DE2330732C2 - Schaltungskarte als Träger für elektrische Leitungen und Bauelemente - Google Patents

Schaltungskarte als Träger für elektrische Leitungen und Bauelemente

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Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungskarte als Träger für elektrische Leitungen und elektrische Bauelemente. Bisher hat man Halbleiterschaltungen, wie z. B. Plättchen mit integrierten Schaltungen, über Lötverbindungen auf aus anorganischem Material bestehenden Substraten angebracht, die wiederum mit Hilfe von Stiften in aus organischem Material bestehende Schaltungskarten eingesetzt waren, die gedruckte Leitungszüge und durchmetallisierte Bohrungen aufwiesen. Aus organischem Material bestehende Schaltungskarten sind oft in Wirklichkeit aus anorganischen Fasern aufgebaut, die mit einem organischen polymeren Harz getränkt sind. Diese Art Aufbau von Schaltungskarten war nötig, da ein Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem anorganischen HaIbleiterplättchen und der aus organischem Material bestehenden Schaltungskarte besteht. Obgleich man
ίο halbflexible Lötstützpunkte zum Abstützen des Schaltungspliiitchens oberhalb der Oberfläche der Schaltungskarte benutzt hat, so haben doch die hohen Temperaturschwankunren des gesamten Aufbaus vorzeitige Ermüdungserscheinungen der Lötstützpunkte und deren Abbrechen und somit eine geringe Zuverlässigkeit des Erzeugnisses zur Folge gehabt. Die Verwendung einer Zwischenschicht aus anorganischem Materiai, wie z. B. aus Aluminiumoxyd oder aus keramischem Material, ließ die Verwendung stärkerer Stützstifte zu, um die Abmessungsunterschiede bei hohen Temperaturunterschieden auszugleichen. Eine dazwischenliegende stabile, keramische Schicht verteuert jedoch die Schaltungskarte beträchtlich und verringert außerdem die sonst mögliche Packungsdich-
Die Verwendung anorganischer Substrate, wie z. B. keramischer Substrate, als Träger für integrierte Schaltungsplättchen, hat verschiedene Vorteile. Der Wärmeausdehnungskoeffizient von keramischem Material ist dem heuu aligemein verwendeter Halbleitermaterialien ziemlich ähnlich, so daß sich während Ausdehnung und Zusammenziehung in den Lötverbindungen nur geringe Spannungen einstellen. Anorganische Materialien sind im allgemeinen gute Wärmeleiter, so daß die beim Betrieb der integrierten Schaltung entstehende Wärme leicht und rasch abgeführt oder abgeleitet werden kann. Ein weiterer Vorteil der anorganischen Materialien Iiegi darin, daß diese relativ hohe Temperaturen aushahen körnen, so daß das
•40 Verlöten zur Befestigung der Halbleiterplattchen an den keramischen Substraten leicht durchgeführt werden kann. Solche keramischen Plättchen dienen außerdem als Basis für die Bildung von gut haftenden, gedruckten Schaltungen,die entweder durch additive oder substrak tive Verfahren erzeugt werden, und weist zudem noch eine entsprechend hohe Dielektrizitätskonstante auf.
Trotzdem ;st es ziemlich kostspielig, keramisches Material als Zwischenschicht einer Schaltung zwischen dem Halbleiterplattchen und der aus organischem Materiai bestehenden .Schaltungskarte anzubringen, da dies zusätzliche Schritte bei der Herstellung nötig n.achen würde. Außerdem wird auch durch die erhöhte Anzahl der Verfahrensschritte bei der Herstellung die Zuverlässigkeit verringert und die Leitungslängen
werden vergrößert, wodurch sich auch die Übertragungszeit erhöht.
Aus organischem Material bestehende Schaltungs karten, die gewöhnlich aus Glasiasergewebe hergestellt werden, das mit einem Epoxydharz getränkt ist. haben als Schaltungssubstrate einige wünschenswerte Eigenschaften. Zunächst lassen sie sich einfach maschinell bearbeiten, z. B. bohren, während keramische Materialien nach dem Brennen schwer zu bearbeiten sind und nur unter hohen Kosten gebohrt werden können. Eine aus organischem Material bestehende Schaltungskarte hat immer noch eine gewisse Flexibilität, die zum Dämpfen von Schwingungen erwünscht ist und es lassen sich relativ große Karten herstellen, ohne daß man ein
Auseinanderbrechen zu befürchten braucht, wie dies bei keramischen Substraten der Fall ist.
