erhalten wird.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert· Es zeigen:
Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung eines erfindungsgemäss aufgebauten elektronischen Schaltungsblocks nebst Deckel, bei welcher zwecks Sichtbarmachung des Blockinnenaufbaus einschliesslich eines in die Ausnehmung eingefügten Halbleiterchips der Deckel abgehoben ist,
Fig. 2 eine in etwas vergrössertem Masstab gehaltene Aufsicht auf einen erflndungsgemässen Schaltungsblock,
Fig. 5 einen in vergrössertem Masstab gehaltenen Schnitt etwa längs der Linie 3-5 in Fig. 2, in welchem jedoch die Aussenleitungen ähnlich wie in Fig. 1 abgelegen sind,
Flg. 4 eine Aufsicht auf die beiden oberen Schichten eines dreischichtigen Blockkörpers, welche die Unterseite der Deckschicht mit daran angesetzten metallisierten Lötfahnen sowie die Oberseite der Mittelschicht mit daran angesetzten metallisierten Leitungszügen zeigt,
Fig. 5 eine Aufsicht auf die chiptragende Grundschicht eines dreischichtigen Blocks,
Fig. 6 eine auseinandergezogene Seitenansicht des Blockkörpers, welche die Schichten mit ihren metallisierten Abschnitten beim Zusammenbau veranschaulicht,
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Fig. 7 eine Aufsicht auf einen elektronischen Schaltungsblock etwas abgewandelter Bauforra und
Pig, 8 eine in vergrössertem Masstab gehaltene Schnitt-Seitenansicht eines noch weiter abgewandelten elektronischen Schaltungsblocks.
Pig. I veranschaulicht einen elektronischen Schaltungsblock 10 mit einer Ausnehmung 12, in die eine elektronische Vorrichtung, z.B. ein Halbleiterchip 14, eingebaut werden kann. Der Block 10 weist eine Anzahl von Aussenleitungen 16 auf, und die Chip-Ausnehmung 12 ist mittels eines Deckels 18 verschliessbar. Blöcke dieser Art können zum Einkapseln von Metalloxyd-Silizim-("MOS") Chips oder von doppelpoligen Chips sowie von Chips für mittelgrosse und grosse (MSI/LSI) integrierte Schaltungen benutzt werden. Der Block eignet sich auch für die Herstellung von Hybridschaltungen,
Dieser dargestellte, spezielle elektronische Schaltungsblock ist ein Doppel-Reihenblock (dual in-line package), bei dem alle Aussenleitungen 16 in zwei parallelen Reihen entlang seiner Längskanten angeordnet sind. Selbstverständlich kann die Erfindung auch in anderen Blockausgestaltungen, wie z.B. in Form von Blöcken, deren Aussenleitungen von den Stirnkanten oder von allen Kanten abgehen, sowie in Form von Blöcken verwirklicht werden, die verschiedenartig mehreckig oder sogar rund
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gestaltet sind. Nach Einbau -v«»-Chip714 in die Ausnehmung 12 und Anschluss seiner Zuleitungen oder Drähte 22 kann der Deckel 18 zwecks Abdichtung der Ausnehmung lagenfest gemacht und dadurch der Chip in seiner Ausnehmung eingekapselt und luftdicht abgedichtet werden. Hierdurch wird verhindert, dass die elektronische Schaltung durch Änderungen im Atmosphärendruck oder durch in der Luft enthaltene Verunreinigungen beeinträchtigt wird, und gleichzeitig die Zuverlässigkeit der Schaltung gewährleistet.
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Der elektronische Schaltungsblock 10 besteht im wesentlichen aus einem Material von der Natur eines elektrischen Isolators mit vorzugsweise hohem Wärmeableitvermögen. Als Werkstoff eignen sich zwar Glas oder Kunststoff, vorzugsweise ist er aber keramischer Natur aus z.B. Tonerde oder Berylliumoxid. Der Blockkörper besteht aus mehreren Schichten. Bei der dargestellten Ausführungsform sind drei solche Schichten, und zwar eine Deckschicht 24, eine Zwischenschicht 26 und eine Grundschicht 28, vorgesehen. Die Zwischenschicht 26 kann dabei nachstehend als "erste", die Deckschicht 24 als "zweite" und die Grundschicht 28 als "dritte" Schicht bezeichnet werden. Diese Schichten sind miteinander verbunden und im Fall eines Keramikmaterials zu einem einheitlichen monolithischen Gebilde gebrannt. Die Schichten sind längliche Streifen von z.B. etwa 50,8 mm Länge, 14,0 nan oder weniger Breite und 0,51 mm Dicke.
