DE2641310C3

DE2641310C3 - Hybridierbare elektronische Baugruppe

Info

Publication number: DE2641310C3
Application number: DE19762641310
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Phys. 8202 Harthausen Maiwald; Ferdinand Ing. Neubauer (Grad.), 8041 Dietersheim; Helmut Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Rabl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-09-14
Filing date: 1976-09-14
Publication date: 1980-10-16
Also published as: DE2641310A1; DE2641310B2

Description

Die Erfindung betrifft eine hybridierbare elektronische Baugruppe mit integrierten Funktionselementen wie Induktivitäten, Kapazitäten und Widerständen, die aus einem Laminat, bestehend aus einer mindestens einlagigen Kunststoffolie mit beidseitig aufgebrachten, mindestens 5 μπι dicken Metallfolien, insbesondere Kupferfolien, herausgearbeitet sind.

Vor allem im Frequenzgebiet von etwa 1 MHz bis MHz werden für viele Zwecke Schaltkreise benötigt, die als wesentliche Funktionselemente Induktivitäten, Kapazitäten sowie ohmsche Widerstände beinhalten und in zahlreichen Fällen auch mit Halbleiterbauelementen, z. B. Transistoren, Halbleilerschaltkreisen, Dioden oder Sonderbauelementen, wie z. B. Heißleiter oder dergU bestückbar sein sollen.

Die bekannten elektronischen HF-Baugruppen rind entweder durchwegs mit Einzelbauelementen bestückt, oder es finden zum Teil Netzwerke Verwendung, die höchstens zwei der drei meist erforderlichen passiven Funktionselemente-Typen, nämlich der Induktivitäten, Kapazitäten und ohmschen Widerstände, in integrierter Form enthalten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hybridierbare oder sonstwie bestückbare

ίο elektronische Baugruppe der eingangs genannten Art zu schaffen, also eine Baugruppe, die die Induktivitäten, Kapazitäten und Widerstände integriert enthält, mit Halbleiterbauelementen oder Sonderbauelementen bestückbar ist und zusätzlich weitere in Dünnschichttechnik ausgeführte Funktionselemente, wie z. B. Kondensatoren, enthalten kann. Diese elektronische Baugruppe soll mit geringem Aufwand herstellbar sein, eine hohe Betriebszuverlässigkeit aufweisen und die an sie gestellten Funktionsbedingungen bestens erfüllen.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung bei einer elektronischen Baugruppe der eingangs genannten Art vor, daß die integrierten Funktionselemente mit auf die Metallfolien aufgebrachten Leiter-, Anschluß- und Funktionselementen in Dünnschichttechnik kombiniert sind.

Die Widerstände und Kapazitäten dieser Baugruppe sind beispielsweise mit einem Laser abgleichbar. Die Halbleiter- und Sonderbauelemente sind in wenig aufwendigen Ausführungsformen einfach und zuverlässig hybridierbar oder auf andere Weise einsetzbar. Da die elektronische Baugruppe und insbesondere das zu ihrer Herstellung dienende Laminat äußerst vorteilhaft aufgebaut ist, ist die weitgehend automatische Herstellung der Baugruppen möglich. Innerhalb der Baugruppe sind nur wenige Lötstellen vorhanden, was in hohem Maße der Betriebszuverlässigkeit der Baugruppe zugute kommt. Der Wertebereich für die Induktivitäten der Baugruppe reicht bis zu mehreren μΗ, fur die Kapazitäten bis zu einigen 1OnF und für die Widerstände bis zu Werten über !Oft fcOhm.

Fertigungstechnisch erwies sich die Kombination der Dünnschichten mit den im Verhältnis dazu sehr dicken Folien aus Kunststoff und Metall als äußerst schwierig.
Gelöst wird diese Schwierigkeit, indem zunächst auf

■»5 die Cu-Folien die dünnen dielektrischen und metallischen Widerstandselektroden und Haftschichten aufgebracht, anschließend die so beschichteten Kupferfolien mit der Kunststoff-Folie heißverpreßt, die Kupferstrukturen, die Leiterbahnen und Elektroden herausgeätzt und schließlich die Widerstände aus den dünnen metallischen Schichten herausgearbeitet, d. h. z. B. gleichfalls geätzt oder durch einen Laser herausgearbeitet werden.