Man hat also erkannt, daß es erwünscht ist, diese keramische Zwischenschicht zu eliminieren.
Zum Stand der Technik ist es beispielsweise aus der US-PS 34 89 952 bekannt einzelne Halbleiterchips in einen aus einer keramischen Masse oder Epoxydharz bestehenden Block einzugießen und die Halbleiterchips mit Leitungszügen und Anschlüssen zu verbinden.
Ferner ist es aus der US-PS 35 79 056 bekannt, die einzelnen Halbleiter-Bauelemente für eine bessere Isolation gegen Spannungsdurchschlag in eine dünne biegsame isolierende Folie in der Weise einzubetten, daß Halbleiterscheibchen mit z. B. zwei Hochfrequenztransistoren oder Widerständen in die Folie eingebettet und über auf der Oberfläche verlaufende Leitungszüge miteinander verbunden werden.
Diese Anordnungen haben jedoch den Nachteil, daß der Ersatz eines Halbleiterplättchens bei einem Ausfallen der Schaltung nicht möglich ist, da dabei Schaden an den gedruckten Leitungen auftreten können, die sowohl auf dem Harz, als aucn auf dem eigentlichen Schaltungsplättchen gebildet sind, und die die notwendigen Verbindungen herstellen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungskarte für elektrische Leitungen und elektrische Bauelemente der eingangs genannten Art zu schaffen, welche aus diskreten Teilen mit unterschiedlichem Wärmeausdehnungskoeffizient besteht, wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient am Ort der Befestigung der elektrisehen Bauelemente dem der darauf befindlichen elektrischen Bauelemente weitestgehend angepaßt ist. während andere Bereiche des Substrates unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen können. Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch ein erstes, elektrisch isolierendes Substrat mit einem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten, mindestens einem in dem ersten Substrat eingebetteten zweiten elektrisch isolierenden Substrat mit einem kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten und mindestens einem Leitungszug, der über seine Länge mit mindestens einem der Substrate verbunden ist und beide Substrate überdeckt.
Zu diesem Zweck wird also ein zweites Substratmaterial an bestimmten diskreten Bereichen innerhalb eines ersten Substratmaterials eingefügt Dabei wird das zweite Material so gewählt, daß seine Ausdehnungscharakteristik ähnlich der des darauf befestigten elektr ■ sehen Bauelements ist. so daß die Relativbewegung zwischen den beiden Flementen zu einem Minimum gemacht wird. Das erste Substratmaterial wird jedoch so gewählt, daß es leicht herzustellen und /u bearbeiten ist. Es kann dann für solche Schaltungselemente, wie elektrische Leitungen, verwendet werden, bei denen der Ausdehnungskoeffizient des ersten .Substratmaterials nicht kritisch ist. Das sich dabei ergebende zusammengesetzte Substrat besteht somit aus Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten.
In einer Ausführungsform der Erfirdung wird als Träger für temperaturstabilere, anorganische oder keramische Materialien ein übliches harzartiges Sub» strat benutzt, in dem zur Verstärkung anorganische Fasern eingebettet sind. Wählt man das keramische Material mit einem Ausdehnungskoeffizienten aus, der dem des darauf befestigten Halbleitermaterials ähnlich ist, so werden die Ermüdungsbrüche oder Ausfälle in den Lötverbindungen sehr stark vermindert, wenn nicht vollständig beseitigt.
Elektrische Leitungen können auf beiden Substratmaterialien verlegt werden, da sie normalerweise den Unterschied in der Wärmeausdehnung aushalten können. Die hier offenbarte Konstruktion gestattet die Herstellung der eigentlichen Schaltungen sowohl durch subtraktive (Ätz-) Verfahren oder additive Verfahren (durch Metallniederschlag) ohne teures Abweichen von den üblichen Verfahrensschritten.