Der in Fig. 1 bis 6 dargestellte Block weist eine einzige Vertiefung auf, wobei Deckschicht 24 und Zwischenschicht 26 Je eine zentrale Ausnehmung 24a bzw. 26a aufweisen und die Grundschicht 28 über diese Ausnehmung 12 hinwegreicht und ihren Boden bildet. Die Ausnehmung 24a in der Deckschicht 24 ist grosser als die Ausnehmung 26a in der Zwischenschicht 26, und beide Ausnehmungen sind se zueinander ausgerichtet, dass eine abgestufte Vertiefung 12 entsteht und die Zwischenschicht 26 unmittelbar an ihrer Ausnehmung 26a einen oberen Bordrand 50 aufweist, der durch die Deckschicht-Ausnehmung 24a freigelegt ist. Dieser Bordrand JO befindet sich innerhalb der Ghipausnehraung 12 und dient auf noch näher zu erläuternde Weise als Chipleitung-Anschlussfläche bzw. "DrahtanschlussIeiste".
Die Deckschicht 24 überragt mit allen Längskanten die entsprechenden Längskanten der Zwischenschicht 26 und sohafft so überrandabschnitte J2, welche auf noch zu erläuternde Weise zum Ansohliessen der Aussenleitungen 16 dienen. Bei anderen Block-
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formen, z.B. solchen mit an der Stirnkante angeordneten Aussenleitungen, würden die zu ihrem Anschluss erforderlichen Überrandabschnitte über die Stirnkanten der Zwischenschicht 26 hinausragen.
An der Grenzfläche zwischen Deckschicht 24 und Zwischenschicht 2.6 ist eine elektrisch Ieitfähige Einrichtung 54 vorzugsweise in Form eines metallisierten Leitungszugschemas vorgesehen, das sich vom Zwischenschicht-Bordrand 50 zu den Deckschicht-Überrandabschnitten 52 erstreckt und tatsächlich Bordrand 50 und Überrandunterseite zumindest teilweise bedeckt. Die Chip-Verbindungsdrähte 22 können an die Innenenden der Einrichtung Jk auf dem Bordrand 50 und die Aussenleitungen 16 an deren Aussenabschnitten auf der Unterseite der beiden parallelen, längsverlaufenden Überrandabschnitte 52 angeschlossen werden.
Diese leitfähige Einrichtung 54 besteht vorzugsweise aus einer Kombination von metallisierten Leitungszügen 56 und mehreren getrennten, metallisierten Lötfahnen 58. Die Leitungszüge 56 sind vorzugsweise auf die Zwischenschichtoberseite aufschabloniert, siehe insbesondere Pig. 4, und bestehen demgemäss aus einer Anzahl metallisierter Leiter, die von der zentralen Ausnehmung 26a nach den Zwischenschicht-Längskanten hin verlaufen. Die metallisierten Lötfahnen 58 andererseits sind , wie ebenfalls aus Fig. 4 ersichtlich ist, vorzugsweise in zwei parallelen Reihen auf die Unterseite der beiden erwähnten Überrandabschnitte 52 an Deckschichtkanten angrenzend aufschabloniert» Beim Zusammenbau der beiden ,Schichten 24 und 26 sind alle Leitungszüge J>6 mit ihren Aussenenden auf die Lötfahnen 58 auf der Deckschichtunterseite 24 ausgerichtet und je unterhalb einer von ihnen angeordnet. Wenn das Ganze zwecks Verschmelzens der metallisierten Schemata erhitzt wird, fliesst jeder Leitungszug J>6 mit der ihm zugeordneten Lötfahne 58 zu je einer gesonderten, diskreten Teileinheit der leitfähigen Einrichtung 54 zusammen, siehe Fig. 5.