Es dient also wenigstens eine der beiden zu laminierenden Kupferfolien als Trägermaterial für die Widerstandsschicht, die z. B. chemisch abgeschieden oder als CrNi-Schicht — bei Bedarf selektiv — auf die Kupferfolie aufgedampft wird.

Zur Bildung einer Kapazität, d. h. eines sogen.

Dünnschicht-Kondensators auf wenigstens einer der beiden Kupferfolien, wird diese vor ihrem Verpressen im Bereich der gewünschten Kapazitätselemente mit einer dielektrischen Schicht und hierzu flächenmäßig verschoben mit einer metallischen Schicht versehen.

Durch das spätere Ätzen der Kupferfolie ergibt sich dann die von der Kunststoff-Folie abgekehrte Elektrode, wobei die auf die Kupferfolie aufgebrachte, z. B. aufgedampfte, dünnere Elektrode durch das Dielektri-

kum vor Ätzeinwirkungen geschützt ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine elektronische Baugruppe nach der Erfindung in schematischer Durstellung, wobei für die Metallbelegung beispielsweise Kupfer verwendet wird,

F i g. 2 einen Schnitt gemäß der Linie H-Il nach F i g. 1 und 3 und

F i g. 3 eine Unteransicht der elektronischen Baugruppe nach F ig. 1.

Die elektronische Baugruppe nach F i g. 1 bis 3 besitzt eine ein- oder mehrschichtige Kunststoff-Folie 1, z. B. Polyimiden u. ä. oder aus thermoplastischem Polytetrafluoräthylen oder einer Kombination aus beiden Materialien. Zur Erzielung einer möglichst großen Flächenkapazität ist die Dicke der Kunststoff-Folie vorzugsweise nicht zu groß gewählt. Als geeignet erweisen sich Dicken von etwa 10 bis 50 μπι. Aus den beiderseits der Kunststoff-Folie 1 angeordneten und mit dieser heißverpreßten Kupferfolien sind Strukturen wie Anschiußfiecke 5, Fiachspulen 6, 7', 7". Kondensatorelektroden 8', 8", 9\ 9", Leiterbahnen 11 und Elektroden 14 für Dünnschichtkondensatoren herausgearbeitet, insbesondere herausgeätzt. Die Flachspule T ist mit der Flachspule 7" magnetisch eng gekoppelt. Die Kunststoff-Folie 1 wirkt für die Kondensatoren mit den Elektroden 8', 8" und 9', 9" als Dielektrikum. Gemäß Fig.3 besitzt der Kondensator mit den Elektroden 9', 9" eine Teilelektrode 9'" mit geringerer Leitfähigkeit, die zum Abgleich dieses Kondensators mit einem Laser in gewünschter Fläche abtragbar ist. Die mit 14 bezeichnete und auf der einen Kupferfolie herausgeätzte Elektrode eines Dünnschichtkondensators trägt auf ihrer zur Kunststoff-Folie 1 gekehrten Seite eine Dielektrikumschicht 15 und eine Dünnschichtelektrode 16. Die Dünnschichtelektrode 16 ist mit der Kondensatorelektrode 9' leitend verbunden.

Auf die zur Kunststoff-Folienunterseite gekehrte Seitenfläche dereinen Kupferfolie ist ein mit Laser oder durch Ätzen mäandrierter Widerstand 13, z. B. eine NiCr-Schicht aufgebracht, z. B. aufgedampft. Ihr Flächenwiderstand beträgt bevorzugt etwa 50 bis 200 Ohm. In besonderen Fällen können auch kleinere oder größere Flächenwidersiandswerte erwünscht sein.

Zur Verbesserung der Haftung zwischen den Kupferfolien und der Kunststoff-Folie 1 ist eine Haftschicht 17, z. B. eine Ni-, FeNi- oder CrNi-Schicht äußerst geringer Dicke vorgesehen. Bei Verwendung einer CrNi-Schicht als Haft- und Widerstandsschicht können beide Schichten gleichzeitig in der gleichen Bedampfungsvorrichtung aufgebracht werden. Bei genügend geringer Schichtdicke ist die Haftschicht elektrisch so wenig leitend, daß sie an den kupferfreien Flächen der Kunststoff-Folie 1 nicht gesondert entfernt werden muß.