In einer zweiten Ausführungsform wird ein stabileres Substratmaterial vollständig in einem weniger stabilen Material eingebettet Wegen dem Unterschied in den Wärmeausdehnungskoeffizienten und Eigenschaften vermittelt das erstgenannte Material der benachbarten Oberfläche des weniger stabilen Materials einen hohen Grad von Stabilität Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß alle Verfahrensschritte zum Aufbringen von Leitungszügen auf der Oberfläche des Substrats in üblicher Weise durchgeführt weiden können. Das Trägersubstrat kann außerdem aus mehreren Schichten aufgebau». ->ein und im Innern leitende Ebenen enthalten. Das stabilere, anorganische Subs' ^material ist gewöhnlich ein besserer Wärmeleiter üiid man hai daher die Möglichkeit an solchen diskreten Substraten für eine wirksame Kühlung der aktiven elektrischen Bauelemente Wärmesenken, d. h. Kühlschellen, anzubringe'
Die Ausführungsformen der Erfindung eignen sich ohne weiteres für die bekannten Fertigungs-Verfahrensschritte. In den bevorzugten Ausführungsformen wird ein übliches Glasfaservlies mit einem Epoxydharz getränkt und, wie bei dem üblichen Herstellungsverfahren, einer Vorhärtung unterzogen und dann durch Stanzen oder Bohren entsprechend den anorganischen Substratplättchen, die eingesetzt werden sollen, bearbeitet. Eine ausreichend große Anzahl harzgetränkter Glasfaservliese werden mit ihren untereinander ausgerichteten Bohrungen aufeinandergeschichtet. bis die erwünschte Dicke erreicht ist und dann wird das anorganische zweite Substrat in der Bohrung, angebracht und der gesamte Aufbau unter Wärme und Druck zu einem Laminat verbunden. Dann werden die au.einandergestapelten Schichten auf die gewünschte Stärke zusammengedrückt und das polymere Harz wird vollständig ausgehärtet. Dabei ergibt sich ein zusammengesetztes elektrisches Substrat. Da das eingesetzte zweite Substrat aus keramischem Material besteht, werden die umgebenden Schichten nur etwa bis zur Höhe der Stärke des keramischen Substrats zusammengepreßt. Man kann andererseits auch ausgestanzte Schmierbogen zwischen den Platten der Presse verwenden, um damit den Druck von den spröderen Substriten fernzuhalten. Die Erfindung wird nunmehr im einzelnen anhand von Ausführungsbeispielen in Verr inking mit den Figuren näher beschrieben. Dabei zeigt
Fig. 1 eine per pektivische Ansicht eine·! Substrats für gedruckte Schaltungen und Bauelemente gemäß de: Erfindung;
F i g. 2 eine Qjerschnittsansicht längs der Linie 2-2 11. Figh
Fig.J, 4 und 5 Querschnittsansichten weiterer Ausführungsformen der Erfindung und
F i g. 6, 7 und 8 schematisch Querschnittsansichten einzelner Stufen anderer Konstruktions- oder Fertigungsverfahren zum Herstellen eines Substrats gemäß der Erfindung.
In F i g. 1 ist eine zusammengesetzte, elektrisch isolierende Substratplatte gemäß der Erfindung dargestellt, die aus einem ersten organisch-anorganischem
Substrat 10 besteht, das eine Anzahl anorganischer Einsatzsubstrate 11 enthält, die in das erste Substrat 10 eingebettet sind. Diese zweiten oder Einsatzsubstrate 11 sind hier zylindrisch ausgestaltet und so groß, daß ein einziges Halbleiterelement oder ein Schaltungsplättchen 12 darauf angebracht werden kann. Selbstverständlich können diese Einsatzsubstrate verschiedene Formen oder Größen aufweisen. Leitungszüge 13 sind sowohl auf dem ersten Substrat, als auch auf den Einsatzsubstraten gebildet. Die Leitungszüge 13 enden auf kleinen Stützpunkten 14 auf den Einsatzsubstraten und außerdem auf Stützpunkten 15 mit Bohrungen 16. obgleich die Leitungen 13 unmittelbar mit anderen Halbleiterplättchen auf anderen Einsatzsubstraten verbunden sein können. In die Bohrungen 16 können zum Herstellen von Verbindungen mit anderen Leitungen Stifte 17 eingesetzt sein. Die Leitungszüge 13 dienen daher der Verbindung zwischen Schaltungsplättchen und elektrischen Leitungen auf den gleichen oder anderen Substraten.