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Am Ausnehraungsboden befindet sich auf der GrundschichtOberseite eine metallisierte Platte 40, an die der Chip 14 anschliessbar ist. Auf der Deckschichtoberseite andererseits befindet sich ein metallisierter Abdichtungsrahmen 42, an dem zwecks Einkapselung des Chips 14 im Block 10 der Deckel 18 befestigt werden kann. Dieser Rahmen 42 umgibt die Deckschiohtausnehmung 24a ringsum und vorzugsweise im Abstand sowohl von ihren Begrenzungsabschnitten als auch von den Deckschichtaussenkanten, so dass während des Brennvorgangs keine Teile von ihm herabfliessen und einen Kurzschluss an der leitfähigen Einrichtung }4 hervorrufen
Die Bahnen der Leitungszüge und Lötfahnen 58 der leitfähigen Einrichtung ^4, die metallisierte Platte 40 und der metallisierte Abdichtungsrahmen 42 werden vorzugsweise sämtlich aufschablonlert. Das hierfür verwendete Material kann aus einem feuerfesten Wolfram- oder Molybdän-Pulver und Magnesiumsilikat in einem Träger wie Butylcarbitolacetat nebst gegebenenfalls einem Acrylharz oder Äthylzellulose als Bindemittel bestehen.
Ein Erfindungsmerkmal besteht in der Anordnung des Uberrandabschnitts bzw, der Lötleiste 52 an der Keramikkörper-Deckschicht 24. Dies ermöglicht den Anschluss der Aussenleitungen 16 an die leitfähige Einrichtung ^4, ohne dass es einer Metallisierung über die Schichtkanten hinweg und eines Leitungsanschlusses an die Blockunterseite bedarf. Der Überrand ermöglicht gleichzeitig die Ausbildung einer Ausnehmung maximaler Grosse im Block.
Die Aussenleitungen 16 weisen vorzugsweise praktisch Z-förmige, benachbarte Endteile 44 auf und sind je mit ihrem äussersten Ende an die zugeordnete Lötfahne 38 der leitfähigen Einrichtung 34 angeschlossen. Die Z-Form ermöglicht es, dass der an das Ende 44 anschliessende Teil der Aussenieitung von der Lötstelle nach unten gekröpft werden kann, so dass bei ihrem anschliessenden
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Herunterbiegen mechanische Spannungen an ihnen vermieden werden. Bei der Erstanbringung der Aussenleitungen 16 sind die einzelnen Leitungsreihen durch einen mit ihnen ein Stück bildenden und vorzugsweise aus dem gleichen, hochleitfähigen Metallblech ausgestanzten Verbindungsstreifen 46 verbunden, Bei ihrer Anbringung sind die Aussenleitungen zunächst gemäss Pig» 2 flach ausgestreckt, wodurch Handhabung, Lagerung und Versand sowie Erstmontage erleichtert werden. Diese Verbindungsstreifen 46 bleiben auch meistens beim Versand an den Käufer mit den Aussenleitungen 16 verbunden. Nach Empfang des Blocks fügt der Käufer' den Chip 14 ein, schliesst die Chip-Zuleitungen 22 an, setzt den Deckel 18 auf und biegt dann die Aussenleitungen 16 gemäss Fig. 1 und 3 nach unten. Zu diesem Zeitpunkt können dann die Verbindungsstreifen 46 abgeschnitten werden, worauf der zusammengesetzte Schaltungsbloek für das Einschalten in den zugeordneten Schaltkreis bereitsteht·
In der elektronischen Industrie besitzen die genormten Doppel-Reihenblöcke mit zwanzig und mehr Zuleitungen einen festgelegten Abstand von 15*2 mm zwischen den Biegezentren der Aussen-Ieitungsreinen, d.h. zwischen den Zentren ihrer nach unten abstehenden Abschnitte gemäss Fig. J· Ausserdem beträgt der Abstand zwischen den Aussenleitungen jeder Reihe -obgleich nicht notwendigerweise industriell genormt- im allgemeinen 2,5 ram, und um ausreichenden Raum für den Anschluss der Chip-Zuleitungen zur Verfügung zu haben, muss die Chipleitung-Anschlussfläche eine Breite von mindestens etwa 0,65 ram besitzen. Die Lötleiste, also im vorliegenden Fall die Überrandunterseite ist mindestens etwa 1,0 mm breit. Erfahrungsgemäss bedarf es zur Gewährleistung einer einwandfreien luftdichten Abdichtung eines Mindestabstandes von etwa 1,5 mm zwischen der Ausnehmung 12 und der Blockaussenseite. Darüber hinaus ist es wünschenswert, dass der metallisierte Dichtrahmen 42 ausreichend breit ist, da er eine luftdichte Abdichtung mit dem Deckel 18 herstellen muss.