Die optimale Dicke der Kupferfolien und damit der aus diesen Folien herausgearbeiteten, insbesondere herausgeätzten, Strukturen hängt vom Betriebs-Frequenzgebiet ab und ist um so geringer, je höher dasselbe liegt. Im allgemeinen soll die Dicke der Kupferfolien ein Mehrfaches der Skin-Eindringtiefe betragen, vor allem dann, wenn man Induktivitäten mit hohen Güten realisieren will. Es ist hierbei nicht erforderlich, daß die beiden Kupferfolien gleiche Stärke r > sitzen.

Mit 50 ist ein in Hybridtechnik aufgebrachtes und in der Figur nicht dargestelltes Bauelement angedeutet. Die Durchkontaktierungen 12 sind in üblicher Weise ausgebildet.

Der Widerstand 13 und — wie bereits erwähnt — die Kondensatoren mit den Kondensatorelektroden 9'" bzw. 16 sind vorzugsweise mittels Laser abgleichbar. Selbstverständlich können aber auch übliche Trimmelemente oder andere Trimmverfahren eingesetzt bzw. angewandt werden. Mechanisch verstellbare Elemente wie z. B. Schraubkerne können dabei auf der Folienschaltung bzw. auf dem Laminat selbst den Gegenhalt finden oder in einem zusätzlichen Gehäuse, das die elektronische Baugruppe teilweise oder ganz umschließt.

Bei Verwendung eines Laminats, bei dem wenigstens eine der beiden Kupferfolien dünner als etwa 40 μπι ist, kann eine Kupferstruktur hergestellt werden, -lie das unmittelbare Kontaktieren, z. B. Einlöten von nackten Halbleiterchips, ermöglicht. Die Kupferbeläge bleiben dabei auf der Kunststoff-Folie, deren Beschaffenheit und geringe Dicke elastisch genug ist, um eine zuverlässige Verbindung zu gewährleisten.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Hybridrierbare elektronische Baugruppe mit integrierten Funktionselementen wie Induktivitäten, Kapazitäten und Widerständen, die aus einem Laminat, bestehend aus einer mindestens einlagigen Kunststoffolie mit beidseitig aufgebrachten, mindestens 5 μ dicken Metallfolien, insbesondere Kupferfolien, herausgearbeitet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierten Funktionselemente mit auf die Metallfolien aufgebrachten Leiter-, Anschluß- und Funktionselementen in Dünnschichttechnik kombiniert sind.

2. Elektronische Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der einen Seitenfläche der Kunststoffolie mindestens ein Dünnschichtkondensator angeordnet ist, bestehend aus einer aus der Kupferfolie herausgearbeiteten Elektrode, einem auf diese aufgebrachten Dielektrikum und einer auf das Dielektrikum aufgebrachten Gegenelektrode.

3. Elektronische Baugruppe nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß auf die der einen Kupferfolie zugekehrte Seitenfläche der Kunststoffolie ein NiCr-Schichtwiderstand aufgebracht ist, der mittels Laserstrahlen abgleichbar ist und von der genannten Kupferfolie an zumindest einer Stelle überlappt und somit kontaktiert ist.

4. Elektronische Baugruppe nach Anspruch I oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Widerstand gegenüberliegenden Seitenfläche der Kunststofföse ein wärmeabführender Metallbelag angeordnet ist

5. Elektronische Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß *uf den zur Kunststoffolie gekehrten Seitenflächen der Metallfolien Haftschichten, insbesondere Ni-, FeNi-, CrNi-Schichten, aufgebracht sind.

6. Verfahren zur Herstellung von Baugruppen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst auf die Metallfolien die dünnen dielektrischen Schichten und/oder metallischen Widerstandselektroden und Hafrschichten aufgebracht werden, daß anschließend die so beschichteten Kupferfolien mit der Kunststoffolie heiß verpreßt werden, daß die Kupferstrukturen, die Leiterbahnen und Elektroden herausgeätzt, daß die Widerstände aus den dünnen metallischen Schichten herausgearbeitet werden.