In der Schnittansicht gemäß F i g. 2 ist die Stärke des anorganischen Substrats 11 gleich groß wie die Stärke des ersten Substrats 10, so daß die jeweils außenliegenden Oberflächen zueinander koplanar sind. Selbstverständlich lassen sich Leiterzüge 13 auf der Ober- wie auf der IJnterfläche beider Substrate anbringen und können mit den Lötstützpunkten um die Bohrung 16 herum verbunden sein. Das Schaltungsplättchen 12 steht auf einer Anzahl von Lötfüßen, die die Unterfläche des Halbleiterplättchens oberhalb der Leiterzüge tragen und sowohl der elektrischen Verbindung als auch der mechanischen Stütze zwischen Halbleiterplättchen und ausgewählten Leitungszügen 13 dient.
Die Verwendung von Lötfüßen 18 ergibt eine etwas biegsamere Stütze, da diese Lötfüße bei einer Relativbewegung zwischen Halbleiterplättchen und Substrat nachgeben können. Die Lötfüße werden dadurch gebildet, daß man das Halbleiterplättchen mit vorgeformten Lötstützpunkten an seiner Unterseite in Berührung mit ausgerichteten Zinnbleikügelchen auf den Lötstützpunkten 14 auf dem Substrat bringt und örtlich so weit erwärmt, daß das Lötmittel fließt, wodurch die Verbindung hergestellt wird. Gerade diese Lötverbindungen 18 sind es. bei denen Materialermüdungserscheinungen auftreten, wenn das Halbleiterplättchen 12 unmittelbar an dem Substratmaterial 10 befestigt ist, das beispielsweise aus einem mit Phenolharz oder Epoxydharz getränkten Glasfaservlies bestehen kann. Der Unterschied in der Ausdehnung bzw. Zusammenziehung zwischen dem Halbleiterplättchen 12 und dem ersten Substrat 10 erzeugt Spannungen in den Lötverbindungen 18. Nach mehreren Aufheiz- und Abkühlzyklen reißen einige der Lötverbindungen ab und bewirken damit eine Stromkreisunterbrechung. Benutzt man ein elektrisch nichtleitendes Einsatzsubstrat 11 als Substrat für den Halbleiter, hat man eine größere Materialauswahl und kann ein Material wählen, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient dem des Halbleiterplättchens 12 ähnlich ist. Durch geeignete Auswahl lassen sich die auf Lötfüße 18 einwirkenden Spannungen weitgehend verringern, wenn nicht sogar beseitigen, so daß die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Produkts verbessert wird.
Obgleich Aluminiumoxyd als Verbindung für das Einsaizsubratrat 11 bevorzugt wird. lasser: sich auch andere keramische Materialien, wie Glas oder Kieselerde, manchmal sogar Metalle, wie das unter dem Handelsnamen Kovar bekannte Metall oder auch Titan verwenden. Bei metallischen Einsatzsubslraten muß selbstverständlich eine Isolierschicht aus einem Kunstharz oder einem anderen geeigneten Material zwischen den Leitungszügen 13 und der Oberfläche 19 des Einsatzsubstfats vorgesehen sein. Das organische Material des ersten Substrats 10 wird unter ausreichend hohem Druck und ausreichend hoher Temperatur ausgehärtet, so daß bei Durchtaufen eines Temperaturzyklus sich die Verbindung zwischen Einsatzsubstrat und erstem Substrat nicht löst. Die dem Einsatzsubstrat eigene Porosität und Rauhigkeit helfen außerdem noch mit. eine zuverlässige Verbindung zwischen erstem Substrat und Einsatzsubstrat aufrechtzuerhalten. Das Einsatzsubstrat kann außerdem durch chemische Ätzverfahren aufgerauht werden. Der Schrumpfungsprozeß des Kunstharzes aus seiner Aushärtetemperatur erzeugt außerdem eine auf das Einsatzsubstrat einwirkende Druckkraft.
F i g. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die sich leicht in Verbindung mit dem ersten Substrat 10 aufbauen läßt. Hier ist eine elektrisch leitende Zwischenschicht 20 dargestellt, die mit der durchgehend metallisierten Bohrung 16 verbunden ist. Selbstverständlich !können verschiedene solche Zwischenschichten im Körper des ersten Substrats durch Lamin&tbildung der vorgefertigten Ebenen während des Herste!1 ""ns des Gesamtsubstrats gebildet werden.