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Die bisherigen elektronischen Schaltungsblöcke waren so ausgebildet, dass sowohl die Lötleiste für den Anschluss der Aussenleitungen 16 als auch die Anschlussfläche für die Chip-Zuleitungen 22 an der Oberseite der Zwischenschicht 26 lagen. Dies erschwerte aber die Umkonstruktion auf grössere Chip-Ausnehmungen, da der vorerwähnte Normabstand von 15,2 mm zwischen den Biegezentren der Aussenleitungsreihen gleich blieb. Eine Vergrösserung der Ausnehmung konnte daher bei den Blöcken üblicher Bauform nur durch Verringerung der Breite, d.h. Tiefe der Lötleiste oder Zuleitung-Anschlussfläche oder durch Verkleinerung des Abstands zwischen der Ausnehmung und den Deckschicht-Längskanten erreicht werden, Verkleinerungen irgend eines dieser Masse können jedoch im allgemeinen nicht zugelassen werden, da bei den meisten Bauformen die industriell festgelegten Mindestabmessungen angewandt werden und weitere Verkleinerungen Schwierigkeiten bei der Anbringung der Chip-Zuleitungen oder der Aussenleitungen oder bezüglich der Aufrechterhaltung einer ausreichenden Dichtungsstreckenbreite zwecks Gewährleistung der luftdichten Kapselung hervorrufen würden.
Im Gegensatz dazu kann durch die erfindungsgemässe Schaffung der Überränder 32 an der Deckschicht und durch Metallisieren der Lötfahnen 38 an deren Unterseite das Ausmass der Chip-Ausnehmung erheblich vergrössert und dabei trotzdem das festgelegte Ausmass zwischen den beiden Aussenleitungsreihen sowie die kritische Mindestbreite der Lötleiste, der Draht-Anschlussfläche und der Dichtungsstrecke aufrechterhalten werden. In Zahlen ausgedrückt, kann die Breite der Chip-Ausnehmung von ihrem bisherigen Höchstwert von etwa 5,6 mm auf mehr als etwa 7,9 mm vergrössert werden.
In Fig. 7 1st ein Block 50 von etwas abgewandelter Bauform dargestellt, dessen einziger Unterschied gegenüber derjenigen gemäss Fig. 1 bis 6 darin besteht, dass er anstelle einer elnzi-
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gen zentralen Ausnehmung 12 deren drei 52, 54 und 56 aufweist· Auch er ist wiederum ein dreischichtiges Gebilde aus Deckschicht 58, Zwischenschicht 6O und Grundschicht 62 sowie einer elektrisch leitfähigen Einrichtung 64 an der Grenzfläche zwischen Deckschicht 58 und Zwischenschicht 60. Der Querschnitt durch eine solche Ausnehmung wäre identisch mit Fig. 5. An die Aussenenden der Einrichtung 64 sind Aussenleitungen 66 ange- ■ schlossen.
Die vorstehend beschriebene, vorzugsweise als dreischichtiges Gebilde verwirklichte Erfindung kann auch gemäss Fig. 8 zweischichtig ausgeführt werden. Wie aus der Querschnittansicht von Fig. 8 hervorgeht, weist der Block 68 eine erste bzw. Grundschicht 70 und eine zweite bzw. Deckschicht 72 auf. Die Deckschicht 72 weist eine Ausnehmung 72a auf, und die Grundschicht 70 reicht über letztere hinaus und bildet deren Boden. Die Deckschichtränder 72 überragen seitlich die entsprechenden Grundschiohtkanten und bilden die Überränder 76, welche auf vorher beschriebene Weise zur Anbringung der Aussenleitungen 77 dienen.
An der Grenzfläche zwischen Deckschicht 70 und Grundschicht 72 ist ein metallisiertes Leitungszugschema 78 angeordnet, das sich von der Überrand-Unterseite bis zur Ausnehmung 74 oberseits der Grundschicht 70 hin und teilweise über sie hinweg erstreckt. Die Anschlussdrähte des Halbleiterchips können mit den Innenenden der Leitungszüge verbunden werden, während die Aussenleitungen 77 an der Überrandunterseite mit den Aussenabschnitten der Leitungszüge 78 verbunden werden. Auf der Oberseite der Grundschicht 70 ist fernerhin einwärts von den Leitungszügen 78 ein Polster 80 aufmetallisiert, an dem der Chip befestigt werden kann.