F i g. 4 zeigt ein« andere Ausführungsform der in F i g. 1 gezeigten Konstruktion. Bei dieser Ausführungsform liegt das Einsatzsubstrat 11 vollständig innerhalb des ersten Substrats 10. Ein dünner Oberzug aus organischem Isoliermaterial oder eine Kunstharzschicht 21 derselben Zusammensetzung wie das erste Substrat 10 liegt über den beiden Oberflächen 22 und 23 des Einsatzsubstrats. Dieser Aufbau wird lediglich dadurch erreicht, daß man eine zweite Schicht eines teilausgehärteten Epoxydharzes auf einer oder beiden Oberflächen des Einsatzsubstrats während des Aufbaus des ersten Substrats 10 anbringt. Ein solcher Aufbau hat den Vorteil, daß für die Schalt verbindungen eine Oberfläche geschaffen ist. die aus dem gleichen Material besteht wie das erste Substrat, so daß die Verfahrensschritte zur Bildung der Schaltverbindungen und Leitungen die gleichen sind wie bei einer gedruckten Schaltungskarte.
die aus einem mit Epoxydharz imprägnierten Glasfaservlies besteht Obgleich eine Isolationsschicht mit einem relativ hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten das Stützmaterial für die Lötstützpunkte 14, das Halbleiterplättchen IZ und die Leitungszüge 13 ist.
wirkt doch die Stabilität des Einsatzsubstrats ausg—»prochen stabilisierend und verhindert eine wesentliche Ausdehnung oder Zusammenziehung bei Temperaturwechsel. Diese Wirksamkeit wird natürlich mit zunehmender Stärke des Überzugs verringert. Die Lötstützpunkte 18 sind jedoch jederzeit in der Lage, eine Relativbewegung mitzumachen, so daß auch diese Ausführungsform einen hohen Grad von Zuverlässigkeit erreicht.
In F i g. 5 wird im Einsatzsubstrat 11 zunächst während der Herstellung eine Bohrung 25 angebracht Nach Befestigung des Einsatzsubstrats im ersten Substrat 10 wird die Bohrung 25 mit einem guten Wärmeleiter 26, wie z.B. Lötzinn, ausgefüllt Dieses Material dient als Wärmeableitung für das Modul 12 nach einer entsprechenden Wärmesenke an der unteren Oberfläche des Substrats und des ersten Substrats. Die Wärmesenke kann aus einem fächerförmig ausgestalteten Teil 27 bestehen, das eine große Oberfläche für
ausreichende Kühlung darbietet. Das Lötzinn 26 gestattet das leichte Befestigen von Halbleiterplättchen 12 und Wärmesenke 27. Fig.5 zeigt außerdem die Einkapselung des Hälbleitefplällchehs ifi eitlem Gießharz oder einem Vergießmaterial mit einer zum Schulz darübergelegten Metallkappe. Beispielsweise kann eine einzige Metallkappe vorgesehen sein, die über das gesamte zusammengesetzte Substrat reicht oder es Rönnen für jedes Halbleiterplättchen einzelne Metall-Rappen vorgesehen sein. Ein Beispiel für ein geeignetes Vergießmateria! ist Silicongummi.
Das gemischte Substrat gemäß der Erfindung eignet «ich vorzüglich für übliche Herstellungsverfahren. Das Bevorzugte Verfahren besteht in der Verwendung einer Anzahl von Tafeln von teilausgehärtetem polymerem Harz, in denen ein Fasermaterial eingebettet ist. Das Kunstharz kann entweder ein Epoxydharz oder ein IPhetiolharz sein und wird in üblicher Weise mit einem Fasermaterial, wie z. B. Glasfaservlies, synthetischen Fasern aus Polyestermaterial oder anderen Verstärkungsmaterialien verwendet werden. Aus Fig. 6 erkennt man. daß eine Anzahl solcher teilausgehärleter Tafeln oder Blätter 30 zur Bildung einer Bohrung 31 iiusgestanzt oder gebohrt sind, die der Aufnahme eines liinsatzsubstrats II dient. Die einzelnen Blätter werden auf eine geeignete Stützplatte 32 so aufgelegt, daß ihre Bohrungen 31 ausgerichtet sind. Die vorgeformten Einsatzsubstrate 11 werden dann in die gewünschten Bohrungen oder Öffnungen eingelegt.
Das Einsatzsubstrat weist eine Stärke auf, die der enügülligen Stärke des Gesamtsubstrats entspricht, während der Stapel der teilausgehärteten Blätter sich um den Betrag über den Substrateinsatz hinaus erstreckt, um den das Substrat zusammengepreßt werden kann. Wie aus F i g. 6 zu sehen, sind vier Schichten teilausgehärteten Materials übereinandergelegt und ihre Gesamldicke ist etwa 50% größer als die Stärke des Einsatzsubstrals. Anschließend wird der Gesamtverbund aus Tafeln 30 und Einsatzsubstrat 11 in eine Presse eingelegt und durch einen Preßstempel 33 unter Anwendung von Wurme zur Bildung des zusammengesetzten Substrats zusammengepreßt. Die Kinsatzsubstrate können eine relativ hohe Druckbelastung aufnehmen, so daß die kunstharzimprägnierten !Matten 30 leicht aul die Stärke des Einsatzsubstrats zusammengepreßt werden können. Druck- und Wärmeeinwirkung werden so lange aufrechterhalten, bis das Kunstharz vollkommen ausgehärtet ist. woraus sich eine einheitliche Schaltungsgrundpiatte ergibt.
Fig. 7 zeigt ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines zusammengesetzten Substrats unter Verwendung einer Anzahl von Schmierbogen 35 mit Bohrungen oder öffnungen 36. die der Form des Einsatzsubstrats 11 entsprechen. Die Schmierbogen 35 werden benutzt, um den Stapel der teilausgehärteten Platten 30 dick genug zu machen, wodurch verhindert wird, daß Druck auf die Oberseite des Einsatzsubstrats ausgeübt wird, falls dieses Einsatzsubstrat die bei dem Herstellen des Laminats auftretenden Druckkräfte nicht auszuhalten in der Lage ist Nach dem Pressen und Aushärten können dann diese Schmierblätter entfernt werden.
Fig.8 zeigt endlich noch ein Verfahren zur Herstellung des in F i g. 4 gezeigten Substrats. Ein nicht vorgebohrtes Blatt 40 aus teilausgehärtetem Kunstharz wird zwischen dem Preßstempel einerseits und dem Pressentisch andererseits und dem Stapel aus nichtausgehärteten oder teilausgehärteten Kunststofftafeln oder Platten eingelegt welche bereits mit Bohrungen
versehen sind. Bei dieser Art Schichtung ergibt sich auf den beiden zur Aufnahme von Schaltungszügen oder Leiterzügen vorgesehenen Oberflächen ein dünner Kunstharzüberzug.
Die Einsatzsubstrate 11 werden vorzugsweise aus Aluminium-Oxydpulver in einem harzartigen Bindemittel hergestellt und in geeigneter Form und Größe ausgestanzt. Diese Stanzteile werden dann in einem Ofen so weit ausgehärtet, daß das organische Bindemittel ausgetrieben wird, wodurch nur das anorganische Material für das Einsatzsubstrat übrigbleibt. Obgleich das keramische Material etwas schrumpft, bewirkt doch das Fließen des Harzes während des Preßvorganges und des Aushärtungsvorganges eine sichere Verbindung
ΐϊ des Einsatzsubstrats im Gesamlsubstrat, so daß die Schrumpfung selbst kein Problem bildet. Wird als Einsatzsubslrat ein keramisches Material benutzt, ergibt sich wegen der rauhen Oberfläche des anorganischen Materials eine zusätzliche vorteilhafte Haitewirkung des Einsatzsubstrats im Gesamtsubstrat. Die Einsatzsubstrate können auch durch maschinelle Bearbeitung aus geeigneten Materialien, wie Kovar oder Sintermetall, hergestellt werden. Form und Größe der Einsatzsubstrate können nach Bedarf festgelegt werden. Man kann beispielsweise verschiedene integrierte Schaltungsplättchen auf einem größeren Einsatzsubstrat unterbringen und dadurch die Verbindungsleitungen kurzhalten.