Ein besonderes Erfindungsmerkraal besteht in einem Verfahren zur Herstellung des elektronischen Schaltungsblocks 10. Ihm entsprechend werden gemäss Fig. 6 zunächst die metallisierten Lei-
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tungszüge 56 der leitfähigen Einrichtung auf der Oberseite der Zwischenschicht 26 und anschliessend deren Lötfahnen 58 an der Unterseite der Deckschicht 24 ausgebildet. Sodann werden die beiden Schichten 24 und 26 zusammengefügt, wobei die Abschnitte 56 und 38 der leitfähigen Einrichtung 34 praktisch aufeinander ausgerichtet sind und sich Überlappen« Danach wird die Anordnung erhitzt, um diese Abschnitte miteinander zu verschmelzen.
Vorzugsweise werden die übereinander liegenden Blockschichten aus rohem, d.h. ungebranntem Keramikmaterial hergestellt, und das Erhitzen der Anordnung zum Verschmelzen der Abschnitte der leitfähigen Einrichtung 34 kann gleichzeitig mit dem Brennen des Keramikmaterials erfolgen. Das Brennen kann beispielsweise in einem Ofen bei einer Temperatur von etwa 15930C in reduzierender Atmosphäre aus gekracktem Ammoniak (im wesentlichen H2) erfolgen.
Nach dem passgerechten Zusammensetzen der Schichten und vor dem Brennen kann die Anordnung einem Rohblndungs-Schritt unterworfen werden, bei dem sie einem solchen Druck ausgesetzt wird, dass eine Innige Berührung und eine Rohblndung zwischen den Schichten aus ungebranntem Keramikmaterial vor/Brand gewährleistet wird. Diese Druckbehandlung kann zwecks verbesserter Rohblndung unter -im Vergleich zur Brenntemperatur schwäoherem-Erhitzen erfolgen.
Nach dem Brennen werden die Aussenleitungen 16 an die randseitigen Enden, d.h. dia Lötfahnen 38 der leitfähigen Einrichtung 34 angeschlossen, worauf die freiliegenden Abschnitte der Einrichtung 34 und der angeschlossenen Aussenleitungen 16 sowie die metallisierte Platte 40 und der Abdichtungsrahmen 42 mit einem Edelmetall, vorzugsweise Gold, plattiert werden.
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Ein erfindungsgemäss ausgebildeter Schaltungsblock besitzt eine Ausnehmung maximaler Grosse bei minimaler Blockbreite, ohne dass dabei die Aussenleitungen an die Blockunterseite angeschlossen oder die Metallisierung um die Kanten der Schichten herumgezogen zu werden brauchen.
Selbstverständlich soll die vorstehende Offenbarung lediglich erläuternden Charakter besitzen, da dem Fachmann zahlreiche Änderungen und Abwandlungen möglich sind, ohne dass der Rahmen · der Erfindung verlassen wird.
Zusammenfassend schafft die Erfindung mithin einen mehrschichtigen Schaltungsblock mit einer Ausnehmung zum Einbau einer oder mehrerer elektronischer Vorrichtungen, wie Halbleiterchips·, Ein metallisiertes Leitungszugschema an der Grenzfläche zwischen zwei benachbarten Blockschichten erstreckt sich von der den Ausnehmungsboden bildenden Grundschichtoberseite zum überhängenden Unterseitenabschnitt der Deckschicht. Anschlussdrähte von der elektrischen Vorrichtung können mit den Innenenden dieser metallisierten Leitungen und Aussenleitungen mit deren Aussenenden verbunden werden o
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Claims (1)

  1. aiobe-Union Inc·
    Milwaukee, Wise, V.St.A«
    Patentansprüche
    Elektronischer Schaltungsblock, gekennzeichnet durch einen mehrschichtigen, nicht leitfähigen Tragkörper mit einer Ausnehmung (12) zum Einbau einer elektronischen Vorrichtung (14), wobei eine erste Körperschicht eine Verblndungsleitung-Anschlussfläche (30) und eine diese erste Schicht überlagernde, zweite Körperschicht einen Überrand (32) aufweist, der die entsprechenden Randabschnitte der ersten Schicht nach aussen hin überragt, und durch eine an der Grenzfläche zwischen den Schichten vorgesehene, elektrisch leitfähige Einrichtung (34), die sich von der Anschlussfläche der ersten Schicht zum Uberrand der zweiten Schicht erstreckt.