Auf den verschiedenen Ausführungsformen der
JO Substrate lassen sich elektrische Leitungszüge entweder durih subtraktive (ätzen) oder additive (plattieren) Verfahren erzielen. Für die in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen würde man bei einem subtraktiven Verfahren eine elektroplattierte Metallschicht benutzen. die meist aus Kupfer besteht und sich über die gesamte Oberfläche des zusammengesetzten Substrats erstreckt. Dies läßt sich in üblicher Weise dadurch erzielen, daß zunächst der organische Teil des zusammengesetzten Substrats entweder dadurch aufgerauht wird, daß man Kieselerde in der oberster Kunstharzplatte einbettet, oder aber die Kunstharzschicht leicht mit Schwefelsäure anätzt. Das zusammengesetzte Substrat würde dann in ein zum Ätzen des Einsatzsubstrats 11 geeignetes Bad eingesetzt werden, falls dies erforderlich ist. Bei Verwendung von Aluminiumoxyd kann ein Bad aus geschmolzenem Natriumhydroxyd zum Aufrauhen benutzt werden. Anschließend werden die Bohrungen hergestellt und das zusammengesetzte Substrat wird in bekannte Aktivierungs- und Sensibilisierungsbäder eingelegt, wo sich dann eine dünne Kupferschicht über die gesamte Oberfläche niederschlägt, wenn diese in ein stromloses Plaltierbad eingelegt wird. Dieser dünne Überzug aus Kupfer kann dann durch einen elektrolytisch abzuschetdenden stärkeren Kupferüberzug verstärkt werden. Mit einem ausreichend starken Kupferüberzug auf der Oberfläche können in üblicher Weise durch Aufbringen eines Photolacks und selektive Belichtung und anschließendem Abätzen der nicht belichteten und damit nicht
w geschützten Teile die Schaltungszüge. Lötstützpunkte und Bohrungen hergestellt werden.
Beim additiven Herstellungsverfahren können die Ausführungsformen gemäß F i g. 1 und 2 den Verfahrensschritten Aufrauhen der Oberfläche, Aktivierung und Sensibilisierung der Oberfläche unterzogen werden, worauf die Oberfläche zu diesem Zeitpunkt mit einem Phololack überzogen wird, der selektiv belichtet und entwickelt wird, so daß in den Bereichen das
sensibilisierte Substrat da freiliegt, wo die Leiterzüge und Lölstützpunkte und Bohrungen plattiert werden sollen. Das Substrat wird dann in ein autokatalytisches Plattierbad eingetaucht und so lange darin gelassen, bis die Kupferschicht die gewünschte Stärke erreicht hat. Der als Schutzschicht dienende Photolack wird dann entfernt.
Für die AusHihrungsform gemäß F i g. 4 mit innenliegendem Einsatzsubstrat wird ein subtraktives Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine dünne Kupferfolie auf den äußeren Oberflächen des zusammengesetzten Substrats zum Zeitpunkt der Laminierung der äußeren Kunstharzschichten über dem Einsatzsubstrat angebracht wird. Die durchgehenden Bohrungen werden dann an den gewünschten Stellen angebracht und das zusammengesetzte Substrat in ein Aktivierungs- und Sensibili- »ierungsbad eingetaucht. Anschließend wird das Sub-Jtrat in ein stromloses Verkupferungsbad zum Niederentfernt wird. Ε·η weiteres additives Verfahren besteht darin, den Katalysator, der das stromlose Plattieren einleitet, unmittelbar in den Substratmaterialien vorzusehen, so daß die Schritte der Aktivierung und
-> Sensibilisierung nicht erforderlich sind.
Die Lötkügelchen auf den Lötstützpunkten 14 und 15 können entweder durch Elektroplattieren und geeignete Plattierschutzschichten oder durch anderweitiges Aufbringen des Lötmaterials gebildet werden. Das
ίο Aufbringen der Schaltungsplättchen auf dem zusammengesetzten Substrat erreicht man entweder durch einen heißen Gasstrom, oder ein elektrisches Widerstandselement, das örtlich an die einzelnen Schaltungsplättchen angelegt wird. Organische Materialien, wie Phenolharz oder Epoxydharz, können einen zum Fließen des Lötzinns dienenden Ofen nicht durchlaufe.;, da sie die dabei erforderlichen Temperaturen nicht auszuhalten vermögen. Vorrichtungen zum zeitweisen
scinügcü vui'i rvüpicF äüi uefi vyucfiiaCi'icii uef Bohrungen und auf der Kupferfolie oder anderen nichtgeschützten Oberflächen eingetaucht. Nach Metallisierung der Bohrungen wird ein Photolackfilm aufgelegt, selektiv belichtet und entwickelt, der dann eine Schutzschicht gegen das Abätzen bildet. Das Substrat wird anschließend in ein Ätzmittel eingetaucht, die nicht benötigten Kupferbereiche werden entfernt und es verbleiben die Leitungszüge, Lötstützpunkte und metallisierten Bohrungen unberührt.