    2. Block nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die leitfähige Einrichtung (34) zumindest teilweise über die Anschlussfläche (30) der ersten Schioht und den Überrand (32) der zweiten Schicht erstreckt.
    3. Block nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schichten zwecks Bildung der Einbauausnehmung (12) je mit Ausnehmungen (24a, 26a) versehen sind und dass sich die Anschlussfläche (30) der ersten Schicht vollständig um die Ausnehmung (12) herum erstreckt.
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    4. Block nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Aussenleitungen (16) vorgesehen sind, die am Überrand der zweiten Schicht mit den Aussenenden der leitfähigen Einrichtung (34) verbunden sind,
    5· Block nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähige Einrichtung (?4) metallisierte Leitungszüge (jj6) aufweist,
    6. Block nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der zweiten Schicht eine dritte Schicht vorgesehen ist, die einen den Boden der Einbauvertiefung (12) bildenden Abschnitt aufweist.
    7. Blocjt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten aus Keramikmaterial bestehen.
    8. Block nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht eine grossere Ausnehmung als die erste Schicht besitzt und auf diese ausgerichtet ist und dass die Anschlussfläche (30) der ersten Schicht als Bordrand der Ausnehmung (12) unterhalb der in der zweiten Schicht vorgesehenen Ausnehmung angeordnet ist.
    9. Block nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper eine Anzahl von Ausnehmungen (52 - 56) zum Einbau elektronischer Vorrichtungen aufweist, dass die erste Schicht für jede Ausnehmung eine Verbindungsleitung-Anschlussfläche aufweist und dass sich die leitfähige Einriohtung (64) von jeder Anschlussfläche der ersten Schicht zum Überränd der zweiten Schicht erstreokt.
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    -Ιβ-Block nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht mit einer Ausnehmung versehen 1st und sich die erste Schicht unter diese Ausnehmung erstreckt, um den Boden der Einbauausnehmung zu bilden·
    11. Block nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Aussenleitungen (16) vorgesehen ist, die je einen praktisch 2-förmigen inneren Endteil (44) aufweisen, der am Überrand (32) der zweiten Schicht mit der leitfähigen Einrichtung (34) verbunden ist, so dass sich jede Aussenleltung abwärts und auswärts vom Anschlusspunkt an der leitfähigen Einrichtung weg erstreckt.
    12. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen elektronischen Schaltungsblock-Körpers mit einer Chip-Ausnehmung und einer elektrisch leitfähigen Einrichtung an der Grenzfläche zwischen einer unteren Schicht und einer darUberliegenden Schicht, wobei sich diese Einrichtung von der Ausnehmung bis an den Blockkörperumfang erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst ein erster Abschnitt der leitfähigen Einrichtung auf der Oberseite der unteren Schicht gebildet wird, sodann ein zweiter Abschnitt der leitfähigen Einrichtung an der Unterseite der darüberliegenden Schicht gebildet wird, danach die beiden Schichten so vereinigt werden, dass sich die beiden Absohnitte der leitfähigen Einrichtung praktisch deoken und überlappen, und schliesslich die Anordnung erhitzt wird, um die Abschnitte der leitfähigen Einrichtung miteinander zu verschmelzen.
    13· Verfahren nach Anspruoh 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte der leitfähigen Einrichtung duroh Aufschabionisieren eines in einem Träger dispergieren Metallpulvers hergestellt werden.
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    14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass untere und darüberliegende Schicht aus rohem Keramikmaterial gebildet werden und dass das Erhitzen der Anordnung zwecks Versohmelzens der Abschnitte der leitfähigen Einrichtung gleichzeitig mit dem Brennen des Keramikmaterials durchgeführt wird.
    15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Aussenleitungsrahmen mit den peripheren Enden der leitfähigen Einrichtung verbunden werden und dass freiliegende Abschnitte der leitfähigen Einrichtung und der Aussenleitungsrahmen mit einem Edelmetall plattiert werden.
    16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung solcher Wärme und solchem Druck ausgesetzt wird, dass vor dem Brennen eine innige Berührung und eine Rohbindung zwischen den Schichten geschaffen wird.
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