Verwendet man ein additives Verfahren für die Ausführungsform gemäß Fig.4, wird die Harzoberfläche zunächst fein aufgerauht, wie bereits erwähnt, und gleichartige Verfahrensschritte zum Bohren der durchgehenden Bohrungen, Aktivierungen und Sensibilisieren der Oberflächen des Substrats und der Bohrungen das Aufbringen des die Ätzung verhindernden Photolacks in den gewünschten Bereichen durch selektive Belichtung und Entwicklung werden durchgeführt Das zusammengesetzte Substrat wird dann in ein autokatalytisches Plaltierbad eingesetzt und die Leiterzüge werden plattiert, während anschließend der restliche Photolack
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Bens des Lötmaterials sind bekannt und stellen keinen Teil der Erfindung dar.
Es wurde zwar ein zusammengesetztes Substrat beschrieben, bei dem Leitungszüge auf beiden Hauptoberflächen des Substrats vorgesehen sind, falls dies erwünscht ist, und es können auch durchgehende Bohrungen oder leitende Zwischenschichten vorgesehen sein. Die Einsatzsubstrate 11 können natürlich größer oder kleiner gemacht werden, es können verschiedene durchgehende Bohrungen im Einsatzsubstrat vorgesehen sein, falls dies erforderlich ist. Die wesentliche Überlegung bei der Bestimmung der Größe des Einsatzsubstrats ist dabei das zum Fließen des Lötmittels und der Lötkügelchen zwischen Einsatzsubstrat und Schaltungsplättchen verwendete Verfahren.
Da das Einsatzsubstrat höhere Temperaturen aushalten kann, kann es angebracht sein, die Abmessungen des Einsatzsubstrats zu vergrößern, um einen Schutzbereich zwischen den Kanten des Schaltungsplättchens und dem organischen Material des Substrats 10 vorzusehen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Schaltungskarte als Träger für elektrische Leitungen und elektrische Bauelemente, gekennzeichnet durch ein erstes, elektrisch isolierendes Substrat (10) mit einem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten, mindestens einem in dem ersten Substrat (10) eingebetteten zweiten elektrisch isolierenden Substrat (11) mit einem kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten und mindestens einem Leitungszug (13), der über seine Länge mit mindestens einem der Substrate (10, 11) verbunden ist und beide Substrate überdeckt.
2. Schaltungskarte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Substrat (10) ein organisches Isoliermaterial enthält und daß das zweite Substrat ausschließlich aus organischem Isoliermaterial besteht, in dem ersten Substrat (10) eingebettet ist und mindestens so groß ist, daß es eines der Baaelemente (12) tragen kann.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste, elektrisch isolierende Substrat aus organischen und anorganischen Materialien besteht und einen ersten zusammengesetzten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.
4. Schaltungskarte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärme-Ausdehnungskoeffizient des auf dem zweiten Substrat angebrachten Bauelements etwa dem Wärme-Ausdehnungskoeffizienten des zweiten Substrats (11) entspricht.
5. Schaltungskarte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zv. .he Substrat (11) im ersten Substrat f 10) se eingebettet ist, daß seine oben- und untenliegenden Flä· ~<en frei zugänglich sind, während die Seitenflächen vollständig vom Material des ersten Substrats umgeben sind.
6. Schaltungskarte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Oberflächen des zweiten Substrats mit einer Wärmesenke (27) verbunden ist.
7. Schaltungskarte nach einem der Ansprüche ' bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Substrat (10) aus einem mit Wärme aushärtbaren Kunstharz und aus Glasfasermaterial besteht, und daß das zweite Substrat (11) aus keramischem Material besteht.
8. Schaltungskarte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des ersten Substrats (10) ein thermoplastisches Harz enthält.
9. Schaltungskarte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Leiterzug bzw. eine Leiterebene im Innern der aus mehreren Schichten bestehenden Schaltungskarte angeordnet und mit mindestens einem Leiterzug auf mindestens einer Oberfläche verbunden ist.
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